　　　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。处理煤仓堵塞事故到目前还未找到一个安全可靠的方法，不但影响正常生产，而且时有人员伤亡事故发生。因此，如何研究解决煤仓堵塞问题，最大限度地减少或杜绝处理煤仓堵塞是非常必要的。

　　　立式煤仓疏通装置由现场气源提供高压气体，储气罐用来高压气体储能，作为橡胶弹发射动力能源。由受控的高压气体冲击橡胶弹，使橡胶弹在发射筒内加速，达到一定的速度后冲击煤仓内的堵塞位置，破坏堵塞起拱，完成疏通。

关键词：煤仓堵塞疏通快排阀自动开启机构

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

1.概述1

1.1煤仓简介及存在问题1

1.2 煤仓堵塞的原因及形式2

1.2.1 煤仓堵塞的原因2

1.2.2 煤仓堵塞机理研究3

1.3 改善煤仓通畅性的措施8

1.4 煤仓疏通技术的现状9

1.5 煤仓疏通新技术的提出11

1.6 立式煤仓疏通装置13

1.7 立式煤仓疏通装置工作过程16

2.外部尺寸的设计计算18

2.1 发射筒的设计计算18

2.2 储气罐的设计计算22

2.3 发射筒出口端盖设计26

2.4 铰链的设计计算26

3.快排阀的设计28

3.1快排阀的基本条件28

3.2 快排阀设计及工作原理29

3.3快排阀材料的选择32

3.4 快排阀气密性的检测36

4.自动开启机构的设计39

4.1 自动开启机构的整体设计及工作原理39

4.2 下缸体的设计计算41

4.2.1 下缸体深度的确定41

4.2.2 下缸体直径的确定42

4.3 螺纹套筒的设计计算44

4.4空管活塞杆的设计计算45

4.4.1 空管活塞杆的整体设计45

4.4.2 活塞压力的计算45

4.5 压缩弹簧的设计计算48

4.6 大小密封圈及橡胶套圈50

5.其他部件的设计计算51

5.1 法兰盘的设计计算51

5.2 弧形支座的设计51

5.3 发射橡胶弹后座力缓冲弹簧计算：52

致谢53

参考文献54

1.概述

　　　煤矿井下煤仓的储存和吞吐是煤矿生产过程中的一个重要环节, 是煤矿生产运输中不可缺少的关键部位, 对煤矿的生产能力起着决定性作用。煤仓也是井下开拓布置中不可缺少的井巷工程，有贮存煤炭及运输煤炭(靠煤炭自重下滑)的作用。随着我国采煤业综合机械化程度的逐步提高和采区集中生产的不断实现，煤仓的容量逐渐增大，使用效率也越来越高。但是，在煤矿生产过程中经常发生煤仓堵塞事故，处理煤仓堵塞事故到目前还未找到一个安全可靠的方法，不但影响正常生产，而且时有人员伤亡事故发生。因此，如何研究解决煤仓堵塞问题，最大限度地减少或杜绝处理煤仓堵塞是非常必要的

1.1煤仓简介及存在问题

随着矿井机械化和集中化程度的不断发展，工作面和采区以及矿井生产能力都有较大幅度的提高。由于工作面和采区的生产能力具有较大的波动性。出煤时多时少，致使各环节运输设备忙闲不均，不能充分发挥其生产能力。此外，再生产中各环节（提升、运输等）设备的工作时间（迟早或长短）、动作方式（连续或周期）的不同以及可能发生的各种机电设备故障等的影响，都可能使各环节相互之间发生牵连，造成一些环节的间断，降低了矿井或水平的实际运输（或提升能力），甚至影响整个矿井生产的正常进行。为了解决上述矛盾，需在相互有牵连的提升、运输各环节之间设置各种类型的井下煤仓或矿仓，而且要求其有一定容量。

　　　目前国内原煤仓大都是水泥，钢，水泥钢混合式结构。其结构形状基本相同，上部呈方形，圆柱体，下部呈方锥，圆锥及双曲线形。上口大，下口小，上口进料，下口排放料，物料自上而下靠自重下落。下落的物料由于在锥形容器内流动，故愈向下流动，面积愈小，对物料本身就形成挤压，增加摩擦系数往往是造成堵塞的基本原因。另外物料的水分含量，粗细度化，温度变化，物料在窗口容器存放的时间长短，容器壁摩擦系数大小都是堵塞的基本原因。

　　　经调研及实验，堵塞后的形状，大致分为拱状，抛物线状，少数为锥状，个别呈鼠洞状等。堵塞的部位多数在煤闸门上1.5m以内，在这个范围内某处开始粘结薄层物料，粘结后增大摩擦力，然后朝轴向与径向延伸，逐步增加厚度，最终形成不同形状的堵塞，造成断流。

1.2 煤仓堵塞的原因及形式

　　　1.2.1 煤仓堵塞的原因

　　　煤仓的形式大体上有两种：拱形和漏斗形。生产矿井堵塞多发生于前者即拱形。堵塞的原因可分为以下几种：

　　　一是煤仓内存煤太少。因为煤块是从几十米的高度落下来，煤仓的深度越深，加速度越大，随之器冲击动量也非常大。所以一定块度的煤矿石在重力的作用下，逐渐冲击压实密结，再次放煤时，就很可能发生堵塞。

　　　二是煤仓存煤时间太长。由于煤仓内贮存时间过长，加之煤的湿度的影响，无形中增大了煤炭与仓壁之间的摩擦力，因而造成堵塞。

　　　三是管理不善大煤块或异物入仓。煤仓或溜煤眼入口处，未按要求设置筛蓖或筛蓖口过大，致使大块煤及研石进人仓内，甚至使一些背板、撑木、破风筒、废伯钥丝绳等进人煤仓，而造成堵塞。

　　　四是由于施工质量问题造成结构性堵仓。如该煤仓双漏斗分煤器处，由于施工问题造成500 mm平台的产生，这样就增大了溜煤阻力，经上部的煤打击夯实而逐渐集结成型起拱而造成堵仓。

　　　五是煤仓内存煤滞留时间过长，形成仓内底煤受压成固体状而造成堵塞。

　　　1.2.2 煤仓堵塞机理研究

　　　（1）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。

　　　内因主要是指原煤的物理机械性质。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，因井下环境温差很小，原煤在仓内流动缓慢，煤仓堵塞受温度的影响不大；堵塞煤仓起决定作用的因素主要是原煤的粒度组成、含水量等。粒度组成不同，原煤在仓内的压实度也不同；原煤湿度的增加会促进粘结力的增长。

　　　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。但其中堵塞煤仓的重要因素是溜煤口的断面尺寸和仓内存煤的压实度。

　　　本装置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

　　　(2) 原煤溜放的类型与煤仓堵塞形式：

　　　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。

(3) 煤仓堵塞机理分析

　　　① 粗颗粒状(或块状)为主的原煤

　　　对于粗颗粒状(或块状)的原煤在仓内能否畅通地流动，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。

　　　　　　　在三角支架1上依次设置有螺旋手柄2及托板3，通过调整螺旋手柄，进而调整发射筒的高度。托板的上面一侧固定设置有弧形支座5，托板的上面另一侧设置有支柱4，支柱的上端通过侧向支架8连接在储气罐17的侧壁，储气罐17的底部通过弹簧套筒7与橡胶托轮6固定连接，橡胶托轮6顶在弧形支座5的弧形弯曲表面，弹簧套筒7用于缓冲橡胶弹发射后产生的后坐力。储气罐17内部中间位置设置有发射筒1，储气罐下部一侧设置有进气阀15，进气阀15通过高压软管及进气总阀13连接到高压气源12。发射筒18内下部设置有快排阀16，快排阀16通过发射开关14、高压软管及进气总阀13连接到高压气源12。储气罐上部一侧设置有自动开启机构9，自动开启机构通过铰链10与发射筒出口端盖11相连接，在发射橡胶弹时打开发射筒出口端盖，发射完毕后，关闭发射筒出口端盖。高压气源可直接利用煤矿井下的气源即可，根据煤仓的规格大小，本疏通装置可制成系列产品。

1.7 立式煤仓疏通装置工作过程

　　本煤仓疏通装置由现场气源提供高压气体，储气罐用来高压气体储能，作为橡胶弹发射动力能源。由受控的高压气体冲击橡胶弹，使橡胶弹在发射筒内加速，达到一定的速度后冲击煤仓内的堵塞位置，破坏堵塞起拱，完成疏通。

　　根据上图4叙述本煤仓疏通装置的工作原理：三角支架1上装有托板3，，托板3的高度可通过与之相连的螺旋手柄2调整，进而调整发射筒18的高度。根据堵塞位置和煤仓下观察孔开口位置推动橡胶托轮6沿弧形支座5运动来调整发射筒18的高度。确定好发射筒18的位置后，用螺母固定橡胶托轮6，进而固定整个发射装置。弹簧套筒7用于缓冲橡胶弹发射后产生的后坐力。打开进气总阀13，使发射开关14处于进气状态，即使快排阀16复位处于关闭状态，打开进气阀15使储气罐17开始储能，达到一定压力后，自动开启机构9通过铰链10打开发射筒出口端盖11，将橡胶弹装入发射筒。当储气罐17中的气体压力达到设定值后，关闭进气总阀13。检查无误后，扳动发射开关14，在内外压差的作用下快排阀16瞬间动作，储气罐17中的高压气体瞬时进入发射筒18，使橡胶弹在发射筒18中加速后射出，直接冲击煤仓堵塞处。橡胶弹发射后，储气罐17内气压瞬间下降，在弹簧作用下自动开启机构9复位，发射筒出口端盖11自动闭合。重复以上过程可多次发射橡胶弹，直至煤仓堵塞处被疏通。

　　　本设计的主要内容包括：

　　　（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）设计立式煤仓疏通装置结构及零件

　　　（4）设计快排阀结构及自动开启机构

2.外部尺寸的设计计算　　

2.1 发射筒的设计计算

　　　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，因此经过分析比较，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(H75型)。氯醇橡胶密度为1.37

　　　根据设计要求，炮弹（1.30）g/cm3。设计橡胶弹为圆柱形，其直径为80mm，长度为100mm，其体积为：502.4 cm3, 其质量为：0.688Kg。能够上升的高度应该达到150m以上，储气罐压力初定达到0.4Mp后发射炮弹。气压推动橡胶弹的有效作用面积为橡胶弹的大圆面积。

　　　参考文献

[1] 张国辅，矿山井下煤仓与矿仓（设计与使用），煤炭工业出版社，1983年.

[3] 冯之敬主编.机械制造工程原理．清华大学出版社，1999年

[5] 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年.

[6] 苏翼林主编. 材料力学. 高等教育出版社，1980年.

[7] 顾崇衔主编. 机械制造工艺学. 陕西科学技术出版社，1999年.

[9] 范祖尧等.现代机械设备设计手册—非标准机械设备设计[M].机械工业出版社.2000年.

[10] 唐金松.简明机械设计手册（第二版）[M].上海科学技术出版社.2002年.

[13] 上海煤矿机械研究所.煤矿机械设计手册[M].1972年

侧向支架.gif

储气罐.gif

大导轨.gif

发射筒出口端盖.gif

阀盖.gif

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高度调节下部.gif

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连接结构.gif

三角支架.gif

小车.gif

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装配图.gif

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内容简介：: 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计（论文）中期检查表指导教师：刘建慧职称：副教授所在院（系）：机械与动力工程系教研室（研究室）：机械楼202题目立式煤仓疏通装置设计学生姓名翟园专业班级 07机制2班学号07201500851、选题质量：1）煤仓堵塞机理与通堵技术比较容易理解，但通堵机的设计较为复杂，用到了大学四年所学的大部分知识，符合培养目标，体现综合要求。2）本次设计的重点是通堵机的设计，难易程度适中。3）本次设计要首先了解煤仓的堵塞机理与通堵技术，然后在此基础上，本文根据平煤天安一矿的情况进行了分析研究，充分说明了煤仓堵塞机理与通堵技术及设备的数据采集和计算经分析发现，需要对多个部件进行设计计算，包括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、控制发射装置等，工作量较大。 4）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。在此背景下针对平煤天安一矿的安全生产需要提出煤仓堵塞机理与通堵技术及相关设备的研究课题有着重要意义：（1）本课题有助于保障煤仓的输送能力，提高输送效率；（2）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；（3）研究成果的有效推广有助于平煤天安一矿安全管理水平的提升。2、开题报告完成情况：开题报告已经圆满完成并通过了指导老师的检查三、阶段性成果：本人查阅了相关方面的资料和文献，对煤仓堵塞机理与通堵技术有了充分的了解，并进行了总体方案的确定，目前已开始正文部分的工作4、存在主要问题：1、通堵机部件较多不知是否都要进行设计计算2、不知从哪个部分开始进行设计计算3、对通堵机的系统还缺乏清晰充分的认识4、获得的资料不够充分，对通堵机的总体设计方案感觉不够全面5、对局部零件的设计缺乏经验 6、关于部件的cad图缺乏设计经验五、指导教师对学生在毕业实习中，劳动、学习纪律及毕业设计（论文）进展等方面的评语指导教师：（签名）年月日3河南理工大学万方科技学院本科毕业设计（论文）中期检查表指导教师：郑建新职称：副教授所在院（系）：机械与动力工程学院教研室（研究室）：机制教研室题目立式煤仓疏通装置学生姓名蔡大崧专业班级机制07-2班学号0720150165一、选题质量：蔡大崧同学这次所选的题名为立式煤仓疏通装置，内容涉及到对发射筒的设计的设计和自动开启机构的设计以及快排阀的设计。这次设计与所学的专业课程紧密联系，符合专业培养目标。这次的设计工作中需要对大学四年所学的知识进行综合的加以应用，能熟悉的应用有关的参考资料，并且能培养查找专业的资料。这次的设计所选的题名比较新颖，并且第一次接触煤仓疏通装置的设计，学生要单独去完成，工作量比较大，这能培养同学的自主创新的能力。二、开题报告完成情况：查阅大量相关输送机资料和文献，经过指导老师的审查，提出该毕业设计题目，开题报告已顺利完成。三、阶段性成果：1、收集并整理设计所需的相关资料，完成外文资料翻译、撰写开题报告； 2、完成系统方案设计及方案论证； 3、完成立式煤仓疏通装置设计计算。四、存在主要问题：1、分析立式煤仓疏通装置的原理2、自动开启机构计算3、快排阀设计4、压力弹簧选型五、指导教师对学生在毕业实习中，劳动、学习纪律及毕业设计（论文）进展等方面的评语指导教师：（签名）年月日3河南理工大学万方科技学院本科毕业设计（论文）开题报告题目名称立式煤仓疏通装置设计学生姓名蔡大崧专业班级机制07-2班学号0720150165一、选题的目的和意义：通过调研目前市场上的各种煤仓输送设备，设计出性价比更高更合理的矿用煤仓疏通系统，更好的解决目前煤矿运输系统中的问题。树立正确的设计思想，为以后在工作中遇到相关问题提供解决依据，同时培养我们综合运用所学的基础理论、基本知识和基本技能，提高分析解决实际问题的能力，领会基本理论和深化理论知识，检验学生综合素质与实践能力。接受工程师必须的综合训练，提高实际工作能力，如调查研究、查阅文献和收集资料并进行分析的能力；制订设计或试验方案的能力；设计、计算和绘图能力；总结提高撰写论文的能力。通过本次毕业设计，能使我们把先修的基础和专业基础课程中所获得的理论知识在实际的设计工作中综合地加以应用，通过毕业设计之后能够熟练应用有关参考资料、计算图表、手册；熟悉有关的国家标准和部颁标准，为以后成为优秀的工程技术人员打下良好的基础。二、国内外研究综述：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。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。三、毕业设计（论文）所用的主要技术与方法：1. 在学校图书馆查阅相关资料。2. 在工厂的实践毕业实习。3. 通过老师和工程师的指导。4. 通过浏览因特网上的相关资料。5. 通过对相关资料和数据的理论计算和分析四、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 张岚弓海霞刘宇辉主编 . 新编实用液压技术手册 . 人民邮电出版社 20083 王益群高殿容主编 . 液压工程师技术手册 . 化学工业出版社 20104 李壮云主编 . 液压气动与液力工程手册 . 电子工业出版社 20085 雷天觉主编 . 新编液压工程手册 . 北京理工大学出版社 19986 辛一行主编 . 现代机械设备设计手册 . 机械工业出版社 20007 徐灏主编 . 机械设计手册 . 机械工业出版社 1991 8 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 20089 杜文丰主编 . Auto CAD2004中文版机械制图 . 北京大学出版社 200310 顾崇衔主编. 机械制造工艺学. 陕西科学技术出版社 199911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，200212 孙桓陈作模葛文杰主编. 机械原理 . 高等教育出版社 200613 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Auto CAD软件，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河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文1摘摘要要煤矿井下煤仓是联系井上下各个生产环节的重要枢纽，是煤矿生产过程中的一个重要环节，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。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。处理煤仓堵塞事故到目前还未找到一个安全可靠的方法，不但影响正常生产，而且时有人员伤亡事故发生。因此，如何研究解决煤仓堵塞问题，最大限度地减少或杜绝处理煤仓堵塞是非常必要的。立式煤仓疏通装置由现场气源提供高压气体，储气罐用来高压气体储能，作为橡胶弹发射动力能源。由受控的高压气体冲击橡胶弹，使橡胶弹在发射筒内加速，达到一定的速度后冲击煤仓内的堵塞位置，破坏堵塞起拱，完成疏通。关键词：关键词：煤仓堵塞疏通快排阀自动开启机构河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文2AbstractBunker 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河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文1目录目录1.1.概述概述 .1 11.1 煤仓简介及存在问题.11.2 煤仓堵塞的原因及形式.21.2.1 煤仓堵塞的原因.21.2.2 煤仓堵塞机理研究.31.3 改善煤仓通畅性的措施.81.4 煤仓疏通技术的现状.91.5 煤仓疏通新技术的提出.111.6 立式煤仓疏通装置.131.7 立式煤仓疏通装置工作过程.162.2.外部尺寸的设计计算外部尺寸的设计计算 .18182.1 发射筒的设计计算.182.2 储气罐的设计计算.222.3 发射筒出口端盖设计.262.4 铰链的设计计算.263.3.快排阀的设计快排阀的设计 .28283.1 快排阀的基本条件.283.2 快排阀设计及工作原理.293.3 快排阀材料的选择.323.4 快排阀气密性的检测.364.4.自动开启机构的设计自动开启机构的设计 .39394.1 自动开启机构的整体设计及工作原理.394.2 下缸体的设计计算.414.2.1 下缸体深度的确定.414.2.2 下缸体直径的确定.424.3 螺纹套筒的设计计算.444.4 空管活塞杆的设计计算.454.4.1 空管活塞杆的整体设计.454.4.2 活塞压力的计算.454.5 压缩弹簧的设计计算.484.6 大小密封圈及橡胶套圈.50河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文25.5.其他部件的设计计算其他部件的设计计算 .51515.1 法兰盘的设计计算.515.2 弧形支座的设计.515.3 发射橡胶弹后座力缓冲弹簧计算：.52致谢致谢 .5353参考文献参考文献 .5454河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文11.概述概述煤矿井下煤仓的储存和吞吐是煤矿生产过程中的一个重要环节, 是煤矿生产运输中不可缺少的关键部位, 对煤矿的生产能力起着决定性作用。煤仓也是井下开拓布置中不可缺少的井巷工程，有贮存煤炭及运输煤炭(靠煤炭自重下滑)的作用。随着我国采煤业综合机械化程度的逐步提高和采区集中生产的不断实现，煤仓的容量逐渐增大，使用效率也越来越高。但是，在煤矿生产过程中经常发生煤仓堵塞事故，处理煤仓堵塞事故到目前还未找到一个安全可靠的方法，不但影响正常生产，而且时有人员伤亡事故发生。因此，如何研究解决煤仓堵塞问题，最大限度地减少或杜绝处理煤仓堵塞是非常必要的1.11.1 煤仓简介及存在问题煤仓简介及存在问题随着矿井机械化和集中化程度的不断发展，工作面和采区以及矿井生产能力都有较大幅度的提高。由于工作面和采区的生产能力具有较大的波动性。出煤时多时少，致使各环节运输设备忙闲不均，不能充分发挥其生产能力。此外，再生产中各环节（提升、运输等）设备的工作时间（迟早或长短）、动作方式（连续或周期）的不同以及可能发生的各种机电设备故障等的影响，都可能使各环节相互之间发生牵连，造成一些环节的间断，降低了矿井或水平的实际运输（或提升能力），甚至影响整个矿井生产的正常进行。为了解决上述矛盾，需在相互有牵连的提升、运输各环节之间设置各种类型的井下煤仓或矿仓，而且要求其有一定容量。目前国内原煤仓大都是水泥，钢，水泥钢混合式结构。其结河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文2构形状基本相同，上部呈方形，圆柱体，下部呈方锥，圆锥及双曲线形。上口大，下口小，上口进料，下口排放料，物料自上而下靠自重下落。下落的物料由于在锥形容器内流动，故愈向下流动，面积愈小，对物料本身就形成挤压，增加摩擦系数往往是造成堵塞的基本原因。另外物料的水分含量，粗细度化，温度变化，物料在窗口容器存放的时间长短，容器壁摩擦系数大小都是堵塞的基本原因。经调研及实验，堵塞后的形状，大致分为拱状，抛物线状，少数为锥状，个别呈鼠洞状等。堵塞的部位多数在煤闸门上 1.5m以内，在这个范围内某处开始粘结薄层物料，粘结后增大摩擦力，然后朝轴向与径向延伸，逐步增加厚度，最终形成不同形状的堵塞，造成断流。 1.21.2 煤仓堵塞的原因及形式煤仓堵塞的原因及形式1.2.11.2.1 煤仓堵塞的原因煤仓堵塞的原因煤仓的形式大体上有两种：拱形和漏斗形。生产矿井堵塞多发生于前者即拱形。堵塞的原因可分为以下几种：一是煤仓内存煤太少。因为煤块是从几十米的高度落下来，煤仓的深度越深，加速度越大，随之器冲击动量也非常大。所以一定块度的煤矿石在重力的作用下，逐渐冲击压实密结，再次放煤时，就很可能发生堵塞。二是煤仓存煤时间太长。由于煤仓内贮存时间过长，加之煤的湿度的影响，无形中增大了煤炭与仓壁之间的摩擦力，因而造河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文3成堵塞。三是管理不善大煤块或异物入仓。煤仓或溜煤眼入口处，未按要求设置筛蓖或筛蓖口过大，致使大块煤及研石进人仓内，甚至使一些背板、撑木、破风筒、废伯钥丝绳等进人煤仓，而造成堵塞。四是由于施工质量问题造成结构性堵仓。如该煤仓双漏斗分煤器处，由于施工问题造成 500 mm 平台的产生，这样就增大了溜煤阻力，经上部的煤打击夯实而逐渐集结成型起拱而造成堵仓。五是煤仓内存煤滞留时间过长，形成仓内底煤受压成固体状而造成堵塞。1.2.21.2.2 煤仓堵塞机理研究煤仓堵塞机理研究（1）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。内因主要是指原煤的物理机械性质。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，因井下环境温差很小，原煤在仓内流动缓慢，煤仓堵塞受温度的影响不大；堵塞煤仓起决定作用的因素主要是原煤的粒度组成、含水量等。粒度组成不同，原煤在仓内的压实度也不同；原煤湿度的增加会促进粘结力的增长。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。但其中堵塞煤仓的重河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文4要因素是溜煤口的断面尺寸和仓内存煤的压实度。本装置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。(2) 原煤溜放的类型与煤仓堵塞形式：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；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。 (3) 煤仓堵塞机理分析粗颗粒状(或块状)为主的原煤对于粗颗粒状(或块状)的原煤在仓内能否畅通地流动，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 45 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，河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文5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。图图 1.1 光学弹性模型中粗粒物料机械卡塞时力的传递情况光学弹性模型中粗粒物料机械卡塞时力的传递情况细颗粒状(或粉状)为主的原煤对于细颗粒状(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，其中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。河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文6图图 1.2 煤仓堵塞的几种现象煤仓堵塞的几种现象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)可能超过其重力，因而仓内原煤失去流动性而发生结拱堵塞现象。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。河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文7影响压实度的因素：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。垂直仓对于垂直仓，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。贮存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。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：以细颗粒为主的煤在煤河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文8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、e 类 95%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；f 类堵塞现象主要是细煤在仓壁上的沾附导致的，其堵塞概率绝大部分发生在煤仓下仓口。1.31.3 改善煤仓通畅性的措施改善煤仓通畅性的措施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：（1）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取解决，一劳永逸的办法是设置专门分取长料的装置。（2）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。（3）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。（4）在煤仓上口机头卸煤位置设置倾斜一定角度的篦子，倾斜角度的设置以方便超限块料移去为目的，避免机头堵塞；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 45来确定。（5）由于煤仓高度往往达几十米，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，河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文9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高度位置横向设置弧形减坠梁，下坠原煤经多次缓冲及变向后下坠速度减小，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。（6）分析仓内原煤（主要是大块）斜向下落时的冲击位置，在仓壁经常被冲击处增加缓冲槽，一方面缓解原煤下落是的冲击力，另一方面改变原煤下落的方向，减缓下落速度，从而减少对仓底部存煤的冲击，降低压实度。（7）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。1.41.4 煤仓疏通技术的现状煤仓疏通技术的现状几十年来国内外专家、学者对有关煤仓防堵和疏通问题已经做了大量的分析研究工作, 但煤仓堵塞依然是困扰煤矿企业的老大难问题。总体来说,目前的煤仓疏通技术可分为主动防堵和被动疏通两个方面。主动防堵主要体现在煤仓的仓体设计、块煤和矸石的破碎以及加装辅助装置等几个方面; 被动疏通是当煤仓堵塞后, 用适当的煤仓疏通技术方法实现通堵。预防煤仓堵塞(主动防堵) 最根本的解决方式是煤仓在结构设计上充分考虑引起堵塞的各方面因素, 设计合理的结构、形状等以杜绝堵塞现象发生, 但煤仓堵塞问题一般很难绝对避免。目前河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文10采取的措施有煤仓设置破拱帽, 煤仓缩口部位采用高分子、超高分子聚乙烯材料, 缩口截面采用双曲线,下口采用振动给煤机等方法。这些方法对减少煤仓堵塞都取得了一定的效果, 但也存在一些缺陷和不足。例如平煤一矿的某些煤仓若用钢丝绳, 则很容易被砸断, 因此设置破拱帽并不合适; 采用高分子材料做衬里, 耐磨性不是很理想, 不少矿区不愿采用; 改变煤仓缩口形状需要施工, 工程量大, 对既定结构的在用煤仓显然不合适; 煤仓下口采用振动给煤机的方法目前是普遍采用的, 但堵塞问题仍然严重。煤仓堵塞问题一旦出现需要采取措施进行疏通, 即被动疏通。疏通方式目前采用的主要有以下几种：(1) 铁棍伸入仓内或短木接长捅堵塞部位适用于堵塞发现及时或堵塞不严重的情况。平煤一矿目前也采用这种方式, 但是危险性较大, 效果也不理想。(2) 绞车及钢丝绳拉通法在煤仓上口设 1 台绞车以双钢丝绳拉动, 也可在煤仓上下口各设 1 台小绞车, 来回拉动, 冲击物料的结拱处。这种方法可用在经常发生堵塞而又不易处理的煤仓中。但对于平煤一矿的在用煤仓, 由于贮煤压力过大, 钢丝绳根本拉不动, 且钢丝绳有可能被砸断, 因此并不适用。(3) 放水处理法当煤仓堵塞严重, 下口又有足够坚固的结构时, 可以从煤仓上口放大量的水,使水逐渐渗入到物料颗粒之间的空隙中。当水在煤仓中达到饱和时, 由于仓内阻力的降低而使结拱堵塞部分在自重的作用下滑动坠落。但放水处理法处理时间比较长, 现场污染严重, 而且也不够安全。河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文11(4) 钻机钻通法在贮仓上口用钻机将堵塞部分钻通。但当溜井很长时, 难以确定堵塞的位置,对于长度较大的煤仓, 需要的钻头将会相当长。(5) 高压气通法在贮仓底口开设观察孔, 将高压气管放置到堵塞部, 迅速开启阀门, 靠突然释放的气流冲击堵塞部。由于气体的冲力有限, 对于堵塞严重的情况此法无效, 而且也不够安全。(6) 设置高压水射流系统用高压水自下而上进行冲刷, 或在斗仓部分预先安装带径向喷嘴的环形高压水管, 供堵塞时使用。这种方式也是仅适用于堵塞发生位置相对固定的情形, 柔性差。(7) 采用空气炮进行疏通将一个或多个空气炮安装在斗仓或仓体容易起拱的内壁上, 当仓内堵塞时, 可随时向起拱处发射高压气体。这种方法目前在国内外得到广泛应用, 但其局限性是受煤仓结构上的限制, 有些煤仓结构不适合安装空气炮, 而且安装位置固定, 柔性同样很差。(8) 少量炸药崩震不少煤矿企业在煤仓出现堵塞时, 使用少量炸药伸到仓内靠近堵塞位置靠炸药的崩震作用实现疏通。此法极不安全, 很容易出现事故。鉴于以上种种方法的局限性，我们结合现场实际，在使用现有的任何一种疏通措施都不尽合理的艰难条件下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。河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文121.51.5 煤仓疏通煤仓疏通新技术的提出新技术的提出利用发射高速橡胶弹冲击破拱的方法实现煤仓疏通的新技术，目前此项技术已经申请国家专利。疏通装置尽量不采用电器设备, 且采用人工控制发射。本技术采用动高压原理, 由现场气源提供高压气体并安装蓄能罐进行高压气体蓄能, 蓄能罐不仅要提供橡胶弹发射动力, 还要提供快排阀的动作能源。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(破坏拱圈平衡力) , 实现疏通。利用这项技术所开发的疏通装置工作原理是利用现场的气源( 井下一般可达到 40513kPa) 作为动力, 由蓄能罐进行高压气体蓄能。在蓄能器蓄能之前, 先打开进气总阀使快排阀处于封闭位置, 然后打开蓄能罐进气阀 ,使蓄能器蓄能。观察压力表 , 待蓄能罐达到设定压力后, 操纵控制开关使快排阀动作, 高压气体冲击橡胶弹, 橡胶弹在增速筒内加速到一定的速度射出, 冲击煤仓内原煤堵塞位置, 实现破拱, 完成煤仓的疏通工作。可在一定距离内由人工远程控制发射, 安全可靠。新型疏通装置应包括以下几个结构：（1）增速及缓冲装置此装置实现橡胶弹在增速筒内一定时间的加速, 经计算储气罐达到 405.3 KPa 条件下, 弹体冲出增速筒上升 6 m 可达到 715 N的冲击力; 缓冲功能使橡胶弹发射后, 增速筒不至于刚性传递后坐力到角度调节部位。(2) 角度调节装置此装置的下端销轴可沿弧形轨道滑动, 使增速和缓冲装置实现河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文13发射角度调节, 以适应不同堵塞位置的需要。(3) 自动开启装置此装置是自动开启发射筒出口端盖的装置，其工作过程是当储气罐的压力达到一定程度时，自动开启装置自动打开发射筒出口端盖；当橡胶子弹发射完毕后，发射筒出口端盖自动关闭。（4）高度调节和底座完成增速筒适应煤仓观察孔的高度调节和整个疏通装置的支撑。疏通装置主体可安装在下支座上, 供现场安装时调节高度, 也可去掉支座, 以适应不同的现场条件要求。疏通装置从煤仓下部的观察孔处射入橡胶弹, 其发射角度可根据不同的堵塞位置调节, 柔性很好,发射的高度由储气罐中的压力调节来保证。1.61.6 立式煤仓疏通装置立式煤仓疏通装置这种新型的煤仓疏通装置将提供一种结构简单、适应、性强、操作方便、安全可靠、疏通效率较高的立时煤仓疏通装置，能够有效的解决煤仓起拱堵塞问题。结构如下图 1.3。图 1.3 中标号名称：1、三角支架；2、螺旋手柄；3、托板；4、支柱；5、弧形支座；6、橡胶拖轮；河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文147、弹簧套筒；8、侧向支架；9、自动开启机构；10、铰链；11、发射筒出口端盖；12、气源；13、进气总阀；14、发射开关；15、进气阀；16、快排阀；17、储气罐；18、发射筒。河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文15图 1.3：立式可调煤仓疏通装置结构简图在三角支架 1 上依次设置有螺旋手柄 2 及托板 3，通过调整螺旋手柄，进而调整发射筒的高度。托板的上面一侧固定设置有弧形支座 5，托板的上面另一侧设置有支柱 4，支柱的上端通过侧向支架 8 连接在储气罐 17 的侧壁，储气罐 17 的底部通过弹簧套筒7 与橡胶托轮 6 固定连接，橡胶托轮 6 顶在弧形支座 5 的弧形弯曲河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文16表面，弹簧套筒 7 用于缓冲橡胶弹发射后产生的后坐力。储气罐17 内部中间位置设置有发射筒 1，储气罐下部一侧设置有进气阀15，进气阀 15 通过高压软管及进气总阀 13 连接到高压气源 12。发射筒 18 内下部设置有快排阀 16，快排阀 16 通过发射开关 14、高压软管及进气总阀 13 连接到高压气源 12。储气罐上部一侧设置有自动开启机构 9，自动开启机构通过铰链 10 与发射筒出口端盖11 相连接，在发射橡胶弹时打开发射筒出口端盖，发射完毕后，关闭发射筒出口端盖。高压气源可直接利用煤矿井下的气源即可，根据煤仓的规格大小，本疏通装置可制成系列产品。1.71.7 立式煤仓疏通装置工作立式煤仓疏通装置工作过程过程本煤仓疏通装置由现场气源提供高压气体，储气罐用来高压气体储能，作为橡胶弹发射动力能源。由受控的高压气体冲击橡胶弹，使橡胶弹在发射筒内加速，达到一定的速度后冲击煤仓内的堵塞位置，破坏堵塞起拱，完成疏通。根据上图 4 叙述本煤仓疏通装置的工作原理：三角支架 1 上装有托板 3，，托板 3 的高度可通过与之相连的螺旋手柄 2 调整，进而调整发射筒 18 的高度。根据堵塞位置和煤仓下观察孔开口位置推动橡胶托轮 6 沿弧形支座 5 运动来调整发射筒 18 的高度。确定好发射筒 18 的位置后，用螺母固定橡胶托轮 6，进而固定整个发射装置。弹簧套筒 7 用于缓冲橡胶弹发射后产生的后坐力。打开进气总阀 13，使发射开关 14 处于进气状态，即使快排阀 16 复位处于关闭状态，打开进气阀 15 使储气罐 17 开始储能，达到一定压力后，自动开启机构 9 通过铰链 10 打开发射筒出口端盖 11，将橡胶弹装入发射筒。当储气罐 17 中的气体压力达到设定值后，关河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文17闭进气总阀 13。检查无误后，扳动发射开关 14，在内外压差的作用下快排阀 16 瞬间动作，储气罐 17 中的高压气体瞬时进入发射筒 18，使橡胶弹在发射筒 18 中加速后射出，直接冲击煤仓堵塞处。橡胶弹发射后，储气罐 17 内气压瞬间下降，在弹簧作用下自动开启机构 9 复位，发射筒出口端盖 11 自动闭合。重复以上过程可多次发射橡胶弹，直至煤仓堵塞处被疏通。本设计的主要内容包括：（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）设计立式煤仓疏通装置结构及零件（4）设计快排阀结构及自动开启机构河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文182.2.外部尺寸的设计计算外部尺寸的设计计算2.12.1 发射筒的设计计算发射筒的设计计算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，因此经过分析比较，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(H75 型)。氯醇橡胶密度为1.37根据设计要求，炮弹（1.30）g/cm3。设计橡胶弹为圆柱形，其直径为 80mm，长度为 100mm，其体积为：502.4 cm3, 其质量为：0.688Kg。能够上升的高度应该达到 150m 以上，储气罐压力初定达到 0.4Mp 后发射炮弹。气压推动橡胶弹的有效作用面积为橡胶弹的大圆面积。 S=2r= =3.142450.242cm =0.0050242m得橡胶弹初始推力为：060.4 100.0050242010fp sN河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文19假定炮弹能够上升好 h=200m，则炮弹离开炮口的速度的平方为：2022 9.8 2003920vgh 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，由于橡胶弹在加速筒里的推力远大于其自身的重力，所以橡胶弹的加速度为：2/2010/0.3675476.84/af mm s加速筒的长度为：。20/(2 )3920/(2 5476.84)0.35935.9Lvamcm由于橡胶弹在加速筒中上升的过程中肯定会有压力损失，考虑到橡胶子弹的收缩性及与发射筒之间的空隙，以及整个装置的配合与平衡，所以选定加速筒的长度为 67cm。参考已有设备，炮筒壁厚定为 10mm。气压推动橡胶弹的有效作用面积为橡胶弹的大圆面积：河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文2022223.14 450.240.005024Srcmm得橡胶弹初始推力为：060.4 100.0050242010Fp SN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21()2(20100.688 9.8) 0.671342mvFmg LJ计算得，橡胶弹出口速度：V063m/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=62m/s。假设橡胶弹的冲击作用可分为两类：弹体在极短的时间内穿入堵塞的原煤中；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 FTMV，对于第种情况：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 0.1s，则可得橡胶弹对煤仓堵塞处拱脚的冲河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文21击力：F0.6886210427N即 44kg，作用时间越短，冲击力越大。对于第种情况：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：16kg(增速筒稍短时，橡胶弹冲击速度有所下降，冲击力随之下降)。考虑到发射装置的密闭性及气压要求，发射筒底部与快排阀采用螺纹密封连接，安装时螺纹上缠密封胶带。考虑到到攻丝螺纹，因此采用在机械结构中用途最广的 45 钢，它不仅强度、硬度较高，且兼有良好的塑性和韧性，经济性能较好，综合性能优良。攻丝内螺纹长 25mm。壁厚选用 4mm，因钢结构优良，且压力仅有0.5MPa，无拉压负载，无需校核。因此最后可确定发射筒基本数据如下：发射筒长 L=670mm外径 D=113mm内径 d=95mm壁厚 h=9mm内螺纹长 l=25mm大径 d1=99mm河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文22材料采用 45 钢，铸造，调质处理。其结构如图 2.1图图 2.1：立式煤仓疏通装置发射筒：立式煤仓疏通装置发射筒河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文232.22.2 储气罐的设计计算储气罐的设计计算初步设定立式煤仓疏通装置的储气罐的相关尺寸，并作出如下计算：（1）发射筒内腔体积 V1 ：选定发射筒长度 L1=670mm，其内腔的半径 r=47.5mm，则有：3332211m10543. 2m04025. 014. 35 . 0rLV（2）活塞回退膨胀体积 Va ：选定活塞长度 L2=68mm，其半径r=30mm，则得其体积：343222am10922. 1m03. 014. 3068. 0rLV（3）阀口体积 Vb ：选定阀口长度 L3=26mm，阀口半径r=20mm，可得阀口体积为：353223bm10266. 3m02. 014. 3026. 0rLV（4）连接软管体积 Vc ：选定连接管长度 L4=10000mm，其半径 r=20nn，则可得连接软管体积为：323224cm10256. 1m02. 014. 310rLV（5）储能器总体积 Vo ：河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文2433i1baiciOm10856.24VVVVVVVV由热力学第二定律：PV/TC(常数)，则 0.5Vi=0.4V0可得：Vi10L考虑到储气罐及其输送管道并不是理想的密封，所以会有气体的泄露，取气体泄漏系数为 K=1.2，则储能器的最小体积应为12L。（6）若设计为储气罐外包气室结构，选定相关尺寸如下：储气罐外径 R2180.5mm外包气室环腔内孔径 R3172.5mm环腔大径 R457.5mm气室长 L550mm通过计算可得储能器气室容积为：V245.6L。（7）储能器压力校核发射气压暂设定为 0.5MPa，设储能器的实际压力为 X，则由气压守恒可得如下方程：0.50.0142=X(0.0142+0.0025431.2)可求得储能器的实际压力：X=0.41MPa0.5MPa故满足压力要求。储气罐是封存高压气体的容器，密闭性要求极高，且考虑到整个装置的体积要求，发射筒和快排阀连接体均处于储气罐内部且与外部相通，储气罐两端一端与发射筒壁密封连接，另一端与河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文25快排阀阀体密封连接。考虑到连接的密闭性及使用要求，两端的密封连接均用手工圆周焊接。储气罐运用 Q235 碳素结构钢，塑性、韧性优良且经济性好，便于焊接。整个选用一钢管和两块中心开孔的圆钢板焊接而成，一圆钢板中心开 150mm 孔，以便于与快排阀阀体相焊接（快排阀阀体下部直径 d=146mm,将在后面章节提到）；另一圆钢板中心开 115mm 孔，以便于与发射筒壁焊接（发射筒外径 D=113mm,见上一章节），在距离中心孔 110mm 处开 48mm 的圆孔，以便于与自动开启机构密封焊接（自动开启机构下缸体直径d=46mm,见后面章节），焊接要求中心度不大于 0.08，以便于与发射筒和快排阀的连接.为便于焊接，焊接两端的钢板外留 10mm 的边缘。整个装置材料易取得，手工焊接方便操作，适合小批量生产。综上所述，储气罐的基本数据如下：储气罐长 L=550mm外径 D=361内径 d=345圆钢板 1 外圆直径 D1=381mm内圆直径 d1=150mm壁厚 h1=10mm。圆钢板 2 外圆直径 D2=381mm内圆直径 d2=115mm壁厚 h2=10mm，与之相距 110mm 的中心孔 d3=48mm。三个部件均采用 Q235 钢，采用手工焊接，同轴度要求不大于0.08。结构图如图 2.2河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文26图图 2.2 储气罐储气罐2.32.3 发射筒出口端盖设计发射筒出口端盖设计发射筒出口端盖与焊接在发射筒壁上的铰链相连接，铰链的另一端与自动开启机构相连，当有气体压入储气罐时，达到一定压力后，自动开启机构下拉，通过铰链拉动发射筒出口端盖，端盖打开，把橡胶子弹装入发射筒，压力达到后即可发射使用。由于本疏通装置在环境恶劣的矿井下操作使用，因此出口端盖可在一定程度上防止颗粒及粉尘侵入发射筒堵塞快排阀，保证装置内的清洁度。出口端盖设计成圆形钢板，采用 Q235 钢材料，与铰链一段焊接。由于发射筒外径 D=113mm，因此将出口端盖设计成直径为 130mm，厚 8mm 的圆形钢板，边缘倒 145的角，综上发射筒出口端盖数据如下：圆形钢板直径为 130mm,厚 h=8mm 边缘 145倒角河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文27采用 Q235 钢图图 2.3 发射筒出口端盖发射筒出口端盖2.42.4 铰链的设计计算铰链的设计计算本设计中铰链是连接发射筒出口端盖和自动开启机构上端部的机构，铰链由焊接在发射筒壁上的支撑结构和一端与发射筒出口端盖相焊接、另一端与自动开启机构相连接的转动体相连接。支撑结构一端焊接在发射筒壁上，另一端与转动体通过转动轴相连接，结构简单，不再作详细阐述。转动体功能要求在自动开启机构下拉时，转动体能与拉动发射筒出口端盖将发射筒完全露出来，不能阻碍子弹的发射。在此设计中，结合立式煤仓疏通装置的整体结构，此转动体设计成 T 形结构，转角较大，能够满足使用要求。转动体为满足力学要求，设计壁厚 40mm，采用 Q235 钢，结构如图 2.4：河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文28图图 2.42.4：自动开启机构铰链转动体：自动开启机构铰链转动体河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文293.3.快排阀的设计快排阀的设计3.13.1 快排阀的基本条件快排阀的基本条件快排阀，即快速排气阀的简称，是本立式煤仓疏通装置中重要组件之一。快排阀是单向型方向控制元件，可将储能器中的压缩空气快速排放，以实现高压气体在瞬间冲出，产生很大的冲击力，以推动橡胶弹快速射出，完成煤仓疏通。快排阀一共由六部分组成，分别是阀盖、阀体、弹簧垫片、圆柱压缩弹簧、活塞和密封圈。以下将对每个零部件进行设计及其校核。（1）阀门的公称通径阀门进出口通道的名义直径叫做阀门的公称通径。用 Ds 表示（试行国标用 DN 表示），单位为毫米（mm）。阀门的公称通径在国家标准 GBl07470 中作了规定。阀门的公称通径系列如表 1。表表 1 1 阀门的公称通径系列（阀门的公称通径系列（mmmm）3 3 6 6 1010 1515 2020 2525 3232 4040 5050 6565 8080 100100 125125150150 （175175） 200200 （225225） 250250 300300 350350 400400 450450 500500600600 700700 800800 900900 10001000 12001200 14001400 16001600 18001800 2000200022002200 24002400 26002600 28002800 30003000河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文30（带括号的仅限于特殊阀门）在通常情况下，阀门的公称通径与实际通径是一致的，在高压化工、石油上用的锻造阀门存在着公称通径与实际通径不太一致的现象。由表 1-1 所示，选择公称直径分别为 32mm 和 50mm。（2）阀门的公称压力阀门创名义压力叫做阀门的公称压力。用 Ps 表示（试行国标用 PN 表示，压力单位为巴），单位为公斤力平方厘米（kcfcm2）。阀门上如标注 P616，表示此阀门公称压力为 16 公斤力平方厘米。阀门的公称压力在国家标准 GBl04870 中作了规定。阀门的公称压力系列如表 2。表表 2 2 阀门的公称压力系列（阀门的公称压力系列（kgf/kgf/ cmcm2 2）1 1 2.52.5 4 4 6 6 1010 1616 2525 4040 6464 100100 160160 160160 200200 250250 320320 400400 500500 640640 800800 10001000阀门的实际耐压能力，往往比阀门公称压力大得多，这是设计时考虑了安全系数的缘故。在阀门的强度耐压试验时，按规定允许超过公称压力外，在阀门的工作状态下，是严始超压工作的，一般选用小于公称压力值。结合气源提供的气压以以及煤仓疏通工作所需要的动力，由表 2 可选择阀门公称压力为 Ps=6kgf/ cm2河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文313.23.2 快排阀设计及工作原理快排阀设计及工作原理顾名思义，快排阀的功能是快速排出通过阀门的气体，例如供给储能器的蒸汽压力很高，需要通过快排阀快速排放，以达到使橡胶弹快速射出。这样的阀门要求能白动降低压力（也就是在没有手工操作时）。当然，正确设计和安装的快排阀(如大家知道的进出口方向相反及上下颅倒)应是不管进口压力怎样波动(当然不能低于所要求的出口压力)，而减压后给出的压力总是常数。虽然快排阀的设计各有不同，但在快速排放过程中都要起减压作用这一点是相同的。由于供给立式煤仓疏通装置储能器的气体压力要尽可能保持不变，而通常产生的气体压力比流过汽轮机所需的压力要高，这个快排阀应具有对进口压力的波动速度很敏感的结构。此外，蒸汽流过减压阀阀匝

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