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摘要:液壓傳動的基本原理是機械能與液壓能的相互轉(zhuǎn)換，液壓式多級千斤頂是典型的利用液壓傳動的設(shè)備，適用于起重高度較大的各種起重作業(yè)。液壓式多級千斤頂具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、攜帶方便、性能可靠等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于流動性起重作業(yè)。
本文通過對分體式液壓式多級千斤頂?shù)姆治霭匆?guī)定參數(shù)進(jìn)行設(shè)計、校核，層層推進(jìn)，步步為營，逐步闡述液壓式多級千斤頂設(shè)計的全過程包括液壓系統(tǒng)的設(shè)計。尤其千斤頂?shù)脑O(shè)計運用已掌握的液壓結(jié)構(gòu)原理知識、機械設(shè)計與制造理論及計算公式、機械加工工藝，確定了整個液壓系統(tǒng)各個零件的幾何尺寸，確保了液壓式多級千斤頂?shù)馁|(zhì)量和強度。
關(guān)鍵詞:液壓式，多級千斤頂，設(shè)計
Abstract: The basic principle is the conversion of hydraulic transmission and hydraulic energy to mechanical energy, multi-stage hydraulic jack is a typical use of hydraulic transmission equipment for lifting height greater variety of lifting operations. Multi-stage hydraulic jack with a compact, small size, light weight, easy to carry, reliable performance, etc., are widely used in the lifting operation liquidity.
Through the analysis of split multi-stage hydraulic jack required parameters for design, verification, layers forward, step, step by step explained the whole process of multi-stage hydraulic jack design include the design of the hydraulic system. In particular, the use of jack design of hydraulic structures have mastered the principles of knowledge, mechanical design and manufacturing theory and formulas, the machining process, identifies various parts of the entire hydraulic system geometry, ensuring multi-stage hydraulic jack of quality and strength.
Keywords: Hydraulic, Multi-level jacks, Design
目 錄
第一章 緒 論 1
1.1液壓技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用 1
1.2液壓千斤頂?shù)姆诸?2
1.3液壓千斤頂國內(nèi)外發(fā)展概況 3
1.4液壓式多級千斤頂原理分析 3
第二章 液壓式多級千斤頂?shù)目傮w設(shè)計方案 5
2.1液壓式多級千斤頂總體結(jié)構(gòu)方案 5
2.2液壓式多級千斤頂?shù)慕M成 5
2.2.1動力元件（油泵） 5
2.2.2執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達(dá)） 6
2.2.3控制元件 6
2.2.4輔助元件 6
2.2.5工作介質(zhì) 6
第三章 液壓式多級千斤頂結(jié)構(gòu)設(shè)計 7
3.1工作負(fù)載的計算 7
3.2工作壓力的選定 7
3.3活塞及活賽桿直徑的確定 8
3.3.1活塞及活賽桿直徑計算 8
3.3.2活塞、活塞桿材料及加工要求 8
3.3.3活塞桿直徑的驗算 9
3.4推力和流量計算 9
3.4.1推力計算 9
3.4.2流量計算 9
3.5缸筒壁厚的確定 10
3.6其他各級活塞與活塞桿直徑的確定 10
3.6.1第三級 10
3.6.2第二級 10
3.6.3第一級 11
3.7缸底和缸蓋的設(shè)計 11
3.7.1缸底厚度的確定 11
3.8缸筒的設(shè)計 11
3.8.1缸筒的尺寸確定 11
3.8.2油缸的壁厚校驗 12
3.8.3缸筒材料及加工要求 12
3.9千斤頂進(jìn)出油口尺寸的確定 13
3.10結(jié)構(gòu)設(shè)計 13
3.10.1最小導(dǎo)向長度的確定 13
3.10.2活塞與缸體的密封方式 13
第四章 液壓系統(tǒng)方案選擇 15
4.1 油路循環(huán)方式的分析和選擇 15
4.2 開式系統(tǒng)油路組合方式的分析選擇 16
4.3 調(diào)速方案的選擇 16
4.4 液壓系統(tǒng)原理圖的確定 16
第五章 液壓元件的選擇 18
5.1 油泵和電機選擇 18
5.1.1泵的額定流量和額定壓力 18
5.1.2 電機功率的確定 19
5.1.3 連軸器的選用 20
5.2 控制閥的選用 20
5.2.1 壓力控制閥 20
5.2.2 流量控制閥 21
5.2.3 方向控制閥 22
5.3 管路、過濾器、其他輔助元件的選擇 22
5.3.1 管路 22
5.3.2 輔件的選擇 23
5.4油箱 23
第六章 液壓式多級千斤頂常見的故障與維修 25
結(jié) 論 27
參考文獻(xiàn) 28
致 謝 29
IV
第一章 緒 論
1.1液壓技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用
自18世紀(jì)末英國制成世界上第一臺水壓機算起，液壓傳動技術(shù)已有二三百年的歷史。直到20世紀(jì)30年代它才較普遍地用于起重機、機床及工程機械。在第二次世界大戰(zhàn)期間，由于戰(zhàn)爭需要，出現(xiàn)了由響應(yīng)迅速、精度高的液壓控制機構(gòu)所裝備的各種軍事武器。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用工業(yè)，液壓技術(shù)不斷應(yīng)用于各種自動機及自動生產(chǎn)線。
本世紀(jì)60年代以后，液壓技術(shù)隨著原子能、空間技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展。因此，液壓傳動真正的發(fā)展也只是近三四十年的事。當(dāng)前液壓技術(shù)正向迅速、高壓、大功率、高效、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。同時，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計(CAD)、計算機輔助測試(CAT)、計算機直接控制(CDC)、機電一體化技術(shù)、可靠性技術(shù)等方面也是當(dāng)前液壓傳動及控制技術(shù)發(fā)展和研究的方向。我國的液壓技術(shù)最初應(yīng)用于機床和鍛壓設(shè)備上，后來又用于拖拉機和工程機械。現(xiàn)在，我國的液壓元件隨著從國外引進(jìn)一些液壓元件、生產(chǎn)技術(shù)以及進(jìn)行自行設(shè)計，現(xiàn)已形成了系列，并在各種機械設(shè)備上得到了廣泛的使用。
隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展,汽車隨車千斤頂?shù)囊笠苍絹碓礁?同時隨著市場競爭的加劇,用戶要求的不斷變化,將迫使千斤頂?shù)脑O(shè)計質(zhì)量要不斷提高,以適應(yīng)用戶的需求。用戶喜歡的、市場需要的千斤頂將不僅要求重量輕,攜帶方便,外形美觀,使用可靠,還會對千斤頂?shù)倪M(jìn)一步自動化,甚至智能化都有所要求。如何充分利用經(jīng)濟、情報、技術(shù)、生產(chǎn)等各類原理知識,使千斤頂?shù)脑O(shè)計工作真正優(yōu)化?如何在設(shè)計過程中充分發(fā)揮設(shè)計人員的創(chuàng)造性勞動和集體智慧,提高產(chǎn)品的使用價值及企業(yè)、社會的經(jīng)濟效益? 如何在知識經(jīng)濟的時代充分利用各種有利因素,對資源進(jìn)行有效整合等等都將是我們面臨著又必須解決的重要的問題。千斤頂與我們的生活密切相關(guān)，在建筑、鐵路、汽車維修等部門均得到廣泛的應(yīng)用，因此千斤頂技術(shù)的發(fā)展將直接或間接影響到這些部門的正常運轉(zhuǎn)和工作。
1.2液壓千斤頂?shù)姆诸?
千斤頂是一種起重高度小(小于1ｍ)的最簡單的起重設(shè)備，它主要用于廠礦、交通運輸?shù)炔块T作為車輛修理及其它起重、支撐等工作。其結(jié)構(gòu)輕巧堅固、靈活可靠，一人即可攜帶和操作。千斤頂是用剛性頂舉件作為工作裝置，通過頂部托座或底部托爪在小行程內(nèi)頂升重物的,輕小起重設(shè)備它有機械式和液壓式兩種。機械式千斤頂又有齒條式與螺旋式兩種，由于起重量小，操作費力，一般只用于機械維修工作，在修橋過程中不適用。液壓式千斤頂結(jié)構(gòu)緊湊，工作平穩(wěn)，有自鎖作用，故使用廣泛。其缺點是起重高度有限，起升速度慢。
圖1.1 液壓式多級千斤頂
液壓式多級千斤頂分為通用和專用兩類?！?
通用液壓式多級千斤頂適用于起重高度不大的各種起重作業(yè)。它由油室、油泵、儲油腔、活塞、搖把、油閥等主要部分組成。
工作時，只要往復(fù)扳動搖把，使手動油泵不斷向油缸內(nèi)壓油， 由于油缸內(nèi)油壓的不斷增高，就迫使活塞及活塞上面的重物一起向上運動。打開回油閥，油缸內(nèi)的高壓油便流回儲油腔，于是重物與活塞也就一起下落。
專用液壓式多級千斤頂使專用的張拉機具，在制作預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件時，對預(yù)應(yīng)力鋼筋施加張力。專用液壓式多級千斤頂多為雙作用式。常用的有穿心式和錐錨式兩種。
穿心式千斤頂適用于張拉鋼筋束或鋼絲束，它主要由張拉缸、頂壓缸、頂壓活塞及彈簧等部分組成。它的特點是：沿拉伸軸心有一穿心孔道，鋼筋(或鋼絲)穿入后由尾部的工具錨固。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，同時帶動自動控制系統(tǒng)日新月異更新，液壓技術(shù)的應(yīng)用正在不斷地走向深入。
1.3液壓千斤頂國內(nèi)外發(fā)展概況
早在20 世紀(jì)40 年代,臥式千斤頂就已經(jīng)開始在國外的汽車維修部門使用,但由于當(dāng)時設(shè)計和使用上的原因,其尺寸較大,承載量較低。后來隨著社會需求量的增大以及千斤頂本身技術(shù)的發(fā)展,在90 年代初國外絕大部分用戶已以臥式千斤頂替代了立式千斤頂。在90 年后期國外研制出了充氣千斤頂和便攜式液壓千斤頂?shù)刃滦颓Ы镯?。充氣千斤頂是由保加利亞一汽車運輸研究所發(fā)明的,它用有彈性而又非常堅固的橡膠制成。使用時,用軟管將千斤頂連在汽車的排氣管上,經(jīng)過15～20 秒,汽車將千斤頂鼓起,成為圓柱體。這種千斤頂可以把115t 重的汽車頂起70cm。Power-Riser Ⅱ型便攜式液壓千斤頂則可用于所有類型的鐵道車輛,包括裝運三層汽車的貨車、聯(lián)運車以及高車頂車輛。同時它具有一個將負(fù)載定位的機械鎖定環(huán),一個三維機械手,一個全封閉構(gòu)架以及一個用于防止雜質(zhì)進(jìn)入液壓系統(tǒng)的外置過濾器。另外一種名為Truck Jack 的便攜式液壓千斤頂則可用于對已斷裂的貨車轉(zhuǎn)向架彈簧進(jìn)行快速的現(xiàn)場維修。該千斤頂能在現(xiàn)場從側(cè)面對裝有70～125t 級轉(zhuǎn)向架的大多數(shù)卸載貨車進(jìn)行維修,并能完全由轉(zhuǎn)向架側(cè)架支撐住。它適用于車間或軌道上無需使用鋼軌道碴或軌枕作承。
我國千斤頂技術(shù)起步較晚,由于歷史的原因,直到1979 年才接觸到類似于國外臥式千斤頂這樣的產(chǎn)品。但是經(jīng)過全面改進(jìn)和重新設(shè)計,在外形美觀,使用方便,承載力大,壽命長等方面,都超過了國外的同類產(chǎn)品,并且迅速打入歐美市場。經(jīng)過多年設(shè)計與制造的實踐,除了臥室斤頂以外,我國還研規(guī)格齊全,形成系列產(chǎn)品
1.4液壓式多級千斤頂原理分析
液壓式多級千斤頂與單級千斤頂原理類似，下面以液壓式兩級千斤頂為例進(jìn)行說明。
如圖1.2（a）當(dāng)紅色箭頭位置進(jìn)油口進(jìn)油時，起初由于第一級活塞直徑大于第二級活塞直徑，在進(jìn)油腔相同大小油壓作用下，第一級活塞受到的推力大于第二級活塞受到的推力，因此第一級活塞優(yōu)先被推動伸出；當(dāng)?shù)谝患壔钊竭_(dá)頂部后被缸筒限制住不再能繼續(xù)生出，此時第二級活塞并未被限制住，因此隨著油液的不斷充入進(jìn)油腔第二級活塞便在油液的作用下被推動伸出如圖1.2（b），以此類推，多級千斤頂就這樣被油液一級級推動伸出。千斤頂活塞在被推動伸出的過程中綠色箭頭位置排除的是空氣。千斤頂是靠重力自動回位的，不需要有桿腔油液作用。
圖1.2(a)
圖1.2(b)
第二章 液壓式多級千斤頂?shù)目傮w設(shè)計方案
2.1液壓式多級千斤頂總體結(jié)構(gòu)方案
液壓式多級千斤頂結(jié)構(gòu)圖2.1所示。
圖2.1 液壓式多級千斤頂設(shè)計方案示意圖
2.2液壓式多級千斤頂?shù)慕M成
液壓系統(tǒng)主要由：動力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達(dá)）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。
2.2.1動力元件（油泵）
它的作用是把液體利用原動機的機械能轉(zhuǎn)換成液壓力能，是液壓傳動中的動力部分。
2.2.2執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達(dá)）
它是將液體的液壓能轉(zhuǎn)換成機械能。其中，油缸做直線運動，馬達(dá)做旋轉(zhuǎn)運動。
2.2.3控制元件
包括壓力閥、流量閥和方向閥等，它們的作用是根據(jù)需要無級調(diào)節(jié)液壓動機的速度，并對液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流向進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。
2.2.4輔助元件
除上述三部分以外的其它元件，包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件及郵箱等，它們同樣十分重要。
2.2.5工作介質(zhì)
工作介質(zhì)是指各類液壓傳動中的液壓油或乳化液，它經(jīng)過油泵和液動機實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。
第三章 液壓式多級千斤頂結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1工作負(fù)載的計算
（3-1）
（3-2）
式中，：千斤頂軸線方向上的外作用力 （N）
：千斤頂軸線方向上的重力 （N）
：運動部件的慣性力 （N）
R：千斤頂?shù)墓ぷ髫?fù)載 （N）
大千斤頂參數(shù)：
外作用力：
慣性力：
因千斤頂載荷較大，位置精度要求較高，故頂升速度不宜過大，最大頂升速度應(yīng)控制在60mm/min以內(nèi)。
故總負(fù)載力為：
3.2工作壓力的選定
由以上得到工作負(fù)載R，再根據(jù)表3.1得R在＞50000N區(qū)間間，所以選擇千斤頂工作壓力為5~7MPa，取千斤頂公稱壓力為6.3MPa。
表3.1千斤頂工作壓力參考表
負(fù)載（N）
<5000
500~1000
10000~20000
20000~30000
30000~50000
>50000
工作壓力（N）
<0.8-1
1.5-2
2.5-3
3-4
4-5
5-7
表3.2 千斤頂公稱壓力（MPa）
0.4
0.63
1
2.5
4
6.3
10
16
20
25
31.5
3.3活塞及活賽桿直徑的確定
多級千斤頂活塞和活塞桿直徑的確定，只需確定直徑最小的一級（最內(nèi)側(cè)的一級）的直徑，其他各級尺寸由壁厚尺寸逐級算得。
3.3.1活塞及活賽桿直徑計算
（3-1）
其中： D為千斤頂內(nèi)徑；
所以：
千斤頂?shù)膬?nèi)徑，活塞的的外徑要取標(biāo)準(zhǔn)值是因為活塞和活塞桿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，故活塞和千斤頂?shù)膬?nèi)徑也應(yīng)該標(biāo)準(zhǔn)化，以便選用標(biāo)準(zhǔn)件。
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
（90）
100
（110）
125
（140）
160
（180）
200
(220)
250
320
400
500
630
參照上述活塞標(biāo)準(zhǔn)化直徑系列，故?。?
為減小三級千斤頂徑向尺寸，活塞桿盡量取用與活塞直徑接近，本次?。?
4
5
6
8
10
12
14
16
18
2
22
25
28
32
36
40
45
50
56
63
70
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
280
320
360
400
參照上述活塞桿標(biāo)準(zhǔn)化直徑系列，故?。?
3.3.2活塞、活塞桿材料及加工要求
有導(dǎo)向環(huán)的活塞用20，35或45號鋼制成。
活塞外徑公差 ，與活塞桿的配合一般為 ，外徑粗糙度 ，外徑對活塞孔的跳動不大于外徑公差的一半，外徑的圓度和圓柱度不大于外徑公差的一半。
活塞兩端面對活塞軸線的垂直度誤差在100mm上不大于0.04mm。
活塞桿常用材料為35、45號鋼。
活塞桿的工作部分公差等級可以取 ，表面粗糙度不大于 ，工作表面的直線度誤差在500mm上不大于0.03mm。
活塞桿在粗加工后調(diào)質(zhì)，硬度為 ，必要時可以進(jìn)行高頻淬火，厚度0.5-1mm，硬度為 。
3.3.3活塞桿直徑的驗算
按強度條件驗算活塞桿直徑：
當(dāng)活塞桿長度 L>10d時，要進(jìn)行穩(wěn)定性驗算：
本次：，L=200mm，L＜10d因此只需校核壓縮強度。
則按壓縮強度計算：
所以取滿足強度要求。
3.4推力和流量計算
3.4.1推力計算
當(dāng)千斤頂?shù)幕緟?shù)確定后，可以通過以下計算實際工作推力。
P=PA（N）
式中，A：活塞有效工處面積：
P：千斤頂工作壓力。
所以， 在千斤頂?shù)膶嶋H工作推力：
3.4.2流量計算
在千斤頂?shù)幕緟?shù)確定后，可以通過以下計算實際工作流量。
Q=AV
式中，V：千斤頂工作速度：
A：千斤頂有效工作面積。
3.5缸筒壁厚的確定
一般，低壓系統(tǒng)用的千斤頂都是薄壁缸，缸壁可用下式計算：
式中，—缸壁厚度 —試驗壓力
當(dāng)額定壓力時，
當(dāng)額定壓力時，
D—千斤頂內(nèi)徑
--缸體材料的許用應(yīng)力（Pa）,
--材料抗拉強度
n—安全系數(shù)，一般取n=5
注：如果計算出的千斤頂壁厚較薄時，要按結(jié)構(gòu)需要適當(dāng)加厚。
由，所以用，
由上述已算出D=160mm,
為了增加安全系數(shù)，適當(dāng)加厚千斤頂壁厚度為。
3.6其他各級活塞與活塞桿直徑的確定
3.6.1第三級
有上述計算過程可知：，
3.6.2第二級
，
標(biāo)準(zhǔn)化后?。?
3.6.3第一級
，
標(biāo)準(zhǔn)化后?。?
3.7缸底和缸蓋的設(shè)計
3.7.1缸底厚度的確定
對于油缸底有油孔的：
式中 h—缸底的厚度（mm）
—缸底止口內(nèi)徑 （mm）
P—缸內(nèi)最大工作壓力
—材料許用應(yīng)力
—缸底開口的直徑（mm）
所以
3.8缸筒的設(shè)計
多級千斤頂?shù)膬?nèi)部各級缸筒與活塞和活塞桿為一體，因此在缸筒的設(shè)計過程中只需設(shè)計第一級（最外邊一級）的缸筒尺寸。
3.8.1缸筒的尺寸確定
設(shè)計千斤頂?shù)拈L度一般由工作行程長度確定，但還要注意制造工藝性和經(jīng)濟性。
L是千斤頂長度， D。：是缸體外徑。
由，標(biāo)準(zhǔn)取
已知知千斤頂各級長度均為L=200mm。
3.8.2油缸的壁厚校驗
油缸的額定壓力Pn應(yīng)低于一定極限：
式中：Pn－額定工作壓力；
D1－油缸外徑，本次為280mm；
D－油缸內(nèi)徑，本次為250mm；
σS－油缸材料屈服強度。
油缸的材料為45號鋼，查表可得σS=360MPa；
由此可知上式右邊=25.55MPa
千斤頂最大工作載荷為103KN
經(jīng)校驗，油缸壁所受壓力在許可范圍之內(nèi)。
3.8.3缸筒材料及加工要求
缸筒材料通常選用20、35、45號鋼，當(dāng)缸筒、缸蓋、掛街頭等焊接在一起時，采用焊接性能較好的35號鋼，在粗加工之后調(diào)質(zhì)。另外缸筒也可以采用鑄鐵、鑄鋼、不銹鋼、青銅和鋁合金等材料加工。
缸筒與活塞采用橡膠密封圈時，其配合推薦采用，缸筒內(nèi)徑表面粗糙度取，若采用活塞環(huán)密封時，推薦采用配合，缸筒內(nèi)徑表面粗糙度取。
缸筒內(nèi)徑應(yīng)進(jìn)行研磨。
為防止腐蝕，提高壽命，缸筒內(nèi)表面應(yīng)進(jìn)行渡鉻，渡鉻層厚度應(yīng)在30-40，渡鉻后缸筒內(nèi)表面進(jìn)行拋光。
缸筒內(nèi)徑的圓度及圓柱度誤差不大于直徑公差的一半，缸體內(nèi)表面的公差度誤差在500mm上不大于0.03mm。
缸筒缸蓋采用螺紋連接時，其螺紋采用中等精度。
3.9千斤頂進(jìn)出油口尺寸的確定
千斤頂進(jìn)出油口尺寸，是根據(jù)油管內(nèi)平均壓力管路內(nèi)的最大平均流速控制在4—5m/s以內(nèi)，過大會造成壓力損失劇增，而使回路效率下降，并不會引起氣蝕、噪音、振動等，因此油口不宜過小，但是也要注意結(jié)構(gòu)上的可能，所以選定進(jìn)出口油口尺寸，法蘭接頭為20mm。
綜合上述的計算，可得大千斤頂?shù)膮?shù)如下表3.3。
表3.3千斤頂?shù)木C合參數(shù)表
項目
油缸筒外徑
活塞桿直徑
進(jìn)出油口連接
壓力（103KN）
（mm）
（mm）
公稱直徑（mm）
接頭連接
大缸筒內(nèi)徑250（mm）
280
220
10
×1.5
3.10結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.10.1最小導(dǎo)向長度的確定
H>L/20+D/2
式中，H：最小導(dǎo)向長度（m）
L:千斤頂最大工作行程（m）
D：千斤頂內(nèi)徑（m）
由上可得本次設(shè)計的多級千斤頂各級缸的導(dǎo)向長度為：
H≥0.3/20+0.22/2=0.125(m)
取
取
取
3.10.2活塞與缸體的密封方式
活塞和活塞桿密封均采用O形密封圈，其具體標(biāo)準(zhǔn)采用GB3452.3-88密封溝槽設(shè)計準(zhǔn)則和GB3452.1-82和GB3452.3-88液壓氣動用O形密封圈。
這類密封為擠壓密封，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，空間小，使用范圍廣，適用所選系統(tǒng)的工作壓力。
活塞與缸體的密封圖如下圖3.2。
圖3.2活塞與缸體的密封
第四章 液壓系統(tǒng)方案選擇
液壓系統(tǒng)方案是根據(jù)主機的工作情況，主機對液壓系統(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)濟性，供貨情況等諸多因素進(jìn)行全面綜合的設(shè)計選擇，從而擬訂出一個各方面比較合理的，可實現(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。
4.1 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，其各自特點及相互比較見下表：
表4.1
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)千斤頂?shù)男阅芤?，可以選擇的油路循環(huán)方式為開式系統(tǒng)，因為該千斤頂和液壓泵要分開安裝，具有較大的空間存放油箱，而且要求該千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)盡可能簡單，開式系統(tǒng)剛好能滿足上述要求。
油源回路的原理圖如下所示：
圖4.1 油源回路的原理圖
4.2 開式系統(tǒng)油路組合方式的分析選擇
當(dāng)系統(tǒng)中有多個液壓執(zhí)行元件時，開式系統(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)方式是除了第一個液壓元件的進(jìn)油口和最后一個執(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是多個液壓元件同時動作時，其速度不隨外載荷變化，故輕載時可多個液壓執(zhí)行元件同時動作。
4.3 調(diào)速方案的選擇
調(diào)速方案對主機的性能起決定作用，選擇調(diào)速方案時，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。本千斤頂采用節(jié)流調(diào)速回路，原因是該調(diào)速回路有以下特點：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。
4.4 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：
圖4.2 液壓系統(tǒng)原理圖
第五章 液壓元件的選擇
液壓元件主要包括有：油泵，電機，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)主機的要求進(jìn)行液壓元件的選擇計算.
5.1 油泵和電機選擇
5.1.1泵的額定流量和額定壓力
（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 單位
K 系統(tǒng)泄漏系數(shù) 一般取K= 1.1-1.3
千斤頂實際需要的最大流量 單位
n 執(zhí)行元件個數(shù)
代入數(shù)據(jù)：
（2）泵的最高工作壓力
泵的工作壓力應(yīng)該根據(jù)千斤頂?shù)墓ぷ鲏毫泶_定，即
式中： 泵的工作壓力 單位Pa
執(zhí)行元件的最高工作壓力 單位Pa
進(jìn)油路和回油路總的壓力損失。
初算時，節(jié)流調(diào)速和比較簡單的油路可以取 ,對于進(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)：
為了保證系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)和泵的使用壽命，一般在固定設(shè)備系統(tǒng)中，正常工作壓力為泵的額定壓力的80%左右。正常工作時千斤頂?shù)淖畲髩毫?.3MPa。所以為滿足要求，泵的工作壓力為：
P=6.3/0.8=7.88MPa,取8MPa
5.1.2 電機功率的確定
（1）液壓系統(tǒng)實際需要的輸入功率是選擇電機的主要依據(jù)，由于液壓泵存在容積損失和機械損失，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，液壓泵實際需要的輸入功率為：
式中： P 液壓泵的實際最高工作壓力 單位Pa
q 液壓泵的實際流量 單位
液壓泵的輸入功率 單位
液壓泵向系統(tǒng)輸出的理論流量 單位
液壓泵的總效率 見下表
液壓泵的機械效率
換算系數(shù)
代入數(shù)據(jù)：
表5.1 泵的總效率
（2）電機的功率也可以根據(jù)技術(shù)手冊找，根據(jù)《機械設(shè)計手冊》第三版，第五卷，可以查得電機的驅(qū)動功率為300W，本設(shè)計以技術(shù)手冊的數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn) ，取電機的功率為300W。
5.1.3 連軸器的選用
連軸器的選擇應(yīng)根據(jù)負(fù)載情況，計算轉(zhuǎn)矩，軸端直徑和工作轉(zhuǎn)速來選擇。
計算轉(zhuǎn)矩由下式求出：
式中： 需用轉(zhuǎn)矩，見各連軸器標(biāo)準(zhǔn) 單位
驅(qū)動功率 單位
工作轉(zhuǎn)速 單位
工況系數(shù) 取為1.5
代入數(shù)據(jù)：
據(jù)此可以選擇連軸器的型號如下：
名稱： 撓性連軸器彈性套柱銷連軸器，TL4
許用轉(zhuǎn)矩：
許用轉(zhuǎn)速：5700r/min
軸孔直徑：24mm
軸孔長度：Y型： L=62mm , D=106mm
重 量：2.3Kg
5.2 控制閥的選用
液壓系統(tǒng)應(yīng)盡可能多的由標(biāo)準(zhǔn)液壓控制元件組成，液壓控制元件的主要選擇依據(jù)是閥所在的油路的最大工作壓力和通過該閥的最大實際流量，下面根據(jù)該原則依次進(jìn)行壓力控制閥，流量控制閥和換向閥的選擇。
5.2.1 壓力控制閥
壓力控制閥的選用原則
壓力：壓力控制閥的額定壓力應(yīng)大于液壓系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最高壓力，以保證壓力控制閥正常工作。
壓力調(diào)節(jié)范圍：系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓力應(yīng)在法的壓力調(diào)節(jié)范圍之內(nèi)。
流量：通過壓力控制閥的實際流量應(yīng)小于壓力控制閥的額定流量。
結(jié)構(gòu)類型：根據(jù)結(jié)構(gòu)類性及工作原理，壓力控制閥可以分為直動型和先導(dǎo)型兩種，直動型壓力控制閥結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，但壓力受流量的變化影響大，調(diào)壓偏差大，不適用在高壓大流量下工作。但在緩沖制動裝置中要求壓力控制閥的靈敏度高，應(yīng)采用直動型溢流閥，先導(dǎo)型壓力控制閥的靈敏度和響應(yīng)速度比直動閥低一些，調(diào)壓精度比直動閥高，廣泛應(yīng)用于高壓，大流量和調(diào)壓精度要求較高的場合。
此外，還應(yīng)考慮閥的安裝及連接形式，尺寸重量，價格，使用壽命，維護方便性，貨源情況等。
根據(jù)上述選用原則，可以選擇直動型壓力閥，再根據(jù)發(fā)的調(diào)定壓力及流量和相關(guān)參數(shù)，可以選擇DBD式直動式溢流閥，相關(guān)參數(shù)如下：
型號：DBDS6G10 最低調(diào)節(jié)壓力：5MPa
流量： 40L/min 介質(zhì)溫度：
5.2.2 流量控制閥
流量控制閥的選用原則如下：
壓力：系統(tǒng)壓力的變化必須在閥的額定壓力之內(nèi)。
流量：通過流量控制閥的流量應(yīng)小于該閥的額定流量。
測量范圍：流量控制閥的流量調(diào)節(jié)范圍應(yīng)大于系統(tǒng)要求的流量范圍，特別注意，在選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時，所選閥的最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行元件的最低穩(wěn)定速度要求。
該千斤頂液壓系統(tǒng)中所使用的流量控制閥有分流閥和單向分流閥，單向分流閥的規(guī)格和型號如下：
型號： FDL-B10H 公稱通徑：10mm
公稱流量: P,O口 40L/min A，B口 20L/min
連接方式：管式連接 重量：4Kg
分流閥的型號為：FL-B10
其余參數(shù)與單向分流閥相同。
5.2.3 方向控制閥
方向控制閥的選用原則如下：
壓力：液壓系統(tǒng)的最大壓力應(yīng)低于閥的額定壓力
流量：流經(jīng)方向控制閥最大流量一般不大于閥的流量。
滑閥機能：滑閥機能之換向閥處于中位時的通路形式。
操縱方式：選擇合適的操縱方式，如手動，電動，液動等。
方向控制閥在該系統(tǒng)中主要是指電磁換向閥，通過換向閥處于不同的位置，來實現(xiàn)油路的通斷。所選擇的換向閥型號及規(guī)格如下：
型號：4WE5E5OF 額定流量：15L/min
消耗功率：26KW 電源電壓：
工作壓力：A.B.P腔 T腔： 重量：1.4Kg
5.3 管路、過濾器、其他輔助元件的選擇
5.3.1 管路
管路按其在液壓系統(tǒng)中的作用可以分為：
主管路：包括進(jìn)油管路，壓油管路和回油管路，用來實現(xiàn)壓力能的傳遞。
泄油管路：將液壓元件泄露的油液導(dǎo)入回油管或郵箱.
控制管路：用來實現(xiàn)液壓元件的控制或調(diào)節(jié)以及與檢測儀表相連接的管路。
本設(shè)計中只計算主管路中油管的尺寸。
（1）進(jìn)油管尺寸
油管的內(nèi)徑取決于管路的種類及管內(nèi)液體的流速，油管直徑d由下式確定：
式中： d 油管直徑 單位mm
Q 油管內(nèi)液體的流量 單位
油管內(nèi)的允許流速 單位
對進(jìn)油管，取 ，本設(shè)計中取：
代入數(shù)據(jù)：
取圓整值為：
（2）油管壁厚：
千斤頂系統(tǒng)中的油管可用橡膠軟管和尼龍管作為管道，橡膠軟管裝配方便，能吸收液壓系統(tǒng)中的沖擊和振動，尼龍管是一種很有發(fā)展前途的非金屬油管，用于低壓系統(tǒng)，壓力油管采用的橡膠軟管其參數(shù)如下：
內(nèi)徑： 10mm
外徑： 型 17.5-19.7mm
工作壓力：型 10
最小彎曲半徑：130mm
5.3.2 輔件的選擇
（1）溫度計的選擇
液壓系統(tǒng)常用接觸式溫度計來顯示油箱內(nèi)工作介質(zhì)的溫度，接觸式溫度計有膨脹式和壓力式。本系統(tǒng)中選用膨脹式，其相關(guān)參數(shù)如下：
型號：
測量范圍：，，
名稱：內(nèi)表式工業(yè)玻璃溫度計
（2）壓力表選擇
壓力表安裝于便于觀察的地方。其選擇如下：
型號：Y-60
測量范圍：
名稱：一般彈簧管壓力表
5.4油箱
油箱在系統(tǒng)中的主要功能為：儲存系統(tǒng)所需要的足夠的油液;散發(fā)系統(tǒng)工作時產(chǎn)生的一部分熱量，分離油液中的氣體及沉淀污物。
油箱容積的確定是設(shè)計油箱的關(guān)鍵，油箱的容積應(yīng)能保證當(dāng)系統(tǒng)有大量供油而無回油時。最低液面應(yīng)在進(jìn)口過濾器之上，保證不會吸入空氣，當(dāng)系統(tǒng)有大量回油而無供油時或系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)，油液返回油箱時，油液不致溢出。
初始設(shè)計時，可依據(jù)使用情況，按照經(jīng)驗公式確定油箱容積：
式中: 油箱的容積 單位
液壓泵的流量 單位
經(jīng)驗系數(shù) 見下表
表9.1
行走機械
低壓系統(tǒng)
中壓系統(tǒng)
鍛壓系統(tǒng)
冶金機械
1—2
2—4
5—7
6—12
10
本千斤頂為中壓系統(tǒng)，取=7，則油箱的容量可以確定為:
第六章 液壓式多級千斤頂常見的故障與維修
液壓式多級千斤頂在生活中非常普遍，也經(jīng)常性會出現(xiàn)故障，本文結(jié)合日常生活所遇到的問題給出了解決的方案如下表6.1所示。
表6.1液壓式多級千斤頂常見的故障與維修
液壓式多級千斤頂常見故障及處理方法
問 題
原 因
解 決 方 式
千斤頂無法頂升，
頂升緩慢或急速
泵浦油箱
油量太少
依照泵浦型號添加所需液壓油
泵浦泄壓閥
沒有上緊
上緊泄壓閥
油壓接頭
沒有上緊
確定上緊油壓接頭
負(fù)載過重
依照千斤頂額定負(fù)載使用
油壓千斤頂
組內(nèi)有空氣
將空氣排出
千斤頂柱塞
卡死不動
分解千斤頂檢修內(nèi)壁及油封
千斤頂頂升但無法持壓
油路間沒有鎖緊
漏油
上緊油路間所有接頭
從油封處漏油
更換損壞油封
泵浦內(nèi)部漏油
檢修油壓泵浦
千斤頂無法回縮，
回縮緩慢及不正常
泵浦泄壓閥
沒有打開
打開泵浦泄壓閥
泵浦油箱
油量過多
依照泵浦型號
存放所需液壓油
油壓接頭
沒有上緊
確定上緊油壓接頭
油壓千斤頂
組內(nèi)有空氣
將空氣排出
油管內(nèi)徑太小
使用較大內(nèi)徑油管
千斤頂回縮
彈簧損壞
分解千斤頂檢修
電動油壓泵浦無法起動
電源沒接或開
檢查電源、開關(guān)
繼電器、開關(guān) 或碳刷可能損壞
檢查更換損壞零件
電源安培數(shù)不夠
增加另一個電源回路
馬達(dá)電流安培數(shù)過高
馬達(dá)損壞
更換馬達(dá)
泄壓閥設(shè)定不當(dāng)
重新設(shè)定泄壓閥壓力
齒輪泵浦
內(nèi)部損壞
檢修齒輪泵浦
液壓油流入馬達(dá)部位
齒輪泵浦軸心
油封損壞
拆開馬達(dá)及齒輪泵浦更換損壞油對
泵浦無法輪油、
使千斤頂柱塞完全伸出或柱塞伸出有抖動現(xiàn)象
泵浦油箱
油量太少
在千斤頂完全縮回時，
依照泵浦型號添加所需液壓油
泵浦油位內(nèi)有異物阻塞或過濾器
檢查并清潔過濾器
阻塞從泄壓閥
沒有上緊
油壓接頭
沒有上緊
確定上緊油壓接頭
液壓油溫度太低或黏度太高
更換適當(dāng)液壓油
油壓千斤頂
組內(nèi)有空氣
將空氣排出
泄壓閥松動
檢查并上緊
結(jié) 論
畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的學(xué)習(xí)機會，通過這次對液壓式多級千斤頂理知識和實際設(shè)計的相結(jié)合，鍛煉了我的綜合運用所學(xué)專業(yè)知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高了我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范能力以及其他專業(yè)知識水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力以及耐力也都得到了不同程度的提升。
這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計的目的所在，提高是有限的但卻是全面的，正是這一次畢業(yè)設(shè)計讓我積累了許多實際經(jīng)驗，使我的頭腦更好的被知識武裝起來，也必然讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強的溝通力和理解力。
順利如期的完成本此畢業(yè)設(shè)計給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心，但同時也發(fā)現(xiàn)了自己的許多不足與欠缺，留下了些許遺憾，不過不足與遺憾不會給我打擊只會更好的鞭策我前行，今后我更會關(guān)注新科技新設(shè)備新工藝的出現(xiàn)，并爭取盡快的掌握這些先進(jìn)知識，更好的為祖國的四化服務(wù)。
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致 謝
大學(xué)生活即將結(jié)束，在這短短的四年里，讓我結(jié)識了許許多多熱心的朋友、工作嚴(yán)謹(jǐn)教學(xué)相幫的教師。畢業(yè)設(shè)計的順利完成也脫離不了他們的熱心幫助及指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)，在此向所有給予我此次畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)和幫助的老師和同學(xué)表示最誠摯的感謝。
首先，向本設(shè)計的指導(dǎo)老師——****老師表示最誠摯的謝意。在自己緊張的工作中，仍然盡量抽出時間對我們進(jìn)行指導(dǎo)，時刻關(guān)心我們的進(jìn)展?fàn)顩r，督促我們抓緊學(xué)習(xí)。老師給予的幫助貫穿于設(shè)計的全過程，從借閱參考資料到現(xiàn)場的實際操作，他都給予了指導(dǎo)，不僅使我學(xué)會書本中的知識，更學(xué)會了學(xué)習(xí)操作方法。也懂得了如何把握設(shè)計重點，如何合理安排時間和論文的編寫，同時在畢業(yè)設(shè)計過程中，她和我們在一起共同解決了設(shè)計中出現(xiàn)的各種問題。
其次，要向給予此次畢業(yè)設(shè)計幫助的老師們，以及同學(xué)們以誠摯的謝意，在整個設(shè)計過程中，他們也給我很多幫助和無私的關(guān)懷，更重要的是為我們提供不少技術(shù)方面的資料，在此感謝他們，沒有這些資料就不是一個完整的論文。
另外，也向給予我?guī)椭乃型瑢W(xué)表示感謝。
總之，本次的設(shè)計是老師和同學(xué)共同完成的結(jié)果，在設(shè)計的一個月里，我們合作的非常愉快，教會了大我許多道理，是我人生的一筆財富，我再次向給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)表示感謝！
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