ZY6400-15-35液壓支架雙伸縮立柱設(shè)計

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遼寧工程技術(shù)大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）畢業(yè)設(shè)計（論文）藍本目 錄0 前言 11液壓支架立柱概述及煤層概況 .21.1 液壓支架立柱的概述及特點 .21.1.1 液壓支架立柱的概述 21.1.2 液壓支架上的立柱特點 21.2 雙伸縮式立柱結(jié)構(gòu)及工作原理 .31.3 雙伸縮式立柱運行及負(fù)載特點： .41.4 煤層情況 .41.4.1 含煤層數(shù)、煤層厚度、頂?shù)装鍘r性及其變化規(guī)律 .41.4.2 煤層結(jié)構(gòu)、夾石巖性及厚度 42 雙伸縮立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 52.1 原始數(shù)據(jù)： 52.2 設(shè)計要求： 52.3 工況分析并確定液壓缸參數(shù) .62.3.1 支架的承載過程 62.3.2.立柱負(fù)載分析及確定 72.3.3 初步確定液壓缸參數(shù) .82.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計及強度驗算 .102.4.1、缸筒的設(shè)計與計算 102.4.2 一級缸體的結(jié)構(gòu)設(shè)計與連接強度計算 .11Liuhonggang ZY6400/15/35 液壓支架立柱設(shè)計22.4.3 二級缸體的結(jié)構(gòu)設(shè)計與連接強度計算 .132.5 活塞桿的確定 142.5.1 一級活塞桿即二級缸體 .142.5.2 二級活塞桿尺寸的確定 .142.5.3 活塞桿形式和材料及技術(shù)要求 .142.5.4 活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .142.6 活塞的設(shè)計與計算 152.6.1 活塞的結(jié)構(gòu)形式 .152.6.2 活塞的材料及技術(shù)要求 .152.6.3 一級活塞的尺寸的確定 .152.6.4 二級活塞的尺寸的確定 .162.7 導(dǎo)向套的設(shè)計 162.7.1 一級缸 .162.7.2 二級缸 .172.8 端蓋和缸底的確定 .172.8.1 端蓋（擋套）的確定 .172.8.2、端蓋的材料和技術(shù)要求 172.8.3 液壓缸缸底 .182.8.4 液壓缸缸底尺寸的確定 .182.9 其他零件的設(shè)計與計算 182.9.1 油口的確定 .182.9.2 擋圈的設(shè)計選擇 .19遼寧工程技術(shù)大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）3液壓缸的密封、防塵、導(dǎo)向的選擇 193.1 導(dǎo)向套和活柱的密封 193.1.1 密封件的確定 .193.1.2 蕾形密封圈特點 .193.1.3 密封件的選擇 .203.2 擋套和缸筒及活柱的密封與防塵 213.3 活塞與液壓缸的密封 213.3.1 密封圈的選擇及特點 .213.3.2 密封件選擇 .224液壓缸彎曲穩(wěn)定性驗算 225 工藝要求 .235.1 缸筒 235.2 活柱 245.3 底閥 246結(jié)論 24致 謝 .25參考文獻 .26Liuhonggang ZY6400/15/35 液壓支架立柱設(shè)計4摘 要1、立柱是液壓支架支撐和承載的主要部件，也是液壓缸的一種。2、結(jié)合煤礦地下的使用工況，液壓支架的工作特點，以及其他伸縮立柱裝置的優(yōu)缺點的同時，認(rèn)為雙伸縮式立柱具有工作較平穩(wěn)、工作壓力大、性能可靠等優(yōu)點。3、根據(jù)要求，對雙伸縮式立柱進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。其中包括立柱工況分析及參數(shù)確定、主要零件結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算。在此基礎(chǔ)上利用軟件 CAD 對其進行零件繪制、裝配。關(guān)鍵詞：液壓支架；雙伸縮式立柱；結(jié)構(gòu)設(shè)計；裝配 遼寧工程技術(shù)大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）ABSTRACT1、hydraulic powered support column is the main support and bearing components, is also a hydraulic cylinder. 2、 with the use of coal underground working conditions, hydraulic support the work of features, columns and other telescopic devices at the same time the advantages and disadvantages of that double-telescopic column with a stable work, work pressure and reliable performance advantages.3、 on request, the double-telescopic column for structural design. Including the status of the column and parameters, the main parts of the design and calculation. On the basis of its using the software of CAD drawing, assembly parts.Keywords: Hydraulic powered support; double telescopic column; structural design, assembly遼寧工程技術(shù)大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）10 前言20 世紀(jì) 50 年代前在國內(nèi)外煤礦生產(chǎn)中基本上采用木支架，木頂梁或金屬摩擦支柱和鉸接頂梁來支護頂板。1954 年英國首先研制出液壓支架，通過對液壓支架的逐步完善改進，進而普遍推廣使用使采煤工作面采煤過程中的落煤,裝煤，運煤和支護等工序全部實現(xiàn)了機械化。到 20 世紀(jì) 90 年代初，尋找到適合礦區(qū)資源條件的先進采煤方法，采用了放頂煤技術(shù)。隨著計算機技術(shù)和自動化技術(shù)的普及應(yīng)用與提高為煤礦生產(chǎn)自動化和提高生產(chǎn)提供了新的出路。支架上使用的液壓缸也發(fā)展延伸了許多種類型，輕載，重載。單缸單作用，單缸雙作用，多缸單作用，多缸雙作用。這里主要設(shè)計雙作用伸縮液壓缸。優(yōu)點：調(diào)高范圍大，屬液壓無極調(diào)高，操作方便靈活，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工要求高，成本高。本型立柱主要用于薄煤層和大采高支架上。缺點：由于本型某些缸徑立柱的中缸強度裕度偏小，遇有采煤工作面基本頂壓力顯現(xiàn)強烈時中缸有時會出現(xiàn)鼓脹現(xiàn)象，損壞立柱。Liuhonggang ZY6400/15/35 液壓支架立柱設(shè)計21液壓支架立柱概述及煤層概況1.1 液壓支架立柱的概述及特點1.1.1液壓支架立柱的概述立柱（又稱支柱）與頂梁和底座相連（四柱或三柱支架的后立柱也有與掩護梁和底座相連），給頂板以初撐力，同時承受頂板載荷和動壓，是支架的主要液壓支撐部件，要求強度足夠、工作可靠、使用壽命長。其結(jié)構(gòu)和性能，依據(jù)架型、支撐力大小和支撐高度而定。立柱有雙伸縮單伸縮兩種結(jié)構(gòu)形式。如圖1.1及圖1.2。1.1.2液壓支架上的立柱特點1）立柱是支架實現(xiàn)支撐和承載的主要部件，他直接影響支架的工作性能。因此，立柱除應(yīng)具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須由足夠的抗壓和抗彎強度，密封性好，結(jié)構(gòu)簡單并能適合支架的工作需要。2）立柱一般由活塞，活塞桿，缸體三部分組成。由于支架工作時，立柱承載大，而降柱力較小，故活塞桿直徑均較大，常采用空心結(jié)構(gòu)，以保證足夠的剛度活塞一般用 Y 型密封圈，銅環(huán)導(dǎo)向，缸體底部焊接。缸體與缸蓋之間用鋼絲，螺紋或卡環(huán)連接。為了防止外部煤層等臟物進入缸體，在導(dǎo)向套上要裝防塵圈。對于單伸縮立柱，為了擴大支架的支護高度范圍，可采用機械加長桿，如圖 1.1圖 1.1 帶有機械加長桿的雙作用伸縮式立柱1、缸體 2、活柱，3、外卡鍵，4、支承環(huán)，5、加長桿，6、導(dǎo)向套，7、保持套，1234131151661012322018197 4125 98675遼寧工程技術(shù)大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）38、銷軸，9、半環(huán)，10、卡環(huán)，11、缸蓋，12、擋塊，13、卡箍，14、鼓形密封圈，15、活塞導(dǎo)向環(huán)，16、塑料堵，17、塑料堵，18、擋圈，19、O 形密封圈，20、導(dǎo)向環(huán)，21、蕾形密封圈，22、擋圈，23、O 形密封圈，24、防塵圈，25、螺釘，26、開口銷，圖 1.2 雙伸縮式立柱1、底閥;2、外缸體;3、中缸體;4、小柱;5、導(dǎo)向套;6、導(dǎo)向套;7、卡環(huán);8 、擋套;9、卡環(huán);10、擋套;11、螺紋接頭;12 、外卡鍵;13、支撐環(huán);14、外卡鍵;15、支撐環(huán);16、固定環(huán);17、卡環(huán);18——43、密封件3）立柱的頭部結(jié)構(gòu)均為球形，與頂梁或底座之間的連接采用銷軸或壓塊固定，以使立柱在工作時由一定的適應(yīng)性。4）立柱的供液方式由內(nèi)供液和外供液兩種方式。除雙伸縮立柱采用內(nèi)供液方式外，單伸縮立柱多為外供液，這種方式結(jié)構(gòu)簡單加工維修方便。1.2雙伸縮式立柱結(jié)構(gòu)及工作原理如圖 1.3 所示，升柱時高壓液體從液口 A 進入立柱，液口 B 和 C 連通回液管路，升柱過程分為兩個階段，首先下活柱伸出只有下活柱完全伸出后，柱內(nèi)單向閥才能開啟使上活柱伸出，降柱時，高壓液體從 B 和 C 同時進入，液口 A 連通回液管路。降柱過程也分為兩步完成。第一步是下活柱縮回缸體內(nèi)此時上活柱由于柱內(nèi)單向閥處于閉鎖狀態(tài)，所以不會下縮，當(dāng)下活柱完全縮回后，單向閥閥芯頂桿與缸體凸臺相碰而使單向閥開啟，上活柱下腔可以回液，故上活柱縮回。承載時，頂板對上活柱的作用力將由上活柱下腔被閉鎖的液體承受并傳遞給下Liuhonggang ZY6400/15/35 液壓支架立柱設(shè)計4活柱，這時上下活柱所承受的壓力是相等的。所以這種立柱也稱等負(fù)載雙伸縮立柱。當(dāng)下活柱內(nèi)的液體達到安全閥的調(diào)定壓力時，安全閥開啟，下活柱縮回，當(dāng)下活柱完全縮入缸體中，只有上活柱承載時，頂板的作用力使上活柱縮回。雙伸縮式立柱工作原理圖：圖 1.3 雙伸縮立柱原理圖：A，B，C ：液口1 一級缸體，2 一級活塞，3 底閥，4 二級活塞，5 活塞桿1.3雙伸縮式立柱運行及負(fù)載特點：這種立柱由于下活柱先伸先縮，上活柱后伸后縮。在煤層變化不大時，上活柱的伸出長度是不變的。因此上活柱相當(dāng)于立柱的液壓加長桿。由于上活柱的長度可以自由調(diào)節(jié)，比單伸縮立柱調(diào)節(jié)機械加長桿方便的多 ，所以目前應(yīng)用的越來越多，它的缺點是價格較高。由于等負(fù)載雙伸縮立柱上、下活柱活塞面積不等，所以在相同的泵站壓力下，上活柱伸出撐緊頂板的初撐力小于下活柱伸出撐緊頂板的初撐力。因此，在煤層厚度變化較大時，上活柱的伸出長度有時也要變化，造成初撐力太小，不利于板頂維護。另外，在承載時，由于負(fù)載相同，上活柱下腔的壓力會大于下活柱下腔的壓力，如果壓力太大，會造成下活柱形成的缸體在高壓下膨脹變形，影響下活柱的正常升降，甚至導(dǎo)致導(dǎo)向套和立柱咬死。所以，在煤層厚度變化較大時或沖擊地壓大的煤層，使用這種等負(fù)載雙伸縮立柱要給以注意。遼寧工程技術(shù)大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）51.4煤層情況1.4.1含煤層數(shù)、煤層厚度、頂?shù)装鍘r性及其變化規(guī)律本井田有 2 個煤層，賦存深度為-275～-600m。上層煤厚度為 4.5m，下層煤厚度為 1.2—3.4m，兩層煤之間間距為 20m。煤層在井田內(nèi)是比較穩(wěn)定的，變化較小，規(guī)律性強。煤層頂板為 10～50m 厚的致密的油頁巖，隔水性能良好，油頁巖厚度為東部厚、西部薄、南部厚、北部薄、最大厚度為 45～50m，北部邊緣最薄為 10m。頂板屬于不穩(wěn)定頂板，周期性來壓較強烈。煤層底板為 10～50m 厚的泥巖、粉砂巖、細砂巖，再往下為粗砂巖或砂礫巖。東北部上分層底板為砂礫巖。1.4.2 煤層結(jié)構(gòu)、夾石巖性及厚度煤層由 2 個自然分層組成。變化規(guī)律是南部煤的夾石薄，均能合層計算儲量，可采厚度大；向北煤層夾石增厚，煤層中間出現(xiàn)砂礫巖夾石，可采厚度相對小。煤層結(jié)構(gòu)較為簡單，煤層中的夾石主要是炭質(zhì)泥巖和泥巖。2 雙伸縮立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計計算2.1 原始數(shù)據(jù)：一級缸行程 907mm，二級缸 855mm，工作壓力：31.5Mpa 工作阻力 P=6400KN2.2 設(shè)計要求： 內(nèi)容：設(shè)計說明書，裝配圖，主要零件圖 2 張。建模，整體裝配及運動仿真。要求：根據(jù)原始數(shù)據(jù)設(shè)計進行液壓支架雙伸縮式立柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計，進行各零件的三維建模與立柱的整體裝配及運動仿真。雙伸縮式立柱是一種推力液壓缸。液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，是液壓系統(tǒng)中的核心部件，不同類型的液壓缸組成零部件也不同，但其大致由缸體、活塞、活塞桿、缸底、緩沖裝置、排氣裝置、支承座以及導(dǎo)向、密封、防塵裝置等組成。根據(jù)設(shè)計的液壓缸的使用要求不同可選擇設(shè)計各零部件。Liuhonggang ZY6400/15/35 液壓支架立柱設(shè)計62.3 工況分析并確定液壓缸參數(shù)2.3.1 支架的承載過程支架的承載過程是指支架與頂板之間相互力學(xué)作用的過程，包括初撐，承載增阻和恒阻三個階段。如圖 2.11）初撐階段圖 在升架過程中，當(dāng)支架的頂板接觸頂梁，直到立柱下腔的液體壓力逐漸上升到泵站工作壓力時，停止供液，液控 單向閥立即關(guān)閉，這一階段稱為支架的初撐階段，此時支架對頂板的支撐力為初撐力 2.1 雙伸縮式立柱工作曲線圖支撐式支架的初撐力為： 式中 D—支架立柱的缸徑，mPb—泵站的工作壓力，MPan---支架立柱的數(shù)量。由上式可知，支架初撐力的大小取決于泵站的工作壓力，立柱的缸徑和立柱的數(shù)量，合理的初撐力是防止直接頂過早的因下沉而離層，減緩頂板下沉速度，增加其穩(wěn)定性和保證安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。一般采用提高泵站工作壓力的方法來提高初撐力，以免缸徑過大。2）承載增阻階段支架初撐結(jié)后，隨著頂板的下沉，立柱下腔的液體壓力逐漸升高，支架對頂板的支撐力也隨之增大，呈現(xiàn)增阻狀態(tài)，這一過程為支架的承載增阻階段。3） 恒阻階段隨著頂板壓力的進一步增加，立柱下腔的液體壓力越來越高，當(dāng)升高到安全閥的調(diào)定壓力時，安全閥打開溢流，立柱下降，液體壓力隨之降低。當(dāng)降到安全閥的32104??npDbc?遼寧工程技術(shù)大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）7調(diào)定壓力時，安全閥關(guān)閉。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復(fù)這一過程，又由于安全閥的作用，支架的支撐力維護在某一恒定數(shù)值上，這是支架的恒阻階段，此時，支架對頂板的支撐力稱為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的，支撐式支架的工作阻力為式中 Pa—支架安全閥的調(diào)定壓力，MPa其它意義同前。2.3.2.立柱負(fù)載分析及確定工作阻力為 P=6400KN.立柱（液壓缸）負(fù)載主要包括：初撐力、摩擦阻力、慣性阻力、重力、密封阻力和背壓阻力等。1）：初撐力的大小是相對于工作阻力而言，并與頂板的性質(zhì)有關(guān)。較大的初撐力可以使支架較快 iuaid 達到工作阻力，防止頂板過早的離層，增加頂板的穩(wěn)定性。對于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板，為了維護機道上方的頂板，應(yīng)取較高的初撐力，約為工作阻力的 80%；對于穩(wěn)定頂板，初撐力不宜過大，一般不低于工作阻力的 60%，對于周期來壓強烈的頂板，為了避免大面積垮落對工作面的動載威脅，應(yīng)取較高的初撐力。本設(shè)計選支撐掩護式支架，綜合考慮取其初撐力為工作阻力的 60%。所以，初定初撐力Pc=6400×80%=5120 KN2）摩擦阻力：由于液壓缸的摩擦阻力相對于初撐力很小，故可忽略不計。3）慣性阻力、重力：液壓缸垂直布置，但其較重的一級缸及缸頭安裝在支架底座上面，且其工作時運動量很小，不屬于快速往復(fù)運動型，故慣性阻力、重力可不以考慮。4）密封阻力和背壓阻力：將密封阻力考慮在液壓缸的機械效率中去，取液壓缸的機械效率為 0.9 背壓阻力是液壓缸回油路上的阻力，初算時可不考慮，其數(shù)值在系統(tǒng)確定后才能定下來。3104apn???Liuhonggang ZY6400/15/35 液壓支架立柱設(shè)計8依據(jù)上面分析可得液壓缸工作曲線圖，圖 2.1曲線上的 t0,t1,t2,分別表示支架的初撐增阻和恒阻階段的時間。2.3.3 初步確定液壓缸參數(shù)液壓支架立柱、千斤頂內(nèi)徑及活塞桿外徑系列 標(biāo)準(zhǔn) MT/ T 94-1996立柱內(nèi)徑系列應(yīng)符合表 1 的規(guī)定： 表 1 mm105 110 125 140 160 180 200（210） 220 230 250 280 320 360注：括號內(nèi)尺寸非優(yōu)先推薦使用立柱活塞桿外徑系列應(yīng)符合表 2 的規(guī)定：表 2 mm58 105 120 130 150 160 170 185190 210 220 230 240 260 290 340千斤頂內(nèi)徑系列應(yīng)符合表 3 的規(guī)定： 表 3 mm50 63 80 100 110 125140 160 180 200 230 千斤頂活塞桿外徑系列應(yīng)符合表 4 的規(guī)定： 表 4 mm32 45 50 60 70 85 95 105 120 140 160A1 雙伸縮立柱內(nèi)徑及活塞桿外徑匹配關(guān)系表 A1 mm序號 內(nèi)徑 一級缸/二級缸 桿徑 一級桿/二級桿 推薦管材1 360/280 340/260 402*34 351*402 320/230 290/210 377*34 305*42遼寧工程技術(shù)大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）93 280/210 260/190 325*30 273*364 250/200 240/185 299*30 250*305 230/180 220/160 273*26 234*326 200/160 190/130 245*26 203*267 180/140 170/120 219*24 180*248 160/125 150/105 194*20 159*209 140/105 130/85 168*18 140*22 注：特殊用途的雙伸縮立柱可按設(shè)計要求，根據(jù)表 1、表 2 組合匹配1）二級缸的內(nèi)徑和壁厚根據(jù)受力知道，只要滿足二級缸受力，則一級缸定能滿足，于是由： 32104??npDbc?式中 D —— 支架立柱的缸徑，mPb ——泵站的工作壓力，MPaN —— 支架立柱的數(shù)量。Pc —— 撐力得： =4×5120／(3.14×31.5×4×1000)23410PcDbn???D=227.5mm根據(jù)液壓支架立柱、千斤頂內(nèi)徑及活塞桿外徑系列標(biāo)準(zhǔn)（MT/ T 94-1996） ，表 1選二級缸內(nèi)徑=230mm2D根據(jù)液壓支架立柱、千斤頂內(nèi)徑及活塞桿外徑系列標(biāo)準(zhǔn)（MT/ T 94-1996） ，A1 雙伸縮立柱內(nèi)徑及活塞桿外徑匹配關(guān)系，選二級缸外徑 外 =290mm2活塞桿直徑：d=210mm驗算：根據(jù)液壓缸基本計算公式Liuhonggang ZY6400/15/35 液壓支架立柱設(shè)計10= =0.21004m26104dPFD????261.05.314.8??式中 F 理論推力 F= （效率）=0.5-0.7，取 0.6。?0負(fù)載率取 0.8 。0?活塞桿上實際受力，按最大受力記，取 1000KN F=1000 0.6 0.8=480KN?P 工作壓力=31.5MPad 活塞桿直徑 m符合要求。2）一級缸內(nèi)徑和壁厚留 15mm 作為二級缸與一級缸內(nèi)壁距離，則一級缸內(nèi)徑D1=290+15×2=320mm壁厚maxmax/{2.3[]}pPP????=47.25×320/（2.3×350-3×47.25）=22.80mm圓整 取 25mm依據(jù)表 2.3，一級缸外徑為 320+2×25=370mm；考慮到一級缸外壁可以不需要較高的表面粗糙度，既外表面可不進行加工，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)液壓支架管外徑系列，取一級缸外經(jīng)D1 外 =377mm3）初步確定活塞桿尺寸以上已根據(jù)液壓支架立柱、千斤頂內(nèi)徑及活塞桿外徑系列標(biāo)準(zhǔn)（MT/ T 94-1996） ，A1 雙伸縮立柱內(nèi)徑及活塞桿外徑匹配關(guān)系，二級活塞桿外徑為 210mm,空心桿，內(nèi)徑為 145mm遼寧工程技術(shù)大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）112.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計及強度驗算2.4.1、缸筒的設(shè)計與計算缸筒是液壓缸的主要零件，它與端蓋、缸底、油口等零件構(gòu)成密封的容腔，用以容納壓力油，同時它是活塞的運動“軌道” 。1）缸筒的技術(shù)參數(shù)選擇（如圖 2.2 ）（1）缸體的材料：采用 27SiMn 鋼，并應(yīng)調(diào)質(zhì)到 241～285HB；圖 2.2 缸筒的技術(shù)參數(shù)（2）技術(shù)要求： ①缸體采用 H9 配合。表面粗糙并 Ra 為 0.1～0.4μm，當(dāng)活塞用活塞環(huán)密封時，Ra 為 0.2～0.4μm；②缸體內(nèi)徑 D 的圓度、圓錐度、圓柱度公差不大于內(nèi)徑公差之半選?。? ②缸體端面 T 的垂直度公差值可按 7 級精度選??；③為了防止腐蝕和提高壽命，缸體內(nèi)應(yīng)鍍以厚度為 30～40μm 的鉻層，鍍后進行珩磨或拋光。（3）安全系數(shù)：查表取安全系數(shù)： n＝3，查表得 27SiMn 鋼的材料的抗拉強度σ b≥980Mpa，則：材料的許用應(yīng)力： ??pa67.32980bM??2）一級缸筒的尺寸參數(shù)選擇（1）缸筒內(nèi)徑的確定由前面計算得到：一級缸筒內(nèi)徑 D1＝320㎜（2）缸筒壁厚為 28.5mm≥22.8mm。滿足。由于缸筒壁厚由強度公式計算而來，所以缸體壁厚無需校核。2.4.2一級缸體的結(jié)構(gòu)設(shè)計與連接強度計算缸筒的兩端分別和缸蓋和缸底相連，構(gòu)成密閉的壓力腔，因而它的機構(gòu)形式和缸蓋及缸底密切相關(guān)。缸筒是液壓缸的主體，其余零件裝配其上，它的結(jié)構(gòu)形式對加工和裝配有很大影響，因此其結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量便于裝配、拆卸和維修。Liuhonggang ZY6400/15/35 液壓支架立柱設(shè)計121）結(jié)構(gòu)形式 此液壓缸用于液壓支架裝置中，主要為礦上所用，且缸內(nèi)徑 D≥200㎜，額定壓力 PN≥25Mpa，所以采用缸筒和缸底及端蓋的連接方式為：缸筒和缸底采用焊接連接，缸筒和端蓋采用內(nèi)卡環(huán)連接。這樣，液壓缸的零件較少的暴露在外面，外形尺寸相對較小，能滿足環(huán)境惡劣時的使用要求。 2）連接強度計算①焊接強度的計算（每平方厘米焊縫所承受的壓力） （如圖 2.3）????pa6.3702.3741.8421 MDP?????????式中： P ——液壓缸的最大壓力（N） ；D1 ——缸筒的外徑（cm） ；D2 ——焊縫底徑（cm） ；η ——焊接效率，一般取 η=0.7。顯然，σ≤σ b/n ，滿足條件； b—缸體材料的抗拉強度，n—材料的安全系?數(shù)。②卡環(huán)連接強度計算（如圖 3.3）卡環(huán) A-A 截面上的剪應(yīng)力為： pa57.4m/58.47121043284L23 MNPD??????圖 2.3 缸底焊接及尺寸圖 1.缸壁；2.缸底 圖 2.4 端蓋內(nèi)卡環(huán)連接示意圖 卡環(huán) a—b 側(cè)面的擠壓應(yīng)力為：????pa13m/01374.6021038h-2D26 MNP ???????遼寧工程技術(shù)大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）13可知，滿足強度要求。缸筒危險截面（A—A）的拉應(yīng)力為： ?????? pa704.m/70413.810321037810hD 26236221 MNP ??????????? ???式中： P ——液壓缸的最大出力 N；D1 ——缸筒外徑 m；D ——缸筒內(nèi)徑 m；h ——卡環(huán)厚度 m；L ——卡環(huán)寬度 m。滿足強度要求。2.4.3二級缸體的結(jié)構(gòu)設(shè)計與連接強度計算與上面一級缸體的結(jié)構(gòu)設(shè)計與連接強度計算一樣，只不過缸體上的活塞也用卡環(huán)固定，需再加一步計算。1）前端蓋卡環(huán)連接強度計算（如圖 2.4）卡環(huán) A-A 截面上的剪應(yīng)力為： pa83.m/38.10248L23 MNPD??????卡環(huán) a—b 側(cè)面的擠壓應(yīng)力為：????pa42.10/5104263.9231098h-2 263???由上可知，滿足強度要求。缸筒危險截面（A—A）的拉應(yīng)力為： ?????? pa94.6m/6943.210231029810hD 2236221 MNP ??????????? ???式中： P ——液壓缸的最大出力 N；D1 ——缸筒外徑 m；D ——缸筒內(nèi)徑 m；Liuhonggang ZY6400/15/35 液壓支架立柱設(shè)計14h ——卡環(huán)厚度 m；L ——卡環(huán)寬度 m。由上可知，滿足強度要求。2）二級缸活塞與缸體采用整體焊接結(jié)構(gòu)，強度核算從略。2.5活塞桿的確定2.5.1一級活塞桿即二級缸體，已設(shè)計完畢，2.5.2二級活塞桿尺寸的確定1）由前文計算可知，可以確定活塞桿直徑為 d=210㎜。2）活塞桿具體長度的確定（結(jié)合裝配圖）2.5.3活塞桿形式和材料及技術(shù)要求取活塞桿的形式為：空心活塞桿，材料為 27SiMn 鋼?；钊麠U得技術(shù)要求：1）活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度 229～285HB；淬火處理，淬火深度0.5～1㎜2）活塞桿 d 和 d1的圓度公差值，按 9 或 10 級精度選取；3）活塞桿 d 的圓柱度公差值，按 8 級精度選??；4）活塞桿 d 對 d1的徑向跳動公差值，為 0.01mm；5）端面 T 的垂直度公差值，按 7 級精度選??；6）活塞桿上下工作表面的粗糙度為 Ra0.63μm，表面鍍鉻，鍍層厚度約為0.05mm,鍍后拋光以提高耐磨性和防銹性。2.5.4活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計1）活塞桿和活塞的連接液壓系統(tǒng)為中壓系統(tǒng)，本著滿足工藝性及連接強度高等要求，活塞與活塞桿采用焊接后，整體加工而成。 2）二級活塞桿（小柱）端部和負(fù)載的移動機構(gòu)相連接，考慮到液壓缸工作時軸線固定不動，可采用半球形柱頭焊接連接作圓周運動，如圖 2.5 活塞桿外徑 190mm，取內(nèi)徑遼寧工程技術(shù)大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）1511 1109876 54 2 312145mm。 圖 2.5 半球形柱頭示意圖2.6活塞的設(shè)計與計算2.6.1活塞的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)液壓缸使用的情況（密封、有無導(dǎo)向環(huán)等） ，選用有導(dǎo)向環(huán)形活塞，具體結(jié)構(gòu)形式如圖 2.6 所示。2.6.2活塞的材料及技術(shù)要求因兩級缸筒活塞均為與缸體焊接成為整體結(jié)構(gòu)，為了保證焊接的整體機械性能，以及活塞本身具有良好的機械性能因此同樣采用 27SiMn 材質(zhì)圓鋼，外加導(dǎo)向環(huán)。圖 2.6 圖 2.7技術(shù)要求（如圖 2.7）： （2）端面 T 對內(nèi)孔 D1軸線的垂直度公差值，應(yīng)按 7、8 級精度選取。（3）外徑 D 的圓柱度公差值，按 8、9、或 10 級精度選取。2.6.3一級活塞的尺寸的確定根據(jù)以往經(jīng)驗，取活塞的寬度一般應(yīng)為活塞外徑的 0.6～1.0 倍，這里由于密封圈采用鼓型圈，同時活塞與活柱為整體結(jié)構(gòu)，加之立柱為導(dǎo)向套與支撐套雙導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，大大的增加了導(dǎo)向的穩(wěn)定性，因此φ0.06A0.03A0.1A0.05A φ0.06ALiuhonggang ZY6400/15/35 液壓支架立柱設(shè)計16取活塞寬度為活塞外徑的 0.4～0.8 倍，這里取 0.465 倍即。圖 2.8 活塞的密封和導(dǎo)向m85.1342904650h???D取整值：h=135mm 1.外缸筒；2.中缸；3.小柱；4.小柱塞；5.8.鼓型圈；6.9.活塞導(dǎo)向環(huán)；7.10.外導(dǎo)向環(huán) ；11.12.外卡鍵 2.6.4二級活塞的尺寸的確定密封和導(dǎo)向和活塞技術(shù)參數(shù)與一級相同，但考慮到二級活塞即為小柱塞，小柱產(chǎn)生彎曲卡死的現(xiàn)象高于一級缸，因此取桿徑的 0.68 倍，寬度取整值：h=143mmm8.1420680h???D2.7導(dǎo)向套的設(shè)計2.7.1一級缸導(dǎo)向套在活塞往復(fù)運動中啟導(dǎo)向支承作用，導(dǎo)向套的性能的好壞對液壓缸的性能有很大的影響。最小導(dǎo)向長度及中隔圈長度的確定當(dāng)活塞桿全部伸出時，從活塞支承面中點到導(dǎo)向套滑動面中點的距離稱為最小導(dǎo)向長度 H ，如圖 2.9 所示圖 2.9 導(dǎo)向長度示意圖取一級缸導(dǎo)向套長度為：h=110mm（計算從略）一般情況，當(dāng)行程長度超過缸筒內(nèi)徑的 8 倍時，可裝一個長度為 100mm 的中隔圈；超過部分每增加 700mm，中隔圈的長度即增加 100mm。由于此液壓缸的行程要求 907mm，缸筒內(nèi)徑為 290mm，由于 907÷290=3.13 倍。所以不用加裝中隔圈。根據(jù)以上計算，同時考慮盡量減少設(shè)計零件，又因為液壓缸工作時相對滑動少，遼寧工程技術(shù)大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）17磨損也少，所以取端蓋（擋套）結(jié)合防塵圈的方式導(dǎo)向，這里取端蓋（擋套）的h=50mm。2.7.2二級缸取二級缸導(dǎo)向套長度為：h=100mm（計算從略）一般情況，當(dāng)行程長度超過缸筒內(nèi)徑的 8 倍時，可裝一個長度為 100mm 的中隔圈；超過部分每增加 700mm，中隔圈的長度即增加 100mm。由于此液壓缸的行程要求 855mm，缸筒內(nèi)徑為 230mm，由于 855÷230=3.72 倍。所以不用加裝中隔圈。根據(jù)以上計算，同時考慮盡量減少設(shè)計零件，又因為液壓缸工作時相對滑動少，磨損也少，所以取端蓋（擋套）結(jié)合防塵圈的方式導(dǎo)向，這里取端蓋（擋套）的h=42mm。2.8 端蓋和缸底的確定2.8.1端蓋（擋套）的確定有活塞桿通過的缸蓋叫端蓋也叫擋套，無活塞桿通過缸蓋的叫缸頭或缸底。缸蓋的設(shè)計主要考慮活塞桿的導(dǎo)向、密封、防塵等問題。兩級缸筒的擋套尺寸長度 上面已經(jīng)確定，這里不再計算。 圖 2.10 端蓋示意圖 圖 2.11 油口示意圖2.8.2、端蓋的材料和技術(shù)要求缸蓋材料采用 27SiMn 鍛造鋼材。 （如圖 2.10）技術(shù)要求：（1）直徑 D、D2、D3 的圓柱度公差應(yīng)按 9、10、11 級精度選??； （2）D2、D3 與 d 同軸度公差值為 0.03mm；Liuhonggang ZY6400/15/35 液壓支架立柱設(shè)計18（3）端面 A、B 與直徑 d 軸心線的垂直度公差值按 7 級精度選?。唬?）導(dǎo)向孔的表面粗糙度 Ra＝1.25μm2.8.3液壓缸缸底的材料：采用 27SiMn鋼材經(jīng)過模鍛而成。2.8.4液壓缸缸底尺寸的確定選擇缸底形狀為球面有油口型， （如圖 2.11）材料為 27SiMn 鋼，計算如下：??????m70.598016.37.725.043.dy43.0h0 ????????DP取 h=77mm，即可滿足形狀及強度要求；但根據(jù)中缸體以及安裝的底閥結(jié)構(gòu)，取h=110mm式中：Py——試驗壓力，Mpa.工作壓力 P ≤16Mpa 時， Py = 1.5P；P≥16Mpa 時， Py = 1.25P；D——液壓缸的內(nèi)徑，m；d —— 油口直徑（見圖 2.11） ，m；[ ]——材料的許用應(yīng)力，Mpa ?= =196MPa []bn?5980b—缸體材料的抗拉強度，Mpa， ?27SiMn 鋼為 b ≥980Mpa；n —材料的安全系數(shù)，取 n＝5。2.9其他零件的設(shè)計與計算 2.9.1油口的確定1）液壓缸油口的連接形式 2.12 液壓缸缸底示意圖采用焊接連接，直接焊接在缸筒上。 2）液壓缸及缸底油口直徑的確定（圖 2.11；圖 2.12）根據(jù)需要缸底，二級缸前端和二級活塞桿各有一油口 ，同時根據(jù)綜采液壓支架用膠管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，液壓支架立柱均采用礦用扣頭高壓膠管，膠管口徑多為：DN16遼寧工程技術(shù)大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）19及 DN13；因缸底腔為立柱最大進液腔需要較大流量，因此缸底進液口徑為：16mm；二級缸前端和二級活塞桿進液腔相對小些，因此該兩處進液口口徑為：13mm。 2.9.2擋圈的設(shè)計選擇根據(jù)設(shè)計要求，查表選彈性擋圈 A 型（GB/T 894.1-1986） ，材料：65Mn，熱處理44～51HRC，表面氧化處理。如圖 2.13一級缸端蓋用擋圈：孔用切口式密封擋圈?？讖?250。圖 2.13 擋圈示意圖D= d= T= 3±0.2175.0934?09.3?二級缸端蓋用擋圈：孔用切口式密封擋圈?？讖?170D= d= T= 3±0.206.152?09.24?3液壓缸的密封、防塵、導(dǎo)向的選擇3.1導(dǎo)向套和活柱的密封3.1.1密封件的確定活柱在導(dǎo)向套中作往復(fù)運動，其密封屬于動密封，且液壓缸工作壓力大于16Mpa，因此宜采用類型密封圈密封。3.1.2蕾形密封圈特點蕾形密封圈是在 Y 形密封圈的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，與 Y 形圈相比，它的特點是：A.上部軟膠，受壓變形大，為密封部分，底部和密封面為高硬度膠織物層，受壓變形小，為承壓部分，兩者結(jié)合后整體彈性好，符合高壓密封要求。B.采用高硬度膠織物，目的在于提高密封壓力，又能防止密封圈被擠入間隙，減小摩擦。C.表面能保持潤滑，提供良好的滑動特性，保Liuhonggang ZY6400/15/35 液壓支架立柱設(shè)計20證密封面在工作期間的正常運行。如圖 3.1 及圖 3.2。安裝方式如圖 3.3圖 3.1 外蕾形密封圈圖 3.2 內(nèi)蕾形密封圈 圖 3.3 密封件安裝方式1、2—J 形防塵圈；3、4—O 型圈；5、6—蕾型圈7、8—活塞導(dǎo)向環(huán)；9、10—蕾型圈3.1.3密封件的選擇1）軸用（一級活塞）蕾形密封圈：查手冊（根據(jù) MT/T 1165-2011）選擇，內(nèi)蕾形密封圈代號：NL290*314*20 材料：聚氨酯—3。允許尺寸公差：φ290 、φ314 、20??-0.561378f??13.09?H?2.0?2）軸用（二級活塞）蕾形密封圈：查手冊（根據(jù) MT/T 1165-2011）選擇，內(nèi)蕾形密封圈代號：NL210*230*16.5 材料：聚氨酯 —3。 允許尺寸公差：φ210、φ230 、16.5 ??-0.1528f??15.09??2.0?3）孔用（一級缸）蕾形密封圈：查手冊（根據(jù) MT/T 1165-2011）選擇，外蕾形密封圈代號：WL330*318*10 材料：聚氨酯—3；允許尺寸公差：φ330 、φ288 、10??0.149?H??056.1378f?2.0?擋圈代號：LDW330*318*3，材料：聚甲醛；導(dǎo)向環(huán)代號：NDH290*4*40， 材料：聚甲醛4）孔用（二級缸）：蕾形密封圈：查手冊（根據(jù) MT/T 1165-2011）選擇，外蕾遼寧工程技術(shù)大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）21形密封圈代號：WL240*228*10 材料：聚氨酯—3；允許尺寸公差：φ240、φ228 、10??15.09?H??05.128f?2.0?擋圈代號：LDW240*228*3，材料：聚甲醛；導(dǎo)向環(huán)代號：NDH210*4*35， 材料：聚甲醛3.2擋套和缸筒及活柱的密封與防塵擋套和缸筒連接在一起，其密封屬于靜密封，如圖 3.3 所示，這里采用 O 型密封圈密封方式，并在擋套處裝有 J 形防塵圈的密封方式，如圖3.4，圖 3.4查手冊（根據(jù) GB/T 3452.3-2005）一級缸擋套 O 形密封圈尺寸為：φ355*5.7，密封圈材料為：橡膠 P229；：查手冊（根據(jù) MT/T 1165-2011）選擇防塵圈代號：JF290*314*9 材料：橡膠 P907。 查手冊（根據(jù) GB/T 3452.3-2005）二級缸擋套 O 形密封圈尺寸為：φ245*5.7，密封圈材料為：橡膠 P229；：查手冊（根據(jù) MT/T 1165-2011）選擇防塵圈代號：JF210*234*9 材料：橡膠 P907。3.3活塞與液壓缸的密封圖 3.51、2—外向環(huán)；3、4—鼓型密封圈；5、6—活塞導(dǎo)向環(huán)3.3.1密封圈的選擇及特點活塞在缸筒中作往復(fù)運動，其密封屬動密封，可選擇鼓形密封圈， （如圖 3.5）Liuhonggang ZY6400/15/35 液壓支架立柱設(shè)計22該密封件具有以下特點：鼓形密封圈是一種帶支承環(huán)的雙向組合密封圈，用于雙向活塞密封。中間的鼓狀突起看成由兩個蕾形圈演變而成，它與液壓缸壁接觸，有一定過盈，得到初始壓應(yīng)力，以保證零壓時的密封。凸出部類似于于唇形密封圈的唇部，工作時，在介質(zhì)壓力作用下，密封圈軸向壓縮，產(chǎn)生徑向拉伸，唇部對液壓缸的接觸壓力增加，緊貼于密封面，實現(xiàn)自封。外層的兩支承環(huán)則起支承及導(dǎo)向作用，保證密封圈不發(fā)生擠出現(xiàn)象，也無異常響聲，因此工作穩(wěn)定。它比用兩個蕾形密封圈結(jié)構(gòu)簡單、減少了軸向尺寸，可以減輕活塞的重量，而且耐壓性能也有所提高。鼓形密封圈，密封壓力高，使用壽命長，已被廣泛使用。這種結(jié)構(gòu)便于密封件的安裝，甚至可隨活塞與活塞桿固定為一體。這種結(jié)構(gòu)適宜于用在活塞與活塞桿直徑差不大，結(jié)構(gòu)簡單的活塞密封。鼓形和山形密封圈工作壓力較高（ 26Mpa 以上） ，解決了 形密封圈出現(xiàn)逆壓的問題，密封裝置尺寸緊湊。所以越來越多地被使用，代表了密封發(fā)展方向。3.3.2密封件選擇1）查手冊（根據(jù) GB/T 3452.3-2005）得一級活塞鼓形密封圈的型號為：G320*295*38 材料：聚氨酯允許尺寸公差：φ320 、φ295 、38 ；活塞導(dǎo)向環(huán)型號：LW320*12.5*12，材料??0.149?H??056.1378f?25.0?為：聚甲醛；外導(dǎo)向環(huán)型號：WDH320*4*25，材料：聚甲醛。 2）查手冊（根據(jù) GB/T 3452.3-2005）得一級活塞鼓形密封圈的型號為：G230*205*38 材料：聚氨酯允許尺寸公差：φ230 、φ205 、38??0.159?H??05.128f?；活塞導(dǎo)向環(huán)型號：LW320*12.5*12， 材料為：聚甲醛；；外導(dǎo)向環(huán)型號：??25.0?WDH230*4*25，材料：聚甲醛。4液壓缸彎曲穩(wěn)定性驗算液壓缸運動過程中會產(chǎn)生偏心，有繞度。當(dāng)液壓缸支撐長度 Lb≥(10-15)d 時需驗算活塞桿彎曲穩(wěn)定性，如圖 10-1遼寧工程技術(shù)大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）23圖 10-1 液壓缸彎曲示意圖=1762 210=8.39 8.39＜(10-15) 所以本設(shè)計無需驗算彎曲穩(wěn)定性。bLd?5 工藝要求5.1缸筒1）缸筒材料的運用應(yīng)滿足如下機械性能：a、抗拉強度 б≥1000MPab、屈服點 б≥850MPac、伸長率 δ≥12%d、沖擊值 α κ ≥4.9×10 5J/m22）缸筒調(diào)質(zhì)熱處理硬度：HB240～2803）缸筒內(nèi)孔密封配合面的尺寸精度不得低于 H94）缸筒內(nèi)孔密封配合面粗糙度為5）雙伸縮立柱小缸筒外徑尺寸精度不得低于 f96）雙伸縮立柱小缸筒的外徑表面粗糙度為7）焊縫抗拉強度不低于 600Mpa8）焊縫在 63Mpa 壓力下保壓 5 分鐘不得有滲漏。5.2活柱1）活柱材料選用應(yīng)滿足如下機械性能：a、抗拉強度 б≥1000MPab、屈服點 б≥850MPaLiuhonggang ZY6400/15/35 液壓支架立柱設(shè)計24c、伸長率 δ≥12%d、沖擊值 α κ ≥4.9×10 5J/m22）活柱調(diào)質(zhì)熱處理硬度：HB240～2803）活柱密封配合面的尺寸精度不得低于 f94）活柱密封配合面的表面粗糙度為 表面鍍?nèi)榘足t打底，鍍層厚度0.02—0.03mm；然后鍍硬鉻，鍍層總厚度 0.05—0.07mm5）與活塞焊接后去除焊渣、焊瘤等飛濺物；焊縫在 79.6Mpa 下保壓 5 分鐘不得有滲漏5.3底閥閥芯、閥體應(yīng)采用不銹鋼制造密封配合表面粗糙度為立柱底閥開啟壓力不得低于 7MPa底閥開啟時主柱不允許有哨音和振動現(xiàn)象6結(jié)論本立柱用于 ZY6400/15/35 液壓支架，該支架的特點是：一是調(diào)高范圍大，移架速度快，工作面產(chǎn)量高，二是通過優(yōu)化設(shè)計改善了支架的受力狀況，提高了支架的使用壽命。