【正文】 41 6 9 7 ????? 水平總 FFF ff 壓緊時(shí)，手輪提供的驅(qū)動力： 當(dāng)壓緊桿運(yùn)動到此位置時(shí)，手輪所能提供的驅(qū)動力也隨著 ACB? 角度的減小而增大 ，下面就壓緊桿運(yùn)動到不同位置 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 80 1 c os 12FF?? ? ? ? ? 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)對其向上的反力 2N ， D 點(diǎn)支撐處對其的支反力 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 BAC B 。 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： mmAB 80? ， mmCEmmBC 17550801202650,120 ??????? 。 手 輪直 徑 ? =400mm。摩擦 系數(shù)：靜系數(shù) ，動系數(shù) ~，摩擦角 f?? ，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： 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(125 0 650 ) 2 10 10Am ?? ? ? ? ? ?KNL LEAF 26 ???????? ? 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 對于 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 : 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。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 1250mm，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度明顯提高，又不影響進(jìn)出 。 艙門結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算 艙門人機(jī)工程學(xué) 設(shè)計(jì)艙門尺寸 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，圖 55 齒輪齒條型 圖 56 曲柄滑塊 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 并提供適當(dāng)?shù)尿?qū)動力。650mm)。 對方案進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)采用雙點(diǎn)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 齒輪齒條機(jī)構(gòu) 作為緩沖門的結(jié)構(gòu)方案。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)間長了密封性會下降。 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。 圖 51 曲柄結(jié)構(gòu) 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 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。 要求操作方便，性能可靠，具有良好的氣密和水密功能， 夠抵御 1200度 的瞬時(shí)（ )高溫和 60 度的持續(xù)高溫。 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 5 救生艙艙門設(shè)計(jì) 、 救生艙艙門方案確定 ： 根據(jù)救生艙艙體的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ,整個(gè)艙體分為三個(gè)部分即 :緩沖艙 ,生存 艙和設(shè)備艙 .相應(yīng)的救生艙應(yīng)包含主艙門 ,緩沖門和應(yīng)急艙門 。 則 62 1 0 0 . 1 8 3 5400020E A lFNL? ? ? ?? ? ? 螺栓的布置，查閱資料，對于有密封性要求的較高的的重要連接，螺栓的間距不得大于下表所推薦的數(shù)值： 表 61 螺栓間距推薦使用表 工作壓力 /MPa ? ~4? 4~10? 10~16? 16~20? 20~30? 螺栓之間的間距 /mm 7d 4d 3d 注：表中 d 為螺栓公稱直徑 根據(jù)表中規(guī)定 初步確定螺栓之間的間距為 100mm. 在法蘭四周均勻布 置螺栓，每個(gè)螺栓間距為 100mm，則整個(gè)法蘭盤需要布置的螺栓數(shù)目為： 6000 60100Cn t? ? ? （ 個(gè) ） 分布到每個(gè)螺栓上的工作拉力為： 54000 90060FFNn? ? ?工 作 根據(jù)單個(gè)螺栓受力情況，確定法蘭間連接螺栓的尺寸： 為了保證連接的緊密性，防止連接受載后，結(jié)合面之間產(chǎn)生縫隙，因該使螺栓所受的殘余預(yù)緊力 1 0F? ，根據(jù)參考資料，推薦使用的 1F 為：對于有密封性要求的連接，1 ( ~ )FF? 。救生艙有嚴(yán)格的密封性要求，因此，在艙體連接法蘭之間需要鑲嵌密封材料（密封材料規(guī)格為= 30 20m m m m??寬 厚 ），根據(jù)理論計(jì)算當(dāng)密封條的壓縮量達(dá)到 3mm 時(shí)，密封條件最好，為達(dá)到上述壓縮量，計(jì)算兩法蘭之間要求的壓緊力為 F 。 生存艙之間所用連接螺栓的尺寸的確定 由于生存艙是由模塊化設(shè)計(jì)而成，每節(jié)生存艙的長度為 mm700 ，這樣便于在巷道內(nèi)運(yùn)輸，當(dāng)救生艙的所有部件都運(yùn)至安置位置后，需要在井下將單獨(dú)的艙體連接起來，成為一體。受力情況如下圖： 圖 44 艙體橫向受力模型 在受載的一側(cè)面的平面部分均勻布置 10 號槽鋼加強(qiáng)肋板，其截面形狀圖如下圖所河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 示，每兩個(gè)肋板之間距離相隔為 20cm，布置 4 塊加強(qiáng)肋板。 橫向肋板剛度校核 救生艙橫向 同縱向一樣，也受到均勻載荷的作用，為了增加救生艙的剛度，在艙體橫向也需布置加強(qiáng)肋板， 同樣選取 10號槽鋼作為加強(qiáng)肋，其結(jié)構(gòu)參數(shù)如上表所述。其剛度校核在下一節(jié)中計(jì)算。縱向方向，每節(jié)生存艙之間布置一條肋板，肋板分布在救生艙中間。 縱向變形量即在 救生艙受到爆炸沖擊時(shí) ，艙體整體在高度方向上的最大變形撓度小于其總高的的 )%(1 cm 。因此合理的布置加強(qiáng)肋圖 42 槽鋼結(jié)構(gòu)示意圖 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 板就易發(fā)顯得意義重大， 救生艙在受到?jīng)_擊時(shí)，其剛度條件要求救生艙的變形量不能太大，最大變形量必須保證小于整體尺寸的 %1 ，并且橫向，縱向?qū)ψ冃瘟慷加幸蟆＠甙暹x用槽鋼，焊接在艙體外輪廓上，查閱金屬材料手冊選用 10 號槽鋼作為加強(qiáng)肋板，其主要結(jié)構(gòu)尺寸如下 : 表 41 10 號槽鋼結(jié)構(gòu)參數(shù)表 型 號 尺寸（ cm） 截面面積2cm 參考數(shù)值 h b d 4()xI cm 4()yI cm 0()z cm 10 100 48 198 加強(qiáng)肋板的布置 由于井下發(fā)生礦難時(shí)，條件十分惡劣，并伴隨爆炸，塌方，透水等誘發(fā)災(zāi)害。其中法蘭盤的尺寸為厚度 mm20 ，寬度 mm90 ，布置在艙體的四周。 長度為 700mm。 生存艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 初步確定艙體尺寸 （ 1） 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)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 4 生存艙 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 艙體設(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。 （ 7） 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。為了滿足連接要求，每節(jié)生存艙兩端均需設(shè)置連接法蘭，法蘭之間通過螺栓連接來實(shí)現(xiàn)艙體的連接，初步確定法蘭盤的寬度為 90mm， 厚度為 30mm，采用焊接的方式連接在艙體上，由于兩 節(jié)艙體連接時(shí)有密封性要求，因此需要在法蘭連接之間，加隔密封材料。 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 ?? ） （ 2） 通用段長度的三種設(shè)計(jì)方案： ① 方案一：每段長度 700mm。 通用段長度設(shè)計(jì)方案 （ 1） 已知條件： ① 人員艙凈容積≥ m （ 2）由艙內(nèi)凈寬度 mm1400 ，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 ） 。 （ 4）人員艙與設(shè)備艙由長度和結(jié)構(gòu)相同的通用段組合而成。該結(jié)構(gòu)可以河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 應(yīng)用于各種不同型號的救生艙。 （ 2）艙內(nèi)凈高度 mm1800 。要求具有良好的氣密功能，且開閉方便。要求具有良好的氣密功能，且開閉方便。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(shí)（ )高溫和 60 度的持續(xù)高溫。 （ 3）救生艙包含主艙門、過渡艙門和應(yīng)急艙門。 ⑤ 儲存每天每人食物飲用水所占容積： 飲用水： LL 72124/ ???? 人天天人 食物： KJKJ 2 4 0 0 0 0124/5 0 0 0 ???? 人天天人 （需換算成相應(yīng)體積 的壓縮餅干） 艙體 布局： （ 1）艙體結(jié)構(gòu)采用分段組合式模塊化設(shè)計(jì)。 救生艙外廓最大寬度 mm1700? ，高度 mm2600? ② 緩沖艙：體積不小于 ③ 主艙：人均凈容積 不小于 ，主艙容納 12 人，總凈容積 不小于河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 12=? ，考慮到 10% 的余量，設(shè)計(jì)凈容積不小于 。 根據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB 50215— 2021，《煤礦安全規(guī)程》 2021 年版，《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》 2021年版 ，《礦山救助規(guī)程》 2021 年版，國家煤礦安全監(jiān)察局《煤礦井下避難所試點(diǎn)建設(shè)基本要求》（煤安監(jiān)司辦 2021 年第 9 號），國家安全監(jiān)管總局國家煤礦安監(jiān) 局關(guān)于《建設(shè)完善煤礦井下安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”的通知》，（安監(jiān)總 （ 2021） 146 號）等相關(guān)文獻(xiàn)資料規(guī)定 ，對井下救生艙提出以下技術(shù)要求： 表 21 救生艙技術(shù)參數(shù)表 項(xiàng)目 參數(shù)要求 額定人數(shù)，人 12 額定防護(hù)時(shí)間， h 96? 抗沖擊力， MPa ? 抗爆炸沖擊力， MPa 2? 瞬時(shí)耐高溫能力（ ? ）， C? 1200 艙外持續(xù)耐高溫能力， C? 55? 艙內(nèi)持續(xù)溫度， C? 32 2?? 艙內(nèi)持續(xù)濕度 85%? 最大耐水壓力， MPa 人均占有容積， 3m 艙內(nèi)正壓力， Pa 200— 300 供電電壓， V 380/660/1140 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 續(xù)表一 ： 救生艙技術(shù)參數(shù)表 項(xiàng)目 參數(shù)要求 艙內(nèi)設(shè)備啟動時(shí)間， s 20? 艙內(nèi) 2O 含量， % ~ 艙內(nèi) 2CO 含量， % ? 艙內(nèi) CO 含量， % 624 10??? 艙內(nèi) 4CH 含量， % ? 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 3 救生艙整體設(shè)計(jì) 、外 形設(shè)計(jì) 救生艙 作為 礦難 發(fā)生 后礦工們的緊急避難場所，需要固定在井下巷道內(nèi)的某個(gè)位置，因此其外形應(yīng)該與巷道整體外形相匹配，根據(jù)查閱資料，類比市場上各廠商所生產(chǎn)的救生艙， 艙體大 體外形也采用長方體結(jié)構(gòu) 。其中北京科技大學(xué)承擔(dān)的“十一五”國家科技支撐計(jì)劃對救生艙的研究進(jìn)展較快， 2021年 7月，在山西潞安集團(tuán)模擬巷道內(nèi)玩策劃你夠了 4人、 96小時(shí)的安全驗(yàn)證試驗(yàn) 綜合分析國外可移動式救生艙 的基本技術(shù)特點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)以下共同特點(diǎn)：具備包括氣密性、隔熱性、供氧等生存保障 性能，以及有害氣體去除、監(jiān)測、通信指示等基本功能，具體指標(biāo)不同 。 與國外相比，國內(nèi)對礦用救生艙的研究起步較晚，其設(shè)計(jì)思路還不成熟，缺少必需的實(shí)驗(yàn)和檢驗(yàn)支持，更無行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可以依據(jù)。有效防護(hù)時(shí)間不低于 3696h, 具體應(yīng)根據(jù)礦井 災(zāi)變時(shí)期應(yīng)急救援所需時(shí)間來確定。設(shè)置時(shí)要考4方面因素，即所服務(wù)區(qū)域的特點(diǎn)（空間結(jié)構(gòu)、危險(xiǎn)源分布、作業(yè)類型等）；災(zāi)變時(shí)期人員抵達(dá)難易程度、所需時(shí)間；隨身佩戴自救器的防護(hù)時(shí)間；巖體穩(wěn)定性和支護(hù)有效性。已是世界主要采煤國家的硬性法律規(guī)定和行政做法，并須從河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 礦井整體安全角度考慮避難所的布局、建設(shè)和管理。目前，南非煤礦得宜避難硐室為主， 較少使用可移動式救生艙；美國煤礦以可移動式救生艙為主，共配備避難所 1193臺（個(gè)），其中軟體式救生艙 1000臺，硬體式救生艙 123臺，避難硐室只有 70個(gè)；加拿大煤礦井下避難硐室與可移動式救生艙配備比例約為 1:5，使用的可移動式救生艙以硬體為主；澳大利亞則使用 “ 空氣呼吸器 +加