立柱千斤頂工作特性仿真計算及剛度校核說明書

1、<p>　　前言 ......................................................1</p><p>　　立柱設(shè)計的意義…………………………………………………………1</p><p>　　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀…………………………………………………………3</p><p>　　結(jié)構(gòu)和功能 …………………………………………

2、……………3</p><p>　　設(shè)計手段和方法 …………………………………………………4</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)和試驗要求方面 ……………………………………………4</p><p>　　操作與控制技術(shù) …………………………………………………5</p><p>　　制造工藝 …………………………………………………………5</p>

3、<p>　　其他差別 …………………………………………………………5</p><p>　　以往立柱千斤頂設(shè)計過程存在的問題…………………………………6</p><p>　　制圖工作量大、效率低 …………………………………………6</p><p>　　圖紙更改重復(fù)次數(shù)多、出錯率高 ………………………………6</p><p>　　尺

4、寸更改隨機(jī)性大 ………………………………………………7</p><p>　　計算工作量大、不全面 …………………………………………7</p><p>　　立柱和千斤頂在加工、使用中存在的問題……………………………7</p><p>　　加工中的主要問題 ………………………………………………7</p><p>　　使用中的主要問題 ………………

5、………………………………8</p><p>　　立柱的形式 ………………………………………………………………9</p><p>　　液壓單伸縮立柱…………………………………………………………9</p><p>　　機(jī)械加長桿立柱…………………………………………………………9</p><p>　　液壓雙伸縮立柱……………………………………………

6、……………10</p><p>　　組成立柱的主要組件、部件和零件……………………………………11</p><p>　　活柱組件 …………………………………………………………12</p><p>　　缸體部件 …………………………………………………………14</p><p>　　缸口導(dǎo)向套組件 …………………………………………………14<

7、;/p><p>　　接長桿組件 ………………………………………………………15</p><p>　　底閥 ………………………………………………………………20</p><p>　　立柱的設(shè)計和強(qiáng)度計算 …………………………………………………24</p><p>　　立柱計算的原則…………………………………………………………24</p>

8、<p>　　立柱設(shè)計…………………………………………………………………24</p><p>　　立柱缸筒內(nèi)徑的確定 ……………………………………………25</p><p>　　泵站壓力的確定 …………………………………………………25</p><p>　　立柱初撐力的計算 ………………………………………………25</p><p>

9、;　　立柱工作阻力的計算 ……………………………………………25</p><p>　　立柱缸筒壁厚的計算 ……………………………………………26</p><p>　　立柱強(qiáng)度驗算……………………………………………………………26</p><p>　　3.3.1 立柱缸筒強(qiáng)度驗算 ………………………………………………26</p><p>　　一

10、級缸的相關(guān)計算 ……………………………………………………28</p><p>　　一級缸的相關(guān)計算………………………………………………28</p><p>　　一級缸壁厚的計算………………………………………………28</p><p>　　一級缸的強(qiáng)度驗算 ……………………………………………………28</p><p>　　3.5.1 一級缸的強(qiáng)

11、度驗算………………………………………………28</p><p>　　二級缸的相關(guān)計算 ……………………………………………………29</p><p>　　3.6.1 二級缸的外徑的確定 …………………………………………29</p><p>　　各桿的長度確定 ………………………………………………………29</p><p>　　立柱的受力分析和驗

12、算…………………………………………………31</p><p>　　立柱的各段受力分析 …………………………………………………31</p><p>　　活柱受力分析……………………………………………………31</p><p>　　中缸受力分析……………………………………………………32</p><p>　　外缸受力分析…………………………………

13、…………………33</p><p>　　強(qiáng)度校核條件……………………………………………………34</p><p>　　立柱的剛度分析 ………………………………………………………34</p><p>　　立柱平衡微分方程………………………………………………34</p><p>　　邊界條件和銜接條件……………………………………………35<

14、/p><p>　　立柱各段最大彎矩計算…………………………………………36</p><p>　　油缸折線夾角、的確定 …………………………………36</p><p>　　穩(wěn)定性校核………………………………………………………37</p><p>　　基于Matlab軟件的中缸的受力分析 …………………………………43</p><

15、p>　　立柱結(jié)構(gòu)合理化…………………………………………………………50</p><p>　　6.1 柱塞密封結(jié)構(gòu) …………………………………………………………50</p><p>　　6.2 SH山形密封圈與配套使用的SHJ型活塞導(dǎo)向環(huán) ……………………50</p><p>　　6.3 缸口的連接 ……………………………………………………………53&l

16、t;/p><p>　　6.4 統(tǒng)一焊縫坡口形式及尺寸………………………………………………53</p><p>　　6.5 解決缸口漏夜……………………………………………………………53</p><p>　　6.6 導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)改進(jìn)…………………………………………………………53</p><p>　　6.7 簡化立柱結(jié)構(gòu)……………………………

17、………………………………54</p><p>　　6.8 提高標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用水平………………………………………54</p><p>　　6.9 加大進(jìn)回液孔徑…………………………………………………………54</p><p>　　6.10 加大連接銷軸直徑 ……………………………………………………54</p><p>　　參考文獻(xiàn)

18、……………………………………………………………………………55</p><p>　　致謝 …………………………………………………………………………………56</p><p>　　附錄 …………………………………………………………………………………57</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　20

19、世紀(jì)以來，在新技術(shù)革命的帶動下，煤礦開采技術(shù)與裝備迅速發(fā)展。先進(jìn)采煤國家積極應(yīng)用機(jī)電一體化和自動化技術(shù)，研制開發(fā)了高生產(chǎn)能力、高性能的開采技術(shù)裝備，廣泛應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)了礦井生產(chǎn)過程自動化控制，實現(xiàn)了礦井的高產(chǎn)高效生產(chǎn)。</p><p>　　采煤機(jī)械化是煤炭工業(yè)增加產(chǎn)量、提高勞動效率、改善勞動條件、保障安全生產(chǎn)的必要技術(shù)手段。綜合機(jī)械化采煤工作面的裝備——采煤機(jī)、液壓支架和刮板輸送機(jī)為代表。液壓支架是綜采工作面

20、的重要支護(hù)設(shè)備，其投資約占綜采工作面成套設(shè)備總投資的70％左右，其主要作用是支護(hù)頂板、維護(hù)安全作業(yè)空間，同時要推移工作面輸送機(jī)和采煤機(jī)。立柱是液壓支架的關(guān)鍵部件，其性能直接決定液壓支架的支護(hù)能力，隨著液壓支架向大工作阻力方向發(fā)展，立柱也向大缸徑、高可靠性發(fā)展。為適應(yīng)市場發(fā)展的速度，目前急需一種新的技術(shù)來輔助立柱設(shè)計，以達(dá)到加快設(shè)計進(jìn)度、減小計算工作量的目的，并能模擬實驗狀態(tài)自動校核安全系數(shù)。</p><p>　　

21、通過本課題的研究，簡化了立柱設(shè)計、校核、制造流程，提高了設(shè)計效率和縮短加工制造過程，提高新產(chǎn)品開發(fā)速度及應(yīng)變能力，增強(qiáng)產(chǎn)品可靠性，進(jìn)而為企業(yè)創(chuàng)造更大效益，從而提升企業(yè)的競爭力。</p><p>　　關(guān)鍵詞：采煤機(jī)械化 液壓支架 立柱</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Since the 20th cent

22、ury, the new technology revolution, along with the coal mining technology and equipment, rapid development.Mining actively advanced mechanical-electrical integration, and application of automation technology, we develope

23、d a high production capacity, high-performance mining technology and equipment, extensive application of computer technology to achieve a mine production process automation control, achieve a high yield and efficient min

24、e production.</p><p>　　Mining mechanization of the coal industry to increase production, improve labor productivity, improved working conditions, Production of security necessary technical means. Comprehensi

25、ve mechanized coal face equipment -- Shearer, hydraulic support and scraper conveyor represented.</p><p>　　Hydraulic support is the important shoring equipment in mechanism excavating workface, and its inves

26、tment occupy around 70% of full set of integrated matching equipments, and the main function is shoring roof floor, maintaining safety operation space, meanwhile advancing transporter and shearer. Leg is the main compone

27、nt part of hydraulic support, and its function can directly determine the shoring capacity of hydraulic support, with the development direction to large working resistance , so tha</p><p>　　The passage of th

28、is issue, the column to simplify the design, verification, manufacturing processes and improve the efficiency of the design process and reduce the manufacturing process, the development of new products to enhance the spe

29、ed and response capability, enhance product reliability, and proceed to create greater efficiency, thereby enhancing the competitiveness of enterprises.</p><p>　　Key Words: Mining mechanization Hydrauli

30、c Support Leg</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　液壓支架以液壓為動力實現(xiàn)升降、前移等運(yùn)動，既能支撐又能維護(hù)頂板的支護(hù)設(shè)備，為采煤工作面綜合機(jī)械化的主要設(shè)備。和刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)及膠帶輸送機(jī)等形成了一個有機(jī)的整體，實現(xiàn)了包括采、支、運(yùn)等主要工序的綜合機(jī)械化采煤工藝。液壓支架能可靠而有效地支撐和控制工作面頂板，隔離采空區(qū)，

31、防止矸石竄入工作面，保證作業(yè)空間，并且能夠隨著工作面的推進(jìn)而機(jī)械化移動，不斷地將采煤機(jī)和輸送機(jī)推向煤壁，從而滿足了工作面高產(chǎn)、高效和安全生產(chǎn)的要求。</p><p>　　1.1立柱設(shè)計的意義</p><p>　　我國是世界主要產(chǎn)煤國家，煤礦總數(shù)超過全世界其他所有國家煤礦的總和。綜采技術(shù)經(jīng)過30多年發(fā)展，積累了豐富的經(jīng)驗，高產(chǎn)高效礦井建設(shè)已初見成效。發(fā)展綜采技術(shù)是建設(shè)高產(chǎn)高效礦井的重要任務(wù)，

32、加大技術(shù)改造力度，優(yōu)化工作面配套、提高設(shè)備可靠性、提高開機(jī)率是高產(chǎn)高效礦井建設(shè)的發(fā)展趨勢。</p><p>　　我國自70年代初開始大規(guī)模引進(jìn)國外綜采設(shè)備，發(fā)展綜合機(jī)械化采煤。與此同時，煤炭科學(xué)研究院及相關(guān)廠礦共同開始了對液壓支架的科研和技術(shù)攻關(guān)，至80年代末，已先后研制成功薄煤層、中厚煤層、厚煤層和特厚煤層綜采成套設(shè)備和技術(shù)，基本上取代了進(jìn)口，促進(jìn)了煤炭工業(yè)的快速發(fā)展。到1997年全國國有重點煤礦綜合機(jī)械化程度

33、已達(dá)到48．38％，相繼建成一批高產(chǎn)高效的礦井。國產(chǎn)綜采設(shè)備的水平有了較大的提高，一些技術(shù)指標(biāo)接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平。我國綜采設(shè)備已開始打入國際市場，先后出口到美國、印度、土耳其、俄羅斯等國家。液壓支架是綜采工作面的重要設(shè)備之一，其投資約占綜采工作面成套設(shè)備總投資的70％左右，其作用不僅是支護(hù)頂板、維護(hù)安全作業(yè)空間，而且要推移工作面輸送機(jī)和采煤機(jī)。因此，液壓支架的性能和可靠性是決定綜采成敗的關(guān)鍵因素之一。</p><

34、p>　　液壓支架與滾筒采煤機(jī)(或刨煤機(jī))、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)及膠帶輸送機(jī)等形成了一個有機(jī)的整體，實現(xiàn)了包括采、支、運(yùn)等主要工序的綜合機(jī)械化采煤工藝。液壓支架能可靠而有效地支撐和控制工作面頂板，隔離采空區(qū)，防止矸石竄入工作面，保證作業(yè)空間，并且能夠隨著工作面的推進(jìn)而機(jī)械化移動，不斷地將采煤機(jī)和輸送機(jī)推向煤壁，從而滿足了工作面高產(chǎn)、高效和安全生產(chǎn)的要求。</p><p>　　在煤礦機(jī)械中液壓缸的應(yīng)用比較廣泛，掘

35、進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)的搖臂，刮板輸送機(jī)的可伸縮機(jī)頭部分的動作都是靠液壓缸的伸縮來實現(xiàn)，尤其是在液壓支架中，幾乎所有的動作都是通過液壓缸（通常稱為立柱千斤頂）的往復(fù)運(yùn)動來實現(xiàn)的。一個150米長的綜采工作面，一般就有1000多個立柱千斤頂在工作，如果是放頂煤工作面，立柱千斤頂數(shù)量則更多。作為液壓系統(tǒng)地執(zhí)行元件立柱千斤頂數(shù)量龐大且往復(fù)運(yùn)動次數(shù)多，容易出現(xiàn)問題，維護(hù)和更換密封所需要的總時間就長，直接影響了開機(jī)率和工作面的推進(jìn)速度。所以，立柱千斤頂?shù)母呖?/p>

36、靠性是煤礦綜采工作面高產(chǎn)高效的前提。</p><p>　　隨著煤炭開采技術(shù)的發(fā)展和國家對煤炭開采回收率的調(diào)控，液壓支架的開采高度也向兩極化發(fā)展，薄煤層支架走向越來越低，中厚煤層支架走向越來越高，對支護(hù)強(qiáng)度的要求也越來越高，支架適應(yīng)的煤層傾角也越來越大，支架形式主要的發(fā)展趨勢是向兩柱掩護(hù)式和四柱支撐掩護(hù)式架型發(fā)展，架型結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善，設(shè)計方法更先進(jìn)，參數(shù)向高工作阻力、大中心距(1.75 m、2m)發(fā)展，結(jié)構(gòu)件材料越

37、來越多地采用高強(qiáng)度鋼材，例如屈服極限69MPa以上的鋼板，支架的壽命和可靠性要求大大提高，高端支架的耐久性試驗循環(huán)次數(shù)達(dá)50 000次。立柱千斤頂也隨之向大缸徑、大伸縮比發(fā)展，復(fù)雜的地質(zhì)條件對立柱穩(wěn)定性的要求也越來越高。經(jīng)統(tǒng)計鄭煤機(jī)集團(tuán)近兩年生產(chǎn)的產(chǎn)品中，適用于大采高、大傾角、薄煤層的液壓支架占了70%左右。</p><p>　　目前，國內(nèi)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《MT313-92液壓支架立柱技術(shù)條件》、《MT97-92液壓支

38、架千斤頂技術(shù)條件》中對立柱千斤頂?shù)膶嶒炓笙鄬捤?表一)，總體低于國外標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)煤機(jī)企業(yè)的發(fā)展不僅僅局限于國內(nèi)市場，還要搶占國際市場，產(chǎn)品的性能要經(jīng)得住國際上其他國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的檢驗。立柱千斤頂結(jié)構(gòu)相對比較穩(wěn)定，進(jìn)而提出應(yīng)用現(xiàn)代化軟件和手段對千斤頂、立柱進(jìn)合理分組，建立立柱、千斤頂三維參數(shù)化模型，對千斤頂、立柱的安全系數(shù)、強(qiáng)度、穩(wěn)定性等進(jìn)行計算校核，并開發(fā)簡單易用的千斤頂、立柱的分析校核軟件，為優(yōu)化立柱、千斤頂結(jié)構(gòu)參數(shù)提供理論依據(jù)，提高

39、設(shè)計效率和縮短加工制造過程，進(jìn)而為企業(yè)創(chuàng)造更大效益。</p><p>　　表1-1：國內(nèi)立柱千斤頂強(qiáng)度試驗標(biāo)準(zhǔn)與歐洲標(biāo)準(zhǔn)對比表 </p><p>　　1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　我國目前已經(jīng)形成一支有一定規(guī)模的從事液壓支架的設(shè)計、研究、制造和檢驗的專業(yè)隊伍，積累了豐富的經(jīng)驗，已經(jīng)開發(fā)研制了多種適合我國煤礦不同生產(chǎn)地質(zhì)條件的液壓支架。支架最大高度已達(dá)6.

40、3m，最小高度為0.5m；適應(yīng)最大傾角可達(dá)55°；最大工作阻力達(dá)10800kN。不僅有用于一般工作面的液壓支架，還有用于放頂煤采煤、分層鋪網(wǎng)采煤等條件下的特種用途液壓支架。液壓支架的發(fā)展對立柱的長度、缸徑、密封、型式等諸多方面提出許多新的要求，促使立柱的結(jié)構(gòu)更加合理和有了很大的發(fā)展。 </p><p>　　1.2.1結(jié)構(gòu)和功能</p><p><b>　　(1)單伸縮

41、立柱</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)簡單、可靠，屬液壓無級調(diào)高，調(diào)整高度方便，但調(diào)高范圍小，用在調(diào)高范圍不大的支架上，許多種放頂煤支架裝配單伸縮立柱。</p><p>　　(2)機(jī)械加長桿雙伸縮立柱 </p><p>　　結(jié)構(gòu)比較簡單，調(diào)高范圍較大，有液壓無級和加長桿有級兩種調(diào)高方式，使用中經(jīng)常用液壓無級調(diào)高。操作人員需根據(jù)采煤工作面煤層厚度的變化及時

42、調(diào)整機(jī)械加長桿的高度（有級調(diào)高）以滿足支護(hù)要求，如果有級調(diào)高調(diào)整的不及時，會出現(xiàn)支架被壓死或頂空的問題。調(diào)整加長桿的高度費(fèi)時、費(fèi)力。多用于煤層厚度變化較大的中厚煤層支架上。</p><p>　　(3)液壓雙伸縮立柱 </p><p>　　調(diào)高范圍大，屬液壓無級調(diào)高，操作方便靈活，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工要求高，成本高。該類立柱多用于薄煤層和大采高支架上。由于該類某些缸徑立柱的中缸強(qiáng)度裕度偏小，遇有

43、采煤工作面基本頂壓力顯現(xiàn)強(qiáng)烈時中缸有時會出現(xiàn)鼓脹現(xiàn)象，損壞立柱。</p><p><b>　　(4)三伸縮立柱 </b></p><p>　　一般為三級液壓無級調(diào)高，有的在雙伸縮立柱上加一段接長桿，主要是為增加立柱的調(diào)高范圍，以滿足某些特殊結(jié)構(gòu)支架對立柱增加調(diào)高的要求。國外較早使用了這種立柱，其調(diào)高范圍很大，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，第三級缸內(nèi)壓力很高，對材料和加工都要求很高。目前

44、中國還沒有研制這種立柱。</p><p>　　(5)千斤頂?shù)男褪胶芏?，大多為單伸縮雙作用，個別為單伸縮單作用千斤頂。按進(jìn)、回液方式可分為外進(jìn)液和內(nèi)進(jìn)液千斤頂，大多為外進(jìn)液的。按活塞固定方式可分為固定活塞式和浮動活塞式千斤頂，固定活塞式的占絕大多數(shù)，只有推移千斤頂中有一部分為浮動活塞式的。按在液壓支架上的功能可分為推移千斤頂、側(cè)推千斤頂、前梁千斤頂、護(hù)幫千斤頂、伸縮梁千斤頂、平衡千斤頂、防倒千斤頂、防滑千斤頂、調(diào)架

45、千斤頂、底調(diào)千斤頂、抬底座千斤頂?shù)?。用在放頂煤支架的還有尾梁千斤頂、插板千斤頂、拉后輸送機(jī)千斤頂?shù)取?lt;/p><p>　　1.2.2設(shè)計方法和手段</p><p>　　國外，從九十年代起已廣泛采用三維仿真和光彈模擬技術(shù)，并通過建立液支架的整體有限元模型開發(fā)出計算機(jī)仿真軟件系統(tǒng)對支架的受力進(jìn)行分析，使支架設(shè)計與實際工況盡可能的相似，而中國目前上述技術(shù)正在研究階段，也只對特殊支架，如國家重點攻

46、關(guān)項目，部分的采用這種技術(shù)而大批量常規(guī)設(shè)計并沒有采用。</p><p>　　1.2.3標(biāo)準(zhǔn)和試驗要求方面 </p><p>　　國際上發(fā)達(dá)國家對立柱千斤頂所使用的原材料、工藝要求和試驗要求等都用大量的標(biāo)準(zhǔn)加以規(guī)定，中國也相繼制訂了多項行業(yè)系列標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但試驗強(qiáng)度總體講低于國外標(biāo)準(zhǔn)。特別是疲勞試驗，國內(nèi)千斤頂以額定工作載荷全行程往復(fù)運(yùn)動，累計10000次；立柱升至最大行程，在柱頭和缸底

47、同側(cè)偏心20mm，以額定工作載荷連續(xù)循環(huán)軸向加載，循環(huán)次數(shù)大于2000次，活塞腔加以背壓，大缸活塞桿腔(與小缸活塞桿腔同時)加以泵站公稱壓力降柱，在空載升柱，循環(huán)次數(shù)2000次。歐洲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定立柱或支撐千斤頂液壓行程伸出90%5%。偏心加載進(jìn)行6000次加載循環(huán)，軸向中心加載循環(huán)15000次。全伸出狀態(tài)時的壓力檢驗100次。</p><p>　　1.2.4 操作與控制技術(shù)</p><p>　

48、　國產(chǎn)液壓支架多采用手動操作，其移架速度為12～20秒，部分支架采用電液控制系統(tǒng)，也是對電液控制部分采用引進(jìn)的模式。國外支架在液壓控制技術(shù)上已配置故障診斷的預(yù)警裝置，可實現(xiàn)液壓支架降、移、升和各千斤頂?shù)膮f(xié)同工作以及和采煤機(jī)、刮板機(jī)的聯(lián)動和遠(yuǎn)程控制。 </p><p><b>　　1.2.5制造工藝</b></p><p>　　(1).缸徑：國外已達(dá)到Φ500mm 中國

49、目前最大為Φ400mm。</p><p>　　(2).工藝方法：國外對Φ200以內(nèi)深孔為實現(xiàn)10m長一次加工，并根據(jù)需要切割而成。中國目前最長為3m 國外可采用熱鐓技術(shù)加工油缸，即把金屬加熱至比流動狀態(tài)低50～100℃時，用萬噸水壓機(jī)沿軸向反復(fù)鐓沖加工。成型的缸筒有完整的缸底（不需再焊），同時對缸口一般擴(kuò)孔成型，給缸口加工創(chuàng)造條件。國內(nèi)基本上采用推鏜珩磨或滾壓加工缸筒而后焊接缸底的工藝方法。</p>

50、<p><b>　　(3).加工精度 </b></p><p>　　國外一般比國內(nèi)高一到二級，如活塞的密封面，國內(nèi)一般為f9,國外則為f8,甚至為f7。</p><p><b>　　1.2.6其它差別</b></p><p>　　(1).鍍層：國內(nèi)是錫青銅打底鍍硬鉻；DBT公司是鍍軟鉻加硬鉻，活柱采用化學(xué)鈹特殊

51、材料，波蘭采用不銹鋼皮包活柱技術(shù)，耐腐蝕性更好。</p><p>　　(2).穩(wěn)定性：國外活塞和導(dǎo)向套多采用雙導(dǎo)向環(huán)，穩(wěn)定性好；國內(nèi)一般為單導(dǎo)向環(huán)。</p><p>　　(3).密封：國內(nèi)采用單一的橡膠或聚氨酯；國外采用復(fù)合密封，接觸面硬度較大，耐磨性好，內(nèi)部為彈性好的材料，通過這種搭配，密封性能和補(bǔ)償性能強(qiáng)。</p><p>　　(4).材質(zhì)：國內(nèi)均為27SiMn

52、，熱處理硬度為HB240—280；國外二級缸采用材質(zhì)較好，熱處理硬度在HB320左右，缸壁薄。</p><p>　　1.3 以往立柱千斤頂設(shè)計過程存在的問題</p><p>　　1.底閥； 2.外缸； 3.中缸； 4.活柱； 5.導(dǎo)向套； 6.卡鍵； 7.擋圈</p><p>　　圖1-1 雙伸縮立柱示例</p><p>　　目前機(jī)械設(shè)計的手

53、段依然是以平面制圖為主，三維制圖軟件的應(yīng)用還沒有普及，平面圖中尺寸與尺寸之間雖然有關(guān)聯(lián)性卻沒有互動的功能，即圖形不能隨尺寸驅(qū)動。在立柱設(shè)計過程中的主要問題是：制圖工作量大，設(shè)計效率低；圖紙更改重復(fù)次數(shù)多，出錯率高；尺寸更改隨機(jī)性大；強(qiáng)度計算工作量大，計算不全面。</p><p>　　1.3.1 制圖工作量大、效率低</p><p>　　在液壓支架設(shè)計中立柱的設(shè)計相對比較精細(xì)，圖紙量大，尺寸

54、、公差、配合比較嚴(yán)格，如圖1所示的雙伸縮立柱，一套圖紙中不包括密封件和底閥的等外購件就有30張，圖紙上溝槽多，配合緊湊，制圖工作量大。</p><p>　　現(xiàn)在立柱的設(shè)計主要是修改性設(shè)計，即找一套相同或者近似缸徑的設(shè)計圖紙，根據(jù)需要進(jìn)行行程調(diào)整，實在無法滿足性能要求時才對活塞或者導(dǎo)向套尺寸進(jìn)行優(yōu)化。圖一所示的立柱圖紙中與行程相關(guān)的零件、組件圖有8張，只改動行程就需要相應(yīng)變動缸體、活塞桿、接頭位置等尺寸，由于沒有參

55、數(shù)化功能，每張圖紙都需手動修改，修改工作量大。</p><p>　　1.3.2 圖紙更改重復(fù)次數(shù)多、出錯率高</p><p>　　由于立柱關(guān)聯(lián)尺寸較多，平面設(shè)計方法需要改動相關(guān)聯(lián)的每一張圖紙，重復(fù)勞動較多，如圖1所示，改動行程修要修改8張圖紙，如果改變密封溝槽或者導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)，所有的圖紙都需要更改。在計算機(jī)上頻繁的切換圖紙、更改尺寸容易產(chǎn)生視覺疲勞，錯誤出現(xiàn)的幾率就大，對于立柱這種關(guān)鍵部件來

56、說，不存在修補(bǔ)的可能，任何一個環(huán)節(jié)尺寸的推算錯誤，就會給生產(chǎn)造成巨大損失。</p><p>　　1.3.3 尺寸更改隨機(jī)性大</p><p>　　改變立柱行程式立柱設(shè)計中最簡單也是最常用的一種設(shè)計方法，在更改過程中立柱閉合長度和行程一起變動，兩端的活塞和導(dǎo)向套部份長度不變。但立柱的結(jié)構(gòu)不是一成不變的，適應(yīng)于大采高和大傾角的立柱側(cè)重于穩(wěn)定性方面，加大活塞和導(dǎo)向套長度來增長立柱伸出后的重合段，

57、適應(yīng)于薄煤層的立柱更側(cè)重于大的伸縮比，通過減小活塞和導(dǎo)向套長度來實現(xiàn)，僅調(diào)節(jié)行程不能滿足性能時，立柱設(shè)計的工作主要是重新分配兩端活塞和導(dǎo)向套的尺寸。這時人為的因素就起了很大的作用，同樣的行程和閉合長度要求，不同的人選取的更改位置不同，設(shè)計的圖紙就會不同，尺寸更改的隨機(jī)性就大。如果采用參量化的設(shè)計方法，只有一個尺寸是開放的，可以更改，其余尺寸是不允許更改的，那么不同的人也能設(shè)計出相同的圖紙，有利于圖紙標(biāo)準(zhǔn)化程度的提高。</p>

58、<p>　　1.3.4 計算工作量大、不全面</p><p>　　立柱在設(shè)計過程中計算是最大的工作量，在現(xiàn)在的設(shè)計中，經(jīng)驗值占了一大部分，一般采用類比的方法，小零件的安全系數(shù)不做計算，除非在實踐中有損壞現(xiàn)象才去校核，在設(shè)計時往往只去計算缸體、活塞桿等關(guān)鍵件的安全系數(shù)。對整個設(shè)計來說，經(jīng)驗和類比所占的比例較多，設(shè)計中有一定的盲目性。解決復(fù)雜運(yùn)算工作量大的問題可以提高計算的普及性。</p>

59、<p>　　1.4 立柱和千斤頂在加工、使用中存在的主要問題</p><p>　　煤炭科學(xué)院總院北京開采所已設(shè)計200余種類型的液壓支架，所配用的立柱、千斤頂基本上滿足了支架各種要求，但在諸多方面均存在一些問題。為使立柱、千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)更加合理，可靠性更高，便于加工、使用和維修，90年代初，在改進(jìn)結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化設(shè)計之前，到用戶和工廠進(jìn)行了一次普遍調(diào)查，了解到存在的一些主要問題。<

60、;/p><p>　　1.4.1 加工中的主要問題</p><p>　?。?）使用材料的物理機(jī)械性能低于設(shè)計要求，有的材料甚至是鋼廠的不合格品。</p><p>　　（2）沒按設(shè)計要求進(jìn)行熱處理或處理的不符合設(shè)計要求，有的零、部件的加工精度、粗糙度不夠，有的安裝中損壞了零、部件，最常見的是密封件損壞。</p><p>　?。?）液壓件裝配前清洗的不

61、干凈，鋼屑等臟物劃壞密封面和密封件。</p><p>　　（4）外購件不合格。</p><p>　　1.4.2 使用中的主要問題</p><p>　　（1）頂板有異常變化，采煤工作面基本頂來壓強(qiáng)烈，對支架有沖擊載荷，造成立柱、千斤頂缸內(nèi)壓力過大，安全閥溢流量不夠，損壞支架結(jié)構(gòu)件、立柱和千斤頂。</p><p>　?。?）安全閥有銹蝕，煤、巖塵

62、堵塞，開啟壓力超過設(shè)計的調(diào)定壓力，使支架、立柱、千斤頂過載。</p><p>　?。?）管路系統(tǒng)污染嚴(yán)重，堅硬顆粒擦傷密封面，失去密封性能。</p><p>　?。?）使用的乳化液防腐性能差，使油缸銹蝕嚴(yán)重，不能密封。</p><p>　?。?）長期存放前沒有注入防腐性能好的乳化液，造成油缸銹蝕。庫房溫度過低，油缸中乳化液凍結(jié)脹壞油缸（缸徑變大）。</p>

63、;<p><b>　　第2章 立柱的形式</b></p><p>　　2.1．液壓單伸縮立柱</p><p>　　液壓單伸縮立柱的簡稱為單伸縮立柱，這種立柱只有一段液壓行程S，結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，伸縮比最小。由于缸徑大小不受結(jié)構(gòu)的限制，廣泛應(yīng)用在輕型支架中。單伸縮立柱的主要組成零件是：缸體、活柱、活塞、導(dǎo)向套。</p><p>　

64、　圖2-1 單伸縮立柱A型、D型、E型結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖2-2 單伸縮立柱B型、C型、F型結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.2．機(jī)械加長桿立柱</p><p>　　機(jī)械加長桿立柱簡稱為加長桿立柱，這種立柱由一段液壓行程S1和機(jī)械行程S2組成二級伸縮，可靠性高，由于機(jī)械加長段伸出和縮回時需要多人配合操作，行程為幾段定長沒有液壓行程調(diào)節(jié)方便，一般適用于煤層厚度變化

65、不大或者不頻繁的工作面或者端頭、端尾。主要組成零件是：缸體、開口活柱、加長桿、活塞、導(dǎo)向套。</p><p>　　圖2-3 加長桿立柱A型、D型結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖2-4 加長桿立柱B型、C型、E型結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.3．液壓雙伸縮立柱</p><p>　　液壓雙伸縮立柱簡稱為雙伸縮立柱，行程S1和S2全是液壓行程，伸縮比最

66、大，二級缸的底部裝有單向閥，立柱伸出時先出二級缸，伸完后缸體內(nèi)增壓打開底閥活柱伸出；立柱縮回時先縮回二級缸，二級缸全部收回時缸底接觸底閥頂桿，打開底閥，活柱開始收回。由于底閥的作用，在工作狀態(tài)下，二級缸內(nèi)的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外缸內(nèi)壓力，二級缸的強(qiáng)度是雙伸縮立柱設(shè)計的一個瓶頸。由于伸縮比大，雙伸縮立柱廣泛應(yīng)用用于大采高、薄煤層支架，尤其適用于煤層厚度不均或者采煤高度頻繁變化的工作面。雙伸縮立柱的主要組成零件是：缸體、二級缸、活柱、活塞、導(dǎo)向套。

67、</p><p>　　圖2-5 雙伸縮立柱A型、D型結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖2-6 雙伸縮立柱B型、C型、E型結(jié)構(gòu)</p><p>　　立柱以缸口的連接形式分類為：螺紋式，卡鍵式?？ㄦI式拆卸方便但零件瑣碎、加工量大；螺紋式加工量小，對設(shè)備的精度要求高，目前立柱缸口連接類型正在從螺紋式、卡鍵式向矩形螺紋發(fā)展。</p><p>　　圖2-7立

68、柱分類層次圖</p><p>　　2.4.組成立柱的主要組件、部件和零件</p><p>　　立柱主要由活柱組件、缸體部件、缸口導(dǎo)向套組件、加長桿組件和中缸底閥等組成。</p><p>　　2.4.1 活柱組件</p><p>　　由活柱、密封件、導(dǎo)向環(huán)、活塞導(dǎo)向環(huán)和固定連接件組成。</p><p>　?。?）活柱由活

69、塞、柱管和柱頭焊接而成。柱塞一般選用40Cr鋼，柱管大多選用高強(qiáng)度厚壁無縫鋼管，材料可焊性好的調(diào)質(zhì)鋼，常用的有27SiMn、25CrMo等；柱頭多選用35號等強(qiáng)度高、可焊性好的鋼材。組焊后精加工外表面，并要求有較高的光潔度以滿足密封性能的要求。柱管工作時經(jīng)常伸出在外面與采煤工作面的腐蝕性氣體、液體接觸，有時也會受到某些物件、煤、矸石的砸碰，為適應(yīng)上述工作環(huán)境的要求，柱管表面大都鍍?nèi)榘足t和硬锘，以增強(qiáng)抗腐蝕、耐摩擦和抗砸碰的能力。<

70、/p><p>　　柱塞應(yīng)具有良好的密封性、可焊性、耐摩性及沖擊和振動的性能。</p><p>　　（2）密封件種類較多，常用的形式有鼓形密封圈、山形密封圈和蕾形密封圈。鼓形密封圈耐壓力高，可達(dá)60MPa，能雙向密封，拆裝方便，應(yīng)用較多。主要缺點是高度和寬度都大，影響行程。在雙伸縮立柱上使用不夠合理，并使柱塞結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加制造成本；山形密封圈的斷面小，使立柱的結(jié)構(gòu)緊湊，行程增加，并使柱塞的結(jié)構(gòu)簡

71、化，造價降低，但安裝時需要專用工具，這種密封圈是80年代中期研制的，較鼓形圈出現(xiàn)的晚，但因其優(yōu)點較多，推廣使用的較快；蕾形密封圈狀如花蕾，具有耐壓高、防擠性能強(qiáng)、密封可靠和壽命長的特點，但由于造價高，使用數(shù)量較少。</p><p>　?。?）活塞導(dǎo)向環(huán)與鼓形或山形密封圈配合，有防擠、導(dǎo)向和減摩作用，大都由聚甲醛制造。</p><p>　?。?）外導(dǎo)向環(huán)直接裝在柱塞或裝到外卡鍵上，起導(dǎo)向、減

72、摩作用，由聚甲醛制造。</p><p>　　（5）固定連接件包括支撐環(huán)和外卡鍵。支撐環(huán)起托住鼓形密封圈和活塞導(dǎo)向環(huán)的作用；外卡鍵用于固定密封件和導(dǎo)向環(huán)，以保證在液壓作用下不竄動、不脫落。</p><p>　?。?）限位方式常用的有3種：鋼絲限位、限位套限位和柱塞凸臺限位。大多數(shù)用柱塞凸臺方式限位，立柱長度大、行程大時用限位套限位。如下圖所示</p><p><

73、b>　?。╝）</b></p><p><b>　?。╞）</b></p><p><b>　?。╟）</b></p><p>　　圖2—8柱塞密封、導(dǎo)向及限位方式</p><p>　　a ——鋼絲限位；b ——柱塞突臺限位；c ——限位套限位</p><p&g

74、t;　　1—外導(dǎo)向環(huán)；2—外卡鍵；3—支撐環(huán)；4—活塞導(dǎo)向環(huán)；5—密封圈；6—柱塞；</p><p>　　7—缸體； 8—柱管； 9—限位鋼絲；10—限位套</p><p>　　2.4.2 缸體部件</p><p>　　缸體主要由缸底和缸筒焊接而成，缸底與支架底座鉸接。缸體是立柱主要承載件之一。</p><p>　?。?）缸底大部分采

75、用球頭形，少數(shù)采用反球頭形，這主要是為了減少偏載作用和適應(yīng)立柱在底座上傾斜布置的要求，大多選用強(qiáng)度高、焊接性能好的35號鋼鍛造而成。</p><p>　?。?）缸筒需承受高壓液體的作用，且要保證工作人員的安全，故要求材料的強(qiáng)度高，一般要求，延伸率大于12%。國內(nèi)常用27SiMn、25CrMo4等材質(zhì)的無縫鋼管加工而成。缸筒內(nèi)表面是高壓密封面，要求較高的加工精度和粗糙度。我國缸筒內(nèi)表面一般不鍍防腐層，基本上可以滿足

76、使用要求。</p><p>　　（3）通液管是缸底通向閥接板的通道，鋼管的焊接性能好，材料一般為20號、15號鋼，內(nèi)徑為10——16mm，壁厚一般為6mm。當(dāng)立柱通過膠管與控制塊相連時可不需要此鋼管。</p><p>　　2.4.3 缸口導(dǎo)向套組件</p><p>　?。?）導(dǎo)向套在活柱升降時起導(dǎo)向作用，與活塞桿間的間隙較小，要承受外載對活柱的橫向力，多采用40Cr

77、和27SiMn等材料制造。</p><p>　?。?）導(dǎo)向環(huán)多用聚甲醛制造，嵌于導(dǎo)向套內(nèi)表面的溝槽中。導(dǎo)向環(huán)與活柱接觸緊密，是一對硬度相差較大的摩擦副，有減摩作用，可防止活柱和導(dǎo)向套相互擦傷。</p><p>　?。?）密封件為單向密封的蕾形密封圈，其上一般裝有用聚甲醛制造的起防擠作用的擋圈。</p><p>　?。?）防塵圈用來防止活柱表面的煤塵、巖塵和贓物進(jìn)入油

78、缸和液壓系統(tǒng)，保證密封可靠，減少零件磨損。有JF型和GF型（有骨架）兩種防塵圈，現(xiàn)多用JF型。</p><p>　　（5）導(dǎo)向套與缸口連接方式有螺紋連接、卡環(huán)連接和鋼絲連接3種，前兩種連接方式使用較多。</p><p>　　2.4.4 接長桿組件</p><p>　　（1）接長桿用來增加立柱的伸縮值，采用圓鋼加工而成。在機(jī)械調(diào)高的分級部位加工成環(huán)形槽，以便扣入承載卡

79、環(huán)。加長桿頭部結(jié)構(gòu)與尺寸與活柱柱頭相同。</p><p>　　（2）卡環(huán)是傳力件，一般制成半環(huán)形，以便于裝入加長桿的環(huán)形槽中，要求用強(qiáng)度高的鋼材加工。</p><p>　?。?）固定連接件包括套在卡環(huán)外面起固定作用的鋼套和固定鋼套的銷子。</p><p>　　缸口連接、活柱導(dǎo)向、密封、防塵方式等，如圖所示</p><p><b>　

80、　（a）</b></p><p><b>　　(b)</b></p><p><b>　　(c)</b></p><p><b>　　(d)</b></p><p><b>　　(e)</b></p><p><b

81、>　　(f)</b></p><p><b>　　(g)</b></p><p><b>　　(h)</b></p><p><b>　　(i)</b></p><p><b>　　(j)</b></p><p>

82、　　圖2—9 缸口連接、活柱導(dǎo)向、密封和防塵方式</p><p>　　a 、b –單伸縮內(nèi)螺紋連接； c 、d –雙伸縮內(nèi)螺紋連接；</p><p>　　e –單伸縮卡環(huán)連接；f –雙伸縮卡環(huán)連接 g –單伸縮外螺紋連接；</p><p>　　h 、i、j –單伸縮彈簧鋼絲連接；</p><p>　　1-缸體；2-導(dǎo)向套；3-活柱；4-導(dǎo)向環(huán)

83、；5-密封圈；6-防塵圈；</p><p>　　7-連接鋼絲；8-卡環(huán)；9-擋圈；10-中缸體；11-支撐環(huán)</p><p><b>　　2.4.5 底閥</b></p><p>　　底閥用于控制雙伸縮立柱二級缸與活柱的伸縮順序，并保持二級缸獲得與一級缸相同工作阻力。它是機(jī)械開啟的單向閥，其液壓開啟力可以調(diào)整，以便保證升柱時首先伸出一級缸，其結(jié)

84、構(gòu)如圖</p><p>　　圖2—10雙伸縮立柱底閥</p><p>　　總結(jié)：立柱各部分的特點</p><p>　　第3章 立柱的設(shè)計與強(qiáng)度計算</p><p>　　隨著煤炭行業(yè)的快速發(fā)展，煤機(jī)制造行業(yè)技術(shù)的飛速提高，對液壓支架的要求也越來越高了，目前我們已能生產(chǎn)雙柱支護(hù)強(qiáng)度為10800KN，支護(hù)高度達(dá)6.3m的液壓支架，以無法同以前類比設(shè)

85、計的方法進(jìn)行有效的設(shè)計，而必須立足于我國現(xiàn)有的材料和工藝為基礎(chǔ)，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計。</p><p>　　3.1 立柱計算原則</p><p>　　液壓支架立柱的受力狀態(tài)隨工作面地質(zhì)條件的變化而變化。立柱是液壓支架的主要承載部件，其受力狀況也隨著夜壓支架的變化而改變，因而，根據(jù)立柱的實際受力工況對立柱進(jìn)行受力分析是不現(xiàn)實的。立柱的室內(nèi)型式試驗規(guī)范是綜合了礦壓、立柱實際使用條件、支護(hù)系統(tǒng)特征等因素

86、對立柱承載能力提出的要求，因而，進(jìn)行立柱設(shè)計時，一般按照型式試驗規(guī)范的加載方式作為邊界條件進(jìn)行計算。我國現(xiàn)實行的標(biāo)準(zhǔn)還是MT313—92標(biāo)準(zhǔn)，但新的立柱試驗標(biāo)準(zhǔn)討論稿已于2006年11月向各煤機(jī)生產(chǎn)企業(yè)及煤機(jī)使用企業(yè)發(fā)出，該標(biāo)準(zhǔn)主要是在兼顧我國生產(chǎn)基礎(chǔ)的條件下，參考?xì)W洲現(xiàn)有的1804—2標(biāo)準(zhǔn)提出的，相對的試驗條件比現(xiàn)有的313—92標(biāo)準(zhǔn)更為苛刻。具體表現(xiàn)為以下幾個方面</p><p>　　MT313—92標(biāo)準(zhǔn)中對

87、立柱進(jìn)行室內(nèi)型式試驗時，要求立柱在最大高度條件下必須滿足以下三個條件：</p><p>　　1) 能承受倍的額定載荷作用；</p><p>　　2) 兩端同側(cè)偏心30mm，能承受倍額定載荷作用。</p><p>　　3) 耐久性試驗的次數(shù)為不少于2000次及累計行程不少于300m，要求立柱底閥開啟。</p><p>　　討論稿中依據(jù)的歐洲標(biāo)準(zhǔn)

88、對立柱的試驗時，要求立柱在最大高度條件下必須滿足以下三個條件：</p><p>　　1) 能承受2倍的額定載荷作用。</p><p>　　2) 一端對中一端偏心，偏心的距離按照立柱球頭的半徑來定為，能承受倍額定載荷作用。</p><p>　　3) 耐久性能的試驗次數(shù)為偏心加載6000次，要求立柱底閥開啟；對中加載15000次，加載載荷為倍額定載荷作用。</p&

89、gt;<p>　　對于這兩個標(biāo)準(zhǔn)的比較，一般應(yīng)采用新的試驗標(biāo)準(zhǔn)的載荷條件要求對立柱強(qiáng)度校核。</p><p><b>　　3.2 立柱設(shè)計</b></p><p>　　立柱是液壓支架的主要承載與高度調(diào)節(jié)件。它除了要具有較高的承載能力外，還應(yīng)有較大的伸縮行程，以滿足支架工作高度的要求。在厚煤層開采中，為了增大支架對煤層厚度變化的適應(yīng)性，常需使支架的伸縮比較

90、大。此時，單伸縮立柱就難以滿足要求。雖然采用在支架上裝設(shè)機(jī)械加長桿的方法，在一定程度上可以擴(kuò)大其調(diào)高范圍。但機(jī)械加長桿在安裝后就成為固定活塞桿，需要調(diào)節(jié)時裝拆比較困難。目前，在國內(nèi)外一些大高度的新型支架上日益采用伸縮式立柱。由于本設(shè)計的采高的變化范圍較小，因此采用單伸縮立柱結(jié)構(gòu)。</p><p>　　3.2.1立柱缸筒內(nèi)徑的確定</p><p>　　立柱缸筒內(nèi)徑按下列公式計算：</p

91、><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　式中：——立柱缸筒內(nèi)徑，；</p><p>　　F——支架承受的理論總載荷力，;</p><p>　　——安全閥額定工作壓力，，已知 ；</p><p><b>　　圓整，取。</b></p><p

92、>　　3.2.2泵站壓力的確定</p><p>　　本設(shè)計選用型乳化液泵站，壓力，考慮各種損失，按計算。</p><p><b>　　故取</b></p><p>　　3.2.3立柱初撐力的計算</p><p>　?。?.2） </p><p>　　式中：——立柱初撐力，;<

93、;/p><p><b>　　——泵站壓力，。</b></p><p><b>　　代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得：</b></p><p>　　3.2.4立柱工作阻力的計算</p><p>　?。?.3） </p><p>　　式中：——單根立柱工作阻力，；</p

94、><p>　　——安全閥額定工作壓力，。</p><p><b>　　代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得：</b></p><p>　　3.2.5立柱缸筒壁厚的計算</p><p>　　支架立柱的壁厚一般為 ,即中等壁厚，按下式計算：</p><p>　?。?.4） </p><

95、p>　　式中：——缸內(nèi)工作壓力，；</p><p>　　——考慮管壁公差即侵蝕的附加厚度，一般取；</p><p>　　——強(qiáng)度系數(shù)，無縫鋼管??；</p><p>　　——缸體材料許用應(yīng)力，，缸體選用， </p><p>　　——立柱缸筒內(nèi)徑，。</p><p><b>　　代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得：&l

96、t;/b></p><p><b>　　圓整，取</b></p><p><b>　　故缸筒外徑</b></p><p><b>　　缸筒內(nèi)徑</b></p><p><b>　　3.3立柱強(qiáng)度驗算</b></p><p>　

97、　3.3.1立柱缸筒強(qiáng)度驗算</p><p><b>　　1.缸體壁厚驗算</b></p><p>　　對最終采用的缸筒厚度應(yīng)作四方面的驗算：</p><p>　　A）額定工作壓力應(yīng)低于一定極限值，以保證工作安全：</p><p>　　B）同時額定工作壓力也應(yīng)與完全塑性變形壓力有一定的比例范圍，以避免塑性變形的發(fā)生；&l

98、t;/p><p>　　式中：——缸筒發(fā)生完全塑性變形的力</p><p><b>　　由于</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　　——缸筒材料屈服強(qiáng)度（MPa）</p><p>　　C）此外，尚須驗算缸筒徑向變形應(yīng)處在允許范圍內(nèi)：</p>

99、<p>　　式中：——缸筒耐壓實驗壓力（MPa）</p><p>　　——缸筒材料彈性模數(shù)（MPa）</p><p><b>　　合金鋼取</b></p><p>　　——缸筒材料泊桑系數(shù)</p><p><b>　　鋼材取</b></p><p>　　查相關(guān)手

100、冊得該型密封圈的變動范圍為5.1mm</p><p>　　故變形量不超過密封圈允許范圍</p><p>　　D）最后，還應(yīng)驗算缸筒的爆裂壓力</p><p>　　式中：——缸筒材料的抗拉強(qiáng)度</p><p><b>　　由于</b></p><p>　　綜合以上，所選缸筒厚度符合要求</p&

101、gt;<p>　　3.4一級缸的相關(guān)計算</p><p>　　3.4.1一級缸的外徑的確定</p><p>　　根據(jù)缸筒的內(nèi)徑和密封手冊，取</p><p>　　3.4.2一級缸壁厚的計算</p><p>　　支架立柱的壁厚一般為 ,即中等壁厚，按下式計算：</p><p>　　（4.4）

102、 </p><p>　　式中：——缸內(nèi)工作壓力，；</p><p>　　——考慮管壁公差即侵蝕的附加厚度，一般??；</p><p>　　——強(qiáng)度系數(shù)，無縫鋼管取；</p><p>　　——缸體材料許用應(yīng)力，，缸體選用， </p><p>　　——立柱缸筒內(nèi)徑，。</p><p>

103、;<b>　　代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得：</b></p><p><b>　　圓整，取</b></p><p><b>　　故缸筒外徑</b></p><p><b>　　缸筒內(nèi)徑</b></p><p>　　3.5一級缸的強(qiáng)度驗算</p><

104、p>　　3.5.1一級缸強(qiáng)度驗算</p><p><b>　　1.缸體壁厚驗算</b></p><p>　　對最終采用的缸筒厚度應(yīng)作四方面的驗算：</p><p>　　A）額定工作壓力應(yīng)低于一定極限值，以保證工作安全：</p><p>　　B）同時額定工作壓力也應(yīng)與完全塑性變形壓力有一定的比例范圍，以避免塑性變形的

105、發(fā)生；</p><p>　　式中：——缸筒發(fā)生完全塑性變形的力</p><p><b>　　由于</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　　——缸筒材料屈服強(qiáng)度（MPa）</p><p>　　C）此外，尚須驗算缸筒徑向變形應(yīng)處在允許范圍內(nèi)：</

106、p><p>　　式中：——缸筒耐壓實驗壓力（MPa）</p><p>　　——缸筒材料彈性模數(shù)（MPa）</p><p><b>　　合金鋼取</b></p><p>　　——缸筒材料泊桑系數(shù)</p><p><b>　　鋼材取</b></p><p>　

107、　查相關(guān)手冊得改型密封圈的變動范圍為3.6mm</p><p>　　故變形量不超過密封圈允許范圍</p><p>　　D）最后，還應(yīng)驗算缸筒的爆裂壓力</p><p>　　式中：——缸筒材料的抗拉強(qiáng)度</p><p><b>　　由于</b></p><p>　　綜合以上，所選缸筒厚度符合要求&l

108、t;/p><p>　　3.6二級缸的相關(guān)計算</p><p>　　3.6.1二級缸的外徑的確定</p><p>　　根據(jù)一級缸的內(nèi)徑和密封手冊可知二級缸的外徑（也既是活柱的直徑）</p><p>　　3.7各桿的長度確定</p><p>　　缸體主要由缸底和缸筒焊接而成，缸底與支架底座鉸接。缸體是立柱主要承載件之一。<

109、;/p><p>　　缸筒長度L由最大工作行程長度加上各種結(jié)構(gòu)需要來確定，即：</p><p>　　L=l+B+A+M+C （3.5）</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　l—為活塞的最大工作行程；</p><p>　　B—為活塞寬度

110、，一般為(0.6-1)D;A為活塞桿導(dǎo)向長度，取(0.6-1.5)D;</p><p>　　M—為活塞桿密封長度，由密封方式定；</p><p><b>　　C—為其他長度。</b></p><p>　　一般缸筒的長度最好不超過內(nèi)徑的20倍。</p><p>　　故活柱的長度為：2.168m</p><

111、;p>　　二級缸的長度為：2.173m</p><p>　　一級缸的長度為：2.297m</p><p>　　第4章 立柱的受力分析與驗算</p><p>　　4.1 立柱各段受力分析</p><p>　　如圖所示，立柱外缸外徑D1，內(nèi)徑；中缸外徑D2，內(nèi)徑d2；活柱外徑D3。</p><p>　　圖4-1 雙伸

112、縮立柱圖</p><p>　　4.1.1 活柱受力分析</p><p><b>　　如圖（4—2）所示</b></p><p>　　圖4-2 活柱受力簡圖</p><p>　　不論是雙伸縮立柱還是單伸縮帶機(jī)械加長段立柱，活柱的受力狀態(tài)為單向應(yīng)力狀態(tài)，由壓力和彎曲應(yīng)力組合而成，即</p><p>&

113、lt;b>　?。?—1）</b></p><p>　　式中：：立柱的最大受力（N）</p><p>　?。夯钪臋M截面積（）</p><p>　?。夯钪淖畲髲澗兀ǎ?lt;/p><p>　?。夯钪目箯澞Ａ浚ǎ?lt;/p><p><b>　?。?—2） </b></p>

114、<p>　　式中： ：為單立柱的承受的工作阻力；</p><p>　?。喊丛囼炓蟠_定的載荷倍數(shù)，強(qiáng)度試驗歐洲標(biāo)準(zhǔn)為，MT313-92標(biāo)準(zhǔn)；</p><p>　?。簽檩d荷偏心；MT313-92標(biāo)準(zhǔn)，歐洲標(biāo)準(zhǔn)；</p><p>　　從實際的使用情況反映，活柱的受力情況相對比較合理，故障率較低。因此在設(shè)計中一般應(yīng)以受力情況最惡劣的中缸為主要設(shè)計依據(jù)。<

115、;/p><p>　　4.1.2 中缸受力分析</p><p>　　單伸縮帶機(jī)械加長段立柱中缸受力狀態(tài)仍為單向應(yīng)力狀態(tài)，其組合應(yīng)力為</p><p><b>　?。?—3）</b></p><p>　　其中 —中缸橫截面積（）</p><p>　　—中缸所受最大彎矩（）</p>&l

116、t;p>　　：中缸的抗彎模量（）</p><p>　　對于雙伸縮立柱，其中缸不但受彎曲應(yīng)力作用，而且還由于油壓的影響受到徑向應(yīng)力和周向應(yīng)力的作用，為三維應(yīng)力狀態(tài)。對于立柱的中缸而言外徑與內(nèi)徑的比遠(yuǎn)大于1.2。因此可按照厚壁圓筒的力學(xué)分析進(jìn)行。參考《應(yīng)用彈塑性力學(xué)》徐秉業(yè)、劉信聲。當(dāng)厚壁圓筒處于彈性狀態(tài)時，可以用應(yīng)力法或位移法進(jìn)行求解，其解答應(yīng)滿足彈性邊界問題的基本方程及相應(yīng)的邊界條件。如圖（4—3）徑向應(yīng)力