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中 國 礦 業(yè) 大 學
本科生畢業(yè)設計
姓 名： 王 奇 學 號：14030341
學 院： 應用技術學院
專 業(yè)： 機械工程及自動化
設計題目： 立柱、千斤頂工作特性仿真計算及剛度校核
專 題：
指導教師： 舒風翔 職 稱： 講師
2007年 6 月 15 徐州
中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計任務書
學院 應用技術學院 專業(yè)年級 機自03-7 學生姓名 王 奇
任務下達日期： 2007 年 3 月 25 日
畢業(yè)設計日期：2007 年 3 月 25 日 至 2007 年 6 月 15 日
畢業(yè)設計題目：立柱、千斤頂工作特性仿真計算及剛度校核
畢業(yè)設計專題題目：
畢業(yè)設計主要內容和要求：
根據立柱、千斤頂的相關工作情況，對其進行強度校核和剛度校核，利用Matlab的相關工具，對工作阻力為F=5400KN，壓力為P=43MPa的雙伸縮立柱進行了設計及相關校核。要求畢業(yè)總圖紙量為1張A0、相關校核程序、畢業(yè)設計說明書一份（50頁左右）。
院長簽字： 指導教師簽字：
中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計指導教師評閱書
指導教師評語（①基礎理論及基本技能的掌握；②獨立解決實際問題的能力；③研究內容的理論依據和技術方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑤工作態(tài)度及工作量；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）：
成 績： 指導教師簽字：
年 月 日
中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計評閱教師評閱書
評閱教師評語（①選題的意義；②基礎理論及基本技能的掌握；③綜合運用所學知識解決實際問題的能力；③工作量的大??；④取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑤寫作的規(guī)范程度；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）：
成 績： 評閱教師簽字：
年 月 日
中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計答辯及綜合成績
答 辯 情 況
提 出 問 題
回 答 問 題
正 確
基本
正確
有一般性錯誤
有原則性錯誤
沒有
回答
答辯委員會評語及建議成績：
答辯委員會主任簽字：
年 月 日
學院領導小組綜合評定成績：
學院領導小組負責人：
年 月 日
摘 要
20世紀以來，在新技術革命的帶動下，煤礦開采技術與裝備迅速發(fā)展。先進采煤國家積極應用機電一體化和自動化技術，研制開發(fā)了高生產能力、高性能的開采技術裝備，廣泛應用計算機技術實現了礦井生產過程自動化控制，實現了礦井的高產高效生產。
采煤機械化是煤炭工業(yè)增加產量、提高勞動效率、改善勞動條件、保障安全生產的必要技術手段。綜合機械化采煤工作面的裝備——采煤機、液壓支架和刮板輸送機為代表。液壓支架是綜采工作面的重要支護設備，其投資約占綜采工作面成套設備總投資的70％左右，其主要作用是支護頂板、維護安全作業(yè)空間，同時要推移工作面輸送機和采煤機。立柱是液壓支架的關鍵部件，其性能直接決定液壓支架的支護能力，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。為適應市場發(fā)展的速度，目前急需一種新的技術來輔助立柱設計，以達到加快設計進度、減小計算工作量的目的，并能模擬實驗狀態(tài)自動校核安全系數。
通過本課題的研究，簡化了立柱設計、校核、制造流程，提高了設計效率和縮短加工制造過程，提高新產品開發(fā)速度及應變能力，增強產品可靠性，進而為企業(yè)創(chuàng)造更大效益，從而提升企業(yè)的競爭力。
關鍵詞：采煤機械化 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 立柱設計的意義…………………………………………………………1
1.2 國內外研究現狀…………………………………………………………3
1.2.1 結構和功能 ………………………………………………………3
1.2.2 設計手段和方法 …………………………………………………4
1.2.3 標準和試驗要求方面 ……………………………………………4
1.2.4 操作與控制技術 …………………………………………………5
1.2.5 制造工藝 …………………………………………………………5
1.2.6 其他差別 …………………………………………………………5
1.3 以往立柱千斤頂設計過程存在的問題…………………………………6
1.3.1 制圖工作量大、效率低 …………………………………………6
1.3.2 圖紙更改重復次數多、出錯率高 ………………………………6
1.3.3 尺寸更改隨機性大 ………………………………………………7
1.3.4 計算工作量大、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 立柱的設計和強度計算 …………………………………………………24
3.1 立柱計算的原則…………………………………………………………24
3.2 立柱設計…………………………………………………………………24
3.2.1 立柱缸筒內徑的確定 ……………………………………………25
3.2.2 泵站壓力的確定 …………………………………………………25
3.2.3 立柱初撐力的計算 ………………………………………………25
3.2.4 立柱工作阻力的計算 ……………………………………………25
3.2.5 立柱缸筒壁厚的計算 ……………………………………………26
3.3 立柱強度驗算……………………………………………………………26
3.3.1 立柱缸筒強度驗算 ………………………………………………26
3.4 一級缸的相關計算 ……………………………………………………28
3.4.1 一級缸的相關計算………………………………………………28
3.4.2 一級缸壁厚的計算………………………………………………28
3.5 一級缸的強度驗算 ……………………………………………………28
3.5.1 一級缸的強度驗算………………………………………………28
3.6 二級缸的相關計算 ……………………………………………………29
3.6.1 二級缸的外徑的確定 …………………………………………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 立柱結構合理化…………………………………………………………50
6.1 柱塞密封結構 …………………………………………………………50
6.2 SH山形密封圈與配套使用的SHJ型活塞導向環(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 導向套結構改進…………………………………………………………53
6.7 簡化立柱結構……………………………………………………………54
6.8 提高標準化、系列化和通用水平………………………………………54
6.9 加大進回液孔徑…………………………………………………………54
6.10 加大連接銷軸直徑 ……………………………………………………54
參考文獻 ……………………………………………………………………………55
致謝 …………………………………………………………………………………56
附錄 …………………………………………………………………………………57