【正文】 想，設(shè)計了煤礦井下救生艙。礦難造成的人員死亡，少則十幾人，多則上百人，其嚴(yán)重度相當(dāng)高，往往是礦難發(fā)生后人員生還的概率很小，甚至全軍覆沒。第三個特點是救援難度大。 當(dāng)前我國的礦井安全設(shè)施狀況安全設(shè)施是確保礦山企業(yè)安全生產(chǎn)的基本物質(zhì)保障，是減少事故發(fā)生的最有力措施。當(dāng)前我國各類礦山企業(yè)普遍存在著安全投入嚴(yán)重不足，安全技術(shù)裝備老化、落后、帶病運轉(zhuǎn)、安全性能下降、抗災(zāi)能力差、不能及時有效的預(yù)防和抗御事故災(zāi)害的現(xiàn)象。井下事故一旦發(fā)生，井下的礦工只有兩種求生的方法：第一種就是及時撤出發(fā)生事故的礦井，回到地面上。這是因為：1)大多數(shù)井下事故發(fā)生后，都會造成巷道坍塌，封堵住通往礦井外面的通道，使得在井下作業(yè)的礦工被困，根本無法逃出礦井。因為在很多情況下，發(fā)生井下事故后并下的設(shè)施遭到毀壞，巷道坍塌，這使得井外人員的救援活動需要很長時間，少則幾天，多則十天半個月。井下救生艙這一想法的產(chǎn)生，與當(dāng)前我國礦山事故頻發(fā)的背景有關(guān)。2)進入井下救生艙的人員可以在那里與井上人員取得聯(lián)系，報告并下發(fā)生事故的情況，并通過救生艙上的設(shè)施實時搜集井下信息，提供給救援^員。井下救生艙適用于那些礦井內(nèi)發(fā)生坍塌、冒頂、瓦斯或者粉塵爆炸、透水等事故而被困并下無法逃出的人員的救生，也適用于在以上事故發(fā)生后，不適宜立即逃出井外(例如，由于坍塌、冒項或者爆炸還在繼續(xù)，逃出井外需要冒極大的生命危險的情況)人員的逃生。井下救生艙具有以下～些特點：1)能夠在井下創(chuàng)造—個安全的小環(huán)境。2)能夠提供足夠的事故救援時間。井下被困人員進^救生艙后，可以在其中靜心等待救援，并不斷向井上人員傳遞井下情況的信息。也就是說，無論對于哪種井下事故，大多數(shù)井下作業(yè)人員還是有逃生的機會的，但是逃生的前提是在最短的時間內(nèi)躲避到—個安全的地方。第二章 救生艙設(shè)計參數(shù)要求救生艙在井下工作，為礦工在發(fā)生礦難時提供一個可以臨時躲避的空間，由于礦難發(fā)生后，井下條件十分惡劣，因此對救生艙的技術(shù)要求較高。：由于救生艙安置在巷道內(nèi)，并且在配置前需要做防爆試驗，因此巷道尺寸限制了救生艙的尺寸。、救生艙結(jié)構(gòu)要求：（1）由主艙門、與人員艙之間的過渡艙門和艙室構(gòu)成（2）主艙門：向外開啟。（4）設(shè)備艙與人員艙的過渡艙門：開啟方向由設(shè)備艙開向人員艙。其長度根據(jù)艙內(nèi)設(shè)備需求，確定為。（座椅的人機工程學(xué)參數(shù): ）通用段長度的三種設(shè)計方案：（1） 方案一：每段長度700mm。缺點：連接面多，組裝工作量較大，密封面過多。第四章 模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計 模塊化設(shè)計思路救生艙整體采用模塊化設(shè)計，將救生艙分為三個部分：緩沖倉、生存艙、設(shè)備艙。長度為。肋板選用槽鋼，焊接在艙體外輪廓上，查閱金屬材料手冊選用10號槽鋼作為加強肋板，其主要結(jié)構(gòu)尺寸如下:型號尺寸截面面積理論重量參考數(shù)值hbd1010048198救生艙受力模型可簡化為一懸臂梁，該梁受均布載荷作用：當(dāng)爆炸發(fā)生時，其瞬間壓力可達(dá)，當(dāng)該壓力作用在救生艙的一側(cè)面時，相當(dāng)于該側(cè)面受到均布載荷作用，該載荷大小:艙體在受彎方向的橫截面如圖所示，可分為4部分組成，分別求個部分的慣性矩：第一部分為矩形，其慣性矩為：第二部分為矩形，其慣性矩為第三部分為矩形，其慣性矩為第四部分為槽鋼，其慣性矩由上表可以查出：上述計算為各面積對其自身形心軸的慣性矩，需要通過平行位移公式計算出其對彎矩梁本身中性軸的慣性矩：第三部分的面積為第四部分面積查表可得：第三部分慣性軸距離截面中性軸距離為：第四部分槽鋼慣性軸距離截面中性軸距離為則該橫截面對y軸總的慣性矩為： 根據(jù)懸臂梁在受均布載荷時的彎曲變形公式計算其頂端最大變形量：其中：， ，艙體材料選用45鋼，其彈性模量，將上述數(shù)據(jù)代入公式可得艙體的最大變形量為：變形量小于艙體總高度的，故其剛度滿足使用要求。圖56 艙體橫向截面圖該側(cè)面所受的均布載荷大小為：根據(jù)上圖所示的簡直梁截面，計算其各部分面積對中性軸的慣性矩：第一部分為矩形，其慣性矩為：第一部分面積為：第二部分與第三第四第五部分同為槽鋼，根據(jù)槽鋼主要結(jié)構(gòu)尺寸表，查得：第二、第三、第四、第五部分的面積為：上述計算為各面積對其自身形心軸的慣性矩，需要通過平行位移公式計算出其對彎矩梁本身中性軸的慣性矩：第一部分矩形的慣性軸距離中性軸的距離為：第二部分槽鋼的形心軸距離慣性軸的距離為：則該橫截面對中性軸總的慣性矩為 根據(jù)簡支梁在受均布載荷時的彎曲變形公式計算其頂端最大變形量：其中：，艙體材料選用45鋼，其彈性模量，將上述數(shù)據(jù)代入公式可得艙體的最大變形量為：變形量小于總長度的，故其剛度滿足使用要求。b:艙門結(jié)構(gòu)方案比較:目前,市場上生產(chǎn)的救生艙采用的艙門結(jié)構(gòu)設(shè)計方案從四點到十二點的都有,傳動和鎖緊裝置也有很多,下面就經(jīng)常所見到的幾種方案進行比較,并確定主艙門的結(jié)構(gòu)方案。十字架不在正確的位置時，不便于開啟。3）十點和十二點聯(lián)動鎖緊優(yōu)點：理論上門的受力均勻，密封性較好。我們認(rèn)為設(shè)計了以下兩種方案備選： 1)曲柄滑塊機構(gòu)(四點鎖緊)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠性高；由于導(dǎo)軌的約束強化作用，增強了立桿的高度。綜合上述多種艙門方案比較,由于曲柄滑塊機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單,動作靈活可靠,可以達(dá)到主艙門關(guān)于氣密和水密的要求,因此最終確定曲柄滑塊機構(gòu)作為主艙門的結(jié)構(gòu)方案。我們也設(shè)計了兩個方案備選：(1)、普通單點鎖緊優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠性高。、應(yīng)急門方案a：應(yīng)急門的基本要求：要求：密封、隔熱、耐沖擊性能強，可靠性高，開啟方便，在透水深度不高于1m的情況下能方便進出， m2(248。存在死點，設(shè)計時應(yīng)注意避免。、各艙門結(jié)構(gòu)參數(shù)計算：、主艙門結(jié)構(gòu)計算：（1）、艙門人機工程學(xué)設(shè)計設(shè)計艙門尺寸是時，應(yīng)充分考慮人機工程學(xué)的要求，使人能夠方便快捷的開門關(guān)門，并提供適當(dāng)?shù)尿?qū)動力。選在門的中間，手輪離底部高度650mm。由于在礦下工作的都為男性，并且根據(jù)手輪高度，人在操作各種艙門時，都處于屈曲或彎腰狀態(tài)，因此，選擇人所能提供的扭力為600N。相應(yīng)的在艙體壁上與艙門配合部位，也制作成同樣尺寸的凸緣。鎖緊機構(gòu)主要材料選取45鋼， 所選密封橡膠的彈性模量為2MPa，尺寸為寬10mm，厚20mm。則。根據(jù)對該機構(gòu)進行Pro/E方針演示在機構(gòu)剛開始運動時，由于壓縮量小，所受阻力非常小，人通過手輪所能提供的驅(qū)動力足以克服壓緊時所需的阻力，因此，該機構(gòu)啟動性能良好，當(dāng)機構(gòu)運行到一定角度時，壓縮量逐漸增大，所需克服的阻力也隨之增大，因此需要手輪提供更大的驅(qū)動力才能鎖緊門框，以達(dá)到密封要求，根據(jù)機構(gòu)進行的運動仿真，以 時開始為啟動時校核驅(qū)動力是否能提供所需壓緊力的位置。其受力分析如下圖所示，圖中A點距離軸的支撐處為50mm，支撐的寬度b=50mm：列力的平衡方程：解得：主動力：摩擦阻力：主動力遠(yuǎn)大于摩擦阻力，啟動性能良好。該曲柄滑塊機構(gòu)滿足主艙門的運動動力條件，可以作為主艙門的鎖緊機構(gòu)。將BC桿做成矩形截面，根據(jù)常規(guī)設(shè)計方法，C點處為與壓緊桿配合，將BC桿的尺寸初步定為，再按照壓桿穩(wěn)定性和擠壓強度校核該尺寸是否符合動力要求。BC桿的最小橫截面積慣性矩：BC桿的慣性半徑：BC桿的柔度為：計算45鋼的，查表可得：45鋼：。根據(jù)公式可得：臨界壓力為：BC桿的工作安全系數(shù)為：滿足工作要求。由銷釘尺寸校核BC桿厚度是否滿足擠壓強度：銷釘與BC桿的有效擠壓面積為：則擠壓應(yīng)力為：則BC桿厚度滿足擠壓強度。壓緊時支承處的支反力為：其中方向向下，方向向上。軸承剖分面處所用螺栓的直徑計算：軸承剖分面處四個螺栓所受的拉伸載荷相等，當(dāng)最大載荷為時，由每個螺栓所承受的拉伸力小于門板與支承處所用的螺栓，為了計算和制造加工的方便，此處選用的螺栓尺寸同上面所選用的螺栓尺寸一樣，使用公稱直徑為。則手輪軸最小直徑：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計擬定軸的裝配方案該主艙門的裝配方案在上面已有敘述，現(xiàn)將其裝配圖作出如下：根據(jù)周向定位的要求確定軸的各段直徑和長度：5軸段處與手輪配合，手輪輪轂長度為32mm，軸的右端用單螺母進行軸向固定，按該段軸的直徑取為該軸的最小直徑（將圓整為），手輪與軸配合的長度，為保證軸端墊片只壓在手輪輪轂上而不壓在軸的端面上，故第5段的長度應(yīng)比略短一些，現(xiàn)取。軸上零件的周向固定手輪，連桿圓盤與軸的周向固定均采用平鍵連接，按由表查得平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為20mm，為了保證手輪與軸配合有良好的對中性，故選擇手輪輪轂與軸的配合為；同樣，連桿圓盤與軸的鏈接，選用平鍵為：連接圓盤與軸的配合選用，確定軸上倒角尺寸參照資料，取軸端倒角為。鎖緊機構(gòu)主要材料選取45鋼 密封材料要求壓縮量為=1mm，所需壓緊力：采用雙點鎖緊方案，每個鎖緊點的壓力為齒條在壓緊時的受力分析:根據(jù)上圖受力分析圖，列力的平衡方程式：解方程得：。則選用齒輪模數(shù)為m=。即門板與支撐之間所用鏈接螺栓所承受的總的最大工作載荷為：此載荷位于靠近壓緊楔塊處，主要由靠近楔塊處的兩個螺栓承擔(dān)。故軸承剖分面處所用的螺栓尺寸同樣選?。?）、手輪尺寸確定選用手輪直徑為人在屈曲狀態(tài)下的輸出力為F=544244N,取人的輸出力為600N。則手輪軸直徑：取手輪軸的直徑為：2）手輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計由于手輪軸的最小直徑同齒輪的分度圓直徑相差不大，因此將手輪軸同齒輪作為一體的結(jié)構(gòu)，即齒輪軸。第2部分為為軸環(huán)，其作用是用于軸