立式煤倉疏通裝置設計

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The efficiency of transport links will be greatly reduced without reliable automatic assembly-line. At present, the coal bunker becomes an important hub for the various production processes. Coal flows through conical hopper by gravity, while the bunker clogging occurred in the course of transmission has become a universally problem faced by every coal mine which seriously affects the delivery of coal and restrict the production efficiency and theres also a great security risk.Thus, we developed a convenient and efficient device for clearing. The paper carried out a detailed study on working principles based on the understanding about the status of mine at home and abroad. Through accessing to the relevant information and using the learned knowledge, I put forward my views and the design process. Since the limited ability of author, theres inevitably something wrong of the paper, please give guidance and criticism.Key words: coal bunker jam; clear machine; Transmission efficien前 言煤倉堵塞已經(jīng)成為一種通病，一旦發(fā)生故障，煤倉往往是少則幾個小時，多則幾天無法進行原煤輸送，嚴重影響了生產(chǎn)效率。目前針對不同的煤倉堵塞問題，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，安全隱患問題嚴重。正是看到了煤倉堵塞對企業(yè)生產(chǎn)效率和安全的不利影響,本文選擇此課題進行研究,本課題有助于保障煤倉的輸送能力，提高輸送效率；本課題可有效消除煤倉在原煤輸送生產(chǎn)過程中的安全隱患，提高企業(yè)的安全保障能力，有助于持續(xù)改善企業(yè)的安全狀況；研究成果的有效推廣有助于安全管理水平的提升。本課題在分析煤倉堵塞機理的基礎上對疏通機各部件的工作原理和設計計算做出了詳細分析,包括疏通機的組成,底座的設計材料的選擇、發(fā)射筒長度內(nèi)外圓直徑、閥門的選擇、角度調(diào)節(jié)裝置的設計及原理、以及儲氣罐的容積大小、外形、儲氣罐材料的選擇。目前，國內(nèi)外對煤倉堵塞問題有多種解決方法和手段，常見的像空氣炮、刮板式的等等，但這些方法都有或多或少的不妥之處，因此本文從另外一個角度，提出了對堵塞問題的解決方法，利用橡膠彈破壞拱角的方法來解決堵塞問題，以此來彌補其他方法的不足之處。1概況根據(jù)新版煤礦安全規(guī)程規(guī)定，必須在保證更高安全性的基礎上高效生產(chǎn)，因此急需研究煤倉堵塞機理，提出有效的預防和減少堵眼的措施，并開發(fā)安全可靠的疏通設備，以提升我國煤礦安全管理水平和生產(chǎn)效率。目前國內(nèi)外應用最廣的是采用空氣炮進行疏通，我國在上世紀七、八十年代采用的煤倉內(nèi)設置破拱帽，加鋼絲繩等措施目前在某些煤礦也在使用，但這些措施使用條件大多受到煤倉結(jié)構上的限制而無法使用。結(jié)合現(xiàn)在我國煤礦的實際情況，在無法使用目前任何一種疏通措施的條件下，根據(jù)老師的指導，本文提出了采用動高壓原理，利用發(fā)射高速橡膠彈沖擊破拱的方法實現(xiàn)煤倉疏通，采用此方法，可大大提高我國煤礦的安全生產(chǎn)水平，使得我國煤礦的安全管理水平走上了新的臺階。因此本文對疏通機的研究是必要且有重要意義的。2煤倉堵塞機理及改善煤倉通暢性的措施2.1煤倉堵塞機理原煤從倉內(nèi)排出受許多因素的綜合影響。為了研究原煤在倉內(nèi)的流動狀況以及與堵塞的關系，可將這些影響因素劃分為內(nèi)因的和外因兩個方面。內(nèi)因主要是指煤的物理機械性質(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，因井下四季溫差很小，原煤流動對溫度影響不大，堵塞煤倉起決定作用的因素主要是原煤的粒度組成。粒度組成不同，原煤在倉內(nèi)的壓實度也不同。外因主要是指倉體功能設計中的一些因素，如倉體、漏口的斷面形狀與尺寸、漏口的傾角、倉體貯煤的高度、倉壁的光滑程度、貯存時間，對倉內(nèi)存料的壓實程度等。但其中重要的因素是溜煤口的斷面尺寸和倉內(nèi)存煤的壓實度。本次改造旨在不改變現(xiàn)有煤倉結(jié)構的基礎上，研究原煤堵塞機理提出改進通暢性的措施，并開發(fā)疏通裝置，前述涉及煤倉結(jié)構形式的內(nèi)容，即煤倉堵塞的某些外因是無法改變的。因此，研究重點放在引起煤倉堵塞的內(nèi)因、原煤貯存時間、倉內(nèi)存料的壓實度、煤倉堵塞形式以及堵塞位置分布等方面。溜放的原煤大致分為兩種類型：(1)粗顆粒狀(或塊狀)為主的：當原煤中塊以上的料占較大比例時，其堵塞多表現(xiàn)為機械卡塞；(2)細顆粒狀(或粉狀)為主的：當原煤中細粒或粉料為主要成分時，它的流動規(guī)律是由細?；蚍哿Ａ蟻泶_定的，其堵塞多表現(xiàn)為結(jié)拱。一、粗顆粒狀(或塊狀)為主的煤 對于粗顆粒狀(或塊狀)的煤能否暢通地流動，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的物料，一般不會出現(xiàn)由于其被壓實而引起結(jié)拱的現(xiàn)象。但是在生產(chǎn)過程中，溜煤口放煤并非絕對連續(xù)，當溜煤口停止放煤時，倉內(nèi)會由于煤倉上口溜下的煤經(jīng)自重加速后沖擊而壓實，發(fā)生堵塞現(xiàn)象；當放出孔和放出物料顆粒的比值小于45時，也可能發(fā)生卡塞現(xiàn)象。圖1是在光學彈性模型中得到的粗粒物料發(fā)生機械卡塞時力的傳遞情況?？ㄈ远氯^大多數(shù)都發(fā)生在煤倉漏口附近，在煤倉其它部位極少發(fā)生，其表現(xiàn)形式見圖1(或圖2a、b)。主要原因是大量的超限煤塊卸入倉內(nèi)，根據(jù)對一礦使用中煤倉的觀察，堵塞往往很可能發(fā)生在某一段時間內(nèi)，一些煤倉的下口將出現(xiàn)連續(xù)性卡塞現(xiàn)象。大量未經(jīng)破碎的煤同時來到卸載點，卸載點又無足夠能力的破碎設備，使煤倉上口限制塊料的篦子失去作用成為障礙而被取消，實際上是讓超限料塊通暢地進入倉內(nèi)，因此就會發(fā)生卡塞現(xiàn)象。圖1 光學彈性模型中粗粒物料機械卡塞時力的傳遞情況圖2 煤倉堵塞的幾種現(xiàn)象二、 細顆粒狀(或粉狀)為主的煤對于細顆粒狀(或粉狀)為主的煤，其結(jié)拱堵塞形式多樣（見圖2c、d、e、f）現(xiàn)象較為復雜，受許多因素的影響，主要是原煤的物理機械性質(zhì)及其壓實度的影響。井下開采的原煤是由不同粒度的顆粒所組成，當含粉料或小粒徑料較多時，整個原煤的流動特性為細顆粒的流動規(guī)律，較大顆粒在流動中成為被動介質(zhì)。對于細粒狀(或粉狀)為主的原煤，它的內(nèi)摩擦力較大，同時還表現(xiàn)出較大的粘結(jié)力。原煤濕度的增加會促進粘結(jié)力的增長，這就構成結(jié)拱堵塞的前提條件。物料的這種內(nèi)力越大，流動性就會越小，結(jié)拱的危險性就越大。 上述阻礙原煤流動的內(nèi)力主要還取決于倉內(nèi)貯料的壓實度，它是細粒料堵塞的最重要因素。壓實度的增加使貯料密度提高，因而內(nèi)摩擦力和內(nèi)聚力(即抗剪強度)都會增加，這就使原煤中的內(nèi)力(阻礙運動的力)可能超過其重力，因而倉內(nèi)原煤失去流動性而發(fā)生結(jié)拱堵倉現(xiàn)象。 由于倉內(nèi)貯煤被壓實而造成的拱圈，具有相當大的穩(wěn)定性。原煤自煤倉上口卸載下來時沖擊力越大，時間越長，這種穩(wěn)定性就越難以破壞。貯倉中所以形成拱形而不下落，是因為在這個拱圈的上面形成了一個一定厚度的密實的硬殼，該硬殼是具有足夠的強度，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)形成了暫時的穩(wěn)定平衡狀態(tài)。影響壓實度的因素： (1)貯煤高度；在一定范圍內(nèi)，貯煤高度加大，對其下部的壓實度也越大；但當其超過一定范圍時，上部貯煤的自重將被倉內(nèi)的摩擦力所抵消。 (2)對于垂直倉，倉上口卸載時的沖擊力比倉下部放煤穩(wěn)定流動時的豎向壓應力大得多，因而導致壓實度增大。 (3)時間的影響；隨著煤在倉內(nèi)貯存時間的延長，煤在其自重影響下將發(fā)生沉降，增加了貯料的密實程度，壓實度將增加。 (4)原煤粒度和濕度的影響；粒度愈大，壓實度愈??；原煤中大顆粒間為各種小顆粒充填時，其壓實度將提高。粉料中塊料比例增加時松散作用得到加強。原煤中含有一定量水分時，可起潤滑作用，減小煤塊間的內(nèi)摩探力，從而促進貯煤在倉內(nèi)的沉降和壓實。倉內(nèi)存煤的物理機械性質(zhì)是決定物料結(jié)拱難易程度的內(nèi)在因素，而壓實度是促進倉內(nèi)物料結(jié)拱的重要外在條件。上述因素是促進倉內(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，但下口不斷地溜放又會使被壓實的貯煤松散，而且松散的作用比壓實的作用要大得多。卸料時垂直壓應力減小，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，而下口又長期不溜放，這時如果倉體或漏口斷面尺寸不夠大，就為結(jié)拱創(chuàng)造了良好的機會。就以上分析及統(tǒng)計結(jié)果可得：以細顆粒為主的煤在煤倉內(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)生在煤倉下倉口或煤倉橫斷面尺寸急劇變化處；f類堵塞現(xiàn)象主要是細煤在倉壁上的沾附導致的，在平煤一礦煤倉基本不出現(xiàn)。2.2改善煤倉通暢性的措施根據(jù)以上對煤倉堵塞機理的研究，我們提出如下改善煤倉通暢性的措施，以利于煤倉順利溜煤，減少煤倉堵塞的幾率，提高上產(chǎn)效率。1 在煤倉上口機頭卸煤位置設置傾斜一定角度的篦子，傾斜角度的設置以減小原煤進入倉內(nèi)的沖擊力為目的；篦子的網(wǎng)眼密度以煤倉下口與卸入倉內(nèi)的原煤顆粒的比值大于45來確定。2 加強生產(chǎn)管理工作。要求嚴格按照生產(chǎn)規(guī)程操作，杜絕大塊煤、枕木、鐵絲網(wǎng)等極易引起煤倉堵塞的雜物入倉。這個問題最好能夠在采區(qū)解決，一勞永逸的辦法是設置專門分取長料的裝置。3 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入煤倉的最根本的辦法，這種措施需要改進工作面采煤方法。4 采用人工或機械方式對超限塊料進行破碎，順槽中安裝破碎機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。5 由于煤倉長度往往達幾十米，導致煤倉上口卸下的原煤經(jīng)自重加速后沖擊倉內(nèi)存煤，倉內(nèi)存煤受到重力壓縮和沖擊，壓實度增大，導致成拱的可能性和穩(wěn)定性加大，因此可在煤倉的不同長度位置橫向設置弧形減墜梁，下墜原煤經(jīng)多次緩沖后下墜速度減小，這樣不僅保護了減墜梁不受大沖擊力的破壞，而且可減小倉內(nèi)存煤的壓實度，有效的減小煤倉堵塞出現(xiàn)的幾率。6 在適當?shù)臅r候斷續(xù)地放倉，盡可能地減少煤在倉內(nèi)的貯存時間，以減小煤在其自重和上部沖擊作用下的沉降量，從而減小貯煤在倉內(nèi)的密實程度，減小壓實度，利于再次溜煤時原煤能夠通暢流出。3. 煤倉疏通方案的確定方案1、適用于沒有氣源的現(xiàn)場。由機械蓄能系統(tǒng)實現(xiàn)足夠的能量儲備。由激發(fā)控制系統(tǒng)控制蓄能系統(tǒng)將橡膠彈加速，通過導向筒使橡皮彈撞擊堵塞煤料，實現(xiàn)疏通。方案2、需要工作現(xiàn)場有氣源。增壓系統(tǒng)使系統(tǒng)達到設計氣壓，由氣爆系統(tǒng)完成橡皮彈加速發(fā)射。增速筒使橡皮彈在一定距離內(nèi)增速一定時間，從而在出口處達到設計速度。橡皮彈在撞擊堵塞煤料時的速度，相對于在增速筒出口速度會有一定下降，但橡皮彈的質(zhì)量和出口速度保證了其撞擊堵塞煤料時具有足夠的能量值，以保證可靠的疏通效果。發(fā)射控制系統(tǒng)由人工控制橡皮彈發(fā)射，便于操作。經(jīng)過比較認為方案2是最為合理的，決定按照此方案展開實施。主要改造內(nèi)容包括：1) 根據(jù)煤倉發(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)場氣源能提供的氣壓大小計算橡膠彈發(fā)射高度和沖擊力大??；3) 設計高壓氣體蓄能罐和橡膠彈發(fā)射控制裝置；4) 根據(jù)現(xiàn)場空間要求設計角度調(diào)節(jié)裝置和安裝支架結(jié)構參數(shù)；4、疏通機的工作原理1、疏通機的工作原理疏通機采用動高壓原理，由現(xiàn)場氣源提供高壓氣體并安裝蓄能罐圖3 疏通機工作角度示意圖進行高壓氣體蓄能，蓄能器不僅要提供橡膠彈發(fā)射動力，還要提供快排閥的作動能源。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)加速一定時間，達到一定的速度，沖擊煤倉內(nèi)原煤堵塞位置，破壞堵塞起拱，完成疏通。疏通機的發(fā)射角度由堵塞位置決定，并受限于下倉口觀察孔開口大小，見圖3。快排閥結(jié)構圖及增速筒結(jié)構分別見圖4、5。圖4 快排閥結(jié)構圖圖5 增速筒結(jié)構剖視圖圖6 橡膠彈發(fā)射組件結(jié)構簡圖發(fā)射組件(見圖6)中，下端銷軸可沿水平軌道滑動，實現(xiàn)發(fā)射角度調(diào)節(jié)。中部快排閥連接彈體發(fā)射炮筒和緩沖導向部件。疏通機工作原理示意圖見下圖7圖7 疏通機結(jié)構及工作原理圖疏通機的基本組成包括如下八個部分，分別如上圖7所示：1、增速與緩沖裝置；2、角度調(diào)節(jié)裝置；3、高度調(diào)節(jié)及底座；4、壓力表；5、蓄能裝置；6、進氣總閥；7、儲氣罐進氣閥；8、控制發(fā)射裝置。增速及緩沖裝置1實現(xiàn)橡膠彈在增速筒內(nèi)一定時間的加速，以達到70kg以上的沖擊力，增速筒下端設置彈簧，實現(xiàn)橡膠彈發(fā)射時緩沖后座力，且增速筒不至于剛性傳遞后座力到角度調(diào)節(jié)部位；角度調(diào)節(jié)裝置2中，下端銷軸可沿水平軌道滑動，使增速和緩沖裝置實現(xiàn)發(fā)射角度調(diào)節(jié)，以適應不同堵塞位置的需要；高度調(diào)節(jié)和底座3完成增速筒適應煤倉觀察孔的高度調(diào)節(jié)和整個疏通機的支撐；壓力表4給出蓄能罐的壓力讀數(shù)；蓄能裝置5，即儲氣罐，實現(xiàn)高壓蓄能，以保證充足的橡膠彈發(fā)射增速所需要的氣量，并具備壓力保護和壓力調(diào)節(jié)功能，以適應橡膠彈不同的發(fā)射高度需要；6、7和8為進氣和控制發(fā)射裝置裝置，可實現(xiàn)人工控制橡膠彈的發(fā)射，安全可靠。5疏通機的設計計算5.1增速及緩沖裝置增速與緩沖裝置包括增速筒以及增速筒下面的彈簧，其原理是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)加速一定時間，達到一定的速度，沖擊煤倉內(nèi)原煤堵塞位置，破壞堵塞起拱，完成疏通。緩沖裝置既在增速筒下端設置彈簧，實現(xiàn)橡膠彈發(fā)射時緩沖后座力，且增速筒不至于剛性傳遞后座力到角度調(diào)節(jié)部位。5.1.1橡膠彈和增速筒的設計計算本方案采用高壓氣動發(fā)射橡膠彈，給煤倉堵塞處的拱腳以沖擊而達到疏通煤倉的目的，橡膠彈要對倉內(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，自身的彈性變形將吸收一定的能量，而減弱對原煤的沖擊力。經(jīng)過分析比較，本設計選用壓縮變形小，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（1.30）g/cm3。設計橡膠彈為圓柱形，其直徑為80mm，長度L100mm。其體積為：502.4 cm3, 其質(zhì)量為：0.688Kg。某煤倉下倉口斷面尺寸為6070cm，倉口下部的送煤機距離倉口約3040cm，若由下倉口處送入疏通機，則由于空間限制，暫設定橡膠彈發(fā)射炮筒長度為L60cm，發(fā)射氣壓暫設定為0.5Mpa(煤倉下口定截面斷進行側(cè)面開口，初步設定炮筒長度L45cm)。氣壓推動橡膠彈的有效作用面積為橡膠彈的大圓面積，得橡膠彈初始推力為：，假設橡膠彈從初始速度為零到炮筒出口過程中，氣壓無損失，則由能量守恒定律橡膠彈的出口動能為 橡膠彈出口速度為V066m/s, 原煤堵塞部位距煤倉下口一般在38m，則橡膠彈沖擊擁堵原煤拱腳的速度約為V=64m/s。假設橡膠彈的沖擊作用可分為兩類：一：彈體在極短的時間內(nèi)穿入堵塞的原煤中；二：彈體以極短的作用時間沖擊堵塞原煤后，損失一定能量并以一定的速度沿某個角度彈回。由沖量定理FTMV，對于第一種情況：橡膠彈經(jīng)過一定作用時間后速度變?yōu)榱?，動能轉(zhuǎn)化為熱能，若假設其作用時間為0.1s，則可得橡膠彈對煤倉堵塞處拱腳的沖擊力為：F0.6886410440N，即45kg，作用時間越短，沖擊力越大； 對于第二種情況：假設橡膠彈經(jīng)過極短的時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，橡膠彈對拱腳的實際沖擊作用力也不同，因此若假設沖擊后其能量損失為50，則回彈速度大約40m/s，可達到的沖擊力為：73kg(增速筒稍短時，橡膠彈沖擊速度有所下降，沖擊力隨之下降)。根據(jù)平煤集團一礦提供的某煤倉施工圖，此類煤倉有兩個溜煤口，計算其中截面為14501200mm的溜煤口附近傾斜角度為：100,此收縮角度自變截面處開始直至下部煤出口；另一截面為800800mm溜煤口附近傾斜角度為：220，而此截面至出煤口有一距離為1500mm的等截面段。如下圖8所示，在等截面段，出煤口距離巷道頂部距離為1050mm。圖8某煤礦煤倉口傾角示意圖橡膠彈直徑為80mm，增速筒選用普通鋼管，內(nèi)徑定為80.5mm，外徑90.5mm(管壁厚5mm)。根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，某煤倉堵塞位置距離下溜口在38m范圍內(nèi)，選定沖擊高度范圍為68米若橡膠彈從側(cè)壁打入，沖擊拱腳處直徑為23米，則增速筒傾斜角度范圍在2230度之間，如果在靠近巷道頂部處開口，則需要開口尺寸為（250500）15mm。圖9 橡膠彈沖擊極限位置示意圖(煤倉下口開口長度350mm)增速筒和橡膠彈的結(jié)構可見圖紙5-1-15.1.2緩沖裝置緩沖裝置是由彈簧和銷軸組成，彈簧套在銷軸上，為了使增速筒在發(fā)射橡膠彈時不至于剛性傳遞后座力到角度調(diào)節(jié)部位，同時為了提高發(fā)射精度，本文設計了彈簧緩沖裝置，在增速筒下端快排閥和銷軸之間加裝一個螺旋式彈簧，根據(jù)疏通要求，橡膠彈最大可達到730N的沖擊力，則彈簧也應能承受730N以上的沖擊力，查閱標準彈簧表可選用TJL25-25TJL25-309型彈簧，單個彈簧可以承受900N的沖擊力，該數(shù)值大于應承受沖擊力，所以符合要求。緩沖裝置結(jié)構見圖5-1-2（銷軸）銷軸總高設為120mm，橫向總長設為140mm，圖5-1-3（彈簧）彈簧長為80mm，彈簧內(nèi)徑30mm。5.2角度調(diào)節(jié)裝置角度調(diào)節(jié)裝置是整個疏通裝置中重要的組成部分之一，它主要用于對發(fā)射筒角度的調(diào)節(jié)，為了滿足發(fā)射筒對發(fā)射位置和角度的需要，同時根據(jù)煤倉疏通機的實際需要，本文采取了上下移動的方法來實現(xiàn)角度的調(diào)節(jié)，既在增速筒下端設計一水平導軌，利用銷軸連接增速筒和導軌，使增速筒可以實現(xiàn)水平移動，另一方面為了實現(xiàn)增速筒發(fā)射角度的上下調(diào)節(jié)，在增速筒上端也固定一小型導軌，該導軌應與增速筒下端的導軌在同一平面內(nèi)，關于增速筒下端的導軌可見大圖5-2-1，增速筒通過銷軸放在導軌里，同時導軌離增速筒遠的那端設有兩個螺孔和兩個同導軌一樣長的螺釘，這兩個螺釘用于固定銷軸，防止其向后滑動，螺孔直徑設為15mm，導軌長度初設為600mm，增速筒上端的小導軌兩端應由兩個結(jié)構相同的固定零件固定在增速筒的特定位置，以滿足角度調(diào)節(jié)的需要，小導軌長度初選為300mm，小導軌上端距增速筒上端距離初設為100mm，小導軌直徑初設為30mm,小導軌的結(jié)構見圖紙5-2-2，增速筒上端應有一支撐結(jié)構，該結(jié)構為一固定在大導軌端部增速筒上端正下方的平面上的鋼桿，該平面也是大導軌所在平面，鋼桿的上端通過可拆卸的連接結(jié)構與可以在小導軌上滑動的結(jié)構相連，其結(jié)構可見圖5-2-3，5.3高度調(diào)節(jié)及底座裝置高度調(diào)節(jié)和底座裝置也是整個疏通裝置的重要組成部分，高度調(diào)節(jié)裝置可以實現(xiàn)各煤倉口的高低和觀察口高低的不同需求，底座主要用于支撐疏通機的發(fā)射和緩沖裝置，同時本文所設計的底座也可以用于對疏通機的移動，使其更加方便靈活。5.3.1高度調(diào)節(jié)裝置為了實現(xiàn)發(fā)射和緩沖裝置的高度調(diào)節(jié)，本文采取了如下方法，既選用四根長度、材質(zhì)均相同的鋼管，鋼管長度初選1000mm，鋼管外徑選為40mm，內(nèi)徑選為30mm，并將其固定在平板小車上（下文會對小車做詳細介紹），四根鋼管上端設計為帶有螺母的螺紋結(jié)構，該結(jié)構通過擰緊螺母可以使鋼管上端收緊，圖5-3-1，其結(jié)構見同時另有四根與鋼管長度相同的鋼桿即鋼桿的長度也選為1000mm，該四根鋼桿的直徑應略小于鋼管內(nèi)徑，鋼桿直徑選為28mm,以便鋼桿能剛好在鋼管內(nèi)順利的上下移動，四根鋼管上端螺紋部分的下面為一具有一定強度和硬度的平面鋼板，該鋼板和四根鋼桿焊接在一起，該鋼板中間部位設有一螺孔，螺孔直徑初設為30mm，同時四根鋼桿上端設有臺階，鋼桿頂端設有螺紋，其結(jié)構見圖5-3-2，該臺階用于固定一平面鋼板，該鋼板面積與鋼管上端的鋼板面積相同，該鋼板四角設有比鋼管螺紋直徑稍大的孔，孔的直徑初設為22mm，該鋼板既是通過螺母與鋼管固定在一起的，該鋼板也是增速筒下端導軌所在平面，同時該鋼板中間部位也設有一螺孔，該螺孔與與鋼管上端的螺孔處于同一直線上，這兩個處于同一直線的螺孔既是用于高度的調(diào)節(jié)，其原理是這樣的，兩個鋼板上螺孔的上面配有和螺孔直徑一樣的螺母，另有一恰好與螺孔配合的螺桿，這樣當分別旋動上端螺母和下面螺母時，可分別實現(xiàn)發(fā)射結(jié)構的上下調(diào)節(jié)，螺桿長度初選為600mm，該結(jié)構可見圖5-3-3。5.3.2底座本文所設計的底座即可用于支撐疏通機的以上裝置，也可用于以上裝置的移動，本文的底座為一可移動的小車，小車的結(jié)構如下，小車由車身、兩根軸、四個輪子和一個可以用于推拉的手架組成，小車的車身為一沒有蓋的矩形“鐵盒”，該鐵盒的鋼板厚度相同，材質(zhì)相同，要有一定的強度，根據(jù)疏通機系統(tǒng)的重量，查表得可選用普通碳素鋼，作為車底板的鋼板面積大小初設為1000mm800mm=0.8106mm，另外四塊鋼板長為1000mm和800mm寬均為100mm，兩根軸的長度初設為1000mm，軸的兩端均制有臺階，臺階高度為10mm，臺階處距軸端長度為60mm，軸直徑初選為50mm，距軸端10mm處打有直徑為10mm的孔，用以插入軸銷，以防止車輪外跑，輪子選用具有一定硬度的鐵質(zhì)輪，輪子中間加工出一能與軸端配合的孔即可，輪子直徑初選為200mm。將軸按兩段對稱的固定在長為1500mm側(cè)面板上即可，兩軸間距初定為50mm。小車的結(jié)構圖見圖5-3-15.4壓力表 在工業(yè)過程控制與技術測量過程中，由于機械式壓力表的彈性敏感元件具有很高的機械強度以及生產(chǎn)方便等特性，使得機械式壓力表得到越來越廣泛的應用。 機械壓力表中的彈性敏感元件隨著壓力的變化而產(chǎn)生彈性變形。機械壓力表采用彈簧管（波登管），膜片，膜盒及波紋管等敏感元件并按此分類。所測量的壓力一般視為相對壓力。一般相對點選為大氣壓力。彈性元件在介質(zhì)壓力作用下產(chǎn)生的彈性變形，通過壓力表的齒輪傳動機構放大，壓力表就會顯示出相對于大氣壓的相對值(或高或低)。 在測量范圍內(nèi)的壓力值由指針顯示，刻度盤的指示范圍一般做成270度5.4.1壓力表的分類（1）壓力表按其測量精確度可分為精密壓力表、一般壓力表。精密壓力表的測量精確度等級分別為0.1、0.16、0.25、0.4級0.05級；一般壓力表的測量精確度等級分別為1.0、1.6、2.5、4. 0級。 一般壓力表（2）壓力表按其測量基準 壓力表按其指示壓力的基準不同，分為一般壓力表、絕對壓力表不銹鋼壓力表、差壓表。一般壓力表以大氣壓力為基準；絕壓表以絕對壓力零位為基準；差壓表測量兩個被測壓力之差。 （3）壓力表按其測量范圍分為真空表、壓力真空表、微壓表、低壓表、中壓表及高壓表。真空表用于測量小于大氣壓力的壓力值；壓力真空表用于測量小于和大于大氣壓力的壓力值；微壓表用于測量小于60000 Pa的壓力值；低壓表用于測量06MPa壓力值；中壓表用于測量1060MPa壓力值；高壓表用于測量100MPa以上壓力值。 （4）壓力表按其顯示方式分指針壓力表,數(shù)字壓力表 （5）壓力表按其使用功能分 壓力表按其使用功能不同可分為就地指示型壓力表和帶電信號控制型壓力表。 一般壓力表、真空壓力表、耐震壓力表、不銹鋼壓力表等都屬于就地指示型壓力表，除指示壓力外無其他控制功能。 帶電信號控制型壓力表輸出信號主要有： a.開關信號（如電接點壓力表） b.電阻信號(如電阻遠傳壓力表) c.電流信號(如電感壓力變送器,遠傳壓力表,壓力變送器等) 壓力表按測量介質(zhì)特性不同可分為: 1 一般型壓力表 一般型壓力表用于測量無爆炸、不結(jié)晶、不凝固對銅和銅合金無腐蝕作用的液體、氣體或蒸汽的壓力. 2 耐腐蝕型壓力表 耐腐蝕型壓力表用于測量腐蝕性介質(zhì)的壓力,常用的有不銹鋼型壓力表、隔膜型壓力表等. 3 防爆型壓力表 防爆型壓力表用在環(huán)境有爆炸性混合物的危險場所,如防爆電接點壓力表,防爆變送器等. 4 專用型壓力表 由于被測量介質(zhì)的特殊性,在壓力表上應有規(guī)定的色標，并注明特殊介質(zhì)的名稱.氧氣表必須標以紅色 “ 禁油 ” 字樣，氫氣用深綠色下橫線色標，氨用黃色下橫線色標等等。 耐震壓力表的殼體制成全密封結(jié)構，且在殼體內(nèi)填充阻尼油（現(xiàn)在大部分用硅油填充），由于其阻尼作用可以使用在工作環(huán)境振動或介質(zhì)壓力（載荷）脈動的測量場所。 帶有電接點控制開關的壓力表可以實現(xiàn)發(fā)訊報警或控制功能。 帶有遠傳機構的壓力表可以提供工業(yè)工程中所需要的電信號（比如電阻信號或標準直流電流信號）。 隔膜表所使用的隔離器（化學密封）能通過隔離膜片，將被測介質(zhì)與儀表隔離，以便測量強腐蝕、高溫、易結(jié)晶介質(zhì)的壓力。 壓力表的彈性元件機械壓力表中的彈性敏感元件隨著壓力的變化而產(chǎn)生彈性變形。機械壓力表采用彈簧管（波登管）、膜片、膜盒及波紋管等敏感元件并按此分類。敏感元件一般是由銅合金、不銹鋼或由特殊材料制成。本文中的壓力表是整個疏通裝置和蓄能裝置的重要組成部分，該壓力表裝在蓄能罐上，主要用于監(jiān)測蓄能罐的氣壓，同時也有利于蓄能罐的安全使用，下文將根據(jù)整個疏通裝置所需的最大壓力來確定壓力表的選擇。系統(tǒng)正常工作時，氣體沿管道通過各種氣動元件和輔件到執(zhí)行元件的總壓力損失必須滿足下式： 其中：為總壓力損失，包括所有沿程損失和所有的局部損失。 為允許壓力損失，一般應小于0.1Mpa。一般情況下，若系統(tǒng)管道不是特別長，其沿程損失比局部損失小得多，則沿程損失可以不單獨計入，而只是在總壓力損失值的安全系數(shù)中稍予以加大考慮即可。局部損失包含流經(jīng)彎頭、斷面突然放大，收縮等的損失，往往又比氣流通過氣動元件、輔件的壓力損失小得多，因此對不做嚴格計算的系統(tǒng)，可用下式做簡化計算： 其中：為流經(jīng)元、輔件的總壓力損失，為壓力損失簡化修正系數(shù)，取值1.051.3，長管道或截面變化復雜的情況取較大值。本設計系統(tǒng)，主要氣動元件為快排閥和二位三通電磁閥，其余參與系統(tǒng)工作的輔件引起壓力降很小，查表得高壓氣體通過公稱通徑為50mm的快排閥的壓力損失0.008Mpa，通過電磁閥的最大壓力損失0.022Mpa，因此，總壓力損失為(0.008+0.022)=0.032Mpa。本系統(tǒng)使用氣壓最大0.5Mpa，壓力損失為0.04%。所以根據(jù)壓力表的分類和本設計的要求，壓力表選為測程為00.7 Mpa的精度為0.1的精密壓力表即可。5.5蓄能裝置蓄能裝置在整個疏通裝置中擔當著最重要的功能，它是整個裝置的動力源泉，直接關系著疏通裝置能不能正確很好的疏通煤倉堵塞問題，所以蓄能裝置的設計至關重要，蓄能裝置的整體本文設計為一蓄能罐，本文將其設計為同氧氣罐一樣的外形，但尺寸要有些減小，蓄能罐中端側(cè)面留有進氣口用于為蓄能罐蓄能，頂端留有出氣口用于快速排出氣體為橡膠彈提供動能，上端側(cè)面留有一口用于安裝壓力表，蓄能罐的大小可通過疏通機各部件的體積來確定：1、 計算管路體積：增速筒內(nèi)腔體積：閥體體積活塞回退膨脹體積：閥口體積：連接軟管體積：由熱力學定律：PV/TC(常數(shù))，則0.5Vi=0.4V0，可得：Vi10L考慮氣體泄漏應乘以系數(shù)1.2，則儲氣罐最小體積應為12L。計算壓降：0.5*0.0142=x*(0.0142+0.002543*1.2)，可求得x=0.41Mpa?？蓾M足壓力要求。儲氣罐直徑設為200mm，高度為400mm。5.6進氣總閥和儲氣罐進氣閥閥門是一種管路附件。它是用來改變通路斷面和介質(zhì)流動方向，控制輸送介質(zhì)流動的一種裝置。具體來講，閥門有以下幾種用途：(1)接通或截斷管路中的介質(zhì)。如閘閥、截止閥、球閥、旋塞閥、隔膜閥、蝶閥等。(2)調(diào)節(jié)、控制管路中介質(zhì)的流量和壓力。如節(jié)流閥、調(diào)節(jié)閥、減壓閥、安全閥等。(3)改變管路中介質(zhì)流動的方向。如分配閥、三通旋塞、三通或四通球閥等。(4)阻止管路中的介質(zhì)倒流。如各種不同結(jié)構的止回閥、底閥等。(5)分離介質(zhì)。如各種不同結(jié)構的蒸汽疏水閥、空氣疏水閥等。(6)指示和調(diào)節(jié)液面高度。如液面指示器、液面調(diào)節(jié)器等。(7)其他特殊用途。如溫度調(diào)節(jié)閥、過流保護緊急切斷閥等。根據(jù)閥門的用途和本文的需要，本文選擇截止閥即能滿足疏通機系統(tǒng)的要求，國內(nèi)生產(chǎn)截止閥的廠家比較多，連接尺寸也大多不統(tǒng)一。主要分以下幾個大類： 1）以JBT22031999截止閥結(jié)構長度為主的通用類。目前國內(nèi)大多數(shù)安全閥生產(chǎn)廠家均按本標準設計生產(chǎn)。如上海萊樂閥門有限公司、浙江羅浮鍋爐附件廠、杭州截止閥廠、上海良眾閥門有限公司、上海截止閥廠、開封高壓截止閥廠、海安截止閥廠等。但本標準也不盡完美，規(guī)格不全，單閘板截止閥最大公稱通徑為DN1200，雙閘板截止閥最大公稱通徑 DN1500。根據(jù)廠所生產(chǎn)的截止閥規(guī)格及掌握的資料來看，目前角式截止閥公稱通徑最小為DN15，Z型直通式截止閥公稱通徑達到DN2000。經(jīng)考證，各廠家連接尺寸也不盡統(tǒng)一，如 DN150Z型直通式截止閥，上海良眾閥門廠、上海截止閥廠及上海雅澤閥門廠各不相同。所以本文中的截止閥可以根據(jù)自己的需要選擇一種標準的截止閥，截止閥生產(chǎn)廠家按標準設計制造。本文選選擇公稱直徑為50mm的直通式截止閥，直接向生產(chǎn)廠家訂購即可。5.7控制發(fā)射裝置控制發(fā)射裝置是整個疏通裝置的關鍵部件，本文所設計的控制發(fā)射裝置由兩個控制閥和一個快排閥組成。5.7.1控制裝置本文所設計的控制裝置由兩個截流閥組成，即儲進氣總閥和儲氣罐進氣閥，在正常狀態(tài)下打開儲氣罐進氣閥，這樣由于快排閥內(nèi)部封口處兩端壓強相同，則快排閥無法工作排出氣體，當由于工作需要，要發(fā)射彈體時關閉儲氣罐進氣閥，打開進氣總閥這樣由于壓強不同且相差很大，快排閥被迅速打開，同時儲氣罐內(nèi)氣體通過快排閥快速排出，給以彈體足夠的能量，此即為控制裝置，操作簡便安全，5.7.2快排閥快排閥:氣動控制里重要的元件，單向型方向控制元件。 常配置于汽缸和換向閥之間，使汽缸內(nèi)的氣體不通過換向閥而由此閥直接排出， 適用于要求汽缸快速運動的場合。（1）計算氣體通過快排閥的流量1、 由于儲氣罐的氣體在瞬間通過快排閥排出沖擊橡膠彈，氣 體狀態(tài)變化在瞬間完成，因此其狀態(tài)變化應屬于絕熱狀態(tài)過程；2、 根據(jù)快排閥出口與進口壓力比(出口壓力為0.1Mpa, 若進口氣壓為0.8Mpa)，可知氣體通過快排閥的速度為超聲速；因此計算通過快排閥的流量計算公式為(其中T選用常溫20度)：若快排閥有效截面積為直徑40mm的圓面，則可求得通過快排閥的空氣流量為139620L/min(2327L/s)。類比于空氣炮的排氣性能，假設儲氣罐中壓縮氣體在0.02s內(nèi)全部排出，則快排閥在0.02s內(nèi)的氣體排量為：19L/0.02s?？炫砰y的結(jié)構見圖5-7-2.5.8法蘭結(jié)構及密封件選用 橡膠密封件 密封件是防止流體或固體微粒從相鄰結(jié)合面間泄漏以及防止外界雜質(zhì)如灰塵與水分等侵入機器設備內(nèi)部的零部件的材料或零件。 各種密封其性能影響因素是不同的，如機械密封（填料密封等）影響因素有溫度，介質(zhì)、磨損、所承受壓力等。 按不同的用途，密封件大致是按下列的分類： 1.按作用分類：分為 軸用密封、孔用密封、防塵密封、導向環(huán)、固定密封、回轉(zhuǎn)密封； 2.按材料分類：分為 橡膠、聚氨酯、工程塑料等。 貯存: 1. 密封件的存放室溫最好在30以下，避免密封件產(chǎn)生高溫老化； 2. 密封件必須存放在密封包裝內(nèi)，避免和空氣中的水份或塵埃接觸； 3. 密封件必須避開強光照射，避免密封件被空氣中臭氧侵蝕或提早老化。 密封件是用來防止流體或固體微粒從相鄰結(jié)合面間泄漏以及外界雜質(zhì)如灰塵、泥沙、水分等侵入的零部件。 各種密封其性能影響因素是不同的，如機械密封1（填料密封等）影響因素有溫度，介質(zhì)、磨損、所承受壓力等。 常用密封件名稱 密封圈、盤根、機械密封、油封、水封、盤根、密封墊板、密封膠、軟填料等。活塞氣動動密封選用O形密封圈(徑向密封)，O形圈直徑3.55，外徑40和外徑50的兩種同類型密封圈 (參液壓氣動系統(tǒng)設計手冊，張利平，機械工業(yè)出版社，1997,6, pp259)6 創(chuàng)新點1、本研究在煤倉內(nèi)原煤的粒度組成、粒度大小分布，壓實度、內(nèi)摩擦力，原煤流動規(guī)律、起拱形式，貯倉壓力等方面在理論上做了詳實、嚴密的分析，提出了改善煤倉通暢性的措施，對減少煤倉堵塞次數(shù)，提高生產(chǎn)效率具有重要的經(jīng)濟意義。2、已有的通堵方式是采用破拱帽、鋼絲繩拉動疏松，或水力沖刷等方法，這些方法不僅使用條件有限，而且在疏通效果上很不理想，有的方法伴隨著嚴重的現(xiàn)場污染。本研究在通堵原理上突破了自上而下疏通或在內(nèi)部進行疏通的傳統(tǒng)思維模式，使用本疏通裝置不需要對煤倉結(jié)構做任何變動，工程量小。對多種型式的煤倉都可以根據(jù)倉口空間位置放置疏通機進行疏通，使用方便、高效；4、針對煤倉堵塞位置的隨機性特點，本疏通裝置可根據(jù)煤倉堵塞位置，調(diào)整橡膠彈發(fā)射角度。動力氣壓可調(diào)，從而調(diào)整橡膠彈發(fā)射高度，適應性和通用性強；5、本疏通裝置巧妙利用橡膠彈沖擊破拱原理，構思巧妙、結(jié)構簡單，適應井下特殊的作業(yè)條件，本疏通裝置不采用任何電器設備。彈體采用特殊的橡膠材料，高速發(fā)射過程中不會出現(xiàn)火花，且保證彈體沖擊破拱時的沖擊面積和沖擊力。彈體發(fā)射動力來自氣體壓縮和膨脹做功，發(fā)射控制由人工手動，可遠離現(xiàn)場集中操控，完全滿足井下安全生產(chǎn)要求，具有適用于井下特殊環(huán)境的特點，安全性能好。能夠在一小時內(nèi)完成疏通，對于提高我礦生產(chǎn)效率和安全管理水平具有非常重要的意義。7 使用與維護根據(jù)疏通機的使用環(huán)境，疏通機的維護保養(yǎng)應遵循以下要點：1、應保證儲氣罐足夠的氣壓，注意保護儲氣罐上的壓力調(diào)節(jié)閥。2、氣路連接保證無泄漏密封，發(fā)現(xiàn)損壞應及時更換。3、避免灰塵進入快排閥，定期清理快排閥。4、使用后應清理增速筒，必要時刮潤滑油，并蓋上橡膠蓋帽避免煤粒進入，以備下次使用。5、回收再利用的橡膠彈應清理干凈，再使用前也要進行必要的清理。致謝首先，我要感謝河南理工大學萬方科技學院，感謝機械與動力工程系對我四年的培養(yǎng)，讓我學到了許許多多的知識，感謝各位老師在這四年里對我的關懷與照顧，在此致以我深深的謝意。本論文從選題到最后定稿成文，本校劉建慧老師一直給予了悉心指導，劉老師那種嚴謹求實的作風，廣博深邃的洞察力，孜孜不倦的開拓精神和敬業(yè)精神令我深受啟迪和教益，謹向我的指導老師劉建慧老師致以深深的謝意。我國古代有句成語叫做“實踐出真知”，本文也正是從對平煤天安一礦的調(diào)查了解入手，對煤礦企業(yè)煤倉堵塞原因的有關理論問題進行了分析和探討。但是，由于筆者水平有限，在理論的描述、資料的運用等方面難免有不當、不深，不周之處，有些觀點也尚欠成熟，敬請各位老師批評指正。 最后，我還要向所有曾經(jīng)幫助過我的同學和朋友們致敬。你們的鼓勵和幫助永遠是我前進的動力。參考文獻1 張國輔主編 . 礦山井下煤倉與礦倉 . 煤炭工業(yè)出版社 1983.2 辛一行主編 . 現(xiàn)代機械設備設計手冊 . 機械工業(yè)出版社 20003 徐灝主編 . 機械設計手冊 . 機械工業(yè)出版社 1991 4 何慶主編 . 機械制造專業(yè)畢業(yè)設計指導與范例 . 化學工業(yè)出版社 20085 杜文豐主編 . Auto CAD2004中文版機械制圖 . 北京大學出版社 20036 顧崇銜 主編. 機械制造工藝學. 陜西科學技術出版社 19997孔慶華 劉傳紹 主編. 極限配合與測量技術基礎. 同濟大學出版社，20028 孫桓 陳作模 葛文杰主編. 機械原理 . 高等教育出版社 20069 濮良貴 紀名剛編著. 機械設計 . 高等教育出版社 2007