礦井密閉門門鎖機構設計與研究

礦井密閉門門鎖機構設計與研究

李威

(中國礦業大學機電工程學院，江蘇 徐州 221008)

摘要：避難硐室或者井下炸藥庫、水倉等地都需安裝有防護密閉門，然而密閉門其中關鍵的一條防護要求是門鎖機構必須可靠、牢固，且方便、迅速，以實現井下災難時第一時間保護人員的目的。基于此，對礦井井下密閉門的門鎖機構進行設計與研究。

關鍵詞：結構；設計；鎖緊力；有限元分析

0引言

根據國家《煤礦井下緊急避險系統建設管理暫行規定》，避難硐室應采用向外開啟的兩道防護門，外側第一道門采用既能抵擋一定強度的沖擊波，又能阻擋有毒有害氣體的防護密閉門；第二道門采用能阻擋有毒有害氣體的密閉門。防護密閉門上設觀察窗，且門鎖機構應具備快速簡潔、方便操作的設計特點。

1結構說明

密閉門的門鎖機構由A型圓手輪、轉軸、十字中心支架、連桿、調節閉鎖機構、楔形塊等組成，門鎖采用人力驅動，驅動機構由雙向手輪、轉軸、自潤滑軸承組成；鎖定機構由十字中心支架、連桿、固定軸和楔形塊組成；調節機構由固定軸和螺桿組成；可根據門體高度上下移動十字中心支架，調節到合適的閉鎖效果。具體如圖1所示。

圖1　門鎖機構結構圖

1.1鎖緊力分析

門鎖機構受力分析圖如圖2所示。

圖2　受力分析圖

門鎖聯動機構采用手輪帶動大轉臂轉動的結構，手輪力矩克服上下兩端的十字支架反向引起的阻力力矩，才能打開或者關閉門鎖機構。手輪直徑350 mm，大轉臂旋轉直徑500 mm，關門或者開門時手輪所需力矩M=F×R1。門框四周十字支架處設計有楔形套，楔形套錐度為12°；設錐套1的摩擦系數為μ1，錐套2的摩擦系數為μ2；轉軸上支架短臂的長度為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，F1=Mg×cosθ×μ1；F2=Mg×cosθ×μ2。

要想使得門鎖關閉或者開啟，必須滿足M≥Mf的要求。

1.2機構運動分析

通過三維圖形軟件Creo3.0對門鎖機構進行有限元運動仿真分析，圖3和圖4所示分別為門鎖機構處于閉鎖和開啟狀態，圖5是對門鎖機構仿真的干涉分析，發現手輪逆時針與順時針所轉最大角度為50°，當達到最大角度時，十字支架可旋轉至最大位移。因此，在門框的鎖套位置需焊接限位機構，防止本機構出現死點。另外，大約1.2 s的時間可以完成門體的鎖定和開啟。

圖3　機構運動仿真閉鎖狀態圖　　圖4　機構運動仿真開啟狀態圖

圖5　機構運動干涉分析圖

2創新優勢

(1) 本密閉門設計的閉鎖機構采用雙十字軸支架反向連