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中 國 礦 業(yè) 大 學(xué)
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
姓 名： 王 奇 學(xué) 號(hào)：14030341
學(xué) 院： 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化
設(shè)計(jì)題目： 立柱、千斤頂工作特性仿真計(jì)算及剛度校核
專 題：
指導(dǎo)教師： 舒風(fēng)翔 職 稱： 講師
2007年 6 月 15 徐州
中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
學(xué)院 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專業(yè)年級(jí) 機(jī)自03-7 學(xué)生姓名 王 奇
任務(wù)下達(dá)日期： 2007 年 3 月 25 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)日期：2007 年 3 月 25 日 至 2007 年 6 月 15 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：立柱、千斤頂工作特性仿真計(jì)算及剛度校核
畢業(yè)設(shè)計(jì)專題題目：
畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求：
根據(jù)立柱、千斤頂?shù)南嚓P(guān)工作情況，對其進(jìn)行強(qiáng)度校核和剛度校核，利用Matlab的相關(guān)工具，對工作阻力為F=5400KN，壓力為P=43MPa的雙伸縮立柱進(jìn)行了設(shè)計(jì)及相關(guān)校核。要求畢業(yè)總圖紙量為1張A0、相關(guān)校核程序、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書一份（50頁左右）。
院長簽字： 指導(dǎo)教師簽字：
中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)閱書
指導(dǎo)教師評(píng)語（①基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；②獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力；③研究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤工作態(tài)度及工作量；⑥總體評(píng)價(jià)及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）：
成 績： 指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱教師評(píng)閱書
評(píng)閱教師評(píng)語（①選題的意義；②基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力；③工作量的大??；④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤寫作的規(guī)范程度；⑥總體評(píng)價(jià)及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）：
成 績： 評(píng)閱教師簽字：
年 月 日
中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及綜合成績
答 辯 情 況
提 出 問 題
回 答 問 題
正 確
基本
正確
有一般性錯(cuò)誤
有原則性錯(cuò)誤
沒有
回答
答辯委員會(huì)評(píng)語及建議成績：
答辯委員會(huì)主任簽字：
年 月 日
學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評(píng)定成績：
學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人：
年 月 日
摘 要
20世紀(jì)以來，在新技術(shù)革命的帶動(dòng)下，煤礦開采技術(shù)與裝備迅速發(fā)展。先進(jìn)采煤國家積極應(yīng)用機(jī)電一體化和自動(dòng)化技術(shù)，研制開發(fā)了高生產(chǎn)能力、高性能的開采技術(shù)裝備，廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了礦井生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)了礦井的高產(chǎn)高效生產(chǎn)。
采煤機(jī)械化是煤炭工業(yè)增加產(chǎn)量、提高勞動(dòng)效率、改善勞動(dòng)條件、保障安全生產(chǎn)的必要技術(shù)手段。綜合機(jī)械化采煤工作面的裝備——采煤機(jī)、液壓支架和刮板輸送機(jī)為代表。液壓支架是綜采工作面的重要支護(hù)設(shè)備，其投資約占綜采工作面成套設(shè)備總投資的70％左右，其主要作用是支護(hù)頂板、維護(hù)安全作業(yè)空間，同時(shí)要推移工作面輸送機(jī)和采煤機(jī)。立柱是液壓支架的關(guān)鍵部件，其性能直接決定液壓支架的支護(hù)能力，隨著液壓支架向大工作阻力方向發(fā)展，立柱也向大缸徑、高可靠性發(fā)展。為適應(yīng)市場發(fā)展的速度，目前急需一種新的技術(shù)來輔助立柱設(shè)計(jì)，以達(dá)到加快設(shè)計(jì)進(jìn)度、減小計(jì)算工作量的目的，并能模擬實(shí)驗(yàn)狀態(tài)自動(dòng)校核安全系數(shù)。
通過本課題的研究，簡化了立柱設(shè)計(jì)、校核、制造流程，提高了設(shè)計(jì)效率和縮短加工制造過程，提高新產(chǎn)品開發(fā)速度及應(yīng)變能力，增強(qiáng)產(chǎn)品可靠性，進(jìn)而為企業(yè)創(chuàng)造更大效益，從而提升企業(yè)的競爭力。
關(guān)鍵詞：采煤機(jī)械化 液壓支架 立柱
Abstract
Since the 20th century, the new technology revolution, along with the coal mining technology and equipment, rapid development.Mining actively advanced mechanical-electrical integration, and application of automation technology, we developed a high production capacity, high-performance mining technology and equipment, extensive application of computer technology to achieve a mine production process automation control, achieve a high yield and efficient mine production.
Mining mechanization of the coal industry to increase production, improve labor productivity, improved working conditions, Production of security necessary technical means. Comprehensive mechanized coal face equipment -- Shearer, hydraulic support and scraper conveyor represented.
Hydraulic support is the important shoring equipment in mechanism excavating workface, and its investment occupy around 70% of full set of integrated matching equipments, and the main function is shoring roof floor, maintaining safety operation space, meanwhile advancing transporter and shearer. Leg is the main component part of hydraulic support, and its function can directly determine the shoring capacity of hydraulic support, with the development direction to large working resistance , so that legs become to be with more and more large cylinder diameter, high dependability. In order to adapt the quick market development speed, one new assistant, design technology is needed, so to achieve the purpose of expediting design speed, reducing the calculation work, also simulating automatic safety factor checking when at test state.
The passage of this issue, the column to simplify the design, verification, manufacturing processes and improve the efficiency of the design process and reduce the manufacturing process, the development of new products to enhance the speed and response capability, enhance product reliability, and proceed to create greater efficiency, thereby enhancing the competitiveness of enterprises.
Key Words: Mining mechanization Hydraulic Support Leg
第1章 前言 ......................................................1
1.1 立柱設(shè)計(jì)的意義…………………………………………………………1
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀…………………………………………………………3
1.2.1 結(jié)構(gòu)和功能 ………………………………………………………3
1.2.2 設(shè)計(jì)手段和方法 …………………………………………………4
1.2.3 標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)要求方面 ……………………………………………4
1.2.4 操作與控制技術(shù) …………………………………………………5
1.2.5 制造工藝 …………………………………………………………5
1.2.6 其他差別 …………………………………………………………5
1.3 以往立柱千斤頂設(shè)計(jì)過程存在的問題…………………………………6
1.3.1 制圖工作量大、效率低 …………………………………………6
1.3.2 圖紙更改重復(fù)次數(shù)多、出錯(cuò)率高 ………………………………6
1.3.3 尺寸更改隨機(jī)性大 ………………………………………………7
1.3.4 計(jì)算工作量大、不全面 …………………………………………7
1.4 立柱和千斤頂在加工、使用中存在的問題……………………………7
1.4.1 加工中的主要問題 ………………………………………………7
1.4.2 使用中的主要問題 ………………………………………………8
第2章 立柱的形式 ………………………………………………………………9
2.1 液壓單伸縮立柱…………………………………………………………9
2.2 機(jī)械加長桿立柱…………………………………………………………9
2.3 液壓雙伸縮立柱…………………………………………………………10
2.4 組成立柱的主要組件、部件和零件……………………………………11
2.4.1 活柱組件 …………………………………………………………12
2.4.2 缸體部件 …………………………………………………………14
2.4.3 缸口導(dǎo)向套組件 …………………………………………………14
2.4.4 接長桿組件 ………………………………………………………15
2.4.5 底閥 ………………………………………………………………20
第3章 立柱的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算 …………………………………………………24
3.1 立柱計(jì)算的原則…………………………………………………………24
3.2 立柱設(shè)計(jì)…………………………………………………………………24
3.2.1 立柱缸筒內(nèi)徑的確定 ……………………………………………25
3.2.2 泵站壓力的確定 …………………………………………………25
3.2.3 立柱初撐力的計(jì)算 ………………………………………………25
3.2.4 立柱工作阻力的計(jì)算 ……………………………………………25
3.2.5 立柱缸筒壁厚的計(jì)算 ……………………………………………26
3.3 立柱強(qiáng)度驗(yàn)算……………………………………………………………26
3.3.1 立柱缸筒強(qiáng)度驗(yàn)算 ………………………………………………26
3.4 一級(jí)缸的相關(guān)計(jì)算 ……………………………………………………28
3.4.1 一級(jí)缸的相關(guān)計(jì)算………………………………………………28
3.4.2 一級(jí)缸壁厚的計(jì)算………………………………………………28
3.5 一級(jí)缸的強(qiáng)度驗(yàn)算 ……………………………………………………28
3.5.1 一級(jí)缸的強(qiáng)度驗(yàn)算………………………………………………28
3.6 二級(jí)缸的相關(guān)計(jì)算 ……………………………………………………29
3.6.1 二級(jí)缸的外徑的確定 …………………………………………29
3.7 各桿的長度確定 ………………………………………………………29
第4章 立柱的受力分析和驗(yàn)算…………………………………………………31
4.1 立柱的各段受力分析 …………………………………………………31
4.1.1 活柱受力分析……………………………………………………31
4.1.2 中缸受力分析……………………………………………………32
4.1.3 外缸受力分析……………………………………………………33
4.1.4 強(qiáng)度校核條件……………………………………………………34
4.2 立柱的剛度分析 ………………………………………………………34
4.2.1 立柱平衡微分方程………………………………………………34
4.2.2 邊界條件和銜接條件……………………………………………35
4.2.3 立柱各段最大彎矩計(jì)算…………………………………………36
4.2.4 油缸折線夾角、的確定 …………………………………36
4.2.5 穩(wěn)定性校核………………………………………………………37
第5章 基于Matlab軟件的中缸的受力分析 …………………………………43
第6章 立柱結(jié)構(gòu)合理化…………………………………………………………50
6.1 柱塞密封結(jié)構(gòu) …………………………………………………………50
6.2 SH山形密封圈與配套使用的SHJ型活塞導(dǎo)向環(huán) ……………………50
6.3 缸口的連接 ……………………………………………………………53
6.4 統(tǒng)一焊縫坡口形式及尺寸………………………………………………53
6.5 解決缸口漏夜……………………………………………………………53
6.6 導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)改進(jìn)…………………………………………………………53
6.7 簡化立柱結(jié)構(gòu)……………………………………………………………54
6.8 提高標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用水平………………………………………54
6.9 加大進(jìn)回液孔徑…………………………………………………………54
6.10 加大連接銷軸直徑 ……………………………………………………54
參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………55
致謝 …………………………………………………………………………………56
附錄 …………………………………………………………………………………57