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壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985 I 目 錄 目 錄 .I 摘 要 .V ABSTRACT VI 1 緒論 1 1.1 升降平臺(tái)的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 1 1.2 剪叉式升降平臺(tái)的安全保證措施 1 1.2.1 設(shè)計(jì)制造方面的安全保證措施 2 1.2.2 使用維護(hù)方面的安全保證措施 3 1.3 研究地目地及意義 3 2 總體設(shè)計(jì)方案確定 4 2.1 設(shè)備液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)地原始依據(jù) 4 2.2 工作情況分析 4 2.3 設(shè)備液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)速度地確定 5 3 剪叉式升降臺(tái)受力分析 .6 3.1 剪叉式升降平臺(tái)的三種結(jié)構(gòu)形式 6 3.2 剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)的位置參數(shù)計(jì)算 7 3.3 剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 .10 3.4 剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題 .10 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985 II 4 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 12 4.1 明確設(shè)計(jì)要求 制定基本方案： 12 4.1.1 確定液壓缸的類型 .12 4.1.2 確定液壓缸的安裝方式 .12 4.1.3 缸蓋聯(lián)接的類型 .12 4.2 液壓缸載荷計(jì)算 .12 4.3 液壓缸各組成部分的設(shè)計(jì) .16 4.3.1 液壓缸缸筒的設(shè)計(jì)和計(jì)算: .16 4.3.2 活塞桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算： 18 4.3.3 導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算： 23 4.3.4 液壓缸油口的設(shè)計(jì)： 25 4.3.5 端蓋和缸底的設(shè)計(jì)計(jì)算： 27 4.3.6 密封件的選用： 29 4.3.7 防塵圈 30 4.3.8 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu) 30 4.4 液壓缸主要零件的材料和技術(shù)要求 .33 4.4.1 缸體 33 4.4.2 活塞桿 34 5 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 34 5.1 擬訂液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路 .34 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985 III 5.2 液壓源系統(tǒng) .34 5.3 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) .34 5.3.1 載荷的組成與計(jì)算： 34 5.3.2 初選系統(tǒng)壓力 35 5.3.3 計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 35 5.3.4 確定液壓泵的參數(shù) 39 5.3.5 管道尺寸的確定 38 5.3.6 油箱容量的確定 39 5.4 繪制液壓系統(tǒng)原理圖 .40 5.4.1、壓力油源 40 5.4.2、控制回路 40 5.4.3、液壓鎖緊回路 40 5.4.4、繪制液壓系統(tǒng)原理圖 40 致 謝 42 參考文獻(xiàn) 43 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985 IV 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985 V 摘 要 由于各行業(yè)的發(fā)展，針對(duì)升降平臺(tái)服務(wù)的設(shè)備行業(yè)已經(jīng)成為我國的新型產(chǎn)業(yè)不 斷發(fā)展壯大，各類剪叉式平臺(tái)不斷出現(xiàn)，隨著質(zhì)量的逐步提高，銷量也在穩(wěn)步上升。 本設(shè)計(jì)液壓升降臺(tái)采用剪叉式結(jié)構(gòu)。 近年來，有許多課題文獻(xiàn)是有關(guān)于剪叉式液壓平臺(tái)液壓系統(tǒng)的，但這些研究大 多針對(duì)于某一課題或者難點(diǎn)進(jìn)行研究，對(duì)于研究平臺(tái)及液壓系統(tǒng)的論文卻少，所以 研究與設(shè)計(jì)剪叉式液壓平臺(tái)及液壓系統(tǒng)具有重要現(xiàn)實(shí)與理論意義。 本論文主要概述剪叉式平臺(tái)液壓技術(shù)的發(fā)展史及其目前在國內(nèi)外發(fā)展情況，簡(jiǎn) 述了剪叉式平臺(tái)發(fā)展趨勢(shì)，整機(jī)的液壓系統(tǒng)圖油路各自擬訂好的控制回路及液壓源 而成。各回路相互時(shí)去掉重復(fù)多余的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 本文對(duì)剪叉式平臺(tái)的液壓系統(tǒng)與回路進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析與闡述，并對(duì)課題要求 的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)與分析，通過進(jìn)一步的驗(yàn)算選定了所需要的液壓元件。 通過運(yùn)用 AutoCAD 繪制液壓系統(tǒng)原理圖、液壓平臺(tái)裝配圖、液壓缸及其他零件圖。 最后通過驗(yàn)算證明了本設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。 關(guān)鍵字：平臺(tái)，剪叉式 ，液壓系統(tǒng)，液壓缸 Abstract VI Abstract With the development of logistics and automobile industry, the equipment industry that serves it has become a new industry in our country. Sales increased year by year. This design hydraulic lifting platform with shear-fork structure. In recent years, the literature on hydraulic system of shear-fork platform is not uncommon, but the content of literature is mostly focused on a topic, but there are few papers on hydraulic system of modern shear-fork platform. Therefore, the research and design of shear-fork platform hydraulic system has important practical and theoretical significance. This paper mainly summarizes the development history of hydraulic technology of shear-fork platform and its development situation at home and abroad, and briefly describes the development trend of shear-fork platform. The hydraulic system diagram of the whole machine is composed of control circuits and hydraulic sources drawn up separately. When the circuits are combined with each other, duplicate redundant elements are removed, and the system structure is simple. In this paper, the common hydraulic circuit of the shear-fork platform is simply described and analyzed, and the hydraulic system of the shear-fork platform is designed and analyzed. The hydraulic system schematic diagram, the working tank assembly, the hydraulic layout drawing, the oil tank parts drawing are drawn by using AutoCAD. Finally, the feasibility of the design is proved by checking calculation. Key Words：P latform; Shear fork type; Hydraulic system, Hydraulic cylinde 第一章 緒論 1 1 緒 論 剪叉式升降平臺(tái)是現(xiàn)代物流和汽車維修作業(yè)中必不可少的設(shè)備。剪叉式升降平 臺(tái)的從上世紀(jì) 20 年代開始使用，發(fā)展至今經(jīng)歷了許多的變化改進(jìn)，種類也比較多， 一般驅(qū)動(dòng)方式有機(jī)械傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)，氣壓傳動(dòng)等。本章講述了升降平臺(tái)的設(shè)計(jì)特 點(diǎn)安全措施以及本次研究的目的和意義。 1.1 升降平臺(tái)的設(shè)計(jì)特點(diǎn) （1）當(dāng)升降平臺(tái)臺(tái)板位于最低位置時(shí)，平臺(tái)臺(tái)板應(yīng)該與地面處在同一平面上， 為了達(dá)到這個(gè)目的減少在車間地面施工的投資費(fèi)用保證車間地面的平整性，所以在 保證強(qiáng)度與剛度的情況下應(yīng)該盡可能降低升降平臺(tái)和橫梁之間的高度，這樣便于使 需要升降的貨物搬運(yùn)至升降平臺(tái)，也使得所需空間變小，節(jié)約車間空間，在合適的 條件下，升降臺(tái)的平臺(tái)板應(yīng)選用專用型鋼或者采用鋼板拆彎成型。 （2）正確選擇傳動(dòng)方式。采用機(jī)械傳動(dòng)（螺紋傳動(dòng)）或液壓傳動(dòng)（液壓系統(tǒng)）， 均用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。機(jī)械傳動(dòng)的成本較高，耗能較多，但安全性較好。 經(jīng)驗(yàn)證明：機(jī) 械傳動(dòng)的能耗為液壓傳動(dòng)所需能耗的兩倍（在舉升載荷、舉升時(shí)間均相同的條件下） 。機(jī)械式升降平臺(tái)的螺母、螺栓磨損較快，維修保養(yǎng)工作量大而液壓式升降平臺(tái)的 維修量卻相對(duì)要小些雖然技術(shù)難度大但是大部分的零件都可外購。當(dāng)然在選擇外購 零件時(shí)一定要選用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。 1.2 剪叉式升降平臺(tái)的安全保證措施 現(xiàn)如今世界上人們對(duì)于工作環(huán)境的安全性越來越重視，而剪叉式液壓平臺(tái)由于 需要托起重物，人們?cè)谄脚_(tái)下工作；假如升降時(shí)操作不當(dāng)很容易引起安全事故，所 以近年來許多國家制定了關(guān)于升降臺(tái)的安全法規(guī)，爭(zhēng)取降低安全事故發(fā)生的可能性。 第一章 緒論 2 為了保證剪叉式液壓平臺(tái)的安全性主要通過兩個(gè)方面：一、在設(shè)計(jì)之初驗(yàn)算好 液壓平臺(tái)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)以提高設(shè)計(jì)平臺(tái)的安全技術(shù)特性；二、在使用以及維修液壓平 臺(tái)的過程中嚴(yán)格遵守安全規(guī)范與操作流程來保證該平臺(tái)可以在安全的狀態(tài)下運(yùn)行。 兩項(xiàng)措施在后說明。 1.2.1 設(shè)計(jì)制造方面的安全保證措施 隨著技術(shù)發(fā)展，許多的安全裝置已經(jīng)廣泛運(yùn)用到了設(shè)計(jì)領(lǐng)域如自動(dòng)控制\光電開 關(guān)等。因此在設(shè)計(jì)剪叉式液壓平臺(tái)時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用先進(jìn)可靠的安全技術(shù)，下面舉例現(xiàn) 在多數(shù)剪叉式液壓平臺(tái)所采用的安全措施。 （1）設(shè)計(jì)時(shí)考慮到剪叉式液壓平臺(tái)應(yīng)能經(jīng)受超載試驗(yàn)（升降以及支撐），一般 是在設(shè)計(jì)的要求的 125%舉升能力時(shí)平臺(tái)構(gòu)件不得有永久性的任何變形與損壞。 （2）執(zhí)行的所有操作均需要采用“雙重保險(xiǎn)”，為了防止失誤操作，平臺(tái)進(jìn)行 升落操作前必須操作兩個(gè)安全控制裝置(或者開關(guān))后才能執(zhí)行操作。 （3）控制電路都應(yīng)有失效保護(hù)，這樣在單個(gè)元件失效的情況下，也不會(huì)導(dǎo)致液 壓平臺(tái)驟然上升或者下降然后造成危險(xiǎn)局面甚至安全事故。 （4）所有的運(yùn)動(dòng)零件都應(yīng)該安裝安全防護(hù)裝置，以免平臺(tái)運(yùn)行時(shí)傷害到操作人 員或者卷住操作人員的衣物頭發(fā)導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。 （5）設(shè)計(jì)中應(yīng)將舉升重物的滑動(dòng)可能性降到最低，防止舉升過程中產(chǎn)生滑移產(chǎn) 生危險(xiǎn)。 第一章 緒論 3 1.2.2 使用維護(hù)方面的安全保證措施 在使用與日常維護(hù)方面的安全措施；雖然剪叉式平臺(tái)已經(jīng)有 70 多年的發(fā)展，技 術(shù)與研究逐步趨于成熟，但其原理并沒有多大改變。所以在日常操作中若是忽視安 全操作要求仍舊會(huì)引發(fā)危險(xiǎn)甚至導(dǎo)致安全事故的發(fā)生所以對(duì)于日常操作平臺(tái)一定要 引起單位以及操作人員的高度重視。首先單位應(yīng)選用安全性能良好的剪叉式液壓平 臺(tái)其次在實(shí)際操作中操作者要認(rèn)真理解說明書中的注意事項(xiàng)并且嚴(yán)格遵守操作規(guī)范。 （1）對(duì)于平臺(tái)每天需要進(jìn)行檢查當(dāng)發(fā)現(xiàn)有零部件損壞時(shí)應(yīng)立即停止使用并安排 專業(yè)維修人員維修。 （2）舉升重物時(shí)剪叉式液壓平臺(tái)不得超載使用，每個(gè)平臺(tái)的銘牌上的額定載荷 需要標(biāo)注準(zhǔn)確清晰，對(duì)于偏載的重物需要滿足使用條件后才能裝載使用。 （3）平臺(tái)的操作人員應(yīng)當(dāng)經(jīng)過系統(tǒng)的培訓(xùn)后上崗，并嚴(yán)格按照操作流程進(jìn)行操 作。 （4）保證平臺(tái)空間內(nèi)地面平整無雜物垃圾。 （5）在平臺(tái)下降簽應(yīng)該將下方所有工具設(shè)備移開并且打開鎖緊裝置以防止對(duì)平 臺(tái)的損傷。 1.3 研究地目地及意義 液壓系統(tǒng)地設(shè)計(jì)是綜合實(shí)踐教學(xué)，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)作是下列目地： 1.熟悉相關(guān)地國家標(biāo)準(zhǔn)和部頒標(biāo)準(zhǔn)；設(shè)計(jì)手冊(cè)；產(chǎn)品樣品；其它技術(shù)資料。學(xué) 生在計(jì)算；繪圖； 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)；實(shí)證估計(jì)；CAD 技術(shù)地基本技能方面進(jìn)步技術(shù)水平 ； 2.是了鞏固和強(qiáng)化知識(shí)；掌握設(shè)計(jì)方法步驟和液壓系統(tǒng)的計(jì)算培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì) 與綜合分析能力。 3.是了了解可靠的執(zhí)行裝置；標(biāo)準(zhǔn)的液壓設(shè)備用元器件；液壓系統(tǒng)的一般原理 回路；能夠以靈活地應(yīng)用適合液壓系統(tǒng)地基本性能要求。 第二章 總體設(shè)計(jì)方案確定 4 2 總 體 設(shè) 計(jì) 方 案 確 定 設(shè)備液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一種作是是根據(jù)照零件制造要求，通過流體地方式，結(jié)合 一些專用組件合成地一類設(shè)備。在設(shè)計(jì)設(shè)備時(shí)能夠進(jìn)行參考。 2.1 設(shè)備液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)地原始依據(jù) 這次說明書設(shè)備液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)是全液壓系統(tǒng)。 一、設(shè)計(jì)要求 1、 工作步驟是“安全裝置松開→平臺(tái)上升→安全裝置結(jié)合”、“安全裝置松 開→平臺(tái)下降→安全裝置結(jié)合”。 2、 采用剪叉式結(jié)構(gòu)。 二、原始數(shù)據(jù)： 1、設(shè)計(jì)一液壓系統(tǒng)，能滿足控制剪叉式升降平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)要求。要求兩個(gè)液壓 缸同步控制該平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。 2、該平臺(tái)承載重量為 2500kg。 3、升降速度為 0~0.5 米/秒。 4、靜止相互磨擦的推薦值是 0.2，運(yùn)動(dòng)相互磨擦的推薦值是 0.1。 5、升降行程為 2000mm 并能任意位置停止。運(yùn)行平穩(wěn)，安全可靠。 2.2 工作情況分析 該設(shè)備液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常有兩方面合成：機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和流體傳動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)械 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通常用來傳遞及支承運(yùn)動(dòng)，流體傳動(dòng)系統(tǒng)通常產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力來源，他們 共同作用實(shí)現(xiàn)設(shè)備液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)地功能。為了使設(shè)備液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠準(zhǔn)確、快速、 安全運(yùn)行，必須滿足以下設(shè)計(jì)要求: (1)具備運(yùn)動(dòng)功能，舉升液壓缸運(yùn)動(dòng)（X 向）; (2)具備安全保護(hù)措施; (3)在滿足強(qiáng)度、剛度和能夠靠性地前提下，盡量減小設(shè)備液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)各部分 地重量。 根據(jù)設(shè)計(jì)的原始依據(jù)，以期獲得能夠靠簡(jiǎn)潔的機(jī)床，能夠?qū)崿F(xiàn)兩班制連續(xù)作業(yè)， 第二章 總體設(shè)計(jì)方案確定 5 高效低耗，所以決定采用工作節(jié)流、壓強(qiáng)繼電器非卸荷式定量泵靠閥調(diào)速，通過電 氣發(fā)訊來提高供油與控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。 2.3 設(shè)備液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)速度地確定 舉升速度的確定： 因?yàn)橛梢簤焊走M(jìn)行舉升所以舉升速度的確定由液壓缸決定。 若液壓缸運(yùn)動(dòng)速度太快，會(huì)導(dǎo)致液壓密封圈過熱而加快磨損，同時(shí)也會(huì)加劇活 塞與輸出缸缸筒地磨損。運(yùn)動(dòng)速度過慢，則容易產(chǎn)生爬行之類不穩(wěn)定現(xiàn)象。一般液 壓缸在低壓條件下以 5 毫米/秒地速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，就要注意爬行問題。采用橡膠件密封 時(shí)，液壓缸地最快速度不宜超過 400 毫米/秒到 500 毫米/秒。工作舉升速度 0~0.5 米/秒。滿足液壓缸最高最低速度范圍地要求。 第三章 剪叉式升降臺(tái)受力分析 6 3 剪 叉 式 升 降 臺(tái) 受 力 分 析 3.1 剪叉式升降平臺(tái)的三種結(jié)構(gòu)形式 本討論的目的通過分析液壓類的剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，論述了設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注 意的問題及其應(yīng)用范圍。剪叉式液壓升降平臺(tái)具有制造容易、價(jià)格低廉、堅(jiān)實(shí)耐用、 便于維修保養(yǎng)等特點(diǎn)。在民航、交通運(yùn)輸、冶金、汽車制造等行業(yè)逐漸得到廣泛應(yīng) 用。本設(shè)計(jì)中主要側(cè)重于小型家用液壓式的升降平臺(tái)。在設(shè)計(jì)氣液動(dòng)剪叉式升降平 臺(tái)的過程中，一般我們會(huì)考慮如下三種設(shè)計(jì)方案，如圖 3-1 所示： 圖 3-1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖中表示剪叉式液壓升降平臺(tái)的三種結(jié)構(gòu)形式。AB 與 MN 為兩根長(zhǎng)度相等的 支撐桿通過鉸接連接于兩桿中點(diǎn) E，左側(cè) M 點(diǎn)與 A 點(diǎn)通過鉸接分別和平臺(tái)、機(jī)架連 接，再通過鉸接將 B 端和 N 端連接兩滾輪，滾輪可以在機(jī)架和平臺(tái)上的導(dǎo)向槽之間 滾動(dòng)。圖中三種結(jié)構(gòu)的不同在于驅(qū)動(dòng)的液壓缸安裝位置不同 。 圖 a 中的驅(qū)動(dòng)液壓缸的下端不固定在機(jī)架上，上部的活塞桿以球頭與上平板球 窩接觸。液壓缸通過活塞桿使上平板鉛直升降。 圖 b 中的臥式液壓缸活塞桿在 N 處用鉸接連接支撐桿。液壓缸驅(qū)動(dòng)活塞桿推動(dòng) 機(jī)架橫向移動(dòng)通過支撐桿控制平臺(tái)鉛直升降。 圖 c 中的液壓缸缸體尾部與用鉸接連接機(jī)架 G 處，活塞桿頭部通過鉸接與支撐 第三章 剪叉式升降臺(tái)受力分析 7 桿 AB 連接于 F 處。液壓缸驅(qū)動(dòng)活塞桿推動(dòng)支撐桿可控制平臺(tái)鉛直升降。 按照液壓缸的安裝形式不同，圖 a 為直立固定剪叉式結(jié)構(gòu)，圖 b 為水平固定剪 叉式，圖 c 為剪叉式結(jié)構(gòu)。 直立固定剪叉式結(jié)構(gòu)，平臺(tái)的行程即為液壓缸的行程但整體尺寸較大，較為占 用空間，所以本次設(shè)計(jì)不采用。 水平固定剪叉式機(jī)構(gòu)，平臺(tái)的升降行程大于液壓缸的行程，在應(yīng)用過程中可以 實(shí)現(xiàn)快速控制升降的目的，但由于活塞桿受到的橫向作用力大容易使密封元件的使 用壽命減短，而活塞桿在實(shí)際應(yīng)用中受到的載荷比平臺(tái)上的實(shí)際載荷要大許多所以 本次設(shè)計(jì)同樣不采用。 剪叉式結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)較為合理，平臺(tái)的升降行程可以達(dá)到液壓缸行程的二倍以 上。因此，在工程實(shí)際中逐漸得到廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)就重點(diǎn)對(duì)剪叉式結(jié)構(gòu)形式加 以設(shè)計(jì)。 3.2 剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)的位置參數(shù)計(jì)算 由圖 3-2 可知 圖 3-2 位置參數(shù)示意圖 （1）260sinH?? 第三章 剪叉式升降臺(tái)受力分析 8 （2）(30)cosJtg??? （3）14inK? （4）sin(30)cos(1304)sinCJtg???? （5）/tg?? （6）47.3? （7）22014013cos2l ???? （8）/sin/il??? （9）222(3)0cs(47.3)Cl???? 上式中： H——任意位置時(shí)升降平臺(tái)的高度； C——鉸接點(diǎn) F 在任意位置時(shí)與液壓鉸接點(diǎn) G 之間的距離； L——支撐桿的長(zhǎng)度 L=2600； ——鉸接點(diǎn) F 與支撐桿固定鉸支點(diǎn) A 之間的距離；l ——支撐桿與水平線的夾角；? ——活塞桿與水平線的夾角；? ——支撐桿固定鉸支點(diǎn) A 與任意位置時(shí)鉸接點(diǎn) F 的連線與支撐桿之間的夾角；? —— ， 。?EAG?47.3?? 以下相同。 剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算： 第三章 剪叉式升降臺(tái)受力分析 9 圖 3-3 運(yùn)動(dòng)參數(shù)示意圖 圖中， 是 F 點(diǎn)的絕對(duì)速度； 是 M 點(diǎn)絕對(duì)速度； 是 MN 支撐桿的速度；VV1? 是液壓缸活塞平均相對(duì)速度； 是升降平臺(tái)升降速度。由圖 2-3 可知：1 21 112(304)sin7sin(),26,i()0coscos,74nFMVVL??????????? （10）16si()V???。 在（5）式中， ——液壓缸活塞平均相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度；1 ——升降平臺(tái)升降速度；2V ——支撐桿與水平線的夾角。? 以下相同。 第三章 剪叉式升降臺(tái)受力分析 10 3.3 剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 圖 3-4 動(dòng)力參數(shù)示意圖 圖中，P 是由液壓缸作用于活塞桿上的推力，Q 是升降平臺(tái)所承受的重力載荷。 由于滾動(dòng)輪與導(dǎo)向槽之間為滾動(dòng)摩擦，摩擦系數(shù)很?。╢=0.01）,為簡(jiǎn)化計(jì)算，或忽 略不計(jì)，通過分析機(jī)構(gòu)受力情況并進(jìn)行計(jì)算得出： ； （11）(1304)sin()bP???? 式中， P——液壓缸作用于活塞桿的推力； Q——升降平臺(tái)所承受的重力載荷； b——上平板左鉸支點(diǎn) M 到載荷 Q 的作用線的水平距離。 3.4 剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題 由式（10）和（11）可知：當(dāng) 、 增大時(shí)， 值隨之減?。划?dāng) 、 減小??21/V?? 時(shí)，P/Q 值隨之增大。在確定整體結(jié)構(gòu)值隨之減??；當(dāng) 、 減小時(shí)，P/Q 值隨之?? 增大，在液壓缸行程不變的情況下，升降平臺(tái)升降行程會(huì)減??；反之，則會(huì)使液壓 第三章 剪叉式升降臺(tái)受力分析 11 缸行程受力增大。因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮升降行程與液壓缸受力兩個(gè)因素。在滿足 升降行程及整體結(jié)構(gòu)尺寸的前提下，選取較高的 、 初始值。而且在整個(gè)機(jī)構(gòu)中?? AB 支撐桿是主要受力桿件，承受有最大的彎矩，所以應(yīng)重點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。 液壓缸既可采用單作用缸也可采用雙作用缸，在本次研究中我們選用單作用柱 塞缸，由于單作用缸密封件使用壽命長(zhǎng)且總體泄漏量少所以經(jīng)濟(jì)性好。當(dāng)采用單作 用柱塞缸時(shí)應(yīng)考慮到當(dāng)液壓缸中存在空氣時(shí)液壓缸有空氣載荷，上平板的自重需要 克服活塞桿與液壓缸缸體之間的密封阻力。 第四章 液壓缸的設(shè)計(jì)分析 12 4 液 壓 缸 的 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 4.1 明確設(shè)計(jì)要求 制定基本方案： 在設(shè)計(jì)前了解設(shè)計(jì)要求，再根據(jù)設(shè)計(jì)要求制定基本方案。下面列出了一些關(guān)于 設(shè)計(jì)剪叉式液壓平臺(tái)的基本要求： 1) 主要用途：用于小型重物的升降； 2) 主要完成對(duì)于小型重物的起降動(dòng)作； 3) 額定載荷為 2500kg，采用單作用柱塞缸控制聯(lián)接叉桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行升降動(dòng)作。 4) 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好； 5) 由人工控制升降平臺(tái)的起降； 6) 工作環(huán)境要求：不宜在地面凹凸不平或者木板等不牢固的地面以及寒冷天氣 的室外進(jìn)行操作； 4.1.1 確定液壓缸的類型 工程液壓缸主要用于工程機(jī)械、重型機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械及礦山機(jī)械的液壓系 統(tǒng)。根據(jù)主機(jī)的運(yùn)動(dòng)要求，選擇液壓缸的類型為：直線運(yùn)動(dòng)單活塞桿液壓缸。 4.1.2 確定液壓缸的安裝方式 工程液壓缸均為單活塞式液壓缸，安裝方式多采用耳環(huán)型。本設(shè)計(jì)中液壓缸在 作用過程中是兩端在垂直面上自由擺動(dòng)的形式，因此選擇液壓缸的安裝方式為：頭 尾部耳環(huán)聯(lián)接。 4.1.3 缸蓋聯(lián)接的類型 按缸體與缸蓋的聯(lián)接方式，可分為法蘭聯(lián)接式、螺紋聯(lián)接式及內(nèi)卡鍵聯(lián)接式三 種。這里采用螺紋聯(lián)接。 4.2 液壓缸載荷計(jì)算 首先，需要確定液壓缸處于最大工作壓力時(shí)的位置，通過上述的討論，得知當(dāng) 液壓缸與地面夾角 為最小值時(shí)，也即支撐桿與地面夾角 為最小值時(shí)，液壓缸處?? 于最大的工作壓力狀態(tài)下。根據(jù)支撐桿的長(zhǎng)度 2600mm。當(dāng)液壓缸下降至最低高度 第四章 液壓缸的設(shè)計(jì)分析 13 時(shí)（設(shè)此時(shí)支撐桿與地面夾角 ） = 。0??1? 根據(jù)上述公式 圖 4-1 位置參數(shù)示意圖 （1）260sinH?? （2）(3)cosJtg? （3）14iK? （4）sin(30)cos(1304)sinCJtg????? （5）/tg? （6）47.3? （7）22014013cos2l ????? （8）/sin/il?? （9）222(3)0cs(47.3)Cl???? 上式中： 第四章 液壓缸的設(shè)計(jì)分析 14 H——任意位置時(shí)升降平臺(tái)的高度； C——任意位置時(shí)鉸接點(diǎn) F 到液壓鉸接點(diǎn) G 的距離； L——支撐桿的長(zhǎng)度 L=2600； ——支撐桿固定鉸支點(diǎn) A 到鉸接點(diǎn) F 的距離；l ——支撐桿與水平線的夾角；? ——活塞桿與水平線的夾角；? ——任意位置時(shí)鉸接點(diǎn) F 與支撐桿固定鉸支點(diǎn) A 的連線與支撐桿的夾角；? —— ， 。?EAG?47.3?? 以下相同。 得 =225mm 0H =378mmC = 。?49.5? 液壓缸作用于活塞桿的推力計(jì)算： 圖 4-2 機(jī)構(gòu)各參數(shù) 已知負(fù)載 Q=25kN，現(xiàn)在 b 值還是一個(gè)未知量，但 b 值的大小必須在 0~1300 之 內(nèi)，當(dāng) mm 時(shí)，根據(jù)公式 ，液壓缸作用于活塞桿的推max130?1740sin()QP???? 力 P 有最大值。代入公式計(jì)算得： kN。max2. 第四章 液壓缸的設(shè)計(jì)分析 15 當(dāng)平臺(tái)處于最低位置 時(shí)，液壓缸荷重 P 最大， kN。01??? max21.7? 下面就根據(jù)載荷量來選取合適的液壓缸。 圖 4-3 液壓缸 本圖表示一個(gè)以液壓缸為執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖。各有關(guān)參數(shù)標(biāo)注于圖 上，其中 是作用在活塞桿上的外部載荷， 是活塞與缸壁以及活塞桿與導(dǎo)向套wFmF 之間的密封阻力。作用在活塞桿是的外部載荷包括工作載荷 ，導(dǎo)軌的摩擦力g 和由于速度變化而產(chǎn)生的慣性力 。f a （1）工作載荷 gF 常見的工作載荷有作用于活塞桿上軸線的重力、切削力、擠壓力等，這些作用 力的方向與活塞的運(yùn)動(dòng)方向相同為負(fù)，相反為正。在實(shí)際工作過程中，由于載荷量 較大，活塞自身的重力可以忽略不計(jì)，切削力與擠壓力共同組成的外力即為工作載 荷 ，在圖 3 中， =P。由于本設(shè)計(jì)按最大載荷量定為 2.5 噸來計(jì)算，所以液壓缸gFgF 工作載荷 =P=21700N。 （2）導(dǎo)軌摩擦載荷 f 對(duì)于直動(dòng)型安裝的液壓缸一般都附有活塞導(dǎo)軌以固定其運(yùn)動(dòng)方向，導(dǎo)軌摩擦相 對(duì)于總載荷可以忽略不計(jì)，因此 =0。fF （3）慣性載荷 a 第四章 液壓缸的設(shè)計(jì)分析 16 ， 。aFm?vt? ——速度變化量 m/sv ——起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間，s 。一般機(jī)械=0.1~0.5s，對(duì)輕度載荷低速運(yùn)動(dòng)部件取t 小值，對(duì)重載荷高速部件取大值。行走機(jī)械一般取=0.5~1.5s ——加速度a2/ms 初步選定速度變化量 =0.16m/s， =0.6s，則 = =0.27 ，v?tvat??0.162/ms250.765aFN??? 以上三種載荷之和稱為液壓缸的外載荷 ， wF 。102375wgfa?? 起動(dòng)加速時(shí) =22375N， 穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí) =21700N， 減wgfaF?wgfF?? 速制動(dòng)時(shí) =21025N。f? 工作載荷 并非每階段都存在，如該階段沒有工作，則 =0。但在計(jì)算和校核g g 時(shí)，應(yīng)按照最大值取。 除了外載荷 外，作用于活塞上的載荷 F 還包括液壓缸密封處的摩擦阻力 ，wF mF 由于各種液壓缸的密封材質(zhì)和密封形式不同，密封阻力難以精確計(jì)算，一般估算為 式中 ——液壓缸的機(jī)械效率，一般取 0.90~0.95，這里取 0.95，(1)mFP???m 23750.9wN 4.3 液壓缸各組成部分的設(shè)計(jì) 4.3.1 液壓缸缸筒的設(shè)計(jì)和計(jì)算: 缸筒是液壓缸的主體零件，它與端蓋、缸底、油口等零件構(gòu)成密封的容腔，用以容 納壓力油，同時(shí)它還是活塞的運(yùn)動(dòng)軌道。設(shè)計(jì)液壓缸缸筒時(shí)，應(yīng)正確確定各部分的 尺寸，保證液壓缸有足夠的輸出力、運(yùn)動(dòng)速度和有效行程，同時(shí)還必須有一定的強(qiáng) 第四章 液壓缸的設(shè)計(jì)分析 17 度，能夠承受也壓力、負(fù)載力和干擾力等沖擊力。另外，缸筒的內(nèi)表面應(yīng)具有合適 的配合精度、表面粗糙度和幾何精度，以保證液壓缸的密封性、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和耐用 性。 1、 液壓缸內(nèi)徑 D 的計(jì)算： 計(jì)算液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑均與設(shè)備的類型有關(guān)。例如機(jī)床類，對(duì)于較大的 機(jī)床（拉床、刨床和研磨機(jī)等）一定要滿足牽引力的要求，計(jì)算時(shí)以力為主；對(duì)于 輕載高速的機(jī)床一定要滿足速度，計(jì)算時(shí)以速度為主，而本次液壓缸的內(nèi)經(jīng)主要以 力為主來計(jì)算的。 根據(jù)液壓缸的載荷力和系統(tǒng)工作壓力計(jì)算。 。142354.7FDmp???? 液壓缸的直徑 D 的計(jì)算值要按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓缸的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。按 照機(jī)械手冊(cè)中工程液壓缸的技術(shù)規(guī)格表 37-7-7 可以選擇圓整后的參數(shù)：缸徑 50mm，工作壓力 16Mpa。 式中 D----液壓缸內(nèi)經(jīng)（m） F----液壓缸推力（KN） P----選定的系統(tǒng)工作壓力（MPa） 2、 缸筒壁厚及缸筒外徑的計(jì)算： a. 缸筒厚壁 ?的計(jì)算 對(duì)低壓系統(tǒng)中或 /D≥16 時(shí)，缸筒壁厚 ?一般按薄壁筒計(jì)算??2ypD??? （m） = bn 式中 ?---缸筒壁厚（ｍ）； D---缸筒內(nèi)徑（ｍ）； yp---缸筒試驗(yàn)壓力，ＭＰａ，液壓缸的額定壓力 nP?16Mpa 時(shí)的 第四章 液壓缸的設(shè)計(jì)分析 18 yp=1.5 nP，額定壓力 n16Mpa 時(shí)的 yp=1.25 nP; ???----材料許用應(yīng)力,MPab 為材料的抗拉強(qiáng)度， 為安全系數(shù),n=3.5～5,這里取 n=5。 選用 45 號(hào)鋼，并且調(diào)質(zhì) 241～２８５ＨＢ，查閱《工程力學(xué)》劉靜香著可知 ４５號(hào)鋼的抗拉強(qiáng)度 b?=530～５９８ＭＰａ，現(xiàn)取 b?=560MPa，故：?? = bn =560／５=112MPa 由于液壓缸的工作壓力 P=12MPa69 mm，活塞桿強(qiáng)度符合要求. 故選擇活塞桿直徑 d=50mm 滿足強(qiáng)度要求。 活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 活塞桿的外端頭部與負(fù)載的拖動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接，為了避免活塞桿在工作中產(chǎn)生偏 心負(fù)載力，適應(yīng)液壓缸的安裝要求，提高其作用效率，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的具體情況，選 擇適當(dāng)?shù)幕钊麠U端部結(jié)構(gòu)，見下表： 活塞桿端部結(jié)構(gòu) 第四章 液壓缸的設(shè)計(jì)分析 20 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的負(fù)載情況及其他因素，選擇活塞桿端部結(jié)構(gòu)為單耳環(huán)。 采用單耳環(huán)型連接，活塞桿端部耳環(huán)尺寸的選擇， 端部尺寸（耳環(huán)型連接） 根據(jù)缸徑 D=50mm,工作壓力 P=12MPa,單耳環(huán)材料選用 45 號(hào)鋼，并參考上表可得： 第四章 液壓缸的設(shè)計(jì)分析 21 CD=MR1=30mm ,EW=35mm. 液壓缸活塞桿的螺紋尺寸的選擇: 壓缸活塞桿螺紋尺寸系列（mm） 壓缸活塞桿螺紋形式（GB/T2350-1980） 結(jié)合本次設(shè)計(jì)的參數(shù)，選擇活塞桿螺紋尺寸直徑與螺 DхL 為 M24х2，螺紋長(zhǎng) L 為短型 32mm. 4、活塞桿的導(dǎo)向、密封與防塵： 常見的活塞桿的密封與防塵結(jié)構(gòu)如下表： 第四章 液壓缸的設(shè)計(jì)分析 22 本次設(shè)計(jì)中活塞桿與防塵結(jié)構(gòu)采用 O 型密封圈形式的 O 型密封圈 第四章 液壓缸的設(shè)計(jì)分析 23 4.3.3 導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算： 1、最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 H 的確定： 當(dāng)活塞桿全部伸出時(shí)，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度為從導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)到活塞支撐面中點(diǎn) 的距離。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過短。液壓缸因間隙將導(dǎo)致初始撓度過大，影響液壓缸的工 作性能和穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證液壓缸有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。對(duì)于一 般液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度應(yīng)滿足下式要求： H≥L/20+D/2 式中 L---最大工作行程（m） D---缸筒內(nèi)徑（m） 由前面的數(shù)據(jù)可知，L=0.15m,D=0.05m,代入公式 H≥L/20+D/2 得： H≥L/20+D/2=0.15/20+0.05/2=0.0325m=32.5mm 2、導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)： 導(dǎo)向套有普通導(dǎo)向套、易拆導(dǎo)向套、球面導(dǎo)向套、靜壓導(dǎo)向套等，可按工 作情況適當(dāng)選取本次設(shè)計(jì)采用普通導(dǎo)向套，安裝在端蓋上。 第四章 液壓缸的設(shè)計(jì)分析 24 普通導(dǎo)向套： 這種導(dǎo)向套安裝在支撐座或端蓋上，油槽內(nèi)的壓力油起潤滑作用并可以張開密 封圈唇邊而起密封作用。 4.3.4 液壓缸油口的設(shè)計(jì)： 油口孔是壓力油進(jìn)出液壓缸的直接通道，雖然只是一個(gè)孔，但不能輕視其作 用。如果孔小了，不僅造成進(jìn)油時(shí)流量供不應(yīng)求，影響液壓缸的活塞運(yùn)動(dòng)速度，而 且會(huì)造成回油時(shí)受阻，形成背壓，影響活塞的退回速度，減少液壓缸的負(fù)載能力。 對(duì)液壓缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)要求較嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，一定要計(jì)算孔徑的大小。 液壓缸的進(jìn)出油口?？梢圆贾迷诟淄埠颓昂蠖松w上。對(duì)于活塞桿固定的液壓 缸，進(jìn)出油口可以設(shè)在活塞桿端部。如果液壓缸無專門的排氣裝置，進(jìn)出油口應(yīng)設(shè) 在液壓缸的最高處，以便空氣能從液壓缸排出。液壓缸進(jìn)出油口的連接形式有螺紋、 方形法蘭和矩形法蘭等，液壓缸進(jìn)出油口的形式見下圖： 本次設(shè)計(jì)的液壓缸油口布置在缸筒上，油口孔直徑 do 根據(jù)活塞最大運(yùn)動(dòng)速度 Vmax 和油口最高流速 Vo 定： do=0.05(Vmax/vo)0.5 式中 D—液壓缸內(nèi)經(jīng)，m 第四章 液壓缸的設(shè)計(jì)分析 25 Vmax--液壓缸最大輸出速度，m/min; Vo---油口液流速度，m/s,一般不大于 5 m/s. 由于活塞運(yùn)動(dòng)受結(jié)構(gòu)的限制，它的運(yùn)動(dòng)速度范圍是： 0.1～0.2ｍ／ｓＶ１ｍ／ｓ．在此取活塞桿最大運(yùn)動(dòng)速度Ｖｍax=0.03m/s,取油口 液流最高速度 Vo=3m/s, 由公式 do=0.05(Vmax/vo)0.5= 5mm. 參考國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T2878-93 規(guī)定了液壓缸進(jìn)出油口螺紋連接的油口尺寸系列， 見下表 故取液壓缸進(jìn)出油口的螺紋尺寸為 M14х1.5 Do=10mm 4.3.5 端蓋和缸底的設(shè)計(jì)計(jì)算： 在單塞桿液壓缸中，有活塞桿通過的缸蓋稱為端蓋，無活塞桿通過的端蓋稱為 缸頭或缸底。端蓋、缸底與缸筒構(gòu)成密封的壓力容腔，它不僅要有足夠的強(qiáng)度以承 受液壓力，而且必須具備一定的連接強(qiáng)度，端蓋上有活塞桿導(dǎo)孔及防塵圈、密封圈 槽，還有連接螺釘孔，受力情況比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)得不好容易損壞。 1、缸底厚度 h 的計(jì)算： 第四章 液壓缸的設(shè)計(jì)分析 26 缸底分平底缸、橢圓缸底，半球型缸底。本次設(shè)計(jì)采用平底缸底。 對(duì)于平型缸底，缸底無油孔時(shí)， ｈ=0.433D(Py/ ???)0.5 (m) 式中 ???--缸底材料的許用應(yīng)力，MPa； Py—試驗(yàn)壓力，Py=1.5P=1.5х12=18MPa; =112MPa; 把這些數(shù)據(jù)帶入公式ｈ=0.433D(Py/ ???)0.5，得： ｈ=0.433D(18/112) 0.5=0.0087m=9mm 2、端蓋的結(jié)構(gòu) 端蓋在結(jié)構(gòu)上除要解決與缸底的連接與密封外，還必須考慮活塞桿的導(dǎo)向，密 封和防塵等問題。 缸體端部的連接形式及結(jié)構(gòu)，見下表： 第四章 液壓缸的設(shè)計(jì)分析 27 本次選擇焊接的連接形式。 4.3.6 密封件的選用： 液壓缸工作中要達(dá)到零泄漏、摩擦小和耐磨損的要求。在設(shè)計(jì)中，正確的選擇 密封件、導(dǎo)向套和防塵圈的結(jié)構(gòu)形式和材料是很重要的。從現(xiàn)代的密封技術(shù)來分析， 液壓缸的活塞和活塞桿及其它們的密封、導(dǎo)向和防塵等應(yīng)為一個(gè)綜合的密封系統(tǒng)來 考慮，只有具有可靠的密封系統(tǒng)，才能使液壓缸有良好的工作狀態(tài)和理想的使用壽 命。 在液壓元件中，對(duì)液壓缸的密封要求是比較高的，特別是一些特殊液壓缸，如 擺動(dòng)液壓缸等。液壓缸中不僅有靜密封，更多的部位是動(dòng)密封，而且工作壓力高， 這就要求密封件的密封性要好，耐磨損，對(duì)溫度的適應(yīng)范圍大，要求彈性好，永久 第四章 液壓缸的設(shè)計(jì)分析 28 變形小，有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度，摩擦阻力小，容易制造和拆卸，能隨壓力的升高而提 高密封性能和利于自動(dòng)補(bǔ)償磨損。 密封件一般按斷面形狀分類，有 O 型、Y 型、U 型、V 型、J 型、L 型等，除 O 性外，其他都屬于唇形密封件。 4.3.7 防塵圈 防塵圈設(shè)置于活塞干或柱塞密封外側(cè)，用于防止外界塵埃、沙粒等義務(wù)浸入液 壓缸，從而可以防止液壓油被污染導(dǎo)致元件磨損。參考《液壓缸活塞桿用防塵圈溝 槽形式、尺寸和公差》國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/10708.3-89）. 4.3.8 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu) 液壓缸的安裝鏈接結(jié)構(gòu)包括液壓缸的安裝結(jié)構(gòu)、液壓缸進(jìn)出油口的連接等。 1.液壓缸的安裝形式 液壓缸的安裝形式很多 ，但大致可以分為兩類。 （1）軸線固定類 這類安裝形式的液壓缸在工作時(shí)，軸線位置固定不變。機(jī)床上的液壓缸絕大多 數(shù)是采用這種安裝形式。 ①通用拉桿式 在兩端蓋上鉆除通孔，用雙頭螺桿將缸和安裝座連接拉緊。一般用于短行程、 壓力低的液壓缸。 ②法蘭式 用液壓缸上的法蘭將其固定在機(jī)器上。 ③支座式 將液壓缸頭尾兩端的凸緣與支撐座緊固在一起。支座可置于液壓缸左右的徑向、 切向，也可以置于軸向底部的前后端蓋。 （2）軸線擺動(dòng)類 液壓缸在做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于機(jī)構(gòu)的相互作用使其軸線產(chǎn)生擺動(dòng)，達(dá)到調(diào)整位 置和方向的要求。安裝這類液壓缸，安裝形式也只能采用使其能擺動(dòng)的鉸鏈方式。 工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械‘翻斗汽車和船舶甲板機(jī)械等所用的液壓缸多用這類安裝形式。 第四章 液壓缸的設(shè)計(jì)分析 29 ①耳軸式 將固定在液壓缸上的鉸軸安裝在機(jī)械的軸座內(nèi)，是液壓缸軸線能在某個(gè)平面內(nèi) 自由擺動(dòng)。 ②耳環(huán)式 將液壓缸的耳環(huán)與機(jī)械上的耳環(huán)用銷軸連接在一起，是液壓缸能在某個(gè)平面內(nèi) 自由擺動(dòng)。耳環(huán)在液壓缸的尾部，可以是單耳環(huán)，也可以是雙耳環(huán)，還可以做成帶 關(guān)節(jié)軸承的單耳環(huán)或雙耳環(huán)。 ③球頭式 將液壓缸尾部的球頭與機(jī)械上的球座連接在一起，使液壓缸能在一定的空間維 角范圍內(nèi)任意擺動(dòng)。 設(shè)計(jì)中常見的幾種液壓缸安裝形式，見下表 第四章 液壓缸的設(shè)計(jì)分析 30 第四章 液壓缸的設(shè)計(jì)分析 31 本次設(shè)計(jì)采用頭尾耳環(huán)式。 4.4 液壓缸主要零件的材料和技術(shù)要求 4.4.1 缸體 1.缸體的材料 液壓缸缸體的常用材料為 20、35 和 45 號(hào)無縫鋼管。因 20 號(hào)鋼的力學(xué)性能略低，且 不能調(diào)質(zhì)，應(yīng)用較少。當(dāng)缸筒與缸底、缸頭、接管頭或耳軸等件焊接時(shí)，則應(yīng)采用 焊接性能較好的 35 號(hào)鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下均采用 45 號(hào)鋼，并調(diào)質(zhì)到 241～285HB。 缸體的毛坯也可采用鍛鋼、鑄鋼或鑄鐵件。鑄鋼一般采用 ZG25、ZG35 和 ZG45 等。鑄鐵可采用 HT200～HT350 之間的幾個(gè)牌號(hào)或球墨鑄鐵 QT500- 第四章 液壓缸的設(shè)計(jì)分析 32 05、QT600-02 等。 特殊情況下，可采用鋁合金等材料。 ２、技術(shù)要求 ①內(nèi)徑用 H8～Ｈ9 的配合 ②缸體內(nèi)經(jīng) D 的圓度公差值可按 9、10 或 11 級(jí)精度選取，圓柱度公差值可 按 8 級(jí)精度選取 ③缸體端面 T 的垂直度公差值可按 7 級(jí)精度選取 ④內(nèi)表面母線直線度在 500mm 長(zhǎng)度上不大于 0.03mm ⑤缸體與端蓋采用螺紋連接時(shí)，螺紋采用 6H 級(jí)精度 ⑥為防止腐蝕和提高壽命，內(nèi)徑表面可以鍍 0.03～０.04mm 厚的硬鉻，鍍 后在進(jìn)行珩磨或拋光，缸體外涂耐蝕油漆。 ⑦當(dāng)缸體帶有耳環(huán)或銷軸時(shí)，孔徑 D1 或軸徑 d2 的中心線對(duì)缸體內(nèi)孔軸線 的垂直度公差應(yīng)按 9 級(jí)精度選取。 4.4.2 活塞桿 1. 材料 實(shí)心活塞桿材料為 35、45 鋼；空心活塞桿材料為 35、45 鋼的無縫鋼管。 2. 主要表面粗糙度 外圓柱面粗糙度 Ra 為 0.4～0.8μｍ. 3.技術(shù)要求 ①活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為 229～285HB，必要時(shí)，再經(jīng)高火淬， 硬度達(dá) 45～55HRC 第四章 液壓缸的設(shè)計(jì)分析 33 ②活塞桿 d 和 d2 的圓度公差值，按 9、10 或 11 級(jí)精度選?。换钊麠U d 的圓柱 度公差值，應(yīng)按 8 級(jí)精度選取。 ③外徑表面直線度早 500 長(zhǎng)度上不大于 0.03mm. ④端面 D 的垂直公差值，則應(yīng)按 7 級(jí)精度選取。 ⑤d3 對(duì) d 的徑向圓跳動(dòng)不大于 0.01mm ⑥活塞桿與導(dǎo)向套采用 H8/f7 配合，與活塞的連接可采用 H8/h8 配合。 ⑦活塞桿上若有連接銷孔時(shí)，該孔徑應(yīng)按 H11 級(jí)加工。該孔軸線與活塞桿軸線 的直線度公差值，按 6 級(jí)精度選取。 ⑧活塞桿上的螺紋一般按 6 級(jí)精度加工；如載荷較小時(shí)，允許按 7 級(jí)或 8 級(jí)精 度制造 ⑨活塞桿上下表面必要時(shí)可以鍍鉻，鍍層厚度約為 0.05mm.鍍后拋光。 第五章 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 34 5 液 壓 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 5.1 擬訂液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路 液壓執(zhí)行元件確定之后，其運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度的控制是擬訂液壓回路的核心 問題。方向控制用換向閥或是邏輯控制單元來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一般中小流量的液壓系統(tǒng)， 大多數(shù)通過換向閥的有機(jī)實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。對(duì)于高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采 用插裝閥于先導(dǎo)控制閥的來實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)剪叉式液壓升降臺(tái)其特點(diǎn)：起升壓力大， 運(yùn)行緩慢、平穩(wěn)，能人工控制起升至某一固定高度時(shí)并保持該高度自鎖。 5.2 液壓源系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源提供，液壓源的核心是液壓泵。在無其他輔 助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)過溢流閥回油 箱，溢流閥同時(shí)起到開展并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供 油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。 為節(jié)省能源并提高效率，液壓泵的供油量要盡量于系統(tǒng)所需流量相匹配。對(duì)在 工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況下，則采用多泵供油或變量泵供油。 對(duì)于本設(shè)計(jì)，由于工作周期短，循環(huán)次數(shù)少，供油量可以適當(dāng)減少以節(jié)省能源，采 用單泵供油即可，不需蓄能器儲(chǔ)存能量。 對(duì)于油液的凈化：油液的凈化裝置在液壓源中是必不可少的。一般泵的入口要 裝有粗濾油器，進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過相應(yīng)的精濾油器再次 過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁過濾或其他形式濾油器。 根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對(duì)溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。 5.3 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，它們是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主 要依據(jù)。壓力決定于外載荷。流量取決于液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度和結(jié)構(gòu)尺寸。 5.3.1 載荷的組成與計(jì)算： 液壓缸荷重由前述可知， 23750.9wmFN??? 第五章 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 35 5.3.2 初選系統(tǒng)壓力 液壓缸的選擇要遵循系統(tǒng)壓力的大小，要根據(jù)載荷的大小和設(shè)備類型而定。還 要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況等限制。在載荷一定的情況 下，工作壓力低，勢(shì)必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對(duì)某些設(shè)備來說，尺寸要受到 限制，從材料消耗角度看也不是很經(jīng)濟(jì)；反之，壓力選的太高，對(duì)泵、缸、閥等元 件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設(shè)備成本。一般來說，對(duì)于固 定尺寸不太受限的設(shè)備，壓力可選低一些，行走機(jī)械重載設(shè)備壓力要選的高一些。 按下表初步選取 15Mpa。 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力 機(jī) 床 機(jī)械類型 磨床 機(jī)床 龍門 刨床 拉床 農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工 程機(jī)械建筑機(jī)械 液壓機(jī)大中型 挖掘機(jī)重型機(jī) 械 工作壓力 MPa 0.8~0.2 3~5 2~8 8~10 10~18 20~32 5.3.3 計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 ⑴液壓缸的相關(guān)參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸 液壓缸有關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)見圖所示： 圖 5-1 液壓缸設(shè)計(jì)參數(shù) 圖 a 為液壓缸活塞桿工作在受壓狀態(tài)，圖 b 表示活塞桿受拉狀態(tài)。 活塞桿受壓時(shí) 第五章 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 36 12wmFpA??? 活塞桿受拉時(shí) 式中121wmp?? ——無桿腔活塞有效工作面積 14AD?2m ——有桿腔活塞有效工作面積 22()d?? ——液壓缸工作腔壓力 Pa1p ——液壓缸回油腔壓力 Pa，其值根據(jù)回路的具體情況而定，一般可以按照2 下表估算 D——活塞直徑 m d——活塞桿直徑 m 執(zhí)行元件背壓力表 系 統(tǒng) 類 型 背 壓 力 MPa 簡(jiǎn)單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 0.2~0.5 回油帶調(diào)速閥的系統(tǒng) 0.4~0.6 回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng) 0.5~1.5 用補(bǔ)油泵的閉式回路 0.8~1.5 回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械 1.2~3 回油路較短，可直接回油路 可忽略不計(jì) 在這里我們?nèi)”硥毫χ?20pMPa? 在本設(shè)計(jì)中，液壓缸不存在受拉的狀態(tài)，所以只考慮其受壓。一般液壓缸在受 壓狀態(tài)下工作時(shí)，其活塞面積為： 2111FpA?? 。液壓缸的直徑 D 的計(jì)算值要按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)142354.7FDmp???? 定的液壓缸的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。按照機(jī)械手冊(cè)中工程液壓缸的技術(shù)規(guī)格表 37-7-7 可以選擇圓整后的參數(shù)：缸徑 50mm，工作壓力 16Mpa。 第五章 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 37 ⑵計(jì)算活塞桿的行程 當(dāng)平臺(tái)處于最低位置 時(shí)，此時(shí)活塞桿應(yīng)處于完全收縮狀態(tài),液壓缸的長(zhǎng)01??? 度為最小值 ， mm。平臺(tái)的高度。 mm0C7589520?H 再計(jì)算一下平臺(tái)上升的最大高度，這里設(shè)上升至 ，計(jì)算得出最大高度。? H=3983m。此時(shí)活塞桿伸長(zhǎng)至 mm。1375C? 當(dāng)活塞桿處于完全收縮狀態(tài)時(shí)，液壓缸的長(zhǎng)度就等于 ；當(dāng)活塞桿處于完全伸0C 出狀態(tài)時(shí)，液壓缸的長(zhǎng)度就等于 。計(jì)算其行程： 。選定液壓缸長(zhǎng)度為 1375mm。01375861sCm??? 5.3.4 確定液壓泵的參數(shù) ⑴確定液壓泵的最大工作壓力 Pa，1Ppp???? 式中 ——液壓缸最大工作壓力，根據(jù) 可以求出1p 12wmFA???10.8FMPaA? ——從液壓泵出口到液壓缸入口之間的總的管路損失。初算可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)p?? 據(jù)選?。汗苈泛?jiǎn)單、流速不大的取 0.2~0.5Mpa；管路復(fù)雜，進(jìn)油口有調(diào)速閥的，取 0.5~1.5 Mpa。這里取 0.5Mpa。 即 ,取 。10.85.3PpMPa???12pPa? ⑵確定液壓泵的流量 Q maxPQK3/s K——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取 1.1~1.3，這里取 1.2 ——液壓缸的最大流量，對(duì)于在工作中用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，還需加上溢流max 閥的最小溢流量，一般取 430.51m/s?? 第五章 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 38 在前面已經(jīng)初步選定臺(tái)面速度變化量 =0.16m/s， 我們就設(shè)定臺(tái)面起升的最v? 大速度 ，則活塞的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)用公式0.16m/syv? （這是在臺(tái)面剛剛起升狀態(tài)時(shí)，02co74in()V???。 0.59=.0m/syv? ）1,9.5?????34301.610.7/QvAs????? 所以 43max2(.510)2.710/PKms????? ⑶選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上求得的和值，按系統(tǒng)中擬訂的液壓泵的形式，從手冊(cè)中選擇相應(yīng)的液 壓泵產(chǎn)品。為使液壓泵油一定的壓力儲(chǔ)備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓 力大 25~60%。 查找手冊(cè) P37-135 選擇 CB- 型齒輪泵，其參數(shù)如下表AF 壓 力 轉(zhuǎn) 速 型號(hào) 排量 額定 最高 額定 最高 特點(diǎn) 生產(chǎn)廠 CB- AF10~40 16 20 1800 2400 鋁合金殼體， 可作雙聯(lián)泵 榆次液壓 件廠 ⑷確定液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率 在工作中，如果液壓泵的壓力和流量比較恒定，則 ，其中 ——液壓泵的總效率，參考下表選擇 =0.7310PpQkW??P P? 液壓泵類型 齒輪泵 螺桿泵 葉片泵 柱塞泵 總效率 0.6~0.7 0.65~0.80 0.60~0.75 0.80~0.85 則 ，據(jù)此可選擇合適的電機(jī)型號(hào) Y2- 64331.02.71.0PpQkW????? 132S-4，5.5KW 。 第五章 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 39 5.3.5 管道尺寸的確定 在液壓、氣壓傳動(dòng)及潤滑的管道中常用的管子有鋼管、銅管、膠管等，鋼管能 承受較高的壓力，價(jià)廉，但安裝時(shí)的彎曲半徑不能太小，多用在裝配位置比較方便 的地方。這里我們采用鋼管連接。 管道內(nèi)徑計(jì)算 m4Qd/sv?? 式中 Q——通過管道內(nèi)的流量 3/s v——管道內(nèi)允許流速 ，取值見下表：m 允許流速推薦值 油液流經(jīng)的管道 推薦流速 m/s 液壓泵吸油管道 0.5~1.5，一般取 1 以下 液壓系統(tǒng)壓油管道 3~6，壓力高，管道粘度小取大 值 液壓系統(tǒng)回油管道 1.5~2.6 取 =0.8m/s， =4m/s, =2m/s.分別應(yīng)用上述公式得 =20.8mm, =9.3mm,v吸 v壓 回 d吸 d壓 =13.2mm。根據(jù)內(nèi)徑按標(biāo)準(zhǔn)系列選取相應(yīng)的管子。按表 37-9-1 經(jīng)過圓整后分別選d回 取 =20mm， =10mm, =15mm。對(duì)應(yīng)管子壁厚 。吸 d壓 回 20.m?? 5.3.6 油箱容量的確定 在確定油箱尺寸時(shí)，一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排 油時(shí)，油箱不能溢出，以及系統(tǒng)最大可能充滿油時(shí)，油箱的油位不低于最低限度。 初設(shè)計(jì)時(shí)，按經(jīng)驗(yàn)公式 選取。1VPaQ?3m 式中 ——液壓泵每分鐘排出壓力油的容積 VQ ——經(jīng)驗(yàn)系數(shù) ,按下表取 =1：a 第五章 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 40 系統(tǒng)類型 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a 1~2 2~4 5~7 6~12 10 則 。601VPQL??? 5.4 繪制液壓系統(tǒng)原理圖 整機(jī)的液壓系統(tǒng)圖油各自擬訂好的控制回路及液壓源而成。各回路相互時(shí)去掉 重復(fù)多余的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。注意各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系，避免誤動(dòng)作發(fā)生。 要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)的工作效率。 為了便于液壓系統(tǒng)的維護(hù)和監(jiān)測(cè)，在系統(tǒng)中的主要路段要裝設(shè)有必要的監(jiān)測(cè)元 件，如壓力表，溫度計(jì)等。 在設(shè)計(jì)中可以考慮在關(guān)鍵部位，附設(shè)備用件，以便意外事件發(fā)生時(shí)能迅速更換， 保證主機(jī)連續(xù)工作。 各液壓元件采用國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件，在圖中按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓元件職能符號(hào)的常 態(tài)位置繪制。對(duì)于自行設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)元件可用結(jié)構(gòu)原理圖繪制。 5.4.1、壓力油源 考慮系統(tǒng)工作壓力不高，且長(zhǎng)時(shí)間保壓內(nèi)需保持一定壓力，卻并不需要繼續(xù)進(jìn) 油。這樣，如泵在保壓時(shí)繼續(xù)工作，則液壓泵輸出的油勢(shì)必全部或大部分從溢流閥 流回油箱，造成能量損失和系統(tǒng)發(fā)熱。鑒于系統(tǒng)工況，系統(tǒng)保壓時(shí)，可使電機(jī)泵停 止工作，而采用單向閥保壓。 5.4.2、控制回路 系統(tǒng)液壓缸主要作升降運(yùn)動(dòng)，特別是下降運(yùn)動(dòng)時(shí)，處于負(fù)負(fù)載狀態(tài)，為防止運(yùn) 動(dòng)失速并有效地控制運(yùn)動(dòng)速度，回路采用節(jié)流閥調(diào)速。 5.4.3、液壓鎖緊回路 系統(tǒng)要求無論負(fù)載如何變化執(zhí)行元件都能鎖定在規(guī)定位置上，保持不動(dòng)，故在 油缸的進(jìn)出油口設(shè)置單向閥，由于閥座式單向閥基本上無內(nèi)泄漏，因而只受油缸的 內(nèi)泄漏影響，可構(gòu)成可靠的鎖緊回路。 5.4.4、繪制液壓系統(tǒng)原理圖 下圖所示為升降機(jī)液壓原理圖 第五章 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 41 升降機(jī)液壓原理圖 1.油箱皮厚-2.過濾 3.油泵 4.電機(jī) 5.溢流閥 6.壓力計(jì) 7.單向閥 8.節(jié)流閥 9. 電磁換向閥 10.油缸 液壓系統(tǒng)動(dòng)作 升降臺(tái)上升： 電動(dòng)機(jī)（4）驅(qū)動(dòng)液壓泵（3）經(jīng)過濾器（2）從油箱（1）吸