CN107298106B - 一种井下架空乘人猴车的断绳保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种井下架空乘人猴车的断绳保护装置，包括断绳抓捕器装置、感应系统和控制系统。断绳抓捕器装置采用连杆结构进行设计，具有成本低和结构稳定的特点，并且根据不同的井下环境，可以使用电磁铁控制或者气动控制；感应装置由传感器模块与Zigbee终端节点组成，传感器模块接收钢丝绳张紧力信息，并由终端节点传递到Zigbee网络中。控制系统接收无线网络信息，监控猴车钢丝绳的张紧力，判断发生断绳事故后，向警报系统报警，并向抓捕装置发出指令。采用无线网络进行通信更加方便稳定，减少维护成本；实时检测钢丝绳张紧力可以提前预防断绳事故，并且在断绳事故发生时快速反应；抓捕器装置能更加快速、稳定的抱紧钢丝绳，更好的对乘人进行保护。

Description

一种井下架空乘人猴车的断绳保护装置

技术领域

本发明涉及一种保护装置，尤其是涉及一种煤矿井下架空乘人装置——猴车的断绳保护装置，可以有效防止煤矿井下猴车运行时，钢丝绳突然断开对乘坐人员造成伤害。

背景技术

地下矿用架空索道装置俗称“猴车”，其目的是缩短矿工在矿道内上下坡的路途时间，减轻矿工上下坡的体能消耗。由驱动装置输出动力带动驱动轮和钢丝绳运行，从而实现输送矿工的目的。在猴车运行中，一旦发生断绳事故，猴车就会在力的作用下下滑掉落，可导致乘坐人员伤亡和运输设施损坏。目前煤矿井下猴车钢丝绳使用很不规范，特别是在钢丝绳的检查、维护以及更换方面没有法理依据。各个矿井使用和更换钢丝绳一般都是凭经验，对整个猴车运输带来很大的安全隐患，因此，设计一个针对井下猴车的断绳保护装置十分有必要。

中国实用新型专利《一种猴车钢丝绳断绳保护装置》（公告号CN203157995U）提供的断绳保护装置，采用的结构为：在猴车迂回横梁上安装一个带电控阀体的卡爪，当发生断绳事故时，需要人工触发安装在猴车尾部的行程开关。触发行程开关后卡爪下落，当猴车下滑至卡爪位置时，被卡爪勾住，使得猴车不能继续下滑。其缺陷是：不能快速的对断绳事件进行反应，也不能预先对钢丝绳进行检测，提前预防钢丝绳断开；断绳保护触发后，卡爪并非第一时间将猴车制动，并且若猴车并非理想状态下向下滑时，此抓捕器便无法保护乘人安全；另外此专利信号的传输方式是通过有线网络，在煤矿井下复杂的环境中线路容易损坏，且维护成本高。

发明内容

为了保护井下猴车乘坐人员在发生断绳事故时的人身安全，针对现有技术的不足，本发明提供一种可靠性高，稳定性好，响应迅速的井下架空乘人猴车的断绳保护装置，以克服现有技术的诸多不足。

本发明采用以下技术方案：

一种井下架空乘人猴车的断绳保护装置，包括断绳抓捕装置、压力感应系统和控制系统。

所述断绳抓捕装置，由支架、两根杠杆、一副闸瓦和伸缩支撑动力源。两根杠杆在中部位置分别与支架铰接，两个交接点保持设定的间距。一副闸瓦的上下闸瓦分别铰接在两根杠杆同一侧的两个端部，伸缩支撑动力源的两个支撑端分别与两个杠杆的另一侧的端部铰接。

所述感应系统包括至少一个压力传感器模块、与传感器模块数量相等的 Zigbee终端节点和一个Zigbee中心节点。各个压力传感器模块分别安置在不同位置的钢丝绳托辊上，再对应与各个Zigbee终端节点相连。压力传感器模块负责监视钢丝绳张紧力，并将其发送给终端节点。Zigbee中心节点与Zigbee终端节点组成Zigbee无线网络， Zigbee终端节点通过中心节点创建的Zigbee无线网络传出收到的传感器信号。

所述控制系统包括CPU芯片、报警系统和电源控制模块。CPU芯片分别连接Zigbee中心节点、报警系统与电源模块。Zigbee中心节点将接收到的各个终端节点传来的传感器信号传输给CPU芯片。CPU芯片从中心节点接收信号，处理后控制报警系统与电源模块。断绳抓捕装置与猴车的驱动装置的电源同时被电源模块控制，防止猴车被抓捕装置抱死的同时被驱动轮驱动。

所述伸缩支撑动力源为碟形弹簧与电磁铁吸合机构组成，碟形弹簧支撑在两根杠杆之间，电磁铁吸合机构的两端分别与两根杠杆的端部铰接。

所述伸缩支撑动力源为膜片式气缸，膜片式气缸通过一个二位三通电磁换向阀连接到气源管道。

所述闸瓦的两侧各设置一个托辊，以平衡掉因钢丝绳自重引起的垂度以及在载荷存在情况下的附加垂度的影响。抓捕器与托辊都安装在钢丝绳上方的横梁上。

本发明的有益效果：

通过传感器对钢丝绳实时监测，并将数据发送给CPU自动化处理和控制，可以预防断绳事故的发生，并且在断绳事故发生时可以迅速做出反应。钢丝绳的夹紧机构，具有快速、稳定的特点，既可以采用电磁铁控制，又可以采用气动组件控制，适合于不同的井下使用环境。相比于传统的有线网络通信，采用Zigbee无线网络通信更加方便，成本更低，且在恶劣的煤矿井下环境中具有良好的适应性与传输稳定性。另外，与其他无线网络通信（蓝牙，WiFi）相比，Zigbee无线网络的功耗更低，传输距离更远。

附图说明

图1为本发明井下架空乘人猴车的断绳保护装置的断绳抓捕装置结构示意图。

图2为断绳抓捕装置的结构示意及工作原理图（伸缩支撑动力源为碟形弹簧与电磁铁吸合机构）。

图3为断绳抓捕装置的结构示意及工作原理图（伸缩支撑动力源为膜片式气缸）。

图4为闸瓦结构立体示意图。

图5为本发明井下架空乘人猴车的断绳保护装置的布置示意图（纵剖面）。

图6为本发明井下架空乘人猴车的断绳保护装置的工作原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示：井下架空乘人猴车的断绳保护装置，包括断绳抓捕装置、压力感应系统和控制系统。

断绳抓捕装置，由支架2、两根杠杆、一副闸瓦3和伸缩支撑动力源1。两根杠杆在中部位置分别与支架2铰接，两个交接点保持设定的间距。一副闸瓦的上下闸瓦分别铰接在两根杠杆同一侧的两个端部，伸缩支撑动力源的两个支撑端分别与两个杠杆的另一侧的端部铰接。

断绳抓捕装置的支架2固定在横梁上。闸瓦3的两侧各设置一个托辊4，托辊通过托辊支架5被固定在相邻横梁上。托辊支撑钢丝绳、猴车与乘人的重量，并平衡掉钢丝绳的垂度，使得钢丝绳6可顺利通过闸瓦3，且不会与闸瓦3摩擦。伸缩支撑动力源1作为抓捕器的主动装置，负责产生动力使闸瓦紧闭抱死钢丝绳进行制动。根据不同的动力源，本发明提供了两种不同的断绳抓捕装置：一是基于电磁铁的断绳抓捕装置；二是基于气动元件的断绳抓捕装置。

基于电磁铁的断绳抓捕装置结构如图2所示：伸缩支撑动力源1为碟形弹簧1-1与电磁铁吸合机构1-2组成，碟形弹簧支撑在两根杠杆之间，电磁铁吸合机构的两端分别与两根杠杆的端部铰接。猴车正常运行时，电磁铁吸合机构1-2的电磁铁处于通电状态而保持吸合，对碟形弹簧1-1进行压缩，此时闸瓦3张开，钢丝绳6能正常的从闸瓦中通过。当发生断绳事故时，电磁铁1-2断电，弹簧力使得碟形弹簧1-1伸张，在杠杆力的作用下使闸瓦1抱紧钢丝绳。

基于气动元件的断绳抓捕装置工作原理如图3所示：伸缩支撑动力源1为膜片式气缸1-3，膜片式气缸通过一个二位三通电磁换向阀1-4连接到气源管道。猴车正常运行时，二位三通电磁换向阀1-4的电磁铁处于通电状态，二位三通电磁换向阀1-4处于上位，高压气源1-5未向膜片式气缸1-3中充气，膜片式气缸1-3压缩，闸瓦3张开，钢丝绳6能正常的通过。当发生断绳事故时，二位三通电磁换向阀1-4断电，二位三通电磁换向阀1-4处于下位，高压气源1-5向膜片式气缸1-3充气，膜片式气缸1-5伸出，在杠杆力的作用下使闸瓦3抱紧钢丝绳6。

两种断绳抓捕装置皆会在断电时对钢丝绳6施加一个正压力，使钢丝绳6在摩擦力的作用下停下来，从而达到保护乘坐人员的安全的目的。本设计结构简单，零部件少，制造成本低，结构较为稳定，并且在不同的井下使用环境中，可以选择不同的抓捕器类型。

如图4所示：闸瓦3由闸瓦座3-1、楔形块座3-2与中两个楔形块3-3组成。闸瓦采用楔形块的机构，当断绳抓捕器抓住钢丝绳时，一方面楔形块会越楔越紧，可以增加其可靠性；另一方面如果突然进行制动，由于惯性的存在可能会造成乘坐人员被甩出的事故，楔形块结构具有一定的缓冲效果，能更好的保护好乘坐人员的安全。

如图5所示：本发明采用三个压力传感器作为传感器模块，布置在上下坡道的起、终点和中部的托辊上，如图中位置11。本发明采用XHX-210表面式应变计作为传感器模块，采用cc2530芯片作为Zigbee中心节点和终端节点。将应变计贴在托辊8的支架上，并且将输出信号连接至作为终端节点的cc2530芯片上。作为中心节点的cc2530芯片创建一个网络类型为主从结构的Zigbee 无线网络，并且允许其他的终端节点加入网络，与其通信。加上放大模块后的cc2530芯片无线传输距离最大可达500米，故在煤矿井下能够正常通信。并且在井下恶劣的环境中，使用Zigbee无线网络进行长距离的通信，可以不受外部环境的过多干扰，比有线网络更加方便、稳定，也降低了线材的损耗，减少了维护成本。使用一个51单片机，分别与中心节点、电源模块与报警系统相连。单片机、中心节点、电源模块与报警系统，同时被安放在猴车的电控系统附近的防爆箱7内，使得猴车操控人员可随时检查断绳保护装置的工作情况。保持猴车系统中原有托辊的安装位置不变，断绳抓捕装置的安装位置，如图5所示，是在两个托辊的中心点，且保证每两个托辊之间有一个断绳抓捕装置。

如图6所示：图中实体箭头表示有线传输，虚线箭头表示无线传输。钢丝绳的张紧力反映在其托辊支架上，传感器模块通过实时检测托辊支架上的应力间接得知钢丝绳的张紧力。传感器模块将所测得的钢丝绳张紧力传给Zigbee终端节点。Zigbee终端节点加入Zigbee中心节点后，通过Zigbee无线网络将所收到的张紧力信息远程传输给Zigbee中心节点。Zigbee中心节点将收到的信息通过串口传输给单片机，单片机将数据处理后，判断钢丝绳此刻状态。如果钢丝绳张紧力正常，单片机发出指令，电源模块正常供电，猴车正常运行，断绳抓捕装置无效，报警系统指示灯为绿色，显示信息为系统正常。如果钢丝绳张紧力过高或过低，单片机判断后向报警系统发出指令，报警系统指示灯由绿色变为黄色，显示信息为钢丝绳张紧力异常，需要工作人员在停机后及时对钢丝绳进行维护。如果钢丝绳张紧力突然下降至0，单片机判断发生断绳事故，此时报警装置响起警报，指示灯变为红色，同时电源模块停止供电；此时猴车驱动装置停止，断绳抓捕装置工作抱紧钢丝绳，猴车停止，从而达到了对乘坐人员的保护。

Claims (2)

1.一种井下架空乘人猴车的断绳保护装置，包括断绳抓捕装置、压力感应系统和控制系统；其特征是：

所述断绳抓捕装置，由支架、两根杠杆、一副闸瓦和伸缩支撑动力源；两根杠杆在中部位置分别与支架铰接，两个交接点保持设定的间距；一副闸瓦的上下闸瓦分别铰接在两根杠杆同一侧的两个端部，伸缩支撑动力源的两个支撑端分别与两个杠杆的另一侧的端部铰接；

所述感应系统包括至少一个压力传感器模块、与传感器模块数量相等的 Zigbee终端节点和一个Zigbee中心节点；各个压力传感器模块分别安置在不同位置的钢丝绳托辊上，再对应与各个Zigbee终端节点相连；Zigbee中心节点与各Zigbee终端节点组成Zigbee无线网络， Zigbee终端节点通过中心节点创建的Zigbee无线网络传出收到的传感器信号；

所述控制系统包括CPU芯片、报警系统和电源控制模块；CPU芯片分别连接Zigbee中心节点、报警系统与电源模块；Zigbee中心节点将接收到的各个终端节点传来的传感器信号传输给CPU芯片；CPU芯片从中心节点接收信号，处理后控制报警系统与电源模块；

所述伸缩支撑动力源为碟形弹簧与电磁铁吸合机构组成，碟形弹簧支撑在两根杠杆之间，电磁铁吸合机构的两端分别与两根杠杆的端部铰接；

所述上闸瓦由楔形块座与两个楔形块组成，两个楔形块套装在楔形块座上；所述楔形块的动力源为电磁铁或链接电磁换向阀的气缸，楔形块的动力源与猴车的动力源共用一个电源。

2.根据权利要求1所述井下架空乘人猴车的断绳保护装置，其特征是：所述闸瓦的两侧各设置一个托辊，以平衡掉因钢丝绳自重引起的垂度以及在载荷存在情况下的附加垂度的影响。

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