矿用自动风门设计

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？？？？？？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\*GB2⑴根据机械的负载性质和生产工艺对电动机的起动、制动、反转、调速等要求来选择。=2\*GB2⑵根据负载转矩、速度变化范围和起动频繁程度等要求，考虑根据负载转矩、速度变化范围和起动的温升限制、过载能力和起动转矩选择电动机的容量。=3\*GB2⑶根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、腐蚀和易燃易爆气体等考虑必要的保护方式，选择电动机的结构形式。=4\*GB2⑷根据企业的电网电压标准和对功率因数的要求，确定的电压等级和类型。=5\*GB2⑸根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过滤过程性能的要求，以及机械减速机构的复杂程度选择电机的额定转速。此外，选择电动机还必须符合节能的要求。考虑运行可靠性、设备的供货情况、备品备件的通用性、安装检修的难易程度，以及产品价格、建设费用及生产过程中前后期电动机容量变化等因素。由于是在矿井下工作的电机，故除了能达到传动的功率要求之外，还应该作到符合矿山安全规则中的防爆要求。为此，选用YBK系列隔爆型三相异步电动机。该系列电动机是