2945 剪叉式液壓升降臺的設計,剪叉式,液壓,升降臺,設計 塔里木大學畢業(yè)論文（設計）任務書學 院 機械電氣化工程學院 班 級 農(nóng)機 12-2學生姓名 張 明 學 號 8031208214課題名稱 剪叉式液壓升降臺的設計起止時間 2011 年 12 月 01 日——2012 年 5 月 28 日（共 14 周）指導教師 劉媛媛 職 稱 講師課題內(nèi)容：適合于室內(nèi)作業(yè)使用的主要以垂直升降形式為主,如剪叉式和桅柱式(云梯形結(jié)構(gòu))。剪叉式升降臺升降機構(gòu)為多層架杠桿鉸鏈結(jié)構(gòu),載貨平臺安裝在杠桿鉸鏈架上方,升降車回收狀態(tài)工作平臺離地面距離較大,人和貨物必須通過梯子才能上下,極其不方便,桅柱式(云梯形結(jié)構(gòu))升降車升降機構(gòu)為不同導軌相互重疊,載貨平臺固定在最內(nèi)側(cè)一節(jié)導軌上,由于相鄰 2 節(jié)導軌為單面接觸,導軌導向性和整體剛度較差,平臺的承載能力受到限制,而且由于導軌相互重疊,使工作平臺的尺寸大大減小。主要設計要求和參數(shù)：1、最大承載量 1000kg。2、升降范圍為 2m；可自由移動。擬定工作進度（以周為單位）1.第 1—2 周 查閱相關(guān)文獻，撰寫開題報告，初步確定大致方案。2.第 3—6 周 確定方案,初步完成相關(guān)設計。3.第 7—10 周 完善有關(guān)細節(jié)設計，編寫設計說明書。4.第 11—12 周 整理資料，檢查設計及任務說明書。5.第 13 周 制作 PPT，準備答辯。6.第 14 周 答辯。主要參考文獻1.宋錦春,蘇東海.液壓與氣壓傳動.[M].北京:科學出版,20062.李壯云,葛宜遠.液壓元件與系統(tǒng).[M].北京:機械工業(yè)出版社,20043.雷天覺.新編液壓工程手冊.[M].北京:北京理工大學出版社,19994.成大先.機械設計手冊.[M].北京:化學工業(yè)出版社,2004任務下達人（簽字）年 月 日任務接受人意見任務接受人簽名 年 月 日 12 屆畢業(yè)設計剪叉式液壓升降臺設計說明書學生姓名 張 明 學 號 8031208214 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化 班 級 12-2 指導教師 劉媛媛 日 期 2012.06 塔里木大學教務處制前 言高空作業(yè)平臺行業(yè)發(fā)展最關(guān)鍵的還是用信息技術(shù)帶動和提升高空作業(yè)平臺工業(yè)的制造技術(shù)水平。目前，CAD/CAE/CAM 技術(shù)、快速模型制造技術(shù)在高空作業(yè)平臺工業(yè)中的應用，使高空作業(yè)平臺的設計制造技術(shù)發(fā)生了重大變革。另外，數(shù)控精密高效加工設備在高空作業(yè)平臺的開發(fā)和制造水平的應用，如五軸加工機床、高速銑等也大大提高了高空作業(yè)平臺行業(yè)的發(fā)展水平。但是，目前我國高空作業(yè)平臺行業(yè)發(fā)展中仍存在很多不完善的地方，需要繼續(xù)加以改進。具體表現(xiàn)為：技術(shù)含量低的高空作業(yè)平臺已供過于求，而技術(shù)含量較高的中、高檔高空作業(yè)平臺還遠不能適應國民經(jīng)濟發(fā)展的需要，諸如精密、復雜的沖壓高空作業(yè)平臺和塑料高空作業(yè)平臺、轎車覆蓋件高空作業(yè)平臺、電子接插件等電子產(chǎn)品高空作業(yè)平臺等高檔高空作業(yè)平臺仍有很大一部分依靠進口。本課題為順應整個社會經(jīng)濟、科技和工業(yè)發(fā)展的要求，主要針對目前市面液壓升降機的一些不足，比如導軌導向性和整體剛度較差，平臺的承載能力受到限制，受力不均勻，工作平臺的尺寸小等不足，提出了新型的桅柱式液壓升降臺的設計，主要目的是能減小臺面的橫截面積，大大提高升降臺的整體剛度、導向性和穩(wěn)定性。主要設計的要求和所需要達到的參數(shù)如下：1、最大承載量 1000kg。2、升降范圍為 2m；前后推進距離為 1m。與本課題相關(guān)的研究工作已經(jīng)取得了一些經(jīng)驗累積和成果，在此基礎(chǔ)上開展這項研究會比較順利。其次，利用我們學校圖書館豐富的館藏圖書資料和充足的數(shù)據(jù)庫資源，很方便查閱相關(guān)資料。另外，我院有機械設計實驗室、機械電子實驗室、機械制造實驗室等，為本課題的進行提供了必要的理論研究資源和實驗條件，能保證課題的順利完成。目 錄1 緒論...........................................................................................................................................12 機械部分的受力分析力......................................................................................................33 機械部分的強度校核...........................................................................................................53.1 外連桿強度校核..................................................................................................................53.2 內(nèi)連桿強度較核..................................................................................................................53.3 連接兩連桿的銷軸的強度校核..........................................................................................64 確定液壓系統(tǒng)方案................................................................................................................84.1 確定基本回路......................................................................................................................84.1.1 卸荷回路.......................................................................................................................84.1.2 調(diào)速回路的確定...........................................................................................................94.1.3 保壓回路的確定.........................................................................................................104.2 液壓傳動系統(tǒng)的形式確定...............................................................................................114.3 液壓系統(tǒng)原理圖...............................................................................................................115 設計、選擇液壓元件、輔件............................................................................................135.1 確定液壓缸系數(shù)................................................................................................................135.1.1 初選系統(tǒng)壓力.............................................................................................................135.2 液壓輔助元件的計算及選擇............................................................................................135.3 油箱的設計........................................................................................................................135.3.1 油箱的設計要點.........................................................................................................145.3.2 油箱容積計算.............................................................................................................145.4 其它元、輔件的選擇........................................................................................................145.4.1 吸油濾油器.................................................................................................................145.4.2 選擇濾油器的基本要求.............................................................................................145.4.3 溢流閥的選擇.............................................................................................................155.4.4 壓力表開關(guān)選擇.........................................................................................................155.4.5 單向節(jié)流閥.................................................................................................................155.4.6 液控單向閥的選擇.....................................................................................................155.5 閥塊的設計........................................................................................................................155.6 效率的計算........................................................................................................................155.6.1 計算沿程壓力損失.....................................................................................................165.6.2 效率計算.....................................................................................................................175.6.3 系統(tǒng)發(fā)熱與溫升計算.................................................................................................175.6.4 液壓系統(tǒng)的一般使用和維護.....................................................................................186 液壓堆高車外型結(jié)構(gòu)設計................................................................................................206.1 后輪的設計........................................................................................................................206.1.1 輪架的選擇.................................................................................................................206.1.2 階梯軸的材料選擇及結(jié)構(gòu)設計.................................................................................206.1.3 后輪軸的結(jié)構(gòu)設計.....................................................................................................206.1.4 輪子的材料選擇.........................................................................................................216.1.5 被動輪架.....................................................................................................................216.2 機架的設計........................................................................................................................226.2.1 機架的主要組件的材料及尺寸的選擇....................................................................226.3 貨叉架的設計...................................................................................................................226.3.1 貨叉架材料、尺寸的選擇...........................................................................................277 結(jié)論..........................................................................................................................................24致謝.................................................................................................................................................25參考文獻.......................................................................................................................................26塔里木大學畢業(yè)設計11 緒論液壓傳動能在運動過程中實現(xiàn)無級調(diào)速、調(diào)速方便。液壓傳動簡化了機器結(jié)構(gòu)，減少了零件的數(shù)目。由于系統(tǒng)充滿了油液，對各液壓件有潤滑和冷卻的作用，使之不易磨損，又由于容易實現(xiàn)過載保護，因而壽命長。液壓傳動易于實現(xiàn)標準化、系列化、通用化，便于設計、制造和推廣。液壓升降平臺由于升降平穩(wěn)、安全可靠、操作簡單，經(jīng)濟實用，被廣泛應用于生產(chǎn)流水線和倉庫、造紙、醫(yī)藥等行業(yè)，主要用于生產(chǎn)流水線高度差之間貨物運送；物料上線、下線；工件裝配時調(diào)節(jié)工件高度；高處給料機送料；大型設備裝配時部件舉升；大型機床上料、下料；倉儲裝卸場所與叉車等搬運車輛配套進行貨物快速裝卸等。因此，對于液壓升降平臺的設計與研究具有重要意義。我國液壓、氣動和密封工業(yè)雖取得了很大的進步，但與主機發(fā)展需求，以及和世界先進水平相比，還存在不少差距，主要反映在產(chǎn)品品種、性能和可靠性等方面。以液壓產(chǎn)品為例，產(chǎn)品品種只有國外的1/3，壽命為國外的1/2。為了滿足重點主機、進口主機以及重大技術(shù)裝備的需要，每年都有大量的液壓、氣動和密封產(chǎn)品進口。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計及有關(guān)資料分析，1998年液壓、氣動和密封件產(chǎn)品的進口額約2億美元，其中液壓約1.4億美元，氣動近0.3億美元，密封約0.3億美元，比1997年稍有下降。按金額計，目前進口產(chǎn)品的國內(nèi)市場占有率約為30%。1998年國內(nèi)市場液壓件需求總量約600萬件，銷售總額近40億元；氣動件需求總量約500萬件，銷售總額7億多元；密封件需求總量約11億件，銷售總額約13億元。社會需求永遠是推動技術(shù)發(fā)展的動力，降低能耗，提高效率，適應環(huán)保需求，機電一體化，高可靠性等是液壓氣動技術(shù)繼續(xù)努力的永恒目標，也是液壓氣動產(chǎn)品參與市場競爭是否取勝的關(guān)鍵。為了適應這些目標和滿足用戶的需要，現(xiàn)代液壓氣動產(chǎn)品發(fā)展呈如下主要趨勢。(1)減少能耗，充分利用能量液壓技術(shù)在將機械能轉(zhuǎn)換成壓力能及反轉(zhuǎn)換方面，已取得很大進展，但一直存在能量損耗，主要反映在系統(tǒng)的容積損失和機械損失上。如果全部壓力能都能得到充分利用，則將使能量轉(zhuǎn)換過程的效率得到顯著提高。為減少壓力能的損失，必須解決下面幾個問題：①減少元件和系統(tǒng)的內(nèi)部壓力損失，以減少功率損失。主要表現(xiàn)在改進元件內(nèi)部流道的壓力損失，采用集成化回路和鑄造流道，可減少管道損失，同時還可減少漏油損失。②減少或消除系統(tǒng)的節(jié)流損失，盡量減少非安全需要的溢流量，避免采用節(jié)流系統(tǒng)來調(diào)節(jié)流量和壓力。③采用靜壓技術(shù)，新型密封材料，減少磨擦損失。④發(fā)展小型化、輕量化、復合化、廣泛發(fā)展 3 通徑、4 通徑電磁閥以及低功率電磁閥。⑤改善液壓系統(tǒng)性能，采用負荷傳感系統(tǒng)，二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)和采用蓄能器回路。日本小松、日立、川崎、德國 Rexroth，Linde，美國 Eiton-Vickers’，Parker 都采用負荷傳感系統(tǒng)，可節(jié)省功率 20-30%。⑥為及時維護液壓系統(tǒng)，防止污染對系統(tǒng)壽命和可靠性造成影響，必須發(fā)展新的污染檢測方法，對污染進行在線測量，要及時調(diào)整，不允許滯后，以免由于處理不及時而造成損失。(2)主動維護液壓系統(tǒng)維護已從過去簡單的故障拆修，發(fā)展到故障預測，即發(fā)現(xiàn)故障苗頭時，預先進行維修，清除故障隱患，避免設備惡性事故的發(fā)展。塔里木大學畢業(yè)設計2要實現(xiàn)主動維護技術(shù)必須要加強液壓系統(tǒng)故障診斷方法的研究，當前，憑有經(jīng)驗的維修技術(shù)人員的感宮和經(jīng)驗，通過看、聽、觸、測等判斷找故障已不適于現(xiàn)代工業(yè)向大型化、連續(xù)化和現(xiàn)代化方向發(fā)展，必須使液壓系統(tǒng)故障診斷現(xiàn)代化，加強專家系統(tǒng)的研究，要總結(jié)專家的知識，建立完整的、具有學習功能的專家知識庫，并利用計算機根據(jù)輸入的現(xiàn)象和知識庫中知識，用推理機中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高維修方案和預防措施。要進一步引發(fā)液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)通用工具軟件，對于不同的液壓系統(tǒng)只需修改和增減少量的規(guī)則。另外，還應開發(fā)液壓系統(tǒng)自補償系統(tǒng)，包括自調(diào)整、自潤滑、自校正，在故障發(fā)生之前，進市補償，這是液壓行業(yè)努力的方向。(3) 機電一體化電子技術(shù)和液壓傳動技術(shù)相結(jié)合，使傳統(tǒng)的液壓傳協(xié)與控制技術(shù)增加了活力，擴大了應用領(lǐng)域。實現(xiàn)機電一體化可以提高工作可靠性，實現(xiàn)液壓系統(tǒng)柔性化、智能化，改變液壓系統(tǒng)效率低，漏油、維修性差等缺點，充分發(fā)揮液壓傳動出力大、貫性小、響應快等優(yōu)點,其主要發(fā)展動向如下：①電液伺服比例技術(shù)的應用將不斷擴大。液壓系統(tǒng)將由過去的電氣液壓 on-oE 系統(tǒng)和開環(huán)比例控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)向閉環(huán)比例伺服系統(tǒng)，為適應上述發(fā)展，壓力、流量、位置、溫度、速度、加速度等傳感器應實現(xiàn)標準化。計算機接口也應實現(xiàn)統(tǒng)一和兼容。②發(fā)展和計算機直接接口的功耗為 5mA 以下電磁閥，以及用于脈寬調(diào)制系統(tǒng)的高頻電磁閥(小于 3ms)等。③液壓系統(tǒng)的流量、壓力、溫度、油的污染等數(shù)值將實現(xiàn)自動測量和診斷，由于計算機的價格降低，監(jiān)控系統(tǒng)，包括集中監(jiān)控和自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)將得到發(fā)展。④ 計算機仿真標準化，特別對高精度、“高級”系統(tǒng)更有此要求。⑤ 由電子直接控制元件將得到廣泛采用，如電子直接控制液壓泵，采用通用化控制機構(gòu)也是今后需要探討的問題，液壓產(chǎn)品機電一體化現(xiàn)狀及發(fā)展。液壓元件由于制造精度高，因而造價相對于機械零件要求，為了做到經(jīng)濟實惠，在選擇液壓元件時，盡量以國內(nèi)同類產(chǎn)品代替國外產(chǎn)品。比如電磁換向閥，我選擇了沈陽液壓件廠的產(chǎn)品，并且有直流電源和交流電源兩種，我選擇了交流電源。因為，雖然用直流電源，電磁換向閥如果卡位，電磁塊不至于被燒壞。但配置一套直流電源的價格遠比一個電磁塊的價格高，況且電磁閥被卡住的情況也是偶而的。權(quán)衡了一下還是選擇了交流電池。同理，在一些產(chǎn)品性能不相上下時，我盡量選用了沈陽液壓件廠的產(chǎn)品。可以省去運費和避免一些其它問題，這都降低了成本。塔里木大學畢業(yè)設計32 機械部分的受力分析機械部分整體結(jié)構(gòu)圖如下：2-1圖 2-1 剪叉結(jié)構(gòu)圖1.上板架 2.內(nèi)連桿 3.外連桿 4.下板架估算各構(gòu)件的自重：上板鋼板：G 1=shp=2.2×1.2×0.005×7.8×103=102.96Kg上板架：G 2=SLp=12×0.248×10-4×7.8×103=96.5KgF=(G1+G2)g=(102.96+96.5)×9.8=1955N內(nèi)連桿：G=SLp=[25.162×4.2×10 -4+0.9×2×0.25×3.14×(0.0832-0.0632)+0.085× 0.15×4.2]×7.8×103=156Kg F=Gg=156×9.8=1530N外連桿：G=SLp=[25.162×4.2×10 -4+0.25×3.14×[10.22-8.22]×10-4×1.8+0.25×3.14×(8.32-6.32)×10-4×1.8+4.2×0.85×15×10-4]×7.8×103=196Kg取軸自重 7Kg，則F=205×9.8=2010N取滑輪與槽鋼摩檫系數(shù) μ=0.2，外負載 1000Kg。對上板進行受力分析如圖 2-2：圖 2-2 上板受力分析圖Fy1+Fy2=(P+G)×0.5Fx1= -Fx2= -uFy2Fy2×2000=0.5×(F+P)×1000解得 Fy 2=2744NFy1=2744NFx1=Fx2=548.8N對內(nèi)連桿進行受力分析如圖 2-3：塔里木大學畢業(yè)設計4圖 2-3 內(nèi)連桿受力分析圖根據(jù)受力平衡得：Fx1+Fx3=Fx4Fy3=F+Fy1+Fy4Fx4=uFy4Fy3×d3+Fx4×d4=Fx3×d1+F×d2+Fy4×d解得： Fx 3=46NFy3=7247NFx4=595NFy4=2973N對外連桿進行受力分析如圖 2-4：圖 2-4 外連桿受力分析圖外連桿自重 2010N。根據(jù)力矩平衡原理：對 O 點取矩，并設 x 為液壓缸受力，力臂為 600mm。x×600=(7247+2010)×1000+46×200+400×548.8+2000×2744解得 x=25000N。塔里木大學畢業(yè)設計53 機械部分的強度校核3.1 外連桿強度校核圖 3-1 外連桿強度校核由受力分析得：x=25000NFx2=548.8NFy2=2744NFx3=46NFy3=7247Nsinα =380/2020，則 α =11°cosβ =a2+b2-c2/2ab，則 β =10。此外連桿材料為熱軋 16 號槽鋼，高度 160mm，寬 65mm，Wx=117cm 3, L=934.5cm4,A=25.15cm2該外連桿的危險截面為 I-I 截面。軸力產(chǎn)生正應力為 θ ′ =Fr3/A=46/25.15×10-4=1.8×104Pa彎距 Mx 產(chǎn)生正應力為 θ ′ =Mx/Wx=7247×0.535/117×10-6=33.1×106Pa由兩種應力疊加后，可知，危險點在 I-I 截面上側(cè)和下側(cè)邊緣，分別為最大壓應力和最大拉應力。最大壓應力 θ 1=θ ′ +θ ″ =0.018+33.1=33.118Mpa最大拉應力為 θ 2=|θ ′ -θ ″ |=33.082Mpa查表 [4]得，Q235 型槽鋼的彎曲靜許用應力[θ]=135Mpa,θ 1<[θ]，θ 2<[θ]，因此，外連桿各個截面均為安全截面。3.2 內(nèi)連桿強度較核塔里木大學畢業(yè)設計6圖 3-2 內(nèi)連桿強度校核由受力分析得：Fx 1=548.8NFy1=2744NFy3=7247NFx3=46NFx4=595NFy4=2973N內(nèi)連桿材料為 16 號熱軋普通槽鋼：Wx=117cm3，Ix=934.5cm 4，A=25.15cm 2此內(nèi)連桿的危險截面為 I-I 截面。軸力產(chǎn)生的拉應力為θ ′ =N/A=548.8/25.15×10-4=0.218Mpa彎距 Mx 產(chǎn)生彎曲正應力為θ ″ =Mx/Wa=2973/117×10-6=2.5Mpa兩種應力疊加后，I-I 截面上、下邊緣點為危險點，分別產(chǎn)生最大拉應力和最大壓應力分別為：θ 1=θ ′ +θ ″ =25.218Mpaθ 2=|θ ′ -θ ″ |=24.782Mpa許用應力[θ]=135Mpa所以，內(nèi)連桿各截面安全。3.3 連接兩連桿的銷的強度校核圖 3-3 銷的受力分析圖圖 3-4 彎距圖塔里木大學畢業(yè)設計7圖 3-5 扭距圖Q4=x=25000N T=x×0.02=5000N·m綜合分析，可知，截面 I-I 或 II-II 為危險截面。Mg=Q4×L=2.5×104×(0.08-0.06)/2=2500N·m抗彎截面模量 w=3.14/32×d 3=0.1d3抗扭截面模量 wt=3.14/16×d 3=0.2d3由第三強度 [4]理論得：θ= 24T???= )/()/(??== 13.0/5220x?=5.6MPa查表 [4]得許用彎曲應力為 120Mpa，因此，此銷安全。塔里木大學畢業(yè)設計84 確定液壓系統(tǒng)方案液壓系統(tǒng)方案的確定是液壓系統(tǒng)設計的一個重要環(huán)節(jié)。目的是選擇回路，并把各回路組成系統(tǒng)，以便以后確定原理。理論課上，我們知道任何復雜的液壓系統(tǒng)都是由一些簡單的基本回路構(gòu)成的。液壓元件又組成了基本回路。所以根據(jù)液壓系統(tǒng)的動作要求和性能特點選液壓元件組成液壓系統(tǒng)。這次畢業(yè)設計的液壓升降平臺要求為：1、舉升高度為 2 米；2、原始高度 0.6 米；3 舉升重量 1000 公斤。所設計系統(tǒng)必須能完成舉升動作，并達到以上要求，考慮系統(tǒng)效率以及經(jīng)濟上的一些問題。我設計的液壓系統(tǒng)如圖 4-1電源 啟動 上升 下降 快降圖 4-1 液壓系統(tǒng)圖4.1 確定基本回路4.1.1 卸荷回路卸荷回路的作用是在電動機不熄火的情況下使液壓油卸荷，即泵輸出的液壓油以最低壓力回油箱。卸荷回路主要有以下幾種： 如圖 4-2 采用換向閥的卸荷回路，用三位四通換向閥中位 M 型（或 H，K 型）滑閥機能，或在液壓泵出口旁路接二位三通閥，使液壓泵輸出的油液流回油箱，液壓泵卸荷。它適用于低壓小流量（P=2.5MPa，Q p≦40L/min）的液壓系統(tǒng)，高壓大流量系統(tǒng)用換向閥卸荷時沖擊較大。圖 4-2 換向閥的卸荷回路塔里木大學畢業(yè)設計9圖 4-3 溢流閥的卸荷回路如圖 4-3 為溢流閥的卸荷回路。當先導式溢流閥 1 控制管路通過二位二通電磁換向閥3 接回油箱時，液壓泵輸出的油液以很低的壓力經(jīng)溢流閥回油箱。實現(xiàn)液壓泵的卸荷。工作過程中流量變化較大的液壓系統(tǒng)，采用雙連泵供油。如圖 4-4 是利用特殊結(jié)構(gòu)的液壓缸使泵卸荷的回路。在液壓缸 3 活塞向左運動返回終點時，缸體上帶單向閥 2 的旁通油口開啟，液壓泵的油液從液壓缸的有桿腔經(jīng)過此油口流回油箱，液壓泵卸荷。我在設計中選擇了第一種卸荷方式，因為其適用于低壓小流量的液壓系統(tǒng)，并比較簡單。圖 4-4 特殊液壓缸使泵卸荷4.1.2 調(diào)速回路的確定液壓調(diào)速分為節(jié)流調(diào)速，容積調(diào)速和容積節(jié)流調(diào)速三種方式。節(jié)流調(diào)速，容積節(jié)流調(diào)速只能用于開式系統(tǒng)。容積調(diào)速多用于閉式系統(tǒng)。由于本系統(tǒng)簡單，固采用開式系統(tǒng)，具體原因以后在述。節(jié)流調(diào)速回路，由流量控制閥，溢流閥，定量泵和執(zhí)行元件等所組成。它通過改變流量控制閥的通流面積，控制和調(diào)節(jié)流入和流出執(zhí)行元件的流量，達到調(diào)速的目的。這種調(diào)速回路具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，成本低，使用維護方便，調(diào)速方便，調(diào)速范圍大等優(yōu)點。但它能量損失大，效率低，一般用于功率不大的場合。由于流量控制閥在回路中的按放位置的不同，節(jié)流調(diào)速回路有進口節(jié)流式，出口節(jié)流式，旁路節(jié)流式和進出口同時節(jié)流式幾種節(jié)流形式。(1)進口節(jié)流調(diào)速回路（如圖 4-5 所示）為使油液通過節(jié)流閥流入液壓缸，液壓泵的工作壓力 P 必須大于 P1，節(jié)流閥的壓差在塔里木大學畢業(yè)設計10工作中或因負載變化或因其開度的改變，要在一定的范圍內(nèi)變動。其設定值一般為△Pi=0.2-0.3MPa。圖 4-5 進口節(jié)流調(diào)速(2)出口節(jié)流調(diào)速回路這種調(diào)速回路是將節(jié)流閥置在回油路上，用它來控制油腔流出的油量，因而也就控制了進入液壓缸的流量，從而也就控制了液壓缸的速度。(3)旁路節(jié)流調(diào)速回路（如圖 4-6 所示）如圖 1-5，這種調(diào)速回路是把節(jié)流閥放在與液壓缸相并聯(lián)的支路上。節(jié)流閥在調(diào)節(jié)流量的同時、起溢出多余流量的作用?；芈分幸缌鏖y起安全閥作用。① 當節(jié)流面積一定時，負載越大，速度剛性越大；② 當負載不變時，節(jié)流閥通流面積越小，即速度越大，速度剛性越大；③ 當活塞面積變大時，減小節(jié)流閥指數(shù)和泄露系數(shù)均可提高速度剛性。圖 4-6 旁路節(jié)流調(diào)速回路(4)容積節(jié)流調(diào)速回路容積節(jié)流調(diào)速回路是利用變量泵和節(jié)流閥組合而成的一種調(diào)速回路。它保留了容積調(diào)速回路無溢流損失、效率高和發(fā)熱少的長處。綜合以上調(diào)速回路的特點，我選擇了進油調(diào)速回路。4.1.3 保壓回路的確定有些機械回程時如釋放過快，將引起液壓系統(tǒng)劇烈的沖擊、震動和噪聲，基至導致管路和閥門的破裂。保壓回路有以下幾種：(1) 用液壓單向閥的保壓回路（如圖 4-7）在液壓缸無桿腔油路上接入一個液控單向閥，利用單向閥錐形閥座的密封性能實現(xiàn)保塔里木大學畢業(yè)設計11壓。一般在 20MP 工作壓力下保壓 10min。圖 4-7 用單向閥的保壓回路(2) 用輔助液壓泵保壓回路在回路中增設一臺輔助液壓泵。當液壓缸加壓完畢要求保壓時，由壓力繼電器發(fā)出電訊號，使輔助液壓泵供油，維持系統(tǒng)壓力不變。(3) 用蓄能器的保壓回路(如圖 4-8)用重錘式蓄能器在保壓過程中向 a 點供油、保壓時，蓄能器充入高壓油，重錘上升，觸及限位開關(guān)時，使電液換向閥的電磁鐵 1Y 斷電，主液壓泵卸荷，以后由蓄能器保持系統(tǒng)壓力。此種保壓回路壓力液動小，不超過 0.1-0.2MP。圖 4-8 用蓄能器的保壓回路綜上所述，我選用了第一種用液控單向閥的保壓回路。4.2 液壓傳動系統(tǒng)的形式確定液壓傳動系統(tǒng)可分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。開式系統(tǒng)中，油泵自油箱吸油，供給執(zhí)行機構(gòu)，低壓油直接返回油箱，有系統(tǒng)簡單、系統(tǒng)散熱條件好等優(yōu)點。閉式系統(tǒng)中油泵進油管直接與執(zhí)行機構(gòu)的排油管相連通，形成一個閉合回路。為了補塔里木大學畢業(yè)設計12償系統(tǒng)中泄露損失，還需有一個輔助供油泵，其優(yōu)點是 1）油箱所需容積??；2）無論是高壓管路還是低壓管路都有一定壓力。因此空氣難進入，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)；3）系統(tǒng)中采用變量軸向柱塞泵，一般不需要換向閥來改變執(zhí)行機構(gòu)運行方向，減少了換向時的沖擊。綜合以上傳動系統(tǒng)的特點我選用開式系統(tǒng)。4.3 液壓系統(tǒng)原理圖在以上基本回路確定的基礎(chǔ)上，擬定液壓系統(tǒng)原理圖，如圖 4-9 所示。圖 4-9 液壓系統(tǒng)原理圖塔里木大學畢業(yè)設計135 設計、選擇液壓元件、輔件5.1 確定液壓缸系數(shù)5.1.1 初選系統(tǒng)壓力系統(tǒng)壓力選定是否合理直接關(guān)系到整個系統(tǒng)設計的合理程度。在液壓系統(tǒng)功率一定情況下，若選取的系統(tǒng)壓力過底，則液壓元、輔件的尺寸、重量就增加，系統(tǒng)造價也相應增加；若系統(tǒng)壓力選的較高，則液壓設備的重量、尺寸和造價會相對較低。由于對制造液壓元件、輔件的材料、密封、制造精度等要求的提高，反而會增大或增加液壓設備的尺寸、重量和造價、其系統(tǒng)效率和使用壽命也會相應下降。根據(jù)我所要設計的機器的特點，并參照有關(guān)資料，我初選系統(tǒng)工作壓力 10MP。1) 計算液壓缸尺寸：活塞面積 A=F/ηp=2.5×10 3/0.9×10×106=2.78×10-3m2D=5.89cm查表 [4]，取液壓缸的內(nèi)徑為 63mm，外徑為 76mm。桿徑比 d/D，一般按下述原則?。寒敾钊麠U受拉時，一般選取 d/D=0.3-0.5；當活塞桿手壓時，一般取 d/D=0.5-0.7。所以本設計我取 d/D=0.7，即 d=0.7D=0.7×58.9=44mm，取活塞桿直徑為 45mm。2) 泵組選擇：q=2Av=2×1/4π(D 2-d2)×V=2×0.25×3.14×632×10-6×2×10-2=7.48 L/min3) 液壓杠所需流量為 q=2Av=2×1/4π(D 2-d2)×V=2×0.25×3.14×632×10-6×2×10-2=7.48 L/minq=7.48L/min查表 [4]選取齒輪泵 CB3-10。理論排量 10mL/r，理論流量 14.5L/min，電動機最大功率P=pq/η。P=106×10×14.5×106/0.8×60=3.02kw取電動機 Y112M-4 型：額定功率 4kw，效率 84.55%。5.2 液壓輔助元件的計算及選擇1）根據(jù)齒輪泵的額定流量 14.5L/min 查表（JB827-66） 。根據(jù)推薦管路通過流量 25L/min的管徑為 8mm 管路通過 6.3L/min 的管徑為 5.6mm，所以選取公稱直徑 D=8mm 的鋼管，鋼管外徑為 14mm.管接頭連接螺紋 M14×1.5。2）管接頭的類型管接頭按材料可分為金屬管接頭、軟管接頭和快速接頭。通常選用金屬管接頭。金屬管接頭又可分為擴口式管接頭、卡套式管接頭、焊接式管接頭、球面焊式管接頭。各管接頭的特點如下：擴口式管接頭：利用管子端部擴口進行密封，不需其他密封件；結(jié)構(gòu)簡單，適用于薄管連接，工作壓力〈8MPa?？ㄌ资焦芙宇^：利用卡套變形卡住管子進行密封，裝拆方便，但對管子尺寸精度要求較高，工作壓力〈31.5MPa。焊接式管接頭：利用“0”型密封圈端面密封，連接牢固可靠，對管子尺寸精度要求不高。管壁要求較厚，裝配時需要焊接。工作壓力〈31.5MPa。球面焊接式管接頭：利用球面進行密封，不需要其它密封件，但加工精度要求較高，裝配時需要焊接。工作壓力≦35MPa。 根據(jù)以上介紹的各種管接頭的特點，我選擇了焊接式管接頭，因為它的特點更適合于塔里木大學畢業(yè)設計14我所設計的系統(tǒng)。5.3 油箱的設計油箱的作用是儲油、散發(fā)油的熱量、沉淀油的雜質(zhì)和使油中的氣泡上浮釋出；有時油箱蓋還可以用作油泵裝置和其它液壓元件的底板。5.3.1 油箱的設計要點（1）油箱必須有足夠大的容積以滿足散熱、容納停機時因重力作用而返回油箱的油，操作時油面保持適當高度的要求；（2）油箱底部做成適當?shù)男倍?，并設放油塞；（3）從構(gòu)造上應考慮清洗換油方便，應設置人孔，便于清洗污物；（4）箱壁上需裝油面指示器，油箱上并裝上溫度計；（5）油箱上應有帶空氣濾清器的通氣孔，有時注油孔和通氣孔可兼用；（6）吸油管和回油管應盡量遠隔開，吸油管離箱底的距離 H≧2D（管徑） 。距箱邊不小于3D，回油管插入最低油面以下，防止回油時帶入空氣。距箱底 H≧2D（管徑） 。油的排口面向油箱，管端斜成 45 度；（7）吸油側(cè)和回油側(cè)要用隔板隔開，用以分離回油帶來的氣泡和贓物。隔板高度不低于油面到管底高度的 3/4；（8）為了防銹、防凝水，油箱內(nèi)壁應用好的耐油涂料。綜合以上的設計要點，我設計我的油箱，但由于機器工作不頻繁，所以沒有設計溫度計，并設計了兩個隔板。5.3.2 油箱容積計算按經(jīng)驗公式計算油箱容積：V=（3-5）q p=3×14.5=43.5L我所設計的油箱設有冷卻器，在這種情況下，油箱的長:寬:高為 1:1:1 到 1:2:3。油面達到油箱高度的 80%。油箱的長為 370mm，寬為 365mm，高為 320mm。5.4 其它元、輔件的選擇5.4.1 吸油濾油器濾油器有以下幾種形式、用途特性如下：（1）網(wǎng)式濾油器 裝在油泵吸油管上，可以保護油泵。特性為結(jié)構(gòu)簡單，通油能力大，過濾效果差；（2）線隙式濾油器 過濾材料強度低，一般用于低壓系統(tǒng)，特性為結(jié)構(gòu)簡單，過濾效果較好，通油能力大，但不易清洗；（3）紙芯濾油器 用于油的粗過濾，最好與其它濾油器聯(lián)合使用，特性為過濾效果好，精度高，但易阻塞，無法清洗，需要換紙蕊；（4）燒結(jié)式濾油器 用于特別要求過濾質(zhì)量的液壓系統(tǒng)，最好與其它濾油器合用，特性是在高溫下工作與承受較高壓力，抗腐蝕能力強，制造簡單，性能穩(wěn)定；（5）磁式濾油器 用于濾清帶磁性鐵屑與磨料，特性是效果好，維護復雜； （6）片式濾油器 用于一般過濾，特性為強度大，不易損壞，通油能力大。5.4.2 選擇濾油器的基本要求（1）過濾精度滿足要求；（2）能力滿足設計系統(tǒng)要求；（3）濾芯應有足夠的強度，不至于因油液壓力而破壞；（4）在一定溫度下，有一定的耐久性；（5）能抵抗濾油的侵蝕；（6）容易清洗和更換濾芯；（7）價錢低廉。塔里木大學畢業(yè)設計15由于液壓系統(tǒng)中對油的要求很高，尤其是油的過濾過程。因此濾油器的選擇非常重要。所以敘述頗多。綜合各種濾油器的特性，我選擇了網(wǎng)式濾油器。泵的流量為 14.5L/min。由于經(jīng)驗公式告訴我濾油器過濾能力大于泵的流量的 2 倍，因此我選的濾油器為 XV-40×180j。5.4.3 溢流閥的選擇由于我設計的系統(tǒng)中有閥塊，閥塊上有溢流閥、換向閥、截止閥（壓力表開關(guān)） ，所以溢流閥選板式溢流閥，系統(tǒng)壓力為 10MP，流量為 14.5L/mn。所以我選擇了直動式溢流閥型號為 DBDS6P10。5.4.4 壓力表開關(guān)選擇由于是板式連接，系統(tǒng)管道公稱直徑 8mm。所以我選擇型號為 KF-L8/12E 的壓力表開關(guān)。5.4.5 單向節(jié)流閥由于閥塊上沒有安裝單向節(jié)流閥，所以單向節(jié)流閥選管式，根據(jù)管路公稱直徑、流量，我選擇了型號為 MK8G10/V 的單向節(jié)流閥。5.4.6 液控單向閥的選擇選擇液控單向閥為 SV10PB120 型。各種元件、輔件的詳細型號如表 5-1 所示：表 5-1 輔件選擇表名稱 型號 流量 備注吸油濾油器 XV-40×180J 40 壓力 0.3~0.6 損失液位計 溢流閥 DBDS6P10齒輪泵 CB3-10 14.5 5.7KW電動機 Y112M-4 4KW壓力表 Y-60截止閥 KF-L8/12E電磁換向閥 4WEP10/AW220單向節(jié)流閥 MK8G10/V液控單向閥 3V10PB120空氣濾清器 查機械設計手冊取 D=45mm5.5 閥塊的選擇我所選擇的閥塊相安有電磁換向閥，直動式溢流閥，壓力表開關(guān)。根據(jù)所選的以上幾種元、輔件的外形尺寸，初選擇閥塊為 100×100×100 的立方體。閥塊體如圖 5-1：塔里木大學畢業(yè)設計16圖 5-1 閥塊體1)為壓力油入口 2)回油口 3)側(cè)壓口 4）油液進系統(tǒng)口 5）油液出系統(tǒng)口 6）溢流閥瀉油口7）溢流閥進油口 8）換向閥進（出）油口（A）9）換向閥進油口 10）B 口 11）換向閥出油口5.6 效率的計算5.6.1 計算沿程壓力損失1）判斷流動狀態(tài)由雷諾系數(shù) Re=vd/r=4Q/3.14dr 可知，在油液黏度一定的條件下，Re 大小與 Q 成正比，與管道的內(nèi)徑成反比。缸的所需流量為 7.8L/min，管子公稱直徑為 8mm，所以Re=4Q/πdr=4×Q×7.8×10 -3/60×3.14×8×10-3×4.5×10-5=230由于累諾數(shù) Re 小于臨界雷諾數(shù) 2000，由此可推論出各工況下的進、回油路中油液的狀態(tài)為層流。2）計算沿程壓力損失ΔPc=λl/d×v 2×p/2 6λ=75/Re=75×3.14dv/4QV=4Q/3.14d2上式代入沿程壓力損失的計算公式得：ΔPc=150prl/πd 4×Q（1）油箱到泵的進口沿程壓力損失：ΔP L1=150ρrl/πd 4Q=150×917.4×4.5×10-5×0.2×14.5×10-3/3.14×(8×10-3)4×60=2.3×104Pa（2） 泵出口到閥塊沿程壓力損失：ΔP L2=150ρrl/πd 4×Q=150×917.4×4.5×10-5×0.5×14.5×10-3/3.14×(8×10-3)4×60=5.8×104Pa（3） 閥塊到油箱沿程壓力損失：ΔP L3=150ρrl/πd 4×Q=150×917.4×4.5×10-5×0.8×7.8×10-3/3.14×(8×10-3)4×60=4.9×104Pa（4） 閥塊到單向節(jié)流閥沿程壓力損失：ΔP L4=150ρrl/πd 4×Q=150×917.4×4.5×10-5×0.1×7.8×10-3/3.14×(8×10-3)4×60=0.6×104Pa（5） 單向節(jié)流閥到閥塊 2 沿程壓力損失：ΔP L5=150ρrl/πd 4×Q=150×917.4×4.5×10-5×0.4×7.8×10-3/3.14×(8×10-3)4×60=2.4×104Pa（6） 閥塊到液壓缸沿程壓力損失：ΔP L6=150ρrl/πd 4×Q=150×917.4×4.5×10-5×0.6×7.8×10-3/3.14×(8×10-3)4×60=1.5×104Pa（7） 液壓缸到閥塊沿程壓力損失：塔里木大學畢業(yè)設計17ΔP L7=ΔPL 6=1.5×104Pa總的沿程壓力損失為：ΔP L=0.19×106Pa3）計算局部壓力損失 （1）油箱到泵有一個 90 度的彎頭V=Q/0.25×π×d 2=14.5×10-3/0.25×3.14×60×0.0082=4.8m/sΔPr 1=rHδ=0.29ΔP r1=3000Pa （2）泵到閥塊 4 個彎頭ΔP r2=4rH=4rδv 2/2g=1200Pa（3）閥快到油箱 3 個彎頭ΔP r3=3rH=9000Pa（4）閥塊到液壓缸 1 個彎頭ΔP r4=rH=3000Pa（5）液壓缸到閥塊ΔP r5=rH=3000Pa所以，總的管道局部壓力損失為ΔP r=30000Pa4）計算閥類元件壓力損失ΔP r=ΔP n(Q/Qn)2 (5-3)式中 ΔPv—閥的額定壓力損失?？捎僧a(chǎn)品樣本查出。Q——通過閥的實際流量Qn— 閥的額定流量（1）直動式溢流閥ΔP v1=ΔP(Q/Qn) 2=10×106(0.7/60)2=0.1×106Mpa（2）電磁換向閥ΔP v2=ΔP(Q/Qn) 2=1.3×106×(0.7/60)2=1.4×105Pa（3）液控單向閥ΔP v3=ΔP(Q/Q n)2=0.2×106Pa所以，總的閥類元件局部壓力損失為 0.34×106Pa5）管路總的壓力損失為：ΔP=0.66Mpa5.6.2 效率計算升降回路效率：η c1=P1Q1/Pp×Qp=10×106×7.48/10.66×106×14.5=0.48=48%系統(tǒng)總效率：η c2=η p×η c1×η mη p=0.8η m=0.95η c2=0.8×0.95×0.48=0.36=36%5.6.3 系統(tǒng)發(fā)熱與溫升計算升降平臺上升速度 0.02m/s，上升時間 t=1/0.02=50s。由手冊 [4]查最高溫度 Q1=75℃塔里木大學畢業(yè)設計18P1=KA(Q1-Q2)=16×2(0.32×0.365+0.365×0.37+0.37×0.32)×(75-20)=644w ΔQ=(P h-P1)/KAPin=P0×Qp/η=10×10 6×14.5×10-3/0.8×60=3×103w Pef=0.02×(2.5×104×320×10-3×2)=320wPh=Pin-Pef=2680wΔQ=42℃<55℃所以，滿足要求。5.6.4 液壓系統(tǒng)的一般使用和維護1）油箱中的液壓油經(jīng)常保持正常油面。配管和油缸容量很大時，最初應放入足夠數(shù)量的油。在啟動之后，由于油進入管道和油缸，油面會下降，甚至使濾油器露出油面。因此必須再一次補油。再使用過程中，還會經(jīng)常發(fā)生泄露，應該在油箱上設置液位計，以便以后經(jīng)常觀察和補油。2） 液壓油應該經(jīng)常保持清潔，檢查油的清潔應經(jīng)常與檢查油面同時進行。（1）油桶上不要積聚雨水和塵土，也不要直接放在地上；（2）在檫試泵，閥或油的容器時要極力防止不屑之類落入油中；（3）油箱要經(jīng)常清洗，在灌油時應通過 120 目以上的濾油器；（4）洗滌配管，一般應先用透平油清洗 4-5 小時，然后用與使用油相同的油清洗 4-5小時；（5）最好不使用銅管作為液壓系統(tǒng)的配管，一定要使用時，可放在油中浸 24 小時以上，使生成不治性的薄膜后再安裝； （6）油需要經(jīng)常檢查和更換，工作油的情況應經(jīng)常加以注意和檢查。更換工作油期限，由于使用條件，使用地點而有很大的出入，一般來說，大概一年更換一次，在連續(xù)運轉(zhuǎn)、高溫、高濕、塵土多的地方，需要縮短換油的周期。3）油溫應適當，油箱的油溫一定不能超過 60℃。一般液壓機械在 35-60℃圍內(nèi)工作比較合適。從維護的角度看也應絕對避免油溫過高。若油溫有異常的上升時，應立刻停機進行檢查。常見有以下原因：（1）油的黏度太高；（2）受外界的影響（例如開關(guān)爐門的液壓裝置等） ；（3）回油設計不好，例如效率太低、采用的元件容量太小、流速過高等所至；（4）油箱容積太小、散熱慢（一般來說油箱容量在油泵每分鐘的 3 倍以上才可） ；（5）閥的性能不好，例如容易發(fā)生震動就有可能引起異常發(fā)熱；（6）由于油質(zhì)變壞，阻力增大；（7）冷卻器的性能不好，例如水量不足、管道內(nèi)有水圬等。4）回路里的空氣應完全排除掉?；芈防镞M入空氣后，因為氣體的體積和壓力成反比。所以隨著負荷的變動，油缸的運動也要受影響。另外，空氣優(yōu)勢造成油液變質(zhì)和發(fā)熱的很大原因，所以應特別注意以下各列事項：(1)為了防止回油管回油時帶入空氣，回油管必須插入油面以下；（2）入口濾油器堵塞后，吸入阻力大大增加，溶解在油中的空氣分離出來，產(chǎn)生所謂的空蝕現(xiàn)象；（3）吸入管和泵面密封部分等各個低于