【正文】 NNNN 3 4 6,6 9 2 21 ?? 主動(dòng)力： NFF d 4 5 937c o s5 7 537c o s1 ??????? 摩擦阻力： NNNfF f )346692()( 21 ??????? 主動(dòng)力遠(yuǎn)大于摩擦阻力， 啟動(dòng)性能良好。 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 42 圖 516 受力分析圖 1 、啟 動(dòng)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?? 。 4180 110 400 340 180 80 32ppTl mGI? ???? ? ? ?? ? ? ? ??? ? 變形量符合剛度要求。則手輪軸直徑： 39。 校核手輪驅(qū)動(dòng)力矩與阻力距的大小關(guān)系： mmNmmN 402 7 6 03 0 06 0 0 ??? 即手輪直徑選為 300mm 時(shí)，所提供的驅(qū)動(dòng)力矩足以克服壓縮所需用的阻力矩。則每個(gè)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，單純受拉伸載荷時(shí)，螺栓的殘余預(yù)緊力 1 ( ~ )FF? ，此處，選擇殘余預(yù)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： 21 709 7 283 993 F F N? ? ? ? ? 考慮到螺栓在總拉力 2F 的作用下可能需要補(bǔ)充擰緊，故將總拉力增加 30% 以考慮扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的影響。 齒輪分度圓直徑 : 2 20 40d m z mm? ? ? ? ? （ 3） 、計(jì)算壓緊桿直徑： 設(shè)計(jì)壓緊桿頂端距離支承處為 ： 50l mm? 則壓緊桿支承處的彎矩最大 ： m a xM 712 5 50 357 600F l N m m? ? ? ? ? ? 由彎曲強(qiáng)度求銷軸直徑 ： m a x m a x13MM== 1W 32 d? ? 查表得， 45 鋼的彎曲許用應(yīng)力 MPa601 ??? 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 則壓緊桿直徑為： m a x3 31357600 6032 32Md m m?? ?? ? ??? 取鎖緊桿的直徑為 40d mm? （ 4） 、軸的支承處的螺栓尺寸計(jì)算 通過類比設(shè)計(jì)，緩沖門支撐處同主艙門一樣，采用剖分式滑動(dòng)軸承，軸承寬50b mm? ，軸承與門板之間采用螺栓鏈接，螺栓數(shù)目選用 4 個(gè)，軸承剖分面之間的連接也采用螺栓連接，數(shù)目為 4 個(gè)。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。根據(jù)艙體 尺寸選擇與主艙門一致，基本尺寸為：高度 1250mm，寬度 650mm，門框?qū)挾?50mm。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。于是螺栓的危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件為 :221 []4Fd?????、 選擇螺栓材料為 Q23性能等級(jí)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(jì)算螺栓的危險(xiǎn)截面的直徑（螺紋小徑）為： 21 4 1 . 3 4 1 . 3 4 9 4 8 7 . 1 5[ ] 1 6 0Fd m m? ? ?? ??? ? ?? 按粗牙普通螺紋標(biāo)準(zhǔn)（ GB/T 196— 2021），選用螺紋公稱直徑 10d mm? （螺紋 小徑1 76 5d m m m m??）。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。 由擠壓強(qiáng)度確定銷釘尺寸： ? ?pp bdF ?? ??? mmbFd p 1871][ 6 ?????? ? 由剪切強(qiáng)度確定銷釘?shù)某叽纾?][41 2 ??? ?? dF mmFd 80411 8 7 1][41??????? 由上述計(jì)算確定銷釘直徑為 6mm，則銷釘能滿足工作要求。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(jì)算其臨界河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 壓應(yīng)力。 NF 1871? BC 桿為二力桿，可簡(jiǎn)化為兩端鉸支，其長(zhǎng)度因數(shù) 1?? ，其承受的軸向壓力為NF 1871? ，取穩(wěn)定安全系數(shù)為 8?stn 。 則 D 點(diǎn) 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(diǎn)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。因此該機(jī)構(gòu)無論是在啟動(dòng)位置還是壓緊位置都能提供足夠的壓緊力密封。此時(shí)，壓緊桿的受力分析圖如下： 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 512 壓桿受力分析圖 分別就 ??? 10ACB 和 ??? 5ACB 時(shí)的兩種情況進(jìn)行受力分析： 當(dāng) ??? 10ACB 時(shí)，圖中機(jī)構(gòu)的各幾何尺寸如下： 表 51 機(jī)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(shí)手輪提供的驅(qū)動(dòng)力為： NFF os804 10c os39。其受力分析如下圖所示 ，圖中A點(diǎn)距離軸的支撐處為 50mm，支撐的寬度 b=50mm： 圖 59 受力分析圖 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 列力的平衡方程： ??? ??????? 10 05037s in21211 NN NNF 解得： ，方向向上。 根據(jù)對(duì)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(dòng)時(shí)，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(dòng)力足以克服壓緊時(shí)所需的阻力，因此，該機(jī)構(gòu)啟動(dòng)性能良好，當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行到一定角度時(shí)，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(dòng)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(dòng)仿真，以 ??? 65A 時(shí)開始為啟動(dòng)時(shí)校核驅(qū)動(dòng)力是否能提供所需壓緊力的位置。 則 mmL n50 ????? 。為達(dá)到密封要求 ，密封圈壓縮 量 mmL 3?? 。有些把手很短時(shí)需要彎腰操作據(jù)測(cè)量彎腰雙手扭轉(zhuǎn)時(shí)男人的扭力為 N335943? ，女子的扭力為N196416? 。 手輪高度：根據(jù)人機(jī)工程學(xué)的觀點(diǎn)，人在屈曲或彎腰時(shí)比直立時(shí)輸出的扭力大，因此外部艙門位置可適當(dāng)偏低點(diǎn)好。 （ 2） 應(yīng)急艙門方案確定： 根據(jù)密封性和運(yùn)動(dòng)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。 方案 2： 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工和安裝方便，效率高，可靠性高。 （ 2） 艙門結(jié)構(gòu)方案確定 方案一： 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，要求制造精度較高，否則可靠性較差。 （ 2） 主艙門方案確定 : 鑒于以上分析，應(yīng)在滿足密封性要求的前提下，盡量結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，這樣也可以有效地控制成本。 取殘余預(yù)緊力為： 1 900 162 0F F N N? ? ? ? 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 則螺栓的總拉力等于殘余預(yù)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(bǔ)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(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)的條件為： 221 []4caFd????? 選 擇螺栓材料為 235Q ，性能等級(jí)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(jì)算螺栓危險(xiǎn)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(biāo)準(zhǔn)（ 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(zhǎng)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。兩節(jié)艙體之間選用螺栓連接的方式，可靠性高，便于裝配。橫向受載時(shí)，其受力模型相當(dāng)于簡(jiǎn)支梁受均布載荷。橫向方向，初步布置 4 條肋板，即每相距 20cm 布置一條，艙體頂部布置兩根肋板，均勻布置。 橫向變形量即在救生艙受到爆炸沖擊時(shí)，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(zhǎng) 的 )%(1 mm 。 為了提高艙體的剛度，在艙體的四周布置加強(qiáng)肋板。生存艙內(nèi)部?jī)舫叽鐬閮魧挾?400mm，凈長(zhǎng) 1800mm。應(yīng)急艙門一般不開啟，當(dāng)主艙門無法開啟時(shí)，或在水淹一定高度情況下供人員進(jìn)出。 結(jié)論： 選用 mm700 方案 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（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?jī)舫叽鐬椋?mmmm 1 8 0 01 4 0 0 ??? 高寬 ， 艙體材料選擇 45鋼，壁厚為 12mm，其 強(qiáng)度和剛度要求在下一章中進(jìn)行校核，為加強(qiáng)艙體在受壓時(shí)的剛度，在艙體四周布置加強(qiáng)肋板，肋板材料選用熱軋槽鋼，在艙體縱向接橫向均需布置。 6段 = ② 方案二：每段長(zhǎng)度 800mm。 （ 5）艙體下部設(shè)置滑靴（或 滾輪 ）進(jìn)行牽 引 。 （ 3）基于模塊化設(shè)計(jì)的思想，將緩沖艙設(shè)計(jì)成一個(gè)獨(dú)立封閉結(jié)構(gòu)。 （ 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。 救生艙結(jié)構(gòu)要求： （ 1）由主艙門、與人員艙之間的過渡艙門和艙室構(gòu)成 （ 2）主艙門：向外開啟。 ④ 應(yīng)急艙門面積不小于 。 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 2 設(shè)計(jì)參數(shù)要求 救生艙在井下工作，為礦工在發(fā)生礦難時(shí)提供一個(gè)可以臨時(shí)躲避的空間，由于礦難發(fā)生后，井下條件十分惡劣，因此對(duì)救生艙的技術(shù)要求較高 。避難所應(yīng)由專人管理，確保始終完好、時(shí)刻能用，并將避難所安全使用作為員工培訓(xùn)和應(yīng)急演練的重要內(nèi)容，確保人人會(huì)用。井下避難所應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井的全覆蓋，選擇避難所的類型時(shí)應(yīng)考慮所服務(wù)區(qū)域的特點(diǎn)及可能發(fā)生的主要災(zāi)害類型。 國內(nèi)外對(duì)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(diǎn)自主選擇，以滿足礦工避險(xiǎn)需要為原則。 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