煤矿井下救生舱舱门设计与结构优化范文

《舰船防化》2014年第4期

摘要：针对救生舱舱门在煤矿救生系统工作中的重要性以及存在的不完善之处，提出了一种新型圆形煤矿救生舱舱门结构，对其抗冲击结构及锁紧机构的组成与工作原理进行了详细阐述，利用有限元软件对其抗冲击结构进行强度分析，并基于结果对结构进行优化，优化验证结果表明，舱门的安全系数由优化前的1.6提高到了3.1，满足了救生舱的设计使用要求，对救生舱的应用有着重要的现实意义。

关键词：救生舱；舱门；优化；抗冲击

0引言

针对矿用救生舱舱门在煤矿救生系统工作中的重要性以及存在的不完善之处，比如抗冲击能力未达到最佳，开闭不够轻松便捷，锁紧机构时间久了不够牢固，隔热效果差等，设计一种新的矿用救生舱舱门就显得尤为重要。本文针对圆形矿用救生舱舱门，对其抗冲击结构及锁紧机构的组成与工作原理进行阐述，利用有限元软件对其抗冲击结构进行强度分析，并基于结果对结构进行优化，以期提高救生舱的安全性，从而尽可能地减少二次灾害所造成的人员损失。

1舱门结构设计

1.1抗冲击结构设计

在对救生舱舱门进行整体的结构设计时，最应充分考虑的就是其抵抗冲击性。对现有救生舱门设计成品的参考，并依据相关设计准则与建设基本要求中的设计规范。煤矿井下救生舱圆形舱门上设有观察窗，让进入其中的工作人员在进入舱体并关闭舱门之后方便观察舱体外部情况；门扇内外各有一个转动手轮，两转轮通过细长销钉联接，实现在舱内外都能方便开闭的功能，除此之外，转动手轮采用了相对较大的直径，利用杠杆原理，减小了开启和关闭舱门的阻力，方便且灵活；传动机构采用平面连杆的工作原理，制作了两杆一轮的传动组，高效灵活；门扇与门框通过最原始但是最简便易行的铰链合页来连接，减小开启和关闭时的阻力，且制作相对较方便和经济；门扇内部设置有加强肋，抵抗瓦斯爆炸产生的强大冲击载荷；门框上制作有坡度一定的楔形块，关闭舱门时锁紧连杆锁紧在楔形块处，保障内部人员的安全。设置合理密度的加强肋可以有效提高板壳结构的抗冲击能力，且加强肋截面高宽比1.25∶1时板壳结构的抗冲击能力较佳，因此设定加强肋的高和宽分别50mm和30mm。

1.2锁紧机构设计

该圆形舱门的锁紧机构主要由门框楔形块结构组、转盘连杆机构组和转轮组构成。门扇的内外均设置有大转轮，实现救生舱内外都可开闭的功能；楔形结构直接加工在门框周边，不用另外加工，节省制作成本；转盘连杆结构组通过转盘与转轮之间的销钉来传递动力。

2舱门结构强度分析

首先对舱门施加约束，现将约束施加在门扇与门框接触处，在门扇面上施加垂直于门的0.6MPa的冲击载荷，设定材料Q345。之后进行网格划分，由软件进行运算。

3舱门结构优化及强度验证

通常加强门板强度的措施是增加门板厚度，但是这样的同时也会增加结构整体的重量。因此，本设计结合拱形受力原理，将平板门面改为曲面。假设平面和曲面承受相同的冲击力，曲面上的弧形结构可以将该力分解2个分力，分别是垂直于弧形面的力和平行于切线方向的力，由于门扇是圆形对称结构，因此所有切线方向的力互相抵消，只剩下垂直弧形面的力，这样便减小了对门结构的冲击。

4结语

提出了一种新型圆形煤矿救生舱舱门结构，对其抗冲击结构及锁紧机构的组成与工作原理进行了详细阐述，利用有限元软件对其抗冲击结构进行强度分析，并基于结果对结构进行优化，优化验证结果表明，舱门的安全系数由优化前的1.6提高到了3.1，满足了救生舱的设计使用要求，对救生舱的应用有着重要的现实意义。

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作者：方海峰1；高进可1；李允旺2；吴群彪1；蔡李花1 单位：1.江苏科技大学，中国矿业大学