矿用新型双轴移动式无压全自动互锁平衡风门的研制.pdf

煤炭工程 2 0 1 3年第 2期 矿用新型双轴 移动式无压全 自动 互锁平衡风 门的研制 张修峰 ，周旋旋 1 ．江苏建筑职业技术学院 矿业与交通工程学院，江苏 徐州2 2 1 1 1 6 ； 2 ．徐州机电高等职业技术学校 ，江苏 徐州2 2 1 0 1 1 摘要 文章介绍 了新型双轴移动式无压全 自动风 门的组成结构设计、工作原理 ，并与传统 风门相 比较 ，结果表明，新型风门打破 了以往 自动风 门控制装置长期依靠光电或红外线感应的特 点，实现 了风门开关控制装置的全机械化 ；具有 简单、控制可靠、能 自动开启关闭，风门之间具 有连锁功能，且成本低廉 ，适用性强等特点。该新型风门的应用解决了煤矿通风系统 中风 门压力 大、开启 困难 、漏风 率大 的问题 。 关键词 双轴移动式；全 自动 ；互锁平衡 ；风门 中图分类号 T D 7 2 4 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 1 3 0 2 - 0 1 2 0 - 0 3 Re s e a r c h a nd De v e l o pme n t o f Ne w M i n e Do u b l e S ha ft M o b i l e Ty pe Pr e s s ur e l e s s Ful l Au t o ma t i C I n t e r l o c k Ba l a n c e d Ai r Do o r Z HANG Xi uf e n g ，Z HOU Xu a nx u a n 1 ． S c h o o l o f Mi n i n g E n g i n e e r i n g ，J i a n g s u J i a n z h uI n s t i t u t e ，X u z h o u 2 2 1 1 1 6，C h i n a ； 2 ． J l a n g s u X u z h o u C o l l e g e o f E l e c t r o m e c h a n i c a l V o c a t i o n a l T e c h n o l o g y ，X u z h o u 2 2 1 0 1 1 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e p a p e r i n t r o d u c e d t h e c o mp o s i t i o n s t r u c t u r e d e s i g n a n d w o r k i n g p ri n c i p l e o f t h e n e w d o u b l e s h a f t mo b i l e t y p e p r e s s u r e l e s s f u 1 1 a u t o ma t i c a i r d o o r a n d h a d a c o mp a r i s o n wi t h t h e t r a d i t i o n a l a i r d o o r ． T h e r e s u l t s s h o we d t h a t t h e n e w a i r d o o r b r a k e t h r o u g h t h e f e a t u r e s o f t h e p h o t o e l e c t r i c o r i n f r a r e d i n d u c t i o n a n d r e a l i z e d a f u 1 1 me c h a n i z a t i o n o f t h e s w i t c h c o n t r o l d e v i c e f o r t h e a i r d o o r a n d t h e n e w a i r d o o r h a d a s i mp l e ， r e l i a b l e c o n t r o l ， a u t o ma t i c o p e n ／ c l o s e， i n t e r l o c k f u n c t i o n b e t w e e n t h e a i r d o o r s ，a l o w c o s t a n d h i g h s u i t a b i l i t y a n d o t h e r f e a t u r e s ． T h e a p p l i c a t i o n o f t h e n e w a i r d o o r h a d s o l v e d t h e p r o b l e ms o f h i g h p r e s s u r e a i r d o o r ， d i ffi c u l t o p e n i n g a n d h i g h a i r l e a k a g e i n t h e mi n e v e n t i l a t i o n s y s t e m． Ke y wo r d s d o u b l e s h aft mo b i l e t y p e ；f u l l a u t o ma t i o n；i n t e r l o c k b a l a n c e d；a i r d o o r 风门设施在通风系统中起着至关重要的作用 ，且必须 实用可靠。长期以来矿井风门绝大多数门扇采用迎风流方 向开启的形式，多为人力启闭，但由于井下负压大，造成 开启风门时阻力大，关闭风门时动量大，过风门行人、行 车困难，风门关闭速度快，易出现风门挤压致人死亡事故； 风门闭锁不可靠导致闭锁失灵，给通风系统造成极大隐患； 操作比较繁琐，大大降低了运输效率，针对上述问题，研 制了双轴移动式全自动互锁平衡风门。 1 双轴移动式互锁平衡无压风 门结构组成 该风门系统结构由风门、平行升降开关结构及 自动关 闭连锁坠砣结构三部分组成，其风门系统组成结构图如图 1 、图2所示。此风门是由可以实现受力平衡的无压单扇门 组成，在门扇闭合时，上铰接轴和下铰接轴的轴线与边轴 轴线的距 离大于上铰 接轴和 下铰接轴 的轴线 至 门扇 中心线 的距离。 2 双轴移动式无压风门开启原理 风门门扇与门框的链接是通过中间双轴架连接的，因 此门扇在旋转开启过程 中，既 自身沿中间轴旋转又折叠旋 转了中间双轴架，因此，门扇在开启过程中，既 自身旋转 又向门框侧 滑动 的运 动过 程 ，风 门开启 状态 如 图 3所示 。 因门扇的旋转是绕中间轴旋转，移动是沿门的上框和下部 的滑槽内滑轮滚动移动，门扇受风压的作用力都集中到中 间旋转受力轴上，因此门扇在旋转移动开启时不会受到有 风压作用 ，门扇向一侧移动时是靠中间旋转受力轴上的滑 收稿 日期 2 0 1 2一 o 4 1 6 作者简介张修峰 1 9 7 6一 ，男，江苏徐州人，讲师，2 0 0 4年毕业于中国矿业大学安全技术及工程专业，现在江苏建 筑职业技术学院矿业与交通工程学院从事煤矿矿井通风与安全等方面的教学与科研工作。 1 2 0 2 0 1 3年第 2期 煤炭工程 1 一 门上框 ；2 一 门扇 ；3 一 观察 窗；4 一 开门气 缸 ；5 一气 缸滑 轮支撑架 ；6 一滑轮 ；7 一 钢丝绳 ；8 一 开门旋转臂 ；9 一门边轴 上座；l 0 一 门边 轴 ；1 1 一铰 接 轴 ；1 2 一铰 接 轴 俯 ；l 3 一 门边 框 ；1 4 一双轴架；l 5 一边轴下座；1 6 一铰接轴下座；1 7 一上旋 转 受力轴滑轮 ；1 8 一下中间旋转 受力轴滑槽 图 l 风门结构组成 1 f 平行升降板 两位三通润 复位延时器 复位弹簧 ＼ ／ L _ _ 一 ＼ m1 ～ ⋯ 一 平行升降旋转轴旋转轴联动杆 图 2 风门系统构成剖面图 轮滚动移动的，也不会受到阻碍，门的开启和关闭非常的 灵活自由。其作用过程为风门在开启时在外力作用下旋 转 ，在旋转过程中既折叠又旋转了中间双轴架 ，使风门向 一 侧移动并开启 ；风门关闭的过程与则之相反。 3 平行升降开关构成和原理 平行升降压力传递开 门装置其结构由压力传递平行升 降机构和机械式的弹性气动开关、气管、开门气缸、钢丝 门扇 ／ 双辅 1-- - 1～一一一 I ， ／ 、 开门气缸 ／ 开门旋转臂 I 图 3 风 门开启状态图 架 绳和滑轮、门轴旋转臂、复位延时器 、复位弹簧等部件组 成，平行升降结构示意图如图 4所示，通过相互协调和配 合，将行人或车辆通过风门时的 自身重力转变成打开机械 式弹性气动开关 的作用力，然后再通过开门气缸将风门自 动打开 。 平行升降板两位三通阀 复位延时器 复位弹簧 a 平面图 T H _． I T l U l l Ul l r I一 一l l b 横向剖面图 图 4 平行升降结构 示意图 其作用过程是当行人或车辆通过风门位置时，在 自 身的重力作用下，通过设置在道轨中间的压力传递平行升 降机构 ，将压力传递给机械式的弹性气动开关，而后使机 械式的弹性气动开关打开，通过供气管路向开门气缸供气， 使开门气缸动作产生开门的拉力，然后作用到门轴旋转臂 上 ，使门轴旋转 ，从而带动风门的旋转开启 ；当作用在道 轨中间的压力传递平行升降机构上的压力解除时，机械式 的弹性气动开关将随着压力传递平行升降机构的延时复位 自动关闭通向开门气缸 的供气通路 ，同时打开气缸的复位 通路，在连锁坠砣产生的拉力作用下实现 自动关闭，气缸 恢复原位实现风门的关闭状态。 压力传递平行升降机构的原理是利用多轴联动旋转实 现平行升降的；在平行升降机构下降运动时 ，打开了设在 其下部机械式的弹性气动开关。打开的气动开关将压缩空 气通过管路送到开门气缸，使开门气缸产生开门的拉力 ， 而后通过钢丝绳作用到风门轴的旋转臂上使门轴旋转 ，从 而带动风门的旋转开启。为了克服平行升降板 自身重量对 复位的阻力，在平行升降旋转轴上设置了复位弹簧和复位 延时器，复位弹簧主要作用是给平行升降旋转轴一个作 用力，使旋转轴始终保持在上升的位置。复位延时器的作 】 21 煤炭工程 2 0 1 3年第 2期 用是辅助复位弹簧给平行升降板提供一个支撑力，同时 使复位动作有一个延时，以方便行人或车辆通过风门。 4 自动关闭连锁坠砣结构和连锁原理 在风门的旋转边轴上端设置的旋转臂上通过连接钢丝 绳与两个并排有缺 口的重力坠砣相连接，每一个重力坠砣 连接一道风门，在并排的重力坠砣有缺 口处的中间位置设 置一个只能左右摆动的圆环，通过圆环的左右摆动实现只 能一个重力坠砣上下移动，进而实现只能一道门打开的闭 锁功能和自动关闭的功能。 风门在开启时其旋转轴始终偏离风门关闭的原始位置， 而连锁坠砣产生的拉力始终向着风门关闭的位置，所以连 锁坠砣能够实现风门的自动关闭。 两道风门的连锁原理是把两道风门的连锁砣相应位 置分别开一个能容纳一个圆环的缺口，当一道风门开启即 一 个连锁坠砣向上滑动时，中间的圆环便被移向另一个连 锁坠砣的缺口处，致使另一坠砣不能向上移动 ，从而实现 另一道风门不能同时打开的连锁状态。其 自动关闭和连锁 过程是连锁坠砣在实现风门自动关闭的同时，其 自身也做 上下运动 ，把 同一处 的两道 风门 的连锁 坠砣 通过 钢丝绳 和 滑轮的连接并排在一齐，在两个连锁坠砣的中间位置设置 一 个可左右移动的圆环，并在两个连锁坠砣处于风门关闭 状态位置的上部相同一位置分别开一个能容纳一个圆环的 缺口，当一道风门开启时，两个连锁坠砣中间的圆环便随 着连锁坠砣的向上移动移向另一个连锁坠砣的缺 口处，致 使另一个连锁坠砣不能向上移动，从而实现另一道风门不 能打开的连锁状态。当另一道打开时，其作用原理则相同。 双扇风门的自动关闭和连锁的作用过程和单扇风门的原理 相同，只是双扇风门的开启和关闭时要增加一个联动钢丝 绳滑轮组。 5结论 1 实现了风门开关控制装置的全机械化 ；具有简单， 、 上接第 1 1 9页 5结语 、 、 本文提出的基于工业 以太 网的巷道表面位移传感器， 集计算机测控技术、现代传感器技术、工业以太网技术于 一 体，系统具有高精度、高效率、低成本、灵活方便等特 点。该系统的创新点在于，充分结合硬件、软件的优势 ， 设计并实现了一种高精度、自动化位移传感器，它的成功 开发使煤矿巷道表面位移 自动监测，测量结果 自动上传 、 分析、处理成为了可能，有比较好的市场前景。 参考文献 [ 1 ] 张光建．回采巷道锚杆支护状态观测研究 [ J ] ．煤炭工程 1 2 2 控制可靠，能 自动开启关闭，风门之间具有连锁功能，且 成本低廉 ，适用性强。 2 漏风率低，在承受较大风压下也不会产生门扇变形 漏风。 3 使用风门开启闭锁装置，完善了两道风门不能同时 打开的可靠闭锁。 4 风门自然打开，能够实现双向隔风，并代替反 向 门，同时还能实现反向门的常闭，不需要另外设置反向风 门，降低了风门的设置成本。 5 该风门自动开启装置无阻力，实现了风门开启全机 械化，开启的可靠性强，维修方便；人员或车辆通过平行 升降装置时风门即自动打开，人员或车辆通过风门后立即 通过延时装置延时5～ l O s 实现自动关闭。 6 该装置优于光电控制装置和机械杠杆式开启方式。 7 在特殊通车地点，风门的开启完全依靠矿车其 自身 重力作用打开风门，不依靠电能或压缩空气的能量打开风 门，提高风门的抗灾变能力。 8 该风门门扇四周与门框及巷道底板接触部分均采用 可缩性设计 ，在巷道或 门框受 压变形 时也 可以通过 调整 门 扇的可缩机构使其能够正常使用，并保持严密不漏风。 参考文献 [ 1 ] 王二鹏，刘波 ，郭文杰 ，等．浅谈各种矿井风 门的功能及 应用 [ J ] ．矿山机械 ，2 0 1 0， 1 9 3 2～3 4 ． [ 2 ] 史俊伟 ，崔 功刚，谭晓松 ，等．一种新型风门闭锁装置 的设 计 [ J ] ．煤矿安全 ，2 0 1 1 ， 5 7 8～7 9 ． [ 3 ] 吴海卫，张宜明，吴征艳，等．矿用自动风门技术的发展及 其分析 比较 [ J ] ．工矿 自动化 ，2 0 1 0， 1 6 O～6 4 ． [ 4 ] 于轲 ，张发 明．双向开启风压平衡转动风门的研制 与应用 [ J ] ．煤矿安全 ，2 0 0 8 ， 7 5 7～ 6 0 ． [ 5 ] 姚均 生 ，张修 峰．新 型双轴 移动 式无 压 自动风 门中 国， 2 0 1 1 2 0 1 2 5 4 5 [ P ] ．2 0 1 1 0 2 2 0 ． 责任编辑张 宝优 2 0 0 2， 7 5～ 7 ． [ 2 ] 何满潮 ，袁和生 ，靖洪文 ，等．中国煤矿锚杆支护理论与实 践 [ M] ．北京 科学 出版社 ，2 0 0 4 ． [ 3 ] 吕波．巷道顶板离层预警值确定 的研究 [ J ] ．煤 ，2 0 1 0 ， 1 1 2 7～ 2 9 ． [ 4 ] 陈桂友．增强型 8 0 5 1单片机实用开发技术 [ M] ．北京 北 京航空航天大学 出版社 ，2 0 1 0 ． [ 5 ] 李满昌，石伟 ，孙健，等．基于以太网的高速数据采集 系统设计 [ J ] ．工程与试验， 2 0 1 0 ， 2 5 O ～ 5 2 ． [ 6 ] 赵继军 ，赵庆伟 ，李志华．基于虚节点校正的井下 天线传感 器 网络定位算法 [ J ] ．煤炭工程 ，2 0 1 2 ， 4 1 3 2～1 3 5 ． 责任编辑赵巧芝