矿用自动风门设计.doc

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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1.5——2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，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；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5~~6%的混和气体和温度为摄氏650~~750°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

5.     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\*GB2⑴门体系统（包括门体、上下轨道、导向轮及张紧装置等）

 =2\*GB2⑵传动系统（电机选型、减速器选型、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5600mmX3200mm；

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.   AB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控制箱等部分组成

图1-1自动控制风门系统组成图

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。

 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？

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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、下轨道侧壁滚动接触，因而减少了运行阻力，使风门开闭自如，不易卡死。

图2－5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