CN113002573A - 一种斜井防掉道配重式提升下放矿车 - Google Patents
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Abstract
一种斜井防掉道配重式提升下放矿车，由配重矿车、配重块、电气监测设备、拉力传感器、U形环、钢丝绳等部分组成。配重块和电气设备位于配重矿车上方，配重矿车通过U形环和液压支架车连接，钢丝绳连接在配重矿车上由绞车提升下放。配重矿车为方便测量钢丝绳张力、防止矿车掉道和安装其他电气设备而设计，可使拉力传感器平稳工作，其合理的配重可以保证钢丝绳牵引配重矿车在β倾角变坡处不会发生配重矿车端部翘起导致掉道的情况，保证安全可靠运行。此外，直道工况钢丝绳和配重矿车连接点设在车身中部，可减少配重矿车配重量；弯道工况连接点设在车身前端，保证配重矿车拐弯不侧翻。
Description
技术领域
本发明涉及一种配重矿车，尤其是一种适用于煤矿副斜井弯道提升时可以使得拉力传感器平稳准确测量钢丝绳张力、防止在钢丝绳拉力作用下支架车被抬起掉道和弯道倾翻的斜井防掉道配重式提升下放矿车。
背景技术
支架车是煤矿井下搬运液压支架的专用车辆，可以实现液压支架的高效运输，是目前综采工作面的主要设备之一。支架车由绞车通过钢丝绳提升下放，因此通过监测钢丝绳张力变化来判断是否有钢丝绳断绳、矿车卡轨和跑车等故障显得尤为重要。目前煤矿副斜井中使用的配重矿车均在直道中使用，无法适应斜井中存在弯道的情况，钢丝绳和配重块之间存在干涉。为了测量钢丝绳提升下放支架车时的张力，需要安装钢丝绳拉力传感器，若不加配重矿车，将拉力传感器直接连接钢丝绳和支架车前端，由于绞车在提升液压支架车过程中钢丝绳与巷道铁轨之间的夹角不断发生变化，导致拉力传感器受力方向与轨道面的夹角不断变化，并且钢丝绳在提升下放矿车过程中在绞车上绕绳时有一定的扰动，造成拉力传感器测力不准，为了拉力传感器能够平稳工作，在钢丝绳和支架车之间设计安装一台矿车，但该矿车有可能出现在钢丝绳提拉下造成端部翘起的情况，因此需要在矿车上加上合适的配重，通过计算得到配重块的质量、最佳安装位置以及钢丝绳与配重矿车的最佳连接点。由于巷道中有弯道工况，钢丝绳在提升下方矿车过程中，会有左右摆动，因此钢丝绳和配重矿车的连接点到绞车方向不可以安装配重块，只能将配重块安装在钢丝绳和配重矿车连接点和电气设备之间。
支架车在提升下放过程中，为防止钢丝绳拉力过大使得最前端配重矿车头部翘起，需要增加配重，支架车上装载液压支架已无空间，需要在支架车和钢丝绳之间增加配重块，防止绞车在提拉液压支架车时导致支架车头部翘起。原来的工况为直道，不用考虑配重车侧翻等情况的发生，配重块的位置也比较随意，只要保证矿车不被钢丝绳提拉导致掉道即可。现矿井生产中也出现了斜井弯道工况，因此需要在该配重矿车原本的基础上，针对弯道工况和直道工况，对配重矿车上配重块的布局需做出调整，弯道运行时需要考虑预防配重矿车侧翻和掉道等事故的发生，需要在此基础上进行局部重新设计。
发明内容
技术问题：本发明的目的是要克服已有矿车设备的不足之处，提供一种结构简单、安全可靠、使用效果好的斜井防掉道配重式提升下放矿车，可以使得拉力传感器准确、稳定地测量钢丝绳张力。
技术方案：本发明的一种斜井防掉道的配重式提升下放矿车，包括配重矿车、电气监测设备和拉力传感器；所述的配重矿车的上方设有配重块，位于配重块前侧的配重矿车上设有角度为α的牵引钢丝绳，所述的电气设备和拉力传感器依次设在配重矿车的尾端，配重矿车的尾端设有与支架车相连接的U形环。
所述的对于直道工况工作的配重矿车，钢丝绳和配重矿车的连接点设在车身中部；对于弯道工况工作的配重矿车，钢丝绳和配重矿车的连接点在车身前端。
所述的配重块的质量G2和配重块重心距离配重矿车的前轮I距离L′满足关系式：
以保证配重矿车前端不会被钢丝绳抬起发生掉道情况导致配重矿车卡轨；
式中：μ为配重矿车车轮和铁轨之间的摩擦阻力系数，G为配重矿车重力，α为钢丝绳和配重矿车之间的夹角，F为钢丝绳张力，L1为配重矿车前轮和后轮之间的距离，H为钢丝绳和配重车连接点和铁轨的垂直距离。
所述的配重矿车在直道工况下的钢丝绳和配重矿车的连接点位于车身中部；配重矿车在弯道工况下的钢丝绳和配重矿车的连接点位于车身前端。
所述的拉力传感器两端通过U形环与配重车连接，拉力传感器的下方设有一从配重矿车下部伸出的支撑板，当拉力传感器不受力时，用于支托拉力传感器，避免拉力传感器非受力方向受力引起的损坏。
所述的配重矿车的前后两端都装有连接碰头。
所述的配重块由多块便于拆卸的钢材配重模板组成。
所述的电气设备包括依次用螺钉固定在矿车上的数据采集发射箱和锂离子电源。
所述的拉力传感器的型号选用灵敏度为0.03％F·S的NTJL-7拉力传感器
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明对在直道中使用的配重矿车上钢丝绳连接点和配重块排布进行了二次设计，使其能够更好地适应在斜井中的各种工况，弯道工况中将钢丝绳和配重矿车的连接点设在车身端部，防止钢丝绳在甩动过程中牵涉车身将配重矿车抬翻，弯道工况中由于钢丝绳连接点的设定位置不同于直道工况，配重量要高于直道工况；在直道工况中将钢丝绳和配重矿车的连接点设置在配重矿车中部，防止配重矿车被抬起也减少了配重量。综上，钢丝绳和配重矿车连接点位于配重块前端避免了弯道工况下钢丝绳和配重块之间的干涉带来的配重矿车倾翻的问题，且在此基础上，对于提升下放同等质量设备，配重矿车的配重量大大减小，因此配重矿车整体的结构更加精简，根据钢丝绳和矿车的连接点位置，根据力学理论分析计算，能选择合适的配重来避免配重矿车掉道和倾翻等问题。对实际使用提供了理论支撑，是防止在钢丝绳拉力作用下被抬起掉道和弯道倾翻的重要保证。提升下放支架车的配重矿车，能使得拉力传感器稳定准确测量钢丝绳张力，不会因钢丝绳的扰动造成张力值测量，不仅能够实现给液压支架车配重的功能，还可用于安装随配重车运行的电气监测设备。增加配重矿车后，拉力传感器连接配重矿车和液压支架车，从根本上解决了张力传感器受力不平稳问题，配重矿车也给采集拉力传感器数据的电气设备提供了安装空间；通过计算协调配重块质量和钢丝绳与配重矿车连接点，得到最佳方案：使用最小的配重量，避免配重矿车端部被钢丝绳提起从而导致矿车掉道的情况，使得配重矿车整体重量大大减小；配重块位于钢丝绳和配重矿车的连接点和电气设备之间，电气设备对于配重车整体重量的影响较小，只是占用了配重矿车端部的一部分空间，因此在分析计算中忽略不计，最主要的是钢丝绳和配重矿车连接点位置和配重块质量与位置的合理搭配，才能达到最好的使用效果。配重矿车提升下放过程中，提供合理的配重以及合适的钢丝绳连接点，配重矿车在绞车拉力作用下实现下放和提升过程中，不会有掉道或者端部翘起情况发生。配重矿车和液压支架车之间连接的拉力传感器可以实时获取配重矿车运行过程中的钢丝绳拉力值并发送给电气设备。
附图说明
图1为本发明的配重矿车整体结构示意图。
图2为钢丝绳与未加配重的配重矿车连接点在矿车前端时的受力分析图。
图3为钢丝绳与加配重块的配重矿车连接点在矿车前端时的受力分析图。
图4为钢丝绳与未加配重的配重矿车连接点在矿车后端时的受力分析图。
图5为钢丝绳与加配重块的配重矿车连接点在矿车中间时的受力分析图。
图中：1、配重矿车，2、配重块，3、电气监测设备，4、拉力传感器，5、U形环，6、钢丝绳。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的说明：
如图1所示，本发明的斜井防掉道的配重式提升下放矿车，主要由配重矿车1、配重块2、电气监测设备3和拉力传感器4构成；所述的配重块2设在配重矿车1的中部，配重块2由多块便于拆卸的钢材配重模板组成。位于配重块2前侧的配重矿车1上设有角度为α的牵引钢丝绳6，所述钢丝绳6与配重矿车1的连接点位于配重块2远离拉力传感器4的一侧，保证矿车处于弯道时配重块对钢丝绳偏摆没有干涉情况。所述的电气设备3和拉力传感器4依次设在配重矿车1的尾端，所述的电气设备3包括依次用螺钉固定在矿车上的数据采集发射箱3-1和锂离子电源3-2。所述的拉力传感器4的型号选用灵敏度为0.03％F·S的NTJL-7拉力传感器，拉力传感器4两端通过U形环与配重车连接，拉力传感器4的下方设有一从配重矿车1下部伸出的支撑板，当拉力传感器4不受力时，用于支托拉力传感器4，避免拉力传感器4非受力方向受力引起的损坏。配重矿车1的尾端设有与支架车相连接的U形环5。所述的配重矿车1的前后两端都装有连接碰头。所述的配重矿车1在直道工况下的钢丝绳和配重矿车1的连接点位于车身中部；配重矿车1在弯道工况下的钢丝绳和配重矿车1的连接点位于车身前端。
所述的配重块2的质量G2和配重块重心距离配重矿车的前轮I距离L′满足关系式：
以保证配重矿车1前端不会被钢丝绳抬起发生掉道情况导致配重矿车卡轨；
式中：μ为配重矿车车轮和铁轨之间的摩擦阻力系数，G为配重矿车重力，α为钢丝绳和配重矿车之间的夹角，F为钢丝绳张力，L1为配重矿车前轮和后轮之间的距离，H为钢丝绳和配重车连接点和铁轨的垂直距离。
配重矿车在行走过程中，工作轨道面愈趋于水平面，钢丝绳与轨道之间夹角也愈大，钢丝绳张力分解到垂直于轨道平面的分力变大，从而配重矿车同等配重被钢丝绳提拉端部翘起导致掉道的风险越大，因此在以配重矿车为对象进行受力分析时，将轨道当做水平面进行分析，足以代表配重矿车在斜面轨道上各种工况。以下从水平面作出钢丝绳和配重矿车连接位置对配重矿车运行状态影响的力学分析。此外与配重矿车上电气设备质量对配重矿车受力分析影响较小，不予考虑。
(1)钢丝绳6与配重矿车1连接点在前端且未加配重时，如图2所示，
钢丝绳6与配重矿车1连接点在前端时的受力分析图，受力分析公式：
其中，F钢丝绳拉力，
G配重矿车重量，
FN1为轨道对配重矿车前轮I的支持力，
FN2为轨道对配重矿车后轮Ⅱ的支持力，
L为钢丝绳与配重矿车连接点与配生矿车后轮Ⅱ的距离，
L1为配重矿车轴距，
F1为牵引支架力，
μ为摩擦因数，
H为钢丝绳距离配重矿车轮的高度，
假设力矩MA为0，此时经计算得配重矿车前轮I的支持力为负，配重矿车前轮I被抬起，在这种情况下会出现脱离轨道掉道的故障和事故。
若使配重矿车前端不被提起，则需要进行配重，如图3所示，受力公式如下：
其中，G2为配重块重量，
当配重矿车前轮I的支持力为0时，配重矿车前轮I被抬起。为保证配重矿车前轮I不被抬起，则FN1须大于0，即
图3所示的配重矿车结构适用于弯道工况，钢丝绳和配重矿车连接点位于车身前端，可以有效避免钢丝绳和配重矿车车身在弯道工况工作中的干涉，但所需配重高于直道工况配重。(2)钢丝绳6与配重矿车1连接点在配重矿车后端时，如图4所示，配重矿车1的结构受力分析式：
L为钢丝绳与配重矿车连接点与配重矿前轮I的距离。
当配重矿车前轮I的支持力为0时，矿车前端翘起，假设力矩MA为0，此时经计算可得结论：配重矿车后端被提起。
若使配重矿车前端不被提起，则需要进行配重，计算式：
当配重矿车前轮I的支持力为0时，前端即翘起，为保证配重矿车不翘起，则FN2大于0，即：
此时配重矿车1加配重总重大于提升机所允许的牵引力，无法工作。
由于钢丝绳6在矿车上摆动，不能在矿车上面添加配重，只能在矿车底部添加配重，矿车的高度有限制，而矿车底部空间较小不能添加该配重。
(3)钢丝绳牵引连接点在中部并配重时
探索减轻配重又能使配重矿车不被抬起。将钢丝绳牵引连接点移到中部并配重，如图5所示，受力公式如下：
其中，L′为钢丝绳与配重矿车连接点与配重矿车轮Ⅱ的距离，
首先保证：FN1+FN2≧0，G+G2≧Fsinα，
当配重矿车前轮I的支持力为0时，配重矿车轮1被抬起。为保证配重矿车前轮I不被抬起，则FN1大于0，配重满足：
为保证配重矿车前轮I不被抬起，则FN1大于0，配重块重量G2随钢丝绳连接点与配重矿车前轮I的距离L′增大而变大。
结论：为确保配重矿车不被抬起脱离轨道掉道，如图5所示，须同时满足两个条件即可：
(1)保证配重矿车前轮I不被抬起，则FN1大于零；
(2)保证前轮I和后轮Ⅱ不被抬起：FN1+FN2≧0，G+G2≧Fsinα吨。
图5所示配重矿车结构更好地应用到了直道工况中，通过改变钢丝绳和配重矿车的连接点减小的配重量，使配重矿车结构更加轻便。
本发明的斜井提升下放支架车配重矿车，当绞车提升下放液压支架车时，在钢丝绳和液压支架车间加一配重矿车。通过安装的配重车，将配重块加在钢丝绳和矿车连接点后，当矿车提升下放位置处于弯道时，钢丝绳会有一定程度的左右摇摆，矿车车身上方的配重块也不会和钢丝绳产生碰撞，通过在钢丝绳和配重矿车连接点放在配重块前端位置解决了原来配重块加在钢丝绳和矿车连接点之后产生的对钢丝绳的干扰造成的倾翻的问题。此外，当绞车对配重矿车提升下放时，如果配重量不足，钢丝绳将配重矿车一端拉起，当配重矿车落下时，有可能导致配重矿车掉道，因此对于配重位置和配重量的选择应进行力学计算具有重要实际意义。
Claims (9)
1.一种斜井防掉道的配重式提升下放矿车，包括配重矿车(1)、电气监测设备(3)和拉力传感器(4)；其特征在于：所述的配重矿车(1)的上方设有配重块(2)，位于配重块(2)前端的配重矿车(1)上设有角度为α的牵引钢丝绳(6)，所述的电气设备(3)和拉力传感器(4)依次设在配重矿车(1)的后部，配重矿车(1)的尾端设有与支架车相连接的U形环(5)。
2.根据权利要求1所述的一种斜井防掉道配重式提升下放矿车，其特征在于：所述的配重矿车(1)在直道工况下的钢丝绳和配重矿车(1)的连接点位于车身中部；配重矿车(1)在弯道工况下的钢丝绳和配重矿车(1)的连接点位于车身前端。
3.根据权利要求1所述的一种斜井防掉道配重式提升下放矿车，其特征在于：所述的配重块(2)的质量G2和配重块重心距离配重矿车(1)的前轮I距离L′满足关系式：
以保证配重矿车(1)前端不会被钢丝绳抬起发生掉道情况导致配重矿车卡轨；
式中：μ为配重矿车车轮和铁轨之间的摩擦阻力系数，G为配重矿车重力，α为钢丝绳和配重矿车之间的夹角，F为钢丝绳张力，L1为配重矿车前轮和后轮之间的距离，H为钢丝绳和配重车连接点和铁轨的垂直距离。
4.根据权利要求1所述的一种斜井防掉道配重式提升下放矿车，其特征在于：所述钢丝绳(6)与配重矿车(1)的连接点位于配重块(2)远离拉力传感器(4)的一侧，保证矿车处于弯道时配重块对钢丝绳偏摆没有干涉情况。
5.根据权利要求1所述的一种斜井防掉道配重式提升下放矿车，其特征在于：所述的拉力传感器(4)两端通过U形环与配重车连接，拉力传感器(4)的下方设有一从配重矿车(1)下部伸出的支撑板，当拉力传感器(4)不受力时，用于支托拉力传感器(4)，避免拉力传感器(4)非受力方向受力引起的损坏。
6.根据权利要求1所述的一种斜井防掉道配重式提升下放矿车，其特征在于：所述的配重矿车(1)的前后两端都装有连接碰头。
7.根据权利要求1所述的一种斜井防掉道配重式提升下放矿车，其特征在于：所述的配重块(2)由多块便于拆卸的钢材配重模板组成。
8.根据权利要求1所述的一种斜井防掉道配重式提升下放矿车，其特征在于：所述的电气设备(3)包括依次用螺钉固定在矿车上的数据采集发射箱(3-1)和锂离子电源(3-2)。
9.根据权利要求1所述的一种斜井防掉道配重式提升下放矿车，其特征在于：所述的拉力传感器(4)的型号选用灵敏度为0.03％F·S的NTJL-7拉力传感器。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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