姜 波

（大同煤礦集團(tuán) 小峪煤礦，山西 朔州 038300）

0 引言

在煤礦井下作業(yè)中，當(dāng)運(yùn)輸設(shè)備由于操作不當(dāng)或發(fā)生斷繩等事故時(shí)，由于重力會(huì)加速運(yùn)輸設(shè)備的滑行，這會(huì)損壞井下設(shè)備和設(shè)施，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致人員傷亡事故。阻車器是煤礦常用的運(yùn)輸防護(hù)設(shè)備，阻車器主要用于阻擋運(yùn)輸車輛，防止跑車、溜車等事故的發(fā)生。但是，目前阻車器主要依靠人工判斷、手動(dòng)操作、這種傳統(tǒng)的方式在發(fā)生事故時(shí)會(huì)使操作具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性。隨著現(xiàn)代化礦井的建立，運(yùn)輸車尺寸不斷加大，運(yùn)輸量不斷增加，急需要投入自動(dòng)化程度較高的阻車裝置，以保證煤礦的運(yùn)輸安全［1］。

1 阻車器

傳統(tǒng)阻車器通過人力開啟，當(dāng)發(fā)生運(yùn)輸事故時(shí)，其人工操作的危險(xiǎn)性大。隨著安全要求的提高，目前有通過電液推桿來控制阻車器開閉，但是電液推桿阻車器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備造價(jià)高，需要滿足井下防爆的要求。井下實(shí)際使用證明，當(dāng)阻車器阻車面積不足且車輛高速運(yùn)行時(shí)，車輪與阻車器高速碰撞易使運(yùn)輸車發(fā)生側(cè)翻事故。

隨著煤礦規(guī)模的不斷擴(kuò)大，井下運(yùn)輸設(shè)備工作量增加，阻車器急需改造，以滿足現(xiàn)代化礦井的要求。目前，隨著礦井壓風(fēng)系統(tǒng)的建立和投入，人們開始利用煤礦風(fēng)壓作為阻車器啟閉的動(dòng)力。這種設(shè)計(jì)方案一方面可以簡(jiǎn)化阻車器的結(jié)構(gòu)；另一方面，由于氣壓傳動(dòng)不需要考慮井下防爆條件，也增加了裝置的安全性。氣動(dòng)阻車器主要通過利用井下風(fēng)壓來控制氣缸伸縮，實(shí)現(xiàn)阻車架的開啟與閉合。當(dāng)運(yùn)輸車超速時(shí)，氣缸伸出，阻車架啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)阻車。

因井下道軌寬度為600mm，為了不影響運(yùn)輸車輛，設(shè)計(jì)阻車架寬度為500mm，有效阻車高度為800 mm，阻車架由角鋼和圓鋼焊接而成，為此，增大阻車面積，將有效阻車面積集中在車體上，以減少阻車過程中運(yùn)輸車發(fā)生側(cè)翻事故。阻車架結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 阻車架結(jié)構(gòu)

當(dāng)需要阻擋運(yùn)輸車時(shí)，電磁閥換向，氣缸伸出，阻車架開啟，如圖2 所示。

圖2 阻車器氣缸伸出

1.1 氣缸選型

如圖2 所示，阻車架底與轉(zhuǎn)軸的距離a1＝125 mm，阻車架轉(zhuǎn)角長(zhǎng)度a2＝35mm，氣缸支架與阻車架垂直距離a3＝60mm，氣缸支架與阻車架水平距離a4＝240mm，計(jì)算可得：AB＝97mm。

由氣缸全部伸出時(shí)的長(zhǎng)度為活塞桿的2倍可知：AC＝2BC＝2L。

由三角形邊角關(guān)系可計(jì)算得到∠ABC＝140°，已知由余弦定理可計(jì)算得氣缸長(zhǎng)度應(yīng)不小于187mm。氣缸選擇CM2-40-250，其缸徑為Φ40mm，行程為250mm，在氣壓為0.3 MPa～0.8MPa之間可實(shí)現(xiàn)阻車器的開啟與閉合。

1.2 緩沖裝置

剛性沖擊極易引起運(yùn)輸車側(cè)翻事故，從而引發(fā)更大的安全事故。為減少運(yùn)輸設(shè)備的剛性沖擊力，在機(jī)架上設(shè)置了緩沖裝置。機(jī)架底部安裝緩沖彈簧，機(jī)架處安裝彈性鋼板，可通過彎曲來吸收沖擊力。當(dāng)車輛撞擊阻車架時(shí)，阻車架旋轉(zhuǎn)，如圖3 所示，導(dǎo)致彈性鋼板彎曲，彈簧收縮，使得運(yùn)輸車發(fā)生柔性沖擊而停車。此外在氣缸選型時(shí)，應(yīng)留有一定余量作為緩沖伸縮量。氣路中安裝安全閥，當(dāng)撞擊阻車器時(shí)，氣路中氣壓劇增，此時(shí)安全閥開啟，既可以保護(hù)設(shè)備安全，又可以通過壓力逐步釋放使阻車器獲得一定的緩沖。阻車器的柔性阻擋可以改善運(yùn)輸車側(cè)翻現(xiàn)象，雙緩沖裝置可實(shí)現(xiàn)撞擊的安全性，保證井巷運(yùn)輸?shù)陌踩?/p>

圖3 緩沖裝置

2 阻車器啟閉控制裝置

當(dāng)運(yùn)輸車輛正常運(yùn)行而無需停車時(shí)，阻車架閉合；當(dāng)運(yùn)輸車因事故導(dǎo)致跑車時(shí)，運(yùn)輸車運(yùn)行速度大于規(guī)定速度，可通過阻車器的自動(dòng)開啟來阻止運(yùn)輸車的繼續(xù)運(yùn)行。

自動(dòng)開啟是通過在運(yùn)輸車導(dǎo)軌上安裝接近開關(guān)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)運(yùn)輸車碰到阻車器時(shí)，觸發(fā)導(dǎo)軌上1＃與2＃接近開關(guān)，由接近開關(guān)將信號(hào)發(fā)送至控制器，控制器內(nèi)的處理器根據(jù)兩處接近開關(guān)信號(hào)發(fā)出的時(shí)間差，從而獲得運(yùn)輸車的運(yùn)行速度。兩處接近開關(guān)的距離為5 m，當(dāng)車輛通過后，脈沖接收時(shí)間差為t，則通過的速度為：v＝5／t。當(dāng)發(fā)生超速、跑車時(shí)，即v＞3m／s時(shí)，控制器發(fā)出信號(hào)，電磁閥得電換向，氣缸開啟；當(dāng)v≤3m／s，阻車器閉合，運(yùn)輸車可順利通過。當(dāng)運(yùn)輸車停車后，需要阻車器阻擋時(shí)，可以通過按鈕開啟阻擋裝置［2］。

當(dāng)車輛運(yùn)輸至阻車器位置需要停車或因其他原因開啟阻車器時(shí)，可以通過選擇按鈕來人工控制阻車器的開閉，人工控制可彌補(bǔ)自動(dòng)控制發(fā)生故障時(shí)無法控制的缺陷，保證井下的安全運(yùn)輸。當(dāng)阻車器發(fā)生電氣故障時(shí)導(dǎo)致電磁閥無法換向，阻車器會(huì)無法啟閉，這種狀態(tài)會(huì)引發(fā)安全事故，為此設(shè)計(jì)了手動(dòng)換向閥。手動(dòng)換向閥與電磁閥并聯(lián)，當(dāng)電磁閥失效后，可以啟用手動(dòng)換向閥，實(shí)現(xiàn)阻車器閉合。

自動(dòng)阻車器安裝有聲光語(yǔ)音警示裝置，聲光語(yǔ)音信號(hào)與控制器相連，當(dāng)發(fā)生超速、跑車時(shí)，道軌上的接近開關(guān)發(fā)出信號(hào)，控制器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后發(fā)出信號(hào)給電磁閥，氣缸動(dòng)作，阻車器閉合的同時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)閃爍紅燈，以提醒附近作業(yè)人員注意躲避事故。

3 狀態(tài)顯示

為了實(shí)時(shí)監(jiān)控阻車器狀態(tài)，在阻車器機(jī)架上安裝3＃接近傳感器。當(dāng)設(shè)備開啟時(shí)，常開型接近開關(guān)發(fā)出信號(hào)，控制器可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)阻車器狀態(tài)，控制器通過信號(hào)接口將阻車器狀態(tài)發(fā)送至地面調(diào)度系統(tǒng)或其他控制設(shè)備，同時(shí)將運(yùn)輸車在阻車器附近的運(yùn)行速度進(jìn)行上傳，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸車運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)［3］。阻車器控制系統(tǒng)元件布置圖如圖4 所示。

圖4 阻車器控制系統(tǒng)元件布置圖

4 結(jié)論

氣動(dòng)式自動(dòng)阻車器利用井下壓風(fēng)系統(tǒng)為動(dòng)力，通過道軌處的傳感器獲取運(yùn)輸車的運(yùn)行狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制阻車器的啟閉，也可人工控制，既減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，又增加了井下運(yùn)輸?shù)陌踩浴?/p>

［1］張濤，何永續(xù)，薛忠和，等.基于PLC的礦用調(diào)度絞車自動(dòng)排繩裝置的設(shè)計(jì)［J］.礦山機(jī)械，2012（9）：56-58.

［2］馮小鵬，張雙崩，張鴻鵬.斜巷礦車阻車器觸發(fā)裝置的開發(fā)與應(yīng)用［J］.煤礦機(jī)械，2006（12）：142-143.

［3］張喜麟.煤礦斜井跑車綜合防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.煤礦開采，2011（4）：83-84.