病理床液壓伺服機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、摘 要隨著我國(guó)醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的普及與提高，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)越來(lái)越多地應(yīng)用于各行各業(yè)中，傳統(tǒng)的醫(yī)療器械已經(jīng)不能滿足患者的需求了。在此推動(dòng)下，醫(yī)療護(hù)理器械的開(kāi)發(fā)勢(shì)頭迅猛，但由于各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡性以及諸多人為因素的影響，致使許多先進(jìn)的醫(yī)護(hù)設(shè)備得不到應(yīng)用，給患者帶來(lái)了許多不便。為了克服這種困難，研制一套功能齊全、造價(jià)低廉的護(hù)理器械尤為重要，在這種背景下，計(jì)算機(jī)控制多功能病理床應(yīng)運(yùn)而生了。結(jié)合病人的需求，設(shè)計(jì)了一種能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)抬頭、屈腿、左右側(cè)翻以及同時(shí)實(shí)現(xiàn)抬頭和屈腿等功能的醫(yī)用多功能病理床?？紤]到該病理床要實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，特將床板分割成八個(gè)部分。驅(qū)動(dòng)方式上采用液壓驅(qū)動(dòng)方式，之所以選用液壓系統(tǒng)，是

2、因?yàn)槠溥\(yùn)動(dòng)速度平穩(wěn)，實(shí)用性強(qiáng)。每個(gè)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)都是由兩個(gè)液壓缸同時(shí)直接驅(qū)動(dòng)，上升和下降則通過(guò)改變換向閥方向來(lái)實(shí)現(xiàn)。整個(gè)設(shè)計(jì)分為三步進(jìn)行：首先設(shè)計(jì)出能實(shí)現(xiàn)動(dòng)作要求的液壓系統(tǒng)原理圖，根據(jù)要求選擇各標(biāo)準(zhǔn)件；其次，進(jìn)行液壓缸體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料的選擇；最后，做液壓站的總體設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)；液壓驅(qū)動(dòng)；病理床 abstractwith the development of medical treatment and the improvement of computers, computer control technique is more and more applied to all kinds o

3、f industries, which results the sufferers dont satisfy traditional medical instruments. under the impulse of this, the research of medical instruments greatly engages peoples attention. but because of the unbalance of regional economic progress and a great deal of factitious factor, many advanced me

4、dical instrument are not suitably used, which brings a lot of inconveniences. in order to overcome difficulties, it is more important to study a suit of medical instrument that is multifunctional and cheap, so multifunctional pathological bed controlled by computer comes into being.a kind of multifu

5、nction turn-over bed for patients is introduced in this paper, which has the functions of raising head, curling legs, side turning over from left to right separately, or raising head and curling legs at the same time according to patients requirement. the bed is composed of 8 parts and hydraulic dri

6、ve is adopted. we make use of the hydraulic system because hydraulic systems velocity is stable. each movement is directly driven by both hydraulic cylinders. raising and falling of the bed is realized by means of diverting valves. the design is making up of three steps .the first; we design the hyd

7、raulic system principle picture and choose the hydraulic stand components. the second, we design the hydraulic cylinders construction and their materials. the last, we design the hydraulic station and its arrangement.keywords hydraulic system ;the hydraulic pressure; the pathologic bed;目 錄摘要iabstrac

8、tii第1章 緒論11.1 液壓系統(tǒng)綜述11.2 病理床國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.3 課題研究的意義和目的2第2章 病理床液壓伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)42.1 設(shè)計(jì)要求42.2 病理床液壓執(zhí)行元件載荷力計(jì)算42.2.1 進(jìn)行工作情況分析42.2.2 頭部運(yùn)動(dòng)時(shí)的負(fù)載情況52.2.3 膝部彎曲時(shí)的負(fù)載情況62.2.4 軀干運(yùn)動(dòng)時(shí)的負(fù)載情況72.3 系統(tǒng)方案制定82.3.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇82.3.2 調(diào)速回路的選擇82.3.3 換向回路的選擇82.3.4 液壓源的選擇82.4 動(dòng)作順序82.5 病理床液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算102.5.1 各液壓缸的載荷力計(jì)算102.5.2 初選液壓缸工作壓力及液壓缸回油腔背壓力1

9、12.5.3 液壓缸主要參數(shù)的確定112.5.4 液壓缸實(shí)際工作壓力的確定152.5.5 液壓缸實(shí)際所需的流量152.5.6 液壓缸的輸出功率152.6 液壓元件的選擇162.6.1 液壓泵的選擇162.6.2 電動(dòng)機(jī)功率的確定172.6.3 液壓閥的選擇182.6.4 管道尺寸的確定192.6.5 油箱有效容積的確定192.6.6 液壓油的選定202.7 病理床液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算202.7.1 液壓系統(tǒng)壓力損失202.7.2 系統(tǒng)溫升驗(yàn)算222.8 本章小結(jié)23第3章 病理床所用液壓缸基本尺寸的設(shè)計(jì)243.1 液壓缸主要尺寸的確定243.1.1 液壓缸內(nèi)徑及活塞桿直徑的確定243.1.2 缸筒

10、壁厚的計(jì)算243.1.3 缸體外徑的計(jì)算243.1.4 液壓缸工作行程的確定243.1.5 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定253.1.6 缸體長(zhǎng)度的確定263.2 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)273.2.1 缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)273.2.2 活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)273.2.3 密封裝置273.2.4 液壓缸的緩沖裝置283.2.5 液壓缸主要零件的材料283.2.6 液壓缸的安裝方法283.3 本章小結(jié)28第4章 病理床液壓站的設(shè)計(jì)294.1 油箱的設(shè)計(jì)294.1.1 液壓油箱容積的確定294.1.2 油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)304.2 液壓泵組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)314.2.1 布置方式314.2.2 連接和安裝方式314.2.3

11、 防振降噪措施324.3 本章小結(jié)32結(jié) 論33致 謝34參考文獻(xiàn)35附錄a36contentsabstractiichapter 1 introduction11.1 summary of the hydrauliic system11.2 the research of pathological bed 21.3 the meaning and purpose of the research2chapter 2 the design of pathological bed hydraulic servo system42.1 design requirements42.2 patholog

12、ical bed hydraulic actuator load force calculation42.2.1 analysis of the work42.2.2 load of the head movement52.2.3 load of the knees bent62.2.4 load of the trunk movement72.3 system programming82.3.1 the choice of implementing ageny82.3.2 the choice of speed control loop82.3.3 the choice of trading

13、 to the looop82.3.4 the choice of hydraulic source82.4 sequence of movement82.5 the main calculation of pathological bed hydraulic system102.5.1 load force of the hydraulic cylinder calculation102.5.2primary hydraulic cylinder pressure and back presssure of hydraulic cylinder back to the oil chamber

14、112.5.3 the main parameters of hydraulic cylinder112.5.4 the determination of hydraulic cylinder of the actual working152.5.5 hydraulic cylinder of the actual traffic152.5.6 the output power of the hydraulic cylinder152.6 choice of hydraulic components162.6.1 the choice of hydraulic pump162.6.2 the

15、determination of the motor power172.6.3 the choice of hydraulic valves182.6.4 the determination of pipe sizes192.6.5 the determination of the effective tank volume192.6.6 the selection of the hydraulic oil202.7 pathological bed hydraulic system performance calculation202.7.1 hydraulic system pressur

16、e loss202.7.2 system temperature rise checking222.8 chapter summary23chapter 3 design of pathological bed with the basic dimensions of hydraulic cylinders243.1 the determine of hydraulic cylinder size243.1.1 hydraulic cylinder bores and piston rod diameter243.1.2 cylinder wall thickness calculation2

17、43.1.3 cylinder outer diameter of the calculation243.1.4 the determination of hydraulic cylinder stroke243.1.5 the determination of minimumoriented length253.1.6 the determination of cylinder length263.2 design of the structural of hydraulic cylinder273.2.1 connection structure of cylinder block and

18、 cylinder head273.2.2 connection structure of piston rod and piston273.2.3 seals273.2.4 the buffer device of the hydraulic cylinder283.2.5 the main material parts of the hydraulic cylinder283.2.6 the installation of the hydraulic cylinder283.3 chapter summary28chapter 4 design of pathological bed hy

19、draulic station294.1 design of tank294.1.1 the determination of the hydraulic oil tank294.1.2 the structural design of the tank304.2 the structural design of the hydraulic pump group314.2.1 layout314.2.2 connection and installation314.2.3 the measures of anti-vibration noise reduction324.3 chapter s

20、ummary32conclusion33acknowledgements34references35addenduna36千萬(wàn)不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個(gè)目錄”。打印前，不要忘記把上面“abstract”這一行后加一空行- viii -第1章 緒論1.1 液壓系統(tǒng)綜述液壓傳動(dòng)是現(xiàn)代傳動(dòng)中的一門新技術(shù)，在工程機(jī)械中起著重要作用，是目前科研項(xiàng)目比較廣泛的課題。如果從十七世紀(jì)中葉巴斯卡提出靜壓傳動(dòng)原理，十八世紀(jì)末英國(guó)制成世界上第一臺(tái)水壓機(jī)算起，液壓傳動(dòng)已有二三百年的歷史。然而，液壓傳動(dòng)的真正推廣使用卻是近三四十年的事情，十九世紀(jì)末，德國(guó)制成了龍門液壓

21、刨床，美國(guó)制成了液壓六角車床和磨床，由于沒(méi)有成熟的液壓元件，一些通用機(jī)床到本世紀(jì)三十年代猜開(kāi)始使用液壓傳動(dòng)，并且仍不普遍。第二次世界大戰(zhàn)期間某些兵器上用了反應(yīng)快、動(dòng)作準(zhǔn)、功率大的液壓傳動(dòng)裝置，推動(dòng)了液壓技術(shù)的發(fā)展，戰(zhàn)后，液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用，在機(jī)床、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車行業(yè)中迅速推廣。本世紀(jì)六十年代以后，隨著原子能、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)等的發(fā)展，液壓技術(shù)得到了很大的發(fā)展，滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域中去，液壓技術(shù)得到了很大的發(fā)展，滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域中去。目前液壓技術(shù)向高高速、大功率、高效、地噪、經(jīng)久耐、高度集成化方向發(fā)展，同時(shí)，新的液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化，微機(jī)控

22、制等工作，也日益取得顯著的成果。隨著應(yīng)用了電子技術(shù)、計(jì)算及技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及新工藝、新材料的發(fā)展和應(yīng)用，液壓傳動(dòng)技術(shù)也在不斷創(chuàng)新。液壓傳動(dòng)技術(shù)已成為工業(yè)機(jī)械、工程建筑機(jī)械及國(guó)防尖端產(chǎn)品不可缺少的重要技術(shù)。而其向自動(dòng)化、高精度、高效率、高速化、高功率、小型化、輕量化方向發(fā)展，是不斷提高它與電傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)競(jìng)爭(zhēng)能力的關(guān)鍵。液壓系統(tǒng)已經(jīng)在各行各業(yè)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，而且越先進(jìn)的設(shè)備，其應(yīng)用液壓系統(tǒng)的部分就越多，現(xiàn)代化產(chǎn)品的特點(diǎn)是自動(dòng)化程度高，因此必須采用電子和液壓這些先進(jìn)技術(shù)。然而如何將電子和液壓兩門技術(shù)結(jié)合起來(lái)，以滿足自動(dòng)控制的更高要求，就成為當(dāng)代應(yīng)用技術(shù)的重大課題之一。液壓伺服技術(shù)

23、也就應(yīng)運(yùn)而生了。液壓伺服系統(tǒng)是控制領(lǐng)域中的一個(gè)重要組成部分，它是在液壓傳動(dòng)和自動(dòng)控制技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門較新的科學(xué)技術(shù)。液壓伺服系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)，其中最突出的就是響應(yīng)速度快、輸出功率大、控制精確性高，因而在航空、航天、軍事、冶金、交通、工程機(jī)械等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。人類使用水利機(jī)械及液壓傳動(dòng)雖然已有很長(zhǎng)的歷史，但液壓控制技術(shù)的快速發(fā)展卻還是近幾十年的事，隨著電液伺服閥的誕生，使液壓伺服技術(shù)進(jìn)入電液伺服時(shí)代，其應(yīng)用領(lǐng)域也得到廣泛的擴(kuò)展。1.2 病理床國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，國(guó)內(nèi)的病理床,多采用手動(dòng)裝置，其基本結(jié)構(gòu)是將床體分為兩部分，在護(hù)理人員的協(xié)助下，應(yīng)用絲杠螺母的傳動(dòng)原理，僅起到抬動(dòng)軀干的作用

24、，不但功能單一，而且存在結(jié)構(gòu)銹蝕和振動(dòng)噪音等諸多問(wèn)題，不能適應(yīng)醫(yī)護(hù)人員遠(yuǎn)程控制的需要。國(guó)外，在90年代電動(dòng)護(hù)理床開(kāi)始在醫(yī)療護(hù)理中暫露頭角，這其中當(dāng)屬日本生產(chǎn)的多功能電動(dòng)遙控護(hù)理床，它采用世界領(lǐng)先科技成果，在九十年代中期開(kāi)發(fā)成功的新產(chǎn)品，暢銷日本及歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，深受消費(fèi)者喜愛(ài)，被譽(yù)為醫(yī)療及家庭護(hù)理領(lǐng)域的一場(chǎng)革命。使用者通過(guò)該產(chǎn)品可以預(yù)防脊椎病、褥瘡等常見(jiàn)病的發(fā)生，擺脫長(zhǎng)年臥床的痛苦，享受生活的樂(lè)趣。此設(shè)備具有使用簡(jiǎn)單、操作自如、用者自理的特點(diǎn)，為中國(guó)護(hù)理行業(yè)帶來(lái)了全新的概念，也為中國(guó)中老年人和長(zhǎng)年臥床患者帶來(lái)了福音。1.3 課題研究的意義和目的現(xiàn)代科技高速發(fā)展,醫(yī)療器械也日新月異,為使生活不能

25、自理的病人得到最有效的治療,多功能智能病理床的研制被提上了日程,課題研究的意義是使患者能夠自己手控完成：坐起、抬腿及側(cè)翻身的動(dòng)作。課題完成后能使生活不能自理的病人得到最有效的治療。多功能病理床，根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，對(duì)液壓伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，使之具備任意角度獨(dú)立翻轉(zhuǎn)和組合翻轉(zhuǎn)功能，具體為：1. 幫助病人抬頭或調(diào)節(jié)枕高；2. 幫助病人坐起或調(diào)節(jié)上身角度；3. 上身抬起時(shí)頭部可適度后仰；4. 幫助病人抬腿；5. 大腿抬起時(shí)小腿可適度彎曲；6. 形成座椅；7. 左、右側(cè)翻身。本文完成的是病理床液壓伺服設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)完成病理床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要完成床體的運(yùn)動(dòng)功能，在設(shè)計(jì)中采用液壓閥的

26、方式，建立液壓控制臺(tái)，通過(guò)閥體運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)液壓缸前后運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)床體的升降功能。第2章 病理床液壓伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一臺(tái)針對(duì)腦出血病人，能夠幫助病人緩慢運(yùn)動(dòng)的病理床液壓伺服系統(tǒng)。根據(jù)病人情況能夠?qū)崿F(xiàn)以下動(dòng)作：抬頭、頭和上身同時(shí)抬起、下肢可動(dòng)、左翻、右翻、彎膝。運(yùn)動(dòng)速度0.4m/min，啟動(dòng)時(shí)間不大于0.2s?？紤]到軀干抬起、下肢抬起、左右側(cè)翻四個(gè)動(dòng)作負(fù)載相差不多，所以采用三個(gè)相同的液壓缸，經(jīng)計(jì)算，得出數(shù)據(jù)為：頭部運(yùn)動(dòng)時(shí)：，行程膝部彎曲時(shí)：，行程軀干運(yùn)動(dòng)是：，行程下肢運(yùn)動(dòng)、左右側(cè)翻、與軀干運(yùn)動(dòng)時(shí)取同樣的數(shù)值，這樣便于生產(chǎn)加工，使原件標(biāo)準(zhǔn)化。動(dòng)作進(jìn)行中，突然斷電時(shí)保證安全可靠；工作

27、速度平穩(wěn)可靠，前沖小。2.2 病理床液壓執(zhí)行元件載荷力計(jì)算2.2.1 進(jìn)行工作情況分析液壓缸負(fù)載主要包括：工作載荷、摩擦載荷、慣性載荷等。1 工作載荷：病人與床的重力所產(chǎn)生的載荷2 摩擦載荷： （2-1）3 慣性載荷： （2-2）取根據(jù)以上分析，可以計(jì)算出液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段中的負(fù)載2.2.2 頭部運(yùn)動(dòng)時(shí)的負(fù)載情況頭部運(yùn)動(dòng)時(shí)的負(fù)載情況見(jiàn)表2-1表2-1頭部運(yùn)動(dòng)時(shí)的負(fù)載情況表工況計(jì)算公式液壓缸的負(fù)載上升啟動(dòng)加速階段3207上升穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)階段3205上升減速制動(dòng)階段3204下降啟動(dòng)加速階段2082下降穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)階段2081下降減速制動(dòng)階段2080根據(jù)上表分析，為便于分析及計(jì)算液壓系統(tǒng)，繪制出液壓缸的負(fù)載圖

28、和速度圖，見(jiàn)圖21。圖2-1頭部運(yùn)動(dòng)時(shí)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖2.2.3 膝部彎曲時(shí)的負(fù)載情況膝部彎曲時(shí)的負(fù)載情況見(jiàn)表22表22膝部彎曲時(shí)的負(fù)載情況表工況計(jì)算公式液壓缸的負(fù)載上升啟動(dòng)加速階段2071上升穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)階段2070上升減速制動(dòng)階段2069下降啟動(dòng)加速階段1381下降穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)階段1380下降減速制動(dòng)階段1379根據(jù)上表分析，為便于分析及計(jì)算液壓系統(tǒng)。繪制出液壓缸的負(fù)載圖和速度圖，見(jiàn)圖22。 圖22膝部運(yùn)動(dòng)時(shí)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖2.2.4 軀干運(yùn)動(dòng)時(shí)的負(fù)載情況軀干運(yùn)動(dòng)時(shí)的負(fù)載情況見(jiàn)表23表23軀干運(yùn)動(dòng)時(shí)的負(fù)載情況表工況計(jì)算公式液壓缸的負(fù)載上升啟動(dòng)加速階段6440上升穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)階段6437上升

29、減速制動(dòng)階段6434下降啟動(dòng)加速階段4294下降穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)階段4291下降減速制動(dòng)階段4288根據(jù)上表分析，為便于分析及計(jì)算液壓系統(tǒng)，繪制出液壓缸的負(fù)載圖和速度圖，見(jiàn)圖23。圖23軀干運(yùn)動(dòng)時(shí)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖2.3 系統(tǒng)方案制定2.3.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇本機(jī)的動(dòng)作機(jī)構(gòu)均為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，各直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)均采用單活塞桿雙作用液壓缸驅(qū)動(dòng)。2.3.2 調(diào)速回路的選擇根據(jù)液壓系統(tǒng)的要求使進(jìn)給速度平穩(wěn)，到位時(shí)不前沖，可選用調(diào)速閥的進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路，見(jiàn)附錄a原理圖。2.3.3 換向回路的選擇根據(jù)液壓系統(tǒng)的要求使進(jìn)給速度平穩(wěn)，到位時(shí)不前沖，可選用調(diào)速閥的進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路，見(jiàn)附錄a原理圖。2.3.4 液壓源

30、的選擇由設(shè)計(jì)要求可知，工作過(guò)程中負(fù)載過(guò)大，速度變化小，才用了變量葉片泵。同時(shí)為了保證系統(tǒng)的安全性，仍可在泵的出口處并聯(lián)一個(gè)溢流閥起安全作用。2.4 動(dòng)作順序該系統(tǒng)完成頭部抬起、軀干抬起、左翻、右翻、下肢抬起、膝部彎曲的六個(gè)動(dòng)作，六個(gè)動(dòng)作油路如下：1. 頭部抬起單向閥開(kāi)啟，1dt得電，壓力油經(jīng)三位四通閥進(jìn)入調(diào)速回路，油進(jìn)入液壓缸的無(wú)桿腔，活塞向左推動(dòng)機(jī)構(gòu)升起，13dt、14dt得電，油經(jīng)背壓閥流回油箱。2. 頭部下降單向閥開(kāi)啟，2dt得電，壓力油經(jīng)三位四通閥進(jìn)入調(diào)速回路，油進(jìn)入液壓缸的有桿腔，活塞向右推動(dòng)機(jī)構(gòu)升起，13dt得電，油經(jīng)背壓閥流回油箱。3. 軀干抬起單向閥開(kāi)啟，3dt得電，壓力油經(jīng)三

31、位四通閥進(jìn)入調(diào)速回路，油進(jìn)入液壓缸的無(wú)桿腔，活塞向左推動(dòng)機(jī)構(gòu)升起，13dt、14dt得電，油經(jīng)背壓閥流回油箱。4. 軀干下降單向閥開(kāi)啟，4dt得電，壓力油經(jīng)三位四通閥進(jìn)入調(diào)速回路，油進(jìn)入液壓缸的有桿腔，活塞向右推動(dòng)機(jī)構(gòu)升起，13dt得電，油經(jīng)背壓閥流回油箱。5. 下肢抬起單向閥開(kāi)啟，5dt得電，壓力油經(jīng)三位四通閥進(jìn)入調(diào)速回路，油進(jìn)入液壓缸的無(wú)桿腔，活塞向左推動(dòng)機(jī)構(gòu)升起，13dt、14dt得電，油經(jīng)背壓閥流回油箱。6. 下肢下降單向閥開(kāi)啟，6dt得電，壓力油經(jīng)三位四通閥進(jìn)入調(diào)速回路，油進(jìn)入液壓缸的有桿腔，活塞向右推動(dòng)機(jī)構(gòu)升起，13dt得電，油經(jīng)背壓閥流回油箱。7. 左翻升單向閥開(kāi)啟，7dt得電，

32、壓力油經(jīng)三位四通閥進(jìn)入調(diào)速回路，油進(jìn)入液壓缸的無(wú)桿腔，活塞向左推動(dòng)機(jī)構(gòu)升起，13dt、14dt得電，油經(jīng)背壓閥流回油箱。8. 左翻降單向閥開(kāi)啟，8dt得電，壓力油經(jīng)三位四通閥進(jìn)入調(diào)速回路，油進(jìn)入液壓缸的有桿腔，活塞向右推動(dòng)機(jī)構(gòu)升起，13dt得電，油經(jīng)背壓閥流回油箱。9. 右翻升單向閥開(kāi)啟，9dt得電，壓力油經(jīng)三位四通閥進(jìn)入調(diào)速回路，油進(jìn)入液壓缸的無(wú)桿腔，活塞向左推動(dòng)機(jī)構(gòu)升起，13dt、14dt得電，油經(jīng)背壓閥流回油箱。10. 右翻降單向閥開(kāi)啟，10dt得電，壓力油經(jīng)三位四通閥進(jìn)入調(diào)速回路，油進(jìn)入液壓缸的有桿腔，活塞向右推動(dòng)機(jī)構(gòu)升起，13dt得電，油經(jīng)背壓閥流回油箱。11. 小腿抬起單向閥開(kāi)啟，

33、11dt得電，壓力油經(jīng)三位四通閥進(jìn)入調(diào)速回路，油進(jìn)入液壓缸的無(wú)桿腔，活塞向左推動(dòng)機(jī)構(gòu)升起，13dt、14dt得電，油經(jīng)背壓閥流回油箱。12. 小腿下降單向閥開(kāi)啟，12dt得電，壓力油經(jīng)三位四通閥進(jìn)入調(diào)速回路，油進(jìn)入液壓缸的有桿腔，活塞向右推動(dòng)機(jī)構(gòu)升起，13dt得電，油經(jīng)背壓閥流回油箱。2.5 病理床液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算2.5.1 各液壓缸的載荷力計(jì)算表24各液壓缸的載荷力液壓缸名稱工況液壓缸外載荷活塞上載荷頭部運(yùn)動(dòng)缸上升32073563下降20822313膝部運(yùn)動(dòng)缸上升20712301下降13811534軀干運(yùn)動(dòng)缸上升64407156下降42944771各液壓缸的活塞上的載荷力 （23）取液壓

34、缸的機(jī)械效率為0.9。各液壓缸的載荷力見(jiàn)表24。2.5.2 初選液壓缸工作壓力及液壓缸回油腔背壓力 1. 初選系統(tǒng)工作壓力按載荷選定工作壓力。表25按載荷選擇工作壓力載荷kn50工作壓力mpa5參考表25初步確定系統(tǒng)工作壓力，各液壓缸的工作壓力見(jiàn)表26。表26各液壓缸的工作壓力頭部運(yùn)動(dòng)時(shí)膝部運(yùn)動(dòng)時(shí)軀干運(yùn)動(dòng)時(shí) 2. 背壓的確定一般輕載的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)2.5.3 液壓缸主要參數(shù)的確定根據(jù)工作情況，液壓缸活塞桿工作在受壓狀態(tài) (2-4)式中無(wú)桿腔活塞有效作用面積（）有桿腔活塞有效作用面積（）液壓缸工作腔壓力（）液壓缸回油腔壓力（）活塞直徑（）活塞桿直徑（）圖24單活塞桿液壓缸計(jì)算示意圖1. 頭部運(yùn)動(dòng)液

35、壓缸主要參數(shù)的確定令桿徑比,按工作壓力取按p2=0.5pa，油缸的機(jī)械效率=0.9，將數(shù)據(jù)代入下式： (25)根據(jù)液壓缸尺寸系列表26，將直徑圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑。表26液壓缸尺寸系列表81012162025324050638090100110取，則活塞桿直徑。按活塞桿系列表。取。按最低速度要求驗(yàn)算液壓缸尺寸，式中是由產(chǎn)品樣本查得調(diào)速閥2frm6-30的最小穩(wěn)定流量為0.05l/min。本系統(tǒng)的調(diào)速閥是安裝在回油路上，故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應(yīng)選取液壓缸有桿腔的實(shí)際面積， (2-6)可見(jiàn)上述不等式能滿足，液壓缸能達(dá)到所需低速。 2. 膝部運(yùn)動(dòng)液壓缸主要參數(shù)的確定令桿徑比,按工作壓力取按p2=0.5

36、，油缸的機(jī)械效率=0.9，將數(shù)據(jù)代入下式：根據(jù)液壓缸尺寸系列表27，將直徑圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑。表27液壓缸尺寸系列表81012162025324050638090100110取，則活塞桿直徑。按活塞桿系列表。取。按最低速度要求驗(yàn)算液壓缸尺寸，式中是由產(chǎn)品型號(hào)查得調(diào)速閥2frm6-30的最小穩(wěn)定流量為0.05l/min。本系統(tǒng)的調(diào)速閥是安裝在回油路上，故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應(yīng)選取液壓缸有桿腔的實(shí)際面積，可見(jiàn)上述不等式能滿足，液壓缸能達(dá)到所需低速。 3. 軀干運(yùn)動(dòng)液壓缸主要參數(shù)的確定令桿徑比,按工作壓力取按p2=0.5，油缸的機(jī)械效率=0.9，將數(shù)據(jù)代入下式： 根據(jù)液壓缸尺寸系列表28，將直徑圓整

37、成標(biāo)準(zhǔn)直徑。表28液壓缸尺寸系列表81012162025324050638090100110取，則活塞桿直徑。按活塞桿系列表。取。按最低速度要求驗(yàn)算液壓缸尺寸，式中是由產(chǎn)品樣本查得調(diào)速閥2frm6-30的最小穩(wěn)定流量為0.05l/min。本系統(tǒng)的調(diào)速閥是安裝在回油路上，故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應(yīng)選取液壓缸有桿腔的實(shí)際面積， 可見(jiàn)上述不等式能滿足，液壓缸能達(dá)到所需低速。2.5.4 液壓缸實(shí)際工作壓力的確定按最后確定的液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸，計(jì)算出各工況時(shí)液壓執(zhí)行元件實(shí)際工作壓力，見(jiàn)表29。表29液壓缸實(shí)際工作壓力工況液壓缸名稱載荷n背壓力mpa工作壓力mpa計(jì)算公式頭部運(yùn)動(dòng)頭部運(yùn)動(dòng)缸35620.51

38、.09膝部運(yùn)動(dòng)膝部運(yùn)動(dòng)缸23010.51.08軀干運(yùn)動(dòng)軀干運(yùn)動(dòng)缸71560.51.812.5.5 液壓缸實(shí)際所需的流量按最后確定的液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸及運(yùn)動(dòng)速度，計(jì)算出各工況時(shí)液壓執(zhí)行元件實(shí)際工作流量，見(jiàn)表210。表210液壓缸實(shí)際所需的流量工況液壓缸名稱運(yùn)動(dòng)速度結(jié)構(gòu)參數(shù)流量頭部上升頭部運(yùn)動(dòng)缸0.007m/s0.035 l/s頭部下降0.009m/s0.0342 l/s膝部上升膝部運(yùn)動(dòng)缸0.007m/s0.0224 l/s膝部下降0.009m/s0.0207 l/s軀干上升軀干運(yùn)動(dòng)缸0.007m/s0.035 l/s軀干下降0.009m/s0.0342 l/s2.5.6 液壓缸的輸出功率按最后確定

39、的液壓缸的流量及工作壓力，計(jì)算出各工況時(shí)液壓執(zhí)行元件實(shí)際工作流量，見(jiàn)表211。表211液壓缸的輸出功率工況液壓缸名稱流量工作壓力輸出功率頭部上升頭部運(yùn)動(dòng)缸0.035 l/s0.0381 kw頭部下降0.0342 l/s0.0372 kw膝部上升膝部運(yùn)動(dòng)缸0.0224 l/s0.0242 kw膝部下降0.0207 l/s0.0223 kw軀干上升軀干運(yùn)動(dòng)缸0.035 l/s0.0634 kw軀干下降0.0342 l/s0.0619 kw2.6 液壓元件的選擇2.6.1 液壓泵的選擇 1. 液壓泵工作壓力的確定 （27）液壓缸的最大工作壓力，對(duì)于本系統(tǒng)最高壓力是軀干運(yùn)動(dòng)缸的工作壓力：是泵到執(zhí)行元件

40、間總的管路損失，取：液壓泵工作壓力為： 2. 液壓泵流量的確定 （28）由流量表看出，系統(tǒng)最大流量發(fā)生在軀干運(yùn)動(dòng)上升時(shí)，取泄漏系數(shù)k為1.2。 3. 液壓泵規(guī)格及型號(hào)的確定選擇液壓泵應(yīng)考慮以下情況：1）系統(tǒng)使用壓力系統(tǒng)常用工作壓力在10mpa以下，可以選用yb1系列或yb-d系列中壓葉片泵。2）系統(tǒng)對(duì)噪音要求一般來(lái)說(shuō)，葉片泵的噪音較低，且雙作用葉片泵的噪音比單作用泵的噪音低。3）工作可靠性、壽命雙作用葉片泵壽命較長(zhǎng)，yb1系列在10000h以上。4）考慮污染因素葉片泵抗污染能力差，不如齒輪泵，若系統(tǒng)過(guò)濾條件較好，油箱又是密封的，則可選用葉片泵。5）從節(jié)能角度考慮為了節(jié)省能量，減少功率消耗，選用

41、變量泵，最好選用比例壓力、流量控制變量葉片泵，變量葉片泵具有壓力補(bǔ)償裝置及最大流量調(diào)節(jié)裝置，可隨系統(tǒng)負(fù)載變化自動(dòng)改變輸出流量，并保證系統(tǒng)壓力恒定，可降低油液發(fā)熱及電機(jī)功率消耗。液壓泵系列見(jiàn)表213。表213液壓泵系列型號(hào)最大排量ml/r額定壓力mpa轉(zhuǎn)速r/min廠家ybpd1063106001500南京液壓件廠ybn20407600800大連液壓件廠ybx16406.36001500上海液壓件廠綜上選擇tb12.5，規(guī)格見(jiàn)表214。表214 tb12.5葉片泵規(guī)格最大排量ml/r額定壓力mpa轉(zhuǎn)速r/min2.56.314502.6.2 電動(dòng)機(jī)功率的確定病理床在整個(gè)動(dòng)作循環(huán)中，系統(tǒng)的壓力和流

42、量都是變化的，所需功率變化較大，為滿足整個(gè)工作循環(huán)的需要，按較大功率段來(lái)確定電機(jī)功率。從工況圖看出，液壓缸輸出功率發(fā)生在頭部運(yùn)動(dòng)時(shí)，可按頭部運(yùn)動(dòng)階段估算電動(dòng)機(jī)的功率。 （29）液壓泵的最大工作壓力（pa）液壓泵的流量（）液壓泵的總效率該系統(tǒng)采用限壓式變量葉片泵驅(qū)動(dòng)，可按流量特性曲線拐點(diǎn)處的流量，壓力值，一般情況下，取， （210）液壓泵的最大工作壓力（pa）查電動(dòng)機(jī)，選y8012型，其額定功率為0.75kw,轉(zhuǎn)速為1470r/min。2.6.3 液壓閥的選擇選擇液壓閥主要根據(jù)閥的工作壓力和通過(guò)閥的流量，本系統(tǒng)工作壓力在3.5mpa左右，所選擇的閥的規(guī)格和型號(hào)，見(jiàn)表215。表215液壓閥型號(hào)表名

43、稱型號(hào)通徑mm壓力mpa流量l/min單向閥s6a10631.510溢流閥dbdh6g631.510三位四通閥4we6g50631.510單向調(diào)速閥2frm6-30631.5102.6.4 管道尺寸的確定液壓系統(tǒng)中使用的油管種類很多，有鋼管、尼龍管、銅管、塑料管、橡膠管等。按照安裝位置、工作環(huán)境和壓力來(lái)正確選擇。本設(shè)計(jì)根據(jù)具體情況，選用鋼管，其能承受高壓、價(jià)格低廉、耐油、耐腐蝕、剛性好。本系統(tǒng)管路較復(fù)雜，按式： （211）中通過(guò)管道內(nèi)的流量()管內(nèi)允許流速()取管道內(nèi)徑為：選用內(nèi)徑為的吸油管，其他管類可按閥類接口選用內(nèi)徑為的油管。2.6.5 油箱有效容積的確定初始設(shè)計(jì)時(shí)，先按下式確定油箱的容量

44、，待系統(tǒng)確定后，在按散熱的要求進(jìn)行校核。油箱容量的經(jīng)驗(yàn)公式為 （212）式中液壓泵每分鐘排出壓力油的容積（）經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，見(jiàn)表216。表216經(jīng)驗(yàn)系數(shù)系統(tǒng)類型行走機(jī)械低壓系統(tǒng)中壓系統(tǒng)鍛壓機(jī)械冶金機(jī)械a12245761210考慮到散熱的問(wèn)題，油箱根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表217，選擇40l.表217油箱容量46.310254063100160250315400500630800100012502.6.6 液壓油的選定液壓系統(tǒng)中，目前使用最多的是礦質(zhì)型液壓油。選用液壓油時(shí)，最先考慮的是它的粘度，粘度既影響泄漏，也影響功率損失。同時(shí)再兼顧其他方面，選擇時(shí)應(yīng)考慮：1. 液壓系統(tǒng)的工作壓力工作壓力較高的系統(tǒng)選用粘度較高

45、的液壓油，以減少泄漏；反之，選用粘度較低的液壓油。2. 環(huán)境溫度環(huán)境溫度較高時(shí)，宜選用粘度較高的液壓油。本設(shè)計(jì)是在室溫下工作。3. 運(yùn)動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí)，為減少液流的功率損失，宜選用粘度較低的液壓油。為了改進(jìn)液壓油的機(jī)械性能指標(biāo)，往往在液壓油中加入抗氧化、抗泡沫、抗磨損、抗銹蝕、改善粘度性能指標(biāo)的各種添加劑。本設(shè)計(jì)選擇l-hl3號(hào)油，正常運(yùn)轉(zhuǎn)后油的運(yùn)動(dòng)粘度。本產(chǎn)品為精制礦質(zhì)型液壓油，并改善了其防銹和抗氧化性能的油，常用于低壓液壓系統(tǒng)，也可適用于要求換油期較長(zhǎng)的輕負(fù)荷的油浴式非循環(huán)的液壓系統(tǒng)。2.7 病理床液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算2.7.1 液壓系統(tǒng)壓力損失本系統(tǒng)較為復(fù)雜，有多個(gè)液壓執(zhí)行元件、動(dòng)作回路

46、，其中環(huán)節(jié)較多，管路損失較大的是軀干運(yùn)動(dòng)回路，故主要驗(yàn)算由泵到軀干運(yùn)動(dòng)缸這段管路的損失。 1. 沿程壓力損失沿程壓力損失主要是軀干運(yùn)動(dòng)缸上升時(shí)，進(jìn)油管路的壓力損失。此管路長(zhǎng)5m、管內(nèi)徑0.006m、上升時(shí)通過(guò)流量0.035l/s、選用20號(hào)機(jī)械系統(tǒng)損耗油，正常運(yùn)轉(zhuǎn)后油的運(yùn)動(dòng)粘度，油的密度。油在管路中的實(shí)際流速為： （213）管道流動(dòng)雷諾數(shù)為： （214）可見(jiàn)油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)為：按式 （215）求得沿程壓力損失 2. 局部壓力損失局部壓力損失包括通過(guò)管路中折管和管接頭等處的管路局部壓力損失，以及通過(guò)控制閥的局部損失，其中管路局部壓力相對(duì)來(lái)說(shuō)小的多，故主要計(jì)算通過(guò)控制閥的局部

47、壓力損失。參看原理圖，從泵出口到軀干運(yùn)動(dòng)缸進(jìn)油口要通過(guò)單向閥2、三位四通閥9和調(diào)速閥16。單向閥2的壓力損失為0.2mpa、三位四通閥9的壓力損失為0.3mpa、調(diào)速閥16壓力損失為0.3mpa。 忽略油液通過(guò)管接頭、油路板處的局部壓力損失，則進(jìn)油路總壓力損失為： （216）上述驗(yàn)算表明，滿足設(shè)計(jì)要求，無(wú)需修改原設(shè)計(jì)。2.7.2 系統(tǒng)溫升驗(yàn)算在整個(gè)工作循環(huán)中，軀干運(yùn)動(dòng)所用時(shí)間最長(zhǎng)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，主要考慮上升時(shí)的發(fā)熱量。泵的效率為0.7kw，泵的出口壓力為6.3mpa。則有 （217） （218）假定系統(tǒng)的散熱狀況一般，取,油箱的散熱面積為： （219）系統(tǒng)的溫升為： （220）表219各種機(jī)械

48、允許油溫（）液壓設(shè)備類型數(shù)控機(jī)床一般機(jī)床工程機(jī)械、礦山機(jī)械正常工作溫度305030555080最高允許溫度 5570 55707090驗(yàn)算表明，系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)，見(jiàn)表219。2.8 本章小結(jié)本章主要完成了液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及負(fù)載情況，計(jì)算了每個(gè)液壓缸的基本尺寸、選擇了液壓元件、繪制了液壓原理圖。第3章 病理床所用液壓缸基本尺寸的設(shè)計(jì)3.1 液壓缸主要尺寸的確定3.1.1 液壓缸內(nèi)徑及活塞桿直徑的確定，頭部、軀干、腿部、右翻、左翻、曲膝相同。3.1.2 缸筒壁厚的計(jì)算對(duì)于中低壓系統(tǒng)，液壓缸缸筒厚度一般按薄壁筒計(jì)算 （31）液壓缸缸筒厚度（mm）實(shí)驗(yàn)壓力（mpa），工作壓力時(shí)，。液

49、壓缸內(nèi)徑（m）缸體材料的許用應(yīng)力。對(duì)本系統(tǒng)采用無(wú)縫鋼管由于計(jì)算的壁厚太小，中低壓系統(tǒng)中按經(jīng)驗(yàn)取。3.1.3 缸體外徑的計(jì)算 （32）3.1.4 液壓缸工作行程的確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程頭部運(yùn)動(dòng)時(shí)膝部運(yùn)動(dòng)時(shí)軀干運(yùn)動(dòng)時(shí)參照表中的系列尺寸來(lái)選取標(biāo)準(zhǔn)值。見(jiàn)表31。表31液壓缸活塞行程參數(shù)系列（gb234980）205080100125160200250頭部運(yùn)動(dòng)時(shí)膝部運(yùn)動(dòng)時(shí)軀干運(yùn)動(dòng)時(shí)3.1.5 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支撐面中點(diǎn)的到缸蓋滑動(dòng)支承面中點(diǎn)的距離h稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小，將使液壓缸的初始繞度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。

50、對(duì)于一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度h應(yīng)滿足以下要求 （33）液壓缸的最大行程；液壓缸的內(nèi)徑?；钊膶挾萣一般取b=(0.61.0)d；缸蓋滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑d而定，當(dāng)d80mm時(shí)，取圖31單活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu)計(jì)算示意圖頭部運(yùn)動(dòng)缸：膝部運(yùn)動(dòng)缸：膝部運(yùn)動(dòng)缸：3.1.6 缸體長(zhǎng)度的確定液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長(zhǎng)度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的 2030倍。頭部運(yùn)動(dòng)缸膝部運(yùn)動(dòng)缸：膝部運(yùn)動(dòng)缸：3.2 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)液壓缸主要尺寸確定后，就進(jìn)行液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。具體內(nèi)容包括：缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿與活塞的連接、密封裝置、排氣裝置、緩沖裝置、液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)等。3.2.1 缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)液壓缸缸體的常用材料為無(wú)縫鋼管，本設(shè)計(jì)綜合考慮具體情況，選用45號(hào)無(wú)縫鋼管。并采用半環(huán)連接。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、加工裝配方便。缺點(diǎn)：外形尺寸大、缸筒開(kāi)槽，消弱了強(qiáng)度，需要增加缸筒壁厚。3.2.2 活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)活塞桿與活塞有幾種常用的連接形式。分整體式結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)。組合式機(jī)構(gòu)又分為螺紋連接、半環(huán)連接、和錐銷連接。本設(shè)計(jì)采用螺紋連接。螺紋連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用加多、采用鎖緊裝置不容