新型缓冲报警碰头的设计

新型缓冲报警碰头的设计

李想 段俊涛 许丽利＊ 单清亮＊ 曹杰

黑龙江工业学院，黑龙江 鸡西 158100

摘要：矿车碰头是一种矿用运输设备矿车的主要部件之一，用于防止碰撞的装置。矿车的完好与否，对于采矿来说非常重要，矿车不完好，对于矿产运输线造成较大的压力，矿车周转速度慢，影响采区出矿，从而影响整个矿区的生产。同时，矿车不完好，对于采矿的安全也带来很大的威胁。

现有的矿车碰头由于没有加装单独的缓冲装置，其防碰撞能力有限，矿车碰头在剧烈撞击时，磨损非常快，使用寿命不高，尤其是钢碰头，钢碰头与钢碰头之间在撞击时，还易产生火花，存在安全风险。其余两种碰头均不会产生火花，但是长时间使用容易卡在碰头座内，导致碰头失去原有功用。新型矿车碰头采用橡胶碰头，结合单片机技术实现报警器报警，减少了因碰头失效而产生的事故发生。

关键词：碰头；单片机；缓冲

1.引言

在煤矿开采及隧道掘进等诸多工程领域中，轨道运输应用极为广泛，道轨运输中，普遍使用固定车箱式矿车运输。矿车与矿车之间的连接处，以往均铸造碰头，使用中硬性碰撞连接，使碰头变形或移动。此种连接不仅振动性大，而且易产生火花，不易在有煤粉及瓦斯巷道中使用，对矿山安全生产造成隐患。

具有缓冲报警功能的新型碰头是为煤矿企业制造一种可以在有煤粉及瓦斯巷道中使用，并且当碰头陷入碰头座内能够自动报警的新型碰头。矿车碰头是一种矿用运输设备矿车的主要部件之一，用于防止碰撞的装置。矿车碰头安装在矿车碰头座上，它在矿车与矿车之间可防止碰撞，起到缓冲作用。矿车碰头根据材质分主要分为钢碰头（铁碰头），橡胶碰头，聚氨脂碰头三种。

2. 设计需求及市场分析

结合上述碰头使用中的问题，我们将碰头做了一些改进。在原先碰头的基础上，在两个缓冲槽内各增加一个弹簧，以增加缓冲量。为实现报警功能，需结合单片机技术来实现。因此在插孔内设置开关控制报警功能。

我国矿车的研发工作起源于20世纪60年代末70年代初。经过多年的发展，我国生产矿车具有规模的企业达到10多家，分别是北方股份、首钢重汽、湘潭电机、三一重工，太原重工等，大量企业涉及矿车的设计发展，并且还有海外卡特彼勒、小松、日立、别拉斯等企业在中国不断抢占市场，矿用车市场竞争日渐激烈。而随着矿车市场的竞争日益激烈，矿用车配件市场也终将会占据大量市场份额。

年开采能力超过100万吨的大型煤矿运输设备中，重型底卸矿车占据了三分之二的世界市场，占世界煤炭的65%，铁矿石的90%。其需求矿车配件也是巨大的。通过《2017-2022年中国矿用车行业市场前景预测与投资战略规划分析报告》数据显示，2012-2016年全球矿车市场规模正在逐年递减的状态，这就说明现有的生产技术和产品性能在逐渐的减弱，这会导致产品产量逐渐递减，因此急需对矿用车升级和改造。原煤的产量与矿车的提运能力息息相关，提高现有矿车的装载和卸载能力，对加大煤矿原煤的产量具有很大的意义。由此可见，矿车技术升级和发展潜力具有巨大的空间。

3、主要设计特点及数据

现今国内的碰头基本上是单碰头，没有其他缓冲装置，因此改良空间巨大。目前国内碰头存在的问题:

（1）多缓冲装置多为金属碰头，易产生火花，无法在有煤粉及瓦斯巷道内使用。

（2）橡胶碰头长时间使用易磨损，卡涩在碰头座内，安全性不好。我们针对以上问题，提出一种解决方式，即采用橡胶碰头，结合单片机技术，实现自动报警功能，并拥有以下几个优点：

1）使用碰头加弹簧的结构，使得矿车相互碰撞停车时，通过碰头的碰撞得到缓冲；

2）用橡胶材质不产生碰撞火花，使矿车可应用至有煤粉及瓦斯巷道中；

在碰头内设置两个微动开关，在遇到碰撞力较大将碰头撞入到碰头座内导致卡涩失效时，碰头会将微动开关的触头压动，使得微动开关动作，将信号传递到安装在矿车其他部位的控制盒内的控制器，进行报警，可以保证计时发现，防止由于碰头失效无法实现碰撞缓冲导致矿车碰撞损坏。目前已完成模型设计与样品生产，各项设计指标均能达到预期目标。

本次设计团队为黑龙江工业学院现代制造工程学院师生组成，团队在这段时间里，从刚开始矿车碰头装置，到了解矿车碰头所存在的问题，中间经过实地勘测，询问相关人员了解具体情况和其需求，计算分析，图纸设计，建模设计，到最后设计出样品且样品指标均能达到预期目标，这段时间，我们在收获是知识的基础上，锻炼团队成员协作和解决实际问题的能力。我们团队会继续保持这种热情，在这次学习锻炼的基础上不断充实与完善自己。

4、结论

这次在原有的碰头基础上增加了两个弹簧和电气部分。在保证缓冲的基础上，增加了报警装置，当碰头出现问题时，警报就会响起。使用橡胶碰头加弹簧，保证了可以在有粉尘及易燃气体的矿洞中使用。

而报警装置则是提醒人们碰头出现问题及时处理。本装置结构简单而且适用性广泛，为人们解决了某些安全问题

5、参考文献

[1] 徐征南. 1.5T矿车碰头的改进[J]. 江西煤炭科技, 2003, 000(001):43-43.

[2]张博, 张俊国, 王智磊,等. 一种智能矿车碰头:, CN210478695U[P]. 2020.

[3]汪世平. 一种矿车碰头:, CN205801120U[P]. 2016.

[4]屈长现, 刘俊涛, 屈少峰. 一种矿车碰头缓冲装置:, CN202243516U[P]. 2012.

[5]卫平利, 卫蕾. 一种新式矿车碰头:, CN202847726U[P]. 2013.

注明：（1）由黑龙江工业学院大学生创新创业训练计划项目资助，注明项目编号：202111445005

（2）＊为通讯作者