【文章內(nèi)容簡介】 MPa cm? — 液壓缸機械效率，取 cm? = 查設(shè)計手冊，液壓缸內(nèi)徑系列將所計算的值圓整為標(biāo)準值，取 D=100mm。 活塞桿直徑的確定 活塞桿直徑根據(jù)受力 情況和液壓缸的結(jié)構(gòu)形式來確定由參考文獻 [8]可知： 受拉時： ( )dD?? （ 31） 受壓時： 5p MPa? ， ( )dD?? （ 32） 升降舞臺液壓系統(tǒng)設(shè)計計算 16 5 p 7MPa ?? ， ( )dD?? （ 33） p 7 MPa? ， ? （ 34） 為了實現(xiàn)快進與快退速度相同，采用差動連接，則 d=,所以 d== 70mm 查得 d=70mm,符合活塞桿標(biāo)準直徑系列，由 D=100mm,d=70mm 計算液壓缸無桿腔有效工作面積為 A1= ㎡ 有桿腔有效工作面積為 A2=㎡ 假定工作進給采用調(diào)速閥調(diào)速，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量為Qmin=,因為工作進給最小速度為 Vmin=20mm/min, 則 Qmin/Vmin= 10179。 10/20=25cm178。＜ A2＜ A1 因此能滿足低速穩(wěn)定性要求。 、流量以及功率 （ 1） 計算工作壓力 (P1=122A APF? ) 根據(jù)有關(guān)資料，系統(tǒng)的背壓在 ~ 范圍內(nèi)選取。暫時規(guī)定，工作進給的的背壓為 Pb= 快速進給時的背壓 為 Pb=。液壓缸在工作循環(huán)各階段的工作壓力 P1可按下面公式計算得出： 工作進給階段 (無桿腔進油 )： P1=F/A1+ PbA2/A1= 10 10179。/+ 快速退回階段（有桿腔進油）： P1=F/A2+A1 Pb/A2= 10 10179。/+ 快速前進階段 : P1=F/A1A2+A2Pb/A1A2= 10 10179。/+ 10178。 10 1O179。/= (2)計算液壓缸的流量 (q=A1v2) 根據(jù)快進快退速度 V1=,工進速度 V2=入的流量。 工進階段： Q1=A1 V2= 10179。=XXXXX 大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 17 快退階段： Q1=A2 V1= 10179。=18L/min 快退階段： Q1=(A1A2) V1=() 10179。=(3)計算液壓缸的輸入功率 (P=p1q） 工 進階段： P=P1Q1= 16== 快退階段： P=P1 Q1= 18=33W= 快退階段： P=P1 Q1= == 將以上計算得出的壓力、流量、功率列于表三中 表 36液壓缸在各工作階段的壓力、流量及功率 階段 工作壓力 P/Pa 輸入流量 Q(L/min) 輸入功率 P/kw 工進階段 快速退回 18 快速前進 4 液壓缸壁厚，最小導(dǎo)向長度，液壓缸缸筒長度的確定 ① 液壓缸壁厚的確定 液壓缸壁厚由結(jié)構(gòu)和工藝要求等確定，其強度一般滿足要求，通常不需演算。當(dāng)液壓缸工作壓力較高或缸筒內(nèi)經(jīng)較大時，需對其薄壁處進行強度校核。壁厚由下式確定： ? ?2YPD? ?? 式中： D—— 液壓缸內(nèi)徑 （ m） ? —— 缸體壁厚 （ cm） YP —— 液壓缸最高工作壓力 （ Pa） 一般取 YP =（ ） p ??? 缸體材料的許用應(yīng)力 鋼材取 ? ? 1 0 0 1 1 0MPa? ?? 升降舞臺液壓系統(tǒng)設(shè)計計算 18 代入數(shù)據(jù)： δ≧ 10179。 10179。 10／ 2 100 10179。 10179。= 考慮到液壓缸的加工要求，將其壁厚適當(dāng)加厚，取壁厚 3mm?? 。 ② 最小導(dǎo)向長度，液壓缸缸筒長度 活塞桿全 部外伸時，從活塞支撐面中點到導(dǎo)向滑動面中點的距離為活塞的最小導(dǎo)向長度 H，如下圖所示，如果最小導(dǎo)向長度過小，將會使液壓缸的初始撓度增大，影響其穩(wěn)定性，因此設(shè)計時必須保證有最小導(dǎo)向長度，對于一般的液壓缸，液壓缸最大行程為 L，缸筒直徑為 D時，最小導(dǎo)向長度 H. 圖 37液壓缸結(jié)構(gòu)簡圖 液壓缸的缸筒長度 L主要有活塞最大工作行程決定，一般缸筒長度不超過內(nèi)徑的20倍。 活塞寬度度 b=（ ~1） D= 100=60mm 活塞桿導(dǎo)向長度 H=（ ~） d= 70=70mm 通常 L≦ (20~30)D=20 100~30 100=2022mm~3000mm=1000mm 20 2LDH?? 即 H≧ 100/20＋ 10/2=10cm=100mm 取為 100mm 導(dǎo)向套滑動面長度 A ，在 D80mm時，取 A=(~)D，在 D=80mm 時，取A=(~1)D，當(dāng)導(dǎo)向套長度不夠時，不宜過分增大 A和 B，必要時可在導(dǎo)向套和活塞之間加一隔套 ，隔套的長度由最小導(dǎo)向長度 H確定。 XXXXX 大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 19 四．液壓系統(tǒng)的設(shè)計與分析 油路循環(huán)方式可以分為開式和閉式兩種，其各自特點及相互比較見下表： 表 41油路循環(huán)方式 油液循環(huán)方式 開式 閉式 散熱條件 較方便，但油箱較大 較好，需用輔泵換油冷卻 抗污染性 較差，但可用壓力油箱或其他改善 較好，但油液過濾要求較高 系統(tǒng)效率 管路壓力損失較大，用節(jié)流調(diào)速效率低 管路壓力損失較小，容積調(diào)速效率高 限速制動形式 用平衡閥 進行能耗限速，用制動閥進行能耗制動，可引起油液發(fā)熱 液壓泵由電動機拖動時，限速及自動過程中拖動電機能向電網(wǎng)輸電，回收部分能量 其他 對泵的自吸性能要求較高 對主泵的自吸性能要求較低 油路循環(huán)方式的選擇主要取決于液壓系統(tǒng)的調(diào)速方式和散熱條件。 比較上述兩種方式的差異，再根據(jù)升降舞臺的性能要求，可以選擇的油路升降舞臺液壓系統(tǒng)設(shè)計計算 20 循環(huán)方式為開式系統(tǒng)，因為該升降機主機和液壓泵要分開安裝，具有較大的空間存放油箱，而且要求該升降機的結(jié)構(gòu)盡可能簡單，開始系統(tǒng)剛好能滿足上述要求。 油源回路的原理圖如下所示： 圖 42油路回路原理圖 當(dāng)系統(tǒng)中有多個液壓執(zhí)行元件時，開始系統(tǒng)按照油路的不同連接方式又可以分為串聯(lián)，并聯(lián)，獨聯(lián)，以及它們的組合 復(fù)聯(lián)等。 串聯(lián)方式是除了第一個液壓元件的進油口和最后一個執(zhí)行元件的回油口分別與液壓泵和油箱相連接外，其余液壓執(zhí)行元件的進，出油口依次相連，這種連接方式的特點是多個液壓元件同時動作時，其速度不 隨外載荷變化，故輕載時可多個液壓執(zhí)行元件同時動作。 調(diào)速方法有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速、聯(lián)合調(diào)速。在設(shè)計中選用節(jié)流調(diào)速回路。節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵，用流量控制閥改變輸出輸入液壓執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度。原因是該調(diào)速回路有以下特點：承載能力好，成本低，調(diào)速范圍大，適用于小功率，輕載或中低壓系統(tǒng) ，但其速度負載特性差，效率低，發(fā)熱大。 速度換接回路的形式常用行程閥或電磁閥來實現(xiàn)，行程閥具有換接平穩(wěn)、工作可靠、換接位置精度高、電磁閥具有結(jié)構(gòu)簡單 、控制靈活、調(diào)整方便的特點。 XXXXX 大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 21 根據(jù)執(zhí)行元件對換向性能功能的要求選擇換向閥機能和控制方式。在本設(shè)計中多采用電磁換向閥實現(xiàn)回路的換向，它具有操作方便、便于布置、低速換向的特點。 本設(shè)計中采用了節(jié)流調(diào)速，常用溢流閥組成限壓、安全、保護回路。 根據(jù)升降舞臺的要求，本設(shè)計中選用了多缸同步回路、順序動作回路、平衡回路、鎖緊回路和卸荷回路等。在選擇回路中對同步回路和順序動作回路進行詳細分析。 （ 1） 多缸同步回路 同步回路是保持兩個或兩個以上的液壓缸在運動中保持相同的位移或相同的速度，常用的有：（ a）帶補償措施的串聯(lián)液壓缸同步回路；（ b）調(diào)速閥控制的的同步回路；（ 3）機械連接同步回路。 （ b）調(diào)速閥控制的同步回路 在這個回路中，兩個調(diào)速閥分別調(diào)節(jié)兩液壓缸活塞的運動速度，仔細調(diào)整兩個調(diào)速閥的開口，可使兩液壓缸在同一個方向上實現(xiàn)速度同步，這種同步回路結(jié)構(gòu)簡單并且速度可調(diào)，但是由于油溫變化及調(diào)速閥性能差異的影響 ,顯然這種回路不易保證位置同步、且調(diào)整麻煩，速度同步精度較低，一般在 5%~7%之間。 （ c） 機械聯(lián)接同步回路 其特點是：回路結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，但只適用于兩缸載荷相差不大的場合，連接應(yīng)具有良好的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)和剛性，否則會出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。 （ 2） 順序同步回路 常用的順序動作回路可分為壓力控制，行程控制和時間控制三類，其中前兩類使用較多。 表 43 電磁鐵的動作 電磁鐵 動作 YA1 YA2 YA3 YA4 YA5 快速上升 + + 勻速上升 + + + 下降 + + 升降舞臺液壓系統(tǒng)設(shè)計計算 22 停止 圖 44液壓系統(tǒng)原理圖 1液壓缸； 2過濾器； 3溫度計； 4液位計； 5電機； 6液壓泵； 7溢流閥； 8壓力表； 9分流閥； 11三位四通電磁換向閥； 1 15單項節(jié)流閥； 1 14節(jié)流閥； 1 1 1 19液壓缸； 20二位二通電磁換向閥； 21調(diào)速閥 當(dāng)按下 啟動 動按鈕電機轉(zhuǎn)動，液壓泵開始工作，把油箱的油通過分流閥等量分流到兩個三位四通的電磁換向閥。 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。油液通過節(jié)流閥流向四個液壓缸，四個液壓缸同步快速上升，油液再通過節(jié)流閥在流回油箱。當(dāng)液壓缸上升到上限位置碰到行程開關(guān)，電磁鐵失電，兩換向閥同時換中位，實現(xiàn)系統(tǒng)保壓。 XXXXX 大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 23 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。油液通過節(jié)流閥流向四個液壓缸，四個液壓缸同步勻速上升，油液再通過節(jié)流閥在流回油箱。當(dāng)液壓缸上升到上限位置碰到行程開關(guān)，電磁鐵失電，兩換向閥同時換中位，實現(xiàn)系統(tǒng)保壓。 當(dāng)按下下降按鈕，電磁鐵得電，換向閥 1 工作在右位，換向閥 2工作在左位，油液再通過單向閥在流回油箱。當(dāng)液壓缸下降到下限位置碰到行程開關(guān)，電磁鐵失電，兩換向閥同時換中位，實現(xiàn)系統(tǒng)卸荷。 當(dāng)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障等要求緊急停止時，按下停止按鈕，電磁閥復(fù)位，電磁閥都失電，兩個換向閥都置中位，整個系統(tǒng)停止 。 液壓泵及電動機的選擇 由表 36得已知液壓缸的工作壓力在快退階段達到最大。設(shè)進油路壓力損失∑△ P= ，則液壓泵的最高工作壓力為 :Pp≧ P1+∑ΔP1=+= 因此，液壓泵的額定壓力可以取為（ + 25%） MPa=。將流量值18L/min代入公式 Qq≧ k1∑ qmax中，（其中 k1為系統(tǒng)的泄漏修正系數(shù)，一般取為 k1=~）分別求出快進及工進階段的供油量。 快進快退時泵的供油量為： Qp≧ kq= 18= 工進時泵的流量為： Qp≧ kq= = 考慮到節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中溢流閥的性能特點，應(yīng)加上溢流閥穩(wěn)定工作時的最小溢流量一般取為 3L/min。 查產(chǎn)品樣本，選擇小泵排量 V=25ml/min 的 TB1型的 單聯(lián)葉片泵，額定轉(zhuǎn)速n=960r/min， 則泵的額定溢流量為 Qp=Vη pv=25 960 。 由表 36可以看出，快退階段功率最大，所以根據(jù)快退階段功率計算電動機功率。 設(shè)快退時進油路的壓力損失為∑△ P1=,液壓泵的總效率為 p=,則電動機功率為 升降舞臺液壓系統(tǒng)設(shè)計計算 24 Pp=PpQp/η p=(p1+Σ△ p1)Qp/η p=(+) 1000/60 =673w 查電動機產(chǎn)品樣本，選用 Y9016型異步電動機 P=,n=910r/min。 根據(jù)液壓系統(tǒng)原理圖計算液壓閥在不同工況時的工作壓力和最大實際流量，將計算值填入表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。 壓力調(diào)節(jié)范圍：系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓力應(yīng)在壓力調(diào)節(jié)范圍之內(nèi)。 流量：通過壓力控制閥的實際流量應(yīng)小于壓力控制閥的額定流量。 結(jié)構(gòu)類型：根據(jù)結(jié)構(gòu)類性及工作原理，壓力控制閥可以分為直動型和先導(dǎo)型兩種，直動型壓力控制閥結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，但壓力受流量的變化影響大，調(diào)壓偏差大，不適用在高壓大流量 下工作。但在緩沖制動裝置中要求壓力控制