一、項目背景:
據有關統計資料表明,大屯礦區自建礦至今,斜巷運輸的事故死亡人數占死亡總人數的37.96%,分析其原因都是由于斷繩、脫鉤等造成跑車事故而致,大屯礦區現有的斜巷擋車裝置有兩種:一種是礦井采區主要斜巷運輸巷道中使用的SRC─102型雷達擋車器,該擋車器存在監控范圍小(斜巷變坡點向下只有30—50米)、成本高(一套高達80000多元)、產品本身內部系統結構復雜,操作程序繁瑣(導致機械本身故障率高)等缺點;另一種是礦井采區內部輔助斜巷中及上下山施工過程中使用的門式擋車器,為滿足車輛撞擊時的強度要求,門式擋車器安全門的門軸、門柱及橫檔均采用的是11#工字鋼,或不低于該工字鋼強度的鋼軌制作,因此該擋車器存在橫檔重量大,橫檔與門軸、門柱相互之間摩擦力大,現場不便于操作等缺點,不能為現場職工正常使用該擋車器提供物質保障,導致該擋車器在現場得不到正常使用。
二、概述:
我們本著造價成本低,能全過程監控斜巷中的車輛運行狀況,產品本質安全,性能穩定可靠等原則,經過現場不斷的摸索、演練和反復的推理、計算,自行設計研制了一種新型的斜巷跑車防護裝置——鼠式擋車器。它由鼠式裝置及吸能裝置兩部分構成,該擋車器可在斜巷變坡點向下每100米范圍內安裝一套,不僅能夠避免斜巷運輸過程中,任何一個地點由于斷繩、脫鉤等造成跑車事故的發生,對車輛在斜巷中的運行狀況進行全過程監控,而且造價便宜,安裝方便,本質安全,性能穩定可靠。
三、工作原理及強度驗算:
1、鼠式擋車器捕車速度的確定:
鼠式擋車器為常開式擋車裝置,工作方式為連續工作,從鼠式擋車器在斜巷的安裝示意圖中可以看出,礦車運行過程中來回均要撞擊制動杠桿L,但要想使聯接裝置擺桿鉤上的牽引鋼絲繩脫開,擋車網落下攔截車輛,杠桿L最少所需克服的重力勢能為:
EP=mLgh
式中:mL——杠桿L的質量(千克)
g——重力加速度,g=9.8 m/s2
h——杠桿L上升的有效高度(米)
即 EP=mL×9.8×?×1.65
=8.08mL
忽略空氣阻力和撞擊時的能量損耗,根據機械能守恒定律:
EP= mL gh
= ? mL V2
=8.08mL
即捕車速度V=4.0m/s
從上面的計算結果可以看出,礦車在正常運行狀況下(V≤4.0m/s),制動杠桿L不能撞擊到鼠式擋車器中的聯接裝置M,使擋車網落下攔截車輛。但只要當V大于《煤礦安全規程》中規定的斜巷礦車最大運行速度4.0 m/s時。制動杠桿L就會劇烈撞擊聯接裝置M,使掛于聯接裝置M擺桿鉤上的擋車牽引鋼絲繩脫開,擋車網落下攔截車輛。
2、鼠式擋車器動能吸收裝置的強度計算:
2.1、作用于擋車網上沖擊力P的強度計算:
串車與擋車網相撞,按一輛礦車相撞的情況計算作用于擋車網上的沖擊力,這是目前計算沖擊力時廣泛采用的辦法。其理論基礎在于,組成串車的礦車是以連接環相連接的,屬于軟連接。串車加速運行時,連接環是拉緊的,當第一輛礦車于擋車網相撞的△t時間內,第二輛礦車由于礦車之間的間隙尚未撞擊到第一輛礦車,或者說,第二輛礦車撞擊第一輛礦車的瞬間,第一輛礦車于擋車網的撞擊過程已經完成。同理,后一輛礦車撞擊前一輛礦車時,前一輛礦車的撞擊過程也已經完成。因此,無論礦車數為多少,均以一輛礦車的沖擊力為計算依據。
P=KQ(N)
式中: Q——重車作用在擋車網上的靜力,N;
Q=(Q。+Q1)(Sinσ-μCosσ)g
Q。——礦車自重,kg,取Q。=640 kg;
Q1 ——礦車載重,kg,取最大值,Q1=1800 kg;
σ——斜巷傾角,取σ=20o;
μ——鋼軌與礦車之間的滾動磨擦系數,取μ=0.01;
Q=(640+1800)(Sin20o―0.01Cos20o)×9.8
=7953.23N
K——動載荷系數,
K=1+[1+Vk2/(gδ。)]1/2
Vk——撞擊擋車網時的礦車速度
《煤礦安全規程》中規定,在斜巷運輸過程中,礦車的最大速度不應超過4.0 m/s,鼠式擋車器在斜巷中每100米范圍內安裝一套,因此Vk的最大值為:
Vk=4+gt
t——礦車斷繩或脫鉤后到達擋車網處所需的最大時間S。