液壓支架用伸縮式兩級液壓缸設計

1、 太原理工大學 繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙 第1章 緒 論1.1課題背景山西介休倡源煤炭有限責任公司是山西凱嘉能源集團有限責任公司屬下企業(yè)。公司前身為介休市連福鎮(zhèn)鎮(zhèn)辦煤礦，2005年8月，由山西義棠煤業(yè)有限公司整體并購，2006年4月，省煤整辦批準山西介休倡源煤炭有限責任公司整合金山坡煤礦和西興煤礦, 2007年12月, 山西義棠煤業(yè)有限公司、山西中通投資有限公司、介休義民投資有限公司三方簽署合作協議，共同投資建設山西介休倡源煤炭有限責任公司。公司注冊資本為1.6億元，現有資產總額 8億多元，員工1600多名，其中:中專以上學歷員工450多名，初級以上職稱員工 90多名。公司位于介休市連福

2、鎮(zhèn)，朝南相望是生態(tài)原始、風景獨特的天峻山，西距介休市20km，北距大運高速、108國道及南同浦鐵路干線義安站20km，東與介沁公路相鄰, 地理位置優(yōu)越，交通便利。公司井田面積4.62km2，可采煤層6層，可采儲量32702kt，設計能力為90萬噸/年。公司實行董事會領導下的總經理負責制，股東會、董事會、監(jiān)事會、黨總支、工會組織齊全，有14個職能部門以及綜采、普采等9個生產基層隊。 倡導文明，源遠流長。公司秉承“以德為魂，誠信為本”的企業(yè)精神，近年來，在生產經營、企業(yè)管理、員工隊伍、企業(yè)文化、環(huán)境建設、后勤保障等方面都發(fā)生了巨大的變化,使一個名不見經傳的小煤礦改造成為年產90萬噸原煤的新型煤炭企

3、業(yè)，使一個生態(tài)惡化的舊礦井改造成為環(huán)境優(yōu)美的綠色生態(tài)礦井。公司被介休市人民政府授予“優(yōu)秀管理先進單位”等榮譽稱號。在凱嘉集團的統領下，公司將以“高水平規(guī)劃、高標準建設、高質量管理”為指導思想，致力于基礎建設和未來發(fā)展，全體員工將以百折不撓的精神和敢為人先的勇氣，高起點、高標準，努力把公司打造成為管理科學、裝備先進、安全文明、集約高效的標準化煤炭企業(yè)。1.2液壓支架簡述20世紀50年代前在國內外煤礦生產中基本上采用木支架，木頂梁或金屬摩擦支柱和鉸接頂梁來支護頂板。1954年英國首先研制出液壓支架，通過對液壓支架的逐步完善改進，進而普遍推廣使用使采煤工作面采煤過程中的落煤,裝煤，運煤和支護等工序全

4、部實現了機械化。到20世紀90年代初，尋找到適合礦區(qū)資源條件的先進采煤方法，采用了放頂煤技術。隨著計算機技術和自動化技術的普及應用與提高為煤礦生產自動化和提高生產提供了新的出路。支架上使用的液壓缸也發(fā)展延伸了許多種類型，輕載，重載。單缸單作用，單缸雙作用，多缸單作用，多缸雙作用。這里主要設計雙作用伸縮液壓缸。優(yōu)點：調高范圍大，屬液壓無極調高，操作方便靈活，但結構復雜，加工要求高，成本高。本型立柱主要用于薄煤層和大采高支架上。缺點：由于本型某些缸徑立柱的中缸強度裕度偏小，遇有采煤工作面基本頂壓力顯現強烈時中缸有時會出現鼓脹現象，損壞立柱。支架技術特征參數：型號：ZY5000/17/35型掩護式液

5、壓支架高度：（最低最高） 1.73.5m寬度：（最小最大） 1.431.6m中心距：1.5m初撐力：（P=31.5MPa） 3877 KN工作阻力： 4000 KN對底板前端比壓：0.642.5 MPa支護強度：0.800.87 MPa移架步距：700mm泵站壓力：31.5MPa操作方式：鄰架控制1.3液壓支架立柱特點液壓支架上的立柱實際上是推力液壓缸的一種，其特點如下：立柱是支架實現支撐和承載的主要部件，他直接影響支架的工作性能。因此，立柱除應具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須由足夠的抗壓和抗彎強度，密封性好，結構簡單并能適合支架的工作需要。立柱一般由活塞，活塞桿，缸體三部分組成。

6、由于支架工作時，立柱承載大，而降柱力較小，故活塞桿直徑均較大，常采用空心結構，以保證足夠的剛度活塞一般用Y型密封圈，銅環(huán)導向，缸體底部焊接。缸體與缸蓋之間用鋼絲，螺紋或卡環(huán)連接。為了防止外部煤層等臟物進入缸體，在導向套上要裝防塵圈。對于單伸縮立柱，為了擴大支架的支護高度范圍，可采用機械加長桿，如圖1.1圖1.1帶有機械加長桿的雙作用伸縮式立柱1缸頭，2油口，3前端蓋，4缸體，5活塞，6活塞桿，7后端蓋圖1.2雙伸縮式立柱1后端蓋，2，3，4，5，6，7卡箍，內卡鍵，鼓型密封圈，導向環(huán)，8下活柱，9活塞，10缸筒，11，12，13，14導向環(huán)，導向襯套，蕾型密封圈，防塵圈，15柱頭，16底閥立柱

7、的頭部結構均為球形，與頂梁或底座之間的連接采用銷軸或壓塊固定，以使立柱在工作時由一定的適應性。立柱的供液方式由內供液和外供液兩種方式。除雙伸縮立柱采用內供液方式外，單伸縮立柱多為外供液，這種方式結構簡單加工維修方便。雙伸縮式立柱工作原理圖：圖1.3雙伸縮立柱原理圖：A，B，C：液口1一級缸體，2一級活塞，3底閥，4二級活塞，5活塞桿1.4雙伸縮式立柱結構及工作原理如圖1.3所示，升柱時高壓液體從液口A進入立柱，液口B和C連通回液管路，升柱過程分為兩個階段，首先下活柱伸出只有下活柱完全伸出后，柱內單向閥才能開啟使上活柱伸出，降柱時，高壓液體從B和C同時進入，液口A連通回液管路。降柱過程也分為兩步

8、完成。第一步是下活柱縮回缸體內此時上活柱由于柱內單向閥處于閉鎖狀態(tài)，所以不會下縮，當下活柱完全縮回后，單向閥閥芯頂桿與缸體凸臺相碰而使單向閥開啟，上活柱下腔可以回液，故上活柱縮回。承載時，頂板對上活柱的作用力將由上活柱下腔被閉鎖的液體承受并傳遞給下活柱，這時上下活柱所承受的壓力是相等的。所以這種立柱也稱等負載雙伸縮立柱。當下活柱內的液體達到安全閥的調定壓力時，安全閥開啟，下活柱縮回，當下活柱完全縮入缸體中，只有上活柱承載時，頂板的作用力使上活柱縮回。1.5.雙伸縮式立柱運行及負載特點：這種立柱由于下活柱先伸先縮，上活柱后伸后縮。在煤層變化不大時，上活柱的伸出長度是不變的。因此上活柱相當于立柱的

9、液壓加長桿。由于上活柱的長度可以自由調節(jié)，比單伸縮立柱調節(jié)機械加長桿方便的多 ，所以目前應用的越來越多，它的缺點是價格較高。由于等負載雙伸縮立柱上，下活柱活塞面積不等，所以在相同的泵站壓力下，上活柱伸出撐緊頂板的初撐力小于下活柱伸出撐緊頂板的初撐力。因此，在煤層厚度變化較大時，上活柱的伸出長度有時也要變化，造成初撐力太小，不利于板頂維護。另外，在承載時，由于負載相同，上活柱下腔的壓力會大于下活柱下腔的壓力，如果壓力太大，會造成下活柱形成的缸體在高壓下膨脹變形，影響下活柱的正常升降，甚至導致導向套和立柱咬死。所以，在煤層厚度變化較大時或沖擊地壓大的煤層，使用這種等負載雙伸縮立柱要給以注意。第二章

10、 雙伸縮立柱結構設計計算2.1 原始數據：一級缸行程1000mm，二級缸 700mm， 工作壓力：31.5Mpa 工作阻力 P=4000KN2.2 設計要求： 內容：設計說明書，裝配圖，主要零件圖2張。建模，整體裝配。要求：根據原始數據設計進行液壓支架雙伸縮式立柱的結構設計，進行各零件的三維建模與立柱的整體裝配及運動仿真。雙伸縮式立柱是一種推力液壓缸。液壓缸是液壓系統中的執(zhí)行元件，是液壓系統中的核心部件，不同類型的液壓缸組成零部件也不同，但其大致由缸體、活塞、活塞桿、缸底、緩沖裝置、排氣裝置、支承座以及導向、密封、防塵裝置等組成。根據設計的液壓缸的使用要求不同可選擇設計各零部件。2.3工況分析

11、并確定液壓缸參數2.3.1支架的承載過程支架的承載過程是指支架與頂板之間相互力學作用的過程，包括初撐，承載增阻和恒阻三個階段。如圖2.1（一）初撐階段圖 2.1 雙伸縮式立柱工作曲線圖在升架過程中，當支架的頂板接觸頂梁，直到立柱下腔的液體壓力逐漸上升到泵站工作壓力時，停止供液，液控 單向閥立即關閉，這一階段稱為支架的初撐階段，此時支架對頂板的支撐力為初撐力 支撐式支架的初撐力為： 式中 D支架立柱的缸徑，m Pb泵站的工作壓力，MPa n-支架立柱的數量。 由上式可知，支架初撐力的大小取決于泵站的工作壓力，立柱的缸徑和立柱的數量，合理的初撐力是防止直接頂過早的因下沉而離層，減緩頂板下沉速度，增

12、加其穩(wěn)定性和保證安全生產的關鍵。一般采用提高泵站工作壓力的方法來提高初撐力，以免缸徑過大。（二）承載增阻階段支架初撐結后，隨著頂板的下沉，立柱下腔的液體壓力逐漸升高，支架對頂板的支撐力也隨之增大，呈現增阻狀態(tài)，這一過程為支架的承載增阻階段。（三） 恒阻階段隨著頂板壓力的進一步增加，立柱下腔的液體壓力越來越高，當升高到安全閥的調定壓力時，安全閥打開溢流，立柱下降，液體壓力隨之降低。當降到安全閥的調定壓力時，安全閥關閉。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復這一過程，又由于安全閥的作用，支架的支撐力維護在某一恒定數值上，這是支架的恒阻階段，此時，支架對頂板的支撐力稱為工作阻力，它是由支架安全閥的調定壓力決

13、定的，支撐式支架的工作阻力為式中 Pa支架安全閥的調定壓力，MPa 其它意義同前。2.3.2.立柱負載分析及確定工作阻力為P=4000KN.立柱（液壓缸）負載主要包括：初撐力、摩擦阻力、慣性阻力、重力、密封阻力和背壓阻力等。（1）：初撐力的大小是相對于工作阻力而言，并與頂板的性質有關。較大的初撐力可以使支架較快達到工作阻力，防止頂板過早的離層，增加頂板的穩(wěn)定性。對于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板，為了維護機道上方的頂板，應取較高的初撐力，約為工作阻力的80%；對于穩(wěn)定頂板，初撐力不宜過大，一般不低于工作阻力的60%，對于周期來壓強烈的頂板，為了避免大面積垮落對工作面的動載威脅，應取較高的初撐力。 本設計

14、選支撐掩護式支架，綜合考慮取其初撐力為工作阻力的60%。 所以，初定初撐力Pc=4000×60%=2400 KN（2）摩擦阻力：由于液壓缸的摩擦阻力相對于初撐力很小，故可忽略不計。（3）慣性阻力、重力：液壓缸垂直布置，但其較重的一級缸及缸頭安裝在支架底座上面，且其工作時運動量很小，不屬于快速往復運動型，故慣性阻力、重力可不以考慮。（4）密封阻力和背壓阻力：將密封阻力考慮在液壓缸的機械效率中去，取液壓缸的機械效率為0.9背壓阻力是液壓缸回油路上的阻力，初算時可不考慮，其數值在系統確定后才能定下來。依據上面分析可得液壓缸工作曲線圖，圖2.1曲線上的t0,t1,t2,分別表示支架的初撐增阻

15、和恒阻階段的時間。2.3.3 初步確定液壓缸參數表2.1液壓缸內徑系列：液壓缸內徑系列（GB/T2348-1993）8、10、12、16、20、25、32、40、50、63、80、（90）、100、（110）125、（140）、160、（180）、200、（220）、250、（280）、320、（360）、400、（450）、500表2.2活塞桿直徑系列：活塞桿直徑系列（GB/T2348-1993）4、5、6、8、10、12、16、18、20、22、25、28、32、36、40、54、50、56、63、70、80、90、100、110、125、140、160、180、200、220、250、2

16、80、320、360表2.3液壓缸外徑系列（GB/T2348-1993）：額定壓力MPa內徑40506380100125140160180200220250280外徑1650607695121146168194219245205060769512114616819421924525506083102121152168194219245325463.583102127152168194219245（1）二級缸的內徑和壁厚根據受力知道，只要滿足二級缸受力，則一級缸定能滿足，于是 由： 式中 D 支架立柱的缸徑，m Pb 泵站的工作壓力，MPa N 支架立柱的數量。 Pc 撐力得： =4×

17、2400(3.14×31.5×4×1000) D=155.7mm根據表2.1缸筒內徑系列（GBT2348-93），選二級缸內徑 =160mm 壁厚的計算：式中 壁厚 最高允許壓力。1.5（工作壓力） 1.5=1.5×31.5=47.25 MPa 許用應力。=n（n安全系數）N 通常取1.5-2.5，根據液壓缸的重要程度和工作壓力等因素選取，工作壓力大n可選取小一些。則取n=2，缸筒材料的屈服強度，此取45號鋼，=700 MPa =n=700/2=350 MPa =47.25×160/（2.3×350-3×47.25） =11

18、.377mm 取20mm 則二級缸外徑為160+2×20=200mm驗算：根據液壓缸基本計算公式 = =0.15756m式中 F理論推力 F= （效率）=0.5-0.7，取0.6。 負載率取0.8 ?；钊麠U上實際受力，按最大受力記，取1000KN F=10000.60.8=480KN P工作壓力=31.5MPad 活塞桿直徑符合要求。（2）一級缸內徑和壁厚 留20mm作為二級缸與一級缸內壁距離，則一級缸內徑 D1=200+20×2=240mm壁厚 =47.25×220/（2.3×350-3×47.25） =15.62mm圓整 取20mm依據表2

19、.3，一級缸外徑為240+2×20=280mm（3）初步確定活塞桿尺寸一級活塞即二級缸外壁，不用再確定，二級缸內壁為160mm，因此根據表2.2得二級活塞桿外徑為120mm,空心桿，內徑為80mm2.3.4 結構設計及強度驗算一、缸筒的設計與計算缸筒是液壓缸的主要零件，它與端蓋、缸底、油口等零件構成密封的容腔，用以容納壓力油，同時它是活塞的運動“軌道”。圖3.1缸筒的技術參數1.缸筒的技術參數選擇（如圖3.1 ）（1）缸體的材料：采用45鋼，并應調質到241285HB；（2）技術要求： 缸體采用H9配合。表面粗糙并Ra為0.10.4m，當活塞用活塞環(huán)密封時，Ra為0.20.4m；缸體

20、內徑D的圓度、圓錐度、圓柱度公差不大于內徑公差之半選?。?缸體端面T的垂直度公差值可按7級精度選?。粸榱朔乐垢g和提高壽命，缸體內應鍍以厚度為3040m的鉻層，鍍后進行珩磨或拋光（3）安全系數：查表取安全系數：n3，查表得45號鋼的材料的抗拉強度b530Mpa，則：材料的許用應力：2.一級缸筒的尺寸參數選擇（1）缸筒內徑的確定由前面計算得到：一級缸筒內徑D1240缸筒壁厚為20mm15.62mm。滿足。由于缸筒壁厚由強度公式計算而來，所以缸體壁厚無需校核。二、一級缸體的結構設計與連接強度計算缸筒的兩端分別和缸蓋和缸底相連，構成密閉的壓力腔，因而它的機構形式和缸蓋及缸底密切相關。缸筒是液壓缸的主

21、體，其余零件裝配其上，它的結構形式對加工和裝配有很大影響，因此其結構應盡量便于裝配、拆卸和維修。（1）結構形式 此液壓缸用于液壓支架裝置中，主要為礦上所用，且缸內徑D200，額定壓力PN25Mpa，所以采用缸筒和缸底及端蓋的連接方式為：缸筒和缸底采用焊接連接，缸筒和端蓋采用內卡環(huán)連接。這樣，液壓缸的零件較少的暴露在外面，外形尺寸相對較小，能滿足環(huán)境惡劣時的使用要求。 （2）連接強度計算 焊接強度的計算（如圖3.2） 式中：P 液壓缸的最大壓力（N）； D1 缸筒的外徑（m）； D2 焊縫底徑（m）； 焊接效率，一般取=0.7。顯然，b/n ，滿足條件； b缸體材料的抗拉強度，n材料的安全系數。

22、卡環(huán)連接強度計算（如圖3.3）卡環(huán)A-A截面上的剪應力為： 圖3.2缸底焊接及尺寸圖 圖3.3 端蓋內卡環(huán)連接示意圖 1.缸壁；2.缸底 卡環(huán)ab側面的擠壓應力為： 可知，滿足強度要求。缸筒危險截面（AA）的拉應力為：式中：P 液壓缸的最大出力N； D1 缸筒外徑m； D 缸筒內徑m； h 卡環(huán)厚度m，取h(缸壁厚度)； L 卡環(huán)寬度m，取hL。滿足強度要求。三、二級缸體的結構設計與連接強度計算與上面一級缸體的結構設計與連接強度計算一樣，只不過缸體上的活塞也用卡環(huán)固定，需再加一步計算。前端蓋卡環(huán)連接強度計算（如圖3.3）卡環(huán)A-A截面上的剪應力為：卡環(huán)ab側面的擠壓應力為： 由上可知，滿足強度

23、要求。缸筒危險截面（AA）的拉應力為：式中：P 液壓缸的最大出力N； D1 缸筒外徑m； D 缸筒內徑m； h 卡環(huán)厚度m，取h(缸壁厚度)； L 卡環(huán)寬度m，取hL。由上可知，滿足強度要求。活塞固定卡環(huán)連接強度計算如圖3.4所示 圖3.4活塞固定卡環(huán)連接計算圖 1活塞，2卡壞，3軸套，4二級缸體，5擋圈卡環(huán)A-A截面上的剪應力為： 卡環(huán)ab側面的擠壓應力為： 由上可知，滿足強度要求。缸筒危險截面（AA）的拉應力為：式中：P 液壓缸的最大出力N； D1 缸筒外徑m； D 缸筒內徑m； h 卡環(huán)厚度m，取h(缸壁厚度)； L 卡環(huán)寬度m，取hL。滿足強度要求。2.3.5活塞桿的設計與計算1、一級

24、活塞桿即二級缸體，已設計完畢，2、二級活塞桿尺寸的確定（1）由前文計算可知，可以確定活塞桿直徑為d=140。（2）活塞桿具體長度的確定（結合裝配圖）3、活塞桿形式和材料及技術要求取活塞桿的形式為：空心活塞桿，材料為45鋼?；钊麠U得技術要求：（1）活塞桿的熱處理：粗加工后調質到硬度229285HB；淬火處理，淬火深度0.51（2）活塞桿d和d1的圓度公差值，按9或10級精度選?。唬?）活塞桿d的圓柱度公差值，按8級精度選??；（4）活塞桿d對d1的徑向跳動公差值，為0.01mm；（5）端面T的垂直度公差值，按7級精度選?。唬?）活塞桿上下工作表面的粗糙度為Ra0.63m，表面鍍鉻，鍍層厚度約為0.

25、05mm,鍍后拋光以提高耐磨性和防銹性。4、活塞桿強度校荷見整體強度校荷一節(jié)中的活塞桿強度校荷5、活塞桿的結構設計（1）活塞桿和活塞的連接液壓系統為中壓系統，本著滿足方便安裝、連接強度高等要求，選擇卡環(huán)式連接，前面已做計算。 （2）二級活塞桿端部和負載的移動機構相連接，考慮到液壓缸工作時軸線固定不動，可采用焊接連接一耳環(huán)，作圓周運動，如圖4.1 圖4.1光桿耳環(huán)示意圖 活塞桿外徑120mm，取內徑80mm， 螺孔頭具體尺寸如表4.1表4.1螺孔頭尺寸公稱直徑D、d螺距P中徑或小徑或第一系列第二系列第三系列100696.10393.505497.40295.670398.05196.752298

26、.70197.8351.599.02698.3762.3.6活塞的設計與計算1、活塞的結構形式根據液壓缸使用的情況（密封、有無導向環(huán)等），選用有導向環(huán)形活塞，具體結構形式如圖4-9所示。2、活塞的材料及技術要求查表可選“有導向環(huán)活塞”的材料為45號鋼，外加導向環(huán)。技術要求（如圖4-10）： （1）活塞外徑D對內徑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軸線的垂直度公差值，應按7、8級精度選取。（3）外徑D的圓柱度公差值，按8、9、或10級精度選取。3、一級活塞的尺寸的確定根據以往經驗，可取活塞的寬度一般為活塞外徑的0.61.0倍，這里取活塞寬度為活塞外徑的0.8倍，即。

27、 圖5-1 活塞的密封和導向 圖5-2活塞技術參數1.Yx型密封圈；2.導向環(huán)；3.活塞；4.缸壁 4、二級活塞的尺寸的確定密封和導向和活塞技術參數與一級相同，寬度2.3.7導向套的設計與計算（一），一級缸導向套在活塞往復運動中啟導向支承作用，導向套的性能的好壞對液壓缸的性能有很大的影響。1.最小導向長度及中隔圈長度的確定當活塞桿全部伸出時，從活塞支承面中點到導向套滑動面中點的距離稱為最小導向長度H ，如圖6-1所示圖6-1導向長度示意圖 一般情況， 最小導向長度應滿足下面要求：，即 式中：L 最大工作行程（m）； D 缸筒內徑（m）；因為缸徑大于80，所以算導向套滑動面的長度A為：導向套的長

28、度為：，這里取b =110mm，以滿足要求。由于液壓缸的行程長度較大，一個導向套不能滿足要求，增加導向套會增加系統摩擦，降低效率，故可在導向套和活塞之間裝一中隔圈，使活塞桿在全部外伸時仍有足夠的支承長度，通常支承長度應滿足： 即：一般情況，當行程長度超過缸筒內徑的8倍時，可裝一個長度為100mm的中隔圈；超過部分每增加700mm，中隔圈的長度即增加100mm。由于此液壓缸的行程要求1000mm，缸筒內徑為220mm，由于倍。所以不用加裝中隔圈。根據以上計算，同時考慮盡量減少設計零件，又因為液壓缸工作時相對滑動少，磨損也少，所以取端蓋結合導向支撐環(huán)的方式導向，這里取端蓋的h=140mm，導向支撐

29、長度為具體布置見工程圖。（二）二級缸一般情況， 最小導向長度應滿足下面要求：，即 式中：L 最大工作行程（m）； D 缸筒內徑（m）；因為缸徑大于80，所以算導向套滑動面的長度A為：導向套的長度為：，這里取b =100mm，以滿足要求。由于液壓缸的行程長度較大，一個導向套不能滿足要求，增加導向套會增加系統摩擦，降低效率，故可在導向套和活塞之間裝一中隔圈，使活塞桿在全部外伸時仍有足夠的支承長度，通常支承長度應滿足： 即：一般情況，當行程長度超過缸筒內徑的8倍時，可裝一個長度為100mm的中隔圈；超過部分每增加700mm，中隔圈的長度即增加100mm。由于此液壓缸的行程要求1000mm，缸筒內徑為

30、220mm，1000/160=6.25接近8倍，但是二級缸不完全伸出，不用加裝中隔圈即可滿足強度要求。根據以上計算，同時考慮盡量減少設計零件，又因為液壓缸工作時相對滑動少，磨損也少，所以取端蓋結合導向支撐環(huán)的方式導向，這里取端蓋的長度h=123mm，導向支撐長度為，具體布置見工程圖。2.3.8 端蓋和缸底的設計與計算1、端蓋的設計有活塞桿通過的缸蓋叫端蓋，無活塞桿通過缸蓋的叫缸頭或缸底。缸蓋的設計主要考慮活塞桿的導向、密封、防塵等問題。 圖7-1 端蓋示意圖 圖7-2 油口示意圖2、端蓋的材料和技術要求（如圖7-1）缸蓋材料采用45號鍛鋼。技術要求：（1）直徑D、D2、D3的圓柱度公差應按9、

31、10、11級精度選??； （2）D2、D3與d同軸度公差值為0.03mm；（3）端面A、B與直徑d軸心線的垂直度公差值按7級精度選取；（4）導向孔的表面粗糙度Ra1.25m3、液壓缸缸底的材料：采用35號鋼。4、液壓缸缸底尺寸的確定（如圖7-3）選擇缸底形狀為球面有油口型，材料為35鋼，計算如下：取h=70mm，以滿足形狀及強度要求。式中：Py試驗壓力，Mpa.工作壓力P 16Mpa時，Py = 1.5P；P16Mpa時，Py = 1.25P； D液壓缸的內徑，m； d 油口直徑（見圖7-2），m；材料的許用應力，Mpa =104MPa b缸體材料的抗拉強度，Mpa， 35號鋼為b 520Mpa

32、； n 材料的安全系數，取n5。 7-3液壓缸缸底示意圖2.3.9其他零件的設計與計算 1.油口的設計與計算（1）液壓缸油口的連接形式 采用焊接連接，直接焊接在缸筒上。 （2）液壓缸油口直徑的計算（圖7-2）根據需要缸底，二級缸前端和二級活塞桿各有一油口 油口的計算根據活塞的最高運動速度和油口的最高液流速度計算如下：缸底油口 (A口) 二級缸前端（B口） 二級活塞桿前端（C口）式中： d0油口直徑，mm； D缸筒的內徑，m； v液壓缸的最大輸出速度，v =4m/min； v0油口液流速度，m/s；通常取油口液流速度為2.55m/s。 表8-1液壓缸油口尺寸系列（ISO-8137）缸內徑DECE

33、EMinEAED100、125M3322035.3M81.25160、200M4222543.8M101.5250、320M5023251.6M121.75400、500M6023860M142根據計算，據表8-1（機械設計手冊表20625）得油口ECEEAM42×2BM42×2CM50×22.擋圈的設計選擇根據設計要求，查表選彈性擋圈A型（GB/T 894.1-1986），材料：62Mn，熱處理4451HRC， 表面氧化處理。如圖8-1所示。一級缸端蓋用擋圈：孔用切口式密封擋圈。孔徑250。 8 8-1擋圈示意圖D= d= T= 二級缸端蓋用擋圈：孔用切口式密封

34、擋圈?？讖?170 D= d= T= 一級活塞用擋圈：軸用切口式密封擋圈。軸徑200 D= d= T= 一級活塞用擋圈：軸用切口式密封擋圈。軸徑200 D= d= T=二級活塞用擋圈：軸用切口式密封擋圈。軸徑=120 D= d= T= 3.軸套的設計與計算 軸套的尺寸由擋圈和卡環(huán)決定，一般取其截面的長、寬分別為卡環(huán)、擋圈的長、寬的二倍（活塞固定用）；端蓋用軸套的尺寸由卡環(huán)決定。定位軸套由行程決定。具體見零件圖2.3.10液壓缸的密封、防塵、導向的選擇1、端蓋和活塞桿的密封、防塵活塞桿在端蓋中作往復運動，其密封屬于動密封，且液壓缸工作壓力大于16Mpa，擋圈用J形防塵圈的密封方式，如圖9-1，9

35、-2采用Yx形密封圈、特點：密封性能可靠，摩擦阻力小，運動平穩(wěn)，耐壓性好，適用壓力范圍廣，結構簡單，成本低，安裝方便。如圖9-3。 圖9-2 J型防塵圈圖9-3 Yx密封圈軸用（一級活塞）Yx密封圈：查手冊（根據JB/ZQ426586）選擇，密封圈代號：Yx形密封圈d190（d =190、H =18、H1 =16）材料：聚氨酯3 軸用（二級活塞）： Yx密封圈：查手冊（根據JB/ZQ426586）選擇，密封圈代號：Yx形密封圈d125（d =125、H =14、H1 =12.5）材料：聚氨酯3。 孔用（一級缸）Yx密封圈：查手冊（根據JB/ZQ426586）選擇，密封圈代號：Yx形密封圈d20

36、0（d =200、H =18、H1 =16）材料：聚氨酯3；擋圈規(guī)格：、 ，、T =2±0.15，材料：聚四氟乙烯；防塵圈代號：J形防塵圈200，d1 =201.5±1.2、d2 =195.5±1.2、D1 =234.5±1.2mm、H =15mm（允許公差-0.7）、h=7.5mm（允許公差-0.5）,材料：聚氨酯橡膠?？子茫ǘ壐祝篩x密封圈：查手冊（根據JB/ZQ426586）選擇，密封圈代號：Yx形密封圈d120（d =120、H =14、H1 =12.5）材料：聚氨酯3；擋圈規(guī)格：、 ，、T =2±0.15，材料：聚四氟乙烯；防塵圈

37、代號：J形防塵圈120，d1 =121.5±0.8、d2 =115.5±0.8、D1 =154.5±0.8mm、H =15mm（允許公差-0.7）、h=7.5mm（允許公差-0.5）,材料：聚氨酯橡膠。2.端蓋和缸筒的密封端蓋和缸筒連接在一起，其密封屬于靜密封，如圖9-4所示，這里采用O型密封圈加擋圈的密封方式，擋圈的作用是防止密封圈被擠壓損壞。查手冊（根據GB3452.192）取O形密封圈尺寸為：，；，；由于增加了擋圈，其密封槽分別為、，密封圈材料為：耐油通用橡膠I-4。 查手冊（根據ZB/ZQ426588）： 圖9-4端蓋和缸體的密封取擋圈的規(guī)格為 1 擋圈、

38、2 O型密封圈、3 卡環(huán)d =85mm；T1.354.35mm，材料為：聚四氟乙烯。 3.活塞和活塞桿的密封活塞和活塞桿連接在一起左往復運動，屬于靜密封，可采用O形密封圈結合擋圈的密封方式（如圖9-7） 圖9-5O型圈尺寸圖 圖 9-6 擋圈的尺寸圖4. 活塞和缸筒的密封活塞在缸筒中作往復運動，其密封屬動密封，可選擇Yx形密封圈查手冊（根據JB/ZQ426486）得Yx形密封圈的型號為：Yx形密封圈D125（D =125、H =14、H1 =12.5，溝槽長度為16mm，深度為10mm，材料為：聚氨酯-4。 2.3.11液壓缸彎曲穩(wěn)定性驗算液壓缸運動過程中會產生偏心，有繞度。當液壓缸支撐長度L

39、b(10-15)d時需驗算活塞桿彎曲穩(wěn)定性，如圖10-1圖10-1液壓缸彎曲示意圖=251080=31.375 所以本設計需驗算彎曲穩(wěn)定性。按工作方式推力與支撐的反作用力不完全處在軸線上，受偏心力。此為二級液壓缸，近似簡化為一級缸驗算，受力過程如圖10-2所示。兩端鉸接，可用公式 1.9263.8，穩(wěn)定性合格。 圖10-2 液壓缸受力示意圖第三章 工藝要求1、缸筒缸筒材料的運用應滿足如下機械性能： a、抗拉強度 1000MPab、屈服點 800MPac、伸長率 12%d、沖擊值4.9×105J/m2缸筒調質熱處理硬度：HB240280缸筒內孔密封配合面的尺寸精度不得低于H9缸筒內孔密封配合面粗糙度為雙伸縮立柱小缸筒外徑尺寸精度不得低于f9雙伸縮立柱小缸筒的外徑表面粗糙度為2、活塞桿活塞桿材料選用應滿足如下機械性能： a、抗拉強度 700MPab、屈服點 500MPac、伸長率 14%d、沖擊值3.9×105J/m2活塞桿調質熱處理硬度：HB240280活塞桿密封配合面的尺寸精度不得低于f9活塞桿密封配合面的表面粗糙度為3、底閥閥芯、閥體應采用不銹鋼制造密封配合表面粗糙度為立柱底閥開啟壓力不得低于7MPa底閥開啟時主柱不允許有哨音和振動現象結 論本立柱用于ZY500/17/35液壓支架，改支架用于單一煤層開