【文章內容簡介】 高，否則可靠性較差。綜合上述多種艙門方案比較,由于曲柄滑塊機構結構簡單,動作靈活可靠,可以達到主艙門關于氣密和水密的要求,因此最終確定曲柄滑塊機構作為主艙門的結構方案。、過渡艙門結構方案：a：緩沖門的基本要求：考慮到要減少熱源、噪音源和整潔，我們設計了設備艙門將主要設備與人員艙隔開，但結構與過渡艙完全相同。要求：密封性中等，可靠性高，開關方便。b：艙門結構方案比較：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。缺點：密封性差。（2）雙點鎖緊優(yōu)點：結構簡單，加工和安裝方便，效率高，可靠性高。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。、應急門方案a：應急門的基本要求：要求：密封、隔熱、耐沖擊性能強，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)的救生艙應急艙門都要求面積合適，密封嚴格，因此艙門都采用多點鎖合結構，其中多為四點鎖緊。（我們設計兩種方案進行比較選?。?）旋轉式連桿機構特點：動作靈活可靠，結構簡單，密封性能好。存在死點，設計時應注意避免。（2）曲柄滑塊機構 特點：結構簡單，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。、各艙門結構參數(shù)計算：、主艙門結構計算：（1）、艙門人機工程學設計設計艙門尺寸是時，應充分考慮人機工程學的要求，使人能夠方便快捷的開門關門，并提供適當?shù)尿寗恿Α＝Y構尺寸：根據(jù)強度要求，門應該設計的尺寸小一點，但為了方便進出，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水。實際艙門高度1250mm，結構強度明顯提高，又不影響進出。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。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)人機工程學知識雙臂做扭轉操作時一般可分為身體直立雙臂扭轉、身體屈曲雙手扭轉和彎腰雙手扭轉三種不同的姿勢。其中身體直立雙手扭轉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）救生艙門板設計救生艙門與艙體結合出示意圖如下：救生艙形狀設計為矩形，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)人機工程學和材料力學知識，初步確定救生艙門的結構尺寸為，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：當人員進入救生艙后，扭動艙門上的手輪，驅動鎖緊機構上的傳動裝置，使壓緊桿向上運動，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，從而達到密封效果。艙門鎖緊機構采用四點鎖緊，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，以達到使載荷均勻分布的效果，同時又增強了艙門的剛度，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，門框寬度50mm。鎖緊機構主要材料選取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，為達到密封要求每個著力點所需的力為:（3）、計算驅動特性在屈曲狀態(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。對主艙門鎖緊機構進行簡化，并作受力分析，其簡化圖形如下圖所示，為一曲柄滑塊機構：根據(jù)手輪直徑與門的尺寸，確定四桿鎖緊機構各桿的尺寸為：。根據(jù)對該機構進行Pro/E方針演示在機構剛開始運動時，由于壓縮量小，所受阻力非常小，人通過手輪所能提供的驅動力足以克服壓緊時所需的阻力，因此，該機構啟動性能良好，當機構運行到一定角度時，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 時開始為啟動時校核驅動力是否能提供所需壓緊力的位置。如下圖，當時。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：當插銷接觸門框將密封材料壓縮到所需密封量時，支撐所產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，手輪提供的驅動力： 當壓緊桿運動到此位置時，手輪所能提供的驅動力也隨著角度的減小而增大，下面就壓緊桿運動到不同位置時的各種情況進行討論，校核手輪所提供的驅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行受力分析：當時，圖中機構的各幾何尺寸如下：LABLBC80120此時手輪提供的驅動力為：當時，圖中機構的各幾何尺寸如下：LABLBC80120可提供最大驅動力:根據(jù)上述計算，當壓緊桿鎖緊時所提供的驅動力大于其壓緊時的最大水平方向阻力。因此該機構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。該曲柄滑塊機構滿足主艙門的運動動力條件，可以作為主艙門的鎖緊機構。（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。其抗彎截面模量為因為導向座的長度較大，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：。比較兩者柔度大小：因此，不能使用歐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，因此應該按照剪切強度和擠壓強度對銷釘?shù)慕孛娉叽邕M行校核。查表得45鋼的許用剪切應力許用擠壓應力為。由擠壓強度確定銷釘尺寸：由剪切強度確定銷釘?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度：銷釘與BC桿的有效擠壓面積為：則擠壓應力為：則BC桿厚度滿足擠壓強度。（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。則每個