【正文】 況分析 升降機(jī)的工 藝參數(shù) 本設(shè)計(jì)升降機(jī)為全液壓系統(tǒng)，相關(guān)工藝參數(shù)為： 額定載荷 ： 2500kg 系統(tǒng)工作壓力： 2Mpa 系統(tǒng)流量： 最低高度： 200mm 最大起升高度： 1500mm 最大高度： 1700mm 電源： 380v,50Hz 工況分析 升降舞臺(tái)是舞臺(tái)機(jī)械臺(tái)下設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的設(shè)備之一，在專業(yè)的歌劇院、舞劇院、話劇院，都配有著大量各種類型的升降臺(tái)，以國(guó)家大劇院為例，歌劇院臺(tái)下設(shè)備中，就有升降臺(tái)四十五臺(tái)，戲劇場(chǎng)的鼓形轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)，設(shè)置了兩塊升降臺(tái)和十三塊升降塊，音樂(lè)廳臺(tái)下設(shè)有三塊升降臺(tái)和一塊鋼琴升降臺(tái)。當(dāng)液壓缸下降到下限位置碰到行程開(kāi)關(guān)，電磁鐵失電，兩換向閥同時(shí)換中位，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)卸荷。 當(dāng)按下快速上升按鈕，電磁鐵得電，換向閥 1 工作在左位，換向閥 2工作在右位。油液在大氣壓力的作用下通過(guò)進(jìn)油口進(jìn)入油泵內(nèi)部。加工機(jī)械的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作多采用行程控制，當(dāng)工作部件移動(dòng)到一定位置時(shí)，通過(guò)電氣行程開(kāi)關(guān)發(fā)出電信號(hào)給電磁鐵推動(dòng)電磁閥或直接壓下行程閥來(lái)控制接續(xù)的動(dòng)作。 壓力控制方案 液壓執(zhí)行元件工作時(shí)，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級(jí)連續(xù)或 無(wú)級(jí)連續(xù)調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。 常用的調(diào)速方案有三種：節(jié)流調(diào)速回路、容積調(diào)速回路、容積節(jié)流調(diào)速回路。 （ 6）液壓元件能夠自動(dòng)潤(rùn)滑 由于采用液壓油作為工作介質(zhì)，使液壓傳動(dòng)裝置能自動(dòng)潤(rùn)滑，因此元件的使用壽命較長(zhǎng)。 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 圖 11 音樂(lè)池升降臺(tái) 音樂(lè)池升降臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng) （ 1）傳動(dòng)平穩(wěn) 在液壓傳動(dòng)裝置中，由于油液的壓縮量非常小，在通常壓力下可以認(rèn)為不可壓縮，依靠油液的連續(xù)流動(dòng)進(jìn)行傳動(dòng)。舞臺(tái)上設(shè)有吊桿、吊點(diǎn)、燈光渡橋、燈光吊籠、防火幕，臺(tái)下設(shè)有升降臺(tái)、 車臺(tái)、 轉(zhuǎn)臺(tái)、升降樂(lè)池等，有的升降臺(tái)中配套轉(zhuǎn)臺(tái)，或轉(zhuǎn)臺(tái)中有升降臺(tái)。 除了上述的元件以外，液壓控制系統(tǒng)還需要液壓輔助元件。齒輪泵是最常見(jiàn)的一種液壓泵，它通過(guò)兩個(gè)嚙合的齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)使得液體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。液壓傳動(dòng)是研究以有壓流體為能源介質(zhì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械和自動(dòng)控制的學(xué)科。解放后，我國(guó)經(jīng)濟(jì)獲得迅速發(fā)展，液壓工業(yè)也和其它工業(yè)一樣，發(fā)展很快。 液壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，是一門新技術(shù)。許多國(guó)際知名音樂(lè)廳，都配備了用于樂(lè)隊(duì)、合唱隊(duì)或大型樂(lè)器的 樂(lè)池 升降臺(tái)。它突出了液壓技術(shù)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械和電氣控制的有機(jī)地融合在一起，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體。 20 世紀(jì) 60 年代以后，由于原子能、空間技術(shù)、大型船艦及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，不斷地對(duì)液壓技術(shù)提出新的要求，液壓技術(shù)相應(yīng)也得到了很大發(fā)展，滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域中。但由于過(guò)去基礎(chǔ)薄弱，所生產(chǎn)的液壓元件，在品種與質(zhì)量等方面和國(guó)外先進(jìn)水平相比，還存在一定差距， 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 我國(guó)液壓技術(shù)也將獲得進(jìn)一步發(fā)展，它在各個(gè)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，可以預(yù)見(jiàn)，液壓技術(shù)也將獲得進(jìn)一步發(fā)展，它在各個(gè)工業(yè)部門中的用應(yīng)，也將會(huì)越來(lái)越廣泛。所以通過(guò)液體的傳遞，可以得到不同端上的不同的壓力，這樣就可以達(dá)到一個(gè)變換的目的。液壓馬達(dá)是與液壓泵做相反的工作的裝置，也就是把液壓的能量轉(zhuǎn)換稱為機(jī)械能，從而對(duì)外做功。所謂液壓回路就是通過(guò)各種液壓器件構(gòu)成的相應(yīng)的控制回路。音 樂(lè)池升降臺(tái)升至舞臺(tái)平面時(shí)，擴(kuò)大舞臺(tái)表演區(qū)。例如我國(guó)生產(chǎn)的挖掘機(jī)在采用液壓傳動(dòng)后，比采用機(jī)械傳動(dòng)時(shí)的質(zhì)量減輕了 1T。 （ 9）便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 當(dāng)采用電液聯(lián)合控制后，不僅可實(shí)現(xiàn)更高程度的自動(dòng)控制過(guò)程，而且可以實(shí)現(xiàn)遙控液壓系統(tǒng)中，液體的壓力、流量和方向是非常容易控制的，再加上電氣裝置的配合，很容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)。進(jìn)油節(jié)流啟動(dòng)沖擊小，回油節(jié)流常用于有負(fù)載的場(chǎng)合，旁路節(jié)流多用于高速。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時(shí)間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。分流集流閥亦只能保證速度同步，同步精度一般為 25%。對(duì)在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。 當(dāng)按下勻速上升按鈕，電磁鐵得電，換向閥 1 工作在左位，換向閥 2工作在右位。機(jī)械機(jī)構(gòu)主要起傳遞和支撐作用，液壓系統(tǒng)主要提供動(dòng)力，他 們兩者共同作用實(shí)現(xiàn)升降機(jī)的功能。 液壓執(zhí)行元件的主要參數(shù) 液壓缸的作用力 液壓缸的作用力及時(shí)液壓缸的工作是的 推力或拉力，該升降臺(tái)工作時(shí)液壓缸產(chǎn)生向上的推力，因此計(jì)算時(shí)只取液壓油進(jìn)入無(wú)桿腔時(shí)產(chǎn)生的推力由參考文獻(xiàn) [1]可知： F= 2cmpD4? ? （ 51） 式中： p— 液壓缸的工作壓力，單位為 Pa，取 p= 5(203) 10 Pa? D— 活塞內(nèi)徑，單位為 m，取 D= cm? — 液壓缸的效率，取 cm? = 代入數(shù)據(jù) : F = 3 2 5( 9 0 1 0 ) ( 2 0 3 ) 1 0 0 . 9 54? ?? ? ? ? ? ? = （ KN） 即液壓缸工作時(shí)產(chǎn)生的推力為 （ KN） 。 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(dòng)，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(guò)橫梁活塞的推力逐次向外傳遞，使升降機(jī)升降。 其計(jì)算式為： FG v vF m ag t g t??? ? ? ? ?切慣 （ 517） 式中： G— 運(yùn)動(dòng)部件的總重力，單位為 N g— 重力加速度，單位為 2m/s v ? — 啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)的速度變量，單位為 m/s t? — 起動(dòng)制動(dòng)所需要的時(shí) 間，單位為 s 對(duì)于行走機(jī)械取 2v / st? ??? ，本設(shè)計(jì)中取值為 （ 5）背壓力。液壓泵的性能好壞直接影響液壓系統(tǒng)工作的可靠性和穩(wěn)定性 泵的額定流量 泵的流量應(yīng)滿足執(zhí)行元件最高速度要求 ，所以泵的輸出流量應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)所需要的最大流量和泄漏量來(lái)確定有參考文獻(xiàn) [6]可知： maxpq KQ n? （ 61） 式中： pq — 泵的輸出流量，單位為 /minL K— 系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取 K= maxQ — 液 壓缸實(shí)際需要的最大流量，單位為 /minL n— 執(zhí)行元件個(gè)數(shù) 代入數(shù)據(jù)： 1 .1 5 .1 6 4 2 2 .7 / m inpqL? ? ? ? 對(duì)于工作過(guò)程中始終用節(jié)流閥調(diào)速的系統(tǒng)，在確定泵的流量時(shí)，應(yīng)再加上溢流閥的最小溢流量，一般取 3 /minL ： 22 .7 3 25 .7 / m inpqL? ? ? 泵的最高工作壓力 泵的工作壓力應(yīng)該根據(jù)液壓缸的工作壓力來(lái)確定，即 maxpP P P? ? ?? （ 62） 式中： pP — 泵的工作壓力，單位為 Pa maxP — 執(zhí)行元件的最高工作壓力，單位為 Pa 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 P?? — 進(jìn)油路和回油路總的壓力損失 初算時(shí)，節(jié)流調(diào)速和比較簡(jiǎn)單的油路可以取 ? ,對(duì)于進(jìn)油路有調(diào)速閥和管路比較復(fù)雜的系統(tǒng)可以取 ? 。若系統(tǒng)屬于高壓范圍， 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 壓力儲(chǔ)備取小值；若系統(tǒng)屬于中低壓范圍，壓力儲(chǔ)備取大值 。 壓力控制閥 壓力控制閥的選用原則 壓力：壓力控制閥的額定壓力應(yīng)大于液壓系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最高壓力，以保證壓力控制閥正常工作。 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 測(cè)量范圍：流量控制閥的流量調(diào)節(jié)范圍應(yīng)大于系統(tǒng)要求的流量范圍，特別注意，在選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時(shí)，所選閥的最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行元件的最低穩(wěn)定速度要求。 （ 1）吸油管尺寸 油管的內(nèi)徑取決于管路的種類及管內(nèi)液體的流速，油管直徑 d由下式確定由 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 參考文獻(xiàn) [9]可知： 04Qd v?? （ 65） 式中： d— 油管直徑，單位為 mm Q— 油管內(nèi)液體的流量，單位為 3/ms 0v — 油管內(nèi)的允許流速，單位為 /ms 對(duì)吸油管，取 0 (0. 5 1. 5) /v m s?? ，本設(shè)計(jì)中?。?0 /v m s? 代入數(shù)據(jù)： 3 34 2 6 . 6 6 0 1 0 1 0 2 8 . 43 . 1 4 0 . 7d m m?? ? ?? ? ?? 取圓整值為： 30d mm? （ 2）回油管尺寸 回油管尺寸與上述計(jì)算過(guò)程相同： 0 /v m s?? ，取為 0 2/v m s? 代入數(shù)據(jù)： 3 34 2 6 . 6 6 0 1 0 1 0 1 6 . 83 . 1 4 2d m m?? ? ?? ? ?? 取圓整值為： 18d mm? （ 3）壓力油管 壓力油管： 0 3 4 /v m s?? ，本設(shè)計(jì)中取為： 0 3/v m s? 代入數(shù)據(jù)： 3 34 2 6 .6 6 0 2 1 0 1 0 9 .73 .1 4 3d m m?? ? ? ?? ? ?? 取圓整值為： 10d mm? （ 4）油管壁厚： 升降機(jī)系統(tǒng)中的油管可用橡膠軟管和尼龍管作為管道，橡膠軟管裝配方便，能吸收液壓系統(tǒng)中的沖擊和振動(dòng)，尼龍管是一種很有發(fā)展前途的非金屬油管，用于低壓系統(tǒng)，壓力油管采用的橡膠軟管其參數(shù)如下： 內(nèi)徑： 10mm 外徑： ? 型， 工作壓力： ? 型， 16MPa 最小彎曲半徑： 130mm 過(guò)濾器的選擇 過(guò)濾器的選擇 應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)： （ 1）具有足夠大的通油能力，壓力損失小，一般過(guò)濾器的通油能力大于實(shí)際 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 流量的二倍，或大于管路的最大流量。 初始設(shè)計(jì)時(shí)，可依據(jù)使用情況，按照經(jīng)驗(yàn)公式確定油箱容積由參考文獻(xiàn) [5]可知： pVQ?? （ 66） 式中： V — 油箱的容積，單位為 L pQ — 液壓泵的流量，單位為 /minL ? — 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，見(jiàn)下表 : 表 73 經(jīng)驗(yàn)系數(shù) ? 本升降機(jī)為為中壓系統(tǒng)，取 ? =5，則油箱的容量可以確定為 : 5 26 .6 13 3pV Q L?? ? ? ? 經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 行走機(jī)械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 鍛壓系統(tǒng) 冶金機(jī)械 ? 1— 2 2— 4 5— 7 6— 12 10 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 7 電氣控制回路設(shè)計(jì) 為了更好的對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析和仿真，因此在此章節(jié)中對(duì)液壓系統(tǒng)圖進(jìn)行電氣控制回路的設(shè)計(jì)，使音樂(lè)池升降臺(tái)更好展現(xiàn)運(yùn)行的穩(wěn)定性，突出電氣控制的優(yōu)點(diǎn)。 按下按鈕 SB1，線圈 KM1 得電，常開(kāi)觸點(diǎn) KM1閉合，電磁鐵 1Y 1Y4 得電，實(shí)現(xiàn)下降，當(dāng)液壓缸下 降到下限位置碰到行程開(kāi)關(guān)，其常開(kāi)觸點(diǎn) M2 斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn) M1 閉合，電磁鐵 YV YV4 失電，舞臺(tái)降至起點(diǎn)并卸荷。 計(jì)算 液壓系統(tǒng)的 發(fā)熱功率 （ 1）液壓泵的功率損失由參考文獻(xiàn) [6]可知： 1 (1 )HP??? （ 82） 式中： P— 液壓泵的輸入功率，取 0PqP??KW 0P — 液壓泵的實(shí)際輸出壓力，單位為 Pa q — 液壓泵的實(shí)際輸出流量，單位為 /minL ? — 液壓泵的效率，該系統(tǒng)中為螺桿泵，取 ?? 代入數(shù)據(jù)： 631 2 6 .62 .5 1 0 1 060(1 0 .6 5 ) 0 .6 5H ?? ? ??? = （ 2）閥的功率損失 其中以泵的流量流經(jīng)溢流閥時(shí)的損失為最大由參考文獻(xiàn) [6]可