【正文】 4? 244N,取人的輸出力為 600N。 即門(mén)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： 14194FN?總 此載荷位于靠近壓緊楔塊處，主要由靠近楔塊處的兩個(gè)螺栓承擔(dān)。 則 KF 1 . 4 4 6 9 8 2 . 8 0 1 . 5 5m = = = 1 . 8 74 0 3 8 0t F a S aFYYb ?? ? ? ? ? ??? 選用齒輪模數(shù)為 m=。 則水平方向的摩擦力為： 12( ) c o s 3 . 5 0 . 1 5 ( 1 4 1 9 7 7 0 9 7 ) 0 . 1 5 7 1 3 8c o s 3 . 5 4 2 6 2 . 8 5fF f N N fNN? ? ? ? ? ? ? ? ??? 正壓力水平分量： sin 3 .5 7 1 3 8 sin 3 .5 4 3 5 .7 6F N N? ? ? ? ? ?水 平 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 總的水平方向阻力： 4 2 6 2 .8 5 4 3 5 .7 6 4 6 9 8 NffF F F? ? ? ? ?總 水 平 手輪需要施加一個(gè)驅(qū)動(dòng)力來(lái)克服水平方向阻力，該力反應(yīng)到齒條上 即為齒條齒形上所受到的切向力 Ft F = 46 98 Nt fF? 總 （ 2） 、計(jì)算齒輪模數(shù)： 由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù)： KFm= t Fa SaFYYb ?? ? ?? 初步選擇齒輪齒數(shù)為 20，齒寬為 系數(shù)選為 1?? ，齒輪載荷系數(shù) K=。 (1 ) d mm? ? ? ? 手輪軸的最小直徑顯然是安裝手輪處的直徑，為了是所選軸的直徑 與手輪的孔徑相適應(yīng)將手輪軸的直徑圓整為 36mm （ 8） 、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 36mm，查表可得鍵的主要截面尺寸 10 8bh? ? ? ，選擇長(zhǎng)度 20l mm? . 緩沖門(mén)結(jié)構(gòu)計(jì)算 （ 1） 為達(dá)到密封要求所需正壓力計(jì)算： 緩沖門(mén)要求：密封性中等，可靠性高，開(kāi)關(guān)方便 ,。 （ 7） 、手輪軸的 設(shè)計(jì) 計(jì)算 初步確定 手輪軸的 最小直徑： 由上述計(jì)算可知 ，當(dāng) 艙門(mén)關(guān)緊時(shí)，通過(guò)壓緊桿所傳遞的水平方向的總的阻力為： N1 8 7 7 41 6 9 7 ????? 水平總 FFF ff 為了克服此阻力需要在手輪上施加一個(gè) 驅(qū)動(dòng)力矩 ，驅(qū)動(dòng)力矩的大小為：18 71 4 80 59 87 20T 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） 34 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。則每個(gè)螺栓所承受的工作載荷為： 11= 5 6 4 0 2 8 2 022F F N N? ? ?總 門(mén)板與支承處之間的連接屬于一般連接，并且工作載荷穩(wěn)定，查閱資料，單純受拉伸 載荷時(shí)，螺栓的殘余預(yù)緊力 1 ( ~ )FF? ，此處，選擇殘余預(yù)緊力： 1 282 0 112 8F F N N? ? ? ? ? 則螺栓承受的總的拉伸力為： 21 282 0 112 8 494 8F F F N? ? ? ? ? 考慮到螺栓在總拉力 2F 的作用下可能需要補(bǔ)充擰緊，故將總拉力增加 30% 以考慮河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的影響。支撐采用剖分式滑動(dòng)軸承，軸承寬 50b mm? ，軸承與門(mén)板之間采用螺栓鏈接，螺栓數(shù)目選用 4 個(gè)，軸承剖分面之間的連接也采用螺栓連接，數(shù)目為4 個(gè)。查表得 45 鋼的 許 用剪切應(yīng)力 ? ? ,80MPa?? 許用擠壓應(yīng)力為 MPap 90][ ?? 。 根據(jù)公式 ba s?? ??2，計(jì)算 45 鋼的 2? 。此時(shí)， BC 桿所受的最大壓力即為 CD 桿的最大水平阻力。其抗彎截面模量為 332dW ?? 因?yàn)閷?dǎo)向座的長(zhǎng)度較大， DE 可以看做懸臂梁，端部在垂直方向的合力為NF 2850? 。2F 大于其壓緊時(shí)的最大水平方向阻力。 2 、 鎖緊時(shí)的動(dòng)力性能 圖 510 主艙門(mén)在即將鎖緊時(shí)的示意圖 當(dāng) 插銷(xiāo)接觸門(mén)框 將密封材料壓縮到所需密封 量 時(shí)，支撐所產(chǎn)生的摩擦阻力變得很小，主要阻力來(lái)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： 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 511 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 2 8 5 5,2 8 5 o s ???? NfNF f ????? ??? ????? ??? i os 100502121fFNNNNN 解方程得： NNNN 2 8 2 0,5 6 4 0 21 ?? 摩擦阻力 ： NfNNNfF f os2855 )28205640( os)( 21 ?? ????????? 正壓力水平分量： NNF 1 7 i n2 8 5 i n ??????水平 總的水平方向阻力： N1 8 7 7 41 6 9 7 ????? 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。 求 F1： 0n 4 80 1 c os 12FF?? ? ? ? ? n 006 0 0 4 0 01 7 6 6 . 7 54 8 0 c o s 1 2 4 8 0 c o s 1 2FF ? ????? ? ? ?（ N） （ 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 。 對(duì) 主艙門(mén)鎖緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，并作受力分析，其簡(jiǎn)化圖形如下圖所示，為一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：根據(jù)手輪 直徑與門(mén)的尺寸 ，確定四桿鎖緊機(jī)構(gòu)各 桿 的尺寸為： mmAB 80? ， mmCEmmBC 17550801202650,120 ??????? 。摩擦 系數(shù)：靜系數(shù) ，動(dòng)系數(shù) ~，摩擦角 f?? ，不考慮插銷(xiāo)自身的變形，插銷(xiāo) 進(jìn) L， 形成的對(duì)密封材料的壓縮量為： fLL ?tan?? ， 若 L=50mm， f?? 度， 取楔角為 ? 。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 ?? ?? ， 所選密封橡膠的彈性模量為 2MPa，尺寸為 寬 10mm，厚 20mm。其中身體直立雙手扭轉(zhuǎn) 較長(zhǎng) 把手時(shí)男人的扭力為 N127381? ，女子的扭力為 N78200? ；身體屈曲雙手扭轉(zhuǎn)時(shí)男子的扭力為 N244544? ，女子的扭力為 N138267? 。實(shí)際艙門(mén)高度 1250mm，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度明顯提高，又不影響進(jìn)出 。650mm)。十字架不在正確的位置時(shí)，不便于開(kāi)啟。 要求：密封性中等，可靠性高，開(kāi)關(guān)方便。 圖 51 曲柄結(jié)構(gòu) 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 2） 連桿機(jī)構(gòu) (六點(diǎn)鎖緊 ) 優(yōu)點(diǎn)：接觸點(diǎn)較多，密封均勻。 要求操作方便，性能可靠，具有良好的氣密和水密功能， 夠抵御 1200度 的瞬時(shí)（ )高溫和 60 度的持續(xù)高溫。 則 62 1 0 0 . 1 8 3 5400020E A lFNL? ? ? ?? ? ? 螺栓的布置，查閱資料，對(duì)于有密封性要求的較高的的重要連接，螺栓的間距不得大于下表所推薦的數(shù)值： 表 61 螺栓間距推薦使用表 工作壓力 /MPa ? ~4? 4~10? 10~16? 16~20? 20~30? 螺栓之間的間距 /mm 7d 4d 3d 注：表中 d 為螺栓公稱(chēng)直徑 根據(jù)表中規(guī)定 初步確定螺栓之間的間距為 100mm. 在法蘭四周均勻布 置螺栓，每個(gè)螺栓間距為 100mm，則整個(gè)法蘭盤(pán)需要布置的螺栓數(shù)目為： 6000 60100Cn t? ? ? （ 個(gè) ） 分布到每個(gè)螺栓上的工作拉力為： 54000 90060FFNn? ? ?工 作 根據(jù)單個(gè)螺栓受力情況，確定法蘭間連接螺栓的尺寸： 為了保證連接的緊密性，防止連接受載后，結(jié)合面之間產(chǎn)生縫隙，因該使螺栓所受的殘余預(yù)緊力 1 0F? ，根據(jù)參考資料，推薦使用的 1F 為：對(duì)于有密封性要求的連接，1 ( ~ )FF? 。 生存艙之間所用連接螺栓的尺寸的確定 由于生存艙是由模塊化設(shè)計(jì)而成，每節(jié)生存艙的長(zhǎng)度為 mm700 ，這樣便于在巷道內(nèi)運(yùn)輸，當(dāng)救生艙的所有部件都運(yùn)至安置位置后，需要在井下將單獨(dú)的艙體連接起來(lái)，成為一體。 橫向肋板剛度校核 救生艙橫向 同縱向一樣，也受到均勻載荷的作用，為了增加救生艙的剛度，在艙體橫向也需布置加強(qiáng)肋板， 同樣選取 10號(hào)槽鋼作為加強(qiáng)肋，其結(jié)構(gòu)參數(shù)如上表所述?？v向方向，每節(jié)生存艙之間布置一條肋板，肋板分布在救生艙中間。因此合理的布置加強(qiáng)肋圖 42 槽鋼結(jié)構(gòu)示意圖 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 板就易發(fā)顯得意義重大， 救生艙在受到?jīng)_擊時(shí)，其剛度條件要求救生艙的變形量不能太大，最大變形量必須保證小于整體尺寸的 %1 ，并且橫向，縱向?qū)ψ冃瘟慷加幸?。其中法蘭盤(pán)的尺寸為厚度 mm20 ，寬度 mm90 ，布置在艙體的四周。 生存艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 初步確定艙體尺寸 （ 1） 根據(jù)第四章中救生艙的整體尺寸設(shè)計(jì)可知。 （ 7） 緊急逃生門(mén)防護(hù)段：下部安裝制冷壓縮機(jī)，上部為應(yīng)急艙門(mén)，最低點(diǎn)離地高度超過(guò) 1m。 缺點(diǎn)：連接面多，組裝工作量較大，密封面過(guò)多。（座椅的人機(jī)工程學(xué)參數(shù) : mmm ?? ） （ 2） 通用段長(zhǎng)度的三種設(shè)計(jì)方案： ① 方案一：每段長(zhǎng)度 700mm。 （ 4）人員艙與設(shè)備艙由長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)相同的通用段組合而成。 （ 2）艙內(nèi)凈高度 mm1800 。要求具有良好的氣密功能，且開(kāi)閉方便。 （ 3）救生艙包含主艙門(mén)、過(guò)渡艙門(mén)和應(yīng)急艙門(mén)。 救生艙外廓最大寬度 mm1700? ，高度 mm2600? ② 緩沖艙：體積不小于 ③ 主艙：人均凈容積 不小于 ，主艙容納 12 人，總凈容積 不小于河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 12=? ，考慮到 10% 的余量，設(shè)計(jì)凈容積不小于 。其中北京科技大學(xué)承擔(dān)的“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃對(duì)救生艙的研究進(jìn)展較快， 2021年 7月，在山西潞安集團(tuán)模擬巷道內(nèi)玩策劃你夠了 4人、 96小時(shí)的安全驗(yàn)證試驗(yàn) 綜合分析國(guó)外可移動(dòng)式救生艙 的基本技術(shù)特點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)以下共同特點(diǎn)：具備包括氣密性、隔熱性、供氧等生存保障 性能，以及有害氣體去除、監(jiān)測(cè)、通信指示等基本功能，具體指標(biāo)不同 。有效防護(hù)時(shí)間不低于 3696h, 具體應(yīng)根據(jù)礦井 災(zāi)變時(shí)期應(yīng)急救援所需時(shí)間來(lái)確定。已是世界主要采煤國(guó)家的硬性法律規(guī)定和行政做法，并須從河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 礦井整體安全角度考慮避難所的布局、建設(shè)和管理。因而救生艙的研究在近幾年來(lái)受到國(guó)家和煤炭企業(yè)大力重視，選擇救生艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為畢業(yè)設(shè)計(jì)課題，具有重要的實(shí)際意義。 cabin door。本文對(duì)井下救生艙在國(guó)內(nèi)外的研究和應(yīng)用狀況進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，分析了在救生艙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題，自行設(shè)計(jì)了救生艙不同艙段之間連接的艙門(mén)，對(duì)艙門(mén)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)分析，并對(duì)救生艙輪廓尺寸，壁厚與加強(qiáng)肋板的布置，密封和隔熱進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)和力學(xué)校核計(jì)算。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)煤炭等能源的需求量越來(lái)越大，而煤礦安全也越來(lái)越引起國(guó)家和企業(yè)的注意，井下救生艙的問(wèn)世將為煤礦井下礦工提供一種緊急避難場(chǎng)所，盡量減少礦難所帶來(lái)的生命損失。 overall structure。 我國(guó) 煤礦各類(lèi)事故頻發(fā)，導(dǎo)致煤礦事故死亡人數(shù)占世界首位，煤炭生產(chǎn)百萬(wàn)噸死亡率橫向比較仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界平均水平，而目前我國(guó)煤礦井下使用的救生設(shè)備的技術(shù)還跟不上， 一旦發(fā)生礦難，礦工的逃生幾率很小， 因此急需一種有效的救生設(shè)施來(lái)盡量避免在發(fā)生礦難是所造成的損失。 研究分析南非、美國(guó)、加拿大和澳大利亞隊(duì)礦山井下避難所的法律規(guī)定和做法，可以發(fā)現(xiàn)，建立井下避難所。避難所應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)所有下井人員的全容納，包括生產(chǎn)人員、管理人員及可能出現(xiàn)的臨時(shí)人員。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到目前為止，國(guó)內(nèi)有十幾家企業(yè)、單位在進(jìn)行礦用救生艙的研制工作。 圖 31救生艙 外形圖 整體尺寸設(shè) 計(jì) 救生艙應(yīng)該滿(mǎn)足的 條件： ① 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(yàn)，因此巷道尺寸限制了救生艙的尺寸 。 （ 2）艙體由緩沖艙、人員艙和設(shè)備艙三個(gè)部分構(gòu)成。 （ 3）緩沖艙與人員艙的過(guò)渡艙門(mén)：開(kāi)啟方向由緩沖艙開(kāi)向人員艙。 救生艙內(nèi)部尺寸設(shè)計(jì) （ 1）艙內(nèi)凈寬度 mm1400 。其長(zhǎng)度根據(jù)艙內(nèi)設(shè)備需求，確定為 mm900 。 ② 每人座椅 寬度 ，一邊坐 6個(gè)人，座椅總長(zhǎng)度為 m3 。 5段 = （ 3） 700mm方案比 較： 優(yōu)點(diǎn) :每段長(zhǎng)度較小，有利于提高艙體剛度和強(qiáng)度