煤礦井下救生艙艙門設計與結構優化范文

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《艦船防化》2014年第4期

摘要：針對救生艙艙門在煤礦救生系統工作中的重要性以及存在的不完善之處，提出了一種新型圓形煤礦救生艙艙門結構，對其抗沖擊結構及鎖緊機構的組成與工作原理進行了詳細闡述，利用有限元軟件對其抗沖擊結構進行強度分析，并基于結果對結構進行優化，優化驗證結果表明，艙門的安全系數由優化前的1.6提高到了3.1，滿足了救生艙的設計使用要求，對救生艙的應用有著重要的現實意義。

關鍵詞：救生艙；艙門；優化；抗沖擊

0引言

針對礦用救生艙艙門在煤礦救生系統工作中的重要性以及存在的不完善之處，比如抗沖擊能力未達到最佳，開閉不夠輕松便捷，鎖緊機構時間久了不夠牢固，隔熱效果差等，設計一種新的礦用救生艙艙門就顯得尤為重要。本文針對圓形礦用救生艙艙門，對其抗沖擊結構及鎖緊機構的組成與工作原理進行闡述，利用有限元軟件對其抗沖擊結構進行強度分析，并基于結果對結構進行優化，以期提高救生艙的安全性，從而盡可能地減少二次災害所造成的人員損失。

1艙門結構設計

1.1抗沖擊結構設計

在對救生艙艙門進行整體的結構設計時，最應充分考慮的就是其抵抗沖擊性。對現有救生艙門設計成品的參考，并依據相關設計準則與建設基本要求中的設計規范。煤礦井下救生艙圓形艙門上設有觀察窗，讓進入其中的工作人員在進入艙體并關閉艙門之后方便觀察艙體外部情況；門扇內外各有一個轉動手輪，兩轉輪通過細長銷釘聯接，實現在艙內外都能方便開閉的功能，除此之外，轉動手輪采用了相對較大的直徑，利用杠桿原理，減小了開啟和關閉艙門的阻力，方便且靈活；傳動機構采用平面連桿的工作原理，制作了兩桿一輪的傳動組，高效靈活；門扇與門框通過最原始但是最簡便易行的鉸鏈合頁來連接，減小開啟和關閉時的阻力，且制作相對較方便和經濟；門扇內部設置有加強肋，抵抗瓦斯爆炸產生的強大沖擊載荷；門框上制作有坡度一定的楔形塊，關閉艙門時鎖緊連桿鎖緊在楔形塊處，保障內部人員的安全。設置合理密度的加強肋可以有效提高板殼結構的抗沖擊能力，且加強肋截面高寬比1.25∶1時板殼結構的抗沖擊能力較佳，因此設定加強肋的高和寬分別50mm和30mm。

1.2鎖緊機構設計

該圓形艙門的鎖緊機構主要由門框楔形塊結構組、轉盤連桿機構組和轉輪組構成。門扇的內外均設置有大轉輪，實現救生艙內外都可開閉的功能；楔形結構直接加工在門框周邊，不用另外加工，節省制作成本；轉盤連桿結構組通過轉盤與轉輪之間的銷釘來傳遞動力。

2艙門結構強度分析

首先對艙門施加約束，現將約束施加在門扇與門框接觸處，在門扇面上施加垂直于門的0.6MPa的沖擊載荷，設定材料Q345。之后進行網格劃分，由軟件進行運算。

3艙門結構優化及強度驗證

通常加強門板強度的措施是增加門板厚度，但是這樣的同時也會增加結構整體的重量。因此，本設計結合拱形受力原理，將平板門面改為曲面。假設平面和曲面承受相同的沖擊力，曲面上的弧形結構可以將該力分解2個分力，分別是垂直于弧形面的力和平行于切線方向的力，由于門扇是圓形對稱結構，因此所有切線方向的力互相抵消，只剩下垂直弧形面的力，這樣便減小了對門結構的沖擊。

4結語

提出了一種新型圓形煤礦救生艙艙門結構，對其抗沖擊結構及鎖緊機構的組成與工作原理進行了詳細闡述，利用有限元軟件對其抗沖擊結構進行強度分析，并基于結果對結構進行優化，優化驗證結果表明，艙門的安全系數由優化前的1.6提高到了3.1，滿足了救生艙的設計使用要求，對救生艙的應用有著重要的現實意義。

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作者：方海峰1；高進可1；李允旺2；吳群彪1；蔡李花1 單位：1.江蘇科技大學，中國礦業大學