【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 36 當(dāng) 插銷接觸門框 將密封材料壓縮到所需密封量 時(shí)，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(shí)的受力分析如下圖所示： 此時(shí)壓緊桿所受到的支反力與摩擦力大小計(jì)算如下： NNNN 2855, os ???? NfNF f 8 5 5 ????? 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 37 ??? ????? ??? o s 1 0 0502121fFNNNNN 解方程得： NNNN 2 8 2 0,5 6 4 0 21 ?? 摩擦阻力 ： NfNNNfF f 1 6 9 o s2 8 5 )2 8 2 05 6 4 0( o s)( 21 ??????????? 正壓力水平分量： NNF in ??????水平 總的水平方向阻力： N1 8 7 7 41 6 9 7 ????? 水平總 FFF ff 壓緊時(shí)，手輪提供的驅(qū)動(dòng)力： 當(dāng)壓緊桿運(yùn)動(dòng)到此位置時(shí)，手輪所能提供的驅(qū)動(dòng)力也隨著 ACB? 角度的減小而增大 ，下面就壓緊桿運(yùn)動(dòng)到不同位置 時(shí)的各種情況進(jìn)行討論，校核手輪所提供的驅(qū)動(dòng)力是否能提供所需密封要求時(shí)的壓緊力。方向向下。 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(shí)對(duì)其向上的反力 2N ， D 點(diǎn)支撐處對(duì)其的支反力 1N ，以及 1N ， 2N 所產(chǎn)生的摩擦力 21,ff 。如下圖 ， 當(dāng)??? 65A 時(shí)， ?????? 78,37 BA C B 。 對(duì) 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： mmAB 80? ， mmCEmmBC 17 5508012 0265 0,12 0 ??????? 。 手輪直徑 ? =400mm。摩擦 系數(shù)：靜系數(shù) ，動(dòng)系數(shù) ~，摩擦角f?? 度，不考慮插銷自身的變形，插銷 進(jìn) L， 形成的對(duì)密封材料的壓縮量為： fLL ?tan?? ， 若 L=50mm， f?? 度， 取楔角為 ? 。鎖緊裝置 所需 提供 壓力： 由公式 FLL EA?? 得， 3L mm?? ， 20L mm? ， 2E MPa? ， 22(12 50 65 0) 2 10 3. 8 10Am ?? ? ? ? ? ?KNL LEAF 0 0 26 ???????? ? 對(duì)于 4 點(diǎn)密封門， 為達(dá)到密封要求 每個(gè)著力點(diǎn) 所需的力 為 : 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 33 KNFF 39。鎖緊機(jī)構(gòu)主要材料選取 45 鋼 ， M P aM P a sb 3 5 5,6 4 0 ?? ?? ， 所選密封橡膠的彈性模量為 2MPa，尺寸為 寬 10mm，厚 20mm。 艙門鎖緊機(jī)構(gòu)采用四 點(diǎn)鎖緊，為了使艙門在壓縮密封材料時(shí)，整個(gè)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(shí)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mmmmhb 2050 ??? 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(jì)安裝鎖緊裝置軸的軸承座， 初步確定軸承座孔的直徑為 mmd 50? 。相應(yīng)的在艙體壁上與艙門配合部位，也制作成河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 32 同樣尺寸的凸緣。但同時(shí)又避免因?yàn)榕撻T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(shí)，初步確定救生艙門的結(jié)構(gòu)尺寸為mmmmhb 1 2 5 06 5 0 ??? ，門 板厚度為 20mm。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(shí)，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。其中身體直立雙手扭轉(zhuǎn) 較長 把手時(shí)男人的扭力為 N127381? ，女子的扭力為 N78200? ；身體屈曲雙手扭轉(zhuǎn)時(shí)男子的扭力為 N244544? ，女子的扭力為 N138267? 。選在門的中間，手輪離底部高度 650mm。實(shí)際艙門高度河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 31 1250mm，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度明顯提高，又不影響進(jìn)出 。 、各艙門結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算： 、 主艙門結(jié)構(gòu)計(jì)算： （ 1） 、艙門人 機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)艙門尺寸是時(shí)，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(dòng)力。受力合理，能較好地滿足鎖緊要求。存在死點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意避免。 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(diǎn)鎖合結(jié)構(gòu)，其中多為四點(diǎn)鎖緊。 、 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 的情河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 29 況下能方便進(jìn)出，最小面積不小于 m2(248。 （ 2）雙點(diǎn)鎖緊 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，加工和安裝方便，效率高，可靠性高。我們也設(shè)計(jì)了兩個(gè)方案備選： (1)、普通單點(diǎn)鎖緊 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單， 工作可靠性高。 要求：密封性中等，可靠性高，開關(guān)方便。 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(dòng)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。 2） 連桿機(jī)構(gòu) (六點(diǎn)鎖緊 ) 優(yōu)點(diǎn)：接觸點(diǎn)較多，密封均勻。我們認(rèn)為設(shè)計(jì)了以下兩種方案備選： 1)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) (四點(diǎn)鎖緊 ) 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠性高；由于導(dǎo)軌的約束強(qiáng)化作用，增強(qiáng)了立桿的高度。雖然在理論上鎖緊點(diǎn)多能增加 密封效果，但由于加工精度的原因，可能各個(gè)鎖緊點(diǎn)并不能都能起到好的 作 用。 3） 十點(diǎn)和十二 點(diǎn)聯(lián)動(dòng)鎖緊 優(yōu)點(diǎn)：理論上門的受力均勻，密封性較好。 缺點(diǎn)：上下邊的密封性較差。十字架不在正確的位置時(shí)，不便于開啟。 缺點(diǎn)：豎桿太長，鎖緊力大時(shí)可能導(dǎo)致其變形大，時(shí)間長了密封性會(huì)下降。 b:艙門結(jié)構(gòu)方案比較 : 目前 ,市場上生產(chǎn)的救生艙采用的艙門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案從四點(diǎn)到十二點(diǎn)的都有 ,傳動(dòng)和鎖緊裝置也有很多 ,下面就經(jīng)常所見到的幾種方案進(jìn)行比較 ,并確定主艙門的結(jié)構(gòu)方案 。 、 主艙門方案 : a:主艙門的 基本 要求 : 向外開啟。 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(jì)算其各部分面積對(duì)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(jié)構(gòu)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(jì)算為各面積對(duì)其自身形心軸的慣性矩，需要通過平行位移公式計(jì)算出其對(duì)彎矩梁本身中性軸的慣性矩： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)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(duì)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(shí)的彎曲變形公式計(jì)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。橫向受載時(shí)，其受力模型相當(dāng)于簡支梁受均布載荷。肋板選用槽鋼，焊接在艙體外輪廓上，查閱金屬材料手冊選用10 號(hào)槽鋼作為加強(qiáng)肋板，其主要結(jié)構(gòu)尺寸如下 : 校核其縱向剛度 救生艙受力模型可簡化為一懸臂梁，該梁受均布載荷作用：當(dāng)爆炸發(fā)生時(shí)，其瞬間壓力可達(dá) MPa2 ，當(dāng)該壓力作用在救生艙的一側(cè)面時(shí)，相當(dāng)于該側(cè)面受到均布載荷作用，該載荷大小 : mNmpaq / 66 ????? 艙體在受彎方向的橫截面 如圖所示，可分為 4 部分組成，分別求個(gè)部分的慣性矩： 型 號(hào) 尺寸)(mm 截面面積 )( 2cm 理論重量 )/( mkg 參考數(shù)值 h b d )( 4cmIx )( 4cmIy )( 4cmIz )(0 cmz 10 100 48 5.3 48 07 198 2 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 第一部分為矩形，其慣性矩為： 4331 9312 cmbhI ???? 第二部分為矩形，其慣性矩為 4331 9312 cmbhI ???? 第三部分為矩形，其慣性矩為 4331 2 1 cmbhI ???? 第四部分為槽鋼，其慣性矩由上表可以查出： 44 cmI ? 上述計(jì)算為各面積對(duì)其自身形心軸的慣性矩，需要通過平行位移公式計(jì)算出其對(duì)彎矩梁本身中性軸的慣性矩： 第三部分的面積為 23 cmhbS ????? 第四部分面積查表可得： ?S 第三部分慣性軸距離截面中性軸距離為： mml 53 ? 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 第四部分槽 鋼慣性軸距離截面中性軸距離為 mml ???? 則該橫截面對(duì) y 軸總的慣性矩為： 2444233321 lSIlSIIII ????????總 22 ???????? 4517cm? 根據(jù)懸臂梁在受均布載荷時(shí)的彎曲變形公式計(jì)算其頂端最大變形量： EIql8 4?? 其中： mNq / 6?? ， ml ? ， 410342517 cmI ??? ，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： cmEIql 9 464 ???? ????? 變形量小于艙體總高度的 )%(1 cm ，故其剛度滿足使用要求。其中法蘭盤的尺寸為厚度 mm30 ，寬度 mm90 ，布置在艙體的四周。 長度為 mm700 。 生存艙 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 初步確定艙體尺寸 根據(jù)第四章中救生艙的整體尺寸設(shè)計(jì)可知。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 第四章 模塊化 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 模塊化設(shè)計(jì)思路 救生艙整體采用模塊化設(shè)計(jì)，將救生艙分為三個(gè)部分：緩沖倉、生存艙、設(shè)備艙。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 緊急逃生門防護(hù)段：下部安裝制冷壓縮機(jī)，上部為應(yīng)急艙門，最低點(diǎn)離地高度超過 1m。 缺點(diǎn)：連接面多，組裝工作量較大，密封面過多。 6段 = （ 3） 方案三：每段長度 900mm。（座椅的人機(jī)工程學(xué)參數(shù) : mmm ?? ） 通用段長度的三種設(shè)計(jì)方案： （ 1） 方案一：每段長度 700mm。 （ 5）艙體下部設(shè)置滑靴（或 滾輪 ）進(jìn)行牽引 、 通用段長度設(shè)計(jì)方案 已知條件： （ 1） 人員艙凈容積≥ m （ 2）由艙內(nèi)凈寬度 mm1400 ，河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 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 ） 。其長 度根據(jù)艙內(nèi)設(shè)備需求，確定為 mm800 。 、 救生艙內(nèi)部尺寸設(shè)計(jì) （ 1）艙內(nèi)凈寬度 mm1400 ， （ 2）艙內(nèi)凈高度 mm1800 ， （ 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。 （ 3）緩沖艙與人員艙的過渡艙門：開啟方向由緩沖艙開向人員艙。 、 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。 （ 2）艙體由緩沖艙、人員艙和設(shè)備艙三個(gè)部分構(gòu)成。 整體尺寸設(shè)計(jì) 艙體尺寸的約束條件： 由于救生艙安置在巷道內(nèi)，并且在配置前需要做防爆試驗(yàn)，因此巷道尺寸限制了救生艙的尺寸。 方案二：救生艙結(jié)構(gòu)形狀如下： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 該方案中，艙體大