毕业设计说明书DWX40悬浮式单体液压支柱设计

1、DWX40悬浮式单体液压支柱设计作者 高日摘要 DWX40悬浮式液压支柱，最适用于矿山井下采掘工作面的支护。它由油缸、活柱、密封盖、复位弹簧、顶盖、底座、销头螺钉和阀体组成，活柱内径顶部设有密封盖，并设有不使密封盖下落的台肩，复位弹簧的上端设在密封盖底部的中间位置的挂环上；顶盖与活柱用销头螺钉固接在一起，活柱下部外圆的台肩上设有导向环，三用阀安装在阀体上，当活柱进行伸缩时三用阀不随之升降，其结构紧凑合理，稳定性好，活柱的强度高，承载能力大，工作行程长，支柱的重量轻，密封性好，防腐性能高，使用安全、可靠、拆卸安装方便，寿命长，成本低，具有广泛的实用性关键词 悬浮式单体液压支柱；油缸；活柱；复位弹簧；三用阀目 录序言1一、引言2 （一）、适用范围和研究目的2 （二）、单体液压支柱的实用价值与理论意义2 （三）、国外单体液压支柱应用简况2 （四）、理论依据和试验41、结构及工作原理42、支柱工作特性线5 （五）、相关问题5 （六）、设计要求6 （七）、内容安排6二、设计参数与设计规范6 （一）、设计参数6 （二）、设计规范悬浮式单体液压支柱71、支柱工作要求72、三用阀要求8三、总体与主要零

2、件设计8 （一）、总体工作原理设计与方案比较8 （二）、活柱、油缸的结构设计91、确定活柱外径92、活柱油缸的选材113、活柱油缸的许用应力计算124、限位台阶位置的确定12 （三）、其它主要零件材料选择与结构设计131、底座手把体设计132、类比设计连接钢丝143、类比设计顶盖内的放气装置15 （四）、主要配合间隙与密封的确定与选择161、配合种类的确定162、密封件的选取163、导向环的选取17 （五）、强度校核181、活柱强度校核182、缸筒强度校核183、限位台阶强度的校核184、支柱稳定性校核19四、复位弹簧的造型设计20 （一）、弹簧的设计计算21 （二）、验算实际极限变形量22五、三用阀设计计算23 （一）、单向阀设计计算24 （二）、卸荷阀设计计算311、阀垫受力情况322、卸载阀密封面积323、低压密封校核33参考文献33结束语34致谢35序言DWX型单体液压支柱是一种新型外部供液的恒阻式单体液压支柱，是高档机械化普采工作面的配套设备，也是综采工作面的端头支护设备。其适用于煤矿回采工作面的顶板支护和端头顶板支护，由于其承载能力大、抗偏载能力强、工作行程大、使用范围广，

3、因而其可应用于薄煤层、中厚煤层及较厚煤层工作面。本设计的目的在于进一步简化支柱结构，提高加工质量及支柱强度，降低成本。本设计对支柱的活柱体结构进行了改进，采用了型密封圈。一、引言（一）、适用范围和研究目的DWX型单体液压支柱是一种新型外部供液的恒阻式单体液压支柱，是高档机械化普采工作面的配套设备，也是综采工作面的端头支护设备。其适用于煤矿回采工作面的顶板支护和端头顶板支护，由于其承载能力大、抗偏载能力强、工作行程大、使用范围广，因而其可应用于薄煤层、中厚煤层及较厚煤层工作面。本设计的目的在于进一步简化支柱结构，提高加工质量及支柱强度，降低成本。本设计对支柱的活柱体结构进行了改进，采用了型密封圈。（二）、单体液压支柱的实用价值与理论意义随着我国煤炭事业的不断发展,单体液压支柱也越来越广泛地应用于生产.它与一般金属支柱相比,回收率高,支护的安全可靠性好,工作阻力恒定,初撑力高,不受井下条件的过多影响,顶板的下沉量小容易保护顶板完整,有利于实现稳定,高产等优点.对于我国煤炭事业向普通机械化生产发展,并向综合机械化生产过渡都十分有利.它与液压支架相比,能大量节省钢材,并且使用范围大,在中小型煤

4、矿和煤层储存条件复杂不适宜使用综合机械化采煤的工作面均可采用单体液压支柱,但单体液压支柱成本高,加工复杂,需要人工搬动,所以设计时要求在能满足强度将要求的情况下尽可能地减轻重量.总的看来,广泛研制新型液压支柱对目前发展煤炭哦工业有着极其重要的意义。（三）、国外单体液压支柱应用简况国外主要产煤国家中，单体液压支柱曾经在回采工作面广泛采用，最早研制、使用的国家（如英国）在四十年代后期就已有产品问世。其后，联邦德国、日本、波兰、苏联等国家在五十年代相继采用，如联邦德国萨尔矿区大体经历十年左右的时间在条件适应的工作面基本上全部使用。从1956年到1963年，使用单体液压支柱的产量达84.8%，五年左右时间内使用量增长了7-8倍。国外单体液压支柱的使用情况表明，在六十年代初其技术即达到成熟阶段。使用单体液压支柱的突出优点是：1、初撑力高一般地，初撑力可以达到7-10t，为摩擦式金属支柱的3-10倍（摩擦式金属支柱用液压升柱装置时初撑力2-3t，不用液压升柱装置时初撑力仅1t左右）。2、恒阻的性能在较小的顶板下沉量情况下，支柱即可达到额定的工作阻力，并保持恒阻的特性（摩擦式金属支柱在顶板下沉量大，

5、支柱下缩到100mm至400mm以上时才能达到最大工作阻力）。显然，单体液压支柱能很快达到较高的工作阻力，大大改善了顶板维护状况。3、支柱承载力均匀初撑力大于恒阻的特性，使各支柱能较均匀的承受载荷，这是优于摩擦式金属支柱的重要特点，对保持中等稳定以下工作面顶板的完整是十分有利的。4、支、撤速度快单体液压支柱的升柱与降柱，靠液压系统来完成。内注式支柱只须扳动手柄、外柱式支柱用注液枪从外部注液、扳动卸载阀排液等轻微操作即可完成回撤与支设作业，其速度一般比摩擦式支柱提高一倍左右。5、促进安全生产、降低辅助材料消耗由于初撑力高与顶板接触严实，回撤与支设速度快，控制顶板效果好，提高了工作面推进速度，冒顶事故明显减少，促进了安全生产，相应地降低了木材消耗。综上所述可以看出单体液压支柱比摩擦式金属支柱具有明显的优点。单体液压支柱的主要缺点是：构造比较复杂，内注液压支柱结构更复杂，如果局部密封失效，即会导致整个支柱失去支撑能力；其次是维护检修量大，为保证支柱安全使用，定期检修、随时更换零备件量大，因而使其维护费增高，为保持每一根单体液压支柱的正常使用，每年所需的维修费用平均占支柱造价的20%左右，这比

6、摩擦式支柱要高出若干倍。但从综合效果比较，如安全状况的改善，单产的提高，降低辅助材料的消耗，以及最终的实际支护费用降低等方面分析，单体液压支柱则具有明显的优势。（四）、理论依据和试验1、结构及工作原理支架工作特性曲线如图1DWX型（柱塞悬浮式）单体液压支柱由铰接顶盖、密封盖组件、活柱、手把阀体、油缸、复位弹簧、底座、三用阀、O形密封圈、挡圈、销头螺栓、防尘圈、Y形密封圈、连接钢丝、导向环等零部件组成。DWX型（柱塞悬浮式）液压支柱的工作原理包括升柱、初撑、承载和回柱四个过程，现分别概述如下： （1）、升柱、初撑过程 升柱时将管路系统中的注液枪插入三用阀注油阀体，挂好锁紧套，操作注液枪，泵站高压液经注液枪顶开三用阀中的球形单向阀，进入支柱，迫使活柱升高。 （2）、承载、溢流过程 支柱支设以后便处于承载状态，随着支护时间的延长，工作面顶板作用在支柱上的载荷增加，当支柱所承受的载荷超过额定工作阻力时，支柱内腔高压液体作用在安全阀垫上的力，超过安全阀弹簧预先调定的压紧力时，压缩安全阀弹簧，阀针向右运动，安全阀被打开，内腔液体外溢，活柱下缩,使顶板压力重新得到平衡。 （3）、回柱过程 支柱回收时

7、，将卸载手把插入三用阀右阀筒的卸载孔中，转动卸载手把，迫使阀套、连接螺杆、注油阀体等整体轴向移动，压缩卸载阀弹簧，卸载阀垫离开左阀筒的密封面，卸载阀被打开，支柱内腔工作液，经左阀筒喷入采空区，活柱在自重和复位弹簧作用下回缩,完成支柱回收2。 2、支柱工作特性线试验DWX型（柱塞悬浮式）单体液压支柱组装后，应参照MT112-93标准和煤炭部制定的有关规定、图纸要求及维修质量标准进行试验，试验项目如下：（1）、阀件试验三用阀按MT112-93标准进行检验。 （2）、支柱整体试验 操作试验 在泵站压力为31.5MPa、流量为7580升/分条件下： （1）、用秒表和直尺测定支柱的升、降速度是否达到规定要求； （2）、用直尺测定支柱行程和最大、最小高度能否达到规定要求； 高、低压密封试验在支柱最大行程三分之二处进行试验，高压密封压力为安全阀关闭压力以上，低压密封压力为，高、低压密封各稳压二分钟，不允许有压降现象。检查支柱各密封处是否漏油。（五）、相关问题1、采用柱塞悬浮式技术原理，活柱内的密封盖承受工作阻力的五分之四，活柱受力仅为五分之一。大大提高了支柱的稳定性、安全性、承载能力和抗偏能力。2、

8、工作行程大，扩大了使用范围，特别是顶板下沉较大的工作面，不仅回柱方便，也提高了支柱的回收率，减少了支柱消耗，降低了生产成本。3、DWX型支柱三用阀设于手把体上，注液时，三用阀不随支柱的活柱升高而升高，操作方便，安全可靠。4、DWX型支柱的各密封点，均采用了密封补偿和密封涨紧技术原理。在密封有磨损的情况下，可有效补偿，减少了密封的更换率，降低了维修费用。（六）、设计要求在毕业设计中要求学生注意培养认真负责，塌实细致的工作作风，保质保量按时完成任务的习惯，要求学生做到随时复习所学的基本理论，查阅自己的学习笔记和参考书，及时了解有关设计资料，在调研和收集资料中，做好准备工作，充分发挥自己的主观能动性和创造性，要结合任务书的要求，认真了解现成生产中对设计课题的要求和生产经验，以及存在的问题，找出解决的方法，认真精心设计，确保图纸质量和计算准确。（七）、内容安排本设计本着严紧认真的科学态度进行设计，首先对单体液压对液压缸的结构进。本设计本着严紧认真的科学态度进行设计，首先对单体液压对液压缸的结构进行了设计和对稳定性进行校核，对液压缸的密封进行了改进；在本设计最的后重点对支柱进行了简单的概述，简述

9、了悬浮式单体支柱的特点即应用场合；其次主要三用阀的结构和各个零件进行了设计。二、设计参数与设计规范（一）、设计参数支柱使用M10乳化剂10%20%的乳化液 工作载荷 工作压力 初 撑 力 最大高度 最小高度 行 程 型 号 支柱质量 （二）、设计规范悬浮式单体液压支柱1、支柱工作要求（1）、支柱在最大高度时，中心加载为额定工作载荷时，支柱不得失稳。（2）、支柱在最大高度时，两端铰接中心加载为额定工作载荷时，其危险断面上的最大应力应小于或等于材料的许用应力。（3）、支柱在最大高度时，两端铰接中心，同侧偏心20mm，加载为支柱的额定工作载荷时，其危险断面上的最大应力小于或等于材料许用应力。（4）、强度校核时认为有初挠度。支柱压缩至最小高度，轴向加载为额定工作载荷的两倍时，油缸压力允许保持到安全阀关闭压力，加载五分钟，各零件不得有任何破坏和变形。（5）升柱速度大于60mm/s，降柱速度大于40mm/s。2、三用阀要求（1）、单向阀开启压力。安全阀最大流量，安全阀最大流量时允许压力增高值为额定工作压力的25%。（2）、支柱升柱时间，降柱时间。（3）、在于压力下，卸载阀不允许渗漏。 三、总体与主要零件设

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