1、河北工程大學畢業設計摘 要本論文所設計的是適用于大傾角煤層使用的單體液壓支柱。主要目的是為了保證工作人員的安全，所謂大傾角煤層就是指煤層傾角大于25°的煤層。其主要的改進部位是頂蓋，由原來的通用式改為現在的防倒式。通過楔卡的安裝與改進，使井下開采工作更為安全。其次，本次設計除了采用傳統的繪圖工具CAD畫圖外，還利用Pro/E進行三維實體造型，充分發揮出了Pro/E的優點，使商家與使用者對該產品在感觀上有更進一步認識和了解。關鍵詞：大傾角 頂蓋 防倒式 楔卡 三維實體造型AbstractAscend and descend the horizontal move type stereo

2、scopic stop the garage 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 de

3、sign a stereoscopic 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 th

4、e. Consequently designed 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

5、the the point to 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

6、 choice switch,then attain to position the function. Introduced the every variety stereoscopic stop the garage's construction, control the system and its characteristics, and give out stereoscopic stop that the garage's main function index sign, combined to stand opposite the design importan

7、t point to stop the garage to proceeds the analysised with study.Key words: Stereoscopic garage contact the electric appliances route of travel switch目錄摘要IAbstractII第1章緒論11.1我國煤層賦存狀況11.2單體液壓支柱發展概況21.2.1國外單體液壓支柱應用簡況21.2.2我國單體液壓支柱的發展概況21.2.3使用單體液壓支柱的突出優點21.3機械制圖的改進31.3.1軟件制圖的發展41.3.2Pro/E軟件的使用簡介4第2章單體

8、液壓支柱分類62.1分類62.1.1按用途分類62.1.2按升柱時工作液循環方式分類62.1.3 按材質分類62.2我國的單體液壓支柱類型62.2.1外注式單體液壓支柱62.2.2內注式單體液壓支柱72.3國外單體液壓支柱類型8第3章單體液壓支柱的結構和工作原理93.1單體液壓支柱的工作原理93.1.1工作介質93.1.2動力來源93.1.3降柱方式93.2單體液壓支柱的結構93.2.1單體液壓支柱三用閥、限位裝置和復位彈簧103.2.2單體液壓支柱用鍛件123.2.3 活柱體與油缸253.3單體液壓支柱的橡膠件和塑料件28第4章 單體液壓支柱結構及尺寸的驗算304.1已知設計參數304.2油

9、缸穩定性的驗算304.3活塞桿的強度驗算314.4 缸體強度驗算33經濟性分析35結論36致謝37參考文獻37附錄138附錄249IV河北工程大學畢業設計第1章 緒 論1.1 我國煤層賦存狀況我國是煤炭資源最為豐富的國家，煤炭的儲量和產量占世界第一位。煤炭已經成為我國所依賴的重要能源。社會市場經濟進一步帶動了我國地方煤礦的飛速發展。現在已有幾百個年產3 Mt以上的地方礦出現，形成了國有重點煤礦和地方中小型煤礦的并存局面。由于我國的煤炭資源分布地域極廣，煤層賦存狀況也各式各樣，主要有如下幾個特點：（1）從圍巖和煤層賦存的關系上來說，我國不僅有賦存在軟巖頂板下的煤層和一般頂板條件下的煤層，還有賦存

10、在堅硬頂板條件下的煤層。堅硬頂板下煤層開采難度相當大，常常有幾千平方米的懸頂出現，一旦垮落即可造成嚴重的事故。（2）從煤層自身的賦存條件上來說，在我國境內的煤層有近水平煤層，有傾斜煤層，有急傾斜煤層，還有直立倒轉的煤層；不僅有相當穩定的大片煤層，也有像我國南方的“雞窩”狀賦存煤層。（3）從煤層賦存的地質條件來說，由于地質條件復雜，由地殼運動而造成的被斷層破壞的煤層較多。在一塊煤田中，總有幾條貫穿整個煤田的、大落差的斷層，至于較小的斷層更是層出不窮。可以看出，我國是世界上煤層賦存條件最為復雜的國家。在開采的實踐過程中，工程技術人員所遇到的困難和解決困難的方式是全世界絕無僅有的。1.2 單體液壓支

11、柱發展概況1.2.1 國外單體液壓支柱應用簡況國外主要產煤國家中，單體液壓支柱曾經在回采工作面廣泛采用，最早研制、使用的國家（如英國）在四十年代后期就已有產品問世。其后，聯邦德國、日本、波蘭、蘇聯等國家在五十年代相繼采用，如聯邦德國薩爾礦區大體經歷十年左右的時間在條件適應的工作面基本上全部使用。從1956年到1963年，使用單體液壓支柱的產量達84.8%，五年左右時間內使用量增長了78倍。國外單體液壓支柱的使用情況表明，在六十年代初期技術即達到成熟階段。1.2.2 我國單體液壓支柱的發展概況目前，我國煤礦的回采工作面支護裝備，除一部分整體自移式液壓支架外，主要的仍使用六十年代初期發展的摩擦式金

12、屬支柱，用這種支柱裝備的回采工作面的產煤量約占百分之七十以上。六十年代初期，回采工作面幾乎全部使用木支架。當時開始了第一次支護技術改革，即摩擦式金屬支柱配以鉸接頂梁代替木支護，并經歷了大約三年時間大量推廣應用。其最突出的效果之一是大幅度的降低了木材消耗。與此同時，也促使人們認識到礦山支護是一門綜合的技術，與巖層控制及采掘工序緊密相關，對加強頂板管理促進安全生產起著舉足輕重的作用。我國在六十年代已開始了液壓支柱的研究，經過一度中斷后，于七十年代初繼續進行研究試制工作，至七十年代末完成了工業性試驗，進行了技術鑒定，現已經投入成批生產，并正在有計劃的逐步進行回采支護的更新換代工作。近幾年國內的大量實

13、踐證明，使用單體液壓支柱有著良好的技術經濟效果，適合國情，適應煤礦的具體情況，是進行回采支護第二次技術改革的一個方向。1.2.3 使用單體液壓支柱的突出優點1、初撐力高一般地，初撐力可以達到710t，為摩擦式金屬支柱的310倍（摩擦式金屬支柱用液壓升柱裝置時初撐力23t，不用液壓升柱裝置時初撐力僅1t左右）。2、恒阻的性能在較小的頂板下沉量情況下，支柱即可達到額定的工作阻力，并保持恒阻的特點（摩擦式金屬支柱在頂板下沉量大，支柱下縮到100mm至400mm以上時才能達到最大工作阻力）。顯然，單體液壓支柱能很快達到較高的工作阻力，大大改善了頂板維護狀況。3、支柱承載力均勻初撐力大與恒阻的特點，使各

14、支柱能較均勻的承受載荷，這是優于摩擦式金屬支柱的重要特點，對保持中等穩定以下工作面頂板的完整是十分有利的。4、 支、撤速度快單體液壓支柱的升柱與降柱，靠液壓系統來完成。內注式支柱只須扳動手柄、外注式支柱用注液槍從外部注液、扳動卸載閥排液等輕微操作即可完成回撤與支設作業，其速度一般比摩擦式支柱提高一倍左右。5、 促進安全生產、降低輔助材料消耗由于初撐力高與頂板接觸嚴實，回撤與支設速度快，控制頂板效果好，提高了工作面推進速度，冒頂事故明顯減少，促進了安全生產，相應地降低了木材消耗。綜上所述可以看出單體液壓支柱比摩擦式金屬式支柱具有明顯的優點。單體液壓支柱的主要缺點是：構造比較復雜，內注液式支柱結構

15、更復雜，如果局部密封失效，即會導致整個支柱失去支撐能力；其次是維護檢修量大，為保證支柱安全使用，定期檢修、隨時更換零件量大，因而使其維護費增高。為保持每一根單體液壓支柱的正常使用，每年所需的維修費用平均占支柱造價的20%左右，這比摩擦式支柱要高出若干倍。但從綜合效果比較，如安全狀況的改善，單產的提高，降低輔助材料的消耗，以及最終的實際支護費用降低等方面分析，單體液壓支柱則有明顯的優勢。1.3 機械制圖的改進1.3.1 軟件制圖的發展傳統的計算機制圖通常使用CAD進行二維制圖，對于觀察立體圖有一定的缺陷。因此本次設計不僅采用了傳統的CAD制圖，還利用Pro/E進行了三維實體造型，充分發揮了Pro

16、/E的優點。Pro/E是當前三維設計軟件中應用比較廣泛的軟件之一，在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位，并作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業界的認可和推廣。對于很多高等學校和研究機構來說，該軟件是進行設計的重要輔助工具。Pro/E第一個提出了參數化設計的概念，并且采用了單一數據庫來解決特征的相關性問題。另外，它采用模塊化方式，使用者可以根據自身的需要進行不同的選擇，而不用安裝所有模塊。Pro/E的基于特征方式，能夠將設計至生產全過程集成到一起，實現并行工程設計。Pro/E采用了模塊方式，可以分別進行草圖繪制、零件制作、裝配設計、鈑金設計、加工處理等，這樣可以保證使用

17、者按照自己的需要進行選擇使用。基本結構1.3.2 Pro/E軟件的使用簡介1、 Pro/E的優勢Pro/E強調的是三維實體模型，可隨時計算出產品的質量、體積、表面積、中心、慣性矩等相關物理量，能清楚了解產品的真實性，優于傳統的面結構、線結構存在的不足。2、單一數據庫和完全關聯性Pro/E設計概念是從三維實體模型產生二維工程圖，并且自動標注相關尺寸，也就是說，不論設計者在三維還是二維環境下修改尺寸，其關聯的二維或三維實體模型都將自動更改。在產品開發過程中，用戶在任何時候所做的更改，都會傳送到整個設計中，自動更新所有的工程文檔。3、基于特征的參數式建摸“特征”，簡而言之是利用較高階的組成圖形來產生

18、具有工程意義的元件，也就是一般的機械對象，如圓角、薄殼、鉆孔等，以最自然的思考方式從事設計工作，充分理解設計意圖，能隨時對特征進行合理但不違反幾何原理的重定義、重新排序、和插入等操作。4、數據管理想要加速產品上市的日程，就必須以最少的時間完成最多的開發工作。為達到這樣高的工作效率，必須允許多個工程師同時處理一件產品。Pro/E數據管理就是專門為同步工程而開發的，它以獨特的完全關聯特性，滿足管理同步工程所需要的同步造作程序。5、易于使用折疊式菜單按照直觀的方式變化，以提供合乎邏輯的選項；另一方面，系統也提供簡短的功能選項說明，以及完整的在線幫助。用戶操作界面與窗口操作環境類似，這樣就使得Pro/

19、E既容易學習又容易操作。6、硬件獨立Pro/E可在Windouws95/98/2000/XP操作平臺上運行，并且在每個系統上都維持相同的外形和界面。用戶可以根據自己的需要程度，選購最經濟的硬件設備，再混用或搭配任何一種平臺組合即可。7、尺寸參數化Pro/E將尺寸看作可變化的參數，尺寸修改時，實體模型會立即重新生成。Pro/E可謂是個全方位的三維產品開發軟件，其模塊眾多，做出的零件圖立體感強，裝配圖非常形象、逼真，整體效果好，讓人一目了然，能夠清楚地看出機械各部分的構造。基于Pro/E的這些優點，我在畢業設計中選擇了Pro/E三維設計軟件。第2章 單體液壓支柱分類2.1 分類2.1.1 按用途分

20、類1、通用型支柱。用于一般條件下使用。2、重型支柱。用于特殊條件下使用。2.1.2 按升柱時工作液循環方式分類1、內部注液式單體液壓支柱（簡稱內注式）。 工作液壓油在機體內形成閉路循環。2、外部注液式單體液壓支柱（簡稱外注式）。從泵站供給乳化液，通過注液槍注入支柱。2.1.3 按材質分類1、熱軋低碳合金鋼單體液壓支柱。2、冷拔低碳合金鋼單體液壓支柱。3、輕金屬合金鋼單體液壓支柱。我國批量生產、使用的是熱軋低碳合金鋼支柱。2.2 我國的單體液壓支柱類型我國單體液壓支柱基本上有兩個類型，即內注式與外注式。兩種支柱的工作原理、性能等基本相同。其技術性能、特點、優缺點，分別按內、外注液式予以介紹。2.

21、2.1 外注式單體液壓支柱額定工作阻力為245294KN，目前投入生產的共12種規格。其主要特點為：工作介質乳化液由遠距離的液壓泵站通過橡膠管路，經專用的注液槍注入缸體。升柱靠乳化液泵站的壓力供給，降柱利用活柱體的自重和復位彈簧進行。回柱時，柱內乳化液需排出柱體，每支設一根支柱需排出一次乳化液。外注式單體液壓支柱的主要優點是，結構比較簡單，零部件少，易于維修。支柱的關鍵部件是三用閥，組裝于一體，拆裝便利，井下一般可立即拆換。初撐力靠泵站壓力獲得，可靠性高。此外，由于以泵站壓力來升柱，升柱速度高于手工作業的內注式液壓支柱，一般要高34倍，所以能提高支柱的支設效率。外注式支柱由于靠外部供液以及零件

22、少，使支柱自重減輕了5kg，大大降低了工人勞動強度。這種支柱的主要缺點是：工作液來自外部，要配備全套的乳化液泵站，并且從泵站到工作面一端要裝設高壓膠管干線，從管路干線到支柱的注液口要接通聯接注液槍的高壓膠管支線，形成了一套管路系統。離開了泵站和管路系統外注式液壓支柱就不能單獨使用。外注式液壓支柱回柱時，由于必須將內腔的乳化液排放到外面，每一棵支柱回撤一次必須從柱內排放12kg的乳化液，并且不能回收復用，因而增加了成本。排出的乳化液流失在工作面底板上，還會使底板巖面（特別是泥質頁巖）膨脹變軟，支柱底座易插入，不能很好地發揮支護效果。2.2.2 內注式單體液壓支柱額定工作阻力為245KN，目前投入

23、生產的共9種規格，工作介質為液壓油。回撤支柱靠油缸中的液壓油流向活柱內腔形成閉路循環。由內柱式支柱本身的手搖泵進行升柱，初撐力大小由人力操作手柄來決定。降柱則靠支柱的活柱自重進行。柱體內腔的液壓是閉路循環系統，不需要外部供液。支柱活柱上升高度由柱體內貯油量的多少來決定。支柱的安全閥、單向閥、卸載閥分別裝設于不同位置，不能在井下隨時調換。內柱式支柱的主要優點是：由于支柱本身進行液壓油循環，不需從外部供液，節省了全套的泵站及管道系統，支柱本身可以獨自使用。內注式支柱的三用閥是分別裝設在支柱內腔的，可以防止煤粉等外界贓物的污染，閥類的性能不易受損；內注式支柱液壓系統形成閉路循環，僅需補充微量油耗，不

24、會向柱體外部排出油液，既節約了油液，也不會浸濕底板，勞動條件也有所改善。內注式單體液壓支柱的主要缺點是：支柱結構比較復雜，內腔中的零部件多，加工量與加工難度較大，維護與檢修工作量大，內部零件損壞時，必須運至地面進行檢修；靠手搖泵升柱，初撐力大小差異很大，不容易保證有較均勻的初撐力；人力搖動手柄的升柱速度較慢，一般地每搖一次手柄升柱形程約2030mm；自重也較大，比同類型的外注式液壓支柱自重增多了35kg。兩種類型支柱有不同的特點，也各有不同的優缺點，各礦區應根據自己的具體條件并結合積累的經驗綜合分析，進行選用。2.3 國外單體液壓支柱類型英國除生產通用型以外，還有特殊類型的單體液壓支柱。例如超

25、短型支柱，一般為內部注液式，液壓缸以底座面積大，頂蓋系圓形平頂，面積大于底座，缸體下部裝有搖動手柄作為升降活柱用，柱帽面積大，呈圓形，支設時柱帽直接貼緊于頂板。由于柱帽之間空隙小，頂板暴露面小，可代替頂梁支護，減少了一般頂梁所占有的空間，適用于極薄煤層；另有長伸縮輕型單體液壓支柱。這種支柱活柱較長，工作行程大，體輕，適用于急傾斜水平分層工作面和煤層變化大但壓力并不很大的工作面。日本生產有輕合金單體液壓支柱。這類支柱有內部注液式及外部注液式兩種，結構與工作原理與同類支柱基本相同。其特點是，柱體輕，較普通低碳合金鋼支柱平均輕2030%，因而操作移設較方便。其適用范圍與同類低碳合金鋼單體液壓支柱基本

26、相同。第3章 單體液壓支柱的結構和工作原理3.1 單體液壓支柱的工作原理 3.1.1工作介質外注式單體液壓支柱工作介質為乳化液，回柱時乳化液排至工作面采空區。3.1.2 動力來源外注式的工作介質是由設在巷道中的泵站經高壓軟管、注液槍等組成的管路系統供給，并由泵站保證支柱一定的初撐力。3.1.3 降柱方式 一般靠活柱的自重和復位彈簧降柱。3.2 單體液壓支柱的結構DZ型單體液壓支柱為外部注液的單體液壓支柱。單體液壓支柱有活柱體、油缸、三用閥、頂蓋、底座體、復位彈簧、手把體、活塞等主要零部件組成。如圖所示： 圖2.2.1 外注式單體液壓支柱裝配圖3.2.1、單體液壓支柱三用閥、限位裝置和復位彈簧1

27、、外注式單體液壓支柱的三用閥三用閥顧名思義，即有三種用處的閥。它是外注式單體液壓支柱的心臟，支柱靠它的單向閥完成開柱和支撐；靠它的卸載閥完成支柱的回收；靠它的安全閥在支柱過載時使支柱緩慢下縮，保護支柱不致受損。外注式支柱將三個閥組裝在一起，便于更換和維修。三用閥利用左右閥筒上的螺紋裝在支柱柱頭上，并用閥筒上的O形密封圈與柱頭密封 圖2.2.2 三用閥1左閥筒；2注油閥體；3限位套；4單向閥閥座；5壓緊螺套；6鋼球8；7錐形彈簧；8卸載閥墊；9卸載閥彈簧；10連接螺桿；11閥套；12閥座；13O形圈13*1.9；14O形圈28*3.5；15安全閥針；16安全閥墊；17六角導向套；18O形圈42*

28、3.5；19彈簧座；20安全閥彈簧；21調壓螺絲；22右閥筒2、 限位裝置外注式單體液壓支柱限位裝置是限制活柱升高，保證油缸與活柱具有一定重合長度，防止活柱拔出和損壞的裝置。限位裝置有限位套、限位環、鋼絲擋圈和限位臺階等多種形式。缸徑為100mm的DZ型支柱采用活柱上限位臺階限位。支柱升高，活柱上限位裝置與手把體接觸后，如果繼續供液，活柱也不再升高。因此，限位裝置必須具有一定強度，使其承受初撐力時，不至于損壞。限位臺階高度尺寸計算過程如下：H=mm=mm=151mm式中 L 立柱最大工作行程，mm D2 缸筒內徑，mm3、 復位彈簧采用復位彈簧降柱可加速支柱下降速度。復位彈簧一頭掛在柱頭上，另

29、一頭掛在底座上，并使它具有一定的預緊力。并且使用復位彈簧支柱的底座不能焊在油缸上，而必須活接，且采用連接鋼絲與油缸連接。復位彈簧是單體液壓支柱在進行回收時，使活柱筒快速回縮的重要零件。檢驗復位彈簧時，應根據支柱實際支設狀況，將其拉伸到最大使用高度后保持24小時，最多允許彈簧有4mm的殘余變形，這樣的復位彈簧才算合格。3.2.2單體液壓支柱用鍛件 外注式單體液壓支柱中有5個零件是用模鍛加工而成。它們分別是頂蓋、手把體、底座、活塞和柱頭。1、頂蓋本次單體液壓支柱主要針對大傾角煤層的工作狀況而設計的，在大傾角工作面中單體支柱的傾倒與下滑問題一直都很嚴重,頂板冒落甚至大面積垮落事故時有發生,嚴重威脅著

30、工作面的安全生產。改進單體液壓支柱頂蓋的結構將有助于改善以上幾種情況，因此，我采用了防倒式頂蓋。防倒頂蓋的基本結構如圖2.2.3所示,它由頂蓋底板、楔卡、擋板組成。楔卡安裝在頂蓋底板導槽內。楔卡為“L”形。每只防倒頂蓋內安裝兩只楔卡,每只楔卡有一個側面帶有斜度。防倒頂蓋取代普通頂蓋后,通過楔卡卡住頂梁底部的型扁鋼,實現支柱與頂梁的相互聯接。由于兩只楔卡均帶有斜度,因而安裝時可以相互砸緊。回柱時,只須錘擊楔卡的小端,使楔卡張開,脫離頂梁,便可按正常程序回拆支柱。防倒頂蓋與頂梁聯接后,限定了支柱與頂梁的支設狀態。頂蓋是可更換件。它通過三個彈性圓柱銷與活柱體的柱頭（或接長柱筒）連接在一起，將頂板巖石

31、的壓力傳遞到支柱上，并利用四爪與楔卡防止頂板來壓時支柱滑倒失效。如圖所示：圖2.2.3 防倒頂蓋結構1楔卡;2擋板;3頂蓋底板 圖2.2.4 頂蓋的三維實體造型2、手把體手把體是單體液壓支柱上唯一的一個可用手抓住的零件，對搬運、支設、移動支柱非常重要。手把體內裝有防塵圈、導向環。它通過手把體連接鋼絲與油缸相連接，能繞油缸自由轉動便于操作和搬運。 圖2.2.5 手把體圖2.2.6 手把體三維實體造型圖應用Pro/E制作手把體的過程（1）打開Pro/E軟件，點擊新建，彈出下圖所示對話框，在名稱出輸入shoubati，然后單擊確定。（2）單擊確定后，出現下圖所示界面：單擊插入旋轉，再單擊草繪工具，選

32、擇要旋轉的平面后再單擊草繪，進入草繪界面。（3）先畫兩條中心線，在用畫直線工具按照尺寸進行畫圖，在利用倒圓角工具倒角，同時約束對稱與相等。然后單擊右側的按鈕。最后再單擊按鈕，如下圖所示。（4）手柄部位的繪制是利用拉伸的方法，圖形如下，單擊右側的按鈕。進入如下界面，輸入拉伸長度130，然后再單擊按鈕。即可生成下圖所示：（5）進行切除旋轉，選取使用先前草繪平面，開始草繪，畫出如下圖所示。單擊右側的按鈕，進入切除旋轉界面，然后再單擊按鈕。（6）利用切除拉伸以及鏡像工具，對手柄部位進行修改，如下圖所示。（7）單擊倒圓角按鈕，對手把體的一些銳角邊進行倒圓角。（8）以手柄的左側面為繪圖平面，用切除拉伸的方

33、法繪制安裝安全標的槽體。如下圖：單擊右側的按鈕，進入切除旋轉界面，輸入切除長度2，然后再單擊按鈕。即可生成如下圖所示的手把體。3、底座底座體由底座、彈簧掛環、O形密封圈、防擠圈等組成。它是支柱底部密封和承載的零件。它通過底座連接鋼絲與油缸相連接。結構形式如圖2.2.7所示。 圖2.2.7 底座體 圖2.2.8 底座體三維實體造型4、 活塞活塞是支柱的活柱體和液壓缸之間密封的零件，當支柱受力時承受一定的載荷和彎矩。活塞上裝有Y形密封圈、皮碗防擠圈、活塞導向環、O形密封圈、活塞防擠圈等。它通過活塞連接鋼絲與活柱體相連接。活塞起活柱導向和油缸密封作用。 如圖所示： 圖2.2.9 活塞活塞根據密封裝置

34、形式來選用其結構形式，而密封裝置則按工作壓力、環境、介質等條件來選定。材料：活塞材料一般不同于缸筒的材料，選用45鋼。加工要求：活塞的寬度尺寸，可根據密封結構形式來確定；（1）活塞外徑d對內孔D1的徑向跳動公差值，按7、8級精度選取。（2）端面T對內孔D1的垂直度公差值，按7級精度選取。（3）外徑d的圓柱度公差值，按9、10、11級精度選取。 圖2.2.10 活塞三維實體造型 5、柱頭柱頭是支柱上安裝三用閥的地方，承受和傳遞支柱的載荷。柱頭的結構形式如下圖所示。 圖2.2.11柱頭圖2.2.12 柱頭三維實體造型3.2.3 活柱體與油缸1、活柱體活柱體是支柱上部承載桿件。如圖所示： 圖2.2.

35、13 活柱體2、油缸油缸是支柱下部承載桿件。如圖所示：圖2.2.14 油缸（1）主要技術要求：有足夠的強度，能長期承受最高工作壓力以及短期動態試驗壓力而不會產生永久變形。有足夠的剛度，能承受活柱側向力，而不至于產生彎曲。內表面在活塞密封件及導向環的摩擦力作用下，能長期工作，且磨損少，幾何精度高，確保活塞密封。（2）材料：缸筒材料一般要求有足夠的強度和沖擊韌性，根據油缸的參數、用途和毛坯，可選用的材料是27SiMn。（3）缸筒的計算：立柱的工作阻力，缸內壓力，缸筒內徑之間的關系為： P=D22p 式中 p 缸筒內壓力N/mm2 D2 缸筒內徑mm P 立柱工作阻力KNKb= 則 p= 式中 pR

36、 乳化液泵的工作壓力 Kb 一般在0.520.78之間 Kb=0.52 初撐力= Kb*工作阻力=0.52*300=157*103KN預算缸徑尺寸和缸壁厚度缸筒內壓力為：p=38.2MPa式中 P 立柱工作阻力300KN D2 缸筒內徑100mm缸筒材料為27SiMn無縫鋼管，s=833.85 MPa=555.9 MPa缸壁厚度為：= = =3.1mm考慮到缸口要車槽口和臺階，所以選用缸壁厚度為7mm。（4）缸筒的加工要求：缸筒內徑采用H8、H9配合；缸筒內徑D的圓度公差值可按9、10、11級精度選取，圓柱度公差值可按8級選取；缸筒端面T的垂直度公差值可按7級精度選取。3.3 單體液壓支柱的橡

37、膠件和塑料件單體液壓支柱及三用閥中所使用的各種橡膠件和塑料件共15件，詳見下表。項目類別名稱規 格材 料數量備 注單體液壓支柱Y形密封圈防塵圈O形密封圈活柱導向環活塞導向環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丁腈橡膠P228丁腈橡膠P229P229聚甲醛聚甲醛聚甲醛聚甲醛聚甲醛11111111外徑*高*厚外徑*高*厚外徑*高*厚（不切口）外徑*高*厚外徑*高*厚三用閥O形密封圈安全閥墊卸載閥墊單向閥閥墊42*3.528*3.513*1.96*227*3.514*3P

38、229P229P229WS520QJ55111WS520QJ55111P907211111其中大流量三用閥的安全閥部分，有一特制密封圈所謂防擠圈是指防止O形密封圈受擠的一個圈，故它在安裝時應該放在O形密封圈或Y形密封圈的低壓一側。防塵圈的作用是緊抱單體液壓支柱的活柱，在支柱升降時防止煤粉進入液壓缸。 Y形密封圈是單體液壓支柱的活柱通過活塞和支柱油缸密封的關鍵零件，又是支柱在承載時的承壓件。同時在支柱回柱時，它又能使支柱的活柱快速回縮而達到回收的目的。第4章 單體液壓支柱結構及尺寸的驗算4.1 已知設計參數 （1）立柱初撐力：P1=157KN （2）立柱工作阻力：P=300KN （3）油缸外徑：

39、D0=114mm 油缸內徑：D=100mm （4）活柱外徑：D1=95mm 活柱內徑：D2=78mm （5）支柱最大高度：2000mm 支柱最小高度：1240mm 液壓行程：760mm4.2 油缸穩定性的驗算 驗算活塞桿全部伸出并受最大同心縱向載荷的穩定性。 油缸穩定性條件為： Pk>P 即 Pk= 式中 Pk 穩定的極限力 P 最大工作阻力 J1 活塞桿斷面慣性矩 =2.18*106mm4 J2 缸體斷面慣性矩 =3.38*106mm4 根據 =1.2 及 =0.9查極限計算圖得： 立柱穩定性的極限力為： Pk= 立柱的最大工作阻力P=300KNPk可滿足穩定條件上述Pk值僅當活塞桿頭

40、部距離在載荷下發生最大撓度處的距x時才適用 x=2280=2280=6555mm 4.3 活塞桿的強度驗算 1、在承受同心最大載荷情況下油缸的初撓度1： 1.027mm式中 活塞桿與導向套處的最大配合間隙 =0.25cm 活塞桿全部外伸時，導向套前端至活塞末端間距 =151mm 活塞和油缸的最大配合間隙 =0.355mm 活塞桿全部外伸時，活塞桿頭部銷孔至油缸尾部銷孔間距 =+=1971mm 立柱總重 =415kg 油缸軸線與水平面的交角 =2、油缸的最大撓度 當 ， 時 式中 0.8*10-3 0.4*10-3 1.08 0.4 E 鋼的彈性模量 E=2.1*105MPa 3、 活塞桿的合成

41、應力 89.6MPa 式中 A 活塞桿的斷面積 2308.7mm2W活塞桿的斷面模數 37564.5 mm2 安全活塞桿材料為45#鋼 =360 MPa 一般最小取1.4 4.4 缸體強度驗算 油缸壁厚驗算 時，按中等壁厚缸體公式計算 式中 P 油缸內工作壓力 P=38.2 MPac 計入管壁公差及侵蝕的附加厚度，一般取 c=2mm 強度系數，當無縫鋼管時 =1 缸壁厚，取22.5 mmb 缸體材料，27SiMn無縫鋼管b980 MPa 許用安全系數，一般在3.55范圍內選取 把上列公式化為： 經濟性分析本設計采用防倒頂蓋作為單體液壓支柱的頂蓋，使其更使用于大傾角的開采煤層中。其不僅能達到通用

42、頂蓋的各項功能，更能適應急傾斜煤層的使用，同時，還保證了工作人員的安全問題。防倒式頂蓋的另一優點是節省人力資源。通過它特有的楔卡裝置，使用安全、簡潔、方便。其獨特的拆裝方式，可以減少一半的井下支護人員。本次設計還采用了Pro/E畫圖軟件，大大改善了使用者對該產品的感觀認識，省去了人們看實物的麻煩，它可以把產品的三維實體造型圖形象的展現在人們面前。使使用者不用通過看產品就能對產品有更進一步的了解與認識。Pro/E的參數化設計更可以為設計者節省時間，且修改方便，比傳統的畫圖軟件使用起來更省時、省力，是現代設計軟件中的首選工具。結論單體液壓支柱是礦山機械中不可缺少的部分，它在支護作業中起著致關重要的

43、作用。當今采礦工業中，安全問題不可忽視。而保證安全性環境的關鍵所在就是單體液壓支柱的支護作用，尤其是在大傾角煤層中。因此，本次設計就是針對大傾角煤層而進行的。主要的改進部位是頂蓋部分，防倒式頂蓋通過楔卡以及其獨特的安裝與使用形式，解決了通用式單體液壓支柱出現的一些問題。計算機制圖的改進也是本次設計的重要問題之一，使用Pro/E軟件制圖，其優點很多，比傳統的CAD制圖的立體感強，且它獨特的參數化更方便設計者進行繪制與修改。致謝經過三個多月的畢業設計，使我對所學專業課有了更深刻的認識，讓我接觸、學習了從未涉及的領域。認識到了機械自動化技術對于社會發展起著舉足輕重的作用。我也從中找到自己感興趣的方面

44、，激發了自己的學習熱情。在本設計中我通過網絡、圖書館等渠道翻閱了不少有關設計方面的資料，學到了很多以前沒有學到的東西，同時也感覺到我們所學的知識對于以后的工作來說遠遠不夠用。還不能完全獨立完成某一項目，其間我受益最大的是我有了自己一套分析和解決問題的能力。能夠順利完成這次設計，離不開劉志民老師等幾位老師們的辛勤指導，為了我們弄懂每一個設計環節，劉老師、史老師不厭其煩的給我們講解與指導，直到我們徹底消化為止。從他們身上我學到的不光是專業知識，而且還有一絲不茍、無私奉獻的精神。在此，我向他們表示真誠的謝意。參考文獻1.張家鑒 陳享文 伊長德 液壓支架 煤炭工業出版社 1992.32.趙宏珠 綜采面

45、礦壓與液壓支架設計 中國礦業學院出版社 1987.113.陳相山等 煤礦支護產品實用手冊 煤炭工業出版社1998.124.張繼春 楊建國 裝配設計與運動仿真及Pro/E實現 國防工業出版社 2006.15.孫江宏 黃小龍 Pro/E2001虛擬設計與裝配中國鐵道出版社 2003.3附錄一 外注式單體液壓支柱使用維護說明書 一、用途外注式支柱是一種外部供液的恒阻式單體液壓支柱。它可與金屬頂梁配套使用，也可單獨做點柱用，供煤礦一般機械化工作面支護頂板，或供綜合機械化工作面作端頭支護及其他臨時性支護。 二、使用范圍外注式支柱使用于下列煤層條件：（1）煤層傾角大于25°35°的急傾

46、斜回采工作面。（2）煤層頂、底板條件工作阻力為300KN的支柱，底板抗壓入強度應為28MP以上。如底板較軟，支柱壓入底板的深度以不惡化頂板的完整性及不影響支柱的回收為限，否則，應采取“穿鞋”或加大底座等措施。適用于一人工作時進行支護作業。頂板冒落情況較好，冒落后不影響支柱的回收。在分層開采人工假頂工作面或地質構造較復雜的條件下使用時，應采取安全措施。在煤質較軟的爆破采煤工作面使用時，應對活柱體外表面采取保護措施，以防崩壞。且不能當貼幫柱用。本支柱不宜使用在下列條件的工作面：（1）煤質較硬的炮采工作面，以及周期來壓特別強烈或有沖擊地壓的工作面。（2）工作面采高太低，不能保證頂板下沉后支柱安全回收

47、所需的最小高度。（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。三、技術特征支柱型號組成和排列方式如下：類型及特征代號用漢語拼音大寫字母表示：D表示單體液壓支柱，第一特征代號中N表示內注式支柱；W表示外注式支柱。第二特征代號中S代表雙伸縮，無字母代表單伸縮，Q代表輕合金。主參數用阿拉伯數字表示；補充特征代號一般不用。修改序號用加括號的大寫拼音字母（A）、（B）、（C）表示，用來區分類型、主參數、特征代號均相同的不同產品。四、支柱的拆裝和試驗1、三用閥的組裝1）組裝前的裝備（1）合格的三用閥零件在組裝前必須用壓力油沖洗干凈，任何有毛刺、鐵屑或生銹的零件均不得組裝。（2）裝好全部O

48、形密封圈。（3）六角導向套的組裝把安全閥墊裝入六角導向套中，要裝到底，并檢查安全閥墊工作面是否平整。在閥座和六角導向套接觸時，閥墊壓縮量應控制在0.150.25mm。（4）注油閥體的組裝將單向閥座連同限位套一起裝入注油閥體中，并裝入8鋼球，再用一字型螺絲刀擰緊螺套（擰緊程度要適當，以防單向閥座變形），并把卸載閥墊裝入注油閥體。2）組裝將閥針裝入閥座中，閥針端面不應露出閥座端面，并檢查運動是否靈活，再轉入閥套內，然后將連接螺桿擰入閥套并擰緊。用鑷子將六角導向套裝入閥套內，檢查六角導向套軸向運動是否靈活，應無卡阻，然后裝入8鋼球、彈簧座、安全閥彈簧，用調壓工具擰緊調壓螺絲。安全閥部分裝好以后，將閥

49、套裝入裝配套筒中。單向閥錐型彈簧裝在連接螺桿上，套上左閥筒并與裝配套筒擰緊，用套筒扳手將注油閥體擰入螺桿。然后擰下裝配套筒，換上右閥筒。三用閥組裝完畢之后，需根據礦用單體液壓支柱（MT11293）中的有關規定對其進行調壓和試驗。安全閥的開啟壓力調定是用調壓工具調整調壓螺絲的進退來實現的。調好安全閥應涂上M10乳化劑封存。2、支柱組裝1）組裝前的準備（1）用壓力油洗凈活柱、油缸、活塞、底座、手把體等零件，不允許零件上有鐵屑和污物。 （2）在手把體的內表面、頂蓋與柱頭配合面、底座與液壓缸配合面及活塞與活柱配合面涂防銹油。（3）在活塞、底座上裝入O型密封圈和防擠圈，注意防擠圈的位置應緊靠O型密封圈的

50、低壓側。（4）把Y形密封圈、防擠圈和導向環安裝在活塞上，注意活塞導向環外徑應大于活塞的最大外徑。2）活柱體的組裝順序（1）將防塵圈和活塞導向環按次序（注意方向）裝在手把體上。（2）將手把體套入活柱體。在限位鋼絲圈槽中先裝上一個O形密封圈（作為裝配工具），這樣手把體上的防塵圈就能順利通過，然后取下O形密封圈，將限位鋼絲圈涂油裝在活柱上，并測量限位鋼絲圈的外徑（應比油缸的外徑小0.5mm以上）。（3）將活塞裝入活柱。（4）把復位彈簧掛在活柱體中。3）支柱整體組裝（1）將裝好的活柱體裝入油缸，并將手把體裝好，穿上連接鋼絲。（2）將頂蓋裝入活柱體，用彈性圓柱銷連接好，所有彈性圓柱銷均不允許露出，其開口

51、應垂直于支柱的軸向方向。注意使頂蓋方體軸線與柱頭閥孔軸線平行。（3）將復位彈簧掛在底座彈簧環上，并將底座裝入油缸，穿好底座連接鋼絲。（4）裝上三用閥，并使三用閥卸載孔軸線垂直于支柱軸線。4）組裝注意事項（1）除油缸、底座等裸露表面及電鍍外，所有連接配合部分及活柱外圓均應涂防銹油。（2）裝配底座時應將防擠圈切口背向穿鋼絲槽口，在打入底座時應注意避免穿鋼絲槽口碰壞防擠圈。（3）所有連接鋼絲均打入槽口，不允許外露，并將手把體和底座的連接鋼絲口用火漆或油漆膩子封死。（4）支柱組裝時，不允許用鐵錘敲打油缸、活塞、活柱等零件。（5）組裝完畢的支柱在運輸過程中不允許隨意摔砸。3、支柱的拆卸支柱的拆卸可按裝配

52、相反的工序進行，但應注意；（1）底座的拆卸應用活柱頂出。（2）先將活柱體抽出到最大高度，再拆卸手把體，以免活塞刮壞油缸。（3）拆卸活塞時應使用卸活塞工具，用撞塊沖擊數次剪斷O形密封圈即可取出活塞。4、試驗支柱及三用閥組裝完畢后，應按照礦用單體液壓支柱（MT11293）中的有關規定進行試驗，合格后方可下井。五、使用注意事項（1）首先,應根據工作面采高，選擇合適的支柱規格；根據工作面頂板壓力大小，確定合理的支護密度。(2)支柱必須達到出廠試驗要求或維修質量標準，方可下井使用.到礦的新支柱，也必須經過檢查復試合格,才能下井使用。(3)檢查乳化液泵機械電氣部分是否正常,油箱乳化液是否夠用，濃度是夠合適。啟動乳化液泵，待泵各部運轉正常，供液壓力達到泵站額定工作壓力時方可向工作面供液。（4）將支柱移至預定支設地點后，先用注液槍沖洗注油閥體，然后將注液槍插入三用閥中并用鎖緊套連接好。（5）支柱第一次使用前，應先升、降柱一次（最大行程），以排凈缸體內空氣，之后才能正常使用。（6）支設支柱時，應注意下列四點：支柱應垂直于頂、底板，支設在金屬鉸接頂梁下面，并有一定的迎山角，使支柱處于垂直受力狀態且不易推倒。三用閥的單向閥應朝采空區方向或下順槽，以利