矿用升降设备触顶保护装置设计

随着煤矿工作面逐步进入大采高模式，井下矿用升降设备使用开始普及，通过升降设备进行主巷道及辅助运输巷道布置水管、电缆吊挂维护、防爆水带安装维护、图牌指示板安装维护等施工项目时，主要是依靠人员观察控制操作设备升起的高度。当工人操作失误或系统发生故障时，极易发生设备与煤矿巷道顶部碰撞的问题，造成设备损伤或人员伤害，严重影响井下安全生产作业。触顶保护装置安装于升降设备的升降平台上，通过电液双重控制，当触顶杆与巷道顶板碰撞接触后，第一时间使设备停止继续上升，具有实时控制、稳定性好的优点，能有效避免升降平台触顶事故的发生，提高生产安全系数。

1 触顶保护装置结构及工作原理

触顶保护装置结构如图1所示，包括机构安装架、触顶杆、弹性碰撞组件Ⅰ和隔爆型行程开关、弹性碰撞组件Ⅱ和凸轮阀。机构安装架主要由回复弹簧、上导向管组件、下导向管组件、和行程开关限位板组成，其中导向管和触顶杆上分别开有若干小孔，导向管和触顶杆通过固定销联接，利用不同销孔可调节触顶杆的高度，触顶杆的调节范围为0.8～2.2m，可适用的煤矿巷道高度范围较广。触顶保护装置控制原理如图2所示，分别利用电信号控制隔爆电磁换向阀与液压信号控制溢流阀，从而实现对升降系统进行双重保护控制。

图1 结构示意图

1触顶杆2固定销3机构安装架 4隔爆型行程开关5凸轮阀6弹性碰撞组件Ⅱ 7弹性碰撞组件Ⅰ

图2 触顶保护控制原理图

1隔爆型行程开关 2凸轮阀 3溢流阀 4泵 5隔爆电磁换向阀

当矿用升降平台上升到工作位置，如发生操作失误或系统故障使平台不能及时停止，触顶杆与矿井巷道顶板发生碰撞，触顶杆受力下压，通过固定销带动机构安装架内的上导向管组件向下运动，同时带动弹性碰撞组件Ⅰ向下运动，当弹性碰撞组件Ⅰ与隔爆型行程开关产生碰撞，压缩隔爆型行程开关受力断开断电，因隔爆型行程开关与车载升降系统中的隔爆电磁换向阀为串联关系，导致隔爆电磁换向阀打开卸载口，使升降车液压升降系统停止继续供液。如因隔爆型行程开关或车载升降系统中的隔爆电磁换向阀出现故障，升降车液压升降系统不能有效地停止上升，弹性碰撞组件Ⅰ因行程开关限位板阻挡，停止继续向下位移，触顶杆带动弹性碰撞组件Ⅱ继续向下移动，弹性碰撞组件Ⅱ与凸轮阀碰撞，凸轮阀受力凸轮向下打开阀出油口T，因凸轮阀出油口T与车载升降系统的主回油路系统相连，使车载升降系统中主供油管路卸载停止继续供液，对升降台进行触顶电液双层保护；当装置触顶保护解除后，触顶杆通过复位弹簧恢复至初始位置，连带弹性碰撞组件Ⅰ及弹性碰撞组件Ⅱ通过复位弹簧恢复至初始位置。

2 受力分析及校核

由于机构安装架及弹性碰撞组件内均含有弹簧，通过弹簧来控制触顶杆及弹性碰撞组件的运动及复位，因此弹簧的选取将影响整个装置的可靠性及安全性。弹簧刚性过大不易被压缩，则无法触发隔爆型行程开关或凸轮阀；而弹簧刚性较小，则会由于触顶杆本身的自重，升降平台上升过程中由于惯性会发生误触。

同时触顶杆直接与巷道顶板煤层接触，升降平台液压系统的压力较大，如果触顶杆所选材料强度较小，则会发生弯折造成装置失效，因此触顶杆的材料也需进行受力分析与校核，而且触顶杆触顶后压力直接加载于行程限位板，因此对行程限位板的受力也需进行分析。经受力分析可知，当无法触发隔爆型行程开关进而需要继续进行位移触发凸轮阀时，行程限位板所受的压力最大，超过此压力则会导致二者直接受弹簧压力损坏从而导致整个装置失效，同时针对机构中的安装架内弹簧及弹簧碰撞组件中的2个弹簧进行受力选取。

3 结语

触顶保护装置采用电信号与液压信号进行双重保护控制，且电信号优先于液压信号保护控制，经模拟与工业性试验验证，效果符合设计预期标准，极大地保障了井下运用升降设备进行作业的工作人员的安全，同时装置总体占用空间小，质量轻，安装方便，可以适用于井下不同环境不同的举升设备，加以改造亦可应用于地面相关的工程设备。