新型斜巷防跑車安全保護裝置的研制與應(yīng)用

一、項目背景：
據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料表明，大屯礦區(qū)自建礦至今，斜巷運輸?shù)氖鹿仕劳鋈藬?shù)占死亡總?cè)藬?shù)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(qū)現(xiàn)有的斜巷擋車裝置有兩種：一種是礦井采區(qū)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(jiān)控范圍?。ㄐ毕镒兤曼c向下只有30—50米）、成本高（一套高達80000多元）、產(chǎn)品本身內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(qū)內(nèi)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(xiàn)場不便于操作等缺點，不能為現(xiàn)場職工正常使用該擋車器提供物質(zhì)保障，導致該擋車器在現(xiàn)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(jiān)控斜巷中的車輛運行狀況，產(chǎn)品本質(zhì)安全，性能穩(wěn)定可靠等原則，經(jīng)過現(xiàn)場不斷的摸索、演練和反復的推理、計算，自行設(shè)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(gòu)成，該擋車器可在斜巷變坡點向下每100米范圍內(nèi)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(fā)生，對車輛在斜巷中的運行狀況進行全過程監(jiān)控，而且造價便宜，安裝方便，本質(zhì)安全，性能穩(wěn)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(xù)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(lián)接裝置擺桿鉤上的牽引鋼絲繩脫開，擋車網(wǎng)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(zhì)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(jù)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(jié)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(lián)接裝置M，使擋車網(wǎng)落下攔截車輛。但只要當V大于《煤礦安全規(guī)程》中規(guī)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(lián)接裝置M，使掛于聯(lián)接裝置M擺桿鉤上的擋車牽引鋼絲繩脫開，擋車網(wǎng)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(wǎng)上沖擊力P的強度計算：
串車與擋車網(wǎng)相撞，按一輛礦車相撞的情況計算作用于擋車網(wǎng)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(chǔ)在于，組成串車的礦車是以連接環(huán)相連接的，屬于軟連接。串車加速運行時，連接環(huán)是拉緊的，當?shù)谝惠v礦車于擋車網(wǎng)相撞的△t時間內(nèi)，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(wǎng)的撞擊過程已經(jīng)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(jīng)完成。因此，無論礦車數(shù)為多少，均以一輛礦車的沖擊力為計算依據(jù)。
P=KQ（N）
式中： Q——重車作用在擋車網(wǎng)上的靜力，N；
Q=（Q。+Q1）（Sinσ-μCosσ）g
Q?！V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(shù)，取μ=0.01；
Q=（640+1800）（Sin20o―0.01Cos20o）×9.8
=7953.23N
K——動載荷系數(shù),
K=1+[1+Vk2/(gδ。)]1/2
Vk——撞擊擋車網(wǎng)時的礦車速度
《煤礦安全規(guī)程》中規(guī)定,在斜巷運輸過程中,礦車的最大速度不應(yīng)超過4.0 m/s,鼠式擋車器在斜巷中每100米范圍內(nèi)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(wǎng)處所需的最大時間S。