采煤機(jī)液壓支架立柱仿真設(shè)計(jì)

前言液壓支架以液壓為動(dòng)力實(shí)現(xiàn)升降、前移等運(yùn)動(dòng)，既能支撐又能維護(hù)頂板的支護(hù)設(shè)備，為采煤工作面綜合機(jī)械化的主要設(shè)備。和刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)及膠帶輸送機(jī)等形成了一個(gè)有機(jī)的整體，實(shí)現(xiàn)了包括采、支、運(yùn)等主要工序的綜合機(jī)械化采煤工藝。液壓支架能可靠而有效地支撐和控制工作面頂板，隔離采空區(qū)，防止矸石竄入工作面，保證作業(yè)空間，并且能夠隨著工作面的推進(jìn)而機(jī)械化移動(dòng)，不斷地將采煤機(jī)和輸送機(jī)推向煤壁，從而滿足了工作面高產(chǎn)、高效和安全生產(chǎn)的要求。1.1立柱設(shè)計(jì)的意義我國(guó)是世界主要產(chǎn)煤國(guó)家，煤礦總數(shù)超過全世界其他所有國(guó)家煤礦的總和。綜采技術(shù)經(jīng)過30多年發(fā)展，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，高產(chǎn)高效礦井建設(shè)已初見成效。發(fā)展綜采技術(shù)是建設(shè)高產(chǎn)高效礦井的重要任務(wù)，加大技術(shù)改造力度，優(yōu)化工作面配套、提高設(shè)備可靠性、提高開機(jī)率是高產(chǎn)高效礦井建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)自70年代初開始大規(guī)模引進(jìn)國(guó)外綜采設(shè)備，發(fā)展綜合機(jī)械化采煤。與此同時(shí)，煤炭科學(xué)研究院及相關(guān)廠礦共同開始了對(duì)液壓支架的科研和技術(shù)攻關(guān)，至80年代末，已先后研制成功薄煤層、中厚煤層、厚煤層和特厚煤層綜采成套設(shè)備和技術(shù)，基本上取代了進(jìn)口，促進(jìn)了煤炭工業(yè)的快速發(fā)展。到1997年全國(guó)國(guó)有重點(diǎn)煤礦綜合機(jī)械化程度已達(dá)到48．38％，相繼建成一批高產(chǎn)高效的礦井。國(guó)產(chǎn)綜采設(shè)備的水平有了較大的提高，一些技術(shù)指標(biāo)接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。我國(guó)綜采設(shè)備已開始打入國(guó)際市場(chǎng)，先后出口到美國(guó)、印度、土耳其、俄羅斯等國(guó)家。液壓支架是綜采工作面的重要設(shè)備之一，其投資約占綜采工作面成套設(shè)備總投資的70％左右，其作用不僅是支護(hù)頂板、維護(hù)安全作業(yè)空間，而且要推移工作面輸送機(jī)和采煤機(jī)。因此，液壓支架的性能和可靠性是決定綜采成敗的關(guān)鍵因素之一。液壓支架與滾筒采煤機(jī)(或刨煤機(jī))、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)及膠帶輸送機(jī)等形成了一個(gè)有機(jī)的整體，實(shí)現(xiàn)了包括采、支、運(yùn)等主要工序的綜合機(jī)械化采煤工藝。液壓支架能可靠而有效地支撐和控制工作面頂板，隔離采空區(qū)，防止矸石竄入工作面，保證作業(yè)空間，并且能夠隨著工作面的推進(jìn)而機(jī)械化移動(dòng)，不斷地將采煤機(jī)和輸送機(jī)推向煤壁，從而滿足了工作面高產(chǎn)、高效和安全生產(chǎn)的要求。在煤礦機(jī)械中液壓缸的應(yīng)用比較廣泛，掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)的搖臂，刮板輸送機(jī)的可伸縮機(jī)頭部分的動(dòng)作都是靠液壓缸的伸縮來實(shí)現(xiàn)，尤其是在液壓支架中，幾乎所有的動(dòng)作都是通過液壓缸（通常稱為立柱千斤頂）的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。一個(gè)150米長(zhǎng)的綜采工作面，一般就有1000多個(gè)立柱千斤頂在工作，如果是放頂煤工作面，立柱千斤頂數(shù)量則更多。作為液壓系統(tǒng)地執(zhí)行元件立柱千斤頂數(shù)量龐大且往復(fù)運(yùn)動(dòng)次數(shù)多，容易出現(xiàn)問題，維護(hù)和更換密封所需要的總時(shí)間就長(zhǎng)，直接影響了開機(jī)率和工作面的推進(jìn)速度。所以，立柱千斤頂?shù)母呖煽啃允敲旱V綜采工作面高產(chǎn)高效的前提。隨著煤炭開采技術(shù)的發(fā)展和國(guó)家對(duì)煤炭開采回收率的調(diào)控，液壓支架的開采高度也向兩極化發(fā)展，薄煤層支架走向越來越低，中厚煤層支架走向越來越高，對(duì)支護(hù)強(qiáng)度的要求也越來越高，支架適應(yīng)的煤層傾角也越來越大，支架形式主要的發(fā)展趨勢(shì)是向兩柱掩護(hù)式和四柱支撐掩護(hù)式架型發(fā)展，架型結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善，設(shè)計(jì)方法更先進(jìn)，參數(shù)向高工作阻力、大中心距(1.75m、2m)發(fā)展，結(jié)構(gòu)件材料越來越多地采用高強(qiáng)度鋼材，例如屈服極限69MPa以上的鋼板，支架的壽命和可靠性要求大大提高，高端支架的耐久性試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)達(dá)50000次。立柱千斤頂也隨之向大缸徑、大伸縮比發(fā)展，復(fù)雜的地質(zhì)條件對(duì)立柱穩(wěn)定性的要求也越來越高。經(jīng)統(tǒng)計(jì)鄭煤機(jī)集團(tuán)近兩年生產(chǎn)的產(chǎn)品中，適用于大采高、大傾角、薄煤層的液壓支架占了70%左右。目前，國(guó)內(nèi)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《MT313-92液壓支架立柱技術(shù)條件》、《MT97-92液壓支架千斤頂技術(shù)條件》中對(duì)立柱千斤頂?shù)膶?shí)驗(yàn)要求相對(duì)寬松(表一)，總體低于國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)煤機(jī)企業(yè)的發(fā)展不僅僅局限于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，還要搶占國(guó)際市場(chǎng)，產(chǎn)品的性能要經(jīng)得住國(guó)際上其他國(guó)家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)。立柱千斤頂結(jié)構(gòu)相對(duì)比較穩(wěn)定，進(jìn)而提出應(yīng)用現(xiàn)代化軟件和手段對(duì)千斤頂、立柱進(jìn)合理分組，建立立柱、千斤頂三維參數(shù)化模型，對(duì)千斤頂、立柱的安全系數(shù)、強(qiáng)度、穩(wěn)定性等進(jìn)行計(jì)算校核，并開發(fā)簡(jiǎn)單易用的千斤頂、立柱的分析校核軟件，為優(yōu)化立柱、千斤頂結(jié)構(gòu)參數(shù)提供理論依據(jù)，提高設(shè)計(jì)效率和縮短加工制造過程，進(jìn)而為企業(yè)創(chuàng)造更大效益。表1-1：國(guó)內(nèi)立柱千斤頂強(qiáng)度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與歐洲標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比表MT97-92MT313-92EN1804-2千斤頂至最大行程，軸向以額定工作壓力150﹪加載，保持5min立柱至最大行程，軸向以額定工作壓力150﹪加載，保持5min工作油缸用其許可壓力的80%全部伸出，接著將壓力腔閉鎖住，然后用一個(gè)外力對(duì)工作油缸加載，外力大小為許可力的2.0倍或1.5倍(沖擊)千斤頂處于最大和最小長(zhǎng)度，分別對(duì)活塞腔和活塞桿腔以額定泵壓125﹪加載，保持5min立柱至全行程，活塞腔以額定泵壓125﹪加載，保持5min立柱或支撐千斤頂伸出全長(zhǎng)的70～80%且剩余行程立柱≥100mm，千斤頂則≥30mm。用許可壓力的60%撐緊并將壓力腔閉鎖。接著用一個(gè)自由落下的物體對(duì)立柱和支撐千斤頂進(jìn)行二次沖擊的外加載，對(duì)立柱來說，自由落體≥10000kg；對(duì)支撐千斤頂來說≥1000kg。此時(shí)必須達(dá)到許可壓力值的1.5倍（±5%）。壓力從初始值至所要求的最大值的升壓必須在最大為30ms內(nèi)實(shí)現(xiàn)。千斤頂活塞桿處于2/3行程處，活塞腔以額定泵壓200﹪加載，保持5min立柱處于2/3全行程，以額定工作載荷200﹪軸向加載，保持5min立柱至最大行程，在柱頭和缸底同側(cè)偏心30mm位置，以110﹪額定工作載荷軸向加載，保持5min在柱頂側(cè)和柱底側(cè)用一種球形推力軸承系統(tǒng)來傳遞力，那么作用力只偏心加在柱頂側(cè)球頭半徑的0.3倍處。柱底側(cè)的支承軸承必須對(duì)應(yīng)于柱底形狀來設(shè)計(jì)。柱底支承軸承的直徑不得大于立柱或支撐千斤頂直徑的25%，壓力值需計(jì)算立柱至最大行程，軸向預(yù)加額定初撐載荷，以15kN·m能量沖擊柱頭2次立柱和支撐千斤頂全部伸出，開始時(shí)予加力為許可的立柱力和千斤頂力的10%。必須使立柱和支撐千斤頂?shù)膲毫η婚]鎖住。緊接著通過一個(gè)外力使立柱和支撐千斤頂加載至許可的立柱和千斤頂力。該力必須保持住3分鐘，而立柱和支撐千斤頂并不讓縮提拉點(diǎn)必須進(jìn)行加載檢驗(yàn)，直至達(dá)到許可力的4倍也不允許發(fā)生破斷。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀我國(guó)目前已經(jīng)形成一支有一定規(guī)模的從事液壓支架的設(shè)計(jì)、研究、制造和檢驗(yàn)的專業(yè)隊(duì)伍，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)開發(fā)研制了多種適合我國(guó)煤礦不同生產(chǎn)地質(zhì)條件的液壓支架。支架最大高度已達(dá)6.3m，最小高度為0.5m；適應(yīng)最大傾角可達(dá)55°；最大工作阻力達(dá)10800kN。不僅有用于一般工作面的液壓支架，還有用于放頂煤采煤、分層鋪網(wǎng)采煤等條件下的特種用途液壓支架。液壓支架的發(fā)展對(duì)立柱的長(zhǎng)度、缸徑、密封、型式等諸多方面提出許多新的要求，促使立柱的結(jié)構(gòu)更加合理和有了很大的發(fā)展。1.2.1結(jié)構(gòu)和功能(1)單伸縮立柱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，屬液壓無級(jí)調(diào)高，調(diào)整高度方便，但調(diào)高范圍小，用在調(diào)高范圍不大的支架上，許多種放頂煤支架裝配單伸縮立柱。(2)機(jī)械加長(zhǎng)桿雙伸縮立柱結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，調(diào)高范圍較大，有液壓無級(jí)和加長(zhǎng)桿有級(jí)兩種調(diào)高方式，使用中經(jīng)常用液壓無級(jí)調(diào)高。操作人員需根據(jù)采煤工作面煤層厚度的變化及時(shí)調(diào)整機(jī)械加長(zhǎng)桿的高度（有級(jí)調(diào)高）以滿足支護(hù)要求，如果有級(jí)調(diào)高調(diào)整的不及時(shí)，會(huì)出現(xiàn)支架被壓死或頂空的問題。調(diào)整加長(zhǎng)桿的高度費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。多用于煤層厚度變化較大的中厚煤層支架上。(3)液壓雙伸縮立柱調(diào)高范圍大，屬液壓無級(jí)調(diào)高，操作方便靈活，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工要求高，成本高。該類立柱多用于薄煤層和大采高支架上。由于該類某些缸徑立柱的中缸強(qiáng)度裕度偏小，遇有采煤工作面基本頂壓力顯現(xiàn)強(qiáng)烈時(shí)中缸有時(shí)會(huì)出現(xiàn)鼓脹現(xiàn)象，損壞立柱。(4)三伸縮立柱一般為三級(jí)液壓無級(jí)調(diào)高，有的在雙伸縮立柱上加一段接長(zhǎng)桿，主要是為增加立柱的調(diào)高范圍，以滿足某些特殊結(jié)構(gòu)支架對(duì)立柱增加調(diào)高的要求。國(guó)外較早使用了這種立柱，其調(diào)高范圍很大，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，第三級(jí)缸內(nèi)壓力很高，對(duì)材料和加工都要求很高。目前中國(guó)還沒有研制這種立柱。(5)千斤頂?shù)男褪胶芏?，大多為單伸縮雙作用，個(gè)別為單伸縮單作用千斤頂。按進(jìn)、回液方式可分為外進(jìn)液和內(nèi)進(jìn)液千斤頂，大多為外進(jìn)液的。按活塞固定方式可分為固定活塞式和浮動(dòng)活塞式千斤頂，固定活塞式的占絕大多數(shù)，只有推移千斤頂中有一部分為浮動(dòng)活塞式的。按在液壓支架上的功能可分為推移千斤頂、側(cè)推千斤頂、前梁千斤頂、護(hù)幫千斤頂、伸縮梁千斤頂、平衡千斤頂、防倒千斤頂、防滑千斤頂、調(diào)架千斤頂、底調(diào)千斤頂、抬底座千斤頂?shù)?。用在放頂煤支架的還有尾梁千斤頂、插板千斤頂、拉后輸送機(jī)千斤頂?shù)取?.2.2設(shè)計(jì)方法和手段國(guó)外，從九十年代起已廣泛采用三維仿真和光彈模擬技術(shù)，并通過建立液支架的整體有限元模型開發(fā)出計(jì)算機(jī)仿真軟件系統(tǒng)對(duì)支架的受力進(jìn)行分析，使支架設(shè)計(jì)與實(shí)際工況盡可能的相似，而中國(guó)目前上述技術(shù)正在研究階段，也只對(duì)特殊支架，如國(guó)家重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，部分的采用這種技術(shù)而大批量常規(guī)設(shè)計(jì)并沒有采用。1.2.3國(guó)際上發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)立柱千斤頂所使用的原材料、工藝要求和試驗(yàn)要求等都用大量的標(biāo)準(zhǔn)加以規(guī)定，中國(guó)也相繼制訂了多項(xiàng)行業(yè)系列標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但試驗(yàn)強(qiáng)度總體講低于國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)。特別是疲勞試驗(yàn)，國(guó)內(nèi)千斤頂以額定工作載荷全行程往復(fù)運(yùn)動(dòng)，累計(jì)10000次；立柱升至最大行程，在柱頭和缸底同側(cè)偏心20mm，以額定工作載荷連續(xù)循環(huán)軸向加載，循環(huán)次數(shù)大于2000次，活塞腔加以背壓，大缸活塞桿腔(與小缸活塞桿腔同時(shí))加以泵站公稱壓力降柱，在空載升柱，循環(huán)次數(shù)2000次。歐洲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定立柱或支撐千斤頂液壓行程伸出90%5%。偏心加載進(jìn)行6000次加載循環(huán)，軸向中心加載循環(huán)15000次。全伸出狀態(tài)時(shí)的壓力檢驗(yàn)100次。1.2.國(guó)產(chǎn)液壓支架多采用手動(dòng)操作，其移架速度為12～20秒，部分支架采用電液控制系統(tǒng)，也是對(duì)電液控制部分采用引進(jìn)的模式。國(guó)外支架在液壓控制技術(shù)上已配置故障診斷的預(yù)警裝置，可實(shí)現(xiàn)液壓支架降、移、升和各千斤頂?shù)膮f(xié)同工作以及和采煤機(jī)、刮板機(jī)的聯(lián)動(dòng)和遠(yuǎn)程控制。1.2.(1).缸徑：國(guó)外已達(dá)到Φ500mm中國(guó)目前最大為Φ400mm(2).工藝方法：國(guó)外對(duì)Φ200以內(nèi)深孔為實(shí)現(xiàn)10m長(zhǎng)一次加工，并根據(jù)需要切割而成。中國(guó)目前最長(zhǎng)為3m國(guó)外可采用熱鐓技術(shù)加工油缸，即把金屬加熱至比流動(dòng)狀態(tài)低50～100℃時(shí)，用萬噸水壓機(jī)沿軸向反復(fù)鐓沖加工。成型的缸筒有完整的缸底（不需再焊），同時(shí)對(duì)缸口一般擴(kuò)孔成型，給缸口加工創(chuàng)造條件。國(guó)內(nèi)基本上采用推鏜珩磨或滾壓加工缸筒而后焊接缸底的工藝方法。(3).加工精度國(guó)外一般比國(guó)內(nèi)高一到二級(jí)，如活塞的密封面，國(guó)內(nèi)一般為f9,國(guó)外則為f8,甚至為f7。1.2.6(1).鍍層：國(guó)內(nèi)是錫青銅打底鍍硬鉻；DBT公司是鍍軟鉻加硬鉻，活柱采用化學(xué)鈹特殊材料，波蘭采用不銹鋼皮包活柱技術(shù)，耐腐蝕性更好。(2).穩(wěn)定性：國(guó)外活塞和導(dǎo)向套多采用雙導(dǎo)向環(huán)，穩(wěn)定性好；國(guó)內(nèi)一般為單導(dǎo)向環(huán)。(3).密封：國(guó)內(nèi)采用單一的橡膠或聚氨酯；國(guó)外采用復(fù)合密封，接觸面硬度較大，耐磨性好，內(nèi)部為彈性好的材料，通過這種搭配，密封性能和補(bǔ)償性能強(qiáng)。(4).材質(zhì)：國(guó)內(nèi)均為27SiMn，熱處理硬度為HB240—280；國(guó)外二級(jí)缸采用材質(zhì)較好，熱處理硬度在HB320左右，缸壁薄。1.3以往立柱千斤頂設(shè)計(jì)過程存在的問題1.底閥；2.外缸；3.中缸；4.活柱；5.導(dǎo)向套；6.卡鍵；7.擋圈圖1-1雙伸縮立柱示例目前機(jī)械設(shè)計(jì)的手段依然是以平面制圖為主，三維制圖軟件的應(yīng)用還沒有普及，平面圖中尺寸與尺寸之間雖然有關(guān)聯(lián)性卻沒有互動(dòng)的功能，即圖形不能隨尺寸驅(qū)動(dòng)。在立柱設(shè)計(jì)過程中的主要問題是：制圖工作量大，設(shè)計(jì)效率低；圖紙更改重復(fù)次數(shù)多，出錯(cuò)率高；尺寸更改隨機(jī)性大；強(qiáng)度計(jì)算工作量大，計(jì)算不全面。1.3.1制圖工作量大、效率低在液壓支架設(shè)計(jì)中立柱的設(shè)計(jì)相對(duì)比較精細(xì)，圖紙量大，尺寸、公差、配合比較嚴(yán)格，如圖1所示的雙伸縮立柱，一套圖紙中不包括密封件和底閥的等外購(gòu)件就有30張，圖紙上溝槽多，配合緊湊，制圖工作量大?，F(xiàn)在立柱的設(shè)計(jì)主要是修改性設(shè)計(jì)，即找一套相同或者近似缸徑的設(shè)計(jì)圖紙，根據(jù)需要進(jìn)行行程調(diào)整，實(shí)在無法滿足性能要求時(shí)才對(duì)活塞或者導(dǎo)向套尺寸進(jìn)行優(yōu)化。圖一所示的立柱圖紙中與行程相關(guān)的零件、組件圖有8張，只改動(dòng)行程就需要相應(yīng)變動(dòng)缸體、活塞桿、接頭位置等尺寸，由于沒有參數(shù)化功能，每張圖紙都需手動(dòng)修改，修改工作量大。1.3.2圖紙更改重復(fù)次數(shù)多、出錯(cuò)率高由于立柱關(guān)聯(lián)尺寸較多，平面設(shè)計(jì)方法需要改動(dòng)相關(guān)聯(lián)的每一張圖紙，重復(fù)勞動(dòng)較多，如圖1所示，改動(dòng)行程修要修改8張圖紙，如果改變密封溝槽或者導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)，所有的圖紙都需要更改。在計(jì)算機(jī)上頻繁的切換圖紙、更改尺寸容易產(chǎn)生視覺疲勞，錯(cuò)誤出現(xiàn)的幾率就大，對(duì)于立柱這種關(guān)鍵部件來說，不存在修補(bǔ)的可能，任何一個(gè)環(huán)節(jié)尺寸的推算錯(cuò)誤，就會(huì)給生產(chǎn)造成巨大損失。1.3.3尺寸更改隨機(jī)性大改變立柱行程式立柱設(shè)計(jì)中最簡(jiǎn)單也是最常用的一種設(shè)計(jì)方法，在更改過程中立柱閉合長(zhǎng)度和行程一起變動(dòng)，兩端的活塞和導(dǎo)向套部份長(zhǎng)度不變。但立柱的結(jié)構(gòu)不是一成不變的，適應(yīng)于大采高和大傾角的立柱側(cè)重于穩(wěn)定性方面，加大活塞和導(dǎo)向套長(zhǎng)度來增長(zhǎng)立柱伸出后的重合段，適應(yīng)于薄煤層的立柱更側(cè)重于大的伸縮比，通過減小活塞和導(dǎo)向套長(zhǎng)度來實(shí)現(xiàn)，僅調(diào)節(jié)行程不能滿足性能時(shí)，立柱設(shè)計(jì)的工作主要是重新分配兩端活塞和導(dǎo)向套的尺寸。這時(shí)人為的因素就起了很大的作用，同樣的行程和閉合長(zhǎng)度要求，不同的人選取的更改位置不同，設(shè)計(jì)的圖紙就會(huì)不同，尺寸更改的隨機(jī)性就大。如果采用參量化的設(shè)計(jì)方法，只有一個(gè)尺寸是開放的，可以更改，其余尺寸是不允許更改的，那么不同的人也能設(shè)計(jì)出相同的圖紙，有利于圖紙標(biāo)準(zhǔn)化程度的提高。1.3.4計(jì)算工作量大、不全面立柱在設(shè)計(jì)過程中計(jì)算是最大的工作量，在現(xiàn)在的設(shè)計(jì)中，經(jīng)驗(yàn)值占了一大部分，一般采用類比的方法，小零件的安全系數(shù)不做計(jì)算，除非在實(shí)踐中有損壞現(xiàn)象才去校核，在設(shè)計(jì)時(shí)往往只去計(jì)算缸體、活塞桿等關(guān)鍵件的安全系數(shù)。對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)來說，經(jīng)驗(yàn)和類比所占的比例較多，設(shè)計(jì)中有一定的盲目性。解決復(fù)雜運(yùn)算工作量大的問題可以提高計(jì)算的普及性。1.4立柱和千斤頂在加工、使用中存在的主要問題煤炭科學(xué)院總院北京開采所已設(shè)計(jì)200余種類型的液壓支架，所配用的立柱、千斤頂基本上滿足了支架各種要求，但在諸多方面均存在一些問題。為使立柱、千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)更加合理，可靠性更高，便于加工、使用和維修，90年代初，在改進(jìn)結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化設(shè)計(jì)之前，到用戶和工廠進(jìn)行了一次普遍調(diào)查，了解到存在的一些主要問題。1.4.1加工中的主要問題（1）使用材料的物理機(jī)械性能低于設(shè)計(jì)要求，有的材料甚至是鋼廠的不合格品。（2）沒按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行熱處理或處理的不符合設(shè)計(jì)要求，有的零、部件的加工精度、粗糙度不夠，有的安裝中損壞了零、部件，最常見的是密封件損壞。（3）液壓件裝配前清洗的不干凈，鋼屑等臟物劃壞密封面和密封件。（4）外購(gòu)件不合格。1.4.2使用中的主要問題（1）頂板有異常變化，采煤工作面基本頂來壓強(qiáng)烈，對(duì)支架有沖擊載荷，造成立柱、千斤頂缸內(nèi)壓力過大，安全閥溢流量不夠，損壞支架結(jié)構(gòu)件、立柱和千斤頂。（2）安全閥有銹蝕，煤、巖塵堵塞，開啟壓力超過設(shè)計(jì)的調(diào)定壓力，使支架、立柱、千斤頂過載。（3）管路系統(tǒng)污染嚴(yán)重，堅(jiān)硬顆粒擦傷密封面，失去密封性能。（4）使用的乳化液防腐性能差，使油缸銹蝕嚴(yán)重，不能密封。（5）長(zhǎng)期存放前沒有注入防腐性能好的乳化液，造成油缸銹蝕。庫(kù)房溫度過低，油缸中乳化液凍結(jié)脹壞油缸（缸徑變大）。第2章立柱的形式2.1．液壓?jiǎn)紊炜s立柱液壓?jiǎn)紊炜s立柱的簡(jiǎn)稱為單伸縮立柱，這種立柱只有一段液壓行程S，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，伸縮比最小。由于缸徑大小不受結(jié)構(gòu)的限制，廣泛應(yīng)用在輕型支架中。單伸縮立柱的主要組成零件是：缸體、活柱、活塞、導(dǎo)向套。圖2-1單伸縮立柱A型、D型、E型結(jié)構(gòu)圖2-2單伸縮立柱B型、C型、F型結(jié)構(gòu)2.2．機(jī)械加長(zhǎng)桿立柱機(jī)械加長(zhǎng)桿立柱簡(jiǎn)稱為加長(zhǎng)桿立柱，這種立柱由一段液壓行程S1和機(jī)械行程S2組成二級(jí)伸縮，可靠性高，由于機(jī)械加長(zhǎng)段伸出和縮回時(shí)需要多人配合操作，行程為幾段定長(zhǎng)沒有液壓行程調(diào)節(jié)方便，一般適用于煤層厚度變化不大或者不頻繁的工作面或者端頭、端尾。主要組成零件是：缸體、開口活柱、加長(zhǎng)桿、活塞、導(dǎo)向套。圖2-3加長(zhǎng)桿立柱A型、D型結(jié)構(gòu)圖2-4加長(zhǎng)桿立柱B型、C型、E型結(jié)構(gòu)2.3．液壓雙伸縮立柱液壓雙伸縮立柱簡(jiǎn)稱為雙伸縮立柱，行程S1和S2全是液壓行程，伸縮比最大，二級(jí)缸的底部裝有單向閥，立柱伸出時(shí)先出二級(jí)缸，伸完后缸體內(nèi)增壓打開底閥活柱伸出；立柱縮回時(shí)先縮回二級(jí)缸，二級(jí)缸全部收回時(shí)缸底接觸底閥頂桿，打開底閥，活柱開始收回。由于底閥的作用，在工作狀態(tài)下，二級(jí)缸內(nèi)的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外缸內(nèi)壓力，二級(jí)缸的強(qiáng)度是雙伸縮立柱設(shè)計(jì)的一個(gè)瓶頸。由于伸縮比大，雙伸縮立柱廣泛應(yīng)用用于大采高、薄煤層支架，尤其適用于煤層厚度不均或者采煤高度頻繁變化的工作面。雙伸縮立柱的主要組成零件是：缸體、二級(jí)缸、活柱、活塞、導(dǎo)向套。圖2-5雙伸縮立柱A型、D型結(jié)構(gòu)圖2-6雙伸縮立柱B型、C型、E型結(jié)構(gòu)立柱以缸口的連接形式分類為：螺紋式，卡鍵式?？ㄦI式拆卸方便但零件瑣碎、加工量大；螺紋式加工量小，對(duì)設(shè)備的精度要求高，目前立柱缸口連接類型正在從螺紋式、卡鍵式向矩形螺紋發(fā)展。圖2-7立柱分類層次圖2.4.組成立柱的主要組件、部件和零件立柱主要由活柱組件、缸體部件、缸口導(dǎo)向套組件、加長(zhǎng)桿組件和中缸底閥等組成。2.4.1活柱組件由活柱、密封件、導(dǎo)向環(huán)、活塞導(dǎo)向環(huán)和固定連接件組成。（1）活柱由活塞、柱管和柱頭焊接而成。柱塞一般選用40Cr鋼，柱管大多選用高強(qiáng)度厚壁無縫鋼管，材料可焊性好的調(diào)質(zhì)鋼，常用的有27SiMn、25CrMo等；柱頭多選用35號(hào)等強(qiáng)度高、可焊性好的鋼材。組焊后精加工外表面，并要求有較高的光潔度以滿足密封性能的要求。柱管工作時(shí)經(jīng)常伸出在外面與采煤工作面的腐蝕性氣體、液體接觸，有時(shí)也會(huì)受到某些物件、煤、矸石的砸碰，為適應(yīng)上述工作環(huán)境的要求，柱管表面大都鍍?nèi)榘足t和硬锘，以增強(qiáng)抗腐蝕、耐摩擦和抗砸碰的能力。柱塞應(yīng)具有良好的密封性、可焊性、耐摩性及沖擊和振動(dòng)的性能。（2）密封件種類較多，常用的形式有鼓形密封圈、山形密封圈和蕾形密封圈。鼓形密封圈耐壓力高，可達(dá)60MPa，能雙向密封，拆裝方便，應(yīng)用較多。主要缺點(diǎn)是高度和寬度都大，影響行程。在雙伸縮立柱上使用不夠合理，并使柱塞結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加制造成本；山形密封圈的斷面小，使立柱的結(jié)構(gòu)緊湊，行程增加，并使柱塞的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，造價(jià)降低，但安裝時(shí)需要專用工具，這種密封圈是80年代中期研制的，較鼓形圈出現(xiàn)的晚，但因其優(yōu)點(diǎn)較多，推廣使用的較快；蕾形密封圈狀如花蕾，具有耐壓高、防擠性能強(qiáng)、密封可靠和壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，但由于造價(jià)高，使用數(shù)量較少。（3）活塞導(dǎo)向環(huán)與鼓形或山形密封圈配合，有防擠、導(dǎo)向和減摩作用，大都由聚甲醛制造。（4）外導(dǎo)向環(huán)直接裝在柱塞或裝到外卡鍵上，起導(dǎo)向、減摩作用，由聚甲醛制造。（5）固定連接件包括支撐環(huán)和外卡鍵。支撐環(huán)起托住鼓形密封圈和活塞導(dǎo)向環(huán)的作用；外卡鍵用于固定密封件和導(dǎo)向環(huán)，以保證在液壓作用下不竄動(dòng)、不脫落。（6）限位方式常用的有3種：鋼絲限位、限位套限位和柱塞凸臺(tái)限位。大多數(shù)用柱塞凸臺(tái)方式限位，立柱長(zhǎng)度大、行程大時(shí)用限位套限位。如下圖所示（a）（b）（c）圖2—8柱塞密封、導(dǎo)向及限位方式a——鋼絲限位；b——柱塞突臺(tái)限位；c——限位套限位1—外導(dǎo)向環(huán)；2—外卡鍵；3—支撐環(huán)；4—活塞導(dǎo)向環(huán)；5—密封圈；6—柱塞；7—缸體；8—柱管；9—限位鋼絲；10—限位套2.4.2缸體部件缸體主要由缸底和缸筒焊接而成，缸底與支架底座鉸接。缸體是立柱主要承載件之一。（1）缸底大部分采用球頭形，少數(shù)采用反球頭形，這主要是為了減少偏載作用和適應(yīng)立柱在底座上傾斜布置的要求，大多選用強(qiáng)度高、焊接性能好的35號(hào)鋼鍛造而成。（2）缸筒需承受高壓液體的作用，且要保證工作人員的安全，故要求材料的強(qiáng)度高，一般要求，延伸率大于12%。國(guó)內(nèi)常用27SiMn、25CrMo4等材質(zhì)的無縫鋼管加工而成。缸筒內(nèi)表面是高壓密封面，要求較高的加工精度和粗糙度。我國(guó)缸筒內(nèi)表面一般不鍍防腐層，基本上可以滿足使用要求。（3）通液管是缸底通向閥接板的通道，鋼管的焊接性能好，材料一般為20號(hào)、15號(hào)鋼，內(nèi)徑為10——16mm，壁厚一般為6mm。當(dāng)立柱通過膠管與控制塊相連時(shí)可不需要此鋼管。2.4.3缸口導(dǎo)向套組件（1）導(dǎo)向套在活柱升降時(shí)起導(dǎo)向作用，與活塞桿間的間隙較小，要承受外載對(duì)活柱的橫向力，多采用40Cr和27SiMn等材料制造。（2）導(dǎo)向環(huán)多用聚甲醛制造，嵌于導(dǎo)向套內(nèi)表面的溝槽中。導(dǎo)向環(huán)與活柱接觸緊密，是一對(duì)硬度相差較大的摩擦副，有減摩作用，可防止活柱和導(dǎo)向套相互擦傷。（3）密封件為單向密封的蕾形密封圈，其上一般裝有用聚甲醛制造的起防擠作用的擋圈。（4）防塵圈用來防止活柱表面的煤塵、巖塵和贓物進(jìn)入油缸和液壓系統(tǒng)，保證密封可靠，減少零件磨損。有JF型和GF型（有骨架）兩種防塵圈，現(xiàn)多用JF型。（5）導(dǎo)向套與缸口連接方式有螺紋連接、卡環(huán)連接和鋼絲連接3種，前兩種連接方式使用較多。2.4.4接長(zhǎng)桿組件（1）接長(zhǎng)桿用來增加立柱的伸縮值，采用圓鋼加工而成。在機(jī)械調(diào)高的分級(jí)部位加工成環(huán)形槽，以便扣入承載卡環(huán)。加長(zhǎng)桿頭部結(jié)構(gòu)與尺寸與活柱柱頭相同。（2）卡環(huán)是傳力件，一般制成半環(huán)形，以便于裝入加長(zhǎng)桿的環(huán)形槽中，要求用強(qiáng)度高的鋼材加工。（3）固定連接件包括套在卡環(huán)外面起固定作用的鋼套和固定鋼套的銷子。缸口連接、活柱導(dǎo)向、密封、防塵方式等，如圖所示（a）(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)(j)圖2—9缸口連接、活柱導(dǎo)向、密封和防塵方式a、b–單伸縮內(nèi)螺紋連接；c、d–雙伸縮內(nèi)螺紋連接；e–單伸縮卡環(huán)連接；f–雙伸縮卡環(huán)連接g–單伸縮外螺紋連接；h、i、j–單伸縮彈簧鋼絲連接；1-缸體；2-導(dǎo)向套；3-活柱；4-導(dǎo)向環(huán)；5-密封圈；6-防塵圈；7-連接鋼絲；8-卡環(huán)；9-擋圈；10-中缸體；11-支撐環(huán)2.4.5底閥底閥用于控制雙伸縮立柱二級(jí)缸與活柱的伸縮順序，并保持二級(jí)缸獲得與一級(jí)缸相同工作阻力。它是機(jī)械開啟的單向閥，其液壓開啟力可以調(diào)整，以便保證升柱時(shí)首先伸出一級(jí)缸，其結(jié)構(gòu)如圖圖2—10雙伸縮立柱底閥總結(jié)：立柱各部分的特點(diǎn)組成基本要求與特點(diǎn)缸體缸筒要求材料強(qiáng)度高，能承受高壓，一般要求要求材料延伸率高，一般，保證缸筒在高壓作用下不致發(fā)生脆裂，防止井下發(fā)生傷人等事故要求材料可焊性好。國(guó)內(nèi)常用27SiMn、25CrMo4等材料一般缸筒用無縫鋼管，經(jīng)加工而成。缸筒內(nèi)表面是活塞的密封表面，所以要求較高的加工精度與粗糙度。我國(guó)一般要求配合精度為，表面粗糙度--(--)缸筒內(nèi)表面與乳化液接觸，要求耐腐蝕，但除特殊要求外，一般無需鍍層，便可滿足要求缸底為減少立柱受偏載作用，以及掩護(hù)式與支撐掩護(hù)式支架中適應(yīng)立柱傾角位置的變化，大部分立柱缸底采用球頭形式；個(gè)別厚煤層支架用立柱缸底則采用反球頭形式要求材料強(qiáng)度高，可焊性好。一般鍛壓加工而成活柱活柱筒對(duì)材料強(qiáng)度、延伸率及可焊性等要求與缸筒的要求相同大部分是由合金無縫鋼管與柱頭、活塞縫焊接加工而成，個(gè)別小直徑立柱的活柱采用圓鋼加工而成活柱外表面必須耐磨、耐腐蝕，要求與導(dǎo)向套的配合精度一般，表面粗糙度為--(--)表面要有防腐耐磨鍍層。常用的為雙層鍍鉻，如先鍍?nèi)榘足t，后鍍硬鉻，可用銅打底，鍍硬鉻或鍍銅等活塞組件活塞要求活塞組件具有良好的密封性能、耐磨損性能及承受外力的沖擊和振動(dòng)等性能大部分立柱的活塞直接焊在活柱上，零件少，密封環(huán)節(jié)少，可靠性高個(gè)別采用小斷面密封件的雙伸縮立柱活塞直接在活柱筒上加工而成，沒有專門的活塞個(gè)別立柱采用組裝活塞式結(jié)構(gòu)，零件多，增加了密封環(huán)節(jié)。大部分用于各類千斤頂，目前應(yīng)用較少密封圈鼓形密封圈。它是由兩個(gè)夾不U形橡膠圈中間夾一塊橡膠壓制而成的整體實(shí)心密封圈。這種密封圈的優(yōu)點(diǎn)是耐壓力高，可適應(yīng)工作壓力2—60MPa；可以雙向密封，裝拆方便，活塞結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用較多。主要缺點(diǎn)是斷面較大，影響立柱行程的發(fā)揮，用于雙伸縮立柱時(shí)不太合理，其密封圈的制造比較復(fù)雜山形密封圈。它是一種山字形小斷面橡膠密封圈，主要優(yōu)點(diǎn)是除了能滿足鼓形密封圈的各種性能之外，外形尺寸與斷面較小，因此可保證立柱結(jié)構(gòu)更合理緊湊，多用于雙伸縮立柱的活塞密封梯形密封圈。這也是一種類似于山形密封圈的小斷面純橡膠密封圈，其優(yōu)點(diǎn)與山形的相似，多用于雙伸縮立柱導(dǎo)向環(huán)與鼓形密封圈相配合的為L(zhǎng)W型活塞導(dǎo)向環(huán)，雙向都有。一般由聚甲醛制成。其功能有防擠、導(dǎo)向及減磨與山形密封圈相配合的為雙向聚四氟乙烯擋圈與聚四氟乙烯楔形支承環(huán)與梯形密封圈相配合的雙向聚甲醛導(dǎo)向環(huán)限位方式限位結(jié)構(gòu)的功能是增加活柱與缸體的重合段長(zhǎng)度，保證立柱的最大行程高度時(shí)的穩(wěn)定性與安全可靠性常用的有鋼絲環(huán)限位，距離套限位等方式，或者根據(jù)結(jié)構(gòu)允許無限位，即直接用活柱臺(tái)階或活塞限位。其中后兩種限位方式比較可靠，應(yīng)用較廣連接固定卡鍵連接固定連接卡鍵為剖分式結(jié)構(gòu)，便于裝拆。用于在軸向?qū)⒚芊狻?dǎo)向組件等固定，以便保證在壓力作用下不竄動(dòng)，不脫落，保證可靠的密封與導(dǎo)向。多用于焊接活塞結(jié)構(gòu)，也用于組裝活塞結(jié)構(gòu)螺釘壓帽固定多用于組裝活塞結(jié)構(gòu)。一般用螺母壓緊固定，用螺釘與防松堵防松缸口導(dǎo)向組件導(dǎo)向套導(dǎo)向套在活柱升降時(shí)起導(dǎo)向作用。它與活塞桿表面既要緊密接觸又要?jiǎng)幼黛`活，同時(shí)要承受住由外部載荷對(duì)活塞桿形式的橫向壓力、彎曲及振動(dòng)等影響目前多采用聚甲醛的DM導(dǎo)向環(huán)壓裝到導(dǎo)向套內(nèi)。導(dǎo)向環(huán)與活柱之間無間隙，而導(dǎo)向套內(nèi)孔與活柱之間則留有間隙。導(dǎo)向套也可采用銅合金等材料制做，目前使用較少密封圈蕾形密封圈。它是由一個(gè)夾布U形橡膠圈與唇內(nèi)夾橡膠壓制而成的單向?qū)嵭拿芊馊傩蚊芊馊γ芊饪煽浚m于工作壓力<60MPa；裝配方便，但密封圈本身的加工較復(fù)雜某些情況下，雙伸縮立柱也采用小斷面密封件，使結(jié)構(gòu)緊湊固定密封，一般采用O形密封圈加擋圈防塵圈防止活柱上的粉塵贓物帶入油缸，保證可靠密封，減少零件磨損一般有JF型橡膠防塵圈與GF型骨架式防塵圈可供選用。后者不易翻出，可靠性好，但成本較高缸口連接螺紋連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，連接可靠，但加工困難，而且在井下使用久了容易生銹，拆裝不方便鋼絲連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但裝拆較麻煩，耐壓不高卡環(huán)連接，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。主要傳力件是卡環(huán)。為安裝方便，采用割分結(jié)構(gòu)，缸口尚需固定。這種結(jié)構(gòu)耐壓高、裝拆容易機(jī)械加長(zhǎng)加長(zhǎng)桿為優(yōu)質(zhì)圓鋼加工而成。在機(jī)械調(diào)高的分級(jí)部位加工出卡槽帶機(jī)械加長(zhǎng)段時(shí)，柱頭與加長(zhǎng)桿為一體，要求其結(jié)構(gòu)尺寸與活柱頭相同卡環(huán)卡環(huán)是傳力件，要求強(qiáng)度高，端面平行度好一般卡環(huán)為兩個(gè)半圓環(huán)，以便裝入加長(zhǎng)桿的卡槽內(nèi)固定連接一般包括套在卡環(huán)外面的鋼套、銷軸等，用作限位固定底閥作用：在雙伸縮立柱中控制二級(jí)缸與活柱的伸縮順序，并保證兩極缸獲得相同恒定工作阻力原理特點(diǎn)：是機(jī)械（頂桿）控制的一種單向閥，其開啟壓力可以調(diào)整，以便保證升柱時(shí)首先動(dòng)作一級(jí)缸其它連接件立柱的進(jìn)液連接大都采用外進(jìn)液方式，即接頭布置在油缸體上。這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，但在搬運(yùn)中要注意砸壞接頭與管子內(nèi)進(jìn)液是指接頭均布置在活柱上，活柱內(nèi)焊鋼管或打長(zhǎng)孔。這種方式結(jié)構(gòu)緊湊，搬運(yùn)時(shí)不易損傷，但加工第3章立柱的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算隨著煤炭行業(yè)的快速發(fā)展，煤機(jī)制造行業(yè)技術(shù)的飛速提高，對(duì)液壓支架的要求也越來越高了，目前我們已能生產(chǎn)雙柱支護(hù)強(qiáng)度為10800KN，支護(hù)高度達(dá)6.3m的液壓支架，以無法同以前類比設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)，而必須立足于我國(guó)現(xiàn)有的材料和工藝為基礎(chǔ)，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。3.1立柱計(jì)算原則液壓支架立柱的受力狀態(tài)隨工作面地質(zhì)條件的變化而變化。立柱是液壓支架的主要承載部件，其受力狀況也隨著夜壓支架的變化而改變，因而，根據(jù)立柱的實(shí)際受力工況對(duì)立柱進(jìn)行受力分析是不現(xiàn)實(shí)的。立柱的室內(nèi)型式試驗(yàn)規(guī)范是綜合了礦壓、立柱實(shí)際使用條件、支護(hù)系統(tǒng)特征等因素對(duì)立柱承載能力提出的要求，因而，進(jìn)行立柱設(shè)計(jì)時(shí)，一般按照型式試驗(yàn)規(guī)范的加載方式作為邊界條件進(jìn)行計(jì)算。我國(guó)現(xiàn)實(shí)行的標(biāo)準(zhǔn)還是MT313—92標(biāo)準(zhǔn)，但新的立柱試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)討論稿已于2006年11月向各煤機(jī)生產(chǎn)企業(yè)及煤機(jī)使用企業(yè)發(fā)出，該標(biāo)準(zhǔn)主要是在兼顧我國(guó)生產(chǎn)基礎(chǔ)的條件下，參考?xì)W洲現(xiàn)有的1804—2標(biāo)準(zhǔn)提出的，相對(duì)的試驗(yàn)條件比現(xiàn)有的313—92標(biāo)準(zhǔn)更為苛刻。具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面MT313—92標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)立柱進(jìn)行室內(nèi)型式試驗(yàn)時(shí)，要求立柱在最大高度條件下必須滿足以下三個(gè)條件：1)能承受倍的額定載荷作用；2)兩端同側(cè)偏心30mm，能承受倍額定載荷作用。3)耐久性試驗(yàn)的次數(shù)為不少于2000次及累計(jì)行程不少于300m，要求立柱底閥開啟。討論稿中依據(jù)的歐洲標(biāo)準(zhǔn)對(duì)立柱的試驗(yàn)時(shí)，要求立柱在最大高度條件下必須滿足以下三個(gè)條件：1)能承受2倍的額定載荷作用。2)一端對(duì)中一端偏心，偏心的距離按照立柱球頭的半徑來定為，能承受倍額定載荷作用。3)耐久性能的試驗(yàn)次數(shù)為偏心加載6000次，要求立柱底閥開啟；對(duì)中加載15000次，加載載荷為倍額定載荷作用。對(duì)于這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的比較，一般應(yīng)采用新的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的載荷條件要求對(duì)立柱強(qiáng)度校核。3.2立柱設(shè)計(jì)立柱是液壓支架的主要承載與高度調(diào)節(jié)件。它除了要具有較高的承載能力外，還應(yīng)有較大的伸縮行程，以滿足支架工作高度的要求。在厚煤層開采中，為了增大支架對(duì)煤層厚度變化的適應(yīng)性，常需使支架的伸縮比較大。此時(shí)，單伸縮立柱就難以滿足要求。雖然采用在支架上裝設(shè)機(jī)械加長(zhǎng)桿的方法，在一定程度上可以擴(kuò)大其調(diào)高范圍。但機(jī)械加長(zhǎng)桿在安裝后就成為固定活塞桿，需要調(diào)節(jié)時(shí)裝拆比較困難。目前，在國(guó)內(nèi)外一些大高度的新型支架上日益采用伸縮式立柱。由于本設(shè)計(jì)的采高的變化范圍較小，因此采用單伸縮立柱結(jié)構(gòu)。3.2.1立柱缸筒內(nèi)徑的確定立柱缸筒內(nèi)徑按下列公式計(jì)算：（3.1）式中：——立柱缸筒內(nèi)徑，；F——支架承受的理論總載荷力，;——安全閥額定工作壓力，，已知；圓整，取。3.2.2泵站壓力的確定本設(shè)計(jì)選用型乳化液泵站，壓力，考慮各種損失，按計(jì)算。故取3.2.3立柱初撐力的計(jì)算（3.2）式中：——立柱初撐力，;——泵站壓力，。代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得：3.2.4立柱工作阻力的計(jì)算（3.3）式中：——單根立柱工作阻力，；——安全閥額定工作壓力，。代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得： 3.2.5立柱缸支架立柱的壁厚一般為,即中等壁厚，按下式計(jì)算：（3.4）式中：——缸內(nèi)工作壓力，；——考慮管壁公差即侵蝕的附加厚度，一般取；——強(qiáng)度系數(shù)，無縫鋼管??；——缸體材料許用應(yīng)力，，缸體選用，——立柱缸筒內(nèi)徑，。代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得：圓整，取故缸筒外徑缸筒內(nèi)徑3.3立柱強(qiáng)度驗(yàn)算3.3.1立柱缸筒強(qiáng)度驗(yàn)算1.缸體壁厚驗(yàn)算對(duì)最終采用的缸筒厚度應(yīng)作四方面的驗(yàn)算：A）額定工作壓力應(yīng)低于一定極限值，以保證工作安全：B）同時(shí)額定工作壓力也應(yīng)與完全塑性變形壓力有一定的比例范圍，以避免塑性變形的發(fā)生；式中：——缸筒發(fā)生完全塑性變形的力由于故——缸筒材料屈服強(qiáng)度（MPa）C）此外，尚須驗(yàn)算缸筒徑向變形應(yīng)處在允許范圍內(nèi)：式中：——缸筒耐壓實(shí)驗(yàn)壓力（MPa）——缸筒材料彈性模數(shù)（MPa）合金鋼取——缸筒材料泊桑系數(shù)鋼材取查相關(guān)手冊(cè)得該型密封圈的變動(dòng)范圍為5.1mm故變形量不超過密封圈允許范圍D）最后，還應(yīng)驗(yàn)算缸筒的爆裂壓力式中：——缸筒材料的抗拉強(qiáng)度由于綜合以上，所選缸筒厚度符合要求3.4一級(jí)缸的相關(guān)計(jì)算3.4.1一級(jí)缸的外徑的確定根據(jù)缸筒的內(nèi)徑和密封手冊(cè)，取3.4.2一級(jí)缸壁厚的計(jì)算支架立柱的壁厚一般為,即中等壁厚，按下式計(jì)算：（4.4）式中：——缸內(nèi)工作壓力，；——考慮管壁公差即侵蝕的附加厚度，一般??；——強(qiáng)度系數(shù)，無縫鋼管??；——缸體材料許用應(yīng)力，，缸體選用，——立柱缸筒內(nèi)徑，。代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得：圓整，取故缸筒外徑缸筒內(nèi)徑3.5一級(jí)缸的強(qiáng)度驗(yàn)算3.51.缸體壁厚驗(yàn)算對(duì)最終采用的缸筒厚度應(yīng)作四方面的驗(yàn)算：A）額定工作壓力應(yīng)低于一定極限值，以保證工作安全：B）同時(shí)額定工作壓力也應(yīng)與完全塑性變形壓力有一定的比例范圍，以避免塑性變形的發(fā)生；式中：——缸筒發(fā)生完全塑性變形的力由于故——缸筒材料屈服強(qiáng)度（MPa）C）此外，尚須驗(yàn)算缸筒徑向變形應(yīng)處在允許范圍內(nèi)：圖4-11該圖表明外缸的撓度及轉(zhuǎn)角的變化情況，最大撓度出現(xiàn)在外缸的頭部為，最小撓度在外缸的底部為，符合邊界條件，撓度變化為。最大轉(zhuǎn)角出現(xiàn)在外缸的頭部為，最小轉(zhuǎn)角出現(xiàn)在外缸底部為，轉(zhuǎn)角變化為，從結(jié)果看外缸的剛性界于活柱與中缸之間。從計(jì)算的結(jié)果還可以得出，立柱在偏載的作用下的總體變形情況為兩頭高，中間低的拱形。依據(jù)臨界力的計(jì)算公式，也可以計(jì)算出，該立柱的臨界力為35243KN，安全系數(shù)達(dá)6.5。符合工程設(shè)計(jì)要求。第5章基于Matlab軟件的中缸的受力分析MATLAB語言是美國(guó)Mathworks公司研制開發(fā)的大型計(jì)算軟件，自1985年問世以來，特別是1993年4.xWindows版本的出現(xiàn)，使得MATLAB語言的使用獲得了巨大的發(fā)展?，F(xiàn)在的主流版本已支持64位的Matlab2006版。它的強(qiáng)大的矩陣處理與運(yùn)算功能、豐富的圖形繪制能力深受用戶的青睞。該軟件有著良好的輸入輸出接口，兼容C，C++等高級(jí)語言，有大量的數(shù)學(xué)原函數(shù)庫(kù)，在使用中可以調(diào)用，另具有諸如控制、信號(hào)處理，曲線擬合、非線性分析等工具箱，特別適合于工程運(yùn)算還支持符號(hào)運(yùn)算?，F(xiàn)就6.3m液壓支架立柱的工況進(jìn)行強(qiáng)度分析和參數(shù)尋優(yōu)。已知條件為單柱工作阻力為5400KN，現(xiàn)有的材料為,工藝條件確定了油缸的最大加工直徑不大于450，缸筒的壁厚小于50。油缸的內(nèi)徑一般依據(jù)密封圈的尺寸進(jìn)行選擇，一般是5的倍數(shù)。根據(jù)已知的條件，結(jié)合已有的設(shè)計(jì)進(jìn)行類比，可以確定缸壁的厚度應(yīng)該在35—50，初步定45進(jìn)行計(jì)算得下圖。圖5-1中缸壁厚45mm時(shí)內(nèi)徑—應(yīng)力圖由上圖可知當(dāng)壁厚為45時(shí)，中缸的內(nèi)徑在350—400之間比較合理。當(dāng)設(shè)定壁厚為40時(shí)，計(jì)算結(jié)果如下：圖5-2中缸壁厚40mm時(shí)內(nèi)徑—應(yīng)力圖由上圖可以看出在最大應(yīng)力為400時(shí)，中缸的內(nèi)徑在400—500之間，現(xiàn)在的工藝條件很難達(dá)到要求。因此可以確定，中缸的壁厚應(yīng)該選45比較合理。再以壁厚為45為條件進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算得出下圖：圖5-3中缸壁厚45mm時(shí)直徑—應(yīng)力圖當(dāng)外圓直徑為380，工作阻力為6000，加載系數(shù)為1.5時(shí)，改變內(nèi)徑數(shù)值進(jìn)行搜索，從圖中可以看出該應(yīng)力曲線具有最小值，內(nèi)徑在260左右，此時(shí)的壁厚為60，現(xiàn)有的材料很難達(dá)到要求，因此選用280，此時(shí)的最大應(yīng)力580小于許用的屈服應(yīng)力。經(jīng)過上面的計(jì)算分析，對(duì)于此立柱中缸的參數(shù)可選擇為：外徑380，內(nèi)徑290，壁厚45，再次調(diào)用程序計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)證：圖5-4中缸壁厚45mm時(shí)直徑方向應(yīng)力圖由上圖可以看出應(yīng)力的最大點(diǎn)出現(xiàn)在內(nèi)壁上，最大應(yīng)力約為580小于600，基本滿足要求，但安全系數(shù)較低，在實(shí)際使用中可能會(huì)因?yàn)橐簤合到y(tǒng)的沖擊而產(chǎn)生塑性變形，從而影響立柱的密封性能?？梢赃m當(dāng)調(diào)整內(nèi)圈的尺寸，當(dāng)內(nèi)圈尺寸為280時(shí)，通過計(jì)算得到下圖。圖5-5中缸壁厚50mm時(shí)直徑方向應(yīng)力圖由上圖可以看出，內(nèi)圈的最大應(yīng)力為567較上面580略小一些，安全系數(shù)為。由此可以看出在不改變中缸截面積的前提下，僅僅依靠增加壁厚，很難提高中缸內(nèi)壁的最大應(yīng)力。看來要提高中缸的可靠性主要應(yīng)采用提高工藝手段的方式進(jìn)行。比如歐洲的立柱材料的屈服強(qiáng)度基本在800以上，如果是那樣那么安全系數(shù)為，其次是在加工中讓內(nèi)表面強(qiáng)化，比如現(xiàn)階段使用的冷滾壓加工工藝，也可以使中缸內(nèi)壁的屈服強(qiáng)度提高。下面再來看中缸沒有伸出外缸部分的應(yīng)力分布情況，假設(shè)在工作阻力下中缸的內(nèi)壓為，中缸的外壓為外缸的內(nèi)壓，代入程序計(jì)算得下圖：圖5-6中缸壁厚50mm時(shí)直徑方向應(yīng)力圖由上圖可以看出，最大應(yīng)力仍出現(xiàn)在中缸的內(nèi)壁上，但最大應(yīng)力已大為降低，只有，安全系數(shù)，因此可以得出中缸的塑性變形主要出現(xiàn)在中缸伸出外缸的那部分，也可以解釋在實(shí)際使用中，由于受到支撐頂板的強(qiáng)力沖擊，立柱的中缸伸出部最容易產(chǎn)生塑性變形，使中缸不能縮回外缸中的情況。用Matlab編制的缸體應(yīng)力分析程序不僅可以計(jì)算油缸的強(qiáng)度，還可以分析應(yīng)力的分布趨勢(shì)，及各結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)應(yīng)力的影響，為提高設(shè)計(jì)效率，加強(qiáng)設(shè)計(jì)依據(jù)提供了有效的手段。外缸的計(jì)算方法，可以應(yīng)用中缸的計(jì)算程序，一般只要假設(shè)即可。對(duì)上述外缸的內(nèi)徑為400，壁厚為30，內(nèi)壓為42時(shí)的計(jì)算結(jié)果如下：油缸的強(qiáng)度校核計(jì)算對(duì)比，并以測(cè)試結(jié)果為依據(jù)從而找出兩種計(jì)算方法的共性及變異。選擇合理的計(jì)算方法。圖5-7外缸直徑方向應(yīng)力圖缸體的最大應(yīng)力出現(xiàn)在外缸的內(nèi)壁，應(yīng)力為立柱結(jié)構(gòu)合理化6.1柱塞密封結(jié)構(gòu)目前，國(guó)內(nèi)用于立柱柱塞密封的密封圈形式有3種：鼓形密封圈、山形密封圈和楔形密封圈。鼓形密封圈使用的較早，使用的數(shù)量也多，但其斷面大，對(duì)擴(kuò)展立柱行程有一定影響，尤其對(duì)雙伸縮立柱行程的影響較大。鼓形密封圈的結(jié)構(gòu)和柱塞結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造成本高。為滿足液壓支架發(fā)展的需要，煤炭科學(xué)院總院北京開采所研制了SH系列山形密封圈，其主要特點(diǎn)是：斷面小，可增大立柱的伸縮比，擴(kuò)大支架適用范圍；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造，成本低；密封面貼有伸縮性好的斜紋布，摩擦阻力小，動(dòng)作靈活；簡(jiǎn)化了活塞頭結(jié)構(gòu)，并減少了零件數(shù)量，提高了密封圈結(jié)構(gòu)的可靠性，降低了造價(jià)。SH系列山形密封圈于1987年研制成功，推廣使用后取得了較大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。為提高密封可靠性，曾對(duì)密封溝槽尺寸做了部分修改，小規(guī)格的山形密封圈因其伸縮量小，裝配布慎易出現(xiàn)局部損壞，因此，改為純橡膠制作。SH系列山形密封圈溝槽尺寸已經(jīng)列入MT/T576——1996《液壓支架立柱、千斤頂活塞和活塞桿用帶支撐環(huán)的密封圈溝槽型式、尺寸和公差》標(biāo)準(zhǔn)中。6.2SH山形密封圈與配套使用的SHJ型活塞導(dǎo)向環(huán)（1）山形密封圈斷面形狀如圖6—1所示，尺寸系列見表6—1圖61山形密封圈斷面表61山形密封圈尺寸系列單位：mm組別型號(hào)參數(shù)DBB1B2HH1一組SH63x6.56314816.52.5SH80x7.58014816.52.5二組SH100x7.510016101.257.53SH125x7.512516101.257.53三組SH140x91401913293.5SH160x91601913293.5SH180x91801913293.5四組SH200x1120023172114SH230x1123023172114注：適合工作壓力。它與兩個(gè)SHJ型活塞導(dǎo)向環(huán)配套使用（2）SHJ活塞導(dǎo)向環(huán)斷面形狀見圖62，尺寸系列見表62。圖62SHJ活塞導(dǎo)向環(huán)斷面表62SHJ活塞導(dǎo)向環(huán)尺寸系列單位：mm組別型號(hào)參數(shù)DH1H2BB1一組SHJ—63633.53129SHJ—80803.53129二組SHJ—1001003.53129SHJ—1251253.53129三組SHJHJ—16016043129SHJ組SHJ—20020053129SHJ—23023053129注：SHJ型活塞導(dǎo)向環(huán)與山形橡膠密封圈配套使用。（3）雙伸縮立柱用山形密封圈和鼓形密封圈的柱塞布置對(duì)比楔形密封圈雖已研制，但沒推廣使用。根據(jù)用戶的要求，煤炭科學(xué)研究總院北京開采研究所設(shè)計(jì)了使用鼓形密封圈的立柱。6.3缸口的連接立柱缸口連接的結(jié)構(gòu)型式較多，可歸納為3種：螺紋連接，這種連接方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，連接可靠，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化裝、卸，但加工時(shí)需保證同心度；卡鍵連接，本連接方式結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但裝拆容易，便于維修；鋼絲連接（方形和圓形鋼絲），結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但拆卸困難，維修不便。這3種連接方式各有特點(diǎn)，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用單位看法不太一致，前兩種連接方式使用較多。煤炭科學(xué)研究總院北京開采所根據(jù)多年設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用經(jīng)驗(yàn)，在這次立柱和千斤頂?shù)南盗谢?、?biāo)準(zhǔn)化和通用化的設(shè)計(jì)中，立柱缸口連接大多采用螺紋連接。但為滿足用戶的要求，也設(shè)計(jì)了卡鍵連接方式。6.4統(tǒng)一焊縫坡口形式及尺寸早期設(shè)計(jì)的立柱缸底與缸筒、活柱柱塞、柱頭與柱管的焊接坡口形式及尺寸不統(tǒng)一，有些偏大，有些偏小。前者焊接工作量大、易變形，后者影響熔深，因而影響焊縫強(qiáng)度?，F(xiàn)在，根據(jù)GB895——88《氣焊、手工電弧焊及氣體保護(hù)焊焊縫坡口的基本形式與尺寸》統(tǒng)一了坡口形式及尺寸。缸底與缸筒之間單邊“V”形坡口，坡口設(shè)在缸筒上，坡口角為。柱管與柱頭、柱塞之間為雙邊“V”形坡口，坡口角。6.5解決缸口漏夜調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，有些大缸徑立柱缸口漏夜，部位多為“O”形密封圈處，原因是原設(shè)計(jì)采用動(dòng)密封圈溝槽尺寸，這種密封溝槽尺寸對(duì)“O”形密封圈初始?jí)嚎s量偏小，造成漏夜。在目前的系列設(shè)計(jì)中，根據(jù)“O”形密封圈公差值及溝槽尺寸極限值的計(jì)算，將溝底尺寸做了調(diào)整，保證組裝后對(duì)“O”形密封圈有合理的預(yù)壓縮量，以解決缸口漏夜問題。6.6導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)改進(jìn)過去立柱外導(dǎo)向套采用的結(jié)構(gòu)其材料為20號(hào)鋼，由于實(shí)際使用中不會(huì)出現(xiàn)全伸內(nèi)加載狀態(tài)，沒發(fā)現(xiàn)過導(dǎo)向套與柱塞肩部（或限位套）接觸面壓壞。但按MT312—92《液壓支架通用技術(shù)條件》規(guī)定的強(qiáng)度試驗(yàn)要求，需將立柱升至全行程，活塞腔加壓至額定泵壓的125%，持續(xù)5min，考核導(dǎo)向套與活塞限位部接觸面的強(qiáng)度。在這種條件下試驗(yàn)，20號(hào)鋼的抗壓強(qiáng)度不夠，經(jīng)計(jì)算壓應(yīng)力有的達(dá)325.2MPa，遠(yuǎn)大于20號(hào)鋼的屈服限200MPa。為此，設(shè)計(jì)中將導(dǎo)向套材料改為40Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處。為避免導(dǎo)向套與活柱直接摩擦造成活柱和導(dǎo)向套擦傷，故采用帶有聚甲醛制成的導(dǎo)向環(huán)結(jié)構(gòu)。6.7簡(jiǎn)化立柱結(jié)構(gòu)采用山形密封圈密封使立柱柱塞頭的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，省去使用鼓形密封圈時(shí)的支撐環(huán)、卡鍵，降低了加工成本，提高了可靠性，也有利于增加立柱的伸縮值。6.8提高標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化水平按支架發(fā)展的要求，設(shè)計(jì)了系列缸徑、系列高度多種結(jié)構(gòu)的立柱。相同缸徑的立柱缸底、柱塞、導(dǎo)向套等零件均為共用件，這樣就加快了設(shè)計(jì)進(jìn)度，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和可靠性，也便于加工、使用和維護(hù)。6.9加大進(jìn)回液孔徑立柱上的所有進(jìn)回液孔徑和通液管內(nèi)徑都有所加大，減少了進(jìn)回液阻力，有利于提高移架速度。6.10加大連接銷軸直徑加大柱頭、機(jī)械接長(zhǎng)桿的頭部和中部與套環(huán)連接銷軸直徑，以及缸底連接用的半圓形銷槽直徑，增加了立柱與頂梁、底座的連接強(qiáng)度，解決了使用中這些地方銷子彎曲、斷裂等強(qiáng)度不夠的問題。參考文獻(xiàn)：[1]雷天覺.液壓工程手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社,1990[2]劉鴻文.簡(jiǎn)明材料力學(xué).高等教育出版社,1995[3]王啟廣、李炳文、黃嘉興.采掘機(jī)械與支護(hù)設(shè)備.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2006[4]甘永立.幾何量公差與檢測(cè).上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2005[5]張建中、黃達(dá)忠.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì).中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,1992[6]王洪欣，李木，劉秉.機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)I.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2000[7]唐大放，馮曉寧，楊現(xiàn)卿.機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)II.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2001[8]吳宗澤.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社,2003[9]蔣國(guó)安、郭福君、羅太炎.液壓支架.山東科學(xué)技術(shù)出版社,1980[10]嚴(yán)金坤、張培生.液壓傳動(dòng).國(guó)防工業(yè)出版社,1979[11]陳忠恕、朱德正.液壓支架的平衡千斤頂.煤炭科學(xué)出版社,1982致謝六月的到來，也就意味著03級(jí)的本科生離校的時(shí)間，心里真是百感交集。好多話語已經(jīng)變成對(duì)母校、導(dǎo)師、同學(xué)的思念。跟他們相處的日子是我快樂的大學(xué)四年的全部。畢業(yè)設(shè)計(jì)是離開大學(xué)最后的一門課，因此大家都很認(rèn)真的對(duì)待她，我也不例外。從設(shè)計(jì)任務(wù)的確定和查資料開始，大家都一步一個(gè)腳印，慢慢的開展開來了。當(dāng)然，設(shè)計(jì)的過程中，除不了導(dǎo)師和同學(xué)們的幫助。在這幾個(gè)月內(nèi)，老師同學(xué)的幫助是無微不至的，在此，我要真心的謝謝你們，有了你們的幫助我才能走的更遠(yuǎn)。才能完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的過程中，對(duì)我以前的知識(shí)是個(gè)總結(jié)，讓我更知道自己的能力。當(dāng)然設(shè)計(jì)并不是一個(gè)人能完成的，首先我要感謝指導(dǎo)我的導(dǎo)師——舒風(fēng)翔舒教授，沒有舒教授，我的設(shè)計(jì)不可能這么快完成的，我也就不能進(jìn)步的。舒教授的無微不至，每次有問題都幫我們解決，孜孜不倦的給我們講解，分析其中的原理，讓我們有的放失。我們才能完成的更順利。而且舒教授一點(diǎn)一點(diǎn)的給我們改圖，解釋錯(cuò)誤的原因。所以要特別的謝謝舒教授，您辛苦了。其次，我還要感謝其他的導(dǎo)師，在設(shè)計(jì)的過程中幫了我不少的忙，謝謝你們。在此，要向你們表示這真誠(chéng)的感謝。最后，還要謝謝各位同學(xué)在這段時(shí)間給我的鼓勵(lì)與幫助，陪我度過最后一個(gè)學(xué)期，共同完成了我們最后的一門課。附錄一、對(duì)個(gè)參數(shù)進(jìn)行定義：%輸入?yún)?shù)%柱缸直徑D(1,1),D(1,2);長(zhǎng)度l(1),l(2)%中缸直徑D(2,1),D(2,2);長(zhǎng)度l(3),l(4)%活外缸直徑D(3,1),D(3,2);長(zhǎng)度l(5)%a(1)為活柱中心線與中缸中心線的夾角%a(2)為中缸中心線與外缸中心線的夾角%dalt(1)為活柱與導(dǎo)向套的間隙%dalt(2)為活柱活塞頭與外柱內(nèi)壁的間隙%dalt(3)中缸與大導(dǎo)向套之間的間隙%dalt(4)中缸活塞頭與外缸之間的間隙%dalt(11)卡環(huán)與卡環(huán)套之間的間隙%材料楊氏模量E=206000000000Pa;%e(1),e(2)為加載偏心矩mm;%p為工作阻力N;D(1,1)=0.26;D(1,2)=0.17;l(1)=1.675;l(2)=0.493;D(2,1)=0.38;D(2,2)=0.29;l(3)=1.68;l(4)=0.397;D(3,1)=0.46;D(3,2)=0.4;l(5)=1.9;delt1=0.13;delt2=0.185;delt3=0.155;delt4=0.223;E=206*1000*1000000;p=5400000*1.1;%p1=81.2*1.1*1000000;p2=0;%p11=42*1.1*1000000;p21=0;e(1)=0.03;e(2)=0.03;二、各段強(qiáng)度校核：%輸入結(jié)構(gòu)參數(shù)%活柱缸直徑D(1,1),D(1,2);長(zhǎng)度l(1),l(2)%中缸直徑D(2,1),D(2,2);長(zhǎng)度l(3),l(4)%外缸直徑D(3,1),D(3,2);長(zhǎng)度l(5)%a(1)為活柱中心線與中缸中心線的夾角%a(2)為中缸中心線與外缸中心線的夾角%dalt(1)為活柱與導(dǎo)向套的間隙%dalt(2)為活柱活塞頭與外柱內(nèi)壁的間隙%dalt(3)中缸與大導(dǎo)向套之間的間隙%dalt(4)中缸活塞頭與外缸之間的間隙%dalt(11)卡環(huán)與卡環(huán)套之間的間隙%材料楊氏模量E=206GPa;J(1)=pi*(D(1,1)^4-D(1,2)^4)/64%底缸慣性矩J(3)=pi*(D(2,1)^4-D(2,2)^4)/64%中缸慣性矩J(5)=pi*(D(3,1)^4-D(3,2)^4)/64%活塞桿慣性矩J(2)=J(1)+J(3);%底缸與中缸相交部分慣性矩J(4)=J(3)+J(5);%中缸與活塞桿相交部分慣性矩W(1)=pi*(D(1,1)^4-D(1,2)^4)/(32*D(1,1));%底缸抗彎模量W(3)=pi*(D(2,1)^4-D(2,2)^4)/(32*D(2,1));%中缸抗彎模量W(5)=pi*(D(3,1)^4-D(3,2)^4)/(32*D(3,1));%活塞桿抗彎模量a(1)=(delt1+delt2)/(2*1000*l(2));%活柱中心線與中缸中心線的夾角a(2)=(delt3+delt4)/(2*1000*l(4));%中缸中心線與外缸中心線的夾角forg=1:5;k(g)=sqrt(p/(E*J(g)))s(g)=sin(k(g)*l(g));c(g)=cos(k(g)*l(g));end%系統(tǒng)的剛度矩陣A=zeros(10,10);A(1,1)=1;A(2,1)=c(1);A(2,2)=s(1);A(2,3)=-1;A(3,1)=-k(1)*s(1);A(3,2)=k(1)*c(1);A(3,4)=-k(2);A(4,3)=c(2);A(4,4)=s(2),A(4,5)=-1;A(5,3)=-k(2)*s(2);A(5,4)=k(2)*c(2);A(5,6)=-k(3);A(6,5)=c(3);A(6,6)=s(3);A(6,7)=-1;A(7,5)=-k(3)*s(3);A(7,6)=k(3)*c(3);A(7,8)=-k(4);A(8,7)=c(4);A(8,8)=s(4);A(8,9)=-1;A(9,7)=-k(4)*s(4);A(9,8)=k(4)*c(4);A(9,10)=-k(5);A(10,9)=c(5);A(10,10)=s(5);B=[e(1)0a(1)000a(2)00e(2)]';y=inv(A)*B;det(A);x1=0:0.0001:l(1);w1=y(1)*cos(k(1)*x1)+y(2)*sin(k(1)*x1);dw1=-k(1)*(y(1)*sin(k(1)*x1)-y(2)*cos(k(1)*x1));h(1)=figure;plot(x1,w1,x1,dw1,'-.');legend('撓度','轉(zhuǎn)角')xlabel('x1(m)');ylabel('撓度及轉(zhuǎn)角(m,rad)');title('第1段的撓度及轉(zhuǎn)角');gridx2=0:0.0001:l(2);w2=y(3)*cos(k(2)*x2)+y(2)*sin(k(2)*x2);dw2=-k(3)*(y(3)*sin(k(2)*x2)-y(4)*cos(k(2)*x2));h(2)=figure;plot(x2,w2,x2,dw2,'-.');legend('撓度','轉(zhuǎn)角')xlabel('x2(m)');ylabel('撓度及轉(zhuǎn)角(m,rad)');title('第2段的撓度及轉(zhuǎn)角');gridx3=0:0.0001:l(3);w3=y(5)*cos(k(3)*x3)+y(6)*sin(k(3)*x3);dw3=-k(3)*(y(5)*sin(k(3)*x3)-y(6)*cos(k(3)*x3));h(3)=figure;plot(x3,w3,x3,dw3,'-.');legend('撓度','轉(zhuǎn)角');xlabel('x3(m)');ylabel('撓度及轉(zhuǎn)角(m,rad)');title('第3段的撓度及轉(zhuǎn)角');gridx4=0:0.0001:l(4);w4=y(7)*cos(k(4)*x4)+y(8)*sin(k(4)*x4);dw4=-k(1)*(y(7)*sin(k(4)*x4)-y(8)*cos(k(4)*x4));h(4)=figure;plot(x4,w4,x4,dw4,'-.');legend('撓度','轉(zhuǎn)角');xlabel('x4(m)');ylabel('撓度及轉(zhuǎn)角(m,rad)');title('第4段的撓度及轉(zhuǎn)角');gridx5=0:0.0001:l(5);w5=y(9)*cos(k(5)*x5)+y(10)*sin(k(5)*x5);dw5=-k(5)*(y(9)*sin(k(5)*x5)-y(10)*cos(k(5)*x5));h(5)=figure;plot(x5,w5,x5,dw5,'-.');legend('撓度','轉(zhuǎn)角');xlabel('x5(m)');ylabel('撓度及轉(zhuǎn)角(m,rad)');title('第5段的撓度及轉(zhuǎn)角');grid目錄第一章可行性研究報(bào)告概述 11.1項(xiàng)目名稱 11.2項(xiàng)目承擔(dān)單位 11.3項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn) 11.4可研報(bào)告編制單位 11.5項(xiàng)目概述及主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) 1第二章編制目的、依據(jù)、原則和范圍 52.1編制目的 52.2編制依據(jù) 52.3編制原則 52.4可行性研究的范圍 6第三章建設(shè)的必要性 73.1符合國(guó)家“十一五”規(guī)劃綱要和循環(huán)經(jīng)濟(jì)要求 73.2環(huán)境保護(hù)和節(jié)能降耗的需要 83.3企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要 9第四章項(xiàng)目建設(shè)條件 104.1主體工程概況 104.2廠址選擇 124.3公用設(shè)施及社會(huì)依托條件 12第五章改造規(guī)模與產(chǎn)品方案 155.1改造規(guī)模 155.2生產(chǎn)方案 15第六章生產(chǎn)設(shè)備節(jié)電技改方案 166.1企業(yè)能耗現(xiàn)狀分析 16HYPERLINK\l"_Toc27541712