剪叉式液壓升降機設計

1、1. 前1.1課題研究的目的和意義升降機是一種升降性能好，適用范圍廣的貨物舉升機構，可用于生產(chǎn)流水線高度差 設備之間的貨物運送，物料上線，下線，共件裝配時部件的舉升，大型機庫上料，下 料，倉儲裝卸等場所，與叉車等車輛配套使用，以及貨物的快速裝卸等。它采用全液壓 系統(tǒng)控制，采用液壓系統(tǒng)有以下特點：（1）在同等的體積下，液壓裝置能比其他裝置產(chǎn)生更多的動力，在同等的功率 下，液壓裝置的體積小，重量輕，功率密度大，結構緊湊，液壓馬達的體積和重量只有 同等功率電機的 12%。（2 ）液壓裝置工作比較平穩(wěn)，由于重量輕，慣性小，反應快，液壓裝置易于實現(xiàn) 快速啟動，制動和頻繁的換向。（3 ）液壓裝置可在大范圍

2、內實現(xiàn)無級調速，（調速范圍可達到2000），還可以在運行的過程中實現(xiàn)調速。（4 ）液壓傳動易于實現(xiàn)自動化，他對液體壓力，流量和流動方向易于進行調解或 控制。（5）液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護。（6 ）液壓元件以實現(xiàn)了標準化，系列化，通用化，壓也系統(tǒng)的設計制造和使用都 比較方便。當然液壓技術還存在許多缺點，例如，液壓在傳動過程中有較多的能量損失，液壓 傳動易泄露，不僅污染工作場地，限制其應用范圍，可能引起失火事故，而且影響執(zhí)行 部分的運動平穩(wěn)性及正確性。對油溫變化比較敏感，液壓元件制造精度要求較高，造價 昂貴，出現(xiàn)故障不易找到原因，但在實際的應用中，可以通過有效的措施來減小不利因 素帶來的影響。1.

3、2國內研究狀況及發(fā)展前景我國的液壓技術是在新中國成立以后才發(fā)展起來的。自從1952年試制出我國第一個液壓元件一一齒輪泵起，迄今大致經(jīng)歷了仿制外國產(chǎn)品，自行設計開發(fā)和引進消化提高 等幾個階段。進年來，通過技術引進和科研攻關，產(chǎn)品水平也得到了提高，研制和生產(chǎn)出了一些 具先進水平的產(chǎn)品。目前，我國的液壓技術已經(jīng)能夠為冶金、工程機械、機床、化工機械、紡織機械等 部門提供品種比較齊全的產(chǎn)品。但是，我國的液壓技術在產(chǎn)品品種、數(shù)量及技術水平上，與國際水品以及主機行業(yè) 的要求還有不少差距，每年還需要進口大量的液壓元件。今后，液壓技術的發(fā)展將向著一下方向：（1）提高元件性能，創(chuàng)制新型元件，體積不斷縮小。（2 ）

4、高度的組合化，集成化，模塊化。（3 ）和微電子技術結合，走向智能化。總之，液壓工業(yè)在國民經(jīng)濟中的比重是很大的，他和氣動技術常用來衡量一個國家 的工業(yè)化水平。2. 工藝參數(shù)及工況分析2.1升降機的工藝參數(shù)本設計升降機為全液壓系統(tǒng)，相關工藝參數(shù)為：額定載荷：2500kg 最低高度： 500 mm 最大起升高度： 1500mm 最大高度：1700mm平臺尺寸： 4000x2000mm電源： 380v,50Hz2.2工況分析本升降機是一種升降性能好，適用范圍廣的貨物舉升機構，和用于生產(chǎn)流水線高度 差設備之間的貨物運送，物料上線、下線。工件裝配時調節(jié)工件高度，高出給料機運 送，大型部件裝配時的部件舉升，

5、大型機庫上料、下料。倉儲，裝卸場所，與叉車等裝運車輛配套使用，即貨物的快速裝卸等。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。3. 升降機機械機構的設計和計算3.1 升降機機械結構形式和運動機理根據(jù)升降機的平臺尺寸 4000 2000mm ，參考國內外同類產(chǎn)品的工藝參數(shù)可知, 該升降機宜采用單雙叉機構形式：即有兩個單叉機構升降臺合并而成，有四個同步液壓 缸做同步運動，以達到升降機升降的目的。其具體結構形式2一/011A45丄/円 /U二 b圖3.1圖3.1所示即為該升降機的基本結構形式，其中1是工作平臺，

6、2是活動鉸鏈，3為固定鉸鏈，4為支架，5是液壓缸，6為底座。在1和6的活動鉸鏈處設有滑道。4主要起支撐作用和運動轉化形式的作用，一方面支撐上頂板的載荷，一方面通過其鉸接 將液壓缸的伸縮運動轉化為平臺的升降運動，1與載荷直接接觸，將載荷轉化為均布載荷，從而增強局部承載能力。下底架主要起支撐和載荷傳遞作用，它不僅承擔著整個升 降機的重量，而且能將作用力傳遞到地基上。通過這些機構的相互配合，實現(xiàn)升降機的 穩(wěn)定和可靠運行。兩支架在0點鉸接，支架 4上下端分別固定在平臺和底座上，通過活塞桿的伸縮和 鉸接點0的作用實現(xiàn)貨物的舉升。3.2升降機的機械結構和零件設計3.2.1 升降機結構參數(shù)的選擇和確定根據(jù)升

7、降臺的工藝參數(shù)和他的基本運動機理來確定支架4的長度和截面形狀，升降臺達要求高度時鉸鏈a、b的距離其液壓缸的工作行程。-4 -x設ab=x ( 0 x 1m )，則4支架的長度可以確定為h 2,(h 1.5m),即支2架和地板垂直時的高度應大于1.5m ,這樣才能保證其最大升降高度達到1.5m，其運動過程中任意兩個位置的示意圖表示如下：N1N4M1O1/MO2B1BC1CA圖3.4t ,根據(jù)其水平位設支架都在其中點處絞合，液壓缸頂端與支架絞合點距離中點為x =0.4m,置的幾何位置關系可得:F面根據(jù)幾何關系求解上述最佳組合值:初步分析：x值范圍為0x1 x ,取值偏小，則工作平臺ab點承力過大，

8、還會使支架的長度過長，造成受力情況不均勻。X值偏小，則會使液壓缸的行程偏大，并且會造成整個機構受力情況不均勻。在該設計中，可以選擇幾個特殊值:x =0.6m, x =0.8m，分別根據(jù)數(shù)學關系計算出h和t。然后分析上下頂板的受力情況。選取最佳組合值便可以滿足設計要求。(1) x =0.4支架長度為h=2-x/2=1.8mO2C=h/2=0.9m-5 -液壓缸的行程設為I,升降臺上下頂板合并時，根據(jù)幾何關系可得到：l+t=0.9升降臺完全升起時，有幾何關系可得到：1.82 0.9952 1.52(0.9 t)2 0.9552 (2丨)2cos=2 1.8 0.9952 (0.9 t) 2I聯(lián)合上

9、述方程求得：t=0.355ml=0.545m即液壓缸活塞桿與 2桿絞合點與2桿中心距為 0.355m.活塞行程為0.545m(2) x =0.6支架長度為 =2-x/2=1.7mO2C =h/2=0.85m液壓缸的行程設為l,升降臺上下頂板合并時，根據(jù)幾何關系可得到：l+t=0.9升降臺完全升起時，有幾何關系可得到：2 2 2 2 2 21.70.81.5_ (0.85 t) 0.8(2l)cos =2 1.7 0.82 0.8 (0.85 t)聯(lián)合上述方程求得：t=0.32ml=0.53m即液壓缸活塞桿與 2桿絞合點與2桿中心距為0.32m.活塞行程為 0.53m(3) x =0.8支架長度

10、為 =2-x/2=1.6mO2C=h/2=0.8m液壓缸的行程設為I,升降臺上下頂板合并時，根據(jù)幾何關系可得到：l+t=0.9升降臺完全升起時，有幾何關系可得到：1.62 0.5572 1.52_ (0.8 t)20.5572 (2丨)2cos=2 1.6 0.5572 (0.8 t) 0.557聯(lián)合上述方程求得：t=0.284ml=0.516m即液壓缸活塞桿與 2桿絞合點與2桿中心距為 0.284m.活塞行程為0.516m現(xiàn)在對上述情況分別進行受力分析：(4) x=0.4m ,受力圖如下所示：(5) x=0.6m ,受力圖如下所示111,1(6) x=0.8m ,受力圖如下所示比較上述三種情

11、況下的載荷分布狀況，x 取小值，則升到頂端時，兩相互絞合的支架間的間距越大，而此時升降臺的載荷為均布載荷，有材料力學理論可知，此時兩支 架中點出所受到的彎曲應力為最大，可能會發(fā)生彎曲破壞，根據(jù)材料力學中提高梁的彎 曲強度的措施Mmaxmaxw知，合理安排梁的受力情況，可以降低Mmax值，從而改善提高其承載能力。分析上述x=0.4m.x=0.6m,x=0.8m時梁的受力情況和載荷分布情況，可以選擇第二種情況，即x=0.6m時的結構作為升降機a的最終值，由此便可以確定其他相關參數(shù)如下:t=0.32m. l=0.53m, h=1.7m3.2.2 升降機支架和下底板結構的確定3.2.2.1 上頂板結構

12、和強度校核上頂板和載荷直接接觸，其結構采用由若干根相互交叉垂直的熱軋槽鋼通過焊接形式焊接而成，然后在槽鋼的四個側面和上頂面上鋪裝4000x2000x3m m的鋼板，其結構形式大致如下所示：圖3.7沿平臺的上頂面長度方向布置4根16號熱軋槽鋼，沿寬度方向布置6根10號熱軋槽鋼，組成上圖所示的上頂板結構。在最外緣延長度方向加工出安裝上下支架的滑槽。以 便上下支架的安裝。滑槽的具體尺寸根據(jù)上下支架的具體尺寸和結構而定。沿長度方向的4根16號熱軋槽鋼的結構參數(shù)為2h b d t r ri = 160 65 8.5 10 10.0 5.0mm ,截面面積為 25.162cm ，理論重量為19.752kg

13、/m，抗彎截面系數(shù)為117cm3。沿寬度方向的6根10號熱軋槽鋼的結構參數(shù)為h b d t r r1 = 100 48 5.3 8.5 8.5 4.2mm,截面面積為12.784cm2，理論重量為10.007kg/m，抗彎截面系數(shù)為 39.7cm3。其質量分別為：4根16號熱軋槽鋼的質量為：m14 4 19.752316kg6根10號熱軋槽鋼的質量為：m26 2 10.007120kg菱形鋼板質量為：m34 2 25.6204.8kg3.2.2.2 強度校核升降臺上頂板的載荷是作用在一平臺上的，可以認為是一均布載荷，由于該平板上鋪裝汽車鋼板，其所受到的載荷為額定載荷和均布載荷之和，其載荷密度為

14、:Fq -iF鋼板和額定載荷重力之和。單位Nl載荷的作用長度。單位 m,沿長度方向為16m,寬度方向為12m.其中F=(mi m2)g G額載帶入數(shù)據(jù)得：F=29604N沿長度方向有：q l29604帶入數(shù)據(jù)有：q1850N4 4分析升降機的運動過程，可以發(fā)現(xiàn)在升降機剛要起升時和升降機達到最大高度時， 會出現(xiàn)梁受彎矩最大的情況，故強度校核只需要分析該狀態(tài)時的受力情況即可，校核如下：其受力簡圖為:該升降臺有8個支架，共有 8個支點，假設每個支點所受力為N，則平很方程可列為：Y 0即8N F 0”29604將FN帶入上式中：N1850N2根據(jù)受力圖，其彎矩圖如下所示：=1850-9252 x(0

15、x1.7m)BC段：M(x) NxN(x1.7) qx22=3700x-3145-925x2( 1.7x 2.3m )ABCD段與AB段對稱。段： M(x) Nx - x2-14 -由彎矩圖可知該過程中的最大彎矩為：max 1850Nm根據(jù)彎曲強度理論:maxmaxmax即梁的最大彎曲應力應小于其許用彎曲應力。式中：W 抗彎截面系數(shù)m3沿長度方向為16號熱軋槽鋼 W 117 10 6m3s鋼的屈服極限s 255MPan安全系數(shù) n=3代入數(shù)據(jù):max1850117 10 615.8MPa=85MPa由此可知，強度符合要求。升降臺升到最高位置時，分析過程如下：與前述相同N 1850N彎矩如下：F

16、A段：q 2M(x)x(20 x1.7m )=9252 xAB段：M (x) N(x 0.9)q 2 x2(0.9 x 1.7m )=1850x 1665925x2BC段:M (x) N(x 0.9)N(x1.7) -x2(1.7 x 2.3m )2=3700x4810925x2CD段與AB段對稱，AF段和DE段對稱.max 1193.5Nmmaxmax即梁的最大彎曲應力應小于其許用彎曲應力。式中： W 抗彎截面系數(shù)單位m3_sn沿長度方向為16號熱軋槽鋼由彎矩圖可知該過程中的最大彎矩為根據(jù)彎曲強度理論：W 117 10 6m3s鋼的屈服極限s 255MPan安全系數(shù)n=3代入數(shù)據(jù):1193.

17、25smax610.2MPa= 85MPa117 10n由計算可知， 求。沿平臺長度方向上4根16號熱軋槽鋼完全可以保證升降臺的強度要同樣分析沿寬度方向的強度要求:均布載荷強度為:F鋼板及16號槽鋼與載荷重力l載荷作用長度 2x6=12m帶入相關數(shù)據(jù)，q 2307 N / m受力圖和彎矩圖如下所示:M (x)Nx x2(0 x 2m)-15 -21850 1153.5x由彎矩圖知：Mmax 696.5Nm最大彎曲應力為：max Mjmax 17.6MPaW故寬度方向也滿足強度要求。3.2.2.3 支架的結構支架由8根形狀基本相同的截面為矩形的鋼柱組成，在支架的頂端和末端分別加工 出圓柱狀的短軸

18、，以便支架的安裝。支架在升降機結構中的主要功能為載荷支撐和運動 轉化，將液壓缸的伸縮運動，通過與其鉸合的支點轉化為平臺的升降運動，支架的結構 除應滿足安裝要求外，還應保證有足夠的剛度和強度，一時期在升降運動中能夠平穩(wěn)安 全運行。每根支架的上頂端承受的作用力設為N.則有等式：8N (mi m2 mi3)g G 額載求得：N=3848N分析支架的運動形式和受力情況，發(fā)現(xiàn)支架在運動過程中受力情況比較復雜，它與 另一支架鉸合點給予底座的固定點的受里均為大小和方向為未知的矢量，故該問題為超 靜定理論問題，已經(jīng)超出本文的討論范圍，本著定性分析和提高效率的原則，再次宜簡 化處理，簡化的原則時去次留主，即將主

19、要的力和重要的力在計算中保留，而將對梁的 變形沒有很大影響的力忽略不計，再不改變其原有性質的情況下可以這樣處理。根據(jù)甘 原則，再次對制假所收的力進行分析，可以看出與液壓缸頂桿聯(lián)結點的力為之家所受到 的最主要的力，它不僅受液壓缸的推力，而且還將受到上頂班所傳遞的作用力，因此， 與液壓缸頂桿相連接的支架所厚道的上頂板的力為它所受到的最主要的力，在此，將其 他的力忽略，只計算上頂板承受的由載荷和自重所傳遞的載荷力。計算簡圖如下所示：圖 3.11N所產(chǎn)生的彎矩為：M NLN每個支架的支點對上頂板的作用力單位NL 液壓缸與支架鉸合點距支點之間的距離單位m代入數(shù)據(jù)：M 3848 0.53 2039Nm假定

20、改支架為截面為長為a,寬為b的長方形，則其強度應滿足的要求是:max max-22 -式中：M支架上所受到的彎矩單位Nm截面分別為a,b的長方形抗彎截面系數(shù)a2b3m6n 1.5所選材料為碳素結構鋼Q235S 235MPa將數(shù)據(jù)代入有：a2b 9 2°35235求得：a2b 78cm3上式表明：只要截面為a,b的長方形滿足條件 a2b 78cm3，則可以滿足強度要233求，取a 5cm, b 3.5cm，則其 a b 87.5cm 78cm符合強度要求。這些鋼柱的質量為：m4 8abh 8 3.5 5 10 4 7.9 103 1.7 188Kg支架的結構還應該考慮裝配要求，液壓缸活

21、塞桿頂端與支架采用耳軸結構連接，因 此應在兩支架之間加裝支板，以滿足動力傳遞要求。3.2.2.4 升降機底座的設計和校核升降機底座在整個機構中支撐著平臺的全部重量，并將其傳遞到地基上，他的設計 重點是滿足強度要求即可，保證在升降機升降過程中不會被壓潰即可，不會發(fā)生過大大 變形，其具體參數(shù)見裝配圖。4. 升降機系統(tǒng)的設計要求液壓系統(tǒng)的設計在本升降臺的設計中主要是液壓傳動系統(tǒng)的設計，它與主機的設計 是緊密相關的，往往要同時進行，所設計的液壓系統(tǒng)應符合主機的拖動、循環(huán)要求。還 應滿足組成結構簡單，工作安全可靠，操縱維護方便，經(jīng)濟性好等條件。本升降臺對液壓系統(tǒng)的設計要求可以總結如下：升降臺的升降運動采

22、用液壓傳動，可選用遠程或無線控制，升降機的升降運動由液壓缸的伸縮運動經(jīng)轉化而成為平臺的起降，其工作負載變化范圍為02500Kg，負載平穩(wěn)，工作過程中無沖擊載荷作用，運行速度較低，液壓執(zhí)行元件有四組液壓缸實現(xiàn)同步 運動，要求其工作平穩(wěn)，結構合理，安全性優(yōu)良，使用于各種不同場合，工作精度要求 一般5. 執(zhí)行元件速度和載荷5.1執(zhí)行元件類型、數(shù)量和安裝位置類型選擇：表5.1執(zhí)行元件類型的選擇運動形式往復直線運動回轉運動往復擺動短行程長行程高速低速執(zhí)行兀件的柱塞缸高速液低速液擺動液壓馬達類型活塞缸液壓馬達和絲杠壓馬達壓馬達螺母機構根據(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

23、 雙作用單活塞桿無緩沖式液壓缸，其符號為：圖5.1數(shù)量：該升降平臺為雙單叉結構，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擺 動，安裝的位置為圖 3.6所示的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。5.2速度和載荷計算5.2.1 速度計算及速度變化規(guī)律參考國內升降臺類產(chǎn)品的技術參數(shù)可知。最大起升高度為1500mm寸，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，設本升降臺的最小氣升降時間

24、為40s,最大起升時間為50s，由此便可以計算執(zhí)行元件的速度v:式中:執(zhí)行元件的速度單位m/s液壓缸的行程單位m時間單位s40s 時:vmaxltmin0.53 =0.01325 m/s4050s 時:vmin0530.0106m/s40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，該加速階段加速度比較小，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)。5.2.2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

25、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F切，運動部件之間的摩擦阻力 F磨 ，密封裝置的摩擦阻力F密 ，起動制動或換向過程中的慣性力F慣，回油腔因被壓作用而產(chǎn)生的阻力F背 ，即液壓缸的總阻力也就是它的最大牽引力：F=F切+F磨F密卩慣F背（1 ）切削力。根據(jù)其概念：阻礙工作運動的力，在本設計中即為額定負載的重力 和支架以及上頂板的重力：其計算式為：F切F額載F支架F上頂板-鋼（2 ）摩擦力。各運動部件之間的相互摩擦力由于運動部件之間為無潤滑的鋼0.15之間的接觸摩擦，取其具體計算式為：F磨G= ( m!+m2+m3+m4) g+ G額載式中各符

26、號意義同第三章。(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:O形密封圈：F密 0.03F F-液壓缸的推力Y形密封圈：F密 =fp dh,f摩擦系數(shù)，取f 0.01p密封處的工作壓力單位Pad密封處的直徑 單位mhi密封圈有效高度單位m密封摩擦力也可以采用經(jīng)驗公式計算，一般取F密 (0.05- 01)F(4 )運動部件的慣性力。其計算式為：GF 慣 ma vF切vgt gt式中：G 運動部件的總重力單位Ng重力加速度單位.2m/sv啟動或制動時的速度變量單位m/st起動制動所需要的時間單位s對于行走機械取0.5 1.5m/s2，本設計中取值為 0.4m/s2(5 )背壓力

27、。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為:(mi m2 m3 m4)g G 額載(mi m2 m3)gG 額載F=F切+F磨F密F慣F切v0.05F切gt=(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)9.80.05=40KN液壓缸的總負載為 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 ，其負載變化范圍為0

28、2500Kg，在工作過程中無沖擊負載的作用，負載在工作過程中無變化，也就是該升降臺受恒定負載的作用。6. 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定6.1 系統(tǒng)壓力的初步確定液壓缸的有效工作壓力可以根據(jù)下表確定：表6.1液壓缸牽引力與工作壓力之間的關系牽引力F ( KN<55-1010-2020-3030-50>50工作壓力 P( MPa)<0.8-101.5-22.5-33-44-5>5-7由于該液壓缸的推力即牽引力為10KN,根據(jù)上表，可以初步確定液壓缸的工作壓力為：p=2MPa。6.2液壓執(zhí)行元件的主要參數(shù)6.2.1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

29、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：F=p D cm4式中：p 液壓缸的工作壓力Pa 取p=(20-3) 105PaD活塞內徑單位m 0.09mcm 液壓缸的效率0.95-# -代入數(shù)據(jù)-31 -(90 10 3)2 (20 3) 105 0.954F = 10.3KN即液壓缸工作時產(chǎn)生的推力為10.3KN。表6.1系統(tǒng)被壓經(jīng)驗數(shù)據(jù)回路特點背壓值進油路調速1-2x10進油路調速 回油裝被壓閥2-5x10回油路調速6-10x106.2.2 缸筒內徑的確定該液壓缸宜按照推力要求來計算缸筒內經(jīng)，計算式如下:要求活塞無桿腔的推力為F時，其內徑為:液壓缸機械效率0.9

30、5式中：D活塞桿直徑F無桿腔推力P工作壓力缸筒內經(jīng)單位m單位N單位MPacm代入數(shù)據(jù):D=D= 83mm4 10 103 2 10 0.95=0.083m取圓整值為 D=90mm液壓缸的內徑，活塞的的外徑要取標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)標準化，有專門的生產(chǎn)廠家，故活塞和液壓缸的 內徑也應該標準化，以便選用標準件。6.2.3 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結構形式來確定受拉時：d(0.3 0.5)D受壓時：P5MPad (0.3 0.5)D5p 7MPad (0.5 0.7) DP7MPad 0.7D該液壓缸的工作壓力為

31、為：p=2MPa,<5MPa,取d=0.5D,d=45mm。（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：10式中： F4活塞桿的推力單位Nd活塞桿直徑單位m材料的許用應力單位MPa 活塞桿用45號鋼s 340MPa,n2.5代入數(shù)據(jù):m n 時，F(xiàn)kn 2EJ在該設計及安裝形式中，液壓缸兩端采用鉸接，其值分別為:1,m85, L1260mmdK將上述值代入式中得:m、. n故校核采用的式子為:式中:n=1代入數(shù)據(jù):Fk=371KN其穩(wěn)定條件為:式中:nKFk安裝形式系數(shù)n 2EJ活塞桿材料的彈性模量活塞桿截面的轉動

32、慣量計算長度 1.06m2 113.142.1 103.1464 1.062nK鋼材取 E 2 1 1011PaJ丄6434(45 10 )穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取液壓缸的最大推力nK =24取 nK =3代入數(shù)據(jù)：Fk 371=123KNnK3單位FN故活塞桿的穩(wěn)定性滿足要求。6.2.4 液壓缸壁厚，最小導向長度，液壓缸 長度的確定624.1 液壓缸壁厚的確定液壓缸壁厚又結構和工藝要求等確定，一般按照薄壁筒計算，壁厚由下式確定：pyd2式中： D液壓缸內徑單位m缸體壁厚單位cmPy液壓缸最高工作壓力單位Pa 一般取Py = ( 1.2-1.3 )P缸體材料的許用應力鋼材取100 110MPa61

33、 3 2 106 9代入數(shù)據(jù)：690.117cm2 100 106考慮到液壓缸的加工要求，將其壁厚適當加厚，取壁厚3mm 。6.2.4.2 最小導向長度活塞桿全部外伸時，從活塞支撐面中點到導向滑動面中點的距離為活塞的最小導向 長度H，如下圖所示，如果最小導向長度過小，將會使液壓缸的初始撓度增大，影響其 穩(wěn)定性，因此設計時必須保證有最小導向長度，對于一般的液壓缸，液壓缸最大行程為 L，缸筒直徑為 D時，最小導向長度為：圖6.120 253090廿,即 H71.5cm 取為 72cm20 2活塞的寬度一般取 B (0.6 0.1)D，導向套滑動面長度A ，在D<80mm時，取A=(0.6-1

34、.0)D ，在D=80mm 時，取A=(0.6-1.0)d，當導向套長度不夠時，不宜過分增大 A和B，必要時可在導向套和活塞之間加一隔套，隔套的長度由最小導向 長度H確定。6.2.5 液壓缸的流量液壓缸的流量余缸徑和活塞的運動有關系，當液壓缸的供油量Q不變時，除去在形程開始和結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Vm ，液壓缸的流量可以計算如下:vAcv式中：A 活塞的有效工作面積對于無桿腔A D24cv活塞的容積效率 環(huán)時 cv采用彈形密封圈時cv =1,采用活塞=0.98代入數(shù)據(jù):QmaxAVm axcv3.14 0.92max為液壓缸的最大運動速度單位m/s0

35、.98 43.14 0.92 0.1065.16L / min0.98 4即液壓缸以其最大速度運動時，所需要的流量為604.13L /min5.16L/min，以其最小運動速度運動時，所需要的流量為4.13L/min7. 液壓系統(tǒng)方案的選擇和論證液壓系統(tǒng)方案是根據(jù)主機的工作情況，主機對液壓系統(tǒng)的技術要求，液壓系統(tǒng)的工 作條件和環(huán)境條件，以成本，經(jīng)濟性，供貨情況等諸多因素進行全面綜合的設計選擇， 從而擬訂出一個各方面比較合理的，可實現(xiàn)的液壓系統(tǒng)方案。其具體包括的內容有：油 路循環(huán)方式的分析與選擇，油源形式的分析和選擇，液壓回路的分析，選擇，合成，液 壓系統(tǒng)原理圖的擬定。7.1油路循環(huán)方式的分析和

36、選擇油路循環(huán)方式可以分為開式和閉式兩種，其各自特點及相互比較見下表：表7.1開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)的比較油液循環(huán)方式開式閉式散熱條件較方便，但油箱較大較好，需用輔泵換油冷卻抗污染性較差，但可用壓力油箱或其它改善較好，但油液過濾要求高系統(tǒng)效率管路壓力損失較大，用節(jié)流調速效率 低管路壓力損失較小，容積調速效率高限速制動形式用平衡閥進行能耗限速，用制動閥進 行能耗制動，可引起油液發(fā)熱液壓泵由電機拖動時，限速及制動過程 中拖動電機能向電網(wǎng)輸電，回收部分能 量其它對泵的自吸性能要求較高對主泵的自吸性能要求低油路循環(huán)方式的選擇主要取決于液壓系統(tǒng)的調速方式和散熱條件。比較上述兩種方式的差異，再根據(jù)升降機的性能要

37、求，可以選擇的油路循環(huán)方式為 開式系統(tǒng)，因為該升降機主機和液壓泵要分開安裝，具有較大的空間存放油箱，而且要 求該升降機的結構盡可能簡單，開始系統(tǒng)剛好能滿足上述要求。油源回路的原理圖如下所示：8壓力表7溢流閥6液壓泵5電動機4液位計3溫度計2過濾器1油缸圖7.17.2 開式系統(tǒng)油路組合方式的分析選擇當系統(tǒng)中有多個液壓執(zhí)行元件時，開始系統(tǒng)按照油路的不同連接方式又可以分為串 聯(lián)，并聯(lián)，獨聯(lián)，以及它們的組合-復聯(lián)等。串聯(lián)方式是除了第一個液壓元件的進油口和最后一個執(zhí)行元件的回油口分別與液壓 泵和油箱相連接外，其余液壓執(zhí)行元件的進，出油口依次相連，這種連接方式的特點是 多個液壓元件同時動作時，其速度不隨外

38、載荷變化，故輕載時可多個液壓執(zhí)行元件同時動作。7.3 調速方案的選擇調速方案對主機的性能起決定作用，選擇調速方案時，應根據(jù)液壓執(zhí)行元件的負載 特性和調速范圍及經(jīng)濟性等因素選擇。常用的調速方案有三種：節(jié)流調速回路，容積調速回路，容積節(jié)流調速回路。本升 降機采用節(jié)流調速回路，原因是該調速回路有以下特點：承載能力好，成本低，調速范 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。7.4 液壓系統(tǒng)原理圖的確定初步擬定液壓系統(tǒng)原理圖如下所示；見下圖：198. 液壓元件的選擇計算及其 連接液壓元件主要包括有：油泵，電機，各種控制閥，管路，過濾器等。有液壓元件的 不同連接組合構成了功能

39、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.8.1油泵和電機選擇8.1.1泵的額定流量和額定壓力8.1.1.1 泵的額定流量泵的流量應滿足執(zhí)行元件最高速度要求，所以泵的輸出流量應根據(jù)系統(tǒng)所需要的最 大流量和泄漏量來確定：q p KQ max n式中： qp泵的輸出流量單位L/minK系統(tǒng)泄漏系數(shù)一般取K= 1.1-1.3Qmax液壓缸實際需要的最大流量單位L/minn執(zhí)行元件個數(shù)代入數(shù)據(jù)：qp 1.1 5.16 422.7L/min對于工作過程中始終用節(jié)流閥調速的系統(tǒng)，在確定泵的流量時，應再加上溢流閥的最小溢流量，般取3L/ min :qp22.7 325.7L/min8.1.

40、1.2泵的最高工作壓力泵的工作壓力應該根據(jù)液壓缸的工作壓力來確定，即式中：Pp泵的工作壓力單位PaPmax執(zhí)行兀件的最咼工作壓力單位PaP進油路和回油路總的壓力損失。初算時，節(jié)流調速和比較簡單的油路可以取0.2 0.5MPa ,對于進油路有調速閥和管路比較復雜的系統(tǒng)可以取0.5 1.5MPa 。代入數(shù)據(jù)：Pp 2 0.5 2.5MPa考慮到液壓系統(tǒng)的動態(tài)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Pp大25%-60%，即泵的額定壓力為3.125 MPa -4.0 MPa，取其額定壓力為4 MPa8.1.2 電機功率的確定（1）液壓系統(tǒng)實際需要的輸入功率是選擇電機的主要依據(jù)，由于

41、液壓泵存在容積損失和機械損失，為滿足液壓泵向系統(tǒng)輸出所需要的的壓力和流量，液壓泵的輸入功 率必須大于它的輸出功率，液壓泵實際需要的輸入功率為：Pqt6 107式中： P 液壓泵的實際最高工作壓力 單位Paq液壓泵的實際流量單位L/minPi液壓泵的輸入功率單位KWqt液壓泵向系統(tǒng)輸出的理論流量單位L/min液壓泵的機械效率液壓泵的總效率見下表代入數(shù)據(jù)：6P25 10 257 1.64KW6 107 0.65m6 107換算系數(shù)表8.1液壓泵的總效率液壓泵類型齒輪泵葉片泵柱塞泵螺桿泵總效率0.6-0.70.6-0.750.8-0.850.65-0.8，取電機(2 )電機的功率也可以根據(jù)技術手冊找

42、，根據(jù)機械設計手冊第三版，第五 卷，可以查得電機的驅動功率為4 KW ，本設計以技術手冊的數(shù)據(jù)為標準的功率為4 KW 。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參數(shù)如下：型號：Y 112M2額定功率：4 KW滿載時轉速：2890r/min電流： 8.17A效率：85.5%凈重：45Kg額定轉矩：2.2Nm電機的安裝形式為B5(V1)型，其參數(shù)為：基座號：112M極數(shù)：4 國際標準基座號：28F215液壓泵為三螺桿泵，其參數(shù)如下：規(guī)格： De 2L/h25 6標定粘度：° EE5010轉速：r

43、/min2900壓力：MPa4流里：L/min26.6功率：KW4吸入口直徑：mm25排出口直徑：mm20重量： Kg11允許吸上真空高度：m( H2O ) 5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17 23mm2/s( 50°)之間。安裝要求：電機與泵的連接應用彈性連軸器，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.),當每隔90°轉動連軸器時，將一個聯(lián)軸節(jié)作徑向移動時應感覺輕快。泵的進油管道不得過長，彎頭不宜

44、過多，進油口管道應接有過濾器，其濾孔一般可用40目到60目過濾網(wǎng)，過濾器不允許露出油面，當泵正常運轉后，其油面離過濾器頂面至少有100m m以免吸入空氣，甭的吸油高度應小于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。8.1.3 連軸器的選用連軸器的選擇應根據(jù)負載情況，計算轉矩，軸端直徑和工作轉速來選擇。計算轉矩由下式求出：TcK9550凹nTn(Nm)式中：Tn需用轉矩,見各連軸器標準單位NmPW驅動功率單位KWn工作轉速單位r/minK工況系數(shù)取為1.5代入數(shù)據(jù)：Tc1.54955019.83Nm2890據(jù)此可以選擇連軸器的型號如下：名稱： 撓性連軸

45、器(GB 4323 84)彈性套柱銷連軸器許用轉矩:Tn 31.5Nm-37 -許用轉速:4700r/min軸孔直徑：d1,d2,d316,18,19cm軸孔長度：Y 型：L=42mm , D=95mm重量：1.9Kg8.2控制閥的選用液壓系統(tǒng)應盡可能多的由標準液壓控制元件組成，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。8.2.1 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力應大于液壓系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最高壓力，以保證壓力控 制閥正常工作。壓力調節(jié)范圍：系統(tǒng)調節(jié)壓力應在法的壓力調節(jié)范圍

46、之內。流量：通過壓力控制閥的實際流量應小于壓力控制閥的額定流量。結構類型：根據(jù)結構類性及工作原理，壓力控制閥可以分為直動型和先導型兩種， 直動型壓力控制閥結構簡單，靈敏度高，但壓力受流量的變化影響大，調壓偏差大，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，應采用直 動型溢流閥，先導型壓力控制閥的靈敏度和響應速度比直動閥低一些，調壓精度比直動 閥高，廣泛應用于高壓，大流量和調壓精度要求較高的場合。此外，還應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)的調定壓力及流量和相關參 數(shù)，可以選擇

47、DBD式直動式溢流閥，相關參數(shù)如下：型號：DBDS6G10最低調節(jié)壓力：5MPa流量：40L/min介質溫度：2070 °C8.2.2 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。-38 -流量：通過流量控制閥的流量應小于該閥的額定流量。測量范圍：流量控制閥的流量調節(jié)范圍應大于系統(tǒng)要求的流量范圍，特別注意，在 選擇節(jié)流閥和調速閥時，所選閥的最小穩(wěn)定流量應滿足執(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向分流閥，單向分流閥的規(guī) 格和型號如下：型號： FDL-B10H公稱流量：P,0 口 40L/min連接方式：管式連接

48、分流閥的型號為：FL-B10公稱通徑：10mmA， B 口 20L/min重量：4Kg其余參數(shù)與單向分流閥相同。8.2.3 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?；y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/mi n消耗功率： 26KW電源電壓：50Hz, 110V ,220V工作壓力： A.B.P腔

49、25MPa T 腔： 6MPa 重量：1.4Kg8.3 管路，過濾器，其他輔助元件的選擇 計算8.3.1 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節(jié)以及與檢測儀表相連接的管路。本設計中只計算主管路中油管的尺寸。d由下式確定:(1) 吸油管尺寸油管的內徑取決于管路的種類及管內液體的流速，油管直徑式中： d 油管直徑單位mmQ油管內液體的流量單位m3/sVo油管內的允許流速單位m/s對吸油管，取V0(0.5 1.5)m/s，本設計中?。篤0 0.7m/s

50、代入數(shù)據(jù)：d4 26.6 60 10 3310328.4mm3.14 0.7取圓整值為：d30mm(2)回油管尺寸回油管尺寸與上述計算過程相同：v0 1.5 2.5m/s，取為v0 2m/s4 26.6 60 10 33代入數(shù)據(jù)： d ： 1016.8mmV 3.14 2取圓整值為：d 18mm(3 )壓力油管壓力油管：Vo 3 4m/s ，本設計中取為：Vo 3m/s代入數(shù)據(jù)：d . 4 26.6 60 2 10103 9.7mmV 3.14 3取圓整值為：d 10mm(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：內徑： 10mm夕卜徑：型 17.5-19.7mm工作壓力：型16 MPa最小彎曲半徑：130mm832 過濾器的選擇過濾器的選擇應考慮以下幾點：（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）過濾精度應滿足設計要求，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，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)壓力的關系如下所示：表8.1過濾精度與液壓系統(tǒng)的壓力關系系統(tǒng)類型一般液壓系統(tǒng)伺服系統(tǒng)玉力