1、本科毕业论文（20 届）液压支架密封圈的设计与加工所在学院专业班级 机械设计制造及自动化学生姓名指导教师完成日期诚信声明 本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 液压支架密封圈的设计与加工 1设计的主要任务及目标液压支架密封圈的设计与加工任务要求:(1)设计说明书一份(2)设计图纸六张2设计的基本要求和内容(1)完成设计说明书一份(2)完成设计图纸六张3主要参考文献1孙恒，陈作模. 机械原理 M.北京：高等教育出版社， 20012濮良贵，纪名刚.机械设计M.北京：高等教
2、育出版社， 20013杨继隆，俞浙青.中国机械工程（第 12 卷，第 7 期） ，20014吴宗泽，罗圣国. 机械设计课程设计M.北京：高等教育出版社， 19995邹慧君，机械原理课程设计手册M.北京：高等教育出版社， 19984进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 进行调查研究，查阅资料，完成开题报告 2014.01.152014.03.112 拟定、论证液压支架密封圈设计方案 2014.03.112014.04.173 确定主要的技术参数，液压支架密封圈设计 2014.04.172014.04.234 液压支架密封圈结构设计图纸六张 2014.04.232014.05.235 撰写并编
3、制说明书,打印，准备毕业答辩资料 2014.05.252014.06.05液压支架密封圈的设计与加工摘要：本文通过对各种密封圈和密封结构的国内外现状进行了研究与分析，了解了密封圈的现状与发展情况，通过对液压支架工况、密封机理等情况进行了分析，发现液压支架对密封圈和密封结构的要求比较高，由于液压支架在井下工作条件比较恶劣，而且煤炭灰尘较大，对支架立柱及千斤顶的密封进行保护比较困难。为了解决该情况，研制了一种材料性能好、寿命长、价格低廉和使用的一种聚氨酯密封圈和密封结构，该密封圈和密封结构结构合理，性能可靠，寿命高，能够满足液压支架立柱、千斤顶的使用要求。适合在煤矿推广使用工，具有很好的推广应用价
4、值。关键词：液压支架,密封圈,密封结构,聚氨酯Hydraulic support ring design and processing Abstract: Based on the present situation of the various seals and seal structure has been studied and analyzed to understand the current situation and development of the ring, through the hydraulic support conditions, the sealing me
5、chanism etc. were analyzed and found hydraulic support of seals and seal structure is relatively high, due to the hydraulic support relatively poor working conditions underground, but the larger coal dust, to stand upright and sealed for protection jack difficult. To address this situation, a materi
6、al developed good performance, long life, low price and use a polyurethane seals and seal structure, the seals and sealing structure reasonable structure, reliable performance, high life, to meet the hydraulic support column , requires the use of the jack. Suitable for use in promoting the use of co
7、al mine workers, has a good application value. Keywords: hydraulic support,seals,seal structure,PolyurethaneI目 录1 引 言 .11.1 课题的背景及意义 .11.2 液压支架立柱千斤顶密封技术的发展与现状 .21.2.1 国外概况和发展趋势 .21.2.2 我国密封圈概况和发展趋势 .31.3 液压支架密封圈的设计 .31.4 液压支架密封圈的选择 .42 密封机理及密封过程 .73 密封可靠性 .83.1 立柱和千斤顶密封失效分析 .83.2 立柱和千斤顶密封工况分析 .93.3
8、密封可靠性分析 .94 密封型式、结构、沟槽尺寸及公差 .114.1 立柱和千斤顶密封结构及密封圈的现状 .114.2 带切口单体密封圈和密封结构 .124.2.1 带切口单体密封圈 .124.2.2 带切口密封圈 .134.2.3 带锥面挡圈 .134.2.4 密封件产品 .134.3 复合密封圈和密封结构 .134.3.1 一般的密封结构和复合密封圈 .134.3.2 双伸缩立柱的中缸复合密封圈 .144.3.3 密封圈产品 .154.4 密封沟槽尺寸和公差 .155 径向密封力分析 .216 带切口密封圈的切口面密封力计算 .227 预紧力确定 .237.1 密封材料泊松系数 、密封压力
9、 .237.2 密封圈的尺寸误差和密封沟槽的加工误差 .237.3 扩径变形 .24II7.4 预紧力分布 .248 密封圈截面尺寸和外廓形状的确定 .258.1 密封圈截面高度尺寸和宽度尺寸 .258.2 密封圈截面外廓形状 .259 无模加工高可靠性密封件 .269.1 聚氨酯密封圈的要求 .269.2 导向环的要求 .269.3 密封圈材质和成型工艺 .269.4 密封圈切口工艺 .279.5 SYJR700 设备介绍 .279.5.1 沈阳精锐整套无模具密封数控加工系统 .279.5.2 沈阳精锐整套无模具密封数控加工系统主要技术参数 .289.5.3 主要设备备件 .289.5.4
10、密封加工软件 .29结 论 .31参考文献 .32致 谢 .3311 引 言液压支架中对密封圈要求最高的当属立柱千斤顶的密封，所以该设计主要针对液压支架立柱千斤顶密封技术。1.1 课题的背景及意义液压支架是用来控制采煤工作面矿山压力的结构物。采面矿压以外载的形式作用在液压支架上。在液压支架和采面围岩相互作用的力学系统中，若液压支架的各支承件合力与顶板作用在液压支架上的外载合力正好同一直线，则该液压支架对此采面围岩十分适应。我国自 1973 年开始大规模引进德国、英国等国家的综采设备，经历了消化、吸收和改进提高的过程，已形成了较完善的设计、制造和科研体系。液压支架是一种利用液体压力产生支撑力并实
11、现自动移设来进行顶板支护和管理的一种液压动力装置，是综合机械化采煤不可缺少的配套设备。液压支架主要用于水平面和小于等于 10 度的缓倾斜厚煤层沿底板一次放顶煤采全高开采的长壁综采工作面，也适用于急倾斜特厚煤层水平分层放顶煤综采工作面1。随着我国工业的发展，机械化成为现在制造、工业、煤矿等行业的重要内容。机械化不仅从根本上改善了劳动力和安全条件，也为产量和效率的提高奠定了基础。液压支架密封圈作为机械设备的重要组成部分，它的可靠性是生产工作有效进行的可靠保证。随着高强度材料的不断涌现、现代机械加工方法的不断精密及焊接工艺的不断进步，矿用液压支架液压缸的损坏已经基本摆脱了材料性能的影响，由缸体损坏引
12、起液压缸失效的概率在逐渐降低，液压支架密封件的失效导致液压缸故障的所占的比重较大2 。我国对于新型密封材料-聚氨酯的研究起步较晚，国内的密封圈生产厂家对于聚氨酯密封圈的核心技术还处于探索阶段，且液压支架生产企业一般都不生产密封圈，液压支架立柱、千斤顶中使用的液压支架密封件均来自外购。现阶段，我国绝大多数液压支架生产企业都还没有液压支架密封件入厂检验手段，只是在装配完成后，进行打压试验，达到出厂检验标准则合格，如果泄露则拆2下密封件，重新装配一套新的液压支架密封圈。这种先装配后检验的方法往往造成某一批次液压支架密封件装配后出现大面积不合格的现象，不仅浪费材料，而且生产效率低下3。为此,设计一种经
13、济型、功能强、适应面广的是液压支架具有重要的意义。1.2 液压支架立柱千斤顶密封技术的发展与现状液压支架立柱千斤顶密封的可靠性是综采工作面支护系统可靠性的重要因素，因此密封技术是液压支架的核心技术之一。我国自 20 世纪 80 年代初引进液压支架开始，测绘研制以鼓型（活塞密封）和蕾型（活塞杆密封）橡胶及橡胶夹布密封圈为基本密封形式的密封元件。煤科总院北京开采所开发了山型密封圈（活塞密封） ，并一直沿用至今。20 世纪 90 年代末期一些单位开始研制以聚氨酯为材料的浇注型密封圈，其基本密封形式仍为鼓型、山型和蕾型4。相比液压支架其他方面的研究，密封技术一直没有收到足够的重视，没有投入足够的力量进
14、行研究，也没有制定和形成完善的行业和国家煤矿支护设备专用密封技术标准体系，甚至没有相应的技术标准、有效的产品认证和质量技术监督，缺乏试验检测手段。密封件生产企业大多为小型企业，技术力量薄弱，研发能力不足，质量不够稳定5。近年来，北京开采装备技术研究所以立柱千斤顶的设计为依托，对密封技术和密封件进行了广泛、深入的研究。编写了密封圈技术条件和密封件分类及密封沟槽两项行业标准，开发设计了两种密封结构和密封圈，推动了行业的技术发展。1.2.1 国外概况和发展趋势最近几年来，德国、法国、波兰、英国对支架立柱密封件在材质方面的研究有了突破性的进展，传统的密封机理和密封材料已逐步淘汰，聚氨酯密封已成为新型的
15、新三代密封产品，其密封件的使用寿命是国内现有产品使用寿命的4.5 倍以上部分国外密封件样品及其性能指标见表 1。3表 1 国外密封件样品及其结构性能国别 德国“雅达” 德国“洪格尔” 法国 波兰“票马”密封件材质 聚氨酯 聚氨酯 聚氨酯 聚氨酯密封件结构 软硬复合 单一胶种 复合、单一 软硬复合颜色 绿白二色 红色 灰色 绿蓝二色硬度 HD 92.80 85 85 92.80寿命/a 5 5 5 51.2.2 我国密封圈概况和发展趋势我国从 70 年代研究国外产品并生产液压支架密封圈以来，一直使用丁腈夹布胶鼓、类型密封圈，使用寿命短，夹布层易损坏，根据在大同、西山、开滦等矿务局的调查结果得知，
16、上述密封件使用年限为 1.5-2 年左右，一般使用 300天后，密封件夹布层均有裂纹、毛边、撕裂等缺陷。鼓形密封圈主要损坏形式为夹布胶与软胶结合部开裂，磨损严重。因此，研究和开发我国自己的聚氨酯新型密封件，解决我国支架立柱寿命偏低和局部漏液现象，提高立柱的使用寿命与可靠性是急需解决的问题6。1.3 液压支架密封圈的设计液压支架密封圈的设计一般须确定以下几点：(1)径向密封力的计算(2)带切口密封圈的切口面密封力计算(3)预紧力确定（预紧力选择的是否恰当，直接影响密封的可靠性、运行阻力及使用寿命）密封材料泊松系数 、密封压力密封圈的尺寸误差和密封沟槽的加工误差扩径变形预紧力分布4(4)密封圈截面
17、尺寸和外廓形状的确定密封圈截面高度尺寸和宽度尺寸密封圈截面外廓形状在设计过程中，我们还应考虑密封圈的密封可靠性。立柱和千斤顶密封常见失效形式有：(1)活塞聚甲醛挡圈和导向环磨损、挤压变形或断裂，严重挤压摩擦发热造成的塑性流动。(2)活塞密封圈密封面磨损，出现沟痕、剥离、碎裂，引起泄漏。(3)缸口活塞杆密封蕾型圈挤压翻转变形、磨损、沟痕、剥离、碎裂，造成 低压漏液和活柱带液。密封的可靠性涉及面较广，除了密封技术本身之外还与立柱千斤顶的设计合理与否、液压系统的介质条件以及使用环境的优劣有直接的关系。在同一个立柱或千斤顶的密封结构平台上，密封件的优劣是决定密封是否可靠的关键因素。通过研究分析并经长期
18、使用和试验验证，高可靠性密封件应使用高可靠性密封圈、高性能导向环和防尘圈。目前高可靠性密封圈材料多位聚氨酯7。高可靠性密封圈应符合以下要求：(1)密封圈应该在高压（180Mpa ）和低压（2Mpa ）的条件下都能实现有效密封。(2)活塞密封圈与缸筒相对滑动的表面材料应具有好的耐磨性能。(3)密封圈应设置可靠的挡圈以阻止密封材料凑个密封间隙中挤出而破裂， 并尽可能使用能自动补偿密封间隙的挡圈。(4)密封圈采用复合结构能更好的发挥材料的特点。(5)密封圈的材质应能满足一定的性能指标要求，尤其是强度、弹性、压缩 变形、磨耗、与水介质的适应性以及抗污能力等。(6)密封圈的设计要合理，各部位的结构尺寸应能满足使用条件要求。(7)液压缸的设计应与密封圈匹配。1.4 液压支架密封圈的选择1.4.1 带切口单体密封圈和密封结构（1）带切口单体密封圈
