关键词： 液压
液压千斤（精选六篇）
液压千斤 篇1
本文设计的电动液压千斤顶由24V直流电动机、偏心轮机构、柱塞缸、两级伸缩式柱塞缸和多个液压控制阀体及操作控制器等原件组成。使用时,把电动液压千斤顶的电源插头与轿车蓄电瓶连接,通过直流驱动电动机转动,电动机带动泵体往复运动,液压泵压入油液,油液经回路管道进入缸体,产生推力使柱塞往右慢慢运动。在此同时,连接油箱的液压油回路上的管道内具有弹性的小球打开,缸体通过吸油管回路管道将液压油液吸入缸体中[1]。柱塞杆往左移动时,缸体的左半部分油腔液压油油压增大,这时与油箱联通的小球产生作用,阻塞管道,而与两级伸缩式套筒油缸的弹簧小球打开,油液经管道回路输入顶升两级伸缩式套筒油缸的下腔,迫使大活塞向上运动,顶起车辆。活塞杆再次右移时,与两级伸缩式套筒油缸相联接的油路上的弹簧小球堵塞管道。柱塞杆来回不停地移动,就能不断地把油液压入两级伸缩式套筒油缸下腔,汽车逐渐升起。如果汽车被顶举到合适的位置,这时候若打开电磁换向阀,液压油便经过二位二通电磁换向阀和管道回路回到油箱。
2 底板油路设计
板的设计过程充分考虑了机械加工的可行性。图1为底板油路设计图,柱塞杆向右移动时,柱塞缸内的油压减小,而油箱内的油压很高,导致弹簧小球被顶开。而两级伸缩式套筒油缸比柱塞缸内的油压高,弹簧小球2将堵塞联接两级伸缩式套筒油缸的管道,此时液压油吸入柱塞缸内。柱塞杆向左移动时,柱塞缸内的压力变大,油箱内的油压不高,导致弹簧小球把油路堵塞[2]。而两级伸缩式套筒油缸比柱塞缸内的油压相对低,弹簧小球2将打开联接两级伸缩式套筒油缸的管道,液压油被压入两级伸缩式套筒油缸,从而抬升负载的高度。当负载需放回时,将二位二通电磁换向阀打开,液压油经过管道和二位二通电磁换向阀流进油箱。如果油路出现堵塞现象时,系统内的油压将增大,此时底板的安全阀被顶开,油液流进油箱。
3 柱塞缸设计
柱塞缸体结构示意图如图2所示。本次设计的柱塞缸体由密封工作腔体、柱塞组成。为了减小液压缸千斤顶的外形尺寸,便于携带,本次设计的千斤顶液压缸体采用两级活塞驱动。第一级活塞缸的活塞是第二级活塞缸的缸体,伸出时可以获得很长的工作行程,缩回时保持很小的外形结构。当压力油从无杆腔进入时,活塞有效面积最大的缸筒开始伸出,当行至终点时,活塞有效面积次之的缸筒开始伸出。伸缩式液压伸出的顺序是由大到小依次伸出,可获得很长的工作行程,外伸缸筒有效面积越小,伸出速度越快[3]。因此,伸出速度有慢变快,相应的液压推力由大变小;这种推力、速度的变化规律,正适合各种自动装卸机械对推力和速度的要求。而缩回的顺序一般是由小到大依次缩回,缩回时的轴向长度较短,占用空间较小,结构紧凑。常用于工程机械和其他行走机械,如起重机、翻斗汽车等的液压系统。
4 电机选择
按照设计的电动液压千斤顶使用有关要求,并查找对照机械类设计手册,系统工作的最大力为F=2.0×104N;确定系统的压力p=25.0MPa;假定第二级液压缸的上升速度V=0.01m/s;依照GB2348—80标准中标准值选用原则,取d=32mm;系统流量Q=8.038×10-4m3。
此时液压缸用来支撑汽车的功率为:
式中,p电机为电机的额定功率,单位W;ŋm为机械损失,一般取0.9;ŋv为容量损失,取1。
带入数据,得电机额定功率p电机=250W。根据机械设计手册和有关知识查询,选用电压为24V、直流、额定功率250W、转速n=60r/min的电动机[4]。
5 确定顶升液压缸的参数
此次设计要求液压缸的实际伸缩量大概是200mm。因此,经考虑推算,决定使用伸缩式套筒液压缸。本次课题设计中,在查阅有关机械设计手册后,确定液压缸的第一级行程为h1=110mm,第二级行程h1=100mm。伸缩式液压缸缸体在运动过程中的运动速度和输出力都在不断发生变化。
6 液压缸的缸筒厚度计算
本次设计中采用标准液压缸的外径,查机械设计手册知道,第一级液压缸的参数选为d=50mm,D=60mm。
式中,φ为强度系数,φ=1;c为计入厚度公差及腐蚀的附属厚度;py为实验压力,p<16MPa,py=1.5p MPa。
7 活塞杆设计计算
液压缸在工作时,对运动的速度比没有要求。按照相关经验公式,取杆的直径,结合表1液压缸工作压力与活塞杆直径的数据,取d=22.4mm。根据《机械设计手册》液压缸活塞杆的外径尺寸系列,活塞杆的外径圆为18mm[5]。
8 强度校核
这里仅对主要零件的强度进行计算,以及一些焊接部位的计算进行校核。
(1)缸体与缸盖焊接强度校核。缸底连接缸底用对焊,如图3所示。
焊缝的拉应力为:
式中,D1为液压缸外径,D1=60mm;D2为焊缝底径,D2=42mm;F为液压缸输出的最大推力,单位N;ŋ为焊接效率,通常取0.7。
(2)柱塞缸缸体强度校核。柱塞缸缸壁较薄,作用与缸体上的力较大,故需要校核,缸体受到的力为拉力,校核如下:
式中,σ为缸体横向拉应力,单位MPa;F为缸体受到的横向拉力,单位N;d1为缸体外径,单位mm;d为缸体的内径,单位mm。满足设计要求。
(3)活塞杆校核。在本次设计中,活塞杆主要受到压缩,所以主要对活塞杆压缩时的杆压力进行校核。
式中,σ为活塞杆的压缩变形的应力,单位N;F为柱塞杆承受的最大压力,单位N;A为柱塞杆截面面积,单位m;其中活塞杆承受的最大压力为20000N。满足设计要求。
9 结论
按照相关要求,利用课余时间查找相关资料及结合本科所学专业知识,在指导老师的帮助下,如期保质保量地完成了使用性能好、体积小、重量轻、操作方便好的小型车用电动液压千斤顶。经过查询和参考查阅有关机械类的设计资料和液压与气压传动方面的文献资料后,依据液压千斤顶的基本工作原理,通过明确设计目标,经过一系列计算,一步步完成了此次优化设计的电动液压千斤顶的电机的选用、千斤顶的液压缸缸体外型和相应部位的零件的结构外型设计、使用材料的选用,然后又对主要零件结构进行了一系列的校核计算。
参考文献
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[4]马履中.机械原理与设计[M].北京:机械工业出版社,2009.
液压千斤顶设计说明书 篇2
一、液压千斤顶功能分析。
千斤顶是一种起重高度小(小于1m)的最简单的起重设备。它有机械式和液压式两种。机械式千斤顶又有齿条式与螺旋式两种，由于起重量小，操作费力，一般只用于机械维修工作，在修桥过程中不适用。液压式千斤顶又称油压千斤顶，是一种采用柱塞或液压缸作为刚性顶举件的千斤顶，其结构紧凑，工作平稳，有自锁作用，故使用广泛。其缺点是起重高度有限，起升速度慢。
液压千斤顶充分运用了帕斯卡原理，实现了力的传递和放大，使得用微小的力就可以顶起重量很大的物体。在液压千斤顶中，除了其自身所具有的元件外，还需要一种很重要的介质，即工作介质，又叫液压油。液压油的好坏直接影响到千斤顶能否正常地工作。因此，就需要液压油具有良好的性能。在液压千斤顶中，液压油所应该具备的功能有以下几点：
1．传动，即把千斤顶中活塞赋予的能量传递给执行元件。
2．润滑，对活塞、单向阀、回油阀杆和执行元件等运动元件进行润滑。3．冷却，吸收并带出千斤顶液压装置所产生的热量。
4．防锈，防止对液压千斤顶内的液压元件所用的金属产生锈蚀。除此之外，液压油还需要有以下这些工作性能的要求。1．可压缩性。可压缩性小可以确保传动的准确性。2．粘温特性。要有一个合适的粘度并随温度的变化小。
3．润滑性。油膜对材料表面要有牢固的吸附力，同时油膜的抗挤压强度要高。
4．安定性。油不能因热、氧化或水解而变化，使用的寿命要长。5．相容性。对金属、密封件、橡胶软管、涂料等有良好的相容性。液压千斤顶广泛使用在电力维护，桥梁维修，重物顶升，静力压桩，基础沉降，桥梁及船舶修造，特别在公路铁路建设当中及机械校调、设备拆卸等方面。由于液压用途广泛，所以行程范围也需要比较广。
二、液压千斤顶工作原理
液压千斤顶工作时，扳手往上走带动小活塞向上，油箱里的油通过油管和单向阀门被吸进小活塞下部，扳手往下压时带动小活塞向下，油箱与小活塞下部油路被单向阀门堵上，小活塞下部的油通过内部油路和单向阀门被压进大活塞下部，因杠杆作用小活塞下部压力增大数十倍，大活塞面积又是小活塞面积的数十倍，由手动产生的油压被挤进大活塞，由帕斯卡原理（液压传递压强不变的原理，受力面积越大压力越大，面积越小压力越小）知大小活塞面积比与压力比相同。这样一来，手上的力通过扳手到小活塞上增大了十多倍(暂按15倍)，小活塞到大活塞力有增大十多倍(暂按
图1帕斯卡原理图
15倍)，到大活塞（顶车时伸出的活动部分）力=15X15=225倍的力量了，假若手上用每20公斤力，就可以产生20X225=4500公斤（4.5吨）的力量。工作原理就是如此。当用完后，有一个平时关闭的阀门手动打开，油就靠汽车重量将油挤回油箱。
三、自锁原理
图2单向阀自锁
单向阀自锁：为了能实现千斤顶在支撑中实现自锁，此设计采用单向阀组成设计回路。在液压千斤顶在小油缸与大油缸之间设置有一个单向阀。在手柄向上提升带动小油缸中的小活塞时，由于小油缸与大油缸之间设有单向阀，此时单向阀处于关闭状态，大油缸中的油液并不会回流至小油缸。在手柄下压带动活塞压油液时，小油缸与大油缸之间的单向阀处于开启状态，而小油缸与储油装置之间的单向阀处于关闭状态，油液进入大油缸将负载顶起。将负载顶到目标高度后，大油缸与小油缸之间的单向阀仍处于工作状态，油液只能存在大油缸之中，负载无法下行，形成自锁。
液压千斤顶顶起重物后，靠液压单向阀能起锁紧作用，但专业人士都知道，液压系统都有泄漏现象，压力越大泄漏越严重，液压缸内高压油一泄漏液压杆肯定要下行，时间越长下滑越明显。这说明液压千斤顶顶起的重物自锁时间不能过长，这势必对操作者造成一定的心里压力，为了避免液压系统因泄漏而造成的不良后果，消除操作者心里负担，我们的设计除液压自锁外，还设置了机械自锁装置。
机械自锁：在大活塞螺旋杆和液压千斤顶外壳设计锁紧螺母，当液压千斤顶在任意高度顶起重物需要锁紧时，旋紧锁紧螺母，使之与液压千斤顶外壳顶端完全接触，外载荷由锁紧螺母传给液压千斤顶的外壳，液压缸活塞不承受载荷，液压系统可以卸荷。锁紧螺母与螺旋杆采用梯形螺纹传动，顶起重物后，由手动旋合锁紧螺母，达到锁紧目的（如图3）。
四、结构设计
（1）螺旋传动机构，增大起重行程
液压千斤顶中的活塞杆是千斤顶顶起重物的执行部件，液压杆的长度，就是千斤顶顶起重物的最大行程。要增大液压千斤顶顶起重物的行程，就必须增加活塞杆的长度，这势必增大了液压千斤顶的体积和输油量。为了避免这些困惑，将活塞杆进行改良设计，如图4所示，加设螺旋配合机构，采用梯形螺纹传动，能承受较大的载荷，由于螺旋杆能上下螺旋移动，就增大了液压千斤顶的有效行程。螺旋杆顶部设计通孔，可以利用加长杆与之配合，旋转螺杆，便能在顶起重物的状态下增大顶起高度行程，当然也可以在没有顶起重物时预先旋转螺纹提升螺旋杆达到提高行程的目的。在不需要增大起重行程时，螺旋杆旋进活塞杆，保持原
图4
图3螺母锁紧装置
来的起重行程。
（2）扳手省力结构
液压千斤顶虽然能利用帕斯卡原理，利用大油缸面积大于油缸截面面积缩小力。但考虑到材料强度及设备体积原因（小油缸面积不能过小，要保证一定的壁厚及小活塞的压杆
图5油泵扳手
稳定，大油缸面积不能过大），大油缸与小油缸的截面积之比一般设计在10到20 之间（我们设计取15）。我们发现这个面积比只能将力缩小到原载荷的十五分之一。这是远远不够的，所以我们将手动油泵扳手设计成杠杆（如图5）。最左端竖直杆与底座相连，右边与滑套相连的为活塞杆，横杆为扳手。根据杠杆原理，各部分设计合理距离以及杆长设计合理，这个可将力缩小为小活塞受力的十五分之一。这样就可将力缩小至负载的1/225。（3）出油装置
图6底部油通道
上述已阐明如何将负载顶起。在工作结束的时候需要卸载，这就需要一个将大油缸中的油液排除的装置。图6为底部油通道示意图。可以看出，1通道为油液进入手动油泵的通道（油液存储在外油箱中）。图6中的2出口就是工作结束卸载时油液的通道。考虑到千斤顶正常工作时油液不能从大油缸中流出，因此在2通道口装有一个手动阀，在工作结束后打开手动阀，让油在负载的作用下流回外油箱中，完成卸载。
五、设计心得
这次设计的大作业，是现代机械设备中应用较为广泛的一种伸缩传动装置——千斤顶。由于理论知识不足，而且平时几乎没有设计的经验，在一开始的时候有些手忙脚乱，不知道该从什么地方入手。在本次大作业的完成过程中，让我感触最深的就是要不断地查阅资料和修改图纸使得我们的设计更加符合现实生活中的标准。我们作为机械工程专业的学生，最重要的就是要时时刻刻与实际相结合，所设计的每一个机械部件、每一个零件都必须不离实际。与艺术家可以尽情的幻想不同，一切不切实际的构想就永远只能是幻想，永远无法成为设计。与此同时，在设计的过程中，需要用到AutoCAD软件进行制图。因此为了更加有效率地绘制各种零件图、装配图，我们必须学会熟练的掌握它。
液压千斤 篇3
关键词液压支架；拆装机；液压系统
中图分类号TD35文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)081-0175-01
高产、高效的综采技术已经在我国煤矿开采上获得了广泛的应用。液压支架是综采工作面实现高产高效和保证安全的关键设备。液压支架立柱承受着所有的外部载荷，随着综采技术的迅速发展和机、电、液一体化技术的应用，对综采设备的安全可靠性的要求越来越高。
在煤矿的开采过程中，采完一个工作面必须对所有的液压支架进行检修。在检修过程中必然要遇到液压支架立柱端盖的拆卸与安装问题，通常所采用的都是人工拆卸与安装，这种方法工人劳动强度大，费时费力，且容易对液压支架立柱端盖造成结构上的损伤，不能严格保证安装质量，为以后的生产埋下了安全隐患。液压系统能够提供较大的驱动力，且运动平稳、均匀、可靠、控制方便，所以它广泛应用于机车、工程机械、压力机械等行业。
1液压支架立柱端盖拆装机的功能简述
1.1液压支架立柱端盖拆装机的特点
液压支架立柱端盖拆装机是维修综采设备时用来拆装液压支架立柱端盖的专用工装设备。它有夹紧力矩大，拆端盖效率高，维修质量好和减轻工人劳动强度等优点，能拆卸锈蚀严重，用现有设备很难拆卸的支柱端盖，基本上实现了机械化。由于它可以减轻工人劳动强度并提高工效，得到了广泛的应用。
液压支架是煤矿综采机械化设备的重要部分，对于检修液压支架工作的工区，必然遇到立柱拆装问题。考虑到这些问题，我们就更加应该实现机电一体化，实现机械自动化控制。从而就设计了一种新的机器，液压支架立柱端盖拆装机。
端盖拆装机主要有以下特点：
1）本机能完成端盖的拆装任务。
2）本机采用卡盘卡爪夹紧端盖，夹紧力大，操作方便，省力。
3）机械和液压夹紧相结合，基本实现拆装过程机械化。
1.2支柱拆装的工作原理
拆装立柱时，先将待拆装的立柱严格清洗，吊到底座的托辊上，然后启动电动机驱动油泵。操纵控制液压缸的换向阀使柱塞推出，固定盘推动立柱向左移动，同时操纵控制液压马达的换向阀使拆装卡盘按旋松立柱端盖的方向转动。当立柱螺纹端盖的凹口与拆装卡盘咬合后，立柱被限位，转动的卡盘即将立柱的螺紋端盖旋下。最后，将控制液压马达的转向的换向阀扳置中位，同时将控制液压缸的换向阀换向使柱塞收回，从而完成拆装过程。
立柱组装时的操作过程与拆装时类似，只要将已经检修好的活栓推入立柱的缸体内，然后操纵换向阀使液压马达反向转动即可完成。
采用拆装机拆装，不仅提高了劳动效率和工时利用率，而且提高了组装合格率和使用安全系数，同时大大降低了工人的劳动强度。
2液压系统的设计
2.1液压系统的设计
2.1.1液压系统的结构
液压系统要能正常工作，一般包括以下四个部分组成：
1）动力部分，油泵（包括其他属于能源的附件）用以将机械能传给液体，造成液体的压力能。
2）操纵机构，又称控制调节装置，包括压力阀，流量阀，方向阀等各种不同的阀类。通过它们来控制和调节液流的压力，流量（速度）及方向，以满足机器工作的性能要求。
3）执行机构：包括柱塞马达及液压缸，液压缸通常把液压能转换为机械能。拆装机的执行元件有两个，液压马达和液压缸。
4）辅助装置：包括油箱，油管，管接头蓄能器，冷却器，滤油器等控制仪器。
该液压系统为一混合系统，因功能要求，动作执行比较简单，初步定为单泵双执行元件的开式液压系统。
2.1.2液压系统的工作特点及其原理
1）该液压系统的特点：①采用开式液压系统；②油箱可以作为开式系统工作介质的吞吐和贮存场所；③油液可以在油箱中散热，冷却和沉淀杂质；④结构简单，不需要冷却。
2）液压系统的工作原理：（马达向上部分规定为反转，向下部分规定为正转）先启动泵，将清洗干净的立柱在工作台上安置好。泵通过滤油器从油箱中吸取油液。油液通过单向阀分别通向减压和溢流阀，以减小泵供给油缸的油压和使螺纹拆卸时，使油缸活塞同步移动。
油液通过调速阀通向换向阀。按启动按钮，电磁铁IY通电时，液压缸后退，带动立柱及滑移架一起后退；电磁铁2Y通电时，液压缸前进，立柱及滑移架随之一起前进。同时，液控单向阀13，14组成液压锁，使液压缸活塞两腔锁紧。两腔锁紧时，电磁铁3Y通电，马达正转，使马达有足够大的启动转矩，实现端盖的拆卸任务；电磁铁4Y通电，马达反转，实现马达的组装。电磁铁的运动如表1。
随着近代科学技术的发展，人类综合应用各方面的知识和技术，不断创造出各种新型的机器，一种用来转换或传递能量，物料和信息的，能执行机械运动的装置。液压支架是煤矿综采机械化设备的重要部分，对于检修液压支架工作的工区，必然遇到立柱拆装问题。液压支架立柱端盖拆装机是维修综采设备时用来拆装液压支架立柱端盖的专用工装设备。在操作和使用的过程中，机器要随着使用要求的改变不断更新，理论联系实际才能使其真正的发挥自己应有的功能。
参考文献
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掩护式支架平衡千斤顶液压回路分析 篇4
掩护式液压支架的平衡千斤顶起着调节顶梁和掩护梁角度, 调整顶梁与顶板的接触状态, 调节顶梁合力支撑点的位置, 使支架处于合理的工作状态等作用。目前这种支架在实际使用过程中普遍存在着平衡千斤顶随立柱升起接顶压实时, 平衡千斤顶活塞腔增压使安全阀频繁开启现象。此外, 在实际操作中, 由于工人对平衡千斤顶操作方式不当, 导致平衡千斤顶两腔供液不足, 不能正常发挥支架的支护特性, 这也是平衡千斤顶及其连接耳座损坏的重要原因。
1平衡千斤顶浮动双向锁控制回路[1,2,3]
1.1 平衡千斤顶浮动双向锁控制回路的工作原理
神华集团神东矿区的ZY12000/25/50D液压支架最先使用浮动双向锁控制回路替代普通双向锁控制回路, 浮动双向锁控制回路如图1所示, 从立柱换向阀到单向锁间引出液控口, 把该液控口连接到双向锁外控口。浮动双向锁中低压锁的调定压力为18 MPa, 平衡千斤顶安全阀调定压力为46.2 MPa。当操纵立柱换向阀升立柱时, 其控制液同时打开浮动双向锁中的高压锁, 此时, 平衡千斤顶在浮动双向锁低压锁调定压力限下工作。立柱接顶压实过程中, 平衡千斤顶活塞腔增压, 当达到浮动双向锁调定压力时, 低压锁打开, 平衡千斤顶及时卸压, 这样在井下频繁升柱时, 平衡千斤顶安全阀就不会开启, 同时低压锁起作用, 浮动双向锁带压浮动, 确保平衡千斤顶具有一定的调整顶梁保持水平状态的作用力, 也防止了因操作原因而使支架“打高射炮”, 从而影响支架的支护性能。立柱水平接顶压实后, 来自立柱升柱控制液消失, 浮动双向锁维持普通双向锁功能。
1.2 平衡千斤顶浮动双向锁控制回路可行性分析
在AMESim仿真软件Sketch模式下分别构建普通双向锁和浮动双向锁控制回路模型, 仿真阶段为从立柱开始升柱到顶梁水平接顶压实过程。在此过程中, 换向阀处于中位, 高压锁打开, 因此普通双向锁模型中的双向锁用两个普通单向阀代替, 而在浮动双向锁模型中将高压锁去掉, 只连接低压锁。
在Parameters模式设定系统各元件参数如下:泵的流量为400 L/min;平衡千斤顶缸径和杆径分别为Φ230 mm和Φ160 mm;安全阀调定压力为46.2 MPa;低压锁调定压力为18 MPa;平衡千斤顶最大推力1 200 kN。在run模式下仿真运行, 得到安全阀阀口压力变化对比曲线, 如图2所示。从仿真结果可以看出, 在平衡千斤顶活塞腔增压过程中, 普通双向锁回路达到安全阀开启压力并卸载, 而浮动双向锁回路安全阀未达到开启压力。
2平衡千斤顶两腔自动补液控制回路
2.1 平衡千斤顶及其连接耳座损坏原因分析
到目前为止, 已有许多文献对二柱掩护式支架的支护特性及其平衡千斤顶的问题进行了论述, 但还是没有找到有效解决该问题的方法。从现有资料和现场实际中可以看出, 平衡千斤顶的损坏有多方面的原因, 如:平衡千斤顶的定位尺寸不合理, 造成平衡千斤顶的行程与采高不相匹配;平衡千斤顶连接耳座强度与刚度不足;支架操作工对平衡千斤顶的操作方式和维护也在很大程度上影响着平衡千斤顶的寿命。从平衡千斤顶液压控制回路来考虑, 现有平衡千斤顶的控制回路无法保证活塞腔和活塞杆腔自动充满压力液体, 从而导致平衡千斤顶难以形成足够的推拉力, 不能实现掩护式支架的设计支护特性。故有必要设计一种自动补液回路来解决该问题[4]。
2.2 平衡千斤顶两腔自动补液控制回路
自动补液控制回路如图3所示, 它是在原有平衡千斤顶控制回路基础上增设的一个自动补液控制系统, 该控制系统由一个液控三位三通换向阀和两个单向阀组成, 其工作原理如下:液控三位三通换向阀的调定压力与平衡千斤顶两腔安全阀调定压力相同, 当平衡千斤顶活塞腔受压, 安全阀开启卸载时, 液控三位三通换向阀处于左位, 高压液体经单向阀给平衡千斤顶活塞杆腔供液, 使之充满压力液体;当平衡千斤顶活塞腔安全阀关闭, 液控三位三通换向阀处于中位;反之, 当平衡千斤顶活塞杆腔安全阀开启, 液控三位三通换向阀处于右位, 高压液体经单向阀给平衡千斤顶活塞腔供液, 使之充满压力液体;当平衡千斤顶活塞杆腔安全阀关闭, 液控三位三通换向阀处于中位。该回路不影响平衡千斤顶液压回路的手动操作。
2.3 掩护式支架承载能力区模型的建立
液压支架的承载能力区, 是指在某一特定的工作高度下, 支架顶梁所承受的外载荷Q与其在顶梁上的作用位置x间的变化关系。通常选取顶梁与掩护梁的铰接点为坐标原点, 沿顶梁长度方向为横坐标轴, 以垂直于顶梁长度方向的外载荷Q为纵坐标轴, 建立液压支架承载能力区的平面曲线, 如图4所示。根据掩护式支架力学和运动学分析可得出掩护式支架承载能力区的方程式为[5]:
。 (1)
其中:Q1、Q2、Q3分别为平衡千斤顶受最大拉力、立柱受最大工作阻力、平衡千斤顶受最大压力时支架顶梁所承受的外载荷随其在顶梁上的作用位置x的变化关系;a1、a2为支架主平衡区起点和终点位置;RLmax、RTmax分别为平衡千斤顶最大拉力 (为负) 和最大推力 (为正) ;Rmax为立柱最大工作阻力的合力;L为顶梁长度;S1为掩护梁与顶梁铰接点P到平衡千斤顶的距离;S2为掩护梁与顶梁铰接点P到立柱的距离;S3为连杆瞬心O1到立柱的距离;L8为P点到顶梁的距离;μ为顶梁与顶板之间的摩擦系数;K为顶梁倾角系数。
2.4 平衡千斤顶两腔自动补液控制回路可行性分析
现以DBT24319支架为例分析平衡千斤顶两腔压力对二柱掩护式支架承载能力区的影响。
已知支架所处高度H=4 000 mm, 立柱最大工作阻力Rmax=8 638 kN, 根据运动学和力学计算公式并在MATLAB编程环境下编制CZNLQ.M程序进行仿真分析, 不同工况下的仿真结果如图5所示。不同工况条件下对主平衡区的影响见表1, 其中, 宽度和面积百分比均为与额定推拉力工况下主平衡区宽度和面积相比所得比值。
从以上分析结果可以看出, 支架在平衡千斤顶活塞腔和活塞杆腔没有充满压力液体情况下工作时, 其主平衡区宽度分别为额定主平衡区宽度的30.9%和41.2%, 主平衡区面积为额定主平衡区面积的31.1%和41.1%;而支架在平衡千斤顶自动补液系统下工作时, 主平衡区宽度可达到额定主平衡区宽度的69.9%, 而主平衡区面积可达到额定主平衡区面积的70%。由此可见, 在顶梁发生偏转之前保证平衡千斤顶两腔充满压力液体, 可以使支架对外载荷变化的适应性增强, 承载能力增大。
3结语
通过对平衡千斤顶安全阀频繁开启原因和平衡千斤顶及其连接耳座损坏原因分析, 分别在AMESim和MATLAB环境下对平衡千斤顶浮动双向锁控制回路和平衡千斤顶两腔自动补液控制回路两种优化设计方案进行了可行性分析, 为平衡千斤顶液压控制回路的优化改造提供了切实可行的依据。
参考文献
[1]刘国柱.矿用液压支架带压浮动控制系统[J].煤矿机械, 2008 (4) :109-111.
[2]王伟.两柱掩护式支架平衡千斤顶控制方式的分析[J].煤矿机械, 2009 (1) :168-170.
[3]李聚领, 杨卫书.平衡补偿双向锁的可行性探讨[J].煤矿机械, 2009 (3) :68-170.
[4]寇子明.液压支架动态特性分析与检测[M].北京:冶金工业出版社, 1996.
液压千斤 篇5
1承受活塞杆收回时油缸内压产生的轴向作用力或其他轴向力, 这就要求导向套能提供必需的轴向连接强度。
2导向带和密封件安装于导向套上, 导向套通过导向带对活塞杆起导向作用, 也是起密封作用密封件的安装载体。对导向套的要求是导向套在各种工作载荷环境和条件下以及各种工作载荷环境和条件的变化过程中, 应保证密封所需要的活塞杆与密封面之间间隙或接触面之间角度变化最小, 以防止导向或密封失效。
1导向套常用连接方式
液压支架用立柱千斤顶上导向套与缸筒的连接一般分为以下三种连接方式:卡键连接、钢键连接和螺纹连接, 其中螺纹连接又分为三角螺纹连接和矩形螺纹连接两种[2]。见图1:
2导向套连接方式的研究
目前, 国内外千斤顶设计通常采用的是卡键连接和螺纹连接, 尤其是螺纹连接, 已逐步代替了卡键和钢键连接, 越来越多地成为设计中的首选。随着油缸设计的不断优化, 我们也注意到了在实践中经常出现漏液、导向套打出、拆装困难等现实问题, 为了解决这些问题, 我们就不得不对导向套连接方式进行更加细致的研究, 由于钢键和卡键连接的方式已逐步被取代, 在此我们主要对螺纹连接方式的优缺点进行了研究分析, 尤其是矩形螺纹与三角螺纹的优劣对比和选用方面。
2.1三角螺纹的特性及力学分析
2.1.1三角螺纹加工容易, 有成熟的加工方法、检验方法及国家标准规定, 这些都会有效保证螺纹的成品质量。
2.1.2三角螺纹 (尤其是细牙螺纹) 都具有较好的自锁性能, 在用于导向套连接时通常都不用再附加防松装置。对于一些结构受限制的千斤顶来说, 这点尤为重要。
2.1.3力学方面, 受三角形螺纹本身的结构特征决定, 其在承受轴向力作用的同时, 也会承受较大的径向分力, 如图2:
如上图, 径向分力与轴向分力的比值为1:sqrt (3) 。对于1 000KN的轴向力, 其径向力达到580KN, 如果这个径向力均匀作用于与导向套等厚的厚壁圆筒上, 其径向变形可以按厚壁圆筒承受外压计算如下:
以D=280mm、P=31.5MPa的导向套为例, 我们通过计算可以知道当第一圈螺纹承受1/5的轴向力时, 则其半径将减小0.3mm。如果其承受1/10的轴向力时, 则其径向将减小0.16mm。通过对国内外支架用千斤顶设计中导向套螺纹规格、有效长度的统计研究, 我们可以看出, 所有螺纹的第一圈所承受的轴向力均会超过1/10轴向力, 即其均匀变形量必将大于0.16mm。
以上是假设外压力均匀作用的情况, 但是, 在实际结构中, 螺纹牙的接触部位是不均匀的, 虽然总的径向力可能是不变的, 但具体到圆周上某个位置处的应力值, 却可能由于加工公差导致螺纹牙的接触部位和间隙, 形状位置度的不同和螺纹相对旋合位置的不同, 使圆周上的径向力和相应的径向变形不均匀。这种不均匀的径向力会造成导向套很大的径向变形, 如图4:
并且, 鉴于三角形螺纹受力特点, 这种径向力和径向变形会由于轴向力的不断变化而不断变化, 导致导向带和密封件与密封面的接触角度和间隙不断变化, 有时甚至会超出导向带和密封件的支撑弹性范围, 恶化密封条件, 而加速导向带和密封件的破坏。
2.2矩形螺纹的特性及力学分析
2.2.1导向套矩形螺纹与活塞杆之间径向无直接轴心定位。由于导向套与油缸杆均存在一定的不直度, 导向套和油缸杆本身也存在椭圆度, 结构装配后, 所承受的径向约束会由于螺纹牙无显著的轴心定位作用, 得到一定的释放和补偿, 而不会产生过大的径向力和由此造成径向的变形。
2.2.2矩形螺纹连接的自锁性能较差。在使用时一般需另设防松装置, 通常在导向套与缸筒端面设定位螺钉防松。对于结构受限制的结构, 如小缸径千斤顶其壁厚有限, 无法采用矩形螺纹。
2.2.3力学方面
假设螺纹牙展开为一端固定、一端自由的悬臂梁, 由于螺纹牙上载荷分布影响因素较多, 分布情况随机性较大, 一般按载荷作用在中径上进行强度分析。
在受到轴向力后各圈螺纹受力不均, 第一牙最大, 其次逐渐减小, 随着加工精度的降低不均匀性会更大。为保证计算的相对科学性和安全性, 推荐矩形螺纹设计时旋合长度不小于5圈, 假设受力的不均匀系数为1.5, 则螺纹牙最大受力为30%, 按此牙进行强度分析。受力如图5所示:
油缸活塞杆腔以31.5MPa的额定泵站压力供液, 导向套所受轴向载荷为
F=pi× (D2-d2) ×31.5/4
式中:
D——油缸缸筒直径
d——油缸活塞杆直径
矩形螺纹受载和载荷发生变化时, 由于其螺纹牙的两表面均与轴线垂直, 所以矩形螺纹无径向分力, 也就无径向分力导致的径向变形, 连接件的径向受力的变化以及径向变形都很小, 可以保证导向带和密封件的径向安装间隙和角度, 从而保证密封性能和密封件寿命。
3螺纹连接方式的选择
由使用经验结合研究分析可知, 千斤顶缸径较小时, 由于结构限制, 导向套与缸筒连接无法采用矩形螺纹或无法防松。而缸径较大时, 导向套与缸筒采用三角螺纹连接会由于牙型强度弱产生撸扣问题或由于径向分力而发生导向套被打出质量问题[3]。所以, 依据以上分析及实际情况, 我们对导向套与缸筒之间采用何种螺纹连接方式进行了归纳划分:
1缸筒内径小于等于125mm的千斤顶, 导向套与缸筒采用三角螺纹连接。
2缸筒内径大于等于140mm的千斤顶, 导向套与缸筒采用矩形螺纹连接。
参考文献
[1]王国法, 等.高端液压支架及先进制造技术[M].北京:煤炭工业出版社, 2010.
[2]丁绍南.采煤工作面液压支架设计[M].北京:世界图书出版公司, 1992.
液压千斤 篇6
在放顶煤开采的过程中, 支架前端用采煤机开采的煤块较小较破碎, 支架后端则是在矿山的压力作用下自由放煤, 煤块或矸石体积往往较大, 放煤时插板伸出, 插板千斤顶的活塞杆裸露在外, 大块的煤块或矸石落下后部运输机上, 运输机在运煤过程中从支架尾梁下经过, 煤或矸石的棱角极易刮坏插板千斤顶活塞杆的表面镀层, 随着时间的加长, 插板千斤顶的不断伸缩工作, 最后导致插板千斤顶漏液。
1设计思路
现在对插板千斤顶的防护方法有采用可伸缩保护套的, 因为要实现保护套的可伸缩性材质大多为较软的塑料聚合物, 往往这种材质较软同时也不耐磨, 几次刮碰后就要更换, 起不到防护的作用。所以新设计的结构要有一定的强度, 能够满足长时间的碰撞而不变型。
井下的工作环境差, 维修困难, 所以新设计的结构要简单, 在不影响尾梁、插板机构正常工作的前提下要便于安装及拆卸。
1、小钢管2、弯板3、固定板
1尾梁、2插板千斤顶、3螺栓M24×40、4垫圈24、5销轴φ20X150、6防护门、7开口销4×36、8插板、
针对这以上难题设计了插板千斤顶防护装置。
2防护装置工作原理
如图1所示插板千斤顶防护装置由1~8个件组成, 序号6防护门为焊接组件, 对插板千斤起到防护作用, 工作原理为用两个φ20X150销轴及两个4×36开口销将尾梁与防护门连接在一起, 防护门可以围绕φ20X150销轴旋转, 使防护门实现打开和关闭两种状态, 在安装及拆卸插板千斤顶时将防护门打开, 支架在井下工作时, 将防护门关闭, 如图2所示位置为插板千斤伸出, 插板千斤活塞杆裸露在尾梁的中间档内, 这时防护门把大部分裸露在外的活塞杆遮挡住, 起到防护作用。
防护装置的主体结构防护门采用高强钢板, 在工作时遇到较大煤成碰撞时, 避免护板门的变形, 影响插板在尾梁中的正常伸缩。
结语
插板千斤顶防护装置组成结构及工作原理简单, 安装及拆卸方便, 对插板千斤活塞杆的防护作用及时可靠, 效果明显, 使支架插板千斤顶的维修频率大大降低, 提高了支架的生产效率。该结构现在在我公司的放顶煤产品中已经广泛应用, 从用户的反馈消息来看, 用户对插板千斤顶防护装置起到的作用都非常满意。
摘要：放顶煤液压支架后部放煤煤块较大时, 插板千斤顶非常容易被划伤, 最后导致插板千斤顶漏液, 从而设计了插板千斤顶防护装置保护插板千斤顶, 本文介绍了该防护装置的设计思路、工作原理、及拆装方法等。
关键词：放顶煤液压支架,插板千斤顶,防护装置
参考文献
[1]马福全, 宋英新, 柯昌青.放顶煤液压支架插板与尾梁的立式工装设计[J].煤矿机械, 2011 (2) :113-114.
[2]苏志辉.放顶煤液压支架插板千斤顶活塞杆防护装置的设计[J].机械工程师, 2012 (9) :153-154.
[3]冉奎玺.钱玉军.张景奎.樊军.6.3米大采高液压支架的研制[J].煤矿机械, 2008 (11) :33-35.
