矿井支撑掩护式液压支架液压系统设计.doc

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1、内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 1 （ 二二 九九 年年 六六 月月 本科毕业设计说明书 题 目： 矿井支撑掩护式液压支架液压系统设计 学生姓名 ： 学 院 ： 机 械 学 院 系 别： 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 系 专 业： 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 班 级： 指导教师 ： 摘 要 矿井液压支架的应用对增加采煤工作面产量、 提高劳动生产率、 降低成本、 减轻工人的体力劳动和保证安全生产是不可缺少的有效措施， 因此液压支架的设计 是技术上先进、 经济上合理， 安全上可靠、 是实现采煤综合机械化和自动化的主 要体现。 采用综合机械化采煤方法是大幅度增加煤炭产

2、量、提高经济效益的必由之路。 为了满足对煤炭日益增长的需求，必须大量生产机械化采煤设备，迅速增加综合机 械化采煤工作面。因此对液压支架的需求也是日益增加，而液压系统是驱动液压支 架工作的心脏，是液压支架所不可缺少的重要组成。 本次设计主要是针对矿井支撑掩护式液压支架液压系统的设计。由于这里不能 上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸 CAD/PROE、中英 文文献及翻译等），此文档也稍微删除了一部分内容（目录及某些关键内容）如需 要其他资料的朋友，请加叩扣:二二壹五八玖一壹五一包括了立柱千斤顶和推移千斤 顶的设计，泵站的设计及其整体的合理布局的设计。还涉及到对一些标准件的选用

3、 规则等。同时还对系统压力损失、发热、效率等性能进行了验算。 关键词：液压传动；液压系统；泵站；液压支架 Abstract The application of hydraulic support in coal mining face of increasing production and raise labor productivity, reduce costs, reduce manual workers and to ensure safety in production is indispensable for effective measures to, Therefore t

4、he design of hydraulic support is technically advanced and economically rational, safe and reliable is the main manifestation of the comprehensive mechanization and automation of mining. Integrated mechanization of coal mining is a significant increase in coal production, the only way to increase ec

5、onomic efficiency. In order to meet the growing demand for coal to be mass-produced mechanized mining equipment, the rapid increase in the integrated coal face mechanization. Therefore, the demand for hydraulic support is also increasing, while the hydraulic drive system is the heart of the work of

6、the hydraulic support is an indispensable important component to the hydraulic support. The design of the main support for the cover of hydraulic mine support the design of the hydraulic system. Including the passage of jacks and jack column design, pump station design and the rational distribution

7、of the overall design. Also involves a number of standard parts, such as the selection rules. At the same time, the performances of systematic loss, fever and efficiency are checked carefully. Key words: hydraulic transmission; hydraulic system; pump station; hydraulic support 目录 引言.1 第一章 液压支架概论.3 1

8、.1 综采工作面的布置和循环工作过程 .3 1.2 液压支架的组成及工作原理 .4 1.2.1 液压支架的组成 .4 1.2.2 液压支架的工作原理 .6 1.3 液压支架的分类 .9 1.3.1 按支架和围岩的相互作用，液压支架可分为三类 .9 1.3.2 按移动方式，液压支架可分为两类 .10 第二章 液压系统的设计.12 2.1 液压系统总体方案的确定 .12 2.2 液压缸的设计与计算 .13 2.2.1 液压缸工作压力的确定 .14 2.2.2 缸筒的设计计算 .14 2.2.3 缸筒的结构的设计 .14 2.2.4 缸筒内径的计算 .14 2.2.5 液压缸壁厚和外径的计算 .15

9、 2.2.4 缸筒的材科和毛坯 .16 2.2.5 缸筒的技术要求 .17 2.2.6 缸底厚度 .18 2.3 活塞杆设计计算 .19 2.3.1 活塞杆的结构设计 .19 2.3.2 活塞杆的材料 .20 2.3.3 活塞杆的按术要求 .20 2.3.4 液压缸稳定性的计算 .22 2.4 乳化液泵站的设计 .24 2.4.1 泵站压力的确定 .24 2.4.2 泵站流量的确定.24 2.4.3 泵站电动机功率确定 .25 2.5 液压元件的选择 .25 2.6 油管内径的计算 .26 2.7 油箱容量的确定 .27 2.8 活塞的设计 .27 2.4.1 活塞的技术要求 .27 2.9

10、密封装置的设计 .28 2.9.1 密封装置的一般知识 .28 2.9.2 O 型橡胶密封圈.29 第三章 系统的验算.31 3.1 压力损失的验算 .31 3.1.1 验算泵到液压缸回路中的压力损失 .31 3.1.2 管路系统总压力损失及压力效率 .32 3.2 系统温升的验算 .32 结论.35 参考文献.36 谢 辞.38 引言 随着工业技术的不断发展，国民经济对煤炭需要量的日益增加，煤矿开采，特 别是采媒工作面的生产技术面貌发生了巨大变化。自 1945 年英国装备了世界上第一 个液压装置开始，采煤技术实现了综合机械化。综合机械化采煤，就是工作面采煤、 运输和支护三大主要生产环节都实现

11、机械化。也就是说，采用滚筒式或刨消式等采 煤机械落媒与装媒；工作面重型可弯曲运输机，以及与之适应的顺槽传载机和可伸 缩皮带运输机等运煤；自移式液压支架支护和管理顶板。这几种设备相互配合，组 成了综合机械化采煤设备。 液压支架是以高压液体为动力，由若干液压元件（油缸和阀件）与一些金属结 构件组成的一种支撑和控制顶板的采煤工作面设备，能实现支撑、降落移架和推移 运输机等一整套工序。液压支架技术上先进，经济上合理，安全上可靠，当前世界 各国都在不断的提高采煤工作面的机械化水平。 我国于 1964 年开始研制液压支架，已先后试制了 MZ-1928 型、TZ 型、BZZC 型、WKM-400 型、DM-

12、400 型、YZ 型、ZYZ 型、ZY 型等多种形式的液压支架， 并在开滦、大同、阳泉、鹤壁、徐州、铜川、义马、淮北等局矿进行了试验和使用， 取得了较好的效果。1974 年以来以德国、英国苏联和波兰等国引进了许多不同类型 的液压支架。实践证明，液压支架具有强度高、支护性能好、移设速度快、安全可 靠等优点，能使采煤工作面得到高采量、高回采率和高工效，能大大减轻劳动强度， 降低成本和掘进率，实现安全生产。 近几年来，为适应采煤综合机械化的发展需要，液压支架获得了迅速的发展， 出现了很多类型，据统计，它的结构形势已达数百种。每种支架的支柱从 1 根导 8 根，支撑力从 50 吨到 800 吨，支架适

13、应煤层厚度的范围由 0.6 米到 5 米，也以至更 厚的煤层，适应煤层倾角由 0到 45，甚至 70左右。在缓倾斜薄及中后煤层中， 液压支架已获得广泛的应用，但是由于煤层赋存条件复杂，支架的结构还不够完善， 设备需要管理和操作经验，所以液压支架的使用范围仍受到限制。 为了改进支架的支护性能，提高它对不同矿山地质条件的适应性，扩大使用范 围，延长使用寿命，目前液压支架有下列几方面的发展动向： （1）大力发展掩护式和支撑掩护式支架，对其它形式的支架，应用逐渐减少。 1976 年国际采矿设备展览会展出的 89 种液压支架中，有 80是掩护式支架，这些 支架的主要特点是：采用四连杆机构，使梁端和煤壁之

14、间的距离基本保持恒定；支 柱支在顶梁上，提高了支架的工作阻力；顶梁和掩护梁铰接，取消了两者间易被矸 石堵赛的三角区；掩护梁和顶梁的主梁部分均装设侧护板，提高了支架的防护能力； 采用整体自移式，便于支架操作和实现自动控制。 （2）液压支架的进一步发展，是着重解决扩大使用范围的问题。目前，各国正 在研制大倾角、大采高、大截深和薄煤层支架，并使支架和采煤机更好地配合。近 几年来，国外正在研制一次截深 1.5 米左右或一次采高 5.5 米的液压支架。同时， 为扩大支架适应的高度范围，广泛采用双伸缩式支柱。 （3）采用高压乳化液泵，以提高支架的初撑力，很多国家使用的泵站压力已达 到 300 公斤/厘米

15、2以上。 （4）为了简化支架管路系统和便于安全操作，开始采用“多芯管”先导式邻架 控制的操纵方式。 （5）为加快支架移设速度，进一步改善操纵条件，支架控制正在向自动控制方 向发展。目前，分组程序已开始使用，全工作面的自动控制还处在研究阶段。 第一章 液压支架概论 1.1 综采工作面的布置和循环工作过程 综合机械化采煤设备在工作面的布置情况如图 1-1 所示，其中主要设备有：进 行落煤和装煤工作的滚筒式采煤机 1（也可用刨煤机） ；完成工作面用煤工序的可弯 曲刮板运输机 5 和顺槽运输设备（转载机 4 与可伸缩皮带运输机 3） ，用于支护顶板 的工作面支架 2 和端头支架 10、11，设在下顺槽

16、的乳化液泵站（包括乳化液 8 和乳 化液箱 9） ，以及由乳化液泵站引入工作面的主进管 6 和回液管 7 等。各种综采工作 面的布置方式基本相同，只是设备和使用条件的不同略有差异。 上述各种设备在回采工作面中，按一定的生产工艺流程协调的进行工作，发挥 着各自的效能。综采工作面的生产过程比较单一，只有采煤、移架、推溜三项主要 工序，而这三项工序的组合，可以是采煤移架推溜也可以是采煤推溜移架。 前者随采煤机后紧接移架，及时支护顶板，称及时支护方式。后者推溜后在移架， 称滞后支护方式，现在以采用先移架，后推溜工作方式的总采面为例，说明他的循 环工作过程（见图 1-1）： 图 1-1 液压支架循环工作

17、过程 A-A 断面表示采煤机截割前状态，此时，运煤机紧靠煤壁，移架装置处于伸出 状态，支架相对于运输机退后一个步距。 B-B 断面表示采煤机截割后状态，这时支架顶梁端与煤壁之间的顶板裸露，需 要及时支护。 C-C 断面表示采移架后状态，采煤机截割后接着把支架移至紧靠运输机的位置， 并升柱撑紧，以便及时支护新暴露的顶板，移架步距一般 600mm，它必须与采煤机 的截割深度相配合。 D-D 断面表示推移运输机后状态，随着采煤机的不断截割前进，滞后采煤机约 1012m 左右，把运输机推至煤壁前的新机道上。 由此可知，这个综采工作面的回采工艺流程是采煤、移架和推溜。沿工作面全 长，每完成一个流程，即采

18、煤机 割一刀，液压支架和工作面运输机前进一次，称为 一个循环。综采工作面的生产过程，就是按此循环工作不断进行的过程。 1.2 液压支架的组成及工作原理 1.2.1 液压支架的组成 图 1-2 为液压支架的一种典型结构，它由顶梁（包括前梁 1 和主梁 2） 、支柱 5、掩护梁 4、底座 8、推移装置 9、阀件、管路系统、连接部件及各种附属装置等 组成。顶梁和底座通过数根支柱支撑在顶底板之间，构成一个可以活动的承载构件， 支护顶板，维护工作空间。综合各种类型液压支架的结构它的组成可归结为承载结 构件、动力油缸、控制操纵元件、辅助装置和工作液体五部分。 (1)承载结构件：包括顶梁、掩护梁和底座等。

19、1)顶梁：直接与顶板（包括镁锭、分层假顶等）相接触，并承受顶板岩石载荷 的支架部件叫顶梁。它也为支柱、掩护梁和挡矸装置等提供连接点。顶梁除整体结 构形式外，一般由若干段组成，接它对顶板的支护作用和位置，可分为主梁、前梁 和尾梁。如果顶梁在前后支柱间铰接也可称为前梁和后梁。掩护梁上部直接于顶梁 铰接，下部直接或简接（通过连杆机构）与底座铰接。 2）底座：直接和底板（包括分层煤底等）相接触，传递顶板压力到底板的支 架部件叫底座。底座除为支柱、掩护梁提供连接点外，还要安设千斤顶等部件。 （2）动力油缸：包括支柱和各种千斤顶 1）支柱：支架上凡是支撑在顶梁（或掩护梁）和底座只间，直接和间接承受顶 板载

20、荷的主要油缸叫支柱。支柱是支架的主要承载部件，支架的支撑力和支撑高度， 主要取决于支柱的结构和性能。 2）千斤顶：支架上除支柱以外的各种油缸都叫千斤顶，如前梁千斤顶、推移千 斤顶、调架千斤顶，还有平衡、复位、侧推和护帮千斤顶，完成着推移运输机、移 设支架和支架的调整等各项动作。 图 1-2 （2）控制操纵元件：包括控制阀（即液控单向阀和安全阀） 、操纵阀等各种阀 件和管件。这些元件是保证支架获得足够的支撑力、良好的工作特性以及实现预定 动作所需的液压元件，它的种类和数量，随支架结构和动作要求的不同而异。 （4）辅助装置：支架上除上述三项构件以外的其它构件，都可归入辅助装置， 它包括推移装置、复

21、位装置、挡矸装置、护帮装置、防倒防滑装置、照明和其它附 属装置等。 （5）工作液体：这时传递泵站能量，使液压支架能有效工作的工作介质。液压 支架的工作液体是乳化液。 1.2.2 液压支架的工作原理 （1）液压支架自动移设的原理：液压支架以高压液体为动力，通过各种动力 油缸的伸缩，使支架完成升起、降落、行走和推移运输机等各种动作，以便支架随 工作面不断推进而反复支撑、前移和调整。图 1-3 是一个最简单的液压支架的工作 系统示意图。下面按支架降柱、移架、升柱和推溜的工作过程分别加以叙述。 1）降柱：当旋转式操纵阀转到降柱位置，打开供液阀时，高压液体由主进液 管经操纵阀和油管，进入支柱活塞杆腔，同

22、时也进入液控单向阀的控制管路，打开 液控单向阀，支柱活塞腔的油液经油管、液控单向阀和操纵阀，流回主回液管，支 柱卸载下降。 2）移架：液压支架卸载后，操纵阀转到移架位置，打开供液阀时，高压液体 由主进液管经操纵阀和油管进入到推压千斤顶的活塞杆腔，同时也进入液控油路， 打开液控单向阀，而活塞腔的油液经油管、液控单向阀和操纵阀流回主回液管，推 移千斤顶收缩，以运输机为支点，拉架前移。运输机靠相邻的推移千斤顶来固定， 千斤顶由液控单项阀紧锁。 图 1-3 液压支架工作原理 3）升柱:液压支架移到新的位置后，应及时升柱，以支撑新暴露的顶板。操纵 阀转到升柱位置，打开供液阀，高压液体由主进液管进入，经操

23、纵阀到液控单向阀， 进入到推移千斤顶的活塞杆腔，支柱活塞杆腔的油液，同时也进入液控油路，经油 管和操纵阀流回主回液管，活塞和顶梁升起，支撑顶板。 4）推移运输机:当液压支架前移并重新支撑后，操纵阀转到推移位置，打开供 液阀时，高压液体由主进液管经操纵阀、液控单向阀进入到推压千斤顶的活塞杆腔， 活塞杆腔的油液经油管和操纵阀流回主回液管，推移千斤顶的活塞杆伸出，以液压 支架为支点，把运输机推移到新的工作位置。 在实际生产中，对于具体支架的动作，根据该支架的结构和需要来确定。 （2）液压支架的支撑承载能力：液压支架的支撑承载能力是指液压支架与顶板 之间相互力学原理，它包括初撑增阻、承载增阻和恒阻三个

24、工作阶段。 1）初撑增阻阶段：在升柱过程中，从顶梁接触顶板起，至支柱活塞腔的油液压 力达到泵站的工作压力时，松开手把，停止供液，液控单向阀立即关闭，阀球封闭 了支柱活塞腔的油液，这就是支架的初撑阶段。此时支柱和支架对顶板产生的支撑 力称为初撑力。 支架初撑力的大小，取决于泵站的工作压力，支架支柱数和支柱缸体的内径以 及架型等。实际上支柱初撑后，活塞腔的油液压力由于阻力损失、操作情况和阀的 灵敏度等原因，往往低于泵站工作压力。 2）承载增阻阶段：支架初撑后，随顶板的下沉，支柱活塞腔被封闭的油液受到 压缩，油液压力继续升高，呈现承载增阻状态。这时由于支柱缸径增大，油液被压 缩而体积缩小，即使乳化液

25、没有任何漏损，安全阀并未动作卸载，支柱总长度也降 缩短。 这个缩短量是有弹性的，如果作用在支柱上的载荷，反过来从工作阻力减小到 初撑力时，支柱仍会恢复到原来的长度。因此，这个支柱长度上的缩短量，称为支 柱的弹性可缩量。 根据开滦局井下实测，在各种不同的初撑力、工作阻力喝才高的情况下，MZ- 1928 型支柱的弹性可缩量在 610mm 范围内。这个弹性可缩量会使支柱工作还未达 到工作阻力之前，就造成顶板的下沉，有可能使岩石离层，对顶板管理是不利的。 经试验证明，减小支柱的弹性可缩量，对改善顶板管理起着重要的作用。具体措施 是，使用高压乳化液泵，提高支柱初撑力；改善单向阀的质量，要能及时关闭也路；

26、 注意操作方法，使支柱下腔尽可能达到泵站的工作压力。 3）恒阻阶段：支架承载后，如果完全支撑住顶板，不允许顶板下沉，需要有强 大的支撑力。在实际生产中，由于顶板压力有时相当巨大，想设计出能抗住巨大顶 板压力，而一点也不让压的支架是及困难的，实际上也没有这种必要。 都使支架 能随顶板下沉时，有一定的可缩量，但又保持一定的支撑力不敢于使顶板任意下沉 而造成破坏冒落。要求支架即具有一定的支撑力，又具有可缩性。液压支架的这种 特性，是由支柱的安全阀来控制的。在顶板压力增大时，支柱活塞腔被封闭的油液 压力就迅速升高，当压力值超过安全阀的动作压力时，支柱活塞腔的高压液体经安 全阀泄出，支柱降缩，支柱活塞腔

27、的液体压力减小，这就是支架的“让压” 特性； 当压力小于安全阀的动作压力时，安全阀又关闭，停止卸液，支柱活塞腔的液体又 被封闭，支架恢复正常工作。由于安全阀动作压力的限制，支柱呈现出恒阻特性， 此时支柱和支架承受的最大载荷称为工作阻力。 支架的工作阻力取决于安全阀的动作压力、支架支柱数、支柱缸体内径和架型 等。 安全阀使支柱具有恒定的设计工作阻力，同时又使支柱在承受大于设计工作阻 力的顶板压力时，可随顶板的下沉而下缩，这就是液压支架的恒阻性和可缩性。未 防止安全阀频繁动作而失效，应使支架的工作阻力大于正常的顶板压力，也就是说， 在工作生产过程中，支架还没有达到设计工作阻力之前，就已前移到新的支

28、撑位置。 工作阻力时液压支架的一个基本参数，用来表示支架支撑力的大小。但是，由 于支架的顶梁长短和间距大小不同，并不能完全反应支架对顶板的支撑力，因此常 采用表示单位面积顶板上所受支架工作阻力值大小的支护强度参数，来比较支架的 支护性能。由上可知，支柱或支架工作时，其支撑力随时间的变化是，支架升起， 顶梁开始接触顶板至液控单向阀关闭时的初撑增阻阶段 to，初撑结束至安全阀卸载 前的承载增阻阶段 t1和安全阀出现重复卸载时的恒定阶段 t2。这种变化过程反应了 支架的支撑力和时间之间的关系（图 1-4） 。图中虚线表示，有些支架的支柱并未达 到额定的工作阻力值就已降柱前移，支架前移后按原过程重新支

29、撑。 图 1-4 支撑力与时间之间的关系曲线 上述工作过程表明：液压支架在额定工作阻力值以下工作时，具有增阻性，以 保证支架顶板的有效支撑作用；当支架支撑力超过额定工作阻力值时，支架随顶板 下沉而下缩，使支架保持恒定的工作阻力，即具有可缩性和恒阻性。支架本身的增 阻性取决于液控单向阀和支柱的密封性能，可缩性和恒阻性则由安全阀的 溢流性能决定。因此，液控安全阀、单向阀、支柱这三个部件，是保证支架性能的 关键元件。 通过上述，对液压支架的工结构和工作原理的分析，可初步确定液压支架系统 的原理图。 1.3 液压支架的分类 1.3.11.3.1 按支架和围岩的相互作用，液压支架可分为三类 （1）支撑式

30、支架：它有较长的顶梁，较多的支柱，并呈垂直布置，支架的稳定 性由支柱的复位机构来保证，因此有坚固的箱式底座。它靠支柱与顶梁的支撑作用， 控制工作面的顶板，维护工作空间，而顶板岩石则在顶梁后部切断跨落。这种类型 的支架具有交大的支撑能力和良好的切顶性能，因此适应于顶板坚硬完整，周期压 力明显或强烈，底板也较硬的煤层中。 （2）掩护式支架：它的顶梁较短，支柱一排，一般仅 12 根，多呈倾斜布置 与掩护梁连接或直接与顶梁相连接。它靠支柱和顶梁支撑顶板，而掩护梁只与冒落 矸石相接触，防止矸石涌入工作面，以维护一定的工作空间。这种类型的支架，有 良好的防矸掩护性能，主要适用于顶板中等稳定和破碎，底板也较

31、软的煤层中。 （3）支撑掩护式支架：支撑掩护式支架是介于支撑式和掩护式之间的一种架型。 它的特点是，支柱两排，每排 12 根，多呈倾斜布置，靠采空区一侧，装有掩护梁 和四连杆机构（见图 1-2） 。这类支架靠支撑和掩护作用来维护工作空间，兼有支撑 式和掩护式支架的优点，适用于顶板稳定和中等稳定，有较明显的周期压力，底板 中等稳定的煤层中。 支撑式、掩护式和支撑掩护式等三类支架中，对照采煤工艺对支架的要求来看， 掩护式支架具有很多特点和较广的适用范围。虽然掩护式支架单位工作面长度上的 支撑能力不如其余两种，但由于控顶距小单位面积上的支撑力较大，能对顶板进行 有效的支撑；还有有效的挡矸装置，能更好

32、 的适应破碎顶板的支护需要；支架本身 为一定的运动机构，抗水平力性能好，且便于支架前移；支架的结构和液压系数简 单，操作简便，管理维修容易；支架调高范围较大，对煤层厚度变化的适应性强。 所以，掩护式支架在使用中已取的良好的经济效果，使用范围正在扩大。 1.3.2 按移动方式，液压支架可分为两类 （1）整体自移式：支架成整体结构，因而整体移动。掩护式，和部分支撑式支 架，均采用这种移架方式。 （2）迈进式：迈进式支架又可分为交互前移式和提步前移式两种。 1）交互前移式支架，是利用主副架护为着力点交互推拉前移的方式，架间安装 推移千斤顶和导向装置。一般节式支架常用这种移架方式。 2）提步前移式支架

33、，是采取顶梁不大量下降，提腿跨步的方式。例如，苏 2M- 81型支撑掩护式支架，移架时沿着支撑柱顶板的临架顶梁推移。还有一种是滑行 顶梁式支架，移架时本架顶梁在内部滑移。 （3）根据使用地点的不同，液压支架又可分为工作面支架和端头支架两类。 上述各类支架均为工作面支架，用来支护工作面的顶板。端头支架，则用在工 作面两端与顺槽的连接处，由于此处的机械设备较多，需要占有的工作空间大，同 时又是人员的安全出口，要求端头支架能很好的和各设备相配合，达到有效的支护 悬露面积较大的顶板。因此，端头支架在结构上具有特殊性。 第二章 液压系统的设计 2.1 液压系统总体方案的确定 根据任务书内容可知：所需设计

34、液压支架为四柱式支撑掩护式液压支架，它应 该包括四个立柱千斤顶来支撑顶梁顶梁前应装有起预支撑作用的前梁前梁上装前梁 千斤顶与顶梁连接；前梁前还应装护帮板起到保护切煤机的作用；液压支架还应有 进行推溜和移架的推移千斤顶；顶梁和掩护梁加装侧推千斤顶用以封闭支架间的缝 隙防止矸石从缝隙冒落；此外为了防止支架间的相对滑动还应装有防滑千斤顶。支 架总体结构如图 2-1 所示 图 2-1 液压支架总体结构 其中立柱千斤顶 2 个为一组分别控制，其它千斤顶均分开控制其液压控制原理 图如图 2-2 所示 图 2-2 液压原理图 2.2 液压缸的设计与计算 液压缸作为本次设计最主要的元件之一，本章将详细介绍液压

35、缸的整体设计思 路和具体尺寸的计算和标准件的选择。 设计思想： 液压缸的设计通常要求满足下述最基本的技术要求： （1）承受最大的负载力，即输出力 P; （2）输出最大速度 v 或动作时间 t； （3）最大工作行程 L. 为了满足所提出的技术要求，设计液压缸最基本的内容在于保证其一定的有效 面积，强度和不漏油，并满足性能指标及使用要求。 2.2.1 液压缸工作压力的确定 按任务书所给工作压力。31.5 p PMPa 2.2.2 缸筒的设计计算 缸筒是液压缸的主体零件，它与缸盖、活塞等零件构成密闭的容腔，形成内压， 推动活塞运动。设计缸筒时，不仅要保证液压缸的作用力、速度和有效行程，而且 必须有足

36、够的强度和刚度，以便抵抗液压力和其它外力的作用。特别是液压系统的 工作压力越来越高因而缸筒的强度和刚度设计也就显得越来越重要，要求更全面地 考虑受力情况，进行精确的计算。另外，缸筒与活塞之间的相对运动，既要能滑动 自如，又要能保持密封，所以必须具有一定的几何精度、表面光洁度和配合精度。 2.2.3 缸筒的结构的设计 缸筒一般采用圆筒结构，这种结构均匀，节省材料便于加工装配应用最普遍。 长行程液压缸可采用分段式缸筒，对于大型高压液压缸还可采用加强环式缸筒或双 筒壁缸筒，这两种缸筒能使较薄的壁厚得到较高的强度和刚度。本文设计所采用的 是无缝钢管，其结构简图如图 2-3： 图 2-3 缸筒结构简图

37、2.2.4 缸筒内径的计算 设计中，往往需要根据已经给出的工作压力、要求的作用力或工作速度计算缸 筒内径。本设计采用圆筒结构双作用单活塞杆液压缸，液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定： 根据任务书内容可知本设计为四支柱式液压支架 =1125 kN （2-1） 4 c l F F 4500 4 =1184.21 kN （2-2） l cm F F 1125 0.95 式中 F作用于活塞上的载荷，kN； 工作负载，kN； l F 液压支架初撑力(=4500)，kN； c F c F 液压缸的机械效率，一般取=0.9-0.97 这里取=0.95。 cm cm cm 根据液压系统设计简明手册公式

38、2-3 = =218.84mm （2-3） P F D 4 1 3 4 1184.2 10 3.1431.5 式中 立柱缸筒内径，mm； 1 D F作用于活塞上的载荷，N； P供油压力（这里取液压泵站额定工作压力 P=PP=31.5MPa） ，MPa。 表 21 液压缸内径尺寸系列（GB2348-80） mm 参照上表，故最终选取=220mm。 1 D 2.2.5 液压缸壁厚和外径的计算 液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。 液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压力 的缸筒，其内应力分布规律因壁厚的不同而各异。一般计算是分为薄壁圆筒和厚壁 圆筒。 81012162

39、02532 4050638090100110 125140160180200220250 320400500630 缸筒壁厚的计算，在实际使用中有三种公式，这里采用下述公式： ( 2-4 ) C P DP 1 sh 3 . 2 式中 液压缸壁厚，m； D 液压缸内径，m； 试验压力，一般取工作压力的（1.25-1.5）倍，MPa； sh P 缸筒材料的许用应力（无缝钢管：=100-110MPa） ，MPa； 为强度系数，无缝钢管=1； C 考虑壁厚公差及侵蚀的附加厚度，m。 取 D=220mm，=1.25P=42.77MPa，=250MPa，C=0.0024m,将上述值代入公式得： sh P

40、=0.0189 m 除上述计算外，确定缸壁厚度时，还要考虑以下两个问题： (1)制造工艺对缸筒壁厚的要求： 缸筒内孔采用液压加工时，壁厚不能太薄否 则容易产生变形，影响加工精度。 (2)连接方式对壁厚的要求： 在缸筒上加工较大的沟槽或螺纹时，必须注意对 缸筒强度的影响。设计时可将螺纹或沟槽的底径作为计算壁厚的实际尺寸或者为了 减小它们对缸筒强度的影响，规定螺纹、沟槽部的最小壁厚不能小于壁厚的 70。 当槽深为 0.3t 时，槽宽不能超过 0.5t，当槽深为 0.1，槽宽不能超过 1t，而且槽 底根部应为圆角。 缸筒外径 +2=220+218.9=257.8 （2-5） 2 D 1 D 式中 缸

41、筒外径，mm； 2 D 缸筒内径，mm； 1 D 缸筒壁厚，mm。 查机械设计手册表 23.6-6 可知内径 220mm 时标准外径为=275mm 大于计 2 D 算外径取标准外经 275mm。 2.2.4 缸筒的材科和毛坯 选择缸筒材料和毛坯，主要需考虑机械性能，此外兼顾它的工艺性和经济性。 缸筒常用材料和毛坯如下： （1） 无缝钢管 无缝钢管作缸筒毛坯加工余量小，工艺性能好，生产准备周 期短，适于大批量生产。标准液压缸大部分采用无缝钢管作缸筒毛坯。一般常用调 质的 45 号钢。需要焊接时，常用焊接性能较好的 2035 号钢。无缝钢管的规格参见 “热轧无缝钢管(YB23l70)”和“冷拔(冷

42、轧)无缝钢管(YE23l70)”。 （2） 卷焊管 卷焊管适用于特殊规格的薄壁低压液压缸，一般使用 2035 号 钢。它需要较高的焊接技术和完善的探伤、质量鉴定措施。 （3） 铸件 铸造能获得形状复杂的缸筒毛坯，机械加工工艺性好生产率高。 但容易出现气孔、疏松、偏析、砂眼等铸造缺陷，废品率较高，灰铸铁铸件常用 HT2040 至 HT356l 之间的几个牌号，要求较高者，可采用球墨铸铁 QT50 150、QT60200 等。此外，还可以采用 ZG251ZG35、ZG45 等铸钢件。 （4） 锻件 锻造毛坯适用于内径大、行程短、筒壁较厚的缸筒。与铸件毛坯 比较，它的质量较高。大型液压缸多采用铸-锻联合工艺制造毛坯。特殊要求的缸筒， 还可以采用铝合金、不锈钢等材料。 综合各方面考虑，选择无缝钢管。 2.2.5 缸筒的技术要求 缸筒的技术要求高，工艺过程复杂，是液压缸中最难加工的零件。缸筒的技术 要求