【正文】 ) 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=。 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： 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)。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% 。如下圖，當(dāng) ??? 65A 時(shí)， ?????? 78,37 BAC B 。 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(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： 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。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? ） 。 （ 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。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。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 。 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? 。 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。 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 ??? ?? 。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)。方向向下。 手 輪直 徑 ? =400mm。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。 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(kāi)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。 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。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。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 。其剛度校核在下一節(jié)中計(jì)算。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。 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。 6段 = ③ 方案三：每段長(zhǎng)度 900mm。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。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。 根據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB 50215— 2021，《煤礦安全規(guī)程》 2021 年版，《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》 2021年版 ，《礦山救助規(guī)程》 2021 年版，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局《煤礦井下避難所試點(diǎn)建設(shè)基本要求》（煤安監(jiān)司辦 2021 年第 9 號(hào)），國(guó)家安全監(jiān)管總局國(guó)家煤礦安監(jiān) 局關(guān)于《建設(shè)完善煤礦井下安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”的通知》，（安監(jiān)總 （ 2021） 146 號(hào)）等相關(guān)文獻(xiàn)資料規(guī)定 ，對(duì)井下救生艙提出以下技術(shù)要求： 表 21 救生艙技術(shù)參數(shù)表 項(xiàng)目 參數(shù)要求 額定人數(shù)，人 12 額定防護(hù)時(shí)間， h 96? 抗沖擊力， MPa ? 抗爆炸沖擊力， MPa 2? 瞬時(shí)耐高溫能力（ ? ）， C? 1200 艙外持續(xù)耐高溫能力， C? 55? 艙內(nèi)持續(xù)溫度， C? 32 2?? 艙內(nèi)持續(xù)濕度 85%? 最大耐水壓力， MPa 人均占有容積， 3m 艙內(nèi)正壓力， Pa 200— 300 供電電壓， V 380/660/1140 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 續(xù)表一 ： 救生艙技術(shù)參數(shù)表 項(xiàng)目 參數(shù)要求 艙內(nèi)設(shè)備啟動(dòng)時(shí)間， s 20? 艙內(nèi) 2O 含量， % ~ 艙內(nèi) 2CO 含量， % ? 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) 。設(shè)置時(shí)要考4方面因素，即所服務(wù)區(qū)域的特點(diǎn)（空間結(jié)構(gòu)、危險(xiǎn)源分布、作業(yè)類型等）；災(zāi)變時(shí)期人員抵達(dá)難易程度、所需時(shí)間；隨身佩戴自救器的防護(hù)時(shí)間；巖體穩(wěn)定性和支護(hù)有效性。在發(fā)生礦難后，如何有效拯救被困的井下礦工成為了人們普遍關(guān)注的社會(huì)焦點(diǎn)問(wèn)題。河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘要 本文的設(shè)計(jì)題目是“井下救生艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”。 design calculation 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 目錄 1 緒論 ................................................................................................................... 1 研究井下救生艙的意義 ................................................................................. 1 國(guó)內(nèi)外對(duì)該領(lǐng)域的研究成果 .......................................................................... 1 2 設(shè)計(jì)參數(shù)要求 ..................................................................................................... 3 3 救生艙整體設(shè)計(jì) ................................................................................................. 5 、外形設(shè)計(jì) .................................................................................................... 5 整體尺寸設(shè)計(jì) ............................................................................................... 5 救生艙應(yīng)該滿足的條件： ....................................................................... 5 艙體布局： ............................................................................................ 6 救生 艙結(jié)構(gòu)要求： ................................................................................. 6 救生艙內(nèi)部尺寸設(shè)計(jì) ............................................................................... 6 通用段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)方案 ............................................................................... 7 艙體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： ..................................................