剪叉式升降舞臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)含SW三維及6張CAD圖.zip,剪叉式,升降,舞臺(tái),液壓,系統(tǒng),設(shè)計(jì),SW,三維,CAD 任務(wù)書(shū) 學(xué)院 XXX 專業(yè)XX 班級(jí) XXX 學(xué)生姓名 XXX 指導(dǎo)教師/職稱 XXX 1．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：剪叉式升降舞臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)起止時(shí)間：20XX年10月～ 20X年6月 3．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)所需資料及原始數(shù)據(jù)（指導(dǎo)教師選定部分） 參考資料： [1] 李壯云主編，賀小峰、萬(wàn)雄會(huì)副主編.《液壓元件與系統(tǒng)》3版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.6. [2] 陳啟松主編.《液壓傳動(dòng)與控制手冊(cè)》[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2006. [3] 張利平編著.《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)與設(shè)計(jì)》[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.6. [4] 宋錦春，蘇東海，張志偉編著.《液壓與氣壓傳動(dòng)》[M].北京：科學(xué)出版社,2006. [5] 陳樸主編.《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》2版[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2015.7（2016.7重印）. [6] 李松晶、王清巖等主編.《液壓系統(tǒng)經(jīng)典設(shè)計(jì)實(shí)例》雙色版[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2016.4. [7] 黃志堅(jiān)編著.《液壓系統(tǒng)典型故障治理方案200例》[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.9. [8] 楊幫文編.《液壓閥和氣動(dòng)閥選型手冊(cè)》[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.4. [9] 劉延俊編著.《液壓元件及系統(tǒng)的原理、使用與維修》[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.7. 設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)： 舞臺(tái)大小為2×1m的長(zhǎng)方形舞臺(tái)。 升降的平均速度為0.04m/s。 舞臺(tái)升高最大高度1.5m。 載荷為0.5t（包括舞臺(tái)自重）。 4．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)應(yīng)完成的主要任務(wù) （1）查閱文獻(xiàn)，提出設(shè)計(jì)方案，完成開(kāi)題報(bào)告； （2）剪叉式升降舞臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)； （3）升降舞臺(tái)元件選擇； （4）液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算； （5）系統(tǒng)性能驗(yàn)算； （6）繪制液壓缸主要零件圖和裝配圖。 5．任務(wù)書(shū)下達(dá)日期 20XX 年 10 月 21 日 指導(dǎo)教師(簽字) 指導(dǎo)教師 XXX 題目 剪叉式升降舞臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 班級(jí) XXX學(xué)生 XXX學(xué)號(hào) XXX 剪叉式升降舞臺(tái)廣泛應(yīng)用于各表演現(xiàn)場(chǎng) 結(jié)婚現(xiàn)場(chǎng)及頒獎(jiǎng)現(xiàn)場(chǎng) 但還有很多剪叉的升降平臺(tái)用于提升貨物 下圖是在一家工廠拍的貨物升降平臺(tái)的缸體部位 應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng) 舞臺(tái)建模 舞臺(tái)在最低位置示意圖 舞臺(tái)在最高位置示意圖 液壓缸負(fù)載分析 由舞臺(tái)結(jié)構(gòu)圖可知所使用的活塞缸為單作用活塞缸并且為傾斜放置的液壓缸 其受力分析如下圖所示 所以所受到的舞臺(tái)負(fù)載力F是變化的 所受到負(fù)載力的計(jì)算公式為由公式可得舞臺(tái)在最低位置時(shí)受到的負(fù)載力最大 所以后面設(shè)計(jì)液壓缸是取舞臺(tái)最低點(diǎn)所受到的負(fù)載力來(lái)設(shè)計(jì) 而由建?？梢缘贸鑫枧_(tái)在最低位置時(shí)的a角的大小 就可以得出最大負(fù)載力 液壓缸的速度循環(huán)分析 設(shè)液壓缸的加速度為0 05m s 所以可以得到液壓缸速度循環(huán)圖 如圖為舞臺(tái)的上升速度負(fù)載循環(huán)圖 工況分析 該機(jī)械可以認(rèn)為是小型工程機(jī)械 所以設(shè)計(jì)壓力可以選擇為15MPa 為了滿足舞臺(tái)升降的速度相等 液壓缸采用差動(dòng)式連接 則液壓缸無(wú)桿腔與有桿腔的有效面積比應(yīng)滿足 即液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d間應(yīng)滿足 為了防止舞臺(tái)下降時(shí)發(fā)生速度突變 液壓缸需保持一定的回油背壓 參照 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì) 第175頁(yè)的表5 8液壓缸執(zhí)行器的背壓力表取背壓為0 5MPa 且取機(jī)械效率 則可以計(jì)算出液壓缸的無(wú)桿腔有效面積所以可以得到活塞缸直徑為63mm活塞桿直徑為45mm 由下面公式可以得到液壓缸工況圖如圖所示 液壓系統(tǒng)圖的確定 系統(tǒng)由供油油源的定量液壓泵9為起點(diǎn) 液壓泵的出口設(shè)有一個(gè)精過(guò)濾器8和單向閥7并聯(lián) 整個(gè)液壓系統(tǒng)的壓力分為兩個(gè)級(jí)別 第一個(gè)級(jí)別為升降舞臺(tái)壓力 其大小的設(shè)定與液壓泵的卸荷都由電磁溢流閥1來(lái)控制 第二個(gè)壓力為加緊缸的壓力 這里不做說(shuō)明 液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件除了驅(qū)動(dòng)舞臺(tái)升降的液壓缸2外 還有驅(qū)動(dòng)機(jī)械自鎖機(jī)構(gòu)的夾緊液壓缸11 驅(qū)動(dòng)舞臺(tái)升降的液壓缸2與驅(qū)動(dòng)機(jī)械自鎖機(jī)構(gòu)的夾緊液壓缸11各為一個(gè)液壓回路并分別用三位四通電磁換向閥6 二位四通換向閥12來(lái)控制油液的進(jìn)給方向 然后用4個(gè)單向閥4和電液比例調(diào)速閥5組成液橋系統(tǒng) 最后使液壓缸完成升降動(dòng)作 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 由建?？梢缘贸龌钊麠U的行程為150mm 取標(biāo)準(zhǔn)值為160mm 液壓缸在使舞臺(tái)起升時(shí) 活塞桿處于受壓的狀態(tài) 起支撐的作用 所以在設(shè)計(jì)舞臺(tái)起升液壓缸時(shí)必須考慮活塞桿的長(zhǎng)徑比 為了讓升降舞臺(tái)在受壓的狀態(tài)下能夠達(dá)到穩(wěn)定的工作狀態(tài) 所以活塞桿的長(zhǎng)徑比應(yīng)該不超過(guò)20 1的范圍 經(jīng)驗(yàn)算滿足要求 由JB1068 67查得可取缸筒外徑為80 則壁厚 可得所以應(yīng)選擇公式經(jīng)驗(yàn)算壁厚 合格 缸筒底部為平面時(shí) 其厚度計(jì)算公式為得出缸頭厚度計(jì)算所以整理得活塞桿行程為160mm 直徑為45mm 液壓缸內(nèi)徑為63mm 外徑為80mm 由計(jì)算得出的主要數(shù)據(jù) 參照參考尺寸的可以畫(huà)出裝配圖如下圖 液壓元件的選擇與確定 液壓泵的選擇液壓泵的工作壓力 整個(gè)液壓系統(tǒng)所需要的最大工作壓力為15MPa 而這一工作壓力作為液壓系統(tǒng)中液壓泵的額定工作壓力 所以可以選擇額定工作壓力16MPa的液壓泵 液壓泵的流量 液壓缸的所需要的理論流量為 設(shè)齒輪泵容積效率 所選擇的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r min 則根據(jù)前面設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù) 可以得到液壓泵的排量為 根據(jù)上海博業(yè)有限公司所給出的齒輪泵樣本表顯示取排量為的液壓泵 電動(dòng)機(jī)的選擇液壓泵的實(shí)際輸出功率為 齒輪泵機(jī)械效率和容積效率之和通常在80 85 之間 取齒輪泵的機(jī)械效率和容積效率為80 可以計(jì)算得出所需要的電動(dòng)機(jī)的功率為 液壓閥的選擇如表所示 壓力損失驗(yàn)算本設(shè)計(jì)的剪叉式升降舞臺(tái)液壓控制系統(tǒng)的壓力損失包括三個(gè)部分的壓力損失 在整個(gè)工作管路中 油液經(jīng)過(guò)進(jìn)油管所產(chǎn)生的沿程壓力的損失 油液在管路中的每一個(gè)管接頭和每一個(gè)彎管處的管路局部壓力的損失 油液流經(jīng)每一個(gè)閥的局部壓力的損失 但由于剪叉式升降舞臺(tái)液壓系統(tǒng)主管路比較短 管接頭與彎管也不多 因此沿程壓力的損失和各個(gè)管接頭和每個(gè)彎管等處的管路局部壓力的損失可以忽略不計(jì) 所以整個(gè)剪叉式升降舞臺(tái)液壓系統(tǒng)的壓力損失主體來(lái)之于油液經(jīng)過(guò)各個(gè)閥造成的局部壓力損失 經(jīng)查閱各個(gè)閥的開(kāi)啟壓力值為 單向閥7 液控單向閥3和單向閥4的開(kāi)啟壓力都為0 035MPa 三位四通電磁換向閥6和電液比例調(diào)速閥5產(chǎn)生的壓力損失值約為0 5MPa 所以 整個(gè)升降系統(tǒng)中進(jìn)油管路的局部損失為所以溢流閥的調(diào)定壓力值應(yīng)為所以溢流閥的調(diào)定壓力取16MPa是合適的 系統(tǒng)溫升驗(yàn)算當(dāng)負(fù)載上升達(dá)到最高位置時(shí) 齒輪泵會(huì)以的額定流量從溢流閥溢流回到油箱 這將造成不必要的能量消耗 設(shè)泵流量的功率90 都經(jīng)過(guò)溢流閥流失 那么損失的功率為 油液溫度的升高為 經(jīng)計(jì)算和查閱資料上述溫升在低壓機(jī)械溫度升高可以接受的范圍內(nèi) 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 謝謝 請(qǐng)?jiān)u委老師指點(diǎn)批評(píng) 制作人 XXX 剪叉式升降舞臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) [摘要]近年來(lái)我國(guó)對(duì)液壓升降舞臺(tái)機(jī)械的制造設(shè)計(jì)及應(yīng)用方面，雖然有了長(zhǎng)足的提升，但是在舞臺(tái)機(jī)械液壓控制方面還有非常大的進(jìn)步空間。我國(guó)與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在這方面仍有較大的差距。剪叉式升降舞臺(tái)是用于娛樂(lè)場(chǎng)所，突出歌唱者和表演者的動(dòng)態(tài)效果，提高舞臺(tái)動(dòng)態(tài)檔次，增加整體娛樂(lè)氣氛的固定設(shè)備，因?yàn)樗募舨鏅C(jī)械結(jié)構(gòu)使升降舞臺(tái)的起升有較高的穩(wěn)定性，也有較為寬大的表演平臺(tái)和較高的承載能力，適合多人同時(shí)同臺(tái)表演。它的安全更有保障。廣泛應(yīng)用于各表演現(xiàn)場(chǎng)，結(jié)婚現(xiàn)場(chǎng)及頒獎(jiǎng)現(xiàn)場(chǎng)。本次設(shè)計(jì)是參照固定式升降機(jī)設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要是針對(duì)剪叉式升降舞臺(tái)的液壓系統(tǒng)的部分進(jìn)行設(shè)計(jì)與改善。首先對(duì)舞臺(tái)的結(jié)構(gòu)做了簡(jiǎn)要的建模與說(shuō)明，接著分析舞臺(tái)液壓系統(tǒng)的基本參數(shù)，然后進(jìn)行液壓系統(tǒng)原理圖的選擇與設(shè)計(jì)，最好選擇相符合的液壓元件與驗(yàn)算系統(tǒng)性能。 [關(guān)鍵詞]升降舞臺(tái)；液壓；剪叉式；升降機(jī)  Scissor lift stage hydraulic system design [Abstract]In?recent?years?our?country?to?the?hydraulic?lifting?stage?machinery?manufacture?design?and?the?application?aspect,?although?some?people?considerable?promotion,?but?in?the?stage?mechanical?hydraulic?control?also?has?the?very?big?progress?space.?China?and?Europe?and?other?developed?countries?in?this?area?still?have?a?large?gap.?Shear?fork?lift?stage?is?used?for?entertainment,?outstanding?singers?and?performers?of?the?dynamic?effect,?improve?the?grade?of?stage?dynamic,?increase?overall?entertainment?atmosphere?fixed?equipment,?because?of?its?shear?fork?mechanical?structure?makes?the?hoisting?have?higher?stability?of?the?lifting?stage?and?also?has?a?relatively?wide?platform?and?high?bearing?capacity,?suitable?for?people?at?the?same?time?perform?together.?It's?more?secure.?Widely?used?in?the?performance?scene,?wedding?scene?and?award?scene.?This?design?refers?to?the?fixed?lift?equipment?design.?It?is?mainly?aimed?at?the?design?and?improvement?of?the?hydraulic?system?of?the?scissor-fork?lifting?stage.?Firstly,?the?structure?of?the?stage?is?briefly?modeled?and?explained,?then?the?basic?parameters?of?the?stage?hydraulic?system?are?analyzed,?and?then?the?selection?and?design?of?the?hydraulic?system?schematic?diagram?are?carried?out. [Keywords] Lifting stage; Hydraulic pressure; Shear fork; elevator  目錄 1引言 1 2 選題背景 2 2.1 目的和意義 2 2.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 3 2.3設(shè)計(jì)要求 4 3 剪叉式升降舞臺(tái)的結(jié)構(gòu) 6 4 液壓缸負(fù)載及工況分析 8 4.1液壓缸負(fù)載力分析和計(jì)算 8 4.2液壓缸速度循環(huán)分析 8 4.3工況分析 11 5系統(tǒng)圖的擬定 17 5.1液壓系統(tǒng)原理圖的確定 17 5.2技術(shù)重點(diǎn) 20 6 液壓缸的設(shè)計(jì)和計(jì)算 21 6.1升降舞臺(tái)液壓傳動(dòng)的概述 21 6.2原始數(shù)據(jù)的確定 21 6.3缸體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其計(jì)算 23 7 液壓元件的選擇 27 7.1液壓泵的選擇 27 7.2電動(dòng)機(jī)的選擇 28 7.3液壓閥的選擇 29 7.4管路的選擇 30 8 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 32 8.1壓力損失驗(yàn)算 32 8.2系統(tǒng)溫升驗(yàn)算 32 9 總結(jié) 34 參考文獻(xiàn) 35 致謝 36 剪叉式升降舞臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1引言 液壓技術(shù)因其具有功率重量比大、響應(yīng)速度靈敏、更易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)，液壓技術(shù)得應(yīng)用范圍也非常的廣，大到航空航天領(lǐng)域，小到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域以及國(guó)防建設(shè)等領(lǐng)域都得到了靈活的運(yùn)用，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和提高社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展提供了不可磨滅的支持。液壓控制系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)與運(yùn)算是液壓技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵所在，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)及方法的掌握也是流體控制及自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)及基本要求。對(duì)于本設(shè)計(jì)的題目剛開(kāi)始只讀懂了一半，對(duì)于剪叉式一詞完全是后期百度才知道的，然后在工廠和各個(gè)工作場(chǎng)所看了很多的剪叉式升降機(jī)械，有固定的升降用來(lái)升降物品的，有移動(dòng)式的用來(lái)將人升上去修理東西的等等。經(jīng)過(guò)多次的觀察對(duì)后期的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都有非常大的幫助。俗話說(shuō)的好：人的認(rèn)知來(lái)源于實(shí)踐。所以實(shí)踐與見(jiàn)識(shí)廣還是對(duì)今后的不論什么事都是有幫助的。[3] 第 5 頁(yè) 共 32 頁(yè) 2 選題背景 2.1 目的和意義 從16世紀(jì)時(shí)期起，歐洲等外國(guó)國(guó)家就已經(jīng)開(kāi)始使用人力帶動(dòng)的簡(jiǎn)單的人工升降舞臺(tái)。在1884年，一些大型歌劇院就已經(jīng)裝備了以液壓驅(qū)動(dòng)的升降舞臺(tái)和機(jī)械吊桿；而在19世紀(jì)末，絕大數(shù)的歐洲劇院已經(jīng)開(kāi)始使用液壓升降舞臺(tái)機(jī)械以實(shí)現(xiàn)舞臺(tái)的升降，達(dá)到最佳觀影的效果。近現(xiàn)代意義上的液壓升降舞臺(tái)至今也已經(jīng)有一百多年的歷史進(jìn)程，在此一百多年期間經(jīng)過(guò)了不斷的發(fā)展與完善，在一些歐美等發(fā)達(dá)地區(qū)，對(duì)于升降機(jī)械的管理形式、維護(hù)保養(yǎng)都有較為完善的管理制度和統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)與要求。[9] 而隨著現(xiàn)代人們對(duì)娛樂(lè)性的追求越來(lái)越高，越來(lái)越嚴(yán)格，要求舞臺(tái)表演呈現(xiàn)出來(lái)的效果越來(lái)越多樣化，而為了滿足表演者和歌唱者的需要，希望娛樂(lè)場(chǎng)所的舞臺(tái)不再是單一的水平面，可以有多個(gè)小舞臺(tái)配合起來(lái)組成一個(gè)高低不一的變化式的舞臺(tái)，甚至讓舞臺(tái)在空中可以360度的旋轉(zhuǎn)。以此來(lái)突出觀眾對(duì)表演者和歌唱者的全方位無(wú)死角的觀看體驗(yàn)，提高娛樂(lè)場(chǎng)所的檔次，增加整體娛樂(lè)氣氛，所以剪叉式升降舞臺(tái)就誕生了。而作為娛樂(lè)設(shè)施都是從工業(yè)或軍工業(yè)發(fā)展過(guò)來(lái)的，在當(dāng)今出現(xiàn)了非常多種的剪叉式升降機(jī)。尤其是在當(dāng)今移動(dòng)式升降平臺(tái)的運(yùn)用非常的廣泛，而作為舞臺(tái)的話只需要固定的升降平臺(tái)就可以達(dá)到突出表演者的重點(diǎn)場(chǎng)面，讓觀眾更容易發(fā)現(xiàn)舞臺(tái)上的亮點(diǎn)。[14] 而作為升降機(jī)的動(dòng)力也有電、氣、液多種。近年來(lái)剪叉式升降平臺(tái)均采用液壓系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)舞臺(tái)的升降。而此次設(shè)計(jì)也是選用液壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)舞臺(tái)的升降效果。液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)相比具有以下非常明顯的優(yōu)點(diǎn)：一.液壓傳動(dòng)的各種液壓元件可以根據(jù)需求方便、靈活地來(lái)布置。二.整個(gè)液壓系統(tǒng)相對(duì)體積小、質(zhì)量輕、反應(yīng)速度靈敏、運(yùn)動(dòng)慣性小。三.操縱控制方便，可實(shí)現(xiàn)人為和自動(dòng)化控制，亦可實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)極調(diào)速（調(diào)速范圍可達(dá)2000：1）。四.可實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，更滿足人們對(duì)安全的追求。五.一般采用礦物油作為液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)面可實(shí)現(xiàn)自行潤(rùn)滑的效果，使使用壽命明顯增強(qiáng)。六.很容易實(shí)現(xiàn)直線的往返運(yùn)動(dòng)。[2] 剪叉式液壓升降舞臺(tái)作為用途廣泛的娛樂(lè)專用設(shè)備。它的剪叉結(jié)構(gòu)使升降舞臺(tái)的起升有較高的平穩(wěn)性，其寬大的表演平臺(tái)和較高的承載能力，可以讓多人同時(shí)登臺(tái)表演。它的安全更有保障。所以剪叉式液壓升降舞臺(tái)也就隨著社會(huì)的發(fā)展而出現(xiàn)了。而液壓系統(tǒng)可以設(shè)置防墜裝置、超載安全保護(hù)裝置。不同水平面均可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的直線運(yùn)動(dòng)，且結(jié)構(gòu)緊湊堅(jiān)固，承載質(zhì)量大，升降過(guò)程平穩(wěn)，安裝與維修方面也簡(jiǎn)單。[6] 2.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 液壓控制技術(shù)是近現(xiàn)代化自動(dòng)化傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，全世界對(duì)也液壓技術(shù)給予了很大的支持與關(guān)注。液壓件也被稱為液壓元件，主要有液壓泵、液壓閥與液壓缸三種類型，到目前大概有1500多種產(chǎn)品和15000多種規(guī)格，全球液壓市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)2500億元，而中國(guó)是第二消費(fèi)大國(guó)。按不同的產(chǎn)品來(lái)分，以液壓泵和液壓油缸的消費(fèi)最高。在中國(guó)市場(chǎng)中的液壓系統(tǒng)中，以閥、泵、油缸為代表的主要零部件占比比較高，合計(jì)超過(guò)60%；以2016年590億元的銷售額來(lái)估算，液壓缸市場(chǎng)的銷售額達(dá)到145億元，液壓泵市場(chǎng)銷售額達(dá)到135億元，液壓閥市場(chǎng)銷售額達(dá)到30億元。尤其是近幾年我國(guó)對(duì)液壓技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣，增長(zhǎng)速度越來(lái)越快，使得國(guó)內(nèi)液壓市場(chǎng)在不斷的擴(kuò)大。[9] 目前國(guó)內(nèi)的高端液壓元件基本依賴于進(jìn)口，進(jìn)口占據(jù)了我國(guó)市場(chǎng)空間的100億元還要多。高端的液壓系統(tǒng)的元件核心組成部件對(duì)工藝，技術(shù)的要求非常高，我國(guó)現(xiàn)在還達(dá)不到這種地步，主要原因是因?yàn)槲覈?guó)的液壓產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步較晚，與國(guó)外的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)還是有一大截的差距。但隨著時(shí)間的推移這種差距將會(huì)越來(lái)越小。目前德國(guó)，美國(guó)，日本擁有全球頂級(jí)的液壓生產(chǎn)企業(yè)，且保持著世界領(lǐng)先的水平。而對(duì)于升降舞臺(tái)國(guó)內(nèi)外基本采用滑動(dòng)螺母絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)舞臺(tái)的升降，因?yàn)槠胀ɑ瑒?dòng)螺母絲杠副可以按需要設(shè)計(jì)成自鎖，這可以保證升降臺(tái)上工作人員的人身安全。但是，用滑動(dòng)螺母絲杠副來(lái)設(shè)計(jì)成自鎖會(huì)造成機(jī)械效率偏低，在理論上是可達(dá)到45%。但在實(shí)際應(yīng)用上，由于加工精度高、表面粗糙度的限制、潤(rùn)滑條件的高要求、整體安裝條件的限制，真正能達(dá)到的機(jī)械效率只有20%~30%。而對(duì)于小型的升降舞臺(tái)的載重雖然不是很大，一般也要求在1t以上，所以選擇的電動(dòng)機(jī)功率也需要5kw以上，同時(shí)，由于升降舞臺(tái)升降一般要求可以實(shí)現(xiàn)升降速度的調(diào)控，就需要一個(gè)大容量的變頻器，而變頻器的容量增大了，成本也就上升了。而采用液壓系統(tǒng)來(lái)控制舞臺(tái)的升降不但可以降低成本，使用壽命也比較長(zhǎng)，因?yàn)榭梢宰孕械倪M(jìn)行部件的潤(rùn)滑，而且還可很方便的達(dá)到自鎖的要求，且升降速度也可以通過(guò)泵的輸出功率來(lái)控制。液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)相對(duì)比，采用液壓傳動(dòng)可以減少換向的沖擊、降低能量損耗、縮短換向所用的時(shí)間，充分利用現(xiàn)場(chǎng)空間，減少傳動(dòng)裝置的占地面積，保證升降舞臺(tái)升降平穩(wěn)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制以及無(wú)級(jí)調(diào)速。[10] 液壓控制技術(shù)具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如液壓控制技術(shù)具有功率重量比大，壓力、流量可控性好，體積小，頻響高，可柔性傳送動(dòng)力，易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)等特明顯的優(yōu)點(diǎn)；[4]顯然，液壓控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)。但在近年以來(lái)，液壓控制技術(shù)面臨著與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)等的競(jìng)爭(zhēng)。從民用到軍用，從普通的機(jī)床大到航空領(lǐng)域都有液壓技術(shù)的身影。其主要原因是液壓技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)大于其缺點(diǎn)。但有些缺點(diǎn)對(duì)于一些高端領(lǐng)域也是不可忽視的，比如液壓技術(shù)的滲漏。所以我們必須充分發(fā)揮液壓控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)化液壓技術(shù)的缺點(diǎn)，使其與電子技術(shù)結(jié)合，充分將液壓技術(shù)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中去。同時(shí)在提高可靠性方面、提高工作效率、降低能源消耗方面、適應(yīng)當(dāng)今的環(huán)保需求等等，這些都是液壓控制技術(shù)今后需要努力的方向，也決定了液壓產(chǎn)品在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)上能夠在近一步的關(guān)鍵所在。 2.3設(shè)計(jì)要求 本次設(shè)計(jì)其主要內(nèi)容為剪叉式液壓升降舞臺(tái)中液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)的環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 針對(duì)剪叉式升降舞臺(tái)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容如下： （1）收集與液壓系統(tǒng)和升降平臺(tái)有關(guān)的資料，整理出每種剪叉式液壓升降機(jī)液壓系統(tǒng)的原理及其結(jié)構(gòu)： （2）剪叉式升降舞臺(tái)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； （3）工況分析； （4）確定剪叉式升降舞臺(tái)液壓系統(tǒng)的系統(tǒng)圖的擬定(包括液壓系統(tǒng)原理圖、液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算、液壓元件的選擇等等）； （5）液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算（壓力損失，溫升）； （6）繪制液壓缸的主要零件圖和裝配圖； 剪叉式升降舞臺(tái)的主要參數(shù)： （1） 舞臺(tái)最大載重（包括舞臺(tái)自重） 1t （2） 舞臺(tái)升降速度 0.05m/s （3） 舞臺(tái)面積 2m×1m （4） 最高行程 1.5m （5） 升降方式 自動(dòng)、手動(dòng) （6） 技術(shù)要求： ①如何最大化的消除正負(fù)負(fù)載的變化對(duì)傾斜放置的液壓缸對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的影響，并保證液壓缸的升降速度相同； ②如何實(shí)現(xiàn)臺(tái)面的精準(zhǔn)定位； ③如何避免了沖擊和振動(dòng)。 第 43 頁(yè) 共 32 頁(yè) 3 剪叉式升降舞臺(tái)的結(jié)構(gòu) 為了使舞臺(tái)可以滿足升高到1.5m高度要求，將舞臺(tái)的剪叉式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成了兩層，然后根據(jù)剪叉式升降舞臺(tái)的結(jié)構(gòu)先用SolidWork軟件將整個(gè)舞臺(tái)進(jìn)行了繪制，以更好的觀察剪叉支撐桿的運(yùn)動(dòng)過(guò)程和方便的得到液壓缸的伸長(zhǎng)量（即液壓缸的行程）。這里對(duì)舞臺(tái)的具體結(jié)構(gòu)不進(jìn)行說(shuō)明。 如圖1所示為剪叉式升降舞臺(tái)在最低位置時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖： 圖1 剪叉式液壓升降舞臺(tái)最低位置時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖 如圖2為剪叉式升降舞臺(tái)升降到最高位置時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖： 圖2 剪叉式液壓升降舞臺(tái)最高位置時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖 由SolidWorks畫(huà)出的整體圖再經(jīng)過(guò)測(cè)量舞臺(tái)在最低點(diǎn)時(shí)的液壓缸底座和端蓋的距離和舞臺(tái)在最高點(diǎn)時(shí)液壓缸底座到端蓋的距離得到兩次的距離分別為、，得到液壓缸的伸長(zhǎng)量為： 4 液壓缸負(fù)載及工況分析 4.1液壓缸負(fù)載力分析和計(jì)算 由舞臺(tái)結(jié)構(gòu)圖可知所使用的活塞缸為單作用活塞缸并且為傾斜放置的液壓缸。如下圖3液壓缸受力分析圖所示，所受到的舞臺(tái)負(fù)載力F是變化的，可得： 圖3 液壓缸受力分析圖 ，所以可以得到在舞臺(tái)升到最低位置時(shí)所受到的負(fù)載力最大，由SolidWorks測(cè)量的舞臺(tái)升到最低位置時(shí)的a角約為，所以液壓缸的最大負(fù)載力。為了增加舞臺(tái)的可靠性計(jì)算時(shí)取最大負(fù)載力為30000N。測(cè)量的舞臺(tái)升到最高位置時(shí)的a角約為，所以液壓缸的最小負(fù)載力。同理在計(jì)算時(shí)取最小負(fù)載力為11000N。[14] 4.2液壓缸速度循環(huán)分析 4.2.1舞臺(tái)上升過(guò)程 設(shè)液壓缸加速上升階段需要0.5秒所以加速階段的負(fù)載力為： 液壓缸在減速上升階段也需要0.5秒來(lái)計(jì)算，加速度慣性力與負(fù)載力相差太大可以忽略不計(jì)，所以減速階段負(fù)載為： 液壓缸在勻速上升階段所需要的時(shí)間為： 而在這個(gè)階段的負(fù)載力是隨著舞臺(tái)的升高而變化的，負(fù)載將不去計(jì)算，所以在舞臺(tái)上升階段的速度負(fù)載循環(huán)圖如下圖4所示： 圖4 舞臺(tái)上升階段的速度循環(huán)圖 4.2.2舞臺(tái)下降過(guò)程 設(shè)舞臺(tái)在下降過(guò)程中液壓缸加速階段需要0.5秒且加速度慣性力與負(fù)載力相差太大可以忽略不計(jì)，所以加速下降階段的負(fù)載力為： 液壓缸在減速下降階段也需要0.5秒來(lái)計(jì)算，所以減速階段負(fù)載為： 液壓缸在勻速下降階段所需要的時(shí)間為： 而在這個(gè)階段的負(fù)載力是隨著舞臺(tái)的升高而變化的，負(fù)載將不去計(jì)算，所以在舞臺(tái)下降階段的速度負(fù)載循環(huán)圖如下圖5所示： 圖5 舞臺(tái)下降階段的速度循環(huán)圖 4.3工況分析 參照《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)》第174頁(yè)的表5-6液壓執(zhí)行器常用設(shè)計(jì)壓力初選液壓缸的設(shè)計(jì)壓力p1=15MPa。為了滿足舞臺(tái)在升降的速度相等，液壓缸采用差動(dòng)式連接，則液壓缸無(wú)桿腔與有桿腔的有效面積與應(yīng)滿足（即液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d間應(yīng)滿足）。 為防止舞臺(tái)下降時(shí)發(fā)生速度突變，液壓缸需保持一定的回油背壓。參照《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)》第175頁(yè)的表5-8液壓缸執(zhí)行器的背壓力表取背壓為0.5MPa，且取機(jī)械效率，則可以計(jì)算出液壓缸的無(wú)桿腔有效面積： 所以液壓缸內(nèi)徑為： 按，取標(biāo)準(zhǔn)缸徑值D=63mm;因，故活塞桿直徑為： 則液壓缸實(shí)際有效面積為： 舞臺(tái)在升高是，因?yàn)橐簤焊谉o(wú)桿腔壓力值必須大于無(wú)桿腔壓力值，取兩者的差值約為0.5MPa，并在舞臺(tái)剛開(kāi)始準(zhǔn)備升起的瞬間液壓缸是還沒(méi)有移動(dòng)的，此時(shí)兩者差值為應(yīng)0，由此條件可以計(jì)算得到液壓缸工作循環(huán)中的功率、壓力和流量的值 計(jì)算所需要的公式 帶入數(shù)值繪制工況圖如下圖6所示： 圖6 液壓缸的工況圖 5系統(tǒng)圖的擬定 5.1液壓系統(tǒng)原理圖的確定 針對(duì)本設(shè)計(jì)我給出了兩種液壓系統(tǒng)的原理圖如下所示： （1）第一種如圖7所示： 圖7 升降舞臺(tái)液壓系統(tǒng)原理圖 1.電磁溢流閥；2.升降液壓缸；3.液控單向閥；4、7.單向閥；5.電液比例調(diào)速閥；6.三位四通電磁換向閥；8.精過(guò)濾器；9.定量液壓泵；10.減壓閥；11.夾緊液壓缸；12.二位四通電磁換向閥 （2）第二種如圖8所示： 圖8 升降舞臺(tái)液壓系統(tǒng)原理圖 1.電磁溢流閥；2.升降液壓缸；3.液控單向閥；4、7.單向閥；5.電液比例調(diào)速閥；6.三位四通電磁換向閥；8.精過(guò)濾器；9.定量液壓泵 兩個(gè)液壓系統(tǒng)圖的區(qū)別在于第一種有夾緊裝置可以使舞臺(tái)更好的定位與固定，對(duì)舞臺(tái)上的表演人員的人身安全更有保障，而作為載人舞臺(tái)人身安全是排在第一位的，所以液壓系統(tǒng)原理圖應(yīng)該選擇第一種更符合要求。 針對(duì)圖3-2為該剪叉式升降舞臺(tái)的液壓系統(tǒng)原理圖的工作原理進(jìn)行如下說(shuō)明。整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)由供油油源的定量液壓泵9為起點(diǎn)，液壓泵的出口設(shè)有一個(gè)精過(guò)濾器8和單向閥7并聯(lián)；整個(gè)液壓系統(tǒng)的壓力分為兩個(gè)級(jí)別，剪叉式升降舞臺(tái)壓力大小 的設(shè)定與液壓泵的卸荷都由電磁溢流閥1來(lái)控制。液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件除了驅(qū)動(dòng)舞臺(tái)升降的液壓缸2外，還有驅(qū)動(dòng)機(jī)械自鎖機(jī)構(gòu)的夾緊液壓缸11（兩個(gè)），（整個(gè)舞臺(tái)的液壓系統(tǒng)共有3個(gè)液壓缸“本次設(shè)計(jì)只針對(duì)驅(qū)動(dòng)舞臺(tái)升降的液壓缸2進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算”）。驅(qū)動(dòng)舞臺(tái)升降的液壓缸2與驅(qū)動(dòng)機(jī)械自鎖機(jī)構(gòu)的夾緊液壓缸11各為一個(gè)液壓回路并分別用三位四通電磁換向閥6、二位四通換向閥12來(lái)控制油液的進(jìn)給方向。因整個(gè)舞臺(tái)在傾斜放置的液壓缸2的控制下在上升時(shí)其負(fù)載為正值，而在下降時(shí)其負(fù)載為負(fù)值（即超越負(fù)載）。這使得升、降工況相差甚遠(yuǎn)。為使升降速度保持一致，使在舞臺(tái)上的表演人員沒(méi)有加速度的感覺(jué)，液壓系統(tǒng)中用4個(gè)單向閥4和電液比例調(diào)速閥5組成液橋?qū)崿F(xiàn)進(jìn)油節(jié)流和回油出口節(jié)流調(diào)速，在調(diào)速閥開(kāi)口大小不變的情況下，這使得驅(qū)動(dòng)舞臺(tái)升降的液壓缸的升降速度相同。而舞臺(tái)長(zhǎng)時(shí)間定位則通過(guò)兩個(gè)夾緊缸11來(lái)驅(qū)動(dòng)舞臺(tái)的自鎖機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而舞臺(tái)的 兩個(gè)夾緊缸11經(jīng)油路并聯(lián)設(shè)計(jì)，使得兩個(gè)夾緊缸輸出力大小相同。[1] 整個(gè)舞臺(tái)升降液壓系統(tǒng)的電磁鐵動(dòng)作順序如表1所示，由該表可以非常直觀的了解整個(gè)液壓系統(tǒng)各個(gè)工況的油液流動(dòng)路線。 表1 舞臺(tái)升降液壓系統(tǒng)的電磁鐵動(dòng)作順序表 剪叉式升降舞臺(tái)的升降速度經(jīng)由液壓缸活塞的速度決定，而活塞的速度通過(guò)電液比例調(diào)速閥來(lái)控制。需要舞臺(tái)在某一速度下進(jìn)行升降時(shí)，只需要將這個(gè)速度下對(duì)應(yīng)的電流值的大小輸入給比例調(diào)速閥就可以了。當(dāng)要改變升降舞臺(tái)的升降速度時(shí)只需要改變輸入電流的大小就可以達(dá)到。[5] 圖9 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理框圖 此計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)控制過(guò)程以及原理概括起來(lái)就是：位置偏差檢測(cè)→速度控制調(diào)整→糾正位置偏差。該計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)的間接控制同步系統(tǒng)。此控制系統(tǒng)的方塊圖如圖9所示。為提高定位精度，當(dāng)舞臺(tái)面運(yùn)動(dòng)到至接近設(shè)定位置時(shí)，可有計(jì)算機(jī)控制，將比例閥輸入電流逐漸減少，從而使舞臺(tái)面減速后到位停止，即避免了沖擊和振動(dòng)，又提高了定位準(zhǔn)確性。本計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還設(shè)有一套獨(dú)立的手動(dòng)操縱控制線路，一旦計(jì)算機(jī)部分出現(xiàn)故障，手動(dòng)操作可單獨(dú)實(shí)現(xiàn)舞臺(tái)面的運(yùn)動(dòng)，且可由操作人員任意調(diào)節(jié)升降的速度。[7] 5.2技術(shù)重點(diǎn) （1）本設(shè)計(jì)采用多個(gè)單向閥和電液比例調(diào)速閥組成液橋系統(tǒng)來(lái)控制舞臺(tái)液壓缸的升降速度，以此來(lái)消除正負(fù)載和負(fù)負(fù)載突然變化對(duì)傾斜液壓缸的傷害，并保證液壓缸活塞的升降速度相同。使升降舞臺(tái)上的表演者沒(méi)有加速度的感覺(jué)。 （2）利用液控單向閥和兩個(gè)自鎖液壓缸并聯(lián)實(shí)現(xiàn)臺(tái)面的嚴(yán)格定位。做到更好地保障在升降舞臺(tái)上工作人員的生命安全。 （3）由于本設(shè)計(jì)采用了定量液壓泵供油和節(jié)流調(diào)速閥調(diào)速的方式，所以整個(gè)液壓系統(tǒng)的效率比較低，但若改為變量液壓泵供油，則可改善效率低的狀況。[11] 6 液壓缸的設(shè)計(jì)和計(jì)算 6.1升降舞臺(tái)液壓傳動(dòng)的概述 升降舞臺(tái)是婚禮現(xiàn)場(chǎng)，頒獎(jiǎng)現(xiàn)場(chǎng)和劇院的現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備，它可以利用多個(gè)舞臺(tái)之間的單獨(dú)運(yùn)動(dòng)，一起聯(lián)動(dòng)和同步運(yùn)動(dòng)組成不同高度的臺(tái)階，以組成像頒獎(jiǎng)現(xiàn)場(chǎng)一樣的三個(gè)不同高度的頒獎(jiǎng)臺(tái)或以組成大型劇院的立體道具，為舞臺(tái)藝術(shù)提供更加完備的表現(xiàn)空間。圖1所示為單個(gè)舞臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖，單個(gè)升降舞臺(tái)長(zhǎng)為2m,寬為1m，舞臺(tái)面用來(lái)布置場(chǎng)景和表演使用，舞臺(tái)升降的平均速度為0.05m/s。舞臺(tái)的升降機(jī)結(jié)構(gòu)采用雙面剪叉式結(jié)構(gòu)，由一個(gè)傾斜放置的液壓缸驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)舞臺(tái)上下的升降。根據(jù)舞臺(tái)表演藝術(shù)的高度和舞臺(tái)大小的要求，舞臺(tái)可以在最低高度與最大高度之間任意位置停留，而每一個(gè)單獨(dú)的舞臺(tái)也可以單獨(dú)工作，各個(gè)小舞臺(tái)之間也可協(xié)調(diào)動(dòng)作，而它們之間的協(xié)調(diào)動(dòng)作則由計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行完成，本設(shè)計(jì)就不進(jìn)行說(shuō)明。本設(shè)計(jì)也只對(duì)單個(gè)舞臺(tái)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。[10] 6.2原始數(shù)據(jù)的確定 液壓缸在使舞臺(tái)起升時(shí)，活塞桿處于受壓的狀態(tài)，起支撐的作用，所以在設(shè)計(jì)舞臺(tái)起升液壓缸時(shí)必須考慮活塞桿的長(zhǎng)徑比，為了讓升降舞臺(tái)在受壓的狀態(tài)下能夠達(dá)到穩(wěn)定的工作狀態(tài)，所以活塞桿的長(zhǎng)徑比應(yīng)該不超過(guò)20：1的范圍。 經(jīng)過(guò)前面的計(jì)算得到液壓缸的活塞桿長(zhǎng)度應(yīng)為0.15m，查《液壓傳動(dòng)與控制手冊(cè)》第236頁(yè)表2-6無(wú)150mm的行程可以選擇，所以取液壓桿行程參數(shù)系列160mm，由長(zhǎng)徑比的設(shè)計(jì)要求得出，活塞桿直徑至少為0.0375m，即37.5mm。[2]而前面計(jì)算得到活塞桿直徑為45mm，滿足長(zhǎng)徑比設(shè)計(jì)要求。根據(jù)GB/T2348-93規(guī)定了液壓缸的活塞桿外徑尺寸系列見(jiàn)表2所示： 表2 液壓缸活塞桿外徑尺寸系列（mm） 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 表格中有活塞桿直徑為45mm，所以取45mm是合適的。這時(shí)根據(jù)差動(dòng)式液壓缸輸出力的計(jì)算公式，液壓缸提升負(fù)載時(shí)受力的有效面積為活塞缸面積，即： 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，液壓缸需要承受的最大負(fù)載為30000N。 因此，整個(gè)液壓系統(tǒng)所需要提供的工作壓力應(yīng)為： 由上面的計(jì)算查《液壓傳動(dòng)與控制手冊(cè)》可以得出液壓缸的工作壓力取15MPa，該工作壓力對(duì)于整個(gè)液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)適合整個(gè)系統(tǒng)的工作壓力，因此舞臺(tái)升降液壓缸可以采用這一工作壓力進(jìn)行設(shè)計(jì)。 最大流量的計(jì)算：傾斜式放置的液壓缸所需的最大流量是由升降舞臺(tái)升降的最大速度所決定的。而設(shè)計(jì)升降液壓缸起升的最大速度為0.05m/s，于是有： 此時(shí)，升降液壓缸活塞桿移動(dòng)為0.15m，平臺(tái)移動(dòng)1.5m，能滿足設(shè)計(jì)需求。 查液壓傳動(dòng)與控制手冊(cè)，取升降液壓缸活塞桿直徑d和活塞直徑（液壓缸內(nèi)徑）D之間的關(guān)系為,經(jīng)計(jì)算得出升降液壓缸的活塞直徑為： 根據(jù)GB/T2348-93所規(guī)定的液壓缸的活塞直徑尺寸系列參照表見(jiàn)表3所示 表3 液壓缸的活塞直徑尺寸系列（mm） 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 有液壓缸活塞直徑為63mm，且液壓桿行程為160mm。 計(jì)算得出活塞桿液壓缸的兩腔面積比Φ為： 式中－活塞無(wú)桿側(cè)有效面積 －活塞有桿側(cè)有效面積 －活塞桿伸出速度 －活塞桿退回速度 D－缸內(nèi)徑 d－活塞桿外徑 6.3缸體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其計(jì)算 關(guān)于 的值，可以按下列情況進(jìn)行計(jì)算： （1）當(dāng)時(shí)，可用薄壁缸筒的實(shí)用計(jì)算公式： （2）當(dāng)時(shí)，可用實(shí)用公式： （3）當(dāng)時(shí)，可用下式計(jì)算： 或 由JB1068－67查得可取缸筒外徑為80，則壁厚＝8.5mm?？傻茫詰?yīng)選擇公式 式中：—液壓缸缸筒壁厚； —最高工作壓力； 工作壓力時(shí)，，取； D—液壓缸外徑，D=80mm； —缸底材料的許用應(yīng)力 = —缸筒材料的抗拉強(qiáng)度，經(jīng)查得缸筒材料的抗拉強(qiáng)度為600MPa n—安全系數(shù)，按表4進(jìn)行 表4 液壓缸的安全系數(shù)選擇表 材料名稱 靜載荷 交變載荷 沖擊載荷 不對(duì)稱 對(duì)稱 鋼，鍛鐵 3 5 8 12 鍛鐵 4 6 10 15 所以安全系數(shù)為5，=600，所以 ==120MPa,由現(xiàn)有的參數(shù)可以算出，δ≥0.005mm所以所取的δ=8.5mm壁厚,合格。 為了保證整個(gè)系統(tǒng)的工作安全，液壓缸的工作壓力需要低于一定的極限值，所需要的計(jì)算公式如下： 式中： D—缸筒內(nèi)徑（m），D=0.063m； D1—缸筒的外徑（m），D1=0.08m； —缸筒的材料的屈服點(diǎn)為; 根據(jù)現(xiàn)有的參數(shù)可以算出P=25MPa≤62.19MPa,安全。 為了避免液壓缸的缸筒在高壓工作時(shí)產(chǎn)生塑性變形，而造成整個(gè)系統(tǒng)的損壞，液壓缸的額定壓力P值應(yīng)與造成塑性變形的壓力有一定的比例要求，要求公式如下： P≤（0.35～0.42） 式中： —液壓缸的缸筒發(fā)生完全塑性變形時(shí)所需要的最大壓力，計(jì)算公式為： 根據(jù)現(xiàn)有的參數(shù)可以算得，=84.71，0.38=32.19 由P=25MPa≤32.19,安全。 液壓缸的缸筒爆裂壓力PE()應(yīng)該盡量大于耐壓試驗(yàn)的最大壓力。查表知45號(hào)鋼的b=600MPa， 工作壓力P≤25MPa時(shí)，=1.5P=1.5×10=15MPa，可見(jiàn)PE大于實(shí)驗(yàn)壓力，合格。 缸筒底部厚度的計(jì)算 缸筒底部為平面時(shí)，其厚度 —試驗(yàn)壓力，當(dāng)工作壓力P≤25時(shí)，=1.5P，取=1.5×10=15； —液壓缸的缸底材料許用應(yīng)力（），材料選擇為45號(hào)鋼，所以＝600,安全系數(shù)取n=5， =/n=125。 算出 缸筒底部聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算 底部的聯(lián)接采用雙耳環(huán)連接，材料為ZG310-570鑄鋼，其抗拉強(qiáng)度為b=570(),：=/n=114MPa , 安全系數(shù)取n=5 D—缸筒內(nèi)徑（m） 缸頭厚度計(jì)算 選用螺釘聯(lián)接法蘭聯(lián)接方式，密封裝置選為橡膠密封圈密封，計(jì)算公式如下 式中 h—法蘭厚度； p—系統(tǒng)工作壓力； q—附件密封力； —螺釘孔分布圓直徑； —密封環(huán)外徑； —密封環(huán)平均直徑； —法蘭材料需用應(yīng)力； F—法蘭受力總和； d—密封環(huán)內(nèi)徑； 缸筒端部聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算 計(jì)算螺紋處的拉應(yīng)力： 計(jì)算螺紋出的剪應(yīng)力： 計(jì)算出合成應(yīng)力： 上式中 K1—螺紋連接處的摩擦系數(shù)，＝0.12； K—為擰緊螺紋的系數(shù)，取K＝3； —螺紋小徑，＝18.7mm； Z—螺釘數(shù)量，Z＝4； —螺紋外徑，＝22mm，螺距p=1.5。[11] 活塞與活塞桿的連接 在一般工作條件下，活塞與活塞桿采用螺紋連接。 7 液壓元件的選擇 在前面計(jì)算的數(shù)據(jù)和已經(jīng)確定的升降舞臺(tái)液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)和選定的液壓系統(tǒng)原理圖，可以就本設(shè)計(jì)選出適合的主要液壓元件。 7.1液壓泵的選擇 由前面的液壓系統(tǒng)原理圖給出整個(gè)系統(tǒng)采用一個(gè)液壓泵供油方式，因此結(jié)合價(jià)格，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝容易各方面要求，液壓泵選擇單齒輪泵就能夠滿足本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)舞臺(tái)升降的要求。 液壓泵的選擇主要是依據(jù)液壓泵的工作壓力和流量進(jìn)行選擇。 （1） 液壓泵的工作壓力 由設(shè)計(jì)前面計(jì)算可以得出整個(gè)液壓系統(tǒng)所需要的最大工作壓力為15MPa，而這一工作壓力作為液壓系統(tǒng)中液壓泵的額定工作壓力。所以可以選擇額定工作壓力16MPa的液壓泵。[12] （2） 液壓泵的流量 前述計(jì)算得到液壓缸的所需要的理論流量為，設(shè)齒輪泵容積效率，所選擇的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r/min，則根據(jù)前面設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)，可以得到液壓泵的排量為： 根據(jù)Sauer-Danfoss液壓配件，上海博業(yè)有限公司所給出的齒輪泵樣本表顯示。由樣本表中可以得出SNP1系列中與相接近的齒輪泵的排量為有兩個(gè)：分別為和，但是這個(gè)排量更接近于所得到的排量。但如果選擇排量的液壓泵的話，那么在整個(gè)系統(tǒng)工作的過(guò)程中就會(huì)有較大的油液經(jīng)過(guò)溢流閥的閥口溢流回到油箱，造成的能量的浪費(fèi)，并會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)嚴(yán)重發(fā)熱，所以這里選擇SNP1系列中排量為的齒輪泵利用率將更高。而前面已經(jīng)假設(shè)了液壓泵的容積效率為90%，但是在實(shí)際的工作情況中，液壓泵的容積效率會(huì)略高于90%，在低負(fù)載的情況下體現(xiàn)的更加明顯， 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也會(huì)高于1500r/min，這樣就會(huì)造成液壓泵在實(shí)際情況下輸出的流量會(huì)比計(jì)算出的流量偏大。[13] 液壓泵處于滿負(fù)載情況下（此時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)值為1500r/min，齒輪泵的容積效率取90%）的流量為 液壓泵處于半負(fù)載的情況下（此時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)值為1550r/min，齒輪泵的容積效率取93%）的流量為 小于升降系統(tǒng)所需要的流量值，因此不能能夠滿足設(shè)計(jì)要求。 這時(shí)只能選擇排量的液壓泵，在壓泵處于滿負(fù)載情況下（此時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)值為1500r/min，齒輪泵的容積效率取90%）的流量為 而液壓泵在半負(fù)載的情況下（此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速數(shù)值1550r/min，齒輪泵的容積效率取93%）的流量為 因小排量的不能滿足設(shè)計(jì)要求，沒(méi)辦法的前提下只能選擇會(huì)造成能源浪費(fèi)的的排量的齒輪泵。 7.2電動(dòng)機(jī)的選擇 為減少剪叉式升降舞臺(tái)工作裝置液壓系統(tǒng)的尺寸，簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)液壓泵工作。在選擇液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，需要電動(dòng)機(jī)功率能夠滿足升降舞臺(tái)齒輪泵的供油流量就可以了。在最大的實(shí)際工作負(fù)載下，液壓泵的實(shí)際輸出功率為；： 齒輪泵機(jī)械效率和容積效率之和通常在80%~85%之間，取齒輪泵的機(jī)械效率和容積效率為80%，可以計(jì)算得出所需要的電動(dòng)機(jī)的功率為： 7.3液壓閥的選擇 圖中舞臺(tái)升降工作裝置液壓系統(tǒng)有齒輪泵供油，因此對(duì)于升降系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，經(jīng)換向閥，單向閥，溢流閥，電液比例調(diào)速閥等各種閥口的的最大流量均為4.77L/min，各液壓元件的額定工作壓力應(yīng)大于整個(gè)升降系統(tǒng)的最大工作壓力的值15MPa；對(duì)于夾緊液壓系統(tǒng)本設(shè)計(jì)中不考慮。 在挑選溢流閥的型號(hào)時(shí)，由于它在整個(gè)升降系統(tǒng)中作為安全閥，所以溢流閥的調(diào)定壓力應(yīng)高于整個(gè)系統(tǒng)的供油壓力的10%左右。根據(jù)前面的計(jì)算整個(gè)升降系統(tǒng)溢流閥的壓力設(shè)為16MPa是比較合適的，對(duì)于具體的調(diào)定數(shù)值會(huì)在系統(tǒng)性能驗(yàn)算一節(jié)中再一步的進(jìn)行核算。[15] 為了確定各種液壓閥的型號(hào)，經(jīng)翻閱相關(guān)的生產(chǎn)廠家所提供的液壓閥樣本型號(hào)，確定本設(shè)計(jì)的剪叉式升降舞臺(tái)升降裝置液壓系統(tǒng)各個(gè)液壓閥的型號(hào)及技術(shù)參數(shù)如下表5所示。 表5 液壓元件型號(hào)及技術(shù)參照表 序號(hào) 元件名稱 規(guī)格 額定流量/（L/min） 最高使用壓力/MPa 型號(hào) 1 液控單向閥3 40 25 CP*-T-03-*-*-50 2 電磁溢流閥1 200 31.5 DBWH6P-10/200 3 .單向閥4.7 10 21 DXF6-G 4 電液比例調(diào)速閥5 10 5~63 BKQI-10B 5 三位四通電磁換向閥6 12 31.5 4WE6C 7.4管路的選擇 本次設(shè)計(jì)所需要的液壓管路的直徑可以通過(guò)設(shè)計(jì)中涉及的液壓元件的油液進(jìn)出口的口徑來(lái)選擇管路直徑的大小，也可通過(guò)管路中流速的推薦進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算來(lái)確定管路的直徑大小。 根據(jù)液壓系統(tǒng)經(jīng)典設(shè)計(jì)實(shí)例中給出的液壓管路推薦范圍，假如這里的液壓泵的排油管路中油液的運(yùn)動(dòng)速度為5m/s。而液壓泵吸油管路中的油液運(yùn)動(dòng)速度為1m/s。還需要結(jié)合工作環(huán)境、功率的損失、熱和噪音的產(chǎn)生以及振動(dòng)等方面的因素對(duì)液壓系統(tǒng)管路中油液的流動(dòng)速度的影響。 在半載工況的情況下，此時(shí)齒輪泵管路中的最大流量為 則管道的最小橫截面面積為 由可知 即 為了減小管路中壓力的損失，選擇管徑時(shí)應(yīng)選擇大一些的油管作為工作油管，取管子直徑為5mm的油管即可滿足。 而齒輪泵的吸油管路中所流過(guò)的最大流量就是此液壓泵的理論流量，即， 則管道的最小橫截面面積為： 由可知： 即 D=9.2mm。 查閱液壓管路口徑的標(biāo)準(zhǔn)值，管路直徑有9mm的，但9.2mm大于9mm，又因?yàn)闉榱藴p少壓力損失，所以經(jīng)過(guò)選擇應(yīng)該選擇管路直徑為10mm的油管最為合適。 7.5油箱的設(shè)計(jì) 根據(jù)儲(chǔ)油量的要求，可以初步確定油箱的容積為： 已知齒輪泵理論排量按下式計(jì)算=5L/min，對(duì)于低壓機(jī)械，在計(jì)算油箱的有效容積時(shí)應(yīng)取a的值為3。則 所以油箱總?cè)莘e為查閱液壓泵油箱公稱容積系列，得到油箱整體容積選擇20L。[13] 8 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 8.1壓力損失驗(yàn)算 本設(shè)計(jì)的剪叉式升降舞臺(tái)液壓控制系統(tǒng)的壓力損失包括三個(gè)部分的壓力損失，①在整個(gè)工作管路中，油液經(jīng)過(guò)進(jìn)油管所產(chǎn)生的沿程壓力的損失、②油液在管路中的每一個(gè)管接頭和每一個(gè)彎管處的管路局部壓力的損失、③油液流經(jīng)每一個(gè)閥的局部壓力的損失。但由于剪叉式升降舞臺(tái)液壓系統(tǒng)主管路比較短，管接頭與彎管也不多，因此沿程壓力的損失和各個(gè)管接頭和每個(gè)彎管等處的管路局部壓力的損失可以忽略不計(jì)，所以整個(gè)剪叉式升降舞臺(tái)液壓系統(tǒng)的壓力損失主體來(lái)之于油液經(jīng)過(guò)各個(gè)閥造成的局部壓力損失。由原理圖的擬定可以得出，整個(gè)升降系統(tǒng)在升降的過(guò)程中各個(gè)閥產(chǎn)生的局部壓力損失主要包括液比例調(diào)速閥5、三位四通電磁換向閥6、單向閥7、兩個(gè)單向閥4和液控單向閥3每個(gè)閥口產(chǎn)生的局部壓力損失之和。[4] 對(duì)于整個(gè)升降系統(tǒng)，經(jīng)查閱各個(gè)閥的開(kāi)啟壓力值為：?jiǎn)蜗蜷y7、液控單向閥3和單向閥4的開(kāi)啟壓力都為0.035MPa；在管路中的流量為5L/min時(shí)，三位四通電磁換向閥6產(chǎn)生的壓力損失值約為0.5MPa；而在管路中的流量為5L/min時(shí)，電液比例調(diào)速閥5產(chǎn)生的壓力損失值約為0.5MPa。所以，整個(gè)升降系統(tǒng)中進(jìn)油管路的局部損失為 所以溢流閥的調(diào)定壓力值應(yīng)為 而上面的整個(gè)系統(tǒng)溢流閥的調(diào)定壓力取16MPa是合適的。 8.2系統(tǒng)溫升驗(yàn)算 對(duì)于剪叉式升降舞臺(tái)，剪叉式支撐桿在處于閑置或者負(fù)載下降時(shí)，換向閥工作處于中位時(shí)，齒輪泵在低壓情況下有的油液流量會(huì)流回油箱，此時(shí)齒輪泵處于卸荷的狀態(tài)，因此齒輪泵損失的功率比較小。在舞臺(tái)處于負(fù)載上升時(shí)，齒輪泵的大部分油液的流量會(huì)進(jìn)入液壓缸中。當(dāng)負(fù)載上升達(dá)到最高位置時(shí)，齒輪 泵會(huì)以的額定流量從溢流閥溢流回到油箱，這將造成不必要的能量消耗。[4] 設(shè)泵流量的功率90%都經(jīng)過(guò)溢流閥流失，那么損失的功率為： 油液溫度的升高計(jì)算公式為： 式中—液壓油液的密度，取870kg/； —液壓油液的比定壓熱容，對(duì)于普通的石油型液壓油液，，取。 那么油液的溫度會(huì)升高的度數(shù)為 經(jīng)計(jì)算和查閱資料上述溫升在低壓機(jī)械溫度升高可以接受的范圍內(nèi)，而且計(jì)算出來(lái)的是最大的溫升，且這個(gè)情況只會(huì)出現(xiàn)剪叉式升降舞臺(tái)在上升到最高位置時(shí)才會(huì)出現(xiàn)，因此該剪叉式升降舞臺(tái)裝置液壓系統(tǒng)不必設(shè)置冷卻器。[6] 9 總結(jié) 經(jīng)過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)剪叉式升降舞臺(tái)從一無(wú)所知到現(xiàn)在對(duì)其有了大部分的了解，前期在一些工地上觀看了非常多種的升降平臺(tái)，收集到了非常可觀的實(shí)體資料和照片，還在實(shí)習(xí)的工廠里面發(fā)現(xiàn)了固定式的氣動(dòng)的載物升降舞臺(tái)，都為這次設(shè)計(jì)提供了大量的經(jīng)驗(yàn)。剛開(kāi)始寫(xiě)論文時(shí)先對(duì)任務(wù)書(shū)的要求仔細(xì)的觀看了一遍，有了大致的目標(biāo)和方向，再是對(duì)開(kāi)題報(bào)告的書(shū)寫(xiě)，查閱了非常多的國(guó)內(nèi)為有關(guān)剪叉式升降舞臺(tái)的資料。對(duì)于設(shè)計(jì)部分，首先用SolidWorks將剪叉式舞臺(tái)的結(jié)構(gòu)立體圖畫(huà)了出來(lái)，以便于更好的觀看舞臺(tái)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，再進(jìn)行了液壓系統(tǒng)的擬定，然后對(duì)液壓缸進(jìn)行了設(shè)計(jì)與計(jì)算，最后進(jìn)行了液壓元件的選擇和系統(tǒng)性能的驗(yàn)算。但論文部分寫(xiě)完之后就是對(duì)液壓缸零件圖和裝配圖和繪制，經(jīng)過(guò)多次的修改終于達(dá)到了肖老師和劉老師的認(rèn)可。 通過(guò)這次實(shí)踐，我了解了剪叉式升降舞臺(tái)升降裝置液壓系統(tǒng)的主要工作原理及用途，對(duì)這次的設(shè)計(jì)步驟也了然一心。在這次設(shè)計(jì)中也讓我更早的進(jìn)入了社會(huì)，對(duì)社會(huì)有了一定的認(rèn)識(shí)，還培養(yǎng)了我獨(dú)自動(dòng)手設(shè)計(jì)分析的能力。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)四年來(lái)所學(xué)了一次非常有標(biāo)志性的檢驗(yàn)，整合了我這大學(xué)所學(xué)的大部分知識(shí)和能力。也為我在對(duì)今后的工作選擇有了一定的目標(biāo)性，不會(huì)那么的迷茫。 剪叉式升降類液壓機(jī)械對(duì)液壓系統(tǒng)的要求是安全可靠、效率高、成本低。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，對(duì)剪叉式升降舞臺(tái)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下： （1） 通過(guò)采用低成本的齒輪泵作為能源，普通的電磁換向閥作為控制元件，使得整個(gè)系統(tǒng)造價(jià)低，易于維護(hù)。 （2） 為了保證系統(tǒng)的工作安全，對(duì)于涉及到下降工況的液壓系統(tǒng)機(jī)械，應(yīng)采用平衡回路來(lái)保證升降的一致性，本設(shè)計(jì)將電液比例調(diào)速閥運(yùn)用到了液壓系統(tǒng)中，式升降過(guò)程中的速度一致。 （3） 為了提高系統(tǒng)在不同高度都可以做到安全定位，系統(tǒng)增加了夾緊閥，使得舞臺(tái)面在某一平面上更牢固。 參考文獻(xiàn) [1]李壯云主編，賀小峰、萬(wàn)雄會(huì)副主編.《液壓元件與系統(tǒng)》3版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.6. 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[15]陳次昌，宋文武.《流體機(jī)械基礎(chǔ)》[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009. 致謝 大學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我們一次全面運(yùn)用大學(xué)四年所學(xué)到的知識(shí)。在書(shū)寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)遇到了一大把的問(wèn)題都是經(jīng)過(guò)指導(dǎo)老師XX老師耐心的解答，尤其是老師的一句“隨時(shí)聯(lián)系”給了我非常大的動(dòng)力。還有輔導(dǎo)老師XX老師也對(duì)我們付出了很多的心血，而且時(shí)刻提醒我們畢業(yè)論文的進(jìn)度一定要跟上，每次放松下來(lái)時(shí)都會(huì)在他們的鼓勵(lì)下更進(jìn)一步。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)也讓我重新?lián)炱鹆撕镁脹](méi)有使用的軟件,如CAD和SW。以前所學(xué)的CAD只有簡(jiǎn)單的畫(huà)圖,經(jīng)過(guò)這次經(jīng)歷對(duì)CAD有了全面的了解,學(xué)會(huì)了規(guī)范的工程制圖。在這里還要感謝一下班上的一些同學(xué)，幫助我解決了CAD上面的一些問(wèn)題，如零件圖圖紙的選擇，還有字體標(biāo)注箭頭大小的設(shè)置等等。感謝同學(xué)在自己還要書(shū)寫(xiě)論文的情況下還傾聽(tīng)我的問(wèn)題，并細(xì)心的幫我答疑。也感謝XX每一位教過(guò)我的老師。 第 45 頁(yè) 共 45 頁(yè)