液壓支架畢業(yè)設(shè)計

圖5-2A-A斷面5.2.2前梁強度計算(1)形心位置各板件的計算數(shù)據(jù)如下表所示：表5--3件號12345數(shù)量面積形心位置慣性矩11380.511.62169340112317.51027419.5422044891024結(jié)構(gòu)件的形心位置為：（5.3）(2)慣性矩（5.4）=++=53790(3)彎曲應(yīng)力（5.5）=(4)安全系數(shù)鋼板材料選取16Mn，（5.6）5.3主頂梁強度校核5.3.1主頂梁受力情況假設(shè)前梁失去作用，主頂梁受一集中載荷，其受力圖如下圖所示：由上面求出為3279.3KN，距離鉸接點1661mm,最大彎矩為圖5-3主頂梁受力情況圖主頂梁做成等斷面箱式結(jié)構(gòu)，在最大彎矩處的斷面如下圖所示：圖5-45.3.2主頂梁強度計算（1）形心位置各板件計算數(shù)據(jù)如下表所示：結(jié)構(gòu)件的形心位置為：（5.7）=表5--4件號123456789數(shù)量1139.20.829.7273.62.431.4227.811.91404.8452.211.95268218.8111107.4237.121.25447.7235.221.25166225.921.23804130.411.2914.5(2)慣性矩（5.8）(3)彎曲應(yīng)力（5.9）(4)安全系數(shù)鋼板材料選取16Mn，5.4掩護(hù)梁強度校核5.4.1掩護(hù)梁受力情況由前面已經(jīng)求出在掩護(hù)梁上前后連桿的銷軸處受力為2725.9KN和2096.89KN，其受力圖如下圖所示：圖5-5掩護(hù)梁受力圖最大彎矩發(fā)生在前連桿處，其值為：最大彎矩處的斷面表示如下圖所示：圖5-65.4.2掩護(hù)梁強度計算(1)形心位置各板件記算數(shù)據(jù)如下表所示：表5--5件號12345數(shù)量1114215615017518390.64.414.8142717.2673.52960.1249.414.2結(jié)構(gòu)件的形心位置：（5.10）=(2)慣性矩（5.11）(3)彎曲應(yīng)力(4)安全系數(shù)鋼板材料選取，5.5底座強度校核5.5.1底座受力情況底座受力如下圖所示：圖5-7圖中立柱的壓力以及前后連桿的拉力或壓力在前面已經(jīng)算出由得：最大彎矩發(fā)生在前柱窩處，最大彎矩為：最大彎矩處截面如下圖所示：圖5-85.5.2底座強度校核(1)形心位置各板件的計算數(shù)據(jù)列于下表：表5--6序號123數(shù)量26181932703417.5130.37447.7590結(jié)構(gòu)件形心的位置：=(2)慣性矩=(3)彎曲應(yīng)力=(4)安全系數(shù)鋼板材料選取16Mn，5.6銷軸和耳座的強度校核5.6.1耳座的校核：支架所有連接處的耳座，要受到拉伸或擠壓的作用，所以要進(jìn)行拉伸和擠壓的強度校核。耳板在擠壓的作用下的應(yīng)力按下式計算：（5.11）式中：作用在銷軸上的合力， 偏載系數(shù)，一般?。欢鍞?shù)量； 耳板厚度 耳板受擠壓的投影面積。擠壓安全系數(shù)為： （5.12）式中：取1.3。耳板受拉的危險截面為銷軸直徑處，其拉力為： （5.13）式中：耳板寬度；安全系數(shù)為：式中：取1.3。5.6.2銷軸的強度校核：為了簡化校核步驟，把銷軸與耳座的支反力按集中載荷進(jìn)行計算，而且這樣校核比用均部力模型進(jìn)行計算更加安全。設(shè)銷軸截面積為，抗彎模數(shù)為，所受剪力為，則銷軸彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力分別為：（5.14）（5.15）其合成應(yīng)力為：（5.16）安全系數(shù)為:(1).前梁與主頂梁連接處的銷軸銷軸：直徑，材料，；前梁和主頂梁上的耳座尺寸相同：寬，厚度，材料，。拉力：銷軸：（5.17）（5.18）（5.19）所以，銷軸設(shè)計合理。(2).前梁上耳座：工作中耳座受拉，因此應(yīng)校核其拉應(yīng)力。拉力：拉應(yīng)力為：安全系數(shù)：。主頂梁上的耳座拉應(yīng)力：（5.20）安全系數(shù)：。主頂梁與掩護(hù)梁連接用銷軸和耳座、后連桿與掩護(hù)梁及底座連接用銷軸、前梁千斤頂用銷軸及耳座校核、推移千斤頂用銷軸和耳座校核同上。經(jīng)校核均符合要求。5.7立柱強度的校核5.7.1立柱穩(wěn)定性校核油缸的穩(wěn)定性校核（參考機械工業(yè)出版社的《機械工業(yè)設(shè)計手冊》（5））一根受壓的直桿，在起負(fù)載力超過穩(wěn)定臨界力時，就不能保持其原有直線狀態(tài)下的平衡而失穩(wěn)。所以，液壓缸的穩(wěn)定性條件為：（5.21）式中：活柱最大推力，：．液壓缸穩(wěn)定臨界力，；穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取。液壓缸的穩(wěn)定臨界力值與活塞桿和缸體的材料、長度、剛度及其兩端支撐狀況等因素有關(guān)。由于缸體的剛度大都大于活塞桿的剛度，而且缸體在理論上不承受負(fù)載的軸向壓力，故液壓缸的穩(wěn)定性主要取決于活塞桿的條件。如果液壓缸在壓縮工況下的最大撓度（的位置）發(fā)生在由導(dǎo)向中心偏向活塞桿一側(cè)（）時，液壓缸的穩(wěn)定臨界力可按等截面桿（截面等于活塞桿截面）來考慮。若是最大撓度點偏向缸體一側(cè)（），則應(yīng)按不等截面階梯桿來計算。判別最大撓度點位置的值可由下面的公式求得：（5.22）式中：——活塞桿斷面慣性矩，。立柱的基本參數(shù)如下：（5.23）式中：立柱活柱的外徑，； 立柱活柱的內(nèi)徑，。活塞桿頭部到最大撓度處的距離，一般來說撓度最大處發(fā)生在活塞桿與缸體的交接處，即導(dǎo)向套處。但支撐高度為最大時，機械加長桿利用全部3段加長段。支撐高度上連接銷軸到頂梁上頂面的距離下連接銷軸到底座下底面距離缸體長度 所以，液壓缸的穩(wěn)定臨界力可按等截面來考慮。計算柔度：式中：活塞桿計算柔度； 長度折合系數(shù)，由于立柱兩端支撐，所以取活塞桿計算長度，； 活塞桿橫斷面的回轉(zhuǎn)半徑，（5.25）柔性系數(shù)，查表4-5得，（材料：）所以，活塞桿不會失穩(wěn),只抗拉強度不足而損壞。故只需進(jìn)行強度校核。5.7.2活塞桿強度校核計算油缸的撓度：（5.26） 活塞桿與導(dǎo)向套處的最大配合間隙，； 活塞與缸體處的最配合間隙，； 活塞頭部銷孔中心至最大撓度處（即導(dǎo)向中心）的距離，；缸體尾部銷孔中心至最大撓度處的距離，； 缸體全部外伸時，液壓缸兩端銷孔間的距離，； 活塞桿全部外伸時，導(dǎo)向套前端到活塞滑動面末端的距離，； 活塞桿最大推力，；液壓缸自重，； 液壓缸軸線與水平面的夾角?；钊麠U與導(dǎo)向套的配合為，；活塞與缸體處的配合為，；質(zhì)量約為， 把以上參數(shù)代入上式得：活塞桿的合成應(yīng)力：（5.27）（5.28）（5.29）加長段長度與活柱的配合為：，最大單邊間隙；加長段留在活柱內(nèi)的長度=所以：活塞桿的材料為，，安全系數(shù)：5.7.3驗算缸體厚度：（1）缸體厚度校核缸體厚度：（5.30）由于，按中等壁厚剛體公式計算。（5.31）—缸內(nèi)的工作壓力，35—記入管壁公差及腐蝕的附加厚度，一般取， —強度系數(shù)，無縫鋼管安全系數(shù)：—缸體材料為無縫鋼管時， —一般取，現(xiàn)取4由上式得： ，缸體厚度滿足要求。（2）缸體與缸底焊接強度按下式計算：（5.32）—環(huán)形焊接內(nèi)徑為0.185M—環(huán)形焊接外徑為—焊接效率，=0.7。安全系數(shù)：式中：—焊縫抗拉強度，取其為6液壓系統(tǒng)設(shè)計液壓支架的液壓系統(tǒng)的簡介液壓支架由不同數(shù)量的立柱和千斤頂組成，采用不同的操縱閥實現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動作。雖然支架的液壓缸（立柱和千斤頂）種類、數(shù)量很多，但其液壓系統(tǒng)都是采用多執(zhí)行元件的并聯(lián)系統(tǒng)。6.1.1液壓支架傳動系統(tǒng)的基本要求對于液壓支架的傳動裝置，應(yīng)具有以下基本要求：采用結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備外型尺寸小，能遠(yuǎn)距離地傳遞大的能量；能承受較大的載荷；沒有復(fù)雜的傳動結(jié)構(gòu)；在有爆炸危險和含塵的空氣里保證工作安全；動作迅速；操作、調(diào)節(jié)簡單；過載及損壞保護(hù)簡單。容積式液壓傳動可最大限度的滿足這些要求，因此液壓支架均采用這種傳動。6.1.2液壓支架的液壓傳動特點液壓支架的液壓傳動，與其它機械的容積式液壓傳動有很大的區(qū)別，其特點如下：工作液的壓力高（管路內(nèi)的壓力達(dá)，立柱內(nèi)的壓力達(dá)），流量大（）;在液壓系統(tǒng)中，采用粘度低和容量大的液體作為工作介質(zhì)；液壓缸、操縱閥，其它調(diào)節(jié)和控制裝置等的數(shù)量大（高壓泵1~6臺、液壓缸300~1500個、安全閥150~300個，還有同樣數(shù)量的液控單向閥）；很長的液壓管路（200~300剛性管，500~3000高壓軟管）；泵液壓缸傳動系統(tǒng)的換算彈性模數(shù)較低；根據(jù)支架的數(shù)量改變液流的參數(shù)；所有支架的結(jié)構(gòu)上都有著相同的液壓缸、液壓裝置以及它們之間都有相同的連接方式（相同的液壓系統(tǒng)）；每節(jié)支架都重復(fù)著相同的工序，這些工序的總和構(gòu)成液壓支架的基本工序；為了保證系統(tǒng)具有較高的容積效率，實現(xiàn)無故障作業(yè)和工作人員的安全，液壓系統(tǒng)的元件和部件要有好的密封性和可靠性。這些基本特點決定了液壓傳動元件以及整個系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上的特點，即：液壓支架是以單節(jié)支架為單元的，這就決定了液壓系統(tǒng)的構(gòu)成，即工作面支架和端頭支架的液壓系統(tǒng)成為液壓支架的基本組成部分。此外，可以把泵站、中心控制臺和支架的液壓管路等部分作為支架的公用液壓系統(tǒng)。其中每個部分都具有獨立的功能，在改善液壓傳動或者制定新的方案時，一般都可以單獨地加以研究。6.2液壓支架的液壓系統(tǒng)擬訂根據(jù)液壓支架的架型和結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定立柱和千斤頂數(shù)目，并擬訂液壓系統(tǒng)。6.2.1立柱系統(tǒng)(1).單柱控制回路單柱控制回路如圖6.1a、b、c、d、e所示，其中圖a為單作用單柱，圖b、c為雙作用單柱，圖d、e為雙伸縮單柱。圖a圖b圖c圖c圖d圖6.1(2).多柱控制回路多柱控制回路如圖6.2a、b所示，圖中為兩根立柱并聯(lián)組成，同時動作。圖6.2a為共用一個控制閥回路，圖為各用一個控制閥回路，采用雙液控單向閥或用于雙伸縮立柱。a共用一個控制閥回路；b各用一個控制閥回路圖6.2多柱控制回路(3).帶壓移架回路帶壓移架回路如圖6.3所示。在立柱控制閥前面裝設(shè)一個由移架液路控制的支撐保持閥和一個與立柱活塞桿腔液路相通的節(jié)流閥，可使支架帶壓移架，設(shè)計時應(yīng)考慮在移架時，支架對頂板的支撐力應(yīng)大于10KN/m2(4)端頭錨固支架的閉鎖回路端頭錨固支架的閉鎖回路，各柱升柱時，相互沒有關(guān)系。而當(dāng)樁柱升柱時，錨固柱必須處于升柱撐緊狀態(tài)；反之，當(dāng)錨固柱降柱時，樁柱的液路壓力要達(dá)到一定植，否則液壓打不開限壓閥，不能進(jìn)入樁柱或錨固柱的活塞桿腔，樁柱或錨固柱就降不下來，從而可以起到相互閉鎖的作用。圖6.3帶壓移架回路(5).提高立柱支撐力的回路提高立柱支撐力的回路采用兩條壓力液管路，一條為中壓大流量供液管，另一條是高壓小流量供液管。在立柱的初撐階段，先由兩條壓力液管路共同供液，待頂梁支撐頂板，立柱活塞腔的液壓力大于中壓液管的壓力，單向閥關(guān)閉，由高壓小流量管路繼續(xù)供液，直至達(dá)到預(yù)定的初撐力。6.3、液壓元件的選取6.3.1液壓系統(tǒng)的基本參數(shù)泵站采用工作壓力為的乳化液泵站。工作介質(zhì)—乳化液：5號水包油乳化液，牌號。最大流量的計算：移架過程中包括：降柱、移架、升柱。因此依架的時間也就為這三個部分的時間之和。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定移架的時間不能超過22秒。設(shè)支架移架時，支架下降。設(shè)降柱時間為,升柱時間為,依架時間為。（6.1）（6.2）（6..3）式中：立柱內(nèi)徑，推移千斤頂缸體內(nèi)徑，設(shè)由考慮到工人操作也需要時間，實際流量比以上計算要大一點。6.3.2閥的選取換向閥：選取冶金工業(yè)部北京液壓機械廠生產(chǎn)的閥。集成塊型號：型，蓋板型號：溢流閥：選取冶金工業(yè)部北京液壓機械廠生產(chǎn)的閥。插入元件型號：，蓋板型號：液控單向閥：選取冶金工業(yè)部北京液壓機械廠生產(chǎn)的閥。插入元件型號：，蓋板型號：管件：與立柱及千斤頂進(jìn)、回口連接的由管統(tǒng)一采用無縫鋼管。立柱進(jìn)油口油管：公稱通經(jīng),外徑，壁厚，公稱流量。立柱回油口油管：公稱通經(jīng),外徑，壁厚，公稱流量。油路管路用年膠管：6.4控制系統(tǒng)本設(shè)計支架的控制閥組一般由一組操縱閥組(8片和3片各一組)，液控單向閥五組(立柱用4組，前梁用l組)，安全閥五組(立柱用4組，前梁、備用1組)，雙向鎖一組(護(hù)幫板用)，單向鎖一組組(推移千斤頂備用l組)，截止閥兩組，過濾器一組及測壓閥(用在支柱控制閥上)等組成。1操縱閥組操縱閥中，一組操縱支柱的升、降和前梁千斤頂、護(hù)幫板千斤頂、側(cè)推千斤項，推移千斤頂?shù)纳炜s。2液控單向閥液控單向閥和立柱、千斤頂?shù)墓ぷ髑恢苯舆B接，操縱閥供液通過它出入立柱、千斤頂工作腔，并在關(guān)閉后嚴(yán)密封閉立柱、千斤頂工作腔液體，因此對液控單向閥的要求必須動作靈活，密封可靠。3安全閥安全閥的作用為，它和立柱用液控單向閥組合使用，保證液壓支架具有可縮性和恒定的工作阻力，直接和立柱下腔相通，當(dāng)頂板壓力超過立柱額定工作阻力時，立柱下腔的壓力液通過該閥釋放，使立柱下沉，達(dá)到對頂板讓壓的目的，使立柱在下沉過程中保持對頂板具有恒定的工作阻力，同時對支架起到安全和過載保護(hù)作用。它與千斤頂?shù)目刂崎y組合使用，原理與作用與上述類同。4雙向鎖雙向鎖用于液壓千斤頂兩個工作腔均需液壓閉鎖的液壓回路中，利用它的兩個單向閥，使液壓缸活塞在任何位置上均可雙向閉鎖。。下圖即為雙向鎖的機構(gòu)原理圖（圖6.4）：圖6.45單向鎖單向鎖實際也是一種液控單向閥，在支撐掩護(hù)支架中，用在推移千斤頂?shù)挠吐分?，保證順利拉架；根據(jù)需要也可用在側(cè)推千斤頂?shù)挠吐分?，泵液?jīng)過單向鎮(zhèn)使側(cè)護(hù)板伸出，平時單向鎖閉鎖，以增強支架的抗倒架能力。6截止閥截止閥一方面起著連通各支架間的主進(jìn)、回液管路，另一方面，通過高壓軟管與操縱閥組進(jìn)、回液孔相連。當(dāng)本支架的液壓系統(tǒng)發(fā)生故障而需要檢修時，能與主管路斷開,而不影響其它支架正常工作。7過濾器它的作用是防止主進(jìn)液管路中的臟物進(jìn)入支架的閥組和管路系統(tǒng),其一端與截止閥的出液口相連，另一端通過高壓軟管與操縱閥組相連接。根據(jù)支架的工作原理，做出液壓系統(tǒng)如下圖（6.5）所示：立柱或千斤頂?shù)木唧w操作過程如下：(1)立柱的操作操縱手柄，使三位四通閥處于左位，此時高壓油液經(jīng)單向閥進(jìn)入立柱下腔，而立柱上腔油液接低壓油液O，立柱上腔回油，從而前后立柱升起；操縱手柄，使三位四通閥處于右位，立柱下腔回液，從而前后立柱降下。(2)前梁千斤頂?shù)牟僮鞑倏v手柄，使三位四通閥處于左位，高壓油液經(jīng)單向閥進(jìn)入前梁千斤頂?shù)幕钊?，而前梁千斤頂?shù)幕钊麠U腔接低壓油液，前梁千斤頂?shù)幕钊麠U腔油液經(jīng)油管回到油箱，前梁千斤頂被撐起；操縱手柄，使三位四通閥處于右位，前梁千斤頂?shù)幕钊唤拥蛪河鸵夯赜?，前梁千斤頂被收回?3)護(hù)幫板的前擺與收回操縱手柄，使三位四通閥處于左位，高壓油液經(jīng)單向閥進(jìn)入護(hù)幫板千斤頂?shù)幕钊?，而護(hù)幫板千斤頂?shù)幕钊麠U腔接低壓油液，護(hù)幫板千斤頂?shù)幕钊麠U腔油液經(jīng)油管回到油箱，護(hù)幫板千斤頂擺動；操縱手柄，使三位四通閥處于右位，護(hù)幫板千斤頂?shù)幕钊唤拥蛪河鸵夯赜停o(hù)幫板千斤頂被收回。(4)側(cè)護(hù)板的伸出與收回操縱手柄，使三位四通閥處于左位，高壓油液經(jīng)單向閥進(jìn)入側(cè)護(hù)板千斤頂?shù)幕钊?，而?cè)護(hù)板千斤頂?shù)幕钊麠U腔接低壓油液，側(cè)護(hù)板千斤頂?shù)幕钊麠U腔（見下圖6.5）。圖6.51-操縱閥、2-雙向鎖、3-平衡千斤頂、4-雙向鎖、5-側(cè)護(hù)板千斤頂、6-護(hù)幫千斤頂、7-立柱千斤頂、8-液控閥、9-推移千斤頂油液經(jīng)油管回到油箱，側(cè)護(hù)板千斤頂伸出；操縱手柄，使三位四通閥處于右位，側(cè)護(hù)板千斤頂?shù)幕钊唤拥蛪河鸵夯赜?，?cè)護(hù)板千斤頂被收回。(5)推溜與移架操縱手柄，使三位四通閥處于右位，推移千斤頂?shù)幕钊唤拥蛪河鸵夯赜?，使推移千斤頂?shù)母左w推動支架前移。結(jié)束語經(jīng)過近一個月的畢業(yè)設(shè)計，我系統(tǒng)的熟悉并親自實踐了液壓支架的設(shè)計。由于以前沒有接觸過此類設(shè)計，在設(shè)計過程中遇到了許多困難，包括設(shè)計理念、思想、思路和設(shè)計方法等很多方面，不過在自己的艱苦探索和老師的悉心指導(dǎo)下，終于一步步克服了這些困難，正是在這樣不斷的探索中，學(xué)到了許多寶貴的知識和許多設(shè)計思想。在這次設(shè)計中，我們系統(tǒng)地練習(xí)運用了所學(xué)的基礎(chǔ)課程和專業(yè)知識。本次設(shè)計運用了機械原理、機械設(shè)計、機械制造、理論力學(xué)、材料力學(xué)、液壓傳動、機械制圖等一系列知識，通過理論和實踐的結(jié)合，使我對所學(xué)知識有了更近一步的認(rèn)識和理解。通過這次對液壓支架的設(shè)計，使我不僅對液壓支架有了更深的了解，還在運用所學(xué)知識及查閱相關(guān)資料方面有了很大程度上的提高。我們即將踏上自己的工作崗位，這次設(shè)計也算是工作之前的一次熱身，使自己理解了哪方面還有些不足，哪些方面還需要加強，為我們更好的適用工作環(huán)境作好了準(zhǔn)備。