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1、矿用自动风门设计矿用自动风门设计第1 章 绪论1.1 国内外矿井用风门的发展现状1.1.1 国内矿井风门的发展现状 风门是最主要的通风装置之一,风门安设在挡风墙上,为了能保持该巷道的通行与运输。为 了防止风流短路使矿井一部分的即定通风系统遭到破坏,风门的数目不应少于两个;各风门 间的距离应大于列车的最大长度。如果巷道放设有铁轨,则必须设法防止经过门坎漏风。连 接入风井与排风井的巷道,应设置两个混凝土挡风墙或砖挡风墙,每道挡风墙上应设两风门。 风门有木制的和铁制的。铁风门在重要的地方采用,例如,在入风井排风井间的联络巷道里, 该处空气压力很大,且有发生短路的危险。门板一般是用厚不小于3mm的钢板
2、覆盖作门面。 为了坚固门板上还要装置角铁。门框处了严密,在门框边缘钉有毛毡或密封条。 目前我国矿井使用的木制风门的地点比较多。这种风门的优点是:1. 结构坚固、不易损坏、使用年限为1.52 年。2. 漏风少。3. 规格统一,可以在地面上做成成品在井下安装,并可反复使用。4. 经济,其制造与维修费的总和较一般形式的风门低。 井中,目前也常使用木材和铁板混合制成的风门。这种风门的使用年限更长,其构造更加严 密。由于矿井通风管理,向自动化方向发展,要求风门能自动关闭。尤其是在井下运输频繁的地 方,风门的自动化更显得重要。下面介绍几种典型的自动风门:1. 矿车撞杆式自动风门。 种自动风门一面是靠拉杆连
3、动装置打开风门的,另一面, 则靠矿车撞击缓冲器而打开风门。此风门多用于轨道上山和轨道下山中。2. 气阀式自动风门。 这种风门是靠压缩空气(或压力水)推动汽缸活塞,活塞带动 连杆;活塞的往复运动使风门开关,压缩空气(或压力水)是靠矿车触动开关控制的。3. 电动自动风门。 这种自动风门的关闭是靠电动机传动件速装置来完成的。电动 机的启动和停止由设在轨道下面或巷道两侧的接触点来控制。某些矿井利用光电继电器自动 控制电动机开闭风门。当矿车(或电机车)到达时,由于光电的作用,打开风门使矿车通过。 矿车过后风门自动关闭。1.1.2 国外矿井风门的发展现状 国外的风门系统较我国起步早,发展成熟。早在八十年代
4、,国外就开始尝试了矿井风门的自 动化研制。到九十年代,新型风门理论已相当完备,其相应的风门产品已广泛的投入到了市 场中。下面介绍几种典型的自动风门:1. 矿车撞杆式自动风门。 种自动风门一面是靠拉杆连动装置打开风门的,另一面,则靠矿车撞击缓冲器而打开风门。此风门多用于轨道上山和轨道下山中。2. 气阀式自动风门。这种风门是靠压缩空气(或压力水)推动汽缸活塞,活塞带动连杆;活塞的往复运动使风门开关,压缩空气(或压力水)是靠矿车触动开关控制的。3. 电动自动风门。 这种自动风门的关闭是靠电动机传动件速装置来完成的。电动机的启动和停止由设在轨道下面或巷道两侧的接触点来控制。某些矿井利用光电继电器 自动
5、控制电动机开闭风门。当矿车(或电机车)到达时,由于光电的作用,打开风门使矿车 通过。矿车过后风门自动关闭。4. 新兴的“PLC风门”。进入80年代以来,随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展,以16位和少数32位微处理器构成的微机化PLC得到了惊人的发 展。与此同时,矿用风门系统也成此东风,展开了长足的发展。直至目前而言,由于其出色 的性假比及稳定的工作性能,“PLC风门”仍引领着国外矿用风门的潮流。1.1.3 通风系统概述而根据矿井安全规程,可知矿井通风是必要的。地面的大气进入矿井以后,在成分上会发生 一系列的变化。这是因为煤和其它物质的氧化、人的呼吸会使氧气减少和二洋化碳增加;
6、井 下煤和岩层中不断放出沼气(CH4)、二氧化碳等有害气体在生产过程中也要生成岩尘,煤 尘和炮烟等。其中瓦斯(沼气)和煤尘达到一定浓度遇火时就会引起爆炸。此外,井下空气 由于地热作用、人体和机械的散热,水分的蒸发等原因,温度和湿度都会显著增加,造成不 良的气候条件。因此,对矿井必须进行通风。矿井通风的任务:1. 供给井下人员足够的新鲜空气。2. 把有害的气体和矿尘稀释到安全浓度以下,并排出矿外。3. 保证井下有适宜的气候条件,以利于工人劳动和机器运转。矿井通风工作,对于保证矿井安全生产,创造良好的气候条件,提高劳动生产率,具有十分 重要的意义。此外,危及矿井安全的重要一项就是瓦斯爆炸。因此,必
7、须采取必要的措施来防止矿井中的 瓦斯爆炸。而瓦斯爆炸必须具备两个条件。瓦斯浓度为56%的混和气体和温度为摄氏 650750的火源来引爆。为此,预防瓦斯爆炸必须从两个方面考虑。其中防止瓦斯积聚的措 施之一有加强通风。用足够的风量把瓦斯稀释到无害的程度。例如:1. 采用机械通风(在瓦斯矿井应采用抽出式通风)。2. 正确合理地计算与分配风量,使各采掘工作面,各巷道,各峒室都供给足够 的风量,既不使瓦斯超限又能创造良好的气候条件。3. 加强风扇管理和风筒的维护,防止漏风,避免循环风流。保证掘进工作面有 足够的新鲜风流,严禁用扩散通风。4. 正确的选择通风构筑物的位置,加强其维护与管理,防止矿内大量漏风
8、 在瓦斯矿井中,回采工作面,回风巷道都要采用上行通风。为此,矿井中必须建立比较完善的通风系统。其中矿井用风门就是矿井通风系统中的一个重 要组成部分。它属于通风构筑物(通风构筑物包括风门、密封闭墙、主风井巷口的密闭装置 及其它的通风构筑物)。由于风门有以上的作用和意义,实现矿用风门的自动化也就显得势 在必行。1.2 本次毕业设计的主要内容 本次毕业设计的对象就是矿用自动风门系统。主要的设计内容包括:1. 自动控制风门系统总体方案的设计2. PLC 程序框图设计3. 风门结构及机械传动系统设计=1 * GB2门体系统(包括门体、上下轨道、导向轮及张紧装置等)=2 * GB2传动系统(电机选型、减速
9、器选型、摩擦传动及手摇机构)4. 电器控制箱设计5. 自动风门系统电气设计 设计的重点是第三部分的内容。以下是设计对象的有关描述: 主要技术参数及技术要求1. 风门有效断面 5600mm X 3200mm;2. 风门承受压差 1200mm 水柱;3. 风门采用钢丝绳牵引,摩擦驱动水平对拉式开关门方式;4. 来车检测信号采用灯光脉冲照射检测装置;5. 风门要实现自动控制、手动控制且要相互自锁;6. A B两道门实现相互闭锁;7. 电器要满足防爆、隔爆等安全要求。1.3 矿用自动风门系统的组成及工作原理1.3.1 系统组成如图1-1所示,该系统主要由两道门,来车识别装置,状态检测装置,电控,PLC
10、 控制箱等部分组成 图1-1自动控制风门系统组成图1-滕动歎宜2-进引钳建规:卜箱轮组書A-m5-寻轨殂仟张幣毀黄图 1-2自动控制风门结构图而每道门又如图1-2 所示,由两扇门体、道轨组合、滑轮组合、驱动装置、牵引钢丝绳、张 紧装置等组成。1.3.2 工作原理 风门系统为两道门,每道门采用水平对拉式开闭,风门的开闭由驱动装置通过钢丝绳牵引两 扇门体实现。门扇通过滚轮吊装在上轨道中,上轨道固定在巷道顶板上。门扇的下端处在下 轨道槽内。门体的开闭状态采用行程开关检测,两道风门相互闭锁。风门可实现自动控制, 手动按钮开闭及人工通过手摇机构开闭。每道门在其中的一扇门体上装有人行便门,以便单 人行走通
11、过。风门开闭驱动是由防爆电动机、蜗轮蜗杆减速器、摩擦轮来实现。驱动钢丝绳 牵引门扇运动。通过电动机正反转实现风门的开闭。如图1-3 所示:1 - 驱动电机2-减速器3-摩擦轮4-导向轮5 -门体一 6-门体二7 -张紧重锤图 1-3 风门驱动装置原理图控制系统由PLC控制器,各种传感器,检测装置等组成。风门的开启操作申请信号来自光敏 传感装置,每道门设有两套光敏传感装置。一套供头灯照射申请开门,传感装置安装在巷道 侧壁上;另一套供车灯脉冲照射申请开门,传感装置安装在门体上。采用脉冲照射是为了避 免其它非开门光源造成系统误动作,并且通过PLC控制器编程实现。风门的关闭靠PLC定时 控制,即风门开
12、启后延时一段时间自动关闭。两道风门相互闭锁,也就是说同一时刻只允许 一道风门处于打开状态,而另一道风门无论是否有开门申请信号都处于关闭状态。风门的开 闭状态采用接近开关检测,信号传输给PLC控制器。在一些特殊情况下,如自动控制系统出现故障;风门安装调试过程中;检修维护时等,也可 以通过手动按钮操作风门的开闭,或用人工开闭风门。每道风门的两侧还设有光电开关,其作用是在风门关闭过程中有人、车辆或其它物体时,由 于产生了有障碍物信号,通过PLC控制使风门再次打开。这样可防止风门夹住处于中间的行 人、车辆或其它物体。具体的风门系统的工作过程如下:1. 当上行或下行车辆通过车灯脉冲照射申请开门时,系统均
13、产生申请信号,A、B门 申请开门信号以先得到者有效,后得到者保持。2. A门(或B门)申请开门信号有效时,执行开门操作,同时有灯光指示,门开后 延时15-30秒,此期间若还有申请信号,再延时15秒,在检测无障碍情况下,执行关门操 作。A (或B)门关闭后,延时2 秒, B门(或A门)执行开门操作,同时有灯光显示,开门 后延时 30 秒,在检测无障碍情况下执行关门操作。3. 当下行车辆通过B门(或上行车辆通过A门)期间,若有上行车辆申请B门开门 信号(或下行车辆申请A门开门信号)则B门(或A门)继续延时30秒,上行(或下行) 车辆可进入B门(或A门),然后再执行后续程序。第2章 矿用自动风门的门
14、体及传动系统设计2.1 门体设计 风门门体及上下导轨的组成如图2- 1 所示。两扇风门通过滚轮组件吊装在上导轨组合中,上导轨对门体起导向和承重作用,门体通过槽轮与下导轨结合,下导轨通过槽轮承受风压作用在门体上的侧向力。2-1 风门门体及导轨简图 风门门体要求整体刚度好,不易变形,适合井下环境和条件。风门门体采用轻型槽钢焊接成 骨架。其结构为:先将槽钢互相焊接如图2-2所示的门架,用3mm厚的钢板覆盖作门面,骨 架及门面板在制造时做防锈处理。在其中的一扇门上设有行人便门,因此其中一扇门在焊接 过程中应当注意留有小门。在门体上、下及侧面应安装有密封压板与密封条,门扇周边采用 橡胶带密封,以防发生漏
15、风现象。图 2-2 在左门门体上装有光电开关固定板,用来固定光电开关。其左门结构形式如图2-3 所示。在 右门门体上留有一小门,便于人行。其右门结构形式如图2-4。丫论 r r r i r r r r 年:1-门体 2上密封条 3 侧密封条 4 光电开关 5 下密封条图 2-3 左门体结构示意图图?1小门2门体 3门架图 2-4 右门体结构示意图2.2 上下导轨设计风门的上下轨道由工字钢与连接板及端板焊接而成。工字钢的材料使用Q235-A,其硬度、 强度、钢度均能满足使用要求。上轨道采用20号槽钢,并通过工字钢固定在巷道顶板上。下道轨采用18公斤道轨。门扇的 下端处在下轨道槽内,通过滑轮与轨道槽钢接触限位,防止门体与轨道接触而增加阻力,且 滑轮又能起到导向的作用。风门的这种结构形式可以使门体在受风压时,通过侧轮在上、下图 25 工字钢的简图2.3 传动系统的设计2.3.1 驱动系统的设计计算风门开闭驱动装置是由防爆电动机、蜗轮蜗杆减速器、摩擦轮组成,驱动钢丝绳牵引门扇 作往复运动。1. 驱动方式采用摩擦驱动方式控制风门的动作。其主要的技术参数:功率:4KW拉力: 8KN速度: 210mm/s2. 电动机的选型电动机选择时应综合考虑的问题。=1 * GB2