1、原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 1目錄目錄目錄 .1第第 1 1 章章 緒緒 論論 .31.1 我國煤層貯存狀況.31.2 用途.31.3 適用范圍.31.4 單體液壓支柱發展概況.4第第 2 章章 單體液壓支柱的結構和工作原理單體液壓支柱的結構和工作原理 .62.3 壓支柱的工作原理.62.42.4 壓支柱的結構壓支柱的結構 .72.52.5 零部件尺寸的計算與選擇零部件尺寸的計算與選擇 .72.5.4 單體液壓支柱用鍛件.112.6 單體液壓支柱的橡膠件和塑料件.15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 2.1。.152.7 本章

2、小結.163.1 已知設計參數.173.2 油缸穩定性的驗算.173.3 活塞桿的強度驗算.182、油缸的最大撓度、油缸的最大撓度.183.4 缸體強度驗算.193.5 制定活塞的工藝路線.203.6 本章小結.23第第 4 章章 單體液壓支柱的使用與維護單體液壓支柱的使用與維護 .244.1 支柱的拆裝和試驗.244.1.1 三用閥的組裝.244.1.2 支柱組裝.244.1.3 支柱的拆卸.254.1.4 試驗.264.2 使用注意事項.264.3 支柱的故障與維修.274.3.1 常見支柱故障及排除方法.274.3.2 維修注意事項.294.4 本章小結.29經濟分析經濟分析 .30結結

3、 論論 .31原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 2致致 謝謝 .32參考文獻參考文獻 .33附附 錄錄 1 1 .34原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 3第 1 章 緒 論1.1 我國煤層貯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。我國的煤炭資源分布地域極廣，煤層貯存狀況也各式各樣，主要有如下幾個特點：1、從圍巖和煤層貯存的關系上來說，我國不僅有貯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

4、可造成嚴重的事故。2、從煤層貯存的地質條件來說，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。3、從煤層自身的貯存條件上來說，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”狀貯存煤層。可以看出，我國是世界上煤層貯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。近幾年煤礦冒頂事故頻繁發生，因此，單體液壓支柱在采礦工業中是非常重要的。它保障著國家財產和人員的生命安全，尤其在大

5、傾角煤層中，更能體現它的重要性。但通用式單體液壓支柱不能滿足要求，所以對其頂蓋進行改進采用防倒式頂蓋。1.2 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。1.3 適用范圍 外注式支柱使用于下列煤層條件：1、煤層傾角大于 2535的急傾斜回采工作面。2、煤層頂、底板條件 （1）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。原創通過答辯畢業

6、設計說明書論文 QQ 194535455 4 （2）適用于一人工作時進行支護作業。 （3）頂板冒落情況較好，冒落后不影響支柱的回收。 （4）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。 （5）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： 3、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。 4、工作面采高太低，不能保證頂板下沉后支柱安全回收所需的最小高度。 5、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。1.4 單體液壓支柱發展概況1.4.1 國內外單體液

7、壓支柱的發展趨勢國內外單體液壓支柱的發展趨勢 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

8、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。但是在大傾角煤層的支護作業中，使用通用式頂蓋還是具有一定的缺陷。因此，本次設計主要針對這一問題進行解決與改進。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

9、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。原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 51.4.2 使用單體液壓支柱的突出優點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

10、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

11、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。 原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 6第 2 章 單體液壓支柱的結構和工作原理分類2.1 分類 1、按型號分類 （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、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。 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

12、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 技術特征技術特征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。2.3 壓支柱的工作原理 1、工作介質 外柱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。 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

13、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、降柱方式 一般靠活柱的自重和復位彈簧降柱。原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 72.4 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 2.1 所示： 注液槍泵站供液卸載手把卸載 圖 2.1 外注式單體液壓支柱裝配圖 圖 2.2 單體液壓支柱的三維實體造型2.5 零部件尺寸的計算與選擇2.5.1 給定參數 直徑 100mm； 工作阻力 300KN； 最大高度 2000mm。2.5.2 油缸與活柱體 1、油缸

14、油缸是支柱下部承載桿件。 如圖 2.3 所示：原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 8 圖 2.3 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 4（2.1） 式中 p缸筒內壓力，N/mm2； D

15、2缸筒內徑，mm； P立柱工作阻力，KN。 Kb= 則 p= 初撐力工作阻力RbpK（2.2）式中 pR乳化液泵的工作壓力；原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 9 Kb一般在 0.520.78 之間。 Kb=0.52 Rpp2038.2（2.3） 初撐力= Kb工作阻力=0.523300=157KN （2.4）預算缸徑尺寸和缸壁厚度缸筒內壓力為 p=38.2MPa 224PD324 300 1010（2.5）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 20.7510LD（2.6） =555.9

16、 MPa sn833.851.5（2.7）缸壁厚度為=22D 0.4(1 1)1.3pp = 100555.90.4 38.2(1 1)2555.9 1.3 38.2 =3.1mm （2.8）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。2、活柱體尺寸的確定原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 10 圖 2.4 活柱體活柱體是支柱上部承載桿件。根據油缸的外徑可以確定出活柱的內外

17、徑分別為78 mm 和 95 mm。在外注式單體液壓支柱的活柱外側還裝有限位裝置，其是限制活柱升高，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 20.7510LD7600.75 10010（2.9）式中 L立柱最大工作行程，mm； D2缸筒內徑，mm。2.5.3 單體液壓支柱三用

18、閥和復位彈簧 1、外注式單體液壓支柱三用閥的選擇三用閥顧名思義，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。原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 11 圖 2.5 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 131.

19、9；14O 形圈 283.5；15安全閥針；16安全閥墊；17六角導向套；18O 形圈 423.5；19彈簧座；20安全閥彈簧；21調壓螺絲；22右閥筒 2、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。2.5.4 單體液壓支柱用鍛件外注式單體液壓支

20、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 2.5 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原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 12帶有斜度。防倒頂蓋取代普通頂蓋后,通過楔卡卡

21、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。 （1）尺寸的計算楔卡的高度是由頂梁的厚度、寬度和煤層的角度所決定的； h=a+c+btan （2.10）式中 h楔卡的高度； a楔卡厚度； c頂梁厚度； b頂梁寬度； 煤層傾角。 其余尺寸均由自行設計而定。如圖 2.6 所示 圖

22、 2.6 防倒頂蓋結構 圖 2.7 頂蓋的三維實體造型圖 （2）頂蓋的有限元分析利用 Pro/Engineer 對該零部件進行有限元分析，只要輸入頂蓋的最大工作阻力，就能分析出該零部件的受力情況。并且能夠通過受力情況的分布云圖，很直觀的看出各部分的受力情況。下圖是以頂蓋為例的受力分析云圖：根據云線的顏色可以看出各部分受力情況的原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 13大小，紅色受力最大，視為危險截面。 圖 2.8 頂蓋的受力分析云圖 I 圖 2.9 頂蓋的受力分析云圖 II 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

23、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。 手把體內孔的尺寸根據油缸外徑、活柱外徑、手把體連接鋼絲、防塵圈和導向環的尺寸確定，防塵圈和導向環的尺寸根據活柱外徑選取。手把體結構形式如圖 2.10 所示。圖 2.10 手把體 圖 2.11 手把體三維實體造型圖 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。底座體外徑由油缸內徑而定，各凹槽部分分別由安放在此處的標準件的尺寸決定，而各標準件的尺寸是根據油缸內徑值查表而得。結構形式如圖 2.12 所示。原創通過答辯畢業設計說明書論文

24、QQ 194535455 14圖 2.12 底座體 圖 2.13 底座體三維實體造型圖 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。活塞根據密封裝置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。（1）材料 活塞材料一般不同于缸筒的材料，選用 45 鋼。（2）加工要求活塞最大的外徑根據油缸內徑所得，但不能完全等同與油缸內徑，因為活塞要延著油缸內徑進行上下往復運動，所以要小于油缸內徑。活塞與活柱

25、接觸的尺寸根據活柱內徑所得，其它凹槽尺寸的計算原理同手把體一樣，都是根據密封結構形式來確定；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。端面 T 對內孔 D1的垂直度公差值，按 7 級精度選取。外徑 d 的圓柱度公差值，按 9、10、11 級精度選取。利用 Pro/Engineer 的模型分析模塊，能夠即快又準確的計算出零件的體積和各個截面的面積。只要給它輸入該材料的密度后，就能夠計算出零件的質量。使用起來方便、快捷、準確。下面以活塞為例進行說明打開活塞的零件圖后，在分析中點擊模型分析，然后選擇零件體，再輸入其密度7.910-6kg/mm3,完成后便輸出如下數值體積=2

26、.34109mm3；面積=2.67107mm2；密度=7.910-6kg/mm3；原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 15質量=1.85kg。 圖 2.14 活塞 圖 2.15 活塞三維實體造型圖 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。柱頭與活柱的連接方式為焊接，其外徑可根據活柱外徑確定，上端銷孔尺寸則由標準件彈性銷的尺寸所決定，安裝三用閥的孔也由三用閥的外徑確定。柱頭的結構形式如 2.14 所示 圖 2.16 柱頭 圖 2.17 柱頭三維實體造型圖2.6 單體液壓支柱的橡膠件和塑料件 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

27、見下表2.1。表 2.1 單體液壓支柱的橡膠件和塑料件原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 16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1003.1803.197102.599.4102.599.422.5801.52.51001.52.5P228 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423.5283.5131.962273.5143P229P2

28、29P229WS520QJ55111WS520QJ55111P907211111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。2.7 本章小結本章介紹了單體液壓支柱的結構總體方案及工作原理。確定了用于特殊條件下使用的重型外部注液式單體液壓支柱支柱。詳細的介紹了單體液壓支

29、柱的主要零部件，以及各零部件的材料和作用，并對各個零部件進行尺寸的計算與選擇。原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 17第 3 章 單體液壓支柱結構及尺寸的驗算 3.1 已知設計參數 立柱初撐力：P1=157KN 立柱工作阻力：P=300KN 油缸外徑：D0=114mm油缸內徑：D=100mm 活柱外徑：D1=95mm活柱內徑：D2=78mm原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 18 支柱最大高度：2000mm 支柱最小高度：1240mm 液壓行程：760mm3.2 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 P

30、kP 即 Pk= 2110.6JJMNlP211kPJPJ（3.1）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， =2.18106mm4； 41164dJ（3.2） J2缸體斷面慣性矩， =3.38106mm4 。 440264DDJ（3.3） 根據 =1.2 及 =0.9 查極限計算圖得：21JJ21ll116.4kPJ 立柱穩定性的極限力為 Pk=600KN 2110.6kPJMNJ（3.4） 立柱的最大工作阻力 P=300KNPk可滿足穩定條件上述 Pk值僅當活塞桿頭部距離在載荷下發生最大撓度處的距 x時才適用l x=2280=2280=6555mm 1JP632

31、.18 10300 10l（3.5）所以適用。3.3 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原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 19 121 21 21cos22l lGl lalpl 1.027mm （3.6）式中 活塞桿與導向套處的最大配合間隙， =0.25cm；11活塞桿全部外伸時，導向套前端至活塞末端間距， =151mm；aa活塞和油缸的最大配合間隙， =0.355mm；22 活塞桿全部外伸時，活塞桿頭部銷孔至油缸尾部銷孔間距 l= +=1971mm；l1l2lG立柱總重， =415kg；G 油缸軸線與水平面的交角， =。832、油缸的最大撓

32、度 當 ， 時5d12ll 1121 212lkkl ltt（3.7）式中 0.810-3； （3.8）11PkEJ0.410-3； （3.9）22PkEJ1.08； 11157.3ttgkl（3.10） 0.4； 22257.3ttgkl（3.11） E鋼的彈性模量， E=2.1105Mpa。 3、 活塞桿的合成應力 89.6MPadxpplpAWW合原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 20（3.12）式中 A活塞桿的斷面積， 2308.7mm2； 22124ADD（3.13） W活塞桿的斷面模數， 37564.5 mm2。 331232WDD（3.14） 安全 4.0

33、2snn合（3.15）活塞桿材料為 45#鋼， =360 Mpa； 一般最小取 1.4。s n 3.4 缸體強度驗算 油缸壁厚驗算 時，按中等壁厚缸體公式計算 1004.43.222.5sD（3.16） 2.3sPDcP（3.17）式中 P油缸內工作壓力， P=38.2 Mpa；c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 mm；b 缸體材料，27SiMn 無縫鋼管b=980 Mpa；許用安全系數，一般在 3.55 范圍內選取。 n 把上列公式化為： ()38.2 (1022.50.2)97.62.3()2.3 (22.50.2)ss

34、p DcMPac（3.18）原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 21 10.04 bnn10.04 bnn（3.19） 所以可以安全使用。3.5 制定活塞的工藝路線制定工藝路線的出發點，應當是使零件的加工精度（尺寸精度、形狀精度、位置精度）和表面質量等技術要求能得到合理的保證。在生產綱領已經確定為中批量生產的條件下，可以考慮采用通用機床配以專用夾具并盡量使工序集中來提高生產率。除此以外，還應當考慮經濟效果，以便使生產成本盡量下降。 1、工序的合理組合確定加工方法以后，就按生產類型、零件的結構特點、技術要求和機床設備等具體生產條件確定工藝過程的工序數。確定工序數的基本原則：

35、 （1）工序分散原則工序內容簡單，有利選擇最合理的切削用量。便于采用通用設備。簡單的機床工藝裝備。生產準備工作量少，產品更換容易。對工人的技術要求水平不高。但需要設備和工人數量多，生產面積大，工藝路線長，生產管理復雜。 （2）工序集中原則工序數目少，工件裝，夾次數少，縮短了工藝路線，相應減少了操作工人數和生產面積，也簡化了生產管理，在一次裝夾中同時加工數個表面易于保證這些表面間的相互位置精度。使用設備少，大量生產可采用高效率的專用機床，以提高生產率。但采用復雜的專用設備和工藝裝備，使成本增高，調整維修費事，生產準備工作量大。一般情況下，單件小批生產中，為簡化生產管理，多將工序適當集中。但由于不

36、采用專用設備，工序集中程序受到限制。結構簡單的專用機床和工夾具組織流水線生產。加工工序完成以后，將工件清洗干凈。清洗是在 8090C 的含 0.4%1.1%蘇打及 0.25%0.5%亞硝酸鈉溶液中進行的。清洗后用壓縮空氣吹干凈。保證零件內部雜質、鐵屑、毛刺、砂粒等的殘留量不大于 200mg。 2、工序的集中與分散制訂工藝路線時，應考慮工序的數目，采用工序集中或工序分散是其兩個不同的原則。所謂工序集中，就是以較少的工序完成零件的加工，反之為工序分散。 （1）工序集中的特點工序數目少，工件裝，夾次數少，縮短了工藝路線，相應減少了操作工人數和生原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455

37、 22產面積，也簡化了生產管理，在一次裝夾中同時加工數個表面易于保證這些表面間的相互位置精度。使用設備少，大量生產可采用高效率的專用機床，以提高生產率。但采用復雜的專用設備和工藝裝備，使成本增高，調整維修費事，生產準備工作量大。 （2）工序分散的特點工序內容簡單，有利選擇最合理的切削用量。便于采用通用設備。簡單的機床工藝裝備。生產準備工作量少，產品更換容易。對工人的技術要求水平不高。但需要設備和工人數量多，生產面積大，工藝路線長，生產管理復雜。工序集中與工序分散各有特點，必須根據生產類型。加工要求和工廠的具體情況進行綜合分析決定采用那一種原則。一般情況下，單件小批生產中，為簡化生產管理，多將工

38、序適當集中。但由于不采用專用設備，工序集中程序受到限制。結構簡單的專用機床和工夾具組織流水線生產。由于近代計算機控制機床及加工中心的出現，使得工序集中的優點更為突出，即使在單件小批生產中仍可將工序集中而不致花費過多的生產準備工作量，從而可取的良好的經濟效果。 3、加工階段的劃分零件的加工質量要求較高時，常把整個加工過程劃分為幾個階段： （1）粗加工階段粗加工的目的是切去絕大部分多雨的金屬，為以后的精加工創造較好的條件，并為半精加工，精加工提供定位基準，粗加工時能及早發現毛坯的缺陷，予以報廢或修補，以免浪費工時。粗加工可采用功率大，剛性好，精度低的機床，選用大的切前用量，以提高生產率、粗加工時，

39、切削力大，切削熱量多，所需夾緊力大，使得工件產生的內應力和變形大，所以加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的公差等級為 IT11IT12。粗糙度為 Ra80100m。 （2）半精加工階段半精加工階段是完成一些次要面的加工并為主要表面的精加工做好準備，保證合適的加工余量。半精加工的公差等級為 IT9IT10。表面粗糙度為 Ra101.25m。 （3）精加工階段精加工階段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保證零件的形狀位置幾精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面達到圖紙要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或減少工件精加工表面損傷。原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 23精加

40、工應采用高精度的機床小的切前用量，工序變形小，有利于提高加工精度精加工的加工精度一般為 IT6IT7，表面粗糙度為Ra101.25m。 （4）光整加工階段對某些要求特別高的需進行光整加工，主要用于改善表面質量，對尺度精度改善很少。一般不能糾正各表面相互位置誤差，其精度等級一般為 IT5IT6,表面粗糙度為Ra1.250.32m。此外，加工階段劃分后，還便于合理的安排熱處理工序。由于熱處理性質的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之間。但須指出加工階段的劃分并不是絕對的。在實際生活中，對于剛性好，精度要求不高或批量小的工件，以及運輸裝夾費事的重型零件往往不嚴格劃分階段，在滿足加工質量

41、要求的前提下，通常只分為粗、精加工兩個階段，甚至不把粗精加工分開。必須明確劃分階段是指整個加工過程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性質區分。例如工序的定位精基準面，在粗加工階段就要加工的很準確，而在精加工階段可以安排鉆小空之類的粗加工。按照加工原則。該零件加工可按下圖工藝路線進行。表 3.1 加工工序的方案工序號工序名稱工序內容工藝裝備10煅造毛坯鑄成形20清砂清除澆注系統，冒口，型砂，飛邊，飛刺等30車 61mm 端面以基準面為基準進行車端面臥式車床40粗精車 99.4 外圓以端面定位，車外圓臥式車床50粗精車 82 外圓以側面定位裝夾，車外圓面臥式車床60粗精車 80 外圓以側面定

42、位，按線找正，裝夾工件，車外圓臥式車床70粗精車 94.8 外圓以分割面為裝夾基面，按線找正，裝夾工件，粗精車外圓臥式車床80粗精車 80 槽以端面及外圓面為基準車槽臥式車床90粗精車 78.5 槽以端面為基準車槽臥式車床100粗精車 75 槽以外圓面為基準車槽臥式車床原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 24110清理孔，去毛刺，打號120清洗130檢驗、入庫3.6 本章小結本章主要是進行支柱部分結構的尺寸驗算。油缸穩定性的驗算，活塞桿和缸體的強度驗算。這些驗算確定了各零件的安全尺寸，以便使支柱安全的使用。 原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 25第

43、 4 章 單體液壓支柱的使用與維護4.1 支柱的拆裝和試驗4.1.1 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 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

44、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。4.1.2 支柱組裝 1、組裝前的準備 （

45、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。 原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 26 （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

46、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、底座等裸露表面電

47、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。4.1.3 支柱的拆卸 支柱的拆卸可按裝配相反的工序進行，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。原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 27 3、拆卸活塞時應使用卸活塞工具，

48、用撞塊沖擊數次剪斷 O 形密封圈可取出活塞。4.1.4 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。4.2 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，

49、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： （1）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。 （2）三用閥的單向閥應朝采空區方向或下順槽，以利安全回柱。 （3）支柱與工作面運輸機械應有適當的距離，避免采煤機撞倒支柱或撞壞油缸、手把體和三用閥。 （4）支柱頂蓋的四爪應卡在頂梁花邊槽上，不允許將四爪頂在頂梁上或頂梁接頭處。支柱配合木頂梁使用或做點柱用時，應更換頂蓋（換成不帶爪子的柱帽） 。 7、操縱注液槍向支柱內腔供液

50、，并使支柱頂蓋與金屬頂梁接觸，待支柱達到初撐力后，松開注液槍手把。注液槍卸載。摘下鎖緊套后，輕輕敲打注液槍手把，在高壓液體的作用下，注液槍便會自動推出。 8、使用中的支柱，活柱升高量已接近最小安全回柱高度時，應及時回撤，以免壓死。 9、絕對禁止用錘、鎬等金屬物體猛力敲砸支柱任何部位，以免損壞支柱。若支柱被壓成“死柱” ，只能采取挑頂或臥底的方法取出，不允許爆破、錘砸或絞車拉拽。原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 28 10、支護過程中，不準以支柱手把體作為推移裝置的支點，以免損壞支柱。 11、回柱時應嚴格遵守有關回柱安全操作規程，確保安全生產。將卸載手把插入三用閥卸載孔中

51、。頂板狀況較好時采取近距離卸載，工作人員轉動卸載手把使卸載手把呈水平位置。此時卸載閥打開，活柱下縮到可以撤出為止。頂板條件較差時應采用遠距離卸載，即工作人員離開支柱至安全位置，拉動卸載手把上的牽引繩使卸載手把呈水平位置，卸載閥打開，活柱下縮到可以撤出為止。 12、回撤下來的支柱，應頂蓋朝上豎直靠放，不準隨意橫放，以免水和煤粉進入支柱內腔和腐蝕表面。井下不允許存在無三用閥的支柱。若三用閥損壞，應及時更換三用閥。 13、因工作面粉塵大，故除了替換頂蓋、三用閥外，其他零部件不允許在工作面拆裝。 14、支柱在運輸過程中應輕裝輕卸，不準隨意摔砸。需要使用工作面運輸機時，應先在運輸機上裝滿煤，然后將支柱放

52、在煤層上。機頭尾應有專人護送，以免損壞支柱。 15、注液槍使用后，應掛在支柱上，不允許隨意亂仍，更不允許用注液槍敲打硬物。 16、高壓膠管應避免被采煤機壓壞或損壞。 17、短期不用的支柱，應將柱內液體放盡，封堵三用閥進液孔，以防贓物進入。4.3 支柱的故障與維修工作面支柱應有專人負責操作和維修檢查，支柱操作和維修人員應熟悉支柱結構及操作方法，做到發現故障時能及時處理。4.3.1 常見支柱故障及排除方法支柱的常見故障及排除方法詳見表 4.1。表 4.1 單體液壓支柱的故障及排除方法序號故障故障原因消除方法原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 29 1支設設活柱不從缸體伸出1、

53、泵站無壓力或壓力低；2、減壓閥關閉；3、注液嘴被贓物堵塞；4、密封失效；5、注液槍失靈；6、管路濾網噴塞。1、檢查泵站；2、打開截止閥；3、清理注液嘴；4、檢查 Y 形圈及 O 形密封圈；5、檢查注液槍；6、清洗過濾網。 2活柱降柱速度慢或不降柱1、復位彈簧掉了；2、復位彈簧損壞；3、油缸有局部凹陷；4、活柱表面損壞；5、防塵圈損壞1、重掛復位彈簧；2、更換復位彈簧；3、更換油缸；4、更換活柱；5、更換防塵圈 3工作阻力低1、安全開啟開關或關閉壓力低；2、密封件失效1、檢查安全閥；2、更換密封件 4工作阻力高1、安全閥開啟壓力高；2、安全閥墊擠入溢流間隙1、重新調定安全閥；2、更換閥墊 5乳化

54、液從底座溢出1、活塞上 100 x3.1O形圈損壞；2、油缸變形或鍍層損壞而生銹；3、底座密封面破壞1、更換 O 形圈；2、更換油缸；3、更換底座 6乳化液從柱頭 42孔溢出1、42x3.5O 形圈損壞；2、柱頭密封面損壞1、更換 O 形圈；2、更換活柱體 7乳化液從單向閥或卸載溢出1、單向閥、卸載閥損壞；2、單向閥、卸載閥密封面污染1、更換三用閥；2、清洗單向閥、卸載閥 8頂蓋損壞使用不當換頂蓋、改進操作方法原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 30 9液壓缸彎曲或砸扁1、操作不當；2、突然來壓時安全閥來不及打開支柱大大超載；3、支柱壓成“死柱”時用絞車拉液壓缸；4、用錘

55、砸扁1、改進操作方法；2、應適當增加支護密度；3、更換液壓缸 10手把斷裂用絞車回柱時支柱未卸載或降柱行程不夠硬拉所致1、改進操作方法；2、更換手把 11活柱彎曲突然來壓時安全閥來不及打開 適當增加支護密度 12 注液槍漏液1、密封圈損壞；2、單向閥座污染；3、單向閥彈簧損壞1、更換漏液部密封圈；2、清洗或更換單向閥座；3、更換彈簧 13槍管和閥體間隙竄液1、注液管松動；2、密封圈損壞；1、涂厭氧膠擰緊注液槍管；2、更換密封圈 14注液槍頂桿處竄液1、密封圈損壞；2、頂桿密封面損壞1、更換密封圈；2、 更換頂桿4.3.2 維修注意事項 1、維修場地應清潔。零部件需經汽油清洗干凈后再裝配，嚴格防

56、止贓物進入支柱內腔。因為贓物是破壞密封、造成滲漏的主要因素。 2、每根支柱都應建立維修卡片備查。每次檢修時，均應詳細記錄故障情況、損壞零部件及檢修工時等項目內容，以便統計支柱修復率、維修成本和維修質量，并有利于不斷總結提高維修水平。 3、支柱維修后應當按試驗要求和維修質量標準進行各項試驗，各部合格后方可下井使用。 4、支柱維修好后，應將活柱降到底，放凈乳化液，豎直靠放，存放于空氣較清潔干燥的氣溫不低于 0的場所。支柱除日常維修外，應定期進行檢查保養。大修周期：支柱 2 年，三用閥 1 年，注液槍 1 年，截止閥 3 個月，過濾器 3 個月。大修基本原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 1945

57、35455 31內容： （1）清洗所有零部件； （2）原則上應更換安全閥墊、單向閥座、卸載閥墊、Y 形密封圈、防塵圈、導向環、皮碗防擠圈及所有 O 形密封圈；但如果其中某些零件在大修前不久剛更換過，則應通過檢查，根據其完好程度，確定是否更換； （3）更換所有磨損和損壞的零件。 （4）重新組裝，進行規定的各項試驗。4.4 本章小結本章主要詳細的介紹了支柱的使用與維護。其中包括支柱整體和一部分的組裝和拆卸，支柱使用過程中的注意事項以及支柱的故障與維修。本章的詳細說明可使支柱最大限度增加其使用壽命和安全性，從而間接增加了適用性與經濟性。經濟分析本設計采用防倒頂蓋作為單體液壓支柱的頂蓋，使其更適用于大

58、傾角的開采煤層中。它是利用現有的單體液壓支柱進行的局部改造，因此，投資少，見效快。其不僅能達到通用頂蓋的各項功能，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/Engineer 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。原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 32結 論單體液壓支柱是

59、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，解決了在冒頂事故發生時出現的一些問題。計算機制圖的改進也是本次設計的重要問題之一，使用 Pro/Engineer 軟件制圖，其優點很多，比傳統的 AutoCAD 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。原創通過答辯畢業設計說明書論文 QQ 194535455 33致 謝經過近四個月的畢業設計，使

60、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，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，離不開老師等幾位機電教研室老師們的辛勤指導，為了我弄懂每一個設計環節，老師不厭其煩的給我們講解與指導，直到我徹底消化為止。從她身上我學到的不僅僅是專業知識，而且還有一絲不茍、無