郝錢斐

（西山煤電集團 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給料、配料的場合有大量應(yīng)用。落料的時間和數(shù)量可以按照需要進行控制，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類別，運行可靠，弧形閘門的開啟和關(guān)閉只是圍繞回轉(zhuǎn)中心的回轉(zhuǎn)運動，閘門的變形對回轉(zhuǎn)運動影響較小，可以在復(fù)雜環(huán)境中實現(xiàn)快速切斷料流的功能（相比直板插板式閘門）。閘門的開啟動力一般為氣動和液壓。

1 氣動弧形閘門的使用環(huán)境

氣動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，用于臨時存儲上水平皮帶的落煤。拓寬前在指定位置鉆一個直徑1.2m，高33m的施工孔，在施工孔的下部安裝氣動弧形閘門。

2 安裝氣動弧形閘門的必要性和可行性分析

當直徑1.2m，高33m的施工孔形成后，拓寬為直徑8m的筒倉時，會伴隨有大量的矸石落下。矸石正好落在下水平的運輸大巷里，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。若不安裝氣動弧形閘門任意下落的矸石會砸壞這些設(shè)施，掩埋軌道，影響大巷運輸，造成大巷以內(nèi)工作面的煤不能及時運出，延誤生產(chǎn)。

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

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

3 氣動閘門設(shè)計的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集

由于1.2m施工鉆孔中心正對左側(cè)軌道中心，實測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，最終給氣動弧形閘門留下0.7m的安裝空間。

4 氣動弧形閘門和井字架的設(shè)計

井字架的作用為過渡連接，只需滿足強度要求即可。氣動弧形閘門運動設(shè)計初始模擬草圖見圖1.

圖1 閘門運動設(shè)計初始模擬草圖

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。閘門高度為實測897mm.

旋轉(zhuǎn)弧形閘的設(shè)計最為關(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點為旋轉(zhuǎn)中心，ABCO組成旋轉(zhuǎn)弧形閘的側(cè)面板。C點是和氣缸活塞頂桿的鉸接點。OB線與豎直線成22°時旋轉(zhuǎn)弧形閘處于關(guān)閉狀態(tài)；氣缸在提供氣壓運動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°的運動角度相符合。

在滿足上述運動要求的情況下，經(jīng)過模擬，電子樣機實驗確定了閘門的幾何尺寸如下：

OA=OB=842mm，∠AOB=44°，∠AOC=109°，AB弧長=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，氣缸初始狀態(tài)下，活塞桿伸出約61mm，弧形閘門開啟時活塞伸到454mm.此時可以計算出活塞的行程為393mm.若滿足這樣的行程要求，需要配一個行程為450 ～500mm的氣缸。這樣，氣缸總體長度為650 ～700mm，氣缸偏大。考慮能否改變弧形閘門的結(jié)構(gòu)，用較小的氣缸行程來達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靜止狀態(tài)可以滿足要求，但在模擬時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°，此時會形成傳動死點，推動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極限位置∠BCD的度數(shù)分別為127°和109°均大于90°，并且對氣缸的固定點做了最優(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)過一段時間的運行，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，閘門開啟時間為30s，截斷料流時間為5s.落料對漏斗的沖擊影響較小，漏斗滿足強度要求。落料時物料沒有向兩側(cè)拋灑的情況，滿足使用要求。

［1］ 聞邦椿.機械設(shè)計手冊［M］.第5版.北京：機械工業(yè)出版社，2010：201-218.

［2］ 高長銀，黃 成.中文版CATIAV5技術(shù)大全［M］.北京：人民郵電出版社，2015：95-100.

［3］ 大連理工大學工程圖學教研室.機械制圖［M］.北京：高等教育出版社，2007：128-135.

［4］ 洪嘉振.劉錦陽.機械系統(tǒng)計算動力學與建模［M］.北京：高等教育出版社，2011：145-150.

［5］ 鄒慧君.張春林.李杞儀.機械原理［M］.第2版.北京：高等教育出版社，2006：85-90.