【正文】 的作用下可能需要補充擰緊，故將總拉力增加 30% 以考慮扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的影響。則查表得：齒形系數(shù) ?FaY ，應(yīng)力校正系數(shù) ?SaY ， 齒輪材料選用 45 鋼。33598720 [ ] 8016 16Td m m???? ? ?? 手輪軸 通過平鍵與輪轂鏈接，因此需要在軸上開出鍵槽。根據(jù)上面計算的壓緊時支撐處的支反力計算螺栓直徑。查表得： 45 鋼M P abM P aaM P as 5 6 ,4 6 1,3 5 0 ???? ，則： 3504612 ????? ba s?? 可見 BC 桿的柔度介于 1? 和 2? 之間，屬于中等系數(shù)壓桿，需用直線公式計算其臨界河南理工大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 壓應(yīng)力。 則 D 點 所受 最大彎矩： mmNmmNlFM DE ?????? 1 4 2 5 0 0502850m a x 選 用壓緊 桿的材料是 45， 許用彎曲 應(yīng)力 1=60 aMP?? ， ? ?1m ax1 ?? ?? ?? WM mmMd 60321 4 2 5 0 032331m a x ???????? 則去 D 點處的直徑為 30mm （ 4） 、 根 據(jù)穩(wěn)定性確定 BC桿的橫截面積 BC 桿與 CD 桿在 C 處鉸鏈， CD 桿的直徑為 30mm。此時，壓緊桿的受力分析圖如下： 河南理工大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 圖 512 壓桿受力分析圖 分別就 ??? 10ACB 和 ??? 5ACB 時的兩種情況進行受力分析： 當 ??? 10ACB 時，圖中機構(gòu)的各幾何尺寸如下： 表 51 機構(gòu)各幾何尺寸 si n si n si nsi n 12 0 si n 10si n8015B C A CABBCABLLLA C B A A B CL A C BALA???? ? ??? ? ?? ? ? 此時手輪提供的驅(qū)動力為： NFF os804 10c os39。 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，以達到密封要求，根據(jù)機構(gòu)進行的運動仿真，以 ??? 65A 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。為達到密封要求 ，密封圈壓縮 量 mmL 3?? 。 手輪高度：根據(jù)人機工程學的觀點，人在屈曲或彎腰時比直立時輸出的扭力大，因此外部艙門位置可適當偏低點好。 方案 2： 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，加工和安裝方便，效率高，可靠性高。 缺點：結(jié)構(gòu)較復雜，要求制造精度較高，否則可靠性較差。 取殘余預緊力為： 1 900 162 0F F N N? ? ? ? 河南理工大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 則螺栓的總拉力等于殘余預緊力與工作拉力之和 21 = 16 20 + 90 0 = 25 20F F F N?? 工 作 考慮到螺栓在總拉力 2F 的作用下可能需要補充擰緊，故將總拉力增加 30% 已考慮扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的影響，于是螺栓危險截面的拉伸強的條件為： 221 []4caFd????? 選 擇螺栓材料為 235Q ，性能等級為 的螺栓，由表差的材料的屈服極限240s MPa? ? ， 安 全 系 數(shù) 為 4S? ， 故 螺 栓 材 料 的 許 用 應(yīng) 力 為240[ ] 6 04s M P aS?? ? ? ? 根據(jù)上式計算螺栓危險截面的直徑（螺紋小徑）為 21 4 1 . 3 4 1 . 3 2 5 2 0 8 . 3 4[ ] 6 0Fd m m? ? ?? ??? ? ?? 按粗牙普通螺紋標準（ GB/T 196— 2021）選用公稱直徑 12d mm? （螺紋小徑1 10. 106 4d m m m m??） 確定螺栓的公稱直徑后，螺栓的類型、長度、精度以及相應(yīng)的螺母、墊片等結(jié)構(gòu)尺寸，可根據(jù)法蘭厚度等約束條件根據(jù)螺栓性能表格選用。橫向受載時，其受力模型相當于簡支梁受均布載荷。 橫向變形量即在救生艙受到爆炸沖擊時，艙壁由于沖擊波作用所發(fā)生的凹陷應(yīng)小于救生艙總長 的 )%(1 mm 。生存艙內(nèi)部凈尺寸為凈寬度1400mm，凈長 1800mm。 結(jié)論： 選用 mm700 方案 河南理工大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 圖 32 單節(jié)艙體尺寸 如上圖所示為單節(jié)生存艙的結(jié)構(gòu)尺寸，根據(jù)上面論述，得出下列結(jié)論：生存藏內(nèi)部凈尺寸為： mmmm 1 8 0 01 4 0 0 ??? 高寬 ， 艙體材料選擇 45鋼，壁厚為 12mm，其 強度和剛度要求在下一章中進行校核，為加強艙體在受壓時的剛度，在艙體四周布置加強肋板，肋板材料選用熱軋槽鋼，在艙體縱向接橫向均需布置。 （ 5）艙體下部設(shè)置滑靴（或 滾輪 ）進行牽 引 。 （ 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。 ④ 應(yīng)急艙門面積不小于 。避難所應(yīng)由專人管理，確保始終完好、時刻能用，并將避難所安全使用作為員工培訓和應(yīng)急演練的重要內(nèi)容，確保人人會用。 國內(nèi)外對該領(lǐng)域的研究成果 國外一般規(guī)定，避難所的類型由煤礦企業(yè)根據(jù)自身的特點自主選擇，以滿足礦工避險需要為原則。 關(guān)鍵詞 ：井下救生艙； 整體結(jié)構(gòu)； 艙門 ； 設(shè)計計算 河南理工大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） II Abstract The design topic of this paper is Design of underground lifesaving cabin structure. With China39。s rapid economic development, the demand for coal and other energy increasing, while the coal mine safety has drawn increasing attention of the state and enterprises, will the advent of underground coal mine rescue chamber to provide a underground miners emergency shelter minimize loss of life caused by mining accidents. The research and application status of lifesaving cabin in chian and abroad is introduction in this paper,it also includs the analysis of the structure in the lifesaving cabin design should be pay attention to, to design a rescue capsule connection between the different cabin door, the door institutions of the movement, and lifesaving module outline dimensions, wall thickness and the arrangement of costal board, sealing and insulation carried out a detailed check of the design and mechanical calculations. Key words: lifesaving cabin。目前，南非煤礦得宜避難硐室為主， 較少使用可移動式救生艙；美國煤礦以可移動式救生艙為主，共配備避難所 1193臺（個），其中軟體式救生艙 1000臺，硬體式救生艙 123臺，避難硐室只有 70個；加拿大煤礦井下避難硐室與可移動式救生艙配備比例約為 1:5，使用的可移動式救生艙以硬體為主；澳大利亞則使用 “ 空氣呼吸器 +加氣站 ” 的避險設(shè)施，災害事故發(fā)生后，遇險人員佩戴隨身攜帶的自救器，迅速跑到空氣呼吸器存放點換戴 后逃生，對維持時間不足的空氣呼救器，通過快速加氣站加氣，或者換 配 后逃生 。 與國外相比，國內(nèi)對礦用救生艙的研究起步較晚，其設(shè)計思路還不成熟，缺少必需的實驗和檢驗支持，更無行業(yè)標準可以依據(jù)。 ⑤ 儲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。要求具有良好的氣密功能，且開閉方便。 通用段長度設(shè)計方案 （ 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度為 ， ml )( ???? （取 ） 。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)艙體連接時有密封性要求，因此需要在法蘭連接之間，加隔密封材料。 長度為 700mm。 縱向變形量即在 救生艙受到爆炸沖擊時 ，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 。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 號槽鋼加強肋板，其截面形狀圖如下圖所河南理工大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 示，每兩個肋板之間距離相隔為 20cm，布置 4 塊加強肋板。 河南理工大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 5 救生艙艙門設(shè)計 、 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 ,整個艙體分為三個部分即 :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 。 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。 對方案進行比較，發(fā)現(xiàn)采用雙點鎖緊結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，并且能夠滿足其中等密封要求，因而最終選用 齒輪齒條機構(gòu) 作為緩沖門的結(jié)構(gòu)方案。選在門的中間，手輪離底部高度 650mm。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 ???????? ? 河南理工大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 對于 4 點密封門， 為達到密封要求 每個著力點 所需的力 為 : KNFF 39。如下圖 ，當 ??? 65A 時， ?????? 78,37 BAC B 。1 ???? ?? ? 當 ??? 5ACB 時，圖中機構(gòu)的各幾何尺寸如下： 表 52 機構(gòu)各幾何尺寸 ACB? ABC? A? LAB LBC 5? ? ? 80 120 ACB? ABC? A? LAB LBC 10? 155? 15? 80 120 河南理工大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 sin 120 si n 5sin80BCABL ACBALA??? ? ?? ? ? 可提供最大驅(qū)動力 : NFF os804 5c os39。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 mmmmhb 520 ??? ，河南理工大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 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。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。 壓緊時支承處的支反力為： NNNN 2 8 2 0,5 6 4 0 21 ?? 其中 1N 方向向下， 2N 方向向上。查閱資料可得，對于直徑100d mm? 的軸，有一個鍵槽時，軸頸需要增大 5%~7% 。查表得MPaF 380?? 。于是螺栓的危險截面的拉伸強度條件為 : 河南理工大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 38 221 []4Fd?????、 選擇螺栓材料為 Q23性能等級為 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?? ? ? ? 計算螺栓的危險截面的直徑（螺紋小徑）為： 21 4 1 .