全液壓升降機(jī)設(shè)計-職業(yè)學(xué)院機(jī)電一體化畢業(yè)論文

撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 1 全液壓升降機(jī)設(shè)計 題題 目 目 液壓升降機(jī)液壓升降機(jī)系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計 系系部 部 機(jī)電工程系機(jī)電工程系 專專業(yè) 業(yè) 機(jī)電一體化機(jī)電一體化 班班級 級 一班一班 姓姓名 名 劉妍劉妍 學(xué)學(xué)號 號 1001010105 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 張琳琳 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 2 目目錄錄 摘要 1 1 緒論 2 2 工藝參數(shù)計工況分析 4 2 1 升降級的工藝參數(shù) 4 2 2 工況分析 4 3 升降機(jī)機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計和計算 5 3 1升降機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)動機(jī)理 5 3 1 1機(jī)械結(jié)構(gòu)型式 5 3 1 2 升降機(jī)的運(yùn)動機(jī)理 6 3 2 升降機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和零件設(shè)計 7 3 2 1 升降機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇和確定 7 4 執(zhí)行元件速度和載荷 12 4 1 執(zhí)行元件類型 數(shù)量和安裝位置 12 4 2 速度和載荷計算 13 4 2 1 速度計算及速度變化規(guī)律 13 4 2 2 執(zhí)行元件的載荷計算及變化規(guī)律 13 5 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定 16 5 1系統(tǒng)壓力的初步確定 16 5 2液壓執(zhí)行元件的主要參數(shù) 16 5 2 1 液壓缸的作用力 16 5 2 2 缸筒內(nèi)徑的確定 17 6 液壓系統(tǒng)方案的選擇和論證 19 6 1 油路循環(huán)方式的分析和選擇 19 6 2開式系統(tǒng)油路組合方式的分析選擇 20 6 3 液壓系統(tǒng)原理圖的確定 21 7 液壓元件的選擇計算及其連接 22 7 1 油泵和電機(jī)選擇 22 7 1 1 泵的額定流量和額定壓力 22 7 1 2電機(jī)功率的確定 23 8 油箱及附件 26 8 1油箱的容積 26 8 1 1 按使用情況確定油箱容積 26 8 1 2按系統(tǒng)發(fā)熱和散熱計算確定油箱容量 26 9 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 29 9 1缸筒 29 9 1 1 缸筒與缸蓋的連接形式 29 9 1 2強(qiáng)度計算 30 9 1 3 缸筒材料及加工要求 31 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 3 9 1 4 缸蓋材料及加工要求 32 9 2 活塞和活塞桿 32 9 2 1 活塞和活塞桿的結(jié)構(gòu)形式 32 9 3排氣裝置 34 9 4進(jìn)出油口尺寸的確定 34 9 5 密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計選擇 35 總結(jié) 36 參 考 文 獻(xiàn) 37 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 1 摘摘要要 本次設(shè)計的題目是全液壓升降機(jī)的設(shè)計 它主要包括三個部分的內(nèi)容 主機(jī) 的設(shè)計 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 控制部分的設(shè)計 在本設(shè)計中將液壓系統(tǒng)的設(shè)計做為 主要的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計 主機(jī)的設(shè)計根據(jù)升降臺工作時的主要工作部件進(jìn)行大概的 估算 液壓系統(tǒng)的設(shè)計又主要包括了動力源 控制元件 執(zhí)行元件 輔助元件的 設(shè)計 控制部分的設(shè)計為附加部分 主要設(shè)計控制電路圖 關(guān)鍵字 升降機(jī)液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 2 1 緒論緒論 這次畢業(yè)是學(xué)校為我們每個工科學(xué)生安排的一次實(shí)踐性的總結(jié) 使就業(yè)前的 一次大練兵 是對每個學(xué)生四年來所學(xué)知識的總體檢測 使我們?yōu)檫M(jìn)入工廠工作 做好了準(zhǔn)備 本次設(shè)計的主要任務(wù)是液壓升降臺的設(shè)計 升降機(jī)是一種升降性能好 適用 范圍廣的貨物舉升機(jī)構(gòu) 可用于生產(chǎn)流水線高度差設(shè)備之間的貨物運(yùn)送 物料上 線 下線 共件裝配時部件的舉升 大型機(jī)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(diǎn) 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(jié)構(gòu)緊湊 液壓馬達(dá)的體積 和重量只有同等功率電機(jī)的 12 2 液壓裝置工作比較平穩(wěn) 由于重量輕 慣性小 反應(yīng)快 液壓裝置易 于實(shí)現(xiàn)快速啟動 制動和頻繁的換向 3 液壓裝置可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速 調(diào)速范圍可達(dá)到 2000 還可 以在運(yùn)行的過程中實(shí)現(xiàn)調(diào)速 4 液壓傳動易于實(shí)現(xiàn)自動化 他對液體壓力 流量和流動方向易于進(jìn)行 調(diào)解或控制 5 液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù) 6 液壓元件以實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化 系列化 通用化 壓也系統(tǒng)的設(shè)計制造和 使用都比較方便 當(dāng)然液壓技術(shù)還存在許多缺點(diǎn) 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(yīng)用范圍 可能引起失火事故 而 且影響執(zhí)行部分的運(yùn)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(shí)際的應(yīng)用中 可以通過 有效的措施來減小不利因素帶來的影響 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 3 我國的液壓技術(shù)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 齒輪泵起 迄今大致經(jīng)歷了仿制外國產(chǎn)品 自行設(shè)計開發(fā) 和引進(jìn)消化提高等幾個階段 進(jìn)年來 通過技術(shù)引進(jìn)和科研攻關(guān) 產(chǎn)品水平也得到了提高 研制和生產(chǎn)出 了一些具先進(jìn)水平的產(chǎn)品 目前 我國的液壓技術(shù)已經(jīng)能夠?yàn)橐苯?工程機(jī)械 機(jī)床 化工機(jī)械 紡織機(jī) 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(shù)在產(chǎn)品品種 數(shù)量及技術(shù)水品上 與國際水品以及主機(jī) 行業(yè)的要求還有不少差距 每年還需要進(jìn)口大量的液壓元件 今后 液壓技術(shù)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 高度的組合化 集成化 模塊化 3 和微電子技術(shù)結(jié)合 走向智能化 總之 液壓工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的比重是很大的 他和氣動技術(shù)常用來衡量一 個國家的工業(yè)化水平 本次設(shè)計嚴(yán)格按照指導(dǎo)要求進(jìn)行 其間得到老師和同學(xué)們的幫助 在此向他 們表示誠摯的謝意 由于本人水平和知識所限 其中錯誤在所難免 懇望老師予以指導(dǎo)修正 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 4 2 工藝參數(shù)計工況分析工藝參數(shù)計工況分析 2 1 升降級的工藝參數(shù)升降級的工藝參數(shù) 本設(shè)計升降機(jī)為全液壓系統(tǒng) 相關(guān)工藝參數(shù)為 額定載荷 2500kg 最低高度 200 mm 最大起升高度 1500mm 最大高度 1700mm 平臺尺寸 4000 x2000mm 電源 380v 50Hz 2 2 工況分析工況分析 本升降機(jī)是一種升降性能好 適用范圍廣的貨物舉升機(jī)構(gòu) 和用于生產(chǎn)流水 線高度差設(shè)備之間的貨物運(yùn)送 物料上線 下線 工件裝配時調(diào)節(jié)工件高度 高 出給料機(jī)運(yùn)送 大型部件裝配時的部件舉升 大型機(jī)庫上料 下料 倉儲 裝 卸場所 與叉車等裝運(yùn)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(jī)械系統(tǒng)和液壓系統(tǒng) 機(jī)械機(jī)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(shí)現(xiàn)升降機(jī)的功能 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 5 3 升降機(jī)機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計和計算升降機(jī)機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計和計算 3 1升降機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)動機(jī)理升降機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)動機(jī)理 3 1 1機(jī)械結(jié)構(gòu)型式機(jī)械結(jié)構(gòu)型式 根據(jù)升降機(jī)的平臺尺寸4000 2000mm 參考國內(nèi)外同類產(chǎn)品的工藝參數(shù)可 知 該升降機(jī)宜采用單雙叉機(jī)構(gòu)形式 即有兩個單叉機(jī)構(gòu)升降臺合并而成 有四 個同步液壓缸做同步運(yùn)動 以達(dá)到升降機(jī)升降的目的 其具體結(jié)構(gòu)形式為 液壓缸支架 液壓缸 支架 載 荷 圖 3 1 圖 3 1 所示即為該升降機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式 其中 1 2 3 4 為支架 主要起支撐 作用和運(yùn)動轉(zhuǎn)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 壓缸的繩縮運(yùn)動轉(zhuǎn)化為平臺的升降運(yùn)動 上頂板與載荷直接接觸 將載荷轉(zhuǎn)化為 均布載荷 從而增強(qiáng)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(dān)著整個升降機(jī)的重量 而且能將作用力傳遞到地基上 通過這些機(jī)構(gòu)的相互 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 6 配合 實(shí)現(xiàn)升降機(jī)的穩(wěn)定和可靠運(yùn)行 3 1 2 升降機(jī)的運(yùn)動機(jī)理升降機(jī)的運(yùn)動機(jī)理 升降機(jī)的基本運(yùn)動機(jī)理如下圖所示 圖 3 2 兩支架在 o 點(diǎn)鉸接 支架 1 上下端分別固定在上 下板面上 通過活塞桿 的伸縮和鉸接點(diǎn) o 的作用實(shí)現(xiàn)貨物的舉升 根據(jù)以上分析 升降機(jī)的運(yùn)動過程可以敘述如下 支架 2 3 為升降機(jī)機(jī)構(gòu) 中的固定支架 他們與底板的鉸接點(diǎn) 23 O O做不完整的圓周運(yùn)動 支架 1 4 為 活動支架 他們在液壓缸的作用下由最初的幾乎水平狀態(tài)逐漸向后來的傾斜位置 運(yùn)動 在通過支架之間的絞合點(diǎn)帶動 2 3 也不斷向傾斜位置運(yùn)動 以使升降機(jī) 升降 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 7 o3 o2 oo 4 2 6 3 5 1 圖 3 3 初態(tài)時 上寫底板處于合閉狀態(tài) 支架 1 2 3 4 可近似看作為水平狀態(tài) 隨著液壓油不斷的輸入到液壓缸中 活塞桿外伸 將支架 2 頂起 支架 2 上升 時 由于絞合點(diǎn) o 的作用使支架 1 運(yùn)動 1 與液壓缸相連 從而液壓缸也開始運(yùn) 動 通過一系列的相互運(yùn)動和作用 使上頂板上升 當(dāng)上升到指定高度時 液壓 缸停止運(yùn)動 載荷便達(dá)到指定高度 3 2 升降機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和零件設(shè)計升降機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和零件設(shè)計 3 2 1 升降機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇和確定升降機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇和確定 根據(jù)升降臺的工藝參數(shù)和他的基本運(yùn)動機(jī)理來確定支架 1 2 3 4 的長度 和截面形狀 23 O O之間的距離和液壓缸的工作行程 設(shè) 23 O Ox 01xm 則 1 2 3 4 支 架 的 長 度 可 以 確 定 為 2 1 5 2 x hhm 即支架和地板垂直時的高度應(yīng)大于1 5m 這樣才能保證其最 大升降高度達(dá)到1 5m 其運(yùn)動過程中任意兩個位置的示意圖表示如下 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 8 N1 N M1 M O1 O B1B C1 C A 圖 3 4 設(shè)支架 1 2 和 3 4 都在其中點(diǎn)處絞合 液壓缸頂端與支架絞合點(diǎn)距離中 點(diǎn)為 t 根據(jù)其水平位置的幾何位置關(guān)系可得 4 0 4 x t 下面根據(jù)幾何關(guān)系求解上述最佳組合值 初步分析 x值范圍為01x x 取值偏小 則上頂板 23 O O點(diǎn)承力過大 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(jī)構(gòu)受力情況不均勻 在該設(shè)計中 可以選擇幾個特殊值 x 0 4m x 0 6m x 0 8m 分別根據(jù)數(shù)學(xué)關(guān)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(shè)計要求 1 x 0 4 支架長度為 h 2 x 2 1 8m 2 O C h 2 0 9m 液壓缸的行程設(shè)為 l 升降臺上下頂板合并時 根據(jù)幾何關(guān)系可得到 l t 0 9 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 9 升降臺完全升起時 有幾何關(guān)系可得到 222 1 80 9951 5 cos 2 1 8 0 995 222 0 9 0 955 2 2 0 9 2 tl tl 聯(lián)合上述方程求得 t 0 355m l 0 545m 即液壓缸活塞桿與 2 桿絞合點(diǎn)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 7m 2 O C h 2 0 85m 液壓缸的行程設(shè)為 l 升降臺上下頂板合并時 根據(jù)幾何關(guān)系可得到 l t 0 9 升降臺完全升起時 有幾何關(guān)系可得到 222 1 70 81 5 cos 2 1 7 0 8 222 0 85 0 8 2 2 0 8 0 85 tl t 聯(lián)合上述方程求得 t 0 32m l 0 53m 即液壓缸活塞桿與 2 桿絞合點(diǎn)與 2 桿中心距為 0 32m 活塞行程為 0 53m 3 x 0 8 支架長度為 2 x 2 1 6m 2 O C h 2 0 8m 液壓缸的行程設(shè)為 l 升降臺上下頂板合并時 根據(jù)幾何關(guān)系可得到 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 10 l t 0 9 升降臺完全升起時 有幾何關(guān)系可得到 222 1 60 5571 5 cos 2 1 6 0 557 222 0 8 0 557 2 2 0 8 0 557 tl t 聯(lián)合上述方程求得 t 0 284m l 0 516m 即液壓缸活塞桿與 2 桿絞合點(diǎn)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(jìn)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 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 11 6 x 0 8m 受力圖如下所示 圖 3 5 比較上述三種情況下的載荷分布狀況 x 去小值 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(xué)理論可知 此時兩支架中點(diǎn)出所受到的彎曲應(yīng)力為最大 可能會發(fā)生彎曲破壞 根據(jù)材料力 學(xué)中提高梁的彎曲強(qiáng)度的措施 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 12 4 執(zhí)行元件速度和載荷執(zhí)行元件速度和載荷 4 1 執(zhí)行元件類型 數(shù)量和安裝位置執(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(yùn)動形式 往復(fù)直線運(yùn)動回轉(zhuǎn)運(yùn)動往復(fù)擺動 短行程長行程高速低速 擺動液壓馬達(dá)執(zhí)行元件的 類型活塞缸 柱塞缸 液壓馬達(dá)和絲 杠螺母機(jī)構(gòu) 高 速 液 壓馬達(dá) 低 速 液 壓馬達(dá) 根據(jù)上表選擇執(zhí)行元件類型為活塞缸 再根據(jù)其運(yùn)動要求進(jìn)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 圖 5 1 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(yùn)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 錢莊的位置為圖 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(jī)升降 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 13 4 2 速度和載荷計算速度和載荷計算 4 2 1 速度計算及速度變化規(guī)律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(yùn)動到活塞行程末端所用時間大約為 45s 設(shè)本升降臺的最小氣升降時間為 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 l v t 式中 v執(zhí)行元件的速度m s L液壓缸的行程m t時間s 當(dāng)40ts 時 max min 0 53 40 l v t 0 01325 m s 當(dāng)50ts 時 min 0 53 0 0106 40 l vm s t 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(yùn)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 減速階段加速度亦比較小 因此可 以說升降機(jī)在整個工作過程中無明顯的加減速階段 其運(yùn)動速度比較平穩(wěn) 4 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(yùn)動必須克服其阻力才能運(yùn) 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(yùn)動的切削 力F切 運(yùn)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 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 14 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 FFFFF 切磨密慣背 1 切削力 根據(jù)其概念 阻礙工作運(yùn)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 FFFF 切額載支架上頂板 2 摩擦力 各運(yùn)動部件之間的相互摩擦力由于運(yùn)動部件之間為無潤滑的 鋼 鋼之間的接觸摩擦 取0 15 其具體計算式為 1234 FG mmm mg G 磨額載 式中各符號意義見第三章 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 F0 03F F 密 液壓缸的推力 Y 形密封圈 1 F fp dh 密 f 摩擦系數(shù) 取f0 01 p 密封處的工作壓力 Pa d 密封處的直徑m 1 h密封圈有效高度m 密封摩擦力也可以采用經(jīng)驗(yàn)公式計算 一般取F0 0501F 密 4 運(yùn)動部件的慣性力 其計算式為 FGvv Fma gtgt 切 慣 式中 G運(yùn)動部件的總重力N g重力加速度 2 m s v 啟動或制動時的速度變量m s t 起動制動所需要的時間s 對于行走機(jī)械取 2 v 0 5 1 5m s t 本設(shè)計中取值為 2 0 4m s 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 15 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為 F FFFF 切磨密慣 1234123 mmmm gG mmm gG 額載額載 Fv 0 05F gt 切 切 204 8 316 120 188 2500 x9 8 0 15 204 8 316 120 x 9 8 204 8 316 120 188 2500 x0 4 204 8 316 120 188 25 00 9 8 0 05 40KN 液壓缸的總負(fù)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(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 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 16 5 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定 5 1系統(tǒng)壓力的初步確定系統(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(guān)系 牽引力 F KN 50 工作壓力 P MPa 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 5 2液壓執(zhí)行元件的主要參數(shù)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 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(jìn)入無桿腔時產(chǎn)生的推力 F 2 cm pD 4 式中 p液壓缸的工作壓力Pa 取 p 5 20 3 10 Pa D活塞內(nèi)徑m0 09m cm 液壓缸的效率0 95 代入數(shù)據(jù) F 3 25 90 10 203 100 95 4 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 17 F 10 3KN 即液壓缸工作時產(chǎn)生的推力為 10 3KN 表 6 1 回路特點(diǎn) 進(jìn)油路調(diào)速 進(jìn)油路調(diào)速 回油裝被壓閥 回油路調(diào)速 背壓值 1 2x10 2 5x10 6 10 x10 系統(tǒng)被壓經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 5 2 2 缸筒內(nèi)徑的確定缸筒內(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 要求活塞無桿腔的推力為 F 時 其內(nèi)徑為 4 cm F D p 式中 D活塞桿直徑 缸筒內(nèi)經(jīng)m F無桿腔推力N P工作壓力MPa cm 液壓缸機(jī)械效率0 95 代入數(shù)據(jù) D 3 4 10 10 2 10 0 95 0 083m D 83mm 取圓整值為D 90mm 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 18 液壓缸的內(nèi)徑 活塞的的外徑要取標(biāo)注值是因?yàn)榛钊突钊麠U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 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 19 6 液壓系統(tǒng)方案的選擇和論證液壓系統(tǒng)方案的選擇和論證 液壓系統(tǒng)方案是根據(jù)主機(jī)的工作情況 主機(jī)對液壓系統(tǒng)的技術(shù)要求 液壓系 統(tǒng)的工作條件和環(huán)境條件 以成本 經(jīng)濟(jì)性 供貨情況等諸多因素進(jìn)行全面綜合 的設(shè)計選擇 從而擬訂出一個各方面比較合理的 可實(shí)現(xiàn)的液壓系統(tǒng)方案 其具 體包括的內(nèi)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 6 1 油路循環(huán)方式的分析和選擇油路循環(huán)方式的分析和選擇 油路循環(huán)方式可以分為開式和閉式兩種 其各自特點(diǎn)及相互比較見下表 表 7 1 油液循環(huán)方式 散 熱 條 件 抗 污 染 性 系 統(tǒng) 效 率 其 它 限速制動形式 開 式 較方便 但油箱較大 較差 但可用壓力油箱或其它改善 管路壓力損失較大 用節(jié)流調(diào)速效率 低 對泵的自吸性能要求較高 用平衡閥進(jìn)行能耗限速 用制動閥進(jìn) 行能耗制動 可引起油液發(fā)熱 閉 式 管路壓力損失較小 容積調(diào)速效率高 對主泵的自吸性能要求低 較好 但油液過濾要求高 較好 需用輔泵換油冷卻 液壓泵由電機(jī)拖動時 限速及制動過程 中拖動電機(jī)能向電網(wǎng)輸電 回收部分能 量 開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)的比較 油路循環(huán)方式的選擇主要取決于液壓系統(tǒng)的調(diào)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(jī)的性能要求 可以選擇的油路循環(huán) 方式為開式系統(tǒng) 因?yàn)樵撋禉C(jī)主機(jī)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(jī)的結(jié)構(gòu)盡可能簡單 開始系統(tǒng)剛好能滿足上述要求 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 20 油源回路的原理圖如下所示 1 34 2 56 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 油 缸 過 濾 器 溫 度 計 液 位 計 壓 力 表 溢 流 閥 液 壓 泵 電 動 機(jī) 圖 7 1 6 2開式系統(tǒng)油路組合方式的分析選擇開式系統(tǒng)油路組合方式的分析選擇 當(dāng)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(dú)聯(lián) 以及它們的組合 復(fù)聯(lián)等 串聯(lián)方式是除了第一個液壓元件的進(jìn)油口和最后一個執(zhí)行元件的回油口分 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 21 別與液壓泵和油箱相連接外 其余液壓執(zhí)行元件的進(jìn) 出油口依次相連 這種連 接方式的特點(diǎn)是多個液壓元件同時動作時 其速度不隨外載荷變化 故輕載時可 多個液壓執(zhí)行元件同時動作 6 3 液壓系統(tǒng)原理圖的確定液壓系統(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 1 34 2 56 7 9 1011 16 17 1819 13 14 8 1215 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 22 7 液壓元件的選擇計算及其連接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(jī) 各種控制閥 管路 過濾器等 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(jī)的要求進(jìn)行液壓 元件的選擇計算 7 1 油泵和電機(jī)選擇油泵和電機(jī)選擇 7 1 1 泵的額定流量和額定壓力泵的額定流量和額定壓力 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 maxp qKQn 式中 p q泵的輸出流量 minL K系統(tǒng)泄漏系數(shù)一般取 K 1 1 1 3 max Q液壓缸實(shí)際需要的最大流量 minL n執(zhí)行元件個數(shù) 代入數(shù)據(jù) 1 1 5 16 422 7 min p qL 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 應(yīng)再加上溢 流閥的最小溢流量 一般取3 minL 22 7325 7 min p qL 泵的工作壓力應(yīng)該根據(jù)液壓缸的工作壓力來確定 即 maxp PPP 式中 p P泵的工作壓力Pa max P執(zhí)行元件的最高工作壓力 Pa 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 23 P 進(jìn)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0 20 5MPa 對于進(jìn)油路有調(diào) 速閥和管路比較復(fù)雜的系統(tǒng)可以取0 5 1 5MPa 代入數(shù)據(jù) 20 52 5 p PMPa 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 p P大 25 60 即泵的額定壓力為 3 125MPa 4 0MPa 取 其額定壓力為 4MPa 7 1 2電機(jī)功率的確定電機(jī)功率的確定 1 液壓系統(tǒng)實(shí)際需要的輸入功率是選擇電機(jī)的主要依據(jù) 由于液壓泵存 在容積損失和機(jī)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(shí)際需要的輸入功率為 77 6 106 10 t i m PqPq P 式中 P液壓泵的實(shí)際最高工作壓力Pa q液壓泵的實(shí)際流量 minL i P液壓泵的輸入功率KW t q液壓泵向系統(tǒng)輸出的理論流量 minL 液壓泵的總效率見下表 m 液壓泵的機(jī)械效率 7 6 10 換算系數(shù) 代入數(shù)據(jù) 6 7 2 5 1025 7 1 64 6 100 65 i PKW 表 8 1 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 24 液壓泵類型 總效率 齒 輪 泵 葉 片 泵柱 塞 泵螺 桿 泵 0 6 0 70 6 0 750 8 0 850 65 0 8 液壓泵的總效率 2 電機(jī)的功率也可以根據(jù)技術(shù)手冊找 根據(jù) 機(jī)械設(shè)計手冊 第三版 第五卷 可以查得電機(jī)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(jī)的功率為 4KW 根據(jù)上述計算過程 現(xiàn)在可以進(jìn)行電機(jī)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(jī)就能夠滿足要求 初步確定電機(jī)的功率和相關(guān)參數(shù)如 下 型號 1122YM 額定功率 4KW 滿載時轉(zhuǎn)速 2890 minr 電流 8 17A 效率 85 5 凈重 45Kg 額定轉(zhuǎn)矩 2 2Nm 電機(jī)的安裝形式為5 1 B V型 其參數(shù)為 基座號 112M極數(shù) 4國際標(biāo)準(zhǔn)基座號 28 215F 液壓泵為三螺桿泵 其參數(shù)如下 規(guī)格 2 e DL h 25 6 標(biāo)定粘度 50 oE 10 轉(zhuǎn)速 minr2900 壓力 MPa4 流量 minL26 6 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 25 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 2 H O 5 制造廠 北京第二機(jī)床廠 說明 三螺桿泵的使用 安裝 維護(hù)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 2 1723 50 o mms 之間 安裝要求 電機(jī)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90o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(jìn)油管道不得過長 彎頭不宜過多 進(jìn)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) 過濾器不允許露出油面 當(dāng)泵正常運(yùn)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(hù)要求 為保護(hù)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 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 26 8 油箱及附件油箱及附件 油箱在系統(tǒng)中的主要功能為 儲存系統(tǒng)所需要的足夠的油液 散發(fā)系統(tǒng)工作 時產(chǎn)生的一部分熱量 分離油液中的氣體及沉淀污物 8 1油箱的容積油箱的容積 油箱容積的確定是設(shè)計油箱的關(guān)鍵 油箱的容積應(yīng)能保證當(dāng)系統(tǒng)有大量供 油而無回油時 最低液面應(yīng)在進(jìn)口過濾器之上 保證不會吸入空氣 當(dāng)系統(tǒng)有大 量回油而無供油時或系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn) 油液返回油箱時 油液不致溢出 8 1 1 按使用情況確定油箱容積按使用情況確定油箱容積 初始設(shè)計時 可依據(jù)使用情況 按照經(jīng)驗(yàn)公式確定油箱容積 p VQ 式中 V油箱的容積L p Q液壓泵的流量 minL 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)見下表 表 9 1 行走機(jī)械低壓系統(tǒng)中壓系統(tǒng)鍛壓系統(tǒng)冶金機(jī)械 1 22 45 76 1210 本升降機(jī)為為中壓系統(tǒng) 取 5 則油箱的容量可以確定為 5 26 6133 p VQL 8 1 2按系統(tǒng)發(fā)熱和散熱計算確定油箱容量按系統(tǒng)發(fā)熱和散熱計算確定油箱容量 油箱中油液的溫度一般推薦為 30 50 0C 最高不超過 65 0C 最低不低于 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 27 15 0C 對于工具機(jī)及其它裝置 工作溫度允許在 40 55 0C 1 油箱的發(fā)熱計算 液壓泵的功率損失 1 1 HP 式中 P液壓泵的輸入功率 0 Pq P KW 0 P液壓泵的實(shí)際輸出壓力Pa q液壓泵的實(shí)際輸出流量 minL 液壓泵的效率 該系統(tǒng)中為螺桿泵 0 65 代入數(shù)據(jù) 63 1 26 6 2 5 1010 60 1 0 65 0 65 H 1 596 8HKW 2 閥的功率損失 其中以泵的流量流經(jīng)溢流閥時的損失為最大 1 HPq KW 式中 P溢流閥的調(diào)整壓力Pa q經(jīng)過溢流閥流回油箱的流量 3 ms 代入數(shù)據(jù) 63 2 3 6 3 1010315 60 H KW 3 管路及其它功率損失 此項(xiàng)損失包括很多復(fù)雜因素 由于其值較小 加上管路散熱等原因 在計算 時常予以忽略 一般可取全部能量的 0 03 0 05 即 3 0 030 05 HP KW 取 63 3 26 6 2 5 1010 60 0 0351 2 0 65 H KW 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 28 系統(tǒng)的總功率損失為 123 596 831551 2963HHHH KW 4 郵箱的容積計算 環(huán)境溫度為 0 T時 最高允許溫度為 Y T的油箱 其最小散熱面積為 min Y H A K TT 2 m 設(shè)油箱的長寬高之比為 1 1 1 1 2 3 時 油箱中油面高度達(dá)到油箱高度的 0 8 時 靠自然冷卻時系統(tǒng)溫度保持在最高溫度 Y T以下 散熱面積用該式計算 32 6 66AV 2 m 令 min A A 得油箱最小體積為 33 min 10 Y H V TT 2 m 代入數(shù)據(jù) min V 33 963 10 55 15 min V 118L 根據(jù)手冊就可以進(jìn)行油箱的選取 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 29 9 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 液壓缸是將液壓系統(tǒng)的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置 在該升降機(jī)系統(tǒng)中 液 壓缸將活塞桿的伸縮運(yùn)動通過一系列的機(jī)械結(jié)構(gòu)組合轉(zhuǎn)化為平臺的升降 實(shí)現(xiàn)升 降機(jī)升降 9 1缸筒缸筒 9 1 1 缸筒與缸蓋的連接形式缸筒與缸蓋的連接形式 缸筒與剛蓋的連接形式如下 缸筒和前端蓋的連接采用螺栓連接 其特點(diǎn)是徑向尺寸小 重量輕 使用廣 泛 端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜 缸筒外徑需加工 且應(yīng)于內(nèi)徑同軸 裝卸需要用專門的工具 安裝時應(yīng)防止密封圈扭曲 圖 11 1 缸蓋與后端蓋的連接采用焊接形式 特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡單尺寸小 重量輕 使用 廣泛 缸筒焊后可能變形 且內(nèi)徑不易加工 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 30 圖 11 2 9 1 2強(qiáng)度計算強(qiáng)度計算 缸筒底部為平面時 可由下式計算厚度 0 433 p D 式中 缸筒底部厚度m D缸筒內(nèi)徑m p筒內(nèi)最大工作壓力MPa 缸筒材料的許用應(yīng)力MPa 代入數(shù)據(jù) 2 5 0 433 0 09 100 6 2mm 缸筒底部厚度應(yīng)根據(jù)工藝要求適當(dāng)加厚 如在缸筒上設(shè)置油口或排氣閥 均 應(yīng)增大缸筒底部厚度 當(dāng)缸筒與剛蓋采用螺紋連接時 鋼筒螺紋處的強(qiáng)度按下式進(jìn)行校核 螺紋處的拉應(yīng)力 6 22 1 10 4 KF dD MPa 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 31 螺紋處的切應(yīng)力 6 12 33 1 10 0 2 KK Fd dD MPa 合成應(yīng)力 22 3 n MPa 式中 D缸筒直徑m F缸筒底部承受的最大推力N 1 d螺紋小徑m K擰緊螺紋的系數(shù)不變載荷取K 1 25 1 5 變載荷取 K 2 5 4 1 K螺紋連接的摩擦系數(shù) 1 K 0 07 0 2 通常取 0 12 n 材料的屈服極限35 鋼正火 n 27MPa 代入數(shù)據(jù) 3 6 22 1 3 10 3 10 1014 3 14 0 090 08376 4 MPa 3 6 33 1 3 0 12 10 3 100 088 101 8 0 2 0 090 088376 MPa 合成應(yīng)力為 22 143 1 814 327MPa n MPa 9 1 3 缸筒材料及加工要求缸筒材料及加工要求 缸筒材料通常選用 20 35 45 號鋼 當(dāng)缸筒 缸蓋 掛街頭等焊接在一起 時 采用焊接性能較好的 35 號鋼 在粗加工之后調(diào)質(zhì) 另外缸筒也可以采用鑄 鐵 鑄鋼 不銹鋼 青銅和鋁合金等材料加工 缸筒與活塞采用橡膠密封圈時 其配合推薦采用H9 f8 缸筒內(nèi)徑表面粗糙 度取 a R0 1 0 4 m 若采用活塞環(huán)密封時 推薦采用H7 g6配合 缸筒內(nèi)徑 表面粗糙度取 a R0 20 4 m 缸筒內(nèi)徑應(yīng)進(jìn)行研磨 為防止腐蝕 提高壽命 缸筒內(nèi)表面應(yīng)進(jìn)行渡鉻 渡鉻層厚度應(yīng)在 30 40m 渡鉻后缸筒內(nèi)表面進(jìn)行拋光 撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系 10 屆 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 32 缸筒內(nèi)徑的圓度及圓柱度誤差不大于直徑公差的一半 缸體內(nèi)表面的公差度 誤差在 500mm 上不大于 0 03mm 缸筒缸蓋