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河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 1 摘 要 煤礦井下煤倉(cāng)是聯(lián)系井上下各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的重要樞紐 是煤礦生 產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié) 原煤多是由煤倉(cāng)經(jīng)錐形漏斗依靠自重流動(dòng) 輸送 在輸送過(guò)程中出現(xiàn)的煤倉(cāng)堵塞現(xiàn)象已經(jīng)成為各煤礦所面臨的普 遍性難題 嚴(yán)重影響了原煤的輸送 制約著生產(chǎn)效率 并且存在極大 的安全隱患 煤倉(cāng)堵塞已經(jīng)成為一種通病 一旦發(fā)生故障 煤倉(cāng)往往是少則幾 個(gè)小時(shí) 多則幾天無(wú)法進(jìn)行原煤輸送 嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率 目前針 對(duì)不同的煤倉(cāng)堵塞問(wèn)題 最原始的解決方法是人工通堵 這種方法直 接但效率低下 而且極易發(fā)生人員傷亡事故 安全隱患問(wèn)題嚴(yán)重 處 理煤倉(cāng)堵塞事故到目前還未找到一個(gè)安全可靠的方法 不但影響正常 生產(chǎn) 而且時(shí)有人員傷亡事故發(fā)生 因此 如何研究解決煤倉(cāng)堵塞問(wèn) 題 最大限度地減少或杜絕處理煤倉(cāng)堵塞是非常必要的 立式煤倉(cāng)疏通裝置由現(xiàn)場(chǎng)氣源提供高壓氣體 儲(chǔ)氣罐用來(lái)高壓 氣體儲(chǔ)能 作為橡膠彈發(fā)射動(dòng)力能源 由受控的高壓氣體沖擊橡膠彈 使橡膠彈在發(fā)射筒內(nèi)加速 達(dá)到一定的速度后沖擊煤倉(cāng)內(nèi)的堵塞位置 破壞堵塞起拱 完成疏通 關(guān)鍵詞 煤倉(cāng) 堵塞 疏通 快排閥 自動(dòng)開(kāi)啟機(jī)構(gòu) 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 2 Abstract Bunker coal storage and coal production throughput is an important part of the process is the transport of coal production indispensable key parts of the production capacity of coal plays a decisive role Occur in the course of transmission has become a bunker clogging the universality of the problems facing the coal mine seriously affecting the delivery of coal which restricts production efficiency and there is a great security risk Block bunker has become a common problem in the event of failure often as little bunker a few hours more coal is transported a few days can not be seriously affected the efficiency of production The bunker is currently blocked for different problems the most primitive solution is to manually pass blocking this method is direct but inefficient and prone to personnel casualties serious safety problems Plug into the bunker incident handling have not yet found a safe and reliable method not only affect the normal production and personnel casualties occur from time to time Therefore how to study and solve the coal bin congestion minimize or eliminate the processing block bunker is necessary Vertical Coal Bunker clear the device to provide high pressure gas source by the gas field used high pressure gas storage tank as the rubber bullets fired power energy Controlled high pressure gas shocks by the rubber bullets rubber bullets in the launch tube to accelerate reaching a certain speed after the impact of coal storage location within the block destroyed plug bagging complete clear Key words Coal bunker clear device quick scheduling valve automatic opening mechanis 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 1 目錄 1 概述 1 1 1 煤倉(cāng)簡(jiǎn)介及存在問(wèn)題 1 1 2 煤倉(cāng)堵塞的原因及形式 2 1 2 1 煤倉(cāng)堵塞的原因 2 1 2 2 煤倉(cāng)堵塞機(jī)理研究 3 1 3 改善煤倉(cāng)通暢性的措施 8 1 4 煤倉(cāng)疏通技術(shù)的現(xiàn)狀 9 1 5 煤倉(cāng)疏通新技術(shù)的提出 11 1 6 立式煤倉(cāng)疏通裝置 13 1 7 立式煤倉(cāng)疏通裝置工作過(guò)程 16 2 外部尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 18 2 1 發(fā)射筒的設(shè)計(jì)計(jì)算 18 2 2 儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì)計(jì)算 22 2 3 發(fā)射筒出口端蓋設(shè)計(jì) 26 2 4 鉸鏈的設(shè)計(jì)計(jì)算 26 3 快排閥的設(shè)計(jì) 28 3 1 快排閥的基本條件 28 3 2 快排閥設(shè)計(jì)及工作原理 29 3 3 快排閥材料的選擇 32 3 4 快排閥氣密性的檢測(cè) 36 4 自動(dòng)開(kāi)啟機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 39 4 1 自動(dòng)開(kāi)啟機(jī)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)及工作原理 39 4 2 下缸體的設(shè)計(jì)計(jì)算 41 4 2 1 下缸體深度的確定 41 4 2 2 下缸體直徑的確定 42 4 3 螺紋套筒的設(shè)計(jì)計(jì)算 44 4 4 空管活塞桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 45 4 4 1 空管活塞桿的整體設(shè)計(jì) 45 4 4 2 活塞壓力的計(jì)算 45 4 5 壓縮彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 48 4 6 大小密封圈及橡膠套圈 50 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 2 5 其他部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 51 5 1 法蘭盤的設(shè)計(jì)計(jì)算 51 5 2 弧形支座的設(shè)計(jì) 51 5 3 發(fā)射橡膠彈后座力緩沖彈簧計(jì)算 52 致謝 53 參考文獻(xiàn) 54 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 1 1 概述 煤礦井下煤倉(cāng)的儲(chǔ)存和吞吐是煤礦生產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán) 節(jié) 是煤礦生產(chǎn)運(yùn)輸中不可缺少的關(guān)鍵部位 對(duì)煤礦的生產(chǎn)能力 起著決定性作用 煤倉(cāng)也是井下開(kāi)拓布置中不可缺少的井巷工程 有貯存煤炭及運(yùn)輸煤炭 靠煤炭自重下滑 的作用 隨著我國(guó)采煤 業(yè)綜合機(jī)械化程度的逐步提高和采區(qū)集中生產(chǎn)的不斷實(shí)現(xiàn) 煤倉(cāng) 的容量逐漸增大 使用效率也越來(lái)越高 但是 在煤礦生產(chǎn)過(guò)程 中經(jīng)常發(fā)生煤倉(cāng)堵塞事故 處理煤倉(cāng)堵塞事故到目前還未找到一 個(gè)安全可靠的方法 不但影響正常生產(chǎn) 而且時(shí)有人員傷亡事故 發(fā)生 因此 如何研究解決煤倉(cāng)堵塞問(wèn)題 最大限度地減少或杜 絕處理煤倉(cāng)堵塞是非常必要的 1 1 煤倉(cāng)簡(jiǎn)介及存在問(wèn)題 隨著礦井機(jī)械化和集中化程度的不斷發(fā)展 工作面和采區(qū)以及 礦井生產(chǎn)能力都有較大幅度的提高 由于工作面和采區(qū)的生產(chǎn)能 力具有較大的波動(dòng)性 出煤時(shí)多時(shí)少 致使各環(huán)節(jié)運(yùn)輸設(shè)備忙閑 不均 不能充分發(fā)揮其生產(chǎn)能力 此外 再生產(chǎn)中各環(huán)節(jié) 提升 運(yùn)輸?shù)?設(shè)備的工作時(shí)間 遲早或長(zhǎng)短 動(dòng)作方式 連續(xù)或周期 的不同以及可能發(fā)生的各種機(jī)電設(shè)備故障等的影響 都可能使各 環(huán)節(jié)相互之間發(fā)生牽連 造成一些環(huán)節(jié)的間斷 降低了礦井或水 平的實(shí)際運(yùn)輸 或提升能力 甚至影響整個(gè)礦井生產(chǎn)的正常進(jìn)行 為了解決上述矛盾 需在相互有牽連的提升 運(yùn)輸各環(huán)節(jié)之間設(shè) 置各種類型的井下煤倉(cāng)或礦倉(cāng) 而且要求其有一定容量 目前國(guó)內(nèi)原煤倉(cāng)大都是水泥 鋼 水泥鋼混合式結(jié)構(gòu) 其結(jié) 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 2 構(gòu)形狀基本相同 上部呈方形 圓柱體 下部呈方錐 圓錐及雙 曲線形 上口大 下口小 上口進(jìn)料 下口排放料 物料自上而 下靠自重下落 下落的物料由于在錐形容器內(nèi)流動(dòng) 故愈向下流 動(dòng) 面積愈小 對(duì)物料本身就形成擠壓 增加摩擦系數(shù)往往是造 成堵塞的基本原因 另外物料的水分含量 粗細(xì)度化 溫度變化 物料在窗口容器存放的時(shí)間長(zhǎng)短 容器壁摩擦系數(shù)大小都是堵塞 的基本原因 經(jīng)調(diào)研及實(shí)驗(yàn) 堵塞后的形狀 大致分為拱狀 拋物線狀 少數(shù)為錐狀 個(gè)別呈鼠洞狀等 堵塞的部位多數(shù)在煤閘門上 1 5m 以內(nèi) 在這個(gè)范圍內(nèi)某處開(kāi)始粘結(jié)薄層物料 粘結(jié)后增大摩擦力 然后朝軸向與徑向延伸 逐步增加厚度 最終形成不同形狀的堵 塞 造成斷流 1 2 煤倉(cāng)堵塞的原因及形式 1 2 1 煤倉(cāng)堵塞的原因 煤倉(cāng)的形式大體上有兩種 拱形和漏斗形 生產(chǎn)礦井堵塞多 發(fā)生于前者即拱形 堵塞的原因可分為以下幾種 一是煤倉(cāng)內(nèi)存煤太少 因?yàn)槊簤K是從幾十米的高度落下來(lái) 煤倉(cāng)的深度越深 加速度越大 隨之器沖擊動(dòng)量也非常大 所以 一定塊度的煤礦石在重力的作用下 逐漸沖擊壓實(shí)密結(jié) 再次放 煤時(shí) 就很可能發(fā)生堵塞 二是煤倉(cāng)存煤時(shí)間太長(zhǎng) 由于煤倉(cāng)內(nèi)貯存時(shí)間過(guò)長(zhǎng) 加之煤 的濕度的影響 無(wú)形中增大了煤炭與倉(cāng)壁之間的摩擦力 因而造 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 3 成堵塞 三是管理不善大煤塊或異物入倉(cāng) 煤倉(cāng)或溜煤眼入口處 未 按要求設(shè)置篩蓖或篩蓖口過(guò)大 致使大塊煤及研石進(jìn)人倉(cāng)內(nèi) 甚 至使一些背板 撐木 破風(fēng)筒 廢伯鑰絲繩等進(jìn)人煤倉(cāng) 而造成 堵塞 四是由于施工質(zhì)量問(wèn)題造成結(jié)構(gòu)性堵倉(cāng) 如該煤倉(cāng)雙漏斗分 煤器處 由于施工問(wèn)題造成 500 mm 平臺(tái)的產(chǎn)生 這樣就增大了溜 煤阻力 經(jīng)上部的煤打擊夯實(shí)而逐漸集結(jié)成型起拱而造成堵倉(cāng) 五是煤倉(cāng)內(nèi)存煤滯留時(shí)間過(guò)長(zhǎng) 形成倉(cāng)內(nèi)底煤受壓成固體狀 而造成堵塞 1 2 2 煤倉(cāng)堵塞機(jī)理研究 1 原煤從倉(cāng)內(nèi)排出受許多因素的綜合影響 為了研究原 煤在倉(cāng)內(nèi)的流動(dòng)狀況以及與堵塞的關(guān)系 可將這些影響因素劃分 為內(nèi)因的和外因兩個(gè)方面 內(nèi)因主要是指原煤的物理機(jī)械性質(zhì) 如溫度 粒度組成 含 水量等 其中溫度的影響基本上屬于次要因素 因井下環(huán)境溫差 很小 原煤在倉(cāng)內(nèi)流動(dòng)緩慢 煤倉(cāng)堵塞受溫度的影響不大 堵塞 煤倉(cāng)起決定作用的因素主要是原煤的粒度組成 含水量等 粒度 組成不同 原煤在倉(cāng)內(nèi)的壓實(shí)度也不同 原煤濕度的增加會(huì)促進(jìn) 粘結(jié)力的增長(zhǎng) 外因主要是指?jìng)}體功能設(shè)計(jì)中的一些因素 如倉(cāng)體 漏口的 斷面形狀與尺寸 漏口的傾角 倉(cāng)體貯煤的高度 倉(cāng)壁的光滑程 度 貯存時(shí)間 對(duì)倉(cāng)內(nèi)存料的壓實(shí)程度等 但其中堵塞煤倉(cāng)的重 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 4 要因素是溜煤口的斷面尺寸和倉(cāng)內(nèi)存煤的壓實(shí)度 本裝置旨在不改變現(xiàn)有煤倉(cāng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上 研究原煤堵塞機(jī) 理提出改進(jìn)通暢性的措施 并開(kāi)發(fā)疏通裝置 前述涉及煤倉(cāng)結(jié)構(gòu) 形式的內(nèi)容 即煤倉(cāng)堵塞的某些外因是無(wú)法改變的 因此 研究 重點(diǎn)放在引起煤倉(cāng)堵塞的內(nèi)因 原煤貯存時(shí)間 倉(cāng)內(nèi)存料的壓實(shí) 度 煤倉(cāng)堵塞形式以及堵塞位置分布等方面 2 原煤溜放的類型與煤倉(cāng)堵塞形式 粗顆粒狀 或塊狀 為主的 當(dāng)原煤中塊以上的料占較大比 例時(shí) 其堵塞多表現(xiàn)為機(jī)械卡塞 細(xì)顆粒狀 或粉狀 為主的 當(dāng)原煤中細(xì)?；蚍哿蠟橹饕?分時(shí) 它的流動(dòng)規(guī)律是由細(xì)?；蚍哿Ａ蟻?lái)確定的 其堵塞多表現(xiàn) 為結(jié)拱 3 煤倉(cāng)堵塞機(jī)理分析 粗顆粒狀 或塊狀 為主的原煤 對(duì)于粗顆粒狀 或塊狀 的原煤在倉(cāng)內(nèi)能否暢通地流動(dòng) 首先 決定于放出孔 漏口 大小和放出物料顆粒尺寸的比值 這種煤基 本上是屬于自由流動(dòng)的物料 一般不會(huì)出現(xiàn)由于其被壓實(shí)而引起 結(jié)拱的現(xiàn)象 但是在生產(chǎn)過(guò)程中 溜煤口放煤并非絕對(duì)連續(xù) 當(dāng) 溜煤口停止放煤時(shí) 倉(cāng)內(nèi)會(huì)由于煤倉(cāng)上口溜下的煤經(jīng)自重加速后 沖擊而壓實(shí) 發(fā)生堵塞現(xiàn)象 當(dāng)放出孔和放出物料顆粒的比值小 于 4 5 時(shí) 也可能發(fā)生卡塞現(xiàn)象 圖 1 是在光學(xué)彈性模型中得到 的粗粒物料發(fā)生機(jī)械卡塞時(shí)力的傳遞情況 卡塞性堵塞絕大多數(shù)都發(fā)生在煤倉(cāng)漏口附近 在煤倉(cāng)其 它部位極少發(fā)生 其表現(xiàn)形式見(jiàn)圖 1 或圖 2 a b 主要原 因是大量的超限煤塊卸入倉(cāng)內(nèi) 根據(jù)對(duì)一礦使用中煤倉(cāng)的觀察 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 5 堵塞往往很可能發(fā)生在某一段時(shí)間內(nèi) 一些煤倉(cāng)的下口將出現(xiàn)連 續(xù)性卡塞現(xiàn)象 大量未經(jīng)破碎的煤同時(shí)來(lái)到卸載點(diǎn) 卸載點(diǎn)又無(wú) 足夠能力的破碎設(shè)備 使煤倉(cāng)上口限制塊料的篦子失去作用成為障 礙而被取消 實(shí)際上是讓超限料塊通暢地進(jìn)入倉(cāng)內(nèi) 因此就會(huì)發(fā) 生卡塞現(xiàn)象 圖 1 1 光學(xué)彈性模型中粗粒物料機(jī)械卡塞時(shí)力的傳遞情況 細(xì)顆粒狀 或粉狀 為主的原煤 對(duì)于細(xì)顆粒狀 或粉狀 為主的煤 其結(jié)拱堵塞形式多樣 見(jiàn) 圖 2 c d e f 現(xiàn)象較為復(fù)雜 受許多因素的影響 其 中主要是原煤的物理機(jī)械性質(zhì)及其壓實(shí)度的影響 井下開(kāi)采的原煤是由不同粒度的顆粒所組成 當(dāng)含粉料或小 粒徑料較多時(shí) 整個(gè)原煤的流動(dòng)特性為細(xì)顆粒的流動(dòng)規(guī)律 較大 顆粒在流動(dòng)中成為被動(dòng)介質(zhì) 對(duì)于細(xì)粒狀 或粉狀 為主的原煤 它的內(nèi)摩擦力較大 同時(shí)還表現(xiàn)出較大的粘結(jié)力 原煤濕度的增 加會(huì)促進(jìn)粘結(jié)力的增長(zhǎng) 這就構(gòu)成結(jié)拱堵塞的前提條件 物料的 這種內(nèi)力越大 流動(dòng)性就會(huì)越小 結(jié)拱的危險(xiǎn)性就越大 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 6 圖 1 2 煤倉(cāng)堵塞的幾種現(xiàn)象 上述阻礙原煤流動(dòng)的內(nèi)力主要還取決于倉(cāng)內(nèi)貯料的壓實(shí)度 它是細(xì)粒料堵塞的最重要因素 壓實(shí)度的增加 使貯料密度提高 因而內(nèi)摩擦力和內(nèi)聚力 即抗剪強(qiáng)度 都會(huì)增加 這就使原煤中的 內(nèi)力 阻礙運(yùn)動(dòng)的力 可能超過(guò)其重力 因而倉(cāng)內(nèi)原煤失去流動(dòng)性 而發(fā)生結(jié)拱堵塞現(xiàn)象 由于倉(cāng)內(nèi)貯煤被壓實(shí)而造成的拱圈具有相當(dāng)大的穩(wěn)定性 原 煤自煤倉(cāng)上口卸載下來(lái)時(shí)沖擊力越大 時(shí)間越長(zhǎng) 這種穩(wěn)定性就 越難以破壞 貯倉(cāng)中所以形成拱形而不下落 是因?yàn)樵谶@個(gè)拱圈 的上面形成了一個(gè)一定厚度的密實(shí)的硬殼 該硬殼是具有足夠的 強(qiáng)度 可以承受本身及其上面存煤的重力作用 使其和周圍系統(tǒng) 形成了暫時(shí)的穩(wěn)定平衡狀態(tài) 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 7 影響壓實(shí)度的因素 貯煤高度 在一定范圍內(nèi) 貯煤高度加大 對(duì)其下部的壓實(shí)度也越大 但 當(dāng)其超過(guò)一定范圍時(shí) 上部貯煤的自重將被倉(cāng)內(nèi)的摩擦力所抵消 垂直倉(cāng) 對(duì)于垂直倉(cāng) 倉(cāng)上口卸載時(shí)的沖擊力比倉(cāng)下部放煤穩(wěn)定流動(dòng)時(shí) 的豎向壓應(yīng)力大得多 因而導(dǎo)致壓實(shí)度增大 貯存時(shí)間的影響 隨著煤在倉(cāng)內(nèi)貯存時(shí)間的延長(zhǎng) 煤在其自重影響下將發(fā)生沉降 增加了貯料的密實(shí)程度 壓實(shí)度將增加 原煤粒度和濕度的影響 粒度愈大 壓實(shí)度愈小 原煤中大顆粒間為各種小顆粒充填時(shí) 其壓實(shí)度將提高 粉料中塊料比例增加時(shí)松散作用得到加強(qiáng) 原 煤中含有一定量水分時(shí) 可起潤(rùn)滑作用 減小煤塊間的內(nèi)摩探力 從而促進(jìn)貯煤在倉(cāng)內(nèi)的沉降和壓實(shí) 倉(cāng)內(nèi)存煤的物理機(jī)械性質(zhì)是決定物料結(jié)拱難易程度的內(nèi)在因 素 而壓實(shí)度是促進(jìn)倉(cāng)內(nèi)物料結(jié)拱的重要外在條件 上述因素是促進(jìn)倉(cāng)內(nèi)結(jié)拱的重要原因 如果上面不斷地 卸載 將使存煤受到重力壓縮和沖擊壓實(shí) 但下口不斷地溜放又 會(huì)使被壓實(shí)的貯煤松散 而且松散的作用比壓實(shí)的作用要大得多 卸料時(shí)垂直壓應(yīng)力減小 水平壓力增加 使物料松散 有利于消 除結(jié)拱 最壞的情況是上面不斷地卸載 沖擊 而下口又長(zhǎng)期不 溜放 這時(shí)如果倉(cāng)體或漏口斷面尺寸不夠大 就為結(jié)拱創(chuàng)造了良 好的機(jī)會(huì) 就以上分析及統(tǒng)計(jì)結(jié)果可得 以細(xì)顆粒為主的煤在煤 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 8 倉(cāng)內(nèi)的堵塞形式主要表現(xiàn)為圖 2 所示 c d e f 四大類 其中 c d e 類 95 堵塞概率發(fā)生在煤倉(cāng)下倉(cāng)口或煤倉(cāng)橫斷面尺寸急劇 變化處 f 類堵塞現(xiàn)象主要是細(xì)煤在倉(cāng)壁上的沾附導(dǎo)致的 其堵塞 概率絕大部分發(fā)生在煤倉(cāng)下倉(cāng)口 1 3 改善煤倉(cāng)通暢性的措施 根據(jù)以上對(duì)煤倉(cāng)堵塞機(jī)理的研究 我們提出如下改善煤倉(cāng)通 暢性的措施 以利于煤倉(cāng)順利溜煤 減少煤倉(cāng)堵塞的幾率 1 加強(qiáng)生產(chǎn)管理工作 要求嚴(yán)格按照生產(chǎn)規(guī)程操作 杜 絕大塊煤 枕木 鐵絲網(wǎng)等極易引起煤倉(cāng)堵塞的雜物入倉(cāng) 這個(gè) 問(wèn)題最好能夠在采取解決 一勞永逸的辦法是設(shè)置專門分取長(zhǎng)料 的裝置 2 將超大塊煤或矸石消滅在工作面 這是防止超限大塊 煤或礦石進(jìn)入煤倉(cāng)的最根本的辦法 這種措施需要改進(jìn)工作面采 煤方法 3 采用人工或機(jī)械方式對(duì)超限塊料進(jìn)行破碎 順槽中安裝 破碎機(jī)破碎塊煤的方法在西德煤礦企業(yè)中很早就普遍采用了 不 僅能破掉大塊煤和矸石 而且可揀出其它雜物 效果很好 4 在煤倉(cāng)上口機(jī)頭卸煤位置設(shè)置傾斜一定角度的篦子 傾斜角度的設(shè)置以方便超限塊料移去為目的 避免機(jī)頭堵塞 篦 子的網(wǎng)眼密度以煤倉(cāng)下口與卸入倉(cāng)內(nèi)的原煤顆粒的比值大于 4 5 來(lái)確定 5 由于煤倉(cāng)高度往往達(dá)幾十米 導(dǎo)致煤倉(cāng)上口卸下的原 煤經(jīng)自重加速后沖擊倉(cāng)內(nèi)存煤 倉(cāng)內(nèi)存煤受到重力壓縮和沖擊 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 9 壓實(shí)度增大 導(dǎo)致成拱的可能性和穩(wěn)定性加大 因此可在煤倉(cāng)的 不同高度位置橫向設(shè)置弧形減墜梁 下墜原煤經(jīng)多次緩沖及變向 后下墜速度減小 這樣不僅保護(hù)了減墜梁不受大沖擊力的破壞 而且可減小倉(cāng)內(nèi)存煤的壓實(shí)度 6 分析倉(cāng)內(nèi)原煤 主要是大塊 斜向下落時(shí)的沖擊位置 在倉(cāng)壁經(jīng)常被沖擊處增加緩沖槽 一方面緩解原煤下落是的沖擊 力 另一方面改變?cè)合侣涞姆较?減緩下落速度 從而減少對(duì) 倉(cāng)底部存煤的沖擊 降低壓實(shí)度 7 在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候斷續(xù)地放倉(cāng) 盡可能地減少煤在倉(cāng)內(nèi)的 貯存時(shí)間 以減小煤在其自重和上部沖擊作用下的沉降量 從而 減小貯煤在倉(cāng)內(nèi)的密實(shí)程度 減小壓實(shí)度 利于再次溜煤時(shí)原煤 能夠通暢流出 1 4 煤倉(cāng)疏通技術(shù)的現(xiàn)狀 幾十年來(lái)國(guó)內(nèi)外專家 學(xué)者對(duì)有關(guān)煤倉(cāng)防堵和疏通問(wèn)題已經(jīng) 做了大量的分析研究工作 但煤倉(cāng)堵塞依然是困擾煤礦企業(yè)的老 大難問(wèn)題 總體來(lái)說(shuō) 目前的煤倉(cāng)疏通技術(shù)可分為主動(dòng)防堵和被動(dòng) 疏通兩個(gè)方面 主動(dòng)防堵主要體現(xiàn)在煤倉(cāng)的倉(cāng)體設(shè)計(jì) 塊煤和矸石的破碎以 及加裝輔助裝置等幾個(gè)方面 被動(dòng)疏通是當(dāng)煤倉(cāng)堵塞后 用適當(dāng) 的煤倉(cāng)疏通技術(shù)方法實(shí)現(xiàn)通堵 預(yù)防煤倉(cāng)堵塞 主動(dòng)防堵 最根本的解決方式是煤倉(cāng)在結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)上充分考慮引起堵塞的各方面因素 設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu) 形狀等 以杜絕堵塞現(xiàn)象發(fā)生 但煤倉(cāng)堵塞問(wèn)題一般很難絕對(duì)避免 目前 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 10 采取的措施有煤倉(cāng)設(shè)置破拱帽 煤倉(cāng)縮口部位采用高分子 超高 分子聚乙烯材料 縮口截面采用雙曲線 下口采用振動(dòng)給煤機(jī)等方 法 這些方法對(duì)減少煤倉(cāng)堵塞都取得了一定的效果 但也存在一 些缺陷和不足 例如平煤一礦的某些煤倉(cāng)若用鋼絲繩 則很容易 被砸斷 因此設(shè)置破拱帽并不合適 采用高分子材料做襯里 耐 磨性不是很理想 不少礦區(qū)不愿采用 改變煤倉(cāng)縮口形狀需要施 工 工程量大 對(duì)既定結(jié)構(gòu)的在用煤倉(cāng)顯然不合適 煤倉(cāng)下口采 用振動(dòng)給煤機(jī)的方法目前是普遍采用的 但堵塞問(wèn)題仍然嚴(yán)重 煤倉(cāng)堵塞問(wèn)題一旦出現(xiàn)需要采取措施進(jìn)行疏通 即被動(dòng)疏通 疏通方式目前采用的主要有以下幾種 1 鐵棍伸入倉(cāng)內(nèi)或短木接長(zhǎng)捅堵塞部位 適用于堵塞發(fā)現(xiàn)及時(shí)或堵塞不嚴(yán)重的情況 平煤一礦目前也采 用這種方式 但是危險(xiǎn)性較大 效果也不理想 2 絞車及鋼絲繩拉通法 在煤倉(cāng)上口設(shè) 1 臺(tái)絞車以雙鋼絲繩拉動(dòng) 也可在煤倉(cāng)上下口 各設(shè) 1 臺(tái)小絞車 來(lái)回拉動(dòng) 沖擊物料的結(jié)拱處 這種方法可用 在經(jīng)常發(fā)生堵塞而又不易處理的煤倉(cāng)中 但對(duì)于平煤一礦的在用 煤倉(cāng) 由于貯煤壓力過(guò)大 鋼絲繩根本拉不動(dòng) 且鋼絲繩有可能 被砸斷 因此并不適用 3 放水處理法 當(dāng)煤倉(cāng)堵塞嚴(yán)重 下口又有足夠堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)時(shí) 可以從煤倉(cāng)上 口放大量的水 使水逐漸滲入到物料顆粒之間的空隙中 當(dāng)水在煤 倉(cāng)中達(dá)到飽和時(shí) 由于倉(cāng)內(nèi)阻力的降低而使結(jié)拱堵塞部分在自重 的作用下滑動(dòng)墜落 但放水處理法處理時(shí)間比較長(zhǎng) 現(xiàn)場(chǎng)污染嚴(yán) 重 而且也不夠安全 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 11 4 鉆機(jī)鉆通法 在貯倉(cāng)上口用鉆機(jī)將堵塞部分鉆通 但當(dāng)溜井很長(zhǎng)時(shí) 難以確 定堵塞的位置 對(duì)于長(zhǎng)度較大的煤倉(cāng) 需要的鉆頭將會(huì)相當(dāng)長(zhǎng) 5 高壓氣通法 在貯倉(cāng)底口開(kāi)設(shè)觀察孔 將高壓氣管放置到堵塞部 迅速開(kāi)啟 閥門 靠突然釋放的氣流沖擊堵塞部 由于氣體的沖力有限 對(duì) 于堵塞嚴(yán)重的情況此法無(wú)效 而且也不夠安全 6 設(shè)置高壓水射流系統(tǒng) 用高壓水自下而上進(jìn)行沖刷 或在斗倉(cāng)部分預(yù)先安裝帶徑向噴 嘴的環(huán)形高壓水管 供堵塞時(shí)使用 這種方式也是僅適用于堵塞 發(fā)生位置相對(duì)固定的情形 柔性差 7 采用空氣炮進(jìn)行疏通 將一個(gè)或多個(gè)空氣炮安裝在斗倉(cāng)或倉(cāng)體容易起拱的內(nèi)壁上 當(dāng) 倉(cāng)內(nèi)堵塞時(shí) 可隨時(shí)向起拱處發(fā)射高壓氣體 這種方法目前在國(guó) 內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用 但其局限性是受煤倉(cāng)結(jié)構(gòu)上的限制 有些煤 倉(cāng)結(jié)構(gòu)不適合安裝空氣炮 而且安裝位置固定 柔性同樣很差 8 少量炸藥崩震 不少煤礦企業(yè)在煤倉(cāng)出現(xiàn)堵塞時(shí) 使用少量炸藥伸到倉(cāng)內(nèi)靠近 堵塞位置靠炸藥的崩震作用實(shí)現(xiàn)疏通 此法極不安全 很容易出 現(xiàn)事故 鑒于以上種種方法的局限性 我們結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際 在使用現(xiàn) 有的任何一種疏通措施都不盡合理的艱難條件下提出了采用動(dòng)高 壓原理 利用發(fā)射高速橡膠彈沖擊破拱的方法實(shí)現(xiàn)煤倉(cāng)疏通 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 12 1 5 煤倉(cāng)疏通新技術(shù)的提出 利用發(fā)射高速橡膠彈沖擊破拱的方法實(shí)現(xiàn)煤倉(cāng)疏通的新技術(shù) 目前此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)申請(qǐng)國(guó)家專利 疏通裝置盡量不采用電器設(shè)備 且采用人工控制發(fā)射 本技術(shù)采用動(dòng)高壓原理 由現(xiàn)場(chǎng)氣源提供 高壓氣體并安裝蓄能罐進(jìn)行高壓氣體蓄能 蓄能罐不僅要提供橡 膠彈發(fā)射動(dòng)力 還要提供快排閥的動(dòng)作能源 由氣壓控制裝置控 制高壓氣體沖擊橡膠彈 使橡膠彈在增速筒內(nèi)加速一定時(shí)間 達(dá) 到一定的速度 沖擊煤倉(cāng)內(nèi)原煤堵塞位置 破壞堵塞起拱 破壞拱 圈平衡力 實(shí)現(xiàn)疏通 利用這項(xiàng)技術(shù)所開(kāi)發(fā)的疏通裝置工作原理是利用現(xiàn)場(chǎng)的氣源 井下一般可達(dá)到 40513kPa 作為動(dòng)力 由蓄能罐進(jìn)行高壓氣體蓄 能 在蓄能器蓄能之前 先打開(kāi)進(jìn)氣總閥使快排閥處于封閉位置 然后打開(kāi)蓄能罐進(jìn)氣閥 使蓄能器蓄能 觀察壓力表 待蓄能罐 達(dá)到設(shè)定壓力后 操縱控制開(kāi)關(guān)使快排閥動(dòng)作 高壓氣體沖擊橡 膠彈 橡膠彈在增速筒內(nèi)加速到一定的速度射出 沖擊煤倉(cāng)內(nèi)原 煤堵塞位置 實(shí)現(xiàn)破拱 完成煤倉(cāng)的疏通工作 可在一定距離內(nèi) 由人工遠(yuǎn)程控制發(fā)射 安全可靠 新型疏通裝置應(yīng)包括以下幾個(gè) 結(jié)構(gòu) 1 增速及緩沖裝置 此裝置實(shí)現(xiàn)橡膠彈在增速筒內(nèi)一定時(shí)間的加速 經(jīng)計(jì)算儲(chǔ)氣罐 達(dá)到 405 3 KPa 條件下 彈體沖出增速筒上升 6 m 可達(dá)到 715 N 的沖擊力 緩沖功能使橡膠彈發(fā)射后 增速筒不至于剛性傳遞后 坐力到角度調(diào)節(jié)部位 2 角度調(diào)節(jié)裝置 此裝置的下端銷軸可沿弧形軌道滑動(dòng) 使增速和緩沖裝置實(shí)現(xiàn) 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 13 發(fā)射角度調(diào)節(jié) 以適應(yīng)不同堵塞位置的需要 3 自動(dòng)開(kāi)啟裝置 此裝置是自動(dòng)開(kāi)啟發(fā)射筒出口端蓋的裝置 其工作過(guò)程是當(dāng) 儲(chǔ)氣罐的壓力達(dá)到一定程度時(shí) 自動(dòng)開(kāi)啟裝置自動(dòng)打開(kāi)發(fā)射筒出 口端蓋 當(dāng)橡膠子彈發(fā)射完畢后 發(fā)射筒出口端蓋自動(dòng)關(guān)閉 4 高度調(diào)節(jié)和底座 完成增速筒適應(yīng)煤倉(cāng)觀察孔的高度調(diào)節(jié)和整個(gè)疏通裝置的支撐 疏通裝置主體可安裝在下支座 上 供現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)調(diào)節(jié)高度 也可 去掉支座 以適應(yīng)不同的現(xiàn)場(chǎng)條件要求 疏通裝置從煤倉(cāng)下部的觀察孔處射入橡膠彈 其發(fā)射角度可 根據(jù)不同的堵塞位置調(diào)節(jié) 柔性很好 發(fā)射的高度由儲(chǔ)氣罐中的壓 力調(diào)節(jié)來(lái)保證 1 6 立式煤倉(cāng)疏通裝置 這種新型的煤倉(cāng)疏通裝置將提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 適應(yīng) 性強(qiáng) 操作方便 安全可靠 疏通效率較高的立時(shí)煤倉(cāng)疏通裝置 能夠 有效的解決煤倉(cāng)起拱堵塞問(wèn)題 結(jié)構(gòu)如下圖 1 3 圖 1 3 中標(biāo)號(hào)名稱 1 三角支架 2 螺旋手柄 3 托板 4 支柱 5 弧形支座 6 橡膠拖輪 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 14 7 彈簧套筒 8 側(cè)向支架 9 自動(dòng)開(kāi)啟機(jī)構(gòu) 10 鉸鏈 11 發(fā)射筒出口端蓋 12 氣源 13 進(jìn)氣總閥 14 發(fā)射開(kāi)關(guān) 15 進(jìn)氣閥 16 快排閥 17 儲(chǔ)氣罐 18 發(fā)射筒 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 15 圖 1 3 立式可調(diào)煤倉(cāng)疏通裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 在三角支架 1 上依次設(shè)置有螺旋手柄 2 及托板 3 通過(guò)調(diào)整螺 旋手柄 進(jìn)而調(diào)整發(fā)射筒的高度 托板的上面一側(cè)固定設(shè)置有弧 形支座 5 托板的上面另一側(cè)設(shè)置有支柱 4 支柱的上端通過(guò)側(cè)向 支架 8 連接在儲(chǔ)氣罐 17 的側(cè)壁 儲(chǔ)氣罐 17 的底部通過(guò)彈簧套筒 7 與橡膠托輪 6 固定連接 橡膠托輪 6 頂在弧形支座 5 的弧形彎曲 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 16 表面 彈簧套筒 7 用于緩沖橡膠彈發(fā)射后產(chǎn)生的后坐力 儲(chǔ)氣罐 17 內(nèi)部中間位置設(shè)置有發(fā)射筒 1 儲(chǔ)氣罐下部一側(cè)設(shè)置有進(jìn)氣閥 15 進(jìn)氣閥 15 通過(guò)高壓軟管及進(jìn)氣總閥 13 連接到高壓氣源 12 發(fā)射筒 18 內(nèi)下部設(shè)置有快排閥 16 快排閥 16 通過(guò)發(fā)射開(kāi)關(guān) 14 高壓軟管及進(jìn)氣總閥 13 連接到高壓氣源 12 儲(chǔ)氣罐上部一側(cè)設(shè)置 有自動(dòng)開(kāi)啟機(jī)構(gòu) 9 自動(dòng)開(kāi)啟機(jī)構(gòu)通過(guò)鉸鏈 10 與發(fā)射筒出口端蓋 11 相連接 在發(fā)射橡膠彈時(shí)打開(kāi)發(fā)射筒出口端蓋 發(fā)射完畢后 關(guān)閉發(fā)射筒出口端蓋 高壓氣源可直接利用煤礦井下的氣源即可 根據(jù)煤倉(cāng)的規(guī)格大小 本疏通裝置可制成系列產(chǎn)品 1 7 立式煤倉(cāng)疏通裝置工作過(guò)程 本煤倉(cāng)疏通裝置由現(xiàn)場(chǎng)氣源提供高壓氣體 儲(chǔ)氣罐用來(lái)高壓氣 體儲(chǔ)能 作為橡膠彈發(fā)射動(dòng)力能源 由受控的高壓氣體沖擊橡膠 彈 使橡膠彈在發(fā)射筒內(nèi)加速 達(dá)到一定的速度后沖擊煤倉(cāng)內(nèi)的 堵塞位置 破壞堵塞起拱 完成疏通 根據(jù)上圖 4 敘述本煤倉(cāng)疏通裝置的工作原理 三角支架 1 上裝 有托板 3 托板 3 的高度可通過(guò)與之相連的螺旋手柄 2 調(diào)整 進(jìn) 而調(diào)整發(fā)射筒 18 的高度 根據(jù)堵塞位置和煤倉(cāng)下觀察孔開(kāi)口位置 推動(dòng)橡膠托輪 6 沿弧形支座 5 運(yùn)動(dòng)來(lái)調(diào)整發(fā)射筒 18 的高度 確定 好發(fā)射筒 18 的位置后 用螺母固定橡膠托輪 6 進(jìn)而固定整個(gè)發(fā) 射裝置 彈簧套筒 7 用于緩沖橡膠彈發(fā)射后產(chǎn)生的后坐力 打開(kāi) 進(jìn)氣總閥 13 使發(fā)射開(kāi)關(guān) 14 處于進(jìn)氣狀態(tài) 即使快排閥 16 復(fù)位 處于關(guān)閉狀態(tài) 打開(kāi)進(jìn)氣閥 15 使儲(chǔ)氣罐 17 開(kāi)始儲(chǔ)能 達(dá)到一定 壓力后 自動(dòng)開(kāi)啟機(jī)構(gòu) 9 通過(guò)鉸鏈 10 打開(kāi)發(fā)射筒出口端蓋 11 將 橡膠彈裝入發(fā)射筒 當(dāng)儲(chǔ)氣罐 17 中的氣體壓力達(dá)到設(shè)定值后 關(guān) 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 17 閉進(jìn)氣總閥 13 檢查無(wú)誤后 扳動(dòng)發(fā)射開(kāi)關(guān) 14 在內(nèi)外壓差的作 用下快排閥 16 瞬間動(dòng)作 儲(chǔ)氣罐 17 中的高壓氣體瞬時(shí)進(jìn)入發(fā)射 筒 18 使橡膠彈在發(fā)射筒 18 中加速后射出 直接沖擊煤倉(cāng)堵塞處 橡膠彈發(fā)射后 儲(chǔ)氣罐 17 內(nèi)氣壓瞬間下降 在彈簧作用下自動(dòng)開(kāi) 啟機(jī)構(gòu) 9 復(fù)位 發(fā)射筒出口端蓋 11 自動(dòng)閉合 重復(fù)以上過(guò)程可多 次發(fā)射橡膠彈 直至煤倉(cāng)堵塞處被疏通 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括 1 根據(jù)煤倉(cāng)發(fā)生堵眼的起拱位置 確定增速筒發(fā)射橡膠 彈的合理角度范圍 2 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)氣源能提供的氣壓大小計(jì)算橡膠彈發(fā)射高度 和沖擊力大小 3 設(shè)計(jì)立式煤倉(cāng)疏通裝置結(jié)構(gòu)及零件 4 設(shè)計(jì)快排閥結(jié)構(gòu)及自動(dòng)開(kāi)啟機(jī)構(gòu) 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 18 2 外部尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 2 1 發(fā)射筒的設(shè)計(jì)計(jì)算 本方案采用高壓氣動(dòng)發(fā)射橡膠彈 給煤倉(cāng)堵塞處的拱腳以沖 擊而達(dá)到疏通煤倉(cāng)的目的 橡膠彈要對(duì)倉(cāng)內(nèi)堵塞的原煤以足夠大 的沖擊力 由于橡膠是一種高分子材料 具有高彈性 在橡膠彈 沖擊拱腳時(shí) 自身的彈性變形將吸收一定的能量 而減弱對(duì)原煤 的沖擊力 因此經(jīng)過(guò)分析比較 本設(shè)計(jì)選用壓縮變形小 而彈性 較差的特種橡膠 氯醇 氯醚 橡膠 H75 型 氯醇橡膠密度為 1 37 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 炮彈 1 30 g cm 3 設(shè)計(jì)橡膠彈為圓柱形 其直徑為 80mm 長(zhǎng)度為 100mm 其體積為 502 4 cm 3 其質(zhì)量為 0 688Kg 能夠上升的高度應(yīng)該達(dá)到 150m 以上 儲(chǔ)氣罐壓力初定 達(dá)到 0 4Mp 后發(fā)射炮彈 氣壓推動(dòng)橡膠彈的有效作用面積為橡膠 彈的大圓面積 S 2r 3 14 4 50 24 2cm 0 005024 得橡膠彈初始推力為 06 41 5242fpsN 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 19 假定炮彈能夠上升好 h 200m 則炮彈離開(kāi)炮口的速度的平方 為 209 803vgh 假設(shè)橡膠彈從初始速度為零到炮筒出口過(guò)程中 氣壓無(wú)損失 由于橡膠彈在加速筒里的推力遠(yuǎn)大于其自身的重力 所以橡膠彈 的加速度為 2 201 367548 afms 加速筒的長(zhǎng)度為 20 395476 8 Lvamc 由于橡膠彈在加速筒中上升的過(guò)程中肯定會(huì)有壓力損失 考 慮到橡膠子彈的收縮性及與發(fā)射筒之間的空隙 以及整個(gè)裝置的 配合與平衡 所以選定加速筒的長(zhǎng)度為 67cm 參考已有設(shè)備 炮 筒壁厚定為 10mm 氣壓推動(dòng)橡膠彈的有效作用面積為橡膠彈的大圓面積 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 20 223 1450 Srcm 得橡膠彈初始推力為 06 41 50242FpSN 假設(shè)橡膠彈從初始速度為零到炮筒出口過(guò)程中 氣壓無(wú)損失 則由能量守恒定律橡膠彈的出口動(dòng)能為 21 0 689 0 6734mvFgLJ 計(jì)算得 橡膠彈出口速度 V 0 63m s 原煤堵塞部位距煤倉(cāng)下口一般在 3 8m 則橡膠彈沖擊擁堵原 煤拱腳的速度約為 V 62m s 假設(shè)橡膠彈的沖擊作用可分為兩類 彈體在極短的時(shí)間內(nèi)穿入堵塞的原煤中 彈體以極短的作用時(shí)間沖擊堵塞原煤后 損失一定能量并 以一定的速度沿某個(gè)角度彈回 由沖量定理 FT MV 對(duì)于第 種情況 橡膠彈經(jīng)過(guò)一定作用時(shí)間后速度變?yōu)榱?動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能 若假設(shè)其作用時(shí)間為 0 1s 則可得橡膠彈對(duì)煤倉(cāng)堵塞處拱腳的沖 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 21 擊力 F 0 688 62 10 427N 即 44kg 作用時(shí)間越短 沖擊力越大 對(duì)于第 種情況 假設(shè)橡膠彈經(jīng)過(guò)極短的時(shí)間沖擊堵塞原煤 拱腳后 其能量一方面由于橡膠彈的彈性變形而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?另 一方面堵塞處的原煤并非剛性 橡膠彈沖擊受力后反彈 彈體速 度有所下降并以一定角度彈回 根據(jù)反彈后的飛行速度 和角 度不同 橡膠彈對(duì)拱腳的實(shí)際沖擊作用力也不同 因此若假設(shè)沖 擊后其能量損失為 50 則回彈速度大約 40m s 可達(dá)到的沖擊 力為 16kg 增速筒稍短時(shí) 橡膠彈沖擊速度有所下降 沖擊力隨 之下降 考慮到發(fā)射裝置的密閉性及氣壓要求 發(fā)射筒底部與快排閥 采用螺紋密封連接 安裝時(shí)螺紋上纏密封膠帶 考慮到到攻絲螺 紋 因此采用在機(jī)械結(jié)構(gòu)中用途最廣的 45 鋼 它不僅強(qiáng)度 硬度 較高 且兼有良好的塑性和韌性 經(jīng)濟(jì)性能較好 綜合性能優(yōu)良 攻絲內(nèi)螺紋長(zhǎng) 25mm 壁厚選用 4mm 因鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)良 且壓力僅有 0 5MPa 無(wú)拉壓負(fù)載 無(wú)需校核 因此最后可確定發(fā)射筒基本數(shù) 據(jù)如下 發(fā)射筒長(zhǎng) L 670mm 外徑 D 113mm 內(nèi)徑 d 95mm 壁厚 h 9mm 內(nèi)螺紋長(zhǎng) l 25mm 大徑 d1 99mm 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 22 材料采用 45 鋼 鑄造 調(diào)質(zhì)處理 其結(jié)構(gòu)如圖 2 1 圖 2 1 立式煤倉(cāng)疏通裝置發(fā)射筒 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 23 2 2 儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì)計(jì)算 初步設(shè)定立式煤倉(cāng)疏通裝置的儲(chǔ)氣罐的相關(guān)尺寸 并作出如 下計(jì)算 1 發(fā)射筒內(nèi)腔體積 V1 選定發(fā)射筒長(zhǎng)度 L1 670mm 其內(nèi) 腔的半徑 r 47 5mm 則有 33221m054 5 rLV 2 活塞回退膨脹體積 Va 選定活塞長(zhǎng)度 L2 68mm 其半徑 r 30mm 則得其體積 3422am109 68rLV 3 閥口體積 Vb 選定閥口長(zhǎng)度 L3 26mm 閥口半徑 r 20mm 可得閥口體積為 35223bm106 4rL 4 連接軟管體積 Vc 選定連接管長(zhǎng)度 L4 10000mm 其半 徑 r 20nn 則可得連接軟管體積為 3224cm1056 rLV 5 儲(chǔ)能器總體積 Vo 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 24 3i 1baciOm0856 24V 由熱力學(xué)第二定律 PV T C 常數(shù) 則 0 5Vi 0 4V0 可得 V i 10L 考慮到儲(chǔ)氣罐及其輸送管道并不是理想的密封 所以會(huì)有氣 體的泄露 取氣體泄漏系數(shù)為 K 1 2 則儲(chǔ)能器的最小體積應(yīng)為 12L 6 若設(shè)計(jì)為儲(chǔ)氣罐外包氣室結(jié)構(gòu) 選定相關(guān)尺寸如下 儲(chǔ)氣罐外徑 R2 180 5mm 外包氣室環(huán)腔內(nèi)孔徑 R3 172 5mm 環(huán)腔大徑 R4 57 5mm 氣室長(zhǎng) L 550mm 通過(guò)計(jì)算可得儲(chǔ)能器氣室容積為 V2 45 6L 7 儲(chǔ)能器壓力校核 發(fā)射氣壓暫設(shè)定為 0 5MPa 設(shè)儲(chǔ)能器的實(shí)際壓力為 X 則由 氣壓守恒可得如下方程 0 5 0 0142 X 0 0142 0 002543 1 2 可求得儲(chǔ)能器的實(shí)際壓力 X 0 41MPa 0 5MPa 故滿足壓力要求 儲(chǔ)氣罐是封存高壓氣體的容器 密閉性要求極高 且考慮到 整個(gè)裝置的體積要求 發(fā)射筒和快排閥連接體均處于儲(chǔ)氣罐內(nèi)部 且與外部相通 儲(chǔ)氣罐兩端一端與發(fā)射筒壁密封連接 另一端與 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 25 快排閥閥體密封連接 考慮到連接的密閉性及使用要求 兩端的 密封連接均用手工圓周焊接 儲(chǔ)氣罐運(yùn)用 Q235 碳素結(jié)構(gòu)鋼 塑性 韌性優(yōu)良且經(jīng)濟(jì)性好 便于焊接 整個(gè)選用一鋼管和兩塊中心開(kāi) 孔的圓鋼板焊接而成 一圓鋼板中心開(kāi) 150mm 孔 以便于與快排 閥閥體相焊接 快排閥閥體下部直徑 d 146mm 將在后面章節(jié)提到 另一圓鋼板中心開(kāi) 115mm 孔 以便于與發(fā)射筒壁焊接 發(fā)射筒外 徑 D 113mm 見(jiàn)上一章節(jié) 在距離中心孔 110mm 處開(kāi) 48mm 的圓孔 以便于與自動(dòng)開(kāi)啟機(jī)構(gòu)密封焊接 自動(dòng)開(kāi)啟機(jī)構(gòu)下缸體直徑 d 46mm 見(jiàn)后面章節(jié) 焊接要求中心度不大于 0 08 以便于與發(fā) 射筒和快排閥的連接 為便于焊接 焊接兩端的鋼板外留 10mm 的 邊緣 整個(gè)裝置材料易取得 手工焊接方便操作 適合小批量生 產(chǎn) 綜上所述 儲(chǔ)氣罐的基本數(shù)據(jù)如下 儲(chǔ)氣罐長(zhǎng) L 550mm 外徑 D 361 內(nèi)徑 d 345 圓鋼板 1 外圓直徑 D1 381mm 內(nèi)圓直徑 d1 150mm 壁厚 h1 10mm 圓鋼板 2 外圓直徑 D2 381mm 內(nèi)圓直徑 d2 115mm 壁厚 h2 10mm 與之相距 110mm 的中心孔 d3 48mm 三個(gè)部件均采用 Q235 鋼 采用手工焊接 同軸度要求不大于 0 08 結(jié)構(gòu)圖如圖 2 2 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 26 圖 2 2 儲(chǔ)氣罐 2 3 發(fā)射筒出口端蓋設(shè)計(jì) 發(fā)射筒出口端蓋與焊接在發(fā)射筒壁上的鉸鏈相連接 鉸鏈的 另一端與自動(dòng)開(kāi)啟機(jī)構(gòu)相連 當(dāng)有氣體壓入儲(chǔ)氣罐時(shí) 達(dá)到一定 壓力后 自動(dòng)開(kāi)啟機(jī)構(gòu)下拉 通過(guò)鉸鏈拉動(dòng)發(fā)射筒出口端蓋 端 蓋打開(kāi) 把橡膠子彈裝入發(fā)射筒 壓力達(dá)到后即可發(fā)射使用 由 于本疏通裝置在環(huán)境惡劣的礦井下操作使用 因此出口端蓋可在 一定程度上防止顆粒及粉塵侵入發(fā)射筒堵塞快排閥 保證裝置內(nèi) 的清潔度 出口端蓋設(shè)計(jì)成圓形鋼板 采用 Q235 鋼材料 與鉸鏈 一段焊接 由于發(fā)射筒外徑 D 113mm 因此將出口端蓋設(shè)計(jì)成直徑 為 130mm 厚 8mm 的圓形鋼板 邊緣倒 1 45 的角 綜上發(fā)射筒 出口端蓋數(shù)據(jù)如下 圓形鋼板直徑為 130mm 厚 h 8mm 邊緣 1 45 倒角 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 27 采用 Q235 鋼 圖 2 3 發(fā)射筒出口端蓋 2 4 鉸鏈的設(shè)計(jì)計(jì)算 本設(shè)計(jì)中鉸鏈?zhǔn)沁B接發(fā)射筒出口端蓋和自動(dòng)開(kāi)啟機(jī)構(gòu)上端部 的機(jī)構(gòu) 鉸鏈由焊接在發(fā)射筒壁上的支撐結(jié)構(gòu)和一端與發(fā)射筒出 口端蓋相焊接 另一端與自動(dòng)開(kāi)啟機(jī)構(gòu)相連接的轉(zhuǎn)動(dòng)體相連接 支撐結(jié)構(gòu)一端焊接在發(fā)射筒壁上 另一端與轉(zhuǎn)動(dòng)體通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸相 連接 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 不再作詳細(xì)闡述 轉(zhuǎn)動(dòng)體功能要求在自動(dòng)開(kāi)啟 機(jī)構(gòu)下拉時(shí) 轉(zhuǎn)動(dòng)體能與拉動(dòng)發(fā)射筒出口端蓋將發(fā)射筒完全露出 來(lái) 不能阻礙子彈的發(fā)射 在此設(shè)計(jì)中 結(jié)合立式煤倉(cāng)疏通裝置 的整體結(jié)構(gòu) 此轉(zhuǎn)動(dòng)體設(shè)計(jì)成 T 形結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)角較大 能夠滿足使 用要求 轉(zhuǎn)動(dòng)體為滿足力學(xué)要求 設(shè)計(jì)壁厚 40mm 采用 Q235 鋼 結(jié)構(gòu)如圖 2 4 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 28 圖 2 4 自動(dòng)開(kāi)啟機(jī)構(gòu)鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)體 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 29 3 快排閥的設(shè)計(jì) 3 1 快排閥的基本條件 快排閥 即快速排氣閥的簡(jiǎn)稱 是本立式煤倉(cāng)疏通裝置中重要 組件之一 快排閥是單向型方向控制元件 可將儲(chǔ)能器中的壓縮 空氣快速排放 以實(shí)現(xiàn)高壓氣體在瞬間沖出 產(chǎn)生很大的沖擊力 以推動(dòng)橡膠彈快速射出 完成煤倉(cāng)疏通 快排閥一共由六部分組成 分別是閥蓋 閥體 彈簧墊片 圓 柱壓縮彈簧 活塞和密封圈 以下將對(duì)每個(gè)零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)及其 校核 1 閥門的公稱通徑 閥門進(jìn)出口通道的名義直徑叫做閥門的公稱通徑 用 Ds 表示 試行國(guó)標(biāo)用 DN 表示 單位為毫米 mm 閥門的公稱通徑在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GBl074 70 中作了規(guī)定 閥門的公稱 通徑系列如表 1 表 1 閥門的公稱通徑系列 mm 3 6 10 15 20 25 32 40 50 65 80 100 125 150 175 200 225 250 300 350 400 450 500 600 700 800 900 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 30 帶括號(hào)的僅限于特殊閥門 在通常情況下 閥門的公稱通徑與實(shí)際通徑是一致的 在高壓 化工 石油上用的鍛造閥門存在著公稱通徑與實(shí)際通徑不太一致 的現(xiàn)象 由表 1 1 所示 選擇公稱直徑分別為 32mm 和 50mm 2 閥門的公稱壓力 閥門創(chuàng)名義壓力叫做閥門的公稱壓力 用 Ps 表示 試行國(guó)標(biāo) 用 PN 表示 壓力單位為巴 單位為公斤力 平方厘米 kcf cm 2 閥門上如標(biāo)注 P616 表示此閥門公稱壓力為 16 公 斤力 平方厘米 閥門的公稱壓力在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GBl048 70 中作了規(guī)定 閥門的 公稱壓力系列如表 2 表 2 閥門的公稱壓力系列 kgf cm 2 1 2 5 4 6 10 16 25 40 64 100 160 160 200 250 320 400 500 640 800 1000 閥門的實(shí)際耐壓能力 往往比閥門公稱壓力大得多 這是設(shè)計(jì) 時(shí)考慮了安全系數(shù)的緣故 在閥門的強(qiáng)度耐壓試驗(yàn)時(shí) 按規(guī)定允 許超過(guò)公稱壓力外 在閥門的工作狀態(tài)下 是嚴(yán)始超壓工作的 一般選用小于公稱壓力值 結(jié)合氣源提供的氣壓以以及煤倉(cāng)疏通工作所需要的動(dòng)力 由 表 2 可選擇閥門公稱壓力為 Ps 6kgf cm2 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 31 3 2 快排閥設(shè)計(jì)及工作原理 顧名思義 快排閥的功能是快速排出通過(guò)閥門的氣體 例如 供給儲(chǔ)能器的蒸汽壓力很高 需要通過(guò)快排閥快速排放 以達(dá)到 使橡膠彈快速射出 這樣的閥門要求能白動(dòng)降低壓力 也就是在 沒(méi)有手工操作時(shí) 當(dāng)然 正確設(shè)計(jì)和安裝的快排閥 如大家知道 的進(jìn)出口方向相反及上下顱倒 應(yīng)是不管進(jìn)口壓力怎樣波動(dòng) 當(dāng)然 不能低于所要求的出口壓力 而減壓后給出的壓力總是常數(shù) 雖然快排閥的設(shè)計(jì)各有不同 但在快速排放過(guò)程中都要起減 壓作用這一點(diǎn)是相同的 由于供給立式煤倉(cāng)疏通裝置儲(chǔ)能器的氣 體壓力要盡可能保持不變 而通常產(chǎn)生的氣體壓力比流過(guò)汽輪機(jī) 所需的壓力要高 這個(gè)快排閥應(yīng)具有對(duì)進(jìn)口壓力的波動(dòng)速度很敏 感的結(jié)構(gòu) 此外 蒸汽流過(guò)減壓閥閥匝中很窄的通道時(shí) 溫度會(huì) 升高 這對(duì)汽輪機(jī)是有利的 實(shí)際上這是過(guò)熱蒸汽的作用 濕蒸 汽是決不允許進(jìn)入透平機(jī)的 通過(guò)對(duì)立式煤倉(cāng)疏通裝置的研究和 現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境的考察 并結(jié)合閥門的公稱直徑和公稱壓力等相關(guān) 數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)出了快排閥的結(jié)構(gòu)如圖 3 1 所示 快排閥安放在儲(chǔ)氣罐里面 一端和發(fā)射開(kāi)關(guān)相連 一端和發(fā) 射筒相連 快排閥的工作過(guò)程分為兩個(gè)階段 首先是快排閥密閉 完成儲(chǔ)能器的儲(chǔ)氣過(guò)程 其次是快排閥打開(kāi) 完成所儲(chǔ)氣體快速 排放的過(guò)程 快排閥的工作原理 首先讓氣體通過(guò) P 端口進(jìn)入到快快排閥 里面 隨著氣體的增多 氣體壓力增大 將推動(dòng)活塞向 Q 方向移 動(dòng) 當(dāng)氣體的壓力達(dá)到一定程度的時(shí)候 活塞正好都?jí)驅(qū)?F 口完 全堵住 此即第一個(gè)階段 然后讓儲(chǔ)能器儲(chǔ)備氣體 直到達(dá)到所 需壓力的時(shí)候 完成儲(chǔ)能器的儲(chǔ)能工作 接著打開(kāi)端口 P 讓快排 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 32 閥里面的高壓氣體快速排出 此時(shí) 在復(fù)位彈簧的作用下 使活 塞快速滑向 P 端 打開(kāi)出氣口 F 而儲(chǔ)能器里面的高壓氣體便通過(guò) 出氣口 F 快速流向發(fā)射口 Q 高壓高速氣體便瞬時(shí)排出 此即完成 第二階段的開(kāi)啟排氣工作 圖 3 1 快排閥結(jié)構(gòu)圖 1 閥蓋 2 閥體 3 彈簧墊片 4 圓柱壓縮彈簧 5 大 密封圈 6 活塞 7 小密封圈 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 33 3 3 快排閥材料的選擇 在快排閥中設(shè)計(jì)中 快排閥一共包括閥蓋 閥體 彈簧墊片 圓柱壓縮彈簧 活塞和密封圈等 7 部分零 組 件 現(xiàn)在就每一 零 組 件進(jìn)行材料的選擇 1 閥蓋和閥體 閥體 閥蓋是閥門主要零件之一 直接承受介質(zhì)壓力 所以其 選擇的材料為灰鑄鐵 其公稱壓力 PN 1 0MPa 溫度為 10 200 的空氣介質(zhì) 灰鑄鐵常用牌號(hào)為 HT200 HT250 HT300 HT350 閥蓋和閥體的設(shè)計(jì)圖紙如圖 3 2 圖 3 3 所示 2 閥蓋材料 閥蓋在閥門開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程中 承受拉 壓和扭轉(zhuǎn)作用力 并與介質(zhì)直接接觸 同時(shí)和填料之間還有相對(duì)的摩擦運(yùn)動(dòng) 因此 閥桿材料必須保證在規(guī)定溫度下有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性 有一 定的耐腐蝕性和抗擦傷性 以及良好的工藝性 因此選擇的材料 為碳素鋼 碳素鋼用于低壓和介質(zhì)溫度不超過(guò) 300 的水 蒸汽介 質(zhì)時(shí) 一般選用 A5 普通碳素鋼 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 34 圖 3 2 閥蓋 3 閥蓋螺母 閥蓋螺母在閥門開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程中 直接承受閥桿軸向力 因此必須具備一定的強(qiáng)度 同時(shí)它與閥桿是螺紋傳動(dòng) 要求摩擦 系數(shù)小 不生銹和避免咬死現(xiàn)象 因此選擇的材料為合金銅 銅 合金的摩擦系數(shù)較小 不生銹 是目前普遍采用的材料之一 對(duì) 于 Pg 1 6Mpa 的低壓閥門可采用 ZHMn58 2 2 鑄黃銅 對(duì)于 Pg16 6 4Mpa 的中壓閥門可采用 ZQAL9 4 無(wú)錫青銅 對(duì)于高壓閥門可采 用 ZHAL66 6 3 2 鑄黃銅 4 密封圈 密封圈是閥門最關(guān)鍵的工作面 密封面質(zhì)量的好壞關(guān)系到閥 門的使用壽命 通常密封面材料要考慮耐腐蝕 耐擦傷 耐沖蝕 抗氧化等因素 通常分兩大類 軟質(zhì)材料和硬密封材料 其中軟 密封材料選擇橡膠 包括丁睛橡膠 氟橡膠等 硬密封材料選擇 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 35 鉻不銹鋼 用于普通高中壓閥門 圖 3 3 閥體 5 活塞 活塞在快排閥開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程中 直接承受閥桿徑向力和軸 向力 因此必須具備一定的強(qiáng)度 同時(shí)它與閥桿是螺紋傳動(dòng) 要 求摩擦系數(shù)小 不生銹和避免咬死現(xiàn)象 因此選擇的材料為合金 銅 銅合金的摩擦系數(shù)較小 不生銹 是目前普遍采用的材料之 一 對(duì)于 Pg2548N m 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 55 致謝 經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月的時(shí)間終于完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì) 首先我要感謝 我的指導(dǎo)老師鄭建新老師 他耐心的指導(dǎo)我們畢業(yè)設(shè)計(jì) 使我在 完成論文的同時(shí)也深受啟發(fā)和教育 鄭老師淵博的學(xué)識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?治學(xué) 使我受益匪淺 不僅從鄭老師那兒學(xué)到了專業(yè)知識(shí) 而且 學(xué)到了一些軟件的使用技巧 鄭老師高尚的師德和縝密的思維令 我嘆為觀止 是我學(xué)習(xí)的楷模 同時(shí) 感謝各位曾教過(guò)我的大學(xué)老師 是他們傳授給我專業(yè)知 識(shí) 讓我在畢業(yè)設(shè)計(jì)中充分應(yīng)用 在作畢業(yè)設(shè)計(jì)期間 我也得到了 同學(xué)們的諸多幫助 他們對(duì)我各個(gè)錯(cuò)誤的指正 由于我大學(xué)期間不是那么認(rèn)真的學(xué)習(xí) 許多專業(yè)知識(shí)不是十 分牢固 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)不是十分完美 有什么錯(cuò)誤望大家指出 最后 感謝各位評(píng)閱老師在百忙之中評(píng)閱我的設(shè)計(jì)說(shuō)明書 在畢業(yè)即將來(lái)臨之際 祝各位老師身體健康 合家歡樂(lè) 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 56 參考文獻(xiàn) 1 張國(guó)輔 礦山井下煤倉(cāng)與礦倉(cāng) 設(shè)計(jì)與使用 煤炭工業(yè)出 版社 1983 年 3 馮之敬主編 機(jī)械制造工程原理 清華大學(xué)出版社 1999 年 5 孔慶華 劉傳紹主編 極限配合與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ) 同濟(jì)大學(xué) 出版社 2002 年 6 蘇翼林主編 材料力學(xué) 高等教育出版社 1980 年 7 顧崇銜主編 機(jī)械制造工藝學(xué) 陜西科學(xué)技術(shù)出版社 1999 年 9 范祖堯等 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè) 非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì) M 機(jī) 械工業(yè)出版社 2000 年 10 唐金松 簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第二版 M 上?？茖W(xué)技術(shù)出 版社 2002 年 13 上海煤礦機(jī)械研究所 煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) M 1972 年