雙道閘門鎖緊、解鎖傳動機構設計及優化

周健偉　馬曉榮

【摘 要】對雙道閘門的鎖緊、解鎖傳動機構進行優化設計，介紹設計流程，分析設計細節并闡述經驗反饋，供相似結構參考與借鑒，從而減少機械設計中的缺陷和疏漏。

【關鍵詞】雙道閘門；鎖緊與解鎖傳動機構；設計

【Abstract】Do the design and optimize work for the locking and unlocking transmission device of double door Airlock. Introduce the design process， detail and the Experience feedback. Expect this paper can be referenced by similar design works and make progress of the quality of design.

【Key words】Double door Airlock； Locking and unlocking transmission device； Design

1 設備概述

工程中存在一種用于人員通行的雙道閘門設備，類似太空艙的加壓、減壓通道，為實現密封及壓力平衡功能，需要設置兩道門體。閘門內部通過機械傳動機構驅動門體動作，并具有內、外門遠端聯動功能。

本文針對此種設備的門體鎖緊、解鎖傳動機構設計進行介紹（文中簡稱門體鎖緊傳動機構），以供相似設備參考借鑒，促進設計改進與優化。

2 結構設計

2.1 基本結構功能

閘門為圓筒形結構，門體鎖緊傳動機構布置在閘門艙體內部，通過支座固定在閘門筒體靠近鎖緊機構一側的內壁上。電機的雙出軸分別為內、外門體的電動解鎖或鎖緊提供動力。同時，通過手輪、鏈輪及轉向器機構，實現在閘門內外均可手動操作內、外門解鎖或鎖緊的功能。具體結構見圖1。

2.2 主要部件設計

2.2.1 電機

電機的兩端輸出軸分別為內門、外門的鎖緊及解鎖功能提供驅動力。

通過結構分析及計算，得到主傳動軸計算負載扭矩約220N.m；轉速約29轉/min；所需功率約0.7kW。

考慮安全裕量，選擇電機額定輸出扭矩360N.m；輸出轉速29轉/min；電機功率1.1kW。

設備制造完成后，通過力矩扳手實測驅動軸所需扭矩約240N.m。

由以上數據可知，設計階段的理論計算負載基本符合實際情況，電機最終選型滿足使用要求。

由于電機及自帶減速機構的輸出轉速是固定的，為了可以調節驅動軸轉速，在電控設備中設置變頻器，以方便機電聯合調試工作。

2.2.2 電磁離合器

電機的兩側輸出軸上各設置一個電磁離合器。當需要電動操作某一側的門解鎖/鎖緊時，電控系統使對應側的電磁離合器通電吸合，從而實現單獨控制內門或外門解鎖、鎖緊的功能。

電磁離合器為常開型，在未通電或失電的情況下脫開，可通過轉向器上的手輪實現解鎖/鎖緊功能。

電磁離合器為傳動部件，其額定扭矩應留有足夠裕量。

2.2.3 轉向器

設置帶減速功能的三出軸轉向器。轉向器將電機、手輪及解鎖/鎖緊執行機構連接起來。配合電磁離合器、連接軸、鏈輪、鏈條等零部件，為解鎖/鎖緊執行機構提供兩種動力源。一條動力源為電機；另一條為安裝在轉向器上的手輪。每個轉向器上的手輪只能控制一側門體的解鎖/鎖緊。選擇適當的轉向器減速比降低手輪操作力，保證手輪的可操作性。

2.2.4 安全離合器

通往內門解鎖/鎖緊機構、外門解鎖/鎖緊機構的傳動軸上，分別設置安全離合器，設定適當的起跳扭矩，保證在解鎖/鎖緊機構遇到異物卡死時，機械零部件及電機不會過載損壞。

安全離合器的整定值不應大于電機額定載荷。

2.2.5 聯動結構

為實現遠端控制功能，需要在外門外側控制內門鎖緊；在內門內側也可以控制外門的鎖緊。

為此，在通往內門解鎖/鎖緊執行機構的傳動軸上設置鏈輪及傳動軸旁路，將動力傳遞至外門外側手輪。從而實現在外門外側手動控制內門解鎖/鎖緊的功能。通過同樣的方式，實現在內門內側用手輪控制外門解鎖/鎖緊的功能。

此處結構設計時需要注意，在以往工程中發現，由于門體鎖緊/解鎖執行機構的驅動軸與鎖緊傳動機構的驅動軸不在同一平面，設計人員簡單的使用萬向聯軸節連接。此種連接方式，會導致運行過程中，傳動軸卡澀、受力過大、主動軸與從動軸轉速不同步、產生異響及變形等。根據機械設計手冊及JB/T 5901-1991《十字軸萬向聯軸器》中所述，要保證主、從動軸之間保持同步轉動， 主動軸與從動軸運行平穩，應選用雙十字軸萬向聯軸器或兩個單十字軸萬向聯軸