畢業(yè)設(shè)計-液壓升降舞臺系統(tǒng)的設(shè)計.doc

液壓升降舞臺系統(tǒng) 摘 要 本次畢業(yè)設(shè)計是關(guān)于液壓升降舞臺系統(tǒng)的設(shè)計。首先對液壓升降舞臺作了簡單的概述；接著分析了液壓升降舞臺的基本結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)，然后根據(jù)所要求的基本工參數(shù)和機械機構(gòu)，進行了液壓系統(tǒng)的計算，從而對液壓元件進行選型，然后在對所選擇的液壓升降舞臺的性能進行了必要的驗算，當驗算合格后，本設(shè)計給出了升降舞臺液壓系統(tǒng)的原理圖和電氣控制圖，并對此作出了詳細的分析。最后本文簡單的說明了液壓升降舞臺的安裝與維護。目前，液壓升降舞臺正朝著長距離，高速度，低摩擦的方向發(fā)展。近年來在液壓升降舞臺的設(shè)計、制造以及應(yīng)用方面，我國與國外先進水平相比仍有較大差距,國內(nèi)在設(shè)計制造液壓升降舞臺過程中存在著很多不足，因而所需我們努力改進的地方還有很多。 關(guān)鍵詞：液壓升降舞臺 機械結(jié)構(gòu) 液壓系統(tǒng)原理 電氣控制 the system of hydraulic elevator sage abstract this graduates design is about the system of hydraulic elevator stage.firstly it introduces the hydraulic elevator stage in outline.then this design analyses the basic structureand technological parameters of hydraulic elevator stage. after that it does a lot of computation about the system of hydraulic on the basis of he basic structure and technological parameters so that we can choose the hydraulic component.afterwards it did a lot of examine about the performance of the hydraulic elevator stage.when examine meet the requirement ，this design presents the key diagram and electric controlling system diagram of hydraulic elevator stage system，besides，it also make a detailed analysis。finally, this paper briefly explain the installation and maintenance of the hydraulic elevator stage.at present,the hydraulic elevator stage is developing toward long distance, high speed, low friction.in recent years ,at the design, manufacturing and application of the hydraulic elevator stage，our country and foreign advanced level still lags far behind.there are many shortcomings in the process of designing and making hydraulic elevator stage in our country.so we needed to improve in many areas. key words: hydraulic elevator stage technological parameters key diagram of hydraulic elevator system electric controlling system diagram63目 錄摘 要iabstractii一緒論11.1液壓技術(shù)的應(yīng)用與特點11.1.1液壓技術(shù)的應(yīng)用11.1.2液壓傳動的特點21.1.3液壓系統(tǒng)的組成2二液壓升降舞臺結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計42 .1升降舞臺的簡介42.2 升降舞臺的液壓系統(tǒng)方案的確定52.2.1升降臺機構(gòu)的設(shè)計52.2.2 升降舞臺升降過程示意圖62.2.3降臺工藝參數(shù)7三升降舞臺液壓系統(tǒng)設(shè)計計算83.1執(zhí)行元件類型、數(shù)量、和安裝位置83.2升降舞臺升降部分的設(shè)計83.2.1 確定液壓系統(tǒng)的工作要求83.2.2 分析液壓系統(tǒng)給的工況83.2.3確定液壓缸的主要參數(shù)9四液壓系統(tǒng)的設(shè)計與分析144.1液壓回路的選擇144.1.1確定油路方式144.1.2確定調(diào)速方法154.1.3速度換接回路的選擇154.1.4換向回路的選擇154.1.5壓力控制回路的選擇164.1.6其他回路的分析與選擇164.2升降舞臺液壓系統(tǒng)工作原理圖的確定和分析164.2.1升降舞臺液壓系統(tǒng)工作原理圖164.2.2液壓系統(tǒng)組成及工作原理174.3液壓元件的選擇184.3.1 液壓泵及電動機的選擇184.3.2液壓閥的選擇184.3.3流量控制閥194.3.4 方向控制閥204.3.5其它輔助元件的確定204.4液壓元件的連接234.5液壓系統(tǒng)的演算234.5.1判斷流動狀態(tài)244.5.2壓力損失244.5.3局部壓力損失（油液流經(jīng)閥的損失）24五液壓系統(tǒng)性能的驗算255.1系統(tǒng)壓力損失計算以及泵壓力的調(diào)整255.2系統(tǒng)發(fā)熱及溫升計算26六電氣控制回路的設(shè)計296.1液壓和電氣控制系統(tǒng)296.2液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的仿真30七升降舞臺液壓系統(tǒng)的安裝調(diào)試387.1液壓系統(tǒng)的安裝387.1.1系統(tǒng)安裝前注意事項387.1.2系統(tǒng)安裝時的注意事項387.1.3 系統(tǒng)安裝方法407.2液壓系統(tǒng)的調(diào)試417.2.1調(diào)試的目的417.2.2調(diào)試的步驟417.2.3調(diào)試的主要內(nèi)容42八.液壓系統(tǒng)污染的控制448.1污染的控制448.1.1污染物種類和來源448.1.2油液污染物的控制458.2泄露控制468.2.1控制泄露468.2.2液壓系統(tǒng)泄露的排除方法47總結(jié)49參考文獻50致謝51 一緒論 本次畢業(yè)設(shè)計是根據(jù)我們機械及其自動化專業(yè)的學生，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。本文主要介紹升降舞臺液壓系統(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)的應(yīng)用與特點1.1.1液壓技術(shù)的應(yīng)用 液壓技術(shù)是涉及液體流動和液體壓力規(guī)律的科學技術(shù)。近幾十年來，液壓技術(shù)發(fā)展非?？?，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國防等各個部門。液壓傳動主要應(yīng)用如下：(1)一般工業(yè)用液壓系統(tǒng)：坯料加工機械(注塑機)、壓力機械(鍛壓機)、重型機械(廢鋼壓塊機)、機床(全自動六角車床、平面磨床)等； (2)行走機械用液壓系統(tǒng)：工程機械(挖掘機)、起重機械(汽車吊)、建筑機械(打樁機)、農(nóng)業(yè)機械(聯(lián)合收割機)、汽車(轉(zhuǎn)向器、減振器)等； (3)鋼鐵工業(yè)用液壓系統(tǒng)：冶金機械(軋鋼機)、提升裝置(電極升降機)、軋輥調(diào)整裝置等； (4)土木工程用液壓系統(tǒng)：防洪閘門及堤壩裝置(浪潮防護擋板)、河床升降裝置、橋梁操縱機構(gòu)和礦山機械(鑿巖機)等： (5)發(fā)電廠用液壓系統(tǒng)；渦輪機(調(diào)速裝置)、核發(fā)電廠等； (6)特殊技術(shù)用液壓系統(tǒng)：巨型天線控制裝置、測量浮標、飛機起落架的收放裝置及方向舵控制裝置、升降旋轉(zhuǎn)舞臺等； (7)船舶用液壓系統(tǒng)：甲板起重機械(絞車)、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等； (8)軍事工業(yè)用液壓系統(tǒng)：火炮操縱裝置、艦船減搖裝置、飛行器仿真等。 上述的概略說明不包括所有應(yīng)用的可能性。目前，液壓傳動技術(shù)在實現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低晚聲、長壽命、高度集成化等方面都取得了很大的進展。同時，由丁它與微電子技術(shù)次緊密配合，能在盡可能小的空間內(nèi)傳送出盡可能大的功率并加以準確地控制，從而更使它在各行各業(yè)中發(fā)揮出巨大作用。 1.1.2液壓傳動的特點 與其他傳動相比其優(yōu)點如下：(1)在同等體積下，液壓裝置能產(chǎn)生出更大的動力。也就是說，在同等功率下，液壓裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，即：它具有大的功率密度或力密度，力密度在這里等于工作壓力；(2)按壓裝置容易做到對速度的無級凋節(jié)，而且調(diào)速范圍大，并且對速度的調(diào)節(jié)還可以在工作過程中進行；(3)液壓裝置工作平穩(wěn)，換向沖擊小，便于實現(xiàn)頻繁換向；(4)液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護能實現(xiàn)自潤滑，使用壽命長；(5)按壓裝置易于實現(xiàn)自動化，可以很方便地對液體的流動方向、壓力和流量進行調(diào)節(jié)和控制，并能很容易地和電氣、電子控制或氣動控制結(jié)合起來，實現(xiàn)復(fù)雜的運動、操作。(6)液壓元件易于實現(xiàn)系列化、標準化、通用化，便于設(shè)計、制造和推廣使用當然，液壓傳動還存在以下一些明顯缺點：(1)液壓傳動中的泄漏和液體的可壓縮件，使這種傳動無法保證嚴格的傳動比；(2)液壓傳動有較多的能量損失(泄漏損失、摩擦損失等)，因此，傳動效率相對低；(3)液壓傳動對油溫的變化比較敏感不宜在較高或較低的溫度下工作;(4)液壓傳動在出現(xiàn)故障時不易找出原因。1.1.3液壓系統(tǒng)的組成液壓傳動裝置主要由以下五部分組成： 1)能源裝置把機械能轉(zhuǎn)換成油液液壓能的裝置。最常見的形式就是液壓泵，它給液壓系統(tǒng)提供壓力油。 2)執(zhí)行裝置把油液的液壓能轉(zhuǎn)換成機械能的裝置。它可以是作直線運動的液壓缸，也可以是作回轉(zhuǎn)運動的液壓馬達。 3)控制調(diào)節(jié)裝置對系統(tǒng)中油液壓力、流量或流動方向進行控制或調(diào)節(jié)裝置。例如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、開停閥等這些元件的不同組合形成了不同功能的液壓系統(tǒng)。 4)輔助裝置上述三部分以外的其它裝置，例如油箱、濾油器、油管等。它們對保證系統(tǒng)正常工作也有重要作用。 5）工作介質(zhì)：液壓系統(tǒng)中用量最大的工作介質(zhì)是液壓油，通常指礦物油xxxxx大學學士學位論文二液壓升降舞臺結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計2 .1升降舞臺的簡介 隨著文化生活的日益豐富，人們對演出活動中舞臺效果的要求越來越高，在比較高檔的文化娛樂場所，為了創(chuàng)造一種生動活潑的立體演出效果，傳統(tǒng)的精靜止舞臺逐漸被摒棄，而代之以升降舞臺?，F(xiàn)在在專業(yè)歌劇院、舞劇院、話劇院以及大型的音樂廳里都配備各種類型的升降舞臺，它能夠有效利用現(xiàn)場的有效空間，盡可能的減少傳動裝置的占地面積保證舞臺平穩(wěn)升降，并且具有快速遷換布景，滿足舞臺工藝布置及舞美設(shè)計和劇目編導人員的需要，制造特殊氣氛和效果，根據(jù)不同表演流派需求改變舞臺的形式等。 目前國內(nèi)外采用的是滑動螺母絲杠升降臺，普通滑動螺母絲杠副的特點是可以按需要設(shè)計成自鎖，這對載人升降臺是一個很好的優(yōu)點，但是，滑動螺母絲杠副在設(shè)計成自鎖的條件下機械效率很低，理論上可達到40%，事實證明，由于加工精度、表面粗糙度、潤滑條件、安裝條件的限制，真正能達到的機械效率只有20%30%。而舞臺升降臺的載重較重，一般為10t左右，加上升降速度較快，最高達0.2m/s,這樣就必須要求所選電動機的功率較大，一般為20kw以上，同時，由于舞臺升降臺一般要求變頻調(diào)速，這樣所選用的變頻器的容量較大，功率（容量）較大，成本上升，尤其是變頻器，隨容量的增大，成本急劇上升。因此，我們將金屬切削機床上采用的滾珠螺母絲杠副用于舞臺升降臺的升降傳動，滾珠螺母絲杠副具有較高的傳動效率，但不能自鎖，這對載人升降舞臺來說不安全，而滾珠螺母絲杠副的傳動效率高于普通滑動螺母絲杠副，且能自鎖，常用于垂直移動的傳動。滾柱螺母絲杠副要求絲杠直徑較粗，否則，絲杠螺紋與滾柱的環(huán)槽有可能發(fā)生干涉。這一要求在舞臺升降臺上是完全能滿足的，因為由升降行程所決定的絲杠長度較長，一般為57 m ，根據(jù)剛度要求，絲杠直徑本身就要求較粗。而采用液壓傳動可實現(xiàn)高壓高速、大功率、高效率、低噪聲、長壽命、高度集成化等方面的發(fā)展，與機械傳動相比，采用液壓傳動可減少換向沖擊、降低能量消耗、縮短換向時間，有效利用現(xiàn)場有效空間，減少傳動裝置的占地面積，保證升降舞臺升降平穩(wěn)，易于實現(xiàn)自動化控制以及無級調(diào)速。 常用的幾種升降機構(gòu)的比較： (1)液壓升降機構(gòu)：采用液壓技術(shù)，升降平穩(wěn)、噪音低。(2)垂直絲杠升降機構(gòu)：采用絲杠傳動方式，可以實現(xiàn)雙層臺面的升降。根據(jù)需要可多塊組成升降臺群，能在行程范圍內(nèi)組成不同的臺階以滿足會議和演出的需要，是搭設(shè)”亭、臺、樓、閣”的理想道具。(3)水平絲杠機械升降機構(gòu)：該結(jié)構(gòu)的升降臺具有土建配合量小，所需基坑淺、行程大、運行平穩(wěn)、噪音低、定位準確、造價低等優(yōu)點。采用水平絲杠傳動，通過剪叉結(jié)構(gòu)實現(xiàn)臺面的升降運動，在行程范圍內(nèi)可任意停止。(4)鏈條式升降機構(gòu)：有良好的導向機構(gòu)，可保證設(shè)備運行時無傾斜。(5)齒輪齒條式升降機構(gòu)：傳動精確，造價高。(6)螺旋器升降機構(gòu)：具有普通升降臺的全部功能，主要特點是設(shè)備占用基坑小，行程大。設(shè)備高度僅200500mm，行程可達14m。對于舞臺建在二層以上的建筑物，因空間受到限制的劇場尤為適合。 從上面的比較可知，液壓式升降機構(gòu)升降平穩(wěn)、噪音低、使用壽命長、承受載荷大而且控制相對簡單，應(yīng)用在舞臺設(shè)備中比較合適。2.2 升降舞臺的液壓系統(tǒng)方案的確定 此次設(shè)計中是將液壓傳動技術(shù)應(yīng)用于舞臺的升降中，升降舞臺的升降功能是由4根液壓缸頂升叉架完成， 4根液壓缸的同步由帶補正裝置的同步回路完成。升降臺是液壓系統(tǒng)的重要應(yīng)用領(lǐng)域，升降臺液壓系統(tǒng)也是比較成熟的技術(shù)。但此套大型設(shè)備不能簡單地套用，必須解決好以下問題，方可靠保證舞臺平穩(wěn)升降。 （1）保證動作平穩(wěn)，舞臺上載重量變化比較大，且液壓缸在升降過程中隨叉架角度變化較大，因此液壓缸負載變化較大，液壓系統(tǒng)必須要能克服負載變化對速度產(chǎn)生的影響，確保機構(gòu)無沖擊的平穩(wěn)運行； （2）根據(jù)舞臺承受的動靜載荷，速度要求，經(jīng)過計算，得出上升過程中液壓缸無桿腔工作壓力約為13mpa，單根液壓缸理論流量為32.739.5l/min； （3）下降過程主要靠自重，但必須加以控制，尤其是大型設(shè)備，一旦失去控制，極其危險。2.2.1升降臺機構(gòu)的設(shè)計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。其結(jié)構(gòu)見圖如下圖所示： 圖2-1 升降舞臺結(jié)構(gòu)簡圖 上圖所示即為單個升降舞臺的基本結(jié)構(gòu)形式，其中1是工作平臺，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。4（支架）主要起支撐作用和運動轉(zhuǎn)化形式的作用，一方面支撐舞臺的載荷，一方面通過其鉸接將液壓缸的伸縮運動轉(zhuǎn)化為舞臺的升降運動，1（工作平臺）與載荷直接接觸，將載荷轉(zhuǎn)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，它不僅承擔著整個舞臺的重量，而且能將作用力傳遞到地基上。通過這些機構(gòu)的相互配合，實現(xiàn)升降舞臺的穩(wěn)定和可靠運行。兩支架在0點鉸接，支架的一端分別固定在平臺和底座上，另一端采用滾輪滑動，通過活塞桿的伸縮和鉸接點0的作用實現(xiàn)舞臺升降平穩(wěn)。而且該機構(gòu)要求基坑較淺，從而可以節(jié)約投資，液壓缸左右對稱布置，工作時總體水平方向上受到的合力為零，使得臺面水平方向不發(fā)生運動，只是垂直方向的往復(fù)運動。2.2.2 升降舞臺升降過程示意圖 圖2-2升降舞臺升降示意圖當系統(tǒng)響應(yīng)時，三個臺面同時升起，舞臺1升高高度為1m，舞臺2升高高度為2m，舞臺3為3m，升降速度相同。在下面的計算過程中，我們按舞臺3的結(jié)構(gòu)來計算，當結(jié)構(gòu)3滿足時，其他2個同時滿足。2.2.3降臺工藝參數(shù)相關(guān)工藝參數(shù)為：單個平臺尺寸：16m2m 升降行程：13m 升降速度：0.2m/s靜載荷：4000kg/ 動載荷：2000kg/ 電源：380v,50hz三升降舞臺液壓系統(tǒng)設(shè)計計算3.1執(zhí)行元件類型、數(shù)量、和安裝位置 表3-1執(zhí)行元件類型選擇運動形式往復(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（a1=2a2)，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。符號位： 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，安裝的位置為簡 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，完成舞臺的升降。3.2升降舞臺升降部分的設(shè)計3.2.1 確定液壓系統(tǒng)的工作要求根據(jù)工作要求，確定該系統(tǒng)的工作循環(huán)為：快速前進工進工退原位停止，根據(jù)具體加工求計算得出：快速前進時的速度為4500mm/min(0.075m/s)，工作進給時的速度應(yīng)在20120mm/min(0.00030.002m/s)范圍內(nèi)作無級調(diào)速，臺面最大工進行程為3m,工退行程為3m，運動部件自身重為0.6t，啟動換向時間為t=0.05s,系統(tǒng)豎直放置的垂直導軌的靜摩擦系數(shù)為fs=0.2,動摩擦系數(shù)為fk=0.1,油缸機械效率cm取為0.9。 3.2.2 分析液壓系統(tǒng)給的工況啟動加速階段：f=(fs+fi)/cm=(fsg+gv/gt)/cm=(0.25880+58800.075/9.80.05)/0.9=2306.67n工進階段： f=fw/cm=58800.1/0.9=653.33n工退階段：f= fw/cm=58800.1/0.9=653.33n 表3-2液壓系統(tǒng)在各階段的速度與負載階段速度v(m/s)負載f/n啟動加速0.0752306.67工進0.00030.002653.33工退0.00030.002653.333.2.3確定液壓缸的主要參數(shù)1. 初選液壓缸的工作壓力表3-3 按負載選擇壓力負載（kn）50工作壓力/mpa5 表3-4按設(shè)備類型選擇系統(tǒng)工作壓力設(shè)備類型機床農(nóng)業(yè)機械，小型工程機械，建筑機械，液壓鑿巖機液壓機，大中型挖掘機，重型機械，起重運輸機械磨床組合機床龍門刨床拉床工作壓力/mpa0.82352881010182032由計算得出各階段負載的最大值查表3-3和表3-4，取液壓缸的工作壓力為0.8mpa。 2. 確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 表3-5液壓缸參考背壓系統(tǒng)類型背壓 pb105/pa回油路上有節(jié)流閥的調(diào)速系統(tǒng)25回油路上有調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng)58回油路上裝有背壓閥515帶補油泵的閉式回路815根據(jù)表3-2得最大負載為啟動加速階段負載：f=2306.67n,液壓缸壓力為0.8mpa，且為了防止負載的突然消失，改液壓缸采用背壓，則參照表3-5，選背壓為p2=0.6mpa。則：a=0.0048561（m2）則活塞直徑：d=0.078652m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查設(shè)計手冊，液壓缸內(nèi)徑系列將所計算的值圓整為標準值，取d=100mm。活塞桿直徑的確定活塞桿直徑根據(jù)受力情況和液壓缸的結(jié)構(gòu)形式來確定由參考文獻8可知： 受拉時： （3-1） 受壓時：， （3-2） ， （3-3） ， （3-4）為了實現(xiàn)快進與快退速度相同，采用差動連接，則d=0.707d,所以d=0.707d= 70mm 查得d=70mm,符合活塞桿標準直徑系列，由d=100mm,d=70mm計算液壓缸無桿腔有效工作面積為a1=78.5c 有桿腔有效工作面積為a2=40.1c 假定工作進給采用調(diào)速閥調(diào)速，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量為qmin=0.05l/min,因為工作進給最小速度為vmin=20mm/min, 則qmin/vmin=0.051010/20=25cma2a1 因此能滿足低速穩(wěn)定性要求。3. 計算液壓缸的工作壓力、流量以及功率（1） 計算工作壓力(p1=) 根據(jù)有關(guān)資料，系統(tǒng)的背壓在0.50.8mpa范圍內(nèi)選取。暫時規(guī)定，工作進給的的背壓為pb=0.8mpa 快速進給時的背壓為pb=0.5mpa。液壓缸在工作循環(huán)各階段的工作壓力p1可按下面公式計算得出：工作進給階段(無桿腔進油)：p1=f/a1+ pba2/a1=653.31010/78.5+0.840.1/78.5=0.49mpa 快速退回階段（有桿腔進油）：p1=f/a2+a1pb/a2=653.31010/40.1+0.578.5/40.1=1.11mpa快速前進階段:p1=f/a1-a2+a2pb/a1-a2=653.31010/78.5-40.1+40.10.510101o/78.5-40.1=0.69mpa(2) 計算液壓缸的流量(q=a1v2)根據(jù)快進快退速度v1=0.075m/s,工進速度v2=0.02m/s計算液壓缸各階段所應(yīng)輸入的流量。工進階段：q1=a1v2=78.50.002/1010=0.96l/min快退階段：q1=a2v1=40.10.075/1010=18l/min快退階段：q1=(a1-a2)v1=(78.5-40.1)0.075/1010=17.3l/min(3) 計算液壓缸的輸入功率(p=p1q）工進階段：p=p1q1=0.4916=7.84w=0.00784kw 快退階段：p=p1q1=1.1118=33w=0.33kw快退階段：p=p1q1=0.6917.3=200.1w=0.2001kw將以上計算得出的壓力、流量、功率列于表三中 表3-6液壓缸在各工作階段的壓力、流量及功率階段工作壓力p/pa輸入流量q(l/min)輸入功率p/kw工進階段0.490.960.00784快速退回1.11180.33快速前進0.6917.30.20014 液壓缸壁厚，最小導向長度，液壓缸缸筒長度的確定 液壓缸壁厚的確定液壓缸壁厚由結(jié)構(gòu)和工藝要求等確定，其強度一般滿足要求，通常不需演算。當液壓缸工作壓力較高或缸筒內(nèi)經(jīng)較大時，需對其薄壁處進行強度校核。壁厚由下式確定： 式中： d液壓缸內(nèi)徑 （m） 缸體壁厚 （cm）液壓缸最高工作壓力 （pa） 一般取=（1.2-1.3）p 缸體材料的許用應(yīng)力 鋼材取 代入數(shù)據(jù)： 1.30.810101021001010=0.052cm考慮到液壓缸的加工要求，將其壁厚適當加厚，取壁厚。 最小導向長度，液壓缸缸筒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(shè)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h. 圖3-7液壓缸結(jié)構(gòu)簡圖液壓缸的缸筒長度l主要有活塞最大工作行程決定，一般缸筒長度不超過內(nèi)徑的20倍?；钊麑挾榷萣=（0.61）d=0.6100=60mm活塞桿導向長度h=（0.61.5）d=1.070=70mm通常l(2030)d=2010030100=2000mm3000mm=1000mm 即h100/2010/2=10cm=100mm 取為100mm導向套滑動面長度，在d=80mm時，取a=(0.61)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。四液壓系統(tǒng)的設(shè)計與分析4.1液壓回路的選擇4.1.1確定油路方式油路循環(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4-1油路循環(huán)方式 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他改善較好，但油液過濾要求較高系統(tǒng)效率管路壓力損失較大，用節(jié)流調(diào)速效率低管路壓力損失較小，容積調(diào)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)熱液壓泵由電動機拖動時，限速及自動過程中拖動電機能向電網(wǎng)輸電，回收部分能量其他對泵的自吸性能要求較高對主泵的自吸性能要求較低 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)升降舞臺的性能要求，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(jié)構(gòu)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： 圖4-2油路回路原理圖1.油缸2.過濾器3.溫度計4.液位計5.電動機6.液壓泵7.溢流閥8.壓力表 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(fù)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，其速度不隨外載荷變化，故輕載時可多個液壓執(zhí)行元件同時動作。4.1.2確定調(diào)速方法 調(diào)速方法有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速、聯(lián)合調(diào)速。在設(shè)計中選用節(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出輸入液壓執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度。原因是該調(diào)速回路有以下特點：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) ，但其速度負載特性差，效率低，發(fā)熱大。4.1.3速度換接回路的選擇 速度換接回路的形式常用行程閥或電磁閥來實現(xiàn)，行程閥具有換接平穩(wěn)、工作可靠、換接位置精度高、電磁閥具有結(jié)構(gòu)簡單、控制靈活、調(diào)整方便的特點。4.1.4換向回路的選擇 根據(jù)執(zhí)行元件對換向性能功能的要求選擇換向閥機能和控制方式。在本設(shè)計中多采用電磁換向閥實現(xiàn)回路的換向，它具有操作方便、便于布置、低速換向的特點。4.1.5壓力控制回路的選擇 本設(shè)計中采用了節(jié)流調(diào)速，常用溢流閥組成限壓、安全、保護回路。4.1.6其他回路的分析與選擇 根據(jù)升降舞臺的要求，本設(shè)計中選用了多缸同步回路、順序動作回路、平衡回路、鎖緊回路和卸荷回路等。在選擇回路中對同步回路和順序動作回路進行詳細分析。（1） 多缸同步回路 同步回路是保持兩個或兩個以上的液壓缸在運動中保持相同的位移或相同的速度，常用的有：（a）帶補償措施的串聯(lián)液壓缸同步回路；（b）調(diào)速閥控制的的同步回路；（3）機械連接同步回路。（b）調(diào)速閥控制的同步回路 在這個回路中，兩個調(diào)速閥分別調(diào)節(jié)兩液壓缸活塞的運動速度，仔細調(diào)整兩個調(diào)速閥的開口，可使兩液壓缸在同一個方向上實現(xiàn)速度同步，這種同步回路結(jié)構(gòu)簡單并且速度可調(diào)，但是由于油溫變化及調(diào)速閥性能差異的影響,顯然這種回路不易保證位置同步、且調(diào)整麻煩，速度同步精度較低，一般在5%7%之間。（c）機械聯(lián)接同步回路 其特點是：回路結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，但只適用于兩缸載荷相差不大的場合，連接應(yīng)具有良好的導向結(jié)構(gòu)和剛性，否則會出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。（2） 順序同步回路 常用的順序動作回路可分為壓力控制，行程控制和時間控制三類，其中前兩類使用較多。 表4-3 電磁鐵的動作電磁鐵動作ya1ya2ya3ya4ya5快速上升+-+-勻速上升+-+-+下降-+-+-停止-4.2升降舞臺液壓系統(tǒng)工作原理圖的確定和分析4.2.1升降舞臺液壓系統(tǒng)工作原理圖圖4-4液壓系統(tǒng)原理圖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4.2.2液壓系統(tǒng)組成及工作原理 當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。當按下快速上升按鈕，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，四個液壓缸同步快速上升，油液再通過節(jié)流閥在流回油箱。當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，油液再通過節(jié)流閥在流回油箱。當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，油液再通過單向閥在流回油箱。當液壓缸下降到下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)卸荷。當液壓系統(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。4.3液壓元件的選擇4.3.1 液壓泵及電動機的選擇 由表3-6得已知液壓缸的工作壓力在快退階段達到最大。設(shè)進油路壓力損失p=0.5mpa ，則液壓泵的最高工作壓力為:ppp1+p1=1.11+0.5=1.61mpa因此，液壓泵的額定壓力可以取為（1.61+1.6125%）mpa=2.01mpa。將流量值18l/min代入公式qqk1qmax中，（其中k1為系統(tǒng)的泄漏修正系數(shù)，一般取為k1=1.11.3）分別求出快進及工進階段的供油量。 快進快退時泵的供油量為：qpkq=1.118=19.8l/min 工進時泵的流量為：qpkq=1.10.94=1.04l/min 考慮到節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中溢流閥的性能特點，應(yīng)加上溢流閥穩(wěn)定工作時的最小溢流量一般取為3l/min。查產(chǎn)品樣本，選擇小泵排量v=25ml/min的tb1型的單聯(lián)葉片泵，額定轉(zhuǎn)速n=960r/min，則泵的額定溢流量為qp=vpv=259600.90.001l/min=22l/min 。 由表3-6可以看出，快退階段功率最大，所以根據(jù)快退階段功率計算電動機功率。 設(shè)快退時進油路的壓力損失為p1=0.2mpa,液壓泵的總效率為p=0.7,則電動機功率為pp=ppqp/p=(p1+p1)qp/p=(1.11+0.2)1.61000/600.7=673w查電動機產(chǎn)品樣本，選用y901-6型異步電動機p=1.1kw,n=910r/min。4.3.2液壓閥的選擇根據(jù)液壓系統(tǒng)原理圖計算液壓閥在不同工況時的工作壓力和最大實際流量，將計算值填入表壓力控制閥的選用原則壓力：壓力控制閥的額定壓力應(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，貨源情況等。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。 根據(jù)上述選用原則，可以選擇直動型壓力閥，根據(jù)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 介質(zhì)溫度： 4.3.3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向分流閥，單向分流閥的規(guī)格和型號如下：型號： fdl-b10h 公稱通徑：10mm公稱流量: p,o口 40l/min a，b口 20l/min連接方式：管式連接 重量：4kg 分流閥的型號為：fl-b10 公稱通徑：10mm公稱流量：p、o口 40l/min a、b口 20l/min連接方式：管式連接 重量：4kg4.3.4 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?；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。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。 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：1.4kg4.3.5其它輔助元件的確定油管油管的內(nèi)徑取決于管路的種類及管內(nèi)液體的流速和油管直徑d。具體可由下式確定： 式中：油管直徑，單位為； 油管內(nèi)液體的流量，單位為； 油管內(nèi)的允許流速，單位為； 由于本系統(tǒng)液壓缸差動連接快進時，油管內(nèi)通油量最大，其實際流量約為泵額定流量的兩倍， 故q=222=44l/min。 （1）吸油管，取v0=0.5m/s1.5m/s，本設(shè)計中取為：v0=0.7m/s。代入數(shù)據(jù)： =36.53取圓整值為：d=38mm（2）回油管回油管，取v0=1.5m/s2.5m/s，本設(shè)計中取為：v0=2m/s代入數(shù)據(jù)：=21.6 取圓整值為：d=22mm （3）壓力油管壓力油管：取v0=3m/s4m/s，本設(shè)計中取為：v0=3m/s代入數(shù)據(jù)： =17.6取圓整值為：d=18mm（4）油管壁厚：升降舞臺系統(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).本系統(tǒng)采用的油管內(nèi)徑統(tǒng)一為18。過濾器過濾器選擇應(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，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5-2所示：表4-5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：吸油過濾器：查產(chǎn)品樣本手冊wu-10080型，額定壓力為1.6mpa流量100l/min過濾精度80m回油過濾器：查查品樣本手冊，采用rs60100a10cf,額定壓力為1.0mpa報警壓力為0.25mpa過濾精度為10m 油箱容積的確定油箱在系統(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。油箱容積的確定是設(shè)計油箱的關(guān)鍵，油箱的容積應(yīng)能保證當系統(tǒng)有大量供油而無回油時。最低液面應(yīng)在進口過濾器之上，保證不會吸入空氣，當系統(tǒng)有大量回油而無供油時或系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)，油液返回油箱時，油液不致溢出。初始設(shè)計時，可依據(jù)使用情況，按照經(jīng)驗公式確定油箱容積由參考文獻5可知： （6-6） 式中：油箱的容積，單位為l 液壓泵的流量，單位為 經(jīng)驗系數(shù)，見下表:表4-6 經(jīng)驗系數(shù)經(jīng)驗系數(shù)行走機械低壓系統(tǒng)中壓系統(tǒng)鍛壓系統(tǒng)冶金機械12245761210則v=(57)a=(57)58=(290406)l，式中a為泵的額定排量 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：wng-11 測量范圍：-3050，050，0500名稱：內(nèi)表式工業(yè)玻璃溫度計 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：y-60 測量范圍：04mpa 名稱：一般彈簧管壓力表4.4液壓元件的連接液壓元件的連接可以分為螺紋連接、板式連接，集中塊式連接三種。這里介紹板式連接中的整體連接板。它是本液壓系統(tǒng)中將要采用的連接方式。整體連接板的油