气动风门闭锁装置的工作原理

一、动力系统：气源驱动与能量转换

1. 气源供应与处理

• 动力来源：矿井压风系统提供 0.4-0.8MPa 的压缩空气，经主气管路接入装置。

• 预处理流程：
  空气→空气过滤器（去除粉尘、水分）→减压阀（稳定气压）→油雾器（为气动元件注油润滑）→执行元件。

• 关键作用：洁净稳定的气源是保证气缸动作精准的前提，气压不足会导致闭锁力失效，杂质则会磨损气缸内壁。

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2. 气动执行元件动作原理

• 气缸驱动机制：

• 左腔进气→活塞杆伸出（闭锁风门）；右腔进气→活塞杆缩回（解锁风门）。

• 单作用气缸（弹簧复位型）：通气时活塞杆伸出，断气时靠弹簧缩回，常用于简单闭锁场景。

• 双作用气缸（更常见）：通过换向阀切换左右腔进气，实现活塞杆的伸出 / 缩回，如：

• 力的传递：气缸活塞杆通过连杆、销轴等机械结构与风门闭锁机构（如锁钩、插销）连接，将气体压力转化为机械闭锁力。

二、闭锁逻辑：风门状态的联锁控制

1. 单组风门的基本闭锁

• 常态闭锁：无气或断电时，气缸靠弹簧力或机械锁死结构保持闭锁状态，防止风门因风压或人为误开。

• 解锁开启流程：

1. 触发信号（如人员接近传感器、手动按钮）→换向阀换向→气缸进气→活塞杆缩回→机械锁钩松开风门。

2. 人员通过后，松开按钮 / 信号消失→换向阀复位→气缸排气→活塞杆伸出→重新闭锁风门。

2. 多组风门的互锁机制（核心功能）

• 防风流短路原理：当巷道设置两组风门时，装置通过 “互锁逻辑” 确保两扇风门无法同时开启：

• 风门 A 开启时，气缸驱动机械结构锁定风门 B，使其无法动作；

• 风门 A 关闭并重新闭锁后，风门 B 才能解锁开启。

• 控制逻辑实现：

• 机械互锁：通过连杆、凸轮等机械结构直接连接两扇风门的闭锁装置，一方开启时顶死另一方的气缸或锁钩。

• 气路互锁：利用梭阀、顺序阀等气动元件构建互锁气路，如：风门 A 开启时，其气缸排气推动气控阀，切断风门 B 的进气通路。

三、安全保护：故障状态下的可靠性设计

1. 失压保护机制

• 被动锁死：气源中断时，气缸内残余气压推动活塞杆保持闭锁状态（双作用气缸需配合单向阀），或通过机械锁止块（如棘爪、插销）自动锁死风门。

• 案例：某煤矿井下停风时，装置靠气缸弹簧力维持闭锁，防止风门被负压吸开导致瓦斯逆流。

2. 限位与反馈系统

• 位置检测：通过行程开关、磁性开关等传感器监测风门开闭状态，确保闭锁到位。

• 当风门未 关闭时，传感器触发报警，同时禁止另一扇风门解锁。

• 气路反馈：若气缸动作异常（如卡滞），气路压力变化会被压力开关检测，切断控制信号并启动保护程序。

3. 防爆与防护设计

• 井下专用场景：在煤矿等易燃易爆环境中，装置采用防爆型气动元件（如防爆换向阀），气路接头做防脱处理，避免摩擦火花。

• 环境适应性：气缸表面经防腐处理（如镀锌、喷塑），密封圈选用耐油、耐候材料，适应潮湿、粉尘环境。

五、核心部件协同工作原理

六、不同场景下的原理差异

1. 手动控制 vs 自动控制

• 手动装置：通过人工扳动换向阀手柄驱动气缸，适用于行人少的巷道，原理简单但需人工操作。

• 自动装置：集成红外传感器、光控开关等，检测到人员 / 车辆时自动触发解锁，原理复杂但安全性高。

2. 纯气动 vs 气电联动

• 纯气动装置：仅靠气路逻辑实现互锁（如用梭阀、顺序阀），无需电源，适合无电场景，但互锁功能较单一。

• 气电联动装置：通过 PLC 或继电器控制电磁换向阀，可实现延时闭锁、远程监控等功能，原理更灵活，但需防爆电控箱。