【正文】 ， % ? 艙內(nèi) CO 含量， % 624 10??? 艙內(nèi) 4CH 含量， % ? 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 3 救生艙整體設(shè)計(jì) 、外 形設(shè)計(jì) 救生艙 作為 礦難 發(fā)生 后礦工們的緊急避難場(chǎng)所，需要固定在井下巷道內(nèi)的某個(gè)位置，因此其外形應(yīng)該與巷道整體外形相匹配，根據(jù)查閱資料，類比市場(chǎng)上各廠商所生產(chǎn)的救生艙， 艙體大 體外形也采用長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu) 。 ⑤ 儲(chǔ)存每天每人食物飲用水所占容積： 飲用水： LL 72124/ ???? 人天天人 食物： KJKJ 2 4 0 0 0 0124/5 0 0 0 ???? 人天天人 （需換算成相應(yīng)體積 的壓縮餅干） 艙體 布局： （ 1）艙體結(jié)構(gòu)采用分段組合式模塊化設(shè)計(jì)。要求操作方便，性能可靠，具有良好的氣密和水密功能，能夠抵御 1200度的瞬時(shí)（ )高溫和 60 度的持續(xù)高溫。要求具有良好的氣密功能，且開閉方便。該結(jié)構(gòu)可以河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 應(yīng)用于各種不同型號(hào)的救生艙。 通用段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)方案 （ 1） 已知條件： ① 人員艙凈容積≥ m （ 2）由艙內(nèi)凈寬度 mm1400 ，凈高度 mm1800 ，每人所需的最小凈空間為 ，可算出人員艙最小凈長(zhǎng)度為 ， ml )( ???? （取 ） 。 6段 = ③ 方案三：每段長(zhǎng)度 900mm。為了滿足連接要求，每節(jié)生存艙兩端均需設(shè)置連接法蘭，法蘭之間通過螺栓連接來實(shí)現(xiàn)艙體的連接，初步確定法蘭盤的寬度為 90mm， 厚度為 30mm，采用焊接的方式連接在艙體上，由于兩 節(jié)艙體連接時(shí)有密封性要求，因此需要在法蘭連接之間，加隔密封材料。 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 4 生存艙 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 艙體設(shè)計(jì) 思路 救生艙整體采用模塊化設(shè)計(jì)，將救生艙分為三個(gè)部分：緩沖倉(cāng)、生存艙、設(shè)備艙。 長(zhǎng)度為 700mm。肋板選用槽鋼，焊接在艙體外輪廓上，查閱金屬材料手冊(cè)選用 10 號(hào)槽鋼作為加強(qiáng)肋板，其主要結(jié)構(gòu)尺寸如下 : 表 41 10 號(hào)槽鋼結(jié)構(gòu)參數(shù)表 型 號(hào) 尺寸（ cm） 截面面積2cm 參考數(shù)值 h b d 4()xI cm 4()yI cm 0()z cm 10 100 48 198 加強(qiáng)肋板的布置 由于井下發(fā)生礦難時(shí)，條件十分惡劣，并伴隨爆炸，塌方，透水等誘發(fā)災(zāi)害。 縱向變形量即在 救生艙受到爆炸沖擊時(shí) ，艙體整體在高度方向上的最大變形撓度小于其總高的的 )%(1 cm 。其剛度校核在下一節(jié)中計(jì)算。受力情況如下圖： 圖 44 艙體橫向受力模型 在受載的一側(cè)面的平面部分均勻布置 10 號(hào)槽鋼加強(qiáng)肋板，其截面形狀圖如下圖所河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 示，每?jī)蓚€(gè)肋板之間距離相隔為 20cm，布置 4 塊加強(qiáng)肋板。救生艙有嚴(yán)格的密封性要求，因此，在艙體連接法蘭之間需要鑲嵌密封材料（密封材料規(guī)格為= 30 20m m m m??寬 厚 ），根據(jù)理論計(jì)算當(dāng)密封條的壓縮量達(dá)到 3mm 時(shí)，密封條件最好，為達(dá)到上述壓縮量，計(jì)算兩法蘭之間要求的壓緊力為 F 。 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 5 救生艙艙門設(shè)計(jì) 、 救生艙艙門方案確定 ： 根據(jù)救生艙艙體的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ,整個(gè)艙體分為三個(gè)部分即 :緩沖艙 ,生存 艙和設(shè)備艙 .相應(yīng)的救生艙應(yīng)包含主艙門 ,緩沖門和應(yīng)急艙門 。我們認(rèn)為設(shè)計(jì)了以下兩種方案?jìng)溥x： 1)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) (四點(diǎn)鎖緊 ) 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠性高；由于導(dǎo)軌的約束強(qiáng)化作用，增強(qiáng)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(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,動(dòng)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(jī)構(gòu)作為主艙門的結(jié)構(gòu)方案。 缺點(diǎn)：豎桿太長(zhǎng)，鎖緊力大時(shí)可能導(dǎo)致其變形大，時(shí)間長(zhǎng)了密封性會(huì)下降。 對(duì)方案進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)采用雙點(diǎn)鎖緊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，并且能夠滿足其中等密封要求，因而最終選用 齒輪齒條機(jī)構(gòu) 作為緩沖門的結(jié)構(gòu)方案。 艙門結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算 艙門人機(jī)工程學(xué) 設(shè)計(jì)艙門尺寸 時(shí)，應(yīng)充分考慮人機(jī)工程學(xué)的要求，使人能夠方便快捷的開門關(guān)門，圖 55 齒輪齒條型 圖 56 曲柄滑塊 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 并提供適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)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(shí)，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。鎖緊裝置 所需 提供 壓力： 由公式 FLL EA?? 得， 3L mm?? ， 20L mm? ， 2E MPa? ， 22(125 0 650 ) 2 10 10Am ?? ? ? ? ? ?KNL LEAF 26 ???????? ? 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 對(duì)于 4 點(diǎn)密封門， 為達(dá)到密封要求 每個(gè)著力點(diǎn) 所需的力 為 : KNFF 39。 手 輪直 徑 ? =400mm。如下圖 ，當(dāng) ??? 65A 時(shí)， ?????? 78,37 BAC B 。方向向下。1 ???? ?? ? 當(dāng) ??? 5ACB 時(shí)，圖中機(jī)構(gòu)的各幾何尺寸如下： 表 52 機(jī)構(gòu)各幾何尺寸 ACB? ABC? A? LAB LBC 5? ? ? 80 120 ACB? ABC? A? LAB LBC 10? 155? 15? 80 120 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 sin 120 si n 5sin80BCABL ACBALA??? ? ?? ? ? 可提供最大驅(qū)動(dòng)力 : NFF os804 5c os39。該 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)滿足主艙門的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力條件，可以作為主艙門的鎖緊機(jī)構(gòu)。將 BC 桿做成矩形截面，根據(jù)常規(guī)設(shè)計(jì)方法， C點(diǎn)處為與壓緊桿配合，將 BC桿的尺寸初步定為 mmmmhb 520 ??? ，河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 再按照壓桿穩(wěn)定性和擠壓強(qiáng)度校核該尺寸是否符合動(dòng)力要求。 BC 桿的最小橫截面積慣性矩： 433 52021 mmbhI ???? BC 桿的慣性半徑： mmAIi ???? BC 桿的柔度為： 1201 ???? il?? 計(jì)算 45 鋼的 1? ，查表可得： 45 鋼： M P aM P aG P aE sp 350,280,210 ??? ?? 。根據(jù)公式可得： M P abaor 2 4 8835 6 6 1 ?????? ?? 臨界壓力為： NAF or 24800)(10248 6 ??????? ? BC 桿的工作安全系數(shù)為： stor nFFn ???? 13187124800m a x 滿足工作要求。 由銷釘尺寸校核 BC 桿厚度是否滿足擠壓強(qiáng)度： 銷釘與 BC 桿的有效擠壓面積為： 23056 mmhdA ????? 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 則擠壓應(yīng)力為： MP aMP aAF p 90][ 1871 5 ?????? ? ?? 則 BC 桿厚度滿足擠壓強(qiáng)度。 壓緊時(shí)支承處的支反力為： NNNN 2 8 2 0,5 6 4 0 21 ?? 其中 1N 方向向下， 2N 方向向上。 軸承剖分面處所用螺栓的直徑計(jì)算： 軸承剖分面處四個(gè)螺栓所受的拉伸載荷相等，當(dāng)最大載荷為 =5640FN總 時(shí)，由每個(gè)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(jì)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 10d mm? 。查閱資料可得，對(duì)于直徑100d mm? 的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸頸需要增大 5%~7% 。鎖緊機(jī)構(gòu)主要材料選取 45鋼 M P aM P a sb 3 5 5,6 4 0 ?? ?? 密 封材料要求壓縮量為 L? =1mm， 密封材料面積 (1250 650) 2 30A ? ? ? ? ? 2210m? 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 所需壓緊力： EA LF L???總 622 1 0 1 1 . 4 1 0 0 . 0 0 1 142500 . 0 2 N?? ? ? ? ? 采用雙點(diǎn)鎖緊方案，每個(gè)鎖緊點(diǎn)的壓力為 11F 1 4 2 5 0 = 7 1 2 5 N22F ? ? ?總 齒條在壓緊時(shí)的受力分析 : 圖 513 受力分析圖 c os 7125 , 7138N N N N? ? ? ? 71 38 5 10 70fF N f N? ? ? ? ? ??? ????? ??? i os 100502121fFNNNNN 解方程得： 1 141 97 ,NN? 方 向 向 下 。查表得MPaF 380?? 。根據(jù)上面計(jì)算的壓緊時(shí)支撐處的支反力計(jì)算螺栓直徑。于是螺栓的危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件為 : 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 38 221 []4Fd?????、 選擇螺栓材料為 Q23性能等級(jí)為 的螺栓，查表得材料的屈服極限240s MPa? ? ，選用安全系數(shù)為 ? ，故螺栓材料的許用應(yīng)力為240[ ] 1 6 01 . 5s M P a M P aS?? ? ? ? 計(jì)算螺栓的危險(xiǎn)截面的直徑（螺紋小徑）為： 21 4 1 . 3 4 1 . 3 9 9 3 5 . 8 1 0 . 1 4[ ] 1 6 0Fd m m? ? ?? ??? ? ?? 按粗牙普通螺紋標(biāo)準(zhǔn)（ GB/T 196— 2021），選用螺紋公稱直徑 12d mm? （螺紋小徑1 3 m m m m??）。 （ 6） 、 手輪軸的直徑計(jì)算 手輪軸上受到的阻力距為： 4697 40 187880T N mm N mm? ? ? ? 按照剪切強(qiáng)度確定手輪軸的直徑： ][maxmax ?? ?? tWT 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 查表得 45 鋼的許用剪切應(yīng)力為： MPa80][ ?? 抗扭截面系數(shù)：163dWT ?? 計(jì)算軸的直徑為： 39。 ( 1 ) d m m? ? ? ? ? ? 取手輪軸的直徑為： 25d mm? 求軸的變形量：?? ???? 18039。則確定手輪軸的直徑為 25d mm? （ 7） 、手輪軸與輪轂之間所用鍵連接的尺寸計(jì)算： 鍵的截面尺寸 bh? 是按照軸的直徑 d由標(biāo)準(zhǔn)中選定的，鍵的長(zhǎng)度一般按照輪轂的長(zhǎng)度確定，手輪軸的軸頸尺寸為 25mm，查表可得鍵的主要截面尺寸 87bh? ? ? ，選擇長(zhǎng)度 20l mm? 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 40 緊急 門 結(jié)構(gòu)計(jì)算 （ 1） 為達(dá)到密封要求所需正壓力計(jì)算： 圖 514 應(yīng)急門關(guān)閉時(shí)的狀態(tài) 圖 門的面積 S≥ ，取 門的內(nèi)徑為 mmSd 6184 ???（實(shí)際尺寸取為 mmd 650? ） 。 求 F1： 0n 4 80 1 c os 12FF?? ? ? ? ? NFF n 57512c os804 30060012c os8041 ???? ?????? ? （ 2）求阻力 在此位置，壓緊桿 CE主要受到密封材料受壓縮時(shí)對(duì)其向上的反力 2N ， D 點(diǎn)支撐處對(duì)其的支反力 1N ，以及 1N ， 2N 所產(chǎn)生的摩擦力 21,ff 。 2 、鎖緊時(shí)的動(dòng)力性能 當(dāng)插銷接觸門框?qū)⒚芊獠牧蠅嚎s到所需密封量時(shí)，支撐所產(chǎn)生的摩擦阻力變得很小，主要阻力來源是楔塊的正壓力和摩擦阻力，此時(shí)的受力分析如下圖所示： 圖 518 鎖緊時(shí)支撐處受力分析圖 此時(shí)壓緊桿所受到的支反力與摩擦力大小計(jì)算如下： NNNN 1 5 3 3,1 5 3 o s ???? NfNF f 2 3 5 3 3 ????? 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 44 ??? ????? ??? i os 100502121fFNNNNN 解方程得： NNNN 1 5 1 6,3 0 3 2 21 ?? 摩擦阻力： NfNNNfF f o )15163032( o s)( 21 ??????????? 正壓力水平分量： NNF i i n ??????水平 總的水平方向阻力： 0 0 1 2 ????? 水平總 FFF ff 壓緊時(shí)，手輪提供的驅(qū)動(dòng)力： 當(dāng)壓緊桿運(yùn)動(dòng)到此位置時(shí)，手輪所能提供的驅(qū)動(dòng)力也隨著 ACB? 角度的減小而增大，下面就壓緊桿運(yùn)動(dòng)到不同位置時(shí)的各種情況進(jìn)行討論，校核手輪所提供的驅(qū)動(dòng)力是否能提供所需密封要求時(shí)的壓緊力。方向向下。如下圖，當(dāng) ??? 65A 時(shí)， ?????? 78,37 BAC B 。324dIp ?? 39。查閱資料可得，對(duì)于直徑100d mm? 的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸頸需要增大 5%~7% 。故軸承剖分面處所用的螺栓尺寸同樣選取 12d mm? （ 5） 、手輪尺 寸確定 選用手輪直徑為 300mm?? 人在屈曲狀態(tài)下的輸出力為 F=54