專利名稱：地下采礦車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特殊用途的車輛，更具體的是一種適用于在具有潛在爆燃性氣 體中工作的地下采礦車輛。
背景技術(shù)：
爆炸性或危險的氣體在工業(yè)過程中，特別是地下煤礦中是非常常見的?？諝庵?爆炸性混和物的存在可能不會立即對人體造成危害，但是在這個區(qū)域必須防護機械作業(yè) 以防止偶然的引燃爆炸性氣體。這種技術(shù)就稱之為防爆。
在煤礦中典型的用于傳送人員和他們的設(shè)備的自推進防爆車輛是非常大并且笨 重的。如由 Specialised Mining.Vehicles 制造的 “Driftranner” 禾Π 由 P J Berriman 制造的“PJB”這樣的柴油動力車輛是大型車輛，典型的重量超過3500Kg。由Dealquip制造的 柴油驅(qū)動滑軌裝載車是目前最小的車輛之一，然而其空載機動時的重量也超過2200Kg， 作為傳送人員和他們的設(shè)備的多用途車輛，這種車輛是單座、低速并且缺少懸掛限制 的。可選的，電池動力設(shè)備，例如由Sanchrik制造的電池動力裝載車“EJC”，其尺寸也 與上述的柴油動力車輛類似。這些車輛的尺寸和重量大部分是用于防爆裝備的功能，防 爆裝備安裝在所述車輛上以允許它們在具有爆炸性氣體的環(huán)境中工作。
由于防爆裝置而增加的重量迫使設(shè)計者們建造大型的機器。這些大型的機器可 能在采礦或傳送礦石之類的操作中是有效的。當(dāng)用來傳送人員時，所述機器典型的設(shè)計 成承載6人或更多的人員或超出IOOOKg的載荷。這些機器的尺寸和重量使得機器本身是 笨重的、不容易機動的、低效的且在用來傳送較少人員和他們的設(shè)備時是高成本的。
本發(fā)明的一個目的就是考慮或至少減輕上述的缺點。
注意
1.所用的詞匯“包含”(和在其中語法上的變動)在說明書中包括“具有”或 “包括”的含義，并非是排除性的“由...唯一組成”的含義。
2.本發(fā)明背景技術(shù)部分討論的現(xiàn)有技術(shù)并不是承認這里討論的任意的信息是可 引用的現(xiàn)有技術(shù)或任意國家的本領(lǐng)域技術(shù)人員的普通技術(shù)知識。發(fā)明內(nèi)容
由此，本發(fā)明的第一方面提供一種用于煤礦的自推進地下采礦車輛；所述采礦 車輛其特征在于所述采礦車輛的空載重量不大于2000Kg。
優(yōu)選的，所述空載重量包括減重部件；所述減重部件包括固有的安全電子元 件。
優(yōu)選的，所述減重部件包括由高強度重量比材料制成的車身鑲板；所述材料包 括碳纖維增強聚合物。
優(yōu)選的，所述車輛由柴油發(fā)動機提供動力。
優(yōu)選的，所述車輛是電動力車輛；所述車輛由電池組和至少一個電動馬達提供動力。
優(yōu)選的，所述減重部件包括水阻焰器；所述水阻焰器具有成形為壓力容器的主 體。
優(yōu)選的，所述水阻焰器由高強度重量比材料制成；所述材料包括不銹鋼和碳纖 維增強聚合物。
優(yōu)選的，對于類似容量的發(fā)動機，所述水阻焰器與現(xiàn)有技術(shù)的水阻焰器相比尺 寸減??；所述水阻焰器從滿的供水箱得到水的再補給。
優(yōu)選的，所述減重部件包括電操作的關(guān)閉系統(tǒng)作為所述柴油發(fā)動機的緊急關(guān)閉 系統(tǒng)。
優(yōu)選的，所述減重部件包括用于所述柴油發(fā)動機的彈簧啟動機構(gòu)。
優(yōu)選的，所述減重部件包括用于所述柴油發(fā)動機的液壓啟動系統(tǒng)。
優(yōu)選的，所述減重部件包括車輛的照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)包括發(fā)光二極管 (LED)光源；所述LED光源由封裝的LED簇組成。
優(yōu)選的，用于電子元件的耐火外殼被限定為單一耐火外殼；所述單一耐火外殼 包圍主斷路器的活動元件和/或所述電動力車輛的控制裝置。
優(yōu)選的，所有的用于控制所述車輛的駕駛員輸入通過固有的安全元件。
優(yōu)選的，所述至少一個電動馬達是非打火型的電動馬達。
優(yōu)選的，所述車輛被設(shè)定尺寸以運送一至三人及相關(guān)設(shè)備。
本發(fā)明的另一方面，提供一種制造地下采礦車輛的方法，該地下采礦車輛的空 載重量不大于2000Kg ；所述方法包括如下步驟
(a)在所述車輛的電子系統(tǒng)中結(jié)合固有的安全電子元件，
(b)利用高強度重量比的材料制造所述車輛的車身鑲板；所述材料包括碳纖維 增強聚合物。
優(yōu)選的，所述電子系統(tǒng)包括由LED光源簇提供的照明設(shè)備。
優(yōu)選的，所述車輛的電子系統(tǒng)僅包括一個耐火外殼。
優(yōu)選的，所述方法還包括步驟為所述車輛的柴油發(fā)動機提供電操作的緊急關(guān) 閉系統(tǒng)。


下面參照附圖來描述本發(fā)明的具體實施例，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的地下采礦車的一般平面圖，其中示出了動力傳動系統(tǒng)的主 要元件和相關(guān)聯(lián)的元件；
圖2是圖1中車輛的排氣阻焰器的優(yōu)選形式的模型；
圖3示出了阻焰器具有供應(yīng)水或其他隔離液體的回路；
圖4的圖表示出了材料強度和給定材料厚度下的壓力容器的強度之間的關(guān)系；
圖5通過圖表示出了壓力容器直徑和典型材料的容器強度之間的關(guān)系；
圖6示出了用于圖1中車輛的多LED光源裝置的側(cè)面和端面視圖7是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的采礦車輛的氣動應(yīng)急發(fā)動機關(guān)閉系統(tǒng)的典型元件的列 表；
圖8是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的采礦車輛的典型電子元件的表格；
圖9是本發(fā)明車輛所采用的電子元件的表格；
圖10中表格顯示出本發(fā)明第一優(yōu)選實施例通過不同的設(shè)計和所選用的設(shè)備而節(jié)省的重量；
圖11是本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的主要電子元件示意圖12中表格指示了本發(fā)明第二優(yōu)選實施例通過不同的設(shè)計和所選用的設(shè)備而節(jié)省的重量。
具體實施方式
本發(fā)明指向特別是用于煤礦中的自推進地下采礦車輛，其中煤礦中潛在地存在 爆炸性氣體。所述根據(jù)本發(fā)明的車輛特別適用于傳送少量人員、典型的介于1至3人之 間、包括駕駛員、以及他們的設(shè)備。這就允許設(shè)計更小型的、輕型的車輛，其中通過使 用合理的技術(shù)可以顯著的節(jié)省重量從而使得車輛的空載重量小于2000Kg。
為了滿足地下礦，特別是地下煤礦的需求，所述車輛必須使防濺出的火花的而 允許其在具有潛在的爆炸性氣體中工作。本發(fā)明利用了四個主要的技術(shù)來滿足這一要 求，并且同時顯著的降低了重量。這就是發(fā)動機/馬達控制系統(tǒng)、阻焰器、電子設(shè)備 的爆炸防護罩和/或固有的安全電子元件。
第一優(yōu)選實施例
參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的地下采礦車輛10的一個優(yōu)選實施例，該車輛由相對較 小并且輕型的柴油發(fā)動機12驅(qū)動。動力通過與后驅(qū)動橋18 —體的傳動裝置16傳遞到后 輪14。
發(fā)動機12的空氣進入側(cè)和廢氣出口側(cè)都必須是防濺出的火花的。因此在進入 側(cè)，空氣過濾器22和進氣歧管M之間安裝有火花消除裝置20。
發(fā)動機發(fā)出的廢氣通過水阻焰器沈，以通過出口觀排除。水阻焰器沈既阻止 火花到達外部空氣還幫助廢氣的冷卻。在圖2和3中示出了根據(jù)本發(fā)明的水阻焰器沈的 詳細視圖和安裝結(jié)構(gòu)。
典型的，已知的阻焰器設(shè)計成裝配到車輛的機械設(shè)備中，通常形成為具有平坦 表面和銳角的立方體結(jié)構(gòu)。這種布置就需要使用相對較重的結(jié)構(gòu)材料。例如總體積超過 125升的阻焰器可能在重量上就超過120Kg(不計水和配件)。同樣典型的，這些阻焰器 的體積是相對較大的，從而才可以在阻焰器中攜帶合理的工作循環(huán)所需要的水。
從圖2中可以看出，本發(fā)明阻焰器沈的主體30包括具有半圓形端部32的圓柱 體31。這種主體的形狀(基本上也是壓力容器的形狀)，允許該主體在最小化主體30所 需的材料抗張強度(以及由此的重量)的同時能承受較高的內(nèi)部壓力。
圖4示出了壓力容器直徑和容器強度之間的關(guān)系。需要注意的是阻焰器需要足 夠的容積以容納在體積和深度上足夠的水來防止阻焰器外部的爆炸性氣體被點燃。因而 本發(fā)明在尋求設(shè)計最小化容器直徑的同時還要通過阻焰器本體的圓柱體形狀部分有適當(dāng) 的長度來提供足夠的容積，這就對最小化阻焰器的直徑起到了限制。
需要用來驅(qū)動本發(fā)明的較小的并且輕型的車輛10的較小的發(fā)動機產(chǎn)生的廢氣排 放量顯著的減少了。結(jié)果就是阻焰器需要承受的潛在爆炸性氣體的體積更小以及爆炸能量的水平更低，允許笨重的阻焰器可以進一步顯著的降低重量。這就允許本發(fā)明的阻焰 器優(yōu)選由高抗拉強度的不銹鋼、或例如碳纖維增強聚合物的復(fù)合材料制造而成。
在其操作中，阻焰器主體30部分填充了水并且通過耐火接頭34與柴油發(fā)動機的 排氣口連接。然后廢氣被指向主體30的內(nèi)部到達主體的底部并在那里廢氣從水下排出， 并朝主體30的頂部升起。在頂部，廢氣通過排氣口觀排放出。
主體30可以通過耐火接頭36打開從而允許清潔阻焰器。該接頭36可以是螺栓 或螺紋或類似的固定方式，但必須是耐火的從而阻止阻焰器外部的氣體被點燃。如果需 要，該接頭可以位于阻焰器上不同的區(qū)域。
阻焰器沈裝配有一個或多個水位傳感器37，水位傳感器設(shè)計成確保只有在阻焰 器中具有足夠的水時發(fā)動機才能夠運轉(zhuǎn)。所述阻焰器26還被提供一種通過一個或多個閥 38將水從本體排出的方法。這就允許測試可能裝配到阻焰器上的水位傳感器和浮閥。
進一步減少本發(fā)明的阻焰器的尺寸和重量是通過利用充滿水的集水箱來實現(xiàn) 的，該集水箱40(如圖3中所示)通過水管41連接到阻焰器26的入口 42。集水箱40位 于阻焰器沈的上方(通過圖1可以看出)并且具有通孔43，從而可以為阻焰器提供頂部 水。這并未提供車輛工作循環(huán)所需要供應(yīng)到阻焰器自身的全部水，而是可以通過位于填 充點42處的單向閥從輕型結(jié)構(gòu)的充滿的集水箱40自動加滿。
這些減輕重量的策略的總的效果就是使得本發(fā)明的阻焰器的凈重從上面所述典 型數(shù)據(jù)超過120Kg減到25Kg。
優(yōu)選地，除了阻焰器沈之外，廢氣還被廢氣微粒過濾器(未示出)調(diào)節(jié)，如US 5904042或US 5272874中所描述的過濾器。這種微粒過濾系統(tǒng)的設(shè)計主要是為了提高廢 氣中微粒的水平并且允許人員在遭受車輛廢氣煙霧的區(qū)域中安全地工作。
已知的地下開采車輛另一個重量負擔(dān)就是結(jié)合在車輛中的電子元件的防火要 求。本發(fā)明減輕重量的策略首先是包括由高效發(fā)光二極管(LED)提供光線。這些二極管 是白熾燈五倍的效率并且可以布置成如圖6中所示的組或簇形式來形成完整的車燈50。 LED光源較小的能量需求使得交流發(fā)電機或發(fā)電機44(圖1中所示)可以減小尺寸，該發(fā) 電機用來產(chǎn)生供應(yīng)到光源電路的電能。所述發(fā)光二極管52產(chǎn)生的熱量也更少，在本發(fā)明 中通過將發(fā)光二極管52密封在干凈的鑄模樹脂M中而實現(xiàn)防爆。圖6示出了由一簇密 封在干凈的鑄模樹脂M中的LED組成的車燈50。基于LED是非打火并且指定他們是固 態(tài)設(shè)備的事實，安全性在任何情況下都提高了。
再次參照圖6，LED的控制系統(tǒng)容納在主體56中二極管52簇的后面，該主體是 由如PVC或類似的硬塑料制成。在主體56的內(nèi)部可仍采用密封或更高安全性的技術(shù)為 車燈50內(nèi)的電路和向燈供電的電纜58防爆。這種材料的混合導(dǎo)致車燈系統(tǒng)的重量可小 到光源耐火系統(tǒng)的八分之一。
利用LED光源系統(tǒng)，以及固態(tài)電子控制，以及固有的安全組件，避免了使用耐 火外殼，并且顯著的降低了對通過發(fā)電機或交流發(fā)電44產(chǎn)生的車載動力的能力需求。圖 8和9給出了現(xiàn)有技術(shù)中典型的防爆采礦車輛和根據(jù)本發(fā)明車輛的電子元件的重量比較。
傳統(tǒng)的，壓縮氣體用在采礦車上實現(xiàn)多種功能，包括發(fā)動機啟動和緊急關(guān)閉。 緊急關(guān)閉功能單獨需要如圖7中所示的大量元件，它們在車上加起來達到了相當(dāng)大的重 量大約56Kg。本發(fā)明目前的實施例中的車輛采用固有的安全電子傳感器來監(jiān)控溫度、7壓力和發(fā)動機的水平。這些傳感器與用在車輛上的截止閥一起共計5Kg，與傳統(tǒng)的布置 占用200升相比較這些部件總共占用2升的體積。這些減小的體積總共節(jié)省顯著的大約 20Kg重量，并且需求的空間和相關(guān)的設(shè)備也更少。
在本發(fā)明目前的優(yōu)選實施例中，所述車輛為柴油發(fā)動機裝備了彈簧或液壓起動 系統(tǒng)中的一個。這就不需要為典型的用在采礦車輛上的壓縮氣體啟動和緊急關(guān)閉系統(tǒng)配 備空氣壓縮機和氣筒了。作為例子，優(yōu)選的有Kineteco制造的大約重4Kg的彈簧啟動系 統(tǒng)，而與之等效的氣體啟動和閥門的重量則在11至18Kg之間，因此本發(fā)明車輛節(jié)約了至 少7Kg的重量。液壓啟動系統(tǒng)與氣體啟動系統(tǒng)的重量類似，但仍然能避免使用圖7中所 示的空氣元件，因此仍然能提供重量上的優(yōu)勢。
本發(fā)明可以顯著的降低重量的另一個區(qū)域是使用輕型的聚合物復(fù)合材料來替代 典型的鋼制板材和箱體來構(gòu)造主體的板材、燃料箱和水箱。
圖10示出了本發(fā)明該實施例的一些節(jié)省重量的主要區(qū)域的一部分。
第二優(yōu)選實施例
根據(jù)本發(fā)明的地下采礦車輛的第二優(yōu)選實施例，車輛空載重量再次被限制在不 能大于2000Kg。在一些方面，該車輛的底盤、車身鑲板和乘客和載荷配置與上述第一優(yōu) 選實施例類似或相同，但在這個實例中所述車輛由與聯(lián)接到至少一個電動馬達的電源來 推進。參照圖11，在本實施例車輛中使用的電池或電池組70包括高功率密度對重量比設(shè) 計，如鎳鐵、鎳金屬氫化物或鋰離子。所述電池組封裝在由高強度重量比的材料制成的 電池盒71中以耐蓄電池酸，該材料如碳纖維復(fù)合材料或不銹鋼。
由電池組70提供的動力由電纜送到到主斷路器耐火外殼72。耐火外殼是重的并 且在本優(yōu)選實施例中耐火外殼的數(shù)量和尺寸都最小化了。主斷路器外殼72實際上是本實 施例采礦車輛上唯一的耐火外殼。主斷路器外殼72包含可以產(chǎn)生電弧和電火花的活動元 件，因此需要耐火外殼來容納這些元件。
電流從主斷路器外殼72流到主控制裝置外殼74。該主控制裝置外殼74不是耐 火的，但其所包含的控制元件需要機械防護，由此主控制裝置外殼由高強度重量比的材 料制成。這些元件都是固態(tài)的并且或是被封裝或是突出(emersed)的以便為電路提供相 對外部氣體的爆炸保護。
主控制裝置外殼74向電動馬達或電動馬達組76提供電源，并且取決于駕駛員的 輸入來驅(qū)動馬達前進、后退、慢或快。該電動馬達或馬達組76在優(yōu)選實施例中是非打火 類型的并且具有高動力重量比。這些馬達比具有相同輸出的耐火馬達輕。
在這個優(yōu)選實施例中，駕駛員控制輸入裝置78是固有安全的并且不會產(chǎn)生可能 引燃外部爆炸性空氣的電火花。這些固有安全的電路因此不需要防爆外殼，從而有助于 最小化地下采礦車輛的重量。
上文僅僅描述了本發(fā)明的一些實施例，明顯的本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不超出本 發(fā)明的保護范圍內(nèi)作出改變。
權(quán)利要求
1.一種用于煤礦的自推進地下采礦車輛，所述采礦車輛的特征在于所述采礦車輛的 空載重量不大于2000Kg。
2.如權(quán)利要求1所述的采礦車輛，其特征在于所述空載重量包括減重部件；所述減 重部件包括固有安全的電子元件。
3.如權(quán)利要求1或2所述的采礦車輛，其特征在于所述減重部件包括由高強度重量比 材料制成的車身鑲板；所述材料包括碳纖維增強聚合物。
4.如前述權(quán)利要求1-3中任一所述的采礦車輛，其特征在于所述車輛由柴油發(fā)動機提 供動力。
5.如前述權(quán)利要求1-3中任一所述的采礦車輛，其特征在于所述車輛是電動車輛； 所述車輛由電池組和至少一個電動馬達提供動力。
6.如權(quán)利要求4所述的采礦車輛，其特征在于所述減重部件包括水阻焰器；所述水 阻焰器具有成形為壓力容器的主體。
7.如權(quán)利要求6所述的采礦車輛，其特征在于所述水阻焰器由高強度重量比材料制 成；所述材料包括不銹鋼和碳纖維增強聚合物。
8.如權(quán)利要求5或7所述的采礦車輛，其特征在于對于類似容量的發(fā)動機，所述水阻 焰器與現(xiàn)有技術(shù)的水阻焰器相比尺寸減?。凰鏊柩嫫鲝某錆M的供水箱得到水的再補
9.如前述權(quán)利要求4-8中任一所述的采礦車輛，其特征在于所述減重部件包括電操作 的關(guān)閉系統(tǒng)作為所述柴油發(fā)動機的緊急關(guān)閉系統(tǒng)。
10.如前述權(quán)利要求4-9中任一所述的采礦車輛，其特征在于所述減重部件包括用于 所述柴油發(fā)動機的彈簧啟動機構(gòu)。
11.如前述權(quán)利要求4-9中任一所述的采礦車輛，其特征在于所述減重部件包括用于 所述柴油發(fā)動機的液壓啟動系統(tǒng)。
12.如前述權(quán)利要求2-11中任一所述的采礦車輛，其特征在于所述減重部件包括車輛 的照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)包括發(fā)光二極管(LED)光源；所述LED光源由封裝的LED簇 形成。
13.如權(quán)利要求5所述的采礦車輛，其特征在于用于電子元件的耐火外殼限制為單 一耐火外殼；所述單一耐火外殼包圍主斷路器的活動部件和/或所述電動車輛的控制裝置。
14.如前述權(quán)利要求1-13中任一所述的采礦車輛，其特征在于所有的用于控制所述車 輛的操作員輸入通過固有安全的元件。
15.如權(quán)利要求5所述的采礦車輛，其特征在于所述至少一個電動馬達是非打火型的 電動馬達。
16.如前述權(quán)利要求1-15中任一所述的采礦車輛，其特征在于所述車輛被設(shè)定尺寸以 運送一至三人和他們的相關(guān)設(shè)備。
17.—種制造地下采礦車輛的方法，其中所述地下采礦車輛的空載重量不大于 2000Kg ；所述方法包括如下步驟(a)在所述車輛的電子系統(tǒng)中結(jié)合固有安全的電子元件，(b)用高強度重量比的材料制造所述車輛的車身鑲板；所述材料包括碳纖維增強聚合物。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述電子系統(tǒng)包括由LED光源簇提供的 照明設(shè)備。
19.如權(quán)利要求17或18所述的方法，其特征在于所述車輛的所述電子系統(tǒng)僅包括一 個耐火外殼。
20.如權(quán)利要求17或18所述的方法，其特征在于所述方法還包括為所述車輛的柴油 發(fā)動機提供電操作的緊急關(guān)閉系統(tǒng)的步驟。
全文摘要
一種用于煤礦中的自推進地下采礦車輛；所述采礦車輛其特征在于所述采礦車輛的空車重量不大于2000Kg。
文檔編號B60P3/42GK102027198SQ200980113488
公開日2011年4月20日 申請日期2009年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月21日
發(fā)明者格雷戈里·詹姆斯·摩爾 申請人:格雷戈里·詹姆斯·摩爾