基于自鎖原理的新型斜井自制動礦車設計

陳天亮

（云南銅業股份有限公司機械制造分公司，云南 楚雄 675000）

隨著自動化技術的不斷發展，銅礦及相關產業在日常工作中也加大了自動化技術應用的力度，日常工作整體的水平以及效率明顯提高。目前國內外很多銅礦產業都開展了信息化技術的革新工作，并在此基礎上將各類新型的自動化技術科學并合理的應用到了銅礦產業的各個工作環節當中，這也標志著我國已經邁入礦產行業的現代化進程。而對于自動化技術的應用也為相關企業帶來了技術革新，對提高采礦效率、保證采礦工作安全都做出重要保證。所以對于包括礦業等產業來說，都要重視自動化技術以及互聯網技術的應用。

1 項目背景

1.1 礦產開采中存在的問題

傳統礦產的開采技術，面臨諸多問題，雖然部分已經被相關技術所解決，但仍然存在部分未被解決的問題等待處理。其中部分礦產勘探精度較低，測量不準確，從而在開采過程中不能準確挖掘到礦層所在部位，這樣就使得工作量增加的同時工作效率不增反減 ；礦產開采設備較落后，安全系數較低，安全事故治理措施落后，安全水平不達標的情況下，不能夠對安全隱患進行有效治理，并且在安全事故發生過后，不能進行快速反應，減小人員與經濟損失 ；礦產技術參差不齊，相關市場發展極不穩定[1]。

1.2 本次設計的實施背景

對于銅礦開采過程中存在的一系列問題都可尋其根源，對于在相關礦產開采過程中銅礦斜井運輸也是安全事故頻發的一項原因。其中就包括斜井跑車造成的相關事故，給銅礦的生產過程造成了巨大的人員和經濟的損失[2]。而對于國家制定的相關政策當中也明確指出 ：在銅礦企業中，基于銅礦斜井軌道的運輸必須進行防礦車跑動的裝置。而本篇文章，基于此設計了一種全新的礦車防跑裝置，主要工作原理時將制動裝置安裝在礦車的底座上，通過檢測牽引礦車的鋼絲繩拉力的變化情況，從而出發制動裝置與軌道進行接觸并自鎖，從而實現對礦車的有效制動。

2 斜井自制動礦車的設計內容

在斜井自制動礦車設計的過程中，最基本的要求就是能在礦車發生跑車事故的很快的時間內，能夠將礦車及時制動，并且在正常情況下不影響自身以及其他礦車的運作。對于本次設計的新型的斜井自制動礦車的設計方案，其實是通過檢測礦車上牽引鋼絲繩的拉力變化，從而出發制動設備進行礦車的制動[3]。對于與鋼絲繩連接的特質彈簧來說，其實是作為制動設備的觸發部分，不作為牽引裝置。所以對于礦車的自鎖裝置，仍然是通過制動桿與軌道進行相抗完成的。

為了減少大規模研發并制造的成本，本次設計通過現有礦車進行改進[4]。而為了在日常工作運行過程中，由于鋼絲繩拉力正常變化導致的礦車錯誤制動，則進行擺錘設備的設計。對于擺錘來說，其能夠檢測在礦車載斜井中行駛過程中，變坡點以及可能出現受力改變的地方，從而與礦車的制動裝置進行連鎖，防止錯誤動作。

3 斜井自制動礦車的設計原理

礦車在斜井中行駛的過程中，主要受到重力和牽引力的作用。并且我們在此設礦車自身的重力為G，斜井的傾斜度為α，制動桿與軌道接觸時的夾角為β，制動桿的閘塊與軌道之間的摩擦系數為μ。所以我們通過基礎物理學可以知道，當礦車的牽引鋼絲繩斷裂時，制動桿在特質彈簧的作用下與軌道進行接觸，制動桿的閘塊與軌道的摩擦力瞬間增大，從而使得礦車在短時間內停止在斜井軌道上。而我們通過對力的分析，可以得出以下結 論。N=G x /2cosβ=Gsinα/2cosβ ；N x =Nsinβ=Gsinαtanβ/2 ；N y =Ncosβ=Gsinα/2 ；F=μN x =μGsinαtanβ/2。 當 G x ＜ 2F 的時候，礦車就會自動鎖死在斜井軌道上。用力學公式表示就為 ：μGsinαtanβ＞Gsinα。所以我們通過上述推理可以得知，礦車自鎖的條件與自身的重量沒有絲毫關系。

4 斜井自制動礦車的結構設計

新型的斜井自制動礦車制動裝置的結構是通過現有礦車的基礎上進行改進的。對于其內在構造來說，左側為主拉桿，并且其穿過主導方向的橫梁與車架上的前梁，而且橫梁是通過兩塊槽鋼相對焊接而成。主拉桿與橫連桿連接在一起，并且制動桿分別和橫連桿與制動桿連接在一起[5]。

特質彈簧與彈簧安裝桿與制動桿緊密相連，在礦車正常工作過程中，需要通過牽引鋼絲繩進行拉拽，在主動干的拉動作用下，橫連桿、制動桿預計制動連桿共同作用，從而使制動桿向內側收縮，從而使制動桿原理軌道，防止錯誤停止。當發生跑車事故時，牽引繩上的拉力變小，并且在彈簧的作用下主拉桿被拉回，同時制動桿向外擴張與軌道進行接觸，進而礦車自鎖。

5 斜井自制動礦車的擺錘設計

礦車在進入上下邊坡點位時，由于牽引的鋼絲繩拉力會發生變化，制動裝置會形成錯誤動作，而為了避免這種情況的發生，我們根據重力始終向下的原理，設計出一款能夠檢測礦車位置的擺錘設備[6]。

此設備安裝在方向橫梁的槽鋼內，且結構較為緊密。具體實施方式是水平軌道至坡度軌道過渡的過程中，重錘始終垂直向下，且擋板靠近主拉桿的位置，在限位螺絲以及Z形狀的限位板的組當下，主拉桿不能形成制動動作，所以實現防止動作誤判的初衷。當礦車駛入傾斜巷道上時，重錘始終垂直向下擺放，此時限位板與主拉桿的距離較遠，限位螺絲起不到任何作用，而當跑車事故發生之時，主拉桿就可以在彈簧的作用下使制動裝置運行。

6 總結

基于礦井內安全事故設計了一種全新的礦車防跑裝置，主要工作原理時將制動裝置安裝在礦車的底座上，通過檢測牽引礦車的鋼絲繩拉力的變化情況，從而出發制動裝置與軌道進行接觸并自鎖，從而實現對礦車的有效制動。對于新型斜井自制動礦車是通過現有礦車的基礎上進行改良，極大程度減少企業成本 ；并且由于我們在礦車上設置了擺錘裝置，所以礦車無論在平坦還是傾斜的巷道中行駛，都會進行其正確的操作流程，而不會出現錯誤指令的現象 ；新型的斜井自制動礦車能夠在斜井上實現快速的制動并自鎖，從而極大程度減少了安全事故的發生。本篇文章，通過為了對斜井內可能出現的跑車事故進行解決，因此設計了斜井自制動礦車，希望能夠為相關企業的日常工作設備的改良做出理論基礎。