【文章內(nèi)容簡介】 關(guān)參數(shù)是：, ,。在載荷方面沒有超出允許的范圍內(nèi)，是可以采用該方案的。為了工作安全起見，要求舉升機(jī)在各高度上工作時都應(yīng)自鎖，完工后可原速或緩速下降，在空載時也可實(shí)現(xiàn)快速下降，這在下面的液壓系統(tǒng)回路分析中會探討到。為了便于維修人員在升降臺底部維修，不僅要在升降高度方面要加以合理化，還要留有維修人員站立維修的位置。為此，可以選擇采用雙升降臺同步舉升并采用共同底板的方式以滿足要求，此布置方案需要兩個液壓缸，16根支撐桿舉升。為了增強(qiáng)其安全可靠性，可以設(shè)其總承載量為，則平均每個升降臺的承載量為。由于這樣平均每個液壓缸承受的臺面載荷僅為9800N，所以采用左側(cè)布置液壓缸是完全可以的。 第四章 液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算：設(shè)計(jì)之前先確定設(shè)計(jì)產(chǎn)品的基本情況，再根據(jù)設(shè)計(jì)要求制定基本方案。以下列出了本設(shè)計(jì)——剪式液壓升降臺的一些基本要求：1) 主機(jī)的概況：主要用途用于家用小型重型設(shè)備的起升，便于維修，占地面積小，適用于室外，總體布局簡潔；2) 主要完成起升與下降重物的動作，速度較緩，液壓沖擊小；3) 最大載荷量定為2噸，采用單液壓缸控制聯(lián)接組合叉桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行升降動作。最大起升高度略大于一人高度；4) 運(yùn)動平穩(wěn)性好；5) 人工控制操作，按鈕啟動控制升降；6) 工作環(huán)境要求：不宜在多沙石地面、木板磚板地面等非牢固地面進(jìn)行操作，不宜在有坡度或有坑洼的地面進(jìn)行操作，不宜在過度寒冷的室外進(jìn)行操作；7) 性能可靠，成本低廉，便于移動，無其他附屬功能及特殊功能；油路循環(huán)方式可以分為開式和閉式兩種，其各自特點(diǎn)及相互比較見下表： 表31 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)升降機(jī)的性能要求，可以選擇的油路循環(huán)方式為開式系統(tǒng)，因?yàn)樵撋禉C(jī)主機(jī)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(jī)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31 開式系統(tǒng)油路組合方式的分析選擇當(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(dú)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(jìn)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(jìn)，出油口依次相連，這種連接方式的特點(diǎn)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)速方案的選擇調(diào)速方案對主機(jī)的性能起決定作用，選擇調(diào)速方案時，應(yīng)根據(jù)液壓執(zhí)行元件的負(fù)載特性和調(diào)速范圍及經(jīng)濟(jì)性等因素選擇。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。本升降機(jī)采用節(jié)流調(diào)速回路，原因是該調(diào)速回路有以下特點(diǎn)：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) ，但其速度剛度差，效率低，發(fā)熱大。節(jié)流調(diào)速回路有進(jìn)口節(jié)流，出口節(jié)流和旁路節(jié)流三種基本形式。根據(jù)使用要求，節(jié)流元件或節(jié)流閥，或是調(diào)速閥。本設(shè)計(jì)采用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路，將節(jié)流閥裝在液壓缸的進(jìn)口油路上，即串聯(lián)在定量泵和液壓缸之間，如圖73所示。調(diào)節(jié)節(jié)流閥閥口大小，改變了并聯(lián)支路的油流分配（如調(diào)小節(jié)流閥口時，將減小進(jìn)口油路流量，增大溢流支路的溢流量），也就改變了進(jìn)入液壓缸的流量，實(shí)現(xiàn)活塞于東速度的調(diào)節(jié)。 圖32液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸或液壓泵。前者實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動，后者完成回轉(zhuǎn)運(yùn)動，二者的特點(diǎn)及適用場合見下表32:對于本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)單純并且簡單直線及回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，可以采用齒輪式液壓泵及雙活塞桿液壓缸，這樣不僅簡化液壓系統(tǒng)降低設(shè)備成本，而且能改善運(yùn)動機(jī)構(gòu)的性能和液壓執(zhí)行元件的載荷狀況。表32 各執(zhí)行元件的特點(diǎn)名 稱特 點(diǎn)適 用 場 合雙活塞桿液壓缸雙向?qū)ΨQ雙作用往復(fù)運(yùn)動單活塞桿液壓缸有效工作面積大、雙向不對稱往返不對稱的直線運(yùn)動，差動連接可實(shí)現(xiàn)快進(jìn)，A1=2A2往返速度相等柱塞缸結(jié)構(gòu)簡單單向工作，靠重力或其他外力返回?cái)[動缸單葉片式轉(zhuǎn)角小于360度雙葉片式轉(zhuǎn)角小于180度小于360度的擺動小于180度的擺動齒輪泵結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜高轉(zhuǎn)速低扭矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動葉片泵體積小，轉(zhuǎn)動慣量小高轉(zhuǎn)速低扭矩動作靈敏的回轉(zhuǎn)運(yùn)動擺線齒輪泵體積小，輸出扭矩大低速，小功率，大扭矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動軸向柱塞泵運(yùn)動平穩(wěn)、扭矩大、轉(zhuǎn)速范圍寬大扭矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動徑向柱塞泵轉(zhuǎn)速低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輸出大扭矩低速大扭矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動注：A1——無桿腔的活塞面積 A2——有桿腔的活塞面積常用的擴(kuò)程機(jī)構(gòu)有如下圖33二種形式：（a） (b)圖33擴(kuò)程機(jī)構(gòu)它們同時也可以實(shí)現(xiàn)增速，常用于電梯的升降、高低位升降臺等液壓設(shè)備。還有一種運(yùn)動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，小角度的回轉(zhuǎn)運(yùn)動用液壓缸來實(shí)現(xiàn)，其運(yùn)動比較平穩(wěn)，長行程的直線運(yùn)動可以用液壓馬達(dá)來完成。本設(shè)計(jì)要完成的剪叉式液壓升降臺綜合了擴(kuò)程、回轉(zhuǎn)這兩種工作形式。工程液壓缸主要用于工程機(jī)械、重型機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械及礦山機(jī)械的液壓系統(tǒng)。根據(jù)主機(jī)的運(yùn)動要求，按表3775選擇液壓缸的類型為：直線運(yùn)動單活塞桿雙作用緩沖式液壓缸。其特點(diǎn)：活塞雙向運(yùn)動產(chǎn)生推、拉力。活塞行程終了時減速制動，減速值不變。工程液壓缸均為雙作用單活塞式液壓缸，安裝方式多采用耳環(huán)型。由于本設(shè)計(jì)中液壓缸在作用過程中是一端固定，一端在垂直面上自由擺動的形式，因此根據(jù)表3776選擇液壓缸的安裝方式為：尾部耳環(huán)聯(lián)接。 缸蓋聯(lián)接的類型按缸蓋與缸體的聯(lián)接方式，可分為外螺紋聯(lián)接式、內(nèi)卡鍵聯(lián)接式及法蘭聯(lián)接式三種。這里采用法蘭聯(lián)接。型號說明：P37180液壓執(zhí)行元件確定之后，其運(yùn)動方向和運(yùn)動速度的控制是擬訂液壓回路的核心問題。方向控制用換向閥或是邏輯控制單元來實(shí)現(xiàn)。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多數(shù)通過換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動作。對于高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥于先導(dǎo)控制閥的組合來實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)剪叉式液壓升降臺其特點(diǎn)：起升壓力大，運(yùn)行緩慢、平穩(wěn)，能人工控制起升至某一固定高度時并保持該高度自鎖。液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源提供，液壓源的核心是液壓泵。在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)過溢流閥回油箱，溢流閥同時起到開展并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。為節(jié)省能源并提高效率，液壓泵的供油量要盡量于系統(tǒng)所需流量相匹配。對在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況下，則采用多泵供油或變量泵供油。對于本設(shè)計(jì)，由于工作周期短，循環(huán)次數(shù)少，供油量可以適當(dāng)減少以節(jié)省能源，采用單泵供油即可，不需蓄能器儲存能量。對于油液的凈化：油液的凈化裝置在液壓源中是必不可少的。一般泵的入口要裝有粗濾油器，進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過相應(yīng)的精濾油器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁過濾或其他形式濾油器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，它們是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。壓力決定于外載荷。流量取決于液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動速度和結(jié)構(gòu)尺寸。：首先，需要確定液壓缸處于最大工作壓力時的位置，通過上述的討論，得知當(dāng)液壓缸與地面夾角為最小值時，也即支撐桿與地面夾角為最小值時，液壓缸處于最大的工作壓力狀態(tài)下。當(dāng)液壓缸下降至最低高度時（設(shè)此時支撐桿與地面夾角=）=，根據(jù)上述公式得=。圖34機(jī)構(gòu)各參數(shù)現(xiàn)在值還是一個未知量，但值的大小必須在之內(nèi)，初步設(shè)定。根據(jù)活塞推力與臺面荷重量關(guān)系式得出P=。若設(shè)的話，就得出P=。通過二者比較，時，活塞的最大推力P要小于時。即在值不變的條件下，與P是成反比的。但考慮到活塞桿與支撐桿的鉸接點(diǎn)A又不能太靠近兩支撐桿的鉸接點(diǎn)B，否則將會在兩處鉸接點(diǎn)產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中，以致降低疲勞強(qiáng)度。因此，應(yīng)選比較合適。這時將代入公式得 ，當(dāng)平臺處于最低位置時，液壓缸荷重P最大，P===113680N。下面就根據(jù)載荷量來選取合適的液壓缸。圖35液壓缸圖35表示一個以液壓缸為執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)計(jì)算簡圖。各有關(guān)參數(shù)標(biāo)注于圖上，其中是作用在活塞桿上的外部載荷， 是活塞與缸壁以及活塞桿與導(dǎo)向套之間的密封阻力。作用在活塞桿是的外部載荷包括工作載荷 ，導(dǎo)軌的摩擦力和由于速度變化而產(chǎn)生的慣性力。（1）工作載荷常見的工作載荷有作用于活塞桿上軸線的重力、切削力、擠壓力等，這些作用力的方向與活塞的運(yùn)動方向相同為負(fù)，相反為正。在實(shí)際工作過程中，由于載荷量較大，活塞自身的重力可以忽略不計(jì)，切削力與擠壓力共同組成的外力即為工作載荷，在圖3中，=P。由于本設(shè)計(jì)按最大載荷量定為2噸來計(jì)算，所以每個液壓缸=P=113680N。（2）導(dǎo)軌摩擦載荷對于直動型安裝的液壓缸一般都附有活塞導(dǎo)軌以固定其運(yùn)動方向，導(dǎo)軌摩擦相對于總載荷可以忽略不計(jì)，因此=0。（3）慣性載荷?！俣茸兓縨/s——起動或制動時間，s。一般機(jī)械=~，對輕度載荷低速運(yùn)動部件取小值，對重載荷高速部件取大值。行走機(jī)械一般取=~ ——加速度初步選定速度變化量=，=，則==，以上三種載荷之和稱為液壓缸的外載荷， 。起動加速時 ， 穩(wěn)態(tài)運(yùn)動時 ， 減速制動時 。工作載荷并非每階段都存在，如該階段沒有工作，則=0。但在計(jì)算和校核時，應(yīng)按照最大值取。除了外載荷外，作用于活塞上的載荷F還包括液壓缸密封處的摩擦阻力，由于各種液壓缸的密封材質(zhì)和密封形式不同，密封阻力難以精確計(jì)算，一般估算為 式中——液壓缸的機(jī)械效率，~， 液壓缸的選擇要遵循系統(tǒng)壓力的大小，要根據(jù)載荷的大小和設(shè)備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況等限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對某些設(shè)備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不是很經(jīng)濟(jì)；反之，壓力選的太高，對泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設(shè)備成本。一般來說，對于固定尺寸不太受限的設(shè)備，壓力可選低一些，行走機(jī)械重載設(shè)備壓力要選的高一些。按下表32初步選取15Mpa。表33 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力機(jī)械類型機(jī) 床農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械建筑機(jī)械液壓機(jī)大中型挖掘機(jī)重型機(jī)械磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床工作壓力MPa~3~52~88~1010~1820~32⑴液壓缸的相關(guān)參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸液壓缸有關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)見圖36所示：圖36 液壓缸設(shè)計(jì)參數(shù)圖a為液壓缸活塞桿工作在受壓狀態(tài)，圖b表示活塞桿受拉狀態(tài)?；钊麠U受壓時活塞桿受拉時 式中——無桿腔活塞有效工作面積 ——有桿腔活塞有效工作面積 ——液壓缸工作腔壓力 Pa——液壓缸回油腔壓力 Pa，其值根據(jù)回路的具體情況而定，一般可以按照下表33估算D——活塞直徑 md——活塞桿直徑 m 表34 執(zhí)行元件背壓力表系 統(tǒng) 類 型背 壓 力 MPa簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)~回油帶調(diào)速閥的系統(tǒng)~回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)~用補(bǔ)油泵的閉式回路~回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械~3回油路較短，可直接回油路可忽略不計(jì)在這里我們?nèi)”硥毫χ翟诒驹O(shè)計(jì)中，液壓缸不存在受拉的狀態(tài)，所以只考慮其收壓。一般液壓缸在收壓狀態(tài)下工作時，其活塞面積為：用運(yùn)此公式須事先確定與的關(guān)系，或是活塞桿徑d與活塞直徑D的關(guān)系，令桿徑比=d/D，其比值可按下表選取。按工作壓力選取d/D工作壓力MPa~d/D~~按速度比要求確定d/D（）2d/D注：速度比 ，為活塞兩側(cè)有效面積與之比。即如按工作壓力應(yīng)選取d/D=，則相應(yīng)的速度比=2，由于活塞不受拉力作用，所以活塞桿收縮時可以適當(dāng)提高其速度， =2也是完全可以的。運(yùn)用直徑求法公式，可以求出d=。液壓缸的直徑D和活塞桿徑d的計(jì)算值要按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓缸的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整，如與標(biāo)準(zhǔn)液壓缸參數(shù)相近，最好選用國產(chǎn)液壓缸，免于自行設(shè)計(jì)加工。按照機(jī)械手冊中工程液壓缸的技術(shù)規(guī)格表3777可以選擇圓整后的參數(shù)：缸徑100mm，活塞桿70mm,速度比=2，工作壓力16Mpa。⑵計(jì)算活塞桿的行程當(dāng)平臺處于最低位置時，此時活塞桿應(yīng)處于完全收縮狀態(tài),液壓缸的長度為最小值，=1320mm。平臺的高度。再計(jì)算一下平臺上升的最大高度，這