【JX567】DZ型单体液压支柱设计【8张CAD图纸+论文+开题报告+外文翻译】【机械毕业设计论文】【通过答辩】
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- 内容简介：
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河南理工大学 万方科技学院 本科毕业设计（论文）中期检查表 指导教师： 李延锋 职称： 教授 所在院（系）： 机械与动力工程学院 教研室（研究室）： 机械与动力工程部 题 目 单体液压支柱 学生姓名 牛 翔 专业班级 08 机设三班 学号 0828070142 一、 选题质量：（主要从以下四个方面填写： 1、选题是否符合专业培养目标，能否体现综合训练要求； 2、题目难易程度； 3、题目工作量； 4、题目与生产、科研、经济、社会、文化及实验室建设等实际的结合程度） 1、本题目符合机械设计专业的培养目标，能够充分锻炼和培养分析问题和实际操作能力，能够体现综合训练的要求； 2、本题目难易适中，符合本科毕业设计要求； 3、本题目工作量适中，能在规定的时间内完成； 4、所选题目 单体液压支柱 的设计与实际贴合比较紧密，在实际的应用中比较广泛。在设计过程中，对机器的零件的设计和计算对我来说是以往所学知识的总结和应用，所以能够满足综合训练的要求 二、开题报告完成情况： 根 据自己在各方面资料的收集和整理，通过对可行性的分析，结合 实际因素 ，我完成了这次设计的选题。在选题结束之后，通过自己认真查阅相关的资料，最后结合本身的实际情况和设计的时间任务完成了开题报告。 2 三、阶段性成果： 1、 通过对 单体液压支柱 的了解，再加上 有关书籍的介绍 ，算是对 单体液压支柱 有了一个大概的了解。前期阶段主要是对有关于 单体液压支柱 的各方面的文献和资料进行搜集，为设计以后的设计做了必要的准备。 2、 中期阶段主要是依据参考资料，从上面找到一些关于关于 单体液压支柱 的信息，首先对其零部件有了大致的了解，其次是已有了大概的设计方法，并开始了一些基本的结构设计。 3、 正在进行装配图的 图和设计说明书。 四、存在主要问题： 由于这是我第一次单独进行 单体液压支柱 总体设计 ，所以刚开始进展的并不是很顺利。而我对这方面的知识掌握比较少，所以需要在图书馆和网上查找更多的相关资料，对有关起重机的知识进行更深入的了解。不过我坚信，只要自己努力和在指导老师的指引下，我能把各方面的问题逐个击破，最终顺利完成毕业设计。 五、指导教师对学生在毕业实习中，劳动、学习纪律及毕业设计（ 论文）进展等方面的评语 指导教师： （签名） 年 月 日 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 of a of to To to it is to of to of in to at of of of to is by to at is a as as of in of to as as of in as 2 In a of of of s is is by of as is in be in so by of as of an is by of On of is by of is to on in to of is of of in of By of of a up or as as of an of A a of an to of or of or of is a a or of In 3 or to in a of on of a in a is a is to is of a it to of of In of of it is a is to if an in of of a of to To to it is to of to of in 4 to at of of of to is by to at is a as as of in of to as as of in as In a of of of s is is by of as is in be in so by of as of an is by of On of is by of 5 is to on in to of is of of in 1. of By of of a up or as as of an 2. of A a of an to of 3. or of or of is a a or of 4. In or to in a of on of a in a is a is to is of 6 a it to of of In of of it is a is to if an in of 7 液压系统 仅有以下三种基本方法传递动力：电气，机械和流体。大多数应用系统实际上是将三种方法组合起来而得到最有效的最全面的系。为了合理的确定采取哪种方法，重要的是了解各种方法的显著特征。例如液压系统在长距离上比机械系统更能经济的传递动力。然而液压系统与电气系统相比，传递动力的距离较短。 液压动力传递系统涉及电动机，调节装置和压力和流量控制，总的来说，该系统包括： 泵：将原动机的能量转换成作用在执行部件上所谓液压能。 阀：控制泵产生流体的运动方向，产生的功率的大小，以及到达执行部件液体的流量。功率大小取决 与对流量和压力大小的控制。 执行部件：将液压能转换成可用的机械能。 介质即油液：可进行无压缩传递和控制，同时可以润滑部件，使阀体密封和系统冷却。 联结件：联结各个系统部件，为压力流体提供功率传输通路，将液体返回油箱（贮油器）。 油液贮存和调节装置：用来确保提供足够质量和数量并冷却的液体。 液压系统在工业中应用广泛，例如冲压，钢类工件的磨削及一般加工业，农业，矿业，航天技术，深海勘探，运输，海洋技术，近海天然气和石油勘探等行业，简而言之，在日常生活中很少有人不从液压技术中得到某种益处。 液压系统成功而 又广泛使用的秘密在于它的通用性和易作性。液压动力传递不会像机械系统那样受到机器几何形体的制约，另外，液压系统不会像电气系统那样受到材料物理性能的制约，它对传递功率几乎没有量的限制。例如，一个电磁体的性能受到钢的磁饱和极限的限制，相反，液压系统的功率仅仅受材料强度的限制。 企业为了提高生产率将越来越依靠自动化，这包括远程和直接控制生产操 8 作，加工过程和材料处理等。液压动力之所以成为自动化的重要组成分，是因为它有如下主要的四种优点： 1. 控制方便精确 通过操作一个简单的操作杆和按钮，液压系统的操作者便能立即启 动，停止，加减速和能提供任意功率，位置精度为万分之一英寸的位置控制力。 2. 增力 一个液压系统（没有使用笨重的齿轮，滑轮和杠杆） 能简单有效地将不到一盎司的力放大产生几百吨力的输出。 3. 恒力和恒扭矩 只有液压系统能提供不随速度变化的恒力或恒扭矩，它可以驱动对象从每小时移动几英寸到每分钟几百英寸，从每小时几百转到每分钟几千转。 4. 简单，安全，经济 总的来说，液压系统比机械或电气系统使用更少的运动部件，因此，它们运行与维护简单。这使的系统结构紧凑，安全可靠。例如一种用于车辆上的新型动力转向控制装置已淘 汰其他类型的转向动力装置，该转向部件中包含有人力操作方向控制阀和分配器。因为转向部件是全液压的，没有万向节，轴承，减速齿轮等机械连接，这使得系统简单紧凑。 另外，只需输入很小的扭矩就能产生满足极恶劣工作条件所需的控制力，这对于因操作空间限制而需要方向盘的场合很重要，这也是减轻司机疲劳度所必需的。 液压系统的其他优点包括双向运动，过载保护和无级变速控制，在已有的任何动力系统中液压系统亦具有最大的单位质量功率比。 尽管液压系统具有如此高性能，但它不是可以解决所有动力传递问题的灵丹妙药。液压系统也有些缺点，液压油有污染，并且泄露不可能完全避免，另外如果油液渗漏发生在灼热设备附近，大多数液压油能引起火灾。 气压系统 气压系统是用压力气体传递和控制动力，正如名称所表明的那样，气压系统通常用空气（不用其它的气体）作为流体介质，因为空气是安全、成本低而 9 又随处可得的流体，在系统部件中产生电弧有可能点燃泄露物的的场合下（使用空气作为介质）尤其安全。 在气压系统中，压缩机用来压缩并供应所需的空气。压缩机一般有活塞式、叶片式和螺旋式等 类型。压缩机基本上是根据理想气体法则，通过减小气体体积来增加气体压力的。气压系统通常考虑采用大的中央空气压缩机作为一个无限量的气源，这类似于电力系统中只要将插头插入插座便可获得电能。用这种方法，压力气体可以从气源输送到整个工厂的各个角落，压力气体可通过空气气滤器除去污物，这些污物可能会损坏气动组件的精密配合部件如阀和气缸等，随后输送到各个回路中，接着空气流经减压阀以减小气压值适合某一回路使用。因为空气 不是好的润滑剂（包括 20%的氧气），气压系统需要一个油雾器将细小的油雾注射到经过减压阀减压的空气中，这有助 于减少气动组件精密配合运动件的磨损。 由于来自大气中的空气含不同数量的水分，这些水分是有害的，它可以带走润滑剂引起过分磨损和腐蚀，因此，在一些使用场合中，要用空气干燥器来除去这些有害的水分。由于气压系统直接 向大气排气，会产生过大噪音，因此可在气阀和执行组件排气口安装消声器来降低噪音，以防止操作人员因接触噪声及高速空气粒子有可能引发的危害。 用气动系统代替液压系统有以下几条理由：液体的惯性远比气体大，因此，液压系统中，当执行组件加速和减速和阀突然开启关闭时，油液的质量便是一个潜在的问题，根据牛顿运动 定律（力等于质量乘以加速度），产生加速运动油液所需的力要比加速同等体积空气的力高出许多倍 4。液体比气体具有更大的粘性，这会因为内摩擦而引起更大的压力 和功率损失：另外，由于液压系统使用的液体要与大气隔绝，故他们需要特殊的油箱和无泄露系统设计。气压系统使用可以直接排到周围环境中的空气，一般来说气压系统没有液体系统昂贵。 10 然而，由于空气的可压缩性，使得气压系统执行组件不可能得到精确的速度控制和位置控制。气压系统由于压缩机局限，其系统压力相当低（地于250,而液压力可达 1000高，因此液压系统可以 是大功率系统，而气动系统仅用于小功率系统，典型例子有冲压、钻孔、提升、冲孔、夹紧、组装、镏接、材料处理和逻辑控制操作等。 河南理工大学万方科技学院 本科毕业设计（论文）开题报告 题目名称 单体液压支柱 学生姓名 王波 专业班级 机械设计 3 班 学号 08280700142 一、 选题的目的和意义： 随着我国煤炭事业的不断发展，单体液压支柱也越来越多地广泛用于生产，它与一般的金属支柱相比回收率高，支护安全可靠性好，工作阻力恒定，初撑力高，不受井下过多条件的影响，顶板的下沉量小容易保护顶板完整，容易实现稳定高产等优点 。对于我国煤炭事业向普通机械化生产方向发展，并向综合机械化生产过度都十分有利，它与液压支架相比，能大量节 省钢材，并且适用范围广泛，但单体液压支柱成本高，加工复杂，需要人工搬动所以设计时要求再能满足强度要求的情况下尽可能的减轻重量，总的看来，广泛研究新型液压支柱对目前发展煤炭事业有着极其重要的意义。 本设计目的在于进一步简化支柱结构，提高加工质量及支柱强度，降低成本。 二、 国内外研究综述： 目前我国单体液压支柱分类及发展状况 单体液压支柱单体液压支柱由油缸、活柱、阀等零部件组成，以专用油或高含 水液压液（含乳化液）等为工作液，供矿山支护用的单根支柱。属于 恒阻式支柱，具有不变的额定工作阻力，它和金属铰接顶梁配合使 用，主要使用在煤矿回采工总面顶板支护、煤矿综采工作面端头支护 和回采工总面巷道的前支护临时支护，可用于煤层倾角在 35 以下的 任何采煤工作面，支柱支护密度根据地质状况和采煤方式而定。由于 煤层自身的赋存条件（如近水平煤层、斜煤层、急斜煤层、直倒立转 煤层、 “ 鸡窝 ” 煤层等）和煤层赋存地质条件的复杂性（如在一块煤 田中，有大落差的断层，而较小的断层更是层出不穷） ，在众多的煤 矿井下支护产品中，单体液压支柱与铰接顶梁配合使用，具有投资 少、受地质条件限制少、使用和维护简单方便且操作灵活等特点，是 我国和东南亚等国家煤矿工作面的支护的主导设备，与综采液压支架 等其他多种支护形式产品将长期并存发展。 单体支护设备经历了三次飞跃发展，分别是 60 年代研制使用的 单体金属摩擦支柱（现已基本淘汰） ， 70 年代中期研制 80 年代推广的 活塞式单体液压支柱， 90 年代末研制应用的 柱塞悬浮式单体液 压支柱，使单体支护设备及支护技术得到突破性发展。 。 国外主要煤炭生产国中，单体液压支柱曾经在回采工作面广泛使用，最早使用国家在四十年代末就有该产品问世。其后，联邦德国、日本、波兰、苏联等国也相继在 五十年代使用。从国外单体液压支柱的使用情况表明，在六十年代初期其技术即达到成熟阶段。 三、毕业设计（论文）所用的主要技术与方法 1. 确定总体方案 械原理、材料力学、理论力学等知识进行技术设计 计算机绘图和手工方法绘制相关图 四、主要参考文献与资料获得情况： 单体液压支柱 煤炭工业部物资供应局出版社， 2001 2. 成大先 K 化学工业出版社 ,2007. 3. 成大先 K 化学工业出版社 ,2007. 4. 机械制图手册 5. 成大先 K 化学工业出版社 ,2007. 6. 刘鸿文 材料力学 M 北京教育出版社 五、毕业设计（论文）进度安排（按周说明） 第 56 周：查找资料，并确定自己的设计题目并完成开题报告； 第 710 周：开始着手计算与设计并绘制草图 ; 第 1113 周：计算机绘图，绘制精图； 第 1415 周：修改并完成说明书； 第 16 周：让指导教师修改设计准备答辩 六、 指导教师审批意见： 指导教师： （签名） 年 月 日 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 1 摘要 本论文所设计的是适用于大倾角煤层使用的单体液压支柱，主要目的是为了保证工作人员的安全。大倾角煤层下很容易发生倾倒、下滑现象，有时甚至会发生冒顶事故。普通的单体液压支柱不能满足要求，所以要对其进行改进，本次主要改进的部位是顶盖部分，由原来的通用式改为现在的防倒式。通过楔卡的安装，其独特的“ L”型设计，可以卡住顶梁底部的“”型扁钢，实现了支柱与顶梁的相互结合，这样便在很大程度上缓解了以上可能发生的事故。其次，本次设计除了采用传统的绘图工具 现二维制图外，还利用 件进 行三维实体造型，充分发挥出了 优点，使商家与使用者对产品在感观上有更进一步认识和了解。 关键词： 大倾角； 顶盖； 防倒式； 楔卡； 三维实体造型。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 2 is is to of 5 a to a to in to of D to of a to in a of 3D 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 3 目 录 摘要 1 2 第 1 章 绪论 .国煤层贮存状况 .途 .用范围 .体液压支柱发展概 况 . 国内、外单体液压支柱的发展趋势 . 使用单体液压支柱的突出优点 . 2 章 单体液压支柱的结构和工作原理 . 10 类 . 10 术特征 . 10 体液压支柱的工作原理 . 11 体液压支柱的结构 . 12 部件尺寸的计算与选择 . 13 定参数 . 13 缸与活柱体 . 13 体液压支柱三用阀和复位弹簧 . 16 体液压支柱用锻件 . 18 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 4 体液压支柱的橡胶件和塑料件 . 24 第 3 章 单体液压支柱结构及尺寸的验算 . 26 知设计参数 . 26 缸稳定性的验算 . 26 塞杆的强度验算 . 27 体强度验算 . 29 第 4 章 单体液压支柱的使用与维护 . 30 柱的拆装和试验 . 30 用阀的组装 . 30 柱组装 . 31 柱的拆卸 . 32 验 . 33 用注意事项 . 33 柱的故障与维修 . 35 见支柱故障及排除方法 . 35 修注意事项 . 38 经济分析 . 40 结论 . 41 致谢 . 42 参考文献 . 43 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 5 第 1章 绪论 国煤层贮存状况 我国是煤炭资源最为丰富的国家，煤炭的储量和产量占世界第一位。煤炭已经成为我国所依赖的重要能源。我国的煤炭资源分布地域极广，煤层贮存状况也各式各样，主要有如下几个特点： （ 1）从围岩和煤层贮存的关系上来说，我国不仅有贮存在软岩顶板下的煤层和一般顶板条件下的煤层，还有赋存在坚硬顶板条件下的煤层。坚硬顶板下煤层开采难度相当大，常常有几千平方米的悬顶出现，一旦垮落即可造成严重的事故。 （ 2）从煤层贮存的地质条件来说，由于地质条 件复杂，由地壳运动而造成的被断层破坏的煤层较多。在一块煤田中，总有几条贯穿整个煤田的、大落差的断层，至于较小的断层更是层出不穷。 （ 3）从煤层自身的贮存条件上来说，在我国境内的煤层有近水平煤层，有倾斜煤层，有急倾斜煤层，还有直立倒转的煤层；不仅有相当稳定的大片煤层，也有像我国南方的“鸡窝”状贮存煤层。 可以看出，我国是世界上煤层贮存条件最为复杂的国家。在开采的实践过程中，工程技术人员所遇到的困难和解决困难的方式是全世界绝无仅有的。近几年煤矿冒顶事故频繁发生，因此，单体液压支柱在采矿工业中是非常重要的。它保障 着国家财产和人员的生命安全，尤其在大倾角煤层中，更能体现它的重要性。但通用式单体液压支柱不能满足要求，所以对其顶盖进行改进 采用防倒式顶盖。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 6 途 外注式支柱是一种外部供液的恒阻式单体液压支柱。它可与金属顶梁配套使用，也可单独做点柱用，供煤矿一般机械化工作面支护顶板，或供综合机械化工作面作端头支护及其他临时性支护。 用范围 外注式支柱使用于下列煤层条件： （ 1）煤层倾角大于 25 35的急倾斜回采工作面。 （ 2）煤层顶、底板条件 工作阻力为 300支柱，底板抗压入强度应为 28上。如底板较软 ，支柱压入底板的深度以不恶化顶板的完整性及不影响支柱的回收为限，否则，应采取“穿鞋”或加大底座等措施。 适用于一人工作时进行支护作业。 顶板冒落情况较好，冒落后不影响支柱的回收。 在分层开采人工假顶工作面或地质构造较复杂的条件下使用时，应采取安全措施。 在煤质较软的爆破采煤工作面使用时，应对活柱体外表面采取保护措施，以防崩坏。且不能当贴帮柱用。 本支柱不宜使用在下列条件的工作面： （ 1）煤质较硬的炮采工作面，以及周期来压特别强烈或有冲击地压的工作面。 （ 2）工作面采高太低，不能保证顶板下沉后支柱安全 回收所需的最小高度。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 7 （ 3）不同工作特征或不同工作阻力的支柱，均不能在同一工作面混用。 体液压支柱发展概况 内、外单体液压支柱的发展趋势 目前，我国煤矿的回采工作面支护装备，除一部分整体自移式液压支架外，主要的仍使用六十年代初期发展的摩擦式金属支柱，用这种支柱装备的回采工作面的产煤量约占百分之七十以上。 六十年代初期，回采工作面几乎全部使用木支架。当时开始了第一次支护技术改革，即摩擦式金属支柱配以铰接顶梁代替木支护，并经历了大约三年时间大量推广应用。 其最突出的效果之一是大幅度的降低了木材消耗。与此同时 ，也促使人们认识到矿山支护是一门综合的技术，与岩层控制及采掘工序紧密相关，对加强顶板管理促进安全生产起着举足轻重的作用。 我国在六十年代已开始了液压支柱的研究，经过一度中断后，于七十年代初继续进行研究试制工作，至七十年代末完成了工业性试验，进行了技术鉴定，现已经投入成批生产，并正在有计划的逐步进行回采支护的更新换代工作。近几年国内的大量实践证明，使用单体液压支柱有着良好的技术经济效果，适合国情，适应煤矿的具体情况，是进行回采支护第二次技术改革的一个方向。 但是在大倾角煤层的支护作业中，使用通用式顶盖还是具有 一定的缺陷。因此，本次设计主要针对这一问题进行解决与改进。 国外主要产煤国家中，单体液压支柱曾经在回采工作面广泛采用，最早研制、使用的国家（如英国）在四十年代后期就已有产品问世。其河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 8 后，联邦德国、日本、波兰、苏联等国家在五十年代相继采用，如联邦德国萨尔矿区大体经历十年左右的时间在条件适应的工作面基本上全部使用。从 1956 年到 1963 年，使用单体液压支柱的产量达 五年左右时间内使用量增长了 7 8 倍。国外单体液压支柱的使用情况表明，在六十年代初期技术即达到成熟阶段。 用单体液压支柱的突出优点 1、初撑 力高 一般地，初撑力可以达到 7 10t，为摩擦式金属支柱的 3 10 倍（摩擦式金属支柱用液压升柱装置时初撑力 2 3t，不用液压升柱装置时初撑力仅 1t 左右）。 2、恒阻的性能 在较小的顶板下沉量情况下，支柱即可达到额定的工作阻力，并保持恒阻的特点（摩擦式金属支柱在顶板下沉量大，支柱下缩到 100400上时才能达到最大工作阻力）。显然，单体液压支柱能很快达到较高的工作阻力，大大改善了顶板维护状况。 3、支柱承载力均匀 初撑力大与恒阻的特点，使各支柱能较均匀的承受载荷，这是优于摩擦式金属支柱的重要特点，对 保持中等稳定以下工作面顶板的完整是十分有利的。 4、支、撤速度快 单体液压支柱的升柱与降柱，靠液压系统来完成。内注式支柱只须扳动手柄、外注式支柱用注液枪从外部注液、扳动卸载阀排液等轻微操作即可完成回撤与支设作业，其速度一般比摩擦式支柱提高一倍左右。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 9 5、促进安全生产、降低辅助材料消耗 由于初撑力高与顶板接触严实，回撤与支设速度快，控制顶板效果好，提高了工作面推进速度，冒顶事故明显减少，促进了安全生产，相应地降低了木材消耗。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 10 第 2章 单体液压支柱的结构和工作原理 类 1、按用途分类 （ 1）通用型支柱。用于一般条件下 使用。 （ 2）重型支柱。用于特殊条件下使用。 2、 按升柱时工作液循环方式分类 （ 1）内部注液式单体液压支柱（简称内注式）。 工作液压油在机体内形成闭路循环。 （ 2）外部注液式单体液压支柱（简称外注式）。从泵站供给乳化液，通过注液枪注入支柱。 3、 按材质分类 （ 1）热轧低碳合金钢单体液压支柱。 （ 2）冷拔低碳合金钢单体液压支柱。 （ 3）轻金属合金钢单体液压支柱。 我国批量生产、使用的是热轧低碳合金钢支柱。 术特征 支柱型号组成和排列方式如下： 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 11 技 术 要 求1 复 位 弹 簧 安 装 需 有 予 紧 力 。2 手 把 体 应 转 动 灵 活 。3 连 接 钢 丝 全 部 打 入 槽 中 （ 涂 油 防 锈 ） 活 塞 连 接 钢 丝 入槽 后 应 成 对 接 形 式 ， 槽 口 （ 活 塞 处 除 外 ） 用 火 漆 或 油腻 子 封 口 ， 以 防 煤 尘 进 入 。4 在 手 把 体 铣 平 面 处 打 钢 字 （ 用 1 0 号 字 ）口 口 口 口 - - 口 / 口 口 口年 月 制 造 号5 组 装 完 成 。 顶 盖 ， 手 把 体 表 面 涂 黑 漆 。修改序号补充特征代号油 缸 内 径 ， m 大高度，第二特征代号第一特征代号产品类型代号 类型及特征代号用汉语拼音大写字母表示： D 表示单体液压支柱，第一特征代号中 N 表示内注式支柱； W 表示外注式支柱。第二特征代号中 S 代表双伸缩，无字母代表单伸缩， Q 代表轻合金。主参数用阿拉伯数字表示；补充特征代号一般不用。修改序号用加括号的大写拼音字母（ A）、（ B）、（ C）表示，用来区分类型、主参数、特征代号均相同的不同产品。 体液压支柱的工作原理 1、工作介质 外注式单体液压支柱工作介质为乳化液，回柱时乳化液排至工作面采空区。 2、 动力来源 外注式的工作介质是由设在巷道中的泵站经高压软管、注液枪等组成的 管路系统供给，并由泵站保证支柱一定的初撑力。 3、降柱方式 一般靠活柱的自重和复位弹簧降柱。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 12 体液压支柱的结构 单体液压支柱为外部注液的单体液压支柱。 单体液压支柱有活柱体、油缸、三用阀、顶盖、底座体、复位弹簧、手把体、活塞等主要零部件组成。如图 2 1所示 ： 注液枪泵站供液卸载手把卸载图 2 1 外注式单体液压支柱装配图 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 13 部件尺寸的计算与选择 定参数 直径 100 工作阻力 300 最大高度 2000 缸与活柱体 1、油缸 油缸是支 柱下部承载杆件。 如图 2 2 所示： 图 2 3 油缸 （ 1）主要技术要求 有足够的强度，能长期承受最高工作压力以及短期动态试验压力而不会产生永久变形。 有足够的刚度，能承受活柱侧向力，而不至于产生弯曲。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 14 内表面在活塞密封件及导向环的摩擦力作用下，能长期工作，且磨损少，几何精度高，确保活塞密封。 （ 2）材料 缸筒材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，根据油缸的参数、用途和毛坯，可选用的材料是 27 （ 3）缸筒的计算 立柱的工作阻力，缸内 压力，缸筒内径之间的关系为 P=4中 p 缸筒内压力， N/ 缸筒内径， P 立柱工作阻力， 初 撑 力工 作 阻 力则 p=式中 乳化液泵的工作压力； 一般在 撑力 = 作阻力 =300=157预算缸径尺寸和缸壁厚度 缸筒内压力为 p=224= 324 300 1010 =中 P 立柱工作阻力 300 缸筒内径 100 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 15 缸筒材料为 27缝钢管， s= = 壁厚度为 = 22D 0 . 4( 1 1 )1 . 3 = 1 0 0 5 5 5 . 9 0 . 4 3 8 . 2( 1 1 )2 5 5 5 . 9 1 . 3 3 8 . 2 =虑到缸口要车槽口和台阶，所以选用缸壁厚度为 7 （ 4）缸筒的加工要求 缸筒 内径采用 合； 缸筒内径 D 的圆度公差值可按 9、 10、 11 级精度选取，圆柱度公差值可按 8 级选取； 缸筒端面 级精度选取。 2、活柱体尺寸的确定 活柱体是支柱上部承载杆件。根据油缸的外径可以确定出活柱的内外径分别为 78 95 在外注式单体液压支柱的活柱外侧还装有限位装置，其是限制活柱升高，保证油缸与活柱具有一定重合长度，防止活柱拔出和损坏的装置。限位装置有限位套、限位环、钢丝挡圈和限位台阶等多种形式。缸径为100 支柱采用活柱上限位台阶限位。 支柱升高， 活柱上限位装置与手把体接触后，如果继续供液，活柱也不再升高。因此，限位装置必须具有一定强度，使其承受初撑力时，不至于损坏。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 16 限位台阶高度尺寸计算过程如下 H=760 0 1 0 010 51中 L 立柱最大工作行程， 缸筒内径， 图 2 4 活柱体 体液压支柱三用 阀和复位弹簧 1、外注式单体液压支柱三用阀的选择 三用阀顾名思义，即有三种用处的阀。它是外注式单体液压支柱的心脏，支柱靠它的单向阀完成开柱和支撑；靠它的卸载阀完成支柱的回收；靠它的安全阀在支柱过载时使支柱缓慢下缩，保护支柱不致受损。外注式支柱将三个阀组装在一起，便于更换和维修。 三用阀利用左右阀筒上的螺纹装在支柱柱头上，并用阀筒上的 O 形密封圈与柱头密封。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 17 图 2 5 三用阀 1 左阀筒； 2 注油阀体； 3 限位套； 4 单向阀阀座； 5 压紧螺套； 6 钢球 8； 7 锥形弹簧； 8 卸载阀垫； 9 卸载阀弹簧； 10 连接螺杆； 11 阀套； 12 阀座； 13 O 形圈 13 14 O 形圈 28 15 安全阀针； 16 安全阀垫； 17 六角导向套； 18 O 形圈 42 19 弹簧座； 20 安全阀弹簧； 21 调压螺丝； 22 右阀筒 2、复位弹簧 采用复位弹簧降柱可加速支柱下降速度。复位弹簧一头挂在柱头上，另一头挂在底座上，并使它具有一定的预紧力。并且使用复位弹簧支柱的底座不能焊在油缸上，而必须活接，且采用连 接钢丝与油缸连接。 复位弹簧是单体液压支柱在进行回收时，使活柱筒快速回重要零件。检验复缩的位弹簧时，应根据支柱实际支设状况，将其拉伸到最大使用高度后保持 24 小时，最多允许弹簧有 4残余变形，这样的复位弹簧才算合格。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 18 体液压支柱用锻件 外注式单体液压支柱中有 5 个零件是用模锻加工而成。它们分别是顶盖、手把体、底座、活塞和柱头。 1、顶盖 本次单体液压支柱主要针对大倾角煤层的工作状况而设计的，在大倾角工作面中单体支柱的倾倒与下滑问题一直都很严重 ,顶板冒落甚至大面积垮落事故时有发生 ,严重威胁着工作面的 安全生产。改进单体液压支柱顶盖的结构将有助于改善以上几种情况，因此，我采用了防倒式顶盖。 防倒顶盖的基本结构如图 2 5 所示 ,它由顶盖底板、楔卡、挡板组成。楔卡安装在顶盖底板导槽内。楔卡为“ L”形。每只防倒顶盖内安装两只楔卡 ,每只楔卡有一个侧面带有斜度。防倒顶盖取代普通顶盖后 ,通过楔卡卡住顶梁底部的型扁钢 ,实现支柱与顶梁的相互联接。由于两只楔卡均带有斜度 ,因而安装时可以相互砸紧。回柱时 ,只须锤击楔卡的小端 ,使楔卡张开 ,脱离顶梁 ,便可按正常程序回拆支柱。防倒顶盖与顶梁联接后 ,限定了支柱与顶梁的支设状态。 顶盖 是可更换件。它通过三个弹性圆柱销与活柱体的柱头（或接长柱筒）连接在一起，将顶板岩石的压力传递到支柱上，并利用四爪与楔卡防止顶板来压时支柱滑倒失效。 （ 1）尺寸的计算 楔卡的高度是由顶梁的厚度、宽度和煤层的角度所决定的； h=a+c+b中 h 楔卡的高度； a 楔卡厚度； 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 19 c 顶梁厚度； b 顶梁宽度； 煤层倾角。 其余尺寸均由自行设计而定。 如图所示 图 2 6 防倒顶盖结构 图 2 7 顶盖的三维实体造型图 1 楔卡 ;2 挡板 ;3 顶盖底板 2、手把体 手把体是单体液压支柱上唯一的一个可用手抓住的零件，对搬运、支设、移动支柱非常重要。手把体内装有防尘圈、导向环。它通过手把河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 20 体连接钢丝与油缸相连接，能绕油缸自由转动便于操作和搬运。 手把体内孔的尺寸根据油缸外径、活柱外径、手把体连接钢丝、防尘圈和导向环的尺寸确定，防尘圈和导向环的尺寸根据活柱外径选取。 。图 2 8 手把体 图 3 9 手把体三维实体 造型图 3、底座 底座体由底座、弹簧挂环、 O 形密封圈、防挤圈等组成。它是支柱底部密封和承载的零件。它通过底座连接钢丝与油缸相连接。 底座体外径由油缸内径而定，各凹槽部分分别由安放在此处的标准件的尺寸决定，而各标准件的尺寸是根据油缸内径值查表而得。 结构形式如图 2 10 所示。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 21 图 2 10 底座体 图 2 11 底座体三维实体造型图 4、活塞 活塞是支柱的活柱体和液压缸之间密封的零件，当支柱受力时承受一定的载荷和弯矩。 活塞上装有 Y 形密封圈、皮碗防挤圈、活塞导向环、O 形密封圈、活塞防挤圈等。它通过活塞连接钢丝与活柱体相连接。活塞起活柱导向和油缸密封作用。活塞根据密封装置形式来选用其结构形式，而密封装置则按工作压力、环境、介质等条件来选定。 （ 1）材料 活塞材料一般不同于缸筒的材料，选用 45 钢。 （ 2）加工要求 活塞最大的外径根据油缸内径所得，但不能完全等同与油缸内径，因为活塞要延着油缸内径进行上下往复运动，所以要小于油缸内径。活河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 22 塞与活柱接触的尺寸根据活柱内径所得，其它凹槽尺寸的计算原理同手把体一样，都是根据密封结构形式来确 定； 活塞外径 d 对内孔 径向跳动公差值，按 7、 8 级精度选取。 端面 T 对内孔 垂直度公差值，按 7 级精度选取。 外径 d 的圆柱度公差值，按 9、 10、 11 级精度选取。 如图所示 图 2 12 活塞 图 2 13 活塞三维实体造型图 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 23 利用 模型分析模块，能够即快又准确的计算出零件的体积和各个截面的面积。只要给它输入该材料的密度后，就能够计算出零件的质量。使用起来方便、快捷、准确。 下面以活塞为例进行说明 打开活塞的零件图后，在分析中点击模型分析，然后选择零件体，再输入其密度 10成后便输出如下数值 体积 =109 面积 =107 密度 =10 质量 = 5、柱头 柱头是支柱上安装三用阀的地方，承受和传递支柱的载荷。 柱头与活柱的连接方式为焊接，其外径可根据活柱外径确定，上端销孔尺寸则由标准件弹性销的尺寸所决定，安装三用阀的孔也由三用阀的外径确定。 柱头的结构形式如下图所示 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 24 图 2 14 柱头 图 2 15 柱头三维实体造型图 体液压支柱的橡胶件和塑料件 单体液压支柱及三用阀中所使用的各种橡胶件和塑料件共 15 件，详见下表 2 1。 表 2 1 项目 类别 名称 规 格 材 料 数量 备 注 单 体 液 压 支 柱 Y 形密封圈 防尘圈 O 形密封圈 活柱导向环 活塞导向环 皮碗防掎圈 活塞防掎圈 底座防掎圈 100 80 97 10 10 2 80 100 228 丁腈橡胶 腈橡胶 229 聚甲醛 聚甲醛 聚甲醛 聚甲醛 聚甲醛 1 1 1 1 1 1 1 1 外径 高 厚 外径 高 厚 外径 高 厚（不切口） 外径 高 厚 外径 高 厚 三 O 形密封圈 42 28 229 1 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 25 用 阀 安全阀垫 卸载阀垫 单向阀阀垫 13 6 2 27 14 3 S 520 1 520 1 1 1 1 其中大流量三用阀的安全阀部分，有一特制密封圈 所谓防挤圈是指防止 O 形密封圈受挤的一个圈，故它在安装时应该放在 O 形密封圈或 Y 形密封圈的低压一侧。 防尘圈的作用是紧抱单体液压支柱的活柱，在支柱升降时防止煤粉进入液压缸。 Y 形密封圈是单 体液压支柱的活柱通过活塞和支柱油缸密封的关键零件，又是支柱在承载时的承压件。同时在支柱回柱时，它又能使支柱的活柱快速回缩而达到回收的目的。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 26 第 3章 单体液压支柱结构及尺寸的验算 知设计参数 （ 1）立柱初撑力： 57 2）立柱工作阻力： P=300 3）油缸外径： 14缸内径： D=100 4）活柱外径： 5柱内径： 8 5）支柱最大高度： 2000柱最小高度： 1240压行程： 760缸稳定性的验算 验算活塞杆全部伸出并受最大同心纵向载荷的稳定性。 油缸稳定性条件为 即 211 0 . 6J J M N 211式中 稳定的极限力； P 最大工作阻力； 活塞杆断面惯性矩， 411 64 =106 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 27 缸体断面惯性矩， 4402 64 =106 根据 21 21 立柱稳定性的极限力为 2110 . 6 M =600柱的最大工作阻力 P=300满足稳定条件上述 仅当活塞杆头部距离在载荷下发生最大挠度处的距 x l 时才适用 x=2280 1280 0300 10=6555mm l 所以适用。 塞杆的强度验算 1、在承受同心最大载荷情况下油缸的初挠度 1 1 2 1 2 121 c o l la l p l 中 1 活塞杆与导向套处的最大配合间隙， 1= a 活塞杆全部外伸时，导向套前端至活塞末端间距， a =151 2 活塞和油缸的最大配合间隙， 2= l 活塞杆全部外伸时，活塞杆头部销孔至油缸尾部销孔间距 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 28 l =1l + 2l =1971 G 立柱总重， G =415 油缸轴线与水平面的交角， =83 。 2、油缸的最大挠度 当 5d， 12 1121212 式中 110 220 1 1 15 7 . 3t tg k l 2 2 25 7 . 3t tg k l E 钢的弹性模量， E=05 3、 活塞杆的合成应力 8 9 . 6 M P p W 合 式中 A 活塞杆的断面积， 22124A D D W 活塞杆的断面模数， 331232W D D 37564.5 4 . 0 2 合安全 活塞杆材料为 45#钢， s=360 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 29 n 一般最小取 缸体强度验算 油缸壁厚验算 100 4 . 4 3 . 22 2 . 5 时，按中等壁厚缸体公式计 算 2 . 3s PD 式中 P 油缸内工作压力， P= c 计入管壁公差及侵蚀的附加厚度，一般取 c=2 强度系数，当无缝钢管时， =1； 缸壁厚，取 22.5 b 缸体材料， 27 缝钢管 b=980 n 许用安全系数，一般在 5 范围内选取。 把上列公式化为： () 3 8 . 2 (1 0 2 2 . 5 0 . 2 ) 9 7 . 62 . 3 ( ) 2 . 3 ( 2 2 . 5 0 . 2 ) c M P 1 0 . 0 4 1 0 . 0 4 所以可以安全使用。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 30 第 4章 单体液压支柱的使用与维护 柱的拆装和试验 用阀的组装 1、组装前的装备 （ 1）合格 的三用阀零件在组装前必须用压力油冲洗干净，任何有毛刺、铁屑或生锈的零件均不得组装。 （ 2）装好全部 O 形密封圈。 （ 3）六角导向套的组装 把安全阀垫装入六角导向套中，要装到底，并检查安全阀垫工作面是否平整。在阀座和六角导向套接触时，阀垫压缩量应控制在 （ 4）注油阀体的组装 将单向阀座连同限位套一起装入注油阀体中，并装入 8 钢球，再用一字型螺丝刀拧紧螺套（拧紧程度要适当，以防单向阀座变形），并把卸载阀垫装入注油阀体。 2、组装 将阀针装 入阀座中，阀针端面不应露出阀座端面，并检查运动是否灵活，再转入阀套内，然后将连接螺杆拧入阀套并拧紧。用镊子将六角导向套装入阀套内，检查六角导向套轴向运动是否灵活，应无卡阻，然后装入 8 钢球、弹簧座、安全阀弹簧，用调压工具拧紧调压螺丝。 安全阀部分装好以后，将阀套装入装配套筒中。单向阀锥型弹簧装在连接螺杆上，套上左阀筒并与装配套筒拧紧，用套筒扳手将注油阀体河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 31 拧入螺杆。然后拧下装配套筒，换上右阀筒。三用阀组装完毕之后，需根据矿用单体液压支柱（ 93）中的有关规定对其进行调压和试验。安全阀的开启压力调定是用调压工具调整调压螺丝的进退来实现的。 调好安全阀应涂上 化剂封存。 柱组装 1、组装前的准备 （ 1）用压力油洗净活柱、油缸、活塞、底座、手把体等零件，不允许零件上有铁屑和污物。 （ 2）在手把体的内表面、顶盖与柱头配合面、底座与液压缸配合面及活塞与活柱配合面涂防锈油。 （ 3）在活塞、底座上装入 O 型密封圈和防挤圈，注意防挤圈的位置应紧靠 O 型密封圈的低压侧。 （ 4）把 Y 形密封圈、防挤圈和导向环安装在活塞上，注意活塞导向环外径应大于活塞的最大外径 。 2、活柱体的组装顺序 （ 1）将防尘圈和活塞导向环按次序（注意方向）装在手把体上。 （ 2）将手把体套入活柱体。在限位钢丝圈槽中先装上一个 O 形密封圈（作为装配工具），这样手把体上的防尘圈就能顺利通过，然后取下O 形密封圈，将限位钢丝圈涂油装在活柱上，并测量限位钢丝圈的外径（应比油缸的外径小 上）。 （ 3）将活塞装入活柱。 （ 4）把复位弹簧挂在活柱体中。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 32 3、支柱整体组装 （ 1）将装好的活柱体装入油缸，并将手把体装好，穿上连接钢丝。 （ 2）将顶盖装入活柱体，用弹性圆柱销连接好，所有弹性圆柱销均不允许露 出，其开口应垂直于支柱的轴向方向。注意使顶盖方体轴线与柱头阀孔轴线平行。 （ 3）将复位弹簧挂在底座弹簧环上，并将底座装入油缸，穿好底座连接钢丝。 （ 4）装上三用阀，并使三用阀卸载孔轴线垂直于支柱轴线。 4、组装注意事项 （ 1）除油缸、底座等裸露表面电镀外，所有连接配合部分及活柱外圆均应涂防锈油。 （ 2）装配底座时应将防挤圈切口背向穿钢丝槽口，在打入底座时应注意避免穿钢丝槽口碰坏防挤圈。 （ 3）所有连接钢丝均打入槽口，不允许外露，并将手把体和底座的连接钢丝口用火漆或油漆腻子封死。 （ 4）支柱组装时，不允许用铁 锤敲打油缸、活塞、活柱等零件。 （ 5） 组装 完毕的支柱在运输过程中不允许随意摔砸。 柱的拆卸 支柱的拆卸可按装配相反的工序进行，但应注意； （ 1）底座的拆卸应用活柱顶出。 （ 2）先将活柱体抽出到最大高度，再拆卸手把体，以免活塞刮坏油缸。 （ 3） 拆卸活塞时应使用卸活塞工具，用撞块冲击数次剪断 33 圈即可取出活塞。 验 支柱及三用阀组装完毕后，应按照矿用 单 体液压支柱 （ 93）中的有关规定进行试验，合格后方可下井。 用注意事项 （ 1）首先 ,应根据工作面采高，选择合适的支柱规格；根据工作面顶板压 力大小，确定合理的支护密度。 （ 2）支柱必须达到出厂试验要求或维修质量标准，方可下井使用 必须经过检查复试合格 ,才能下井使用。 （ 3）检查乳化液泵机械电气部分是否正常 ,油箱乳化液是否够用，浓度是够合适。启动乳化液泵，待泵各部运转正常，供液压力达到泵站额定工作压力时方可向工作面供液。 （ 4）将支柱移至预定支设地点后，先用注液枪冲洗注油阀体，然后将注液枪插入 三用阀中并用锁紧套连接好。 （ 5）支柱第一次使用前，应先升、降柱一次（最大行程），以排净缸体内空气，之 后才能正常使用。 （ 6）支设支柱时，应 注意下列四点： 支柱应垂直于顶、底板，支设在金属铰接顶梁下面，并有一定的迎山角，使支柱处于垂直受力状态且不易推倒。 三用阀的单向阀应朝采空区方向或下顺槽，以利安全回柱。 支柱与工作面运输机械应有适当的距离，避免采煤机撞倒支柱或河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 34 撞坏油缸、手把体和三用阀。 支柱顶盖的四爪应卡在顶梁花边槽上，不允许将四爪顶在顶梁上或顶梁接头处。支柱配合木顶梁使用或做点柱用时，应更换顶盖（换成不带爪子的柱帽）。 （ 7）操纵注液枪向支柱内腔供液，并使支柱顶盖与金属顶梁接触，待支柱达到初撑力后，松开注液枪手把。注液枪卸载。摘下 锁紧套后，轻轻敲打注液枪手把，在高压液体的作用下，注液枪便会自动推出。 （ 8）使用中的支柱，活柱升高量已接近最小安全回柱高度时，应及时回撤，以免压死。 （ 9）绝对禁止用锤、镐等金属物体猛力敲砸支柱任何部位，以免损坏支柱。若支柱被压成“死柱”，只能采取挑顶或卧底的方法取出，不允许爆
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