礦用氣控?zé)o壓風(fēng)門(mén)的平衡桿可以調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉， 是風(fēng)門(mén)平衡機(jī)構(gòu)中重要組成部分，其受力傳動(dòng)效果決定了風(fēng)門(mén)運(yùn)行的可靠程度，因此對(duì)平衡機(jī)構(gòu)進(jìn)行合理地研究與設(shè)計(jì)是非常重要的，本文基于文獻(xiàn)[2]中氣控?zé)o壓風(fēng)門(mén)結(jié)構(gòu)及研究成果，就其平衡機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析，并對(duì)聯(lián)接門(mén)扇和平衡桿的軸承強(qiáng)度進(jìn)行了強(qiáng)度校核。

 氣控?zé)o壓風(fēng)門(mén)的結(jié)構(gòu)及工作原理：

（1）風(fēng)門(mén)結(jié)構(gòu)

氣控?zé)o壓風(fēng)門(mén)主要由門(mén)框、左右門(mén)板、平衡機(jī)構(gòu)、鋼絲繩及氣缸等組成。 其結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

氣控?zé)o壓風(fēng)門(mén)(礦用氣控風(fēng)門(mén))的結(jié)構(gòu)及工作原理

 氣控?zé)o壓風(fēng)門(mén)結(jié)構(gòu)三維效果圖 1.氣缸 2.配重 3.鋼絲繩 4.平衡桿 5.彎架

（2）工作原理

如圖 1 所示， 氣控?zé)o壓風(fēng)門(mén)采用煤礦井下高壓氣體作為氣缸的動(dòng)力源，由電磁閥控制氣缸 1 推桿收縮，通過(guò)連接在推桿上的鋼絲繩 3 來(lái)拉動(dòng)平衡桿 4，從而帶動(dòng)直架和彎架 5，調(diào)控風(fēng)門(mén)的開(kāi)啟。當(dāng)推桿伸出時(shí)，鋼絲繩呈現(xiàn)為松馳狀態(tài)，此時(shí)鋼絲繩對(duì)風(fēng)門(mén)的牽制力為零， 風(fēng)門(mén)則在配重墜陀 2 的作用下，回到關(guān)閉狀態(tài)。

氣控?zé)o壓風(fēng)門(mén)平衡機(jī)構(gòu)受力分析

設(shè)彎架 CEF 距左門(mén)軸心距離 AF=a2， 伸出部分長(zhǎng) FE=b， 直架距右門(mén)軸心距離 BM=a1（設(shè) a1>a2）。 若要保證平衡桿 CD 處于與門(mén)平AF′E′C′為原動(dòng)桿，C′D′為連桿，D′M′B′為執(zhí)行件，A 與 B 為固定端。線位置， 直架與彎架的伸出部分應(yīng)相等，即MD=FE=b。

若要使得平衡桿 C′D′仍舊在與門(mén)平行的直線位置，彎架的彎曲部分長(zhǎng) C′E′=a1+a2。

這樣，整個(gè)機(jī)構(gòu)其實(shí)是一平行四連桿機(jī)構(gòu) AC′D′B′，將外推力作為作用于各個(gè)門(mén)板的內(nèi)力考慮，作用點(diǎn)在門(mén)扇中心，則在打開(kāi)過(guò)程中左門(mén)板受力矩

    Ml=Fcos αlb-Facos αl L    （1）

右門(mén)板受力矩

    My=Fcos αyb+Facos αy L    （2）

根據(jù)無(wú)壓風(fēng)門(mén)的工作原理，在風(fēng)門(mén)開(kāi)關(guān)過(guò)程中整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)處于平衡狀態(tài)，總力矩為 0，即 Ml=My，即

Fcos αlb-Facos αl L ＝Fcos αyb+Facos αy L （3）

氣控?zé)o壓風(fēng)門(mén)(礦用氣控風(fēng)門(mén))的結(jié)構(gòu)及工作原理

  氣控?zé)o壓風(fēng)門(mén)的平衡機(jī)構(gòu)受力情況如圖 3 所示，圖中的“′”上標(biāo)表示末狀態(tài),由該圖可知平衡桿兩端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)位移為 CC′和 DD′。 假設(shè) EF=MD＝b，平衡桿初始狀態(tài)水平，門(mén)扇寬 L，門(mén)扇轉(zhuǎn)動(dòng)角為 α，由于鋼絲繩與連桿***在一起，因此對(duì)彎架施加力 f 的方向沿 CD 桿方向。系統(tǒng)在水平方向所受外力為風(fēng)壓對(duì)風(fēng)門(mén)產(chǎn)生的推力及門(mén)軸對(duì)門(mén)的支撐力， 推力對(duì)門(mén)有轉(zhuǎn)動(dòng)作用，而支撐力作用點(diǎn)在門(mén)軸上， 因此對(duì)門(mén)沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)作用。

在理想狀態(tài)下，左右門(mén)板開(kāi)關(guān)速率、角度始終能夠保持一致時(shí)，即αl=αy，根據(jù)式（3）可得

    Fa（cos αl＋cos αy） L ＝0    

因此 Fa＝0，由此可見(jiàn)，在平衡桿的作用下，其外推力對(duì)門(mén)板的作用力為 0， 這正是無(wú)壓風(fēng)門(mén)的工作原理。

上述推導(dǎo)是在理想狀態(tài)下的理論分析，而實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的無(wú)壓風(fēng)門(mén)并不一定能夠?qū)崿F(xiàn)真正的無(wú)壓。

氣控?zé)o壓風(fēng)門(mén)

以下情況：

（1）在不同風(fēng)壓作用下，左右門(mén)板轉(zhuǎn)矩不同，會(huì)出現(xiàn)速度不同的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，導(dǎo)致平衡桿兩端受力不等而受到?jīng)_擊。 風(fēng)壓越大，沖擊越嚴(yán)重，勢(shì)必會(huì)對(duì)平衡桿造成***壞。 如果平衡桿材料強(qiáng)度不夠，在較大風(fēng)壓作用下，風(fēng)門(mén)打開(kāi)初期就會(huì)在平衡桿的兩端點(diǎn)處出現(xiàn)***裂；

（2）風(fēng)門(mén)不能及時(shí)打開(kāi)，會(huì)與經(jīng)過(guò)的礦車(chē)發(fā)生碰撞，造成事故；

  產(chǎn)生漏風(fēng)。 由于作用在門(mén)扇上的壓力相當(dāng)，在沒(méi)有外力或門(mén)扇阻力較大的情況下，不易關(guān)閉或關(guān)不嚴(yán)密，給通風(fēng)系統(tǒng)管理帶來(lái)一定難度