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內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）
內(nèi)蒙古科技大學(xué)
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）
題 目：全液壓升降機(jī)設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
專 業(yè)：
班 級(jí)：
指導(dǎo)教師：
目 錄
第一章 緒論 ---------------------------------------------------------------------------- 4
第二章 工藝參數(shù)和工況分析---------------------------------------------------------6
第三章 升降機(jī)機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算------------------------------------------------7
3.1 升降機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)動(dòng)機(jī)理-------------------------------------------- 7
3.1.1 升降機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)形式--------------------------------------------------------------7
3.1.1 升降機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)理的分析-----------------------------------------------------------7
3.2 升降機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和零件的設(shè)計(jì)------------------------------------------------9
3.2.1 升降機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定-----------------------------------------------------9
3.2.2零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和校核-----------------------------------------------------------14
第四章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，總體規(guī)劃------------------------------------------22
第五章 執(zhí)行元件的速度載荷---------------------------------------------------------23
5.1 執(zhí)行元件類型、數(shù)量、安裝位置-----------------------------------------------23
5.2 速度和載荷計(jì)算--------------------------------------------------------------------24
5.2.1 速度計(jì)算及速度變化規(guī)律------------------------------------------------------24
5.2.2 執(zhí)行元件的載荷計(jì)算及變化規(guī)律---------------------------------------------25
第六章 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定---------------------------------------------------28
6.1 系統(tǒng)壓力的初步確定--------------------------------------------------------------28
6.2 液壓執(zhí)行元件的主要參數(shù)--------------------------------------------------------28
6.2.1 液壓缸的作用力------------------------------------------------------------------28
6.2.2 缸筒內(nèi)徑的確定------------------------------------------------------------------29
6.2.3 活塞桿直徑的確定---------------------------------------------------------------30
6.2.4 液壓缸壁厚，最小導(dǎo)向長度，液壓缸長度的確定------------------------31
6.2.5 液壓缸的流量---------------------------------------------------------------------33
第七章 液壓系統(tǒng)方案的選擇和論證------------------------------------------------34
7.1 油路循環(huán)方式的分析和選擇-----------------------------------------------------34
7.2 開式系統(tǒng)油路組合方式的分析選擇--------------------------------------------35
7.3 調(diào)速方案的選擇--------------------------------------------------------------------36
7.4 液壓系統(tǒng)原理圖的確定-----------------------------------------------------------36
第八章 液壓元件的選擇計(jì)算及其連接---------------------------------------------37
8.1 油泵和電機(jī)選擇--------------------------------------------------------------------37
8.1.1 泵的額定流量和額定壓力------------------------------------------------------37
8.1.2 電機(jī)功率的確定------------------------------------------------------------------38
8.1.3 連軸器的選用---------------------------------------------------------------------40
8.2 控制閥的選用-----------------------------------------------------------------------41
8.2.1 壓力控制閥------------------------------------------------------------------------41
8.2.2 流量控制閥------------------------------------------------------------------------42
8.2.3 方向控制閥------------------------------------------------------------------------42
8.3 管路，過濾器，其他輔助元件的選擇計(jì)算-----------------------------------43
8.3.1 管路---------------------------------------------------------------------------------43
8.3.2 過濾器的選擇---------------------------------------------------------------------44
8.3.3 輔件的選擇------------------------------------------------------------------------45
8.4 液壓元件的連接--------------------------------------------------------------------45
8.4.1 液壓裝置的總體布置------------------------------------------------------------45
8.4.2 液壓元件的連接------------------------------------------------------------------46
第九章 油箱及附件---------------------------------------------------------------------47
9.1 油箱的容積--------------------------------------------------------------------------47
9.1.1 按使用情況確定油箱容積------------------------------------------------------47
9.1.2 按系統(tǒng)發(fā)熱和散熱計(jì)算確定油箱容量---------------------------------------47
第十章 液壓泵站的選擇---------------------------------------------------------------50
10.1 液壓泵站的組成及分類----------------------------------------------------------50
10.2 液壓泵站的選擇-------------------------------------------------------------------50
第十一章 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)---------------------------------------------------------51
11.1 缸筒----------------------------------------------------------------------------------51
11.1.1 缸筒與缸蓋的連接形式--------------------------------------------------------51
11.1.2 強(qiáng)度計(jì)算--------------------------------------------------------------------------52
11.1.3 缸筒材料及加工要求-----------------------------------------------------------53
11.1.4 缸蓋材料及加工要求-----------------------------------------------------------54
11.2 活塞和活塞桿----------------------------------------------------------------------54
11.2.1 活塞和活塞桿的結(jié)構(gòu)形式-----------------------------------------------------54
11.2.2 活塞、活塞桿材料及加工要求-----------------------------------------------55
11.3 活塞桿導(dǎo)向套----------------------------------------------------------------------56
11.4 排氣裝置----------------------------------------------------------------------------56
11.5 進(jìn)出油口尺寸的確定-------------------------------------------------------------57
11.6 密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)選擇-------------------------------------------------------------57
第十二章 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算---------------------------------------------------------58
總結(jié)------------------------------------------------------------------------------------------60
參考文獻(xiàn)------------------------------------------------------------------------------------61
摘 要
本次設(shè)計(jì)的題目是全液壓升降機(jī)的設(shè)計(jì)，它主要包括三個(gè)部分的內(nèi)容：主機(jī)的設(shè)計(jì)，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，控制部分的設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)中將液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做為主要的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，主機(jī)的設(shè)計(jì)根據(jù)升降臺(tái)工作時(shí)的主要工作部件進(jìn)行大概的估算。液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)又主要包括了動(dòng)力源，控制元件，執(zhí)行元件，輔助元件的設(shè)計(jì)?？刂撇糠值脑O(shè)計(jì)為附加部分，主要設(shè)計(jì)控制電路圖。
關(guān)鍵字：升降機(jī) 液壓系統(tǒng) 執(zhí)行元件
ABSTRACT
This design topic is the entire plunger elevator design, it mainly includes three partial contents: Host computer design, hydraulic system design, control section design. Makes in this design the hydraulic system design for the main content carries on the design, time the host computer design basis shengjiang--tai work main working part carries on the general estimate. The hydraulic system design has mainly included the power supply, checks the part, the functional element, auxiliary part design. The control section design for supplements the part, mainly designs the check circuit diagram.
Keywords: Elevator hydraulic system functional element
第一章 緒 論
這次畢業(yè)是學(xué)校為我們每個(gè)工科學(xué)生安排的一次實(shí)踐性的總結(jié)，使就業(yè)前的一次大練兵，是對(duì)每個(gè)學(xué)生四年來所學(xué)知識(shí)的總體檢測(cè)，使我們?yōu)檫M(jìn)入工廠工作做好了準(zhǔn)備。
本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是液壓升降臺(tái)的設(shè)計(jì)，升降機(jī)是一種升降性能好，適用范圍廣的貨物舉升機(jī)構(gòu)，可用于生產(chǎn)流水線高度差設(shè)備之間的貨物運(yùn)送，物料上線，下線，共件裝配時(shí)部件的舉升，大型機(jī)庫上料，下料，倉儲(chǔ)裝卸等場(chǎng)所，與叉車等車輛配套使用，以及貨物的快速裝卸等。它采用全液壓系統(tǒng)控制，采用液壓系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：
（1）在同等的體積下，液壓裝置能比其他裝置產(chǎn)生更多的動(dòng)力，在同等的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕，功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊，液壓馬達(dá)的體積和重量只有同等功率電機(jī)的12%。
（2）液壓裝置工作比較平穩(wěn)，由于重量輕，慣性小，反應(yīng)快，液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)，制動(dòng)和頻繁的換向。
（3）液壓裝置可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，（調(diào)速范圍可達(dá)到2000），還可以在運(yùn)行的過程中實(shí)現(xiàn)調(diào)速。
（4）液壓傳動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，他對(duì)液體壓力，流量和流動(dòng)方向易于進(jìn)行調(diào)解或控制。
（5）液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。
（6）液壓元件以實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，通用化，壓也系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造和使用都比較方便。
當(dāng)然液壓技術(shù)還存在許多缺點(diǎn)，例如，液壓在傳動(dòng)過程中有較多的能量損失，液壓傳動(dòng)易泄露，不僅污染工作場(chǎng)地，限制其應(yīng)用范圍，可能引起失火事故，而且影響執(zhí)行部分的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性及正確性。對(duì)油溫變化比較敏感，液壓元件制造精度要求較高，造價(jià)昂貴，出現(xiàn)故障不易找到原因，但在實(shí)際的應(yīng)用中，可以通過有效的措施來減小不利因素帶來的影響。
我國的液壓技術(shù)是在新中國成立以后才發(fā)展起來的。自從1952年試制出我國第一個(gè)液壓元件——齒輪泵起，迄今大致經(jīng)歷了仿制外國產(chǎn)品，自行設(shè)計(jì)開發(fā)和引進(jìn)消化提高等幾個(gè)階段。
進(jìn)年來，通過技術(shù)引進(jìn)和科研攻關(guān)，產(chǎn)品水平也得到了提高，研制和生產(chǎn)出了一些具先進(jìn)水平的產(chǎn)品。
目前，我國的液壓技術(shù)已經(jīng)能夠?yàn)橐苯?、工程機(jī)械、機(jī)床、化工機(jī)械、紡織機(jī)械等部門提供品種比較齊全的產(chǎn)品。
但是，我國的液壓技術(shù)在產(chǎn)品品種、數(shù)量及技術(shù)水品上，與國際水品以及主機(jī)行業(yè)的要求還有不少差距，每年還需要進(jìn)口大量的液壓元件。
今后，液壓技術(shù)的發(fā)展將向著一下方向：
（1）提高元件性能，創(chuàng)制新型元件，體積不斷縮小。
（2）高度的組合化，集成化，模塊化。
（3）和微電子技術(shù)結(jié)合，走向智能化。
總之，液壓工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的比重是很大的，他和氣動(dòng)技術(shù)常用來衡量一個(gè)國家的工業(yè)化水平。
本次設(shè)計(jì)嚴(yán)格按照指導(dǎo)要求進(jìn)行，其間得到老師和同學(xué)們的幫助，在此向他們表示誠摯的謝意。
由于本人水平和知識(shí)所限，其中錯(cuò)誤在所難免，懇望老師予以指導(dǎo)修正。
第二章 工藝參數(shù)計(jì)工況分析
2.1 升降級(jí)的工藝參數(shù)
本設(shè)計(jì)升降機(jī)為全液壓系統(tǒng)，相關(guān)工藝參數(shù)為：
額定載荷：2500kg
最低高度：200 mm
最大起升高度：1500mm
最大高度：1700mm
平臺(tái)尺寸：4000x2000mm
電源：380v,50Hz
2.2工況分析
本升降機(jī)是一種升降性能好，適用范圍廣的貨物舉升機(jī)構(gòu)，和用于生產(chǎn)流水線高度差設(shè)備之間的貨物運(yùn)送，物料上線、下線。工件裝配時(shí)調(diào)節(jié)工件高度，高出給料機(jī)運(yùn)送，大型部件裝配時(shí)的部件舉升，大型機(jī)庫上料、下料 。倉儲(chǔ)，裝卸場(chǎng)所，與叉車等裝運(yùn)車輛配套使用，即貨物的快速裝卸等。
該升降臺(tái)主要有兩部分組成：機(jī)械系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)。機(jī)械機(jī)構(gòu)主要起傳遞和支撐作用，液壓系統(tǒng)主要提供動(dòng)力，他們兩者共同作用實(shí)現(xiàn)升降機(jī)的功能。
第三章 升降機(jī)機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算
3.1 升降機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)動(dòng)機(jī)理
3.1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)型式
根據(jù)升降機(jī)的平臺(tái)尺寸，參考國內(nèi)外同類產(chǎn)品的工藝參數(shù)可知，該升降機(jī)宜采用單雙叉機(jī)構(gòu)形式：即有兩個(gè)單叉機(jī)構(gòu)升降臺(tái)合并而成，有四個(gè)同步液壓缸做同步運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到升降機(jī)升降的目的。其具體結(jié)構(gòu)形式為：
圖3.1
圖3.1所示即為該升降機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式，其中1.2.3.4.為支架，主要起支撐作用和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化形式的作用，一方面支撐上頂板的載荷，一方面通過其鉸接將液壓缸的繩縮運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為平臺(tái)的升降運(yùn)動(dòng)，上頂板與載荷直接接觸，將載荷轉(zhuǎn)化為均布載荷，從而增強(qiáng)局部承載能力。下底架主要起支撐和載荷傳遞作用，它不僅承擔(dān)著整個(gè)升降機(jī)的重量，而且能將作用力傳遞到地基上。通過這些機(jī)構(gòu)的相互配合，實(shí)現(xiàn)升降機(jī)的穩(wěn)定和可靠運(yùn)行。
3.1.2 升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)理
升降機(jī)的基本運(yùn)動(dòng)機(jī)理如下圖所示：
圖3.2
兩支架在o 點(diǎn)鉸接，支架1上下端分別固定在上、下板面上，通過活塞桿的伸縮和鉸接點(diǎn)o 的作用實(shí)現(xiàn)貨物的舉升。
根據(jù)以上分析，升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)過程可以敘述如下：支架2、3為升降機(jī)機(jī)構(gòu)中的固定支架，他們與底板的鉸接點(diǎn)做不完整的圓周運(yùn)動(dòng)，支架1、4為活動(dòng)支架，他們?cè)谝簤焊椎淖饔孟掠勺畛醯膸缀跛綘顟B(tài)逐漸向后來的傾斜位置運(yùn)動(dòng)，在通過支架之間的絞合點(diǎn)帶動(dòng)2、3也不斷向傾斜位置運(yùn)動(dòng)，以使升降機(jī)升降。
圖3.3
初態(tài)時(shí)，上寫底板處于合閉狀態(tài)，支架1、2、3、4可近似看作為水平狀態(tài)，隨著液壓油不斷的輸入到液壓缸中，活塞桿外伸，將支架2頂起，支架2 上升時(shí)，由于絞合點(diǎn)o的作用使支架1 運(yùn)動(dòng)，1與液壓缸相連，從而液壓缸也開始運(yùn)動(dòng)，通過一系列的相互運(yùn)動(dòng)和作用，使上頂板上升，當(dāng)上升到指定高度時(shí)，液壓缸停止運(yùn)動(dòng)，載荷便達(dá)到指定高度。
3.2 升降機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和零件設(shè)計(jì)
3.2.1 升降機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇和確定
根據(jù)升降臺(tái)的工藝參數(shù)和他的基本運(yùn)動(dòng)機(jī)理來確定支架1、2、3、4的長度和截面形狀。之間的距離和液壓缸的工作行程。
設(shè)()，則1、2、3、4支架的長度可以確定為,即支架和地板垂直時(shí)的高度應(yīng)大于,這樣才能保證其最大升降高度達(dá)到，其運(yùn)動(dòng)過程中任意兩個(gè)位置的示意圖表示如下：
圖3.4
設(shè)支架1、2和3、4都在其中點(diǎn)處絞合，液壓缸頂端與支架絞合點(diǎn)距離中點(diǎn)為t ,根據(jù)其水平位置的幾何位置關(guān)系可得： .
下面根據(jù)幾何關(guān)系求解上述最佳組合值：
初步分析：值范圍為 ,取值偏小，則上頂板點(diǎn)承力過大，還會(huì)使支架的長度過長，造成受力情況不均勻。X值偏小，則會(huì)使液壓缸的行程偏大，并且會(huì)造成整個(gè)機(jī)構(gòu)受力情況不均勻。在該設(shè)計(jì)中，可以選擇幾個(gè)特殊值：=0.4m, =0.6m, =0.8m，分別根據(jù)數(shù)學(xué)關(guān)系計(jì)算出h和t。然后分析上下頂板的受力情況。選取最佳組合值便可以滿足設(shè)計(jì)要求。
（1） =0.4
支架長度為h=2-x/2=1.8m
=h/2=0.9m
液壓缸的行程設(shè)為l,升降臺(tái)上下頂板合并時(shí)，根據(jù)幾何關(guān)系可得到：
l+t=0.9
升降臺(tái)完全升起時(shí)，有幾何關(guān)系可得到：
=
聯(lián)合上述方程求得：
t=0.355m
l=0.545m
即液壓缸活塞桿與2 桿絞合點(diǎn)與2 桿中心距為0.355m.活塞行程為0.545m
（2） =0.6
支架長度為=2-x/2=1.7m
=h/2=0.85m
液壓缸的行程設(shè)為l,升降臺(tái)上下頂板合并時(shí)，根據(jù)幾何關(guān)系可得到：
l+t=0.9
升降臺(tái)完全升起時(shí)，有幾何關(guān)系可得到：
=
聯(lián)合上述方程求得：
t=0.32m
l=0.53m
即液壓缸活塞桿與2 桿絞合點(diǎn)與2 桿中心距為0.32m.活塞行程為0.53m
（3） =0.8
支架長度為=2-x/2=1.6m
=h/2=0.8m
液壓缸的行程設(shè)為l,升降臺(tái)上下頂板合并時(shí)，根據(jù)幾何關(guān)系可得到：
l+t=0.9
升降臺(tái)完全升起時(shí)，有幾何關(guān)系可得到：
=
聯(lián)合上述方程求得：
t=0.284m
l=0.516m
即液壓缸活塞桿與2 桿絞合點(diǎn)與2 桿中心距為0.284m.活塞行程為0.516m
現(xiàn)在對(duì)上述情況分別進(jìn)行受力分析：
（4） x=0.4m ,受力圖如下所示：
（5） x=0.6m ,受力圖如下所示
（6） x=0.8m ,受力圖如下所示
圖3.5
比較上述三種情況下的載荷分布狀況，x去小值，則升到頂端時(shí)，兩相互絞合的支架間的間距越大，而此時(shí)升降臺(tái)的載荷為均布載荷，有材料力學(xué)理論可知，此時(shí)兩支架中點(diǎn)出所受到的彎曲應(yīng)力為最大，可能會(huì)發(fā)生彎曲破壞，根據(jù)材料力學(xué)中提高梁的彎曲強(qiáng)度的措施
知，合理安排梁的受力情況，可以降低值，從而改善提高其承載能力。分析上述x=0.4m.x=0.6m,x=0.8m時(shí)梁的受力情況和載荷分布情況，可以選擇第二種情況，即x=0.6m時(shí)的結(jié)構(gòu)作為升降機(jī)固定點(diǎn)的最終值，由此便可以確定其他相關(guān)參數(shù)如下：
t=0.32m. l=0.53m, h=1.7m
3.2.2 升降機(jī)支架和下底板結(jié)構(gòu)的確定
3.2.2.1 上頂板結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度校核
上頂板和載荷直接接觸，其結(jié)構(gòu)采用由若干根相互交叉垂直的熱軋槽剛通過焊接形式焊接而成，然后在槽鋼的四個(gè)側(cè)面和上頂面上鋪裝4000x2000x3mm的汽車板，其結(jié)構(gòu)形式大致如下所示：
圖3.7
沿平臺(tái)的上頂面長度方向布置4根16號(hào)熱軋槽剛，沿寬度方向布置6根10號(hào)熱軋槽剛，組成上圖所示的上頂板結(jié)構(gòu)。在最外緣延長度方向加工出安裝上下支架的滑槽。以便上下支架的安裝?；鄣木唧w尺寸根據(jù)上下支架的具體尺寸和結(jié)構(gòu)而定。
沿長度方向的4根16號(hào)熱軋槽剛的結(jié)構(gòu)參數(shù)為=,截面面積為，理論重量為，抗彎截面系數(shù)為。沿寬度方向的6根10號(hào)熱軋槽剛的結(jié)構(gòu)參數(shù)為=,截面面積為，理論重量為，抗彎截面系數(shù)為。
其質(zhì)量分別為：
4根16號(hào)熱軋槽剛的質(zhì)量為：
6根10號(hào)熱軋槽剛的質(zhì)量為：
菱形汽車鋼板質(zhì)量為：
3.2.2.2 強(qiáng)度校核
升降臺(tái)上頂板的載荷是作用在一平臺(tái)上的，可以認(rèn)為是一均布載荷，由于該平板上鋪裝汽車鋼板，其所受到的載荷為額定載荷和均布載荷之和，其載荷密度為：
F汽車鋼板和額定載荷重力之和。 N
l 載荷的作用長度。m,沿長度方向?yàn)?6m,寬度方向?yàn)?2m.
其中
帶入數(shù)據(jù)得：F=29604N
沿長度方向有：
帶入數(shù)據(jù)有：
分析升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)過程，可以發(fā)現(xiàn)在升降機(jī)剛要起升時(shí)和升降機(jī)達(dá)到最大高度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)梁受彎矩最大的情況 ，故強(qiáng)度校核只需要分析該狀態(tài)時(shí)的受力情況即可，校核如下：
其受力簡(jiǎn)圖為：
圖3.8
該升降臺(tái)有8個(gè)支架，共有8個(gè)支點(diǎn)，假設(shè)每個(gè)支點(diǎn)所受力為N，則平很方程可列為：
即
將N帶入上式中：
根據(jù)受力圖，其彎矩圖如下所示：
AB段：
=1850-925 （）
BC段：
=3700x-3145-925 （）
CD段與AB段對(duì)稱。
圖3.9
由彎矩圖可知該過程中的最大彎矩為 ：
根據(jù)彎曲強(qiáng)度理論：
即梁的最大彎曲應(yīng)力應(yīng)小于其許用彎曲應(yīng)力。
式中： W 抗彎截面系數(shù)
沿長度方向?yàn)?6號(hào)熱軋槽鋼
鋼的屈服極限
n 安全系數(shù) n=3
代入數(shù)據(jù)：
=
由此可知，強(qiáng)度符合要求。
升降臺(tái)升到最高位置時(shí)，分析過程如下：
與前述相同：
彎矩如下：
FA段： ()
=925
AB段： ()
=
BC段： ()
=
CD段與AB段對(duì)稱，AF段和DE段對(duì)稱.
圖３．９
由彎矩圖可知該過程中的最大彎矩為 ：
根據(jù)彎曲強(qiáng)度理論：
即梁的最大彎曲應(yīng)力應(yīng)小于其許用彎曲應(yīng)力。
式中： W 抗彎截面系數(shù) 沿長度方向?yàn)?6號(hào)熱軋槽鋼
鋼的屈服極限
n 安全系數(shù) n=3
代入數(shù)據(jù)：
=
由計(jì)算可知，沿平臺(tái)長度方向上4根16 號(hào)熱軋槽鋼完全可以保證升降臺(tái)的強(qiáng)度要求。
同樣分析沿寬度方向的強(qiáng)度要求：
均布載荷強(qiáng)度為：
F 汽車板及16號(hào)槽鋼與載荷重力
l 載荷作用長度 2x6=12m
帶入相關(guān)數(shù)據(jù)，
受力圖和彎矩圖如下所示：
（）
=
圖３．１０
由彎矩圖知：
最大彎曲應(yīng)力為：
故寬度方向也滿足強(qiáng)度要求。
3.2.2.3 支架的結(jié)構(gòu)
支架由8根形狀基本相同的截面為矩形的鋼柱組成，在支架的頂端和末端分別加工出圓柱狀的短軸，以便支架的安裝。支架在升降機(jī)結(jié)構(gòu)中的主要功能為載荷支撐和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化，將液壓缸的伸縮運(yùn)動(dòng)，通過與其鉸合的支點(diǎn)轉(zhuǎn)化為平臺(tái)的升降運(yùn)動(dòng)，支架的結(jié)構(gòu)除應(yīng)滿足安裝要求外，還應(yīng)保證有足夠的剛度和強(qiáng)度，一時(shí)期在升降運(yùn)動(dòng)中能夠平穩(wěn)安全運(yùn)行。
每根支架的上頂端承受的作用力設(shè)為N.則有等式：
求得：N=3848N
分析支架的運(yùn)動(dòng)形式和受力情況，發(fā)現(xiàn)支架在運(yùn)動(dòng)過程中受力情況比較復(fù)雜，它與另一支架鉸合點(diǎn)給予底座的固定點(diǎn)的受里均為大小和方向?yàn)槲粗氖噶?，故該問題為超靜定理論問題，已經(jīng)超出本文的討論范圍，本著定性分析和提高效率的原則，再次宜簡(jiǎn)化處理，簡(jiǎn)化的原則時(shí)去次留主，即將主要的力和重要的力在計(jì)算中保留，而將對(duì)梁的變形沒有很大影響的力忽略不計(jì)，再不改變其原有性質(zhì)的情況下可以這樣處理。根據(jù)甘原則，再次對(duì)制假所收的力進(jìn)行分析，可以看出與液壓缸頂桿聯(lián)結(jié)點(diǎn)的力為之家所受到的最主要的力，它不僅受液壓缸的推力，而且還將受到上頂班所傳遞的作用力，因此，與液壓缸頂桿相連接的支架所厚道的上頂板的力為它所受到的最主要的力，在此，將其他的力忽略，只計(jì)算上頂板承受的由載荷和自重所傳遞的載荷力。
計(jì)算簡(jiǎn)圖如下所示：
圖3.11
所產(chǎn)生的彎矩為：
每個(gè)支架的支點(diǎn)對(duì)上頂板的作用力 N
L 液壓缸與支架鉸合點(diǎn)距支點(diǎn)之間的距離 m
代入數(shù)據(jù)：
假定改支架為截面為長為a,寬為b的長方形，則其強(qiáng)度應(yīng)滿足的要求是：
式中： M 支架上所受到的彎矩 Nm
W 截面分別為a,b的長方形抗彎截面系數(shù)
所選材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼
將數(shù)據(jù)代入有：
求得：
上式表明：只要街面為a,b的長方形滿足條件，則可以滿足強(qiáng)度要求，取，則其 符合強(qiáng)度要求。
這些鋼柱的質(zhì)量為：
支架的結(jié)構(gòu)還應(yīng)該考慮裝配要求，液壓缸活塞桿頂端與支架采用耳軸結(jié)構(gòu)連接，因此應(yīng)在兩支架之間加裝支板，以滿足動(dòng)力傳遞要求。
3.2.2.4 升降機(jī)底座的設(shè)計(jì)和校核
升降機(jī)底座在整個(gè)機(jī)構(gòu)中支撐著平臺(tái)的全部重量，并將其傳遞到地基上，他的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是滿足強(qiáng)度要求即可，保證在升降機(jī)升降過程中不會(huì)被壓潰即可，不會(huì)發(fā)生過大大變形，其具體參數(shù)見裝配圖。
第四章 升降機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求
液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在本升降臺(tái)的設(shè)計(jì)中主要是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，它與主機(jī)的設(shè)計(jì)是緊密相關(guān)的，往往要同時(shí)進(jìn)行，所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)應(yīng)符合主機(jī)的拖動(dòng)、循環(huán)要求。還應(yīng)滿足組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作安全可靠，操縱維護(hù)方便，經(jīng)濟(jì)性好等條件。
本升降臺(tái)對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求可以總結(jié)如下：
升降臺(tái)的升降運(yùn)動(dòng)采用液壓傳動(dòng)，可選用遠(yuǎn)程或無線控制，升降機(jī)的升降運(yùn)動(dòng)由液壓缸的伸縮運(yùn)動(dòng)經(jīng)轉(zhuǎn)化而成為平臺(tái)的起降，其工作負(fù)載變化范圍為0~~~2500Kg，負(fù)載平穩(wěn)，工作過程中無沖擊載荷作用，運(yùn)行速度較低，液壓執(zhí)行元件有四組液壓缸實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)，要求其工作平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)合理，安全性優(yōu)良，使用于各種不同場(chǎng)合，工作精度要求一般.
第五章 執(zhí)行元件速度和載荷
5.1執(zhí)行元件類型、數(shù)量和安裝位置
類型選擇：
表5.1 執(zhí)行元件類型的選擇
運(yùn)動(dòng)形式
往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)
回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
往復(fù)擺動(dòng)
短行程
長行程
高速
低速
擺動(dòng)液壓馬達(dá)
執(zhí)行元件的類型
活塞缸
柱塞缸
液壓馬達(dá)和絲杠螺母機(jī)構(gòu)
高速液壓馬達(dá)
低速液壓馬達(dá)
根據(jù)上表選擇執(zhí)行元件類型為活塞缸，再根據(jù)其運(yùn)動(dòng)要求進(jìn)一步選擇液壓缸類型為雙作用單活塞桿無緩沖式液壓缸，其符號(hào)為：
圖5.1
數(shù)量：該升降平臺(tái)為雙單叉結(jié)構(gòu)，故其采用的液壓缸數(shù)量為4個(gè)完全相同的液壓缸，其運(yùn)動(dòng)完全是同步的，但其精度要求不是很高。
安裝位置：液壓缸的安裝方式為耳環(huán)型，尾部單耳環(huán)，氣缸體可以在垂直面內(nèi)擺動(dòng)，錢莊的位置為圖3.6 所示的前后兩固定支架之間的橫梁之上，橫梁和支架組成為一體，通過橫梁活塞的推力逐次向外傳遞，使升降機(jī)升降。
5.2速度和載荷計(jì)算
5.2.1 速度計(jì)算及速度變化規(guī)律
參考國內(nèi)升降臺(tái)類產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)可知。最大起升高度為1500mm時(shí)，其平均起升時(shí)間為45s，就是從液壓缸活塞開始運(yùn)動(dòng)到活塞行程末端所用時(shí)間大約為45s，設(shè)本升降臺(tái)的最小氣升降時(shí)間為40s,最大起升時(shí)間為50s，由此便可以計(jì)算執(zhí)行元件的速度v:
式中： v 執(zhí)行元件的速度 m/s
L 液壓缸的行程 m
t 時(shí)間 s
當(dāng) 時(shí)：
=0.01325
當(dāng) 時(shí)：
液壓缸的速度在整個(gè)行程過程中都比較平穩(wěn)，無明顯變化，在起升的初始階段到運(yùn)行穩(wěn)定階段，其間有一段加速階段，該加速階段加速度表較小，因此速度變化不明顯，形成終了時(shí)，有一個(gè)減速階段，減速階段加速度亦比較小，因此可以說升降機(jī)在整個(gè)工作過程中無明顯的加減速階段，其運(yùn)動(dòng)速度比較平穩(wěn)。
5.2.2執(zhí)行元件的載荷計(jì)算及變化規(guī)律
執(zhí)行元件的載荷即為液壓缸的總阻力，油缸要運(yùn)動(dòng)必須克服其阻力才能運(yùn)行，因此在次計(jì)算油缸的總阻力即可，油缸的總阻力包括：阻礙工作運(yùn)動(dòng)的切削力，運(yùn)動(dòng)部件之間的摩擦阻力，密封裝置的摩擦阻力，起動(dòng)制動(dòng)或換向過程中的慣性力，回油腔因被壓作用而產(chǎn)生的阻力，即液壓缸的總阻力也就是它的最大牽引力：
（1）切削力。根據(jù)其概念：阻礙工作運(yùn)動(dòng)的力，在本設(shè)計(jì)中即為額定負(fù)載的重力和支架以及上頂板的重力：
其計(jì)算式為：
（2）摩擦力。各運(yùn)動(dòng)部件之間的相互摩擦力由于運(yùn)動(dòng)部件之間為無潤滑的鋼-鋼之間的接觸摩擦，取，
其具體計(jì)算式為：
式中各符號(hào)意義見第三章。
（3）密封裝置的密封阻力。根據(jù)密封裝置的不同，分別采用下式計(jì)算：
O形密封圈： 液壓缸的推力
Y形密封圈：
f 摩擦系數(shù)，取
p 密封處的工作壓力 Pa
d 密封處的直徑 m
密封圈有效高度 m
密封摩擦力也可以采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，一般取
（4）運(yùn)動(dòng)部件的慣性力。
其計(jì)算式為：
式中： G 運(yùn)動(dòng)部件的總重力 N
g 重力加速度
啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)的速度變量 m/s
起動(dòng)制動(dòng)所需要的時(shí)間 s
對(duì)于行走機(jī)械取，本設(shè)計(jì)中取值為
（5）背壓力。背壓力在此次計(jì)算中忽略，而將其計(jì)入液壓系統(tǒng)的效率之中。
由上述說明可以計(jì)算出液壓缸的總阻力為：
=
=(204.8+316+120+188+2500)x9.8+0.15(204.8+316+120)x 9.8+(204.8+316+120+188+2500)x0.4+(204.8+316+120+188+2500)9.80.05
=40KN
液壓缸的總負(fù)載為40KN，該系統(tǒng)中共有四個(gè)液壓缸個(gè)液壓缸，故每個(gè)液壓缸需要克服的阻力為10KN。
該升降臺(tái)的額定載荷為2500Kg ，其負(fù)載變化范圍為0—2500Kg，在工作過程中無沖擊負(fù)載的作用，負(fù)載在工作過程中無變化，也就是該升降臺(tái)受恒定負(fù)載的作用。
第六章 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定
6.1 系統(tǒng)壓力的初步確定
液壓缸的有效工作壓力可以根據(jù)下表確定：
表6.1 液壓缸牽引力與工作壓力之間的關(guān)系
牽引力F（KN）
<5
5-10
10-20
20-30
30-50
>50
工作壓力P（MPa）
<0.8-10
1.5-2
2.5-3
3-4
4-5
>5-7
由于該液壓缸的推力即牽引力為10KN，根據(jù)上表，可以初步確定液壓缸的工作壓力為：p=2MPa 。
6.2 液壓執(zhí)行元件的主要參數(shù)
6.2.1液壓缸的作用力
液壓缸的作用力及時(shí)液壓缸的工作是的推力或拉力，該升降臺(tái)工作時(shí)液壓缸產(chǎn)生向上的推力，因此計(jì)算時(shí)只取液壓油進(jìn)入無桿腔時(shí)產(chǎn)生的推力：
F=
式中： p 液壓缸的工作壓力 Pa 取p=
D 活塞內(nèi)徑 m 0.09m
液壓缸的效率 0.95
代入數(shù)據(jù):
F =
F = 10.3KN
即液壓缸工作時(shí)產(chǎn)生的推力為10.3KN。
表6.1
6.2.2 缸筒內(nèi)徑的確定
該液壓缸宜按照推力要求來計(jì)算缸筒內(nèi)經(jīng)，計(jì)算式如下：
要求活塞無桿腔的推力為F時(shí)，其內(nèi)徑為：
式中： D 活塞桿直徑 缸筒內(nèi)經(jīng) m
F 無桿腔推力 N
P 工作壓力 MPa
液壓缸機(jī)械效率 0.95
代入數(shù)據(jù)：
D= =0.083m
D= 83mm 取圓整值為 D=90mm
液壓缸的內(nèi)徑，活塞的的外徑要取標(biāo)注值是因?yàn)榛钊突钊麠U還要有其它的零件相互配合，如密封圈等，而這些零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，有專門的生產(chǎn)廠家，故活塞和液壓缸的內(nèi)徑也應(yīng)該標(biāo)準(zhǔn)化，以便選用標(biāo)準(zhǔn)件。
6.2.3 活塞桿直徑的確定
（1）活塞桿直徑根據(jù)受力情況和液壓缸的結(jié)構(gòu)形式來確定
受拉時(shí)：
受壓時(shí)：
該液壓缸的工作壓力為為：p=2MPa ,取 。
（2）活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算
活塞桿在穩(wěn)定情況下，如果只受推力或拉力，可以近似的用直桿承受拉壓載荷的簡(jiǎn)單強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行：
式中： F 活塞桿的推力 N
d 活塞桿直徑 m
材料的許用應(yīng)力 MPa 活塞桿用45號(hào)鋼
代入數(shù)據(jù)：
=6.3MPa <
活塞桿的強(qiáng)度滿足要求。
（3）穩(wěn)定性校核
該活塞桿不受偏心載荷，按照等截面法，將活塞桿和缸體視為一體，其細(xì)長比為：
時(shí)，
在該設(shè)計(jì)及安裝形式中，液壓缸兩端采用鉸接，其值分別為：
將上述值代入式中得：
故校核采用的式子為：
式中： n=1 安裝形式系數(shù)
E 活塞桿材料的彈性模量 鋼材取
J 活塞桿截面的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
L 計(jì)算長度 1.06m
代入數(shù)據(jù)：
=371KN
其穩(wěn)定條件為：
式中： 穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取=2—4 取=3
F 液壓缸的最大推力 N
代入數(shù)據(jù)： =123KN
故活塞桿的穩(wěn)定性滿足要求。
6.2.4 液壓缸壁厚，最小導(dǎo)向長度，液壓缸長度的確定
6.2.4.1 液壓缸壁厚的確定
液壓缸壁厚又結(jié)構(gòu)和工藝要求等確定，一般按照薄壁筒計(jì)算，壁厚由下式確定：
式中： D 液壓缸內(nèi)徑 m
缸體壁厚 cm
液壓缸最高工作壓力 Pa 一般取=（1.2-1.3）p
缸體材料的許用應(yīng)力 鋼材取
代入數(shù)據(jù)：
考慮到液壓缸的加工要求，將其壁厚適當(dāng)加厚，取壁厚。
6.2.4.2 最小導(dǎo)向長度
活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支撐面重點(diǎn)到導(dǎo)向滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離為活塞的最小導(dǎo)向長度H，如下圖所示，如果最小導(dǎo)向長度過小，將會(huì)使液壓缸的初始撓度增大，影響其穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有最小導(dǎo)向長度，對(duì)于一般的液壓缸，液壓缸最大行程為L，缸筒直徑為D時(shí)，最小導(dǎo)向長度為：
圖6.1
即 取為72cm
活塞的寬度一般取 ，導(dǎo)向套滑動(dòng)面長度，在時(shí)，取，在時(shí)，取，當(dāng)導(dǎo)向套長度不夠時(shí)，不宜過分增大A和B，必要時(shí)可在導(dǎo)向套和活塞之間加一隔套，隔套的長度由最小導(dǎo)向長度H確定。
6.2.5 液壓缸的流量
液壓缸的流量余缸徑和活塞的運(yùn)動(dòng)有關(guān)系，當(dāng)液壓缸的供油量Q不變時(shí)，除去在形程開始和結(jié)束時(shí)有一加速和減速階段外，活塞在行程的中間大多數(shù)時(shí)間保持恒定速度，液壓缸的流量可以計(jì)算如下：
式中： A 活塞的有效工作面積 對(duì)于無桿腔
活塞的容積效率 采用彈形密封圈時(shí)=1，采用活塞環(huán)時(shí) =0.98
為液壓缸的最大運(yùn)動(dòng)速度 m/s
代入數(shù)據(jù)：
即液壓缸以其最大速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，所需要的流量為，以其
最小運(yùn)動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，所需要的流量為。
第七章 液壓系統(tǒng)方案的選擇和論證
液壓系統(tǒng)方案是根據(jù)主機(jī)的工作情況，主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的技術(shù)要求，液壓系統(tǒng)的工作條件和環(huán)境條件，以成本，經(jīng)濟(jì)性，供貨情況等諸多因素進(jìn)行全面綜合的設(shè)計(jì)選擇，從而擬訂出一個(gè)各方面比較合理的，可實(shí)現(xiàn)的液壓系統(tǒng)方案。其具體包括的內(nèi)容有：油路循環(huán)方式的分析與選擇，油源形式的分析和選擇，液壓回路的分析，選擇，合成，液壓系統(tǒng)原理圖的擬定.
7.1 油路循環(huán)方式的分析和選擇
油路循環(huán)方式可以分為開式和閉式兩種，其各自特點(diǎn)及相互比較見下表：
表7.1
油路循環(huán)方式的選擇主要取決于液壓系統(tǒng)的調(diào)速方式和散熱條件。
比較上述兩種方式的差異，再根據(jù)升降機(jī)的性能要求，可以選擇的油路循環(huán)方式為開式系統(tǒng)，因?yàn)樵撋禉C(jī)主機(jī)和液壓泵要分開安裝，具有較大的空間存放油箱，而且要求該升降機(jī)的結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單，開始系統(tǒng)剛好能滿足上述要求。
油源回路的原理圖如下所示：
圖7.1
7.2 開式系統(tǒng)油路組合方式的分析選擇
當(dāng)系統(tǒng)中有多個(gè)液壓執(zhí)行元件時(shí)，開始系統(tǒng)按照油路的不同連接方式又可以分為串聯(lián)，并聯(lián)，獨(dú)聯(lián)，以及它們的組合---復(fù)聯(lián)等。
串聯(lián)方式是除了第一個(gè)液壓元件的進(jìn)油口和最后一個(gè)執(zhí)行元件的回油口分別與液壓泵和油箱相連接外，其余液壓執(zhí)行元件的進(jìn)，出油口依次相連，這種連接方式的特點(diǎn)是多個(gè)液壓元件同時(shí)動(dòng)作時(shí)，其速度不隨外載荷變化，故輕載時(shí)可多個(gè)液壓執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作。
7.3 調(diào)速方案的選擇
調(diào)速方案對(duì)主機(jī)的性能起決定作用，選擇調(diào)速方案時(shí)，應(yīng)根據(jù)液壓執(zhí)行元件的負(fù)載特性和調(diào)速范圍及經(jīng)濟(jì)性等因素選擇。
常用的調(diào)速方案有三種：節(jié)流調(diào)速回路，容積調(diào)速回路，容積節(jié)流調(diào)速回路。本升降機(jī)采用節(jié)流調(diào)速回路，原因是該調(diào)速回路有以下特點(diǎn)：承載能力好，成本低，調(diào)速范圍大，適用于小功率，輕載或中低壓系統(tǒng) ，但其速度剛度差，效率低，發(fā)熱大。
7.4 液壓系統(tǒng)原理圖的確定
初步擬定液壓系統(tǒng)原理圖如下所示；見下圖：
第八章 液壓元件的選擇計(jì)算及其連接
液壓元件主要包括有：油泵，電機(jī)，各種控制閥，管路，過濾器等。有液壓元件的不同連接組合構(gòu)成了功能各異的液壓回路，下面根據(jù)主機(jī)的要求進(jìn)行液壓元件的選擇計(jì)算.
8.1 油泵和電機(jī)選擇
8.1.1泵的額定流量和額定壓力
8.1.1.1泵的額定流量
泵的流量應(yīng)滿足執(zhí)行元件最高速度要求，所以泵的輸出流量應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)所需要的最大流量和泄漏量來確定：
式中： 泵的輸出流量
K 系統(tǒng)泄漏系數(shù) 一般取K= 1.1-1.3
液壓缸實(shí)際需要的最大流量
n 執(zhí)行元件個(gè)數(shù)
代入數(shù)據(jù)：
對(duì)于工作過程中始終用節(jié)流閥調(diào)速的系統(tǒng)，在確定泵的流量時(shí)，應(yīng)再加上溢流閥的最小溢流量，一般?。?
8.1.1.2 泵的最高工作壓力
泵的工作壓力應(yīng)該根據(jù)液壓缸的工作壓力來確定，即
式中： 泵的工作壓力 Pa
執(zhí)行元件的最高工作壓力 Pa
進(jìn)油路和回油路總的壓力損失。
初算時(shí)，節(jié)流調(diào)速和比較簡(jiǎn)單的油路可以取 ,對(duì)于進(jìn)油路有調(diào)速閥和管路比較復(fù)雜的系統(tǒng)可以取。
代入數(shù)據(jù)：
考慮到液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)壓力及油泵的使用壽命，通常在選擇油泵時(shí)，其額定壓力比工作壓力大25%--60% ，即泵的額定壓力為3.125--4.0，取其額定壓力為4。
8.1.2 電機(jī)功率的確定
（1） 液壓系統(tǒng)實(shí)際需要的輸入功率是選擇電機(jī)的主要依據(jù)，由于液壓泵存在容積損失和機(jī)械損失，為滿足液壓泵向系統(tǒng)輸出所需要的的壓力和流量，液壓泵的輸入功率必須大于它的輸出功率，液