【正文】 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。 1 、啟動性能 （ 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 mm300?? 。 第 2 部分為為軸環(huán)，其作用是用于軸與軸承座孔左端的軸向定位，直徑取為2 70d mm? ，長度為 10l mm? 。 （ 7） 、 手輪軸的 設計 1）確定首輪軸的最小直徑 手輪軸上受到的阻力距為： 4 6 9 7 4 0 1 8 7 8 8 0T N m m N m m? ? ? ? 按照剪切強度確定手輪軸的直徑： ][m axm ax ?? ?? tWT 查表得 45 鋼的許用剪切應力為： MPa80][ ?? 抗扭截面系數(shù)： 163dWT ?? 計算軸的直徑為： 39。根據(jù)上面計算的壓緊時支撐處的支反力計算螺栓直徑。鎖緊機構主要材料選取 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 (1 2 5 0 6 5 0 ) 2 3 0A ? ? ? ? ? 2210m? 所需壓緊力： EA LF L???總 622 10 10 N?? ? ? ? ? 采用雙點鎖緊方案，每個鎖緊點的壓力為 11F 1 4 2 5 0 = 7 1 2 5 N22F ? ? ?總 齒條在壓緊時的受力分析 : 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 47 根據(jù)上圖受力分析圖，列力的平衡方程式： c o s 3 . 5 7 1 2 5 , 7 1 3 8N N N N? ? ? ? 7 1 3 8 0 .1 5 1 0 7 0fF N f N? ? ? ? ? ??? ????? ??? o s 1 0 0502121fFNNNNN 解方程得： 1 1 4 1 9 7 ,NN? 方 向 向 下 。 (1 0. 07 ) 35 .9d d m m? ? ? ? 軸的結構設計 擬定軸的裝配方案 該主艙門的裝配方案在上面已有敘述，現(xiàn)將其裝配圖作出如下： 根據(jù)周向定位的要求確定軸的各段直徑 和長度： 5 軸段處與手輪配合，手輪輪轂長度為 32mm，軸的右端用單螺母進行軸向固定，按該段軸的直徑取為該軸的最小直徑 5 36d mm? （將 mm? 圓整為 5 36d mm? ），手輪與軸配合的長度 32l mm? ，為保證軸端墊片只壓在手輪輪轂上而不壓在軸的端面上，故第 5 段的長度應比 l 略短一些，現(xiàn)取 5 30l mm? 。則每個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，螺栓的殘余預緊力 1 ( ~ )FF? ，此處，選擇殘余預緊力： 1 0. 4 0. 4 28 20 11 28F F N N? ? ? ? ? 則螺栓承受的總的拉伸力為： 21 28 20 11 28 49 48F F F N? ? ? ? ? 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% 以考慮扭轉(zhuǎn)切應力的影響。查表 得 45 鋼的 許 用剪切應力 ? ? ,80MPa?? 許用擠壓應力為 MPap 90][ ?? 。此時， BC 桿所受的最大壓力即為 CD 桿的最大水平阻力。2F 大于其壓緊時的最大水平方向阻力。 求 F1： 0n 4 8 0 1 c o s1 2FF?? ? ? ? ? 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對其向上的反力 2N ， D 點支撐處對其的支反力 1N ，以及 1N ， 2N 所產(chǎn)生的摩擦力 21,ff 。摩擦 系數(shù)：靜系數(shù) ，動系數(shù) ~，摩擦角f?? 度，不考慮插銷自身的變形，插銷 進 L， 形成的對密封材料的壓縮量為： fLL ?tan?? ， 若 L=50mm， f?? 度， 取楔角為 ? 。相應的在艙體壁上與艙門配合部位，也制作成河南理工大學畢業(yè)設計說明書 32 同樣尺寸的凸緣。選在門的中間，手輪離底部高度 650mm。存在死點，設計時應注意避免。我們也設計了兩個方案備選： (1)、普通單點鎖緊 優(yōu)點：結構簡單， 工作可靠性高。我們認為設計了以下兩種方案備選： 1)曲柄滑塊機構 (四點鎖緊 ) 優(yōu)點：結構簡單，工作可靠性高；由于導軌的約束強化作用，增強了立桿的高度。十字架不在正確的位置時，不便于開啟。 圖 56 艙體橫向截面圖 該側(cè)面所受的均布載荷大小為： 662 10 10 /q Pa m N m? ? ? ? ? 根據(jù)上圖所示的簡直梁截面， 計算其各部分面積對中性軸的慣性矩： 第一部分為矩形，其慣性矩為： 33 41 140 12bhI c m?? ? ? 第一部分面積為： 21 1 4 0 1 .2 1 6 8S bh cm? ? ? ? 第二部分與第三第四第五部分同為槽鋼，根據(jù)槽鋼主要結構尺寸表，查得： 42345 2 5 .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? ? ? ? 上述計算為各面積對其自身形心軸的慣性矩，需要通過平行位移公式計算出其對彎矩梁本身中性軸的慣性矩： 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 24 第一部分矩形的慣性軸距離中性軸的距離為： 1 3 0. 6 2. 4l 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? ? ? 則該橫截面對中性軸總的慣性矩為 221 1 1 2 2 2= 4 ( )I I S l I S l? ? ? ? ? ?總 222 0 1 .6 1 6 8 2 .4 4 ( 2 5 .6 1 2 .7 4 8 1 .4 8 )? ? ? ? ? ? ? ? 根據(jù)簡支梁在受均布載荷時的彎曲變形公式計算其頂端最大變形量： 4max 5384qlEI? ? 其中： 62. 8 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 10 384 206 10 cmEI? ? ? ?? ? ?? ? ? 變形量小于總長度的 1%( )cm ，故其剛度滿足使用要求。 長度為 mm700 。 缺點：連接面多，組裝工作量較大，密封面過多。其長 度根據(jù)艙內(nèi)設備需求，確定為 mm800 。 、 救生艙結構要求： （ 1）由主艙門、與人員艙之間的過渡艙門和艙室構成 （ 2）主艙門：向外開啟。 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 9 第二章 救生艙 設計參數(shù)要求 救生艙在井下工作，為礦工在發(fā)生礦難時提供一個可以臨時躲避的空間，由于礦難發(fā)生后，井下條件十分惡劣，因此對救生艙的技術要求較高 。井下被困人員進 ^救生艙后，可以在其中靜心等待救援，并不斷向井上人員傳遞井下情況的信息。井下救生艙具有以下～些特點： 1)能夠在井下創(chuàng)造 — 個安全的小環(huán)境。 2)進入井下救生艙的人員可以在那里與井上人員取得聯(lián)系，報告并下發(fā)生事故的情 況，并通過救生艙上的設施實時搜集井下信息，提供給救援 ^員。因為在很多情況下，發(fā)生井下事故后并下的設施遭到毀壞，巷道坍塌，這使得井外人員的救援活動需要很長時間，少則幾天，多則十天半個月。井下事故一旦發(fā)生，井下的礦工只有兩種河南理工大學畢業(yè)設計說明書 6 求生的方法：第一種就是及時撤出發(fā)生事故的礦井，回到地面上。 當前我國的礦井安全設施狀況 安全設施是確保礦山企業(yè)安全生產(chǎn)的基本物質(zhì)保障，是減少事故發(fā)生的最有力措施。礦難造成的人員死亡，少則十幾人， 多則上百人，其嚴重度相當高，往往是礦難發(fā)生后人員生還的概率很小，甚至全軍覆沒。由于近年來，我國煤礦災害頻發(fā)，給國家和企業(yè)造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失，因此急需設計一種用于礦下工人自救的緊急避難場所，來盡量減少礦難所帶來的危害。由于無法預測礦難，對于礦難的預防也就具有相當大的難度，常常是無的放矢，難以實現(xiàn)有效的預防。后者主要用于井下事故發(fā)生后 ， 礦工 們 的自救，如呼吸器等。第一種方法雖然是主動的自救，但是在大多數(shù)情況下卻根本行不通。綜合以上分析來看，我國當前礦山的安全設施狀況和井下礦工自救的能力都急需改善和提高，而這其中提高井下人員在發(fā)生井下事故后的自救能力，是一條可以大大減少事故造成的人員傷亡的途徑。如果由于井下條件太復雜，估計救援活動要持續(xù)較長時間時，可以應救生艙內(nèi)人員的要求，通過救生艙上的專用管道向艙內(nèi)人員提供水和食物，直到救援行動結束?？傊?下救生艙可以在井下事故發(fā)生后在井下營造一個安全的 環(huán)境。從以往井下事故造成的人員死亡情況來看，像瓦斯、粉塵爆炸、透水、火災等事故，由于突發(fā)性強，短時間內(nèi)破壞性大，因而絕大多數(shù)井下被困人員的死亡都發(fā)生在事故發(fā)生后的十幾分鐘之內(nèi)：而像坍塌等事故造成的被困井下人員的死亡大多發(fā)生在事故以后的幾天內(nèi)。 總體比較上述兩種方案，由于救生艙是安全設備，其安全性能是決定其使用性能的主要因素，因此其強度、剛度必須滿足要求，為在里面避難的礦工提供一個更加安全可靠的避難場所，所以選用方案二作為救生艙的最終外形方案，可以在一定范圍內(nèi)提高救生艙的安全系數(shù)。要求具有良好的氣密功能，且開閉方便。 外部輪廓尺寸為寬度 mm1500 ，高度 mm1900 ，總長（緩沖艙 +生存艙 +裝備艙） = （ 2） 每人座椅寬度 ，一邊坐 6 個人，座椅總長度為m3 。應急艙門一般不開啟，當主艙門無法開啟時，或在水淹一定高度情況下供人員進出。為了提高艙體的剛度，在艙體的四周布置加強肋板。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（ )高溫和 60 度的持續(xù)高溫。采用了齒輪傳動 和螺旋傳動，結構較復雜，有力的放大作用， 但效率很低。 缺點：結構較復雜，要求制造精度較高，否則 可靠性較差。 c：艙門結構方案確定 對兩種方案進行比較，發(fā)現(xiàn)第二種方案采用雙點鎖緊結構簡單，加工方便，并且能夠滿足其中等密封要求，因而最終選用方案二作為緩沖門的結構方案。 c、應急艙門方案確定： 通過對上面兩個方案的比較 ，根據(jù)密封性和運動性要求，選擇 曲柄滑塊 作為應急艙門的最終結構方案。有些把手很短時需要彎腰操作據(jù)測量彎腰雙手扭轉(zhuǎn)時男人的扭力為 N335943? ，女子 的扭力為 N196416? 。 （ 2） 、為達到密封要求所需正壓力計算： 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。 主艙門在即將開啟位置時的示意圖。 NNNN 4 6 1,9 2 3 21 ?? 主動力： 0d = 1 c o s 3 7 6 1 2 .3 5 ( )F F N?? 摩擦阻力： NNNfF f 208)461923()( 21 ??????? 主動力遠大于摩擦阻 力，啟動性能良好。 （ 4） 、 計算 壓緊 桿的直徑： 1 、 由 桿的抗彎強度 計算其直徑 CE 桿的受力 屬空間力系，因此，選圓形截面桿。 8610280 10210 6 9221 ?? ???? ????pE 比較兩者柔度大?。?1??? 因此，不能使用歐拉公式來計算臨界壓力大小。 （ 7） 、軸的支承處的螺栓尺寸計算 由于壓緊桿的長度較長，為了增加桿的剛度，在桿的頂端設置支撐，并且此支撐還起著提供壓緊力的作用。根據(jù)上面的計算，同樣能滿足使用要求。 ，與手輪配合，手輪輪轂長度為 32mm，軸的右端用單螺母進行軸向固定，按該段軸的直徑取為該軸的最小直徑 1 36d mm? ，手輪與軸配合的長度32l mm? ，為保證軸端墊片只壓在手輪輪轂上而不壓在軸的端面上，故第 1 段的長度應比l 略短一些，現(xiàn)取 1 30l mm? 。則查表得： 齒形系數(shù) ?FaY ，應力校正系數(shù) ?SaY ， 齒輪材料選用 45 鋼。則每個螺栓所承受的工作載荷為： 11= 1 4 1 9 4 7 0 9 722F F N N? ? ?總 門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，單純受拉伸河南理工大學畢業(yè)設計說明書 50 載荷時，螺栓的殘余預緊力 1 ( ~ )FF? ，此處，選擇殘余預緊力： 1 0 . 4 0 . 4 7 0 9 7 2 8 3 8 . 8F F N N? ? ? ? ? 則螺栓承受的總的拉伸力為： 21 7 0 9 7 2 8 3 8 .8 9 9 3 5 .8F F F N? ? ? ? ? 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% 以考慮扭轉(zhuǎn)切應力的影響。則手輪軸直徑： 39。 ④ 確定軸上倒角尺寸 參照資料，取軸端倒角為 2 45