一、設(shè)計(jì)依據(jù)：行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT933-2005《跑車防護(hù)裝置技術(shù)條件》

　　二、設(shè)計(jì)參數(shù)：

　　1、斜坡傾角30°

　　2、擋車距離50米,

　　3、串車運(yùn)行速度5m/s

　　4、設(shè)計(jì)額定緩沖動(dòng)能為2.5×106J

　　5、緩沖距離設(shè)計(jì)為10米

　　6、采用壓板式緩沖器

　　7、四根6×37-φ28作為緩沖器件

　　三、設(shè)計(jì)組成與原理

　　1、本裝置主要由緩沖鋼絲繩及緩沖器組成。

　　2、當(dāng)串車發(fā)生跑車事故時(shí)，串車撞擊擋車攔，緩沖鋼絲繩與壓板式吸能器產(chǎn)生摩擦，即將串車動(dòng)能轉(zhuǎn)化為摩擦力做功，以達(dá)到阻止串車的目地。

　　四、緩沖器拉力計(jì)算

　　由實(shí)驗(yàn)可知單臺(tái)緩沖器拉力范圍為Fs=110～220kN,由于采用兩臺(tái)緩沖器所以緩沖器合成拉力為F=2Fs=220～440kN

　　即拉力為:FMAX =440kN

　　五、緩沖鋼絲繩校核

　　本裝置采用四根鋼絲繩雙邊制動(dòng)方式,所以單根鋼絲繩承受力為FMAX的八分之一

　　為55KN，從工具手冊(cè)中查到：6×37-φ28鋼絲繩的破斷拉力約為380KN，使用拉力Tw=7T=70KN,抗斷強(qiáng)度σu=1670MPa。取安全系數(shù)為，不均衡系數(shù)，則鋼絲繩的制動(dòng)拉力F制=TP×K1/Ma=101.3kN ， 101.3kN>55kN

　　結(jié)論：緩沖綱絲繩采用6×37-φ28型、安全系數(shù)可用。

　　六、動(dòng)能緩沖量計(jì)算

　　由E=FS

　　F 緩沖拉力kN    S 緩沖距離 米

　　動(dòng)能緩沖量與緩沖距離成正比，裝置緩沖量可通過調(diào)節(jié)緩沖鋼絲繩余繩長度來實(shí)現(xiàn)。

　　F 取小值220kN 緩沖距離10米  E=FS=230kN×10=2.5×106J

　　給定額定緩沖量為2.5×106J   安全。

　　裝置緩沖量

　　EMAX=FMAXS=440kN×10=4.4×106J  （F 取值440kN 緩沖距離10米）

　　裝置緩沖安全系數(shù)n

　　n= EMAX/2.5×106J=4.4×106/2.5×106=2 足夠安全。

　　七、緩沖加速度計(jì)算

　　擋車攔緩沖器受力視為恒阻力,值為440kN

　　使用串車質(zhì)量給定為10×103Kg

　　由F=ma

　　a=F/m=4.4×105/10×103=44 m/s2   a≤50m/s2  符合要求。

　　八、壓板式吸能器校核

　　壓繩板可為分為第 一板、**板和第三板，其中**板與第三板的受力是相同的，略小于第 一板，第 一板受力情況復(fù)雜。下看第 一板的強(qiáng)度校核：

　　拉繩的緊邊與松邊的拉力差 ΔF=F制/3=101.3kN /3=33.8kN，第 一板的受力圖如圖所示（將螺栓視為支座）：

　　圖中，水平方向的受力經(jīng)過簡(jiǎn)化后及其剪力圖和彎矩圖經(jīng)計(jì)算后結(jié)果如下頁圖：    F水平=101.3×cosa-67.6=32.87kN

　　從圖中可知螺栓的水平剪力在中間兩個(gè)螺栓上，每個(gè)螺栓的剪力都等于：

　　（2）

　　垂直方向受力及內(nèi)力圖經(jīng)計(jì)算后結(jié)果如下：圖中F壓=33.8/0.3=112.7kN，由于兩端的螺栓的約束介于固定約束和鉸鏈約束之間，固定約束時(shí)的彎矩值等于4799.56，所以實(shí)際計(jì)算時(shí)可取介于4799.56和7199.34之間的某個(gè)彎矩值，這里取6500Nm。

　　中間兩個(gè)螺栓受的拉力大，每個(gè)螺栓受的拉力為：

　　FL=299.586kN。                                           

　　下面計(jì)算壓繩板的強(qiáng)度，

　　2.1中間螺栓部位：計(jì)算后知道水平受力引起的彎曲正應(yīng)力約為21.95MPa,所以直接加上就可以了：

　　2.2邊繩處的壓板應(yīng)力：

　　3、螺栓校核

　　第 一壓繩板處的螺栓校核：

　　選用M27，材料為：鎳鉻鋁合金鋼，強(qiáng)度等級(jí)：10.9；查表知此螺栓的內(nèi)徑d=23.75mm，施工預(yù)緊拉力（德國標(biāo)準(zhǔn)），緊固扭矩，關(guān)于緊固扭矩的另一算法：近。

　　螺栓的全應(yīng)力校核，采用相對(duì)安全的米塞斯條件：

　　中間兩個(gè)螺栓：，

　　其余螺栓：

　　綜上，在目前的摩擦系數(shù)（0.3）下，上述螺栓符合安全范圍。

　　4、焊縫校核

　　設(shè)采用E43類手工焊條，焊角尺寸為6mm，則：

　　安全系數(shù)：，可用。

　　九、試驗(yàn)與使用計(jì)算：

　　計(jì)算公式：Vt2-Vo2 = 2gLP（sinα－u cosα）

　　E=1/2mVt2             

　　由（2）得 Vt2=2E/m  代入（1）式經(jīng)整理可得

　　E=gm LP（sinα－u cosα）+1/2 mVo2   

　　E：抗沖擊能 2500KJ

　　Vo：礦車運(yùn)行速度 (煤礦安全規(guī)程斜巷運(yùn)輸速度≤5m/s)

　　Vt：礦車跑車時(shí)的末速度

　　m：礦車質(zhì)量T

　　g：重力加速度9.8m/s2

　　a：傾角

　　u：摩擦系數(shù)0.02

　　LP：擋車距離m

　　公式（3）中有四個(gè)未知數(shù)，分別為：m、LP、、α、Vo，如已知其中三個(gè)變量，可求出第四個(gè)變量。

　　注1：α斜坡傾角，m串車質(zhì)量，L防護(hù)距離 ，數(shù)據(jù)是以2500KJ的沖能、Vo=5 m / s計(jì)算的。

　　注2：裝滿砂石為1.5噸，串車數(shù)目6節(jié)。、

　　十、根據(jù)晉牛礦參數(shù)，額定防護(hù)距離計(jì)算

　　根據(jù)本防護(hù)裝置技術(shù)參數(shù):（9噸）

　　斜坡傾角17°,串車總質(zhì)量m=9000 kg,運(yùn)行速度5m/s.

　　按ZDC30-2.5型斜巷跑車防護(hù)裝置主參數(shù)計(jì)算如下

　　α=17°     E=2.5×106J      Vo=5 m / s

　　以上數(shù)據(jù)代入E=gm L（sinα－u cosα）+1/2 mVo2

　　L=E-1/2mVo2/ gm L（sinα－u cosα）

　　代入數(shù)據(jù)L=2.5×106-0.5×25×9×103/9.8×9×103（sinα－u cosα）

　　得：     L=99米

　　（30噸）計(jì)算如下：

　　斜坡傾角17°,串車總質(zhì)量m=30000 kg,運(yùn)行速度5m/s.

　　按ZDC30-2.5型斜巷跑車防護(hù)裝置主參數(shù)計(jì)算如下

　　α=17°     E=2.5×106J      Vo=5 m / s

　　以上數(shù)據(jù)代入E=gm L（sinα－u cosα）+1/2 mVo2

　　L=E-1/2mVo2/ gm L（sinα－u cosα）

　　代入數(shù)據(jù)L=2.5×106-0.5×25×30×103/9.8×30×103（sinα－u cosα）

　　得：     L=26.45米

　　十一 、結(jié)論

　　1、緩沖器合成拉力 440kN 符合要求。

　　2、鋼絲繩安全系數(shù)為3，符合要求。

　　3、裝置額定緩沖量2.5×106 J，安全系數(shù)2.2，符合要求。

　　4、裝置緩沖距離10米 在允許范圍之內(nèi)(0.3-10米)  符合要求。

　　5、緩沖加速度=44 m/s2

　　6、9噸額定防護(hù)距離99米，30噸額定防護(hù)距離26米。

　　7、緩沖器校核符合要求。