斜井跑车防护装置能量计算
斜井常闭式防跑车装置设计说明书样本
题目: 斜井常闭式防跑车系统的设计院系专业: 机械工程及自动化姓名: 唐晓燕指导老师: 韩振铎完成时间: -11-23目录一设计任务书...............................第 3 页二摘要.....................................第 4 页三防跑车机构的组成.........................第 5 页四挡车栏的设计计算.........................第 7 页五防跑车的电气控制. (14)六端面摩擦缓冲器的设计 (15)1、钢丝绳及压绳板的选择计算 (19)2、卷筒的设计计算 (21)3、摩擦片的设计计算 (24)4、制动片的计算 (27)5、轴套的计算 (28)6、轴的计算 (31)7、调力螺母的计算························第32页8、 支座 (33)七 设计心得.................................第36页 八 参考文献 (37)一 设计任务书题目: 防跑车装置的设计1、 设计条件1) 机器功用 针对斜井跑车事故的防护装置, 当矿车跑车时, 使挡车栏实现可靠拦截, 避免事故的发生。
2) 工作情况 常闭式 3) 运行要求 可靠性较高 4) 生产批量小批生产 5) 生产厂型 小型机械厂 2、 原始数据发生跑车时的冲击能量E=1610 J 矿井原始参数斜井跑车的自然条件设定:α斜井倾斜度设定为︒≤30斜井跑车的总质量:串车规定最多为6辆, 每辆满载时的质量位Kg, 总质量为1 kg。
变坡点与挡车栏的距离设定为30m。
绞车最大提升速度为2.8m/s。
矿山斜井跑车防护装置
1.概述根据《煤矿安全规程》第三百七十条规定，开发研制出ZDC30-1.35型斜井跑车防护装置，使用于斜井矿车的跑车防护，该装置为常闭型。
用途：当斜井矿车发生跑车时，对发生跑车的矿车进行拦截以免发生事故。
使用范围：本装置可在煤矿、金属矿山、非金属矿山等所有倾角在30°以下的单轨或双轨提升运输或倾斜巷中使用。
型号意义：Z DC 30—1.35额定抗冲击能量（MJ）最大倾斜角（°）跑车防护挡车装置2．特点ZDC30—1.35型斜井跑车防护装置，电气系统主要由PLC控制器、PLC控制器隔离板、电源变压器、接触器、三相电机和编码器等组成，电机保护由过热继电器来完成。
其中PLC控制器是系统的控制核心，电源变压器是将交流电压变换成PLC控制器所能接受的正常工作电压。
三相电机将完成车挡的提升和放下操作。
提升绞车的正反转由电控箱的接触器控制。
3．系统工作原理当矿车下行时，矿车下行到挡车栏上方的指定位置时，旋转脉冲编码器把信号传递到电控箱的PLC控制器，PLC控制器接到来自编码器的信号进行检测，检测矿车运行位置是否准确，运行到指定位置时挡车栏打开（脱钩矿车超速下行时挡车栏不动作等待拦截）当矿车下行到挡车栏下方的指定位置时挡车栏关闭。
当矿车上行到挡车栏下方的指定位置时挡车栏打开，矿车上行到挡车栏上方的指定位置时挡车栏关闭。
4．功能1）采用日本三菱PLC控制和旋转脉冲编码器定位，使时间的测量达到1ms、位置测量到1.0cm的精度，提高了系统控制的准确度；2）本系统可与绞车连锁，功能强大、控制方便；3）航载机着陆的柔性减速器缓冲器设计，技术领先，吸能量大，使矿车的损伤程度降低到了最低；4）PLC系统具有自检功能，故障、跑车报警等功能，对各部件的工作情况进行巡检，特别是对拦车网（车挡）的位置自检，最大限度的避免了系统的误动作，对于跑车脱轨能有效的拦截；5）监控功能：矿车下行到挡车栏下方时，矿车正常运行，挡车栏提起同时绿灯亮，如矿车发生跑车，挡车栏不提起，当矿车碰到挡车网时红灯亮同时有铃声报警，矿车上行到挡车栏下方时，挡车栏提起同时绿灯亮。
斜井跑车装置计算
2．跑车防护装置
副斜井井口设平车场，井口车场为两股道，一股重车道，一股空车道。
为防止跑车事故的发生，在上部平车场入口设置能够控制车辆进入摘挂钩地点的阻车器1台。
在下井矿车道的井口变坡点处设置阻车器1台，防止下行矿车自行滑入井筒发生跑车事故。
在井底车场处设置阻车器1台，防止车辆误入非运行车场或区段。
在井筒内设置ZDC30-7.0型斜井防跑车装置10套。
则每套跑车防护装置可控制的距离：L=(E-0.5mV02)/mg(sinα-ωcosα) 其中: E-串车动能，E=7.0×106J
α-井筒倾角，α=25°
ω-串车运行阻力系数，ω=0.02
经计算：L=81.9m。
井筒斜长828m,防跑车装置10套，可满足要求。
在变坡点下略大于1列车长度的地点，设置能够防止未连接的车辆继续往下跑的挡车栏，其测速范围0－9.0m/s，监控距离＞100m，系统动作时间≤1.6s，防止发生跑车事故，上述挡车装置经常关闭，放车时方准打开。
巷道内安设能将运行中断绳、脱钩的车辆阻止住的跑车防护装置。
防跑车装置为常闭式轨道斜巷跑车防护装置，型号为ZDC30-7.0（该装置包含挡车栏）。
其中在距巷道上部平车场约35m处安设一套，在距巷道底部变坡点约73m处安设一套。
中间每隔80m安装一套，该装置平时为常闭状态，当绞车启动正常运行时，矿车达到设定位置，挡车栏自动升起，矿车通过后，挡车栏自动下落。
当矿车溜车或运行过程中矿车与提升机转动系统失去同步，车虽跑至挡车栏而实际监测钩头未到，常闭挡车栏起作用挡住跑车。
主井跑车防护装置挡车栏安装距离设计计算书23°斜坡380米4道挡车栏
ZDC30-2.2跑车防护装置
设
计
计
算
书
挡车栏安装距离计算（坡长380m，坡
度23°，4道网）
根据缓冲吸能器所承受最大冲击能量，挡车栏距离95时，初速度为0，挡车栏安装在倾角23°时，求：（1）挡车栏设计最大允许冲击能量是多少？（2）矿井最大运载承载件的重量是多少？（3）结论本挡车栏是否满足本矿井使用？
解：根据已知条件得E=1/2*m*v*v=mgL sinαcosα=2004256.8J≈2MJ <2.2MJ
挡车栏安装位置根据公式mg=E/L(sinα－ 0. 06cosα)，
m=2004256.8/95*9.8*(sin23°－ 0. 06cos23°)
＝6529kg≈6.5T
注：1、m为运动物体重量（Kg）
2、E 为缓冲器承受的冲击能量（其中E=2.2MJ取得国家煤安证时所能承受的最大能量值，适合坡度5°——30°）
3、α为斜井或斜巷的倾角（23°）
4、L为挡车栏间的距离（其中L=95m）
5、v为矿车运载物料最大速度（v=3m/s）
结论：（1）挡车栏设计最大允许冲击能量是2.0MJ，（2）矿井最大运载承载件的重量是 6.5T,（3）结论本挡车栏最大允许冲击能量是2.0MJ<设计最大允许冲击能量2.2MJ，所以满足本矿井使用。
斜井防跑车装置和跑车防护装置的管理规定
斜井防跑车装置和跑车防护装置的管理规定为了保证斜井提升安全、减少和杜绝跑车事故，公司要求在斜井轨道运输管理中要贯彻“以防为主，防挡并重，管理与装备并重”的原则。
根据《煤矿安全规程》和山西省《煤矿安全质量标准化标准及考核评级办法》（2012年版），并结合我矿实际情况，制定了本管理规定和管理标准。
本《规定和标准》对防跑车和跑车防护装置提出了基本要求，各单位要认真执行，不断总结经验，以进一步完善本管理规定和管理标准。
一、管理规定1、必须按《煤矿安全规程》（2011版）第370条安装防跑车装置和跑车防护装置。
2、安装前必须将《安装方案》报送公司机电部，经审核后方可实施。
3、选用防跑车装置和跑车防护装置，应由专业设计部门设计并制作和安装。
产品必须符合MT 933－2005《跑车防护装置技术条件》。
4、任何一种新型的挡车装置，或是一种挡车装置在使用条件（巷道倾角、提升串车数、装设距离等）有改变者，均必须在进行试验后，方可正式投入使用。
试验条件必须符合实际情况。
5、凡装设有防跑车装置和跑车防护装置的矿井，必须坚持使用，不得以任何借口，弃之不用或随意拆除。
6、各车场把钩工交接班时，要对所管辖的挡车装置的运行情况进行交接，对出现故障或隐患，未消除之前，把钩工不得发提升信号，并报告主管部门，立即处理，合格后方可进行提升。
7、必须坚持“四检”制度（班检、日检、旬检、月检）。
8、要有完善的管理制度、岗位责任制、操作规程等。
9、要对使用者进行设备的结构、原理、维护、操作等知识进行培训，并有培训记录和考核成绩。
10、要有完善的技术档案。
二、管理标准制定依据：1、《煤矿安全规程》（2011版）2、山西省《煤矿安全质量标准化标准及考核评级办法》（2012年版）3、MT933－2005《跑车防护装置技术条件》。
跑车计算
二、主斜井跑车防护装置及车场信号装置1、主斜井井筒及井口房布置主斜井设有检修轨道，选用30kg/m钢轨，600mm轨距系统。
在主斜井井筒内设有斜井防跑车装置四套，以防矿车断绳或脱钩等跑车事故的发生。
满足《煤矿安全规程》第370条的要求。
在井口竖曲线段设有φ200托绳轮，在井筒内每隔15m安设地辊，起托绳作用。
2、主斜井防跑车装置选型（1）、原始参数①、主斜井井筒坡度：21°；②、最大件（含平板车）总质量：3000kg；③、巷道总长（斜长）：710m；④、矿车最大运行速度：1.885m/s；（2）、跑车防护装置设计说明：根据有关统计数据，大多数的跑车现象发生在井口，因此井口挡车栏应保证对跑车事故的绝对拦截，即跑车拦截能量不超过挡车栏的最大抗冲击能量，ZDC30/2.2型单挡车栏最大抗冲击能量为3.5MJ，因此应确保跑车拦截能量在3.5MJ以内。
对于斜巷内发生的跑车事故，应确保挡车装置将矿车拦截掉道，以避免矿车沿轨道继续下跑，对井底车场人员、旁边的设备等造成损害和人身伤害。
井筒内安设ZDC30/2.2型防跑车装置，其最大抗冲击能量为3.5MJ。
（3）、跑车防护装置计算①、巷道最大倾角：巷道倾角α=21°；②、巷道的总长度为710m；③、按实际运量计算，最大件质量取3000kg；④、斜井提升矿车运行速度：v0=1.885m/s；跑车防护装置能量计算：E1= mg(sinα-μcosα)L1+1/2mv02其中：E1—挡车栏的抗冲击能，E1=2.2×106J；(额定抗冲击能量)Emax=3.5×106J；(最大抗冲击能量)m—总质量，m=3000kg；v0—大件下放初始速度，v0=1.885m/s；g—重力加速度，取g=9.8m/s2；μ—大件运行阻力系数，根据MT933-2005，取μ=0.02；α—斜坡轨道倾角，α=21°；L1—挡车距离；将相关数据带入公式，得出L1=257m（E=2.2×106J），设计选挡车栏距离为180m，小于挡车栏额定抗冲击能量所允许的范围257m。
ZDC30-1.5常闭防跑车
ZDC30-1.5型斜井跑车防护装置
ZDC30-1.5型斜井跑车防护装置主要是依据《煤矿安全规程》和MT933-2005标准要求研制开发的，是斜井巷道轨道运输防止发生跑车的主要拦截设备。
ZDC30-1.5型斜井跑车防护装置主要由挡车栏、收放绞车、电控箱、旋转脉冲编码器、信号指示装置等几部分组成，采用的是常闭形式，即平时挡车栏是关闭的，当矿车正常通过时挡车拦打开，矿车通过后挡车栏自动关闭，而矿车发生跑车时，矿车虽然跑到挡车栏位置，但电控箱还未发生指令，挡车栏不打开，有效地将发生跑车的矿车拦截。
ZDC30-1.5型斜井跑车防护装置采用的进口旋转脉冲编码器及PLC控制器装置，大大提高了产品的可靠性，对于一条斜井的数套跑车防护装置采用集中控制的方案，并与绞车、阻车器等设备进行了有效的联锁，进一步提高了斜井矿车运行的安全性能，最大程度的减轻由于跑车给斜井巷道带来的损害。
该系统还可以进行测量、记忆、远距离传输等功能，可显示矿车运行距离及每次挡车栏打开、关闭的时间，并将数据通过互联网传输到本公司，使本公司可以远程对设备进行日常维护及故障诊断，其技术处于国内领先水平。
主要技术参数：
斜井倾角：≤30度控制电源电压：AC127V 绞车电压：A660V
绞车功率：1.5KW 抗冲击能量：1.5*106J
系统动作时间：≤ 3s 车位检测精度：≤0.1m。
矿井跑车防护装置挡数计算
矿井跑车防护装置挡数计算矿井跑车是用于矿井运输工作的一种特殊设备，其运行过程中需要安装防护装置来保护人员和设备的安全。
防护装置的挡数计算是为了确定在运行过程中所需的防护装置的数量。
矿井跑车的防护装置可以包括防护罩、防护网、防护栏杆等。
这些装置的数量需要根据具体的矿井跑车的尺寸、负载要求以及运行环境等因素来进行计算。
下面将对其中的几个重要因素进行详细介绍：1.尺寸：矿井跑车的尺寸是决定防护装置数量的重要因素之一、一般来说，矿井跑车的尺寸越大，需要的防护装置数量也越多，以确保整个设备的安全。
2.负载要求：矿井跑车在运输过程中需要承载一定的负载。
负载要求越高，则需要的防护装置数量也越多，以确保负载的稳定和安全。
3.运行环境：不同的矿井跑车运行环境可能存在不同的安全风险，例如：有可能存在坍塌风险、有害气体泄漏风险等。
在计算防护装置的数量时，需要根据具体的运行环境做出相应的安全措施，增加或减少相应的防护装置。
在计算矿井跑车防护装置的数量时，可以按照以下步骤进行：1.确定矿井跑车的尺寸：测量矿井跑车的长度、宽度和高度等参数。
2.确定负载要求：根据实际需求，确定矿井跑车需要承载的负载大小。
3.评估运行环境：对矿井跑车的运行环境进行评估，确定其中存在的安全风险，并考虑相应的防护装置来应对这些风险。
4.根据以上数据计算：根据矿井跑车的尺寸、负载要求和运行环境等数据，结合相关的安全标准和规范，计算所需的防护装置数量。
需要特别指出的是，在计算防护装置的数量时，还需要根据相关的法律法规以及行业标准和规范进行合理的约束，以确保矿井跑车的安全性能符合要求。
总之，矿井跑车防护装置的挡数计算是一个复杂的过程，需要考虑多个因素的综合影响。
通过准确的尺寸测量、负载要求和运行环境评估，结合相关的安全标准和规范，可以计算出合理的防护装置数量，确保矿井跑车的安全运行。
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斜井跑车防护装置能量计算
摘要：针对煤矿斜井运输中发生的跑车事故，分析了跑车事故发生时产生的冲击能量，对跑车防护装置吸收冲击能量的能力做出了分析计算，对煤矿跑车防护装置的选型计算有一定的指导意义。
关键词：跑车防护装置；斜井；能量计算
斜井运输是煤矿运输的重要环节，斜井跑车事故是较为常见事故，一旦发生钢丝绳断绳或脱钩等跑车事故，就可能造成设备损坏、中断斜井运输等经济损失，严重时还可能造成人员伤亡。
《煤矿安全规程》第三百七十条明确规定：“倾斜井巷内使用串车提升时必须遵守下列规定：（一）在倾斜井巷内安设能够将运行中断绳、脱钩的车辆阻止住的跑车防护装置。
……”目前，煤矿使用的跑车防护装置种类较多，本文主要针对目前应用比较广泛的柔性跑车防护装置吸收冲击能量的大小做出分析计算
1、防护装置的形式柔性跑车防护装置为常闭型，该装置一般由PLC控制器、传感器、吸能器、执行机构及挡车栏等组成。
原理图如下所示：
正常情况下跑车防护装置为常闭状态。
①当矿车下行时，前后轮经过“SA”传感器，“SA”感应到两个信号经PLC判定为矿车正常行驶速度时，PLC将发出命令让执行机构将挡车栏提升，让矿车通过。
当矿车下行越过传感器“SC”后，传感器“SC”将发出矿车下行通过挡车栏信号,PLC控制器将控制电机反转进行下放挡车栏。
②当矿车上行经过轨道传感器“SC”时，轨道传感器“SC”将发出矿车上行通过信号，PLC电控箱控制上提挡车栏，让矿车通过。
当矿车上行越过传感器“SA”后，传感器“SA”将发出矿车上行通过挡车栏信号,PLC控制器将控制电机反转进行下放挡车栏。
③若矿车速度超出正常运行速度时，PLC不动作，挡车栏保持放下的位置即常闭状态，对矿车有效拦住，保障了巷道下部设备和人员的安全
2、跑车防护装置吸收能量计算跑车防护装置吸收能量计算跑车防护装置吸收能量计算跑车防护装置吸收能量计算现结合上述跑车防护装置，对其吸收冲击能量的分析计算如下：根据能量守恒定律，矿车在井筒内任意一点发生跑车事故，到矿车被跑车防护装置拦下所发生的能量变化为：矿车在发生跑车事故点的动能（即矿车正常下放的最大动能）与矿车被拦下，所经过斜坡长度矿车势能减少的和应该等于矿车在轨道上摩擦损失的能量与跑车防护装置吸收能量的和，公式如下：
1/2mv2+mgLsinα＝E+mgLcosα……………………………………⑴式中：
L——从跑车开始到矿车被挡车栏拦住所经过斜坡长度单位：m m——发生跑车的矿车或串车质量单位：kg
E——跑车防护装置吸收能量单位：J α——斜坡轨道的倾角单位：°μ——矿车或串车运行阻力系数取μ=0.015 g——重力加速度取
g=9.8m/s2
v——矿车最大运行速度单位：m/s 假设某井筒倾角α＝25°；矿车正常运行最大速度为v＝5 m/s；提升串车为1.1m3 600轨距固定式矿车（质量为：610kg）5辆，则串车装满矸石总质量约为m＝1.6×1.1×5＝11850kg，由于断绳而发生跑车时经过的斜坡长度为L＝100m。
计算柔性挡车栏应吸收的能量。
现将公式⑴整理变形为：
E＝1/2mv2+mgLsinα-mgLcosα
将上述假设参数带入公式⑵，求得跑车防护装置所要吸收的能量为E≈5054412 J。
跑车防护装置一般有两个吸能装置，则每个吸能
器应该吸收的能量为E1≈2527206 J 。
现在通过煤安认证拥有煤安标志的跑车防护装置生产厂家所生产的吸能器的吸收能量一般在1.0～1.4MJ 之间，远远满足不了E1≈2527206 J 的要求。
如果按E1＝1.4MJ 反算斜坡长度，即E ＝2.8MJ ，其余参数依然按上述假设条件，将公式⑴整理变形为：
L ＝
）
（ααcos -sin mg mv 2
1-2
E
可得出L ≈58m 。
假如有一条300m 长的井筒，每隔58m 设一道跑车防护装置，那么整条井筒就需要设置5套跑车防护装置，不仅提高了成本，而且增加了失效点，降低了可靠性，不符合现场的实际要求。
而且随着自动化综采设备运用越来越广泛，液压支架、采煤机等大型设备也越来越重，很多提升的物料已经远远超过了m ＝
11850kg ，使跑车防护装置的布置更加困难。
为了使跑车防护装置在井筒内布置的合理，又满足吸能器E ＝1.0～1.4MJ 要求，只能减小矿车下放速度、减小串车总质量或减小斜坡轨道倾角。
但这样做往往会减少副井提升能力或增加矿井的初期投资。
重庆联创煤业有限责任公司兴隆煤矿副斜井斜长532米，倾角25°，一次提升1t 矿车5辆。
其防跑车装置布置形式即按上述方式。
虽然自投产以来运行行良好，但是影响了矿井的提升能力
3、跑车防护装置布置方案探讨
市场上现有的各种跑车防护装置产品原理上能防止跑车事故。
但是对于冲击能量大于3MJ （一套跑车防护装置含两个吸能装置）的跑车事故是无能为力的。
基于上述分析，笔者认为如果把跑车防护装置和制动矿车联合使用会收到较好的效果。
所谓制动矿车有两种结
构形式：一种是直接在每辆矿车底盘上都安装制动装置，当矿车正常运行时，矿车性能与普通矿车一样，一旦超速，通过装在矿车上的制动装置卡住钢轨以吸收能量，实现制动。
另一种是在矿车组的前面再加一辆制动车，正常运行时制动车不起作用，当发生跑车事故时，制动矿车起作用，实现吸能制动。
制动矿车可以实现矿车的及时抓捕，对设备冲击小。
联合布置后，跑车防护装置只布置在井上、下变坡点处。
其中布置的井口的主要防止井口没有挂好就将矿车推下斜巷造成的跑车，此时矿车的速度比较小，所以对跑车防护装置的吸能量要求低。
布置在井底的主要防止矿车在井筒中发生跑车，但制动矿车没起到制动作用时的跑车事故。
对于距离比较短或倾角比较缓的斜井，可以按上述方式在井口及井底各布置一套即可。
对于长距离或倾角大的斜井，建议在井筒中部增设一套，或者在井底连续布置两套跑车，以便有效的起到拦截跑车的作用。
上述布置方式减少了跑车防护装置的数量，能够及时的阻止跑车事故，但是增加了制动矿车，提高了使用及维护成本。
4、结语
斜井跑车防护装置是斜井运输中必不可少的安全设施之一，但现在大部分厂家所生产的跑车防护装置吸收跑车能量有限，为了使斜井跑车防护装置布置合理，尽可能减少在井筒中的个数，确保斜井提升的安全性和可靠性，设计和研制更大吸收能量的跑车防护装置势在必行。