矿井密闭门门锁机构设计与研究

矿井密闭门门锁机构设计与研究

李威

(中国矿业大学机电工程学院，江苏 徐州 221008)

摘要：避难硐室或者井下炸药库、水仓等地都需安装有防护密闭门，然而密闭门其中关键的一条防护要求是门锁机构必须可靠、牢固，且方便、迅速，以实现井下灾难时第一时间保护人员的目的。基于此，对矿井井下密闭门的门锁机构进行设计与研究。

关键词：结构；设计；锁紧力；有限元分析

0引言

根据国家《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定》，避难硐室应采用向外开启的两道防护门，外侧第一道门采用既能抵挡一定强度的冲击波，又能阻挡有毒有害气体的防护密闭门；第二道门采用能阻挡有毒有害气体的密闭门。防护密闭门上设观察窗，且门锁机构应具备快速简洁、方便操作的设计特点。

1结构说明

密闭门的门锁机构由A型圆手轮、转轴、十字中心支架、连杆、调节闭锁机构、楔形块等组成，门锁采用人力驱动，驱动机构由双向手轮、转轴、自润滑轴承组成；锁定机构由十字中心支架、连杆、固定轴和楔形块组成；调节机构由固定轴和螺杆组成；可根据门体高度上下移动十字中心支架，调节到合适的闭锁效果。具体如图1所示。

图1　门锁机构结构图

1.1锁紧力分析

门锁机构受力分析图如图2所示。

图2　受力分析图

门锁联动机构采用手轮带动大转臂转动的结构，手轮力矩克服上下两端的十字支架反向引起的阻力力矩，才能打开或者关闭门锁机构。手轮直径350 mm，大转臂旋转直径500 mm，关门或者开门时手轮所需力矩M=F×R1。门框四周十字支架处设计有楔形套，楔形套锥度为12°；设锥套1的摩擦系数为μ1，锥套2的摩擦系数为μ2；转轴上支架短臂的长度为200 mm；上下两端的十字支架所受摩擦力矩为：

Mf=2×(2F1+F2)×L

式中，F1=Mg×cosθ×μ1；F2=Mg×cosθ×μ2。

要想使得门锁关闭或者开启，必须满足M≥Mf的要求。

1.2机构运动分析

通过三维图形软件Creo3.0对门锁机构进行有限元运动仿真分析，图3和图4所示分别为门锁机构处于闭锁和开启状态，图5是对门锁机构仿真的干涉分析，发现手轮逆时针与顺时针所转最大角度为50°，当达到最大角度时，十字支架可旋转至最大位移。因此，在门框的锁套位置需焊接限位机构，防止本机构出现死点。另外，大约1.2 s的时间可以完成门体的锁定和开启。

图3　机构运动仿真闭锁状态图　　图4　机构运动仿真开启状态图

图5　机构运动干涉分析图

2创新优势

(1) 本密闭门设计的闭锁机构采用双十字轴支架反向连