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【摘 要】:本论文阐述了液压支架的推移千斤顶的改进与设计。推移千斤顶采用浮动推移千斤顶,以减少推溜力和增大移架力。采用间接连接,这种方式是在支架底座与输送机之间加一个中间装置——框架。千斤顶仅与框架相连,与输送机之间无直接联系
液压支架 推移千斤顶 倒装设计
1、推移千斤顶介绍
1.1、推移千斤顶的工作原理
当活塞腔进液,活塞杆腔出液时,在液体压力作用下活塞杆外伸并产生推力。
当活塞杆腔进液,活塞腔出液时,在液体压力作用下活塞杆缩回并产生拉力。移架力等于液体作用在活塞腔面积上的力,推溜力等于液体作用在活塞杆腔面积上的力。
1.2、推移千斤顶的组成与结构特点
(1)缸筒,缸筒的材料,可焊性及加工精度等与立柱基本相同,由于压力低,各种要求不如立柱严格。这里采用27SiMn无缝钢管。
(2)缸底,大部分为耳座,销孔式连接头,有些推移千斤顶的缸体连接不是位于端部,而位于中部,直接焊在缸筒上。此处设计为耳座销孔式联接。
(3)活塞杆,大部分为实心杆体,杆径与缸径之差较大,一般外表面镀铬,尤其是推移千斤顶等,经常受矸石、浮媒、等摩擦和挤砸,要求表面坚硬耐磨。
(4)活塞组件,大部分采用装配式活塞,部分采用整体式活塞,而不是像立柱那样的焊接结构。密封导向大多用鼓型密组件,与立柱相同,个别浮动活塞千斤顶也可采用校断面山型密封圈。此处设计为整体式活塞,活塞底部安装有拆装螺钉。
(5)缸口组件,大都采用蕾型密封圈组件与防尘圈,个别也可用小断面楔形密封圈等,受力较小时,一般不采用专门的导向环。大多采用钢丝连接等固定方式,也可采用螺纹连接,很少采用卡环连接。
推移千斤顶结构如图1所示。
图1推移千斤顶装配图
1.3、采用倒装式,其特点如下:
1) 通过框架推杆千斤顶分别与输送机和支架相连,即推移千斤顶的底端铰接于支架底座的前端,另一端于框架后端铰接。
2) 框架前端通过铰接加长杆与输送机连接,框架在支架内可纵向滑动,用框架推杆做导向装置,抗弯强度高,导向性能好。
3) 千斤顶位于平面段框架推杆上方,通过耳环与推杆后部铰接,千斤顶有一定倾斜度。
2、推移千斤顶的设计
2.1、千斤顶内径计算
通常移架阻力与架型、吨位、支撑高度、顶板状况以及是否带压移架等因素有关。掩护式和支撑掩护式支架为250～300kN。本设计根据同类支架类比初取移架力为277 kN
推移千斤顶的内径由式(1)
(1)
代入数据 D=0.104m
式中 D—液压缸内径,m ;
Pb—泵站压力,MPa 。
根据液压缸GB2348—80给出的缸筒内径尺寸系列圆整成标准值,取D=100mm。
2.2、活塞杆直径计算
通常,1.5m长的一节溜槽对应一架支架,推溜力为150kN,薄煤层支架为100kN。本设计根据同类支架类比初取移架力为116 kN
推移千斤顶的活塞杆直径由式(2)计算,
(2)
代入数据得 d=0.087mm
由国家标准进行圆整,选取活塞杆直径为85mm。
2.3、千斤顶缸筒壁厚的计算
千斤顶缸体壁厚的计算如式(3)
(3)
式中:MPa—缸筒最大工作压力,40MPa。一般取安全阀额定工作压力为40 ;
—缸体材料许用应力,MPa。缸体材料选用27SiMn无缝钢管,查机械工程材料知:=σb1000MPa,安全系数取n=5,则。
代入数据得:δ≥0.011m
取δ=11mm,推移千斤顶缸筒外径DO=D+2δ=110+211=132mm:
2.4、千斤顶行程的确定
推移千斤顶的行程与推移步距有关,当推移步距为600mm时,推移千斤顶的行程为700～750mm,由于配套煤机的截深为600mm,这里选用千斤顶行程为750mm。
3、推移千斤顶校验
3.1、活塞杆直径强度校核
活塞杆直径强度按下式校验强度,即
(4)
式中 FL—液压缸负载,N。此处以液压缸最大负载计算,;
Pb —泵站工作压力,Pa。 Pb= 31.5MPa ;
—材料许用压力,Pa。,,为材料抗拉强度,Pa。n为安全系数,一般n=1.4。
代入数据式(4)得:
活塞杆直径强度达到要求,合格。
3.2、稳定性校验
当安装杆长度1与其直径d之比,并且杆件承受压负载时,则需校验稳定性。液承受的压负载FL,不能大于液压缸保持工作稳定性所允许的临界负载Fk。Fk的大小与活塞杆材料、端面形状、直径和安装长度有关。
液压缸的稳定条件为
(5)
式中 Fk—液压缸临界负载,N。;
nk—稳定安全系数,通常取 =2～4。
临界负载以不受偏心负载情况来计算
按等截面法,将活塞杆和缸体视为一个整体杆件。先比较细长比 与 大小,
得:
(6)
式中 L—活塞杆计算长度,即活塞杆在最大伸出时,活塞杆端支点和液压缸安装点间的距离,M。由推移千斤顶液压缸装配图知;L=1.855m;
n—末端条件系数,n=1。可由机械设计手册第五卷表37.7-68查出;
m—柔度系数,m=1。可由机械设计手册第五卷表37.7-69查出;
k—活塞杆截面回转半径,m。 ;
—活塞杆截面二次极矩, 。对于实心杆,为活塞直径,m。
根据式(6)可判断应按戈登—兰金公式计算临界负载,即
(7)
式中 —材料强度试验值,。可由机械设计手册第五卷表37.7-69查出;
—试验常数, 。可由机械设计手册第五卷表37.7-69查出;
将数据代入(7)计算结果为:
将 值代入式(5)得:介于2和4之间,此液压缸稳定性基本符合要求。
4、结束语
本设计采用倒装式,活塞与活塞杆整体联接的型式,其特点为
1)活塞和活塞杆为一整体,结构简单。
2)活塞与缸的密封采用鼓型密封圈组件实行双向密封,密封圈通过通过卡环固定。
3)导向套与活塞杆之间应安装导向环,通过蕾型密封圈实行单向密封,套口处安装防尘装置。
4)缸口导向套的固定可采用螺纹或固定钢丝.
5)缸底与缸筒通过焊接方式连接,缸底和缸体均设有进油孔,便于维护。
参考文献
1、孙家启,潘池林,李治能,石竹.Visual Basic程序设计教程.合肥:安徽理工大学出版社,2002
2、林建业主编.《液压传动设计手册》.上海人民出版社, 1995
3、江洪,郦祥林,李仲兴.SolidWorks2006基础教程.北京:机械工业出版社,2006
4、濮良贵 纪名刚主编.《机械设计》.第七版.高等教育出版社,2001
5、孙恒 陈作模主编.《机械原理》.第六版.高等教育出版社,2000
6、刘鸿文主编.《材料力学》.第四版.高等教育出版社,2004
7、哈尔滨工业大学理论力学教研组编.《理论力学》.第五版.高等教育出版社,2002版
8、Yeaple F. Fluid Power Design Handbook.Znd Ed. Revised and Expanded. New York and Basel:Marcel Dekker lnc,1990
液压支架 推移千斤顶 倒装设计
1、推移千斤顶介绍
1.1、推移千斤顶的工作原理
当活塞腔进液,活塞杆腔出液时,在液体压力作用下活塞杆外伸并产生推力。
当活塞杆腔进液,活塞腔出液时,在液体压力作用下活塞杆缩回并产生拉力。移架力等于液体作用在活塞腔面积上的力,推溜力等于液体作用在活塞杆腔面积上的力。
1.2、推移千斤顶的组成与结构特点
(1)缸筒,缸筒的材料,可焊性及加工精度等与立柱基本相同,由于压力低,各种要求不如立柱严格。这里采用27SiMn无缝钢管。
(2)缸底,大部分为耳座,销孔式连接头,有些推移千斤顶的缸体连接不是位于端部,而位于中部,直接焊在缸筒上。此处设计为耳座销孔式联接。
(3)活塞杆,大部分为实心杆体,杆径与缸径之差较大,一般外表面镀铬,尤其是推移千斤顶等,经常受矸石、浮媒、等摩擦和挤砸,要求表面坚硬耐磨。
(4)活塞组件,大部分采用装配式活塞,部分采用整体式活塞,而不是像立柱那样的焊接结构。密封导向大多用鼓型密组件,与立柱相同,个别浮动活塞千斤顶也可采用校断面山型密封圈。此处设计为整体式活塞,活塞底部安装有拆装螺钉。
(5)缸口组件,大都采用蕾型密封圈组件与防尘圈,个别也可用小断面楔形密封圈等,受力较小时,一般不采用专门的导向环。大多采用钢丝连接等固定方式,也可采用螺纹连接,很少采用卡环连接。
推移千斤顶结构如图1所示。
图1推移千斤顶装配图
1.3、采用倒装式,其特点如下:
1) 通过框架推杆千斤顶分别与输送机和支架相连,即推移千斤顶的底端铰接于支架底座的前端,另一端于框架后端铰接。
2) 框架前端通过铰接加长杆与输送机连接,框架在支架内可纵向滑动,用框架推杆做导向装置,抗弯强度高,导向性能好。
3) 千斤顶位于平面段框架推杆上方,通过耳环与推杆后部铰接,千斤顶有一定倾斜度。
2、推移千斤顶的设计
2.1、千斤顶内径计算
通常移架阻力与架型、吨位、支撑高度、顶板状况以及是否带压移架等因素有关。掩护式和支撑掩护式支架为250～300kN。本设计根据同类支架类比初取移架力为277 kN
推移千斤顶的内径由式(1)
(1)
代入数据 D=0.104m
式中 D—液压缸内径,m ;
Pb—泵站压力,MPa 。
根据液压缸GB2348—80给出的缸筒内径尺寸系列圆整成标准值,取D=100mm。
2.2、活塞杆直径计算
通常,1.5m长的一节溜槽对应一架支架,推溜力为150kN,薄煤层支架为100kN。本设计根据同类支架类比初取移架力为116 kN
推移千斤顶的活塞杆直径由式(2)计算,
(2)
代入数据得 d=0.087mm
由国家标准进行圆整,选取活塞杆直径为85mm。
2.3、千斤顶缸筒壁厚的计算
千斤顶缸体壁厚的计算如式(3)
(3)
式中:MPa—缸筒最大工作压力,40MPa。一般取安全阀额定工作压力为40 ;
—缸体材料许用应力,MPa。缸体材料选用27SiMn无缝钢管,查机械工程材料知:=σb1000MPa,安全系数取n=5,则。
代入数据得:δ≥0.011m
取δ=11mm,推移千斤顶缸筒外径DO=D+2δ=110+211=132mm:
2.4、千斤顶行程的确定
推移千斤顶的行程与推移步距有关,当推移步距为600mm时,推移千斤顶的行程为700～750mm,由于配套煤机的截深为600mm,这里选用千斤顶行程为750mm。
3、推移千斤顶校验
3.1、活塞杆直径强度校核
活塞杆直径强度按下式校验强度,即
(4)
式中 FL—液压缸负载,N。此处以液压缸最大负载计算,;
Pb —泵站工作压力,Pa。 Pb= 31.5MPa ;
—材料许用压力,Pa。,,为材料抗拉强度,Pa。n为安全系数,一般n=1.4。
代入数据式(4)得:
活塞杆直径强度达到要求,合格。
3.2、稳定性校验
当安装杆长度1与其直径d之比,并且杆件承受压负载时,则需校验稳定性。液承受的压负载FL,不能大于液压缸保持工作稳定性所允许的临界负载Fk。Fk的大小与活塞杆材料、端面形状、直径和安装长度有关。
液压缸的稳定条件为
(5)
式中 Fk—液压缸临界负载,N。;
nk—稳定安全系数,通常取 =2～4。
临界负载以不受偏心负载情况来计算
按等截面法,将活塞杆和缸体视为一个整体杆件。先比较细长比 与 大小,
得:
(6)
式中 L—活塞杆计算长度,即活塞杆在最大伸出时,活塞杆端支点和液压缸安装点间的距离,M。由推移千斤顶液压缸装配图知;L=1.855m;
n—末端条件系数,n=1。可由机械设计手册第五卷表37.7-68查出;
m—柔度系数,m=1。可由机械设计手册第五卷表37.7-69查出;
k—活塞杆截面回转半径,m。 ;
—活塞杆截面二次极矩, 。对于实心杆,为活塞直径,m。
根据式(6)可判断应按戈登—兰金公式计算临界负载,即
(7)
式中 —材料强度试验值,。可由机械设计手册第五卷表37.7-69查出;
—试验常数, 。可由机械设计手册第五卷表37.7-69查出;
将数据代入(7)计算结果为:
将 值代入式(5)得:介于2和4之间,此液压缸稳定性基本符合要求。
4、结束语
本设计采用倒装式,活塞与活塞杆整体联接的型式,其特点为
1)活塞和活塞杆为一整体,结构简单。
2)活塞与缸的密封采用鼓型密封圈组件实行双向密封,密封圈通过通过卡环固定。
3)导向套与活塞杆之间应安装导向环,通过蕾型密封圈实行单向密封,套口处安装防尘装置。
4)缸口导向套的固定可采用螺纹或固定钢丝.
5)缸底与缸筒通过焊接方式连接,缸底和缸体均设有进油孔,便于维护。
参考文献
1、孙家启,潘池林,李治能,石竹.Visual Basic程序设计教程.合肥:安徽理工大学出版社,2002
2、林建业主编.《液压传动设计手册》.上海人民出版社, 1995
3、江洪,郦祥林,李仲兴.SolidWorks2006基础教程.北京:机械工业出版社,2006
4、濮良贵 纪名刚主编.《机械设计》.第七版.高等教育出版社,2001
5、孙恒 陈作模主编.《机械原理》.第六版.高等教育出版社,2000
6、刘鸿文主编.《材料力学》.第四版.高等教育出版社,2004
7、哈尔滨工业大学理论力学教研组编.《理论力学》.第五版.高等教育出版社,2002版
8、Yeaple F. Fluid Power Design Handbook.Znd Ed. Revised and Expanded. New York and Basel:Marcel Dekker lnc,1990