專利名稱：礦車防脫軌裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及礦山機械技術，尤其涉及一種礦車防脫軌裝置。
背景技術：
礦車是煤礦井下巷道內常用的輸送設備，巷道底板(即巷道的地面)上設置有軌道，礦車在牽弓I設備牽弓I作用下、沿軌道行駛。
甩車道是連接斜井和區(qū)段平巷或階段大巷之間的一段傾斜巷道，由于甩車道彎曲延伸，礦車經(jīng)甩車道時也需要轉向、而不再沿直線運行。
圖I為礦車位于甩車道軌道上某一位置的受力狀態(tài)圖，圖2為圖I中礦車輪子所受橫向分力的示意圖；請參照圖1，由于甩車道處礦車的兩條軌道2的曲線曲率較大，因此， 在礦車I向斜井下口運行或向斜井上口運行時，礦車牽引繩的牽引方向與軌道延伸方向形成夾角，即，礦車牽引繩的牽引力F與軌道延伸方向形成的夾角a，牽引力F可分解為一個平行于軌道2的切向分力N和一個垂直于軌道方向的橫向分力P，該橫向分力P可能超過軌道對輪子的約束力，致使輪子相對于軌道沿橫向移動，容易造成礦車脫軌、甚至翻車的事故；且夾角a越大，橫向分力P也越大,越容易發(fā)生脫軌。
在現(xiàn)有技術中，為了防止在甩車道上發(fā)生礦車脫軌事故，一般是通過在甩車道容易脫軌處，人工利用一支撐物，例如鋼管或木棍，來平衡礦車的橫向分力P ;具體來說，操作過程如下礦車運行至甩車道時停車，人員進入甩車道，將支撐物一頭抵住巷道墻體，一頭抵住礦車上端頭部，然后再重新開車。
該方法雖然在一定程度上減少了礦車脫軌和翻車的危險，但人員進入甩車道以支車時，人身安全得不到保障，而且，支車后礦車運行一段距離后支撐物將脫落，此時必須重復支車的操作，非常繁瑣，耗時較長，導致生產效率低下，也增加了人身安全的風險。發(fā)明內容
本發(fā)明供一種礦車防脫軌裝置，用于避免礦車在轉彎時因礦車牽引力方向與軌道方向不同發(fā)生脫軌。
本發(fā)明提供的礦車防脫軌裝置，包括基座，所述基座上設置有沿垂向延伸的、能自轉的主軸；中空筒狀的擺桿，所述擺桿水平延伸，所述擺桿第一端與所述主軸固定連接； 柱狀的內轉桿，穿設于所述擺桿內，所述內轉桿伸出所述擺桿第二端的一端、固定設置有用于勾拉礦車牽引繩的勾擋件；第一驅動裝置，固定設置在所述擺桿第一端處，用于軸向定位所述內轉桿、并驅動所述內轉桿自轉。
如上所述的礦車防脫軌裝置，優(yōu)選地，所述勾擋件垂直于所述內轉桿設置的圓柱體。
如上所述的礦車防脫軌裝置，優(yōu)選地，所述勾擋件包括固定設置在所述內轉桿上的擋軸，所述擋軸垂直于所述內轉桿，所述擋軸上套設有能繞所述擋軸旋轉的擋輥。
如上所述的礦車防脫軌裝置，優(yōu)選地，所述基座為一立方塊，所述主軸穿設于所述立方塊的頂面上，且所述立方塊上固定設置有用于驅動所述主軸自轉的主驅動裝置。
如上所述的礦車防脫軌裝置，優(yōu)選地，所述主驅動裝置包括電機和設置在所述基座內的減速器，所述電機固定設置在所述基座的側面上，所述電機的水平伸出的輸出軸與所述減速器的輸入軸固定連接，所述減速器的輸出軸沿垂向伸出，并與所述主軸的底端固定連接。
如上所述的礦車防脫軌裝置，優(yōu)選地，所述第一驅動裝置為一減速器電機，所述第一驅動裝置的輸出軸水平伸出、并與所述內轉桿固定連接。
如上所述的礦車防脫軌裝置，優(yōu)選地，所述基座的底面固定設置有安裝板，所述安裝板上開設有至少兩個用于固定連接到巷道底板上的安裝孔。
本發(fā)明提供的礦車防脫軌裝置，通過將該擺桿在圓周方向的轉動和勾擋件的轉動相結合的方式，能夠在適當位置、向適當?shù)姆较蚬蠢V車牽引繩，實現(xiàn)對礦車牽引方向的改變，從而減小礦車的牽引方向與軌道方向的夾角，即減小了橫向分力，從而防止礦車脫軌、 翻車等事故。


圖I為礦車位于甩車道軌道上某一位置的受力狀態(tài)圖2為圖I中礦車輪子所受橫向分力的示意圖3a為本發(fā)明礦車防脫軌裝置實施例的整體結構示意圖3b為圖3a的側視圖3c為圖3a中的礦車防脫軌裝置處于非工作狀態(tài)時，礦車防脫軌裝置與軌道之間位置關系示意圖3d為圖3a中的礦車防脫軌裝置處于工作狀態(tài)時，礦車防脫軌裝置與軌道之間位置關系示意圖3e為圖3a中的礦車防脫軌裝置的擺桿處于第一轉角時礦車防脫軌裝置與軌道之間位置示意圖4a為圖3a中的礦車防脫軌裝置的運行軌跡與礦車及巷道結構的關系示意圖4b為圖4a中的礦車防脫軌裝置的擺桿與巷道結構的幾何原理示意圖。
附圖標記說明
I :礦車；2 :礦車輪子；
3:牽引繩;4 :軌道；
F :牽引繩的牽引力；N :平行于軌道的切向分力；
P :橫向分力；a:牽引繩的牽引方向與軌道方向的夾角；
Tl :啟動方向5 :軌道中心線；
101 :基座；102 :主軸；
103 :擺桿；104 :內轉桿；
1031 :擺桿第一端；1032 :擺桿第二端；
105 :勾擋件；106 :第一驅動裝置；
107 :擋軸；108 :擋輥；
109 :主驅動裝置；110 :安裝板；
111 :安裝孔；O :擺桿的擺動中心；
Di :第一控制點；F :第二控制點；
Θ :第一轉角；100 :第一巷道；
200 :第二巷道；01 :第一巷道末端點；
C':防脫軌裝置處于第一角度時擺桿第二端所在位置；
C :第一巷道中兩條軌道的對稱中心線與和第二巷道中的兩條軌道的對稱中心線的交匯點；
α :轍叉角R :擺桿的長度。
具體實施方式
圖3a為本發(fā)明礦車防脫軌裝置實施例的整體結構示意圖，圖3b為圖3a的側視圖，如圖3a和圖3b所示，本實施例的礦車防脫軌裝置可以包括基座101，基座101上設置有沿垂向延伸的、能自轉的主軸102 ;中空筒狀的擺桿103，擺桿103水平延伸，擺桿第一端 1031與主軸102固定連接；柱狀的內轉桿104，穿設于擺桿103內，內轉桿104從擺桿103 的第二端1032伸出、固定設置有用于勾拉礦車牽引繩的勾擋件105 ;第一驅動裝置106，固定設置在擺桿103第一端處，用于軸向定位內轉桿104、并驅動內轉桿104自轉。
具體地，基座101可以為立方塊或圓柱體，基座101上可以開設圓孔，以使主軸102 的一端可以穿設在基座101上的該圓孔中，另一端則可與擺桿103的第一端1031固定連接；這樣，主軸102在上述圓孔內自轉時便能夠帶動擺桿103以擺桿的第一端1031為圓心擺動。勾擋件105可以為彎鉤狀或者為柱狀，或者其他形狀，只要勾擋件105能夠和擺桿 103構成類似于L型的形狀，以便于勾住礦車牽引繩；第一驅動裝置106可以為一減速器電機，該減速電機輸出軸內轉桿104固定連接，以驅動內轉桿104自轉，從而帶動固定連接在內轉桿104上的勾擋件105轉動。
為了將本裝置的工作過程描述得更為清楚，先對相關參數(shù)和名稱進行說明
第一控制點在礦車向斜井下口運行過程中，需要啟動本裝置時礦車所在的位置；
第二控制點在礦車向斜井上口運行過程中，需要啟動本裝置時礦車所在的位置；
第一轉角Θ :本裝置工作過程中擺桿103轉過的最大角度。
該三個參數(shù)具體的確定方法將在下文中結合一具體井礦中的甩車道作為示例描述。
圖3c為圖3a中的礦車防脫軌裝置處于非工作狀態(tài)時，礦車防脫軌裝置與軌道之間位置關系示意圖，圖3d為圖3a中的礦車防脫軌裝置處于工作狀態(tài)時，礦車防脫軌裝置與軌道之間位置關系示意圖，圖3e為圖3a中的礦車防脫軌裝置的擺桿處于第一轉角Θ時的位置示意圖，圖4a為圖3a中的礦車防脫軌裝置的運行軌跡與礦車及巷道結構的關系示意圖。本實施例的礦車防脫軌裝置在使用時，可以固定設置在兩條軌道外側，并使擺桿位于軌道外的初始位置，此時保證勾擋件105不會與礦車及牽引繩接觸，如圖3c所示。將礦車向礦井內送車時，當?shù)V車車體全部經(jīng)過第一控制點后(如圖4a中的D'位置，此時擺桿103旋轉至軌道內也不會阻擋礦車的正常運行)，啟動本裝置，通過控制主軸102旋轉，以帶動擺桿103沿第一轉動方向Tl擺動，使擺桿103的第二端1031轉至兩條軌道之內，并通過第一驅動裝置106驅動內轉桿104轉動使勾擋件105鉤拉住牽引繩3、繼續(xù)擺動，直至擺桿103 轉過第一轉角Θ時停止并停留在該位置，如圖3e所示，此時牽引繩3保持被勾住的狀態(tài)， 牽引繩3的牽引方向與第二巷道200的軌道處于同一方向。
當?shù)V車裝載礦物向礦井外運行時，當?shù)V車行駛到第二控制點F點時，重新啟動本裝置，擺桿103沿第一轉動方向Tl的反方向擺動，當擺桿103的第二端1032到達牽引繩3 的正下方時，通過第一驅動裝置106啟動，轉動勾擋件105使勾擋件105脫離牽引繩3，然后擺桿103繼續(xù)沿第一轉動方向Tl的反方向擺動返回至所述初始位置。
如上所述的工作過程，本裝置在礦車向斜井下口運行和向斜井上口運行時均能改變礦車牽引方向，使礦車牽引方向盡可能地與軌道方向相同，從而盡可能地消除了橫向分力，從而可以防止礦車脫軌和翻車。
本裝置安裝的具體位置、上述第一控制點和第二控制點的具體位置的確定、第一轉角Θ及擺桿的長度R可以根據(jù)具體礦井巷道情況來確定。圖4a為圖3a中的礦車防脫軌裝置的運行軌跡與礦車及巷道結構的關系示意圖，如圖4a所示，現(xiàn)以連接第一巷道100 和第二 巷道200的甩車道為例說明以上各參數(shù)的具體確定過程。按此處介紹的方法確定的參數(shù)為針對某一實例的優(yōu)選的一組參數(shù)，并非對本發(fā)明的限制。
例如，巷道參數(shù)具體為轍叉角α = 14° 2' 10";軌道的曲線轉角r = 33° 5V 31";第一巷道100中兩條軌道的對稱中心線與和第二巷道200中的兩條軌道的對稱中心線相交于交匯點C，第一巷道100末端點01與交匯點C之間的距離OlC為 8231mm。以上參數(shù)為巷道設計參數(shù)，可以通過查閱該巷道的設計圖紙得到。
礦車防脫軌裝置的參數(shù)計算過程例如為
I)擺桿長度、第一轉角Θ的確定
圖4b為圖4a中的礦車防脫軌裝置的擺桿與巷道結構的幾何原理示意圖，如圖4b 所示,在工程實際中,可將第一巷道末端點，即甩車道與第一巷道100連接的位置O I和第一控制點Di構成的直線OlDi與第一巷道100的軌道中心線5形成的夾角作為轍叉角α， 根據(jù)幾何關系可以得出以下公式
CD' =OlC sin α(I)
其中，⑶'為交匯點C與第一控制點D'之間的距離。
δ = a +r(2)
其中，δ為第一巷道100中兩條軌道的對稱中心線與和第二巷道200中的兩條軌道的對稱中心線構成的夾角，即為工程上的斜面曲線二次回轉角。
OC = R/cos ( δ /2)(3)
其中，OC為擺桿103的擺動中心O與的交匯點C之間的長度，R為擺桿長度。
OC = CD' -R(4)
由公式⑴、⑵、(3)、(4)得出擺桿長度為
R = OlC sin α · cos ( δ/2) / {1+cos ( δ/2)}(5)
將已知各參數(shù)代入公式(5)，計算得出擺桿長度R為I. 4m。
進一步地，根據(jù)圖4b所示的幾何關系，可以得到第一轉角Θ為
Θ = 180。+90。- δ /2(6)6
根據(jù)公式(6)可以得到第一轉角Θ為246° I' 40"。
2)本裝置安裝位置的確定
對于大多數(shù)巷道來說，本裝置可安裝在甩車道的與第一巷道100連接的位置旁 (即圖4a中01點位置，即工程上稱為轍叉的位置)，因為在該位置對牽引繩方向的改變最為及時。但在本實施例所在的甩車道中，由于斜面轉角較大，若安裝在甩車道與第一巷道 100連接的位置01，擺桿103需要的長度超過了巷道的寬度，造成運動干涉，因此本實施例的裝置安裝位置可以通過現(xiàn)場調試確定，具體調試方法為，先將本裝置放置在甩車道與第一巷道100連接的位置01的下方一定距離，例如500mm，并使擺桿第二端1032位于軌道中心線，將擺桿103旋轉一周，觀察擺桿第二端1032的運動軌跡是否和第一巷道100的中心線以及第二巷道200的中心線相切，如果不相切，則再將本裝置向下移動一定距離，再觀察擺桿第二端1032的運動軌跡，如此反復操作，直到擺桿第二端1032的運動軌跡和第一巷道 100的中心線以及第二巷道200的中心線相切，以此來確定擺桿103的擺動中心O的位置。 這樣確定的安裝位置是基于該特定礦井條件下的一個優(yōu)選方案。
3)第一控制點和第二控制點的確定
第一控制點D'的位置，可以在完成本裝置的安裝完畢、投入使用前通過調試確定。具體調試過程可以為，啟動本裝置，控制擺桿103沿啟動方向Tl旋轉，擺桿103的第二端1032第一次與軌道中心線接觸的點即可確定為第一控制點D'。
而對于第二控制點F的位置，則沒有嚴格限定，具體可以根據(jù)軌道結構、礦車運行的速度以及本裝置擺桿103的轉動速度確定，以使擺桿103先于車輪到達軌道內為準。
本發(fā)明提供的礦車防脫軌裝置，通過能自轉的主軸帶動擺桿在圓周方向轉動、通過穿設于擺桿內的內轉桿帶動設置在內轉桿伸出擺桿第二端的一端的勾擋件轉動，并通過將該擺桿的轉動和勾擋件的轉動相結合，能夠在適當位置、向適當?shù)姆较蚬蠢V車牽引繩， 實現(xiàn)對礦車牽引方向的改變，從而減小礦車牽引繩的牽引方向與軌道方向的夾角，即減小了橫向分力，從而防止礦車脫軌、翻車等事故。
基于上述的礦車防脫軌裝置，優(yōu)選地，勾擋件105可以為垂直于內轉桿104設置的圓柱體，并且，該勾擋件105可以包括固定設置在內轉桿104上的擋軸107，擋軸107垂直于內轉桿104，擋軸104上套設有能繞擋軸107旋轉的擋輥108。
本實施例，通過擋輥108的設置，在勾擋件105勾住牽引繩時，可以將勾擋件與牽引繩的直接接觸轉化為滾動接觸，減小對牽引繩的損傷，延長牽引繩的使用壽命。
基于上述的礦車防脫軌裝置，優(yōu)選地，基座101可以為一立方塊，主軸102穿設于立方塊的頂面上，且立方塊上固定設置有用于驅動主軸102自轉的主驅動裝置109 ;主驅動裝置109可以包括電機和設置在基座101內的減速器，電機可以固定設置在基座101的側面上，電機的水平伸出的輸出軸與減速器的輸入軸固定連接，減速器的輸出軸沿垂向伸出， 并與主軸102的底端固定連接。
同時，主驅動裝置109和第一驅動裝置106可以利用可編程邏輯控制器PLC進行程序控制，并且還可將本裝置與控制牽引繩及礦車的絞車裝置連接，以獲取礦車運行速度、 礦車位置等信息，作為程序的控制信號，控制本裝置運行，從而實現(xiàn)全自動控制。
本實施例的礦車防脫軌裝置，擺桿旋轉的過程與實施例一所示的旋轉過程類似， 如圖3c 圖3e及圖4a所示，可以通過位置傳感器監(jiān)測礦車的運動，當位置傳感器檢測到礦車通過第一控制點時，便可向PLC發(fā)出第一控制信號，通過PLC控制主驅動裝置109啟動，以驅動擺桿103沿第一轉動方向Tl擺動，隨著擺桿103的轉動擺動，當勾擋件105到達牽引繩3正下方時(即圖3d所示位置)，可啟動第一驅動裝置106，以驅動勾擋件105由水平方向轉至垂直方向，這樣，隨著礦車向礦井內運行，勾擋件105能夠勾住牽引繩3繼續(xù)沿第一轉動方向Tl擺動順時針方向移動，直至將牽引繩3拉向第一轉角Θ (如圖4a中的C' 位置和圖3e所示位置)，這時將本裝置置于待機狀態(tài)，擺桿103停止轉動，擺桿103和牽引繩保持圖3e所示的狀態(tài)，此時，牽引繩3的牽引方向與第二巷道200的軌道基本平行。
當?shù)V車裝載礦物向礦井外運行時，當位置傳感器檢測到礦車通過第二控制點時， 便可向PLC發(fā)出第二控制信號，通過PLC控制主驅動裝置109重新啟動，以驅動擺桿103沿第一轉動方向Tl的反方向擺動，隨著擺桿103的擺動，當牽引繩3與第一巷道100的中心線基本平行時，通過第一驅動裝置106，控制勾擋件105翻轉使牽引繩3脫離勾擋件105， (勾擋件105放開牽引繩3的位置可以為礦車向礦井內運行時勾擋件105開始勾住牽引繩 3的位置)，然后擺桿103繼續(xù)沿第一轉動方向Tl的反方向擺動返回至所述初始位置，停止工作。
本實施例，通過主驅動裝置中減速器的輸出軸與主軸的固定連接，實現(xiàn)對主軸旋轉的控制，從而控制擺桿的旋轉運動；通過第一驅動裝置的輸出軸控制內轉桿自轉，控制勾擋件在合適的時機翻轉，從而實現(xiàn)在合適的時機勾拉和放開牽引繩，以實現(xiàn)礦車牽引方向的改變。
基于上述的礦車防脫軌裝置，優(yōu)選地，本實施例的礦車防脫軌裝置的底面固定設置有安裝板110，安裝板110的形狀可以與本裝置安裝位置的墻壁結構相適應，安裝板110 上開設有至少兩個用于固定連接到巷道側壁上的安裝孔111。
本實施例的礦車防脫軌裝置，更便于生產實踐時的安裝工序。
本文中的“水平”和“垂直”是相對的定義，并不是對本發(fā)明的限定；可以理解的是， 當本發(fā)明提供的礦車放脫軌裝置安裝位置發(fā)生變化，例如，將本裝置垂直安裝，則上述“水平”和“垂直”的含義也隨之改變。
優(yōu)選地，水平方向可以認定為與軌道平行的方向，垂直方向可以認定為與軌道垂直的方向；上述的水平方向和垂直方向也可以相互置換。
最后應說明的是以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制； 盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。
權利要求
1.一種礦車防脫軌裝置，其特征在于，包括基座，所述基座上設置有沿垂向延伸的、能自轉的主軸；中空筒狀的擺桿，所述擺桿水平延伸，所述擺桿第一端與所述主軸固定連接；柱狀的內轉桿，穿設于所述擺桿內，所述內轉桿伸出所述擺桿第二端的一端、固定設置有用于勾拉礦車牽引繩的勾擋件；第一驅動裝置，固定設置在所述擺桿第一端處，用于軸向定位所述內轉桿、并驅動所述內轉桿自轉。
2.根據(jù)權利要求I所述的礦車防脫軌裝置，其特征在于，所述勾擋件垂直于所述內轉桿設置的圓柱體。
3.根據(jù)權利要求I所述的礦車防脫軌裝置，其特征在于，所述勾擋件包括固定設置在所述內轉桿上的擋軸，所述擋軸垂直于所述內轉桿，所述擋軸上套設有能繞所述擋軸旋轉的擋輥。
4.根據(jù)權利要求I所述的礦車防脫軌裝置，其特征在于，所述基座為一立方塊，所述主軸穿設于所述立方塊的頂面上，且所述立方塊上固定設置有用于驅動所述主軸自轉的主驅動裝置。
5.根據(jù)權利要求4所述的礦車防脫軌裝置，其特征在于，所述主驅動裝置包括電機和設置在所述基座內的減速器，所述電機固定設置在所述基座的側面上，所述電機的水平伸出的輸出軸與所述減速器的輸入軸固定連接，所述減速器的輸出軸沿垂向伸出，并與所述主軸的底端固定連接。
6.根據(jù)權利要求I至5任一所述的礦車防脫軌裝置，其特征在于，所述第一驅動裝置為一減速器電機，所述第一驅動裝置的輸出軸水平伸出、并與所述內轉桿固定連接。
7.根據(jù)權利要求6所述的礦車防脫軌裝置，其特征在于，所述基座的底面固定設置有安裝板，所述安裝板上開設有至少兩個用于固定連接到巷道底板上的安裝孔。
全文摘要
本發(fā)明提供一種礦車防脫軌裝置。本發(fā)明提供的礦車防脫軌裝置，包括基座，所述基座上設置有沿垂向延伸的、能自轉的主軸；中空筒狀的擺桿，所述擺桿水平延伸，所述擺桿第一端與所述主軸固定連接；柱狀的內轉桿，穿設于所述擺桿內，所述內轉桿伸出所述擺桿第二端的一端、固定設置有用于勾拉礦車牽引繩的勾擋件；第一驅動裝置，固定設置在所述擺桿第一端處，用于軸向定位所述內轉桿、并驅動所述內轉桿自轉。本發(fā)明提供的礦車防脫軌裝置，可以防止礦車在甩車道內由于橫向分力導致的脫軌事故。
文檔編號B61F9/00GK102935851SQ20121044811
公開日2013年2月20日 申請日期2012年11月9日 優(yōu)先權日2012年11月9日
發(fā)明者呂皖北, 何勇 申請人:淮南礦業(yè)(集團)有限責任公司