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CN102027198A - 地下采矿车辆 - Google Patents

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CN102027198A CN2009801134886A CN200980113488A CN102027198A CN 102027198 A CN102027198 A CN 102027198A CN 2009801134886 A CN2009801134886 A CN 2009801134886A CN 200980113488 A CN200980113488 A CN 200980113488A CN 102027198 A CN102027198 A CN 102027198A
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Abstract

一种用于煤矿中的自推进地下采矿车辆；所述采矿车辆其特征在于所述采矿车辆的空车重量不大于2000Kg。

Description

地下采矿车辆
技术领域
本发明涉及一种特殊用途的车辆，更具体的是一种适用于在具有潜在爆燃性气体中工作的地下采矿车辆。
背景技术
爆炸性或危险的气体在工业过程中，特别是地下煤矿中是非常常见的。空气中爆炸性混和物的存在可能不会立即对人体造成危害，但是在这个区域必须防护机械作业以防止偶然的引燃爆炸性气体。这种技术就称之为防爆。
在煤矿中典型的用于传送人员和他们的设备的自推进防爆车辆是非常大并且笨重的。如：由Specialised Mining.Vehicles制造的“Driftrunner”和由P J Berriman制造的“PJB”这样的柴油动力车辆是大型车辆，典型的重量超过3500Kg。由Dealquip制造的柴油驱动滑轨装载车是目前最小的车辆之一，然而其空载机动时的重量也超过2200Kg，作为传送人员和他们的设备的多用途车辆，这种车辆是单座、低速并且缺少悬挂限制的。可选的，电池动力设备，例如由Sandvik制造的电池动力装载车“EJC”，其尺寸也与上述的柴油动力车辆类似。这些车辆的尺寸和重量大部分是用于防爆装备的功能，防爆装备安装在所述车辆上以允许它们在具有爆炸性气体的环境中工作。
由于防爆装置而增加的重量迫使设计者们建造大型的机器。这些大型的机器可能在采矿或传送矿石之类的操作中是有效的。当用来传送人员时，所述机器典型的设计成承载6人或更多的人员或超出1000Kg的载荷。这些机器的尺寸和重量使得机器本身是笨重的、不容易机动的、低效的且在用来传送较少人员和他们的设备时是高成本的。
本发明的一个目的就是考虑或至少减轻上述的缺点。
注意
1.所用的词汇“包含”(和在其中语法上的变动)在说明书中包括“具有”或“包括”的含义，并非是排除性的“由...唯一组成”的含义。
2.本发明背景技术部分讨论的现有技术并不是承认这里讨论的任意的信息是可引用的现有技术或任意国家的本领域技术人员的普通技术知识。
发明内容
由此，本发明的第一方面提供一种用于煤矿的自推进地下采矿车辆；所述采矿车辆其特征在于所述采矿车辆的空载重量不大于2000Kg。
优选的，所述空载重量包括减重部件；所述减重部件包括固有的安全电子元件。
优选的，所述减重部件包括由高强度重量比材料制成的车身镶板；所述材料包括碳纤维增强聚合物。
优选的，所述车辆由柴油发动机提供动力。
优选的，所述车辆是电动力车辆；所述车辆由电池组和至少一个电动马达提供动力。
优选的，所述减重部件包括水阻焰器；所述水阻焰器具有成形为压力容器的主体。
优选的，所述水阻焰器由高强度重量比材料制成；所述材料包括不锈钢和碳纤维增强聚合物。
优选的，对于类似容量的发动机，所述水阻焰器与现有技术的水阻焰器相比尺寸减小；所述水阻焰器从满的供水箱得到水的再补给。
优选的，所述减重部件包括电操作的关闭系统作为所述柴油发动机的紧急关闭系统。
优选的，所述减重部件包括用于所述柴油发动机的弹簧启动机构。
优选的，所述减重部件包括用于所述柴油发动机的液压启动系统。
优选的，所述减重部件包括车辆的照明系统，所述照明系统包括发光二极管(LED)光源；所述LED光源由封装的LED簇组成。
优选的，用于电子元件的耐火外壳被限定为单一耐火外壳；所述单一耐火外壳包围主断路器的活动元件和/或所述电动力车辆的控制装置。
优选的，所有的用于控制所述车辆的驾驶员输入通过固有的安全元件。
优选的，所述至少一个电动马达是非打火型的电动马达。
优选的，所述车辆被设定尺寸以运送一至三人及相关设备。
本发明的另一方面，提供一种制造地下采矿车辆的方法，该地下采矿车辆的空载重量不大于2000Kg；所述方法包括如下步骤：
(a)在所述车辆的电子系统中结合固有的安全电子元件，
(b)利用高强度重量比的材料制造所述车辆的车身镶板；所述材料包括碳纤维增强聚合物。
优选的，所述电子系统包括由LED光源簇提供的照明设备。
优选的，所述车辆的电子系统仅包括一个耐火外壳。
优选的，所述方法还包括步骤：为所述车辆的柴油发动机提供电操作的紧急关闭系统。
附图说明
下面参照附图来描述本发明的具体实施例，其中：
图1是根据本发明的地下采矿车的一般平面图，其中示出了动力传动系统的主要元件和相关联的元件；
图2是图1中车辆的排气阻焰器的优选形式的模型；
图3示出了阻焰器具有供应水或其他隔离液体的回路；
图4的图表示出了材料强度和给定材料厚度下的压力容器的强度之间的关系；
图5通过图表示出了压力容器直径和典型材料的容器强度之间的关系；
图6示出了用于图1中车辆的多LED光源装置的侧面和端面视图；
图7是根据现有技术的采矿车辆的气动应急发动机关闭系统的典型元件的列表；
图8是根据现有技术的采矿车辆的典型电子元件的表格；
图9是本发明车辆所采用的电子元件的表格；
图10中表格显示出本发明第一优选实施例通过不同的设计和所选用的设备而节省的重量；
图11是本发明第二优选实施例的主要电子元件示意图；
图12中表格指示了本发明第二优选实施例通过不同的设计和所选用的设备而节省的重量。
具体实施方式
本发明指向特别是用于煤矿中的自推进地下采矿车辆，其中煤矿中潜在地存在爆炸性气体。所述根据本发明的车辆特别适用于传送少量人员、典型的介于1至3人之间、包括驾驶员、以及他们的设备。这就允许设计更小型的、轻型的车辆，其中通过使用合理的技术可以显著的节省重量从而使得车辆的空载重量小于2000Kg。
为了满足地下矿，特别是地下煤矿的需求，所述车辆必须使防溅出的火花的而允许其在具有潜在的爆炸性气体中工作。本发明利用了四个主要的技术来满足这一要求，并且同时显著的降低了重量。这就是：发动机/马达控制系统、阻焰器、电子设备的爆炸防护罩和/或固有的安全电子元件。
第一优选实施例
参照图1，根据本发明的地下采矿车辆10的一个优选实施例，该车辆由相对较小并且轻型的柴油发动机12驱动。动力通过与后驱动桥18一体的传动装置16传递到后轮14。
发动机12的空气进入侧和废气出口侧都必须是防溅出的火花的。因此在进入侧，空气过滤器22和进气歧管24之间安装有火花消除装置20。
发动机发出的废气通过水阻焰器26，以通过出口28排除。水阻焰器26既阻止火花到达外部空气还帮助废气的冷却。在图2和3中示出了根据本发明的水阻焰器26的详细视图和安装结构。
典型的，已知的阻焰器设计成装配到车辆的机械设备中，通常形成为具有平坦表面和锐角的立方体结构。这种布置就需要使用相对较重的结构材料。例如总体积超过125升的阻焰器可能在重量上就超过120Kg(不计水和配件)。同样典型的，这些阻焰器的体积是相对较大的，从而才可以在阻焰器中携带合理的工作循环所需要的水。
从图2中可以看出，本发明阻焰器26的主体30包括具有半圆形端部32的圆柱体31。这种主体的形状(基本上也是压力容器的形状)，允许该主体在最小化主体30所需的材料抗张强度(以及由此的重量)的同时能承受较高的内部压力。
图4示出了压力容器直径和容器强度之间的关系。需要注意的是阻焰器需要足够的容积以容纳在体积和深度上足够的水来防止阻焰器外部的爆炸性气体被点燃。因而本发明在寻求设计最小化容器直径的同时还要通过阻焰器本体的圆柱体形状部分有适当的长度来提供足够的容积，这就对最小化阻焰器的直径起到了限制。
需要用来驱动本发明的较小的并且轻型的车辆10的较小的发动机产生的废气排放量显著的减少了。结果就是阻焰器需要承受的潜在爆炸性气体的体积更小以及爆炸能量的水平更低，允许笨重的阻焰器可以进一步显著的降低重量。这就允许本发明的阻焰器优选由高抗拉强度的不锈钢、或例如碳纤维增强聚合物的复合材料制造而成。
在其操作中，阻焰器主体30部分填充了水并且通过耐火接头34与柴油发动机的排气口连接。然后废气被指向主体30的内部到达主体的底部并在那里废气从水下排出，并朝主体30的顶部升起。在顶部，废气通过排气口28排放出。
主体30可以通过耐火接头36打开从而允许清洁阻焰器。该接头36可以是螺栓或螺纹或类似的固定方式，但必须是耐火的从而阻止阻焰器外部的气体被点燃。如果需要，该接头可以位于阻焰器上不同的区域。
阻焰器26装配有一个或多个水位传感器37，水位传感器设计成确保只有在阻焰器中具有足够的水时发动机才能够运转。所述阻焰器26还被提供一种通过一个或多个阀38将水从本体排出的方法。这就允许测试可能装配到阻焰器上的水位传感器和浮阀。
进一步减少本发明的阻焰器的尺寸和重量是通过利用充满水的集水箱来实现的，该集水箱40(如图3中所示)通过水管41连接到阻焰器26的入口42。集水箱40位于阻焰器26的上方(通过图1可以看出)并且具有通孔43，从而可以为阻焰器提供顶部水。这并未提供车辆工作循环所需要供应到阻焰器自身的全部水，而是可以通过位于填充点42处的单向阀从轻型结构的充满的集水箱40自动加满。
这些减轻重量的策略的总的效果就是使得本发明的阻焰器的净重从上面所述典型数据超过120Kg减到25Kg。
优选地，除了阻焰器26之外，废气还被废气微粒过滤器(未示出)调节，如US 5904042或US 5272874中所描述的过滤器。这种微粒过滤系统的设计主要是为了提高废气中微粒的水平并且允许人员在遭受车辆废气烟雾的区域中安全地工作。
已知的地下开采车辆另一个重量负担就是结合在车辆中的电子元件的防火要求。本发明减轻重量的策略首先是包括由高效发光二极管(LED)提供光线。这些二极管是白炽灯五倍的效率并且可以布置成如图6中所示的组或簇形式来形成完整的车灯50。LED光源较小的能量需求使得交流发电机或发电机44(图1中所示)可以减小尺寸，该发电机用来产生供应到光源电路的电能。所述发光二极管52产生的热量也更少，在本发明中通过将发光二极管52密封在干净的铸模树脂54中而实现防爆。图6示出了由一簇密封在干净的铸模树脂54中的LED组成的车灯50。基于LED是非打火并且指定他们是固态设备的事实，安全性在任何情况下都提高了。
再次参照图6，LED的控制系统容纳在主体56中二极管52簇的后面，该主体是由如PVC或类似的硬塑料制成。在主体56的内部可仍采用密封或更高安全性的技术为车灯50内的电路和向灯供电的电缆58防爆。这种材料的混合导致车灯系统的重量可小到光源耐火系统的八分之一。
利用LED光源系统，以及固态电子控制，以及固有的安全组件，避免了使用耐火外壳，并且显著的降低了对通过发电机或交流发电44产生的车载动力的能力需求。图8和9给出了现有技术中典型的防爆采矿车辆和根据本发明车辆的电子元件的重量比较。
传统的，压缩气体用在采矿车上实现多种功能，包括发动机启动和紧急关闭。紧急关闭功能单独需要如图7中所示的大量元件，它们在车上加起来达到了相当大的重量大约56Kg。本发明目前的实施例中的车辆采用固有的安全电子传感器来监控温度、压力和发动机的水平。这些传感器与用在车辆上的截止阀一起共计5Kg，与传统的布置占用200升相比较这些部件总共占用2升的体积。这些减小的体积总共节省显著的大约20Kg重量，并且需求的空间和相关的设备也更少。
在本发明目前的优选实施例中，所述车辆为柴油发动机装备了弹簧或液压起动系统中的一个。这就不需要为典型的用在采矿车辆上的压缩气体启动和紧急关闭系统配备空气压缩机和气筒了。作为例子，优选的有Kineteco制造的大约重4Kg的弹簧启动系统，而与之等效的气体启动和阀门的重量则在11至18Kg之间，因此本发明车辆节约了至少7Kg的重量。液压启动系统与气体启动系统的重量类似，但仍然能避免使用图7中所示的空气元件，因此仍然能提供重量上的优势。
本发明可以显著的降低重量的另一个区域是使用轻型的聚合物复合材料来替代典型的钢制板材和箱体来构造主体的板材、燃料箱和水箱。
图10示出了本发明该实施例的一些节省重量的主要区域的一部分。
第二优选实施例
根据本发明的地下采矿车辆的第二优选实施例，车辆空载重量再次被限制在不能大于2000Kg。在一些方面，该车辆的底盘、车身镶板和乘客和载荷配置与上述第一优选实施例类似或相同，但在这个实例中所述车辆由与联接到至少一个电动马达的电源来推进。参照图11，在本实施例车辆中使用的电池或电池组70包括高功率密度对重量比设计，如镍铁、镍金属氢化物或锂离子。所述电池组封装在由高强度重量比的材料制成的电池盒71中以耐蓄电池酸，该材料如碳纤维复合材料或不锈钢。
由电池组70提供的动力由电缆送到到主断路器耐火外壳72。耐火外壳是重的并且在本优选实施例中耐火外壳的数量和尺寸都最小化了。主断路器外壳72实际上是本实施例采矿车辆上唯一的耐火外壳。主断路器外壳72包含可以产生电弧和电火花的活动元件，因此需要耐火外壳来容纳这些元件。
电流从主断路器外壳72流到主控制装置外壳74。该主控制装置外壳74不是耐火的，但其所包含的控制元件需要机械防护，由此主控制装置外壳由高强度重量比的材料制成。这些元件都是固态的并且或是被封装或是突出(emersed)的以便为电路提供相对外部气体的爆炸保护。
主控制装置外壳74向电动马达或电动马达组76提供电源，并且取决于驾驶员的输入来驱动马达前进、后退、慢或快。该电动马达或马达组76在优选实施例中是非打火类型的并且具有高动力重量比。这些马达比具有相同输出的耐火马达轻。
在这个优选实施例中，驾驶员控制输入装置78是固有安全的并且不会产生可能引燃外部爆炸性空气的电火花。这些固有安全的电路因此不需要防爆外壳，从而有助于最小化地下采矿车辆的重量。
上文仅仅描述了本发明的一些实施例，明显的本领域技术人员可以在不超出本发明的保护范围内作出改变。

Claims (20)

1.一种用于煤矿的自推进地下采矿车辆，所述采矿车辆的特征在于所述采矿车辆的空载重量不大于2000Kg。
2.如权利要求1所述的采矿车辆，其特征在于所述空载重量包括减重部件；所述减重部件包括固有安全的电子元件。
3.如权利要求1或2所述的采矿车辆，其特征在于所述减重部件包括由高强度重量比材料制成的车身镶板；所述材料包括碳纤维增强聚合物。
4.如前述权利要求1-3中任一所述的采矿车辆，其特征在于所述车辆由柴油发动机提供动力。
5.如前述权利要求1-3中任一所述的采矿车辆，其特征在于所述车辆是电动车辆；所述车辆由电池组和至少一个电动马达提供动力。
6.如权利要求4所述的采矿车辆，其特征在于所述减重部件包括水阻焰器；所述水阻焰器具有成形为压力容器的主体。
7.如权利要求6所述的采矿车辆，其特征在于所述水阻焰器由高强度重量比材料制成；所述材料包括不锈钢和碳纤维增强聚合物。
8.如权利要求5或7所述的采矿车辆，其特征在于对于类似容量的发动机，所述水阻焰器与现有技术的水阻焰器相比尺寸减小；所述水阻焰器从充满的供水箱得到水的再补给。
9.如前述权利要求4-8中任一所述的采矿车辆，其特征在于所述减重部件包括电操作的关闭系统作为所述柴油发动机的紧急关闭系统。
10.如前述权利要求4-9中任一所述的采矿车辆，其特征在于所述减重部件包括用于所述柴油发动机的弹簧启动机构。
11.如前述权利要求4-9中任一所述的采矿车辆，其特征在于所述减重部件包括用于所述柴油发动机的液压启动系统。
12.如前述权利要求2-11中任一所述的采矿车辆，其特征在于所述减重部件包括车辆的照明系统，该照明系统包括发光二极管(LED)光源；所述LED光源由封装的LED簇形成。
13.如权利要求5所述的采矿车辆，其特征在于用于电子元件的耐火外壳限制为单一耐火外壳；所述单一耐火外壳包围主断路器的活动部件和/或所述电动车辆的控制装置。
14.如前述权利要求1-13中任一所述的采矿车辆，其特征在于所有的用于控制所述车辆的操作员输入通过固有安全的元件。
15.如权利要求5所述的采矿车辆，其特征在于所述至少一个电动马达是非打火型的电动马达。
16.如前述权利要求1-15中任一所述的采矿车辆，其特征在于所述车辆被设定尺寸以运送一至三人和他们的相关设备。
17.一种制造地下采矿车辆的方法，其中所述地下采矿车辆的空载重量不大于2000Kg；所述方法包括如下步骤：
(a)在所述车辆的电子系统中结合固有安全的电子元件，
(b)用高强度重量比的材料制造所述车辆的车身镶板；所述材料包括碳纤维增强聚合物。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于所述电子系统包括由LED光源簇提供的照明设备。
19.如权利要求17或18所述的方法，其特征在于所述车辆的所述电子系统仅包括一个耐火外壳。
20.如权利要求17或18所述的方法，其特征在于所述方法还包括为所述车辆的柴油发动机提供电操作的紧急关闭系统的步骤。
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