686 立式煤仓疏通装置设计【全套9张CAD图+开题报告+文献翻译+说明书】
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摘 要
本文首先说明了国内外煤仓疏通的现状,现代化生产都是以自动化流水形式为代表，而其组成大部分都是输送环节，没有可靠的输送环节自动流水作业的效率就会大打折扣。目前，在煤炭行业中所设置的煤仓成为联系井上下各个生产环节的重要枢纽，原煤多是由煤仓经锥形漏斗依靠自重流动输送。在输送过程中出现的煤仓堵塞现象已经成为各煤矿所面临的普遍性难题，严重影响了原煤的输送、制约着生产效率，并且存在极大的安全隐患。
由此,本文发现了研究出一种便捷高效的疏通装置对企业安全及高效生产的重要性，本文在了解国内外煤矿有关疏通现状的基础上,对疏通机的工作原理进行了详细的研究,并查阅相关资料利用自己所学的知识对疏通机的设计提出了自己的观点和设计过程,由于作者能力有限文中不免有不妥之处,请各位老师给以指导和批评.
关键词: 煤仓堵塞 疏通机 输送效率
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开题报告 题目名称 立 式煤仓疏通装置设计 学生姓名 翟 专业班级 学号 一、 选题的目的和意义： 随着国民经济对燃料和各种矿物需要量的不断增长，矿井生产机械化、自动化和集中化程度的不断提高，各种矿物的产量亦不断扩大；我国煤矿和各类矿山每年都要生产大量的煤和矿石。为了使矿井生产能够正常地进行和充分发挥设备的效能，目前在矿井井下主要运输环节之间普遍设置了各类的煤仓，以调节和缓和各运输环节的能力，使之连成一个有机的整体，以保证煤和矿石源源不断地运到地面上来。因此，煤仓已成为矿井生产中的一个十分重要的环 节，而煤仓的设计也成为矿井设计中重要的内容。 二、 国内外研究综述： 煤仓在使用中最主要的故障是在仓内发生堵塞事故，漏口的反复堵塞使煤的流动呈间歇状况，影响放出口的生产率，仓内的严重堵塞往往还会形成跑仓事故，威胁着工人的生命安全。 要使煤仓不发生堵塞事故不是一件容易的事，国内外在这方面进行了大量的研究工作。根据对贮仓堵塞事故的观察和分析可以发现，堵塞事故多数发生在仓体的下部和漏斗口附近，并有一定的规律性。常见的堵塞现象主要有以下几种：卡塞现象、结拱现象、黏附现象、棚盖现象。 煤从仓内流出受许多因素的综合影响，主 要包括内因和外因两个方面。内因主要是指煤的物理机械性质，如贮料的品种、粒度组成、含水量等，但其中起决定性的因素使贮料的粒度组成。外因主要是指仓体功能设计中的一些因素，如仓体、斗仓及漏口的断面形状与尺寸、漏口的数目和倾角、仓体贮料的高度等。 防止堵塞事故可以从以下几个方面入手：选择合理的仓体结构形式、改进斗仓和漏口的结构、加强和改进仓体的防护、在仓体下部设置破拱帽、采用弹性卸料口等。 2 三、 毕业设计（论文）所用的主要技术与方法： 1. 图书馆查阅相关资料。 2. 在工厂的实践毕业实习。 3. 老师和工程师的指导。 4. 查阅 网上的相关资 料。 四、 主要参考文献与资料获得情况： 1 张国辅主编 . 矿山 井下煤仓与矿仓 . 煤炭工业出版社 1983. 2 辛一行主编 . 现代机械设备设计手册 . 机械工业出版社 2000 3 徐灏主编 . 机械设计手册 . 机械工业出版社 1991 4 何庆主编 . 机械制造专业毕业设计指导与范例 . 化学工业出版社 2008 5 杜文丰主编 . 文版机械制图 . 北京大学出版社 2003 6 顾崇衔 主编 . 机械制造工艺学 . 陕西科学技术出版社 1999 7孔庆华 刘传绍 主编 . 极限配合与测量技术基础 . 同济大学出版社， 2002 8 孙桓 陈作模 葛文杰主编 . 机械原理 . 高等教育出版社 2006 9 濮良贵 纪名刚编著 . 机械设计 . 高等教育出版社 2007 五、 毕业设计（论文）进度安排（按周说明） 第 56 周：熟悉设计题目，掌握所设计的系统的工作原理，通过网络、图书馆寻找相关的资料，并认真阅读，逐步形成设计思路，完成毕业设计开题报告； 第 710 周：着手开始设计，通过查阅相关资料和设计手册，设计各个零件的形状、尺寸，统筹 兼顾，并不断完善各种尺寸； 第 1113 周：在老师的指导下，修改设计的零件，使整个系统更加完善、合理。然后用 件，绘制各零件图和装配图图； 第 1416 周：整理设计资料，完成毕业设计论文。 六、 指导教师审批意见： 指导教师： （签名） 年 月 日 3 附录： 外文资料与中文翻译 外文资料： 中文翻译： 第 10 个国际制造业会议的记录 （ 厦门 , 中国 , 2002 日 10 月 具有不同切槽深度的剃刀的设计和制造 机械工程学院 , 太原 理工 大学 , 太原 , 山西 , 030024, 中国 ) 摘要 : 剃齿 是齿轮 加工的最后一道 工序 ，其具有 高效率和高精度。当 加工 齿轮 被具有理想的渐开线外形的剃刀加工时 , 在 加工 齿轮 轮齿的 侧面的 节点 附近 中间凹面 现象不可避免地存 在 。 针对 问题 , 一把新式的 不同 的 切槽 深度 剃齿刀被 设计制造 出来 。本文 在切 槽原则 的基础上 分析 切槽得的 形成 ,并 提出一个 切槽 设计的方法。并且实验 已经 证明 , 被 剃 的齿轮 取得了比预想的更好的表面粗糙度。 关键词 : 剃刀 ; 齿形 错误 ; 中间凹面 ; 不同切槽厚度 1 介绍 剃齿因具有 高效率、高精度和低成本广泛 应用于的 齿轮制造 大多领域 。然而 ,以具有真实渐开线外形的剃刀加工后的工作齿轮在节点附近存在 中间凹面 现象。这个问题严重影响牙表面 粗粗度 和齿轮的 传动质研究 它总是许多学者和专家学习的重点和困难的 之一，提高剃齿的加工质量是很有必要的 。到目前为止各种各样的方法 在实际生产中 被使用 到 解决 “ 中间凹面 ”的问题，但是，这只能在一定的 程度 上减小而不能达到完全消除。 剃齿 是一个复杂的过程。在许多因素的 综合影响 下 , 较多 材料从齿轮牙表面被 切除 在它的 节点 附近并且 中间凹面 就由此 而产生的 。如果剃刀它的节点处 没有 切削边 (即没有 切槽 ), 加工的 齿轮在它的 节点处不会被剃到 并且中间凹面错误可能 会 很大地减 小 。 根据分析 , 一个新构想提议 , 即不 同 的深度 切槽 (即 切槽 沿切削刀牙长度 方向具有不同的厚度 ) 。在本文里我们不仅陈述 了 为什么这把 剃刀 可能减少和甚而消灭 齿形 错误 的 原因 , 而且分析 切槽 形成和提供解 决方法 。 2 插削的原则 一般剃刀的齿形表面得 锯齿 在特殊的插齿机上加工 。 插削 的原则是如下 (图 1): 在心轴上安装 和 固定滚动 齿轮 1 和 剃刀 2。 滚动 齿轮 1位于 上机架 3 和 下 机架 4 之间 并且 与他们啮合 。 上机架 3 安装可动 支 承 之下并且 可动支承能够维持滚动齿轮 1 绕其轴线运动。下机架 4 安装在由曲柄连接的框架 5 推动的作往复运动的平板上 。曲柄链接框架 5 由电动机 7 驱动，通过滑轮改变方向和减速器减速。 因为上 机架 3 是固定的 , 滚动齿轮 1 的节圆作 反复 的纯滚动 沿着上 (或下 ) 机架的节线， 当切削刀基 圆 直径 等于滚动齿轮的节圆直径时 ,切削刀的基圆也作与滚动齿轮 1 的节圆相同的运动在滚动发生运动时。 当开槽切削刀 8调节上齿条 3节线的位置使它们紧密接触，剃刀 2与 假想在 生的渐开线表面被制造被制造的 表面与刀具的表面相同 即 具有与开 槽切削刀 齿 表面同样 厚度 。 3 不同的切深的形成的原则 在 剃齿 的过程 中 ,切削刀和 加工的 齿轮 的啮合是交叉轴线的 螺 旋 线齿轮 啮合 。 剃 刀 以 高精密度的螺线齿轮的形式 被加工，齿腹作为切削刃 。切削刃的切削运动依赖于 在切削刀和工作齿轮之间相对速度 。 传统 剃齿的方法减少和消灭牙形式错误 通过修正 切削刀牙表面。但是 , 剃刀因具有 不 同 的 切深在 中间凹面错误机制 基础上通过 改造设计。 就相同的切削刀而言 , 它的底部外形 与 切削刀牙外形是相同既使在形状 上切槽 不同。至于 剃刀不同 的 切槽 深度 ,切槽 的深度沿 齿 长度 而 变 化 , 它 是在 节点处等于 0逐渐 增大到最大从节点到上部和切刀齿的根部， 由于 在节点处 没有 切槽 , 没有 切削刃， 即 ,没有切口行动。所以 , 被 加工的牙外形的中间部 分没有被加工到而 只 是 被 挤压 。因而齿轮牙形式错误很大地被减少 (图 2) 。 剃齿也要在专用的开槽机上， 根据开槽的原则 ， 为了用机器制造 ，切削刀 底部应该有 渐开线 外形。而且 , 切削刀 渐 开线外形基圈是同心的与 底部外形并且 后者 直径与 滚动齿轮的 直径是相等的。 设计方法提议 : 切槽 底部由 两条渐开线在刀具齿的节点处相交形成， 。并且 两条渐开线的基圆是同心的具有渐开线齿形轮廓 。如果二个 相 应的滚动齿轮 被 制造或 被使用在 切槽轮廓的两部分 生产 中 , 不 同 深度 的切槽就 形成 了 。 详细设计方法是如下 : 图 3. 根切点的位置 图 4 根切的形成 根切的深度在剃刀的顶部和根部最大，我们设参数 k 在最大的 深度 (方向测量 ) 。 如 见图 3 所示 点 A( 和点 C(在底部 的切槽 由等式 表示 : 式中 i (i=1) 是 渐 开线 齿形轮廓的表面参数在齿顶 高 (或齿根高 ), (i) (i=1表示点 在坐标系 x 和 Y 坐标 。 使 一渐开线 点 A 和点 B,使另一条渐 开线 b 通点 B 和 C 。根据断开线 性质 ,参 数必须 满足以下条件 : 27(8)(1993):22 袁哲军 ,北京 :新时代出版社 ,1983. 3 郑苏民 ,云南大学出版社 ,1990. i 目录 目录 . i 摘 要 . I 前 言 . 1 1概况 . 2 2煤仓堵塞机理及改善煤仓通畅性的措施 . 3 . 3 性的措施 . 7 3. 煤仓疏通方案的确定 . 9 4、疏通机的工作原理 . 10 5疏通机的设计计算 . 14 . 14 胶弹和增速筒的设计计算 . 14 冲装置 . 17 . 18 . 18 度调节装置 . 19 座 . 20 . 20 力表的分类 . 21 （ 1）压力表按其测量精确度 . 21 （ 3）压力表按其测量范围 . 22 4）压力表按其显示方式分 . 22 . 25 . 26 . 27 制装置 . 27 排阀 . 27 . 28 6 创新点 . 30 7 使用与维护 . 31 致谢 . 32 参考文献 . 33 I 摘 要 本文首先说明了国内外煤仓疏通的现状 ,现代化生产都是以自动化流水形式为代表，而其组成大部分都是输送环节，没有可靠的输送环节自 动流水作业的效率就会大打折扣。目前，在煤炭行业中所设置的煤仓成为联系井上下各个生产环节的重要枢纽，原煤多是由煤仓经锥形漏斗依靠自重流动输送。在输送过程中出现的煤仓堵塞现象已经成为各煤矿所面临的普遍性难题，严重影响了原煤的输送、制约着生产效率，并且存在极大的安全隐患。 由此 ,本文发现了研究出一种便捷高效的疏通装置对企业安全及高效生产的重要性，本文在了解国内外煤矿有关疏通现状的基础上 ,对疏通机的工作原理进行了详细的研究 ,并查阅相关资料利用自己所学的知识对疏通机的设计提出了自己的观点和设计过程 ,由于作者能力有限文 中不免有不妥之处 ,请各位老师给以指导和批评 . 关键词 : 煤仓堵塞 疏通机 输送效率 at a is by an is of of be At an by in of a by of s a we a a on on of at to I my of s of 前 言 煤仓堵塞已经成为一种通病，一旦发生故障，煤仓往往是少则几个小时，多则几天无法进行原煤输送，严重影响了生产效率。目前针对不同的煤仓堵塞问题，最原始的解决方法是人工通堵，这种方法直接但效率低下，而且极易发生人员伤亡事故，安全隐患问题严重。 正是看到了煤仓堵塞对企业生产效率和安全的不利影响 ,本文选择此课题进行研究 ,本课题有助于保障煤仓的输送能力，提高输送效率；本课题可有效消除煤仓在原煤输送生产过程中的安全隐患，提高企业的安全保障能力，有助于持续改善企业的安全状况；研究成果的有效推广有助于安全管理水平的提 升。 本课题在分析煤仓堵塞机理的基础上对疏通机各部件的工作原理和设计计算做出了详细分析 ,包括疏通机的组成 ,底座的设计材料的选择、发射筒长度内外圆直径、阀门的选择、角度调节装置的设计及原理、以及储气罐的容积大小、外形、储气罐材料的选择。 目前，国内外对煤仓堵塞问题有多种解决方法和手段，常见的像空气炮、刮板式的等等，但这些方法都有或多或少的不妥之处，因此本文从另外一个角度，提出了对堵塞问题的解决方法，利用橡胶弹破坏拱角的方法来解决堵塞问题，以此来弥补其他方法的不足之处。 2 1概况 根据新版煤矿安全规程 规定，必须在保证更高安全性的基础上高效生产，因此急需研究煤仓堵塞机理，提出有效的预防和减少堵眼的措施，并开发安全可靠的疏通设备，以提升我国煤矿安全管理水平和生产效率。 目前国内外应用最广的是采用空气炮进行疏通，我国在上世纪七、八十年代采用的煤仓内设置破拱帽，加钢丝绳等措施目前在某些煤矿也在使用，但这些措施使用条件大多受到煤仓结构上的限制而无法使用。结合现在我国煤矿的实际情况，在无法使用目前任何一种疏通措施的条件下，根据老师的指导，本文提出了采用动高压原理，利用发射高速橡胶弹冲击破拱的方法实现煤仓疏通，采用 此方法，可大大提高我国煤矿的安全生产水平，使得我国煤矿的安全管理水平走上了新的台阶。因此本文对疏通机的研究是必要且有重要意义的。 3 2煤仓堵塞机理及改善煤仓通畅性的措施 原煤从仓内排出受许多因素的综合影响。为了研究原煤在仓内的流动状况以及与堵塞的关系，可将这些影响因素划分为 内因 的和 外因 两个方面。 内因主要是指煤的物理机械性质如温度、粒度组成、含水量等，其中温度的影响基本上属于次要因素，因井下四季温差很小，原煤流动对温度影响不大，堵塞煤仓起决定作用的因素主要是原煤的 粒度组成。粒度组成不同，原煤在仓内的压实度也不同。 外因主要是指仓体功能设计中的一些因素，如仓体、漏口的断面形状与尺寸、漏口的倾角、仓体贮煤的高度、仓壁的光滑程度、贮存时间，对仓内存料的压实程度等。但其中重要的因素是溜煤口的断面尺寸和仓内存煤的压实度。 本次改造旨在不改变现有煤仓结构的基础上，研究原煤堵塞机理提出改进通畅性的措施，并开发疏通装置，前述涉及煤仓结构形式的内容，即煤仓堵塞的某些外因是无法改变的。因此，研究重点放在引起煤仓堵塞的内因、原煤贮存时间、仓内存料的压实度、煤仓堵塞形式以及堵塞位置分布等方 面。 溜放的原煤大致分为两种类型： (1)粗颗粒状 (或块状 )为主的：当原煤中块以上的料占较大比例时，其堵塞多表现为机械卡塞； (2)细颗粒状 (或粉状 )为主的：当原煤中细粒或粉料为主要成分时，它的流动规律是由细粒或粉粒料来确定的，其堵塞多表现为结拱。 4 一、粗颗粒状 (或块状 )为主的煤 对于粗颗粒状 (或块状 )的煤能否畅通地流动，首先决定于放出孔 (漏口 )大小和放出物料颗粒尺寸的比值。这种煤基本上是属于自由流动的物料，一般不会出现由于其被压实而引起结拱的现象。但是在生产过程中，溜煤口放煤并非绝对连续，当溜煤口停止放 煤时，仓内会由于煤仓上口溜下的煤经自重加速后冲击而压实，发生堵塞现象；当放出孔和放出物料颗粒的比值小于 4 5 时，也可能发生卡塞现象。图 1 是在光学弹性模型中得到的粗粒物料发生机械卡塞时力的传递情况。 卡塞性堵塞绝大多数都发生在煤仓漏口附近，在煤仓其它部位极少发生，其表现形式见图 1(或图 2 a、 b)。主要原因是大量的超限煤块卸入仓内，根据对一矿使用中煤仓的观察，堵塞往往很可能发生在某一段时间内，一些煤仓的下口将出现连续性卡塞现象。大量未经破碎的煤同时来到卸载点，卸载点又无足够能力的破碎设备，使煤仓上口限制块料的 篦子失去作用成为障碍而被取消，实际上是让超限料块通畅地进入仓内，因此就会发生卡塞现象。 图 1 光学弹性模型中粗粒物料机械卡塞时力的传递情况 5 图 2 煤仓堵塞的几种现象 二、 细颗粒状 (或粉状 )为主的煤 对于细颗粒状 (或粉状 )为主的煤，其结拱堵塞形式多样（见图 2 c、d、 e、 f）现象较为复杂，受许多因素的影响，主要是原煤的物理机械性质及其压实度的影响。 井下开采的原煤是由不同粒度的颗粒所组成，当含粉料或小粒径料较多时，整个原煤的流动特性为细颗粒的流动规律，较大颗粒在流动中成为被动介质。对于细粒状 (或粉状 )为主 的原煤，它的内摩擦力较大，同时还表现出较大的粘结力。原煤湿度的增加会促进粘结力的增长，这就构成结拱堵塞的前提条件。物料的这种内力越大，流动性就会越小，结拱的危险性就越大。 上述阻碍原煤流动的内力主要还取决于仓内贮料的压实度，它是细粒料堵塞的最重要因素。压实度的增加使贮料密度提高，因而内摩擦力和内聚力 (即抗剪强度 )都会增加，这就使原煤中的内力 (阻碍运动的力 )可能 6 超过其重力，因而仓内原煤失去流动性而发生结拱堵仓现象。 由于仓内贮煤被压实而造成的拱圈，具有相当大的稳定性。原煤自煤仓上口卸载下来时 冲击力越大，时间越长，这种稳定性就越难以破坏。贮仓中所以形成拱形而不下落，是因为在这个拱圈的上面形成了一个一定厚度的密实的硬壳，该硬壳是具有足够的强度，可以承受本身及其上面存煤的重力作用，使其和周围系统形成了暂时的稳定平衡状态。 影响压实度的因素： (1)贮煤高度；在一定范围内，贮煤高度加大，对其下部的压实度也越大；但当其超过一定范围时，上部贮煤的自重将被仓内的摩擦力所抵消。 (2)对于垂直仓，仓上口卸载时的冲击力比仓下部放煤稳定流动时的竖向压应力大得多，因而导致压实度增大。 (3)时间的影响；随着煤在仓内贮存时间的延长，煤在其自重影响下将发生沉降，增加了贮料的密实程度，压实度将增加。 (4)原煤粒度和湿度的影响；粒度愈大，压实度愈小；原煤中大颗粒间为各种小颗粒充填时，其压实度将提高。粉料中块料比例增加时松散作用得到加强。原煤中含有一定量水分时，可起润滑作用，减小煤块间的内摩探力，从而促进贮煤在仓内的沉降和压实。 仓内存煤的物理机械性质是决定物料结拱难易程度的内在因素，而压实度是促进仓内物料结拱的重要外在条件。 上述因素是促进仓内结拱的重要原因。如果上面不断地卸载，将使存煤受到 重力压缩和冲击压实，但下口不断地溜放又会使被压实的贮煤松散，而且松散的作用比压实的作用要大得多。卸料时垂直压应力减小，水平压力增加，使物料松散，有利于消除结拱。最坏的情况是上面不断地卸载、冲击，而下口又长期不溜放，这时如果仓体或漏口断面尺寸不够大，就为结拱创造了良好的机会。就以上分析及统计结果可得：以细颗粒为主 7 的煤在煤仓内的堵塞形式主要表现为图 2 所示 c、 d、 e、 f 四大类，其中c、 d、 5%堵塞概率发生在煤仓下仓口或煤仓横断面尺寸急剧变化处；平煤一矿煤仓基本不出现。 根据以上对煤仓堵塞机理的研究，我们提出如下改善煤仓通畅性的措施，以利于煤仓顺利溜煤，减少煤仓堵塞的几率，提高上产效率。 在煤仓上口机头卸煤位置设置倾斜一定角度的篦子，倾斜角度的设置以减小原煤进入仓内的冲击力为目的；篦子的网眼密度以煤仓下口与卸入仓内的原煤颗粒的比值大于 4 5来确定。 加强生产管理工作。要求严格按照生产规程操作，杜绝大块煤、枕木、铁丝网等极易引起煤仓堵塞的杂物入仓。这个问题最好能够在采区解决，一劳永逸的办法是设置专门分取长料的装置。 将超大块煤或矸石消灭在工 作面，这是防止超限大块煤或矿石进入煤仓的最根本的办法，这种措施需要改进工作面采煤方法。 采用人工或机械方式对超限块料进行破碎，顺槽中安装破碎机破碎块煤的方法在西德煤矿企业中很早就普遍采用了，不仅能破掉大块煤和矸石，而且可拣出其它杂物，效果很好。 由于煤仓长度往往达几十米，导致煤仓上口卸下的原煤经自重加速后冲击仓内存煤，仓内存煤受到重力压缩和冲击，压实度增大，导致成拱的可能性和稳定性加大，因此可在煤仓的不同长度位置横向设置弧形减坠梁，下坠原煤经多次缓冲后下坠速度减小，这样不仅保护了减坠梁不受大冲击力的破坏，而 且可减小仓内存煤的压实度，有效的减小煤仓堵塞出现的几率。 8 在适当的时候断续地放仓，尽可能地减少煤在仓内的贮存时间，以减小煤在其自重和上部冲击作用下的沉降量，从而减小贮煤在仓内的密实程度，减小压实度，利于再次溜煤时原煤能够通畅流出。 9 3. 煤仓疏通方案的确定 方案 1、适用于没有气源的现场。由机械蓄能系统实现足够的能量储备。由激发控制系统控制蓄能系统将橡胶弹加速，通过导向筒使橡皮弹撞击堵塞煤料，实现疏通。 方案 2、需要工作现场有气源。增压系统使系统达到设计气压，由气爆系统完 成橡皮弹加速发射。增速筒使橡皮弹在一定距离内增速一定时间，从而在出口处达到设计速度。橡皮弹在撞击堵塞煤料时的速度，相对于在增速筒出口速度会有一定下降，但橡皮弹的质量和出口速度保证了其撞击堵塞煤料时具有足够的能量值，以保证可靠的疏通效果。发射控制系统由人工控制橡皮弹发射，便于操作。 经过比较认为方案 2是最为合理的，决定按照此方案展开实施。主要改造内容包括： 1) 根据煤仓发生堵眼的起拱位置，确定增速筒发射橡胶弹的合理角度范围； 2) 根据现场气源能提供的气压大小计算橡胶弹发射高度和冲击力大小； 3) 设计高压气体蓄能罐和橡胶弹 发射控制装置； 4) 根据现场空间要求设计角度调节装置和安装支架结构参数； 10 4、疏通机的工作原理 1、疏通机的工作原理 疏通机采用动高压原理，由现场气源提供高压气体并安装蓄能罐图 3 疏通机工作角度示意图 进行高压气体蓄能，蓄能器不仅要提供橡胶弹发射动力，还要提供快排阀的作动能源。由气压控制装置控制高压气体冲击橡胶弹，使橡胶弹在增速筒内加速一定时间，达到一定的速度，冲击煤仓内原煤堵塞位置，破坏堵塞起拱，完成疏通。疏通机的发射角度由堵塞位置决定，并受限于下仓口观察孔开口大小，见图 3。快排阀结构图及增 速筒结构分别见图 4、 5。 11 图 4 快排阀结构图 图 5 增速筒结构剖视图 12 图 6 橡胶弹发射组件结构简图 发射组件 (见图 6)中，下端销轴可沿水平轨道滑动，实现发射角度调节。中部快排阀连接弹体发射炮筒和缓冲导向部件。 疏通机工作原理示意图见下图 7 4 疏通机结构及工作原理图 13 疏通机的基本组成包括如下八个部分，分别如上图 7 所示： 1、增速与缓冲装置； 2、角度调节装置； 3、高度调节及底座； 4、 压力表； 5、蓄能装置； 6、进气总阀； 7、储气罐进气阀； 8、控制发射装置。 增速及缓冲装置 1 实现橡胶弹在增速筒内一定时间的加速，以达到70上的冲击力，增速筒下端设置弹簧，实现橡胶弹发射时缓冲后座力，且增速筒不至于刚性传递后座力到角度调节部位；角度调节装置 2中，下端销轴可沿水平轨道滑动，使增速和缓冲装置实现发射角度调节，以适应不同堵塞位置的需要；高度调节和底座 3完成增速筒适应煤仓观察孔的高度调节和整个疏通机的支撑；压力表 4给出蓄能罐的压力读数；蓄能装置 5，即储气罐，实现高压蓄能，以保证充足的橡胶弹发射增速 所需要的气量，并具备压力保护和压力调节功能，以适应橡胶弹不同的发射高度需要； 6、 7 和 8 为进气和控制发射装置装置，可实现人工控制橡胶弹的发射，安全可靠。 14 5疏通机的设计计算 增速与缓冲装置包括增速筒以及增速筒下面的弹簧，其原理是由气压控制装置控制高压气体冲击橡胶弹，使橡胶弹在增速筒内加速一定时间，达到一定的速度，冲击煤仓内原煤堵塞位置，破坏堵塞起拱，完成疏通。缓冲装置既在增速筒下端设置弹簧，实现橡胶弹发射时缓冲后座力，且增速筒不至于刚性传递后座力到角度调节部位。 本方案采用高压气动发射橡胶弹，给煤仓堵塞处的拱脚以冲击而达到疏通煤仓的目的，橡胶弹要对仓内堵塞的原煤以足够大的冲击力。由于橡胶是一种高分子材料，具有高弹性，在橡胶弹冲击拱脚时，自身的弹性变形将吸收一定的能量，而减弱对原煤的冲击力。 经过分析比较，本设计选用压缩变形小，而弹性较差的特种橡胶 氯醇 (氯醚 )橡胶 ( )。氯醇橡胶密度为 g/计橡胶弹为圆柱形，其直径为 80度 L 100体积为： 502.4 其质量为： 某煤仓下仓口断面尺寸为 60 70口下部的送煤机距离仓口约30 40由下仓口处送入疏通机，则由于空间限制，暂设定橡胶弹发射炮筒长度为 L 60射气压暂设定为 仓下口定截面断进行侧面开口，初步设定炮筒长度 L 45 气压推动橡胶弹的有效作用面积为橡胶弹的大圆面积， 15 2222 0 0 5 0 2 ，得橡胶弹初始推力为： 5 1 10 0 5 0 2 0 ，假设橡胶弹从初始速度为零到炮筒出口过程中，气压无损失，则由能量守恒定律橡胶弹的出口动能 为 5 0 1 1()(21 2 橡胶弹出口速度为 66m/s, 原煤堵塞部位距煤仓下口一般在 38m，则橡胶弹冲击拥堵原煤拱脚的速度约为 V=64m/s。 假设橡胶弹的冲击作用可分为两类： 一：弹体在极短的时间内穿入堵塞的原煤中； 二：弹体以极短的作用时间冲击堵塞原煤后，损失一定能量并以一定的速度沿某个角度弹回。 由冲量定理 于第一种情况： 橡胶弹经过一定作用时间后速度变为零，动能转化为热能，若假设其作用时间为 可得橡胶弹对煤仓堵塞处拱脚的冲击力为： F64 10 440N，即 45用时间越短，冲击力越大； 对于第二种情况：假设橡胶弹经过极短的时间冲击堵塞原煤拱脚后，其能量一方面由于橡胶弹的弹性变形而转变为热能，另一方面堵塞处的原煤并非刚性，橡胶弹冲击受力后反弹，弹体速度有所下降并以一定角度弹回，根据反弹后的飞行速度和角度不同，橡胶弹对拱脚的实际冲击作用力也不同，因此若假设冲击后其能量损失为 50，则回弹速度大约 40m/s，可达到的冲击力为： 73速筒稍短时，橡胶弹冲击速度有所下降，冲击力随之下降 )。 根据平煤集团一矿提供的某 煤仓施工图，此类煤仓有两个溜煤口，计算其中截面为 1450 1200溜煤口附近倾斜角度为： 100,此收缩角 16 度自变截面处开始直至下部煤出口；另一截面为 800 800煤口附近倾斜角度为： 220，而此截面至出煤口有一距离为 1500等截面段。如下图 8所示，在等截面段，出煤口距离巷道顶部距离为 1050 图 8某煤矿煤仓口倾角示意图 橡胶弹直径为 80速筒选用普通钢管，内径定为 壁厚 5 根据统计结果，某煤仓堵塞位置距离下溜口在 3 8定冲击 高度范围为 6 8米若橡胶弹从侧壁打入，冲击拱脚处直径为 2 3米，则增速筒倾斜角度范围在 2230度之间，如果在靠近巷道顶部处开口，则需要开口尺寸为（ 250 500） 15 17 图 9 橡胶弹冲击极限位置示意图 (煤仓下口开口长度 350增速筒和橡胶弹的结构可见图纸 5缓冲装置 缓冲装置是由弹簧和销轴组成，弹簧套在销轴上，为了使增速筒在发射橡胶弹时不至于刚性传递后座力到角度调节部位，同时为了提高发射精度，本文设计了弹簧缓冲装置，在增速筒下端快排阀和销轴之间加装一个螺旋式弹簧，根据疏 通要求，橡胶弹最大可达到 730N 的冲击力，则弹簧也应能承受 730N 以 上 的 冲 击 力 ， 查 阅 标 准 弹 簧 表 可 选 用个弹簧可以承受 900N 的冲击力，该数值大于应承受冲击力，所以符合要求。缓冲装置结构见图 5轴）销 18 轴总高设为 120向总长设为 140 5簧）弹簧长为 80簧内径 30 角度调节装置是整个疏通装置中重要的组成部分之一，它主要用于对发射筒角度的调节，为了满足发射筒对发射位置和角度的需要，同时根据煤仓疏通机的实际需要，本文采取了上下移动的方法来实现角度的调节，既在增速筒下端设计一水平导轨，利用销轴连接增速筒和导轨，使增速筒可以实现水平移动，另一方面为了实现增速筒发射角度的上下调节，在增速筒上端也固定一小型导轨，该导轨应与增速筒下端的导轨在同一平面内，关于增速筒下端的导轨可见大图 5速筒通过销轴放在导轨里，同时导轨离增速筒远的那端设有两个螺孔和两个同导轨一样长的螺钉，这两个螺钉用于固定销轴，防止其向后滑动，螺孔直径设为 15轨长度初设为 600速筒上端的小导轨两端应由两个结构相同的固定零件固定在增速筒的特定位置，以满足角度调节的需要，小导轨长度初选为300导轨上端距增速筒上端距离初设为 100导轨直径初设为30导轨的结构见图纸 5速筒上端应有一支撑结构，该结构为一固定在大导轨端部增速筒上端正下方的平面上的钢杆，该平面也是大导轨所在平面，钢杆的上端通过可拆卸的连接结构与可以在小导轨上滑动的结构相连，其结构可见图 5 高度调节和底座装置也是整个疏通装置的重要组成部分，高度调节装置可以实现各煤仓口的高低和观察口高低的不同需求，底座主要用于支撑 19 疏通机的发射和缓冲装置，同时本文所设计的底座也可以用于对疏通机的移动，使其更加方便灵活。 为了实现发射和缓冲装置的高度调节，本文采取了如下方法，既选用四根长度、材质均相同的钢管，钢管长度初选 1000管外径选为 40径选为 30将其固定在平板小车上（下文会对小车做详细介绍），四根钢管上端设计为带有螺母的螺纹结构，该结构通过拧 紧螺母可以使钢管上端收紧，图 5结构见同时另有四根与钢管长度相同的钢杆即钢杆的长度也选为 1000四根钢杆的直径应略小于钢管内径，钢杆直径选为 28便钢杆能刚好在钢管内顺利的上下移动，四根钢管上端螺纹部分的下面为一具有一定强度和硬度的平面钢板，该钢板和四根钢杆焊接在一起，该钢板中间部位设有一螺孔，螺孔直径初设为 30时四根钢杆上端设有台阶，钢杆顶端设有螺纹，其结构见图 5台阶用于固定一平面钢板，该钢板面积与钢管上端的钢板面积相同，该钢板四角设有比钢管螺纹直径稍大的孔，孔 的直径初设为 22钢板既是通过螺母与钢管固定在一起的，该钢板也是增速筒下端导轨所在平面，同时该钢板中间部位也设有一螺孔，该螺孔与与钢管上端的螺孔处于同一直线上，这两个处于同一直线的螺孔既是用于高度的调节，其原理是这样的，两个钢板上螺孔的上面配有和螺孔直径一样的螺母，另有一恰好与螺孔配合的螺杆，这样当分别旋动上端螺母和下面螺母时，可分别实现发射结构的上下调节，螺杆长度初选为 600结构可见图 5 20 本文所设计的底座即可用于支撑疏通机的以上装置，也可用于以上装置的移动，本文的底 座为一可移动的小车，小车的结构如下，小车由车身、两根轴、四个轮子和一个可以用于推拉的手架组成，小车的车身为一没有盖的矩形“铁盒”，该铁盒的钢板厚度相同，材质相同，要有一定的强度，根据疏通机系统的重量，查表得可选用普通碳素钢，作为车底板的钢板面积大小初设为 1000800106 外四块钢板长为 10000000根轴的长度初设为 1000的两端均制有台阶，台阶高度为 10阶处距轴端长度为 60直径初选为 50轴端 100以插入轴销，以防止车轮外跑，轮子选用具有一定硬度的铁质轮，轮子中间加工出一能与轴端配合的孔即可，轮子直径初选为 200轴按两段对称的固定在长为 1500面板上即可，两轴间距初定为 50车的结构图见图 5在工业过程控制与技术测量过程中，由于机械式压力表的弹性敏感元件具有很高的机械强度以及生产方便等特性，使得机械式压力表得到越来越广泛的应用。 机械压力表中的弹性敏感元件 随着压力的变化而产生弹性变形。机械压力表采用弹簧管（波登管），膜片，膜盒及波纹管等敏感元件并按此分类。所测量的压力一般视为相对压力。一般相对点选为大气压力。弹性元件在介质压力作用下产生的弹性变形，通过压力表的齿 21 轮传动机构放大，压力表就会显示出相对于大气压的相对值 (或高或低 )。 在测量范围内的压力值由指针显示，刻度盘的指示范围一般做成270 度 （ 1） 压力表按其测量精确度 可分为精密压力表、 一般压力表 。精密压力表的测量精确度等级分别为 ；一般压力表的测量精确度等级分别为 4. 0 级。 一般压力表 （ 2） 压力表按其测量基准 压力表按其指示压力的基准不同，分为一般压力表、绝对压力表不锈钢压力表、差压表。一般压力表以大气压力为基准；绝压表以绝对压力零位为基准；差压表测量两个被测压力之差。 22 （ 3） 压力表按其测量范 围 分为 真空表 、压力真空表、微压表、低压表、中压表及高压表。真空表用于测量小于大气压力的压力值；压力真空表用于测量小于和大于大气压力的压力值；微压表用于测量小于 60000 压力值；低压表用于测量 06力值；中压表用于测量 1060力值；高压表用于测量 100上压力值。 （ 4） 压力表按其显示方式分 指针压力表 ,数字压力表 （ 5） 压力表按 其使用功能分 压力表按其使用功能不同可分为就地指示型压力表和带电信号控制型压力表。 一般压力表、真空压力表、耐震压力表、不锈钢压力表等都属于就地指示型压力表，除指示压力外无其他控制功能。 带电信号控制型压力表输出信号主要有： 电接点压力表） 如电阻远传压力表 ) 如电感压力变送器 ,远传压力表 ,压力变送器等 ) 压力表按测量介质特性不同可分为 : 1 一般型压力表 一般型压力表用于测量无爆炸、不结晶、不凝固对铜和铜合金 无腐蚀作用的液体、气体或蒸汽的压力 . 2 耐腐蚀型压力表 耐腐蚀型压力表用于测量腐蚀性介质的压力 ,常用的有不锈钢型 23 压力表、隔膜型压力表等 . 3 防爆型压力表 防爆型压力表用在环境有爆炸性混合物的危险场所 ,如防爆电接点压力表 ,防爆变送器等 . 4 专用型压力表 由于被测量介质的特殊性 ,在压力表上应有规定的色标，并注明特殊介质的名称 “ 禁油 ” 字样，氢气用深绿色下横线色标，氨用黄色下横线色标等等。 耐震压力表 的壳体制成全密封结构，且在壳体内填充阻尼油（现在大部分用 硅油 填充），由于其阻尼作用可以使用在工作环境振动或介质压力（载荷）脉动的测量场所。 带有电接点控制开关的压力表可以实现发讯报警或控制功能。 带有远传机构的压力表可以提供工业工程中所需要的电信号（比如电阻信号或标准直 流电流信号）。 隔膜表所使用的隔离器（化学 密封 ）能通过隔离膜片，将被测介质与仪表隔离，以便测量强腐蚀、高温、易结晶介质的压力。 压力表的弹性元件机械压力表中的弹性敏感元件随着压力的变化而产生弹性变形。机械压力表采用弹簧管（波登管）、膜片、膜盒及波纹管等敏感元件并按此分类。敏感元件一般是由铜合金、不锈钢或由特殊材料制成。 本文中的压力表是整个疏通装置和蓄能装置的重要 组成部分，该压力表装在蓄能罐上，主要用于监测蓄能罐的气压，同时也有利于蓄能罐的安全使用，下文将根据整个疏通装置所需的最大压力来确定压力表的选择。 系统正常工作时，气体沿管道通过各种气动元件和辅件到执行元件的总压力损失必须满足下式： 24 t 或 其中： p 为总压力损失，包括所有沿程损失和所有的局部损失 p 。 p 为允许压力损失，一般应小于 一般情况下，若系统管道不是特别长，其沿程损失比局部损失小得多，则沿程损失可以不单独计入，而只是在总压力损失值的安全系数 中稍予以加大考虑即可。 局部损失包含流经弯头、断面突然放大，收缩等的损失，往往又比气流通过气动元件、辅件的压力损失小得多，因此对不做严格计算的系统，可用下式做简化计算： p 2 其中： 2p 为流经元 、辅件的总压力损失， 为压力损失简化修正系数，取值 管道或截 面变化复杂的情况取较大值。 本设计系统，主要气动元件为快排阀和二位三通电磁阀，其余参与系统工作的辅件引起压力降很小，查表得高压气体通过公称通径为 50快排阀的压力损失 过电磁阀的最大压力损失 此，总压力损失为 ( 本系统使用气压最大 力损失为 所以根据压力表的分类和本设计的要求，压力表选为测程为 0 精密压力表即可。 25 蓄能装置在整个疏通装置中担当着最重要的功能，它是整个装置的动力源泉，直接关系着疏通装置能不能正确很好的疏通煤仓堵塞问题，所以蓄能装置的设计至关重要，蓄能装置的整体本文设计为一蓄能罐，本文将其设计为同氧气罐一样的外形，但尺寸要有些减小，蓄能罐中端侧面留有进气口用于为蓄能罐蓄能，顶端留有出气口用于快速排出气体为橡胶弹提供动能，上端侧面留有一口用于安装压力表，蓄能罐的大小可通过疏通 机各部件的体积来确定： 1、 计算管路体积： 增速筒内腔体积： 332211 10*5 4 0 2 .0 阀体体积 活塞回退膨胀体积： 34222 10*9 2 1 6 6 8.0 a 阀口体积： 35223 10*2 6 5 26.0 b 连接软管体积： 32224 10*2 5 0 c 41 10*8 5 6 2 C(常数 )，则 得： 10L 26 考虑气体泄漏应乘以系数 储气罐最小体积应为 12L。 计 算 压 降 ： x*(， 可 求 得x=满足压力要求。储气罐直径设为 200度为 400 阀门是一种管路附件。它是用来改变通路断面和介质流动方向，控制输送介质流动的一种装置。具体来讲，阀门有以下几种用途： (1)接通或截断管路中的介质。如闸阀、 截止阀 、球阀、旋塞阀、隔膜阀、蝶阀等。 (2)调节、控制管路中介质的流量和压力。如节流阀、调节阀、减压阀、安全阀等。 (3)改变管路中介质流动的方向。如分配阀、三通旋塞、三通或四通球阀等。 (4)阻止管路中的介质倒流。如各种不同结构的止回阀、底阀等。 (5)分离介质。如各种不同结构的蒸汽疏水阀、空气疏水阀等。 (6)指示和调节液面高度。如液面指示器、液面调节器等。 (7)其他特殊用途。如温度调节阀、过流保护紧急切断阀等 。 根据阀门的用途和本文的需要，本文选择截止阀即能满足疏通机系 统的要求， 国内生产截止阀的厂家比较多，连接尺寸也大多不统一。主要分以下几个大类： 1）以 1999截止阀结构长度为主的通用类。目前国内大多数 安全阀 生产厂家均按本 标准设计 生产。如 上海 莱乐阀门有限公司、浙江 罗浮 锅炉附件厂、 杭州 截止阀厂、上海良众阀门有限公司、上海截止阀厂、 开封 高压截止阀厂、 海安 截止阀厂等。但本标准也不尽完美， 规格 不全，单闸板截止阀最大 公称通径 为 闸板截止阀最大公称通径 据厂所生产的截止阀规格及掌握的资料来看，目前角式截止阀公称通径最小为 Z 型直通式截止阀公称通径达到 考证，各厂家连接尺寸也不尽统一， 27 如 直通式截止阀，上海良众阀门厂、上海截止阀厂及上海雅泽阀门厂各不相同。 所以本文中的截止阀可以根据自己的需要选择一种标准的截止阀， 截止阀生产厂家按标准设计制造。 本文选选择公称直径为 50直通式截止阀，直接向生产厂家订购即可。 控 制发射装置是整个疏通装置的关键部件，本文所设计的控制发射装置由两个控制阀和一个快排阀组成。 本文所设计的控制装置由两个截流阀组成，即储进气总阀和储气罐进气阀，在正常状态下打开储气罐进气阀，这样由于快排阀内部封口处两端压强相同，则快排阀无法工作排出气体，当由于工作需要，要发射弹体时关闭储气罐进气阀，打开进气总阀这样由于压强不同且相差很大，快排阀被迅速打开，同时储气罐内气体通过快排阀快速排出，给以弹体足够的能量，此即为控制装置，操作简便安全， 快排阀 :气动控制里重要的元 件，单向型方向控制元件。 常配置于汽缸和换向阀之间，使汽缸内的气体不通过换向阀而由 28 此阀直接排出， 适用于要求汽缸快速运动的场合。 （ 1）计算气体通过快排阀的流量 1、 由于储气罐的气体在瞬间通过快排阀排出冲击橡胶弹，气 体状态变化在瞬间完成，因此其状态变化应属于绝热状态过程； 2、 根据快排阀出口与进口压力比 (出口压力为 若进口气压为 12 可知气体通过快排阀的速度为超声速； 因此计算通过快排阀的流量计算公式为 (其中 0度 )： 2 6 3 31 1 311 若快排阀有效截面积为直径 40圆面，则可求得通过快排阀的空气流量为 139620L/327L/s)。类比于空气炮的排气性能，假设储气罐中压缩气体在 全部排出，则快排阀在 的气体排量为：19L/排阀的结构见图 5橡胶密封件 密封件是防止流体或固体微粒从相邻结合面间泄漏以及防止外 29 界杂质如灰尘与水分等侵入机器设备内部的零部件的材料或零件。 各种密封其性能影响因素 是不同的，如机械密封（填料密封等）影响因素有温度，介质、磨损、所承受压力等。 按不同的用途，密封件大致是按下列的分类： 为 轴用密封、孔用密封、防尘密封、导向环、固定密封、回转密封； 为 橡胶、聚氨酯、工程
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