【正文】 ， 并且運(yùn)輸方便 ，對(duì)巷道的適應(yīng)性強(qiáng)（小巷道通過(guò)能力強(qiáng)），模塊化擴(kuò)展方便 ，有利于標(biāo)準(zhǔn)化，系列化 。 計(jì)算救生艙艙體的外部尺寸為： 外部總高度： mmh 19002382121800 ?????? 外部總寬度： mmb 15002382121400 ?????? 救生艙總長(zhǎng)度： mml 6 3 0 02 4 09 2 04 2 0 09 4 0 ????????? 手輪緩沖艙生存艙設(shè)備艙 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 艙體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 圖 33 艙體外廓設(shè)計(jì)圖 圖 34 艙體內(nèi)部設(shè)計(jì)圖 （ 1） 單元組合式結(jié)構(gòu)： 1）便于根據(jù)需要增減單元； 2）可拆分運(yùn)輸，滿足井下運(yùn)輸要求； 3）模塊化設(shè)計(jì)，便于標(biāo)準(zhǔn)化； （ 2）殼體：基板內(nèi)外側(cè)分別焊接加強(qiáng)元素，強(qiáng)度和剛度可以得到有效加強(qiáng)； 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 （ 3）逃生門：艙體兩端分 別設(shè)計(jì) 安裝防爆防水閣氣門，其中一端為緊急逃生門； （ 4） 緩沖艙：設(shè)在主門與人員艙之間，與人員艙經(jīng)隔氣門隔開(kāi)，內(nèi)設(shè)干式座便及氣幕系統(tǒng)； （ 5） 人員艙：圖列為可容納十二人結(jié)構(gòu)，由六節(jié) 700mm、長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)單元艙連接而成，內(nèi)寬 1400mm，高 1780mm，六瓶供氧氧氣瓶置于人員艙遠(yuǎn)離主艙門端，個(gè)檢測(cè)裝備固定于艙體內(nèi)壁； （ 6） 設(shè)備艙：兩個(gè)分體制冷控溫水柜分別立于艙內(nèi)兩層中間保留 500mm寬的人員逃生通道，廢氣吸附過(guò)濾系統(tǒng)也置于該艙；艙內(nèi)供電蓄電池裝在聯(lián)通外部的緊急逃生門下，設(shè)備艙與人員艙之間直接連通，由三節(jié) 700mm標(biāo)準(zhǔn)艙構(gòu)成。其中緩沖艙和設(shè)備艙單獨(dú)設(shè)計(jì)，生存艙分節(jié)設(shè)計(jì)， 然后用螺栓將各段艙體連接起來(lái)， 這樣便于不同型號(hào)的救生艙進(jìn)行裝配， 又有利于各部件的運(yùn)輸和提升 ,并且對(duì)救生艙的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化有重大意義。其 結(jié)構(gòu) 示意圖如下： 艙體四周用 mm12 的 45 鋼鋼板沖壓而成，每?jī)晒?jié)艙體之間由法蘭盤相連接，為達(dá)到密封性要求， 圖 41 人員艙結(jié)構(gòu)圖 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 法蘭盤之間鑲嵌密封材料，通過(guò)螺栓將將兩節(jié)艙體連接在一起。當(dāng)爆炸發(fā)生時(shí)，空氣沖擊波的壓力十分強(qiáng)大，根據(jù)上述第二章中救生艙的技術(shù)要求，需要 抗擊 2MPa 的爆炸沖擊，因此 對(duì)救生艙的強(qiáng)度和剛度要求比較高，為了但又不能單純的依靠增加壁厚來(lái)提高其強(qiáng)度和鋼度，如果壁厚過(guò)厚，則造成救生艙 質(zhì)量增加，不僅為救生艙的生產(chǎn)制造造成困難，并且使救生艙難以運(yùn)輸，提升和裝配。 根據(jù)上述救生艙的剛度要求，需要在救生艙的四周即橫向和縱向上都布置加強(qiáng)肋板。 縱向肋板剛度校核 救生艙受力模型可簡(jiǎn)化為一懸臂梁，該梁受均布載荷作用 ：當(dāng)爆炸發(fā)生時(shí)，其瞬間壓力可達(dá) MPa2 ，當(dāng)該壓力作用在救生艙的一側(cè)面時(shí)，相當(dāng)于該側(cè)面受到均布載荷作用，該載荷大小 : mNmpaq / 66 ????? 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(gè)部分的慣性矩： 圖 43 艙體縱向截面圖 第一部分為矩形，其慣性矩為： 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 4331 9312 cmbhI ???? 第二部分為矩形，其慣性矩為 4331 9312 cmbhI ???? 第三部分為矩形，其慣性矩為 4331 cmbhI ???? 第四部分為槽鋼，其慣性矩由上表可以查出： 44 cmI ? 上述計(jì)算為各面積對(duì)其自身形心軸的慣性矩，需要通過(guò)平行位移公式計(jì)算出其對(duì)彎矩梁 本身中性軸的慣性矩： 第三部分的面積為 23 cmhbS ????? 第四部分面積查表可得： ?S 第三部分慣性軸距離截面中性軸距離為： mml 53 ? 第四部分槽鋼慣性軸距離截面中性軸距離為 mml ???? 第三部分形心軸距離中性軸的距離為： 3 cm? 第四部分形心軸距離中性軸的距離為： 4 cm? 則該橫截面對(duì) y 軸總的慣性矩為： 2444233321 lSIlSIIII ????????總 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 22 ???????? 4517cm? 根據(jù)懸臂梁在受均布載荷時(shí)的彎曲變形公式計(jì)算其頂端最大變形量： EIql8 4?? 其中： mNq / 6?? ， ml ? ， 41 0 3 425 1 7 cmI ??? ，艙體材料選用45 鋼，其彈性模量 GPaE 206? ，將上述數(shù)據(jù)代入公式可得艙體的最大變形量為： cmEIql 9 464 ???? ????? 變形量小于艙體總高度的 )%(1 cm ，故其剛度滿足使用要求。 圖 45 艙體橫向截面圖 該側(cè)面所受的均布載荷大小為： 662 1 0 1 .4 2 .8 1 0 /q P a m N m? ? ? ? ? 根據(jù)上圖所示的簡(jiǎn)直梁截面，計(jì)算其各部分面積對(duì)中性軸的慣性矩： 第一部分為矩形，其慣性矩為： 33 41 1 4 0 1 . 2 2 0 1 . 61 2 1 2bhI c m?? ? ? 第一部分面積為： 21 14 0 16 8S bh cm? ? ? ? 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： 42345 25 .6I I I I cm? ? ? ? 第二、第三、第四、第五部分的面積為： 22345 1 2 .7 4 8S S S S cm? ? ? ? 上述計(jì)算為各面積對(duì)其自身形心軸的慣性矩，需要通過(guò)平行位移公式計(jì)算出其對(duì)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： 1 3 cm cm cm? ? ? 第二部分槽鋼的形心軸距離慣性軸的距離為： 2 3 cm cm cm? ? ? 則該橫截面對(duì)中性軸總的慣性矩為 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 221 1 1 2 2 2= 4 ( )I I S l I S l? ? ? ? ? ?總 22201 .6 168 4 ( 25. 6 12. 748 8 )? ? ? ? ? ? ? ? 根據(jù)簡(jiǎn)支梁在受均布載荷時(shí)的彎曲變形公式計(jì)算其頂端最大變形量： 4max 5384qlEI? ? 其中： 10 /q N m?? ， 6 ? ? ? ， cm? ，艙體材料選用45 鋼，其彈性模量 GPaE 206? ，將上述數(shù)據(jù)代入公式可得艙體的最大變形量為： 4 6 4m a x 95 5 2 . 8 1 0 4 . 2 3 . 9 83 8 4 3 8 4 2 0 6 1 0 1 3 8 3 . 4ql cmEI? ? ? ?? ? ?? ? ? 變形量小于總長(zhǎng)度的 1%( )cm ，故其剛度滿足使用要求。 法蘭 面的周長(zhǎng)： 1400 2 1500 1700 6000C mm? ? ? ? ? 密封材料面積為： 5260 00 30 1. 8 10A C b m m m m m m? ? ? ? ? ? 所需壓緊力： EA lF L?? 其中密封材料的彈性模量為 2E MPa? ，密封材料面積 10A mm?? ，壓縮量河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 3l mm?? ，密封材料厚度 20L mm? 。 、 主艙門方案 : （ 1） 主艙門的 基本 要求 : 向外開(kāi)啟。 缺點(diǎn)：鎖緊點(diǎn)較少，密封效果可能受到影響。 、 過(guò)渡艙門結(jié)構(gòu)方案： （ 1） 緩沖門的基本要求： 考慮到 要 減少熱源、噪音源和整潔，我們?cè)O(shè)計(jì)了設(shè)備艙門將主要設(shè)備與人員艙隔開(kāi)，但結(jié)構(gòu)與過(guò)渡艙完全相同。接觸點(diǎn)少，密封性較 圖 52 六點(diǎn)鎖緊 圖 53 十字架行 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 差。 、 應(yīng)急門方案 （ 1） 應(yīng)急門的基本要求 ： 要求：密封、隔熱、耐沖擊性能強(qiáng)，可靠性高，開(kāi)啟方便，在透水深度不高于 1m 的情況下 能 方 便 進(jìn) 出 ，最 小 面 積 不 小于 m2(248。 結(jié)構(gòu)尺寸：根據(jù)強(qiáng)度要求，門應(yīng)該設(shè)計(jì)的尺寸小一點(diǎn)，但為了方便進(jìn)出，門的上緣高度選擇盡量高一點(diǎn)（ 1500mm，該尺寸受總高度的限制），下緣離艙體底部 25mm，防止透水早期開(kāi)門時(shí)進(jìn)水。 人在此高度所能 提供的扭力：根據(jù)人機(jī)工程學(xué)知識(shí) 雙臂做扭轉(zhuǎn)操作時(shí)一般可分為身體直立雙臂扭轉(zhuǎn)、身體屈曲雙手扭轉(zhuǎn)和彎腰雙手扭轉(zhuǎn)三種不同的姿勢(shì)。 、主艙門結(jié)構(gòu)計(jì)算： （ 1） 、為達(dá)到密封要求所需正壓力計(jì)算： 根據(jù)艙體 尺寸選擇們的基本尺寸為： 高度 1250mm，寬度 650mm，門框?qū)挾?50mm。 ???? （ 2） 、 計(jì)算驅(qū)動(dòng)特性 在屈曲狀態(tài)下的輸出力為 600N。 左圖為 主艙門在即將開(kāi)啟位置時(shí)的示意圖。 圖 57 主艙門開(kāi)啟位置示意圖 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 圖 58 啟動(dòng)位置受力分析圖 1 、 啟動(dòng)性能 （ 1） 由 手輪和曲柄的受力平衡式 ，人的正常扭力取 nF =600（ N）， 手輪直徑mm400?? 。 NNNN 4 6 1,9 2 3 21 ?? 主動(dòng)力： 0d = 1 c os 37 ( )F F N?? 摩擦阻力： NNNfF f 2 0 8)4 6 19 2 3()( 21 ??????? 主動(dòng)力遠(yuǎn)大于摩擦阻力，啟動(dòng)性能良好。2 ???? ?? ? 根據(jù)上述計(jì)算，當(dāng)壓緊桿鎖緊時(shí)所提供的驅(qū)動(dòng)力 39。 （ 3） 、 計(jì)算 壓緊 桿的直徑： 1 、 由 桿的抗彎強(qiáng)度 計(jì)算其直徑 CE 桿的受力屬空間力 系，因此，選圓形截面桿。 CD 桿所受到的最大壓力位置，在壓緊桿最終達(dá)到鍥塊頂端，壓縮量最大，壓緊抗力最大時(shí)。 861028 0 1021 0 6 9221 ?? ???? ????pE 比較兩者柔度大?。?1??? 因此，不能使用歐拉公式來(lái)計(jì)算臨界壓力大小。 確定 BC 桿的截面尺寸為： mmmmhb 520 ??? （ 5） 、 銷子的直徑確定 鏈接銷釘?shù)钠茐男问蕉酁檫B接面被壓潰或銷釘被剪斷，因此應(yīng)該按照剪切強(qiáng)度和擠壓強(qiáng)度對(duì)銷釘?shù)慕孛娉叽邕M(jìn)行校核。 （ 6） 、軸的支承處的螺栓尺寸計(jì)算 由于壓緊桿的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，為了增加桿的剛度，在桿的頂端設(shè)置支撐，并且此支撐還起著提供壓緊力的作用。 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： 5640FN?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)。根據(jù)上面的計(jì)算，同樣能滿足使用要求。則手輪軸直徑： 39。2 7 0 9 7 ,NN? 方 向 向 上。 NFt 2760? 。 壓緊時(shí)支承處的支反力為： 12141 94 , 709 7N N N N?? 其中 1N 方向向下， 2N 方向向上。 根據(jù)計(jì)算主艙門所用螺栓尺寸時(shí)的經(jīng)驗(yàn)可知，當(dāng)軸承剖分面處所用的螺栓尺寸同門板處所用的螺栓尺寸一樣時(shí)，肯定能滿足 使用要求。33187880 [ ] 8016 16Td m m???? ? ?? 手輪軸通過(guò)平鍵與輪轂鏈接，因此需要在軸上開(kāi)出鍵槽。 pp IG Tl 其中 ,3 4 0,1 1 0 4 0 0 mmlmmNT ??? 軸的長(zhǎng)度， 45 鋼的抗扭剛度 GPaGp 80? 。鎖緊機(jī)構(gòu)主要材料選取 45， b= 353 a , = 598 a ,S M P M P?? .所選密封橡膠的彈性模量為 2MPa，為達(dá)到密封要求，需要將密封材料壓縮 3mm，則壓緊桿所需提供的壓力為： 由公式 FLL EA?? 得， 3L mm?? ， 20L mm? ， 2E MPa? ， 周長(zhǎng) ： 4 650 = 2041 m mCD?? ? ? 密封條面積 ： 2320 41 10 = 2. 04 1 10Am?? ? ? 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 41 ??? l lEAF壓 622 1 0 2 .0 4 1 1 0 0 .0 0 3 6 .1 20 .0 2 ?? ? ? ? ?（ KN） 應(yīng)急門采用四點(diǎn)鎖緊方案，每個(gè)壓緊點(diǎn)上所受的平均力： NNFF 153061204141 ???? 壓 在壓緊楔塊處進(jìn)行受力分析， 圖 515 壓緊楔塊處受力分析 圖 NFF N os ??? NFfF Nf 2 3 01 5 3 ????? （ 2） 、計(jì)算應(yīng)急門的驅(qū)動(dòng)性能 根據(jù)對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行 Pro/E 方針演示在機(jī)構(gòu)剛開(kāi)始運(yùn) 動(dòng)時(shí)，由于壓縮量小，所受阻力非常小，人通過(guò)手輪所能提供的驅(qū)動(dòng)力足以克服壓緊時(shí)所需的阻力，因此，該機(jī)構(gòu)啟動(dòng)性能良好，當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行到一定角度時(shí)，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(dòng)力才能鎖緊門框，以達(dá)到密封要求，根據(jù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)仿真，以 ??? 65A 時(shí)開(kāi)始為啟動(dòng)時(shí)校核驅(qū)動(dòng)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(diǎn)距離軸的支撐處為 50mm，支撐的寬度 b=50mm： 圖 517 支撐處受力分析圖 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 43 列力的平衡方程： ??? ??????? 10 05037s in21211 NN NNF 解得： ，方向向