ZY6400-15-35液压支架双伸缩立柱设计

辽宁工程技术大学成人教育学院毕业设计（论文）毕业设计（论文）蓝本目 录0 前言 11液压支架立柱概述及煤层概况 .21.1 液压支架立柱的概述及特点 .21.1.1 液压支架立柱的概述 21.1.2 液压支架上的立柱特点 21.2 双伸缩式立柱结构及工作原理 .31.3 双伸缩式立柱运行及负载特点： .41.4 煤层情况 .41.4.1 含煤层数、煤层厚度、顶底板岩性及其变化规律 .41.4.2 煤层结构、夹石岩性及厚度 42 双伸缩立柱结构设计计算 52.1 原始数据： 52.2 设计要求： 52.3 工况分析并确定液压缸参数 .62.3.1 支架的承载过程 62.3.2.立柱负载分析及确定 72.3.3 初步确定液压缸参数 .82.4 结构设计及强度验算 .102.4.1、缸筒的设计与计算 102.4.2 一级缸体的结构设计与连接强度计算 .11Liuhonggang ZY6400/15/35 液压支架立柱设计22.4.3 二级缸体的结构设计与连接强度计算 .132.5 活塞杆的确定 142.5.1 一级活塞杆即二级缸体 .142.5.2 二级活塞杆尺寸的确定 .142.5.3 活塞杆形式和材料及技术要求 .142.5.4 活塞杆的结构设计 .142.6 活塞的设计与计算 152.6.1 活塞的结构形式 .152.6.2 活塞的材料及技术要求 .152.6.3 一级活塞的尺寸的确定 .152.6.4 二级活塞的尺寸的确定 .162.7 导向套的设计 162.7.1 一级缸 .162.7.2 二级缸 .172.8 端盖和缸底的确定 .172.8.1 端盖（挡套）的确定 .172.8.2、端盖的材料和技术要求 172.8.3 液压缸缸底 .182.8.4 液压缸缸底尺寸的确定 .182.9 其他零件的设计与计算 182.9.1 油口的确定 .182.9.2 挡圈的设计选择 .19辽宁工程技术大学成人教育学院毕业设计（论文）3液压缸的密封、防尘、导向的选择 193.1 导向套和活柱的密封 193.1.1 密封件的确定 .193.1.2 蕾形密封圈特点 .193.1.3 密封件的选择 .203.2 挡套和缸筒及活柱的密封与防尘 213.3 活塞与液压缸的密封 213.3.1 密封圈的选择及特点 .213.3.2 密封件选择 .224液压缸弯曲稳定性验算 225 工艺要求 .235.1 缸筒 235.2 活柱 245.3 底阀 246结论 24致 谢 .25参考文献 .26Liuhonggang ZY6400/15/35 液压支架立柱设计4摘 要1、立柱是液压支架支撑和承载的主要部件，也是液压缸的一种。2、结合煤矿地下的使用工况，液压支架的工作特点，以及其他伸缩立柱装置的优缺点的同时，认为双伸缩式立柱具有工作较平稳、工作压力大、性能可靠等优点。3、根据要求，对双伸缩式立柱进行结构设计。其中包括立柱工况分析及参数确定、主要零件结构设计与计算。在此基础上利用软件 CAD 对其进行零件绘制、装配。关键词：液压支架；双伸缩式立柱；结构设计；装配 辽宁工程技术大学成人教育学院毕业设计（论文）ABSTRACT1、hydraulic powered support column is the main support and bearing components, is also a hydraulic cylinder. 2、 with the use of coal underground working conditions, hydraulic support the work of features, columns and other telescopic devices at the same time the advantages and disadvantages of that double-telescopic column with a stable work, work pressure and reliable performance advantages.3、 on request, the double-telescopic column for structural design. Including the status of the column and parameters, the main parts of the design and calculation. On the basis of its using the software of CAD drawing, assembly parts.Keywords: Hydraulic powered support; double telescopic column; structural design, assembly辽宁工程技术大学成人教育学院毕业设计（论文）10 前言20 世纪 50 年代前在国内外煤矿生产中基本上采用木支架，木顶梁或金属摩擦支柱和铰接顶梁来支护顶板。1954 年英国首先研制出液压支架，通过对液压支架的逐步完善改进，进而普遍推广使用使采煤工作面采煤过程中的落煤,装煤，运煤和支护等工序全部实现了机械化。到 20 世纪 90 年代初，寻找到适合矿区资源条件的先进采煤方法，采用了放顶煤技术。随着计算机技术和自动化技术的普及应用与提高为煤矿生产自动化和提高生产提供了新的出路。支架上使用的液压缸也发展延伸了许多种类型，轻载，重载。单缸单作用，单缸双作用，多缸单作用，多缸双作用。这里主要设计双作用伸缩液压缸。优点：调高范围大，属液压无极调高，操作方便灵活，但结构复杂，加工要求高，成本高。本型立柱主要用于薄煤层和大采高支架上。缺点：由于本型某些缸径立柱的中缸强度裕度偏小，遇有采煤工作面基本顶压力显现强烈时中缸有时会出现鼓胀现象，损坏立柱。Liuhonggang ZY6400/15/35 液压支架立柱设计21液压支架立柱概述及煤层概况1.1 液压支架立柱的概述及特点1.1.1液压支架立柱的概述立柱（又称支柱）与顶梁和底座相连（四柱或三柱支架的后立柱也有与掩护梁和底座相连），给顶板以初撑力，同时承受顶板载荷和动压，是支架的主要液压支撑部件，要求强度足够、工作可靠、使用寿命长。其结构和性能，依据架型、支撑力大小和支撑高度而定。立柱有双伸缩单伸缩两种结构形式。如图1.1及图1.2。1.1.2液压支架上的立柱特点1）立柱是支架实现支撑和承载的主要部件，他直接影响支架的工作性能。因此，立柱除应具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，还必须由足够的抗压和抗弯强度，密封性好，结构简单并能适合支架的工作需要。2）立柱一般由活塞，活塞杆，缸体三部分组成。由于支架工作时，立柱承载大，而降柱力较小，故活塞杆直径均较大，常采用空心结构，以保证足够的刚度活塞一般用 Y 型密封圈，铜环导向，缸体底部焊接。缸体与缸盖之间用钢丝，螺纹或卡环连接。为了防止外部煤层等脏物进入缸体，在导向套上要装防尘圈。对于单伸缩立柱，为了扩大支架的支护高度范围，可采用机械加长杆，如图 1.1图 1.1 带有机械加长杆的双作用伸缩式立柱1、缸体 2、活柱，3、外卡键，4、支承环，5、加长杆，6、导向套，7、保持套，1234131151661012322018197 4125 98675辽宁工程技术大学成人教育学院毕业设计（论文）38、销轴，9、半环，10、卡环，11、缸盖，12、挡块，13、卡箍，14、鼓形密封圈，15、活塞导向环，16、塑料堵，17、塑料堵，18、挡圈，19、O 形密封圈，20、导向环，21、蕾形密封圈，22、挡圈，23、O 形密封圈，24、防尘圈，25、螺钉，26、开口销，图 1.2 双伸缩式立柱1、底阀;2、外缸体;3、中缸体;4、小柱;5、导向套;6、导向套;7、卡环;8 、挡套;9、卡环;10、挡套;11、螺纹接头;12 、外卡键;13、支撑环;14、外卡键;15、支撑环;16、固定环;17、卡环;1843、密封件3）立柱的头部结构均为球形，与顶梁或底座之间的连接采用销轴或压块固定，以使立柱在工作时由一定的适应性。4）立柱的供液方式由内供液和外供液两种方式。除双伸缩立柱采用内供液方式外，单伸缩立柱多为外供液，这种方式结构简单加工维修方便。1.2双伸缩式立柱结构及工作原理如图 1.3 所示，升柱时高压液体从液口 A 进入立柱，液口 B 和 C 连通回液管路，升柱过程分为两个阶段，首先下活柱伸出只有下活柱完全伸出后，柱内单向阀才能开启使上活柱伸出，降柱时，高压液体从 B 和 C 同时进入，液口 A 连通回液管路。降柱过程也分为两步完成。第一步是下活柱缩回缸体内此时上活柱由于柱内单向阀处于闭锁状态，所以不会下缩，当下活柱完全缩回后，单向阀阀芯顶杆与缸体凸台相碰而使单向阀开启，上活柱下腔可以回液，故上活柱缩回。承载时，顶板对上活柱的作用力将由上活柱下腔被闭锁的液体承受并传递给下Liuhonggang ZY6400/15/35 液压支架立柱设计4活柱，这时上下活柱所承受的压力是相等的。所以这种立柱也称等负载双伸缩立柱。当下活柱内的液体达到安全阀的调定压力时，安全阀开启，下活柱缩回，当下活柱完全缩入缸体中，只有上活柱承载时，顶板的作用力使上活柱缩回。双伸缩式立柱工作原理图：图 1.3 双伸缩立柱原理图：A，B，C ：液口1 一级缸体，2 一级活塞，3 底阀，4 二级活塞，5 活塞杆1.3双伸缩式立柱运行及负载特点：这种立柱由于下活柱先伸先缩，上活柱后伸后缩。在煤层变化不大时，上活柱的伸出长度是不变的。因此上活柱相当于立柱的液压加长杆。由于上活柱的长度可以自由调节，比单伸缩立柱调节机械加长杆方便的多 ，所以目前应用的越来越多，它的缺点是价格较高。由于等负载双伸缩立柱上、下活柱活塞面积不等，所以在相同的泵站压力下，上活柱伸出撑紧顶板的初撑力小于下活柱伸出撑紧顶板的初撑力。因此，在煤层厚度变化较大时，上活柱的伸出长度有时也要变化，造成初撑力太小，不利于板顶维护。另外，在承载时，由于负载相同，上活柱下腔的压力会大于下活柱下腔的压力，如果压力太大，会造成下活柱形成的缸体在高压下膨胀变形，影响下活柱的正常升降，甚至导致导向套和立柱咬死。所以，在煤层厚度变化较大时或冲击地压大的煤层，使用这种等负载双伸缩立柱要给以注意。辽宁工程技术大学成人教育学院毕业设计（论文）51.4煤层情况1.4.1含煤层数、煤层厚度、顶底板岩性及其变化规律本井田有 2 个煤层，赋存深度为-275-600m。上层煤厚度为 4.5m，下层煤厚度为 1.23.4m，两层煤之间间距为 20m。煤层在井田内是比较稳定的，变化较小，规律性强。煤层顶板为 1050m 厚的致密的油页岩，隔水性能良好，油页岩厚度为东部厚、西部薄、南部厚、北部薄、最大厚度为 4550m，北部边缘最薄为 10m。顶板属于不稳定顶板，周期性来压较强烈。煤层底板为 1050m 厚的泥岩、粉砂岩、细砂岩，再往下为粗砂岩或砂砾岩。东北部上分层底板为砂砾岩。1.4.2 煤层结构、夹石岩性及厚度煤层由 2 个自然分层组成。变化规律是南部煤的夹石薄，均能合层计算储量，可采厚度大；向北煤层夹石增厚，煤层中间出现砂砾岩夹石，可采厚度相对小。煤层结构较为简单，煤层中的夹石主要是炭质泥岩和泥岩。2 双伸缩立柱结构设计计算2.1 原始数据：一级缸行程 907mm，二级缸 855mm，工作压力：31.5Mpa 工作阻力 P=6400KN2.2 设计要求： 内容：设计说明书，装配图，主要零件图 2 张。建模，整体装配及运动仿真。要求：根据原始数据设计进行液压支架双伸缩式立柱的结构设计，进行各零件的三维建模与立柱的整体装配及运动仿真。双伸缩式立柱是一种推力液压缸。液压缸是液压系统中的执行元件，是液压系统中的核心部件，不同类型的液压缸组成零部件也不同，但其大致由缸体、活塞、活塞杆、缸底、缓冲装置、排气装置、支承座以及导向、密封、防尘装置等组成。根据设计的液压缸的使用要求不同可选择设计各零部件。Liuhonggang ZY6400/15/35 液压支架立柱设计62.3 工况分析并确定液压缸参数2.3.1 支架的承载过程支架的承载过程是指支架与顶板之间相互力学作用的过程，包括初撑，承载增阻和恒阻三个阶段。如图 2.11）初撑阶段图 在升架过程中，当支架的顶板接触顶梁，直到立柱下腔的液体压力逐渐上升到泵站工作压力时，停止供液，液控 单向阀立即关闭，这一阶段称为支架的初撑阶段，此时支架对顶板的支撑力为初撑力 2.1 双伸缩式立柱工作曲线图支撑式支架的初撑力为： 式中 D支架立柱的缸径，mPb泵站的工作压力，MPan-支架立柱的数量。由上式可知，支架初撑力的大小取决于泵站的工作压力，立柱的缸径和立柱的数量，合理的初撑力是防止直接顶过早的因下沉而离层，减缓顶板下沉速度，增加其稳定性和保证安全生产的关键。一般采用提高泵站工作压力的方法来提高初撑力，以免缸径过大。2）承载增阻阶段支架初撑结后，随着顶板的下沉，立柱下腔的液体压力逐渐升高，支架对顶板的支撑力也随之增大，呈现增阻状态，这一过程为支架的承载增阻阶段。3） 恒阻阶段随着顶板压力的进一步增加，立柱下腔的液体压力越来越高，当升高到安全阀的调定压力时，安全阀打开溢流，立柱下降，液体压力随之降低。当降到安全阀的32104npDbc辽宁工程技术大学成人教育学院毕业设计（论文）7调定压力时，安全阀关闭。随着顶板的继续下沉，安全阀重复这一过程，又由于安全阀的作用，支架的支撑力维护在某一恒定数值上，这是支架的恒阻阶段，此时，支架对顶板的支撑力称为工作阻力，它是由支架安全阀的调定压力决定的，支撑式支架的工作阻力为式中 Pa支架安全阀的调定压力，MPa其它意义同前。2.3.2.立柱负载分析及确定工作阻力为 P=6400KN.立柱（液压缸）负载主要包括：初撑力、摩擦阻力、惯性阻力、重力、密封阻力和背压阻力等。1）：初撑力的大小是相对于工作阻力而言，并与顶板的性质有关。较大的初撑力可以使支架较快 iuaid 达到工作阻力，防止顶板过早的离层，增加顶板的稳定性。对于不稳定和中等稳定顶板，为了维护机道上方的顶板，应取较高的初撑力，约为工作阻力的 80%；对于稳定顶板，初撑力不宜过大，一般不低于工作阻力的 60%，对于周期来压强烈的顶板，为了避免大面积垮落对工作面的动载威胁，应取较高的初撑力。本设计选支撑掩护式支架，综合考虑取其初撑力为工作阻力的 60%。所以，初定初撑力Pc=640080%=5120 KN2）摩擦阻力：由于液压缸的摩擦阻力相对于初撑力很小，故可忽略不计。3）惯性阻力、重力：液压缸垂直布置，但其较重的一级缸及缸头安装在支架底座上面，且其工作时运动量很小，不属于快速往复运动型，故惯性阻力、重力可不以考虑。4）密封阻力和背压阻力：将密封阻力考虑在液压缸的机械效率中去，取液压缸的机械效率为 0.9 背压阻力是液压缸回油路上的阻力，初算时可不考虑，其数值在系统确定后才能定下来。3104apnLiuhonggang ZY6400/15/35 液压支架立柱设计8依据上面分析可得液压缸工作曲线图，图 2.1曲线上的 t0,t1,t2,分别表示支架的初撑增阻和恒阻阶段的时间。2.3.3 初步确定液压缸参数液压支架立柱、千斤顶内径及活塞杆外径系列 标准 MT/ T 94-1996立柱内径系列应符合表 1 的规定： 表 1 mm105 110 125 140 160 180 200（210） 220 230 250 280 320 360注：括号内尺寸非优先推荐使用立柱活塞杆外径系列应符合表 2 的规定：表 2 mm58 105 120 130 150 160 170 185190 210 220 230 240 260 290 340千斤顶内径系列应符合表 3 的规定： 表 3 mm50 63 80 100 110 125140 160 180 200 230 千斤顶活塞杆外径系列应符合表 4 的规定： 表 4 mm32 45 50 60 70 85 95 105 120 140 160A1 双伸缩立柱内径及活塞杆外径匹配关系表 A1 mm序号 内径 一级缸/二级缸 杆径 一级杆/二级杆 推荐管材1 360/280 340/260 402*34 351*402 320/230 290/210 377*34 305*42辽宁工程技术大学成人教育学院毕业设计（论文）93 280/210 260/190 325*30 273*364 250/200 240/185 299*30 250*305 230/180 220/160 273*26 234*326 200/160 190/130 245*26 203*267 180/140 170/120 219*24 180*248 160/125 150/105 194*20 159*209 140/105 130/85 168*18 140*22 注：特殊用途的双伸缩立柱可按设计要求，根据表 1、表 2 组合匹配1）二级缸的内径和壁厚根据受力知道，只要满足二级缸受力，则一级缸定能满足，于是由： 32104npDbc式中 D 支架立柱的缸径，mPb 泵站的工作压力，MPaN 支架立柱的数量。Pc 撑力得： =45120(3.1431.541000)23410PcDbnD=227.5mm根据液压支架立柱、千斤顶内径及活塞杆外径系列标准（MT/ T 94-1996） ，表 1选二级缸内径=230mm2D根据液压支架立柱、千斤顶内径及活塞杆外径系列标准（MT/ T 94-1996） ，A1 双伸缩立柱内径及活塞杆外径匹配关系，选二级缸外径 外 =290mm2活塞杆直径：d=210mm验算：根据液压缸基本计算公式Liuhonggang ZY6400/15/35 液压支架立柱设计10= =0.21004m26104dPFD261.05.314.8式中 F 理论推力 F= （效率）=0.5-0.7，取 0.6。0负载率取 0.8 。0活塞杆上实际受力，按最大受力记，取 1000KN F=1000 0.6 0.8=480KNP 工作压力=31.5MPad 活塞杆直径 m符合要求。2）一级缸内径和壁厚留 15mm 作为二级缸与一级缸内壁距离，则一级缸内径D1=290+152=320mm壁厚maxmax/2.3pPP=47.25320/（2.3350-347.25）=22.80mm圆整 取 25mm依据表 2.3，一级缸外径为 320+225=370mm；考虑到一级缸外壁可以不需要较高的表面粗糙度，既外表面可不进行加工，根据国家标准液压支架管外径系列，取一级缸外经D1 外 =377mm3）初步确定活塞杆尺寸以上已根据液压支架立柱、千斤顶内径及活塞杆外径系列标准（MT/ T 94-1996） ，A1 双伸缩立柱内径及活塞杆外径匹配关系，二级活塞杆外径为 210mm,空心杆，内径为 145mm辽宁工程技术大学成人教育学院毕业设计（论文）112.4 结构设计及强度验算2.4.1、缸筒的设计与计算缸筒是液压缸的主要零件，它与端盖、缸底、油口等零件构成密封的容腔，用以容纳压力油，同时它是活塞的运动“轨道” 。1）缸筒的技术参数选择（如图 2.2 ）（1）缸体的材料：采用 27SiMn 钢，并应调质到 241285HB；图 2.2 缸筒的技术参数（2）技术要求： 缸体采用 H9 配合。表面粗糙并 Ra 为 0.10.4m，当活塞用活塞环密封时，Ra 为 0.20.4m；缸体内径 D 的圆度、圆锥度、圆柱度公差不大于内径公差之半选取； 缸体端面 T 的垂直度公差值可按 7 级精度选取；为了防止腐蚀和提高寿命，缸体内应镀以厚度为 3040m 的铬层，镀后进行珩磨或抛光。（3）安全系数：查表取安全系数： n3，查表得 27SiMn 钢的材料的抗拉强度 b980Mpa，则：材料的许用应力： pa67.32980bM2）一级缸筒的尺寸参数选择（1）缸筒内径的确定由前面计算得到：一级缸筒内径 D1320（2）缸筒壁厚为 28.5mm22.8mm。满足。由于缸筒壁厚由强度公式计算而来，所以缸体壁厚无需校核。2.4.2一级缸体的结构设计与连接强度计算缸筒的两端分别和缸盖和缸底相连，构成密闭的压力腔，因而它的机构形式和缸盖及缸底密切相关。缸筒是液压缸的主体，其余零件装配其上，它的结构形式对加工和装配有很大影响，因此其结构应尽量便于装配、拆卸和维修。Liuhonggang ZY6400/15/35 液压支架立柱设计121）结构形式 此液压缸用于液压支架装置中，主要为矿上所用，且缸内径 D200，额定压力 PN25Mpa，所以采用缸筒和缸底及端盖的连接方式为：缸筒和缸底采用焊接连接，缸筒和端盖采用内卡环连接。这样，液压缸的零件较少的暴露在外面，外形尺寸相对较小，能满足环境恶劣时的使用要求。 2）连接强度计算焊接强度的计算（每平方厘米焊缝所承受的压力） （如图 2.3）pa6.3702.3741.8421 MDP式中： P 液压缸的最大压力（N） ；D1 缸筒的外径（cm） ；D2 焊缝底径（cm） ； 焊接效率，一般取 =0.7。显然， b/n ，满足条件； b缸体材料的抗拉强度，n材料的安全系数。卡环连接强度计算（如图 3.3）卡环 A-A 截面上的剪应力为： pa57.4m/58.47121043284L23 MNPD图 2.3 缸底焊接及尺寸图 1.缸壁；2.缸底 图 2.4 端盖内卡环连接示意图 卡环 ab 侧面的挤压应力为：pa13m/01374.6021038h-2D26 MNP 辽宁工程技术大学成人教育学院毕业设计（论文）13可知，满足强度要求。缸筒危险截面（AA）的拉应力为： pa704.m/70413.810321037810hD 26236221 MNP 式中： P 液压缸的最大出力 N；D1 缸筒外径 m；D 缸筒内径 m；h 卡环厚度 m；L 卡环宽度 m。满足强度要求。2.4.3二级缸体的结构设计与连接强度计算与上面一级缸体的结构设计与连接强度计算一样，只不过缸体上的活塞也用卡环固定，需再加一步计算。1）前端盖卡环连接强度计算（如图 2.4）卡环 A-A 截面上的剪应力为： pa83.m/38.10248L23 MNPD卡环 ab 侧面的挤压应力为：pa42.10/5104263.9231098h-2 263由上可知，满足强度要求。缸筒危险截面（AA）的拉应力为： pa94.6m/6943.210231029810hD 2236221 MNP 式中： P 液压缸的最大出力 N；D1 缸筒外径 m；D 缸筒内径 m；Liuhonggang ZY6400/15/35 液压支架立柱设计14h 卡环厚度 m；L 卡环宽度 m。由上可知，满足强度要求。2）二级缸活塞与缸体采用整体焊接结构，强度核算从略。2.5活塞杆的确定2.5.1一级活塞杆即二级缸体，已设计完毕，2.5.2二级活塞杆尺寸的确定1）由前文计算可知，可以确定活塞杆直径为 d=210。2）活塞杆具体长度的确定（结合装配图）2.5.3活塞杆形式和材料及技术要求取活塞杆的形式为：空心活塞杆，材料为 27SiMn 钢。活塞杆得技术要求：1）活塞杆的热处理：粗加工后调质到硬度 229285HB；淬火处理，淬火深度0.512）活塞杆 d 和 d1的圆度公差值，按 9 或 10 级精度选取；3）活塞杆 d 的圆柱度公差值，按 8 级精度选取；4）活塞杆 d 对 d1的径向跳动公差值，为 0.01mm；5）端面 T 的垂直度公差值，按 7 级精度选取；6）活塞杆上下工作表面的粗糙度为 Ra0.63m，表面镀铬，镀层厚度约为0.05mm,镀后抛光以提高耐磨性和防锈性。2.5.4活塞杆的结构设计1）活塞杆和活塞的连接液压系统为中压系统，本着满足工艺性及连接强度高等要求，活塞与活塞杆采用焊接后，整体加工而成。 2）二级活塞杆（小柱）端部和负载的移动机构相连接，考虑到液压缸工作时轴线固定不动，可采用半球形柱头焊接连接作圆周运动，如图 2.5 活塞杆外径 190mm，取内径辽宁工程技术大学成人教育学院毕业设计（论文）1511 1109876 54 2 312145mm。 图 2.5 半球形柱头示意图2.6活塞的设计与计算2.6.1活塞的结构形式根据液压缸使用的情况（密封、有无导向环等） ，选用有导向环形活塞，具体结构形式如图 2.6 所示。2.6.2活塞的材料及技术要求因两级缸筒活塞均为与缸体焊接成为整体结构，为了保证焊接的整体机械性能，以及活塞本身具有良好的机械性能因此同样采用 27SiMn 材质圆钢，外加导向环。图 2.6 图 2.7技术要求（如图 2.7）： （2）端面 T 对内孔 D1轴线的垂直度公差值，应按 7、8 级精度选取。（3）外径 D 的圆柱度公差值，按 8、9、或 10 级精度选取。2.6.3一级活塞的尺寸的确定根据以往经验，取活塞的宽度一般应为活塞外径的 0.61.0 倍，这里由于密封圈采用鼓型圈，同时活塞与活柱为整体结构，加之立柱为导向套与支撑套双导向结构，大大的增加了导向的稳定性，因此0.06A0.03A0.1A0.05A 0.06ALiuhonggang ZY6400/15/35 液压支架立柱设计16取活塞宽度为活塞外径的 0.40.8 倍，这里取 0.465 倍即。图 2.8 活塞的密封和导向m85.1342904650hD取整值：h=135mm 1.外缸筒；2.中缸；3.小柱；4.小柱塞；5.8.鼓型圈；6.9.活塞导向环；7.10.外导向环 ；11.12.外卡键 2.6.4二级活塞的尺寸的确定密封和导向和活塞技术参数与一级相同，但考虑到二级活塞即为小柱塞，小柱产生弯曲卡死的现象高于一级缸，因此取杆径的 0.68 倍，宽度取整值：h=143mmm8.1420680hD2.7导向套的设计2.7.1一级缸导向套在活塞往复运动中启导向支承作用，导向套的性能的好坏对液压缸的性能有很大的影响。最小导向长度及中隔圈长度的确定当活塞杆全部伸出时，从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度 H ，如图 2.9 所示图 2.9 导向长度示意图取一级缸导向套长度为：h=110mm（计算从略）一般情况，当行程长度超过缸筒内径的 8 倍时，可装一个长度为 100mm 的中隔圈；超过部分每增加 700mm，中隔圈的长度即增加 100mm。由于此液压缸的行程要求 907mm，缸筒内径为 290mm，由于 907290=3.13 倍。所以不用加装中隔圈。根据以上计算，同时考虑尽量减少设计零件，又因为液压缸工作时相对滑动少，辽宁工程技术大学成人教育学院毕业设计（论文）17磨损也少，所以取端盖（挡套）结合防尘圈的方式导向，这里取端盖（挡套）的h=50mm。2.7.2二级缸取二级缸导向套长度为：h=100mm（计算从略）一般情况，当行程长度超过缸筒内径的 8 倍时，可装一个长度为 100mm 的中隔圈；超过部分每增加 700mm，中隔圈的长度即增加 100mm。由于此液压缸的行程要求 855mm，缸筒内径为 230mm，由于 855230=3.72 倍。所以不用加装中隔圈。根据以上计算，同时考虑尽量减少设计零件，又因为液压缸工作时相对滑动少，磨损也少，所以取端盖（挡套）结合防尘圈的方式导向，这里取端盖（挡套）的h=42mm。2.8 端盖和缸底的确定2.8.1端盖（挡套）的确定有活塞杆通过的缸盖叫端盖也叫挡套，无活塞杆通过缸盖的叫缸头或缸底。缸盖的设计主要考虑活塞杆的导向、密封、防尘等问题。两级缸筒的挡套尺寸长度 上面已经确定，这里不再计算。 图 2.10 端盖示意图 图 2.11 油口示意图2.8.2、端盖的材料和技术要求缸盖材料采用 27SiMn 锻造钢材。 （如图 2.10）技术要求：（1）直径 D、D2、D3 的圆柱度公差应按 9、10、11 级精度选取； （2）D2、D3 与 d 同轴度公差值为 0.03mm；Liuhonggang ZY6400/15/35 液压支架立柱设计18（3）端面 A、B 与直径 d 轴心线的垂直度公差值按 7 级精度选取；（4）导向孔的表面粗糙度 Ra1.25m2.8.3液压缸缸底的材料：采用 27SiMn钢材经过模锻而成。2.8.4液压缸缸底尺寸的确定选择缸底形状为球面有油口型， （如图 2.11）材料为 27SiMn 钢，计算如下：m70.598016.37.725.043.dy43.0h0 DP取 h=77mm，即可满足形状及强度要求；但根据中缸体以及安装的底阀结构，取h=110mm式中：Py试验压力，Mpa.工作压力 P 16Mpa 时， Py = 1.5P；P16Mpa 时， Py = 1.25P；D液压缸的内径，m；d 油口直径（见图 2.11） ，m； 材料的许用应力，Mpa = =196MPa bn5980b缸体材料的抗拉强度，Mpa， 27SiMn 钢为 b 980Mpa；n 材料的安全系数，取 n5。2.9其他零件的设计与计算 2.9.1油口的确定1）液压缸油口的连接形式 2.12 液压缸缸底示意图采用焊接连接，直接焊接在缸筒上。 2）液压缸及缸底油口直径的确定（图 2.11；图 2.12）根据需要缸底，二级缸前端和二级活塞杆各有一油口 ，同时根据综采液压支架用胶管标准规定，液压支架立柱均采用矿用扣头高压胶管，胶管口径多为：DN16辽宁工程技术大学成人教育学院毕业设计（论文）19及 DN13；因缸底腔为立柱最大进液腔需要较大流量，因此缸底进液口径为：16mm；二级缸前端和二级活塞杆进液腔相对小些，因此该两处进液口口径为：13mm。 2.9.2挡圈的设计选择根据设计要求，查表选弹性挡圈 A 型（GB/T 894.1-1986） ，材料：65Mn，热处理4451HRC，表面氧化处理。如图 2.13一级缸端盖用挡圈：孔用切口式密封挡圈。孔径 250。图 2.13 挡圈示意图D= d= T= 30.2175.093409.3二级缸端盖用挡圈：孔用切口式密封挡圈。孔径=170D= d= T= 30.206.15209.243液压缸的密封、防尘、导向的选择3.1导向套和活柱的密封3.1.1密封件的确定活柱在导向套中作往复运动，其密封属于动密封，且液压缸工作压力大于16Mpa，因此宜采用类型密封圈密封。3.1.2蕾形密封圈特点蕾形密封圈是在 Y 形密封圈的基础上发展而来的，与 Y 形圈相比，它的特点是：A.上部软胶，受压变形大，为密封部分，底部和密封面为高硬度胶织物层，受压变形小，为承压部分，两者结合后整体弹性好，符合高压密封要求。B.采用高硬度胶织物，目的在于提高密封压力，又能防止密封圈被挤入间隙，减小摩擦。C.表面能保持润滑，提供良好的滑动特性，保Liuhonggang ZY6400/15/35 液压支架立柱设计20证密封面在工作期间的正常运行。如图 3.1 及图 3.2。安装方式如图 3.3图 3.1 外蕾形密封圈图 3.2 内蕾形密封圈 图 3.3 密封件安装方式1、2J 形防尘圈；3、4O 型圈；5、6蕾型圈7、8活塞导向环；9、10蕾型圈3.1.3密封件的选择1）轴用（一级活塞）蕾形密封圈：查手册（根据 MT/T 1165-2011）选择，内蕾形密封圈代号：NL290*314*20 材料：聚氨酯3。允许尺寸公差：290 、314 、20-0.561378f13.09H2.02）轴用（二级活塞）蕾形密封圈：查手册（根据 MT/T 1165-2011）选择，内蕾形密封圈代号：NL210*230*16.5 材料：聚氨酯 3。 允许尺寸公差：210、230 、16.5 -0.1528f15.092.03）孔用（一级缸）蕾形密封圈：查手册（根据 MT/T 1165-2011）选择，外蕾形密封圈代号：WL330*318*10 材料：聚氨酯3；允许尺寸公差：330 、288 、100.149H056.1378f2.0挡圈代号：LDW330*318*3，材料：聚甲醛；导向环代号：NDH290*4*40， 材料：聚甲醛4）孔用（二级缸）：蕾形密封圈：查手册（根据 MT/T 1165-2011）选择，外蕾辽宁工程技术大学成人教育学院毕业设计（论文）21形密封圈代号：WL240*228*10 材料：聚氨酯3；允许尺寸公差：240、228 、1015.09H05.128f2.0挡圈代号：LDW240*228*3，材料：聚甲醛；导向环代号：NDH210*4*35， 材料：聚甲醛3.2挡套和缸筒及活柱的密封与防尘挡套和缸筒连接在一起，其密封属于静密封，如图 3.3 所示，这里采用 O 型密封圈密封方式，并在挡套处装有 J 形防尘圈的密封方式，如图3.4，图 3.4查手册（根据 GB/T 3452.3-2005）一级缸挡套 O 形密封圈尺寸为：355*5.7，密封圈材料为：橡胶 P229；：查手册（根据 MT/T 1165-2011）选择防尘圈代号：JF290*314*9 材料：橡胶 P907。 查手册（根据 GB/T 3452.3-2005）二级缸挡套 O 形密封圈尺寸为：245*5.7，密封圈材料为：橡胶 P229；：查手册（根据 MT/T 1165-2011）选择防尘圈代号：JF210*234*9 材料：橡胶 P907。3.3活塞与液压缸的密封图 3.51、2外向环；3、4鼓型密封圈；5、6活塞导向环3.3.1密封圈的选择及特点活塞在缸筒中作往复运动，其密封属动密封，可选择鼓形密封圈， （如图 3.5）Liuhonggang ZY6400/15/35 液压支架立柱设计22该密封件具有以下特点：鼓形密封圈是一种带支承环的双向组合密封圈，用于双向活塞密封。中间的鼓状突起看成由两个蕾形圈演变而成，它与液压缸壁接触，有一定过盈，得到初始压应力，以保证零压时的密封。凸出部类似于于唇形密封圈的唇部，工作时，在介质压力作用下，密封圈轴向压缩，产生径向拉伸，唇部对液压缸的接触压力增加，紧贴于密封面，实现自封。外层的两支承环则起支承及导向作用，保证密封圈不发生挤出现象，也无异常响声，因此工作稳定。它比用两个蕾形密封圈结构简单、减少了轴向尺寸，可以减轻活塞的重量，而且耐压性能也有所提高。鼓形密封圈，密封压力高，使用寿命长，已被广泛使用。这种结构便于密封件的安装，甚至可随活塞与活塞杆固定为一体。这种结构适宜于用在活塞与活塞杆直径差不大，结构简单的活塞密封。鼓形和山形密封圈工作压力较高（ 26Mpa 以上） ，解决了 形密封圈出现逆压的问题，密封装置尺寸紧凑。所以越来越多地被使用，代表了密封发展方向。3.3.2密封件选择1）查手册（根据 GB/T 3452.3-2005）得一级活塞鼓形密封圈的型号为：G320*295*38 材料：聚氨酯允许尺寸公差：320 、295 、38 ；活塞导向环型号：LW320*12.5*12，材料0.149H056.1378f25.0为：聚甲醛；外导向环型号：WDH320*4*25，材料：聚甲醛。 2）查手册（根据 GB/T 3452.3-2005）得一级活塞鼓形密封圈的型号为：G230*205*38 材料：聚氨酯允许尺寸公差：230 、205 、380.159H05.128f；活塞导向环型号：LW320*12.5*12， 材料为：聚甲醛；外导向环型号：25.0WDH230*4*25，材料：聚甲醛。4液压缸弯曲稳定性验算液压缸运动过程中会产生偏心，有绕度。当液压缸支撑长度 Lb(10-15)d 时需验算活塞杆弯曲稳定性，如图 10-1辽宁工程技术大学成人教育学院毕业设计（论文）23图 10-1 液压缸弯曲示意图=1762 210=8.39 8.39(10-15) 所以本设计无需验算弯曲稳定性。bLd5 工艺要求5.1缸筒1）缸筒材料的运用应满足如下机械性能：a、抗拉强度 1000MPab、屈服点 850MPac、伸长率 12%d、冲击值 4.910 5J/m22）缸筒调质热处理硬度：HB2402803）缸筒内孔密封配合面的尺寸精度不得低于 H94）缸筒内孔密封配合面粗糙度为5）双伸缩立柱小缸筒外径尺寸精度不得低于 f96）双伸缩立柱小缸筒的外径表面粗糙度为7）焊缝抗拉强度不低于 600Mpa8）焊缝在 63Mpa 压力下保压 5 分钟不得有渗漏。5.2活柱1）活柱材料选用应满足如下机械性能：a、抗拉强度 1000MPab、屈服点 850MPaLiuhonggang ZY6400/15/35 液压支架立柱设计24c、伸长率 12%d、冲击值 4.910 5J/m22）活柱调质热处理硬度：HB2402803）活柱密封配合面的尺寸精度不得低于 f94）活柱密封配合面的表面粗糙度为 表面镀乳白铬打底，镀层厚度0.020.03mm；然后镀硬铬，镀层总厚度 0.050.07mm5）与活塞焊接后去除焊渣、焊瘤等飞溅物；焊缝在 79.6Mpa 下保压 5 分钟不得有渗漏5.3底阀阀芯、阀体应采用不锈钢制造密封配合表面粗糙度为立柱底阀开启压力不得低于 7MPa底阀开启时主柱不允许有哨音和振动现象6结论本立柱用于 ZY6400/15/35 液压支架，该支架的特点是：一是调高范围大，移架速度快，工作面产量高，二是通过优化设计改善了支架的受力状况，提高了支架的使用寿命。