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1、煤仓疏通机设计摘 要本次设计以原有的煤仓疏通机为基础，对原有的煤仓疏通机进行全面分析，为了适应新的环境，对其中的部分设计进行了重新改进设计，使煤仓疏通机改进后既满足加工要求，结构又简单、方案合理。本文分别介绍了各种不同结构形式煤仓的作用，煤仓的分类，常见的堵塞事故，分析了煤仓堵塞事故发生的原因和堵塞的机理。针对煤仓堵塞问题，依据前期研究的基础，对煤仓堵塞疏通装置进行总体说明，包括疏通装置的总体简介，疏通装置的结构与工作原理。疏通装置主要部件的设计为本次设计重点，因为它的设计质量直接关系到煤仓疏通机成功与否，设计包括对煤仓疏通机的一些主要零部件，包括增速装置，储能装置，缓冲装置，角度调节装置和对
2、螺栓连接的设计与较核等。关键词：煤仓疏通机 增速装置 储能装置 缓冲装置 角度调节装置 Abstract The original design of the coal bin to the clearing machine, based on the original machine to clear the bunker for a comprehensive analysis, in order to adapt to the new environment, the design of which has been redesigned to improve the machine t
3、o clear the bunker after both meeting the processing requirements and the structure is simple, reasonable program. This paper introduced the structure of a variety of different forms of the role of coal bunker, coal bunker classification, a common accident blocking, analysis of the coal bunker to pl
4、ug the cause of the accident and the mechanism of blocking. Coal bunker for congestion, based on the basis of preliminary studies on the coal bunker to the clearing device plugged in general, including the overall device to the clearing profile, the clearing device structure and working principle. T
5、he clearing device design is the major components for this design because its design quality is directly related to the coal bin to the clearing drive the success of the design including the coal bin to the clearing machine,some of the major components, including the growth of devices, storage devic
6、es, buffer device, the angle adjustment device and bolt connections, such as design and more nuclear.Key words: coal bin to the clearing energy, the growth of devices, energy storage device, buffer device, the angle adjustment device目 录前 言11.煤仓堵塞的机理21.1 煤仓的作用21.2 煤仓的分类21.3 常见的堵塞事故41.4 堵塞事故发生的原因71.4.
7、1 粗颗粒状(或块状)为主的煤81.4.2 细颗粒状(或粉状)为主的煤102.煤仓疏通机疏通装置设计152.1 疏通装置的总体简介152.2 疏通装置的结构152.3 工作原理163.疏通装置主要部件设计173.1 增速装置173.1.1. 橡胶弹设计173.1.2. 增速筒设计193.1.3. 耗气量计算193.1.4. 阀体设计193.1.5 管件设计及密封设计213.1.5.1 管件213.1.5.2 接头233.1.5.3 密封件设计243.1.6 储气罐设计263.1.7 管路压力损失计算273.2 缓冲装置设计293.2.1 弹簧设计293.2.2 弹簧支座设计323.2.3 缓冲
8、导向装置设计323.2.4 缓冲导杆轴向筒设计333.3 角度调节装置343.3.1 前支撑杆设计343.3.2 角度调节装置设计353.4 调整丝杠设计363.5 螺栓连接的设计与校核363.5.1 螺栓连接设计一般步骤363.5.2 支撑铰接头和炮筒的螺栓设计393.6 增压装置设计40总 结41致 谢42参考文献43前 言我国是煤炭资源大国,煤炭仍然是国民经济的第一能源，机械化采煤,是加速我国煤炭工业发展,大幅度提高劳动生产率,实现煤炭工业现代化的一项战略措施。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，是煤矿生产运输中的不可缺少的关键部位，它对煤矿的生产能力起着决定性的作用
9、。特别是随着综合采煤机械化程度的不断提高和采区集中生产的不断实现，煤仓的容量逐渐增大，使用效率越来越高。但是几乎所有的矿井的采区煤仓在生产使用过程中，都不同程度地存在着堵仓问题，需要经常处理，这样不仅不能充分发挥煤仓应有的作用，反而严重地影响正常生产，特别是深煤仓堵塞问题尤为突出。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。目前最常用的方式是利用空气炮疏通，根据多方现场考察和大量的相关资料收集分析显示，自八
10、十年代末到目前为止，绝大多数疏通方式均利用空气炮，偶见利用奥陶系灰岩铺底解决仓壁脱落而导致堵仓和采用超高分子量聚乙烯材料做煤仓下收口斗衬板来防止堵口的文献，但这些方式有的疏通效果一般，甚至无法疏通，有的是在应用上存在局限性，在很多已投入使用并存在堵塞问题的煤仓中根本无法使用或达不到疏通的效果，因此必须结合实际情况，深入研究煤仓堵塞机理，开发一套切实可行、可靠的煤仓疏通设备。本次毕业设计的主要内容是围绕煤仓堵塞问题，设计一种简单的发射装置，通过发射橡胶弹撞击煤仓堵塞的地方，达到疏通效果，设备要满足简单易懂，容易操作。1.煤仓堵塞的机理1.1 煤仓的作用随着矿井机械化和集中化程度的不断发展，工作面
11、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，在生产中各环节(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，都可能使各环节之间相互发生牵连，造成一些环节的间断，降低了矿井的实际运输(或提升)能力，甚全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备种类型的井下煤仓而且要求其有一定的容量。 综合上述设置各种类型的井下贮仓可以起到如下的作用： (1) 可以充分发挥工作面设备的能力，使工
12、作面在生产高峰期间运输不致间断。 (2) 可以解决相互牵连的各环节之间的矛盾，使前一环节的高峰产量均衡地转入另一环节，使各环节之间的连续式运输和间歇式运输系统相互有机地衔接和彼此协调地进行工作。 (3) 当某一环节发生了故障，全矿井其他各环节在一定时间内还可照常生产。 (4) 通过井下各种贮仓的贮存和调节，可以延长各环节设备的工作时间，充分发掘设备的潜力，为矿井增产创造条件。井下煤仓和矿仓的种类很多，但其作用也有所不同。1.2 煤仓的分类除浅仓以外，任何仓体都可以分为三个部分，即上部的卸载口和中间的仓体及下部的斗仓。仓体又有两种情况：一是全长为同一断面，全部作为贮存煤用的仓体，称为贮仓。另一种
13、是上段为断面较小的溜道(称为溜井)和下段为断面扩大的贮仓，只在下部贮存煤和矿石。前者用于上部卸载点和下部装载水平高差不大时，后者用于高差较大时。(1) 按贮仓的用途和计算理论分图11浅仓分类a漏斗仓 b低壁浅仓c高空浅仓根据贮仓用途和计算理论的不同可分为浅仓和深仓。1) 浅仓 当仓斗上面的坚壁高度H小于最小底边尺寸(矩形仓)或内径(圆形仓)L的1.5倍，即H1.5L时称为浅仓。浅仓可以是圆形或方形的，井下多采用圆形仓。根据其竖壁高度，浅仓又可分为三种类型，如图11所示： 漏斗仓 H=0； 低壁浅仓 HL2； 高空浅仓 L2HI5L。横仓一般用作受料、给配料，在井下多用做煤转载或作少量贮存用。当
14、采用多点卸载或侧卸式不定点卸载时，也可将浅仓的上部断面扩大以增加容量作为矿井主要贮仓。 2) 深仓 煤仓壁高度H等于或大于1.5倍最小底边尺寸(矩形仓)或内径(圆筒仓)时称为深仓。一般井下仓多属此类，主要用作贮存煤(2) 按贮仓倾角和结构形式分根据倾角和结构形式，煤仓和矿仓又可分为垂直、倾斜、水平和混合式的四个类型。其中水平式仓体是指金属活动仓。(3) 按贮仓的作用分根据矿井全部的煤和矿石是否全都通过，贮仓还可以分为分流仓和主流仓两种。主流仓是指矿井全部煤都要通过的仓。在正常情况下，主流仓前边来的煤都直接向主流仓和装载系统转运而不必入分流仓。而分流仓的煤则需要通过它进入下部装载系统。因而主流煤
15、仓一般短粗。这种情况，主流仓需要的容量并不大。分流仓是指只有矿井的一部分煤通过的煤仓。仅在高峰时，主流仓运不出去或主流仓前面设备停止运转时，才通过胶带输送机向分流仓装载贮存。待井底车场卸载停止时，再将分流仓的煤通过主流仓向主提升容器进行装载。分流煤仓主要是缓冲高峰来煤，因此要求容量比主流仓要大。(4) 按溜煤的方式分：根据溜煤的方式可以分为3种。1) 煤在斜坡溜槽中溜放(如铁溜槽、铸石榴溜等)，这种溜放方式根据其可否控制又分为自由溜放和约束溜放两种方式。2) 煤在各种溜井中直接溜放。这种溜放方式也可分为设螺旋溜槽溜放和不设螺旋溜槽溜放两种方式。3) 采用斜坡和垂直溜井相结合的溜放方式，这是上述
16、两种方式的结合。1.3 常见的堵塞事故 随着生产集中化程度的发展，井下贮仓已成联系井上下各生产环节的重要枢纽。一旦发生故障就会造成某些环节甚至全矿井生产的中断。煤仓在使用中最主要的故障是在仓内发生堵塞事故，往往因此造成停产。漏口的反复堵塞使煤或者矿石的流动呈间歇状况，导致放出口的生产率低；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。要是煤仓和矿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。这几年来，由于人们逐步掌握了煤和矿石在仓内的流动规律，并从贮仓的功能设计方面作了改进，因而贮仓的堵塞事故已大为减少。根据对贮仓堵塞事故的观察和分析可以发现，堵塞事故大多数
17、发生在仓体的下部和漏斗口的附近，并有一定的规律性。常见的堵塞现象主要有如下几种：图1-2 煤仓堵塞的几种现象a，b卡煤现象 c，d，e结拱现象 f粘附现象(1) 卡塞现象（图2a,b）这种现象绝大多数是发生在仓的漏口附近，主要是由于块料之间发生机械性卡咬的结果。卡咬的块料多由块组成，由于相互楔紧，往往形成很稳定的外壳。这种堵塞现象的发生主要是由于料块太大或者漏口断面尺寸相对地太小的缘故。(2) 结拱现象（图2c,d,e）这种现象多发生在断面缩小的漏口处，图c；垂直仓的下段，图d；混合仓的拐弯出，图e；或贮仓坡度急剧变化之处等。 发生结拱现象主要是由于卸载时的冲击负荷及贮料的自重对上述各处贮料压
18、实的结果。它比卡塞现象更稳定。随着堵塞时间的延长，拱壳越来越厚而且也更加坚固。结拱现象往往是由一个整体的和较大范围的稳定状态的煤来维持，而卡塞现象往往只是由其外壳的稳定性来维持。颗粒状贮料容易发生卡塞，粉状粘结性贮料容易结拱，漏斗口的结拱较易处理，仓体下部的结拱处理极为困难，而且也很不安全。随着时间的延长，拱壳越来越厚而且也更加坚固。结拱现象往往是由一个整体的和较大范围的稳定状态的煤来维持。而卡塞现象往往只是由其外壳的稳定性来维持。颗粒状贮料容易发生卡塞，粉状粘结性贮料容易结拱，漏斗口的结拱较易处理，仓体下部的结拱处理极为困难而且也很不安全。(3) 粘附现象(图1-2f) 当粉料中含有一定水分
19、时，靠近仓壁或漏口壁的粉料，由于受贮料压实的影响，被挤压在仓壁四周上，与仓壁紧密地粘附在一起，以后由于不断地补充就在斗仓附近形成缩小的漏斗，使斗仓断面减小，因而创造了容易结拱的条件。轻微的粘附现象对保护仓壁有好处，但严重的粘附现象会使其处理工作十分困难。因此在溜放粉料比例大、料质软，又有一定水分的煤或矿石时，应注意采取防止粘附现象发生的措施。(4) 棚盖现象 贮仓的棚死现象多发生在仓内的防铲被破坏后，如仓壁由于防护不当而大片脱落，钢轨由于没有固定好而单根下指；钢筋混凝土隔墙的保护层磨损后钢筋外露卷翘而阻塞等。有时由上口卸入坑木、道木或其它杂物时也可以造成仓内的棚死现象。贮仓一经棚死，处理十分因
20、难，因此应设法避免。分析贮仓常见的堵塞事故，发现它是有一定规律性的：1) 贮仓的堵塞部位比较固定，大多数是发生在贮仓的下门(漏口或闸门附近)。个别严重的堵塞事故往往发生在垂直贮仓的下部，其部位根据仓体直径、高度、卸载方式及贮料高度的不同有所不同，一般在下口510米的范围之内。此外，混合仓的拐弯处，贮仓的断面由大变小的突变处，也往往由于断面不足和受上口卸载的冲击而造成堵塞事故；2) 一些贮仓之所以经常发生堵塞事故，是出于仓体的功能设计有问题：如溜放大块料采用了小断面漏口，溜放粘结性料采用了普通直线形斗仓和断面过小的漏口；对上口卸载冲击力大的仓体的下部，采用了小直径仓体等。这时，仓体的堵实事故是经
21、常性的，而且消除也比较困难，往往需要停产重新改造和翻修。功能设计处理得比较好的贮仓，一般不发生堵塞事故。即使发生了事故，也容易处理。3) 同样断面的垂直式贮仓比倾斜式贮仓的堵塞事故多。这是由于倾斜式贮仓的上口卸载后，不同颗粒在下滑过程中出现自然分级状态，因此对贮仓的下部冲击较小，而垂直贮仓的上口卸载后，煤以重力加速度降落在仓的下部，因而砸实现象比较严重，为此在设计中应考虑采取措施。对于垂直式贮仓，同样情况下，仓体深度越大，仓体下部的冲击越严重，因而堵塞的可能性就越大，同时堵塞的部位和范围也将向上扩大。4) 煤中的水分是极其有害的，一些平常不易堵塞的仓，当物料含水量加大时而发生了堵塞。.4 堵塞
22、事故发生的原因煤从仓内放出，一般是依靠其重力(即垂直向下的压力)来实现的。当其颗粒间及颗粒与仓壁间的内力和小于放出物料的重力时，物料将通畅地流出，当上述内力和等于或大于物料的重力时，物料将停止流动而实现结拱堵仓现象。煤从仓内流出受许多因素的综合影响。为了研究其在仓内的流动状况以及其和堵塞的关系，可将这些影响因素划分为内因的和外因的两个方面。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是贮料的粒度组成。粒度组成不同，贮料在仓内的压实度也不同，需要的斗仓断面及漏口尺寸也不同。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
23、和倾角、仓体贮料的高度、斗仓四壁的光滑程度、卸载方式、贮存时间、对仓内存料的压实程度等。但其中重要的因素是放出口的断面尺寸和仓内存料的压实度。图13说明了影响放出过程发展诸因素的相互关系。图1-3影响放出过程发展诸因素的相互关系通常进行仓体设计时，贮料的内因条件多是固定了的，因此应设法改变外因条件来防止仓体的堵塞，这昭仓体功能没计中的重要任务之一。为了更好的说明堵塞的原因，可将溜放的原煤分为两种类型：(1)粗颗粒状(或块状)为主的当慤中块以上的料占较大比例时，其堵塞多表现为机械卡咬(卡塞)；(2)细颗粒状(或粉状)为主的：当煤细粒或粉料占主要时，这时它的流动规律是由细粒或粉粒料来确定的，其堵塞
24、多表现为结拱。1.4.1 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，因此，一定暄颗粒组成就规定了放出孔的合理尺寸。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或结管现象。当放出孔和放出物料颗粒的比值小于45时，可能发生卡塞现象。图14是在光学弹性模型中得到的粗粒物料机械卡塞时力的传递情况。卡塞现象多发生在漏门附近，其主要原因有下述几方面：(1) 大量的超限煤块卸入仓内 根据对服务于厚煤层煤仓的观察，经常见到500600毫米以上的煤块，而且往往集中在某一段时间内，这时一些煤仓的下口将出现连续
25、性卡塞现象。大量的超限煤块的主要来源是厚煤层或中厚煤层的回采工作面，这是因为：图14光学弹性模型中粗粒物料机械卡塞时力的传递情况1) 厚煤层及中厚煤层过去多为炮采工作面，放炮后超限煤块比较集中，没有全部破碎就上了运输机；2) 采用分层采煤法开采厚煤层时，有时留有护顶煤，同时上下分层巷道间有时留有“夹板”煤，在开采下分层时，这些煤便成为大块冒落下来；3) 采用综采设备开采厚煤层时，有时因采高限制不能一次采全高，采煤机采过后，顶煤需要放震动炮，这时多产生大块煤，而又得不到破碎。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
26、超限料块通畅地进入仓内，这时，下口尺寸不能满足通过大量块料的要求，因此就会发生卡塞现象。图15 斜仓大块煤集中现象(2) 贮仓漏口和闸门尺寸太小 过去设计的煤仓，不管是服务于开采厚煤层还是薄煤层，般都用标准闸门的规格，采用了一样的尺寸(700800700800毫米)。上述尺寸溜放粉煤为主和没有粘结性的煤一般能满足要求，但对块煤比例较大的原煤就容易发生卡塞事故。对待大量块料入仓问题，过去没有引起足够的重视，既没有消除它的措施和设法限制其入仓，又人为地限制了漏口的断面尺寸不让其顺利通过，因此造成一些仓的频繁堵塞和处理困难。对贮块料为主的仓，堵塞事故比较容易处理；可根据具体情况或加大下口尺寸，或限制
27、大块料入仓都可以解决。 (3) 仓体布置不合理造成大块物料的集中 图15是倾斜煤仓底部由于煤的自然分级现象而带来的前仓口堵塞现象。这是因为大块煤被分离而靠近顶板，集中由前仓口卸出的缘故。1.4.2 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现较为复杂，它受许多因素的影响，主要有：(1) 煤的物理机械性质及其压实度的影响 前述煤的颗粒组成是其物理机械性质及确定其流动性的基本参数。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，整个物料的流动特性将为细颗粒的流动规律所决定，较大颗粒在流动中将为被动介质。 对细粒状(或粉状)为主的物料，它的内摩擦力较大，同时
28、还表现出较大的粘结力。当物料湿度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。上述阻碍物料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，这就使物料中的内力(阻碍运动的力)可能超过其重力，因而仓内贮料失去流动性而发生结拱堵仓现象。国外曾对干砂进行试验，当砂内空隙总体积由46降到4041时，干砂的摩擦系数就会由0.530.63增加至1.19通过x射线摄影法曾获得流动带内部状况的照片：当流动达到稳定状态以后，仓内就形成了粉料密度降低的不连续的流
29、动线，并向放出口方向移动，这说明了压实效应的存在和其明显的作用。由于仓内贮料被压实而造成的拱圈，具有相当大的稳定性。卸载时冲击力越大，时间越长，这种稳定性就越难以破坏。这种现象的产生为许多实践所证实，其原理可以用MM普罗托吉雅珂诺夫的地压理论来解释，即认为贮仓中所以形成拱形而不冒落，是因为在这个拱圈的上面形成了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料的重力作用，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) 贮料高度：在一定范围之内，贮料高度加大，对其下部的压实度越高；但当其超过一定范围时，上部贮料的自重将被仓内的摩擦力所抵消。2) 贮仓上部的卸
30、载方式和贮仓的结构形式：对于垂直仓，仓上口卸载时比仓下部放料稳定流动时的竖向压应力要大得多。尤其是采用集中卸载时，冲击力最大(如翻笼和底卸式矿车等)，因而压实度也高。3) 时间的影响：随着料在仓内贮存时间的延长，料在其自重影响下将发生沉降，增加了贮料的密实程度，因而压实度得到提高。4) 仓体或漏口断面尺寸的影响：仓体或漏口断面太小时，压实作用得不到释放；断面尺寸加大时，一处被冲击压实，另处将被松散，使整个仓内料的压实度不致过分提高。5) 原煤粒度和湿度的影响：粒度愈大，压实度愈小；原煤中大颗粒间被各种小颗粒充填时，其压实度将提高，粉料中块料比例增加时松散作用将加强。物料中含有一定量水分时，可起
31、润滑作用，减小块和块间的内摩擦力，从而促进贮料在仓内的沉降和压实。仓内存料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加条件。 上述两种因素结合可促进仓内结供的形成。一般情况下，如果上面不断地卸载，将使存料受到压缩。但下口不断地溜放又会使被压实的贮料松散，而且松散的作用比压实的作用要大得多。这是由于仓上部装料时要产生大得多的垂直压应力，而卸料时垂直压应力减小，水平压力增加，使物料松散，因此有利于消除结拱。最坏的情况是上面不断地卸载，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。(2) 贮仓结构形式的影响 仓内由于压实而结拱
32、的现象多发生在垂直仓体的下部和漏口处以及断面急剧变小处、立、斜仓交会处等，图16斜仓与立仓相比结拱堵塞较少。这是由于物料从上口卸载后发生自然分级的现象，较大的块度以较大的步距跳跃而最先落至靠近仓体顶板方向，而较小的块度和粉料则缓慢下滑而覆盖在底板上，因而仓下部不直接承受上部卸载时的集中动力冲击。同时，倾斜仓中贮料的自重其大部分传至底板上，这就减轻了仓体下部物料被压实的程度。垂直式的仓体下部直接承受上部卸载的冲击，且贮料的自重除由摩擦力克服一部分外，其余的成为重力，作用在下部贮料上产生压实效应。 (3) 斗仓结构和漏口尺寸的影响 斗仓的作用是将仓体断面缩小，使溜放的物料能为提升运输设备所承受和能
33、有效地控制仓内物料的放出，因此斗仓和漏口处正是整个仓的咽喉锁口和薄弱环节，大多数的卡塞和结拱现象发生在这里。图16 几个容易结拱的贮仓实例a 瘦长形仓体；b受集中载荷时下口弯曲的仓体；c斜仓短的混合式仓体；d施工造成的溜井弯曲；e断面的大变小的仓体物料通过斗仓时，断面大大缩小，流动方向要发生改变，颗粒要更新排列，这些变化都要产生摩擦阻力并消耗能量。当垂直向下的压力降低到零时，即溜放阻力等于或大于物料的重力时，物料就会停止流动，出现结拱堵塞现象。当斗仓结构选择得不合理或不适应所贮存物料的流动性质时，则流动时阻力就要加大，结拱堵塞的现象就会相随发生。多年来的实践表明，流动性较好的物料可以采用角锥形
34、斗仓结构。 (4) 其他影响堵塞的因素： 1) 含水量的增加对仓内发生堵塞现象将起着积极的作用煤内水分的增加和水膜的存在，会使其颗粒间的粘结性提高，流动性降低，因而能促使仓内贮料的压实和结拱。特别是对于细颗粒为主的物料，水分起着十分重要的作用。 根据试验和实践的材料证实，对于细颗粒煤炭，当水分在4以下时，对流动影响较小；水分达48时，影响较大，这时，物料流动缓慢，易于结拱堵仓；当水分在812时影响最大，经常发生结拱堵仓现象。 2) 大块物料或杂物可造成难以处理的棚溢现象。 常见的有以下几种情况： a仓壁由于没有支护或因支护失效而造成大片垮落的： b仓内采用钢轨防护、钢轨之间及钢轨和底板之间没有
35、进行有效的固定，而成零根脱落的； c倾斜仓采用铸石板或其它装配式材料进行防护，由于固定的不牢而脱落的； d垂直式贮仓由于仓体不直或采用旁侧卸载和倾斜式贮仓由于中线偏移、坡度起伏而造成煤的直接冲击，往往使仓壁成隔墙破坏成块冒落的； e采用钢筋混凝土防护或隔墙中配有钢筋，由于物料冲击和磨损而使钢筋外露卷翘形成团状物，阻塞仓体断面的； f采用锚喷文扩，钻扦担根脱落的； g大块矸石或坑木、钢筋混凝土背板等杂物未加限制卸入仓内的；上述各方面的因素都可造成仓内的棚盖堵塞现象，一旦发生处理十分困难，往往造成一个班到几天的停产，而且处理时很不安全。2.煤仓疏通机疏通装置设计本次设计计是根据洗煤楼煤仓堵塞的情况
36、而设计的煤仓疏通机，如图21所示。当洗煤楼有干石等非煤物质未能洗掉时，干石等物质会随煤矿一起进入煤仓，当煤矿在煤仓内长时间没运走时，因干石等物质的存在引起煤仓发生堵塞。图2-1 疏通装置示意图2.1 疏通装置的总体简介本疏通机主要用于煤矿煤仓疏通，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矿煤仓疏通。本疏通机具有适用于煤仓中的环境，采用现场原有的气源作为动力，整个使用过程完全靠手动操作，没有产生火花或静电的可能，安全性能特别好，完全满足井下作业的要求。能够在一小时内完成煤仓的疏通工作，对于提高煤矿生产效率和安全生产水平具有非常重要的意义。疏通装置主要由蓄能装置，增速装置，缓冲装置，
37、固定装置四部分组成。该煤仓堵塞疏通装置的基本原理是：当煤仓发生堵塞时，将橡皮球装入疏通装置中，采用动高压原理，瞬间使橡皮球瞬间发生出去，撞击煤仓堵塞处，以达到煤仓堵塞疏通的效果。该装置原理简单，容易操作。2.2 疏通装置的结构本疏通机的组成主要包括五个部分：增速及缓冲装置，角度调节装置，高度调节及底座，控制发射装置和蓄能装置。增速及缓冲装置实现橡胶弹的加速，以达到65kg的冲击力；缓冲功能使橡胶弹发射后减缓增速筒的后坐力，以保护角度调节装置。角度调节装置的调整丝杆可沿圆弧形轨道滑动，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。控制发射装置实现人工控制橡胶弹的发射，安全可靠。蓄能
38、装置，即储气罐，实现高压蓄能，以保证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。2.3 工作原理本疏通机采用动高压原理，利用发射高速橡胶弹冲击破拱的方法实现煤仓疏通。1617211441819气源接口口口 图2-2 疏通机工作原理装置图本疏通机利用现场的气源作为动力，由蓄能罐进行高压气体蓄能。图22为疏通机工作原理示意图。在蓄能器蓄能之前，先打开进气阀16使快排阀处于封闭位置，然后打开进气阀1使蓄能器蓄能。观察压力表2，待蓄能器5达到设定压力后，操纵控制开关18使快排阀动作，高压气体冲击橡胶弹，使橡胶弹在增速筒内加速到一定的速度，冲击煤仓内原煤堵塞
39、位置，实现破拱，完成煤仓的疏通工作。3.疏通装置主要部件设计3.1 增速装置3.1.1. 橡胶弹设计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)。1）橡胶弹质量的计算已知该橡胶密度=1.37g/cm3，设该橡胶弹为圆柱形，橡胶弹直径为80mm，长度为L1=100mm，则橡胶弹的体积为：则该橡胶的质量为：2）推力大小计算假设某
40、煤仓下仓口断面尺寸为，仓口下部的送煤机距离仓口约3040m，若由下仓口处送入疏通机，但由于空间限制，现假设橡胶弹发射炮筒长度为，发射气压暂定为0.5MPa。气压推动橡胶弹的有效作用面积为橡胶弹的大圆面积，即：橡胶弹的初始推力为：3）炮弹出口速度计算假设炮弹从初速度为零到炮弹出口过程中，气压为损失，且为了使炮弹有足够的冲击力以达到破拱的目的，现假设炮筒竖直放置，在不考虑外界任何阻力的情况下，橡胶弹能达到高度H=200m的地方，则橡胶弹的出口速度为：由可得：然后计算在此速度下所需炮筒的长度L2.假设橡胶弹从初速度为零到炮弹出口过程中，气压无损失，则由能量守恒定律可得：橡胶弹的出口动能为： 解得：则
41、取定炮筒长度L2=55cm在此长度下计算炮弹的出口速度V0橡胶弹的出口速度，原煤堵塞部位距煤仓下口一般38 m，则橡胶弹冲击拥堵原煤拱脚的速度约为。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Ftmv，对于第一种情况：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0.1s，则可得橡胶弹对煤仓堵塞处拱脚的冲击力为：F0.6896210427N，即44kg，作用时间越短，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
42、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35m/s，可达到的冲击力为：65kg(增速筒稍短时，橡胶弹冲击速度有所下降，冲击力随之下降)。3.1.2. 增速筒设计增速筒选用普通钢管，因为橡胶弹直径为80mm，以防增速筒重量过大，不便于搬运携带，设定增速筒内径为80.5mm，外径为86.5mm，即管壁厚3mm。3.1.3. 耗气量计算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
43、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.假设储气罐最高使用压力能达到8个大气压，即0.8MPa，根据快排阀出口压力与进口压力比（出口压力是冲击橡胶弹的压力，为0.5MPa，进口气压为储气罐气压0.8MPa）p2/p1=0.5/0.8=0.625，可知气体通过快排阀的速度为超声速；假设快排阀的有效截面积为直径40mm的圆面，则气体作用在快排阀上的有效面积为，因此计算通过快排阀的流量为：则通过快排阀的空气流量为139620L/min(2327L/s)。类比于空气炮的排气性能，假设储气罐中压缩气体在0.02s内全部排出，则快排阀在0.02s内的气体排量为：19L/0.02s
44、。3.1.4. 阀体设计阀可以分为换向型方向控制阀和单向型方向控制阀两大类。可以改变气流流动方向的控制阀称为换向型，简称换向阀，如气控阀、电磁阀等。气流只能沿着一个方向流动的控制阀称为单向型控制阀，如单向阀、梭阀、双压阀和快速排气阀等。用气压力来操纵阀切换的控制方式，这种阀称为气压控制换向阀，简称气控阀。气控阀在易燃、易爆、潮湿、粉尘的工作环境中能安全可靠工作。气压控制可分为加压控制、卸压控制、差压控制和延时控制等。单向阀只允许气流在一个方向上通过，而在相反方向上则完全关闭。对于单向阀的基本要求是正向流动时，阀的流动阻力要小，即流通能力大。反向流动时，要求密封性能好，即泄露小。在气动自动化系统
45、中，单向阀常用于需防止空气倒流的场合。如用于防止回路中某个支路的耗气量过多而影响其他元件的工作压力下降，在空压机出口管路中常安装单向阀。单向阀在大多数场合下，与节流阀组合构成速度控制阀，来控制气缸的运动速度。当单向阀用作精密的压力控制时，必须可调整阀的开启压力和阀前后的压差。当单向阀用于要求严格密封不能泄露的场合，应采用锥面密封，或其他的弹性密封，不宜采用球或金属阀芯的密封。本设计采用快排阀，如图3-1为快速排气阀的示意图。图3-1 快速排气阀当P口进气后，阀芯关闭排气口O，P、A通路导通，A口有输出。当P口无气时，输出管路中的空气使阀芯将P口封住，A、O接通，排向大气。快排阀用于使气动元件和
46、装置需快速排气的场合。例如，把它装在换向阀和气缸之间（应尽量靠近气缸排气口，或直接拧在气缸排气口上），使气缸排气时不用通过换向阀而直接排出。这对于大缸径气缸及缸阀之间管路长的回路，尤为需要。快排阀也可以用于气缸的速度控制，如用来实现气缸的慢进快退动作。快排阀设计的基本内容：1.确定阀体材料根据工作介质的性质确定合适的材料，确定材料具有足够的耐蚀性，并具有可靠的强度和刚度。因为管道中最高压力不超过1MPa，由阀门设计手册选择阀体的材料为45#钢。2.确定阀体的结构形式根据阀门的总体设计，安装要求和材料工艺性确定阀体的结构形式，如图3-2所示。图3-2 快排阀结构示意图3.确定阀体的公称通径DN查阀门设计手册表1-26，阀门的公称通径系列（GB1047），选取阀体的公称通径DN=50mm。4.初步确定阀体的阀口大小和内腔直径初步确定该快排阀的阀口直径为20mm，阀体内腔直径为50mm。确定活塞在阀体内运动的长度为L2=68mm，阀口的长度为L3=26mm。3.1.5 管件设计及密封设计3.1.5.1 管件管件在气动系统中相当于动脉，起着
