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1、熟悉18042欧洲标准中立柱、千斤顶技术条件部分的内容和我国立柱试验相关标准，总结立柱的检验项目和检验方法，据其设计一台立柱性能试验台的结构，要求该试验台能够完成工作阻力不低于8000kN的立柱的检验。重点设计试验台外加载系统与承载框架，关键部分详细计算。绘制外加载系统、承载框架总装图，选取代表性的部件和零件绘图，总图量折合后不少于3张0图纸。承载框架部分，用SolidWorks 2007进行三维建模，用有限元分析工具进行应力分析。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
2、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
3、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；ABSTRACTtest-bedKeywords: ; Hydraulic Loading System; Test-bed;目 录 课题研究背景和意义1 立柱试验台检测项目和实验方法1 拟定试验台总体结构方案35 液压技术简介5 液压系统概述5 液压传动的优点6 液压技术的缺点7 液压加载系统工况分析及设计要求7 液压加载系统方案设计8 选择液压动力源8选择执行元件8确定控制方式8 液压回路设计9选定液压油类型11 系统压力、流量的调定和测量12 拟定外加载系统原理图12 加载液压缸主要参数计算14 初
4、选液压缸工作压力14确定液压缸的主要结构尺寸14验算最小稳定速度15活塞杆稳定性验算162.6 计算系统压力17计算加载缸各工况压力18确定系统供油压力182.7 计算系统各工况的流量182.8 液压泵的参数计算与型号选择19计算液压泵的最大工作压力19确定液压泵的输出流量20选择液压泵21 与液压泵匹配的原动机的选择24选择电动机型号252.10 液压元件的选择26液压阀类元件的选择26过滤器的选择27蓄能器的选择28液压油管的选择30液压油箱容积的计算34外加载液压系统的验算34系统的压力损失验算35系统的发热温升验算37油箱的设计38油箱设计要点39确定油箱的外形尺寸40油箱的结构设计4
5、2 泵站结构布置设计42 液压泵站结构设计的注意事项42选择液压泵站安装方式43电动机与液压泵的联接方式43液压泵站布置方案4445 液压缸的类型及其特点45 液压缸主要结构尺寸和性能参数46 液压缸缸筒和缸盖的计算46缸筒和缸盖的结构形式46 确定缸筒的壁厚48确定液压缸的外径48 缸筒壁厚的验算48 缸盖厚度的计算50 缸体长度的确定51 活塞的最小导向长度H的确定52 导向套尺寸配置52导向套受力分析52 导向套尺寸与加工要求54 液压缸油口直径的计算55 活塞杆组件的尺寸计算56 活塞杆组件的组成与材料56活塞尺寸计算及连接方式选择56 加载缸密封圈的选择59 密封装置类型选择59密封
6、圈材料的选择64 液压缸设计注意的问题6466 增压液压缸工作原理66增压回路66 增压液压缸结构67 增压缸主要结构尺寸计算和性能参数确定68已知增压缸参数68确定增压缸的主要结构尺寸68确定液压缸的増压行程69 增压缸大缸筒的计算70大缸筒和两缸盖的结构形式70确定大缸筒的壁厚70确定增压缸大缸筒的外径71大缸筒壁厚的验算71 增压缸小缸筒的计算73小缸筒和两缸盖的结构形式73确定小缸筒的壁厚74确定小钢筒的外径75小缸筒壁厚的验算75 缸体长度的确定76活塞的最小导向长度H的确定7778机架设计的准则和要求78 机架设计的准则78 机架设计的一般要求78 机架设计的传统步骤79 承载框架
7、的结构选型与三维建模79 选择机架形式与钢板材料79三维设计应用的趋势80选择三维设计软件的关键考虑因素81 SolidWorks的功能81 承载框架的有限元分析82附录 内加载系统原理图与选型92附录 框架单侧承载梁应力分布图94附录 框架单侧承载梁位移分布图95附录 SolidWorks最新版本SolidWorks 2007概述96附录 COSMOS 2007简介991 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
8、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、
9、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表1.1 立柱试验台检测项目和实验方法序号检验项目检验方法1空载行程立柱空载，在运动速度不大于200mmmin的工况下，全行程往复运动三次2最低启动压力（1）立柱空载无背压工况下，分别对活塞腔，和活塞杆腔逐渐升压至活柱塞全行程移动，记录各级缸的上腔和下腔的启动压力。（2）立柱活柱全缩回，中缸活塞杆腔保持供液压力，大活塞杆腔逐渐升压使中缸运动，记录当中缸中部通过大缸导向套时，大缸活塞杆腔的启动压力。3活塞杆腔密封性能立柱缩至最小高度对活塞杆腔加2MPa
10、和1.1倍供液压力，闭锁密封腔稳压5分钟4中心让压性能立柱全部外伸，将安全阀开启压力调至额定工作压力（1）用102mm/min速度，进行2次行程100mm的让压试验（2）用21mm/min速度，进行2次行程20mm的让压试验（3）多级立柱级间转换处用102mm/min速度，进行2次行程100mm的让压试验5中心过载性能（1）1.5倍额定载荷压缩1）外加载步骤：用0.8倍的额定工作压力使立柱全部外伸压力腔闭锁用1.5倍额定工作阻力外加载1次3min，在3min内作密封试验卸载后测量缸筒扩径残余变形2）内加载步骤：用0.8倍的额定工作压力使立柱全部外伸至全长（953）%立柱两端固定，用1.5倍额定
11、工作压力向压力腔加压压力腔闭锁1次3min，在3min内作密封试验卸载后测量缸筒扩径残余变形（2）全缩回2倍额定载荷立柱全缩回，在外部施加2倍额定工作阻力1次3min6偏心加载用0.1倍额定工作压力使立柱全伸出，闭锁压力腔，按规定偏心量外加额定工作阻力1次3min做密封检查，然后卸载至0.1倍额定工作压力测量级间过渡处的扰度。7耐久性试验（1）偏心加载将立柱伸出至全行程的905%，偏心量按规定的一半加载循环： 加（1.15%）倍额定工作阻力，让压加载速度（10010%）mm/min，运动距离（502.5%）mm 加压完毕，以额定供液压力对活塞杆腔加压回缩（502.5%）mm 用额定工作压力的（
12、7080）%，是液压缸伸出至原位：循环次数大于6000次，循环完毕进行密封性能试验。（2）中心加载将立柱伸出全行程的（905）%，中心加载循环： 用1.1额定倍工作阻力中心加载 卸载0.1倍的额定工作阻力，循环1500次，循环完毕进行密封性能试验。8外伸限位（1）用额定工作压力使活塞向内部挡块伸出，至活塞和内部挡块接触后停留3min（2）在额定工作压力的（805）%和（105）%之间对着内部挡块外伸100次9功能立柱在进行完以上全部试验之后，将立柱的安全阀调到额定工作压力，从全伸出开始以102mm/min的速度外加载使其全行程缩回。10全伸出2倍工作载荷（1）外加载用0.8倍的额定工作压力使立
13、柱伸出，将压力腔闭锁，外加2倍额定工作阻力压载1次3min，在3min内作密封试验（2）内加载用0.8倍的额定工作压力使立柱伸出至全长的（953）%，将其两端固定，向压力腔加2倍的额定工作压力，然后压力腔闭锁1次3min，在3min内作密封试验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
14、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，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(缸或马达)把液体压力能转换为
