8000kN立柱试验台结构设计毕业设计

中国矿业大学毕业设计任务书

毕业设计题目：8000kN立柱试验台结构设计

摘要

液压支架是现代煤矿综采工作面中的配套支护设备,立柱是其主要结构件。立柱工作的可靠性直接关系到矿井生产的正常化和工人的生命安全。

随着我国煤炭工业的不断发展，国家对安全生产治理力度的加大，对矿用机电设备的检测技术提出了更高的要求。立柱性能检测试验台是进行立柱质量检测的必要设备,是立柱质量监控的保障。

本文设计的立柱试验台能够兼容欧洲标准和国家标准，能够检测单根工作阻力达8500kN的立柱的性能。本文介绍了立柱性能检测的方法、试验台的组成、原理，设计了加载系统和承载框架。

本设计的主要内容：

1. 详细设计了外加载系统、加载液压缸、增压缸、油箱、联结罩、联轴器、承载框架。

2. 选取外加载泵站、大泵组、增压缸、加载液压缸、联轴器、加载缸导向套等零部件进行了绘图。

3. 承载框架部分，用SolidWorks 2007进行建模，并借助于SolidWorks 2007的一款有限元分析工具COSMOS进行了应力分析。

关键词：液压支架立柱；液压加载系统；试验台；

ABSTRACT

In the modern mining the hydraulic support is the necessary ancillary equipment, the legs is one of its main elements. The reliability of the legs directly relates the mine pit production normalized and worker's safe.

Along with China coal industry unceasing development, the government to safety dynamics enlarging in production set a higher request to the mineral electromechanical device examination technology.The legs performance test-bed is the legs quality examination of the fittings is the quality monitoring safeguard of the legs.

The legs test-bed of this article designed can compatible European standard and the national standard.，can examine the legs performance of the working resistance reach 8500kN。This article introduced the method of legs performance examination, the test platform composition, designed the loading system and the load bearing frame.

The main content of this article:

1. This article designed the loading system,the hydraulic cylinder，the turbo-charged cylinder, the pumping station fuel tank, joins the cover, the shaft coupling, the load bearing frame in detail.

2. Selected the pumping station of loading, the big pump group, the hydraulic cylinder, the turbo-charged cylinder, the shaft coupling, the cylinder guidance and so on has carried on the cartography.

3. The design of load bearing frame, with the SolidWorks 2007 carries on the design, and drew support to SolidWorks 2007 section finite element analysis tool COSMOS carried on the stress analysis.

Keywords: The Legs of hydraulic support; Hydraulic Loading System; Test-bed;

目录

1 立柱试验台总体结构方案设计 (1)

1.1课题研究背景和意义 (1)

1.2立柱试验台检测项目和实验方法 (1)

1.3拟定试验台总体结构方案 (3)

2 外加载液压系统设计 (5)

2.1液压技术简介 (5)

2.1.1液压系统概述 (5)

2.1.2液压传动的优点 (6)

2.1.3液压技术的缺点 (7)

2.2液压加载系统工况分析及设计要求 (7)

2.3液压加载系统方案设计 (8)

2.3.1选择液压动力源 (8)

2.3.2 选择执行元件 (8)

2.3.3 确定控制方式 (8)

2.3.4液压回路设计 (9)

2.3.5 选定液压油类型 (11)

2.3.6系统压力、流量的调定和测量 (12)

2.4拟定外加载系统原理图 (12)

2.5加载液压缸主要参数计算 (14)

2.5.1初选液压缸工作压力 (14)

2.5.2确定液压缸的主要结构尺寸 (14)

2.5.3 验算最小稳定速度 (15)

2.5.4 活塞杆稳定性验算 (16)

2.6计算系统压力 (17)

2.6.1计算加载缸各工况压力 (18)

2.6.2确定系统供油压力 (18)

2.7计算系统各工况的流量 (18)

2.8液压泵的参数计算与型号选择 (19)

2.8.1计算液压泵的最大工作压力 (19)

2.8.2确定液压泵的输出流量 (20)

2.8.3 选择液压泵 (21)

2.9与液压泵匹配的原动机的选择 (24)

2.9.1 计算液压泵各工况的输出功率 (24)

2.9.2选择电动机型号 (25)

2.10液压元件的选择 (26)

2.10.1液压阀类元件的选择 (26)

2.10.2 过滤器的选择 (27)

2.10.3蓄能器的选择 (28)

2.10.4 液压油管的选择 (30)

2.10.5 液压油箱容积的计算 (34)

2.11 外加载液压系统的验算 (34)

2.11.1系统的压力损失验算 (35)

2.11.2系统的发热温升验算 (37)

2.12 油箱的设计 (38)

2.12.1油箱设计要点 (39)

2.12.2 确定油箱的外形尺寸 (40)

2.12.3油箱的结构设计 (42)

2.13泵站结构布置设计 (42)

2.13.1液压泵站结构设计的注意事项 (42)

2.13.2选择液压泵站安装方式 (43)

2.13.3 电动机与液压泵的联接方式 (43)

2.13.4液压泵站布置方案 (44)

3 外加载液压缸设计 (45)

3.1液压缸的类型及其特点 (45)

3.2液压缸主要结构尺寸和性能参数 (46)

3.3液压缸缸筒和缸盖的计算 (46)

3.3.1缸筒和缸盖的结构形式 (46)

3.3.2确定缸筒的壁厚 (48)

3.3.3确定液压缸的外径 (48)

3.3.4缸筒壁厚的验算 (48)

3.3.5缸盖厚度的计算 (50)

3.4缸体长度的确定 (51)

3.5活塞的最小导向长度H的确定 (52)

3.6导向套尺寸配置 (52)

3.6.1导向套受力分析 (52)

3.6.2导向套尺寸与加工要求 (54)

3.7液压缸油口直径的计算 (55)

3.8活塞杆组件的尺寸计算 (56)

3.8.1活塞杆组件的组成与材料 (56)

3.8.2活塞尺寸计算及连接方式选择 (56)

3.9加载缸密封圈的选择 (59)

3.9.1密封装置类型选择 (59)

3.9.2密封圈材料的选择 (64)

3.10液压缸设计注意的问题 (64)

4 增压液压缸设计 (66)

4.1增压液压缸工作原理 (66)

4.1.1增压回路 (66)

4.1.2增压液压缸结构 (67)

4.2增压缸主要结构尺寸计算和性能参数确定 (68)

4.2.1已知增压缸参数 (68)

4.2.2 确定增压缸的主要结构尺寸 (68)

4.2.3 确定液压缸的増压行程 (69)

4.3增压缸大缸筒的计算 (70)

4.3.1大缸筒和两缸盖的结构形式 (70)

4.3.2确定大缸筒的壁厚 (70)

4.3.3确定增压缸大缸筒的外径 (71)

4.3.4大缸筒壁厚的验算 (71)

4.4增压缸小缸筒的计算 (73)

4.4.1小缸筒和两缸盖的结构形式 (73)

4.4.2确定小缸筒的壁厚 (74)

4.4.3确定小钢筒的外径 (75)

4.4.4小缸筒壁厚的验算 (75)

4.5缸体长度的确定 (76)

4.6 活塞的最小导向长度H的确定 (77)

5 试验台承载框架结构设计 (78)

5.1机架设计的准则和要求 (78)

5.1.1机架设计的准则 (78)

5.1.2机架设计的一般要求 (78)

5.1.3机架设计的传统步骤 (79)

5.2承载框架的结构选型与三维建模 (79)

5.2.1选择机架形式与钢板材料 (79)

5.2.2三维设计应用的趋势 (80)

5.2.3选择三维设计软件的关键考虑因素 (81)

5.2.4 SolidWorks的功能 (81)

5.3承载框架的有限元分析 (82)

6 结论 (89)

参考文献 (90)

附录 (92)

附录Ⅰ内加载系统原理图与选型 (92)

附录Ⅱ框架单侧承载梁应力分布图 (94)

附录Ⅲ框架单侧承载梁位移分布图 (95)

附录Ⅳ SolidWorks最新版本SolidWorks? 2007概述 (96)

附录Ⅴ COSMOS 2007简介 (99)

致谢 (102)

1 立柱试验台总体结构方案设计

1.1 课题研究背景和意义

液压支架的立柱以乳化液为工作介质,在液压支架支护采煤工作面顶板、破碎顶板方面起到了至关重要的作用。液压支架立柱的可靠性及安全性直接

关系到矿井生产的正常化及煤矿工人的人身安全。随着中国煤炭工业的不断发展，国家对安全生产治理力度的加大，对矿用机电设备检测技术提出了更高的要求。

由于我国煤炭工业迅猛发展，大型综采配套现代化矿井逐年增加，液压支架的使用量逐年上升,并且随着技术的革新，单根立柱的缸径已经突破400mm，额定工作压力突破43MPa,额定工作阻力达到5400kN，向大缸径、超高压、大工作阻力发展是矿用液压支架发展的大势所趋，相信在不久的将来，单根工作阻力超过8000kN的立柱便会设计制造并投产使用，到那时检修量和实验的工作量也大大增加。液压支架立柱检测设备是生产和研制高产高效液压支架的关键设备，面对迅速发展的支护技术，需要有一种能够快速、准确地检测如此大缸径、大工作阻力液压支架立柱的实验台。

为此本文设计了这台能够准确检测单根额定工作阻力为8000kN液压立柱的实验台。

1.2 立柱试验台检测项目和实验方法

1.3 拟定试验台总体结构方案

分析以上标准和试验方法，测试立柱的试验台主要由：承载机构、加载机构、压力检测机构、电气控制部分组成。

本试验台的加载系统和试验台承载框架是这次毕业设计的主要内容，下面从这两方面入手，确定方案。

加载方式有很多种，例如有机械加载、电加载、液压加载等方式。液压加载系统与其他加载方式相比较具有简单易行，可以实现无级变速连续加载，所需元件数量少，能远距离控制，运动件的惯性小，能够频繁换向，传动工作平稳等优点，所以本试验台加载系统选用液压系统。液压加载系统分别选用液压油外加载系统和乳化液内加载系统，这种液压系统结构简单,维修方便。按照设计要求主要设计试验台的外加载泵站、加载液压缸、增压液压缸、泵站油箱、联结罩、联轴器、增压缸、活塞杆、加载缸导向套等关键零部件。

承载部分采用钢板焊接成整体框架式。两侧承载梁的截面积及钢板的厚度设计校核时最终确定。设计承载框架，按照导师的建议，借助三维软件SolidWorks 2007进行设计，对框架进行三维建模，用SolidWorks 2007带的有限元分析工具COSMOS进行应力分析。

2 外加载液压系统设计

2.1 液压技术简介

液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能