气动无压风门实现门扇装置无缝对接
气动无压风门是风门平衡机构中重要组成部分,其受力传动效果决定了风门运行的可靠程度,因此对平衡机构进行合理地研究与设计是非常重要的,本文基于文献[2]中气控无压风门结构及研究成果,就其平衡机构进行受力分析,并对联接门扇和平衡杆的轴承强度进行了强度校核。1气控无压风门的结构及工作原理1风门结构气控无压风门主要由门框、左右门板、平衡机构、钢丝绳及气缸等组成。其结构如图1所示。54图1气控无压风门结构三维效果图1.气缸2.配重3.钢丝绳4.平衡杆5.弯架2工作原理如图1所示,气控无压风门采用煤矿井下高压气体作为气缸的动力源,由电磁阀控制气缸1推杆收缩,通过连接在推杆上的钢丝绳3来拉动平衡杆4,从而带动直架和弯架5,调控风门的开启。当推杆伸出时,钢丝绳呈现为松驰状态,此时钢丝绳对风门的牵制力为零,风门则在配重坠陀2的作用下,回到关闭状态。2平衡机构受力分析如图2a所示,设弯架CEF距左门轴心距离AFa2,伸出部分长FEb,直架距右门轴心距离BMa1设a1a2。若要保证平衡杆CD处于与门平行的直线位置,直架与弯架的伸出部分应相等,即MDFEb。如图2b所示,若要使得平衡杆CD仍旧在与门平行的直线位置,弯架的弯曲部分长CEa1+a2。这样,整个机构其实是一平行四连杆机构ACDB,AFEC为原动杆,CD为连杆,DMB为执行件,A与B为固定端。213b风门开启图2风门开启状态时平衡机构俯视图1.左门轴2.左风门3.弯架4.右门轴5.直架6.右风门7.平衡杆气控无压风门的平衡机构受力情况如图3所示,图中的“”上标表示末状态,由该图可知平衡杆两端点的运动位移为CC和DD。
假设EFMDb,平衡杆初始状态水平,门扇宽L,门扇转动角为,由于钢丝绳与连杆捆绑在一起,因此对弯架施加力f的方向沿CD杆方向。图3气控无压风门平衡机构分析图系统在水平方向所受外力为风压对风门产生的推力及门轴对门的支撑力,推力对门有转动作用,而支撑力作用点在门轴上,因此对门没有转动作用。将外推力作为作用于各个门板的内力考虑,作用点在门扇中心,则在打开过程中左门板受力矩MlFcoslb-Facosl2L1右门板受力矩MyFcosyb+Facosy2L2根据无压风门的工作原理,在风门开关过程中整个系统应处于平衡状态,总力矩为0,即MlMy,即Fcoslb-FacoslL2Fcosyb+Facosy2L3在理想状态下,左右门板开关速率、角度始终能够保持一致时,即ly,根据式3可得Facosl+cosy2L04因此Fa0,由此可见,在平衡杆的作用下,其外推力对门板的作用力为0,这正是无压风门的工作原理。上述推导是在理想状态下的理论分析,而实际应用过程中的无压风门并不一定能够实现真正的无压。当左右门板开关速率、角度始终不能完全保持一致时,即ly。如其中一风门转动出现阻滞,此时根据式3可得Fcosl-cosybFacosl+cosy2L5此时的外推力不再为0,平衡杆对两门板的转矩之差与风压、转动的角度有很大关系。
风压越大,转动角度越小,平衡杆对两门板的转矩之差越大。3平衡机构与无压风门之间的影响气控无压风门的平衡杆可以调节风门的开启和关闭,平衡机构和风门动作时会相互影响,出现以下情况:1在不同风压作用下,左右门板转矩不同,会出现速度不同的开关动作,导致平衡杆两端受力不等而受到冲击。风压越大,冲击越严重,势必会对平衡杆造成破坏
