【正文】 縱機構(gòu)和礦山機械 (鑿巖機 )等： (5)發(fā)電廠用液壓系統(tǒng)；渦輪機 (調(diào)速裝置 )、核發(fā)電廠等； (6)特殊技術(shù)用液壓系統(tǒng)：巨型天線控制裝置、測量浮標、飛機起落架的收放裝置及方向舵控制裝置、升降旋轉(zhuǎn)舞臺等； (7)船舶用液壓系統(tǒng)：甲板起重機械 (絞車 )、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等； (8)軍事工業(yè)用液壓系統(tǒng)：火炮操縱裝置、艦船減搖裝置、飛行器仿真等。 上述的概略說明不包括所有應(yīng)用的可能性。目 前，液壓傳動技術(shù)在實現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低晚聲、長壽命、高度集成化等方面都取得了很大的進展。同時，由丁它與微電子技術(shù)次緊密配合，能在盡可能小的空間內(nèi)傳送出盡可能大的功率并加以準確地控制，從而更使它在各行各業(yè)中發(fā)揮出巨大作用。 5 與其他傳動相比其優(yōu)點如下： (1)在同等體積下，液壓裝置能產(chǎn)生出更大的動力。也就是說，在同等功率下，液壓裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，即：它具有大的功率密度或力密度，力密度在這里等于工作壓力； (2)按壓裝置容易做到對速度的無級凋節(jié)，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)按壓裝置易于實現(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)節(jié)和控制，并能很容易地和電氣、電子控制或氣動控制結(jié)合起來，實現(xiàn)復(fù)雜的運動、操作。 (6)液壓元件易于實現(xiàn)系列化、標準化、通用化，便于設(shè)計、制造和推廣使用 當然，液壓傳動還存在以下一些明顯缺點： (1)液壓傳動中的泄漏和液體的可壓縮件，使這種傳動無法保證嚴格的傳動比 ； (2)液壓傳動有較多的能量損失 (泄漏損失、摩擦損失等 )，因此，傳動效率相對低； (3)液壓傳動對油溫的變化比較敏感不宜在較高或較低的溫度下工作 。 (4)液壓傳動在出現(xiàn)故障時不易找出原因。 液壓傳動裝置主要由以下五部分組成： 1)能源裝置 —— 把機械能轉(zhuǎn)換成油液液壓能的裝置。最常見的形式就是液壓泵，它給液壓系統(tǒng)提供壓力油。 2)執(zhí)行裝置 —— 把油液的液壓能轉(zhuǎn)換成機械能的裝置。它可以是作直線運動的液壓缸，也可以是作回轉(zhuǎn)運動的液壓馬達。 3)控制調(diào)節(jié)裝置 —— 對系統(tǒng) 中油液壓力、流量或流動方向進行控制或調(diào)節(jié)裝 6 置。例如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、開停閥等這些元件的不同組合形成了不同功能的液壓系統(tǒng)。 4)輔助裝置 —— 上述三部分以外的其它裝置，例如油箱、濾油器、油管等。它們對保證系統(tǒng)正常工作也有重要作用。 5）工作介質(zhì)：液壓系統(tǒng)中用量最大的工作介質(zhì)是液壓油，通常指礦物油 7 液壓升降舞臺結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計 8 二．液壓升降舞臺結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計 2 .1升降舞臺的簡介 隨著文化生活的日益豐富，人們對演出活動中舞臺效果的要求越來越高，在比較高檔的文化 娛樂場所，為了創(chuàng)造一種生動活潑的立體演出效果，傳統(tǒng)的精靜止舞臺逐漸被摒棄，而代之以升降舞臺。現(xiàn)在在專業(yè)歌劇院、舞劇院、話劇院以及大型的音樂廳里都配備各種類型的升降舞臺，它能夠有效利用現(xiàn)場的有效空間，盡可能的減少傳動裝置的占地面積保證舞臺平穩(wěn)升降，并且具有快速遷換布景，滿足舞臺工藝布置及舞美設(shè)計和劇目編導(dǎo)人員的需要，制造特殊氣氛和效果，根據(jù)不同表演流派需求改變舞臺的形式等。 目前國內(nèi)外采用的是滑動螺母絲杠升降臺，普通滑動螺母絲杠副的特點是可以按需要設(shè)計成自鎖，這對載人升降臺是一個很好的優(yōu)點，但是，滑動螺 母絲杠副在設(shè)計成自鎖的條件下機械效率很低，理論上可達到 40%，事實證明，由于加工精度、表面粗糙度、潤滑條件、安裝條件的限制，真正能達到的機械效率只有 20%～ 30%。而舞臺升降臺的載重較重，一般為 10t 左右，加上升降速度較快，最高達 ,這樣就必須要求所選電動機的功率較大，一般為 20kw以上，同時，由于舞臺升降臺一般要求變頻調(diào)速，這樣所選用的變頻器的容量較大，功率（容量）較大，成本上升，尤其是變頻器，隨容量的增大，成本急劇上升。因此，我們將金屬切削機床上采用的滾珠螺母絲杠副用于舞臺升降臺的升降傳動，滾 珠螺母絲杠副具有較高的傳動效率，但不能自鎖，這對載人升降舞臺來說不安全，而滾珠螺母絲杠副的傳動效率高于普通滑動螺母絲杠副，且能自鎖，常用于垂直移動的傳動。滾柱螺母絲杠副要求絲杠直徑較粗，否則，絲杠螺紋與滾柱的環(huán)槽有可能發(fā)生干涉。這一要求在舞臺升降臺上是完全能滿足的，因為由升降行程所決定的絲杠長度較長，一般為 5～ 7 m ，根據(jù)剛度要求，絲杠直徑本身就要求較粗。而采用液壓傳動可實現(xiàn)高壓高速、大功率、高效率、低噪聲、長壽命、高度集成化等方面的發(fā)展，與機械傳動相比，采用液壓傳動可減少換向沖擊、降低能量消耗、縮短換向 時間，有效利用現(xiàn)場有效空間，減少傳動裝置的占地面積，保證升降舞臺升降平穩(wěn)，易于實現(xiàn)自動化控制以及無級調(diào)速。 常用的幾種升降機構(gòu)的比較： (1)液壓升降機構(gòu)：采用液壓技術(shù)，升降平穩(wěn)、噪音低。 XXXXX 大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 9 (2)垂直絲杠升降機構(gòu)：采用絲杠傳動方式，可以實現(xiàn)雙層臺面的升降。根據(jù)需要可多塊組成升降臺群，能在行程范圍內(nèi)組成不同的臺階以滿足會議和演出的需要，是搭設(shè)”亭、臺、樓、閣”的理想道具。 (3)水平絲杠機械升降機構(gòu)：該結(jié)構(gòu)的升降臺具有土建配合量小，所需基坑淺、行程大、運行平穩(wěn)、噪音低、定位準確、造價低等優(yōu)點。采用水 平絲杠傳動，通過剪叉結(jié)構(gòu)實現(xiàn)臺面的升降運動，在行程范圍內(nèi)可任意停止。 (4)鏈條式升降機構(gòu)：有良好的導(dǎo)向機構(gòu)，可保證設(shè)備運行時無傾斜。 (5)齒輪齒條式升降機構(gòu)：傳動精確，造價高。 (6)螺旋器升降機構(gòu)：具有普通升降臺的全部功能，主要特點是設(shè)備占用基坑小，行程大。設(shè)備高度僅 200～ 500mm，行程可達 14m。對于舞臺建在二層以上的建筑物，因空間受到限制的劇場尤為適合。 從上面的比較可知，液壓式升降機構(gòu)升降平穩(wěn)、噪音低、使用壽命長、承受載荷大而且控制相對簡單，應(yīng)用在舞臺設(shè)備中比較合適。 升降 舞臺的液壓系統(tǒng)方案的確定 此次設(shè)計中是將液壓傳動技術(shù)應(yīng)用于舞臺的升降中，升降舞臺的升降功能是由 4根液壓缸頂升叉架完成， 4根液壓缸的同步由帶補正裝置的同步回路完成。升降臺是液壓系統(tǒng)的重要應(yīng)用領(lǐng)域，升降臺液壓系統(tǒng)也是比較成熟的技術(shù)。但此套大型設(shè)備不能簡單地套用，必須解決好以下問題，方可靠保證舞臺平穩(wěn)升降。 （ 1）保證動作平穩(wěn)，舞臺上載重量變化比較大，且液壓缸在升降過程中隨叉架角度變化較大，因此液壓缸負載變化較大，液壓系統(tǒng)必須要能克服負載變化對速度產(chǎn)生的影響，確保機構(gòu)無沖擊的平穩(wěn)運行； （ 2）根據(jù)舞臺承受的動靜載荷，速度要求，經(jīng)過計算，得出上升過程中液壓缸無桿腔工作壓力約為 1~3MPA，單根液壓缸理論流量為 ； （ 3）下降過程主要靠自重，但必須加以控制，尤其是大型設(shè)備，一旦失去控制，極其危險。 該升降臺主要有兩部分組成：機械系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)。機械機構(gòu)主要起傳遞和支撐作用，液壓系統(tǒng)主要提供動力，他們兩者共同作用實現(xiàn)升降機的功能。 液壓升降舞臺結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計 10 其結(jié)構(gòu)見圖如下圖所示： 圖 21 升降舞臺結(jié)構(gòu)簡圖 上圖所示即為單個升降舞臺的基本結(jié)構(gòu)形式，其中 1 是工作平臺， 2 是活動鉸鏈， 3 為固定鉸鏈， 4 為支架， 5 是液壓缸， 6 為底座。 4（支架）主要起支撐作用和運動轉(zhuǎn)化形式的作用，一方面支撐舞臺的載荷，一方面通過其鉸接將液壓缸的伸縮運動轉(zhuǎn)化為舞臺的升降運動， 1（工作平臺）與載荷直接接觸，將載荷轉(zhuǎn)化為均布載荷，從而增強局部承載能力。下底架主要起支撐和載荷傳遞作用，它不僅承擔著整個舞臺的重量，而且能將作用力傳遞到地基上。通過這些機構(gòu)的相互配合，實現(xiàn)升降舞臺的穩(wěn)定和可靠運行。兩支架 在 0點鉸接，支架的一端分別固定在平臺和底座上，另一端采用滾輪滑動，通過活塞桿的伸縮和鉸接點 0的作用實現(xiàn)舞臺升降平穩(wěn)。而且該機構(gòu)要求基坑較淺，從而可以節(jié)約投資，液壓缸左右對稱布置，工作時總體水平方向上受到的合力為零，使得臺面水平方向不發(fā)生運動，只是垂直方向的往復(fù)運動。 升降舞臺升降過程示意圖 XXXXX 大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 11 圖 22升降舞臺升降示意圖 當系統(tǒng)響應(yīng)時，三個臺面同時升起，舞臺 1 升高高度為 1m，舞臺 2 升高高度為 2m，舞臺 3 為 3m，升降速度相同。在下面的計算過程中，我們按舞臺 3 的結(jié)構(gòu) 來計算，當結(jié)構(gòu) 3滿足時，其他 2個同時滿足。 相關(guān)工藝參數(shù)為： 單個平臺尺寸： 16m 2m 升降行程： 1~3m 升降速度： 靜載荷： 4000kg/㎡ 動載荷： 2022kg/㎡ 電源： 380v,50Hz 液壓升降舞臺結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計 12 XXXXX 大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 13 三．升降舞臺液壓系統(tǒng)設(shè)計計算 、數(shù)量、和安裝位置 表 31執(zhí)行元件類型選擇 運動形式 往復(fù)直線運動 回轉(zhuǎn)運動 往復(fù)擺動 短行程 長行程 高速 低速 擺動 液壓馬達 執(zhí)行元件的類型 活塞缸 柱塞缸 液壓馬達和絲杠螺母機構(gòu) 高速液壓馬達 低速液壓馬達 根據(jù)上表選擇執(zhí)行元件類型為活塞缸（ A1=2A2)，再根據(jù)其運動要求進一步選擇液壓缸類型為雙作用單活塞桿無緩沖式液壓缸。符號位： 數(shù)量：該升降平臺為雙單叉結(jié)構(gòu)，故其采用的液壓缸數(shù)量為 4個完全相同的液壓缸，其運動完全是同步的，但其精度要求不是很高。 安裝位置：液壓缸的安裝方式為 耳環(huán)型，尾部單耳環(huán)，氣缸體可以在垂直面內(nèi)擺動，安裝的位置為簡 所示的前后兩固定支架之間的橫梁之上，橫梁和支架組成為一體，通過橫梁活塞的推力逐次向外傳遞，使升降機升降，完成舞臺的升降。 確定液壓系統(tǒng)的工作要求 根據(jù)工作要求，確定該系統(tǒng)的工作循環(huán)為：快速前進 —— 工進 —— 工退 ——原 位 停 止 ， 根 據(jù) 具 體 加 工 求 計 算 得 出 ： 快 速 前 進 時 的 速 度 為4500mm/min()， 工作進給時的速度應(yīng)在 20~120mm/min(~)范圍內(nèi)作無級調(diào)速，臺面最 大工進行程為 3m,工退行程為 3m，運動部件自身重為，啟動換向時間為△ t=,系統(tǒng)豎直放置的垂直導(dǎo)軌的靜摩擦系數(shù)為fs=,動摩擦系數(shù)為 fk=,油缸機械效率η cm取為 。 升降舞臺液壓系統(tǒng)設(shè)計計算 14 分析液壓系統(tǒng)給的工況 啟動加速階段： F=(Fs+Fi)/η cm=(fsG+G△ v/g△ t)/η cm =( 5880+5880 )/ = 工進階段： F=Fw/η cm=5880 工退階段： F= Fw/η cm=5880 表 32液壓系統(tǒng)在各階段的速度與負載 表 33 按負載選擇壓力 負載（ KN） 5 5~10 10~20 20~30 30~50 50 工作壓力 /mpa =1 ~2 ~3 3~4 4~5 5 表 34按設(shè)備類型選擇系統(tǒng)工作壓力 設(shè)備類型 機床 農(nóng)業(yè)機械，小型工程機械，建筑機械，液壓鑿巖機 液壓機，大中型挖掘機，重型機械，起重運輸機械 磨床 組合機床 龍門刨床 拉床 工作壓力/mpa ~2 3~5 2~8 8~10 10~18 20~32 階段 速度 v(m/s) 負載 F/N 啟動加速 工進 ~ 工退 ~ XXXXX 大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 15 由計算得出各階段負載的最大值查表 33 和表 34，取液壓缸的工作壓力為。 表 35液壓缸參考背壓 系 統(tǒng)類型 背壓 Pb105/Pa 回油路上有節(jié)流閥的調(diào)速系統(tǒng) 2~5 回油路上有調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng) 5~8 回油路上裝有背壓閥 5~15 帶補油泵的閉式回路 8~15 根據(jù)表 32 得最大負載為啟動加速階段負載： F=,液壓缸壓力為，且為了防止負載的突然消失，改液壓缸采用背壓，則參照表 35，選背壓為 P2=。則： A=/2)PP 21m（? F=??? ）（=（ m2） 則活塞直徑 ： D= π14A =?= 式中： D— 活塞桿直徑缸、筒內(nèi)徑，單位為 m F— 無桿腔推力，單位為 N P— 工作壓力，單位為