【文章內(nèi)容簡介】 高，否則可靠性較差。綜合上述多種艙門方案比較,由于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單,動作靈活可靠,可以達(dá)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(jī)構(gòu)作為主艙門的結(jié)構(gòu)方案。、過渡艙門結(jié)構(gòu)方案：a：緩沖門的基本要求：考慮到要減少熱源、噪音源和整潔，我們設(shè)計了設(shè)備艙門將主要設(shè)備與人員艙隔開，但結(jié)構(gòu)與過渡艙完全相同。要求：密封性中等，可靠性高，開關(guān)方便。b：艙門結(jié)構(gòu)方案比較：現(xiàn)有的過渡艙門大都沒有考慮密封性要求，大部分采用了單點鎖緊。我們也設(shè)計了兩個方案備選：(1)、普通單點鎖緊優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠性高。缺點：密封性差。（2）雙點鎖緊優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，加工和安裝方便，效率高，可靠性高。c：艙門結(jié)構(gòu)方案確定對兩種方案進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)第二種方案采用雙點鎖緊結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，并且能夠滿足其中等密封要求，因而最終選用方案二作為緩沖門的結(jié)構(gòu)方案。、應(yīng)急門方案a：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，開啟方便，在透水深度不高于1m的情況下能方便進(jìn)出， m2(248。620)。b：艙門方案比較：現(xiàn)在市場上出現(xiàn)的救生艙應(yīng)急艙門都要求面積合適，密封嚴(yán)格，因此艙門都采用多點鎖合結(jié)構(gòu)，其中多為四點鎖緊。（我們設(shè)計兩種方案進(jìn)行比較選取（1）旋轉(zhuǎn)式連桿機(jī)構(gòu)特點：動作靈活可靠，結(jié)構(gòu)簡單，密封性能好。存在死點，設(shè)計時應(yīng)注意避免。（2）曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 特點：結(jié)構(gòu)簡單，四點聯(lián)動，工作效率高。受力合理，能較好地滿足鎖緊要求。c、應(yīng)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(yùn)動性要求，選擇曲柄滑塊作為應(yīng)急艙門的最終結(jié)構(gòu)方案。、各艙門結(jié)構(gòu)參數(shù)計算：、主艙門結(jié)構(gòu)計算：（1）、艙門人機(jī)工程學(xué)設(shè)計設(shè)計艙門尺寸是時，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門關(guān)門，并提供適當(dāng)?shù)尿?qū)動力。結(jié)構(gòu)尺寸：根據(jù)強(qiáng)度要求，門應(yīng)該設(shè)計的尺寸小一點，但為了方便進(jìn)出，門的上緣高度選擇盡量高一點（1500mm，該尺寸受總高度的限制），下緣離艙體底部25mm，防止透水早期開門時進(jìn)水。實際艙門高度1250mm，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度明顯提高，又不影響進(jìn)出。手輪高度：根據(jù)人機(jī)工程學(xué)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(dāng)偏低點好。選在門的中間，手輪離底部高度650mm。人在此高度所能提供的扭力：根據(jù)人機(jī)工程學(xué)知識雙臂做扭轉(zhuǎn)操作時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。其中身體直立雙手扭轉(zhuǎn)較長把手時男人的扭力為，女子的扭力為；身體屈曲雙手扭轉(zhuǎn)時男子的扭力為，女子的扭力為。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，女子的扭力為。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，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。（2）救生艙門板設(shè)計救生艙門與艙體結(jié)合出示意圖如下：救生艙形狀設(shè)計為矩形，為了便于人在發(fā)生礦難時能夠迅速打開艙門，進(jìn)入救生艙，艙門面積因該大一點好。但同時又避免因為艙門面積過大而造成密封困難，剛度不符合要求等原因，根據(jù)人機(jī)工程學(xué)和材料力學(xué)知識，初步確定救生艙門的結(jié)構(gòu)尺寸為，門板厚度為20mm。在門的四周沖壓出截面尺寸為凸緣，用以安放密封材料。相應(yīng)的在艙體壁上與艙門配合部位，也制作成同樣尺寸的凸緣。艙門的鎖緊原理為：當(dāng)人員進(jìn)入救生艙后，扭動艙門上的手輪，驅(qū)動鎖緊機(jī)構(gòu)上的傳動裝置，使壓緊桿向上運(yùn)動，頂在艙體壁上的壓緊楔塊上，隨著壓緊桿的繼續(xù)向上運(yùn)動，同時由于在靠近門邊緣處安裝的軸承座對壓緊桿的約束作用，為壓緊桿提供一個向下的壓力，迫使壓緊桿壓緊楔塊，從而造成艙體的變形，使艙體的凸緣壓緊艙門的凸緣，從而達(dá)到密封效果。艙門鎖緊機(jī)構(gòu)采用四點鎖緊，為了使艙門在壓縮密封材料時，整個凸緣部分所受的力均勻分布，因此在艙門上安裝軸承座的位置加裝肋板，以達(dá)到使載荷均勻分布的效果，同時又增強(qiáng)了艙門的剛度，肋板截面尺寸根據(jù)其上面安裝的軸承座尺寸確定，取為艙門門板需要與鎖緊裝置裝配，因此在艙門的中間位置必須設(shè)計安裝鎖緊裝置軸的軸承座，初步確定軸承座孔的直徑為。（2）、為達(dá)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?0mm。鎖緊機(jī)構(gòu)主要材料選取45鋼， 所選密封橡膠的彈性模量為2MPa，尺寸為寬10mm，厚20mm。為達(dá)到密封要求，密封圈壓縮量。鎖緊裝置所需提供壓力：由公式得，，對于4點密封門，為達(dá)到密封要求每個著力點所需的力為:（3）、計算驅(qū)動特性在屈曲狀態(tài)下的輸出力為600N。摩擦系數(shù)：，~，不考慮插銷自身的變形，插銷進(jìn)L，形成的對密封材料的壓縮量為：，若L=50mm，取楔角為。則。手輪直徑 =400mm。主艙門在即將開啟位置時的示意圖。對主艙門鎖緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡化，并作受力分析，其簡化圖形如下圖所示，為一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：根據(jù)手輪直徑與門的尺寸，確定四桿鎖緊機(jī)構(gòu)各桿的尺寸為：。根據(jù)對該機(jī)構(gòu)進(jìn)行Pro/E方針演示在機(jī)構(gòu)剛開始運(yùn)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(jī)構(gòu)啟動性能良好，當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)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(dá)到密封要求，根據(jù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的運(yùn)動仿真，以 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。如下圖，當(dāng)時。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=600（N），手輪直徑。求F1：（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，D點支撐處對其的支反力，以及，所產(chǎn)生的摩擦力。其受力分析如下圖所示，圖中A點距離軸的支撐處為50mm，支撐的寬度b=50mm：列力的平衡方程：解得：主動力：摩擦阻力：主動力遠(yuǎn)大于摩擦阻力，啟動性能良好。2 、鎖緊時的動力性能 主艙門在即將鎖緊時的示意圖：當(dāng)插銷接觸門框?qū)⒚芊獠牧蠅嚎s到所需密封量時，支撐所產(chǎn)生的摩擦阻力變得很小，主要阻力來源是楔塊的正壓力和摩擦阻力，此時的受力分析如下圖所示：此時壓緊桿所受到的支反力與摩擦力大小計算如下：解方程得： 摩擦阻力：正壓力水平分量：總的水平方向阻力：壓緊時，手輪提供的驅(qū)動力： 當(dāng)壓緊桿運(yùn)動到此位置時，手輪所能提供的驅(qū)動力也隨著角度的減小而增大，下面就壓緊桿運(yùn)動到不同位置時的各種情況進(jìn)行討論，校核手輪所提供的驅(qū)動力是否能提供所需密封要求時的壓緊力。此時，壓緊桿的受力分析圖如下：分別就和時的兩種情況進(jìn)行受力分析：當(dāng)時，圖中機(jī)構(gòu)的各幾何尺寸如下：LABLBC80120此時手輪提供的驅(qū)動力為：當(dāng)時，圖中機(jī)構(gòu)的各幾何尺寸如下：LABLBC80120可提供最大驅(qū)動力:根據(jù)上述計算，當(dāng)壓緊桿鎖緊時所提供的驅(qū)動力大于其壓緊時的最大水平方向阻力。因此該機(jī)構(gòu)無論是在啟動位置還是壓緊位置都能提供足夠的壓緊力密封。該曲柄滑塊機(jī)構(gòu)滿足主艙門的運(yùn)動動力條件，可以作為主艙門的鎖緊機(jī)構(gòu)。（4）、計算壓緊桿的直徑：1 、由桿的抗彎強(qiáng)度計算其直徑CE桿的受力屬空間力系，因此，選圓形截面桿。其抗彎截面模量為因為導(dǎo)向座的長度較大，DE可以看做懸臂梁，端部在垂直方向的合力為。則D點所受最大彎矩： 選用壓緊桿的材料是45，許用彎曲應(yīng)力， 則去D點處的直徑為30mm（5）、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。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，再按照壓桿穩(wěn)定性和擠壓強(qiáng)度校核該尺寸是否符合動力要求。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。此時，BC桿所受的最大壓力即為CD桿的最大水平阻力。BC桿為二力桿，可簡化為兩端鉸支，其長度因數(shù)，其承受的軸向壓力為，取穩(wěn)定安全系數(shù)為。BC桿的最小橫截面積慣性矩：BC桿的慣性半徑：BC桿的柔度為：計算45鋼的，查表可得：45鋼：。比較兩者柔度大?。阂虼耍荒苁褂脷W拉公式來計算臨界壓力大小。根據(jù)公式，計算45鋼的。查表得：45鋼，則：可見BC桿的柔度介于和之間，屬于中等系數(shù)壓桿，需用直線公式計算其臨界壓應(yīng)力。根據(jù)公式可得：臨界壓力為：BC桿的工作安全系數(shù)為：滿足工作要求。確定BC桿的截面尺寸為：（6）、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)度對銷釘?shù)慕孛娉叽邕M(jìn)行校核。查表得45鋼的許用剪切應(yīng)力許用擠壓應(yīng)力為。由擠壓強(qiáng)度確定銷釘尺寸：由剪切強(qiáng)度確定銷釘?shù)某叽纾河缮鲜鲇嬎愦_定銷釘直徑為6mm，則銷釘能滿足工作要求。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：則擠壓應(yīng)力為：則BC桿厚度滿足擠壓強(qiáng)度。（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(shè)置支撐，并且此支撐還起著提供壓緊力的作用。支撐采用剖分式滑動軸承，軸承寬，軸承與門板之間采用螺栓鏈接，螺栓數(shù)目選用4個，軸承剖分面之間的連接也采用螺栓連接，數(shù)目為4個。根據(jù)上面計算的壓緊時支撐處的支反力計算螺栓直徑。壓緊時支承處的支反力為：其中方向向下，方向向上。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：此載荷位于靠近壓緊楔塊處，主要由靠近楔塊處的兩個螺栓承擔(dān)。則每個