柱式舉升機的設(shè)計[液壓剪叉式升降臺] 高空作業(yè)工作臺帶護欄

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They are applicable to mid-air operation and transporting in factories, warehouses and railway stations and so on. This paper introduces the work characteristics and the hydraulic system of the lift tables of with twin scissors2truss support. Integrated hydraulic system (IHS) offers many advantages including reduced connectors, size and complexity, and enhanced flexibility for installation and maintenance. It provides a cleaner, leak-free, less vibrant and more reliable solution to difficult machine control systemproblems. The next, this paper introduces application of the synchronous valve in hydraulic synchronous system, analyzes its work principle. Key words：hydraulic lift tables；hydraulic system；hydraulic manifold block ；synchronous valve hydraulic ；synchronous system Ⅱ 目 錄 摘要 Ⅰ Abstract Ⅱ 第1章 緒 論 1 1.1選題背景及目的 1 1.2選題意義 1 1.3液壓傳動的特點 2 1.4液壓傳動的現(xiàn)狀 2 第2章 設(shè)計任務(wù)及總體設(shè)計方案 4 2.1 設(shè)計任務(wù) 4 2.2 結(jié)構(gòu)簡介及總體設(shè)計方案 4 2.3 本章小結(jié) 5 第3章 主要參數(shù)設(shè)計計算 6 3.1 確定臂架組有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù) 6 3.1.1 臂長 6 3.1.2 臂架組的級數(shù)和剪數(shù) 6 3.1.3 臂架組的起始角和中止角 7 3.1.4 剪叉活動絞位移S 8 3.1.5 平臺的最低位置和最高位置 8 3.2 計算液壓缸行程 9 3.3 計算液壓缸推力 11 3.4 計算平臺升降速度 12 3.5 計算起升液壓缸 13 3.5.1 確定液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d 13 3.5.2 核算液壓缸推力 14 3.5.3 液壓缸所需流量 14 3.5.4 液壓缸導(dǎo)向距離、活塞寬度、外徑及壁厚 14 3.5.5 驗算液壓缸強度 15 3.6 計算水平液壓缸 16 3.6.1 確定液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d 16 3.6.2 核算液壓缸推力 16 3.6.3 驗算水平缸強度 17 3.7 平臺受力分析 18 3.7.1 求絞點約束反力 18 3.7.2 畫臂架彎矩圖 22 3.8 臂架、軸、銷等零件強度校核 25 3.8.1 臂架 25 3.8.2 油缸體連接軸 25 3.8.3 活塞桿連接軸 26 3.8.4 液壓缸銷軸 27 3.8.5 臂架銷軸Q 27 3.9 本章小結(jié) 28 第4章液壓傳動的工作原理和工作特征 29 4.1 液壓傳動 29 4.2 液壓傳動裝置的組成 29 4.3 液壓傳動的基本特征 29 4.4 傳動方式比較及液壓傳動的特點 30 4.5 液壓傳動的應(yīng)用領(lǐng)域 31 4.6 本章小結(jié) 32 第5章液壓系統(tǒng)圖及工況分析 33 5.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 33 5.2 本章小結(jié) 33 第6章 液壓集成塊設(shè)計 35 6.1 閥塊設(shè)計的一般步驟： 35 6.1.1 制作液壓元件樣板 35 6.1.2 確定通道的孔徑 35 6.1.3 布置液壓元件的位置 35 6.2 布置液壓元件位置的程序 35 6.2.1 電磁換向閥的布置 35 6.2.2 溢流閥的布置 36 6.2.3 回油口 36 6.3 繪制閥塊的裝配圖 36 6.4本章小結(jié) 36 第7章 液壓升降平臺同步控制 37 7.1 分析比較多種同步技術(shù)方案 37 7.2 分流集流閥結(jié)構(gòu)及工作原理分析 37 7.2.1 性能特點 38 7.2.2 結(jié)構(gòu)特點 38 7.3本章小結(jié) 39 結(jié)論 40 參考文獻 41 致謝 42 第1章 緒 論 在中國，很多行業(yè)仍然在使用著較為原始的吊船、腳手架及梯子等輔助工程設(shè)施，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，行業(yè)規(guī)定的規(guī)范，這些設(shè)施將慢慢的被淘汰掉，液壓升降平臺將在中國擁有更大的應(yīng)用市場。液壓升降平臺具有載重量大，結(jié)構(gòu)堅固，升降平穩(wěn)，操作簡單，維護方便等特點。適用于工廠，倉庫，車站等需要高空作業(yè)，搬運的場所。 一部完整機器是由原動機部分、傳動部分、控制部分和工作機構(gòu)部分等組成。液壓傳動系統(tǒng)作為一種重要的傳動形式，對它設(shè)計的優(yōu)劣對整機性能影響很大。液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)是根據(jù)機器的用途、特點而提出的。在機器的設(shè)計過程中，要充分發(fā)揮各種傳動方式的優(yōu)點，揚長避短，注意機、電、液等技術(shù)的融合與滲透。 1.1 選題背景及目的 隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的迅速發(fā)展，液壓升降臺作為眾多起重運輸機械中的一員，在越來越多的行業(yè)和場合得到廣泛應(yīng)用。80年代初，液壓高空作業(yè)平臺在我國起重運輸機械中作為一個獨立的分支，與其他起重設(shè)備的設(shè)計及生產(chǎn)并存。由于眾多企業(yè)爭相生產(chǎn)該品種，很快形成了一套比較完善和相對成熟的機械機構(gòu)和液壓系統(tǒng)，并逐步固定下來。這種液壓作業(yè)平臺具有以下特點：起升高度比較高；載重量能滿足操作人員及其所帶工具重量的需要；以載人作業(yè)為主。 1.2選題意義 機車柴油機檢修液壓升降臺設(shè)備的研究任務(wù)來源于工廠設(shè)備檢修的實踐需要，機車柴油機檢修液壓升降臺是檢修載人機械最主要最普遍的設(shè)備之一,用于大型柴油機檢修時,放置在柴油機旁,檢修人員站在平臺上,可以跟隨升降臺垂直升降及向著柴油機方向水平進退,使檢修工作易于操作。本文敘及的升降工作平臺設(shè)計，是基于廣州機務(wù)段研制的升降平臺多年使用經(jīng)驗重新改進的設(shè)計。該設(shè)計更適合實際檢修的需要。液壓系統(tǒng)采用液壓閥集成配置，可以顯著減少管路聯(lián)接和接頭，降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，增加現(xiàn)場添加和更改回路的柔性，具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝維護方便、泄漏少、振動小、利于實現(xiàn)典型液壓系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點。液壓集成塊作為集成式液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵零件，在當(dāng)前的液壓生產(chǎn)企業(yè)中，其設(shè)計工作卻仍處于相當(dāng)落后的局面，大多數(shù)設(shè)計人員依靠經(jīng)驗和空間想象能力進行可行方案的制定，無法達到自動決策和方案優(yōu)化的目的。原因在于該問題的復(fù)雜性，其設(shè)計內(nèi)容包括外部布局和內(nèi)部布孔。液壓系統(tǒng)向兩組油缸分別供油,由于兩組油路流量誤差或各自機械阻尼的不同、液壓閥或平臺外伸時兩邊承載不同等原因,致使兩片臺速度誤差設(shè)備不能正常運行。因此,同步技術(shù)成為該設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)之一。 1.3液壓傳動的特點 液壓傳動的特點主要有以下方面： （1）與電動機相比，在同等體積下，液壓裝置能產(chǎn)生更大的動力，也就是說，在同等功率下，液壓裝置的體積小、重量輕、機構(gòu)緊湊、即它具有大的功率密度或力密度，力密度在這里指工作壓力。 （2）液壓裝置容易做到對速度的無級調(diào)解，而且調(diào)速范圍大，并且對速度的調(diào)節(jié)還可以在工作過程中進行。 （3）液壓裝置工作平穩(wěn)，換向沖擊小，便于實現(xiàn)頻繁換向。 （4）液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護，能實現(xiàn)自潤滑，使用壽命長。 （5）液壓裝置易于實現(xiàn)自動化，可以很方便地對液體的流動方向、壓力和流量進行調(diào)解和控制，并能很容易地和電氣、電子控制或氣壓傳動控制結(jié)合起來，實現(xiàn)復(fù)雜的運動和操作。 （6）液壓元件易于實現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，便于設(shè)計、制造和推廣。 （7）由于液壓傳動中的泄漏和液體的可壓縮性使這種傳動無法保證嚴格的傳動比。 （8）液壓傳動有較多的能量損失，因此，傳動效率相對低。 （9）液壓傳動對油溫的變化較敏感、不易在較高或較低的溫度下工作。 （10）液壓傳動在出現(xiàn)故障時不易診斷。 1.4 液壓傳動的現(xiàn)狀 液壓傳動和氣壓傳動統(tǒng)稱為流體傳動，它是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應(yīng)用的一門技術(shù)。如今，流體傳動技術(shù)水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志。 液壓傳動有許多突出的特點，因此它的應(yīng)用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機械、壓力機械、機床等；行走機械中的工程機械、建筑機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的治金機械、提升裝置、；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構(gòu)等；發(fā)電廠用的渦輪機調(diào)速裝置、核發(fā)電廠等；船舶用的甲板起重機械、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等；特殊技術(shù)用的巨型天線控制裝置、測量浮標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)舞臺等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、艦船減搖裝置、飛行器仿真、飛機起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。 改革開放 20 多年來，我國經(jīng)濟取得了持續(xù)高速發(fā)展，社會主義市場經(jīng)濟日臻完善。為滿足我國現(xiàn)代化生產(chǎn)突飛猛進的需要，提高競爭力，促進國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，單件生產(chǎn)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在生產(chǎn)的要求，大量組合機床涌現(xiàn)而出！據(jù)國外機床工業(yè)資深人士預(yù)測,今后10年,世界最大的10家公司的機床銷售量,將占到世界機床市場的30%;20家最大的機床企業(yè)的機床銷售量,將達到世界機床市場的45%。而在上一個10年中,這一數(shù)字只有14%。此外,其他方面還包括,機床工業(yè)的日益國際化、信息化及產(chǎn)品零部件外源化(out-sourcing)趨勢等。目前,世界機床年產(chǎn)量約150萬臺,其中NC機床產(chǎn)量約15萬臺。NC機床占機床總產(chǎn)量的10%。美、德、日、中的NC機床消費量在全世界是數(shù)量較多的國家,加在一起共為99711臺,約占66.5%。這四國加工中心之消費量約為2萬臺左右,占全世界產(chǎn)量的50%。預(yù)計今后加工中心等組合機床之生產(chǎn)與消費量增長速度較快,其中廉價加工中心所占比例很大。因此組合機床液壓系統(tǒng)也隨之不斷的改進和發(fā)展。國內(nèi)目前應(yīng)用的組合機床液壓系統(tǒng)使用的液壓元件較多,油路較復(fù)雜,導(dǎo)致壓力損失較大,效率較低,油溫較高。而且液壓電磁換向閥的電磁鐵數(shù)目較多,電氣控制系統(tǒng)較復(fù)雜。這對液壓系統(tǒng)的性能和電氣控制系統(tǒng)的工作可靠性造成一定的影響。 液壓技術(shù)是重要的機械基礎(chǔ)技術(shù),是現(xiàn)代機械工程不可缺少的重要組成部分。隨著世界科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,工作介質(zhì)的更換,加速了液壓元件更新?lián)Q代,液壓系統(tǒng)的綠色設(shè)計,按照環(huán)境意識制造的設(shè)計思想,設(shè)計的產(chǎn)品在使用中應(yīng)該保持良好的性能,不對環(huán)境造成污染,改變液壓技術(shù)的臟亂現(xiàn)象,滿足可持續(xù)發(fā)展的需要。因此,探討液壓系統(tǒng)綠色設(shè)計的途徑和方法,以便節(jié)約資源,使液壓元件與系統(tǒng)在其生命周期中,對環(huán)境的總體影響減到最小。 第2章 設(shè)計任務(wù)及總體設(shè)計方案 2.1 設(shè)計任務(wù) 柱式舉升機設(shè)計 升降平臺尺寸：4200×1500 mm×mm 平臺移動距離：500 mm 平臺起升范圍：600~2400 mm 載 重 量：1000 kg 2.2 結(jié)構(gòu)簡介及總體設(shè)計方案 升降平臺總體結(jié)構(gòu)如圖2.1所示 柴油機檢修升降平臺的升降機構(gòu)采用剪叉機構(gòu)。該機構(gòu)具有載重量大，結(jié)構(gòu)堅固，升降平穩(wěn)，操作簡單，維護方便等特點。目前世界上已有多種剪叉式升降機。采用剪叉結(jié)構(gòu)免去了卷揚式升降必需的幾個高立導(dǎo)柱對天車調(diào)運工件的障礙。并且由于制造中偏差的存在，而安裝鉸鏈銷時須鉸孔配裝，因此不存在因活動構(gòu)件多、各間隙累加而產(chǎn)生的臺面?zhèn)认蚧蝿訂栴}。 平臺升降由兩個升降油缸提供動力，其升降同步問題靠分流集流閥解決。平臺水平移動由兩水平油缸推動。 剪叉式液壓升降平臺設(shè)計應(yīng)注意以下幾點：正確計算一個油缸所需的最大推力；校核個主要銷軸的抗剪切強度；校核上平臺在極限載荷下的強度；為平臺設(shè)計一個合格、性能好的液壓系統(tǒng)。 2.3 本章小結(jié) 本章主要是設(shè)計任務(wù)及總體的設(shè)計方案的制定，簡單介紹了升降平臺總體的總體結(jié)構(gòu),本次設(shè)計通過以下步驟完成： （1）明確液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求，進行工況分析； （2）確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)； （3）擬訂液壓系統(tǒng)原理圖； （4）計算和選擇液壓元件； （5）液壓裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計； （6）液壓系統(tǒng)的性能驗算; （7）繪制正式工作圖，編寫技術(shù)文件，并提出設(shè)計任務(wù)書。 第3章 主要參數(shù)設(shè)計計算 3.1 確定臂架組有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù) 3.1.1 臂長 按平臺寬度1500mm，定臂長L=1300mm(圖3.1)， 圖3.1 臂架 臂架兩端裝絞鏈體，鉸鏈孔距為 (3.1) =1312.68mm 3.1.2 臂架組的級數(shù)和剪數(shù) 按北京有色冶金設(shè)計研究總院經(jīng)驗 圖3.2 臂架組 B/H<1.5 多級剪； B/H=1.5~2 一級剪； B/H=2 雙剪，多剪 式中： B----臂架組最低位置h1時的寬度； H----平臺行程； B/H=1300/1800=0.72<1.5，定二級剪叉，如圖3.3所示。 平臺寬度要求為4200mm，尺寸較大，為保證平臺側(cè)向剛度，采用雙排剪叉，每排檢查各由一臺液壓缸驅(qū)動，兩臺液壓缸的同步，由液壓系統(tǒng)中的分流集流閥保證。 圖3.3 雙排剪叉 3.1.3 臂架組的起始角和中止角 由圖3.1和圖3.2可見，臂架組起始角為 arc tg=arc tg（d+e）/L (3.2) arc tg=7.97 H/2= 0.5()=R(-) (3.3) (3.4) =H/2L（+ ） (3.5) cos7.97+sin7.97=0.836 得 =56.67 3.1.4 剪叉活動絞位移S 由圖3.3可見： S=R-[R-(d-e)sin] (3.6) S=(d-e) sin (3.7) S=(110-72)sin(56.67-7.97)=597.99mm 3.1.5 平臺的最低位置和最高位置 上下平臺邊框采用 8槽鋼，底架采用 10槽鋼，臂架取截面為120矩形鋼管，按這些鋼材尺寸，平臺最低位置時高度為720mm,按用戶要求，平臺最低位置為600mm，故升降平臺安裝時基礎(chǔ)下挖120mm，由圖3.4可見： 平臺最低位置時高度為2400+120=2520mm； 平臺最高位置時上下絞點距離為2164mm，則單級剪上下絞點距離為1082mm。 圖3.4 平臺最低位置 為了繪制臂架組件求圖需要，上絞點和中絞點水平距離和(圖3.5)。 (3.8) 692.72mm (3.9) 692.72+2×28.55 =749.82 圖3.5 臂架 3.2 計算液壓缸行程 令 , b , n=AC, x=AB 令 由結(jié)構(gòu)需要確定a=450, b=1000, c=72, 得 A=1799712, B=208800, C=323236 (3.10) 當(dāng)時，平臺達到最大高度，此時液壓缸兩端絞點距離達到最大值， mm 當(dāng)時，平臺下降到最低位置，此時液壓缸兩端絞點距離達到最小值, mm 液壓缸行程為 (3.11) l,圓整到 mm 為便于液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，取液壓缸安裝長度L=1000m，則連桿長度為 (3.12) ,圓整到 mm 3.3 計算液壓缸推力 取臂架、液壓缸為平衡系統(tǒng)，不計摩擦及自重，此系統(tǒng)具有理想約束，如將系統(tǒng)上的負載Q和液壓缸推力P作為主動力，給活塞以x方向的虛位移dx，則平臺在y方向的虛位移為dy，計算主動力在虛位移上的元功，得虛功方程 (3.13) 負載Q包括外載荷和平臺、臂架、升降液壓缸等自重，現(xiàn)已知外載荷為10000N， 估計上、下平臺等部件自重8000N，臂架自重3500N，兩只起升液壓缸自重1300N，則單只液壓缸負載為 N 當(dāng)平臺在最低位置時，,液壓缸推力為： N 當(dāng)平臺在最高位置時,，,液壓缸推力為： N 同理可求出其它角時的液壓缸推力為P，列表如下： 表3.1 -P關(guān)系 θ° 7.97° 10° 15° 20° 30° 40° 56.67° P(N) 72211 61.691 28.192 22.367 17.774 15.961 20.521 P和Q關(guān)系曲線如圖3.6所示。 圖3.6 P和Q關(guān)系曲線 3.4 計算平臺升降速度 由虛位移原理 即可畫出(或)與關(guān)系曲線。 式中----平臺升降速度； P----油缸推力； ----液壓缸運動速度； Q----平臺負載。 已知液壓缸運動速度cm/s 當(dāng)時， cm/s 當(dāng)時， cm/s 同理可求出其它角時的平臺運動速度，如表3.1： 表3.2角度與速度關(guān)系 θ° 7.97° 10° 15° 20° 30° 40° 56.67° V cm/s 17.70 15.09 10.07 7.99 6.35 5.70 5.03 可見V與Q變化關(guān)系與圖3.6相似。 3.5 計算起升液壓缸 3.5.1 確定液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d 按生產(chǎn)廠情況取D=125mm，取速比=1.46，則 (3.14) mm，圓整d=70mm 3.5.2 核算液壓缸推力 選定液壓缸工作壓力p=8.5MPa，回油背壓p=0.5MPa，則液壓缸推力為： (3.15) P,推力足夠。 考慮液壓缸進油管路有壓力損失，液壓泵出口壓力，由溢流閥調(diào)定到9MPa，升降臺在最大負載下也能正常工作。 3.5.3 液壓缸所需流量 (3.16) l/min 液壓泵供油流量 (3.17) l/min 式中：K----泄漏系數(shù)K=1.1~1.3 3.5.4 液壓缸導(dǎo)向距離、活塞寬度、外徑及壁厚 導(dǎo)向距離： (3.18) 活塞寬度： B=(0.6~1.0)D (3.19) 取B=0.8D=0.8125=100mm 外徑： 按JB1068-67，取D=146mm 壁厚 (3.20) 3.5.5 驗算液壓缸強度 (1)驗算壁厚 ，按壁厚筒計算 (3.21) 取 MPa (3.22) MPa mm<10.5mm 壁厚滿足要求。 (2)驗算活塞桿直徑 (3.23) 對低碳鋼MPa，P=72.211N mm 活塞桿強度足夠. (3)校核活塞桿穩(wěn)定性 當(dāng)時，采用高登.拉金公式 (3.24) 式中： f----材料強度試驗值，對于鋼f=490MPa； ----活塞桿截面積，cm2； a----系數(shù)，對鋼； n----系數(shù)，油缸兩端絞接n=1； m---柔性系數(shù)，對鋼m=85； r----活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑； (3.25) J----活塞桿橫截面轉(zhuǎn)動慣量。 (3.26) 所以穩(wěn)定性符合要求。 3.6 計算水平液壓缸 3.6.1 確定液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d 按生產(chǎn)廠情況D=50mm，取速比=1.33，則 mm,圓整d=30mm。 3.6.2 核算液壓缸推力 (1) 確定水平缸外負載 上平臺由滾輪支承在下平臺導(dǎo)執(zhí)中，并由水平缸去動作水平方向往復(fù)運動，上平 臺部件約重5300N，加上載重量10000N，故上平臺垂直方向載荷為N=15300N 滾輪滾動阻力矩為 M=NK=Rr，R= 式中： M----滾動阻力矩； N----垂直方向載荷，N=15300N； R----水平缸水平方向負載； r----滾輪半徑r=30mm； K----滾動摩擦力臂，K=1mm； N 采用兩只水平液壓缸，則每只缸負載為510/2=255N。 (2)水平缸推力 選定水平缸工作壓力p=1MPa，回油背壓p=0.5MPa，則水平缸推力為： N 推力足夠。 (3)水平缸所需流量 l/min 液壓泵供油流量 l/min (4)水平缸導(dǎo)向距離、活塞寬度、外徑及壁厚 導(dǎo)向距離 mm，取H=60mm 活塞寬度 B=0.8D=40，取40mm 外徑 按結(jié)構(gòu)要求取D=76mm<80mm 壁厚 所以 3.6.3 驗算水平缸強度 (1)驗算壁厚 按厚壁筒計算 (3.27) 取 MPa MPa mm<7mm 壁厚滿足要求。 (2)驗算活塞桿直徑 取MPa，P=1268N mm<32mm 活塞桿強度足夠 (3)校核活塞桿穩(wěn)定性 當(dāng)長細比時，采用高登.拉金公式 N 穩(wěn)定性滿足要求。 3.7 平臺受力分析 3.7.1 求絞點約束反力 在平臺起升到最高位置，上平臺外移最大距離，且額定載重量作用于最大外伸端時，平臺受力情況最為惡劣，求出該工況下的各絞點約束反力，作為臂架、軸、銷等零件強度校核的依據(jù)。 上下平臺及欄桿自重G=8000N作為均布載荷，為簡化計算，將空間力系簡化為平面力系，計算單排臂架各絞點的約束反力，每排臂架均布載荷為G=8000/4=2000N。 N N 由于不存在著水平力，可得 N N 圖3.7 平臺受力 分析外臂架受力情況，如圖3.8所示。 圖3.8 外臂架受力 由上面兩式解得 分析內(nèi)臂架受力情況如圖3.9所示。 圖3.9 內(nèi)臂架受力 由圖3.5可見 ， ， 由上兩式解得： N，N N N N N 由上面計算結(jié)果，各絞點約束反力（N）如表3.2。 3.7.2 畫臂架彎矩圖 上段臂架 N N·m 表3.3-情況各點約束力 28439 16439 16439 28439 0 16439 26209 18643 21698 49388 7973 41134 N N N·m 上段臂架受力圖及彎矩圖如圖3.10所示。 圖3.10 上段臂架受力圖及彎矩圖 下段臂架 N N·m N N N N·m 下段臂架受力圖及彎矩圖如圖3.11所示 圖3.11 下段臂架受力圖及彎矩圖 3.8 臂架、軸、銷等零件強度校核 3.8.1 臂架 材料選16Mn，其kg·f/mm2，取n=1.5 (3.28) (3.29) 圖3.12臂架材料結(jié)構(gòu) N·m (3.30) 滿足要求。 3.8.2 油缸體連接軸 N 取無縫鋼管 ，n=2 , N·m N·m (3.31) mm3 油缸體連接軸受力分析如圖3.13所示。 圖3.13油缸體連接軸分析 3.8.3 活塞桿連接軸 取70實心軸，45號鋼，，取n=2，， (3.32) (3.33) 滿足強度要求 3.8.4 液壓缸銷軸 N mm，，n=2 (3.34) (3.35) (3.36) 滿足強度要求。 液壓缸銷軸受力分析如圖3.14所示。 圖3.14液壓缸銷軸受力分析 3.8.5 臂架銷軸 N (3.37) 取d=35， 滿足強度要求。 3.8.6 臂架銷軸 N 取d=35， 滿足強度要求。 3.9 本章小結(jié) 本章是設(shè)計的主要部分，進行了主要參數(shù)的設(shè)計和校核，運用力學(xué)和液壓知識設(shè)計了主體支架，液壓缸，及平臺受力分析以及臂架，軸銷等零件強度校核。 第4章 液壓傳動的工作原理和工作特征 4.1液壓傳動 一般一部完整的機器主要由三部分組成：即原動機、傳動機構(gòu)、工作機。 原動機包括：電動機、內(nèi)燃機等。原動機的作用是把各種形態(tài)的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，是機器的動力源。 工作機是利用機械能對外作功。 傳動裝置設(shè)在原動機與工作機之間，起傳遞動力和進行控制的作用。傳動的類型有多種，按照傳動所采用的機件或工作介質(zhì)的不同分為：機械傳動、電力傳動、氣壓傳動和液壓傳動。 用液體做工作介質(zhì)進行能量傳遞和控制的稱為液體傳動。按其工作原理不同，又可分為液壓傳動和液力傳動。前者主要利用液體的壓力能（勢能）來傳遞動力；后者主要利用液體的動能傳遞動力。 4.2液壓傳動裝置的組成 由五大部分組成：? 1.液壓泵：它把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，是液壓系統(tǒng)的能源裝置。 2.執(zhí)行元件：它把液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，包括作直線運動的液壓缸和作回轉(zhuǎn)運動的液壓馬達。 3.控制元件：包括對系統(tǒng)中液體壓力、流量和方向進行控制和調(diào)節(jié)的壓力閥、流量閥及方向閥等。 4.輔助元件：為保證系統(tǒng)正常工作所需的上述三類元件以外的裝置，在系統(tǒng)中起到輸送、貯存、加熱、冷卻、過濾及測量等作用。 5.工作介質(zhì)：利用它進行能量和信號傳遞。 4.3液壓傳動的基本特征 特征一：力（或力矩）的傳遞是按帕斯卡定律（靜壓傳遞定律）進行的壓強相等。 特征二：速度或轉(zhuǎn)速的傳遞按“容積變化相等”的原則進行。 綜上所述：液壓傳動的基本特征，以液體為工作介質(zhì)，靠處于密閉窗口內(nèi)的液體、靜壓力來傳遞力，靜壓力的大小取決于負載；負載速度的傳遞是按液體容積變化相等的原則進行的，其速度大小取決于流量。如果忽略損失，液壓傳動所傳遞的力與速度無關(guān)。液壓千斤頂工作原理如圖4.1所示。 圖4.1 液壓千斤頂工作原理圖 4.4 傳動方式比較及液壓傳動的特點 1、機械傳動：通過齒輪、齒條、帶、鏈條等機件傳遞動力和進行控制，其優(yōu)點是：傳動準(zhǔn)確可靠、制造容易、操作簡單、維護方便和傳動效率高。 缺點：不能進行無級調(diào)速，遠距離傳動較困難、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 2、電力傳動：利用電力設(shè)備并調(diào)節(jié)電參數(shù)來傳遞動力和進行控制。優(yōu)點是：能量傳遞方便，信號傳遞迅速；標(biāo)準(zhǔn)化程度高；易于實現(xiàn)自動化等。 缺點：動力平穩(wěn)性差，易受外界負載的影響；慣性大，電機正反轉(zhuǎn)時，起動及換向慢；成本較高；受溫度、濕度、振動、腐蝕等環(huán)境影響較大。 3、氣壓傳動是用壓縮空氣作為工作介質(zhì)進行能量傳遞和控制。優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單；成本低、易于實現(xiàn)無級調(diào)速；阻力損失??；動作迅速反應(yīng)快；防火、防爆，對工作環(huán)境適應(yīng)性好。 缺點：空氣易壓縮，負載對傳動特性的影響較大；工作壓力低（一般小于0.8MPa），只適用于小功率傳動。 4、液壓傳動：是以液體為工作介質(zhì)、利用液體壓力勢能傳遞能量和進行控制的為液壓傳動（液力傳動則以液體的動能傳遞能量）。 優(yōu)點： （1）單位功率的重量輕，即能比較輕的設(shè)備重量獲得很大的力和轉(zhuǎn)矩。如液壓缸的力與重量比、比直流電動機約大100倍。 （2）由于體積小、重量輕，因而慣性小，起動、制動迅速。 （3）在運行過程中能方便地進行無級調(diào)速，且調(diào)速范圍大，可達100:1到2000:2，低速性能好。 （4）借助結(jié)構(gòu)簡單的液壓缸可輕易地實現(xiàn)直線往復(fù)運動。 （5）易于實現(xiàn)自動化。即控制閥調(diào)節(jié)較簡單，操作較方便、省力。 （6）易于實現(xiàn)過載保護，工作安全可靠。溢流閥、安全閥。 （7）液壓系統(tǒng)的各種元件可隨設(shè)備的需要任意把馬達或液壓缸安置在遠離原動機的任意位置，不需中間的機械傳動環(huán)節(jié)。 （8）液體工作介質(zhì)具有彈性和吸振能力，使液壓傳動運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、可靠。 （9）易于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化系列化和通用化，便于設(shè)計、制造和推廣使用。 缺點： （1）液壓傳動以液體作為工作介質(zhì)，在液壓元件相對運動摩擦間無法避免泄漏，再加上液體、壓縮性及管路彈性變形等原因，難以實現(xiàn)嚴格的傳動比。注意泄漏、能量損失、效率降低、環(huán)境污染等問題。 （2）液體粘度和溫度有密切關(guān)系，當(dāng)粘度隨溫度變化時，將直接影響泄漏。壓力損失及通過節(jié)流元件的流量等，從而引起執(zhí)行元件運動特性的變化。注意高溫、低溫不可。 （3）傳動效率低，兩次能量轉(zhuǎn)換。機械摩擦損失，壓力損失及泄漏損失。 （4）液壓系統(tǒng)的工作可行性目前還不如電力傳動和機械傳動，主要原因是：工作中液壓元件的摩擦承受很大的比壓和相對運動速度，容易導(dǎo)致磨損失效。 （5）液壓元件的制造精度要求高，造價較貴。 （6）液壓能的獲得與傳遞不如電能方便，不易遠距離傳送。 （7）液壓系統(tǒng)中各元件、輔件及工作介質(zhì)均在封閉的系統(tǒng)中，故障難以確定。 4.5液壓傳動的應(yīng)用領(lǐng)域 （1）工業(yè)應(yīng)用：鍛壓、注塑、擠壓、冶金機械、軋鋼、礦山、食品、包裝、提升、機床加工中心、機器人、試驗機以及其他生產(chǎn)設(shè)備等工業(yè)液壓技術(shù)。 （2）行走機械：工程機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車以及其它可移動設(shè)備等行走機械液壓技術(shù)。 （3）航空及航天：包括應(yīng)用于飛機、宇宙飛船及衛(wèi)星發(fā)射裝置等航空航天液壓技術(shù)。 （4）船艦（艇）：包括應(yīng)用于船舶、艦艇中的甲板機械、操作系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等船舶液壓技術(shù)。 （5）海洋開發(fā)工程：包括應(yīng)用于海洋開發(fā)平臺、海底鉆探、水下作業(yè)工具等海洋工程液壓技術(shù)。 4.6 本章小結(jié) 液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)，通過各種液壓元件實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換、傳動和控制的技術(shù)。它作為現(xiàn)代傳動和控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，已被廣泛應(yīng)用于各類機械裝備中。 液壓元件和系統(tǒng)是技術(shù)性很強，對主機性能影響極大的一類基礎(chǔ)件。世界工業(yè)發(fā)達國家都將液壓工業(yè)列為競相發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展速度也遠遠高于機械工業(yè)的發(fā)展速度?，F(xiàn)代液壓元件、系統(tǒng)及其控制已發(fā)展成為綜合的液壓技術(shù)，但我國的發(fā)展水平還比較低。主要表現(xiàn)為產(chǎn)品水平低、品種規(guī)格少、自我開發(fā)能力薄弱成套性差；產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，可靠性差、壽命短；一些新領(lǐng)域幾乎處于空白、航天、生物、自然環(huán)境等；計算機數(shù)字電路的發(fā)展，動的行業(yè)進步，跟的不緊。如數(shù)據(jù)采集、軟件更為缺乏。 第5章液壓系統(tǒng)圖及工況分析 5.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 圖5.1液壓系統(tǒng)圖 表5.1電磁鐵動作順序 工況 電磁鐵 上升 下降 左移 右移 卸荷 1DT + － － － － 2DT － + － － － 3DT － － + － － 4DT － － － + － 5DT － － － － + 5.2本章小結(jié) 本章主要介紹了液壓系統(tǒng)圖的工作狀況涉及到很多液壓知識，迫使我不得不從新學(xué)習(xí)了一下以前的知識，獲益匪淺,液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)，通過各種液壓元件實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換、傳動和控制的技術(shù)。它作為現(xiàn)代傳動和控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，已被廣泛應(yīng)用于各類機械裝備中。 液壓元件和系統(tǒng)是技術(shù)性很強，對主機性能影響極大的一類基礎(chǔ)件。世界工業(yè)發(fā)達國家都將液壓工業(yè)列為競相發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展速度也遠遠高于機械工業(yè)的發(fā)展速度?，F(xiàn)代液壓元件、系統(tǒng)及其控制已發(fā)展成為綜合的液壓技術(shù)，但我國的發(fā)展水平還比較低。主要表現(xiàn)為產(chǎn)品水平低、品種規(guī)格少、自我開發(fā)能力薄弱成套性差。 液壓系統(tǒng)的設(shè)計是整個機器設(shè)計的一部分，它的任務(wù)是根據(jù)機器的用途、特點和要求，利用液壓傳動的基本原理，擬訂出合理的液壓系統(tǒng)圖，再經(jīng)過必要的計算來確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，然后按照這些參數(shù)來選用液壓元件的規(guī)格和進行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 第6章 液壓集成塊設(shè)計 液壓系統(tǒng)采用液壓閥集成配置，集成塊設(shè)計是液壓控制系統(tǒng)設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)，其主要內(nèi)容包括：閥塊圖紙的定義、液壓集成塊孔道信息的提取，實現(xiàn)了由圖形信息向數(shù)據(jù)信息的轉(zhuǎn)換。 6.1 閥塊設(shè)計的一般步驟： 6.1.1 制作液壓元件樣板 為了在閥塊上合理布置液壓元件和油路通道，先制作元件樣板。按照液壓元件產(chǎn)品樣本，在圖畫紙上畫出各主要面的輪廓尺寸，并用虛線畫出元件底面上各油路口的位置尺寸，剪下來作成樣板。 在制作樣板時注意： （1） 產(chǎn)品樣本上的尺寸可能與實物不符合，應(yīng)與實物核對。 （2） 樣本上的圖樣是液壓元件的底視圖，制作樣板時應(yīng)將底視圖翻轉(zhuǎn)，該畫成頂視圖。 6.1.2 確定通道的孔徑 通道的孔徑的根據(jù)液壓元件的內(nèi)徑來確定。 6.1.3 布置液壓元件的位置 電磁閥應(yīng)按裝在閥塊的前，后側(cè)面。在電磁鐵伸出處要避免與側(cè)面的元件相碰。盡良減少鉆孔的數(shù)量。閥塊中的油孔分公共通道油孔和與閥孔相通的油孔兩類。布置元件垂直位置時應(yīng)使個元件相通的油孔盡量放在同一水平平面內(nèi)，或在油孔直徑范圍之內(nèi)，否則必須增加連接的工藝孔。對于不相通的油孔，孔間壁厚應(yīng)該大于3毫米。 同理，布置元件水平位置時，應(yīng)將與公共孔相通的油孔排列在公共孔的直徑范圍之內(nèi)，否則必須增加連接的工藝孔。同樣，閥塊前，后側(cè)面相通的油孔也應(yīng)排列在油孔的直徑范圍之內(nèi)，否則必須增加連接的工藝孔。閥塊前，后與左，右側(cè)面相通的油孔，首先考慮相互垂直的油孔相連，必要時才增加中間的工藝孔。 6.2 布置液壓元件位置的程序 6.2.1 電磁換向閥的布置 電磁換向閥應(yīng)安裝在閥塊的正面或背面。因為電磁換向閥結(jié)合面的長度較大，在電磁換向閥伸出處要避免與側(cè)面的元件相碰。 電磁換向閥水平方向的位置應(yīng)與溢流閥的進口相適應(yīng)。 電磁換向閥垂直方向的位置應(yīng)該考慮與主溢流閥的出油口相通。 6.2.2 溢流閥的布置 主溢流閥的進油口應(yīng)該考慮和單向閥的油路出油口在一個平面內(nèi)。并確定合適的位置。 另外兩個小溢流閥的進油口位置應(yīng)和電磁換向閥的兩個出油口位置在同一高度的水平面上。 6.2.3 回油口 由于電磁換向閥和兩個小溢流閥的出油靠近在一起，又難于和主回油口相連，因此開一個付回油口。 6.3 繪制閥塊的裝配圖 為讓裝配工人更好的完成裝配任務(wù)，繪制閥塊的裝配圖。 閥塊的裝配圖顯示整個閥塊的外型尺寸，各個閥的安裝位置和方向，以及所占空間的尺寸。 6.4本章小結(jié) 本章大概介紹了集成塊設(shè)計的一般步驟，集成塊設(shè)計是較有難度的事情，并無過多介紹。 第7章 液壓升降平臺同步控制 7.1 分析比較多種同步技術(shù)方案 方案1 利用分流集流閥控制同步液壓系統(tǒng)設(shè)置分流集流閥,按等流量將油液分為兩股供給左右組油缸,可以使兩組油缸在承受不同載荷時仍能獲得相等(或成比例) 的流量,從而實現(xiàn)左右組油缸的同步運動.其方案結(jié)構(gòu)簡單,成本不是太高,一般應(yīng)能滿足要求. 但是,不利因素有:根據(jù)市場供貨選用的分流集流閥與系統(tǒng)流量不完全匹配,實際分流精度較低;分流集流閥是利用載荷壓力反饋來補償因載荷壓力變化而引起流量變化的原理來調(diào)節(jié)流量變化的,而動態(tài)頻繁的系統(tǒng)速度調(diào)節(jié)誤差較大;此同步方案還應(yīng)根據(jù)上述分析因素進一步探討改進。 方案2 利用水平外置傳感器反饋閉環(huán)系統(tǒng)控制同步，利用水平外置傳感器反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)控制同步,是在左右剪刀撐水平走輪處分別設(shè)置一直線傳感器,測出左右走輪的同步誤差,將信號傳遞給計算機運算后控制電液比例流量閥調(diào)節(jié)流量,達到控制同步的目的。 方案3 利用垂直外置傳感器反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)控制同步，利用垂直外置傳感器反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)控制同步,是將位置傳感器置于臺面行程的垂直面內(nèi),直接測試行程誤差,并反饋信息給流量閥調(diào)整流量來控制同步。 當(dāng)直線式位置傳感器在升降平臺全行程內(nèi)伸長時,安裝會感到有一定的困難,在有些條件下甚至將不易實現(xiàn)。 因此,又可采取改進的方式,即通過鋼絲繩繞過滑輪將臺面直線運動轉(zhuǎn)換為回轉(zhuǎn)運動,再通過旋轉(zhuǎn)編碼器測試誤差,從而控制同步。 上述2，3方案應(yīng)用于多臺升降臺,同步控制效果良好,且都已有成功的實例. 但對于單臺雙片結(jié)構(gòu)的升降平臺來說,成本偏高,而且對左右兩片臺分別測試其運行誤差再反饋給執(zhí)行機構(gòu)進行調(diào)節(jié),在動態(tài)頻率較高的情況下,臺面始終受到瞬時誤差的影響而受力。 因此,在用戶特定要求的情況下,才宜采用。 每種方案都有重要的運用價值,同時也有一定的限定條件考慮綜合技術(shù)效益及成本因素, 利用分流集流閥控制同步具有更實際的意義。 7.2分流集流閥結(jié)構(gòu)及工作原理分析 分流集流閥亦稱速度同步閥，是分流閥、集流閥、單向分流閥、單向集流閥的總稱。分流閥采用柱塞式結(jié)構(gòu)；單向分流閥由分流閥和特殊的單向閥塊組成；分流集流閥采用換向活塞結(jié)構(gòu)，它們在液壓系統(tǒng)中，可使同一油泵的2—4個相同的執(zhí)行元件，無論負載大小如何，均能達到速度同步的運行目的。自調(diào)式分流集流閥是在分流集流閥基礎(chǔ)上，增加了流量、壓力自調(diào)節(jié)能力，使得該閥可以適應(yīng)大的流量、壓力變化范圍和大的偏載工作條件。自調(diào)式分流集流閥工作可靠，性能穩(wěn)定，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、使用和維修方便等特點。 分流集流閥示意圖如圖7.1所示。 圖7.1分流集流閥 7.2.1 性能特點 自調(diào)式同步閥是我國80?年代獲得國家發(fā)明獎的新產(chǎn)品，它是國內(nèi)外普通固定式同步閥的重大改進，解決了固定式同步閥流量適應(yīng)范圍狹窄的難題。具有流量范圍寬、糾偏能力強、能量損失小、精度易保證等許多特點。已成功的應(yīng)用到上千個同步系統(tǒng)中。新型自調(diào)式同步閥進一步完善和改進，使其精度和性能得到更進一步提高，可廣泛的應(yīng)用到各種同步系統(tǒng)中，滿足各種高精度同步系統(tǒng)的要求，在同步閥元件中，具有世界領(lǐng)先水平，是液壓同步系統(tǒng)的優(yōu)良元件。 7.2.2 結(jié)構(gòu)特點 該閥設(shè)有流量變化感應(yīng)前置級和負載偏差感應(yīng)級兩部分，分別感知流量和負載變化，因而能大幅度的適應(yīng)流量（3-5倍）和負載的變化范圍，將高壓油均分為相等的兩部分，具有很高的分流集流精度和很強的適應(yīng)能力。自調(diào)式同步閥結(jié)構(gòu)原理如圖7.2所示。 FJL型分流集流閥分流時P、O口為進油口，A和B口分別為分流口，集流時A和B分別為集流進油口，P、O口為出口。 圖7.2 自調(diào)式同步閥結(jié)構(gòu)原理圖 7.3本章小結(jié) 本章主要介紹分析了幾種同步技術(shù)及幾種同步閥的性能特點結(jié)構(gòu)特點等。液壓系統(tǒng)設(shè)計是主機設(shè)計的重要組成部分，設(shè)計時必須滿足主機工作循環(huán)所需要的全部技術(shù)要求，且靜動態(tài)性能好、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、工作安全可靠、壽命長、經(jīng)濟性好、使用維護方便。液壓系統(tǒng)的設(shè)計還要與主機的總體設(shè)計（包括機械、電氣設(shè)計）綜合考慮，以保證整機性能優(yōu)良。 42 結(jié) 論 液壓升降平臺具有載重量大，結(jié)構(gòu)堅固，升降平穩(wěn)，操作簡單，維護方便等特點。適用于工廠，倉庫，車站等需要高空作業(yè)，搬運的場所。本文介紹了剪叉式液壓升降平臺的液壓系統(tǒng)和工作特性。液壓系統(tǒng)采用液壓閥集成配置，可以顯著減少管路聯(lián)接和接頭，降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，增加現(xiàn)場添加和更改回路的柔性，具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝維護方便、泄漏少、振動小、利于實現(xiàn)典型液壓系統(tǒng)的特點：在同等的體積下，液壓裝置能比其他裝置產(chǎn)生更多的動力，再同等的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕，功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊，液壓馬達的體積和重量只有同等功率電機的12﹪，液壓裝置工作比較平穩(wěn)，由于重量輕，慣性小，反應(yīng)快，液壓裝置易于實現(xiàn)快速啟動，制動和頻繁的換向。 參考文獻 [1]張利平、鄧鐘明. 液壓系統(tǒng)氣壓系統(tǒng)設(shè)計手冊. 機械工業(yè)出版社，1997. 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