畢業(yè)設(shè)計（論文）音樂池升降臺液壓控制系統(tǒng)設(shè)計

1、音樂池升降臺液壓控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要近年來液壓技術(shù)在各行各業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，而且不同行業(yè)的液壓系統(tǒng)也各有特點。升降臺是舞臺機械臺下設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的設(shè)備之一，在專業(yè)歌劇院、舞劇院、話劇院的音樂池，都配備著大量各種類型的升降臺，即使是在某些以轉(zhuǎn)臺為主的話劇院，鼓形轉(zhuǎn)臺也配置著不同規(guī)格的升降臺。許多國際知名音樂廳，都配備了用于樂隊、合唱隊或大型樂器的樂池升降臺。液壓傳動很容易實現(xiàn)機器的自動化，當(dāng)采用電液聯(lián)合控制后，不僅可實現(xiàn)更高程度的自動控制過程，而且可以實現(xiàn)遙控，所以升降臺大多都采用液壓傳動。 關(guān)鍵詞：液壓傳動，電氣控制，系統(tǒng)回路，液壓仿真 目 錄1緒論11.1液壓技術(shù)11.2液壓傳動控制21.

2、3音樂池升降臺31.4音樂池升降臺液壓傳動系統(tǒng)42制定基本方案和繪制液壓系統(tǒng)圖62.1基本方案62.1.1調(diào)速方案的選擇62.1.2壓力控制方案62.1.3順序動作方案62.1.4選擇液壓動力源72.2繪制液壓系統(tǒng)圖73音樂池升降臺液壓系統(tǒng)工作原理及特點93.1液壓系統(tǒng)的工作原理93.2液壓系統(tǒng)的工作特點94液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定及工況分析104.1升降機的工藝參數(shù)104.2工況分析105 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的計算115.1初步估算系統(tǒng)工作壓力115.2 液壓執(zhí)行元件的主要參數(shù)115.2.1液壓缸的作用力115.2.2缸筒內(nèi)徑的確定115.2.3活塞桿直徑的確定125.2.4液壓缸壁厚的確定14

3、5.2.5液壓缸的流量145.3 速度和載荷計算155.3.1執(zhí)行元件類型、數(shù)量和安裝位置155.3.2速度計算及速度變化規(guī)律165.3.3執(zhí)行元件的載荷計算及變化規(guī)律166液壓元件的選擇及計算196.1液壓泵的選擇196.1.1泵的額定流量196.1.2泵的最高工作壓力196.1.3確定驅(qū)動液壓泵的功率206.2選擇電機226.3連軸器的選用226.4 控制閥的選用236.4.1 壓力控制閥236.4.2 流量控制閥236.4.3 方向控制閥246.5 管路，過濾器選擇計算246.5.1 管路246.5.2 過濾器的選擇256.6 輔件的選擇266.6.1溫度計的選擇266.6.2壓力表選擇

4、266.6.3油箱267 電氣控制回路設(shè)計288 液壓系統(tǒng)性能驗算308.1系統(tǒng)壓力損失驗算308.2 計算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率319液壓系統(tǒng)的仿真339.1 fluidsim軟件介紹339.2液壓系統(tǒng)仿真349.2.1 建立系統(tǒng)回路349.2.2 系統(tǒng)進行仿真3410 結(jié)論42參考文獻43致謝44 1緒論本次畢業(yè)設(shè)計是根據(jù)我們機電一體化專業(yè)的學(xué)生，所掌握的專業(yè)知識而編寫的。它突出了液壓技術(shù)的特點，實現(xiàn)機械和電氣控制的有機地融合在一起，從而實現(xiàn)機電一體。本文主要介紹音樂池升降臺的液壓系統(tǒng)的設(shè)計思路、液壓系統(tǒng)的工作原理及各種液壓元件的選用。1.1液壓技術(shù)液壓技術(shù)滲透到很多領(lǐng)域，不斷在民用工業(yè)、在機

5、床、工程機械、冶金機械、塑料機械、農(nóng)林機械、汽車、船舶等行業(yè)得到大幅度的應(yīng)用和發(fā)展，而且發(fā)展成為包括傳動、控制和檢測在內(nèi)的一門完整的自動化技術(shù)?，F(xiàn)今，采用液壓傳動的程度已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。如發(fā)達國家生產(chǎn)的95%的工程機械、90%的數(shù)控加工中心、95%以上的自動線都采用了液壓傳動技術(shù)。液壓傳動相對于機械傳動來說，是一門新技術(shù)。自1795年制成第一臺水壓機起，液壓技術(shù)就進入了工程領(lǐng)域，1906年開始應(yīng)用于國防戰(zhàn)備武器。第二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事工業(yè)迫切需要發(fā)應(yīng)快和精度高的自動控制系統(tǒng)，因而出現(xiàn)了液壓伺服系統(tǒng)。20世紀(jì)60年代以后，由于原子能、空間技術(shù)、大型船艦及計算機技術(shù)的

6、發(fā)展，不斷地對液壓技術(shù)提出新的要求，液壓技術(shù)相應(yīng)也得到了很大發(fā)展，滲透到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域中。在工程機械、冶金、軍工、農(nóng)機、汽車、輕紡、船舶、石油、航空、和機床工業(yè)中，液壓技術(shù)得到普遍應(yīng)用。近年來液壓技術(shù)已廣泛應(yīng)用于智能機器人、海洋開發(fā)、宇宙航行、地震預(yù)測及各種電液伺服系統(tǒng)，使液壓技術(shù)的應(yīng)用提高到一個嶄新的高度。目前，液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲和高度集成化等方向發(fā)展；同時，減小元件的重量和體積，提高元件壽命，研制新的傳動介質(zhì)以及液壓傳動系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計、計算機仿真和優(yōu)化設(shè)計、微機控制等工作，也日益取得顯著成果。解放前，我國經(jīng)濟落后，液壓工業(yè)完全是空白。解放后，我國經(jīng)濟獲

7、得迅速發(fā)展，液壓工業(yè)也和其它工業(yè)一樣，發(fā)展很快。20世紀(jì)50年代就開始生產(chǎn)各種通用液壓元件。當(dāng)前，我國已生產(chǎn)出許多新型和自行設(shè)計的系列產(chǎn)品，如插裝式錐閥、電液比例閥、電液伺服閥、電液脈沖馬達以及其它新型液壓元件等。但由于過去基礎(chǔ)薄弱，所生產(chǎn)的液壓元件，在品種與質(zhì)量等方面和國外先進水平相比，還存在一定差距，我國液壓技術(shù)也將獲得進一步發(fā)展，它在各個工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，可以預(yù)見，液壓技術(shù)也將獲得進一步發(fā)展，它在各個工業(yè)部門中的用應(yīng)，也將會越來越廣泛?，F(xiàn)代機械一般多是機械、電氣、液壓三者緊密聯(lián)系，結(jié)合的一個綜合體。液壓傳動與機械傳動、電氣傳動并列為三大傳統(tǒng)形式，液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計在現(xiàn)代機械的設(shè)計工作中占有

8、重要的地位。1.2液壓傳動控制液壓傳動控制是工業(yè)中經(jīng)常用到的一種控制方式，它采用液壓完成傳遞能量的過程。因為液壓傳動控制方式的靈活性和便捷性，液壓控制在工業(yè)上受到廣泛的重視。液壓傳動是研究以有壓流體為能源介質(zhì)，來實現(xiàn)各種機械和自動控制的學(xué)科。液壓傳動利用這種元件來組成所需要的各種控制回路，再由若干回路有機組合成為完成一定控制功能的傳動系統(tǒng)來完成能量的傳遞、轉(zhuǎn)換和控制。從原理上來說，液壓傳動所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是說，液體各處的壓強是一致的，這樣，在平衡的系統(tǒng)中，比較小的活塞上面施加的壓力比較小，而大的活塞上施加的壓力也比較大，這樣能夠保持液體的靜止。所以通過液體的傳遞，可以得到

9、不同端上的不同的壓力，這樣就可以達到一個變換的目的。我們所常見到的液壓千斤頂就是利用了這個原理來達到力的傳遞。液壓傳動中所需要的元件主要有動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件等。液壓動力元件是為液壓系統(tǒng)產(chǎn)生動力的部件，主要包括各種液壓泵。液壓泵依靠容積變化原理來工作，所以一般也稱為容積液壓泵。齒輪泵是最常見的一種液壓泵，它通過兩個嚙合的齒輪的轉(zhuǎn)動使得液體進行運動。其他的液壓泵還有葉片泵、柱塞泵，在選擇液壓泵的時候主要需要注意的問題包括消耗的能量、效率、降低噪音。 液壓執(zhí)行元件是用來執(zhí)行將液壓泵提供的液壓能轉(zhuǎn)變成機械能的裝置，主要包括液壓缸和液壓馬達。液壓馬達是與液壓泵做相反的工作的裝置，也就

10、是把液壓的能量轉(zhuǎn)換稱為機械能，從而對外做功。 液壓控制元件用來控制液體流動的方向、壓力的高低以及對流量的大小進行預(yù)期的控制，以滿足特定的工作要求。正是因為液壓控制元器件的靈活性，使得液壓控制系統(tǒng)能夠完成不同的活動。液壓控制元件按照用途可以分成壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥。按照操作方式可以分成人力操縱閥、機械操縱法、電動操縱閥等。 除了上述的元件以外，液壓控制系統(tǒng)還需要液壓輔助元件。這些元件包括管路和管接頭、油箱、過濾器、蓄能器和密封裝置。通過以上的各個器件，我們就能夠建設(shè)出一個液壓回路。所謂液壓回路就是通過各種液壓器件構(gòu)成的相應(yīng)的控制回路。根據(jù)不同的控制目標(biāo)，我們能夠設(shè)計不同的回路，比如

11、壓力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。在表演中廣泛應(yīng)用音樂池升降臺，其傳動及控制系統(tǒng)大部份采用的是液壓裝置。因此對音樂池升降臺液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計也將圍繞著對液壓動力元件、液壓執(zhí)行元件、液壓控制元件、液壓輔助元件以及液壓回路的選擇而進行。1.3音樂池升降臺為滿足當(dāng)代觀眾的需求，求得完美的效果，舞臺上除了燈光、音響外，舞臺機械尤為重要。舞臺上設(shè)有吊桿、吊點、燈光渡橋、燈光吊籠、防火幕，臺下設(shè)有升降臺、車臺、轉(zhuǎn)臺、升降樂池等，有的升降臺中配套轉(zhuǎn)臺，或轉(zhuǎn)臺中有升降臺。升降臺是舞臺下機械設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的設(shè)備之一，在專業(yè)歌劇院、舞劇院、話劇院以及許多國際知名音樂廳里都配備著各種類型的升降臺。他

12、具有快速遷換布景、滿足舞臺的工藝布置的需要、滿足舞美設(shè)計和劇目編導(dǎo)人員的需要、制造特殊的氣氛和效果、根據(jù)表演的需要改變舞臺形式等作用。音樂池升降臺升至舞臺平面時，擴大舞臺表演區(qū)。音樂池升降臺降至樂池底部以便樂隊演奏，增強了劇場。升降舞臺在降至最低時，和下舞臺面平，演員可以站立在升降舞臺臺面上；舞臺升至最高時，和主舞臺面平，從而使演員從臺下隱藏室緩緩升至主舞臺上，給觀眾一種意想不到的視覺效果，可利用升降臺不同的高度變化來改變舞臺的形狀，適應(yīng)劇情對布景或場地的要求，充分滿足了音樂劇、歌劇、芭蕾、戲劇和綜合文藝演出的不同需要，使觀眾能夠享受全面的舞臺藝術(shù)魅力，以節(jié)省搭景消耗的人力、物力如圖1-1。按

13、移動的方法不同分：固定式升降機、拖拉式升降機、自行式升降機、車載式升降機等。按照升降機構(gòu)的不同分：剪叉式升降機、升縮式升降機、套筒式升降機、升縮臂式升降機、折臂式升降機。圖1-1 音樂池升降臺1.4音樂池升降臺液壓傳動系統(tǒng)（1）傳動平穩(wěn) 在液壓傳動裝置中，由于油液的壓縮量非常小，在通常壓力下可以認(rèn)為不可壓縮，依靠油液的連續(xù)流動進行傳動。油液有吸振能力，在油路中還可以設(shè)置液壓緩沖裝置，故不像機械機構(gòu)因加工和裝配誤差會引起振動扣撞擊，使傳動十分平穩(wěn)，便于實現(xiàn)頻繁的換向；因此它廣泛地應(yīng)用在要求傳動平穩(wěn)的機械上，例如磨床幾乎全都采用了液壓傳動。（2）質(zhì)量輕體積小 重量輕、體積小、運動慣性小、反應(yīng)速度快

14、 液壓傳動與機械、電力等傳動方式相比，在輸出同樣功率的條件下，體積和質(zhì)量可以減少很多，因此慣性小、動作靈敏；這對液壓仿形、液壓自動控制和要求減輕質(zhì)量的機器來說，是特別重要的。例如我國生產(chǎn)的挖掘機在采用液壓傳動后，比采用機械傳動時的質(zhì)量減輕了1t。（3）承載能力大 液壓傳動易于獲得很大的力和轉(zhuǎn)矩，因此廣泛用于壓制機、隧道掘進機、萬噸輪船操舵機和萬噸水壓機等。一般采用礦物油作為工作介質(zhì)，相對運動面可自行潤滑，使用壽命長。（4）容易實現(xiàn)無級調(diào)速 在液壓傳動中，調(diào)節(jié)液體的流量就可實現(xiàn)無級凋速，并且調(diào)速范圍很大，可達20001，很容易獲得極低的速度。（5）易于實現(xiàn)過載保護 液壓系統(tǒng)中采取了很多安全保護措

15、施，能夠自動防止過載，避免發(fā)生事故。（6）液壓元件能夠自動潤滑 由于采用液壓油作為工作介質(zhì)，使液壓傳動裝置能自動潤滑，因此元件的使用壽命較長。（7）容易實現(xiàn)復(fù)雜的動作 采用液壓傳動能獲得各種復(fù)雜的機械動作，如仿形車床的液壓仿形刀架、數(shù)控銑床的液壓工作臺，可加工出不規(guī)則形狀的零件。（8）簡化機構(gòu) 采用液壓傳動可大大地簡化機械結(jié)構(gòu)，從而減少了機械零部件數(shù)目。（9）便于實現(xiàn)自動化 當(dāng)采用電液聯(lián)合控制后，不僅可實現(xiàn)更高程度的自動控制過程，而且可以實現(xiàn)遙控液壓系統(tǒng)中，液體的壓力、流量和方向是非常容易控制的，再加上電氣裝置的配合，很容易實現(xiàn)復(fù)雜的自動工作循環(huán)。目前，液壓傳動在組合機床和自動線上應(yīng)用得很普遍

16、。（10）便于實現(xiàn)“三化” 液壓元件易于實現(xiàn)系列比、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。也易于設(shè)計和組織專業(yè)性大批量生產(chǎn)，從而可提高生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本。 2制定基本方案和繪制液壓系統(tǒng)圖2.1基本方案2.1.1調(diào)速方案的選擇調(diào)速方案對液壓系統(tǒng)的性能起決定作用，選擇調(diào)速方案時，應(yīng)根據(jù)液壓執(zhí)行元件的負(fù)載特性和調(diào)速范圍及經(jīng)濟性等因素選擇。常用的調(diào)速方案有三種：節(jié)流調(diào)速回路、容積調(diào)速回路、容積節(jié)流調(diào)速回路。本升降機采用節(jié)流調(diào)速回路，節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度。節(jié)流調(diào)速又分別有進油節(jié)流、回油節(jié)流和旁路節(jié)流三種形式。進油節(jié)流啟動沖擊小，回油節(jié)流常用于有負(fù)載的場合，

17、旁路節(jié)流多用于高速。節(jié)流調(diào)速一般采用開試循環(huán)形式，在開試系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油流經(jīng)系統(tǒng)釋放能量后，在排回油箱。開試回路結(jié)構(gòu)簡單，散熱性好，但油箱體積大，容易混入空氣。節(jié)流調(diào)速回路具有以下特點：承載能力好，成本低，調(diào)速范圍大，適用于小功率，輕載或中低壓系統(tǒng)，但其速度剛度差，效率低，發(fā)熱大。節(jié)流調(diào)速適合升降臺的液壓系統(tǒng)的調(diào)速方案，故選擇節(jié)流調(diào)速，回路效率低，功率損失大。2.1.2壓力控制方案液壓執(zhí)行元件工作時，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級連續(xù)或無級連續(xù)調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。在容積調(diào)速系統(tǒng)中，用

18、變量泵供油，用安全閥起安全保護作用。在有些液壓系統(tǒng)中，有時需要流量不大的高壓油，這時可考慮用增壓回路得到高壓，而不用單設(shè)高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。在系統(tǒng)的某個局部，工作壓力需低于主油源壓力時，要考慮采用減壓回路來獲得所需的工作壓力。所以升降臺的壓力控制由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。2.1.3順序動作方案主機各執(zhí)行機構(gòu)的順序動作，根據(jù)設(shè)備類型不同，有的按固定程序運行，有的則是隨機的或人為的。工程機械的操縱機構(gòu)多為手動，一般用手動的多路換向閥控制。加工機械的各執(zhí)行機構(gòu)的順序動作多采用行程控制，當(dāng)工作部件移動到一

19、定位置時，通過電氣行程開關(guān)發(fā)出電信號給電磁鐵推動電磁閥或直接壓下行程閥來控制接續(xù)的動作。使用分流閥，既可以使四個液壓缸的進油流量相等，也可以使兩缸的回油量相等，從而液壓缸往返均同步。為滿足四個液壓缸的流量需要，本回路即是。分流集流閥亦只能保證速度同步，同步精度一般為2-5%。按下上升啟動四個液壓缸同步上升，液壓缸上升到上限位置碰到行程開關(guān)換向閥換中位，系統(tǒng)壓力保持不變。按下下降按鈕四個液壓缸同步下降，下降到下限位置碰到行程開關(guān)換向閥換中位，實現(xiàn)系統(tǒng)卸荷。2.1.4選擇液壓動力源液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵，它將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?。由于機械作用，油泵在其進油口產(chǎn)生局

20、部真空。油液在大氣壓力的作用下通過進油口進入油泵內(nèi)部。油液再推動油液進入液壓系統(tǒng)。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。對在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對長時間所需流量較小的情況，可增設(shè)蓄能器做輔助油源。油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁性過濾器或其他型式的過濾器，故選擇變量泵供油。2.2繪制液壓系統(tǒng)圖根據(jù)上述分析，可以基本擬訂本次所設(shè)計的液壓控制系統(tǒng)的原理圖及電磁鐵動作如表2-1所示：

21、表2-1電磁鐵動作電磁鐵動作ya1ya2ya3ya4ya5快速上升+-+-勻速上升+-+-+下降-+-+-停止-初步擬定液壓系統(tǒng)原理圖如圖2-1所示：圖2-1液壓系統(tǒng)圖1液壓缸；2過濾器；3溫度計；4液位計；5電機；6液壓泵；7溢流閥；8壓力表；9分流閥；10、11三位四通電磁換向閥； 12、15單項節(jié)流閥；13、14節(jié)流閥；16、17、18、19液壓缸； 20二位二通電磁換向閥；21調(diào)速閥3音樂池升降臺液壓系統(tǒng)工作原理及特點3.1液壓系統(tǒng)的工作原理當(dāng)按下啟動動按鈕電機轉(zhuǎn)動，液壓泵開始工作，把油箱的油通過分流閥等量分流到兩個三位四通的電磁換向閥。當(dāng)按下快速上升按鈕，電磁鐵得電，換向閥1工作在左

22、位，換向閥2工作在右位。油液通過節(jié)流閥流向四個液壓缸，四個液壓缸同步快速上升，油液在通過節(jié)流閥在流回油箱。當(dāng)液壓缸上升到上限位置碰到行程開關(guān)，電磁鐵失電，兩換向閥同時換中位，實現(xiàn)系統(tǒng)保壓。當(dāng)按下勻速上升按鈕，電磁鐵得電，換向閥1工作在左位，換向閥2工作在右位。油液通過節(jié)流閥流向四個液壓缸，四個液壓缸同步勻速上升，油液在通過節(jié)流閥在流回油箱。當(dāng)液壓缸上升到上限位置碰到行程開關(guān)，電磁鐵失電，兩換向閥同時換中位，實現(xiàn)系統(tǒng)保壓。當(dāng)按下下降按鈕，電磁鐵得電，換向閥1工作在右位，換向閥2工作在左位。油液通過節(jié)流閥流向四個液壓缸，四個液壓缸同步下降，油液在通過單向閥在流回油箱。當(dāng)液壓缸下降到下限位置碰到行程

23、開關(guān)，電磁鐵失電，兩換向閥同時換中位，實現(xiàn)系統(tǒng)卸荷。當(dāng)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障等要求緊急停止時，按下停止按鈕，電磁閥復(fù)位，電磁閥都失電，兩個換向閥都置中位，整個系統(tǒng)停止。3.2液壓系統(tǒng)的工作特點該升降臺主要有兩部分組成：機械系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)。機械機構(gòu)主要起傳遞和支撐作用，液壓系統(tǒng)主要提供動力，他們兩者共同作用實現(xiàn)升降機的功能。這里主要介紹液壓系統(tǒng)，升降臺的液壓系統(tǒng)的一個完整的循環(huán)包括快速上升、停止、勻速上升、停止、下降、停止六個階段。實現(xiàn)四個液壓缸速度同步和位置的同步。速度同步是指各缸的運動速度相同，而位置同步則需要保證各缸在運動中和停止時位置均相同，對樂池升降臺來講，對同步的要求應(yīng)該是嚴(yán)格意義上的位置

24、同步，即四缸不管是在運動中還是在停止時，都應(yīng)該保持位置相同。這樣才能保證樂隊在演唱時，不會因為升降臺的升起和下降時，升降臺傾斜而站立不穩(wěn)，其中液壓系統(tǒng)還要實現(xiàn)系統(tǒng)的卸荷，保壓防止升降臺應(yīng)超載而下降，影響演出或發(fā)生意外事故。4液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定及工況分析4.1升降機的工藝參數(shù)本設(shè)計升降機為全液壓系統(tǒng)，相關(guān)工藝參數(shù)為：額定載荷：2500kg系統(tǒng)工作壓力：2mpa系統(tǒng)流量： 16.7l/min最低高度：200mm最大起升高度：1500mm最大高度：1700mm電源：380v,50hz4.2工況分析升降舞臺是舞臺機械臺下設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的設(shè)備之一，在專業(yè)的歌劇院、舞劇院、話劇院，都配有著大量各種類

25、型的升降臺，以國家大劇院為例，歌劇院臺下設(shè)備中，就有升降臺四十五臺，戲劇場的鼓形轉(zhuǎn)臺內(nèi)，設(shè)置了兩塊升降臺和十三塊升降塊，音樂廳臺下設(shè)有三塊升降臺和一塊鋼琴升降臺。本次設(shè)計的主要用來做演員上場時用的升降臺，或鋼琴師用的升降臺載荷不是很大，最大升高高度可以達到2米，行走速度16.8m/min，電機功率3kw。 5 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的計算5.1初步估算系統(tǒng)工作壓力液壓缸的有效工作壓力可以根據(jù)表5-1、5-2所示：表5-1 液壓缸牽引力與工作壓力之間的關(guān)系 牽引力f（能）50工作壓p(mpa）5-7表5-2 各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力機床類型機床農(nóng)業(yè)機械液壓機小型工程機械大型挖掘機械磨床組合機床龍門機

26、床拉床建筑工程重型機械液壓鑿巖機起重運輸機械工作壓mpa0.8-23-52-88-1010-1820-32由于該液壓缸推力即牽引力10kn，根據(jù)上面的兩個表可以初步確定液壓缸的工作壓力為p=2mpa。5.2 液壓執(zhí)行元件的主要參數(shù) 5.2.1液壓缸的作用力液壓缸的作用力及時液壓缸的工作是的推力或拉力，該升降臺工作時液壓缸產(chǎn)生向上的推力，因此計算時只取液壓油進入無桿腔時產(chǎn)生的推力由參考文獻1可知： f= （5-1）式中：p液壓缸的工作壓力，單位為pa，取p= d 活塞內(nèi)徑，單位為m，取d=0.09m 液壓缸的效率，取=0.95代入數(shù)據(jù): f = = 10.3（kn）即液壓缸工作時產(chǎn)生的推力為10

27、.3（kn）。 5.2.2缸筒內(nèi)徑的確定 該液壓缸宜按照推力要求來計算缸筒內(nèi)經(jīng)，計算式如下由參考文獻5可知： 要求活塞無桿腔的推力為f時，其內(nèi)徑為： （5-2）式中：d活塞桿直徑缸、筒內(nèi)徑，單位為m f無桿腔推力，單位為n p工作壓力，單位為mpa 液壓缸機械效率，取=0.95代入數(shù)據(jù)： d= =0.083（m）d=83mm 取圓整值為d=90（mm）液壓缸的內(nèi)徑，活塞的的外徑要取標(biāo)注值是因為活塞和活塞桿還要有其它的零件相互配合，如密封圈等，而這些零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，有專門的生產(chǎn)廠家，故活塞和液壓缸的內(nèi)徑也應(yīng)該標(biāo)準(zhǔn)化，以便選用標(biāo)準(zhǔn)件。5.2.3活塞桿直徑的確定（1）活塞桿直徑根據(jù)受力情況和液壓缸的

28、結(jié)構(gòu)形式來確定由參考文獻8可知： 受拉時： （5-3） 受壓時：， （5-4） ， （5-5） ， （5-6） 該液壓缸的工作壓力為為：p=2mpa ,取 。（2）活塞桿的強度計算活塞桿在穩(wěn)定情況下，如果只受推力或拉力，可以近似的用直桿承受拉壓載荷的簡單強度計算公式進行由參考文獻4可知： （5-7）式中：f活塞桿的推力，單位為n d活塞桿直徑，單位為m 材料的許用應(yīng)力，單位為mpa，活塞桿用45號鋼 代入數(shù)據(jù)： =6.3（mpa）故活塞桿的強度滿足要求。（3）穩(wěn)定性校核 該活塞桿不受偏心載荷，按照等截面法，將活塞桿和缸體視為一體，其細(xì)長比為由參考文獻7可知： 時，在該設(shè)計及安裝形式中，液壓缸兩

29、端采用鉸接，其值分別為： 將上述值代入式中得： 故校核采用的式子為： （5-8）式中：n=1，安裝形式系數(shù)e活塞桿材料的彈性模量，鋼材取 j活塞桿截面的轉(zhuǎn)動慣量，取 l計算長度，取l=1.06m，代入數(shù)據(jù)： =371（kn）其穩(wěn)定條件為： （5-9）式中：穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取=2-4，取=3f液壓缸的最大推力代入數(shù)據(jù)：=123（kn）故活塞桿的穩(wěn)定性滿足要求。 5.2.4液壓缸壁厚的確定液壓缸壁厚又結(jié)構(gòu)和工藝要求等確定，一般按照薄壁筒計算，壁厚由下式確定由參考文獻11可知： （5-10） 式中：d液壓缸內(nèi)徑，單位為m 缸體壁厚，單位為cm液壓缸最高工作壓力，單位為pa，一般取=1.2-1.3缸

30、體材料的許用應(yīng)力，鋼材取 代入數(shù)據(jù)：考慮到液壓缸的加工要求，將其壁厚適當(dāng)加厚，取壁厚。5.2.5液壓缸的流量 液壓缸的流量余缸徑和活塞的運動有關(guān)系，當(dāng)液壓缸的供油量q不變時，除去在形程開始和結(jié)束時有一加速和減速階段外，活塞在行程的中間大多數(shù)時間保持恒定速度，液壓缸的流量可以計算如下由參考文獻6可知： （5-11）式中：a活塞的有效工作面積，對于無桿腔活塞的容積效率，采用彈形密封圈時=1，采用活塞環(huán)時=0.98 為液壓缸的最大運動速度，單位為m/s代入數(shù)據(jù)： 即液壓缸以其最大速度運動時，所需要的流量為，以其最小運動速度運動時，所需要的流量為。5.3速度和載荷計算5.3.1執(zhí)行元件類型、數(shù)量和安裝

31、位置類型選擇如表5-3所示：表5-3 執(zhí)行元件類型的選擇運動形式往復(fù)直線運動回轉(zhuǎn)運動往復(fù)擺動短行程長行程高速低速擺動液 壓馬達執(zhí)行元件的類型活塞缸柱塞缸 液壓馬達和絲杠螺母機構(gòu)高速液壓馬達低速液壓馬達根據(jù)上表選擇執(zhí)行元件類型為活塞缸，再根據(jù)其運動要求進一步選擇液壓缸類型為雙作用單活塞桿無緩沖式液壓缸，其符號為：數(shù)量：該升降平臺為雙單叉結(jié)構(gòu)，故其采用的液壓缸數(shù)量為4個完全相同的液壓缸，其運動完全是同步的，但其精度要求不是很高。安裝位置：液壓缸的安裝方式為耳環(huán)型，尾部單耳環(huán)，氣缸體可以在垂直面內(nèi)擺動，前后兩固定支架之間的橫梁之上，橫梁和支架組成為一體，通過橫梁活塞的推力逐次向外傳遞，使升降機升降。

32、5.3.2速度計算及速度變化規(guī)律參考國內(nèi)升降臺類產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)可知。最大起升高度為1500mm時，其平均起升時間為45s，就是從液壓缸活塞開始運動到活塞行程末端所用時間大約為45s，設(shè)本升降臺的最小升降時間為40s,最大升降時間為50s。由此便可以計算執(zhí)行元件的速度v由參考文獻9可知: （5-12）式中： v執(zhí)行元件的速度，單位為m/s l液壓缸的行程，單位為m t時間，單位為s當(dāng)時： =0.0132當(dāng)時： 液壓缸的速度在整個行程過程中都比較平穩(wěn)，無明顯變化，在起升的初始階段到運行穩(wěn)定階段，其間有一段加速階段，該加速階段加速度表較小，因此速度變化不明顯，形成終了時，有一個減速階段，減速階段加速

33、度亦比較小，因此可以說升降機在整個工作過程中無明顯的加減速階段，其運動速度比較平穩(wěn)。5.3.3執(zhí)行元件的載荷計算及變化規(guī)律執(zhí)行元件的載荷即為液壓缸的總阻力，油缸要運動必須克服其阻力才能運行，因此在次計算油缸的總阻力即可，油缸的總阻力包括：阻礙工作運動的切削力，運動部件之間的摩擦阻力，密封裝置的摩擦阻力，起動制動或換向過程中的慣性力，回油腔因被壓作用而產(chǎn)生的阻力，即液壓缸的總阻力也就是它的最大牽引力由參考文獻12可知： （5-13）（1）切削力。根據(jù)其概念阻礙工作運動的力，在本設(shè)計中即為額定負(fù)載的重力和支架以及上頂板的重力：其計算式為： （5-14）（2）摩擦力。各運動部件之間的相互摩擦力由于運

34、動部件之間為無潤滑的鋼-鋼之間的接觸摩擦，取，其具體計算式為： （5-15）（3）密封裝置的密封阻力。根據(jù)密封裝置的不同，分別采用下式計算由參考文獻12可知： y形密封圈： （5-16）式中：f摩擦系數(shù)，取 p密封處的工作壓力，單位為pa d密封處的直徑，單位為m 密封圈有效高度，單位為m（4）運動部件的慣性力。其計算式為： （5-17） 式中：g運動部件的總重力，單位為n g重力加速度，單位為 啟動或制動時的速度變量，單位為m/s 起動制動所需要的時間，單位為s對于行走機械取，本設(shè)計中取值為（5）背壓力。背壓力在此次計算中忽略，而將其計入液壓系統(tǒng)的效率之中。由上述說明可以計算出液壓缸的總阻力

35、為： （5-18） = =(204.8+316+120+188+2500)x9.8+0.15(204.8+316+120)x9.8+(204.8+316+120+188+2500)x0.4+(204.8+316+120+188+2500)x9.8x0.05 =40kn液壓缸的總負(fù)載40kn，該系統(tǒng)中共有四個液壓缸個液壓缸，故每個液壓缸需要克服的阻力為10kn。該升降臺的額定載荷為2500kg ，其負(fù)載變化范圍為0-2500kg，在工作過程中無沖擊負(fù)載的作用，負(fù)載在工作過程中無變化，也就是該升降臺受恒定負(fù)載的作用。6液壓元件的選擇及計算液壓元件主要包括有：油泵，電機，各種控制閥，管路，過濾器等。

36、有液壓元件的不同連接組合構(gòu)成了功能各異的液壓回路，下面根據(jù)主機的要求進行液壓元件的選擇計算。6.1液壓泵的選擇液壓泵是液壓系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)化裝置，是將機械能轉(zhuǎn)換為液壓能的動力元件。為液壓系統(tǒng)提供具有一定壓力和流量的液壓液。液壓泵的性能好壞直接影響液壓系統(tǒng)工作的可靠性和穩(wěn)定性6.1.1泵的額定流量泵的流量應(yīng)滿足執(zhí)行元件最高速度要求，所以泵的輸出流量應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)所需要的最大流量和泄漏量來確定有參考文獻6可知： （6-1）式中：泵的輸出流量，單位為 k系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取k=1.1-1.3 液壓缸實際需要的最大流量，單位為 n執(zhí)行元件個數(shù)代入數(shù)據(jù)： 對于工作過程中始終用節(jié)流閥調(diào)速的系統(tǒng)，在確定泵的流量時

37、，應(yīng)再加上溢流閥的最小溢流量，一般?。?6.1.2泵的最高工作壓力泵的工作壓力應(yīng)該根據(jù)液壓缸的工作壓力來確定，即 （6-2）式中：泵的工作壓力，單位為pa 執(zhí)行元件的最高工作壓力，單位為pa 進油路和回油路總的壓力損失初算時，節(jié)流調(diào)速和比較簡單的油路可以取 ,對于進油路有調(diào)速閥和管路比較復(fù)雜的系統(tǒng)可以取。代入數(shù)據(jù)：考慮到液壓系統(tǒng)的壓力及油泵的使用壽命，通常在選擇油泵時，其額定壓力比工作壓力大25%-60% ，即泵的額定壓力為3.125-4.0，取其額定壓力為4。6.1.3確定驅(qū)動液壓泵的功率（1）當(dāng)液壓泵的壓力和流量比較衡定時，所需功率為由參考文獻7可知： p=pbqb/103b (kw) （

38、6-3）式中：pb液壓泵的最大工作壓力，單位為n/m2qb液壓泵的流量，單位為m3/sb液壓泵的總效率各種形式液壓泵的總效率可參考如表6-1所示估取，液壓泵規(guī)格大，取大值，反之取小值，定量泵取大值，變量泵取小值。 表6-1 液壓泵的總效率液壓泵的類型齒輪泵螺桿泵葉片泵柱塞泵總效率0.6-0.70.65-0.80.6-0.750.8-0.85（2）在工作循環(huán)中，泵的壓力和流量有顯著變化時，可分別計算出工作循環(huán)中各個階段所需的驅(qū)動功率，然后求其平均值。 按上述功率和泵的轉(zhuǎn)速，可以從產(chǎn)品樣本中選取標(biāo)準(zhǔn)電動機，再進行驗算，使電動機發(fā)出最大功率時，其超載量在允許范圍內(nèi)。（3）電機的功率也可以根據(jù)技術(shù)手冊

39、找，可以查得電機的驅(qū)動功率為4kw，本設(shè)計以技術(shù)手冊的數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，取電機的功率為4kw。根據(jù)上面所計算的最大壓力pb和流量qb，查液壓元件產(chǎn)品樣本，選擇與pb和qb相當(dāng)?shù)囊簤罕玫囊?guī)格型號。上面所計算的最大壓力pb是系統(tǒng)靜態(tài)壓力，系統(tǒng)工作過程中存在著過渡過程的動態(tài)壓力，而動態(tài)壓力往往比靜態(tài)壓力高得多，所以泵的額定壓力pb應(yīng)比系統(tǒng)最高壓力大25%-60%，使液壓泵有一定的壓力儲備。若系統(tǒng)屬于高壓范圍，壓力儲備取小值；若系統(tǒng)屬于中低壓范圍，壓力儲備取大值。根據(jù)上述計算最終選取三螺桿泵：液壓泵為三螺桿泵，其參數(shù)如下：規(guī)格：，標(biāo)定粘度： ， 10轉(zhuǎn)速： ， 2900壓力： ， 4 流量： ， 26.6功

40、率： ， 4吸入口直徑： mm， 25排出口直徑： mm， 20重量： kg， 11允許吸上真空高度： m()， 5 制造廠： 北京第二機床廠說明： 三螺桿泵的使用、安裝、維護要求。使用要求：一般用于液壓傳動系統(tǒng)中的三螺桿泵多采用20號液壓油或40號液壓油，其粘度范圍為之間。安裝要求：電機與泵的連接應(yīng)用彈性連軸器，以保證兩者之間的同軸度要求，（用千分表檢查連軸器的一個端面，其跳動量不得大于0.03mm，徑向跳動不得大于0.05mm.）,當(dāng)每隔轉(zhuǎn)動連軸器時，將一個聯(lián)軸節(jié)作徑向移動時應(yīng)感覺輕快。泵的進油管道不得過長，彎頭不宜過多，進油口管道應(yīng)接有過濾器，其濾孔一般可用40目到60目過濾網(wǎng)，過濾器不

41、允許露出油面，當(dāng)泵正常運轉(zhuǎn)后，其油面離過濾器頂面至少有100mm,以免吸入空氣，甭的吸油高度應(yīng)小于500mm。維護要求：為保護泵的安全，必須在泵的壓油管道上裝安全閥（溢流閥）和壓力表。6.2選擇電機根據(jù)上述計算過程，現(xiàn)在可以進行電機的選取，本液壓系統(tǒng)為一般液壓系統(tǒng)，通常選取三相異步電動機就能夠滿足要求，初步確定電機的功率和相關(guān)參數(shù)如下： 型號：額定功率：4滿載時轉(zhuǎn)速： 電流： 效率： 85.5% 凈重： 45kg 額定轉(zhuǎn)矩：電機的安裝形式為 型，其參數(shù)為：基座號：112m，極數(shù)：4，國際標(biāo)準(zhǔn)基座號：6.3連軸器的選用連軸器的選擇應(yīng)根據(jù)負(fù)載情況，計算轉(zhuǎn)矩，軸端直徑和工作轉(zhuǎn)速來選擇。計算轉(zhuǎn)矩由下式

42、求出由參考文獻5可知： （6-4）式中：需用轉(zhuǎn)矩，見各連軸器標(biāo)準(zhǔn)，單位為 驅(qū)動功率，單位為 工作轉(zhuǎn)速，單位為 工況系數(shù)，取=1.5 代入數(shù)據(jù)： 據(jù)此可以選擇連軸器的型號如下： 名稱：撓性連軸器彈性套柱銷連軸器 許用轉(zhuǎn)矩： 許用轉(zhuǎn)速：4700r/min 軸孔直徑： 軸孔長度：y型：l=42mm， d=95mm 重 量：1.9kg 6.4 控制閥的選用液壓系統(tǒng)應(yīng)盡可能多的由標(biāo)準(zhǔn)液壓控制元件組成，液壓控制元件的主要選擇依據(jù)是閥所在的油路的最大工作壓力和通過該閥的最大實際流量，下面根據(jù)該原則依次進行壓力控制閥，流量控制閥和換向閥的選擇。6.4.1 壓力控制閥壓力控制閥的選用原則壓力：壓力控制閥的額定壓

43、力應(yīng)大于液壓系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最高壓力，以保證壓力控制閥正常工作。壓力調(diào)節(jié)范圍：系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓力應(yīng)在法的壓力調(diào)節(jié)范圍之內(nèi)。流量：通過壓力控制閥的實際流量應(yīng)小于壓力控制閥的額定流量。結(jié)構(gòu)類型：根據(jù)結(jié)構(gòu)類性及工作原理，壓力控制閥可以分為直動型和先導(dǎo)型兩種，直動型壓力控制閥結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，但壓力受流量的變化影響大，調(diào)壓偏差大，不適用在高壓大流量下工作。但在緩沖制動裝置中要求壓力控制閥的靈敏度高，應(yīng)采用直動型溢流閥，先導(dǎo)型壓力控制閥的靈敏度和響應(yīng)速度比直動閥低一些，調(diào)壓精度比直動閥高，廣泛應(yīng)用于高壓，大流量和調(diào)壓精度要求較高的場合。此外，還應(yīng)考慮閥的安裝及連接形式，尺寸重量，價格，使用壽命，維護方便性，貨

44、源情況等。根據(jù)上述選用原則，可以選擇直動型壓力閥，再根據(jù)發(fā)的調(diào)定壓力及流量和相關(guān)參數(shù)，可以選擇dbd式直動式溢流閥，相關(guān)參數(shù)如下：型號：dbds6g10 最低調(diào)節(jié)壓力：5mpa 流量： 40l/min 6.4.2 流量控制閥流量控制閥的選用原則如下： 壓力：系統(tǒng)壓力的變化必須在閥的額定壓力之內(nèi)。流量：通過流量控制閥的流量應(yīng)小于該閥的額定流量。測量范圍：流量控制閥的流量調(diào)節(jié)范圍應(yīng)大于系統(tǒng)要求的流量范圍，特別注意，在選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時，所選閥的最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行元件的最低穩(wěn)定速度要求。該升降機液壓系統(tǒng)中所使用的流量控制閥有分流閥和單節(jié)分流閥，單節(jié)分流閥的規(guī)格和型號如下：型號：fdl-b10h

45、 公稱通徑：10mm連接方式：管式連接 重量：4kg 分流閥的型號為：fl-b10 其余參數(shù)與單節(jié)分流閥相同。6.4.3 方向控制閥方向控制閥的選用原則如下：壓力：液壓系統(tǒng)的最大壓力應(yīng)低于閥的額定壓力流量：流經(jīng)方向控制閥最大流量一般不大于閥的流量。滑閥機能：滑閥機能之換向閥處于中位時的通路形式。操縱方式：選擇合適的操縱方式，如手動，電動，液動等。方向控制閥在該系統(tǒng)中主要是指電磁換向閥，通過換向閥處于不同的位置，來實現(xiàn)油路的通斷。所選擇的換向閥型號及規(guī)格如下：型號：4we5e5of 額定流量：15l/min 消耗功率：26kw 電源電壓：工作壓力：a、b、p腔 t腔： 重量：1.4kg6.5 管

46、路，過濾器選擇計算6.5.1 管路管路按其在液壓系統(tǒng)中的作用可以分為：主管路包括吸油管路，壓油管路和回油管路，用來實現(xiàn)壓力能的傳遞；泄油管路：將液壓元件泄露的油液導(dǎo)入回油管或郵箱；控制管路：用來實現(xiàn)液壓元件的控制或調(diào)節(jié)以及與檢測儀表相連接的管路。本設(shè)計中只計算主管路中油管的尺寸。（1）吸油管尺寸油管的內(nèi)徑取決于管路的種類及管內(nèi)液體的流速，油管直徑d由下式確定由參考文獻9可知： （6-5）式中：d油管直徑，單位為mm q油管內(nèi)液體的流量，單位為 油管內(nèi)的允許流速，單位為對吸油管，取 ，本設(shè)計中取：代入數(shù)據(jù)： 取圓整值為：（2）回油管尺寸回油管尺寸與上述計算過程相同：，取為代入數(shù)據(jù)： 取圓整值為：

47、 （3）壓力油管壓力油管：，本設(shè)計中取為：代入數(shù)據(jù)： 取圓整值為：（4）油管壁厚：升降機系統(tǒng)中的油管可用橡膠軟管和尼龍管作為管道，橡膠軟管裝配方便，能吸收液壓系統(tǒng)中的沖擊和振動，尼龍管是一種很有發(fā)展前途的非金屬油管，用于低壓系統(tǒng)，壓力油管采用的橡膠軟管其參數(shù)如下：內(nèi)徑： 10mm外徑： 型，17.5-19.7mm工作壓力：型，16最小彎曲半徑：130mm6.5.2 過濾器的選擇過濾器的選擇應(yīng)考慮以下幾點：（1）具有足夠大的通油能力，壓力損失小，一般過濾器的通油能力大于實際流量的二倍，或大于管路的最大流量。（2）過濾精度應(yīng)滿足設(shè)計要求，一般液壓系統(tǒng)的壓力不同，對過濾精度的要求也不同，系統(tǒng)壓力越高

48、，要求液壓元件的間隙越小，所以過濾精度要求越高，過濾精度與液壓系統(tǒng)壓力的關(guān)系如表6-2所示：表6-2 過濾精度與液壓系統(tǒng)的壓力關(guān)系 系統(tǒng)類型一般液壓系統(tǒng)伺服系統(tǒng)壓力mpa735過濾精度25-2025105（3）濾芯應(yīng)有足夠的強度，過濾器的實際壓力應(yīng)小于樣本給出的工作壓力。（4）濾芯抗腐蝕性能好，能在規(guī)定的溫度下長期工作。根據(jù)上述原則，考慮到螺桿泵的流量，選定過濾器為燒結(jié)式過濾器，其型號及具體參數(shù)如下所示： 型號： 流量： 過濾精度： 接口尺寸： 工作壓力： 壓力損失： 生產(chǎn)廠：北京粉末冶金二廠6.6 輔件的選擇6.6.1溫度計的選擇液壓系統(tǒng)常用接觸式溫度計來顯示油箱內(nèi)工作介質(zhì)的溫度，接觸式溫度計有膨脹式和壓力式。本系統(tǒng)中選用膨脹式，其相關(guān)參數(shù)如下：型號： 名稱：內(nèi)表式工業(yè)玻璃溫度計 6.6.2壓力表選擇 壓力表安裝于便于觀察的地方。其選擇如下： 型號：y60 測量范圍： 名稱：一