畢業(yè)設(shè)計(jì)---井下救生艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文的設(shè)計(jì)題目是“井下救生艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)煤炭等能源的需求量越來越大，而煤礦安全也越來越引起國(guó)家和企業(yè)的注意，井下救生艙的問世將為煤礦井下礦工提供一種緊急避難場(chǎng)所，盡量減少礦難所帶來的生命損失。本文對(duì)井下救生艙在國(guó)內(nèi)外的研究和應(yīng)用狀況進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，分析了在救生艙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意的問題，自行設(shè)計(jì)了救生

2、艙不同艙段之間連接的艙門，對(duì)艙門機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)分析，并對(duì)救生艙輪廓尺寸，壁厚與加強(qiáng)肋板的布置，密封和隔熱進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)和力學(xué)校核計(jì)算。</p><p>　　關(guān)鍵詞：井下救生艙； 整體結(jié)構(gòu)； 艙門； 設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The design topic of this paper

3、is Design of underground life-saving cabin structure. With China's rapid economic development, the demand for coal and other energy increasing, while the coal mine safety has drawn increasing attention of the state a

4、nd enterprises, will the advent of underground coal mine rescue chamber to provide a underground miners emergency shelter minimize loss of life caused by mining accidents. The research and application status of life-savi

5、ng cabin in chian and abroad is i</p><p>　　Key words: life-saving cabin; overall structure; cabin door; design calculation</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</

6、b></p><p>　　Abstract2</p><p><b>　　第一章 緒論6</b></p><p>　　1.1 研究井下救生艙的意義6</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外對(duì)該領(lǐng)域的研究成果6</p><p>　　第二章 設(shè)計(jì)參數(shù)要求8</p><

7、;p>　　第三章 救生艙整體設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1 外形設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.2 整體尺寸設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.2.1 救生艙應(yīng)該滿足的條件：10</p><p>　　3.2.2 艙體布局：12</p><p>　　3.2.3 救生艙結(jié)構(gòu)要求：12</p&g

8、t;<p>　　3.2.4救生艙內(nèi)部尺寸設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.2.5通用段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)方案13</p><p>　　3.3艙體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：15</p><p>　　第四章 生存艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.1 艙體設(shè)計(jì)思路18</p><p>　　4.2生存艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)18&

9、lt;/p><p>　　4.2.1初步確定艙體尺寸18</p><p>　　4.2.2 加強(qiáng)肋板的布置19</p><p>　　4.2.3縱向肋板剛度校核20</p><p>　　4.2.4橫向肋板剛度校核22</p><p>　　4.3生存艙之間所用連接螺栓的尺寸的確定24</p><p&g

10、t;　　4.5艙體密封材料27</p><p>　　4.5.1 艙體密封技術(shù)目標(biāo)27</p><p>　　4.5.2密封部位包含以下部位：27</p><p>　　4.5.3 密封材料確定27</p><p>　　4.6隔熱材料30</p><p>　　4.6.1艙體隔熱技術(shù)要求30</p>

11、<p>　　4.6.2 保溫部位：30</p><p>　　4.6.3 保溫材料選擇30</p><p>　　第五章 救生艙艙門設(shè)計(jì)34</p><p>　　5.1、救生艙艙門方案確定：34</p><p>　　5.1.1、主艙門方案:34</p><p>　　5.1.2、過渡艙門結(jié)構(gòu)方案：35&

12、lt;/p><p>　　5.1.3、應(yīng)急門方案35</p><p>　　5.2艙門結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算36</p><p>　　5.2.1 艙門人機(jī)工程學(xué)36</p><p>　　5.2.2、主艙門結(jié)構(gòu)計(jì)算：36</p><p>　　5.2.2 緩沖門結(jié)構(gòu)計(jì)算48</p><p>　　5.2.3

13、緊急門結(jié)構(gòu)計(jì)算54</p><p><b>　　結(jié)論65</b></p><p><b>　　致謝66</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)67</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p&

14、gt;　　1.1 研究井下救生艙的意義</p><p>　　我國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，但是，我國(guó)的煤炭開采帶來的人身傷亡率也是最高的，礦難事故的頻繁發(fā)生不僅給人民的生命和財(cái)產(chǎn)帶來了巨大損失，同時(shí)也嚴(yán)重影響了礦業(yè)的生產(chǎn)和社會(huì)的和諧發(fā)展。在發(fā)生礦難后，如何有效拯救被困的井下礦工成為了人們普遍關(guān)注的社會(huì)焦點(diǎn)問題?！　∥覈?guó)煤礦各類事故頻發(fā)，導(dǎo)致煤礦事故死亡人數(shù)占世界首位，煤炭生產(chǎn)百萬噸死亡率橫向比較仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)

15、高于世界平均水平，而目前我國(guó)煤礦井下使用的救生設(shè)備的技術(shù)還跟不上，一旦發(fā)生礦難，礦工的逃生幾率很小，因此急需一種有效的救生設(shè)施來盡量避免在發(fā)生礦難是所造成的損失。因而救生艙的研究在近幾年來受到國(guó)家和煤炭企業(yè)大力重視，選擇救生艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為畢業(yè)設(shè)計(jì)課題，具有重要的實(shí)際意義。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外對(duì)該領(lǐng)域的研究成果</p><p>　　國(guó)外一般規(guī)定，避難所的類型由煤礦企業(yè)根據(jù)自身

16、的特點(diǎn)自主選擇，以滿足礦工避險(xiǎn)需要為原則。目前，南非煤礦得宜避難硐室為主，較少使用可移動(dòng)式救生艙；美國(guó)煤礦以可移動(dòng)式救生艙為主，共配備避難所1193臺(tái)（個(gè)），其中軟體式救生艙1000臺(tái)，硬體式救生艙123臺(tái)，避難硐室只有70個(gè)；加拿大煤礦井下避難硐室與可移動(dòng)式救生艙配備比例約為1:5，使用的可移動(dòng)式救生艙以硬體為主；澳大利亞則使用“空氣呼吸器+加氣站”的避險(xiǎn)設(shè)施，災(zāi)害事故發(fā)生后，遇險(xiǎn)人員佩戴隨身攜帶的自救器，迅速跑到空氣呼吸器存放點(diǎn)換戴

17、后逃生，對(duì)維持時(shí)間不足的空氣呼救器，通過快速加氣站加氣，或者換配后逃生。</p><p>　　研究分析南非、美國(guó)、加拿大和澳大利亞隊(duì)礦山井下避難所的法律規(guī)定和做法，可以發(fā)現(xiàn)，建立井下避難所。已是世界主要采煤國(guó)家的硬性法律規(guī)定和行政做法，并須從礦井整體安全角度考慮避難所的布局、建設(shè)和管理。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。設(shè)置時(shí)要考慮4方面因素，即所服

18、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。避難所應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)所有下井人員的全容納，包括生產(chǎn)人員、管理人員及可能出現(xiàn)的臨時(shí)人員。有效防護(hù)時(shí)間不低于36-96h, 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。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。</p><p

19、>　　與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)對(duì)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)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到目前為止，國(guó)內(nèi)有十幾家企業(yè)、單位在進(jìn)行礦用救生艙的研制工作。其中北京科技大學(xué)承擔(dān)的“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃對(duì)救生艙的研究進(jìn)展較快，2008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)</p><p>　　綜合分析國(guó)外可移動(dòng)式救生艙的基本技術(shù)特點(diǎn)，

20、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(cè)、通信指示等基本功能，具體指標(biāo)不同。</p><p>　　第二章 設(shè)計(jì)參數(shù)要求</p><p>　　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。根據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50215—2005，《煤礦安全規(guī)程》20

21、10年版，《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》2009年版嗎，《礦山救助規(guī)程》2009年版，國(guó)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2010年第9號(hào)），國(guó)家安全監(jiān)管總局國(guó)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)總煤裝（2010）146號(hào)）等相關(guān)文獻(xiàn)資料規(guī)定，對(duì)井下救生艙提出以下技術(shù)要求：</p><p>　　表2-1 救生艙技術(shù)參數(shù)表</p><p&g

22、t;　　第三章 救生艙整體設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1、外形設(shè)計(jì)</b></p><p>　　救生艙作為礦難發(fā)生后礦工們的緊急避難場(chǎng)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(chǎng)上各廠商所生產(chǎn)的救生艙， 艙體大體外形也采用長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，底部安裝滑靴或滾輪，以便于在巷道內(nèi)移動(dòng)，不同之處在于艙體頂端由圓弧連接，其優(yōu)

23、點(diǎn)是，在受到爆炸沖擊波時(shí)，其頂端圓弧可以起到緩沖作用，以減小沖擊波對(duì)艙體的破壞，缺點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)較方案稍微復(fù)雜，給加工帶來一定的困難。由于救生艙是安全設(shè)備，其安全性能是決定其使用性能的主要因素，因此其強(qiáng)度、剛度必須滿足要求，為在里面避難的礦工提供一個(gè)更加安全可靠的避難場(chǎng)所，所以選用方案二作為救生艙的最終外形方案，可以在一定范圍內(nèi)提高救生艙的安全系數(shù)。</p><p><b>　　3.2整體尺寸設(shè)計(jì)</

24、b></p><p>　　3.2.1 救生艙應(yīng)該滿足的條件：</p><p>　　① 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。如下圖所示，救生艙外廓最大寬度，高度</p><p>　?、?緩沖艙：體積不小于</p><p>　?、?主艙：人均凈容積不小于，主艙容納12人，總凈容積不小于，考慮到

25、的余量，設(shè)計(jì)凈容積不小于。</p><p>　?、?應(yīng)急艙門面積不小于。</p><p>　?、?儲(chǔ)存每天每人食物飲用水所占容積：</p><p><b>　　飲用水：</b></p><p>　　食物：（需換算成相應(yīng)體積的壓縮餅干）</p><p>　　3.2.2 艙體布局：</p>

26、<p>　?。?）艙體結(jié)構(gòu)采用分段組合式模塊化設(shè)計(jì)。</p><p>　　（2）艙體由緩沖艙、人員艙和設(shè)備艙三個(gè)部分構(gòu)成。</p><p>　?。?）救生艙包含主艙門、過渡艙門和應(yīng)急艙門。</p><p>　　3.2.3 救生艙結(jié)構(gòu)要求：</p><p>　?。?）由主艙門、與人員艙之間的過渡艙門和艙室構(gòu)成</p>

27、<p>　?。?）主艙門：向外開啟。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)（0.2s)高溫和60度的持續(xù)高溫。</p><p>　?。?）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。要求具有良好的氣密功能，且開閉方便。</p><p>　?。?）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。要求具有良好的氣密功能，且開閉方便

28、。</p><p>　　3.2.4救生艙內(nèi)部尺寸設(shè)計(jì)</p><p><b>　?。?）艙內(nèi)凈寬度，</b></p><p><b>　?。?）艙內(nèi)凈高度，</b></p><p>　?。?）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)。該結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于各種不同型號(hào)的救生艙。其長(zhǎng)度根據(jù)艙內(nèi)設(shè)

29、備需求，確定為。</p><p>　　（4）人員艙與設(shè)備艙由長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)相同的通用段組合而成。</p><p>　?。?）艙體下部設(shè)置滑靴（或滾輪）進(jìn)行牽引</p><p>　　3.2.5通用段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)方案</p><p><b>　?。?）已知條件：</b></p><p>　　① 人員艙凈容積≥

30、（2）由艙內(nèi)凈寬度，凈高度，每人所需的最小凈空間為，可算出人員艙最小凈長(zhǎng)度為， </p><p><b>　?。ㄈ。?。</b></p><p>　?、?每人座椅寬度，一邊坐6個(gè)人，座椅總長(zhǎng)度為。（座椅的人機(jī)工程學(xué)參數(shù): ）</p><p>　?。?）通用段長(zhǎng)度的三種設(shè)計(jì)方案：</p><p>　?、俜桨敢唬好慷伍L(zhǎng)度700

31、mm。6段×0.7=4.2m </p><p>　?、诜桨付好慷伍L(zhǎng)度800mm。6段×0.8=4.8m</p><p>　　③方案三：每段長(zhǎng)度900mm。5段×0.9=4.5m</p><p>　　（3）700mm方案比較：</p><p>　　優(yōu)點(diǎn):每段長(zhǎng)度較小，有利于提高艙體剛度和強(qiáng)度，并且運(yùn)輸方便，對(duì)巷道

32、的適應(yīng)性強(qiáng)（小巷道通過能力強(qiáng)），模塊化擴(kuò)展方便，有利于標(biāo)準(zhǔn)化，系列化。</p><p>　　缺點(diǎn)：連接面多，組裝工作量較大，密封面過多。</p><p><b>　　結(jié)論：選用方案</b></p><p>　　圖3-2 單節(jié)艙體尺寸</p><p>　　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

33、內(nèi)部?jī)舫叽鐬椋?，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。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，法蘭與艙體之間的位置

34、關(guān)系如下圖所示，</p><p>　　由上圖，計(jì)算救生艙艙體的外部尺寸為：</p><p><b>　　外部總高度：</b></p><p><b>　　外部總寬度：</b></p><p><b>　　救生艙總長(zhǎng)度：</b></p><p>　　3.3

35、艙體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：</p><p>　　圖3-3 艙體外廓設(shè)計(jì)圖</p><p>　　圖3-4 艙體內(nèi)部設(shè)計(jì)圖</p><p>　　（1）單元組合式結(jié)構(gòu)：</p><p>　　1）便于根據(jù)需要增減單元；</p><p>　　2）可拆分運(yùn)輸，滿足井下運(yùn)輸要求；</p><p>　　3）模塊化設(shè)計(jì)，便于

36、標(biāo)準(zhǔn)化；</p><p>　?。?）殼體：基板內(nèi)外側(cè)分別焊接加強(qiáng)元素，強(qiáng)度和剛度可以得到有效加強(qiáng)；</p><p>　?。?）逃生門：艙體兩端分別設(shè)計(jì)安裝防爆防水閣氣門，其中一端為緊急逃生門；</p><p>　?。?）緩沖艙：設(shè)在主門與人員艙之間，與人員艙經(jīng)隔氣門隔開，內(nèi)設(shè)干式座便及氣幕系統(tǒng)；</p><p>　?。?）人員艙：圖列為可容納

37、十二人結(jié)構(gòu)，由六節(jié)700mm、長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)單元艙連接而成，內(nèi)寬1400mm，高1780mm，六瓶供氧氧氣瓶置于人員艙遠(yuǎn)離主艙門端，個(gè)檢測(cè)裝備固定于艙體內(nèi)壁；</p><p>　?。?）設(shè)備艙：兩個(gè)分體制冷控溫水柜分別立于艙內(nèi)兩層中間保留500mm寬的人員逃生通道，廢氣吸附過濾系統(tǒng)也置于該艙；艙內(nèi)供電蓄電池裝在聯(lián)通外部的緊急逃生門下，設(shè)備艙與人員艙之間直接連通，由三節(jié)700mm標(biāo)準(zhǔn)艙構(gòu)成。</p><

38、p>　　（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。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。</p><p>　　第四章 生存艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 艙體設(shè)計(jì)思路</p><p>　　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(cāng)、生存艙、設(shè)備艙。其中緩沖艙和

39、設(shè)備艙單獨(dú)設(shè)計(jì)，生存艙分節(jié)設(shè)計(jì)，然后用螺栓將各段艙體連接起來，這樣便于不同型號(hào)的救生艙進(jìn)行裝配，又有利于各部件的運(yùn)輸和提升,并且對(duì)救生艙的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化有重大意義。</p><p>　　4.2生存艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.1初步確定艙體尺寸</p><p>　?。?）根據(jù)第四章中救生艙的整體尺寸設(shè)計(jì)可知。生存艙內(nèi)部?jī)舫叽鐬閮魧挾?400mm，凈長(zhǎng)180

40、0mm。長(zhǎng)度為700mm。其結(jié)構(gòu)示意圖如下：</p><p>　　艙體四周用的45鋼鋼板沖壓而成，每?jī)晒?jié)艙體之間由法蘭盤相連接，為達(dá)到密封性要求，</p><p>　　法蘭盤之間鑲嵌密封材料，通過螺栓將將兩節(jié)艙體連接在一起。其中法蘭盤的尺寸為厚度，寬度，布置在艙體的四周。為了提高艙體的剛度，在艙體的四周布置加強(qiáng)肋板。肋板選用槽鋼，焊接在艙體外輪廓上，查閱金屬材料手冊(cè)選用10號(hào)槽鋼作為加強(qiáng)肋

41、板，其主要結(jié)構(gòu)尺寸如下:</p><p>　　表4-1 10號(hào)槽鋼結(jié)構(gòu)參數(shù)表</p><p>　　4.2.2 加強(qiáng)肋板的布置</p><p>　　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。當(dāng)爆炸發(fā)生時(shí)，空氣沖擊波的壓力十分強(qiáng)大，根據(jù)上述第二章中救生艙的技術(shù)要求，需要抗擊2MPa的爆炸沖擊，因此對(duì)救生艙的強(qiáng)度和剛度要求比較高，為了但又不能單純

42、的依靠增加壁厚來提高其強(qiáng)度和鋼度，如果壁厚過厚，則造成救生艙 質(zhì)量增加，不僅為救生艙的生產(chǎn)制造造成困難，并且使救生艙難以運(yùn)輸，提升和裝配。因此合理的布置加強(qiáng)肋板就易發(fā)顯得意義重大，</p><p>　　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，并且橫向，縱向?qū)ψ冃瘟慷加幸蟆?lt;/p><p>　　橫向變形量即在救生艙受到爆炸沖擊時(shí)，艙壁由于

43、沖擊波作用所發(fā)生的凹陷應(yīng)小于救生艙總長(zhǎng)的。</p><p>　　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。</p><p>　　根據(jù)上述救生艙的剛度要求，需要在救生艙的四周即橫向和縱向上都布置加強(qiáng)肋板?？v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。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。

44、其剛度校核在下一節(jié)中計(jì)算。</p><p>　　4.2.3縱向肋板剛度校核</p><p>　　救生艙受力模型可簡(jiǎn)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)，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:</p><p>　　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：</p>

45、<p>　　圖4-4艙體縱向截面圖</p><p>　　第一部分為矩形，其慣性矩為：</p><p>　　第二部分為矩形，其慣性矩為</p><p>　　第三部分為矩形，其慣性矩為</p><p>　　第四部分為槽鋼，其慣性矩由上表可以查出：</p><p>　　上述計(jì)算為各面積對(duì)其自身形心軸的慣性矩，需

46、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：</p><p><b>　　第三部分的面積為</b></p><p>　　第四部分面積查表可得：</p><p>　　第三部分慣性軸距離截面中性軸距離為：</p><p>　　第四部分槽鋼慣性軸距離截面中性軸距離為</p><p>　　第三部

47、分形心軸距離中性軸的距離為：</p><p>　　第四部分形心軸距離中性軸的距離為：</p><p>　　則該橫截面對(duì)y軸總的慣性矩為：</p><p>　　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：</p><p>　　其中：，， ，艙體材料選用45鋼，其彈性模量，將上述數(shù)據(jù)代入公式可得艙體的最大變形量為：</p&g

48、t;<p>　　變形量小于艙體總高度的，故其剛度滿足使用要求。</p><p>　　4.2.4橫向肋板剛度校核</p><p>　　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(hào)槽鋼作為加強(qiáng)肋，其結(jié)構(gòu)參數(shù)如上表所述。橫向受載時(shí)，其受力模型相當(dāng)于簡(jiǎn)支梁受均布載荷。受力情況如下圖：</p><p&g

49、t;　　圖4-5 艙體橫向受力模型</p><p>　　在受載的一側(cè)面的平面部分均勻布置10號(hào)槽鋼加強(qiáng)肋板，其截面形狀圖如下圖所示，每?jī)蓚€(gè)肋板之間距離相隔為20cm，布置4塊加強(qiáng)肋板。</p><p>　　圖5-6 艙體橫向截面圖</p><p>　　該側(cè)面所受的均布載荷大小為：</p><p>　　根據(jù)上圖所示的簡(jiǎn)直梁截面，計(jì)算其各部分面積

50、對(duì)中性軸的慣性矩：</p><p>　　第一部分為矩形，其慣性矩為：</p><p><b>　　第一部分面積為：</b></p><p>　　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：</p><p>　　第二、第三、第四、第五部分的面積為：</p><p>　　上述計(jì)算

51、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：</p><p>　　第一部分矩形的慣性軸距離中性軸的距離為：</p><p>　　第二部分槽鋼的形心軸距離慣性軸的距離為：</p><p>　　則該橫截面對(duì)中性軸總的慣性矩為</p><p>　　根據(jù)簡(jiǎn)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

52、：</p><p>　　其中：，，，艙體材料選用45鋼，其彈性模量，將上述數(shù)據(jù)代入公式可得艙體的最大變形量為：</p><p>　　變形量小于總長(zhǎng)度的，故其剛度滿足使用要求。</p><p>　　4.3生存艙之間所用連接螺栓的尺寸的確定</p><p>　　由于生存艙是由模塊化設(shè)計(jì)而成，每節(jié)生存艙的長(zhǎng)度為，這樣便于在巷道內(nèi)運(yùn)輸，當(dāng)救生艙的所有

53、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。兩節(jié)艙體之間選用螺栓連接的方式，可靠性高，便于裝配。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），根據(jù)理論計(jì)算當(dāng)密封條的壓縮量達(dá)到時(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。</p><p><b>　　法蘭面的周長(zhǎng)：</b></p><p>

54、<b>　　密封材料面積為：</b></p><p><b>　　所需壓緊力：</b></p><p>　　其中密封材料的彈性模量為，密封材料面積，壓縮量，密封材料厚度。</p><p><b>　　則</b></p><p>　　螺栓的布置，查閱資料，對(duì)于有密封性要求的較高的

55、的重要連接，螺栓的間距不得大于下表所推薦的數(shù)值：</p><p>　　表6-1 螺栓間距推薦使用表</p><p>　　注：表中為螺栓公稱直徑</p><p>　　根據(jù)表中規(guī)定初步確定螺栓之間的間距為100mm.</p><p>　　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：</p>

56、<p>　　分布到每個(gè)螺栓上的工作拉力為：</p><p>　　根據(jù)單個(gè)螺栓受力情況，確定法蘭間連接螺栓的尺寸：</p><p>　　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，根據(jù)參考資料，推薦使用的為：對(duì)于有密封性要求的連接，。</p><p><b>　　取殘余預(yù)緊力為：</b><

57、/p><p>　　則螺栓的總拉力等于殘余預(yù)緊力與工作拉力之和</p><p>　　考慮到螺栓在總拉力的作用下可能需要補(bǔ)充擰緊，故將總拉力增加已考慮扭轉(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：</p><p>　　選擇螺栓材料為，性能等級(jí)為4.6的螺栓，由表差的材料的屈服極限，安全系數(shù)為，故螺栓材料的許用應(yīng)力為</p><p>　　根據(jù)上式

58、計(jì)算螺栓危險(xiǎn)截面的直徑（螺紋小徑）為</p><p>　　按粗牙普通螺紋標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 196—2003）選用公稱直徑（螺紋小徑）</p><p>　　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。</p><p><b>　　4.5艙體密封材料</b></p&g

59、t;<p>　　4.5.1 艙體密封技術(shù)目標(biāo)</p><p>　　密封材料應(yīng)能抵御200°C的高溫，瞬時(shí)1200°C（0.2秒）高溫，同時(shí)具有隔熱、隔水、隔氣的功效。</p><p>　　4.5.2密封部位包含以下部位：</p><p>　　(1)艙外檢測(cè)元件與艙體的密封；</p><p>　　(2)礦井壓風(fēng)

60、、供水、通訊接口的密封；</p><p>　　(3)觀察孔的密封；</p><p>　　(4)艙門的密封（包括主艙門、過渡艙門和應(yīng)急艙門）；</p><p>　　(5)單節(jié)艙體的連接密封；</p><p>　　(6)冷柜與艙外制冷主機(jī)連接密封；</p><p>　　4.5.3 密封材料確定</p><

61、;p>　　根據(jù)不同位置的密封性要求不同，選用不同的密封材料，以下給出兩種材料來適應(yīng)不同的密封性要求：</p><p><b>　　產(chǎn)品1：</b></p><p>　　煤礦井下用救生艙的密閉門專用密封條：采用特種橡膠，特殊配方；產(chǎn)品特點(diǎn)：柔軟，可壓縮量大，密閉性能好，防水，防火，抗靜電，隔熱；規(guī)格型號(hào)： 1500*750*20，可以根據(jù)客戶的需求定做；</

62、p><p><b>　　產(chǎn)品2 ：</b></p><p>　　門窗防火膨脹條 ：水合硅酸鈉、玻纖、添加劑、環(huán)氧涂層 ；產(chǎn)品特點(diǎn)：受熱時(shí)可迅速膨脹封閉門、窗縫隙，防止煙及熱竄入 ；</p><p>　　規(guī)格型號(hào)： 2mm*20mm*1050mm，2mm*15mm*1050mm，2mm*10mm*1050可以根據(jù)客戶的需求定做；

63、 </p><p>　　（1）艙門的密封采用產(chǎn)品1——煤礦井下用救生艙的密閉門專用密封條，密封效果好。經(jīng)理論計(jì)算，當(dāng)鎖緊力≥10KN時(shí)，密封效果良好。</p><p>　　規(guī)格尺寸：30mm（寬）×20mm（厚） </p><p>　　2、單節(jié)艙體的連接密封采用產(chǎn)品1——煤礦井下用救生艙的密閉門專用密

64、封條，密封效果好。經(jīng)理論計(jì)算，當(dāng)壓縮量達(dá)到6mm時(shí)，密封效果良好。</p><p>　　規(guī)格尺寸：30mm（寬）×20mm（厚）</p><p>　　3、艙外檢測(cè)元件與艙體的連接與密封、礦井壓風(fēng)、供水、通訊接口的密封采用定制的密封環(huán)，與孔的尺寸相協(xié)調(diào)，外部采用壓板固定。</p><p>　　4、觀察孔密封采用定制的密封環(huán)，與孔的尺寸相協(xié)調(diào)，外部采用壓板固定

65、。</p><p>　　該方案采用公司1特制的煤礦井下用救生艙的密閉門專用密封材料，具有很好的密封性能，能達(dá)到防水、防火、隔熱效果。</p><p><b>　　4.6隔熱材料</b></p><p>　　4.6.1艙體隔熱技術(shù)要求</p><p>　　外界60°C的高溫，瞬時(shí)1200°C（0.2秒）

66、高溫，保證艙體內(nèi)部≤32°C。 </p><p>　　4.6.2 保溫部位：</p><p>　　艙體（包括過渡艙體、人員艙體、設(shè)備艙體）、艙門（主艙門、過渡艙門、設(shè)備艙門和應(yīng)急艙門）、連接法蘭</p><p>　　4.6.3 保溫材料選擇</p><p>　?。?）艙體外表面刷涂的耐高溫隔熱保溫涂料 </p><

67、;p>　?。╝）ZS-1耐高溫隔熱保溫涂料：由特制的硅酸鹽溶液和陶瓷空心微珠混合而成 </p><p>　　產(chǎn)品特點(diǎn)：能有效抑制并屏蔽輻射熱和傳導(dǎo)熱，隔熱抑制效率可達(dá)90％左右，可抑制高溫物體的熱輻射和熱量的散失，導(dǎo)熱系數(shù)0.03W/m.K，可抑制高溫物體的熱輻射和熱量的散失，絕緣、耐壓、固化后可再加工，直接涂刷在物體上幾個(gè)毫米即可。 </p><p>　?。╞）ZS-211反射隔

68、熱涂料：太空節(jié)能隔熱保溫涂料，單組分改性無機(jī)水性涂料 </p><p>　　產(chǎn)品特點(diǎn)：大量反射紅外線，反射率90％以上，隔熱抑制效率可達(dá)90％以上，導(dǎo)熱系數(shù)0.04W/m.K。 具有高效節(jié)能、薄層、隔熱保溫、防火、防水、絕緣一體化功效。分為耐150℃和耐300 ℃兩種。</p><p>　　2、艙體外表面與內(nèi)襯板間的隔熱材料 </p><p>　　表6-2 各種隔熱

69、材料性能</p><p>　　陶瓷纖維復(fù)合絕熱板 ：選用性能優(yōu)異的氣凝膠隔熱材料和具有熱屏蔽功能的功能性材料，適配以極佳的粘結(jié)劑及多種無機(jī)元素，以耐高溫陶瓷纖維為增強(qiáng)材料，經(jīng)特殊工藝制備 </p><p>　　產(chǎn)品特點(diǎn)：隔熱性能好，常溫（25℃）導(dǎo)熱系數(shù)為0.015w/m?k； 耐高溫，長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)900℃，與陶瓷纖維其它制品復(fù)合結(jié)構(gòu)可達(dá)1700℃；使用壽命長(zhǎng)，5-10年；環(huán)

70、保無毒；很好的化學(xué)穩(wěn)定性；良好的隔音減震效果。</p><p>　　陶瓷纖維板 ：采用濕法真空成型工藝加工而成，該類產(chǎn)品的強(qiáng)度高于纖維毯和真空成型氈，適用于對(duì)產(chǎn)品有鋼性強(qiáng)度要求的高溫領(lǐng)域。 </p><p>　　產(chǎn)品特點(diǎn)：耐壓強(qiáng)度高、使用壽命長(zhǎng)；低熱容量，低熱導(dǎo)率；非脆性材質(zhì)，韌性好；尺寸精確，平整度好；易切割安裝，施工方便；優(yōu)良的抗風(fēng)蝕性能；連續(xù)化生產(chǎn)，纖維分布均勻，性能穩(wěn)定；優(yōu)良的吸音

71、降噪性能。 </p><p>　　鑒于以上的比較，采用ZS-211反射隔熱涂料在艙體外表面涂刷0.8mm厚的保溫層，當(dāng)保溫層外表面溫度為60℃時(shí)，保溫層內(nèi)表面溫度為37℃。 </p><p>　　艙體內(nèi)部采用某公司自行研制的多層復(fù)合絕熱板，厚度為54.3mm，層間采用高溫粘結(jié)劑粘結(jié)。該方案已經(jīng)在北重、黑龍江得到應(yīng)用。復(fù)合板由以下幾層組成：</p><p>　　第一層

72、：?jiǎn)蚊娓蹭X箔陶瓷纖維布 2mm</p><p>　　第二層：陶瓷纖維板 20mm</p><p>　　第三層：陶瓷纖維紙 2mm</p><p>　　第四層：陶瓷纖維絕熱復(fù)合板 30mm</p><p>　　第五層：反射布 0.3mm</p><p>　　根據(jù)產(chǎn)品說明，理論導(dǎo)熱系數(shù)（W/m.k）：（200℃

73、） 0.022，（400℃）0.025，（600℃）0.030，則對(duì)三個(gè)點(diǎn)作圖可知，當(dāng)溫度為37℃，理論導(dǎo)熱系數(shù)為0.018 W/m.k。</p><p>　　導(dǎo)熱面積按照艙體的理論表面積計(jì)算：</p><p>　　每節(jié)艙體理論外表面積：</p><p>　　由導(dǎo)熱概念可知，每節(jié)艙體導(dǎo)熱率為：</p><p><b>　　艙體端部截

74、面積：</b></p><p>　　艙體端面導(dǎo)熱率為：10.8W</p><p>　　若按照11節(jié)計(jì)算，總導(dǎo)熱率為：</p><p>　　若僅采用多層絕熱復(fù)合板，則總導(dǎo)熱率為：</p><p>　　該方案經(jīng)濟(jì)性好，保溫效果好，理論傳熱量低，可以達(dá)到保溫效果。最終的艙體結(jié)構(gòu)方案如下圖所示：</p><p>　

75、　圖6-5 艙體隔熱材料布置圖</p><p>　　第五章 救生艙艙門設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1、救生艙艙門方案確定：</p><p>　　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。</p><p>　　5.1.1、主艙門方案:</p><p

76、>　?。?）主艙門的基本要求: </p><p>　　向外開啟。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)（0.2s)高溫和60度的持續(xù)高溫。</p><p>　?。?）主艙門方案確定:</p><p>　　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。我們認(rèn)為設(shè)計(jì)了以下兩種方案?jìng)溥x：

77、</p><p>　　1)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(四點(diǎn)鎖緊)</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。</p><p>　　缺點(diǎn)：鎖緊點(diǎn)較少，密封效果可能受到影響。</p><p>　　2）連桿機(jī)構(gòu)(六點(diǎn)鎖緊)</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：接觸點(diǎn)較多，密封均勻。</p>

78、;<p>　　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。</p><p>　　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(jiǎn)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。</p><p>　　5.1.2、過渡艙門結(jié)構(gòu)方案：</p><p>　?。?）緩沖門的基本要求：</p>

79、<p>　　考慮到要減少熱源、噪音源和整潔，我們?cè)O(shè)計(jì)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。</p><p>　　要求：密封性中等，可靠性高，開關(guān)方便。</p><p>　?。?）艙門結(jié)構(gòu)方案確定</p><p>　　對(duì)方案進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)采用雙點(diǎn)鎖緊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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)

80、構(gòu)方案。</p><p>　　5.1.3、應(yīng)急門方案</p><p>　?。?）應(yīng)急門的基本要求：</p><p>　　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，最小面積不小于0.3 m2(ø620)。</p><p>　?。?）應(yīng)急艙門方案確定：</p><p&

81、gt;　　通過對(duì)上面兩個(gè)方案的比較，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。</p><p>　　5.2艙門結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算</p><p>　　5.2.1 艙門人機(jī)工程學(xué)</p><p>　　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，并提供適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)力。</p><p>　　結(jié)構(gòu)尺寸：根據(jù)強(qiáng)

82、度要求，門應(yīng)該設(shè)計(jì)的尺寸小一點(diǎn)，但為了方便進(jìn)出，門的上緣高度選擇盡量高一點(diǎn)（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(shí)進(jìn)水。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。</p><p>　　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。選在門的中間，手輪離底部高度650mm。</p><

83、p>　　人在此高度所能提供的扭力：根據(jù)人機(jī)工程學(xué)知識(shí)雙臂做扭轉(zhuǎn)操作時(shí)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(shì)。其中身體直立雙手扭轉(zhuǎn)較長(zhǎng)把手時(shí)男人的扭力為，女子的扭力為；身體屈曲雙手扭轉(zhuǎn)時(shí)男子的扭力為，女子的扭力為;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，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(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

84、600N。</p><p>　　5.2.2、主艙門結(jié)構(gòu)計(jì)算：</p><p>　　（1）、為達(dá)到密封要求所需正壓力計(jì)算：</p><p>　　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，， </p><p>　　所選密封橡膠的彈性模量為2MPa，尺寸為寬10mm，厚20mm。

85、為達(dá)到密封要求，密封圈壓縮量。鎖緊裝置所需提供壓力：</p><p><b>　　由公式得，</b></p><p><b>　　，，，</b></p><p>　　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:</p><p>　?。?）、計(jì)算驅(qū)動(dòng)特性</p><p>

86、;　　在屈曲狀態(tài)下的輸出力為600N。摩擦系數(shù)：靜系數(shù)0.15，動(dòng)系數(shù)0.1~0.15，摩擦角5.43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：</p><p>　　，若L=50mm，3.5度，取楔角為。</p><p>　　則。手輪直徑 =400mm。</p><p>　　左圖為主艙門在即將開啟位置時(shí)的示意圖。</p><

87、p>　　對(duì)主艙門鎖緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，并作受力分析，其簡(jiǎn)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：</p><p><b>　　，。</b></p><p>　　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

88、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 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。如下圖，當(dāng)時(shí)，。</p><p>　　圖5-14 啟動(dòng)位置受力分析圖</p><p><b>　　1 、啟動(dòng)性能</b></p><p>

89、　?。?）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。</p><p><b>　　求F1：</b></p><p><b>　?。∟）</b></p><p><b>　?。?）求阻力</b></p><p>　　在此位置，壓緊桿CE主要受到密封材料受壓

90、縮時(shí)對(duì)其向上的反力，D點(diǎn)支撐處對(duì)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(diǎn)距離軸的支撐處為50mm，支撐的寬度b=50mm：</p><p><b>　　列力的平衡方程：</b></p><p><b>　　解得：</b></p><p><b>　　主動(dòng)力：</b></p

91、><p><b>　　摩擦阻力：</b></p><p>　　主動(dòng)力遠(yuǎn)大于摩擦阻力，啟動(dòng)性能良好。</p><p>　　2 、鎖緊時(shí)的動(dòng)力性能 </p><p>　　圖5-15 主艙門在即將鎖緊時(shí)的示意圖</p><p>　　當(dāng)插銷接觸門框?qū)⒚芊獠牧蠅嚎s到所需密封量時(shí)，支撐所產(chǎn)生的摩擦阻力變得很小，主

92、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：</p><p>　　圖5-16 受力分析圖</p><p>　　此時(shí)壓緊桿所受到的支反力與摩擦力大小計(jì)算如下：</p><p><b>　　解方程得： </b></p><p><b>　　摩擦阻力：</b></p>&l

93、t;p><b>　　正壓力水平分量：</b></p><p><b>　　總的水平方向阻力：</b></p><p>　　壓緊時(shí)，手輪提供的驅(qū)動(dòng)力：</p><p>　　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

94、供所需密封要求時(shí)的壓緊力。此時(shí)，壓緊桿的受力分析圖如下：</p><p>　　圖5-17 壓桿受力分析圖</p><p>　　分別就和時(shí)的兩種情況進(jìn)行受力分析：</p><p>　　當(dāng)時(shí)，圖中機(jī)構(gòu)的各幾何尺寸如下：</p><p>　　表5-1 機(jī)構(gòu)各幾何尺寸</p><p>　　此時(shí)手輪提供的驅(qū)動(dòng)力為：</p&

95、gt;<p>　　當(dāng)時(shí)，圖中機(jī)構(gòu)的各幾何尺寸如下：</p><p>　　表5-2 機(jī)構(gòu)各幾何尺寸</p><p><b>　　可提供最大驅(qū)動(dòng)力:</b></p><p>　　根據(jù)上述計(jì)算，當(dāng)壓緊桿鎖緊時(shí)所提供的驅(qū)動(dòng)力大于其壓緊時(shí)的最大水平方向阻力。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。該曲柄滑塊機(jī)構(gòu)滿足主

96、艙門的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力條件，可以作為主艙門的鎖緊機(jī)構(gòu)。</p><p>　　（3）、計(jì)算壓緊桿的直徑：</p><p>　　1 、由桿的抗彎強(qiáng)度計(jì)算其直徑</p><p>　　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</p><p>　　因?yàn)閷?dǎo)向座的長(zhǎng)度較大，DE可以看做懸臂梁，端部在垂直方向的合力為。</p>&l

97、t;p>　　則D點(diǎn)所受最大彎矩： </p><p>　　選用壓緊桿的材料是45，許用彎曲應(yīng)力， </p><p>　　則去D點(diǎn)處的直徑為30mm</p><p>　　（4）、根據(jù)穩(wěn)定性確定BC桿的橫截面積</p><p>　　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(jì)方法，C點(diǎn)處為與壓緊桿配合，

98、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(dòng)力要求。</p><p>　　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(shí)。此時(shí)，BC桿所受的最大壓力即為CD桿的最大水平阻力。</p><p>　　BC桿為二力桿，可簡(jiǎn)化為兩端鉸支，其長(zhǎng)度因數(shù)，其承受的軸向壓力為，取穩(wěn)定安全系數(shù)為。</p><p>　　BC桿

99、的最小橫截面積慣性矩：</p><p><b>　　BC桿的慣性半徑：</b></p><p><b>　　BC桿的柔度為：</b></p><p>　　計(jì)算45鋼的，查表可得：45鋼：。</p><p><b>　　比較兩者柔度大?。?lt;/b></p><p

100、>　　因此，不能使用歐拉公式來計(jì)算臨界壓力大小。</p><p>　　根據(jù)公式，計(jì)算45鋼的。查表得：45鋼，則：</p><p>　　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(jì)算其臨界壓應(yīng)力。根據(jù)公式可得：</p><p><b>　　臨界壓力為：</b></p><p>　　BC桿的工作安全系

101、數(shù)為：</p><p><b>　　滿足工作要求。</b></p><p>　　確定BC桿的截面尺寸為：</p><p>　?。?）、銷子的直徑確定</p><p>　　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(duì)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。<

102、;/p><p>　　由擠壓強(qiáng)度確定銷釘尺寸：</p><p>　　由剪切強(qiáng)度確定銷釘?shù)某叽纾?lt;/p><p>　　由上述計(jì)算確定銷釘直徑為6mm，則銷釘能滿足工作要求。</p><p>　　由銷釘尺寸校核BC桿厚度是否滿足擠壓強(qiáng)度：</p><p>　　銷釘與BC桿的有效擠壓面積為：</p><p>

103、;<b>　　則擠壓應(yīng)力為：</b></p><p>　　則BC桿厚度滿足擠壓強(qiáng)度。</p><p>　?。?）、軸的支承處的螺栓尺寸計(jì)算</p><p>　　由于壓緊桿的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，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(dòng)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(gè)，軸承剖分面之間

104、的連接也采用螺栓連接，數(shù)目為4個(gè)。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。</p><p>　　壓緊時(shí)支承處的支反力為：</p><p>　　其中方向向下，方向向上。</p><p>　　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：</p><p>　　此載荷位于靠近壓緊楔塊處，主要由靠近楔塊處的兩個(gè)螺栓承擔(dān)。則每個(gè)螺栓所

105、承受的工作載荷為：</p><p>　　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，此處，選擇殘余預(yù)緊力：</p><p>　　則螺栓承受的總的拉伸力為：</p><p>　　考慮到螺栓在總拉力的作用下可能需要補(bǔ)充擰緊，故將總拉力增加以考慮扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的影響。于是螺栓的危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件為:、</p&g

106、t;<p>　　選擇螺栓材料為Q235、性能等級(jí)為4.6的螺栓，查表得材料的屈服極限，選用安全系數(shù)為，故螺栓材料的許用應(yīng)力為</p><p>　　計(jì)算螺栓的危險(xiǎn)截面的直徑（螺紋小徑）為：</p><p>　　按粗牙普通螺紋標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 196—2003），選用螺紋公稱直徑（螺紋小徑）。</p><p>　　軸承剖分面處所用螺栓的直徑計(jì)算：</p

107、><p>　　軸承剖分面處四個(gè)螺栓所受的拉伸載荷相等，當(dāng)最大載荷為時(shí)，由每個(gè)螺栓所承受的拉伸力小于門板與支承處所用的螺栓，為了計(jì)算和制造加工的方便，此處選用的螺栓尺寸同上面所選用的螺栓尺寸一樣，使用公稱直徑為。根據(jù)上面的計(jì)算，同樣能滿足使用要求。</p><p>　　（7）、手輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　初步確定手輪軸的最小直徑：</p><

108、p>　　由上述計(jì)算可知，當(dāng)艙門關(guān)緊時(shí)，通過壓緊桿所傳遞的水平方向的總的阻力為：</p><p>　　為了克服此阻力需要在手輪上施加一個(gè)驅(qū)動(dòng)力矩，驅(qū)動(dòng)力矩的大小為：</p><p>　　按照剪切強(qiáng)度確定手輪軸的直徑：</p><p>　　查表得45鋼的許用剪切應(yīng)力為：</p><p><b>　　抗扭截面系數(shù)：</b>

109、;</p><p><b>　　計(jì)算軸的直徑為：</b></p><p>　　手輪軸通過平鍵與輪轂鏈接，因此需要在軸上開出鍵槽。查閱資料可得，對(duì)于直徑的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸頸需要增大。則手輪軸直徑：</p><p>　　手輪軸的最小直徑顯然是安裝手輪處的直徑，為了是所選軸的直徑與手輪的孔徑相適應(yīng)將手輪軸的直徑圓整為36mm</p>

110、<p>　?。?）、手輪軸與輪轂之間所用鍵連接的尺寸計(jì)算：</p><p>　　鍵的截面尺寸是按照軸的直徑d由標(biāo)準(zhǔn)中選定的，鍵的長(zhǎng)度一般按照輪轂的長(zhǎng)度確定，手輪軸的軸頸尺寸為36mm，查表可得鍵的主要截面尺寸，選擇長(zhǎng)度.</p><p>　　5.2.2 緩沖門結(jié)構(gòu)計(jì)算</p><p>　?。?）為達(dá)到密封要求所需正壓力計(jì)算：</p><

111、;p>　　緩沖門要求：密封性中等，可靠性高，開關(guān)方便,。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?0mm。鎖緊機(jī)構(gòu)主要材料選取45鋼 </p><p>　　密封材料要求壓縮量為=1mm，</p><p>　　密封材料面積11.4</p><p><b>　　所需壓緊力：</b></p>

112、;<p>　　采用雙點(diǎn)鎖緊方案，每個(gè)鎖緊點(diǎn)的壓力為</p><p>　　齒條在壓緊時(shí)的受力分析:</p><p>　　圖5-18 受力分析圖</p><p><b>　　解方程得：。</b></p><p>　　則水平方向的摩擦力為：</p><p><b>　　正壓力水平

113、分量：</b></p><p><b>　　總的水平方向阻力：</b></p><p>　　手輪需要施加一個(gè)驅(qū)動(dòng)力來克服水平方向阻力，該力反應(yīng)到齒條上</p><p>　　即為齒條齒形上所受到的切向力</p><p>　?。?）、計(jì)算齒輪模數(shù)：</p><p>　　由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)

114、算齒輪模數(shù)：</p><p>　　初步選擇齒輪齒數(shù)為20，齒寬為系數(shù)選為，齒輪載荷系數(shù)K=1.4。則查表得：齒形系數(shù)，應(yīng)力校正系數(shù)，齒輪材料選用45鋼。查表得。。則</p><p>　　選用齒輪模數(shù)為m=2.則彎曲強(qiáng)度足夠承受壓緊載荷。</p><p><b>　　齒輪分度圓直徑:</b></p><p>　　（3）、計(jì)

115、算壓緊桿直徑：</p><p>　　設(shè)計(jì)壓緊桿頂端距離支承處為： </p><p>　　則壓緊桿支承處的彎矩最大：</p><p>　　由彎曲強(qiáng)度求銷軸直徑：</p><p>　　查表得，45鋼的彎曲許用應(yīng)力</p><p><b>　　則壓緊桿直徑為：</b></p><p&

116、gt;<b>　　取鎖緊桿的直徑為</b></p><p>　?。?）、軸的支承處的螺栓尺寸計(jì)算</p><p>　　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，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)。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。</p><p>

117、　　壓緊時(shí)支承處的支反力為：</p><p>　　其中方向向下，方向向上。</p><p>　　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：</p><p>　　此載荷位于靠近壓緊楔塊處，主要由靠近楔塊處的兩個(gè)螺栓承擔(dān)。則每個(gè)螺栓所承受的工作載荷為：</p><p>　　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

118、料，單純受拉伸載荷時(shí)，螺栓的殘余預(yù)緊力，此處，選擇殘余預(yù)緊力：</p><p>　　則螺栓承受的總的拉伸力為：</p><p>　　考慮到螺栓在總拉力的作用下可能需要補(bǔ)充擰緊，故將總拉力增加以考慮扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的影響。于是螺栓的危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件為:</p><p><b>　　、</b></p><p>　　選擇螺栓材

119、料為Q235、性能等級(jí)為4.6的螺栓，查表得材料的屈服極限，選用安全系數(shù)為，故螺栓材料的許用應(yīng)力為</p><p>　　計(jì)算螺栓的危險(xiǎn)截面的直徑（螺紋小徑）為：</p><p>　　按粗牙普通螺紋標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 196—2003），選用螺紋公稱直徑（螺紋小徑）。</p><p>　　根據(jù)計(jì)算主艙門所用螺栓尺寸時(shí)的經(jīng)驗(yàn)可知，當(dāng)軸承剖分面處所用的螺栓尺寸同門板處所用的螺

120、栓尺寸一樣時(shí)，肯定能滿足使用要求。故軸承剖分面處所用的螺栓尺寸同樣選取</p><p>　?。?）、手輪尺寸確定</p><p><b>　　選用手輪直徑為</b></p><p>　　人在屈曲狀態(tài)下的輸出力為F=544244N,取人的輸出力為600N。</p><p>　　校核手輪驅(qū)動(dòng)力矩與阻力距的大小關(guān)系：</