专利名称：矿车防脱轨装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及矿山机械技术，尤其涉及一种矿车防脱轨装置。
背景技术：
矿车是煤矿井下巷道内常用的输送设备，巷道底板(即巷道的地面)上设置有轨道，矿车在牵弓I设备牵弓I作用下、沿轨道行驶。甩车道是连接斜井和区段平巷或阶段大巷之间的一段倾斜巷道，由于甩车道弯曲延伸，矿车经甩车道时也需要转向、而不再沿直线运行。图1为矿车位于甩车道轨道上某一位置的受力状态图，图2为图1中矿车轮子所受横向分力的示意图；请参照图1，由于甩车道处矿车的两条轨道2的曲线曲率较大，因此，在矿车I向斜井下口运行或向斜井上口运行时，矿车牵引绳的牵引方向与轨道延伸方向形成夹角，即，矿车牵引绳的牵引力F与轨道延伸方向形成的夹角a，牵引力F可分解为一个平行于轨道2的切向分力N和一个垂直于轨道方向的横向分力P，该横向分力P可能超过轨道对轮子的约束力，致使轮子相对于轨道沿横向移动，容易造成矿车脱轨、甚至翻车的事故；且夹角a越大，横向分力P也越大,越容易发生脱轨。在现有技术中，为了防止在甩车道上发生矿车脱轨事故，一般是通过在甩车道容易脱轨处，人工利用一支撑物，例如钢管或木棍，来平衡矿车的横向分力P ;具体来说，操作过程如下矿车运行至甩车道时停车，人员进入甩车道，将支撑物一头抵住巷道墙体，一头抵住矿车上端头部，然后再重新开车。该方法虽然在一定程度上减少了矿车脱轨和翻车的危险，但人员进入甩车道以支车时，人身安全得不到保障，而且，支车后矿车运行一段距离后支撑物将脱落，此时必须重复支车的操作，非常繁琐，耗时较长，导致生产效率低下，也增加了人身安全的风险。
实用新型内容本实用新型供一种矿车防脱轨装置，用于避免矿车在转弯时因矿车牵引力方向与轨道方向不同发生脱轨。本实用新型提供的矿车防脱轨装置，包括基座，所述基座上设置有沿垂向延伸的、能自转的主轴；中空筒状的摆杆，所述摆杆水平延伸，所述摆杆第一端与所述主轴固定连接；柱状的内转杆，穿设于所述摆杆内，所述内转杆伸出所述摆杆第二端的一端、固定设置有用于勾拉矿车牵引绳的勾挡件；第一驱动装置，固定设置在所述摆杆第一端处，用于轴向定位所述内转杆、并驱动所述内转杆自转。如上所述的矿车防脱轨装置，优选地，所述勾挡件垂直于所述内转杆设置的圆柱体。如上所述的矿车防脱轨装置，优选地，所述勾挡件包括固定设置在所述内转杆上的挡轴，所述挡轴垂直于所述内转杆，所述挡轴上套设有能绕所述挡轴旋转的挡辊。如上所述的矿车防脱轨装置，优选地，所述基座为一立方块，所述主轴穿设于所述立方块的顶面上，且所述立方块上固定设置有用于驱动所述主轴自转的主驱动装置。如上所述的矿车防脱轨装置，优选地，所述主驱动装置包括电机和设置在所述基座内的减速器，所述电机固定设置在所述基座的侧面上，所述电机的水平伸出的输出轴与所述减速器的输入轴固定连接，所述减速器的输出轴沿垂向伸出，并与所述主轴的底端固定连接。如上所述的矿车防脱轨装置，优选地，所述第一驱动装置为一减速器电机，所述第一驱动装置的输出轴水平伸出、并与所述内转杆固定连接。如上所述的矿车防脱轨装置，优选地，所述基座的底面固定设置有安装板，所述安装板上开设有至少两个用于固定连接到巷道底板上的安装孔。本实用新型提供的矿车防脱轨装置，通过将该摆杆在圆周方向的转动和勾挡件的转动相结合的方式，能够在适当位置、向适当的方向勾拉矿车牵引绳，实现对矿车牵引方向的改变，从而减小矿车的牵引方向与轨道方向的夹角，即减小了横向分力，从而防止矿车脱轨、翻车等事故。
图1为矿车位于甩车道轨道上某一位置的受力状态图；图2为图1中矿车轮子所受横向分力的示意图；图3a为本实用新型矿车防脱轨装置实施例的整体结构示意图；图3b为图3a的侧视图；图3c为图3a中的矿车防脱轨装置处于非工作状态时，矿车防脱轨装置与轨道之间位置关系示意图；图3d为图3a中的矿车防脱轨装置处于工作状态时，矿车防脱轨装置与轨道之间位置关系示意图；图3e为图3a中的矿车防脱轨装置的摆杆处于第一转角时矿车防脱轨装置与轨道之间位置示意图；图4a为图3a中的矿车防脱轨装置的运行轨迹与矿车及巷道结构的关系示意图；图4b为图4a中的矿车防脱轨装置的摆杆与巷道结构的几何原理示意图。附图标记说明1:矿车； 2 :矿车轮子；3:牵引绳；4:轨道；F :牵引绳的牵引力；N:平行于轨道的切向分力；P:横向分力；a :牵引绳的牵引方向与轨道方向的夹角；Tl :启动方向5 :轨道中心线；101 :基座；102:主轴；103 :摆杆；104:内转杆；1031 :摆杆第一端；1032 :摆杆第二端；105 :勾挡件；106 :第一驱动装置；107 :挡轴；108 :挡辊；109 :主驱动装置； 110:安装板；[0037]111 :安装孔；0 :摆杆的摆动中心；D':第一控制点； F :第二控制点；Θ :第一转角；100 :第一巷道；200 :第二巷道；01 :第一巷道末端点；C':防脱轨装置处于第一角度时摆杆第二端所在位置；C :第一巷道中两条轨道的对称中心线与和第二巷道中的两条轨道的对称中心线的交汇点；α :辙叉角R :摆杆的长度。
具体实施方式
图3a为本实用新型矿车防脱轨装置实施例的整体结构示意图，图3b为图3a的侧视图，如图3a和图3b所示，本实施例的矿车防脱轨装置可以包括基座101，基座101上设置有沿垂向延伸的、能自转的主轴102 ;中空筒状的摆杆103，摆杆103水平延伸，摆杆第一端1031与主轴102固定连接；柱状的内转杆104，穿设于摆杆103内，内转杆104从摆杆103的第二端1032伸出、固定设置有用于勾拉矿车牵引绳的勾挡件105 ;第一驱动装置106，固定设置在摆杆103第一端处，用于轴向定位内转杆104、并驱动内转杆104自转。具体地，基座101可以为立方块或圆柱体，基座101上可以开设圆孔，以使主轴102的一端可以穿设在基座101上的该圆孔中，另一端则可与摆杆103的第一端1031固定连接；这样，主轴102在上述圆孔内自转时便能够带动摆杆103以摆杆的第一端1031为圆心摆动。勾挡件105可以为弯钩状或者为柱状，或者其他形状，只要勾挡件105能够和摆杆103构成类似于L型的形状，以便于勾住矿车牵引绳；第一驱动装置106可以为一减速器电机，该减速电机输出轴内转杆104固定连接，以驱动内转杆104自转，从而带动固定连接在内转杆104上的勾挡件105转动。为了将本装置的工作过程描述得更为清楚，先对相关参数和名称进行说明第一控制点在矿车向斜井下口运行过程中，需要启动本装置时矿车所在的位置；第二控制点在矿车向斜井上口运行过程中，需要启动本装置时矿车所 在的位置；第一转角Θ :本装置工作过程中摆杆103转过的最大角度。该三个参数具体的确定方法将在下文中结合一具体井矿中的甩车道作为示例描述。图3c为图3a中的矿车防脱轨装置处于非工作状态时，矿车防脱轨装置与轨道之间位置关系示意图，图3d为图3a中的矿车防脱轨装置处于工作状态时，矿车防脱轨装置与轨道之间位置关系示意图，图3e为图3a中的矿车防脱轨装置的摆杆处于第一转角Θ时的位置示意图，图4a为图3a中的矿车防脱轨装置的运行轨迹与矿车及巷道结构的关系示意图。本实施例的矿车防脱轨装置在使用时，可以固定设置在两条轨道外侧，并使摆杆位于轨道外的初始位置，此时保证勾挡件105不会与矿车及牵引绳接触，如图3c所示。将矿车向矿井内送车时，当矿车车体全部经过第一控制点后(如图4a中的D'位置，此时摆杆103旋转至轨道内也不会阻挡矿车的正常运行)，启动本装置，通过控制主轴102旋转，以带动摆杆103沿第一转动方向Tl摆动，使摆杆103的第二端1031转至两条轨道之内，并通过第一驱动装置106驱动内转杆104转动使勾挡件105钩拉住牵引绳3、继续摆动，直至摆杆103转过第一转角Θ时停止并停留在该位置，如图3e所示，此时牵引绳3保持被勾住的状态，牵引绳3的牵引方向与第二巷道200的轨道处于同一方向。当矿车装载矿物向矿井外运行时，当矿车行驶到第二控制点F点时，重新启动本装置，摆杆103沿第一转动方向Tl的反方向摆动，当摆杆103的第二端1032到达牵引绳3的正下方时，通过第一驱动装置106启动，转动勾挡件105使勾挡件105脱离牵引绳3，然后摆杆103继续沿第一转动方向Tl的反方向摆动返回至所述初始位置。如上所述的工作过程，本装置在矿车向斜井下口运行和向斜井上口运行时均能改变矿车牵引方向，使矿车牵引方向尽可能地与轨道方向相同，从而尽可能地消除了横向分力，从而可以防止矿车脱轨和翻车。本装置安装的具体位置、上述第一控制点和第二控制点的具体位置的确定、第一转角Θ及摆杆的长度R可以根据具体矿井巷道情况来确定。图4a为图3a中的矿车防脱轨装置的运行轨迹与矿车及巷道结构的关系示意图，如图4a所示，现以连接第一巷道100和第二巷道200的甩车道为例说明以上各参数的具体确定过程。按此处介绍的方法确定的参数为针对某一实例的优选的一组参数，并非对本实用新型的限制。例如，巷道参数具体为辙叉角α = 14° 2' 10";轨道的曲线转角r =33° 54' 31";第一巷道100中两条轨道的对称中心线与和第二巷道200中的两条轨道的对称中心线相交于交汇点C，第一巷道100末端点01与交汇点C之间的距离O IC为8231mm。以上参数为巷道设计参数，可以通过查阅该巷道的设计图纸得到。矿车防脱轨装置的参数计算过程例如为I)摆杆长度、第一转角Θ的确定图4b为图4a中的矿车防脱轨装置的摆杆与巷道结构的几何原理示意图，如图4b所示,在工程实际中，可将第一巷道末端点，即甩车道与第一巷道100连接的位置01和第一控制点Di构成的直线OlDi与第一巷道100的轨道中心线5形成的夹角作为辙叉角α，根据几何关系可以得出以下公式CD' =OlC sin α(I)其中，⑶'为交汇点C与第一控制点D'之间的距离。δ = a +r(2)其中，δ为第一巷道100中两条轨道的对称中心线与和第二巷道200中的两条轨道的对称中心线构成的夹角，即为工程上的斜面曲线二次回转角。OC = R/cos ( δ /2)(3)其中，OC为摆杆103的摆动中心O与的交汇点C之间的长度，R为摆杆长度。OC = CD' -R(4)由公式⑴、⑵、(3)、(4)得出摆杆长度为R = OlC sin α · cos ( δ/2) / {1+cos ( δ/2)} (5)将已知各参数代入公式(5)，计算得出摆杆长度R为1. 4m。进一步地，根据图4b所示的几何关系，可以得到第一转角Θ为Θ = 180。+90。- δ /2(6)[0071]根据公式(6)可以得到第一转角Θ为246° I' 40"。2)本装置安装位置的确定对于大多数巷道来说，本装置可安装在甩车道的与第一巷道100连接的位置旁(即图4a中O I点位置，即工程上称为辙叉的位置)，因为在该位置对牵引绳方向的改变最为及时。但在本实施例所在的甩车道中，由于斜面转角较大，若安装在甩车道与第一巷道100连接的位置01，摆杆103需要的长度超过了巷道的宽度，造成运动干涉，因此本实施例的装置安装位置可以通过现场调试确定，具体调试方法为，先将本装置放置在甩车道与第一巷道100连接的位置01的下方一定距离，例如500mm，并使摆杆第二端1032位于轨道中心线，将摆杆103旋转一周，观察摆杆第二端1032的运动轨迹是否和第一巷道100的中心线以及第二巷道200的中心线相切，如果不相切，则再将本装置向下移动一定距离，再观察摆杆第二端1032的运动轨迹，如此反复操作，直到摆杆第二端1032的运动轨迹和第一巷道100的中心线以及第二巷道200的中心线相切，以此来确定摆杆103的摆动中心O的位置。这样确定的安装位置是基于该特定矿井条件下的一个优选方案。3)第一控制点和第二控制点的确定第一控制点D'的位置，可以在完成本装置的安装完毕、投入使用前通过调试确定。具体调试过程可以为，启动本装置，控制摆杆103沿启动方向Tl旋转，摆杆103的第二端1032第一次与轨道中心线 接触的点即可确定为第一控制点D'。而对于第二控制点F的位置，则没有严格限定，具体可以根据轨道结构、矿车运行的速度以及本装置摆杆103的转动速度确定，以使摆杆103先于车轮到达轨道内为准。本实用新型提供的矿车防脱轨装置，通过能自转的主轴带动摆杆在圆周方向转动、通过穿设于摆杆内的内转杆带动设置在内转杆伸出摆杆第二端的一端的勾挡件转动，并通过将该摆杆的转动和勾挡件的转动相结合，能够在适当位置、向适当的方向勾拉矿车牵弓I绳，实现对矿车牵弓I方向的改变，从而减小矿车牵引绳的牵弓I方向与轨道方向的夹角，即减小了横向分力，从而防止矿车脱轨、翻车等事故。基于上述的矿车防脱轨装置，优选地，勾挡件105可以为垂直于内转杆104设置的圆柱体，并且，该勾挡件105可以包括固定设置在内转杆104上的挡轴107，挡轴107垂直于内转杆104，挡轴104上套设有能绕挡轴107旋转的挡辊108。本实施例，通过挡辊108的设置，在勾挡件105勾住牵引绳时，可以将勾挡件与牵引绳的直接接触转化为滚动接触，减小对牵引绳的损伤，延长牵引绳的使用寿命。基于上述的矿车防脱轨装置，优选地，基座101可以为一立方块，主轴102穿设于立方块的顶面上，且立方块上固定设置有用于驱动主轴102自转的主驱动装置109 ;主驱动装置109可以包括电机和设置在基座101内的减速器，电机可以固定设置在基座101的侧面上，电机的水平伸出的输出轴与减速器的输入轴固定连接，减速器的输出轴沿垂向伸出，并与主轴102的底端固定连接。同时，主驱动装置109和第一驱动装置106可以利用可编程逻辑控制器PLC进行程序控制，并且还可将本装置与控制牵引绳及矿车的绞车装置连接，以获取矿车运行速度、矿车位置等信息，作为程序的控制信号，控制本装置运行，从而实现全自动控制。本实施例的矿车防脱轨装置，摆杆旋转的过程与实施例一所示的旋转过程类似，如图3c 图3e及图4a所示，可以通过位置传感器监测矿车的运动，当位置传感器检测到矿车通过第一控制点时，便可向PLC发出第一控制信号，通过PLC控制主驱动装置109启动，以驱动摆杆103沿第一转动方向Tl摆动，随着摆杆103的转动摆动，当勾挡件105到达牵引绳3正下方时(即图3d所示位置)，可启动第一驱动装置106，以驱动勾挡件105由水平方向转至垂直方向，这样，随着矿车向矿井内运行，勾挡件105能够勾住牵引绳3继续沿第一转动方向Tl摆动顺时针方向移动，直至将牵引绳3拉向第一转角Θ (如图4a中的C'位置和图3e所示位置)，这时将本装置置于待机状态，摆杆103停止转动，摆杆103和牵引绳保持图3e所示的状态，此时，牵引绳3的牵引方向与第二巷道200的轨道基本平行。当矿车装载矿物向矿井外运行时，当位置传感器检测到矿车通过第二控制点时，便可向PLC发出第二控制信号，通过PLC控制主驱动装置109重新启动，以驱动摆杆103沿第一转动方向Tl的反方向摆动，随着摆杆103的摆动，当牵引绳3与第一巷道100的中心线基本平行时，通过第一驱动装置106，控制勾挡件105翻转使牵引绳3脱离勾挡件105，(勾挡件105放开牵引绳3的位置可以为矿车向矿井内运行时勾挡件105开始勾住牵引绳3的位置)，然后摆杆103继续沿第一转动方向Tl的反方向摆动返回至所述初始位置，停止工作。本实施例，通过主驱动装置中减速器的输出轴与主轴的固定连接，实现对主轴旋转的控制，从而控制摆杆的旋转运动；通过第一驱动装置的输出轴控制内转杆自转，控制勾挡件在合适的时机翻转，从而实现在合适的时机勾拉和放开牵引绳，以实现矿车牵引方向的改变。基于上述的矿车防脱轨装置，优选地，本实施例的矿车防脱轨装置的底面固定设置有安装板110，安装板110的形状可以与本装置安装位置的墙壁结构相适应，安装板110上开设有至少两个用于固定连接到巷道侧壁上的安装孔111。
本实施例的矿车防脱轨装置，更便于生产实践时的安装工序。本文中的“水平”和“垂直”是相对的定义，并不是对本实用新型的限定；可以理解的是，当本实用新型提供的矿车放脱轨装置安装位置发生变化，例如，将本装置垂直安装，则上述“水平”和“垂直”的含义也随之改变。优选地，水平方向可以认定为与轨道平行的方向，垂直方向可以认定为与轨道垂直的方向；上述的水平方向和垂直方向也可以相互置换。最后应说明的是以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
权利要求1.一种矿车防脱轨装置，其特征在于，包括基座，所述基座上设置有沿垂向延伸的、能自转的主轴；中空筒状的摆杆，所述摆杆水平延伸，所述摆杆第一端与所述主轴固定连接；柱状的内转杆，穿设于所述摆杆内，所述内转杆伸出所述摆杆第二端的一端、固定设置有用于勾拉矿车牵引绳的勾挡件；第一驱动装置，固定设置在所述摆杆第一端处，用于轴向定位所述内转杆、并驱动所述内转杆自转。
2.根据权利要求1所述的矿车防脱轨装置，其特征在于，所述勾挡件垂直于所述内转杆设置的圆柱体。
3.根据权利要求1所述的矿车防脱轨装置，其特征在于，所述勾挡件包括固定设置在所述内转杆上的挡轴，所述挡轴垂直于所述内转杆，所述挡轴上套设有能绕所述挡轴旋转的挡辊。
4.根据权利要求1所述的矿车防脱轨装置，其特征在于，所述基座为一立方块，所述主轴穿设于所述立方块的顶面上，且所述立方块上固定设置有用于驱动所述主轴自转的主驱动装置。
5.根据权利要求4所述的矿车防脱轨装置，其特征在于，所述主驱动装置包括电机和设置在所述基座内的减速器，所述电机固定设置在所述基座的侧面上，所述电机的水平伸出的输出轴与所述减速器的输入轴固定连接，所述减速器的输出轴沿垂向伸出，并与所述主轴的底端固定连接。
6.根据权利要求1至5任一所述的矿车防脱轨装置，其特征在于，所述第一驱动装置为一减速器电机，所述第一驱动装置的输出轴水平伸出、并与所述内转杆固定连接。
7.根据权利要求6所述的矿车防脱轨装置，其特征在于，所述基座的底面固定设置有安装板，所述安装板上开设有至少两个用于固定连接到巷道底板上的安装孔。
专利摘要本实用新型提供一种矿车防脱轨装置。本实用新型提供的矿车防脱轨装置，包括基座，所述基座上设置有沿垂向延伸的、能自转的主轴；中空筒状的摆杆，所述摆杆水平延伸，所述摆杆第一端与所述主轴固定连接；柱状的内转杆，穿设于所述摆杆内，所述内转杆伸出所述摆杆第二端的一端、固定设置有用于勾拉矿车牵引绳的勾挡件；第一驱动装置，固定设置在所述摆杆第一端处，用于轴向定位所述内转杆、并驱动所述内转杆自转。本实用新型提供的矿车防脱轨装置，可以防止矿车在甩车道内由于横向分力导致的脱轨事故。
文档编号B61K5/04GK202879518SQ20122059034
公开日2013年4月17日 申请日期2012年11月9日 优先权日2012年11月9日
发明者吕皖北, 何勇 申请人:淮南矿业(集团)有限责任公司