一、設計依據：行業(yè)標準MT933-2005《跑車防護裝置技術條件》

　　二、設計參數：

　　1、斜坡傾角30°

　　2、擋車距離50米,

　　3、串車運行速度5m/s

　　4、設計額定緩沖動能為2.5×106J

　　5、緩沖距離設計為10米

　　6、采用壓板式緩沖器

　　7、四根6×37-φ28作為緩沖器件

　　三、設計組成與原理

　　1、本裝置主要由緩沖鋼絲繩及緩沖器組成。

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

　　四、緩沖器拉力計算

　　由實驗可知單臺緩沖器拉力范圍為Fs=110～220kN,由于采用兩臺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,抗斷強度σu=1670MPa。取安全系數為，不均衡系數，則鋼絲繩的制動拉力F制=TP×K1/Ma=101.3kN ， 101.3kN>55kN

　　結論：緩沖綱絲繩采用6×37-φ28型、安全系數可用。

　　六、動能緩沖量計算

　　由E=FS

　　F 緩沖拉力kN    S 緩沖距離 米

　　動能緩沖量與緩沖距離成正比，裝置緩沖量可通過調節(jié)緩沖鋼絲繩余繩長度來實現。

　　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n

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

　　七、緩沖加速度計算

　　擋車攔緩沖器受力視為恒阻力,值為440kN

　　使用串車質量給定為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 一板受力情況復雜。下看第 一板的強度校核：

　　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，水平方向的受力經過簡化后及其剪力圖和彎矩圖經計算后結果如下頁圖：    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螺栓上，每個螺栓的剪力都等于：

　?。?）

　　垂直方向受力及內力圖經計算后結果如下：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，固定約束時的彎矩值等于4799.56，所以實際計算時可取介于4799.56和7199.34之間的某個彎矩值，這里取6500Nm。

　　中間兩個螺栓受的拉力大，每個螺栓受的拉力為：

　　FL=299.586kN。                                           

　　下面計算壓繩板的強度，

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

　　2.2邊繩處的壓板應力：

　　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，強度等級：10.9；查表知此螺栓的內徑d=23.75mm，施工預緊拉力（德國標準），緊固扭矩，關于緊固扭矩的另一算法：近。

　　螺栓的全應力校核，采用相對安全的米塞斯條件：

　　中間兩個螺栓：，

　　其余螺栓：

　　綜上，在目前的摩擦系數（0.3）下，上述螺栓符合安全范圍。

　　4、焊縫校核

　　設采用E43類手工焊條，焊角尺寸為6mm，則：

　　安全系數：，可用。

　　九、試驗與使用計算：

　　計算公式：Vt2-Vo2 = 2gLP（sinα－u cosα）

　　E=1/2mVt2             

　　由（2）得 Vt2=2E/m  代入（1）式經整理可得

　　E=gm LP（sinα－u cosα）+1/2 mVo2   

　　E：抗沖擊能 2500KJ

　　Vo：礦車運行速度 (煤礦安全規(guī)程斜巷運輸速度≤5m/s)

　　Vt：礦車跑車時的末速度

　　m：礦車質量T

　　g：重力加速度9.8m/s2

　　a：傾角

　　u：摩擦系數0.02

　　LP：擋車距離m

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

　　注1：α斜坡傾角，m串車質量，L防護距離 ，數據是以2500KJ的沖能、Vo=5 m / s計算的。

　　注2：裝滿砂石為1.5噸，串車數目6節(jié)。、

　　十、根據晉牛礦參數，額定防護距離計算

　　根據本防護裝置技術參數:（9噸）

　　斜坡傾角17°,串車總質量m=9000 kg,運行速度5m/s.

　　按ZDC30-2.5型斜巷跑車防護裝置主參數計算如下

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

　　以上數據代入E=gm L（sinα－u cosα）+1/2 mVo2

　　L=E-1/2mVo2/ gm L（sinα－u cosα）

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

　　得：     L=99米

　　（30噸）計算如下：

　　斜坡傾角17°,串車總質量m=30000 kg,運行速度5m/s.

　　按ZDC30-2.5型斜巷跑車防護裝置主參數計算如下

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

　　以上數據代入E=gm L（sinα－u cosα）+1/2 mVo2

　　L=E-1/2mVo2/ gm L（sinα－u cosα）

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

　　得：     L=26.45米

　　十一 、結論

　　1、緩沖器合成拉力 440kN 符合要求。

　　2、鋼絲繩安全系數為3，符合要求。

　　3、裝置額定緩沖量2.5×106 J，安全系數2.2，符合要求。

　　4、裝置緩沖距離10米 在允許范圍之內(0.3-10米)  符合要求。

　　5、緩沖加速度=44 m/s2

　　6、9噸額定防護距離99米，30噸額定防護距離26米。

　　7、緩沖器校核符合要求。