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河南理工大學萬方科技學院
本科畢業(yè)設計（論文）中期檢查表
指導教師：劉建慧 職稱：副教授
所在院（系）：機械與動力工程系 教研室（研究室）：機械樓202
題 目
立式煤倉疏通裝置設計
學生姓名
翟 園
專業(yè)班級
07機制2班
學號
0720150085
1、 選題質(zhì)量：
1） 煤倉堵塞機理與通堵技術(shù)比較容易理解，但通堵機的設計較為復雜，用到了大學四年所學的
大部分知識，符合培養(yǎng)目標，體現(xiàn)綜合要求。
2）本次設計的重點是通堵機的設計，難易程度適中。
3）本次設計要首先了解煤倉的堵塞機理與通堵技術(shù)，然后在此基礎上，本文根據(jù)平煤天安一礦
的情況進行了分析研究，充分說明了煤倉堵塞機理與通堵技術(shù)及設備的數(shù)據(jù)采集和計算經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，需要對多個部件進行設計計算，包括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)射裝置等，工作量較大。
4）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。在此背景下針對平煤天安一礦的安全生產(chǎn)需要提出煤倉堵塞機理與通堵技術(shù)及相關設備的研究課題有著重要意義：（1）本課題有助于保障煤倉的輸送能力，提高輸送效率；（2）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；（3）研究成果的有效推廣有助于平煤天安一礦安全管理水平的提升。
2、 開題報告完成情況：
開題報告已經(jīng)圓滿完成并通過了指導老師的檢查
三、階段性成果：
本人查閱了相關方面的資料和文獻，對煤倉堵塞機理與通堵技術(shù)有了充分的了解，并進行了
總體方案的確定，目前已開始正文部分的工作
4、 存在主要問題：
1、通堵機部件較多不知是否都要進行設計計算
2、不知從哪個部分開始進行設計計算
3、對通堵機的系統(tǒng)還缺乏清晰充分的認識
4、獲得的資料不夠充分，對通堵機的總體設計方案感覺不夠全面
5、對局部零件的設計缺乏經(jīng)驗
6、關于部件的cad圖缺乏設計經(jīng)驗
五、指導教師對學生在畢業(yè)實習中，勞動、學習紀律及畢業(yè)設計（論文）進展等方面的評語
指導教師： （簽名）
年 月 日
3
河南理工大學萬方科技學院
本科畢業(yè)設計（論文）中期檢查表
指導教師： 鄭建新 職稱： 副教授
所在院（系）： 機械與動力工程學院 教研室（研究室）： 機制教研室
題 目
立式煤倉疏通裝置
學生姓名
蔡大崧
專業(yè)班級
機制07-2班
學號
0720150165
一、選題質(zhì)量：
蔡大崧同學這次所選的題名為立式煤倉疏通裝置，內(nèi)容涉及到對發(fā)射筒的設計的設計和自動開啟機構(gòu)的設計以及快排閥的設計。這次設計與所學的專業(yè)課程緊密聯(lián)系，符合專業(yè)培養(yǎng)目標。這次的設計工作中需要對大學四年所學的知識進行綜合的加以應用，能熟悉的應用有關的參考資料，并且能培養(yǎng)查找專業(yè)的資料。這次的設計所選的題名比較新穎，并且第一次接觸煤倉疏通裝置的設計，學生要單獨去完成，工作量比較大，這能培養(yǎng)同學的自主創(chuàng)新的能力。
二、開題報告完成情況：
查閱大量相關輸送機資料和文獻，經(jīng)過指導老師的審查，提出該畢業(yè)設計題目，開題報告已順利完成。
三、階段性成果：
1、收集并整理設計所需的相關資料，完成外文資料翻譯、撰寫開題報告；
2、完成系統(tǒng)方案設計及方案論證；
3、完成立式煤倉疏通裝置設計計算。
四、存在主要問題：
1、分析立式煤倉疏通裝置的原理
2、自動開啟機構(gòu)計算
3、快排閥設計
4、壓力彈簧選型
五、指導教師對學生在畢業(yè)實習中，勞動、學習紀律及畢業(yè)設計（論文）進展等方面的評語
指導教師： （簽名）
年 月 日
3
河南理工大學萬方科技學院
本科畢業(yè)設計（論文）開題報告
題目名稱
立式煤倉疏通裝置設計
學生姓名
蔡大崧
專業(yè)班級
機制07-2班
學號
0720150165
一、 選題的目的和意義：
通過調(diào)研目前市場上的各種煤倉輸送設備，設計出性價比更高更合理的礦用煤倉疏通系統(tǒng)，更好的解決目前煤礦運輸系統(tǒng)中的問題。
樹立正確的設計思想，為以后在工作中遇到相關問題提供解決依據(jù)，同時培養(yǎng)我們綜合運用所學的基礎理論、基本知識和基本技能，提高分析解決實際問題的能力，領會基本理論和深化理論知識，檢驗學生綜合素質(zhì)與實踐能力。
接受工程師必須的綜合訓練，提高實際工作能力，如調(diào)查研究、查閱文獻和收集資料并進行分析的能力；制訂設計或試驗方案的能力；設計、計算和繪圖能力；總結(jié)提高撰寫論文的能力。
通過本次畢業(yè)設計，能使我們把先修的基礎和專業(yè)基礎課程中所獲得的理論知識在實際的設計工作中綜合地加以應用，通過畢業(yè)設計之后能夠熟練應用有關參考資料、計算圖表、手冊；熟悉有關的國家標準和部頒標準，為以后成為優(yōu)秀的工程技術(shù)人員打下良好的基礎。
二、 國內(nèi)外研究綜述：
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。
現(xiàn)代化生產(chǎn)都是以自動化流水形式為代表，而其組成大部分都是輸送環(huán)節(jié)，沒有可靠的輸送環(huán)節(jié)自動流水作業(yè)的效率就會大打折扣。目前，在煤炭行業(yè)中所設置的煤倉成為聯(lián)系井上下各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的重要樞紐，原煤多是由煤倉經(jīng)錐形漏斗依靠自重流動輸送。在輸送過程中出現(xiàn)的煤倉堵塞現(xiàn)象已經(jīng)成為各煤礦所面臨的普遍性難題，嚴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。
三、 畢業(yè)設計（論文）所用的主要技術(shù)與方法：
1. 在學校圖書館查閱相關資料。
2. 在工廠的實踐畢業(yè)實習。
3. 通過老師和工程師的指導。
4. 通過瀏覽因特網(wǎng)上的相關資料。
5. 通過對相關資料和數(shù)據(jù)的理論計算和分析
四、 主要參考文獻與資料獲得情況：
[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] 張嵐 弓海霞 劉宇輝主編 . 新編實用液壓技術(shù)手冊 . 人民郵電出版社 2008
[3] 王益群 高殿容主編 . 液壓工程師技術(shù)手冊 . 化學工業(yè)出版社 2010
[4] 李壯云主編 . 液壓氣動與液力工程手冊 . 電子工業(yè)出版社 2008
[5] 雷天覺主編 . 新編液壓工程手冊 . 北京理工大學出版社 1998
[6] 辛一行主編 . 現(xiàn)代機械設備設計手冊 . 機械工業(yè)出版社 2000
[7] 徐灝主編 . 機械設計手冊 . 機械工業(yè)出版社 1991
[8] 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 2008
[9] 杜文豐主編 . Auto CAD2004中文版機械制圖 . 北京大學出版社 2003
[10] 顧崇銜 主編. 機械制造工藝學. 陜西科學技術(shù)出版社 1999
[11]孔慶華 劉傳紹 主編. 極限配合與測量技術(shù)基礎. 同濟大學出版社，2002
[12] 孫桓 陳作模 葛文杰主編. 機械原理 . 高等教育出版社 2006
[13] 濮良貴 紀名剛編著. 機械設計 . 高等教育出版社 2007
五、 畢業(yè)設計（論文）進度安排（按周說明）
第5~6周：熟悉設計題目，掌握所設計的系統(tǒng)的工作原理，通過網(wǎng)絡、圖書館尋找相關的資料，并認真閱讀，逐步形成設計思路，完成畢業(yè)設計開題報告；
第7~10周：著手開始設計，通過查閱相關資料和設計手冊，設計各個零件的形狀、尺寸，統(tǒng)籌兼顧，并不斷完善各種尺寸；
第11~13周：在老師的指導下，修改設計的零件，使整個系統(tǒng)更加完善、合理。然后用Auto CAD軟件，繪制各零件圖和裝配圖圖；
第14~16周：整理設計資料，完成畢業(yè)設計論文
六、 指導教師審批意見：
指導教師： （簽名）
年 月 日
3
河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 1 摘 要 煤礦井下煤倉是聯(lián)系井上下各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的重要樞紐，是煤礦生 產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，原煤多是由煤倉經(jīng)錐形漏斗依靠自重流動 輸送。在輸送過程中出現(xiàn)的煤倉堵塞現(xiàn)象已經(jīng)成為各煤礦所面臨的普 遍性難題，嚴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。處 理煤倉堵塞事故到目前還未找到一個安全可靠的方法，不但影響正常 生產(chǎn)，而且時有人員傷亡事故發(fā)生。因此，如何研究解決煤倉堵塞問 題，最大限度地減少或杜絕處理煤倉堵塞是非常必要的。 立式煤倉疏通裝置由現(xiàn)場氣源提供高壓氣體，儲氣罐用來高壓 氣體儲能，作為橡膠彈發(fā)射動力能源。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，達到一定的速度后沖擊煤倉內(nèi)的堵塞位置， 破壞堵塞起拱，完成疏通。 關鍵詞：煤倉 堵塞 疏通 快排閥 自動開啟機構(gòu) 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(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 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 1 目錄 1.概述 ..................................................1 1.1 煤倉簡介及存在問題 .................................1 1.2 煤倉堵塞的原因及形式 ...............................2 1.2.1 煤倉堵塞的原因 .................................2 1.2.2 煤倉堵塞機理研究 ...............................3 1.3 改善煤倉通暢性的措施 ...............................8 1.4 煤倉疏通技術(shù)的現(xiàn)狀 .................................9 1.5 煤倉疏通新技術(shù)的提出 ..............................11 1.6 立式煤倉疏通裝置 ..................................13 1.7 立式煤倉疏通裝置工作過程 ..........................16 2.外部尺寸的設計計算 ...................................18 2.1 發(fā)射筒的設計計算 ..................................18 2.2 儲氣罐的設計計算 ..................................22 2.3 發(fā)射筒出口端蓋設計 ................................26 2.4 鉸鏈的設計計算 ....................................26 3.快排閥的設計 .........................................28 3.1 快排閥的基本條件 ..................................28 3.2 快排閥設計及工作原理 ..............................29 3.3 快排閥材料的選擇 ..................................32 3.4 快排閥氣密性的檢測 ................................36 4.自動開啟機構(gòu)的設計 ...................................39 4.1 自動開啟機構(gòu)的整體設計及工作原理 ..................39 4.2 下缸體的設計計算 ..................................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 螺紋套筒的設計計算 ................................44 4.4 空管活塞桿的設計計算 ..............................45 4.4.1 空管活塞桿的整體設計 ..........................45 4.4.2 活塞壓力的計算 ................................45 4.5 壓縮彈簧的設計計算 ................................48 4.6 大小密封圈及橡膠套圈 ..............................50 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 2 5.其他部件的設計計算 ...................................51 5.1 法蘭盤的設計計算 ..................................51 5.2 弧形支座的設計 ....................................51 5.3 發(fā)射橡膠彈后座力緩沖彈簧計算： ....................52 致謝 ...................................................53 參考文獻 ...............................................54 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 1 1.概述 煤礦井下煤倉的儲存和吞吐是煤礦生產(chǎn)過程中的一個重要環(huán) 節(jié), 是煤礦生產(chǎn)運輸中不可缺少的關鍵部位, 對煤礦的生產(chǎn)能力 起著決定性作用。煤倉也是井下開拓布置中不可缺少的井巷工程， 有貯存煤炭及運輸煤炭(靠煤炭自重下滑)的作用。隨著我國采煤 業(yè)綜合機械化程度的逐步提高和采區(qū)集中生產(chǎn)的不斷實現(xiàn)，煤倉 的容量逐漸增大，使用效率也越來越高。但是，在煤礦生產(chǎn)過程 中經(jīng)常發(fā)生煤倉堵塞事故，處理煤倉堵塞事故到目前還未找到一 個安全可靠的方法，不但影響正常生產(chǎn)，而且時有人員傷亡事故 發(fā)生。因此，如何研究解決煤倉堵塞問題，最大限度地減少或杜 絕處理煤倉堵塞是非常必要的 1.1 煤倉簡介及存在問題 隨著礦井機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 力具有較大的波動性。出煤時多時少，致使各環(huán)節(jié)運輸設備忙閑 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、 運輸?shù)龋┰O備的工作時間（遲早或長短） 、動作方式（連續(xù)或周期） 的不同以及可能發(fā)生的各種機電設備故障等的影響，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 平的實際運輸（或提升能力） ，甚至影響整個礦井生產(chǎn)的正常進行。 為了解決上述矛盾，需在相互有牽連的提升、運輸各環(huán)節(jié)之間設 置各種類型的井下煤倉或礦倉，而且要求其有一定容量。 目前國內(nèi)原煤倉大都是水泥，鋼，水泥鋼混合式結(jié)構(gòu)。其結(jié) 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(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，故愈向下流 動，面積愈小，對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，粗細度化，溫度變化， 物料在窗口容器存放的時間長短，容器壁摩擦系數(shù)大小都是堵塞 的基本原因。 經(jīng)調(diào)研及實驗，堵塞后的形狀，大致分為拱狀，拋物線狀， 少數(shù)為錐狀，個別呈鼠洞狀等。堵塞的部位多數(shù)在煤閘門上 1.5m 以內(nèi)，在這個范圍內(nèi)某處開始粘結(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 煤倉堵塞的原因及形式 1.2.1 煤倉堵塞的原因 煤倉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： 一是煤倉內(nèi)存煤太少。因為煤塊是從幾十米的高度落下來， 煤倉的深度越深，加速度越大，隨之器沖擊動量也非常大。所以 一定塊度的煤礦石在重力的作用下，逐漸沖擊壓實密結(jié)，再次放 煤時，就很可能發(fā)生堵塞。 二是煤倉存煤時間太長。由于煤倉內(nèi)貯存時間過長，加之煤 的濕度的影響，無形中增大了煤炭與倉壁之間的摩擦力，因而造 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 3 成堵塞。 三是管理不善大煤塊或異物入倉。煤倉或溜煤眼入口處，未 按要求設置篩蓖或篩蓖口過大，致使大塊煤及研石進人倉內(nèi)，甚 至使一些背板、撐木、破風筒、廢伯鑰絲繩等進人煤倉，而造成 堵塞。 四是由于施工質(zhì)量問題造成結(jié)構(gòu)性堵倉。如該煤倉雙漏斗分 煤器處，由于施工問題造成 500 mm 平臺的產(chǎn)生，這樣就增大了溜 煤阻力，經(jīng)上部的煤打擊夯實而逐漸集結(jié)成型起拱而造成堵倉。 五是煤倉內(nèi)存煤滯留時間過長，形成倉內(nèi)底煤受壓成固體狀 而造成堵塞。 1.2.2 煤倉堵塞機理研究 （1） 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)因主要是指原煤的物理機械性質(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，因井下環(huán)境溫差 很小，原煤在倉內(nèi)流動緩慢，煤倉堵塞受溫度的影響不大；堵塞 煤倉起決定作用的因素主要是原煤的粒度組成、含水量等。粒度 組成不同，原煤在倉內(nèi)的壓實度也不同；原煤濕度的增加會促進 粘結(jié)力的增長。 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。但其中堵塞煤倉的重 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 4 要因素是溜煤口的斷面尺寸和倉內(nèi)存煤的壓實度。 本裝置旨在不改變現(xiàn)有煤倉結(jié)構(gòu)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(gòu) 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。 (2) 原煤溜放的類型與煤倉堵塞形式： 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； 細顆粒狀(或粉狀)為主的：當原煤中細?；蚍哿蠟橹饕?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。 (3) 煤倉堵塞機理分析 粗顆粒狀(或塊狀)為主的原煤 對于粗顆粒狀(或塊狀)的原煤在倉內(nèi)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。 卡塞性堵塞絕大多數(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 2 (a)、(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， 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 5 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 1.1 光學彈性模型中粗粒物料機械卡塞時力的傳遞情況 細顆粒狀(或粉狀)為主的原煤 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 2(c)、(d)、(e)、(f)）現(xiàn)象較為復雜，受許多因素的影響，其 中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(gòu)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。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 6 圖 1.2 煤倉堵塞的幾種現(xiàn)象 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)拱堵塞現(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)。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 7 影響壓實度的因素： 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。 垂直倉 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。 貯存時間的影響 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。 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 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 8 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，其堵塞 概率絕大部分發(fā)生在煤倉下倉口。 1.3 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： （1） 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 問題最好能夠在采取解決，一勞永逸的辦法是設置專門分取長料 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。 （3）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。 （4） 在煤倉上口機頭卸煤位置設置傾斜一定角度的篦子， 傾斜角度的設置以方便超限塊料移去為目的，避免機頭堵塞；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。 （5） 由于煤倉高度往往達幾十米，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， 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 9 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 不同高度位置橫向設置弧形減墜梁，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。 （6） 分析倉內(nèi)原煤（主要是大塊）斜向下落時的沖擊位置， 在倉壁經(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，另一方面改變原煤下落的方向，減緩下落速度，從而減少對 倉底部存煤的沖擊，降低壓實度。 （7） 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。 1.4 煤倉疏通技術(shù)的現(xiàn)狀 幾十年來國內(nèi)外專家、學者對有關煤倉防堵和疏通問題已經(jīng) 做了大量的分析研究工作, 但煤倉堵塞依然是困擾煤礦企業(yè)的老 大難問題?？傮w來說,目前的煤倉疏通技術(shù)可分為主動防堵和被動 疏通兩個方面。 主動防堵主要體現(xiàn)在煤倉的倉體設計、塊煤和矸石的破碎以 及加裝輔助裝置等幾個方面; 被動疏通是當煤倉堵塞后, 用適當 的煤倉疏通技術(shù)方法實現(xiàn)通堵。 預防煤倉堵塞(主動防堵) 最根本的解決方式是煤倉在結(jié)構(gòu)設 計上充分考慮引起堵塞的各方面因素, 設計合理的結(jié)構(gòu)、形狀等 以杜絕堵塞現(xiàn)象發(fā)生, 但煤倉堵塞問題一般很難絕對避免。目前 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 10 采取的措施有煤倉設置破拱帽, 煤倉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,下口采用振動給煤機等方 法。這些方法對減少煤倉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若用鋼絲繩, 則很容易 被砸斷, 因此設置破拱帽并不合適; 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; 改變煤倉縮口形狀需要施 工, 工程量大, 對既定結(jié)構(gòu)的在用煤倉顯然不合適; 煤倉下口采 用振動給煤機的方法目前是普遍采用的, 但堵塞問題仍然嚴重。 煤倉堵塞問題一旦出現(xiàn)需要采取措施進行疏通, 即被動疏通。 疏通方式目前采用的主要有以下幾種： (1) 鐵棍伸入倉內(nèi)或短木接長捅堵塞部位 適用于堵塞發(fā)現(xiàn)及時或堵塞不嚴重的情況。平煤一礦目前也采 用這種方式, 但是危險性較大, 效果也不理想。 (2) 絞車及鋼絲繩拉通法 在煤倉上口設 1 臺絞車以雙鋼絲繩拉動, 也可在煤倉上下口 各設 1 臺小絞車, 來回拉動, 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中。但對于平煤一礦的在用 煤倉, 由于貯煤壓力過大, 鋼絲繩根本拉不動, 且鋼絲繩有可能 被砸斷, 因此并不適用。 (3) 放水處理法 當煤倉堵塞嚴重, 下口又有足夠堅固的結(jié)構(gòu)時, 可以從煤倉上 口放大量的水,使水逐漸滲入到物料顆粒之間的空隙中。當水在煤 倉中達到飽和時, 由于倉內(nèi)阻力的降低而使結(jié)拱堵塞部分在自重 的作用下滑動墜落。但放水處理法處理時間比較長, 現(xiàn)場污染嚴 重, 而且也不夠安全。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 11 (4) 鉆機鉆通法 在貯倉上口用鉆機將堵塞部分鉆通。但當溜井很長時, 難以確 定堵塞的位置,對于長度較大的煤倉, 需要的鉆頭將會相當長。 (5) 高壓氣通法 在貯倉底口開設觀察孔, 將高壓氣管放置到堵塞部, 迅速開啟 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 于堵塞嚴重的情況此法無效, 而且也不夠安全。 (6) 設置高壓水射流系統(tǒng) 用高壓水自下而上進行沖刷, 或在斗倉部分預先安裝帶徑向噴 嘴的環(huán)形高壓水管, 供堵塞時使用。這種方式也是僅適用于堵塞 發(fā)生位置相對固定的情形, 柔性差。 (7) 采用空氣炮進行疏通 將一個或多個空氣炮安裝在斗倉或倉體容易起拱的內(nèi)壁上, 當 倉內(nèi)堵塞時, 可隨時向起拱處發(fā)射高壓氣體。這種方法目前在國 內(nèi)外得到廣泛應用, 但其局限性是受煤倉結(jié)構(gòu)上的限制, 有些煤 倉結(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)在煤倉出現(xiàn)堵塞時, 使用少量炸藥伸到倉內(nèi)靠近 堵塞位置靠炸藥的崩震作用實現(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)場實際，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。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 12 1.5 煤倉疏通新技術(shù)的提出 利用發(fā)射高速橡膠彈沖擊破拱的方法實現(xiàn)煤倉疏通的新技術(shù)， 目前此項技術(shù)已經(jīng)申請國家專利。疏通裝置盡量不采用電器設備, 且采用人工控制發(fā)射。本技術(shù)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進行高壓氣體蓄能, 蓄能罐不僅要提供橡 膠彈發(fā)射動力, 還要提供快排閥的動作能源。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(破壞拱 圈平衡力) , 實現(xiàn)疏通。 利用這項技術(shù)所開發(fā)的疏通裝置工作原理是利用現(xiàn)場的氣源( 井下一般可達到 40513kPa) 作為動力, 由蓄能罐進行高壓氣體蓄 能。在蓄能器蓄能之前, 先打開進氣總閥使快排閥處于封閉位置, 然后打開蓄能罐進氣閥 ,使蓄能器蓄能。觀察壓力表 , 待蓄能罐 達到設定壓力后, 操縱控制開關使快排閥動作, 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, 沖擊煤倉內(nèi)原 煤堵塞位置, 實現(xiàn)破拱, 完成煤倉的疏通工作。可在一定距離內(nèi) 由人工遠程控制發(fā)射, 安全可靠。新型疏通裝置應包括以下幾個 結(jié)構(gòu)： （1）增速及緩沖裝置 此裝置實現(xiàn)橡膠彈在增速筒內(nèi)一定時間的加速, 經(jīng)計算儲氣罐 達到 405.3 KPa 條件下, 彈體沖出增速筒上升 6 m 可達到 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, 使增速和緩沖裝置實現(xiàn) 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 13 發(fā)射角度調(diào)節(jié), 以適應不同堵塞位置的需要。 (3) 自動開啟裝置 此裝置是自動開啟發(fā)射筒出口端蓋的裝置，其工作過程是當 儲氣罐的壓力達到一定程度時，自動開啟裝置自動打開發(fā)射筒出 口端蓋；當橡膠子彈發(fā)射完畢后，發(fā)射筒出口端蓋自動關閉。 （4）高度調(diào)節(jié)和底座 完成增速筒適應煤倉觀察孔的高度調(diào)節(jié)和整個疏通裝置的支撐。 疏通裝置主體可安裝在下支座 上, 供現(xiàn)場安裝時調(diào)節(jié)高度, 也可 去掉支座, 以適應不同的現(xiàn)場條件要求。 疏通裝置從煤倉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)射的高度由儲氣罐中的壓 力調(diào)節(jié)來保證。 1.6 立式煤倉疏通裝置 這種新型的煤倉疏通裝置將提供一種結(jié)構(gòu)簡單、適應、性強、 操作方便、安全可靠、疏通效率較高的立時煤倉疏通裝置，能夠 有效的解決煤倉起拱堵塞問題。結(jié)構(gòu)如下圖 1.3。 圖 1.3 中標號名稱： 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； 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 14 7、彈簧套筒； 8、側(cè)向支架； 9、自動開啟機構(gòu)； 10、鉸鏈； 11、發(fā)射筒出口端蓋； 12、氣源； 13、進氣總閥； 14、發(fā)射開關； 15、進氣閥； 16、快排閥； 17、儲氣罐； 18、發(fā)射筒。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 15 圖 1.3：立式可調(diào)煤倉疏通裝置結(jié)構(gòu)簡圖 在三角支架 1 上依次設置有螺旋手柄 2 及托板 3，通過調(diào)整螺 旋手柄，進而調(diào)整發(fā)射筒的高度。托板的上面一側(cè)固定設置有弧 形支座 5，托板的上面另一側(cè)設置有支柱 4，支柱的上端通過側(cè)向 支架 8 連接在儲氣罐 17 的側(cè)壁，儲氣罐 17 的底部通過彈簧套筒 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 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(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。儲氣罐 17 內(nèi)部中間位置設置有發(fā)射筒 1，儲氣罐下部一側(cè)設置有進氣閥 15，進氣閥 15 通過高壓軟管及進氣總閥 13 連接到高壓氣源 12。 發(fā)射筒 18 內(nèi)下部設置有快排閥 16，快排閥 16 通過發(fā)射開關 14、 高壓軟管及進氣總閥 13 連接到高壓氣源 12。儲氣罐上部一側(cè)設置 有自動開啟機構(gòu) 9，自動開啟機構(gòu)通過鉸鏈 10 與發(fā)射筒出口端蓋 11 相連接，在發(fā)射橡膠彈時打開發(fā)射筒出口端蓋，發(fā)射完畢后， 關閉發(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 立式煤倉疏通裝置工作過程 本煤倉疏通裝置由現(xiàn)場氣源提供高壓氣體，儲氣罐用來高壓氣 體儲能，作為橡膠彈發(fā)射動力能源。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，達到一定的速度后沖擊煤倉內(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 的高度可通過與之相連的螺旋手柄 2 調(diào)整，進 而調(diào)整發(fā)射筒 18 的高度。根據(jù)堵塞位置和煤倉下觀察孔開口位置 推動橡膠托輪 6 沿弧形支座 5 運動來調(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，進而固定整個發(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 進氣總閥 13，使發(fā)射開關 14 處于進氣狀態(tài)，即使快排閥 16 復位 處于關閉狀態(tài)，打開進氣閥 15 使儲氣罐 17 開始儲能，達到一定 壓力后，自動開啟機構(gòu) 9 通過鉸鏈 10 打開發(fā)射筒出口端蓋 11，將 橡膠彈裝入發(fā)射筒。當儲氣罐 17 中的氣體壓力達到設定值后，關 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 17 閉進氣總閥 13。檢查無誤后，扳動發(fā)射開關 14，在內(nèi)外壓差的作 用下快排閥 16 瞬間動作，儲氣罐 17 中的高壓氣體瞬時進入發(fā)射 筒 18，使橡膠彈在發(fā)射筒 18 中加速后射出，直接沖擊煤倉堵塞處。 橡膠彈發(fā)射后，儲氣罐 17 內(nèi)氣壓瞬間下降，在彈簧作用下自動開 啟機構(gòu) 9 復位，發(fā)射筒出口端蓋 11 自動閉合。重復以上過程可多 次發(fā)射橡膠彈，直至煤倉堵塞處被疏通。 本設計的主要內(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 和沖擊力大小 （3）設計立式煤倉疏通裝置結(jié)構(gòu)及零件 （4）設計快排閥結(jié)構(gòu)及自動開啟機構(gòu) 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 18 2.外部尺寸的設計計算 2.1 發(fā)射筒的設計計算 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，因此經(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 根據(jù)設計要求，炮彈（1.30）g/cm 3。設計橡膠彈為圓柱形， 其直徑為 80mm，長度為 100mm，其體積為：502.4 cm 3, 其質(zhì)量為： 0.688Kg。能夠上升的高度應該達到 150m 以上，儲氣罐壓力初定 達到 0.4Mp 后發(fā)射炮彈。氣壓推動橡膠彈的有效作用面積為橡膠 彈的大圓面積。 S= 2r =3.144 50.24 2cm =0.005024 得橡膠彈初始推力為： 06.41.5242fpsN 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 19 假定炮彈能夠上升好 h=200m，則炮彈離開炮口的速度的平方 為： 209.803vgh 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， 由于橡膠彈在加速筒里的推力遠大于其自身的重力，所以橡膠彈 的加速度為： 2/201.367548/afms 加速筒的長度為： 。 20/()395476.8).Lvamc 由于橡膠彈在加速筒中上升的過程中肯定會有壓力損失，考 慮到橡膠子彈的收縮性及與發(fā)射筒之間的空隙，以及整個裝置的 配合與平衡，所以選定加速筒的長度為 67cm。參考已有設備，炮 筒壁厚定為 10mm。 氣壓推動橡膠彈的有效作用面積為橡膠彈的大圓面積： 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(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 21()0.689.0.6734mvFgLJ 計算得，橡膠彈出口速度：V 063m/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=62m/s。 假設橡膠彈的沖擊作用可分為兩類： 彈體在極短的時間內(nèi)穿入堵塞的原煤中； 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，對于第種情況： 橡膠彈經(jīng)過一定作用時間后速度變?yōu)榱悖瑒幽苻D(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 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 21 擊力： F0.6886210 427N 即 44kg，作用時間越短，沖擊力越大。 對于第種情況：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?，?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：16kg(增速筒稍短時，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，安裝時螺紋上纏密封膠帶。考慮到到攻絲螺 紋，因此采用在機械結(jié)構(gòu)中用途最廣的 45 鋼，它不僅強度、硬度 較高，且兼有良好的塑性和韌性，經(jīng)濟性能較好，綜合性能優(yōu)良。 攻絲內(nèi)螺紋長 25mm。壁厚選用 4mm，因鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)良，且壓力僅有 0.5MPa，無拉壓負載，無需校核。因此最后可確定發(fā)射筒基本數(shù) 據(jù)如下： 發(fā)射筒長 L=670mm 外徑 D=113mm 內(nèi)徑 d=95mm 壁厚 h=9mm 內(nèi)螺紋長 l=25mm 大徑 d1=99mm 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(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：立式煤倉疏通裝置發(fā)射筒 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 23 2.2 儲氣罐的設計計算 初步設定立式煤倉疏通裝置的儲氣罐的相關尺寸，并作出如 下計算： （1）發(fā)射筒內(nèi)腔體積 V1 ：選定發(fā)射筒長度 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 ：選定連接管長度 L4=10000mm，其半 徑 r=20nn，則可得連接軟管體積為： 3224cm1056..rLV （5）儲能器總體積 Vo ： 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 24 3i 1baciOm0856.24V 由熱力學第二定律： PV/TC(常數(shù))，則 0.5Vi=0.4V0 可得：V i10L 考慮到儲氣罐及其輸送管道并不是理想的密封，所以會有氣 體的泄露，取氣體泄漏系數(shù)為 K=1.2，則儲能器的最小體積應為 12L。 （6）若設計為儲氣罐外包氣室結(jié)構(gòu)，選定相關尺寸如下： 儲氣罐外徑 R2180.5mm 外包氣室環(huán)腔內(nèi)孔徑 R3172.5mm 環(huán)腔大徑 R457.5mm 氣室長 L550mm 通過計算可得儲能器氣室容積為： V245.6L。 （7）儲能器壓力校核 發(fā)射氣壓暫設定為 0.5MPa，設儲能器的實際壓力為 X，則由 氣壓守恒可得如下方程： 0.50.0142=X(0.0142+0.0025431.2) 可求得儲能器的實際壓力：X=0.41MPa<0.5MPa 故滿足壓力要求。 儲氣罐是封存高壓氣體的容器，密閉性要求極高，且考慮到 整個裝置的體積要求，發(fā)射筒和快排閥連接體均處于儲氣罐內(nèi)部 且與外部相通，儲氣罐兩端一端與發(fā)射筒壁密封連接，另一端與 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(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。儲氣罐運用 Q235 碳素結(jié)構(gòu)鋼，塑性、 韌性優(yōu)良且經(jīng)濟性好，便于焊接。整個選用一鋼管和兩塊中心開 孔的圓鋼板焊接而成，一圓鋼板中心開 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 115mm 孔，以便于與發(fā)射筒壁焊接（發(fā)射筒外 徑 D=113mm,見上一章節(jié)） ，在距離中心孔 110mm 處開 48mm 的圓孔， 以便于與自動開啟機構(gòu)密封焊接（自動開啟機構(gòu)下缸體直徑 d=46mm,見后面章節(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，儲氣罐的基本數(shù)據(jù)如下： 儲氣罐長 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 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 26 圖 2.2 儲氣罐 2.3 發(fā)射筒出口端蓋設計 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 另一端與自動開啟機構(gòu)相連，當有氣體壓入儲氣罐時，達到一定 壓力后，自動開啟機構(gòu)下拉，通過鉸鏈拉動發(fā)射筒出口端蓋，端 蓋打開，把橡膠子彈裝入發(fā)射筒，壓力達到后即可發(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。出口端蓋設計成圓形鋼板，采用 Q235 鋼材料，與鉸鏈 一段焊接。由于發(fā)射筒外徑 D=113mm，因此將出口端蓋設計成直徑 為 130mm，厚 8mm 的圓形鋼板，邊緣倒 145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 145倒角 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 27 采用 Q235 鋼 圖 2.3 發(fā)射筒出口端蓋 2.4 鉸鏈的設計計算 本設計中鉸鏈是連接發(fā)射筒出口端蓋和自動開啟機構(gòu)上端部 的機構(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、另一端與自動開啟機構(gòu)相連接的轉(zhuǎn)動體相連接。 支撐結(jié)構(gòu)一端焊接在發(fā)射筒壁上，另一端與轉(zhuǎn)動體通過轉(zhuǎn)動軸相 連接，結(jié)構(gòu)簡單，不再作詳細闡述。轉(zhuǎn)動體功能要求在自動開啟 機構(gòu)下拉時，轉(zhuǎn)動體能與拉動發(fā)射筒出口端蓋將發(fā)射筒完全露出 來，不能阻礙子彈的發(fā)射。在此設計中，結(jié)合立式煤倉疏通裝置 的整體結(jié)構(gòu)，此轉(zhuǎn)動體設計成 T 形結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)角較大，能夠滿足使 用要求。轉(zhuǎn)動體為滿足力學要求，設計壁厚 40mm，采用 Q235 鋼， 結(jié)構(gòu)如圖 2.4： 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 28 圖 2.4：自動開啟機構(gòu)鉸鏈轉(zhuǎn)動體 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 29 3.快排閥的設計 3.1 快排閥的基本條件 快排閥，即快速排氣閥的簡稱，是本立式煤倉疏通裝置中重要 組件之一。快排閥是單向型方向控制元件，可將儲能器中的壓縮 空氣快速排放，以實現(xiàn)高壓氣體在瞬間沖出，產(chǎn)生很大的沖擊力， 以推動橡膠彈快速射出，完成煤倉疏通。 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。以下將對每個零部件進行設計及其 校核。 （1）閥門的公稱通徑 閥門進出口通道的名義直徑叫做閥門的公稱通徑。用 Ds 表示 （試行國標用 DN 表示），單位為毫米（mm）。 閥門的公稱通徑在國家標準 GBl07470 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 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 30 （帶括號的僅限于特殊閥門） 在通常情況下，閥門的公稱通徑與實際通徑是一致的，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（試行國標 用 PN 表示，壓力單位為巴），單位為公斤力平方厘米 （kcfcm 2）。閥門上如標注 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家標準 GBl04870 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 閥門的實際耐壓能力，往往比閥門公稱壓力大得多，這是設計 時考慮了安全系數(shù)的緣故。在閥門的強度耐壓試驗時，按規(guī)定允 許超過公稱壓力外，在閥門的工作狀態(tài)下，是嚴始超壓工作的， 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疏通工作所需要的動力，由 表 2 可選擇閥門公稱壓力為 Ps=6kgf/ cm2 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 31 3.2 快排閥設計及工作原理 顧名思義，快排閥的功能是快速排出通過閥門的氣體，例如 供給儲能器的蒸汽壓力很高，需要通過快排閥快速排放，以達到 使橡膠彈快速射出。這樣的閥門要求能白動降低壓力（也就是在 沒有手工操作時） 。當然，正確設計和安裝的快排閥(如大家知道 的進出口方向相反及上下顱倒)應是不管進口壓力怎樣波動(當然 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)。 雖然快排閥的設計各有不同，但在快速排放過程中都要起減 壓作用這一點是相同的。由于供給立式煤倉疏通裝置儲能器的氣 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汽輪機 所需的壓力要高，這個快排閥應具有對進口壓力的波動速度很敏 感的結(jié)構(gòu)。此外，蒸汽流過減壓閥閥匝中很窄的通道時，溫度會 升高，這對汽輪機是有利的(實際上這是過熱蒸汽的作用)，濕蒸 汽是決不允許進入透平機的。通過對立式煤倉疏通裝置的研究和 現(xiàn)場工作環(huán)境的考察，并結(jié)合閥門的公稱直徑和公稱壓力等相關 數(shù)據(jù)，設計出了快排閥的結(jié)構(gòu)如圖 3.1 所示。 快排閥安放在儲氣罐里面，一端和發(fā)射開關相連，一端和發(fā) 射筒相連?？炫砰y的工作過程分為兩個階段，首先是快排閥密閉， 完成儲能器的儲氣過程；其次是快排閥打開，完成所儲氣體快速 排放的過程。 快排閥的工作原理：首先讓氣體通過 P 端口進入到快快排閥 里面，隨著氣體的增多，氣體壓力增大，將推動活塞向 Q 方向移 動。當氣體的壓力達到一定程度的時候，活塞正好都夠?qū)?F 口完 全堵住，此即第一個階段。然后讓儲能器儲備氣體，直到達到所 需壓力的時候，完成儲能器的儲能工作。接著打開端口 P，讓快排 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 32 閥里面的高壓氣體快速排出，此時，在復位彈簧的作用下，使活 塞快速滑向 P 端，打開出氣口 F，而儲能器里面的高壓氣體便通過 出氣口 F 快速流向發(fā)射口 Q，高壓高速氣體便瞬時排出，此即完成 第二階段的開啟排氣工作。 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 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 33 3.3 快排閥材料的選擇 在快排閥中設計中，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 PN1.0MPa，溫度為 10200的空氣介質(zhì)?；诣T鐵常用牌號為： HT200、HT250、HT300、HT350。閥蓋和閥體的設計圖紙如圖 3.2、 圖 3.3 所示。 （2）閥蓋材料 閥蓋在閥門開啟和關閉過程中，承受拉、壓和扭轉(zhuǎn)作用力， 并與介質(zhì)直接接觸，同時和填料之間還有相對的摩擦運動，因此 閥桿材料必須保證在規(guī)定溫度下有足夠的強度和沖擊韌性，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 300的水、蒸汽介 質(zhì)時，一般選用 A5 普通碳素鋼。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 34 圖 3.2 閥蓋 （3）閥蓋螺母 閥蓋螺母在閥門開啟和關閉過程中，直接承受閥桿軸向力， 因此必須具備一定的強度。同時它與閥桿是螺紋傳動，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 于 Pg<1.6Mpa 的低壓閥門可采用 ZHMn58-2-2 鑄黃銅。對于 Pg16- 6.4Mpa 的中壓閥門可采用 ZQAL9-4 無錫青銅。對于高壓閥門可采 用 ZHAL66-6-3-2 鑄黃銅。 （4）密封圈 密封圈是閥門最關鍵的工作面，密封面質(zhì)量的好壞關系到閥 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 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(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 活塞在快排閥開啟和關閉過程中，直接承受閥桿徑向力和軸 向力，因此必須具備一定的強度。同時它與閥桿是螺紋傳動，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。對于 Pg2548N/m。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 55 致謝 經(jīng)過兩個多月的時間終于完成了我的畢業(yè)設計,首先我要感謝 我的指導老師鄭建新老師，他耐心的指導我們畢業(yè)設計，使我在 完成論文的同時也深受啟發(fā)和教育。鄭老師淵博的學識和嚴謹?shù)?治學，使我受益匪淺，不僅從鄭老師那兒學到了專業(yè)知識，而且 學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，是我學習的楷模。 同時，感謝各位曾教過我的大學老師,是他們傳授給我專業(yè)知 識,讓我在畢業(yè)設計中充分應用。在作畢業(yè)設計期間，我也得到了 同學們的諸多幫助，他們對我各個錯誤的指正。 由于我大學期間不是那么認真的學習，許多專業(yè)知識不是十 分牢固，本次畢業(yè)設計不是十分完美，有什么錯誤望大家指出。 最后，感謝各位評閱老師在百忙之中評閱我的設計說明書。 在畢業(yè)即將來臨