基于自锁原理的新型斜井自制动矿车设计

陈天亮

（云南铜业股份有限公司机械制造分公司，云南 楚雄 675000）

随着自动化技术的不断发展，铜矿及相关产业在日常工作中也加大了自动化技术应用的力度，日常工作整体的水平以及效率明显提高。目前国内外很多铜矿产业都开展了信息化技术的革新工作，并在此基础上将各类新型的自动化技术科学并合理的应用到了铜矿产业的各个工作环节当中，这也标志着我国已经迈入矿产行业的现代化进程。而对于自动化技术的应用也为相关企业带来了技术革新，对提高采矿效率、保证采矿工作安全都做出重要保证。所以对于包括矿业等产业来说，都要重视自动化技术以及互联网技术的应用。

1 项目背景

1.1 矿产开采中存在的问题

传统矿产的开采技术，面临诸多问题，虽然部分已经被相关技术所解决，但仍然存在部分未被解决的问题等待处理。其中部分矿产勘探精度较低，测量不准确，从而在开采过程中不能准确挖掘到矿层所在部位，这样就使得工作量增加的同时工作效率不增反减 ；矿产开采设备较落后，安全系数较低，安全事故治理措施落后，安全水平不达标的情况下，不能够对安全隐患进行有效治理，并且在安全事故发生过后，不能进行快速反应，减小人员与经济损失 ；矿产技术参差不齐，相关市场发展极不稳定[1]。

1.2 本次设计的实施背景

对于铜矿开采过程中存在的一系列问题都可寻其根源，对于在相关矿产开采过程中铜矿斜井运输也是安全事故频发的一项原因。其中就包括斜井跑车造成的相关事故，给铜矿的生产过程造成了巨大的人员和经济的损失[2]。而对于国家制定的相关政策当中也明确指出 ：在铜矿企业中，基于铜矿斜井轨道的运输必须进行防矿车跑动的装置。而本篇文章，基于此设计了一种全新的矿车防跑装置，主要工作原理时将制动装置安装在矿车的底座上，通过检测牵引矿车的钢丝绳拉力的变化情况，从而出发制动装置与轨道进行接触并自锁，从而实现对矿车的有效制动。

2 斜井自制动矿车的设计内容

在斜井自制动矿车设计的过程中，最基本的要求就是能在矿车发生跑车事故的很快的时间内，能够将矿车及时制动，并且在正常情况下不影响自身以及其他矿车的运作。对于本次设计的新型的斜井自制动矿车的设计方案，其实是通过检测矿车上牵引钢丝绳的拉力变化，从而出发制动设备进行矿车的制动[3]。对于与钢丝绳连接的特质弹簧来说，其实是作为制动设备的触发部分，不作为牵引装置。所以对于矿车的自锁装置，仍然是通过制动杆与轨道进行相抗完成的。

为了减少大规模研发并制造的成本，本次设计通过现有矿车进行改进[4]。而为了在日常工作运行过程中，由于钢丝绳拉力正常变化导致的矿车错误制动，则进行摆锤设备的设计。对于摆锤来说，其能够检测在矿车载斜井中行驶过程中，变坡点以及可能出现受力改变的地方，从而与矿车的制动装置进行连锁，防止错误动作。

3 斜井自制动矿车的设计原理

矿车在斜井中行驶的过程中，主要受到重力和牵引力的作用。并且我们在此设矿车自身的重力为G，斜井的倾斜度为α，制动杆与轨道接触时的夹角为β，制动杆的闸块与轨道之间的摩擦系数为μ。所以我们通过基础物理学可以知道，当矿车的牵引钢丝绳断裂时，制动杆在特质弹簧的作用下与轨道进行接触，制动杆的闸块与轨道的摩擦力瞬间增大，从而使得矿车在短时间内停止在斜井轨道上。而我们通过对力的分析，可以得出以下结 论。N=G x /2cosβ=Gsinα/2cosβ ；N x =Nsinβ=Gsinαtanβ/2 ；N y =Ncosβ=Gsinα/2 ；F=μN x =μGsinαtanβ/2。 当 G x ＜ 2F 的时候，矿车就会自动锁死在斜井轨道上。用力学公式表示就为 ：μGsinαtanβ＞Gsinα。所以我们通过上述推理可以得知，矿车自锁的条件与自身的重量没有丝毫关系。

4 斜井自制动矿车的结构设计

新型的斜井自制动矿车制动装置的结构是通过现有矿车的基础上进行改进的。对于其内在构造来说，左侧为主拉杆，并且其穿过主导方向的横梁与车架上的前梁，而且横梁是通过两块槽钢相对焊接而成。主拉杆与横连杆连接在一起，并且制动杆分别和横连杆与制动杆连接在一起[5]。

特质弹簧与弹簧安装杆与制动杆紧密相连，在矿车正常工作过程中，需要通过牵引钢丝绳进行拉拽，在主动干的拉动作用下，横连杆、制动杆预计制动连杆共同作用，从而使制动杆向内侧收缩，从而使制动杆原理轨道，防止错误停止。当发生跑车事故时，牵引绳上的拉力变小，并且在弹簧的作用下主拉杆被拉回，同时制动杆向外扩张与轨道进行接触，进而矿车自锁。

5 斜井自制动矿车的摆锤设计

矿车在进入上下边坡点位时，由于牵引的钢丝绳拉力会发生变化，制动装置会形成错误动作，而为了避免这种情况的发生，我们根据重力始终向下的原理，设计出一款能够检测矿车位置的摆锤设备[6]。

此设备安装在方向横梁的槽钢内，且结构较为紧密。具体实施方式是水平轨道至坡度轨道过渡的过程中，重锤始终垂直向下，且挡板靠近主拉杆的位置，在限位螺丝以及Z形状的限位板的组当下，主拉杆不能形成制动动作，所以实现防止动作误判的初衷。当矿车驶入倾斜巷道上时，重锤始终垂直向下摆放，此时限位板与主拉杆的距离较远，限位螺丝起不到任何作用，而当跑车事故发生之时，主拉杆就可以在弹簧的作用下使制动装置运行。

6 总结

基于矿井内安全事故设计了一种全新的矿车防跑装置，主要工作原理时将制动装置安装在矿车的底座上，通过检测牵引矿车的钢丝绳拉力的变化情况，从而出发制动装置与轨道进行接触并自锁，从而实现对矿车的有效制动。对于新型斜井自制动矿车是通过现有矿车的基础上进行改良，极大程度减少企业成本 ；并且由于我们在矿车上设置了摆锤装置，所以矿车无论在平坦还是倾斜的巷道中行驶，都会进行其正确的操作流程，而不会出现错误指令的现象 ；新型的斜井自制动矿车能够在斜井上实现快速的制动并自锁，从而极大程度减少了安全事故的发生。本篇文章，通过为了对斜井内可能出现的跑车事故进行解决，因此设计了斜井自制动矿车，希望能够为相关企业的日常工作设备的改良做出理论基础。