氣控?zé)o壓風(fēng)門(礦用氣控風(fēng)門)的結(jié)構(gòu)及工作原理

通過對氣控?zé)o壓風(fēng)門平衡機構(gòu)的受力分析，得出兩門板轉(zhuǎn)矩與風(fēng)壓、轉(zhuǎn)動的角度有很密切的關(guān)系,當(dāng)風(fēng)壓大于(39.2Ab/SL)MPa 時，聯(lián)接門扇和平衡桿的軸承將被拉斷，因此要根據(jù)煤礦井下的實際風(fēng)壓選擇強度合適的軸承及平衡機構(gòu)，以保證氣控?zé)o壓風(fēng)門的可靠使用，從而為現(xiàn)場實際應(yīng)用提供理論依據(jù)。
礦用氣控?zé)o壓風(fēng)門的平衡桿可以調(diào)節(jié)風(fēng)門的開啟和關(guān)閉， 是風(fēng)門平衡機構(gòu)中重要組成部分，其受力傳動效果決定了風(fēng)門運行的可靠程度，因此對平衡機構(gòu)進(jìn)行合理地研究與設(shè)計是非常重要的，本文基于文獻(xiàn)[2]中氣控?zé)o壓風(fēng)門結(jié)構(gòu)及研究成果，就其平衡機構(gòu)進(jìn)行受力分析，并對聯(lián)接門扇和平衡桿的軸承強度進(jìn)行了強度校核。
1氣控?zé)o壓風(fēng)門的結(jié)構(gòu)及工作原理
（1）風(fēng)門結(jié)構(gòu)
氣控?zé)o壓風(fēng)門主要由門框、左右門板、平衡機構(gòu)、鋼絲繩及氣缸等組成。 其結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

圖1 氣控?zé)o壓風(fēng)門結(jié)構(gòu)三維效果圖 1.氣缸 2.配重 3.鋼絲繩 4.平衡桿 5.彎架

（2）工作原理
如圖 1 所示， 氣控?zé)o壓風(fēng)門采用煤礦井下高壓氣體作為氣缸的動力源，由電磁閥控制氣缸 1 推桿收縮，通過連接在推桿上的鋼絲繩 3 來拉動平衡桿 4，從而帶動直架和彎架 5，調(diào)控風(fēng)門的開啟。當(dāng)推桿伸出時，鋼絲繩呈現(xiàn)為松馳狀態(tài)，此時鋼絲繩對風(fēng)門的牽制力為零， 風(fēng)門則在配重墜陀 2 的作用下，回到關(guān)閉狀態(tài)。
2 平衡機構(gòu)受力分析
如圖 2（a）所示，設(shè)彎架 CEF 距左門軸心距離 AF=a2， 伸出部分長 FE=b， 直架距右門軸心距離 BM=a1（設(shè) a1>a2）。 若要保證平衡桿 CD 處于與門平AF′E′C′為原動桿，C′D′為連桿，D′M′B′為執(zhí)行件，A 與 B 為固定端。線位置， 直架與彎架的伸出部分應(yīng)相等，即MD=FE=b。
如圖 2（b）所示，若要使得平衡桿 C′D′仍舊在與門平行的直線位置，彎架的彎曲部分長 C′E′=a1+a2。
這樣，整個機構(gòu)其實是一平行四連桿機構(gòu) AC′D′B′，將外推力作為作用于各個門板的內(nèi)力考慮，作用點在門扇中心，則在打開過程中左門板受力矩
    Ml=Fcos αlb-Facos αl L    （1）
2 右門板受力矩
    My=Fcos αyb+Facos αy L    （2）
2
根據(jù)無壓風(fēng)門的工作原理，在風(fēng)門開關(guān)過程中整個系統(tǒng)應(yīng)處于平衡狀態(tài)，總力矩為 0，即 Ml=My，即
Fcos αlb-Facos αl L ＝Fcos αyb+Facos αy L （3）
    2    2

圖3 氣控?zé)o壓風(fēng)門平衡機構(gòu)分析圖

氣控?zé)o壓風(fēng)門的平衡機構(gòu)受力情況如圖 3 所示，圖中的“′”上標(biāo)表示末狀態(tài),由該圖可知平衡桿兩端點的運動位移為 CC′和 DD′。 假設(shè) EF=MD＝b，平衡桿初始狀態(tài)水平，門扇寬 L，門扇轉(zhuǎn)動角為 α，由于鋼絲繩與連桿捆綁在一起，因此對彎架施加力 f 的方向沿 CD 桿方向。

圖3 氣控?zé)o壓風(fēng)門平衡機構(gòu)分析圖
系統(tǒng)在水平方向所受外力為風(fēng)壓對風(fēng)門產(chǎn)生的推力及門軸對門的支撐力， 推力對門有轉(zhuǎn)動作用，而支撐力作用點在門軸上， 因此對門沒有轉(zhuǎn)動作用。
在理想狀態(tài)下，左右門板開關(guān)速率、角度始終能夠保持一致時，即αl=αy，根據(jù)式（3）可得
    Fa（cos αl＋cos αy） L ＝0    （4）
2
因此 Fa＝0，由此可見，在平衡桿的作用下，其外推力對門板的作用力為 0， 這正是無壓風(fēng)門的工作原理。
上述推導(dǎo)是在理想狀態(tài)下的理論分析，而實際應(yīng)用過程中的無壓風(fēng)門并不一定能夠?qū)崿F(xiàn)真正的無壓。
以下情況：
（1）在不同風(fēng)壓作用下，左右門板轉(zhuǎn)矩不同，會出現(xiàn)速度不同的開關(guān)動作，導(dǎo)致平衡桿兩端受力不等而受到?jīng)_擊。 風(fēng)壓越大，沖擊越嚴(yán)重，勢必會對平衡桿造成破壞。 如果平衡桿材料強度不夠，在較大風(fēng)壓作用下，風(fēng)門打開初期就會在平衡桿的兩端點處出現(xiàn)破裂；
（2）風(fēng)門不能及時打開，會與經(jīng)過的礦車發(fā)生碰撞，造成事故；
產(chǎn)生漏風(fēng)。 由于作用在門扇上的壓力相當(dāng)，在沒有外力或門扇阻力較大的情況下，不易關(guān)閉或關(guān)不嚴(yán)密，給通風(fēng)系統(tǒng)管理帶來一定難度