CN108725510A - 一种斜巷运输的防跑车自调节缓冲系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种斜巷运输的防跑车自调节缓冲系统及其应用，包括矿车提升绞车、挡车栏提升系统、挡车栏缓冲器系统；通过布置在上部车场、斜巷、下部车场和矿车上的传感器实时监测煤矿斜巷运输矿车的情况，通过延斜巷布置的信号中继器传递给控制器，控制器通过收集各个传感器数据判断运输过程中是否发生事故并控制各个子系统做出相应的动作和调整，防止事故发生。本发明在防跑车装置中加设挡车栏缓冲系统，使缓冲过程更加平稳可控。同时挡车栏缓冲系统中缓冲装置采用磁流变缓冲器配合压力传感器、速度传感器，解决传统挡车系统的缓冲力无法根据矿车重量和矿车速度自动调节的问题。

Description

一种斜巷运输的防跑车自调节缓冲系统及其应用

技术领域

本发明涉及一种斜巷运输的防跑车自调节缓冲系统及其应用，属于矿井运输技术领域。

背景技术

倾斜井巷的提升运输是整个矿井运输系统的重要组成部分，也是矿井安全生产的重要环节，担负着提升煤炭、岩石、下放设备材料等任务，有的还用来升降人员。但由于矿车脱钩、断绳等原因，使得其成为了矿井运输事故的多发区。

据统计数据显示，在煤矿日常开采及生产中，无论是从发生的数量还是造成的影响来看，煤矿运输方面的事故均属于第二大事故，而其中因为矿车跑车发生的事故又占了30％，是最严重的事故之一。

所谓的跑车事故，就是指煤矿的斜井提升过程中，绞车所提拉的矿车(用于下放设备、提升物料、运输煤炭或人员等)因多种原因导致脱钩等情况，同时受到了重力分力的作用，矿车沿轨道方向异常运行而造成的事故。为解决斜巷运输中跑车事故对煤矿安全生产的威胁。许多科研人员和工程师提出了多种解决方案。

中国专利ZL201210047707.9设计了一种斜井防跑车用钢带式缓冲变力吸能装置，包括挡车栏、变力吸能装置和连接装置。其中变力吸能装置内置钢带，可通过丝杆的调节带动钢带的曲率变化，对于每个斜井的参数做出缓冲阻力的调节，从而提高防护装置的缓冲性能。但采用这种设计思路，在对缓冲吸能装置缓冲阻力进行调节时，必须手动调节丝杆，不能针对矿车的运行速度和矿车的重量做出实时调节和修正，在实际使用中有一定局限性。

中国专利ZL201610157787.1设计了一种煤矿斜巷防跑车系统，主要由斜巷轨道、矿车、钢丝绳、挡车钢丝网、斜巷围岩锚固、转速传感器、控制台等组成，通过安装在矿车轮轴上的转速传感器检测矿车运行速度，当传感器检测到矿车超速时，控制挡车网下放；采用这种思路存在会出现缓冲阻力过大时会导致矿车脱轨等事故发生、缓冲阻力过小时会导致无法拦截发生跑车事故的矿车的问题。

以上设计思路均没有解决如何根据矿车重量和时速实时调节缓冲阻尼力以有效的提高系统安全性和可靠性的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种斜巷运输的防跑车自调节缓冲系统。

本发明还提供上述防跑车自调节缓冲系统的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种斜巷运输的防跑车自调节缓冲系统，包括矿车提升绞车、挡车栏提升系统、挡车栏缓冲器系统；

矿车提升绞车，与矿车连接，位于斜巷的上部车场并安装有第一传感器；

挡车栏提升系统，包括挡车栏和提升装置，提升装置与挡车栏连接用于将挡车栏升起或下放，挡车栏的上下两侧沿斜巷巷道上分别设置有第一光电开关和第二光电开关；

挡车栏缓冲器系统，包括控制器、压力传感器、速度传感器和挡车栏缓冲器，其中速度传感器安装在矿车上，斜巷的上部车场和下部车场分别布置有第一压力传感器和第二压力传感器，挡车栏缓冲器布置在斜巷巷道旁并与挡车栏连接；第一压力传感器、第二压力传感器、速度传感器、第一传感器、第一光电开关、第二光电开关、挡车栏缓冲器分别与控制器连接。

优选的，所述挡车栏包括立杆、提升钢丝绳、吊挂钢丝绳、牵引钢丝绳、缓冲钢丝绳和套管；套管套装在缓冲钢丝绳上，缓冲钢丝绳连接在两侧的立杆上，提升钢丝绳一端固定在立杆上、另一端连接在提升装置上，立杆的顶端通过吊挂钢丝绳、接驳器、锚杆连接在斜巷巷道的顶端，牵引钢丝绳一端固定在立杆上、另一端与挡车栏缓冲器连接。

优选的，所述缓冲钢丝绳的数量为四根，四根缓冲钢丝绳由上而下依次等间隔布置。

优选的，所述提升装置包括相连接的提升绞车和绞车电机，提升钢丝绳的顶端缠绕在提升绞车上，绞车电机通过延时继电器与控制器连接。此设计的好处在于，由控制器通过延时继电器对绞车电机进行连接控制，可以实现延时作业，保证矿车的安全顺利通行。

优选的，所述挡车栏缓冲器包括基座、活柱、缓冲油缸和复位弹簧，缓冲油缸安装在基座上，缓冲油缸的中部安装有连接体，连接体上开设有阻尼孔并缠绕磁流变线圈，连接体外部安装隔爆外壳，磁流变线圈由控制器连接控制，活柱的一端套装复位弹簧、另一端伸出缓冲油缸。

优选的，在斜巷巷道的两侧对称安装两个挡车栏缓冲器，牵引钢丝绳与活柱连接。

优选的，在斜巷巷道旁均布有多个信号中继器，相邻两个信号中继器间距为100米，信号中继器与控制器连接，信号中继器与速度传感器相配合用于实时监测矿车速度。此设计的好处在于，控制器能够实时监测到矿车的运行速度，以此可判断矿车的运行状态并对缓冲器缓冲阻力进行实时调节。

一种斜巷运输的防跑车自调节缓冲系统的工作方法，包括以下步骤：

A矿车下行时：

当第一传感器检测到矿车提升绞车正转拖动矿车开始下行时，控制器控制挡车栏缓冲器系统通电，第一压力传感器监测矿车的重量并传输给控制器，控制器根据矿车重量控制磁流变线圈电流，给磁流变线圈一个基础电流，使缓冲器产生一个基础阻尼力；

当矿车提升绞车开始运行后，速度传感器测得矿车的实时速度V并通过信号中继器传输给控制器，控制器将V与设计时速V₀进行比对；当V≤V₀时，矿车处于正常运行状态，控制器控制挡车栏提升系统通电；当矿车运行到挡车栏上部第一光电开关位置时，第一光电开关和延时继电器被触发，接通绞车电机，绞车电机正转并延时工作，挡车栏被拉起使矿车顺利通过挡车栏；当矿车运行到挡车栏下部第二光电开关位置时，第二光电开关和延时继电器被触发，接通绞车电机，绞车电机反转并延时工作，挡车栏被放下，防止上部车场有矿车溜进斜巷造成事故；当V＞V₀时，矿车处于异常运行状态，即发生跑车事故，此时控制器控制挡车栏提升系统断电，第一光电开关不会被触发，挡车栏处于关闭状态，同时控制器根据V与V₀的差值在磁流变线圈基础电流上进行调整，增大或减小电流值，控制挡车栏缓冲器根据矿车速度提供相应阻尼力；

B矿车上行时：

当矿车提升绞车反转拖动矿车上行时，控制器控制挡车栏缓冲器系统通电，控制挡车栏提升系统断电；第二压力传感器测得矿车的重量并传输给控制器，控制器根据矿车重量调整磁流变线圈基础电流，速度传感器将测得的速度实时传输给控制器，控制器将实时速度与设计时速经过比对后，在缓冲器基础电流上调整磁流变线圈电流，以防止矿车在上行过程中由于脱钩发生跑车事故；当矿车通过挡车栏时，挡车栏提升系统因控制器控制其断电不发生动作，矿车须将挡车栏顶起通过。

本发明的有益效果在于：

1、本发明在挡车栏的上下侧沿斜巷布置光电开关，通过光电开关判断矿车运行位置，并通过控制器自动控制挡车栏，避免因绞车司机疲劳或误操作导致跑车事故发生，真正实现智能化防跑车事故发生。

2、本发明在防跑车装置中加设挡车栏缓冲系统，使缓冲过程更加平稳可控。同时挡车栏缓冲系统中缓冲装置采用磁流变缓冲器配合压力传感器、速度传感器，解决传统挡车系统的缓冲力无法根据矿车重量和矿车速度自动调节的问题。

3、本发明采用在矿车车体上布置速度传感器并沿斜巷布置信号中继器的方案来实时监测矿车的运行速度，以此判断矿车的运行状态并对缓冲器缓冲阻力进行实时调节，保证控制器的精准控制，最大程度上防止跑车，提升矿车的安全运行。

4、本发明中挡车栏缓冲器与以往磁流变缓冲器线圈安装在活塞上随活塞一起运动不同，本发明磁流变线圈采用固定设计减小线圈的磨损便于检修更换，通过隔爆外壳将线圈与外界隔离，满足煤矿安全生产要求。

附图说明

图1为本发明防跑车自调节缓冲系统的布置图；

图2为本发明中挡车栏部分沿斜巷方向的结构图；

图3为本发明防跑车自调节缓冲系统的俯视图；

图4为本发明中挡车栏缓冲器的结构图；

图5为本发明中缓冲器油缸的侧视图；

图6为图5中B-B方向的剖视图；

图7为斜巷运输自调节缓冲系统控制系统原理图；

其中：1-挡车栏，2-提升装置，3-控制器，4-压力传感器，5-光电开关，6-挡车栏缓冲器，7-速度传感器，8-矿车提升绞车，9-吊挂钢丝绳，10-套管，11-牵引钢丝绳，12-锚杆，13-接驳器，14-缓冲钢丝绳，15-提升钢丝绳，16-信号中继器，17-基座，18-活柱，19-紧固螺母，20-螺栓杆，21-缓冲油缸，22-复位弹簧，23-紧固螺钉，24-基座安装孔，25、29-油缸端盖，26-磁流变液流道，27-磁流变线圈，28-缸筒，30-安装孔，31-隔爆外壳，32-连接体，33-立杆。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1至图6所示，本实施例提供一种斜巷运输的防跑车自调节缓冲系统，主要包括矿车提升绞车、挡车栏提升系统、挡车栏缓冲器系统三部分；该防跑车自调节缓冲系统安装布置在上部车场、斜巷、下部车场三个区域内。

矿车提升绞车，与矿车连接用于对矿车进行提升或下放，固定在斜巷的上部车场并安装有第一传感器，第一传感器可选择霍尔传感器，主要用来检测矿车提升绞车的正反转，以此判断矿车处于下行还是上行状态；

挡车栏提升系统，包括挡车栏1和提升装置2，提升装置2与挡车栏1连接用于将挡车栏1升起或下放，挡车栏1的上下两侧沿斜巷巷道上分别设置有第一光电开关和第二光电开关；挡车栏上部的第一光电开关的安装位置须确保矿车以设计最大时速到达挡车栏时，挡车栏已打开；下部的第二光电开关位置布置在距挡车栏一列矿车的位置，保证在设计允许最长矿车通过后挡车栏才关闭。

挡车栏缓冲器系统，包括控制器3、压力传感器4、速度传感器7和挡车栏缓冲器6，其中速度传感器7安装在矿车上，斜巷的上部车场和下部车场分别布置有第一压力传感器和第二压力传感器，挡车栏缓冲器6布置在斜巷巷道旁并与挡车栏连接；第一压力传感器、第二压力传感器、速度传感器、第一传感器、第一光电开关、第二光电开关、挡车栏缓冲器分别与控制器3连接。

其中，挡车栏包括立杆33、提升钢丝绳15、吊挂钢丝绳9、牵引钢丝绳11、缓冲钢丝绳14和套管10；套管10套装在缓冲钢丝绳14上，缓冲钢丝绳14的两端连接在两侧的立杆33上，提升钢丝绳15一端固定在立杆上、另一端连接在提升装置2上，立杆的顶端通过吊挂钢丝绳9、接驳器13、锚杆12连接在斜巷巷道的顶端，牵引钢丝绳11一端固定在立杆上、另一端与挡车栏缓冲器6连接。本实施例中缓冲钢丝绳14的数量为四根，四根缓冲钢丝绳由上而下依次等间隔布置。提升钢丝绳15用于拉起或下放整个挡车栏，牵引钢丝绳11传递挡车栏缓冲器6提供的阻尼力给挡车栏。

提升装置2整体安装在斜巷巷道的顶壁处，提升装置2包括相连接的提升绞车和绞车电机，提升钢丝绳15的顶端缠绕在提升绞车上，绞车电机通过延时继电器与控制器3连接。作业时由控制器3通过延时继电器对绞车电机进行连接控制，可以实现延时作业，绞车电机用于驱动提升绞车，提升绞车转动来收放提升钢丝绳从而达到提升或下发挡车栏的目的，保证矿车的安全顺利通行。

挡车栏缓冲器包括基座17、活柱18、缓冲油缸21和复位弹簧22，缓冲油缸21安装在基座17上，缓冲油缸的中部安装有连接体32，连接体32上开设有阻尼孔并缠绕磁流变线圈27，连接体32开设有磁流变液流道26，连接体32外部安装隔爆外壳31，磁流变线圈27由控制器3连接控制，活柱18的一端套装复位弹簧22、另一端伸出缓冲油缸的缸筒28。隔爆外壳31上还开设有可开闭的检修窗口，方便对线圈进行检修更换。

本实施例中，在斜巷巷道的两侧对称安装两个挡车栏缓冲器，牵引钢丝绳与活柱连接。两个挡车栏缓冲器同时作业，效果更好，效率更高，同时将布置在斜巷巷道旁不影响矿车的通行。

另外，挡车栏的布置位置根据《煤矿安全规程》、《金属非金属矿山安全规程》在变坡点下方大于矿车长度的地点，设置能防止未连挂的车辆继续往下跑车的挡车栏。控制器给磁流变线圈输出的电流须根据现场工况进行预调整，确保电流在缓冲器上产生的阻力适中，即在挡车系统工作时既能对矿车进行拦阻缓冲又能防止矿车因阻力过大而发生脱轨。

实施例2：

一种斜巷运输的防跑车自调节缓冲系统，结构如实施例1所述，其不同之处在于：在斜巷巷道旁均布有多个信号中继器(具体数量依斜巷巷道的长度而定)，相邻两个信号中继器间距为100米，信号中继器与控制器3连接，信号中继器与速度传感器7相配合用于实时监测矿车速度。增设的信号中继器能保证速度传感器与控制器之间信号传输稳定，控制器能够实时监测到矿车的运行速度，以此可判断矿车的运行状态并对缓冲器缓冲阻力进行实时调节。

实施例3：

如实施例2所述的一种斜巷运输的防跑车自调节缓冲系统的工作方法，包括矿车下行和上行两种工作状态，具体工作过程如下：

A矿车下行时：

当第一传感器检测到矿车提升绞车8正转拖动矿车开始下行时，控制器3控制挡车栏缓冲器系统通电，第一压力传感器监测矿车的重量并传输给控制器3，控制器3根据矿车重量控制磁流变线圈27电流，给磁流变线圈27一个基础电流，使缓冲器产生一个基础阻尼力；

当矿车提升绞车8开始运行后，速度传感器测得矿车的实时速度V并通过信号中继器传输给控制器3，控制器3将V与设计时速V₀进行比对；当V≤V₀时，矿车处于正常运行状态，控制器3控制挡车栏提升系统通电；当矿车运行到挡车栏上部第一光电开关位置时，第一光电开关和延时继电器被触发，接通绞车电机，绞车电机正转并延时工作，挡车栏被拉起使矿车顺利通过挡车栏；当矿车运行到挡车栏下部第二光电开关位置时，第二光电开关和延时继电器被触发，接通绞车电机，绞车电机反转并延时工作，挡车栏被放下，防止上部车场有矿车溜进斜巷造成事故；当V＞V₀时，矿车处于异常运行状态，即发生跑车事故，此时控制器控制挡车栏提升系统断电，第一光电开关不会被触发，挡车栏处于关闭状态，同时控制器根据V与V₀的差值在磁流变线圈基础电流上进行调整，增大或减小电流值，控制挡车栏缓冲器根据矿车速度提供相应阻尼力；

B矿车上行时：

当矿车提升绞车8反转拖动矿车上行时，控制器3控制挡车栏缓冲器系统通电，控制挡车栏提升系统断电；第二压力传感器测得矿车的重量并传输给控制器，控制器根据矿车重量调整磁流变线圈27基础电流，速度传感器7将测得的速度实时传输给控制器3，控制器将实时速度与设计时速经过比对后，在缓冲器基础电流上调整磁流变线圈电流，以防止矿车在上行过程中由于脱钩等原因发生跑车事故；当矿车通过挡车栏时，挡车栏提升系统因控制器控制其断电不发生动作，矿车须将挡车栏顶起通过。

Claims (8)

1.一种斜巷运输的防跑车自调节缓冲系统，其特征在于，包括矿车提升绞车、挡车栏提升系统、挡车栏缓冲器系统；

矿车提升绞车，与矿车连接，位于斜巷的上部车场并安装有第一传感器；

挡车栏提升系统，包括挡车栏和提升装置，提升装置与挡车栏连接用于将挡车栏升起或下放，挡车栏的上下两侧沿斜巷巷道上分别设置有第一光电开关和第二光电开关；

挡车栏缓冲器系统，包括控制器、压力传感器、速度传感器和挡车栏缓冲器，其中速度传感器安装在矿车上，斜巷的上部车场和下部车场分别布置有第一压力传感器和第二压力传感器，挡车栏缓冲器布置在斜巷巷道旁并与挡车栏连接；第一压力传感器、第二压力传感器、速度传感器、第一传感器、第一光电开关、第二光电开关、挡车栏缓冲器分别与控制器连接。

2.如权利要求1所述的斜巷运输的防跑车自调节缓冲系统，其特征在于，所述挡车栏包括立杆、提升钢丝绳、吊挂钢丝绳、牵引钢丝绳、缓冲钢丝绳和套管；套管套装在缓冲钢丝绳上，缓冲钢丝绳连接在两侧的立杆上，提升钢丝绳一端固定在立杆上、另一端连接在提升装置上，立杆的顶端通过吊挂钢丝绳、接驳器、锚杆连接在斜巷巷道的顶端，牵引钢丝绳一端固定在立杆上、另一端与挡车栏缓冲器连接。

3.如权利要求2所述的斜巷运输的防跑车自调节缓冲系统，其特征在于，所述缓冲钢丝绳的数量为四根，四根缓冲钢丝绳由上而下依次等间隔布置。

4.如权利要求2所述的斜巷运输的防跑车自调节缓冲系统，其特征在于，所述提升装置包括相连接的提升绞车和绞车电机，提升钢丝绳的顶端缠绕在提升绞车上，绞车电机通过延时继电器与控制器连接。

5.如权利要求2所述的斜巷运输的防跑车自调节缓冲系统，其特征在于，所述挡车栏缓冲器包括基座、活柱、缓冲油缸和复位弹簧，缓冲油缸安装在基座上，缓冲油缸的中部安装有连接体，连接体上开设有阻尼孔并缠绕磁流变线圈，连接体外部安装隔爆外壳，磁流变线圈由控制器连接控制，活柱的一端套装复位弹簧、另一端伸出缓冲油缸。

6.如权利要求5所述的斜巷运输的防跑车自调节缓冲系统，其特征在于，在斜巷巷道的两侧对称安装两个挡车栏缓冲器，牵引钢丝绳与活柱连接。

7.如权利要求1所述的斜巷运输的防跑车自调节缓冲系统，其特征在于，在斜巷巷道旁均布有多个信号中继器，相邻两个信号中继器间距为100米，信号中继器与控制器连接，信号中继器与速度传感器相配合用于实时监测矿车速度。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的斜巷运输的防跑车自调节缓冲系统的工作方法，包括以下步骤：

A矿车下行时：

当第一传感器检测到矿车提升绞车正转拖动矿车开始下行时，控制器控制挡车栏缓冲器系统通电，第一压力传感器监测矿车的重量并传输给控制器，控制器根据矿车重量控制磁流变线圈电流，给磁流变线圈一个基础电流，使缓冲器产生一个基础阻尼力；

当矿车提升绞车开始运行后，速度传感器测得矿车的实时速度V并通过信号中继器传输给控制器，控制器将V与设计时速V₀进行比对；当V≤V₀时，矿车处于正常运行状态，控制器控制挡车栏提升系统通电；当矿车运行到挡车栏上部第一光电开关位置时，第一光电开关和延时继电器被触发，接通绞车电机，绞车电机正转并延时工作，挡车栏被拉起使矿车顺利通过挡车栏；当矿车运行到挡车栏下部第二光电开关位置时，第二光电开关和延时继电器被触发，接通绞车电机，绞车电机反转并延时工作，挡车栏被放下，防止上部车场有矿车溜进斜巷造成事故；当V＞V₀时，矿车处于异常运行状态，即发生跑车事故，此时控制器控制挡车栏提升系统断电，第一光电开关不会被触发，挡车栏处于关闭状态，同时控制器根据V与V₀的差值在磁流变线圈基础电流上进行调整，增大或减小电流值，控制挡车栏缓冲器根据矿车速度提供相应阻尼力；

B矿车上行时：

当矿车提升绞车反转拖动矿车上行时，控制器控制挡车栏缓冲器系统通电，控制挡车栏提升系统断电；第二压力传感器测得矿车的重量并传输给控制器，控制器根据矿车重量调整磁流变线圈基础电流，速度传感器将测得的速度实时传输给控制器，控制器将实时速度与设计时速经过比对后，在缓冲器基础电流上调整磁流变线圈电流，以防止矿车在上行过程中由于脱钩发生跑车事故；当矿车通过挡车栏时，挡车栏提升系统因控制器控制其断电不发生动作，矿车须将挡车栏顶起通过。