立井提升机蹲罐事故矿工安全保护装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种蹲罐事故矿工安全保护装置及方法，尤其是一种适用于煤矿立井提升机的蹲罐事故矿工安全保护装置及方法。
【背景技术】
[0002]煤炭是我国的主导能源，而立井提升是我国煤矿生产的主导形式。立井提升机担负提升煤炭矸石、下放材料、升降人员和设备的重要任务，是煤矿井下与地面的连接枢纽。作为一种在深井中运行的集机电液于一体的大型重载高速提升设备，严苛的承载需求、时变的运行环境、复杂的地质条件等不利因素导致提升机各构件易于发生故障，致使蹲罐、过卷等恶性事故时有发生，严重时会导致断绳坠罐重大恶性事故，对罐笼中矿工的生命安全构成重大威胁。
[0003]针对罐笼蹲罐事故的防护，目前主要采用承罐稳罐装置来降低罐笼蹲底过程的减速度，以减弱罐笼的坠落冲击，而缺乏对罐笼中矿工的直接保护。由于罐笼属于重型设备，其蹲罐过程，特别是立井提升机在减速段没有减速导致高速蹲罐时，其蹲罐减速度仍然较大。在低速蹲罐时，易于造成矿工碰撞到罐笼的金属侧壁或摔倒，导致矿工碰伤或摔伤。在高速蹲罐时，会使矿工胸腹腔脏器、脊椎等脆弱部位以及腿部承受极大的坠落冲击，导致矿工重伤甚至危及生命。而目前针对罐笼中矿工的直接保护装置的研究较少。
【发明内容】
[0004]技术问题:本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种结构简单，兼具可靠性和便捷性的立井提升机蹲罐事故矿工安全保护装置。
[0005]技术方案:本发明的立井提升机蹲罐事故矿工安全保护装置，包括顶板、液压缸、电磁比例溢流阀、卷收器、安全绳、安全带、位移传感器、速度传感器和信号处理器，所述的顶板设置在罐笼内壁上方，所述的液压缸设置在顶板下方，液压缸与电磁比例溢流阀相连接，所述卷收器的缓冲带连接到液压缸的活塞杆上，卷收器下部与安全绳的一端相连接，安全绳的另一端连接到矿工穿戴的安全带上，所述的位移传感器、速度传感器和信号处理器依次安装在顶板的底部，位移传感器、速度传感器和电磁比例溢流阀分别与信号处理器相连。
[0006]所述的液压缸、电磁比例溢流阀和卷收器配套安装，其数量和安装在顶板下方的位置依据罐笼中矿工的数量和站立的位置确定。
[0007]所述的卷收器为加重摆锤式卷收器，它包括缓冲带、卷轴、平面涡卷弹簧、加重摆锤、摆杆、棘爪、铰点、支撑座和螺旋弹簧，所述卷轴和平面涡卷弹簧同轴安装，平面涡卷弹簧安装在卷轴两侧面，缓冲带缠绕在卷轴上，卷轴的两端面设有棘轮，在卷轴的侧面沿竖直方向设有支撑座，支撑座上设有经铰点安装的摆杆，摆杆可以铰点为旋转支点沿竖直方向上下摆动，摆杆靠近卷轴一端设有棘爪，摆杆另一端设有加重摆锤，加重摆锤与支撑座底部连接有螺旋弹簧。
[0008]所述的液压缸为单作用缸，与液压缸相连的电磁比例溢流阀为内控内泄式溢流阀。
[0009]所述的安全带包括肩带和腿带，肩带和腿带之间连接有矿工用的腰带，肩带的背部经伸缩卡扣与安全绳相连接。
[0010]上述装置的立井提升机蹲罐事故矿工安全保护方法，包括如下步骤:
[0011]a、将顶板固定在罐笼内壁上方，液压缸铰接安装在顶板下方，电磁比例溢流阀连接到液压缸，卷收器的缓冲带连接到液压缸的活塞杆上，位移传感器、速度传感器和信号处理器安装在顶板下方，位移传感器、速度传感器和电磁比例溢流阀与信号处理器相连接；
[0012]b、矿工穿戴上安全带，进入罐笼内后，将矿工背部的安全绳连接到卷收器下部尾端，随后按相应的液压缸中轴线正下方站立，在卷收器的平面涡卷弹簧的卷收力作用下，缓冲带、安全绳、安全带被收紧；
[0013]c、罐笼在上升或下放的运行过程中，信号处理器通过位移传感器和速度传感器分别实时采集罐笼位于井道中的高度Η和运行速度V ;
[0014]d、当罐笼下放的高度Η低于设定的停车点的位置时，判定发生蹲罐事故，这时信号处理器记录罐笼此时的蹲罐速度V';
[0015]若蹲罐速度V'在罐笼减速末段爬行速度范围内时，判定为低速蹲罐事故，罐笼沿罐道绳低速下滑，最终在立井提升机自身承罐稳罐装置的作用下制停，这时罐笼的制动减速度小，卷收器的加重摆锤由于惯性向下摆动并压缩螺旋弹簧，同时带动摆杆沿铰点向下摆动，摆杆另一端的棘爪向上摆动，棘爪卡住卷轴的棘轮，使卷收器处于锁止状态，缓冲带不能继续从卷收器抽出，低速下冲的矿工在安全带的作用下，安全绳、缓冲带拉动液压缸活塞杆，这时由于液压缸有杆腔油压达不到电磁比例溢流阀的溢流压力，因而液压缸活塞杆不会被拉出，从而可保证矿工保持稳定的站立姿态，有效防止低速蹲罐造成矿工的碰伤和摔伤；
[0016]若蹲罐速度t超出罐笼减速末段爬行速度范围内时，判定为高速蹲罐事故，罐笼沿罐道绳高速下滑，最终在立井提升机井道底部有限的缓冲距离内急速制停，这时罐笼的制动减速度大，信号处理器依据此时罐笼的蹲罐速度t，参考矿工的安全缓冲最大减速度a，计算得出液压缸需要提供的制动油压P，即电磁比例溢流阀的溢流油压:
[0017]P = mXa/s
[0018]其中，m为矿工的预设体重，s为液压缸有杆腔的油压作用面积，
[0019]信号处理器自动调定电磁比例溢流阀的溢流油压，卷收器的加重摆锤由于惯性向下摆动并压缩螺旋弹簧，同时带动摆杆沿铰点向下摆动，摆杆另一端的棘爪向上摆动，棘爪卡住卷轴的棘轮，使卷收器处于锁止状态，缓冲带不能继续从卷收器抽出，高速下冲的矿工在安全带的作用下，与安全带相连的安全绳、缓冲带拉动液压缸活塞杆，此时液压缸有杆腔油压超过电磁比例溢流阀的溢流压力，开始背压泄油，液压缸活塞杆在提供制动力的前提下缓速拉出，使液压缸活塞杆沿缓冲带、安全绳、安全带拉拽矿工，既有对矿工的制动力，又有缓冲距离，从而有效降低罐笼高速蹲罐诱发的急速制停对矿工产生的冲击载荷，并将冲击载荷分散至矿工的肩部、裆部，减少对矿工胸腹腔脏器以及脊椎等脆弱部位的冲击，从而有效保护矿工的生命安全。
[0020]有益效果:本发明采用直接保护的方式来避免蹲罐事故对矿工生命安全造成伤害，利用摆锤式卷收器在蹲罐发生时锁止缓冲带，依靠安全绳和安全带使矿工在低速蹲罐时保持相对稳定的站立姿态，利用电液比例溢流阀控制液压缸有杆腔进行背压泄油来提供矿工在高速蹲罐过程中的缓冲力，将冲击载荷分散至矿工的肩部、裆部，从而能够有效避免矿工在蹲罐事故发生时受到伤害。该装置结构简单，兼具可靠性和便捷性，在本技术领域内具有广泛的实用性，经济效益明显。
【附图说明】
[0021]图1是本发明的装置结构组成轴测图；
[0022]图2是本发明的装置结构组成侧视图；
[0023]图3是本发明的摆锤式卷收器工作原理示意图；
[0024]图4是本发明的液压缸缓冲原理示意图。
[0025]图中:1-主提升绳，2-罐笼，3-罐道绳，4-顶板，5-矿工，6-安全带，6-1-肩带，6-2-腿带，6-3-腰带，6-4-伸缩卡扣，7-安全绳，8-卷收器，8_1_缓冲带，8-2-卷轴，8-3-平面涡卷弹簧，8-4-加重摆锤，8-5-摆杆，8-6-棘爪，8-7-铰点，8-8-支撑座，9-液压缸，10-制动钳，11-安全绳，12-位移传感器，13-速度传感器，14-信号处理器，15-电磁比例溢流阀。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述:
[0027]本发明基于液压缓冲的立井提升机蹲罐事故矿工安全保护装置，主要由顶板4、液压缸9、电磁比例溢流阀15、卷收器8、安全绳7、安全带6、位移传感器12、速度传感器13和信号处理器14构成，所述顶板4设置在罐笼2内壁上方，所述液压缸9设置在顶板4下方，液压缸9连接有电磁比例溢流阀15，卷收器8的缓冲带8-1连接到液压缸9的活塞杆上，所述卷收器8下部连接有安全绳7，安全绳7的另一端连接到矿工5穿戴的安全带6上，所述位移传感器12、速度传感器13和信号处理器14安装在顶板4下方，位移传感器12、速度传感器13和电磁比例溢流阀15连接到信号处理器14。
[0028]所述的液压缸9、电磁比例溢流阀15和卷收器8成套安装，其数量和安装位置依据罐笼2中矿工5的数量和站立位置在顶板4下方灵活布置。卷收器8采用摆锤式卷收器，其卷轴8-2采用平面涡卷弹簧8-3提供卷收力，缓冲带8-1在未受矿工5拉动时卷收在液压缸9活塞杆下部，在受矿工5拉动时可以自由伸缩；其加重摆锤8-4沿竖直方向布置，当卷收器8竖直方向突然减速时，加重摆锤8-4由于惯性向下摆动，并带动摆杆8-5和棘爪8-6摆动，棘爪8-6卡住卷轴8-2的棘轮，此时卷收器8处于锁止状态，缓冲带8-1不能沿竖直方向拉动。液压缸9为单作用缸，液压缸9的有杆腔出油口连接电磁比例溢流阀15的进油口，初始情况活塞杆处于收缩状态，其有杆腔注满液压油，当活塞杆受拉时，信号处理器14调节电磁比例溢流阀15的溢流压力，调整液压缸9有杆腔的油压，从而使活塞杆能够提供矿工5沿竖直方向下冲时的缓冲拉力。安全带6采用全身式安全带，融合安装在矿工5下井必备的腰带上，安全带6的背部安装有安全绳7。
[0029]使用上述装置的基于液压缓冲的立井提升机蹲罐事故矿工安全保护方法，具体步骤如下:
[0030]a、将顶板4固定在罐笼2内壁上方，液压缸9铰接安装在顶板4下方，电磁比例溢流阀15连接到液压缸9，卷收器8的缓冲带8-1连接到液压缸9的活塞杆上，位移传感器12、速度传感器13和信号处理器14安装在顶板4下方，位移传感器12、速度传感器13和电磁比例溢流阀15连接到信号处理器14
[0031]b、矿工5进入罐笼2后，将已穿戴的安全带6的背部安全绳7连接