氣動(dòng)弧形閘門在礦井垂直井筒拓寬中的應(yīng)用

郝錢斐

（西山煤電集團(tuán) 發(fā)電分公司馬蘭瓦斯電廠，山西 古交 030200）

弧形閘門在各種定時(shí)給料、配料的場(chǎng)合有大量應(yīng)用。落料的時(shí)間和數(shù)量可以按照需要進(jìn)行控制，特別是有交叉施工的情況下既可保證安全又可以避免環(huán)境的污染。弧形閘門作為閘門的一個(gè)類別，運(yùn)行可靠，弧形閘門的開啟和關(guān)閉只是圍繞回轉(zhuǎn)中心的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，閘門的變形對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)影響較小，可以在復(fù)雜環(huán)境中實(shí)現(xiàn)快速切斷料流的功能（相比直板插板式閘門）。閘門的開啟動(dòng)力一般為氣動(dòng)和液壓。

1 氣動(dòng)弧形閘門的使用環(huán)境

氣動(dòng)弧形閘門使用在垂高為33m的豎直井筒拓寬中。此井筒成形后為直徑8m的煤倉，用于臨時(shí)存儲(chǔ)上水平皮帶的落煤。拓寬前在指定位置鉆一個(gè)直徑1.2m，高33m的施工孔，在施工孔的下部安裝氣動(dòng)弧形閘門。

2 安裝氣動(dòng)弧形閘門的必要性和可行性分析

當(dāng)直徑1.2m，高33m的施工孔形成后，拓寬為直徑8m的筒倉時(shí)，會(huì)伴隨有大量的矸石落下。矸石正好落在下水平的運(yùn)輸大巷里，大巷里有較多的基礎(chǔ)設(shè)施包括管路、電纜、軌道和排水溝。若不安裝氣動(dòng)弧形閘門任意下落的矸石會(huì)砸壞這些設(shè)施，掩埋軌道，影響大巷運(yùn)輸，造成大巷以內(nèi)工作面的煤不能及時(shí)運(yùn)出，延誤生產(chǎn)。

若在1.2m施工鉆孔下方挖1個(gè)回填坑，運(yùn)輸軌道就得拆除，影響運(yùn)輸，同時(shí)基礎(chǔ)設(shè)施也不能得到保障。

安裝氣動(dòng)弧形閘門后，矸石可以定時(shí)放落在氣動(dòng)閘門下方的礦車上，不會(huì)影響大巷運(yùn)煤。此次拓寬的井筒垂高為33m，氣動(dòng)閘門經(jīng)過加固和改良能夠承受上面落下矸石的沖擊。由于運(yùn)輸巷道內(nèi)有壓風(fēng)管路，所以，閘門的開啟采用氣缸提供動(dòng)力。

3 氣動(dòng)閘門設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集

由于1.2m施工鉆孔中心正對(duì)左側(cè)軌道中心，實(shí)測(cè)施工鉆孔底沿距離軌道上表面2.7m.在2.7m的高度內(nèi)，除去1.6m的電機(jī)車高度和0.2m的安全距離，只剩下0.9m的安裝空間。由于氣動(dòng)弧形閘門不能和巷道頂板直接連接，中間需安裝過渡連接的井字架。井字架采用20#工字鋼（高0.2m）立式放置，最終給氣動(dòng)弧形閘門留下0.7m的安裝空間。

4 氣動(dòng)弧形閘門和井字架的設(shè)計(jì)

井字架的作用為過渡連接，只需滿足強(qiáng)度要求即可。氣動(dòng)弧形閘門運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)初始模擬草圖見圖1.

圖1 閘門運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)初始模擬草圖

為了保證順利落料，閘門上開口為1m×1m，下開口為1m×0.7m，閘門承受矸石沖擊的受力板與水平成50°，保證落料順暢。閘門高度為實(shí)測(cè)897mm.

旋轉(zhuǎn)弧形閘的設(shè)計(jì)最為關(guān)鍵，如果與閘門整體裝配不好，就不能順利開啟。經(jīng)過模擬確定圖1中的O點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心，ABCO組成旋轉(zhuǎn)弧形閘的側(cè)面板。C點(diǎn)是和氣缸活塞頂桿的鉸接點(diǎn)。OB線與豎直線成22°時(shí)旋轉(zhuǎn)弧形閘處于關(guān)閉狀態(tài)；氣缸在提供氣壓運(yùn)動(dòng)46°后，旋轉(zhuǎn)弧形閘開啟。旋轉(zhuǎn)弧形閘開啟后的狀態(tài)圖見圖2.

圖2 旋轉(zhuǎn)弧形閘開啟后的狀態(tài)圖

旋轉(zhuǎn)弧形閘開啟后OB線與豎直線夾角為68°，與46°的運(yùn)動(dòng)角度相符合。

在滿足上述運(yùn)動(dòng)要求的情況下，經(jīng)過模擬，電子樣機(jī)實(shí)驗(yàn)確定了閘門的幾何尺寸如下：

OA=OB=842mm，∠AOB=44°，∠AOC=109°，AB弧長(zhǎng)=753mm

BC=857mm，OC=738 mm，∠OBC=51°，∠OCB=63°

找到閘門開啟和關(guān)閉的角度后，選擇開啟旋轉(zhuǎn)弧形閘門的執(zhí)行裝置氣缸。氣缸的選擇有推力和行程。在空氣壓縮機(jī)提供一定氣壓的情況下，氣缸的推力與氣缸活塞的直徑d關(guān)系為：

式中：

F—活塞推力，N；

P—空氣壓力，Pa；

S—活塞的面積，m2

最終選定氣缸的直徑為160mm.

氣缸行程的選擇：從圖1中可以看出，弧形閘門關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，氣缸初始狀態(tài)下，活塞桿伸出約61mm，弧形閘門開啟時(shí)活塞伸到454mm.此時(shí)可以計(jì)算出活塞的行程為393mm.若滿足這樣的行程要求，需要配一個(gè)行程為450 ～500mm的氣缸。這樣，氣缸總體長(zhǎng)度為650 ～700mm，氣缸偏大?？紤]能否改變弧形閘門的結(jié)構(gòu)，用較小的氣缸行程來達(dá)到閘門完全開啟的目的。因此，做出方案圖見圖3.

圖3 成型方案圖

圖3靜止?fàn)顟B(tài)可以滿足要求，但在模擬時(shí)弧形閘門卻不能開啟。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)BC線與CD線的夾角為82°＜90°，此時(shí)會(huì)形成傳動(dòng)死點(diǎn)，推動(dòng)弧形閘門開啟的有效分力不能將閘門推開。所以，在綜合考慮以后，必須保證∠BCD＞90°的情況下，選擇最短的氣缸行程。最終選擇500mm的氣缸行程。在閉合和開啟的情況下兩個(gè)極限位置∠BCD的度數(shù)分別為127°和109°均大于90°，并且對(duì)氣缸的固定點(diǎn)做了最優(yōu)調(diào)整。

弧形閘門與漏斗行程裝配后井字架連接圖見圖4.

圖4 漏斗總裝圖

經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，能夠滿足使用要求，弧形閘門底部在大石塊的沖擊下略有變形，但不影響使用。

5 結(jié) 論

安裝后，在漏斗中落料裝滿的情況下，給氣缸2MPa壓力，閘門開啟時(shí)間為30s，截?cái)嗔狭鲿r(shí)間為5s.落料對(duì)漏斗的沖擊影響較小，漏斗滿足強(qiáng)度要求。落料時(shí)物料沒有向兩側(cè)拋灑的情況，滿足使用要求。

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