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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，所谓大倾角煤层就是指煤层倾角大于25的煤层。其主要的改进部位是顶盖，由原来的通用式改为现在的防倒式。通过楔卡的安装与改进，使井下开采工作更为安全。其次，本次设计除了采用传统的绘图工具CAD画图外，还利用Pro/E进行三维实体造型，充分发挥出了Pro/E的优点，使商家与使用者对该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AbstractAscend and descend the horizontal move type stereoscopic stop the g
2、arage to is local in recent years of newly arisen property, the solution is big, inside city car parking the difficult exit consist in constructing mechanization stereoscopic stop the garage. The main purpose of designing aim as the current parking lot the problem that exits, and design a stereoscop
3、ic garage for with less place stopping putting more cars. The method depend on electrical engineering, trolley.etc. the ambulation the car regarding flat surface parking lot as the cores, and make use of the PLC to control the system to control the car the position to change into the. Consequently d
4、esigned 125 hardware electric circuit for ascend and descending the stereoscopic garage of horizontal move types. Combine to proceeds to this the plait, and improved the speed. That method has the widespread meaning.Want to realize this purpose, and must choose fit of contact, pass the the point to
5、attain to make the electrical engineering the positive and negative function that turn. The heat of fit choice avoid because of the electric current after the electric appliances over big but result in of need not want to lose, and proceeds to carry the aegis. Route of travel of fit choice switch,th
6、en attain to position the function. Introduced the every variety stereoscopic stop the garages construction, control the system and its characteristics, and give out stereoscopic stop that the garages main function index sign, combined to stand opposite the design important point to stop the garage
7、to proceeds the analysised with study.Key words: Stereoscopic garage contact the electric appliances route of travel switch目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1我国煤层赋存状况11.2单体液压支柱发展概况11.2.1国外单体液压支柱应用简况11.2.2我国单体液压支柱的发展概况21.2.3使用单体液压支柱的突出优点21.3机械制图的改进31.3.1软件制图的发展31.3.2Pro/E软件的使用简介3第2章单体液压支柱分类62.1分类62.1.1按用途分类62.1
8、.2按升柱时工作液循环方式分类62.1.3 按材质分类62.2我国的单体液压支柱类型62.2.1外注式单体液压支柱62.2.2内注式单体液压支柱72.3国外单体液压支柱类型8第3章单体液压支柱的结构和工作原理93.1单体液压支柱的工作原理93.1.1工作介质93.1.2动力来源93.1.3降柱方式93.2单体液压支柱的结构93.2.1单体液压支柱三用阀、限位装置和复位弹簧103.2.2单体液压支柱用锻件123.2.3 活柱体与油缸253.3单体液压支柱的橡胶件和塑料件28第4章 单体液压支柱结构及尺寸的验算304.1已知设计参数304.2油缸稳定性的验算304.3活塞杆的强度验算314.4 缸
9、体强度验算33经济性分析34结论35致谢36参考文献37附录138附录249第1章 绪论1.1 我国煤层赋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。社会市场经济进一步带动了我国地方煤矿的飞速发展。现在已有360个年产3 Mt以上的地方矿出现，形成了国有重点煤矿和地方中小型煤矿的并存局面。由于我国的煤炭资源分布地域极广，煤层赋存状况也各式各样，主要有如下几个特点：（1）从围岩和煤层赋存的关系上来说，我国不仅有赋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
10、现，一旦垮落即可造成严重的事故。（2）从煤层自身的赋存条件上来说，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”状赋存煤层。（3）从煤层赋存的地质条件来说，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。可以看出，我国是世界上煤层赋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。1.2 单体液压支柱发展概况1.2.1 国外单体液压支柱应用简况国外主要产煤国家中，单体液压支柱
11、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84.8%，五年左右时间内使用量增长了78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。1.2.2 我国单体液压支柱的发展概况目前，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
12、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，
13、是进行回采支护第二次技术改革的一个方向。1.2.3 使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710t，为摩擦式金属支柱的310倍（摩擦式金属支柱用液压升柱装置时初撑力23t，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100mm至400mm以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
14、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。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。综上所述可以看出单体液压支柱比摩擦式金属式支柱具有明显的优点。单体液压支柱的主要缺点是：构造比较复杂，内注液式支柱结构更复杂，如果局部密封失效，即会导致整个支柱失去支撑能力；其次是维护检修量大，为
15、保证支柱安全使用，定期检修、随时更换零件量大，因而使其维护费增高。为保持每一根单体液压支柱的正常使用，每年所需的维修费用平均占支柱造价的20%左右，这比摩擦式支柱要高出若干倍。但从综合效果比较，如安全状况的改善，单产的提高，降低辅助材料的消耗，以及最终的实际支护费用降低等方面分析，单体液压支柱则有明显的优势。1.3 机械制图的改进1.3.1 软件制图的发展传统的计算机制图通常使用CAD进行二维制图，对于观察立体图有一定的缺陷。因此本次设计不仅采用了传统的CAD制图，还利用Pro/E进行了三维实体造型，充分发挥了Pro/E的优点。Pro/E是当前三维设计软件中应用比较广泛的软件之一，在目前的三维
16、造型软件领域中占有着重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。对于很多高等学校和研究机构来说，该软件是进行设计的重要辅助工具。Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，使用者可以根据自身的需要进行不同的选择，而不用安装所有模块。Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，这样可以保证使用者按照自己的需要进行选择使用。基本结构1.3.2 Pro/E软件的使用简介1、
17、 Pro/E的优势Pro/E强调的是三维实体模型，可随时计算出产品的质量、体积、表面积、中心、惯性矩等相关物理量，能清楚了解产品的真实性，优于传统的面结构、线结构存在的不足。2、单一数据库和完全关联性Pro/E设计概念是从三维实体模型产生二维工程图，并且自动标注相关尺寸，也就是说，不论设计者在三维还是二维环境下修改尺寸，其关联的二维或三维实体模型都将自动更改。在产品开发过程中，用户在任何时候所做的更改，都会传送到整个设计中，自动更新所有的工程文档。3、基于特征的参数式建摸“特征”，简而言之是利用较高阶的组成图形来产生具有工程意义的元件，也就是一般的机械对象，如圆角、薄壳、钻孔等，以最自然的思考
18、方式从事设计工作，充分理解设计意图，能随时对特征进行合理但不违反几何原理的重定义、重新排序、和插入等操作。4、数据管理想要加速产品上市的日程，就必须以最少的时间完成最多的开发工作。为达到这样高的工作效率，必须允许多个工程师同时处理一件产品。Pro/E数据管理就是专门为同步工程而开发的，它以独特的完全关联特性，满足管理同步工程所需要的同步造作程序。5、易于使用折叠式菜单按照直观的方式变化，以提供合乎逻辑的选项；另一方面，系统也提供简短的功能选项说明，以及完整的在线帮助。用户操作界面与窗口操作环境类似，这样就使得Pro/E既容易学习又容易操作。6、硬件独立Pro/E可在Windouws95/98/
19、2000/XP操作平台上运行，并且在每个系统上都维持相同的外形和界面。用户可以根据自己的需要程度，选购最经济的硬件设备，再混用或搭配任何一种平台组合即可。7、尺寸参数化Pro/E将尺寸看作可变化的参数，尺寸修改时，实体模型会立即重新生成。Pro/E可谓是个全方位的三维产品开发软件，其模块众多，做出的零件图立体感强，装配图非常形象、逼真，整体效果好，让人一目了然，能够清楚地看出机械各部分的构造。基于Pro/E的这些优点，我在毕业设计中选择了Pro/E三维设计软件。第2章 单体液压支柱分类2.1 分类2.1.1 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。2.1
20、.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。2.1.3 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。2.2 我国的单体液压支柱类型我国单体液压支柱基本上有两个类型，即内注式与外注式。两种支柱的工作原理、性能等基本相同。其技术性能、特点、优缺点，分别按内、外注液式予以介绍。2.2.1 外注式单体液压支柱额定工作阻力为245294KN，目前投入生产的共12
21、种规格。其主要特点为：工作介质乳化液由远距离的液压泵站通过橡胶管路，经专用的注液枪注入缸体。升柱靠乳化液泵站的压力供给，降柱利用活柱体的自重和复位弹簧进行。回柱时，柱内乳化液需排出柱体，每支设一根支柱需排出一次乳化液。外注式单体液压支柱的主要优点是，结构比较简单，零部件少，易于维修。支柱的关键部件是三用阀，组装于一体，拆装便利，井下一般可立即拆换。初撑力靠泵站压力获得，可靠性高。此外，由于以泵站压力来升柱，升柱速度高于手工作业的内注式液压支柱，一般要高34倍，所以能提高支柱的支设效率。外注式支柱由于靠外部供液以及零件少，使支柱自重减轻了5kg，大大降低了工人劳动强度。这种支柱的主要缺点是：工作
22、液来自外部，要配备全套的乳化液泵站，并且从泵站到工作面一端要装设高压胶管干线，从管路干线到支柱的注液口要接通联接注液枪的高压胶管支线，形成了一套管路系统。离开了泵站和管路系统外注式液压支柱就不能单独使用。外注式液压支柱回柱时，由于必须将内腔的乳化液排放到外面，每一棵支柱回撤一次必须从柱内排放12kg的乳化液，并且不能回收复用，因而增加了成本。排出的乳化液流失在工作面底板上，还会使底板岩面（特别是泥质页岩）膨胀变软，支柱底座易插入，不能很好地发挥支护效果。2.2.2 内注式单体液压支柱额定工作阻力为245KN，目前投入生产的共9种规格，工作介质为液压油。回撤支柱靠油缸中的液压油流向活柱内腔形成闭
23、路循环。由内柱式支柱本身的手摇泵进行升柱，初撑力大小由人力操作手柄来决定。降柱则靠支柱的活柱自重进行。柱体内腔的液压是闭路循环系统，不需要外部供液。支柱活柱上升高度由柱体内贮油量的多少来决定。支柱的安全阀、单向阀、卸载阀分别装设于不同位置，不能在井下随时调换。内柱式支柱的主要优点是：由于支柱本身进行液压油循环，不需从外部供液，节省了全套的泵站及管道系统，支柱本身可以独自使用。内注式支柱的三用阀是分别装设在支柱内腔的，可以防止煤粉等外界赃物的污染，阀类的性能不易受损；内注式支柱液压系统形成闭路循环，仅需补充微量油耗，不会向柱体外部排出油液，既节约了油液，也不会浸湿底板，劳动条件也有所改善。内注式
24、单体液压支柱的主要缺点是：支柱结构比较复杂，内腔中的零部件多，加工量与加工难度较大，维护与检修工作量大，内部零件损坏时，必须运至地面进行检修；靠手摇泵升柱，初撑力大小差异很大，不容易保证有较均匀的初撑力；人力摇动手柄的升柱速度较慢，一般地每摇一次手柄升柱形程约2030mm；自重也较大，比同类型的外注式液压支柱自重增多了35kg。两种类型支柱有不同的特点，也各有不同的优缺点，各矿区应根据自己的具体条件并结合积累的经验综合分析，进行选用。2.3 国外单体液压支柱类型英国除生产通用型以外，还有特殊类型的单体液压支柱。例如超短型支柱，一般为内部注液式，液压缸以底座面积大，顶盖系圆形平顶，面积大于底座，
25、缸体下部装有摇动手柄作为升降活柱用，柱帽面积大，呈圆形，支设时柱帽直接贴紧于顶板。由于柱帽之间空隙小，顶板暴露面小，可代替顶梁支护，减少了一般顶梁所占有的空间，适用于极薄煤层；另有长伸缩轻型单体液压支柱。这种支柱活柱较长，工作行程大，体轻，适用于急倾斜水平分层工作面和煤层变化大但压力并不很大的工作面。日本生产有轻合金单体液压支柱。这类支柱有内部注液式及外部注液式两种，结构与工作原理与同类支柱基本相同。其特点是，柱体轻，较普通低碳合金钢支柱平均轻2030%，因而操作移设较方便。其适用范围与同类低碳合金钢单体液压支柱基本相同。第3章 单体液压支柱的结构和工作原理3.1 单体液压支柱的工作原理 3.
26、1.1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。3.1.2 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。3.1.1 降柱方式 一般靠活柱的自重和复位弹簧降柱。3.2 单体液压支柱的结构DZ型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。如图所示： 图2.2.1 外注式单体液压支柱装配图3.2.1、单体液压支柱三用阀、限位装置和复位弹簧1、外注式单体液压支柱的三用阀三用阀顾名思义，即有三种用处的阀。它是外注式单体液
27、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 图2.2.2 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；13O形圈13*1.9；14O形圈28*3.5；15安全阀针；16安全阀垫；17六角导向套；18O形圈42*3.5；19弹簧座；20安全阀弹簧；21调压螺丝；22右阀筒2、 限位装置外注
28、式单体液压支柱限位装置是限制活柱升高，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100mm的DZ型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。限位台阶高度尺寸计算过程如下：H=mm=mm=151mm式中 L 立柱最大工作行程，mm D2 缸筒内径，mm3、 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
29、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，使活柱筒快速回缩的重要零件。检验复位弹簧时，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4mm的残余变形，这样的复位弹簧才算合格。3.2.2单体液压支柱用锻件 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
30、采用了防倒式顶盖。防倒顶盖的基本结构如图2.2.3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。如图所示：图2
31、.2.3 防倒顶盖结构1楔卡;2挡板;3顶盖底板 图2.2.4 顶盖的三维实体造型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。 图2.2.5 手把体图2.2.6 手把体三维实体造型图应用Pro/E制作手把体的过程（1）打开Pro/E软件，点击新建，弹出下图所示对话框，在名称出输入shoubati，然后单击确定。（2）单击确定后，出现下图所示界面：单击插入旋转，再单击草绘工具，选择要旋转的平面后再单击草绘，进入草绘界面。（3）先画两条中心线，在用画直线工具
32、按照尺寸进行画图，在利用倒圆角工具倒角，同时约束对称与相等。然后单击右侧的按钮。最后再单击按钮，如下图所示。（4）手柄部位的绘制是利用拉伸的方法，图形如下，单击右侧的按钮。进入如下界面，输入拉伸长度130，然后再单击按钮。即可生成下图所示：（5）进行切除旋转，选取使用先前草绘平面，开始草绘，画出如下图所示。单击右侧的按钮，进入切除旋转界面，然后再单击按钮。（6）利用切除拉伸以及镜像工具，对手柄部位进行修改，如下图所示。（7）单击倒圆角按钮，对手把体的一些锐角边进行倒圆角。（8）以手柄的左侧面为绘图平面，用切除拉伸的方法绘制安装安全标的槽体。如下图：单击右侧的按钮，进入切除旋转界面，输入切除长度
33、2，然后再单击按钮。即可生成如下图所示的手把体。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。结构形式如图2.2.7所示。 图2.2.7 底座体 图2.2.8 底座体三维实体造型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。 如图所示： 图2.2.9 活塞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。材料：活
34、塞材料一般不同于缸筒的材料，选用45钢。加工要求：活塞的宽度尺寸，可根据密封结构形式来确定；（1）活塞外径d对内孔D1的径向跳动公差值，按7、8级精度选取。（2）端面T对内孔D1的垂直度公差值，按7级精度选取。（3）外径d的圆柱度公差值，按9、10、11级精度选取。 图2.2.10 活塞三维实体造型 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。柱头的结构形式如下图所示。 图2.2.11柱头图2.2.12 柱头三维实体造型3.2.3 活柱体与油缸1、活柱体活柱体是支柱上部承载杆件。如图所示： 图2.2.13 活柱体2、油缸油缸是支柱下部承载杆件。如图所示： 图2.2.14 油缸
35、（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。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27SiMn。（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=D22p 式中 p 缸筒内压力N/mm2 D2 缸筒内径mm P 立柱工作阻力KNKb= 则 p= 式中 pR 乳化液泵的工作压力 Kb 一般在0.520.78之间 Kb=0.52 初
36、撑力= Kb*工作阻力=0.52*300=157*103KN预算缸径尺寸和缸壁厚度缸筒内压力为：p=38.2MPa式中 P 立柱工作阻力300KN D2 缸筒内径100mm缸筒材料为27SiMn无缝钢管，s=833.85 MPa=555.9 MPa缸壁厚度为：= = =3.1mm考虑到缸口要车槽口和台阶，所以选用缸壁厚度为7mm。（4）缸筒的加工要求：缸筒内径采用H8、H9配合；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T的垂直度公差值可按7级精度选取。3.3 单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
37、下表。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*3.180*3.197*10*2.599.4*10*2.599.4*2*2.580*1.5*2.5100*1.5*2.5P228丁腈橡胶P228丁腈橡胶P229P229聚甲醛聚甲醛聚甲醛聚甲醛聚甲醛11111111外径*高*厚外径*高*厚外径*高*厚（不切口）外径*高*厚外径*高*厚三用阀O形密封圈安全阀垫卸载阀垫单向阀阀垫42*3.528*3.513*1.96*227*3.514*3P229P229P229WS520QJ55111WS520QJ55111P9
38、07211111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。 第4章 单体液压支柱结构及尺寸的验算 4.1 已知设计参数 （1）立柱初撑力：P1=157KN （2）立柱工作阻力：P=300KN （3）油缸外径：D0=114mm 油缸内径：D=100mm （4）活柱外径：D1=95
39、mm 活柱内径：D2=78mm （5）支柱最大高度：2000mm 支柱最小高度：1240mm 液压行程：760mm4.2 油缸稳定性的验算 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： PkP 即 Pk= 式中 Pk 稳定的极限力 P 最大工作阻力 J1 活塞杆断面惯性矩 =2.18*106mm4 J2 缸体断面惯性矩 =3.38*106mm4 根据 =1.2 及 =0.9查极限计算图得： 立柱稳定性的极限力为： Pk= 立柱的最大工作阻力P=300KNPk可满足稳定条件上述Pk值仅当活塞杆头部距离在载荷下发生最大挠度处的距x时才适用 x=2280=2280=6555m
40、m 4.3 活塞杆的强度验算 1、在承受同心最大载荷情况下油缸的初挠度1： 1.027mm式中 活塞杆与导向套处的最大配合间隙 =0.25cm 活塞杆全部外伸时，导向套前端至活塞末端间距 =151mm 活塞和油缸的最大配合间隙 =0.355mm 活塞杆全部外伸时，活塞杆头部销孔至油缸尾部销孔间距 =+=1971mm 立柱总重 =415kg 油缸轴线与水平面的交角 =2、油缸的最大挠度 当 ， 时 式中 0.8*10-3 0.4*10-3 1.08 0.4 E 钢的弹性模量 E=2.1*105MPa 3、 活塞杆的合成应力 89.6MPa 式中 A 活塞杆的断面积 2308.7mm2W活塞杆的断
41、面模数 37564.5 mm2 安全活塞杆材料为45#钢 =360 MPa 一般最小取1.4 4.4 缸体强度验算 油缸壁厚验算 时，按中等壁厚缸体公式计算 式中 P 油缸内工作压力 P=38.2 MPac 计入管壁公差及侵蚀的附加厚度，一般取 c=2mm 强度系数，当无缝钢管时 =1 缸壁厚，取22.5 mmb 缸体材料，27SiMn无缝钢管b980 MPa 许用安全系数，一般在3.55范围内选取 把上列公式化为： 济性分析本设计采用防倒顶盖作为单体液压支柱的顶盖，使其更使用于大倾角的开采煤层中。其不仅能达到通用顶盖的各项功能，更能适应急倾斜煤层的使用，同时，还保证了工作人员的安全问题。防倒
42、式顶盖的另一优点是节省人力资源。通过它特有的楔卡装置，使用安全、简洁、方便。其独特的拆装方式，可以减少一半的井下支护人员。本次设计还采用了Pro/E画图软件，大大改善了使用者对该产品的感观认识，省去了人们看实物的麻烦，它可以把产品的三维实体造型图形象的展现在人们面前。使使用者不用通过看产品就能对产品有更进一步的了解与认识。Pro/E的参数化设计更可以为设计者节省时间，且修改方便，比传统的画图软件使用起来更省时、省力，是现代设计软件中的首选工具。结论单体液压支柱是矿山机械中不可缺少的部分，它在支护作业中起着致关重要的作用。当今采矿工业中，安全问题不可忽视。而保证安全性环境的关键所在就是单体液压支
43、柱的支护作用，尤其是在大倾角煤层中。因此，本次设计就是针对大倾角煤层而进行的。主要的改进部位是顶盖部分，防倒式顶盖通过楔卡以及其独特的安装与使用形式，解决了通用式单体液压支柱出现的一些问题。计算机制图的改进也是本次设计的重要问题之一，使用Pro/E软件制图，其优点很多，比传统的CAD制图的立体感强，且它独特的参数化更方便设计者进行绘制与修改。致谢经过近四个月的毕业设计，使我对所学专业课有了更深刻的认识，让我接触、学习了从未涉及的领域。认识到了机械自动化技术对于社会发展起着举足轻重的作用。我也从中找到自己感兴趣的方面，激发了自己的学习热情。在本设计中我通过网络、图书馆等渠道翻阅了不少有关设计方面的资料，学到了很多以前没有学到的东西，同时也感觉到我们所学的知识对于以后的工作来说远远不够用。还不能完全独立完成某一项目，其间我受益最大的是我有了自己一套分析和解决问题的能力。能够顺利完成这次设计，离不开邵芝梅老师等几位机设教研室老师们的辛勤指导，为了我们弄懂每一个设计环节，邵老师不厌其烦的给我们讲解与指导，直到我们彻底消化为止。从她身上我学到的不光是专业
