唐彬23981331
范文一：3940_剪叉式升降机设计
本科毕业设计
题 目:
英文题目:The Design of shear fork lift 学 院:机电工程学院
专 业:机械制造及其自动化
姓 名:
学 号:
指导教师:
2016年 3月 8日
摘要
随着科技和社会的发展和进步,各种各样的剪叉式升降机将会陆续出现在建 筑工地的施工应用中,与此同时,随着时间的推移,随着剪叉式升降机的越来越 普及,由于结构或者材料的原因暴露出来的问题越来越频繁,如果不对剪叉式升 降机进行结构创新和改进,最基本的就是严重影响了建筑施工的效率,严重的导 致剪叉式升降机不能正常使用,影响施工的进度和质量,在以前,我国对这种现 状的重视程度还是不够,即在剪叉式升降机上有自带的维修工具,但这对于难度 大点的维修工作就带来困难,如果发生故障,根本就不能够维修,而且这种现状 存在着许多不和谐因素,更使群体分化加剧,社会人文关怀程度的下降。而如果 能够通过合理规划设计出剪叉式升降机,这样不仅能够提高施工质量而且也能够 保障人身安全,节约剪叉式升降机的成本。
本次设计是关于剪叉式升降机的设计,通过对传统的剪叉式升降机的结构进 行了改进和优化,对它的机械结构和液压系统进行设计,使得此种类型的剪叉式 升降机的使用范围更广泛,更加灵活,并且对今后的选型设计工作有一定的参考 价值。
关键词:机械;液压;剪叉式升降机;参考
Abstract
For a lot of special places, like the risk is very big, or we are difficult to reach, such as disarm bombs, unknown corresponding domains such as detection, probing deep of more dangerous situation usually need to implement the robot.It’s a main part of robot for micro pedipulator, walking robots and more than six feet, compared to the Eight Legged Robot, because of strong bearing capacity, good stability, which the meritss is simple construction, So, a large number of researchers around the world, start .This paper mainly to the four bar mechanism as the main execution elements to design of micro walking the whole scheme of the four bar mechanism.
Its principle is diagonal synchronization, leg activity by the structure of the crank rocker, front leg movements around the same, it detailed performance curve characteristics of the connecting rod,when the curve trajectory diagonal straight line segment, the robot is stationary, the motion trajectory when the diagonal curve is slanting line do the walking.
Keywords :Manufacturing ,Location, Clamping, Process
目 录
摘要 . .............................................................I Abstract . ........................................................II 1引言 ............................................................1 1.1课题的来源与研究的目的和意义 ................................1 1.2本课题研究的内容 ............................................3
1.3剪叉式升降机的发展现状 ......................................5
2剪叉式升降机总体结构的设计 ......................................7 2.1剪叉式升降机的总体方案图 ....................................9 2.2剪叉式升降机的总体设计 .....................................11 2.2.1确定剪叉式升降机参数的原则 .............................12 2.2.2确定剪叉式升降机结构参数的内容 .........................14 2.2.3剪叉式升降机主要参数的确定 .............................15 2.2.4剪叉式升降机间距 .......................................16 2.3 举升机的力学分析与计算 ....................................17 2.3.1 举升机最低状态时,各臂受力情况 ........................17 2.3.2 举升机举升到最高位置时,各臂受力情况 ..................18 2.3.3 剪刀式举升机构主要受力杆件强度校核计算 ................18 2.3.4 连接螺栓的校核 ........................................19 2.4液压缸的选型计算 ............................................20 2.4.1缸体壁厚的计算 .........................................21 2.4.2缸底厚度的计算 .........................................22 2.4.3缸筒发生完全塑性变形的压力计算 3.2.4缸筒径向变形计算 ...23 2.4.4活塞杆强度的计算 .......................................23
2.4.5管路的设计 .............................................24
3负载图和速度图 .................................................25 4各主要零部件强度的校核 .........................................26
4.1工作台的强度校核 ...........................................27
5剪叉式升降机的控制原理 .........................................28 结论 . ............................................................29 致谢 . ............................................................30 参考文献 . ........................................................31
1 绪论
1.1 课题的来源与研究的目的和意义
由于液压工程的知识总量已经远远超越个人掌握所有,一些专业知识是必 不可少的。但是过度的专业知识分割,使视野狭隘,可以多多参加技术交流, 和参加科研项目,缩小范围,提升新技术的进步和整个块的技术,提高外部条 件变化的适应能力。封闭的专业知识的太狭隘,考虑的问题太特殊,在工作中 协调困难,不利于自我提高。因此,自上世纪第二十年代末,出现了一体化的 趋势。人们越来越重视基础理论,拓宽领域,对专业合并的分化。液压工程可 以增加产量,提高劳动生产率,提高生产的经济效益为目标,并研制和发展新 的液压产品。在未来,新产品的开发,降低资源消耗,清洁的可再生能源,成 本的控制,减少或消除环境污染作为一个超级经济目标和任务。机器能完成人 的手和脚,耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任务。现代液压工程液压 和液压设备创造出更多、更精美的越来越复杂,很多幻想成为过去的现实。人 类现在能成为天空的上游和宇宙,潜入海洋,数十亿光年的密切观察,细胞和 分子。电子计算机硬件和软件,人类的新兴科学已经开始加强,并部分代替人 脑科学,这是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的作用,但在未来几年 还将继续创造出不可思议的奇迹。人类智慧的增长并没有减少手的效果,而是 要求越来越精致,手工制作,更复杂的工作,从而促进手功能。又一方面实践 促进人脑智力。在人类的进化过程中,以及在每个人的成长过程中,大脑和手 是互相促进和平行进化。
大脑和手之间的人工智能和液压工程的近似关系,唯一不同的是,智能硬 件还需要使用液压制造。在过去,各种液压离不开人类的操作和控制,反应速 度和运算精度的进化是非常缓慢的大脑和神经系统,人工智能将消除这种限 制。相互促进,计算机科学和液压工程进展之间的平行,将在更高层次的新一 轮发展的开始使液压工程。在第十九世纪,液压工程的知识总量仍然是有限 的,大学在欧洲,它与一般的土木工程是一门综合性的学科,称为土木工程, 下半场的第十九个世纪成为一门独立的学科。在第二十世纪,随着液压工程和 知识增长的发展开始分解,液压工程专业,有分支机构。在第二十世纪中期趋 势分解,在时间之前和之后的第二次世界大战结束时达到的峰值。由于液压工
程的知识总量已经远远从个人掌握所有,一些专业是必不可少的。但是过度的 专业知识使分割,视野狭隘,可以查看和统筹大局和全球工程和技术交流,缩 小范围,新技术的进步和整个块的技术,外部条件变化的适应能力差。封闭的 专业知识的专家太狭,考虑的问题太特殊,在工作协调困难,不利于自我提 高。因此,自上世纪第二十年代末,出现了一体化的趋势。人们越来越重视基 础理论,拓宽领域,对专业合并的分化。综合职业分化和发展知识循环过程的 合成,是合理和必要的。从不同的专业和专业知识的专家,也有综合的知识了 解不够,看看其他学科和项目作为一个整体,从而形成一种相互强烈的集体工 作。综合和专业水平。有液压工程全面而专业的冲突;在综合性工程技术也有 综合和专业问题。在人类所有的知识,包括社会科学,自然科学和工程技术, 有一个更高的水平,更广泛的综合性和专业性的问题。
1.2 本课题研究的内容
本次设计主要针对剪叉式升降机进行设计,从剪叉式升降机的整体方案出 发,然后具体细化出具体内部结构,其具体内部结构主要包括以下几个方面: (1)到图书馆里查阅大量相关知识的资料,搜集出各类剪叉式升降机的原理及 结构,挑选相关内容记录并学习。
(2)分析剪叉式升降机的结构与参数。
(3)确定设计总体方案。
(4)确定具体设计方案(包括连杆机构的设计,液压传动的设计,控制系统的 设计,液压缸,轴承等的选型设计等等)。
(5)剪叉式升降机的三维图的绘制、 CAD 装配图、零件图的绘制。
(6)说明书的编制与整理。
1.3 剪叉式升降机的发展现状
当今社会,随着机械和液压工业的蓬勃发展,各行各业的机械设备也在不 断地更新,不断地完善,剪叉式升降机同样在发展着,传统的剪叉式升降机是 采用固定的方式,这样劳动效率低,运煤效率同样低下,不适合大批量的检修 汽车的场合。现代剪叉式升降机是用来代替传统的检修剪叉式升降机的一种新 型的剪叉式升降机。随着机械行业的大发展,剪叉式升降机的使用也越来越广 泛。如果使用传动的临时的固定式剪叉式升降机的的话,不但劳动强度大、效
率低、定位精度低,而且满足不了大批量通用型的检修要求。所以使用一个专 用的剪叉式升降机已成为发展趋势。剪叉式升降机的产品图片如图 1-1,1-2所 示:
图 1-1
图 1-2
2 剪叉式升降机总体结构的设计
2.1 剪叉式升降机的总体方案图
剪叉式升降机一般用于建筑物层高间运送货物,产品主要用各种工作层间 货物上下运送;立体车库和地下车库层高间汽车举升等。产品液压系统设置防 坠、超载安全保护装置,各楼层和升降机工作台面均可设置操作按钮,实现多 点控制。产品结构坚固,承载量大,升降平稳,安装维护简单方便,是经济实 用的低楼层间替代电梯的理想货物输送设备。根据升降台的安装环境和使用要 求,选择不同的可选配置,可取得更好的使用效果。其总体方案图如下图 2-1所示:
2-1 剪叉式升降机总体方案图
2.2. 剪叉式升降机的总体设计
2.2.1 确定剪叉式升降机参数的原则
1、要满足配套设备的相关要求;
2、与剪叉式升降机的工作方式 (即时支护或滞后支护 ) 相适应;
3、结构紧凑,人操作方便;
4、剪叉式升降机的工作稳定性好。
2.2.2 确定剪叉式升降机结构参数的内容
1、确定正常工作条件下,剪叉式升降机与相应设备的位置关系;
2、确定剪叉式升降机总体与主要部件的布置与尺。
2.2.3 剪叉式升降机主要尺寸的确定
1、剪叉式升降机高度
剪叉式升降机最小高度为:Hm=1.8m
剪叉式升降机最大高度为:Hn=20m
2、剪叉式升降机伸缩比 剪叉式升降机的伸缩比指最大与最小剪叉式升降机高度之比值为:代入数据得 m=2。
Hn Hm m / 2.2.4 剪叉式升降机间距
所谓剪叉式升降机间距,就是相邻两剪叉式升降机中心线间的距离。按下 式计算:bc=Bm+n? C3;
式中:
bc — 剪叉式升降机间距(剪叉式升降机中心距);
Bm — 每架剪叉式升降机升降台总长度;
C3— 相邻剪叉式升降机(或框架)升降台之间的间隙;
n — 每架所包含的组架的组数或框架数,整体自移式剪叉式升降机。
剪叉式升降机间距 bc 要根据剪叉式升降机型式来确定,本次设计取剪叉式升降 机的中心距为 1.4m 。
2.3 举升机的力学分析与计算
剪刀式举升机是一种可以广泛用于维修厂的举升机,具有结构紧凑、外形 美观、操作简便等特点,只需用此种安全可靠的举升设备将汽车举升到一定的 高度,即可实现对汽车的发动机、底盘、变速器等进行养护和维修功能。随着 我国私家车保有量越来越大,此种型式的举升机需求量也会日益增大。本机主 要性能参数为:额定举升载荷 4.5t ;在载重 3.5t 情况下,由最低位置举升到最 高位置需 60s ;当按下下降按钮使三位四通阀右位接通,车辆由最高位置降到 最低位置需 40s ;电动机功率 1.02kW ;举升机在最低位置时的举升高度为 350mm ,最大举升高度为 1500 mm,工作行程为 1150 mm。
剪刀式举升机的结构型式有多种,本设计中的举升机结构系指液压驱动的 小剪式举升机构。举升机构的传动系统为液压系统驱动和控制,由举升臂内安
装的液压油缸实现上下运动,推动连接两侧举升臂的轴,使安装在上下位置的 支杆沿滑道滚动,实现举升机的上下移动。设备的主要部分有:控制机构、传 动机构、执行机构、平衡机构和安全锁机构。
分析剪式举升机不同举升高度的受力情况可知,在给定载荷下 , 举升机举升 到不同高度时,所需油缸推力不同,各举升臂与轴所受的力也不同。为分析方 便,在计算过程中,我们只分析举手机最低点和举升到最高位置的受力情况即 可。
2.3.1 举升机最低状态时,各臂受力情况
1、与平台接触处的两铰接点的力学分析与计算
由前一节分析可知,举升机在最低点时,举升机重量均匀的分布在平台 上,平台钢结构和平台有效载荷之和 Wz1所产生的重力直接作用在滑动铰支座 和固定铰支座上。在最低点时,举升臂并不水平放置。存在一很小的角度α。
tan α= 125
1300
5.49?= α
因α很小,所以计算过程中我们可以将 Wz1 近似看成作用在平台中心位置, Wz1为举升重量与平台重量之和,即
W Z1=(3.5t+Wp ) g=(3.5+0.292) 10=37.9kN g 取 10 N/kg
???
因举升重量和平台质量之和由两侧举升机共同承受,所以代入式(3.2)和 (3.3)中的 W1只是 Wz1的一半, W1=19.0kN 解得 F3=F4=9.5KN
1、 计
算各举升臂的受力
图 3.5 举升臂受力图
图 3.5为杆 1的受力情况, F3 作用处为滑动铰支座,根据受力分析图列力 和力矩平衡方程。方程如下 :
F 3*1350+F5*1350=K6*80 K1=9.5-K5
F 3*1350+K2*80=K1*1350 解得 K2=16.9*K5-160.6
K 2+K6=0 K5=K5
K 1+K5=F3 K6=160.6-16.9*K5
分析计算结果,我们可以看到, k1,k2,k6三个未知量都与 k5有关,只要 确定出 k5,其他就都能解出。观察图 3-1 力学方案示意图,我们能够很快分析 出,举升重量全部作用在平台上,在举升机起升瞬间, k5铰接孔处竖直方向分 力很小,几乎为零,对杆件只起连接作用,我们将 k5取 0 N。
2.3.2 举升机举升到最高位置时,各臂受力情况
举升机升高到 20m 时,举升机向内滑动 260mm ,两脚支座之间的距离为 896.15mm 。上下两支杆之间的距离为 1160mm 。举升臂与水平方向夹角为α=46.675o 、液压缸与水平方向夹角为 ,液压缸推力 P=136.643KN。 72.78
θ=
分析和计算方法同上。解得 F3=13.5
F3*1350+F5*1350=K6*580 K1=13.5-K5
F3*1350+K2*580=K1*1350 解得 K2=2.3 *K5-31.4
K2+K6=0 K5=K5
K1+K5=F3 K6=31.4-2.3*K5
因举升到 20m 时,举升臂与水平方向夹角为α=46.675o ,所以竖直方向力 和水平方向力应近似相等。取 。则 K 1=13.5, K 2=-34.1。
66
k KN
=
2.3.3 剪刀式举升机构主要受力杆件强度校核计算
1、位于上端的支杆轴的强度校核
支杆轴通过支杆与平台接触,作用在滑动端的力 F3均匀作用在两个滑动轮 上。滑动的两轮之间距离为 405mm 。滑动轮外侧与举升臂接触。举升机最低点 时,对于支杆轴而言,与举升臂接触处,相当于固定支点,即被约束。图 3.9是支杆轴的受力图、剪力图、弯矩图。由图可知,支杆轴只受竖直方向力,没 有水平方向的力,所以支杆轴不发生扭转变形。我们从剪力图和弯矩图中还可 分析出,在长度为 405mm 的线段内横街面上的剪力 FQ=0,而弯矩 M 为一常数, 这种只有弯矩的的情况,称为纯弯曲。所以长度为 405mm 的线段内只发生弯曲 变形,而没有发生剪切变形。是弯曲理论中最简单的一种情况。由上面的计算 可以知道,上支杆轴在举升机升高到 20m 时,受力最大, F3=13.5,所以 我们只校 核举升机升到 20m 时的支杆轴强度即能说明轴的强度是否合格。
图 3.9 支杆轴的剪力图与弯矩图
对支杆轴进行强度校核,轴的材料为 45钢,抗拉强度
600b MPa δ= 弹性模量 E 为 , 一般取 。轴的直径 355s MPa δ=196216GPa 210E GPa =d=24mm。查《机械设计手册》。
(1)轴的弯矩图如图 3.9所示。
由图可知 ,最大正弯矩 M= 327.55.87527.5161.562
F kN mm N m ?=?=?(2)轴的强度校核 []33161.56max 116.866000.10.124
M M M MPa b MPa W d δδ==≈==≤=???πd 32
式中:M —— 为横截面上的弯矩
W —— 轴的抗弯截面系数
经校核可以看出,轴的截面强度足够。
2位于下端的支杆轴的强度校核
最下端轴的校核和最上端轴的校核方法一样,下端支杆轴最低点和最高点 时受
力情况一样。受力图、剪力图、弯矩图如图 3.10
所示。
图 3.10 下支杆轴的剪力图与弯矩 下支杆轴的材料也是 45钢,抗拉强度 。下支杆轴受的力为:
600b MPa δ=F5/2= ,轴的直径 d=24mm。 9.254.6252
KN KN =(1)弯矩图如图 3.10所示
由图可知 最大弯矩 527.5127.1872
F M N m =?=?(2 )下支杆轴的强度校核
[]33104.0625max 926000.10.124
M M M MPa b MPa W d δδ==≈==≤=???3πd 32
校核后可得出轴的强度足够。
3、对举升臂进行强度校核
图 3.11 举升臂 1的剪力图与弯矩图
因举升臂为板材,近似梁。所以分析过程中,我们按梁的强度校核方法来 分析举升臂。由图 3.11举升臂的受力图可以看到,举升臂既有水平方向的力, 又有竖直方向的力,并且两个方向的力在同一平面, 属拉伸(压缩)与弯曲组 合变形 [11]。我们将力进行分解,沿举升臂轴线方向和垂直轴线方向。
举升臂的受力图、剪力图、弯矩图、轴力图如图 3.11所示。由图所知,举 升臂在中间截面组合变形最大 [11]。举升臂的材料为 Q275钢
, 抗拉强度 , 弹性模量 E=200~220GPa , L 为举升臂长 L=2700mm 。 490~610b MPa δ=举升臂在最低状态时(),校核过程如下:
5.49α= 1)举升臂的弯矩图如图 3.11所示
举升臂最大负弯矩 38.1cos cos5.496532632.52222
F L M N m α=??=??= 2)确定举升臂 1中性轴的位置
截面形心距底边为 20110555520110
y mm ??==?因举升臂 1结构可近似一方钢,所以通过截面中心的中心线 Z 即为中性轴 3)截面对中性轴的惯钜 3
64201102.2181012
Iz m -?==?4)举升臂的最大弯曲应力为
33
6
2.63210551065.272.21810MPa δ--???==?5)最大轴向正应力
(2cos 1sin 3sin ) (84.24cos5.498.1sin 5.498.1sin 5.49) 42.722
N k k F F KN ααα?+?+??+?+?=== 截面积为 ,则正应力为
2110202200A mm =?=N F A =4270019.402200
MPa =6)校核举升臂的强度 两种变形产生的总应力
[]max 19.4065.2684.67490N F MPa b MPa A
δδδ=+=+=≤=结果表明最大弯矩处截面强度足够。
举升机升高到 1.5m 时的强度校核情况:(α=46.675o )
311.75cos 653cos 46.6756532632.2722
F M N m α=??=??= 最大弯曲应力为 33
6
2.63210551065.262.21810MPa δ--???==?轴力为:
(2cos 1sin 3sin ) (6cos 46.67516.69sin 46.67511.75sin 46.675) 12.422
N k k F F KN ααα?+?+??+?+?===
最大正应力为 124005.642200
F MPa A ==总应力为 []max 5.6465.2670.89490F MPa b MPa A
δδδ=+=+=≤=强度充分满足条件
(3)主推力轴校核
图 3.14 活塞杆推力轴弯矩图和剪力图
因此轴只承受液压缸推力,推力垂直于轴线方向,为示图方便,我们将力 竖直作用到轴上,两端固定处为支座处。因轴只受推力作用,属于纯弯曲情 况,所以轴只发生弯曲变形。受力如图 3.14所示 : 轴的材料为 40Cr ,抗拉强度 ,轴径为 60mm 。举升机在最低点时 , 推力最大只校 1000b MPa δ≥981s MPa δ=核此刻强度即可。
(1)轴的弯矩图如图 3.13所示。
由图可知 ,最大正弯矩 M= 324.08819114745.6422
P kN mm N m ?=?=? (2) 轴的强度校核 []3314745.64max 682.66810000.10.160M M M MPa b MPa W d δδ==≈==≤=?
??πd 32
经校核轴的强度足够,加工加强肋合理。
2.3.4 连接螺栓的校核
螺栓在举升机中起连接作用,主要承受剪切变形。校核时只考虑剪切变形 就可以。以下是对图 2.4中的 1、 3、 4处的螺栓进行强度校核。螺栓材料为 Q235-A 钢,许用剪切应力 []=98MPa。
τ1、 1处螺栓受的剪切力如图 3.15所示
图 3.15 1处螺栓所受剪切力图
(1)举升机在最低点时螺栓剪切力强度计算
水平方向承受的应力为 284.2431059.621223044
k F Q MPa A d Q δ?====??竖直方向承受的应力为 18.13105.732223044
k F Q MPa A d Q δ?====??根据第三强度理论
=53.89MPa τ12
δδ-=[]98MPa τ≤=满足强度要求。
(2)举升到 20m 时螺栓剪切力强度计算 水平方向承受的应力为 216.6931011.811223044
k F Q MPa A d Q δ?====??竖直方向承受的应力为 163104.252223044
k F Q MPa A d Q δ?====??根据第三强度理论 11.814.257.56[]9812
MPa MPa τδδτ=-=-=≤=经计算满足强度要求
2、 3处螺栓受的剪切力如图 3.16所示
图 3.16 3处螺栓所受剪切力图
(1)举升机在最低点时螺栓剪切力强度计算
水平方向承受的应力为 684.2431059.621223044
k F Q MPa A d Q δ?====??竖直方向承受的应力为 50224
k F Q MPa A d Q δ===?根据第三强度理论 59.62[]9812
MPa MPa τδδτ=-=≤=经计算满足强度要求
(2)举升到 20m 时螺栓剪切力强度计算
水平方向承受的应力为 663104.251223044
k F Q MPa A d Q δ?====??竖直方向承受的应力为 53.81224
k F Q MPa A d Q δ===?根据第三强度理论 0.44[]9812
MPa MPa τδδτ=-=≤=经计算满足强度要求。
图 3.17 5处螺栓所受的剪切力图
(1)举升机在最低点时螺栓剪切力强度计算
水平方向承受的应力为 884.2431059.621223044
k F Q MPa A d Q δ?====??竖直方向承受的应力为 76.55224
k F Q MPa A d Q δ===?根据第三强度理论 53.07[]9812
MPa MPa τδδτ=-=≤=经计算满足强度要求
(2)举升到 20m 时螺栓剪切力强度计算
水平方向承受的应力为 85.393103.811223044
k F Q MPa A d Q δ?====??竖直方向承受的应力为 73.253102.32223044
k F Q MPa A d Q δ?====??根据第三强度理论 1.51[]9812
MPa MPa τδδτ=-=≤=经计算满足强度要求。校核后的结果表明螺栓材料为 Q235钢是符合要求的。
2.4液压缸的选型计算
液压缸的设计计算: 由于液压执行元件与主机结构有着直接关系,因此液 压缸的主要尺寸包括缸筒内径 D 、活塞杆直径 d 和缸筒长度 L 。
表 3.1 液压缸工作压力与活塞杆直径 液压缸工作压
力 p/MPa
<5 5~7="">7 推荐活塞杆直
径 d (0.5~0.55)D
(0.6~0.7)D
0.7D
强度校核的项目包括缸筒壁厚δ、活塞杆直径
d 和缸盖固定螺栓的直径 ds 。
当 D/δ>10时为薄壁,δ按下式校核 :
式中, D-缸筒内径;
当 D/δ<10时为厚壁,δ按下式校核>
2. 活塞杆直径 d
式中, F — 活塞杆上的作用力; [σ]— 活塞杆材料的许用应力, [σ]= σ
b/1.4。
3. 缸盖固定螺栓直径
ds
式中, F — 活塞杆上的作用力; k — 螺纹拧紧定螺栓个数; [σ]— 螺栓材料的许用应力, [σ]=
σs/(1.22~2.5),σs 为材料的屈服点。
[σ]— 活塞杆材料的许用应力, [σ]= σb/1.4。
2.4.1缸体壁厚的计算
⑴按薄壁筒计算:
[];
2/σδPyD ≥⑵按中等壁厚计算:
[]{};
3. 2/C Py PyD +-=ψσδ⑶按厚壁筒计算:
; 73. 1/2
/Py D -≥σσδ[σ]缸体材料许用应力;[σ]=σb/ n;
σb 缸体材料的抗拉强度。对于 45钢正火处理,σb =580 Mpa; n 安全系数;一般取 3.5~5; ψ强度系数;对于无缝钢管ψ=1;
c 计入管壁公差及侵蚀的附加壁厚;一般按标准圆整缸体外圆值; D 缸体内径 (mm);
2.4.2缸底厚度的计算
⑴平形无油孔:;
σ/433. 0Py D h -⑵平形有油孔:
;
0/433. 0σd D PyD D h --d0 油口直径 (mm);
2.4.3缸筒发生完全塑性变形的压力计算
式中:
();
/1log 3. 21D D s P ση=Ppl 缸筒发生完全塑性变形的压力;
σs 缸体材料的屈服强度。对于 45钢正火处理,σs =340 Mpa; D1缸体外径
2.4.4缸筒径向变形计算
{};
21/221/2/Y D D D D E DXPy D +-+=?式中:△ D 缸体材料在试验压力下的变形量; E 缸体材料弹性模数;对于钢材 E =2.1×105Mpa ; γ缸体材料的泊松系数;对于钢材γ=0.3;
2.4.5活塞杆强度的计算
活塞杆强度计算公式为:
; 2
1/22d Py d D ????
? ?
?-=σd1 活塞杆危险截面直径;
整体式活塞杆的各种类型分别如下图所示:
1、耳环连接
2、端部铰轴连接
3、中部铰轴连接
4、端部法兰连接
5、中部法兰 连接
6、底部法兰 连接
2.4.5 管路的设计
各元件间连接管道的规格按原件接口尺寸决定,液压缸则按输入、排出的
最大流量计算。由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进、出流量已与 原定数值不同,所以要重新计算,如下表所示。
油液在压油管中的流速取 3m/min,
d ≥ 2=2×mm=9.3mm ) /(πυq ) 60103/() 1024. 12(36????π 油液在吸油管中的流速取 1m/min,
d ≥ 2=2×mm=11.3mm
) /(q ) 60101/(10636????π两个油管都按 GB/T2351-2005选用外径 Φ15mm、内径 Φ12mm的无缝钢管。
流量、速度
快进 工进 快退
输入流量 L/min
q 1=(A1q p )/(A1-A 2`)
=(19.63x6)/(19.63-10.01)
=12.24
q1=0.5 q 1=qp =6
排出流量 L/min
q 2=(A2q 1)/A1
=(10.01x12.24)/19.63
=6.24
q 2=(A2q 1)/A1 =(0.5x10.01)/19.63
=0.25
q 2=(A1q 1)/A2 =(19.63x6)/10.01
=11.76
3 负载图和速度图
查相关表格可知,液压缸的工作效率 η=0.9,可以得到以下计算公式: 启动:F=Ffj=880N;
F ‵ =F/η=1160/0.9 N=1289 N;
加速:F=Ffd+Fg=580+493.20=1073.20 N; F ‵ =F/η=1073.20/0.9=1193 N; 快进:F=Ffd=290 N; F ‵ =F/η=580/0.9=645 N;
工进:F=Ffd+Fw=580+3183=3763 N; F ‵ =F/η=3763/0.9=4182 N; 快退:F=Ffd=290N; F ‵ =F/η=580/0.9=645 N;
根据工况负载 F 及行程 S ,绘制负载图(根据工进速度 V1,快进速度 V2确定下图):
4 各主要零部件强度的校核
4.1升降台的强度校核
假定升降台支撑顶板时为均布载荷,如下图所示:
升降台受力示意图由于立柱的的工作阻力为 F=25000N,柱间距 l=1000mm梁总长 L=1840mm计算时,均布载荷的计算公式为:q=2FL以距左端 X 断面计 算弯矩时:Mx=0.5qx2?F (x?m )求导得:M (x ) =qx-F=0 则:x=Fq=F2FL=L2
即最大弯矩处在升降台中间,最大弯矩为:
Mmax=L2q(L2) 2?F (L2?m ) =q8L2?F (L2?m ) =F4L?FL2+Fm=Fm-FL4将 F=25000N, m=0.6m, L=1.84m代入上式,得 Mmax=2.5*2.6-2.5? 1.84=6.5-
4.6=1.9kN.m,所以能承受工作面所给与压力。
5 剪叉式升降机的控制原理
本次设计在剪叉式升降机是通过单片机系统控制的,单片机系统输出指令 给电磁阀,电磁阀得电从而控制液压缸行程的开合,当有车停在剪叉式升降机 上面后,通过按钮启动,电磁阀得电,从而控制液压缸打开行程,这样,汽车 就被抬起到一定的高度。然后当汽车检修好后,电磁阀失电,液压缸缩回行 程,汽车被放到底面上面。
6 设计总结
通过本次设计 , 让我学习到了许多知识,特别是对传动机构的应用方面, 是我收获最大的地方。本次的设计的传动机构包含了齿轮传动机构这一最典型 的机构,通过查找与它相关的设计资料,到计算带动筒体转动所需要在输出扭 矩从而对齿轮机构进行设计,包括传动齿轮的选型,例如齿数,模数的确定以 及之后的强度校核部分的设计,都花费了我好多精力。同时,也让我学到了好 多知识。
在相关的实际问题的讨论中,我的导师总是孜孜不倦的引导着我,帮助着 我。每周一次的进度检查和问题讨论,促使我在正确的道路上大步前进,不仅 工作的按时保质保量的完成得到了保证,我本人的研究能力,工作的态度也得 到了充分的锻炼和提高。这些宝贵的品质影响着我,毫无疑问,它们对我以后 的工作,学习,生活都会起到深远而长久的良好影响。也能为人生打下一个夯 实地基础!
在具体的研究设计过程中,同学们也在平日的学习与生活中提供了无私与周到 的帮助,充分用他们的工作热情感染着我,鼓励着我,让我少走了很多弯路, 再次一并致谢!另外也感谢我的父母,朋友和同学们的帮助。在做设计感觉受 挫,枯燥与迷茫时,是他们在悉心的为我释放压力,鼓励我不要气馁,勇敢面 对。每周一次和父母的通话,与朋友和同学的长谈后都使我精神放松,斗志倍 增,以饱满的热情重新投入到工作中去,感谢他们,正是他们的不懈支持和充 分理解才能使我顺利完成毕业设计。
最后,感谢学校各位领导与老师给了我在滨海学院学习生活四年以及参加 这次毕业设计的宝贵的锻炼机会,它使我深刻认识到在知识的汪洋大海面前我 是多么无知和微不足道。这是一个最好的时代,也是尊重知识,充分学习知 识,掌握知识的时代。只有持续的不间断地学习,才不会在激烈的竞争中落后 于别人,也才能用自己的真才实学为社会做出自己应有的贡献。知识是无止境 的,无价的,我愿在求真的道路上下而求索!
结 论
到如今,毕业设计总算接近尾声了,通过这次对于剪叉式升降机的设计, 使我们充分把握的设计方法和步骤,不仅复习所学的知识,而且还获得新的经 验与启示,在各种软件的使用找到的资料或图纸设计,会遇到不清楚的作业, 老师和学生都能给予及时的指导,确保设计进度,本文所设计的是剪叉式升降 机的设计,通过初期的方案的制定,查资料和开始正式做毕设,让我系统地了 解到了所学知识的重要性,从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易,需要 不断钻研,不断进取才可要做的好,总之,本设计完成了老师和同学的帮助 下,在大学研究的最感谢帮助过我的老师和同学,是大家的帮助才使我的论文 得以通过。
致 谢
时间过得很快,论文总算完成了,我的心里感到特别高兴和激动,在这 里,我打心里向我的导师和同学们表示衷心的感谢!因为有了老师的谆谆教 导,才让我学到了很多知识和做人的道理,由衷地感谢我亲爱的老师,您不仅 在学术上对我精心指导,在生活上面也给予我无微不至的关怀支持和理解,在 我的生命中给予的灵感,所以我才能顺利地完成大学阶段的学业,也学到了很 多有用的知识,同时我的生活中的也有了一个明确的目标。知道想要什么,不 再是过去的那个爱玩的我了。导师严谨的治学态度,创新的学术风格,认真负 责,无私奉献,宽容豁达的教学态度都是我们应该学习和提倡的。通过近半年 的设计计算,查找各类剪叉式升降机的相关资料,论文终于完成了,我感到非 常兴奋和高兴。虽然它是不完美的,是不是最好的,但在我心中,它是我最珍 惜的,因为我是怎么想的,这是我付出的汗水获得的成果,是我在大学四年的 知识和反映。四年的学习和生活,不仅丰富了我的知识,而且锻炼了我的个人 能力,更重要的是来自老师和同学的潜移默化让我学到很多有用的知识,在这 里,谢谢老师以及所有关心我和帮助我的人,谢谢大家。
参考文献
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28
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29
范文二：剪叉式液压升降机设计
1. 前言
1.1课题研究的目的和意义
升降机是一种升降性能好，适用范围广的货物举升机构，可用于生产流水线高度差设备之间的货物运送，物料上线，下线，共件装配时部件的举升，大型机库上料，下料，仓储装卸等场所，与叉车等车辆配套使用，以及货物的快速装卸等。它采用全液压系统控制，采用液压系统有以下特点：
（1）在同等的体积下，液压装置能比其他装置产生更多的动力，在同等的功率下，液压装置的体积小，重量轻，功率密度大，结构紧凑，液压马达的体积和重量只有同等功率电机的12%。
（2）液压装置工作比较平稳，由于重量轻，惯性小，反应快，液压装置易于实现快速启动，制动和频繁的换向。
（3）液压装置可在大范围内实现无级调速，（调速范围可达到2000），还可以在运行的过程中实现调速。
（4）液压传动易于实现自动化，他对液体压力，流量和流动方向易于进行调解或控制。
（5）液压装置易于实现过载保护。
（6）液压元件以实现了标准化，系列化，通用化，压也系统的设计制造和使用都比较方便。
当然液压技术还存在许多缺点，例如，液压在传动过程中有较多的能量损失，液压传动易泄露，不仅污染工作场地，限制其应用范围，可能引起失火事故，而且影响执行部分的运动平稳性及正确性。对油温变化比较敏感，液压元件制造精度要求较高，造价昂贵，出现故障不易找到原因，但在实际的应用中，可以通过有效的措施来减小不利因素带来的影响。
1.2国内研究状况及发展前景
我国的液压技术是在新中国成立以后才发展起来的。自从1952年试制出我国第一个液压元件——齿轮泵起，迄今大致经历了仿制外国产品，自行设计开发和引进消化提高等几个阶段。
进年来，通过技术引进和科研攻关，产品水平也得到了提高，研制和生产出了一些
- 1 -
具先进水平的产品。
目前，我国的液压技术已经能够为冶金、工程机械、机床、化工机械、纺织机械等部门提供品种比较齐全的产品。
但是，我国的液压技术在产品品种、数量及技术水平上，与国际水品以及主机行业的要求还有不少差距，每年还需要进口大量的液压元件。
今后，液压技术的发展将向着一下方向：
（1）提高元件性能，创制新型元件，体积不断缩小。
（2）高度的组合化，集成化，模块化。
（3）和微电子技术结合，走向智能化。
总之，液压工业在国民经济中的比重是很大的，他和气动技术常用来衡量一个国家的工业化水平。
2. 工艺参数及工况分析
2.1 升降机的工艺参数
本设计升降机为全液压系统，相关工艺参数为：
额定载荷：2500kg 最低高度：500 mm 最大起升高度：1500mm
最大高度：1700mm 平台尺寸：4000x2000mm 电源：380v,50Hz
2.2工况分析
本升降机是一种升降性能好，适用范围广的货物举升机构，和用于生产流水线高度差设备之间的货物运送，物料上线、下线。工件装配时调节工件高度，高出给料机运送，大型部件装配时的部件举升，大型机库上料、下料 。仓储，装卸场所，与叉车等装运车辆配套使用，即货物的快速装卸等。
该升降台主要有两部分组成：机械系统和液压系统。机械机构主要起传递和支撑作用，液压系统主要提供动力，他们两者共同作用实现升降机的功能。
3. 升降机机械机构的设计和计算
- 2 -
3.1 升降机机械结构形式和运动机理 根据升降机的平台尺寸4000 2000mm ，参考国内外同类产品的工艺参数可知，该升降机宜采用单双叉机构形式：即有两个单叉机构升降台合并而成，有四个同步液压缸做同步运动，以达到升降机升降的目的。其具体结构形式1
23
4
65a b
图3.1
图3.1所示即为该升降机的基本结构形式，其中1是工作平台，2是活动铰链，3为固定铰链，4为支架，5是液压缸，6为底座。在1和6的活动铰链处设有滑道。4主要起支撑作用和运动转化形式的作用，一方面支撑上顶板的载荷，一方面通过其铰接将液压缸的伸缩运动转化为平台的升降运动，1与载荷直接接触，将载荷转化为均布载荷，从而增强局部承载能力。下底架主要起支撑和载荷传递作用，它不仅承担着整个升降机的重量，而且能将作用力传递到地基上。通过这些机构的相互配合，实现升降机的稳定和可靠运行。
两支架在0点铰接，支架4上下端分别固定在平台和底座上，通过活塞杆的伸缩和铰接点0的作用实现货物的举升。
3.2 升降机的机械结构和零件设计
3.2.1 升降机结构参数的选择和确定
根据升降台的工艺参数和他的基本运动机理来确定支架4的长度和截面形状, 升降台达要求高度时铰链a 、b 的距离其液压缸的工作行程。
- 3 -
设ab=x (0
架和地板垂直时的高度应大于1.5m x ,(h >1.5m ) 2, 即支, 这样才能保证其最大升降高度达到1.5m ，其运动过程中任意两个位置的示意图表示如下： N1 M1
O1
N
M
B1B O2C1C A
图3.4
设支架都在其中点处绞合，液压缸顶端与支架绞合点距离中点为t ,根据其水平位置的几何位置关系可得：0
下面根据几何关系求解上述最佳组合值：
初步分析：x 值范围为0
（1） x =0.4
支架长度为h=2-x/2=1.8m
O 2C =h/2=0.9m
- 4 -
液压缸的行程设为l, 升降台上下顶板合并时，根据几何关系可得到：
l+t=0.9
升降台完全升起时，有几何关系可得到：
1.82+0.9952-1.52
cos α=2?1.8?0.995
联合上述方程求得：
t=0.355m
l=0.545m (0.9+t ) 2+0.9552+(2l ) 2= 2?(0.9+t ) ?2l
即液压缸活塞杆与2 杆绞合点与2 杆中心距为0.355m. 活塞行程为0.545m
（2） x =0.6
支架长度为=2-x/2=1.7m
O 2C =h/2=0.85m
液压缸的行程设为l, 升降台上下顶板合并时，根据几何关系可得到：
l+t=0.9
升降台完全升起时，有几何关系可得到：
1.72+0.82-1.52
cos α=2?1.7?0.8
联合上述方程求得：
t=0.32m
l=0.53m (0.85+t ) 2+0.82-(2l ) 2= 2?0.8?(0.85+t )
即液压缸活塞杆与2 杆绞合点与2 杆中心距为0.32m. 活塞行程为0.53m
（3） x =0.8
支架长度为=2-x/2=1.6m
- 5 -
O 2C =h/2=0.8m
液压缸的行程设为l, 升降台上下顶板合并时，根据几何关系可得到：
l+t=0.9
升降台完全升起时，有几何关系可得到：
1.62+0.5572-1.52
cos α=2?1.6?0.557
联合上述方程求得：
t=0.284m
l=0.516m (0.8+t ) 2+0.5572-(2l ) 2= 2?(0.8+t ) ?0.557
即液压缸活塞杆与2 杆绞合点与2 杆中心距为0.284m. 活塞行程为0.516m
现在对上述情况分别进行受力分析：
（4） x=0.4m ,受力图如下所示：
（5） x=0.6m ,受力图如下所示
- 6 -
（6） x=0.8m ,受力图如下所示
比较上述三种情况下的载荷分布状况，x 取小值，则升到顶端时，两相互绞合的支架间的间距越大，而此时升降台的载荷为均布载荷，有材料力学理论可知，此时两支架中点出所受到的弯曲应力为最大，可能会发生弯曲破坏，根据材料力学中提高梁的弯曲强度的措施 σmax =M max ≤[σ] w
知，合理安排梁的受力情况，可以降低M max 值，从而改善提高其承载能力。分析上述x=0.4m.x=0.6m,x=0.8m时梁的受力情况和载荷分布情况，可以选择第二种情况，即x=0.6m时的结构作为升降机a 的最终值，由此便可以确定其他相关参数如下：
t=0.32m. l=0.53m, h=1.7m
3.2.2 升降机支架和下底板结构的确定
3.2.2.1 上顶板结构和强度校核
上顶板和载荷直接接触，其结构采用由若干根相互交叉垂直的热轧槽钢通过焊接形
- 7 -
式焊接而成，然后在槽钢的四个侧面和上顶面上铺装4000x2000x3mm 的钢板，其结构形式大致如下所示：
图3.7
沿平台的上顶面长度方向布置4根16号热轧槽钢，沿宽度方向布置6根10号热轧槽钢，组成上图所示的上顶板结构。在最外缘延长度方向加工出安装上下支架的滑槽。以便上下支架的安装。滑槽的具体尺寸根据上下支架的具体尺寸和结构而定。
沿长度方向的4根16号热轧槽钢的结构参数为
h ?b ?d ?t ?r ?r 1=160?65?8.5?10?10.0?5.0mm
论重量为19.752kg /m ，抗弯截面系数为117cm 3, 截面面积为25.162cm 2，理。沿宽度方向的6根10号热轧槽钢的
, 截面面积为结构参数为h ?b ?d ?t ?r ?r 1=100?48?5.3?8.5?8.5?4.2mm
12.784cm 2，理论重量为10.007kg /m ，抗弯截面系数为39.7cm 3。
其质量分别为：
4根16号热轧槽钢的质量为：
m 1=4?4?19.752=316kg
6根10号热轧槽钢的质量为：
m 2=6?2?10.007=120kg
菱形钢板质量为：
m 3=4?2?25.6=204.8kg
3.2.2.2 强度校核
升降台上顶板的载荷是作用在一平台上的，可以认为是一均布载荷，由于该平板上
- 8 -
铺装汽车钢板，其所受到的载荷为额定载荷和均布载荷之和，其载荷密度为： q =F l
F 钢板和额定载荷重力之和。 单位N
l 载荷的作用长度。单位m, 沿长度方向为16m, 宽度方向为12m.
其中F=(m1+m 2) g +G 额载
带入数据得：F=29604N 沿长度方向有：q =
带入数据有：q =F l 29604=1850N 4?4
分析升降机的运动过程，可以发现在升降机刚要起升时和升降机达到最大高度时，会出现梁受弯矩最大的情况 ，故强度校核只需要分析该状态时的受力情况即可，校核如下：
其受力简图为：
该升降台有8个支架，共有8个支点，假设每个支点所受力为N ，则平很方程可列为：
将F =∑Y =0 即 8N -F =0 29604
2N 带入上式中：N =1850N
根据受力图，其弯矩图如下所示：
- 9 -
AB段： M (x ) =Nx -q x 2
2 =1850-925x （0≤x ≤1.7m ）
BC段： M (x ) =Nx +N (x -1.7) -
=3700x-3145-925x
CD段与AB 段对称。
2q 2x 2 （1.7≤x ≤2.3m ）
由弯矩图可知该过程中的最大弯矩为 ：σmax =1850Nm 根据弯曲强度理论：
σmax ≤[σ] M max σ≤[σ]=s W n
3 σmax =即梁的最大弯曲应力应小于其许用弯曲应力。 式中： W 抗弯截面系数 m
沿长度方向为16号热轧槽钢 W =117?10m
-63σS 钢的屈服极限 σs =255MPa
n 安全系数 n=3
代入数据： σmax =σs 1850=15.8MPa <>
- 10 - =85MPa
由此可知，强度符合要求。
升降台升到最高位置时，分析过程如下： 与前述相同：N =1850N 弯矩如下： FA段： M (x ) =
q 2
x (0≤x ≤1.7m ) 2
2
=925x AB段：M (x ) =N (x -0.9) -
q 2
x 2
(0.9≤x ≤1.7m )
2
=1850x -1665-925x BC 段： M (x ) =N (x -0.9) +N (x -1.7) -
2
q 2
x (1.7≤x ≤2.3m ) 2
=3700x -4810-925x CD 段与AB 段对称，AF 段和DE 段对称.
由弯矩图可知该过程中的最大弯矩为 ：σmax =1193.5Nm 根据弯曲强度理论：
σmax =
M max σ
≤[σ]=s W n
3
即梁的最大弯曲应力应小于其许用弯曲应力。 式中： W 抗弯截面系数 单位m
沿长度方向为16号热轧槽钢
W =117?10-6m 3
σS 钢的屈服极限
σs =255MPa
- 11 -
n 安全系数 n=3 代入数据： σmax =
σs 1193.25
=10.2MPa
117?10-6n
=85MPa
由计算可知，沿平台长度方向上4根16 号热轧槽钢完全可以保证升降台的强度要求。
同样分析沿宽度方向的强度要求： 均布载荷强度为： q =
F
l
F 钢板及16号槽钢与载荷重力 l 载荷作用长度 2x6=12m 带入相关数据，q =2307N /m 受力图和弯矩图如下所示：
M (x ) =Nx -
q
x （0≤x ≤2m ） 2
2
=1850-
1153.5x
由弯矩图知：M max =696.5Nm 最大弯曲应力为：σmax =
M max
=17.6MPa ≤[σ] W
故宽度方向也满足强度要求。
3.2.2.3支架的结构
支架由8根形状基本相同的截面为矩形的钢柱组成，在支架的顶端和末端分别加工出圆柱状的短轴，以便支架的安装。支架在升降机结构中的主要功能为载荷支撑和运动转化，将液压缸的伸缩运动，通过与其铰合的支点转化为平台的升降运动，支架的结构除应满足安装要求外，还应保证有足够的刚度和强度，一时期在升降运动中能够平稳安全运行。
- 12 -
每根支架的上顶端承受的作用力设为N. 则有等式： 8N =(m 1+m 2+m 3) g +G 额载 求得：N=3848N
分析支架的运动形式和受力情况，发现支架在运动过程中受力情况比较复杂，它与另一支架铰合点给予底座的固定点的受里均为大小和方向为未知的矢量，故该问题为超静定理论问题，已经超出本文的讨论范围，本着定性分析和提高效率的原则，再次宜简化处理，简化的原则时去次留主，即将主要的力和重要的力在计算中保留，而将对梁的变形没有很大影响的力忽略不计，再不改变其原有性质的情况下可以这样处理。根据甘原则，再次对制假所收的力进行分析，可以看出与液压缸顶杆联结点的力为之家所受到的最主要的力，它不仅受液压缸的推力，而且还将受到上顶班所传递的作用力，因此，与液压缸顶杆相连接的支架所厚道的上顶板的力为它所受到的最主要的力，在此，将其他的力忽略，只计算上顶板承受的由载荷和自重所传递的载荷力。
计算简图如下所示：
图3.11
N '所产生的弯矩为：M '=N 'L
N ' 每个支架的支点对上顶板的作用力 单位N
L 液压缸与支架铰合点距支点之间的距离 单位m 代入数据：M =3848?0.53=2039Nm
假定改支架为截面为长为a, 宽为b 的长方形，则其强度应满足的要求是：
σmax ≤[σ]
σmax =
σM
≤[σ]=s W n
- 13 -
式中： M 支架上所受到的弯矩 单位Nm
a 2b 3
m W 截面分别为a,b 的长方形抗弯截面系数W =6
[σ]=
σs
n
n =1.5
σs 所选材料为碳素结构钢 Q 235 将数据代入有：a b ≥
2
2
σS =235MPa
9?2035
235
3
2
3
求得： a b ≥78cm
上式表明：只要截面为a,b 的长方形满足条件a b ≥78cm ，则可以满足强度要求，取a =5cm , b =3.5cm ，则其 a b =87.5cm ≥78cm
2
3
3
符合强度要求。
这些钢柱的质量为：m 4=8abh ρ=8?3.5?5?10-4?7.9?103?1.7=188Kg 支架的结构还应该考虑装配要求，液压缸活塞杆顶端与支架采用耳轴结构连接，因此应在两支架之间加装支板，以满足动力传递要求。
3.2.2.4 升降机底座的设计和校核
升降机底座在整个机构中支撑着平台的全部重量，并将其传递到地基上，他的设计重点是满足强度要求即可，保证在升降机升降过程中不会被压溃即可，不会发生过大大变形，其具体参数见装配图。
4. 升降机系统的设计要求
液压系统的设计在本升降台的设计中主要是液压传动系统的设计，它与主机的设计是紧密相关的，往往要同时进行，所设计的液压系统应符合主机的拖动、循环要求。还应满足组成结构简单，工作安全可靠，操纵维护方便，经济性好等条件。
本升降台对液压系统的设计要求可以总结如下：
升降台的升降运动采用液压传动，可选用远程或无线控制，升降机的升降运动由液压缸的伸缩运动经转化而成为平台的起降，其工作负载变化范围为0~~~2500Kg，负载平稳，工作过程中无冲击载荷作用，运行速度较低，液压执行元件有四组液压缸实现同步运动，要求其工作平稳，结构合理，安全性优良，使用于各种不同场合，工作精度要求一般.
5. 执行元件速度和载荷
- 14 -
5.1执行元件类型、数量和安装位置
类型选择：
表5.1 执行元件类型的选择
根据上表选择执行元件类型为活塞缸，再根据其运动要求进一步选择液压缸类型为双作用单活塞杆无缓冲式液压缸，其符号为：
图5.1
数量：该升降平台为双单叉结构，故其采用的液压缸数量为4个完全相同的液压缸，其运动完全是同步的，但其精度要求不是很高。
安装位置：液压缸的安装方式为耳环型，尾部单耳环，气缸体可以在垂直面内摆动，安装的位置为图3.6 所示的前后两固定支架之间的横梁之上，横梁和支架组成为一体，通过横梁活塞的推力逐次向外传递，使升降机升降。
5.2速度和载荷计算
5.2.1 速度计算及速度变化规律
参考国内升降台类产品的技术参数可知。最大起升高度为1500mm 时，其平均起升时
- 15 -
间为45s ，就是从液压缸活塞开始运动到活塞行程末端所用时间大约为45s ，设本升降台的最小气升降时间为40s, 最大起升时间为50s ，由此便可以计算执行元件的速度v:
v =
l t
式中： v 执行元件的速度 单位m/s L 液压缸的行程 单位m t 时间 单位s 当 t =40s 时： v max =当 t =50s 时： v min =
l t min
=
0.53
=0.01325m /s 40
l 0.53==0.0106m /s t 40
液压缸的速度在整个行程过程中都比较平稳，无明显变化，在起升的初始阶段到运行稳定阶段，其间有一段加速阶段，该加速阶段加速度比较小，因此速度变化不明显，形成终了时，有一个减速阶段，减速阶段加速度亦比较小，因此可以说升降机在整个工作过程中无明显的加减速阶段，其运动速度比较平稳。
5.2.2执行元件的载荷计算及变化规律
执行元件的载荷即为液压缸的总阻力，油缸要运动必须克服其阻力才能运行，因此在次计算油缸的总阻力即可，油缸的总阻力包括：阻碍工作运动的切削力F 切，运动部件之间的摩擦阻力F 磨，密封装置的摩擦阻力F 密，起动制动或换向过程中的惯性力
F 惯，回油腔因被压作用而产生的阻力F 背，即液压缸的总阻力也就是它的最大牵引
力：
F=F 切+F磨+F 密+F 惯+F 背
（1）切削力。根据其概念：阻碍工作运动的力，在本设计中即为额定负载的重力和支架以及上顶板的重力：
其计算式为：F 切=F 额载+F 支架+F 上顶板
（2）摩擦力。各运动部件之间的相互摩擦力由于运动部件之间为无润滑的钢-钢
- 16 -
之间的接触摩擦，取μ=0.15
，
其具体计算式为： F 磨=μG=μ（m 1+m 2+m 3+m 4）g+μG 额载 式中各符号意义同第三章。
（3）密封装置的密封阻力。根据密封装置的不同，分别采用下式计算： O 形密封圈： F 密=0.03F F--液压缸的推力 Y 形密封圈： F 密 =fpπdh 1
f 摩擦系数，取f =0.01 p 密封处的工作压力 单位Pa d 密封处的直径 单位m h 1
密封圈有效高度 单位m
密封摩擦力也可以采用经验公式计算，一般取F 密=（0. 05--01. ）F （4）运动部件的惯性力。 其计算式为： F 惯=ma =
G ?v F 切?v
?=?
g ?t g ?t
2
式中： G 运动部件的总重力 单位N g 重力加速度 单位m /s ?v
启动或制动时的速度变量 单位m/s
?t 起动制动所需要的时间 单位s 对于行走机械取
?v
=0.5-1.5m /s 2，本设计中取值为0.4m /s 2 ?t
（5）背压力。背压力在此次计算中忽略，而将其计入液压系统的效率之中。 由上述说明可以计算出液压缸的总阻力为： F=F 切+F 磨+F 密+F 惯
= (m1+m 2+m 3+m 4)g +G 额载+μ(m1+m 2+m 3)g +μG 额载+
F 切?v
?+0.05F 切 g ?t
=(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)
- 17 -
?9.8 ?0.05
=40KN
液压缸的总负载为40KN ，该系统中共有四个液压缸个液压缸，故每个液压缸需要克服的阻力为10KN 。
该升降台的额定载荷为2500Kg ，其负载变化范围为0—2500Kg ，在工作过程中无冲击负载的作用，负载在工作过程中无变化，也就是该升降台受恒定负载的作用。
6. 液压系统主要参数的确定
6.1 系统压力的初步确定
液压缸的有效工作压力可以根据下表确定：
表6.1 液压缸牵引力与工作压力之间的关系
由于该液压缸的推力即牵引力为10KN ，根据上表，可以初步确定液压缸的工作压力为：p=2MPa 。
6.2 液压执行元件的主要参数
6.2.1液压缸的作用力
液压缸的作用力及时液压缸的工作是的推力或拉力，该升降台工作时液压缸产生向上的推力，因此计算时只取液压油进入无杆腔时产生的推力：
F=p
π
4
D 2ηcm
5
式中： p 液压缸的工作压力 Pa 取p=(20-3)?10Pa D 活塞内径 单位m 0.09m
ηcm 液压缸的效率 0.95
- 18 -
代入数据: F =
π
4
?(90?10-3) 2?(20-3) ?105?0.95
F = 10.3KN
即液压缸工作时产生的推力为10.3KN 。 表6.1
系统被压经验数据回路特点进油路调速进油路调速回油装被压阀回油路调速
背压值1-2x 102-5x 106-10x 10
6.2.2 缸筒内径的确定
该液压缸宜按照推力要求来计算缸筒内经，计算式如下： 要求活塞无杆腔的推力为F 时，其内径为： D =
式中： D 活塞杆直径 缸筒内经 单位m F 无杆腔推力 单位N P 工作压力 单位MPa ηcm 液压缸机械效率 0.95 代入数据：
- 19 -
D=
=0.083m
D= 83mm 取圆整值为 D=90mm
液压缸的内径，活塞的的外径要取标注值是因为活塞和活塞杆还要有其它的零件相互配合，如密封圈等，而这些零件已经标准化，有专门的生产厂家，故活塞和液压缸的内径也应该标准化，以便选用标准件。
6.2.3 活塞杆直径的确定
（1）活塞杆直径根据受力情况和液压缸的结构形式来确定 受拉时： d =(0.3-0.5) D
受压时： p ≤5MPa d =(0.3-0.5) D 5≤p ≤7MPa p ≥7MPa
d =(0.5-0.7) D d =0.7D
该液压缸的工作压力为为：p=2MPa,<5mpa,取d=0.5d,d=45mm。>
活塞杆在稳定情况下，如果只受推力或拉力，可以近似的用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行：
σ=
F ?10-6
4
≤[σ]
d 2
式中： F 活塞杆的推力 单位N d 活塞杆直径 单位m
σ
材料的许用应力 单位MPa 活塞杆用45号钢
[σ]=
σs
n
, σs =340MPa , n =2.5
10?103?10-6?4
代入数据：σ=
3.14?(45?10-3) 2
=6.3MPa <活塞杆的强度满足要求。>
该活塞杆不受偏心载荷，按照等截面法，将活塞杆和缸体视为一体，其细长比为：
- 20 -
[σ]
L n π2EJ ≥时，F K = 2K L
在该设计及安装形式中，液压缸两端采用铰接，其值分别为： n =1, m =85, L =1260mm
K =将上述值代入式中得：
d
= 4
L
≥ K
故校核采用的式子为：
n π2EJ
F K =
L 2
式中： n=1 安装形式系数
E 活塞杆材料的弹性模量 钢材取 E =2.1?10Pa J 活塞杆截面的转动惯量 J =
L 计算长度 1.06m 代入数据：
11
πd 4
64
3.142?2.1?1011?3.14?(45?10-3) 4
F K =
64?1.062
=371KN 其稳定条件为： F ≤ 式中： n K
F K
n K
稳定安全系数，一般取n K =2—4 取n K =3
F 液压缸的最大推力 单位N 代入数据：
F K 371
=123KN =
n K 3
故活塞杆的稳定性满足要求。
6.2.4 液压缸壁厚，最小导向长度，液压缸
长度的确定
- 21 -
6.2.4.1 液压缸壁厚的确定
液压缸壁厚又结构和工艺要求等确定，一般按照薄壁筒计算，壁厚由下式确定：
δ≥
P Y D 2σ 式中： D 液压缸内径 单位m δp
缸体壁厚 单位cm
=（1.2-1.3）
液压缸最高工作压力 单位Pa 一般取P P Y Y
[σ]
缸体材料的许用应力 钢材取
[σ]=100-110MPa
1.3?2?106?9
=0.117cm 代入数据： δ≥6
2?100?10
考虑到液压缸的加工要求，将其壁厚适当加厚，取壁厚δ=3mm
。
6.2.4.2 最小导向长度
活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到导向滑动面中点的距离为活塞的最小导向长度H ，如下图所示，如果最小导向长度过小，将会使液压缸的初始挠度增大，影响其稳定性，因此设计时必须保证有最小导向长度，对于一般的液压缸，液压缸最大行程为L ，缸筒直径为D 时，最小导向长度为：
图6.1
H ≥
L D + 202
- 22 -
即H ≥
53090
+=71.5cm 取为72cm 202
活塞的宽度一般取
B =(0.6-0.1) D ，导向套滑动面长度A ，在D<>
时，取A=(0.6-1.0)D，在D=80mm时，取A=(0.6-1.0)d
，当导向套长度不够时，
不宜过分增大A 和B ，必要时可在导向套和活塞之间加一隔套，隔套的长度由最小导向长度H 确定。
6.2.5 液压缸的流量
液压缸的流量余缸径和活塞的运动有关系，当液压缸的供油量Q 不变时，除去在形程开始和结束时有一加速和减速阶段外，活塞在行程的中间大多数时间保持恒定速度
v m ，液压缸的流量可以计算如下：
Q =
vA
ηcv
式中： A 活塞的有效工作面积 对于无杆腔A = ηcv
π
4
D 2
活塞的容积效率 采用弹形密封圈时ηcv =1，采用活塞环时 ηcv
=0.98
Q max = 代入数据： Q max
Av max
ηcv
v max 为液压缸的最大运动速度 单位m/s
3.14?0.92?0.1325
=?60=5.16L /min
0.98?4
3.14?0.92?0.106
?60=4.13L /min Q min =
0.98?4
即液压缸以其最大速度运动时，所需要的流量为5.16L /min ，以其
最小运动速度运动时，所需要的流量为4.13L /min 。
7. 液压系统方案的选择和论证
液压系统方案是根据主机的工作情况，主机对液压系统的技术要求，液压系统的工作条件和环境条件，以成本，经济性，供货情况等诸多因素进行全面综合的设计选择，
- 23 -
从而拟订出一个各方面比较合理的，可实现的液压系统方案。其具体包括的内容有：油路循环方式的分析与选择，油源形式的分析和选择，液压回路的分析，选择，合成，液压系统原理图的拟定。
7.1 油路循环方式的分析和选择
油路循环方式可以分为开式和闭式两种，其各自特点及相互比较见下表： 表7.1
开式系统和闭式系统的比较
油液循环方式散 热 条 件抗 污 染 性系 统 效 率
开 式较方便，但油箱较大较差，但可用压力油箱或其它改善
闭 式
较好，需用辅泵换油冷却较好，但油液过滤要求高
管路压力损失较小，容积调速效率高
低用平衡阀进行能耗限速，用制动阀进行能耗制动，可引起油液发热
量
对泵的自吸性能要求较高
对主泵的自吸性能要求低
限速制动形式
其 它
油路循环方式的选择主要取决于液压系统的调速方式和散热条件。
比较上述两种方式的差异，再根据升降机的性能要求，可以选择的油路循环方式为开式系统，因为该升降机主机和液压泵要分开安装，具有较大的空间存放油箱，而且要求该升降机的结构尽可能简单，开始系统刚好能满足上述要求。
油源回路的原理图如下所示：
- 24 -
1
87654321
压 力 表溢 流 阀液 压 泵电 动 机 液 位 计温 度 计过 滤 器油 缸
图7.1
7.2 开式系统油路组合方式的分析选择
当系统中有多个液压执行元件时，开始系统按照油路的不同连接方式又可以分为串联，并联，独联，以及它们的组合---复联等。
串联方式是除了第一个液压元件的进油口和最后一个执行元件的回油口分别与液压泵和油箱相连接外，其余液压执行元件的进，出油口依次相连，这种连接方式的特点是多个液压元件同时动作时，其速度不随外载荷变化，故轻载时可多个液压执行元件同时
- 25 -
动作。
7.3 调速方案的选择
调速方案对主机的性能起决定作用，选择调速方案时，应根据液压执行元件的负载特性和调速范围及经济性等因素选择。
常用的调速方案有三种：节流调速回路，容积调速回路，容积节流调速回路。本升降机采用节流调速回路，原因是该调速回路有以下特点：承载能力好，成本低，调速范围大，适用于小功率，轻载或中低压系统 ，但其速度刚度差，效率低，发热大。
7.4 液压系统原理图的确定
初步拟定液压系统原理图如下所示；见下图：
19
- 26 -
8. 液压元件的选择计算及其连接
液压元件主要包括有：油泵，电机，各种控制阀，管路，过滤器等。有液压元件的不同连接组合构成了功能各异的液压回路，下面根据主机的要求进行液压元件的选择计算.
8.1 油泵和电机选择
8.1.1泵的额定流量和额定压力 8.1.1.1泵的额定流量
泵的流量应满足执行元件最高速度要求，所以泵的输出流量应根据系统所需要的最大流量和泄漏量来确定：
q p ≥KQ max n 式中： q p
泵的输出流量 单位L /min
K 系统泄漏系数 一般取K= 1.1-1.3 Q max 代入数据：
q p ≥1.1?5.16?4=22.7L /min
对于工作过程中始终用节流阀调速的系统，在确定泵的流量时，应再加上溢流阀的最小溢流量，一般取3L /min ：
q p ≥22.7+3=25.7L /min
液压缸实际需要的最大流量 单位L /min
n 执行元件个数
8.1.1.2 泵的最高工作压力
泵的工作压力应该根据液压缸的工作压力来确定，即
- 27 -
P p ≥P max +
∑?P
式中： P p 泵的工作压力 单位Pa P max
执行元件的最高工作压力 单位Pa 进油路和回油路总的压力损失。
, 对于进油路有调速
∑?P
初算时，节流调速和比较简单的油路可以取 0.2-0.5MPa 阀和管路比较复杂的系统可以取0.5-1.5MPa
代入数据： P p ≥2+0.5=2.5MPa
。
考虑到液压系统的动态压力及油泵的使用寿命，通常在选择油泵时，其额定压力比工作压力P p 大25%--60% ，即泵的额定压力为3.125MPa 压力为4MPa 。
--4.0MPa ，取其额定
8.1.2 电机功率的确定
（1） 液压系统实际需要的输入功率是选择电机的主要依据，由于液压泵存在容积损失和机械损失，为满足液压泵向系统输出所需要的的压力和流量，液压泵的输入功率必须大于它的输出功率，液压泵实际需要的输入功率为：
P i =
Pq t Pq
=77
6?10η6?10ηm
式中： P 液压泵的实际最高工作压力 单位Pa q 液压泵的实际流量 单位L /min P i q t ηm
液压泵的输入功率 单位KW
液压泵向系统输出的理论流量 单位L /min 液压泵的机械效率
7
η 液压泵的总效率 见下表
6?10
换算系数
2.5?106?25.7
=1.64KW 代入数据： P i =
6?107?0.65
表8.1
- 28 -
液压泵的总效率
液压泵类型总效率
齿 轮 泵0.6-0.7
叶 片 泵0.6-0.75
柱 塞 泵0.8-0.85
螺 杆 泵0.65-0.8
（2）电机的功率也可以根据技术手册找，根据《机械设计手册》第三版，第五卷，可以查得电机的驱动功率为4KW 的功率为4KW
。
，本设计以技术手册的数据为标准 ，取电机
根据上述计算过程，现在可以进行电机的选取，本液压系统为一般液压系统，通常选取三相异步电动机就能够满足要求，初步确定电机的功率和相关参数如下：
型号：Y -112M -2 额定功率：4KW
满载时转速： 2890r /min 电流： 8.17A 效率： 85.5% 净重： 45Kg 额定转矩：2.2Nm
电机的安装形式为 B 5(V 1) 型，其参数为：
基座号：112M 极数：4 国际标准基座号：28F 215 液压泵为三螺杆泵，其参数如下： 规格： D e ?2L /h 25?6 标定粘度： o E 50转速： r /min 压力： MPa 流量： L /min 功率： KW
10 2900 4 26.6 4
- 29 -
吸入口直径： mm 25 排出口直径： mm 20 重量： Kg 11 允许吸上真空高度： m(H 2O
) 5
说明： 三螺杆泵的使用、安装、维护要求。
使用要求：一般用于液压传动系统中的三螺杆泵多采用20号液压油或40号液压油，其粘度范围为17-23mm 2/s (<50o )="">
安装要求：电机与泵的连接应用弹性连轴器，以保证两者之间的同轴度要求，（用千分表检查连轴器的一个端面，其跳动量不得大于0.03mm ，径向跳动不得大于
0.05mm. ）, 当每隔90转动连轴器时，将一个联轴节作径向移动时应感觉轻快。泵的进油管道不得过长，弯头不宜过多，进油口管道应接有过滤器，其滤孔一般可用40目到60目过滤网，过滤器不允许露出油面，当泵正常运转后，其油面离过滤器顶面至少有100mm, 以免吸入空气，甭的吸油高度应小于500mm.
维护要求：为保护泵的安全，必须在泵的压油管道上装安全阀（溢流阀）和压力表。
o
8.1.3 连轴器的选用
连轴器的选择应根据负载情况，计算转矩，轴端直径和工作转速来选择。 计算转矩由下式求出： T c =K ?9550 式中： [T n ]
P W
≤[T n ] (Nm ) n
需用转矩，见各连轴器标准 单位Nm
KW P W 驱动功率 单位
n 工作转速 单位r /min K 代入数据：
T c =1.5?9550
工况系数 取为1.5
4
=19.83Nm 2890
据此可以选择连轴器的型号如下：
名称： 挠性连轴器(GB -4323-84) 弹性套柱销连轴器 许用转矩： [T n ]=31.5Nm
- 30 -
许用转速： 4700r/min
轴孔直径： d 1, d 2, d 3=16,18,19cm
轴孔长度： Y型： L=42mm , D=95mm
重 量： 1.9Kg
8.2 控制阀的选用
液压系统应尽可能多的由标准液压控制元件组成，液压控制元件的主要选择依据是阀所在的油路的最大工作压力和通过该阀的最大实际流量，下面根据该原则依次进行压力控制阀，流量控制阀和换向阀的选择。
8.2.1 压力控制阀
压力控制阀的选用原则
压力：压力控制阀的额定压力应大于液压系统可能出现的最高压力，以保证压力控制阀正常工作。
压力调节范围：系统调节压力应在法的压力调节范围之内。
流量：通过压力控制阀的实际流量应小于压力控制阀的额定流量。
结构类型：根据结构类性及工作原理，压力控制阀可以分为直动型和先导型两种，直动型压力控制阀结构简单，灵敏度高，但压力受流量的变化影响大，调压偏差大，不适用在高压大流量下工作。但在缓冲制动装置中要求压力控制阀的灵敏度高，应采用直动型溢流阀，先导型压力控制阀的灵敏度和响应速度比直动阀低一些，调压精度比直动阀高，广泛应用于高压，大流量和调压精度要求较高的场合。
此外，还应考虑阀的安装及连接形式，尺寸重量，价格，使用寿命，维护方便性，货源情况等。
根据上述选用原则，可以选择直动型压力阀，再根据发的调定压力及流量和相关参数，可以选择DBD 式直动式溢流阀，相关参数如下：
型号：DBDS6G10 最低调节压力：5MPa
流量： 40L/min 介质温度：-20---70C o
8.2.2 流量控制阀
流量控制阀的选用原则如下：
压力：系统压力的变化必须在阀的额定压力之内。
- 31 -
流量：通过流量控制阀的流量应小于该阀的额定流量。
测量范围：流量控制阀的流量调节范围应大于系统要求的流量范围，特别注意，在选择节流阀和调速阀时，所选阀的最小稳定流量应满足执行元件的最低稳定速度要求。
该升降机液压系统中所使用的流量控制阀有分流阀和单向分流阀，单向分流阀的规格和型号如下：
型号： FDL-B10H 公称通径：10mm
公称流量: P,O口 40L/min A，B 口 20L/min
连接方式：管式连接 重量：4Kg
分流阀的型号为：FL-B10
其余参数与单向分流阀相同。
8.2.3 方向控制阀
方向控制阀的选用原则如下：
压力：液压系统的最大压力应低于阀的额定压力
流量：流经方向控制阀最大流量一般不大于阀的流量。
滑阀机能：滑阀机能之换向阀处于中位时的通路形式。
操纵方式：选择合适的操纵方式，如手动，电动，液动等。
方向控制阀在该系统中主要是指电磁换向阀，通过换向阀处于不同的位置，来实现油路的通断。所选择的换向阀型号及规格如下：
型号：4WE5E5OF 额定流量：15L/min
V , 220V 消耗功率：26KW 电源电压：50Hz ,110
工作压力：A.B.P 腔 ≤25MPa T腔：≤6MPa 重量：1.4Kg
8.3 管路，过滤器，其他辅助元件的选择计算
8.3.1 管路
管路按其在液压系统中的作用可以分为：
主管路：包括吸油管路，压油管路和回油管路，用来实现压力能的传递。
泄油管路：将液压元件泄露的油液导入回油管或邮箱.
控制管路：用来实现液压元件的控制或调节以及与检测仪表相连接的管路。
- 32 -
本设计中只计算主管路中油管的尺寸。
（1）吸油管尺寸
油管的内径取决于管路的种类及管内液体的流速，油管直径d 由下式确定：
d = 式中： d 油管直径 单位mm
Q 油管内液体的流量 单位m /s
v 0 油管内的允许流速 单位m /s
对吸油管，取 v 0=(0.5-1.5) m /s ，本设计中取：v 0=0.7m /s 3
代入数据：
d =103=28.4mm 取圆整值为： d =30mm
（2）回油管尺寸
回油管尺寸与上述计算过程相同：v 0=1.5-2.5m /s ，取为v 0=2m /s
代入数据：d =103=16.8mm 取圆整值为：d =18mm
（3）压力油管
压力油管： v 0=3-4m /s ，本设计中取为：v 0=3m /s
代入数据：d =103=9.7mm 取圆整值为：d =10mm
（4）油管壁厚：
升降机系统中的油管可用橡胶软管和尼龙管作为管道，橡胶软管装配方便，能吸收液压系统中的冲击和振动，尼龙管是一种很有发展前途的非金属油管，用于低压系统，压力油管采用的橡胶软管其参数如下：
内径： 10mm
外径： I型 17.5-19.7mm
工作压力：I型 16MPa
最小弯曲半径：130mm
- 33 -
8.3.2 过滤器的选择
过滤器的选择应考虑以下几点：
(1)具有足够大的通油能力，压力损失小，一般过滤器的通油能力大于实际流量的二倍，或大于管路的最大流量。
(2)过滤精度应满足设计要求，一般液压系统的压力不同，对过滤精度的要求也不同，系统压力越高，要求液压元件的间隙越小，所以过滤精度要求越高，过滤精度与液压系统压力的关系如下所示：
表 8.1 过滤精度与液压系统的压力关系 MPa 一 般 液 压 系 统〈7〉7
〈2535〈10〈5
（3）滤芯应有足够的强度，过滤器的实际压力应小于样本给出的工作压力。
（4）滤芯抗腐蚀性能好，能在规定的温度下长期工作。
根据上述原则，考虑到螺杆泵的流量，选定过滤器为烧结式过滤器，其型号及具体参数如下所示：
型号：SU 2B -F 70?16 流量：70L /min
过滤精度：16μm 接口尺寸：M 27?2
工作压力：0.5-20MPa 压力损失: 0.2MPa
8.3.3 辅件的选择
8.3.3.1 温度计的选择
液压系统常用接触式温度计来显示油箱内工作介质的温度，接触式温度计有膨胀式和压力式。本系统中选用膨胀式，其相关参数如下：
- 34 -
型号：WNG -11
测量范围：-30C --50C 00，0C --50C 00，0C --500C 00
名称：内表式工业玻璃温度计
8.3.3.2压力表选择
压力表安装于便于观察的地方。其选择如下：
型号：Y-60
测量范围：0-4MPa .
名称：一般弹簧管压力表
8.4 液压元件的连接
8.4.1 液压装置的总体布置
液压装置的总体布置可以分为几种式和分散式两种。
集中式布置是将液压系统的油源、控制及调节装置至于主机之外，构成独立的液压站，这种布置方式主要用于固定式液压设备。其优点是装配、维修方便，从根本上消除了动力源的振动和油温对主机的影响。本液压系统采用集中式布置。
8.4.2液压元件的连接
液压元件的连接可以分为管式连接、板式连接，集中式连接三种。这里介绍整体式连接中的整体式阀板。它是本液压系统中将要采用的连接方式。
整体式阀板的油路是在整块板上钻出或用精密铸造铸出的，这种结构的阀板比粘合式阀板可靠性好，应用较多，但工艺较差，特别是深孔的加工较难。当连接元件较多时，各孔的位置不易确定。它属于无管连接，多用于不太复杂的固定式机械中。
采用整体式阀板时，需要自行设计阀板，阀板的设计可参考相关资料。
9. 油箱及附件
油箱在系统中的主要功能为：储存系统所需要的足够的油液; 散发系统工作时产生的一部分热量，分离油液中的气体及沉淀污物。
9.1 油箱的容积
- 35 -
油箱容积的确定是设计油箱的关键，油箱的容积应能保证当系统有大量供油而无回油时。最低液面应在进口过滤器之上，保证不会吸入空气，当系统有大量回油而无供油时或系统停止运转，油液返回油箱时，油液不致溢出。
9.1.1 按使用情况确定油箱容积
初始设计时，可依据使用情况，按照经验公式确定油箱容积：
V =αQ p
式中: V 油箱的容积 单位L
Q p 液压泵的流量 单位L /min
α 经验系数 见下表
表9.1
本升降机为为中压系统，取α=5，则油箱的容量可以确定为:
V =αQ p =5?26.6=133L
9.1.2 按系统发热和散热计算确定油箱容量
油箱中油液的温度一般推荐为30-50C ，最高不超过65C ，最低不低于
15C ，对于工具机及其它装置，工作温度允许在40-55C 。
（1）油箱的发热计算
液压泵的功率损失：
H 1=(1-η) P
式中： P 液压泵的输入功率 P =
P 0
0000P 0q ηKW 液压泵的实际输出压力 单位Pa - 36 -
q 液压泵的实际输出流量 单位L /min
η 液压泵的效率，该系统中为螺杆泵，η=0.65
代入数据： 2.5?106?
H 1=(1-0.65)
H 1=596.8KW
（2） 阀的功率损失 26.6?10-3 0.65
其中以泵的流量流经溢流阀时的损失为最大：
H 1=Pq 单位KW
式中： P 溢流阀的调整压力 单位Pa
q 经过溢流阀流回油箱的流量 单位m /s
代入数据： H 2=6.3?10?633?10-3=315 KW 60
（3） 管路及其它功率损失
此项损失包括很多复杂因素，由于其值较小，加上管路散热等原因，在计算时常予以忽略，一般可取全部能量的0.03-0.05，即
H 3=(0.03-0.05) P 单位KW
2.5?106?
取 H 3=0.03?
系统的总功率损失为： 26.6?10-3=51.2 KW 0.65
H =H 1+H 2+H 3=596.8+315+51.2=963 KW
（4） 邮箱的容积计算
环境温度为T 0时，最高允许温度为T Y 的油箱，其最小散热面积为： A min =H 2 单位m K (T Y -T )
以下，散热面积用该式计算： 设油箱的长宽高之比为1:1:1---1:2: 3时，油箱中油面高度达到油箱高度的0.8时，靠自然冷却时系统温度保持在最高温度T Y
- 37 -
A ≈令 A min =A ， m 2
得油箱最小体积为：
V min =
代入数据:
V min
=10-3 单位L 10-3 V min =118L
根据手册就可以进行油箱的选取.
10. 液压泵站的选择
液压泵战是液压系统的动力源，它向系统提供一定的压力，流量和清洁的工作介质，是液压系统的重要组成部分，液压泵站适用于主机与液压装置可以分离的各种液压机械上。
10.1 液压泵站的组成及分类
液压泵站按其泵组的布置方式有上置式，柜式，非上置式三种。其中上置式又包括立式和卧式两种。非上置式包括整体式和分离式两种，泵组布置在油箱之上的上置式液压泵站，当电机采用立式安装，液压泵置于油箱之内时，称为立式液压泵站，本液压系统即采用该种泵站作为动力源，它具有结构紧凑，占地小，广泛应用于中小功率液压系统中的特点。
液压泵站通常有以下五个相对独立的单元组合而成，它们是泵组，油箱组件，控温组件，蓄能器组件，及过滤器组件，实际应用中可以根据不同的要求进行取舍。
泵组由液压泵，原动机，连轴器，传动底座，管路附件等组成。
油箱用于储存系统所需要的足够的油液，散发系统产生的热量，以及分离油液中的气体沉淀污染物。
控温组件有升温和降温两种组件组成，当液压系统的自身热平衡不能使工作介质处于合适的温度范围内时，应在液压系统中设置控温组件，使介质温度始终处于可控的
- 38 -
范围内。
蓄能器组件通常由蓄能器，控制装置，支撑台架等部件组成的。
过滤器组件的作用是从液体中分离出非溶性固体颗粒，防止颗粒污染物对液压元件的摩擦和堵塞小截面流道，防止油液本身的劣化变质。
10.2 液压泵站的选择
所选择的液压泵站为UZ 系列为性液压泵站，是由电动机泵组，油箱，液压阀集成块等组成的小型液压动力源。其电机全部立式安装在油箱上。
11. 液压缸的结构设计
液压缸是将液压系统的压力能转化为机械能的装置，在该升降机系统中，液压缸将活塞杆的伸缩运动通过一系列的机械结构组合转化为平台的升降，实现升降机升降。
11.1 缸筒
11.1.1 缸筒与缸盖的连接形式
缸筒与刚盖的连接形式如下：
缸筒和前端盖的连接采用螺栓连接，其特点是径向尺寸小，重量轻，使用广泛，端部结构复杂，缸筒外径需加工，且应于内径同轴，装卸需要用专门的工具，安装时应防止密封圈扭曲。
- 39 -
图 11.1
缸盖与后端盖的连接采用焊接形式，特点为结构简单尺寸小，重量轻，使用广泛，缸筒焊后可能变形，且内径不易加工。
图11.2
11.1.2 强度计算
11.1.2.1 缸筒底部强度计算
缸筒底部为平面时， 可由下式计算厚度：
δ≥0.433 式中： δ
D
p 缸筒底部厚度 单位m 缸筒内径 单位m 筒内最大工作压力 单位MPa
[σ] 缸筒材料的许用应力 单位MPa
代入数据：
δ≥0.433?=6.2mm - 40 -
缸筒底部厚度应根据工艺要求适当加厚，如在缸筒上设置油口或排气阀，均应增大缸筒底部厚度。
11.1.2.2 缸筒连接螺纹的计算
当缸筒与刚盖采用螺纹连接时，钢筒螺纹处的强度按下式进行校核： 螺纹处的拉应力： σ=
KF
4
?10-6
单位MPa
(d 12-D 2)
KK 1Fd 2-6
单位MPa ?1033
0.2(d 1-D )
单位MPa
螺纹处的切应力：
τ=
合成应力：
σn =式中： D F d 1 K
缸筒直径 单位m
缸筒底部承受的最大推力 单位N 螺纹小径 单位m
拧紧螺纹的系数 不变载荷取K
=1.25-1.5 ，变载荷取
K
=2.5—4 K 1
螺纹连接的摩擦系数 K 1=0.07—0.2，通常取0.12
σn 材料的屈服极限 35钢正火σn =27MPa
1.3?10.3?103
(0.092-0.083762) 4
?10-6=14MPa
代入数据： σ=
1.3?0.12?10.3?103?0.088-6
τ=?10=1.8MPa 33
0.2(0.09-0.088376)
合成应力为：
σn ==14.3MPa ＜27MPa
11.1.3缸筒材料及加工要求
缸筒材料通常选用20、35、45号钢，当缸筒、缸盖、挂街头等焊接在一起时，采用焊接性能较好的35号钢，在粗加工之后调质。另外缸筒也可以采用铸铁、铸钢、不锈钢、青铜和铝合金等材料加工。
- 41 -
缸筒与活塞采用橡胶密封圈时，其配合推荐采用H9/f8度取R a =0.2-0.4μm 。
缸筒内径应进行研磨。
，缸筒内径表面粗糙度取
R a =0.1-0.4μm ，若采用活塞环密封时，推荐采用H7/g6配合，缸筒内径表面粗糙
为防止腐蚀，提高寿命，缸筒内表面应进行渡鉻，渡鉻层厚度应在30-40μm ，渡鉻后缸筒内表面进行抛光。
缸筒内径的圆度及圆柱度误差不大于直径公差的一半，缸体内表面的公差度误差在500mm 上不大于0.03mm 。
缸筒缸盖采用螺纹连接时，其螺纹采用中等精度。
11.1.4 缸盖材料及加工要求
缸盖材料可以用35，45号钢，或ZG270-500，以及HT250，HT350等材料。 当缸盖自身作为活塞杆导向套时，最好用铸铁，并在导向表面堆镕黄铜，青铜和其他耐磨材料。当单独设置导向套时，导向材料为耐磨铸铁，青铜或黄铜等，导向套压入缸盖。
缸盖的技术要求：与缸筒内径配合的直径采用h8，与活塞杆上的缓冲柱塞配合的直径取H9，与活塞密封圈外径配合的直径采用h9，这三个尺寸的圆度和圆柱度误差不大于各自直径的公差的一半，三个直径的同轴度误差不大于0.03mm 。
11.2活塞和活塞杆
11.2.1 活塞和活塞杆的结构形式
(1) 活塞的结构形式
活塞的结构形式应根据密封装置的形式来选择，本设计中选用形式如下：
- 42 -
1 导向环 2 密封圈 3 活塞
图11.3
（2）活塞杆
活塞杆的外部与负载相连接，其结构形式根据工作需要而定，本设计中如下所示：
图11.4 内部结构如下：
- 43 -
1 卡环 2 弹簧圈 3 轴套 4 活塞 5 活塞杆
图11.5
11.2.2 活塞、活塞杆材料及加工要求 11.2.2.1 活塞材料及加工要求
有导向环的活塞用20，35或45号钢制成。 活塞外径公差f8
，与活塞杆的配合一般为H8/h8
，外径粗糙度
R a =0.4-0.8μm ，外径对活塞孔的跳动不大于外径公差的一半，外径的圆度和圆柱度
不大于外径公差的一半。
活塞两端面对活塞轴线的垂直度误差在100mm 上不大于0.04mm 。
11.2.2.2 活塞杆及加工要求
活塞杆常用材料为35、45号钢。
活塞杆的工作部分公差等级可以取f7-f9，表面粗糙度不大于R a =0.4μm ，工作表面的直线度误差在500mm 上不大于0.03mm 。
活塞杆在粗加工后调质，硬度为229-285HB ，必要时可以进行高频淬火，厚度0.5-1mm ，硬度为45-55HRC 。
- 44 -
11.3 活塞杆导向套
活塞杆导向套装在液压缸有杆腔一侧的端盖内，用来对活塞杆导向，其内侧装有密封装置，保证缸筒有杆腔的密封性，外侧装有防尘圈，以防止活塞杆内缩时把杂质，灰尘及水分带到密封装置，损坏密封装置。
导向套的结构有端盖式和插件式两种，插件式导向套装拆方便，拆卸时不需要拆端盖，故应用较多。本设计采用端盖式。结构见装配图。
导向套尺寸主要是指支撑长度，通常根据活塞杆直径，导向套形式，导向套材料的承压能力，可能遇到的最大侧向负载等因素确定。一般采用两个导向段，每段宽度均为
d/3，两段中间线间距为.2d/3，导向套总长度不宜过大，以免磨擦太大。
11.4 排气装置
排气阀安装在液压缸端部的最高位置上，常用排气阀有整体型和针阀型两种，本
设计中选用整体性排气阀，结构见装配图。
图11.6
11.5 进出油口尺寸的确定
- 45 -
进出油口尺寸按照下式确定：
式中： Q
流经液压缸的最大流量 单位L /min
v 油液进入液压缸是的流速 单位m /s 代入数据：
=9.0mm
根据GB2878-81油口连接螺纹尺寸，取M12x1.5螺纹连接。
11.6 密封结构的设计选择
活塞和活塞杆密封均采用O 形密封圈，其具体标准采用GB3452.3-88密封沟槽设
计准则和GB3452.1-82和GB3452.3-88液压气动用O 形密封圈。
12. 液压系统性能验算
液压系统性能估算的目的在于评估设计质量。估算内容一般包括：系统压力损
失，系统效率，系统发热与温升，液压冲击等。对于大多数要求一般的系统来讲，只采用一些简化公式进行验算，定性说明情况。
（1） 系统压力损失验算
系统压力损失包括管道内沿程损失和局部损失以及法类元件的局部损失之和，
计算时不同的工作阶段要分开来计算，回油路上的压力损失要折算到进油路上去，因此某一阶段的系统总的压力损失为：
∑?p =∑?p 1+∑(?p 2
A 2
) A 1
式中：
∑?p
1
系统进油路的压力总损失
- 46 -
∑?p =∑?p λ+∑?p ζ+∑?p
1
1
1
1v
∑?p
2
系统回油路的压力总损失
∑?p =∑?p λ+∑?p ζ+∑?p
2
2
2
2v
现在根据上式计算液压系统工作过程中的压力损失。 液压油在管内的流速：
根据油管尺寸的计算项目，取v =3m /s 则雷诺数： R e =可见液流为层流。 摩擦阻力系数： λ=
vd
γ
=
3?0.01
=400(<2300)>
75?10
75
=0.1875 400
o
管子当量长度及总长度：90标准弯头2个 所以：
∑L
1
=2.5+2?0.4=3.3m
进油路的压力损失为： ?p 1-λ ?p 1-λ
L =λ
d
1
v 2
γ?10-4 2g
3.332
=0.185???75?10-6=0.0213MPa
0.012?9.8
各阀的压力损失为： 分流阀： 0.6MPa 换向阀为：0.04MPa
- 47 -
油路的总压力损失为：?p 1=0.0213+0.6+0.04=0.66MPa 由此得出液压系统泵的出口压力为：
p γ=p 1+?p 1=2.5+0.66=3.16MPa （2） 系统的总效率验算
液压泵的总效率η与液压泵的总效率ηp ，回路总效率ηc
及执行元件的效率
ηm 有关，其计算式为：
η=ηp ηc ηm
回路效率：ηc =
∑p q p q
p
11
p
∑p q
p
11
同时动作的液压执行元件的工作压力与输入流量的乘积之和 同时供油的液压泵的工作压力与输出流量乘积之和
∑p q
p
根据上式有： ηc =
4?2.5?5.16
=48.5%
4?26.6
液压系统总效率为：
η=ηp ηc ηm =48.5%?65%?96%=30%
13. 结论
本次毕业设计过程简括如下：工艺参数计工况分析、升降台机械部分的设计计算、液压部分执行元件设计、液压系统主要参数确定、系统方案的选择和论证、液压元件的选择计算和连接、邮箱及附件设计、液压泵站的选择、液压缸的结构设计以及系统性能验算等。其间，机械部分元件强度校核与液压部分系统性能验算均满足设计要求。另
- 48 -
外，本次设计附有升降台装配图一张和主要零件图若干张，进一步表达设计思想。设计过程中，各部分设计计算虽能满足要求，但个别之处仍有缺陷，希望老师和同学给予指导和更正。
14. 参 考 文 献
1 雷天觉主编 《新编液压工程手册》 北京：北京理工大学出版社 1998
2 黄宏甲、黄谊、王积伟主编 《液压与气压传动》 北京：机械工业出版社 2001 3 刘连山主编 《流体传动与控制》 北京：人民交通出版社 1983
4 张利平、邓钟明主编 《液压气动系统设计手册》 北京：机械工业出版社1997 5 成大先主编 《机械设计手册》 第三版第三卷 化学工业出版社 2001 6 成大先主编 《机械设计手册》 第四版第四卷 化学工业出版社 2002 7 路甬祥主编 《液压气动设计手册》 北京：机械工业出版社 2003 8 上海煤矿机械研究所编 《液压传动设计手册》 上海人民出版社 1978 9 唐朝明 《剪叉式液压升降平台的设计》 机车车辆工艺 1995（03） 10 谢力生 《剪式液压升降台相关参数的确定》 工程机械 2008（11）
- 49 -
范文三：郭志华-099290241019-剪叉式液压升降机设计
编号:099290241019
本 科 毕 业 设 计
题 目 剪叉式液压升降机液压系统的设计
学 院: 机械工程学院
专 业: 农业机械化及其自动化
年 级: 09级
姓 名: 郭志华
指导教师: 毕晓伟
完成日期: 2013年5月5日
参考文献
摘要
在本设计中设计了剪叉式液压升降机液压系统的设计，本设计分十个部分，由前言、执行元件速度载荷、液压系统主要参数的确定、方案的确定与选择、液压系统的元件计算与连接。前言我们初步了解研究课题的意义和目的及其国内发展情况;执行元件速度和载荷涉及到元件的类型、速度变化规律;液压系统的主要参数的确定中重点计算其作用力、内径与直径的确定;对开式系统油路方式组合方式的分析和原理图的确定;油泵电机的选择;重点是液压缸的作用力计算，缸筒内径的确定，活塞杆直径的确定，活塞缸壁厚，最小导向长度，液压缸的流量等。
关键词:升降机 液压缸 缸筒
内蒙古民族大学学士论文
目录
1.前言 ..................................................................................................... 6
1.1阐述研究课题的目的和意义 ........................................................... 6 1.2国内发展状况及未来的发展前景展望 ............................................ 6
3.执行元件的速度及载荷 ...................................................................... 7 3.1执行元件种类、数量以及其安装位置 ............................................ 7
3.2速度和载荷计算 ............................................................................... 8 3.2.1 速度计算及速度变化规律 .......................................................... 8 3.2.2执行元件的载荷计算及变化规律 ............................................... 8
4.液压系统主要参数的确定 ................................................................ 10 4.1 系统压力的初步确定; .............................................................. 10 4.2 液压执行元件的主要参数 ........................................................ 11 4.2.1液压缸的作用力 ......................................................................... 11 4.2.2 缸筒内径的确定 ........................................................................ 12 4.2.3 活塞杆直径的确定 .................................................................. 12 4.2.4 液压缸壁厚度 ........................................................................ 15
3
剪叉式液压升降机设计
4.2.5 液压缸的流量 .......................................................................... 16 5.液压系统方案的选择和论证 ............................................................ 17 5.1 油路循环方式的选择与分析 ........................................................ 17 5.2 开式系统油路组合方式的分析以及选择 ................................... 19
5.3 调速方案的选择 .......................................................................... 19 5.4 液压系统原理图的确定 .............................................................. 20 6.液压元件的选择计算及其连接 ........................................................ 21 6.1 油泵和电机选择 ............................................................................ 21 6.1.1泵的额定流量和额定压力 ......................................................... 21 6.1.2 电机功率的确定 .................................................................... 22 6.2 控制阀的选用 ............................................................................... 24 6.2.1 压力控制阀 ............................................................................... 24 6.2.2 流量控制阀 ............................................................................... 25 6.2.3 方向控制阀.............................................................................. 25 6.3 管路，过滤器，其他辅助元件的选择计算 ............................... 26
6.3.1 管路 ........................................................................................... 26
4
内蒙古民族大学学士论文
6.3.2 过滤器的选择 .......................................................................... 27 6.3.3 压力表选择 ............................................................................... 28 参考文献 ............................................................................................... 30
5
剪叉式液压升降机设计
1.前言
1.1阐述研究课题的目的和意义
升降机具有良好的升降性能，应用范围广，不尽可以实现货物的上下运送，也可以使生产实现流水线作业。它采用全程液压系统控制，采用液压系统有以下特点:
(1)在液压装置与其他装置相比较能够产生较大的动力，而且它的结构相对紧凑。
(2)液压装置工作时没有大的震动，液压装置有启动速度快，制动和频繁的转换方向容易等优点。
(3)液压装置可实现大范围对速度的调节。
(4)液压传动便于实现自动化控制，节省人力和其他费用，也可以调节和控制液体的压力，流量和流动方向。
(5)液压装置便于设置过载保护装置。
(6)现有的生产技术已经能够使液压元件实现标准化，系列化，通用化，
尽管如此，液压技术也存在不完善的地方。例如，液压装置的元件之间存在摩擦力，因此可能产生热损耗。液压转动装置可能产生液体的泄露，泄露的液体有可能对环境产生污染，也有可能对人身造成伤害或财产损失，因此对其适用范围有一定的约束。液压元件制造精度高，造价昂贵，出现故障不易查找原因，但在实际的应用中，可以通过有效的措施来减小不利因素带来的影响。 1.2国内发展状况及未来的发展前景展望
液压技术在我国的发展要追溯到建国以后。从不断的模仿到不断地学习，现在已经具有相当成熟的研发水平。
6
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近年来，通过技术创新和科研攻关，产品水平得到一定程度的提高，生产出具有先进水平的产品。
然而，我国在产品品种、数量及技术水平上，与国际水平有一定的差距，每年都要进口一定数量的液压元件。
液压技术的未来前景展望:
(1)元件性能的改善，新型元件的研制，体积不断缩小。
(2)实现高度的组合化，集成化，模块化。
3)和微电子技术相结合，实现智能化。 (
总而言之，液压工业在我国的发展已经步入了良性发展阶段，它与气动技术的发展状况是用来衡量一个国家的工业化发展水平的重要指标。 3.执行元件的速度及载荷
3.1执行元件种类、数量以及其安装位置
表5.1 执行元件类型的选择
往复直线运动 回转运动 往复摆动 运动形式
短行程 长行程 高速 低速
摆动液压马达
柱塞缸 执行元件的高速液低速液
类型 压马达 压马达
活塞缸 液压马达和丝
杠螺母机构
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剪叉式液压升降机设计
根据上表选择双作用单活塞杆无缓冲式液压缸，
数量:选双单叉结构为升降台构造，因此采用4个功率和结构完全相同的液压缸。
安装位置:液压缸的安装方式为耳环型，尾部单耳环，气缸体可以在垂直面内摆动，安装的位置为前后两固定支架之间的横梁之上，横梁和支架组成为一体，通过横梁活塞的推力逐次向外传递，使升降机升降。
3.2速度和载荷计算
3.2.1 速度计算及速度变化规律
升降机设计为全液压系统，相关工艺参数如下:
额定载荷:2500kg 最低高度:530 mm 最大起升高度:1500mm
,所以本升降机的升降时间在40s—50s之间，执行元件的速度v为:
l v,t (3—1)
当 ts,40时:
l0.53 =0.01325ms/ v,,maxt40min
当 ts,50时:
l0.53 vms,,,0.0106/mint40
3.2.2执行元件的载荷计算及变化规律
执行元件载荷就是液压缸的总阻力，油缸的总阻力由以下几部分组成:对运动起阻碍作用的的切削力，元件运动过程中因相互摩擦而产生的力，密封FF切磨装置产生的摩擦力，在突然制动或变换方向过程中存在的惯性力，由于回FF惯密
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油腔受到外部的挤压而产生的阻力，即液压缸的总阻力也就是它的最大牵引F背
力:
F=+FFFFF，，，切磨密惯背 (3-2)(1)切削力。凡是在工作部件工作时对其有阻碍作用的力，额定负载的重
力和支架以及上顶板的重力一起构成了切削力:
其计算式为: F,，，FFF切额载支架上顶板 (3-3)(2)摩擦力。存在相对运动的物体之间的力，由于运动部件之间不是绝对
,,0.15的光滑，并且之间是钢-钢接触，所以必定产生摩擦，取，
FG=mmmmg+G,,,,(++)其具体计算式为: 1234+磨额载
(3-4) (3)密封装置的密封阻力。不同的装置有不同的阻力计算方法; O形密封圈: 液压缸的推力 F0.03F F--,密
Y形密封圈: F =fpdh,1密 (3-5)
f0.01, f 摩擦系数，取
密封摩擦力也可以采用经验公式计算，一般取 F00501F,(.--.)密
(4)运动部件的惯性力。
FGvv,,切Fma,,，,， 其计算式为: 惯gtgt,, (3-6)
,v220.4m/s对于行走机械取，本设计中取值为 ,,0.51.5m/s,t
(5)背压力。背压力在此次计算中忽略，而将其计入液压系统的效率之中。
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剪叉式液压升降机设计
由上可知液压缸的总阻力为:
F=+FFFF，，切磨密惯
= (mmmm)gG(mmm)gG，，，，，，，，，,,1234123额载额载
F,v切 ，，0.05F切gt,
=(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+2
9.80.05 500) ， ，
=40KN
液压缸的总负载为40KN，那么平均下来每个液压缸需要克服的阻力为10KN。
如果将该升降台的额定载荷定为2500Kg ，其负载变化范围为小于等于2500Kg，在排除冲击负载的影响的情况下，负载的范围也就可以得到，即小于等于升降台的额定载荷2500Kg。即升降台负载为恒定的。
4.液压系统主要参数的确定
4.1 系统压力的初步确定;
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表4.1 液压缸牵引力与工作压力之间的关系
牵引力F(KN) <5 5-10="" 10-20="" 20-30="" 30-50="">50 工作压力P(MPa) <0.8-10 1.5-2="" 2.5-3="" 3-4="" 4-5="">5-7
由上表可知液压缸的牵引力在5-10这个范围的符合要求，上文计算得知推力为10KN，，可以确定液压缸的工作压力在1.5-2这个范围。所以p=2MPa 。 4.2 液压执行元件的主要参数
4.2.1液压缸的作用力
液压缸由于受到不同方向的力的作用，虽然此力统称为压力，但又可以根据施力和受力物体的不同分为压力和推力，当液压油进入无杆腔时会产生压力的一种形式推力:
,2 F= pD,cm4 (4-1)
5 式中: p 液压缸的工作压力 Pa 取p= (20-3)10Pa，
D 活塞内径 单位m 0.09m
液压缸的效率 0.95 ,cm
代入数据:
,,325 F = ，，，,，，(9010)(203)100.954
F = 10.3KN
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剪叉式液压升降机设计
即液压缸工作时产生的推力为10.3KN。
表4.2系统被压经验数据;
回路特点 背压值
进油路调速 1-2*10KN 进油路调速回油装被压阀 2-5*10KN
回油路调速 6-10*10KN
4.2.2 缸筒内径的确定
该液压缸宜按照推力要求来计算缸筒内经，计算式如下: 要求活塞无杆腔的推力为F时，其内径为:
4F (4-2) D,,,pcm
液压缸机械效率 0.95 ,cm
代入数据:
341010，， D= =0.083m
2100.95，，
D= 83mm 取圆整值为 D=90mm 4.2.3 活塞杆直径的确定
(1)活塞杆直径根据受力情况和液压缸的结构形式来确定
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dD,,(0.30.5) 受拉时:
pMPa,5dD,,(0.30.5) 受压时:
5p7MPa ,,dD,,(0.50.7)
p7 ,MPa dD,0.7
该液压缸的工作压力为为:p=2MPa,<5mpa,取d=0.5d,d=45mm。 (2)活塞杆的强度计算="">
活塞杆在只受推力或拉力的情况下，可以用直杆承受拉压载荷的简单强度近
似计算公式进行:
,6F，10 ,,,, ,,,2d4
材料的许用应力 单位MPa 活塞杆用45号钢 ,
,s ,,,,340,2.5MPan,,,,sn
36,1010104，，，,,代入数据: ,323.14(4510)，，
, =6.3MPa <>
活塞杆的强度满足要求。
(3)稳定性校核
该活塞杆在不受到偏心力矩的作用下，可以通过等截面法计算，其细长比为:
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剪叉式液压升降机设计
2nEJ,L 时，,F ,mnK2LK (4-3)
在该设计及安装形式中，液压缸两端采用铰接，其值分别为:
nmLmm,,,1,85,1260
JdK,, A4
将上述值代入式中得:
L ,mnK
故校核采用的式子为:
2nEJ,,F K2L
式中: n=1 安装形式系数
11EPa,，2.110E 活塞杆材料的弹性模量 钢材取
4d,J,J 活塞杆截面的转动惯量 64
L 计算长度 1.06m 代入数据:
21134,3.142.1103.14(4510)，，，，，F, K2641.06，
=371KN
其稳定条件为:
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FK F,nK
式中: 稳定安全系数，一般取=2—4 取=3 nnnKKK
F 液压缸的最大推力 单位N
F371K 代入数据: =123KN ,n3K
故活塞杆的稳定性满足要求。
4.2.4 液压缸壁厚度，最小导向长度，液压缸长度的确定 4.2.4.1 液压缸壁厚的确定
对于不同厚度的液压缸壁的结构及其工艺要求的确定，通常我们通过薄壁筒
计算而获得，即由以下公式确定:
液压缸最高工作压力 单位Pa 一般取=(1.2-1.3)p PPYY
,,100110MPa,, 缸体材料的许用应力 钢材取 ,,,,
PDY,, 2,,,
61.32109，，，,,,0.117cm代入数据: 6210010，，
,,3mm考虑到液压缸的加工要求，将其壁厚适当加厚，取壁厚。 4.2.4.2 最小导向长度
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剪叉式液压升降机设计
图4.1 液压缸简图
H 最小导向长度 L 液压缸最大行程 D 缸筒直径
LDH,， 最小导向长度 202
53090即 取为72cm Hcm,，,71.5202
4.2.5 液压缸的流量
余缸径和活塞的运动方式是决定液压缸流量的主要因素，活塞的供油量和活塞的内径宽度都影响流速的大小，但若使某一个因素不变而研究另一个因素就是我们常说的控制变量法，因为是同一个液压缸，它的面积内径是不变的，那么变化的是流量，若我们控制流量一定，那么其流速则恒定不变。即，液压缸的vm流量可以计算如下:
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vA Q,,cv (4-4)
,2 式中: A 活塞的有效工作面积 对于无杆腔 AD,4
活塞的容积效率 采用弹形密封圈时=1，采用活塞,,cvcv
环时 =0.98 ,cv
Avmax 为液压缸的最大运动速度 单位m/s ,vQmaxmax,cv
代入数据:
2，，3.140.90.1325QL,，, 605.16/min max，0.984
23.140.90.106，， QL,，,604.13/minmin0.984，
5.16/minL 当液压缸运动速度最大时，所需要的流量为，以其
4.13/minL最小运动速度运动时，所需要的流量为。
5.液压系统方案的选择和论证
主机的运转状态可以用来确定液压系统的方案，由于液压系统本身的技术要求，以及对液压系统所处的工作环境，不同液压系统的成本、经济性、市场供货条件等诸多因素进行综合考虑，从而选择一个综合各方面因素的方案。主要考虑一下几个方面:对液压回路自身元件的筛选如硬度，工艺性，经济性等，油路运行通道的鉴别等。
5.1 油路循环方式的选择与分析
油路循环方式有开式和闭式之分，其相同点与不同点详见下表:
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表5.1
开式系统和闭式系统的比较
开 式闭 式油液循环方式
较好，需用辅泵换油冷却散 热 条 件较方便，但油箱较大
较好，但油液过滤要求高抗 污 染 性较差，但可用压力油箱或其它改善
管路压力损失较大，用节流调速效率管路压力损失较小，容积调速效率高系 统 效 率低
液压泵由电机拖动时，限速及制动过程用平衡阀进行能耗限速，用制动阀进限速制动形式中拖动电机能向电网输电，回收部分能行能耗制动，可引起油液发热量
对主泵的自吸性能要求低其 它对泵的自吸性能要求较高
液压系统的散热条件和和调速系统基本上决定了油路的循环方式。
从上表中我们能够了解到两者的不同之处，再考虑到自身升降机的设计理念我们选择开式油路循环系统，并且为了更大的节省空间存储液体，升降主机与液压泵应该分开安装。
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8
7234
65
1
图5.1 源油回路原理图
1油缸 2 过滤器 3 温度计 4 液位计 5 电动机 6液压泵 7 溢流阀 8 压力表
5.2 开式系统油路组合方式的分析以及选择
开式系统油路分为三种形式，两个以上的油路依次连接则为串联，两个以上的并排相连则为并联，如果只有一个的话就叫做独联。
串联方式能够实现多个元件同时工作，速度又是恒定的。 5.3 调速方案的选择
如何调速以及调速的方法都对主机的性能有很大的影响，在确定调速的方法时，应该充分考虑液压回路里的执行元件和其负载特性以及经济特性等因素进行选择。
在液压回路里经常用的调基本方法有三种形式:容积调速回路，节流调速回路，容积节流调速回路。此次设计的升降机所采用的回路是节流调速回路，是因
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剪叉式液压升降机设计
为该回路具有非常大的优点，如有非常好的散热能力承载能力以及非常广的调速范围且成本较低，但是也有一定的缺点，如功率较小、速度钢性差和发热量大等缺点。原因是该调速回路具有以下优点特:有较好的承载能力，成本低，调速范围大，适用于小功率，轻载或中低压系统等，不过速度刚度差，效率低，发热量大。
5.4 液压系统原理图的确定
初步拟定液压系统原理图如下所示;见下图:
18161917
1512
1314
1110
9
8
723465
1
图5.2 液压系统原理图
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1 油箱 2 空气过滤器 3 温度计 4 液面计 5 单向定向马达 6 摆动马达 7 溢流阀 8 压力计 9 13 14 节流阀 10 11 电压换向阀 12 15调速阀 16 17 18 19 液压缸
6.液压元件的选择计算及其连接
液压元件主要包括有:油泵，电机，各种控制阀，管路，过滤器等元件。因液压元件的功能比较多样，其组合后的组合回路具有不同的功能，以下主要是选择不同的液压元件进行组合和计算。
6.1 油泵和电机选择
6.1.1泵的额定流量和额定压力
6.1.1.1泵的额定流量
在选择泵的流量的时候，应该符合执行元件的流速要求，因此在选择泵的输出流量时应根据系统所需要的最大流量和系统的泄漏量来确定:
qKQn,pmax
qL,，，,1.15.16422.7/minp
对于在工作过程中再用节流阀进行的调速的系统，在计算泵的流量时，应该
3/minL加上溢流阀的最小溢流量，一般最小的取:
qL,，,22.7325.7/minp
6.1.1.2 泵的最高工作压力
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剪叉式液压升降机设计
泵的工作压力应该根据液压缸的工作压力来确定，即
PPP,，, ,pmax
泵的工作压力 单位Pa 式中:Pp
执行元件的最高工作压力 单位Pa Pmax
,P 进油路和回油路总的压力损失。 ,
在初步计算时，一般的节流调速和一般的的油路可以取 0.20.5,MPa,对于进油管路中含有调速阀和进油管路比相对比较较复杂的系统一般取0.51.5,MPa。
代入数据: PMPa,，,20.52.5p
再液压系统工作过程中会有压力峰值出现，所以液压油路额定压力比工作压
MPaMPa力大25%--60% ，因此取泵的额定压力为3.125--4.0，取其额定压Pp
力为4MPa。
6.1.2 电机功率的确定
(1) 电机的功率决定了液压泵的输入功率，但是液压泵和油路都会有一定的容积损失和机械损失，因此电机的输出功率必须略大于液压泵的功率，因此液压泵所需要的实际功率为:
PqPqt ,, Pi77610610,,，，m (6-1)
6，，2.51025.7PKW,,1.64代入数据: i7，，6100.65
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表6.1
液压泵的总效率
液压泵类型齿 轮 泵柱 塞 泵叶 片 泵螺 杆 泵
总效率0.6-0.70.6-0.750.8-0.850.65-0.8
(2)在选定电机的功率时可以根据电机的技术手册进行查找，通过查表得电机的输出功率率为4KW。
通过以上进行的初步计算，可以对所用电机进行选择取，此次设计的液压系统是一般的液压回路，一般选取三相异步电机，经过删选初步确定电机的一般参数和额定功率如下:
YM,,1122型号:
KW额定功率:4
2890/minr满载时转速:
电流: 8.17A
效率: 85.5%
净重: 45Kg
2.2Nm额定转矩:
BV5(1)电机的安装形式为 型，其参数为:
28215F基座号:112M 极数:4 国际标准基座号:
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剪叉式液压升降机设计
液压泵为三螺杆泵，其参数如下:
规格: 256，DLh，2/e
o标定粘度: 10 E50
转速: 2900 r/min
4 压力:MPa
流量: L/min 26.6
功率: KW 4
吸入口直径: mm 25
排出口直径: mm 20
重量: Kg 11 允许吸上真空高度: m() 5 HO2
6.2 控制阀的选用
6.2.1 压力控制阀
压力控制阀的选用原则
压力:控制阀所受到压力不能超过其峰值为了控制阀正常工作。 压力调节范围:系统调节压力应在阀所承受的压力调节范围之内。 流量:通过压力控制阀的实际流量应小于压力控制阀的额定流量。 可以选择直动型压力阀，再根据发的调定压力及流量和相关参数，可以选择
DBD式直动式溢流阀，相关参数如下:
型号:DBDS6G10 最低调节压力:5MPa
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o,,,,2070C流量: 40L/min 介质温度: 6.2.2 流量控制阀
流量控制阀的选用原则如下:
压力:系统压力的变化必须不超过额定压力。 流量:通过流量控制阀的流量应小于该阀的额定流量。 单向分流阀的规格和型号如下:
型号: FDL-B10H 公称通径:10mm 公称流量: P,O口 40L/min A，B口 20L/min
连接方式:管式连接 重量:4Kg 分流阀的型号为:FL-B10
其余参数与单向分流阀相同。
6.2.3 方向控制阀
方向控制阀的选用原则如下:
压力:额定压力应大于液压系统的工作时的最大压力。 流量:流经方向控制阀最大流量一般不大于阀的流量。 滑阀机能:滑阀机能之换向阀处于中位时的通路形式。 操纵方式:选择的操纵方式，如手动，电动，液动等。 所选择的换向阀型号及规格如下:
型号:4WE5E5OF 额定流量:15L/min
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50,110,220HzVV消耗功率:26KW 电源电压: 工作压力:A.B.P腔 T腔: 重量:1.4Kg ,25MPa,6MPa6.3 管路，过滤器，其他辅助元件的选择计算
管路 6.3.1
计算主管路中油管的尺寸。
(1)吸油管尺寸
管路的种类和管内液体的流速决定了油管内径，油管直径d如下:
对吸油管，取 ，本设计中取: vms,,(0.51.5)/vms,0.7/00
4Q (6-2) d,,v0
,3426.66010，,，3 代入数据: dmm,，,1028.43.140.7，
取圆整值为: dmm,30
(2)回油管尺寸
回油管尺寸与上述计算过程相同:，取为 vms,2/vms,,1.52.5/00
,3426.66010，,，3代入数据: dmm,，,1016.83.142，
dmm,18取圆整值为:
(3)压力油管
压力油管: ，本设计中取为: vms,,34/vms,3/00
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,3426.660210，,,，3代入数据: dmm,，,109.73.143，
取圆整值为: dmm,10
(4)油管壁厚:
升降机系统中的油管采用橡胶软管管道，橡胶软管便于装配，能够缓冲液压系统中的冲击和振动，压力油管采用的橡胶软管其参数如下: 内径: 10mm
型 17.5-19.7mm 外径:,
工作压力:型 16MPa ,
最小弯曲半径:130mm
6.3.2 过滤器的选择
过滤器的选择应考虑以下优点:
(1)具有通油能力好，摩擦损失小。
(2)设计要求和工艺要求对过滤精度有很大的影响，由于系统的压力不同，所以过滤精度的要求也有很大差别，系统压力越高，要求液压元件的间隙越小，所以过滤精度要求越高，过滤精度与液压系统压力的关系如下所示
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剪叉式液压升降机设计
表 6.1 过滤精度与液压系统的压力关系
一 般 液 压 系 统伺服系统
系统类型
35〈7〉7
MPa
压力
过滤精度〈25-50〈25〈10〈5
(3)滤芯应有足够的强度，过滤器的实际压力应小于样本给出的工作压力。
(4)滤芯抗腐蚀性能好，能在规定的温度下长期工作。
根据上述原则，考虑到螺杆泵的流量，选定过滤器为烧结式过滤器，其型号及具体参数如下所示:
型号:SUBF27016,， 流量:70/minL
16,mM272， 过滤精度: 接口尺寸:
0.520,MPa0.2MPa 工作压力: 压力损失:
6.3.3 压力表选择
压力表安装于便于观察的地方。其选择如下:
型号:Y-60
04.,MPa 测量范围:
名称:一般弹簧管压力表
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致 谢
本次毕业设计论文从选题、设计计算、绘图等过程及论文撰写和修改都是在赖庆辉 老师悉心指导下完成的，感谢他对完成论文过程中给予我的教导和帮助。 此外，也非常感谢在设计完成过程中给予我支持的有关老师和同学。
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剪叉式液压升降机设计
参考文献
北京,北京理工大学出版社 北京,人民交通出版社 第三版第三卷 第四版第四卷
1983 2001 2002 2003 1998 2001 北京,机械工业出版社
《新编液压工程手册》 《流体传动与控制》 《机械设计手册》 《机械设计手册》
2 黄宏甲、黄谊、王积伟主编 4 张利平、邓钟明主编
《液压与气压传动》
《液压气动系统设计手册》
北京,机械工业出版社 1997 化学工业出版社 化学工业出版社
《液压气动设计手册》
北京,机械工业出版社
8 上海煤矿机械研究所编
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上海人民出版社 1978 工程机械 2008 ,11,
《剪叉式液压升降平台的设计》
机车车辆工艺 1995 ,03,
《剪式液压升降台相关参数的确定》
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范文四：剪叉式升降机液压系统的设计
2008书第11期 液压与气动
剪叉式升降机液压系统的设计 於又玲,刘明春。曾志钢,何再龙,赵娜
The Design of Hydraulic System Used in Scissor-fork Lifter
YU
You—ling,LIU Ming-ehun,ZENG Zhi-gang,HE Zai-long,ZHAO Na
(兰箍理工大学流俸动力与掇锈学院,甘肃兰髑730050)
攘要:余绍了剪叉式液压升降平台液糕系统组成及工作原理,并_醇油路进行了详细分析。 关键词:液压系统;剪义机构;油路分析
,01tt分类号:THll3;THl37文献标识码:B文章编号:looo-4858(2008)11-0025-02
1引富
剪叉式举升机构具有结构紧凑、承载量大、通过
性强穰操控性好的特点,在现代物漉、登高律韭台、航
空装卸、大型设备的制造与维护中得到广泛应用。对
于液舔剪叉式举升机构来说,液压系统的设计非常关
键。本文所设计的液压系统现已在兰州一家机械加工
厂投入使用。
2液压系统设计的基本原则
利用国内外先进技术和成功经验,结合我国圉情
穰剪叉式液压升降念的其体使瘸要求,力求篱单、实
用,用尽可能少的液压元件来实现剪叉式液压升降台 应其备豹各种动作,以便降低敖障发生视率,提离系 统的能摄利用率,从而降低生产成本【Il。
3液压系统朦瑾图及分祈
液压系统原理图及组成见网l。其中元件6、7构 成电磁溢流阀装置。在升降平台行程中安装4个无触 点开关WCDl。WCD2,WCD3和WCD4来采集信号控 制液压升降平台的加减速。开关布置位置如图2。 电磁换向阖动襻顺序觅表l。
电机通电,液压泵从油箱吸油。泵站开始工作,液 舔油通过电磁溢流阀回油箱,.1靖:时电磁溢流阀超卸荷 阀作用。泵站实现空载启动和连续工作,避免电机频 繁启动。当电磁溢流阀通电,系统压力超过电磁溢流 周的设定歪力,电磁溢漉阉打开,液媛油通过电磁溢 流闽直接回油箱。此时电磁溢流阀起安全阀作用。电 磁溢流阀的设定值一般秀系统工作压力的l 10%。 剪叉式液压升降平台的整个动作过程:
最低位置一慢升-÷快升一慢升_最高位置_慢
1.吸水窟滤器2.过滤器3.液压泵4.电机5.单向阀 6,10、13,17。换淘瓣7.溢瀛瓣8。藏壹瓣9.温度计
Il,16.液压锁12.可调节流阀14.快速接头15.液压缸 圈{剪叉橇构滚嚣系统艨理示意圈
;器最高潍
WC矜2口
WCDI I--'3[二Z=二=]平白
最羝像墨[====麓
亡=======3
[====3
圈2无麓点舞关希置莅鬟彖意睡
降_快降—慢降_最低位置。
1)平台上升过程
平台内最低位置上升过程中,当平台离开无触点 开关WCDl时,电磁换向阀DTl和DT2通电,电磁换 牧稿霹期:2008-.04-14
作者简介:於又玲(196卜),女,甘肃兰州人,工程师,本科, 主要获事流体控制方蟊豹教学等研究王作。
液压与气动 2008年第11期
连轧钢管壁厚电液伺服系统神经网络PID控制 方桂花,何晓刚
Neural Network PID Control of Electro Hydraulic Servo System for Continuously Rolled Steel Tube Thickness
FANG Gui-hua,HE Xiao-gang
(内蒙古科技大学机械工程学院,内蒙古包头014010)
摘要:建立了连轧钢管壁厚电液伺服控制系统的数学模型和传递函数。通过BP网络的自学习能力实现对 加权系数的调整,找出了较为合理的PID控制参数值。通过仿真结果表明,连轧钢管壁厚控制效果明显改善. 关键词:连轧钢管;壁厚;电液伺服系统;神经网络PID
中图分类号:THl37;TF214文献标识码:B文章编号:1000-4858(2008)11-0026-03
连轧钢管的轧制过程是一个复杂的非线性过程, 电液伺服控制系统的控制方式和性能指标直接决定 着钢管壁厚的控制精度,它存在着许多不确定因素和 慢时变的参数。针对以上问题,本文提出一种神经网 络PID控制,可以实现次优的特点与人工神经网络本 身具有自学习、自适应、逼近任意非线性有界函数的 能力结合起来,从而可以有效地消除系统不确定性的 影响,提高控制器的鲁棒性。
收稿日期:2008-05—20
作者简介:方桂花(1962一),女。内蒙古包头人,教授,主要从 事液压技术方面的科研和教学工作。
表1电磁换向阀动作顺序
DTl DT2DT4电磁溢流阀
停止 O O 0l
慢升 l l 00
快升 l O O 0
慢降 0110
快降 0O l O
注:表中1代表通电,0代表断电。
向阀DT4和电磁溢流阀断电。泵站向液压缸无杆腔供 油,液压缸另一腔回油。液压缸上行速度由可调节流 阀12控制,平台慢速上升。当平台离开无触点开关 WCD2时,电磁换向阀DTl通电,电磁换向阀DT2、电 磁换向阀DT4和电磁溢流阀断电。可调节流阀被短 路,平台快速上升。当平台离开无触点开关WCD3时, 电磁换向阀DTl和电磁换向阀DT2通电,电磁换向 阀DT4和电磁溢流阀断电。液压缸上行速度恢复由可 调节流阀12控制,平台慢速上升至最高位置到达无 触点开关WCD4处。
2)平台下降过程
当平台由最高位置下降过程中,平台离开无触点 开关WCD4时,电磁换向阀换向阀DT2和电磁换向 阀DT4通电,电磁换向阀DTl和电磁溢流阀断电。泵 站向液压缸有杆腔供油,液压缸另一腔回油。液压缸 下行速度由可调节流阀12控制,平台慢速下降。当平 台离开无触点开关WCD3时,电磁换向阀DT4通电, 电磁换向阀DTl、电磁换向阀DT2和电磁溢流阀断 电,可调节流阀被短路,平台快速下降。当平台离开无 触点开关WCD2时,电磁换向阀DT2和电磁换向阀 DT4通电,电磁换向阀DTl和电磁溢流阀断电。液压 缸下行速度恢复由可调节流阀12控制,平台慢速下 降至最低位置到达无触点开关WCD 1处。
此剪叉式液压升降平台如此循环工作。其中电磁 换向阀DTl和电磁换向阀DT4互锁。并在液压系统 中设置紧急自动开关上下各一个。
4总结
此剪叉式升降机液压系统已在兰州一机械厂投 入使用,结果表明,此系统运行稳定,上升、下降冲击都 比较小,液压系统不易发热,故障发生率很低。
参考文献:
【1】薛孟齐.剪叉式液压升降台缓冲液压系统田大众标准 化,2005(11):22—23.
剪叉式升降机液压系统的设计
作者:於又玲 , 刘明春 , 曾志钢 , 何再龙 , 赵娜 , YU You-ling, LIU Ming-chun, ZENG Zhi-gang , HE Zai-long, ZHAO Na
作者单位:兰州理工大学,流体动力与控制学院,甘肃,兰州,730050刊名:液压与气动
英文刊名:CHINESE HYDRAULICS & PNEUMATICS年,卷(期):2008,(11)被引用次数:
0次
参考文献(1条)
1. 薛孟齐 剪叉式液压升降台缓冲液压系统 [期刊论文]-大众标准化 2005(11)
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_yyyqd200811009.aspx
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范文五：剪叉式液压升降机毕业设计
剪叉式液压升降机设计
摘要：双铰接剪叉式升降台的设计是在原由的剪叉式升降台的基础上，运用现在的灵活性、安全性、经济性等指标；结构以能够满足灵活性要求较高的汽车维修需要为前提, 通过不同型号和响应福建达到满足物流、汽车维修等性能要求。
通过对双铰接剪叉式升降台机构位置参数和动力参数的技术，结合具体实例，对机构中良种液压缸布置方式分析比较，并根据要求对液压传动系统个部分进行设计计算最终确定液压执行元件-液压缸，通过对叉杆的各项受力分析确定台板与叉杆的载荷要求，最终完成剪叉式液压升降台的设计要求。
关键字：升降台；剪叉式 ；液压
Abstract: Double-hinged scissors lifts in the design of the previously scissors lifts on the basis of the present application flexibility, security, economic and other indicators, structural flexibility to meet higher requirements of vehicle maintenance the need for premise, and the response by
different models to meet Fu jian logistics, vehicle maintenance, and other performance requirements. Through the double-hinged scissors lifts Position parameter and the dynamic parameters of
technology, combined with specific examples, the agency improved in the hydraulic cylinder layout analysis and comparison, and in accordance with the requirements of part of a hydraulic system design and calculation of final Pressure implementation components - hydraulic cylinder, through analysis of the fork-defined plate and fork-load requirements, the final completion of scissors hydraulic lifts the design requirements.
Key Words：Cage assembly；Scissors forks are dyadic；Hydraulic pressure
目 录
第一章 绪 论························································ 1
1.1 举升机的发展简史·····················································1
1.2 汽车举升机的设计特点 ···············································2
1.3 汽车举升机的安全保证措施 ···········································3
1.3.1 设计制造方面的安全保证措施······································· 3
1.3.2 使用维护方面的安全保证措施······································· 4
第二章 剪叉式升降台的应用及其受力分析的讨论························· 5
2.1剪叉式升降平台的三种结构形式······································· 5
2.2 双铰接剪叉式升降平台机构的位置参数计算··························· 6
2.3 双铰接剪叉式升降平台机构的动力参数计算··························· 8
2.4 剪叉式升降平台机构设计时应注意的问题······························9
2.5 针对性比较小实例：··················································· 9
2.6双铰接剪叉式升降平台机构中两种液压缸布置方式的分析比较········· 12
2.6.1问题的提出：························································· 13
2.6.2两种布置方式的分析和比较：········································· 14
2.6.3实例计算···························································· 15
第三章液压传动系统的设计计算·········································· 20
3.1明确设计要求 制定基本方案：········································· 20
3.2制定液压系统的基本方案·············································· 20
3.2.1确定液压执行元件的形式 ···········································20
3.2.2 确定液压缸的类型·················································· 22
3.2.3 确定液压缸的安装方式·············································· 22
3.2.4 缸盖联接的类型····················································· 22
3.2.5拟订液压执行元件运动控制回路····································· 22
3.2.6液压源系统·························································· 22
3.3确定液压系统的主要参数·············································· 23
3.3.1载荷的组成与计算：·················································· 23
3.3.2初选系统压力························································ 25
3.3.3计算液压缸的主要结构尺寸·········································· 26
3.3.4确定液压泵的参数··················································· 28
3.3.5管道尺寸的确定
···················································30
3.3.6油箱容量的确定····················································· 31
3.4液压缸主要零件结构、材料及技术要求································ 31
3.4.1缸体································································· 31
3.4.2活塞································································· 32
3.4.3活塞杆······························································ 33
3.4.4活塞杆的导向、密封和防尘·········································· 33
3.4.5液压缸的排气装置··················································· 34
3.4.6液压缸安装联接部分的型式及尺寸··································· 35
3.4.7绘制液压系统原理图················································· 35
第四章 台板与叉杆的设计计算 ···········································39
4.1确定叉杆的结构材料及尺寸 ···········································39
4.2横轴的选取···························································· 43
结 论································································· 44
致 谢································································· 45
参考文献································································· 46
第一章 绪 论
汽车举升机是现代汽车维修作业中必不可少的设备，它的主要作用就是为发动机、底盘、变速器等养护和维修提供方便。举升机的从上世纪20年代开始使用，发展至今经历了许多的变化改进，种类也比较多，一般有柱式、剪式，其驱动方式有链条传动，液压传动，气压传动等。本章就从举升机的产生、发展以及制造工艺等方面进行简单的介绍。
1.1 举升机的发展简史
汽车举升机在世界上已经有了70年历史。1925年在美国生产的第一台汽车举升机，它是一种由气动控制的单柱举升机，由于当时采用的气压较低，因而缸体较大；同时采用皮革进行密封，因而压缩空气驱动时的弹跳严重且又不稳定。直到10年以后，即1935年这种单柱举升机才在美国以外的其它地方开始采用。
1966年，一家德国公司生产出第一台双柱举升机，这是举升机设计上的又一突破性进展，但是直到1977这种举升机才在德国以外的其它国家出现。现在双柱举升机在市场上以占据牢固的地位，其销量还在持续增长。它和四柱举升机相比，既有优点，也有缺点，以下将作一简要说明。
我们所见到的绝大多数举升机均采用固定安装方式。在举升前汽车必须驶上举升机。在移动式举升机方面也有几项成功设计，如剪式举升机、菱架式举升机等。但这类举升机仍存在两个主要问题，接近汽车下部较难；在车间移动举升机时难逾越地面上的障碍物。当然，可移动性是这类举升机的突出优点。现在固定安装的单柱、双柱、四柱举升机已在维修现场广泛采用，而移动式举升机却相对要少得多。
最初设计单柱举升机外，车辆较大，其底盘也能明显辨认，因而汽车检修区远远大于举升器件。而今绝大多数汽车均为“紧凑型”或“半紧凑型”，导致汽车检修区域接近主要举升机器件而不便操作。但在南美洲却属例外，那里仍然采用较大的车辆，这可能是单柱举升机在该地区的市场上仍然受到欢迎的重要原因。单柱举升机有两大优点：当其下降后，不致成维修车间的障碍物；汽车可在举升机上转动。但美国却受到了责难，主要是举升机的旋转会带来撞击操作人员的危险。单柱举升机的主要缺点是：第一，它需要在车间的地面挖掘一个相当大的坑穴后才能安装；其次，它只能为使用提供车轮支撑方式；第三，使用时难于接近汽车下部的一些重要检修区域。举升用的油缸潜藏在地下也给维修带来两大问题：第一是检修这些零部件颇为困难；其次是由于油缸所处的环境条件差，容易生锈，特别是地下水位较高时更是如此。
双柱举升机（包括液压式或机械式），均具有以下优点：第一，检修汽车下部具有很高的可接近性（几乎达到100%）；其次，采用车轮自由型的方式支撑汽车，因而拆卸车轮时不需
要其它辅助性的举升措施；第三，结构紧凑，占地面小。双柱举升机的缺点是：第一为确保安全，安置举升机时要求非常严格，否则在举升过程中容易摇晃或颠覆；第二，由于举升机常采用车轮自由型的方式支撑汽车，如需采取车轮支撑型的方式维修汽车则甚感不便，如检查悬挂系统、检查转向机构间隙或进行车轮定位检验等；第三，由于举升臂和立柱承受悬臂或载荷所产生的巨大应力，其承力件易于磨损，因而双柱举升机的安全工作寿命一般要比四柱举升机低。
四柱举升机有四根立柱、两根横梁、用于支撑汽车的两个台板。举升前，汽车很容易正确无误地驶上四柱举升机的台板。由于台板内侧设备有凸缘，当汽车驶上台板时也不致坠入其间的空隙中。车轮支撑型四柱举升机的优点是：第一，举升机装载汽车时勿需较高的技术，操作也很简便；第二，承载时非常稳定；第三，支撑载荷受力简单，应力较低，从而延长了设备的使用寿命；第四，由于具有较高的使用价值，从经济上来看也是合算的；第五，易于维修；第六，在车间现场进行安装也较方便，只要地面平坦，其混凝土厚度能够固牢立柱的地脚螺栓即可。四柱举升机的缺点是：和双柱举升机相比，战地面积教大，对汽车检修区域可接近性较差。
解放后，特别是改革开放以来，我国的汽车维修行业有了很大的发展，为之服务的汽车维修设备行业已成为我国的新兴行业不断发展壮大。各种举升机设备如雨后春笋，不断涌现，质量不断提高，销量逐年增加。
有人说，对于汽车维修企业来说，汽车举升机可能是除厂房而外的最重要的投资，因为它具有至关重要和不可替代的作用，甚至直接影响到汽车维修业务的兴衰。汽车举升机是汽车维修设备行业的支柱设备之一，让我们生产出更多、更好、更受用户欢迎的汽车举升机，为汽车维修企业服务。
1.2 汽车举升机的设计特点
（1）举升机台板降到下位时，与地面应尽可能在同一平面上，为达到此目的，虽然可在地面上挖掘凹坑，但需增加投资费用，也破坏了车间地面的平整性。为此，在保证强度和刚度的前提下，应尽可能降低举升机台板和横梁的高度；这样，既便于汽车驶上举升机，又使驶上台板的斜面长度尽可能短，节约车间的占地。在条件许可时，举升机台板（或横梁）应选择专用型钢或用钢板拆弯成形。
（2）正确选择传动方式。采用机械传动（螺母、螺杆）或液压传动（油缸），均
用电动机驱动。机械传动的成本较高，耗能较多，但安全性较好。经验证明：机械传动的能耗为液压传动所需能耗的两倍（在举升载荷、举升时间均相同的条件下）。机械式举升机的螺母、螺栓磨损较快，而液压式举升机的维修量却相对要小些。虽然液压式举升机的技术难度较大，但多数零部件（液压泵、液压缸、阀门、密封元件等）均可外购或外协，当然一
定要选用优资产品。
（3）丝绳的选择。为了减少滑轮直径从而缩小寄生机立柱的断面尺寸，应该选用高柔度的钢丝绳。钢丝绳应有较高的安全系数，一般应达8。为此，应增加钢丝绳钢丝的数目。如英国某公司3t 系列的举升机所采用的钢丝绳的直径为9mm ，两根并列，每根37股，每股6根钢丝。滑轮通常用钢材制成，而该公司采用玻璃纤维与尼龙混合制成（50%的玻璃纤维、50%的尼龙）。这样，不仅价格便宜，还能减轻钢丝绳的磨损，延长其使用寿命。
1.3 汽车举升机的安全保证措施
今天全世界都对在危险作业环境下工作的人们的安全寄予极大的关注。汽车举升机具有潜在的危险，因为人们要在其下面工作；当其升降时如不小心，也会碰伤手足。近年来不少国家还制定了专门性法规，以防止或至少使安全事故的可能性降低到最低限度。
汽车举升机的安全保证措施主要从两方面着手：一方面从设计制造方面采取措施，好提高汽车举升机的安全技术特性；另一方面则应在使用维修过程中遵循严格的操作规程，保证汽车举升机能在良好的技术状态下正确地运行。现分别说明与后。
1.3.1 设计制造方面的安全保证措施
当今世界上的许多先进技术，如自动控制\光电开关等，已广泛应用到各种安全装置的设计领域，因而在设计制造举升机时，应结合产品的特点，积极采用先进可靠实用的现代安全技术。以下仅列举多数举升机普遍采用的安全措施。
（1）举升机应能经受超负荷试验(包括举升和支撑) ，一般应为最大举升能力的125%此时举升机的构件不得有任何永久性的变形和损坏。
（2）所有的操作控制机构均采用“双重保险”，以防误操作，即举升机运行前必需操作两个控制机构(或按钮开关) 后才能驱动。
（3）所有的控制电路均采用失效保护，即任何单个元件失效，也不会使举升机坠或上升所造成非常危险的局面。
（4）所有的举升机器件均应有第二支撑系统。原有的提升系统失效时，它能自动进行有效的支撑。
（5）所有的柔性提升手段，如钢丝绳，链条等，均应有足够的安全系数，并在制造厂设置的保护罩内传动。
（6）所有的运动零件均应有防护装置，以免撞击操作人员的任何部位，特别是手，足，衣服等。
（7）所有举升机的设计均应把举升重物滑移的可能性降低到最低限度。
1.3.2 使用维护方面的安全保证措施
使用维护方面的安全保证措施涉及的范围很广，包括举升机有使用前的准备工作，举升汽车时应该注意的事项，承载时的稳定性，降下汽车时的注意事项，日常和定期维修检查工作等。虽然汽车举升机已有70年的历史，其设计原理并无多大改变; 但如果忽视安全要求，超载使用，疏忽大意，仍然会造成严重事故，甚至发生人身伤亡。因此安全问题一定要引起使用单位和操作人员的高度重视。首先，应选购那些安全性能良好的汽车举升机，另外，还应认真学习和理解说明书中的各项安全注意事项并认真贯切执行。这里仅就使用维护举升机时普遍应当注意的事项说明于后。
（1）使用中的举升机每天都应进行检查。发现有效故障或零部件损坏时，不得再使用。维修时应采用该举升机的制造厂所提供的配件，不得随意代替或自制。
（2）举升机不得超载使用。每台举升机的额定载荷均注明在设备的铭牌上。特别要注意防止偏载，即整机虽未超载而某一举升臂确已超过允许的额定载荷。故欲举升那些前后轴载荷严重分配不均的汽车时应特别注意，能满足要求的才能装载使用。
（3）安置汽车和使用举升机均应由经过培训并经考核合格的人员操作。
（4）举升汽车时，车内不得有人。举升机升降和使用时，顾客和无关人员应远离举升机。
（5）举升机区域内不得有任何障碍物，如油脂、废物、瓦砾等。
（6）当汽车驶上举升机前，应清除通道，不得驶过或撞击举升臂，连接器，车轴支撑器等，以防损坏举升机或汽车。
（7）在举升机上承载汽车时应仔细操作。将举升机的支撑器安置到汽车制造厂推荐的举升机逞力接触点。只有当支撑器与汽车上的承力点接触严密后才能将举升机升起; 对其接触的严密性进行认真检查后，才能将汽车举升到需要的工作高度。
（8）要注意某些汽车上的零部件由于移动或安装位置的不同会引起重心的急剧变化，从而导致举升汽车时的不稳定。
（9）举升机降下前，应将汽车下面的工具箱，台架及其它设备全部移开。要降下举升机前，还必须松开锁紧装置。
注意:如欲在汽车下面进行维修作业时，应将举升机提升到足够的高度，以便锁紧装置啮合。
第2章 剪叉式升降台的应用及其受力分析的讨论
2.1剪叉式升降平台的三种结构形式
本讨论的目的通过分析气液动类的剪叉式升降平台机构特点，论述了设计时应注意的问题及其应用范围。气液动剪叉式升降平台具有制造容易、价格低廉、坚实耐用、便于维修保养等特点。在民航、交通运输、冶金、汽车制造等行业逐渐得到广泛应用。本设计中主要侧重于小型家用液压式的升降平台。在设计气液动剪叉式升降平台的过程中，一般我们会考虑如下三种设计方案，如简图2-1所示：
图2-1 三种剪叉式升降台结构简图
图中表示气液动剪叉式升降平台的三种结构形式。长度相等的两根支撑杆AB 和MN 铰接于二杆的中点E ，两杆的M 、A 端分别铰接于平板和机架上，两杆的B 、N 端分别与两滚轮铰接，并可在上平板和机架上的导向槽内滚动。图中的三种结构形式的不同之处在于驱动件液压缸的安装位置不同。
图a 中的驱动液压缸的下不固定在机架上，上部的活塞杆以球头与上平板球窝接触。液压缸通过活塞杆使上平板铅直升降。
图b 中的卧式液压缸活塞杆与支撑杆MN 铰接于N 处。液压缸驱动活塞杆控制平台铅直升降。
图c 中的液压缸缸体尾部与机架铰接于G 处，活塞杆头部与支撑杆AB 铰接于F 处。液压缸驱动活塞杆可控制平台铅直升降。
按照液压缸的安装形式，称图a 的形式为直立固定剪叉式结构，图b 的形式为水平固定剪叉式，图c 的形式为双铰接剪叉式结构。
直立固定剪叉式结构，液压缸的行程等于平台的升降行程，整体结构尺寸庞大，且球铰链加工负载，在实际种应用较少。
水平固定剪叉式机构，通过分析计算可知，平台的升降行程大于液压缸的行程，在应用过程中可以实现快速控制升降的目的，但不足之处是活塞杆受到横向力的作用，影响密封件的使用寿命。而且活塞杆所承受的载荷力要比实际平台上的载荷力要大的多。所以实际也很少采用。
双铰接剪叉式结构避免了上述缺点。结构比较合理，平台的升降行程可以达到液压缸行程的二倍以上。因此，在工程实际中逐渐得到广泛的应用。本设计就重点对双铰接剪叉式结构形式加以分析、论述。
2.2 双铰接剪叉式升降平台机构的位置参数计算
由图2-2可知
图2-2位置参数示意图
CL sin βCL (1-cos 2β) 1/2
H ==, （1） l l
(T 2+C 2-l 2) cos β=; （2） 2TC
上式中：
H ——任意位置时升降平台的高度；
C ——任意位置时铰接点F 到液压铰接点G 的距离；
L ——支撑杆的长度；
l ——支撑杆固定铰支点A 到铰接点F 的距离；
T ——机架长度（A 到G 点的距离）；
β——活塞杆与水平线的夹角。
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