液壓支架用伸縮式兩級(jí)液壓缸設(shè)計(jì)課件

1、 太原理工大學(xué) 繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙 第1章 緒 論1.1課題背景山西介休倡源煤炭有限責(zé)任公司是山西凱嘉能源集團(tuán)有限責(zé)任公司屬下企業(yè)。公司前身為介休市連福鎮(zhèn)鎮(zhèn)辦煤礦，2005年8月，由山西義棠煤業(yè)有限公司整體并購(gòu)，2006年4月，省煤整辦批準(zhǔn)山西介休倡源煤炭有限責(zé)任公司整合金山坡煤礦和西興煤礦, 2007年12月, 山西義棠煤業(yè)有限公司、山西中通投資有限公司、介休義民投資有限公司三方簽署合作協(xié)議，共同投資建設(shè)山西介休倡源煤炭有限責(zé)任公司。公司注冊(cè)資本為1.6億元，現(xiàn)有資產(chǎn)總額 8億多元，員工1600多名，其中:中專以上學(xué)歷員工450多名，初級(jí)以上職稱員工 90多名。公司位于介休市連福

2、鎮(zhèn)，朝南相望是生態(tài)原始、風(fēng)景獨(dú)特的天峻山，西距介休市20km，北距大運(yùn)高速、108國(guó)道及南同浦鐵路干線義安站20km，東與介沁公路相鄰, 地理位置優(yōu)越，交通便利。公司井田面積4.62km2，可采煤層6層，可采儲(chǔ)量32702kt，設(shè)計(jì)能力為90萬(wàn)噸/年。公司實(shí)行董事會(huì)領(lǐng)導(dǎo)下的總經(jīng)理負(fù)責(zé)制，股東會(huì)、董事會(huì)、監(jiān)事會(huì)、黨總支、工會(huì)組織齊全，有14個(gè)職能部門以及綜采、普采等9個(gè)生產(chǎn)基層隊(duì)。 倡導(dǎo)文明，源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。公司秉承“以德為魂，誠(chéng)信為本”的企業(yè)精神，近年來(lái)，在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、企業(yè)管理、員工隊(duì)伍、企業(yè)文化、環(huán)境建設(shè)、后勤保障等方面都發(fā)生了巨大的變化,使一個(gè)名不見經(jīng)傳的小煤礦改造成為年產(chǎn)90萬(wàn)噸原煤的新型煤炭企

3、業(yè)，使一個(gè)生態(tài)惡化的舊礦井改造成為環(huán)境優(yōu)美的綠色生態(tài)礦井。公司被介休市人民政府授予“優(yōu)秀管理先進(jìn)單位”等榮譽(yù)稱號(hào)。在凱嘉集團(tuán)的統(tǒng)領(lǐng)下，公司將以“高水平規(guī)劃、高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、高質(zhì)量管理”為指導(dǎo)思想，致力于基礎(chǔ)建設(shè)和未來(lái)發(fā)展，全體員工將以百折不撓的精神和敢為人先的勇氣，高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)，努力把公司打造成為管理科學(xué)、裝備先進(jìn)、安全文明、集約高效的標(biāo)準(zhǔn)化煤炭企業(yè)。1.2液壓支架簡(jiǎn)述20世紀(jì)50年代前在國(guó)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(lái)支護(hù)頂板。1954年英國(guó)首先研制出液壓支架，通過(guò)對(duì)液壓支架的逐步完善改進(jìn)，進(jìn)而普遍推廣使用使采煤工作面采煤過(guò)程中的落煤,裝煤，運(yùn)煤和支護(hù)等工序全

4、部實(shí)現(xiàn)了機(jī)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(jìn)采煤方法，采用了放頂煤技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的普及應(yīng)用與提高為煤礦生產(chǎn)自動(dòng)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(jì)雙作用伸縮液壓缸。優(yōu)點(diǎn)：調(diào)高范圍大，屬液壓無(wú)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(diǎn)：由于本型某些缸徑立柱的中缸強(qiáng)度裕度偏小，遇有采煤工作面基本頂壓力顯現(xiàn)強(qiáng)烈時(shí)中缸有時(shí)會(huì)出現(xiàn)鼓脹現(xiàn)象，損壞立柱。支架技術(shù)特征參數(shù)：型號(hào)：ZY5000/17/35型掩護(hù)式液

5、壓支架高度：（最低最高） 1.73.5m寬度：（最小最大） 1.431.6m中心距：1.5m初撐力：（P=31.5MPa） 3877 KN工作阻力： 4000 KN對(duì)底板前端比壓：0.642.5 MPa支護(hù)強(qiáng)度：0.800.87 MPa移架步距：700mm泵站壓力：31.5MPa操作方式：鄰架控制1.3液壓支架立柱特點(diǎn)液壓支架上的立柱實(shí)際上是推力液壓缸的一種，其特點(diǎn)如下：立柱是支架實(shí)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(qiáng)度，密封性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并能適合支架的工作需要。立柱一般由活塞，活塞桿，缸體三部分組成。

6、由于支架工作時(shí)，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(jìn)入缸體，在導(dǎo)向套上要裝防塵圈。對(duì)于單伸縮立柱，為了擴(kuò)大支架的支護(hù)高度范圍，可采用機(jī)械加長(zhǎng)桿，如圖1.1圖1.1帶有機(jī)械加長(zhǎng)桿的雙作用伸縮式立柱1缸頭，2油口，3前端蓋，4缸體，5活塞，6活塞桿，7后端蓋圖1.2雙伸縮式立柱1后端蓋，2，3，4，5，6，7卡箍，內(nèi)卡鍵，鼓型密封圈，導(dǎo)向環(huán)，8下活柱，9活塞，10缸筒，11，12，13，14導(dǎo)向環(huán)，導(dǎo)向襯套，蕾型密封圈，防塵圈，15柱頭，16底閥立柱

7、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(shí)由一定的適應(yīng)性。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(jiǎn)單加工維修方便。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(jí)缸體，2一級(jí)活塞，3底閥，4二級(jí)活塞，5活塞桿1.4雙伸縮式立柱結(jié)構(gòu)及工作原理如圖1.3所示，升柱時(shí)高壓液體從液口A進(jìn)入立柱，液口B和C連通回液管路，升柱過(guò)程分為兩個(gè)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(shí)，高壓液體從B和C同時(shí)進(jìn)入，液口A連通回液管路。降柱過(guò)程也分為兩步

8、完成。第一步是下活柱縮回缸體內(nèi)此時(shí)上活柱由于柱內(nèi)單向閥處于閉鎖狀態(tài)，所以不會(huì)下縮，當(dāng)下活柱完全縮回后，單向閥閥芯頂桿與缸體凸臺(tái)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(shí)，頂板對(duì)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活柱，這時(shí)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(dá)到安全閥的調(diào)定壓力時(shí)，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(shí)，頂板的作用力使上活柱縮回。1.5.雙伸縮式立柱運(yùn)行及負(fù)載特點(diǎn)：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(shí)，上活柱的伸出長(zhǎng)度是不變的。因此上活柱相當(dāng)于立柱的

9、液壓加長(zhǎng)桿。由于上活柱的長(zhǎng)度可以自由調(diào)節(jié)，比單伸縮立柱調(diào)節(jié)機(jī)械加長(zhǎng)桿方便的多 ，所以目前應(yīng)用的越來(lái)越多，它的缺點(diǎn)是價(jià)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(shí)，上活柱的伸出長(zhǎng)度有時(shí)也要變化，造成初撐力太小，不利于板頂維護(hù)。另外，在承載時(shí)，由于負(fù)載相同，上活柱下腔的壓力會(huì)大于下活柱下腔的壓力，如果壓力太大，會(huì)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(shí)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。第二章

10、 雙伸縮立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 原始數(shù)據(jù)：一級(jí)缸行程1000mm，二級(jí)缸 700mm， 工作壓力：31.5Mpa 工作阻力 P=4000KN2.2 設(shè)計(jì)要求： 內(nèi)容：設(shè)計(jì)說(shuō)明書，裝配圖，主要零件圖2張。建模，整體裝配。要求：根據(jù)原始數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行液壓支架雙伸縮式立柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行各零件的三維建模與立柱的整體裝配及運(yùn)動(dòng)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(jì)的液壓缸的使用要求不同可選擇設(shè)計(jì)各零部件。2.3工況分析

11、并確定液壓缸參數(shù)2.3.1支架的承載過(guò)程支架的承載過(guò)程是指支架與頂板之間相互力學(xué)作用的過(guò)程，包括初撐，承載增阻和恒阻三個(gè)階段。如圖2.1（一）初撐階段圖 2.1 雙伸縮式立柱工作曲線圖在升架過(guò)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(shí)，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(shí)支架對(duì)頂板的支撐力為初撐力 支撐式支架的初撐力為： 式中 D支架立柱的缸徑，m Pb泵站的工作壓力，MPa n-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(guò)早的因下沉而離層，減緩頂板下沉速度，增

12、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(lái)提高初撐力，以免缸徑過(guò)大。（二）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(duì)頂板的支撐力也隨之增大，呈現(xiàn)增阻狀態(tài)，這一過(guò)程為支架的承載增阻階段。（三） 恒阻階段隨著頂板壓力的進(jìn)一步增加，立柱下腔的液體壓力越來(lái)越高，當(dāng)升高到安全閥的調(diào)定壓力時(shí)，安全閥打開溢流，立柱下降，液體壓力隨之降低。當(dāng)降到安全閥的調(diào)定壓力時(shí)，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(guò)程，又由于安全閥的作用，支架的支撐力維護(hù)在某一恒定數(shù)值上，這是支架的恒阻階段，此時(shí)，支架對(duì)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

13、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=4000KN.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(duì)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達(dá)到工作阻力，防止頂板過(guò)早的離層，增加頂板的穩(wěn)定性。對(duì)于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板，為了維護(hù)機(jī)道上方的頂板，應(yīng)取較高的初撐力，約為工作阻力的80%；對(duì)于穩(wěn)定頂板，初撐力不宜過(guò)大，一般不低于工作阻力的60%，對(duì)于周期來(lái)壓強(qiáng)烈的頂板，為了避免大面積垮落對(duì)工作面的動(dòng)載威脅，應(yīng)取較高的初撐力。 本設(shè)計(jì)

14、選支撐掩護(hù)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=4000×60%=2400 KN（2）摩擦阻力：由于液壓缸的摩擦阻力相對(duì)于初撐力很小，故可忽略不計(jì)。（3）慣性阻力、重力：液壓缸垂直布置，但其較重的一級(jí)缸及缸頭安裝在支架底座上面，且其工作時(shí)運(yùn)動(dòng)量很小，不屬于快速往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(jī)械效率中去，取液壓缸的機(jī)械效率為0.9背壓阻力是液壓缸回油路上的阻力，初算時(shí)可不考慮，其數(shù)值在系統(tǒng)確定后才能定下來(lái)。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

15、和恒阻階段的時(shí)間。2.3.3 初步確定液壓缸參數(shù)表2.1液壓缸內(nèi)徑系列：液壓缸內(nèi)徑系列（GB/T2348-1993）8、10、12、16、20、25、32、40、50、63、80、（90）、100、（110）125、（140）、160、（180）、200、（220）、250、（280）、320、（360）、400、（450）、500表2.2活塞桿直徑系列：活塞桿直徑系列（GB/T2348-1993）4、5、6、8、10、12、16、18、20、22、25、28、32、36、40、54、50、56、63、70、80、90、100、110、125、140、160、180、200、220、250、2

16、80、320、360表2.3液壓缸外徑系列（GB/T2348-1993）：額定壓力MPa內(nèi)徑40506380100125140160180200220250280外徑1650607695121146168194219245205060769512114616819421924525506083102121152168194219245325463.583102127152168194219245（1）二級(jí)缸的內(nèi)徑和壁厚根據(jù)受力知道，只要滿足二級(jí)缸受力，則一級(jí)缸定能滿足，于是 由： 式中 D 支架立柱的缸徑，m Pb 泵站的工作壓力，MPa N 支架立柱的數(shù)量。 Pc 撐力得： =4×

17、2400(3.14×31.5×4×1000) D=155.7mm根據(jù)表2.1缸筒內(nèi)徑系列（GBT2348-93），選二級(jí)缸內(nèi)徑 =160mm 壁厚的計(jì)算：式中 壁厚 最高允許壓力。1.5（工作壓力） 1.5=1.5×31.5=47.25 MPa 許用應(yīng)力。=n（n安全系數(shù)）N 通常取1.5-2.5，根據(jù)液壓缸的重要程度和工作壓力等因素選取，工作壓力大n可選取小一些。則取n=2，缸筒材料的屈服強(qiáng)度，此取45號(hào)鋼，=700 MPa =n=700/2=350 MPa =47.25×160/（2.3×350-3×47.25） =11

18、.377mm 取20mm 則二級(jí)缸外徑為160+2×20=200mm驗(yàn)算：根據(jù)液壓缸基本計(jì)算公式 = =0.15756m式中 F理論推力 F= （效率）=0.5-0.7，取0.6。 負(fù)載率取0.8 ?；钊麠U上實(shí)際受力，按最大受力記，取1000KN F=10000.60.8=480KN P工作壓力=31.5MPad 活塞桿直徑符合要求。（2）一級(jí)缸內(nèi)徑和壁厚 留20mm作為二級(jí)缸與一級(jí)缸內(nèi)壁距離，則一級(jí)缸內(nèi)徑 D1=200+20×2=240mm壁厚 =47.25×220/（2.3×350-3×47.25） =15.62mm圓整 取20mm依據(jù)表2

19、.3，一級(jí)缸外徑為240+2×20=280mm（3）初步確定活塞桿尺寸一級(jí)活塞即二級(jí)缸外壁，不用再確定，二級(jí)缸內(nèi)壁為160mm，因此根據(jù)表2.2得二級(jí)活塞桿外徑為120mm,空心桿，內(nèi)徑為80mm2.3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度驗(yàn)算一、缸筒的設(shè)計(jì)與計(jì)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(shí)它是活塞的運(yùn)動(dòng)“軌道”。圖3.1缸筒的技術(shù)參數(shù)1.缸筒的技術(shù)參數(shù)選擇（如圖3.1 ）（1）缸體的材料：采用45鋼，并應(yīng)調(diào)質(zhì)到241285HB；（2）技術(shù)要求： 缸體采用H9配合。表面粗糙并Ra為0.10.4m，當(dāng)活塞用活塞環(huán)密封時(shí)，Ra為0.20.4m；缸體

20、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??； 缸體端面T的垂直度公差值可按7級(jí)精度選??；為了防止腐蝕和提高壽命，缸體內(nèi)應(yīng)鍍以厚度為3040m的鉻層，鍍后進(jìn)行珩磨或拋光（3）安全系數(shù)：查表取安全系數(shù)：n3，查表得45號(hào)鋼的材料的抗拉強(qiáng)度b530Mpa，則：材料的許用應(yīng)力：2.一級(jí)缸筒的尺寸參數(shù)選擇（1）缸筒內(nèi)徑的確定由前面計(jì)算得到：一級(jí)缸筒內(nèi)徑D1240缸筒壁厚為20mm15.62mm。滿足。由于缸筒壁厚由強(qiáng)度公式計(jì)算而來(lái)，所以缸體壁厚無(wú)需校核。二、一級(jí)缸體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與連接強(qiáng)度計(jì)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(jī)構(gòu)形式和缸蓋及缸底密切相關(guān)。缸筒是液壓缸的主

21、體，其余零件裝配其上，它的結(jié)構(gòu)形式對(duì)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。（1）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D200，額定壓力PN25Mpa，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(duì)較小，能滿足環(huán)境惡劣時(shí)的使用要求。 （2）連接強(qiáng)度計(jì)算 焊接強(qiáng)度的計(jì)算（如圖3.2） 式中：P 液壓缸的最大壓力（N）； D1 缸筒的外徑（m）； D2 焊縫底徑（m）； 焊接效率，一般取=0.7。顯然，b/n ，滿足條件； b缸體材料的抗拉強(qiáng)度，n材料的安全系數(shù)。

22、卡環(huán)連接強(qiáng)度計(jì)算（如圖3.3）卡環(huán)A-A截面上的剪應(yīng)力為： 圖3.2缸底焊接及尺寸圖 圖3.3 端蓋內(nèi)卡環(huán)連接示意圖 1.缸壁；2.缸底 卡環(huán)ab側(cè)面的擠壓應(yīng)力為： 可知，滿足強(qiáng)度要求。缸筒危險(xiǎn)截面（AA）的拉應(yīng)力為：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，取h(缸壁厚度)； L 卡環(huán)寬度m，取hL。滿足強(qiáng)度要求。三、二級(jí)缸體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與連接強(qiáng)度計(jì)算與上面一級(jí)缸體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與連接強(qiáng)度計(jì)算一樣，只不過(guò)缸體上的活塞也用卡環(huán)固定，需再加一步計(jì)算。前端蓋卡環(huán)連接強(qiáng)度計(jì)算（如圖3.3）卡環(huán)A-A截面上的剪應(yīng)力為：卡環(huán)ab側(cè)面的擠壓應(yīng)力為： 由上可知，滿足強(qiáng)度

23、要求。缸筒危險(xiǎn)截面（AA）的拉應(yīng)力為：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，取h(缸壁厚度)； L 卡環(huán)寬度m，取hL。由上可知，滿足強(qiáng)度要求?；钊潭ōh(huán)連接強(qiáng)度計(jì)算如圖3.4所示 圖3.4活塞固定卡環(huán)連接計(jì)算圖 1活塞，2卡壞，3軸套，4二級(jí)缸體，5擋圈卡環(huán)A-A截面上的剪應(yīng)力為： 卡環(huán)ab側(cè)面的擠壓應(yīng)力為： 由上可知，滿足強(qiáng)度要求。缸筒危險(xiǎn)截面（AA）的拉應(yīng)力為：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，取h(缸壁厚度)； L 卡環(huán)寬度m，取hL。滿足強(qiáng)度要求。2.3.5活塞桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算1、一級(jí)

24、活塞桿即二級(jí)缸體，已設(shè)計(jì)完畢，2、二級(jí)活塞桿尺寸的確定（1）由前文計(jì)算可知，可以確定活塞桿直徑為d=140。（2）活塞桿具體長(zhǎng)度的確定（結(jié)合裝配圖）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45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229285HB；淬火處理，淬火深度0.51（2）活塞桿d和d1的圓度公差值，按9或10級(jí)精度選??；（3）活塞桿d的圓柱度公差值，按8級(jí)精度選??；（4）活塞桿d對(duì)d1的徑向跳動(dòng)公差值，為0.01mm；（5）端面T的垂直度公差值，按7級(jí)精度選??；（6）活塞桿上下工作表面的粗糙度為Ra0.63m，表面鍍鉻，鍍層厚度約為0.

25、05mm,鍍后拋光以提高耐磨性和防銹性。4、活塞桿強(qiáng)度校荷見整體強(qiáng)度校荷一節(jié)中的活塞桿強(qiáng)度校荷5、活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）活塞桿和活塞的連接液壓系統(tǒng)為中壓系統(tǒng)，本著滿足方便安裝、連接強(qiáng)度高等要求，選擇卡環(huán)式連接，前面已做計(jì)算。 （2）二級(jí)活塞桿端部和負(fù)載的移動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接，考慮到液壓缸工作時(shí)軸線固定不動(dòng)，可采用焊接連接一耳環(huán)，作圓周運(yùn)動(dòng)，如圖4.1 圖4.1光桿耳環(huán)示意圖 活塞桿外徑120mm，取內(nèi)徑80mm， 螺孔頭具體尺寸如表4.1表4.1螺孔頭尺寸公稱直徑D、d螺距P中徑或小徑或第一系列第二系列第三系列100696.10393.505497.40295.670398.05196.752298

26、.70197.8351.599.02698.3762.3.6活塞的設(shè)計(jì)與計(jì)算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(wú)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4-9所示。2、活塞的材料及技術(shù)要求查表可選“有導(dǎo)向環(huán)活塞”的材料為45號(hào)鋼，外加導(dǎo)向環(huán)。技術(shù)要求（如圖4-10）： （1）活塞外徑D對(duì)內(nèi)徑D1的徑向跳動(dòng)公差值，按7、8級(jí)精度選取。（2）端面T對(duì)內(nèi)孔D1軸線的垂直度公差值，應(yīng)按7、8級(jí)精度選取。（3）外徑D的圓柱度公差值，按8、9、或10級(jí)精度選取。3、一級(jí)活塞的尺寸的確定根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，可取活塞的寬度一般為活塞外徑的0.61.0倍，這里取活塞寬度為活塞外徑的0.8倍，即。

27、 圖5-1 活塞的密封和導(dǎo)向 圖5-2活塞技術(shù)參數(shù)1.Yx型密封圈；2.導(dǎo)向環(huán)；3.活塞；4.缸壁 4、二級(jí)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(jí)相同，寬度2.3.7導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算（一），一級(jí)缸導(dǎo)向套在活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)中啟導(dǎo)向支承作用，導(dǎo)向套的性能的好壞對(duì)液壓缸的性能有很大的影響。1.最小導(dǎo)向長(zhǎng)度及中隔圈長(zhǎng)度的確定當(dāng)活塞桿全部伸出時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H ，如圖6-1所示圖6-1導(dǎo)向長(zhǎng)度示意圖 一般情況， 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度應(yīng)滿足下面要求：，即 式中：L 最大工作行程（m）； D 缸筒內(nèi)徑（m）；因?yàn)楦讖酱笥?0，所以算導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長(zhǎng)度A為：導(dǎo)向套的長(zhǎng)

28、度為：，這里取b =110mm，以滿足要求。由于液壓缸的行程長(zhǎng)度較大，一個(gè)導(dǎo)向套不能滿足要求，增加導(dǎo)向套會(huì)增加系統(tǒng)摩擦，降低效率，故可在導(dǎo)向套和活塞之間裝一中隔圈，使活塞桿在全部外伸時(shí)仍有足夠的支承長(zhǎng)度，通常支承長(zhǎng)度應(yīng)滿足： 即：一般情況，當(dāng)行程長(zhǎng)度超過(guò)缸筒內(nèi)徑的8倍時(shí)，可裝一個(gè)長(zhǎng)度為100mm的中隔圈；超過(guò)部分每增加700mm，中隔圈的長(zhǎng)度即增加100mm。由于此液壓缸的行程要求1000mm，缸筒內(nèi)徑為220mm，由于倍。所以不用加裝中隔圈。根據(jù)以上計(jì)算，同時(shí)考慮盡量減少設(shè)計(jì)零件，又因?yàn)橐簤焊坠ぷ鲿r(shí)相對(duì)滑動(dòng)少，磨損也少，所以取端蓋結(jié)合導(dǎo)向支撐環(huán)的方式導(dǎo)向，這里取端蓋的h=140mm，導(dǎo)向支撐

29、長(zhǎng)度為具體布置見工程圖。（二）二級(jí)缸一般情況， 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度應(yīng)滿足下面要求：，即 式中：L 最大工作行程（m）； D 缸筒內(nèi)徑（m）；因?yàn)楦讖酱笥?0，所以算導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長(zhǎng)度A為：導(dǎo)向套的長(zhǎng)度為：，這里取b =100mm，以滿足要求。由于液壓缸的行程長(zhǎng)度較大，一個(gè)導(dǎo)向套不能滿足要求，增加導(dǎo)向套會(huì)增加系統(tǒng)摩擦，降低效率，故可在導(dǎo)向套和活塞之間裝一中隔圈，使活塞桿在全部外伸時(shí)仍有足夠的支承長(zhǎng)度，通常支承長(zhǎng)度應(yīng)滿足： 即：一般情況，當(dāng)行程長(zhǎng)度超過(guò)缸筒內(nèi)徑的8倍時(shí)，可裝一個(gè)長(zhǎng)度為100mm的中隔圈；超過(guò)部分每增加700mm，中隔圈的長(zhǎng)度即增加100mm。由于此液壓缸的行程要求1000mm，缸筒內(nèi)徑為

30、220mm，1000/160=6.25接近8倍，但是二級(jí)缸不完全伸出，不用加裝中隔圈即可滿足強(qiáng)度要求。根據(jù)以上計(jì)算，同時(shí)考慮盡量減少設(shè)計(jì)零件，又因?yàn)橐簤焊坠ぷ鲿r(shí)相對(duì)滑動(dòng)少，磨損也少，所以取端蓋結(jié)合導(dǎo)向支撐環(huán)的方式導(dǎo)向，這里取端蓋的長(zhǎng)度h=123mm，導(dǎo)向支撐長(zhǎng)度為，具體布置見工程圖。2.3.8 端蓋和缸底的設(shè)計(jì)與計(jì)算1、端蓋的設(shè)計(jì)有活塞桿通過(guò)的缸蓋叫端蓋，無(wú)活塞桿通過(guò)缸蓋的叫缸頭或缸底。缸蓋的設(shè)計(jì)主要考慮活塞桿的導(dǎo)向、密封、防塵等問(wèn)題。 圖7-1 端蓋示意圖 圖7-2 油口示意圖2、端蓋的材料和技術(shù)要求（如圖7-1）缸蓋材料采用45號(hào)鍛鋼。技術(shù)要求：（1）直徑D、D2、D3的圓柱度公差應(yīng)按9、

31、10、11級(jí)精度選??； （2）D2、D3與d同軸度公差值為0.03mm；（3）端面A、B與直徑d軸心線的垂直度公差值按7級(jí)精度選??；（4）導(dǎo)向孔的表面粗糙度Ra1.25m3、液壓缸缸底的材料：采用35號(hào)鋼。4、液壓缸缸底尺寸的確定（如圖7-3）選擇缸底形狀為球面有油口型，材料為35鋼，計(jì)算如下：取h=70mm，以滿足形狀及強(qiáng)度要求。式中：Py試驗(yàn)壓力，Mpa.工作壓力P 16Mpa時(shí)，Py = 1.5P；P16Mpa時(shí)，Py = 1.25P； D液壓缸的內(nèi)徑，m； d 油口直徑（見圖7-2），m；材料的許用應(yīng)力，Mpa =104MPa b缸體材料的抗拉強(qiáng)度，Mpa， 35號(hào)鋼為b 520Mpa

32、； n 材料的安全系數(shù)，取n5。 7-3液壓缸缸底示意圖2.3.9其他零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 1.油口的設(shè)計(jì)與計(jì)算（1）液壓缸油口的連接形式 采用焊接連接，直接焊接在缸筒上。 （2）液壓缸油口直徑的計(jì)算（圖7-2）根據(jù)需要缸底，二級(jí)缸前端和二級(jí)活塞桿各有一油口 油口的計(jì)算根據(jù)活塞的最高運(yùn)動(dòng)速度和油口的最高液流速度計(jì)算如下：缸底油口 (A口) 二級(jí)缸前端（B口） 二級(jí)活塞桿前端（C口）式中： d0油口直徑，mm； D缸筒的內(nèi)徑，m； v液壓缸的最大輸出速度，v =4m/min； v0油口液流速度，m/s；通常取油口液流速度為2.55m/s。 表8-1液壓缸油口尺寸系列（ISO-8137）缸內(nèi)徑DECE

33、EMinEAED100、125M3322035.3M81.25160、200M4222543.8M101.5250、320M5023251.6M121.75400、500M6023860M142根據(jù)計(jì)算，據(jù)表8-1（機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表20625）得油口ECEEAM42×2BM42×2CM50×22.擋圈的設(shè)計(jì)選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求，查表選彈性擋圈A型（GB/T 894.1-1986），材料：62Mn，熱處理4451HRC， 表面氧化處理。如圖8-1所示。一級(jí)缸端蓋用擋圈：孔用切口式密封擋圈?？讖?50。 8 8-1擋圈示意圖D= d= T= 二級(jí)缸端蓋用擋圈：孔用切口式密封

34、擋圈?？讖?170 D= d= T= 一級(jí)活塞用擋圈：軸用切口式密封擋圈。軸徑200 D= d= T= 一級(jí)活塞用擋圈：軸用切口式密封擋圈。軸徑200 D= d= T=二級(jí)活塞用擋圈：軸用切口式密封擋圈。軸徑=120 D= d= T= 3.軸套的設(shè)計(jì)與計(jì)算 軸套的尺寸由擋圈和卡環(huán)決定，一般取其截面的長(zhǎng)、寬分別為卡環(huán)、擋圈的長(zhǎng)、寬的二倍（活塞固定用）；端蓋用軸套的尺寸由卡環(huán)決定。定位軸套由行程決定。具體見零件圖2.3.10液壓缸的密封、防塵、導(dǎo)向的選擇1、端蓋和活塞桿的密封、防塵活塞桿在端蓋中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其密封屬于動(dòng)密封，且液壓缸工作壓力大于16Mpa，擋圈用J形防塵圈的密封方式，如圖9-1，9

35、-2采用Yx形密封圈、特點(diǎn)：密封性能可靠，摩擦阻力小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，耐壓性好，適用壓力范圍廣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，安裝方便。如圖9-3。 圖9-2 J型防塵圈圖9-3 Yx密封圈軸用（一級(jí)活塞）Yx密封圈：查手冊(cè)（根據(jù)JB/ZQ426586）選擇，密封圈代號(hào)：Yx形密封圈d190（d =190、H =18、H1 =16）材料：聚氨酯3 軸用（二級(jí)活塞）： Yx密封圈：查手冊(cè)（根據(jù)JB/ZQ426586）選擇，密封圈代號(hào)：Yx形密封圈d125（d =125、H =14、H1 =12.5）材料：聚氨酯3。 孔用（一級(jí)缸）Yx密封圈：查手冊(cè)（根據(jù)JB/ZQ426586）選擇，密封圈代號(hào)：Yx形密封圈d20

36、0（d =200、H =18、H1 =16）材料：聚氨酯3；擋圈規(guī)格：、 ，、T =2±0.15，材料：聚四氟乙烯；防塵圈代號(hào)：J形防塵圈200，d1 =201.5±1.2、d2 =195.5±1.2、D1 =234.5±1.2mm、H =15mm（允許公差-0.7）、h=7.5mm（允許公差-0.5）,材料：聚氨酯橡膠?？子茫ǘ?jí)缸）：Yx密封圈：查手冊(cè)（根據(jù)JB/ZQ426586）選擇，密封圈代號(hào)：Yx形密封圈d120（d =120、H =14、H1 =12.5）材料：聚氨酯3；擋圈規(guī)格：、 ，、T =2±0.15，材料：聚四氟乙烯；防塵圈

37、代號(hào)：J形防塵圈120，d1 =121.5±0.8、d2 =115.5±0.8、D1 =154.5±0.8mm、H =15mm（允許公差-0.7）、h=7.5mm（允許公差-0.5）,材料：聚氨酯橡膠。2.端蓋和缸筒的密封端蓋和缸筒連接在一起，其密封屬于靜密封，如圖9-4所示，這里采用O型密封圈加擋圈的密封方式，擋圈的作用是防止密封圈被擠壓損壞。查手冊(cè)（根據(jù)GB3452.192）取O形密封圈尺寸為：，；，；由于增加了擋圈，其密封槽分別為、，密封圈材料為：耐油通用橡膠I-4。 查手冊(cè)（根據(jù)ZB/ZQ426588）： 圖9-4端蓋和缸體的密封取擋圈的規(guī)格為 1 擋圈、

38、2 O型密封圈、3 卡環(huán)d =85mm；T1.354.35mm，材料為：聚四氟乙烯。 3.活塞和活塞桿的密封活塞和活塞桿連接在一起左往復(fù)運(yùn)動(dòng)，屬于靜密封，可采用O形密封圈結(jié)合擋圈的密封方式（如圖9-7） 圖9-5O型圈尺寸圖 圖 9-6 擋圈的尺寸圖4. 活塞和缸筒的密封活塞在缸筒中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其密封屬動(dòng)密封，可選擇Yx形密封圈查手冊(cè)（根據(jù)JB/ZQ426486）得Yx形密封圈的型號(hào)為：Yx形密封圈D125（D =125、H =14、H1 =12.5，溝槽長(zhǎng)度為16mm，深度為10mm，材料為：聚氨酯-4。 2.3.11液壓缸彎曲穩(wěn)定性驗(yàn)算液壓缸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生偏心，有繞度。當(dāng)液壓缸支撐長(zhǎng)度L

39、b(10-15)d時(shí)需驗(yàn)算活塞桿彎曲穩(wěn)定性，如圖10-1圖10-1液壓缸彎曲示意圖=251080=31.375 所以本設(shè)計(jì)需驗(yàn)算彎曲穩(wěn)定性。按工作方式推力與支撐的反作用力不完全處在軸線上，受偏心力。此為二級(jí)液壓缸，近似簡(jiǎn)化為一級(jí)缸驗(yàn)算，受力過(guò)程如圖10-2所示。兩端鉸接，可用公式 1.9263.8，穩(wěn)定性合格。 圖10-2 液壓缸受力示意圖第三章 工藝要求1、缸筒缸筒材料的運(yùn)用應(yīng)滿足如下機(jī)械性能： a、抗拉強(qiáng)度 1000MPab、屈服點(diǎn) 800MPac、伸長(zhǎng)率 12%d、沖擊值4.9×105J/m2缸筒調(diào)質(zhì)熱處理硬度：HB240280缸筒內(nèi)孔密封配合面的尺寸精度不得低于H9缸筒內(nèi)孔密封配合面粗糙度為雙伸縮立柱小缸筒外徑尺寸精度不得低于f9雙伸縮立柱小缸筒的外徑表面粗糙度為2、活塞桿活塞桿材料選用應(yīng)滿足如下機(jī)械性能： a、抗拉強(qiáng)度 700MPab、屈服點(diǎn) 500MPac、伸長(zhǎng)率 14%d、沖擊值3.9×105J/m2活塞桿調(diào)質(zhì)熱處理硬度：HB240280活塞桿密封配合面的尺寸精度不得低于f9活塞桿密封配合面的表面粗糙度為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(shí)主柱不允許有哨音和振動(dòng)現(xiàn)象結(jié) 論本立柱用于ZY500/17/35液壓支架，改支架用于單一煤層開