礦井密閉門(mén)門(mén)鎖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究

李威

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 徐州 221008)

摘要：避難硐室或者井下炸藥庫(kù)、水倉(cāng)等地都需安裝有防護(hù)密閉門(mén)，然而密閉門(mén)其中關(guān)鍵的一條防護(hù)要求是門(mén)鎖機(jī)構(gòu)必須可靠、牢固，且方便、迅速，以實(shí)現(xiàn)井下災(zāi)難時(shí)第一時(shí)間保護(hù)人員的目的。基于此，對(duì)礦井井下密閉門(mén)的門(mén)鎖機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；鎖緊力；有限元分析

0引言

根據(jù)國(guó)家《煤礦井下緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)建設(shè)管理暫行規(guī)定》，避難硐室應(yīng)采用向外開(kāi)啟的兩道防護(hù)門(mén)，外側(cè)第一道門(mén)采用既能抵擋一定強(qiáng)度的沖擊波，又能阻擋有毒有害氣體的防護(hù)密閉門(mén)；第二道門(mén)采用能阻擋有毒有害氣體的密閉門(mén)。防護(hù)密閉門(mén)上設(shè)觀察窗，且門(mén)鎖機(jī)構(gòu)應(yīng)具備快速簡(jiǎn)潔、方便操作的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

1結(jié)構(gòu)說(shuō)明

密閉門(mén)的門(mén)鎖機(jī)構(gòu)由A型圓手輪、轉(zhuǎn)軸、十字中心支架、連桿、調(diào)節(jié)閉鎖機(jī)構(gòu)、楔形塊等組成，門(mén)鎖采用人力驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由雙向手輪、轉(zhuǎn)軸、自潤(rùn)滑軸承組成；鎖定機(jī)構(gòu)由十字中心支架、連桿、固定軸和楔形塊組成；調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由固定軸和螺桿組成；可根據(jù)門(mén)體高度上下移動(dòng)十字中心支架，調(diào)節(jié)到合適的閉鎖效果。具體如圖1所示。

圖1　門(mén)鎖機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

1.1鎖緊力分析

門(mén)鎖機(jī)構(gòu)受力分析圖如圖2所示。

圖2　受力分析圖

門(mén)鎖聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用手輪帶動(dòng)大轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，手輪力矩克服上下兩端的十字支架反向引起的阻力力矩，才能打開(kāi)或者關(guān)閉門(mén)鎖機(jī)構(gòu)。手輪直徑350 mm，大轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)直徑500 mm，關(guān)門(mén)或者開(kāi)門(mén)時(shí)手輪所需力矩M=F×R1。門(mén)框四周十字支架處設(shè)計(jì)有楔形套，楔形套錐度為12°；設(shè)錐套1的摩擦系數(shù)為μ1，錐套2的摩擦系數(shù)為μ2；轉(zhuǎn)軸上支架短臂的長(zhǎng)度為200 mm；上下兩端的十字支架所受摩擦力矩為：

Mf=2×(2F1+F2)×L

式中，F(xiàn)1=Mg×cosθ×μ1；F2=Mg×cosθ×μ2。

要想使得門(mén)鎖關(guān)閉或者開(kāi)啟，必須滿足M≥Mf的要求。

1.2機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析

通過(guò)三維圖形軟件Creo3.0對(duì)門(mén)鎖機(jī)構(gòu)進(jìn)行有限元運(yùn)動(dòng)仿真分析，圖3和圖4所示分別為門(mén)鎖機(jī)構(gòu)處于閉鎖和開(kāi)啟狀態(tài)，圖5是對(duì)門(mén)鎖機(jī)構(gòu)仿真的干涉分析，發(fā)現(xiàn)手輪逆時(shí)針與順時(shí)針?biāo)D(zhuǎn)最大角度為50°，當(dāng)達(dá)到最大角度時(shí)，十字支架可旋轉(zhuǎn)至最大位移。因此，在門(mén)框的鎖套位置需焊接限位機(jī)構(gòu)，防止本機(jī)構(gòu)出現(xiàn)死點(diǎn)。另外，大約1.2 s的時(shí)間可以完成門(mén)體的鎖定和開(kāi)啟。

圖3　機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真閉鎖狀態(tài)圖　　圖4　機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真開(kāi)啟狀態(tài)圖

圖5　機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)干涉分析圖

2創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)

(1) 本密閉門(mén)設(shè)計(jì)的閉鎖機(jī)構(gòu)采用雙十字軸支架反向連