剪叉式液壓升降臺(tái)的設(shè)計(jì)

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12 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 剪叉式液壓升降臺(tái) 設(shè)計(jì)說明書 學(xué)生姓名 學(xué) 號 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化 班 級 指導(dǎo)教師 日 期 塔里木大學(xué)教務(wù)處制 前 言 高空作業(yè)平臺(tái)行業(yè)發(fā)展最關(guān)鍵的還是用信息技術(shù)帶動(dòng)和提升高空作業(yè)平臺(tái)工業(yè)的制造技術(shù)水平。目前，CAD/CAE/CAM技術(shù)、快速模型制造技術(shù)在高空作業(yè)平臺(tái)工業(yè)中的應(yīng)用，使高空作業(yè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)發(fā)生了重大變革。另外，數(shù)控精密高效加工設(shè)備在高空作業(yè)平臺(tái)的開發(fā)和制造水平的應(yīng)用，如五軸加工機(jī)床、高速銑等也大大提高了高空作業(yè)平臺(tái)行業(yè)的發(fā)展水平。但是，目前我國高空作業(yè)平臺(tái)行業(yè)發(fā)展中仍存在很多不完善的地方，需要繼續(xù)加以改進(jìn)。具體表現(xiàn)為：技術(shù)含量低的高空作業(yè)平臺(tái)已供過于求，而技術(shù)含量較高的中、高檔高空作業(yè)平臺(tái)還遠(yuǎn)不能適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，諸如精密、復(fù)雜的沖壓高空作業(yè)平臺(tái)和塑料高空作業(yè)平臺(tái)、轎車覆蓋件高空作業(yè)平臺(tái)、電子接插件等電子產(chǎn)品高空作業(yè)平臺(tái)等高檔高空作業(yè)平臺(tái)仍有很大一部分依靠進(jìn)口。 本課題為順應(yīng)整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、科技和工業(yè)發(fā)展的要求，主要針對目前市面液壓升降機(jī)的一些不足，比如導(dǎo)軌導(dǎo)向性和整體剛度較差，平臺(tái)的承載能力受到限制，受力不均勻，工作平臺(tái)的尺寸小等不足，提出了新型的桅柱式液壓升降臺(tái)的設(shè)計(jì)，主要目的是能減小臺(tái)面的橫截面積，大大提高升降臺(tái)的整體剛度、導(dǎo)向性和穩(wěn)定性。 主要設(shè)計(jì)的要求和所需要達(dá)到的參數(shù)如下： 1、最大承載量1000kg。 2、升降范圍為2m；前后推進(jìn)距離為1m。 與本課題相關(guān)的研究工作已經(jīng)取得了一些經(jīng)驗(yàn)累積和成果，在此基礎(chǔ)上開展這項(xiàng)研究會(huì)比較順利。其次，利用我們學(xué)校圖書館豐富的館藏圖書資料和充足的數(shù)據(jù)庫資源，很方便查閱相關(guān)資料。另外，我院有機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室、機(jī)械電子實(shí)驗(yàn)室、機(jī)械制造實(shí)驗(yàn)室等，為本課題的進(jìn)行提供了必要的理論研究資源和實(shí)驗(yàn)條件，能保證課題的順利完成。 目 錄 1 緒論...........................................................................................................................................1 2 機(jī)械部分的受力分析力......................................................................................................3 3 機(jī)械部分的強(qiáng)度校核...........................................................................................................5 3.1外連桿強(qiáng)度校核..................................................................................................................5 3.2內(nèi)連桿強(qiáng)度較核..................................................................................................................5 3.3連接兩連桿的銷軸的強(qiáng)度校核..........................................................................................6 4 確定液壓系統(tǒng)方案................................................................................................................8 4.1確定基本回路......................................................................................................................8 4.1.1卸荷回路.......................................................................................................................8 4.1.2調(diào)速回路的確定...........................................................................................................9 4.1.3保壓回路的確定.........................................................................................................10 4.2 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的形式確定...............................................................................................11 4.3 液壓系統(tǒng)原理圖...............................................................................................................11 5 設(shè)計(jì)、選擇液壓元件、輔件............................................................................................13 5.1確定液壓缸系數(shù)................................................................................................................13 5.1.1初選系統(tǒng)壓力.............................................................................................................13 5.2液壓輔助元件的計(jì)算及選擇............................................................................................13 5.3油箱的設(shè)計(jì)........................................................................................................................13 5.3.1油箱的設(shè)計(jì)要點(diǎn).........................................................................................................14 5.3.2油箱容積計(jì)算.............................................................................................................14 5.4其它元、輔件的選擇........................................................................................................14 5.4.1吸油濾油器.................................................................................................................14 5.4.2選擇濾油器的基本要求.............................................................................................14 5.4.3溢流閥的選擇.............................................................................................................15 5.4.4壓力表開關(guān)選擇.........................................................................................................15 5.4.5單向節(jié)流閥.................................................................................................................15 5.4.6液控單向閥的選擇.....................................................................................................15 5.5閥塊的設(shè)計(jì)........................................................................................................................15 5.6效率的計(jì)算........................................................................................................................15 5.6.1計(jì)算沿程壓力損失.....................................................................................................16 5.6.2效率計(jì)算.....................................................................................................................17 5.6.3系統(tǒng)發(fā)熱與溫升計(jì)算.................................................................................................17 5.6.4液壓系統(tǒng)的一般使用和維護(hù).....................................................................................18 6 液壓堆高車外型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)................................................................................................20 6.1后輪的設(shè)計(jì)........................................................................................................................20 6.1.1輪架的選擇.................................................................................................................20 6.1.2階梯軸的材料選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).................................................................................20 6.1.3后輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).....................................................................................................20 6.1.4輪子的材料選擇.........................................................................................................21 6.1.5被動(dòng)輪架.....................................................................................................................21 6.2機(jī)架的設(shè)計(jì)........................................................................................................................22 6.2.1機(jī)架的主要組件的材料及尺寸的選擇....................................................................22 6.3貨叉架的設(shè)計(jì)...................................................................................................................22 6.3.1貨叉架材料、尺寸的選擇...........................................................................................27 7 結(jié)論..........................................................................................................................................24 致謝.................................................................................................................................................25 參考文獻(xiàn).......................................................................................................................................26 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 緒論 液壓傳動(dòng)能在運(yùn)動(dòng)過程中實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速、調(diào)速方便。液壓傳動(dòng)簡化了機(jī)器結(jié)構(gòu)，減少了零件的數(shù)目。由于系統(tǒng)充滿了油液，對各液壓件有潤滑和冷卻的作用，使之不易磨損，又由于容易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，因而壽命長。液壓傳動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣。 液壓升降平臺(tái)由于升降平穩(wěn)、安全可靠、操作簡單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)流水線和倉庫、造紙、醫(yī)藥等行業(yè)，主要用于生產(chǎn)流水線高度差之間貨物運(yùn)送；物料上線、下線；工件裝配時(shí)調(diào)節(jié)工件高度；高處給料機(jī)送料；大型設(shè)備裝配時(shí)部件舉升；大型機(jī)床上料、下料；倉儲(chǔ)裝卸場所與叉車等搬運(yùn)車輛配套進(jìn)行貨物快速裝卸等。因此，對于液壓升降平臺(tái)的設(shè)計(jì)與研究具有重要意義。 我國液壓、氣動(dòng)和密封工業(yè)雖取得了很大的進(jìn)步，但與主機(jī)發(fā)展需求，以及和世界先進(jìn)水平相比，還存在不少差距，主要反映在產(chǎn)品品種、性能和可靠性等方面。以液壓產(chǎn)品為例，產(chǎn)品品種只有國外的1/3，壽命為國外的1/2。為了滿足重點(diǎn)主機(jī)、進(jìn)口主機(jī)以及重大技術(shù)裝備的需要，每年都有大量的液壓、氣動(dòng)和密封產(chǎn)品進(jìn)口。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)及有關(guān)資料分析，1998年液壓、氣動(dòng)和密封件產(chǎn)品的進(jìn)口額約2億美元，其中液壓約1.4億美元，氣動(dòng)近0.3億美元，密封約0.3億美元，比1997年稍有下降。按金額計(jì)，目前進(jìn)口產(chǎn)品的國內(nèi)市場占有率約為30%。1998年國內(nèi)市場液壓件需求總量約600萬件，銷售總額近40億元；氣動(dòng)件需求總量約500萬件，銷售總額7億多元；密封件需求總量約11億件，銷售總額約13億元。 社會(huì)需求永遠(yuǎn)是推動(dòng)技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力，降低能耗，提高效率，適應(yīng)環(huán)保需求，機(jī)電一體化，高可靠性等是液壓氣動(dòng)技術(shù)繼續(xù)努力的永恒目標(biāo)，也是液壓氣動(dòng)產(chǎn)品參與市場競爭是否取勝的關(guān)鍵。為了適應(yīng)這些目標(biāo)和滿足用戶的需要，現(xiàn)代液壓氣動(dòng)產(chǎn)品發(fā)展呈如下主要趨勢。 (1)減少能耗，充分利用能量 液壓技術(shù)在將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成壓力能及反轉(zhuǎn)換方面，已取得很大進(jìn)展，但一直存在能量損耗，主要反映在系統(tǒng)的容積損失和機(jī)械損失上。如果全部壓力能都能得到充分利用，則將使能量轉(zhuǎn)換過程的效率得到顯著提高。為減少壓力能的損失，必須解決下面幾個(gè)問題： ①減少元件和系統(tǒng)的內(nèi)部壓力損失，以減少功率損失。主要表現(xiàn)在改進(jìn)元件內(nèi)部流道的壓力損失，采用集成化回路和鑄造流道，可減少管道損失，同時(shí)還可減少漏油損失。 ②減少或消除系統(tǒng)的節(jié)流損失，盡量減少非安全需要的溢流量，避免采用節(jié)流系統(tǒng)來調(diào)節(jié)流量和壓力。 ③采用靜壓技術(shù)，新型密封材料，減少磨擦損失。 ④發(fā)展小型化、輕量化、復(fù)合化、廣泛發(fā)展3通徑、4通徑電磁閥以及低功率電磁閥。 ⑤改善液壓系統(tǒng)性能，采用負(fù)荷傳感系統(tǒng)，二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)和采用蓄能器回路。 日本小松、日立、川崎、德國Rexroth，Linde，美國Eiton-Vickers’，Parker都采用負(fù)荷傳感系統(tǒng)，可節(jié)省功率20-30%。 ⑥為及時(shí)維護(hù)液壓系統(tǒng)，防止污染對系統(tǒng)壽命和可靠性造成影響，必須發(fā)展新的污染檢測方法，對污染進(jìn)行在線測量，要及時(shí)調(diào)整，不允許滯后，以免由于處理不及時(shí)而造成損失。 (2)主動(dòng)維護(hù) 液壓系統(tǒng)維護(hù)已從過去簡單的故障拆修，發(fā)展到故障預(yù)測，即發(fā)現(xiàn)故障苗頭時(shí)，預(yù)先進(jìn)行維修，清除故障隱患，避免設(shè)備惡性事故的發(fā)展。 要實(shí)現(xiàn)主動(dòng)維護(hù)技術(shù)必須要加強(qiáng)液壓系統(tǒng)故障診斷方法的研究，當(dāng)前，憑有經(jīng)驗(yàn)的維修技術(shù)人員的感宮和經(jīng)驗(yàn)，通過看、聽、觸、測等判斷找故障已不適于現(xiàn)代工業(yè)向大型化、連續(xù)化和現(xiàn)代化方向發(fā)展，必須使液壓系統(tǒng)故障診斷現(xiàn)代化，加強(qiáng)專家系統(tǒng)的研究，要總結(jié)專家的知識(shí)，建立完整的、具有學(xué)習(xí)功能的專家知識(shí)庫，并利用計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的現(xiàn)象和知識(shí)庫中知識(shí)，用推理機(jī)中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高維修方案和預(yù)防措施。要進(jìn)一步引發(fā)液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)通用工具軟件，對于不同的液壓系統(tǒng)只需修改和增減少量的規(guī)則。另外，還應(yīng)開發(fā)液壓系統(tǒng)自補(bǔ)償系統(tǒng)，包括自調(diào)整、自潤滑、自校正，在故障發(fā)生之前，進(jìn)市補(bǔ)償，這是液壓行業(yè)努力的方向。 (3) 機(jī)電一體化 電子技術(shù)和液壓傳動(dòng)技術(shù)相結(jié)合，使傳統(tǒng)的液壓傳協(xié)與控制技術(shù)增加了活力，擴(kuò)大了應(yīng)用領(lǐng)域。實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化可以提高工作可靠性，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)柔性化、智能化，改變液壓系統(tǒng)效率低，漏油、維修性差等缺點(diǎn)，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)出力大、貫性小、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn),其主要發(fā)展動(dòng)向如下： ①電液伺服比例技術(shù)的應(yīng)用將不斷擴(kuò)大。液壓系統(tǒng)將由過去的電氣液壓on-oE系統(tǒng)和開環(huán)比例控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)向閉環(huán)比例伺服系統(tǒng)，為適應(yīng)上述發(fā)展，壓力、流量、位置、溫度、速度、加速度等傳感器應(yīng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。計(jì)算機(jī)接口也應(yīng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一和兼容。 ②發(fā)展和計(jì)算機(jī)直接接口的功耗為5mA以下電磁閥，以及用于脈寬調(diào)制系統(tǒng)的高頻電磁閥(小于3ms)等。 ③液壓系統(tǒng)的流量、壓力、溫度、油的污染等數(shù)值將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量和診斷，由于計(jì)算機(jī)的價(jià)格降低，監(jiān)控系統(tǒng)，包括集中監(jiān)控和自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)將得到發(fā)展。 ④ 計(jì)算機(jī)仿真標(biāo)準(zhǔn)化，特別對高精度、“高級”系統(tǒng)更有此要求。 ⑤ 由電子直接控制元件將得到廣泛采用，如電子直接控制液壓泵，采用通用化控制機(jī)構(gòu)也是今后需要探討的問題，液壓產(chǎn)品機(jī)電一體化現(xiàn)狀及發(fā)展。 液壓元件由于制造精度高，因而造價(jià)相對于機(jī)械零件要求，為了做到經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，在選擇液壓元件時(shí)，盡量以國內(nèi)同類產(chǎn)品代替國外產(chǎn)品。比如電磁換向閥，我選擇了沈陽液壓件廠的產(chǎn)品，并且有直流電源和交流電源兩種，我選擇了交流電源。因?yàn)?，雖然用直流電源，電磁換向閥如果卡位，電磁塊不至于被燒壞。但配置一套直流電源的價(jià)格遠(yuǎn)比一個(gè)電磁塊的價(jià)格高，況且電磁閥被卡住的情況也是偶而的。權(quán)衡了一下還是選擇了交流電池。同理，在一些產(chǎn)品性能不相上下時(shí)，我盡量選用了沈陽液壓件廠的產(chǎn)品。可以省去運(yùn)費(fèi)和避免一些其它問題，這都降低了成本。 2 機(jī)械部分的受力分析 機(jī)械部分整體結(jié)構(gòu)圖如下：2-1 圖2-1 剪叉結(jié)構(gòu)圖 1.上板架 2.內(nèi)連桿 3.外連桿 4.下板架 估算各構(gòu)件的自重： 上板鋼板：G1=shp=2.2×1.2×0.005×7.8×103=102.96Kg 上板架：G2=SLp=12×0.248×10-4×7.8×103=96.5Kg F=(G1+G2)g=(102.96+96.5)×9.8=1955N 內(nèi)連桿：G=SLp=[25.162×4.2×10-4+0.9×2×0.25×3.14×(0.0832-0.0632)+0.085× 0.15×4.2]×7.8×103=156Kg F=Gg=156×9.8=1530N 外連桿：G=SLp=[25.162×4.2×10-4+0.25×3.14×[10.22-8.22]×10-4×1.8+0.25×3.14×(8.32-6.32)×10-4×1.8+4.2×0.85×15×10-4]×7.8×103=196Kg 取軸自重7Kg，則 F=205×9.8=2010N 取滑輪與槽鋼摩檫系數(shù)μ=0.2，外負(fù)載1000Kg。 對上板進(jìn)行受力分析如圖2-2： 圖2-2 上板受力分析圖 Fy1+Fy2=(P+G)×0.5 Fx1= -Fx2= -uFy2 Fy2×2000=0.5×(F+P)×1000 解得 Fy2=2744N Fy1=2744N Fx1=Fx2=548.8N 對內(nèi)連桿進(jìn)行受力分析如圖2-3： 圖2-3 內(nèi)連桿受力分析圖 根據(jù)受力平衡得： Fx1+Fx3=Fx4 Fy3=F+Fy1+Fy4 Fx4=uFy4 Fy3×d3+Fx4×d4=Fx3×d1+F×d2+Fy4×d 解得： Fx3=46N Fy3=7247N Fx4=595N Fy4=2973N 對外連桿進(jìn)行受力分析如圖2-4： 圖2-4 外連桿受力分析圖 外連桿自重2010N。 根據(jù)力矩平衡原理：對O點(diǎn)取矩，并設(shè)x為液壓缸受力，力臂為600mm。 x×600=(7247+2010)×1000+46×200+400×548.8+2000×2744 解得 x=25000N。 3 機(jī)械部分的強(qiáng)度校核 3.1外連桿強(qiáng)度校核 圖3-1 外連桿強(qiáng)度校核 由受力分析得：x=25000N Fx2=548.8N Fy2=2744N Fx3=46N Fy3=7247N sinα=380/2020，則α=11° cosβ=a2+b2-c2/2ab，則β=10。 此外連桿材料為熱軋16號槽鋼，高度160mm，寬65mm，Wx=117cm3, L=934.5cm4,A=25.15cm2 該外連桿的危險(xiǎn)截面為I-I截面。 軸力產(chǎn)生正應(yīng)力為 θ′=Fr3/A=46/25.15×10-4=1.8×104Pa 彎距Mx產(chǎn)生正應(yīng)力為θ′=Mx/Wx=7247×0.535/117×10-6=33.1×106Pa 由兩種應(yīng)力疊加后，可知，危險(xiǎn)點(diǎn)在I-I截面上側(cè)和下側(cè)邊緣，分別為最大壓應(yīng)力和最大拉應(yīng)力。 最大壓應(yīng)力 θ1=θ′+θ″=0.018+33.1=33.118Mpa 最大拉應(yīng)力為 θ2=|θ′-θ″|=33.082Mpa 查表[4]得，Q235型槽鋼的彎曲靜許用應(yīng)力[θ]=135Mpa,θ1<[θ]，θ2<[θ]， 因此，外連桿各個(gè)截面均為安全截面。 3.2 內(nèi)連桿強(qiáng)度較核 圖3-2 內(nèi)連桿強(qiáng)度校核 由受力分析得：Fx1=548.8N Fy1=2744N Fy3=7247N Fx3=46N Fx4=595N Fy4=2973N 內(nèi)連桿材料為16號熱軋普通槽鋼： Wx=117cm3，Ix=934.5cm4，A=25.15cm2 此內(nèi)連桿的危險(xiǎn)截面為I-I截面。 軸力產(chǎn)生的拉應(yīng)力為 θ′=N/A=548.8/25.15×10-4=0.218Mpa 彎距Mx產(chǎn)生彎曲正應(yīng)力為 θ″=Mx/Wa=2973/117×10-6=2.5Mpa 兩種應(yīng)力疊加后，I-I截面上、下邊緣點(diǎn)為危險(xiǎn)點(diǎn)，分別產(chǎn)生最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力分別為： θ1=θ′+θ″=25.218Mpa θ2=|θ′-θ″|=24.782Mpa 許用應(yīng)力[θ]=135Mpa 所以，內(nèi)連桿各截面安全。 3.3連接兩連桿的銷的強(qiáng)度校核 圖3-3 銷的受力分析圖 圖3-4彎距圖 圖3-5扭距圖 Q4=x=25000N T=x×0.02=5000N·m 綜合分析，可知，截面I-I或II-II為危險(xiǎn)截面。 Mg=Q4×L=2.5×104×(0.08-0.06)/2=2500N·m 抗彎截面模量 w=3.14/32×d3=0.1d3 抗扭截面模量 wt=3.14/16×d3=0.2d3 由第三強(qiáng)度[4]理論得： θ= = = = =5.6MPa 查表[4]得許用彎曲應(yīng)力為120Mpa，因此，此銷安全。 4 確定液壓系統(tǒng)方案 液壓系統(tǒng)方案的確定是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。目的是選擇回路，并把各回路組成系統(tǒng)，以便以后確定原理。 理論課上，我們知道任何復(fù)雜的液壓系統(tǒng)都是由一些簡單的基本回路構(gòu)成的。液壓元件又組成了基本回路。所以根據(jù)液壓系統(tǒng)的動(dòng)作要求和性能特點(diǎn)選液壓元件組成液壓系統(tǒng)。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的液壓升降平臺(tái)要求為：1、舉升高度為2米；2、原始高度0.6米；3 舉升重量1000公斤。所設(shè)計(jì)系統(tǒng)必須能完成舉升動(dòng)作，并達(dá)到以上要求，考慮系統(tǒng)效率以及經(jīng)濟(jì)上的一些問題。 我設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)如圖4-1 電源 啟動(dòng) 上升 下降 快降 圖4-1 液壓系統(tǒng)圖 4.1確定基本回路 4.1.1卸荷回路 卸荷回路的作用是在電動(dòng)機(jī)不熄火的情況下使液壓油卸荷，即泵輸出的液壓油以最低壓力回油箱。 卸荷回路主要有以下幾種： 如圖4-2采用換向閥的卸荷回路，用三位四通換向閥中位M型（或H，K型）滑閥機(jī)能，或在液壓泵出口旁路接二位三通閥，使液壓泵輸出的油液流回油箱，液壓泵卸荷。它適用于低壓小流量（P=2.5MPa，Qp≦40L/min）的液壓系統(tǒng)，高壓大流量系統(tǒng)用換向閥卸荷時(shí)沖擊較大。 圖4-2 換向閥的卸荷回路 圖4-3 溢流閥的卸荷回路 如圖4-3為溢流閥的卸荷回路。當(dāng)先導(dǎo)式溢流閥1控制管路通過二位二通電磁換向閥3 接回油箱時(shí)，液壓泵輸出的油液以很低的壓力經(jīng)溢流閥回油箱。實(shí)現(xiàn)液壓泵的卸荷。工作過程中流量變化較大的液壓系統(tǒng)，采用雙連泵供油。 如圖4-4是利用特殊結(jié)構(gòu)的液壓缸使泵卸荷的回路。在液壓缸3活塞向左運(yùn)動(dòng)返回終點(diǎn)時(shí)，缸體上帶單向閥2的旁通油口開啟，液壓泵的油液從液壓缸的有桿腔經(jīng)過此油口流回油箱，液壓泵卸荷。 我在設(shè)計(jì)中選擇了第一種卸荷方式，因?yàn)槠溥m用于低壓小流量的液壓系統(tǒng)，并比較簡單。 圖4-4 特殊液壓缸使泵卸荷 4.1.2調(diào)速回路的確定 液壓調(diào)速分為節(jié)流調(diào)速，容積調(diào)速和容積節(jié)流調(diào)速三種方式。節(jié)流調(diào)速，容積節(jié)流調(diào)速只能用于開式系統(tǒng)。容積調(diào)速多用于閉式系統(tǒng)。由于本系統(tǒng)簡單，固采用開式系統(tǒng)，具體原因以后在述。 節(jié)流調(diào)速回路，由流量控制閥，溢流閥，定量泵和執(zhí)行元件等所組成。它通過改變流量控制閥的通流面積，控制和調(diào)節(jié)流入和流出執(zhí)行元件的流量，達(dá)到調(diào)速的目的。這種調(diào)速回路具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，成本低，使用維護(hù)方便，調(diào)速方便，調(diào)速范圍大等優(yōu)點(diǎn)。但它能量損失大，效率低，一般用于功率不大的場合。 由于流量控制閥在回路中的按放位置的不同，節(jié)流調(diào)速回路有進(jìn)口節(jié)流式，出口節(jié)流式，旁路節(jié)流式和進(jìn)出口同時(shí)節(jié)流式幾種節(jié)流形式。 (1)進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路（如圖4-5所示） 為使油液通過節(jié)流閥流入液壓缸，液壓泵的工作壓力P必須大于P1，節(jié)流閥的壓差在工作中或因負(fù)載變化或因其開度的改變，要在一定的范圍內(nèi)變動(dòng)。其設(shè)定值一般為△Pi=0.2-0.3MPa。 圖4-5 進(jìn)口節(jié)流調(diào)速 (2)出口節(jié)流調(diào)速回路 這種調(diào)速回路是將節(jié)流閥置在回油路上，用它來控制油腔流出的油量，因而也就控制了進(jìn)入液壓缸的流量，從而也就控制了液壓缸的速度。 (3)旁路節(jié)流調(diào)速回路（如圖4-6所示） 如圖1-5，這種調(diào)速回路是把節(jié)流閥放在與液壓缸相并聯(lián)的支路上。節(jié)流閥在調(diào)節(jié)流量的同時(shí)、起溢出多余流量的作用?；芈分幸缌鏖y起安全閥作用。 ① 當(dāng)節(jié)流面積一定時(shí)，負(fù)載越大，速度剛性越大； ② 當(dāng)負(fù)載不變時(shí)，節(jié)流閥通流面積越小，即速度越大，速度剛性越大； ③ 當(dāng)活塞面積變大時(shí)，減小節(jié)流閥指數(shù)和泄露系數(shù)均可提高速度剛性。 圖4-6 旁路節(jié)流調(diào)速回路 (4)容積節(jié)流調(diào)速回路 容積節(jié)流調(diào)速回路是利用變量泵和節(jié)流閥組合而成的一種調(diào)速回路。它保留了容積調(diào)速回路無溢流損失、效率高和發(fā)熱少的長處。 綜合以上調(diào)速回路的特點(diǎn)，我選擇了進(jìn)油調(diào)速回路。 4.1.3保壓回路的確定 有些機(jī)械回程時(shí)如釋放過快，將引起液壓系統(tǒng)劇烈的沖擊、震動(dòng)和噪聲，基至導(dǎo)致管路和閥門的破裂。 保壓回路有以下幾種： (1) 用液壓單向閥的保壓回路（如圖4-7） 在液壓缸無桿腔油路上接入一個(gè)液控單向閥，利用單向閥錐形閥座的密封性能實(shí)現(xiàn)保壓。一般在20MP工作壓力下保壓10min。 圖4-7 用單向閥的保壓回路 (2) 用輔助液壓泵保壓回路 在回路中增設(shè)一臺(tái)輔助液壓泵。當(dāng)液壓缸加壓完畢要求保壓時(shí)，由壓力繼電器發(fā)出電訊號，使輔助液壓泵供油，維持系統(tǒng)壓力不變。 (3) 用蓄能器的保壓回路(如圖4-8) 用重錘式蓄能器在保壓過程中向a點(diǎn)供油、保壓時(shí)，蓄能器充入高壓油，重錘上升，觸及限位開關(guān)時(shí)，使電液換向閥的電磁鐵1Y斷電，主液壓泵卸荷，以后由蓄能器保持系統(tǒng)壓力。此種保壓回路壓力液動(dòng)小，不超過0.1-0.2MP。 圖4-8 用蓄能器的保壓回路 綜上所述，我選用了第一種用液控單向閥的保壓回路。 4.2液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的形式確定 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)可分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。 開式系統(tǒng)中，油泵自油箱吸油，供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，低壓油直接返回油箱，有系統(tǒng)簡單、系統(tǒng)散熱條件好等優(yōu)點(diǎn)。 閉式系統(tǒng)中油泵進(jìn)油管直接與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的排油管相連通，形成一個(gè)閉合回路。為了補(bǔ)償系統(tǒng)中泄露損失，還需有一個(gè)輔助供油泵，其優(yōu)點(diǎn)是1）油箱所需容積??；2）無論是高壓管路還是低壓管路都有一定壓力。因此空氣難進(jìn)入，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；3）系統(tǒng)中采用變量軸向柱塞泵，一般不需要換向閥來改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行方向，減少了換向時(shí)的沖擊。 綜合以上傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)我選用開式系統(tǒng)。 4.3液壓系統(tǒng)原理圖 在以上基本回路確定的基礎(chǔ)上，擬定液壓系統(tǒng)原理圖，如圖4-9所示。 圖4-9 液壓系統(tǒng)原理圖 5 設(shè)計(jì)、選擇液壓元件、輔件 5.1確定液壓缸系數(shù) 5.1.1初選系統(tǒng)壓力 系統(tǒng)壓力選定是否合理直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理程度。在液壓系統(tǒng)功率一定情況下，若選取的系統(tǒng)壓力過底，則液壓元、輔件的尺寸、重量就增加，系統(tǒng)造價(jià)也相應(yīng)增加；若系統(tǒng)壓力選的較高，則液壓設(shè)備的重量、尺寸和造價(jià)會(huì)相對較低。由于對制造液壓元件、輔件的材料、密封、制造精度等要求的提高，反而會(huì)增大或增加液壓設(shè)備的尺寸、重量和造價(jià)、其系統(tǒng)效率和使用壽命也會(huì)相應(yīng)下降。 根據(jù)我所要設(shè)計(jì)的機(jī)器的特點(diǎn)，并參照有關(guān)資料，我初選系統(tǒng)工作壓力10MP。 1) 計(jì)算液壓缸尺寸： 活塞面積 A=F/ηp=2.5×103/0.9×10×106=2.78×10-3m2 D=5.89cm 查表[4]，取液壓缸的內(nèi)徑為63mm，外徑為76mm。 桿徑比d/D，一般按下述原則?。? 當(dāng)活塞桿受拉時(shí)，一般選取d/D=0.3-0.5；當(dāng)活塞桿手壓時(shí)，一般取d/D=0.5-0.7。 所以本設(shè)計(jì)我取d/D=0.7，即d=0.7D=0.7×58.9=44mm， 取活塞桿直徑為45mm。 2) 泵組選擇：q=2Av=2×1/4π(D2-d2)×V=2×0.25×3.14×632×10-6×2×10-2=7.48 L/min 3) 液壓杠所需流量為 q=2Av=2×1/4π(D2-d2)×V=2×0.25×3.14×632×10-6×2×10-2=7.48 L/min q=7.48L/min 查表[4]選取齒輪泵CB3-10。理論排量10mL/r，理論流量14.5L/min，電動(dòng)機(jī)最大功率P=pq/η。 P=106×10×14.5×106/0.8×60=3.02kw 取電動(dòng)機(jī)Y112M-4型：額定功率4kw，效率84.55%。 5.2液壓輔助元件的計(jì)算及選擇 1）根據(jù)齒輪泵的額定流量14.5L/min查表（JB827-66）。根據(jù)推薦管路通過流量25L/min的管徑為8mm管路通過6.3L/min的管徑為5.6mm，所以選取公稱直徑D=8mm的鋼管，鋼管外徑為14mm.管接頭連接螺紋M14×1.5。 2）管接頭的類型 管接頭按材料可分為金屬管接頭、軟管接頭和快速接頭。通常選用金屬管接頭。金屬管接頭又可分為擴(kuò)口式管接頭、卡套式管接頭、焊接式管接頭、球面焊式管接頭。各管接頭的特點(diǎn)如下： 擴(kuò)口式管接頭：利用管子端部擴(kuò)口進(jìn)行密封，不需其他密封件；結(jié)構(gòu)簡單，適用于薄管連接，工作壓力〈8MPa。 卡套式管接頭：利用卡套變形卡住管子進(jìn)行密封，裝拆方便，但對管子尺寸精度要求較高，工作壓力〈31.5MPa。 焊接式管接頭：利用“0”型密封圈端面密封，連接牢固可靠，對管子尺寸精度要求不高。管壁要求較厚，裝配時(shí)需要焊接。工作壓力〈31.5MPa。 球面焊接式管接頭：利用球面進(jìn)行密封，不需要其它密封件，但加工精度要求較高，裝配時(shí)需要焊接。工作壓力≦35MPa。 根據(jù)以上介紹的各種管接頭的特點(diǎn)，我選擇了焊接式管接頭，因?yàn)樗奶攸c(diǎn)更適合于我所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。 5.3油箱的設(shè)計(jì) 油箱的作用是儲(chǔ)油、散發(fā)油的熱量、沉淀油的雜質(zhì)和使油中的氣泡上浮釋出；有時(shí)油箱蓋還可以用作油泵裝置和其它液壓元件的底板。 5.3.1油箱的設(shè)計(jì)要點(diǎn) （1）油箱必須有足夠大的容積以滿足散熱、容納停機(jī)時(shí)因重力作用而返回油箱的油，操作時(shí)油面保持適當(dāng)高度的要求； （2）油箱底部做成適當(dāng)?shù)男倍?，并設(shè)放油塞； （3）從構(gòu)造上應(yīng)考慮清洗換油方便，應(yīng)設(shè)置人孔，便于清洗污物； （4）箱壁上需裝油面指示器，油箱上并裝上溫度計(jì)； （5）油箱上應(yīng)有帶空氣濾清器的通氣孔，有時(shí)注油孔和通氣孔可兼用； （6）吸油管和回油管應(yīng)盡量遠(yuǎn)隔開，吸油管離箱底的距離H≧2D（管徑）。距箱邊不小于3D，回油管插入最低油面以下，防止回油時(shí)帶入空氣。距箱底H≧2D（管徑）。油的排口面向油箱，管端斜成45度； （7）吸油側(cè)和回油側(cè)要用隔板隔開，用以分離回油帶來的氣泡和贓物。隔板高度不低于油面到管底高度的3/4； （8）為了防銹、防凝水，油箱內(nèi)壁應(yīng)用好的耐油涂料。 綜合以上的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，我設(shè)計(jì)我的油箱，但由于機(jī)器工作不頻繁，所以沒有設(shè)計(jì)溫度計(jì)，并設(shè)計(jì)了兩個(gè)隔板。 5.3.2油箱容積計(jì)算 按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算油箱容積：V=（3-5）qp=3×14.5=43.5L 我所設(shè)計(jì)的油箱設(shè)有冷卻器，在這種情況下，油箱的長:寬:高為1:1:1到1:2:3。油面達(dá)到油箱高度的80%。油箱的長為370mm，寬為365mm，高為320mm。 5.4其它元、輔件的選擇 5.4.1吸油濾油器 濾油器有以下幾種形式、用途特性如下： （1）網(wǎng)式濾油器 裝在油泵吸油管上，可以保護(hù)油泵。特性為結(jié)構(gòu)簡單，通油能力大，過濾效果差； （2）線隙式濾油器 過濾材料強(qiáng)度低，一般用于低壓系統(tǒng)，特性為結(jié)構(gòu)簡單，過濾效果較好，通油能力大，但不易清洗； （3）紙芯濾油器 用于油的粗過濾，最好與其它濾油器聯(lián)合使用，特性為過濾效果好，精度高，但易阻塞，無法清洗，需要換紙蕊； （4）燒結(jié)式濾油器 用于特別要求過濾質(zhì)量的液壓系統(tǒng)，最好與其它濾油器合用，特性是在高溫下工作與承受較高壓力，抗腐蝕能力強(qiáng)，制造簡單，性能穩(wěn)定； （5）磁式濾油器 用于濾清帶磁性鐵屑與磨料，特性是效果好，維護(hù)復(fù)雜； （6）片式濾油器 用于一般過濾，特性為強(qiáng)度大，不易損壞，通油能力大。 5.4.2選擇濾油器的基本要求 （1）過濾精度滿足要求； （2）能力滿足設(shè)計(jì)系統(tǒng)要求； （3）濾芯應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，不至于因油液壓力而破壞； （4）在一定溫度下，有一定的耐久性； （5）能抵抗濾油的侵蝕； （6）容易清洗和更換濾芯； （7）價(jià)錢低廉。 由于液壓系統(tǒng)中對油的要求很高，尤其是油的過濾過程。因此濾油器的選擇非常重要。所以敘述頗多。綜合各種濾油器的特性，我選擇了網(wǎng)式濾油器。泵的流量為14.5L/min。由于經(jīng)驗(yàn)公式告訴我濾油器過濾能力大于泵的流量的2倍，因此我選的濾油器為XV-40×180j。 5.4.3溢流閥的選擇 由于我設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中有閥塊，閥塊上有溢流閥、換向閥、截止閥（壓力表開關(guān)），所以溢流閥選板式溢流閥，系統(tǒng)壓力為10MP，流量為14.5L/mn。所以我選擇了直動(dòng)式溢流閥型號為DBDS6P10。 5.4.4壓力表開關(guān)選擇 由于是板式連接，系統(tǒng)管道公稱直徑8mm。所以我選擇型號為KF-L8/12E的壓力表開關(guān)。 5.4.5單向節(jié)流閥 由于閥塊上沒有安裝單向節(jié)流閥，所以單向節(jié)流閥選管式，根據(jù)管路公稱直徑、流量，我選擇了型號為MK8G10/V的單向節(jié)流閥。 5.4.6 液控單向閥的選擇 選擇液控單向閥為SV10PB120型。各種元件、輔件的詳細(xì)型號如表5-1所示： 表5-1 輔件選擇表 名稱 型號 流量 備注 吸油濾油器 XV-40×180J 40 壓力0.3~0.6損失 液位計(jì) 溢流閥 DBDS6P10 齒輪泵 CB3-10 14.5 5.7KW 電動(dòng)機(jī) Y112M-4 4KW 壓力表 Y-60 截止閥 KF-L8/12E 電磁換向閥 4WEP10/AW220 單向節(jié)流閥 MK8G10/V 液控單向閥 3V10PB120 空氣濾清器 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊取D=45mm 5.5閥塊的選擇 我所選擇的閥塊相安有電磁換向閥，直動(dòng)式溢流閥，壓力表開關(guān)。根據(jù)所選的以上幾種元、輔件的外形尺寸，初選擇閥塊為100×100×100的立方體。 閥塊體如圖5-1： 圖5-1 閥塊體 1) 為壓力油入口2)回油口3)側(cè)壓口4）油液進(jìn)系統(tǒng)口5）油液出系統(tǒng)口6）溢流閥瀉油口7）溢流閥進(jìn)油口8）換向閥進(jìn)（出）油口（A）9）換向閥進(jìn)油口10）B口11）換向閥出油口 5.6效率的計(jì)算 5.6.1計(jì)算沿程壓力損失 1）判斷流動(dòng)狀態(tài) 由雷諾系數(shù)Re=vd/r=4Q/3.14dr可知，在油液黏度一定的條件下，Re大小與Q成正比，與管道的內(nèi)徑成反比。 缸的所需流量為7.8L/min，管子公稱直徑為8mm，所以 Re=4Q/πdr=4×Q×7.8×10-3/60×3.14×8×10-3×4.5×10-5=230 由于累諾數(shù)Re小于臨界雷諾數(shù)2000，由此可推論出各工況下的進(jìn)、回油路中油液的狀態(tài)為層流。 2）計(jì)算沿程壓力損失 ΔPc=λl/d×v2×p/2 6 λ=75/Re=75×3.14dv/4Q V=4Q/3.14d2 上式代入沿程壓力損失的計(jì)算公式得： ΔPc=150prl/πd4×Q （1）油箱到泵的進(jìn)口沿程壓力損失： ΔPL1=150ρrl/πd4Q =150×917.4×4.5×10-5×0.2×14.5×10-3/3.14×(8×10-3)4×60 =2.3×104Pa （2） 泵出口到閥塊沿程壓力損失： ΔPL2=150ρrl/πd4×Q =150×917.4×4.5×10-5×0.5×14.5×10-3/3.14×(8×10-3)4×60 =5.8×104Pa （3） 閥塊到油箱沿程壓力損失： ΔPL3=150ρrl/πd4×Q =150×917.4×4.5×10-5×0.8×7.8×10-3/3.14×(8×10-3)4×60 =4.9×104Pa （4） 閥塊到單向節(jié)流閥沿程壓力損失： ΔPL4=150ρrl/πd4×Q =150×917.4×4.5×10-5×0.1×7.8×10-3/3.14×(8×10-3)4×60 =0.6×104Pa （5） 單向節(jié)流閥到閥塊2沿程壓力損失： ΔPL5=150ρrl/πd4×Q =150×917.4×4.5×10-5×0.4×7.8×10-3/3.14×(8×10-3)4×60 =2.4×104Pa （6） 閥塊到液壓缸沿程壓力損失： ΔPL6=150ρrl/πd4×Q =150×917.4×4.5×10-5×0.6×7.8×10-3/3.14×(8×10-3)4×60 =1.5×104Pa （7） 液壓缸到閥塊沿程壓力損失： ΔPL7=ΔPL6=1.5×104Pa 總的沿程壓力損失為： ΔPL=0.19×106Pa 3）計(jì)算局部壓力損失 （1）油箱到泵有一個(gè)90度的彎頭 V=Q/0.25×π×d2=14.5×10-3/0.25×3.14×60×0.0082 =4.8m/s ΔPr1=rH δ=0.29 ΔPr1=3000Pa （2）泵到閥塊4個(gè)彎頭 ΔPr2=4rH=4rδv2/2g=1200Pa （3）閥快到油箱3個(gè)彎頭 ΔPr3=3rH=9000Pa （4）閥塊到液壓缸1個(gè)彎頭 ΔPr4=rH=3000Pa （5）液壓缸到閥塊 ΔPr5=rH=3000Pa 所以，總的管道局部壓力損失為 ΔPr=30000Pa 4）計(jì)算閥類元件壓力損失 ΔPr=ΔPn(Q/Qn)2 (5-3) 式中 ΔPv—閥的額定壓力損失?？捎僧a(chǎn)品樣本查出。 Q——通過閥的實(shí)際流量 Qn— 閥的額定流量 （1）直動(dòng)式溢流閥 ΔPv1=ΔP(Q/Qn)2=10×106(0.7/60)2=0.1×106Mpa （2）電磁換向閥 ΔPv2=ΔP(Q/Qn)2=1.3×106×(0.7/60)2=1.4×105Pa （3）液控單向閥 ΔPv3=ΔP(Q/Qn)2=0.2×106Pa 所以，總的閥類元件局部壓力損失為0.34×106Pa 5）管路總的壓力損失為： ΔP=0.66Mpa 5.6.2效率計(jì)算 升降回路效率： ηc1=P1Q1/Pp×Qp=10×106×7.48/10.66×106×14.5=0.48=48% 系統(tǒng)總效率： ηc2=ηp×ηc1×ηm ηp=0.8 ηm=0.95 ηc2=0.8×0.95×0.48=0.36=36% 5.6.3系統(tǒng)發(fā)熱與溫升計(jì)算 升降平臺(tái)上升速度0.02m/s，上升時(shí)間t=1/0.02=50s。由手冊[4]查最高溫度Q1=75℃ P1=KA(Q1-Q