【導(dǎo)讀】安徽工業(yè)大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院。課程名稱液壓升降機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)。分校名稱安徽工業(yè)大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院。年級名稱13級機(jī)械制造及其自動化（本科）。專業(yè)名稱機(jī)械制造及其自動化。擬訂液壓執(zhí)行元件運(yùn)動控

　　

【正文】 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。 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 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。 載荷的組成與計(jì)算： 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。根據(jù)軸距 ，將支撐桿的長度選定 。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 a = 0a ） 0a =5 ，根據(jù)上述公式 1ta n [ ta n ]lala??? ?? ? 得 0? = 。 安徽工業(yè)大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 圖 34 機(jī)構(gòu)各參數(shù) 現(xiàn)在 a 值還是一個未知量，但 a 值的大小必須在 /2l 之內(nèi)，初步設(shè)定 /4al? 。根據(jù)活塞推力與臺面荷重量關(guān)系式 2 c ossi n( ) si n( )lPWal ?? ? ? ?? ? ? ?得出 P=。若設(shè) /3al? 的話，就得出 P=。通過二者比較， /3al? 時，活塞的最大推力 P 要小于 /4al? 時。即在 ? 值不變的條件下， a 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 /3al? 比較合適。這時將 /3al? 代入公式得 6 c ossi n( ) 3 si n( )PW?? ? ? ?? ? ? ? ，tan 2tan??? 當(dāng)平臺處于最低位置 0 5?? 時，液壓缸荷重 P 最大， P==? 9800=113680N。下面就根據(jù)載荷量來選取合適的液壓缸。 圖 35液壓缸 安徽工業(yè)大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 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 wF 是作用在活塞桿上的外部載荷， mF 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 gF ，導(dǎo)軌的摩擦力 fF 和由于速度變化而產(chǎn)生的慣性力 aF 。 （ 1） 工作載荷 gF 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 gF ，在圖 3 中， gF =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 gF =P=113680N。 （ 2）導(dǎo)軌摩擦載荷 fF 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 fF =0。 （ 3）慣性載荷 aF aF ma? ， va t??? 。 v? —— 速度變化量 m/s t? —— 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 =~ a —— 加速度 2/ms 初步選定速度變化量 v? =， t? =， 則 va t??? = = 2/ms，2 / 2 270aF m a t N? ? ? ? 以上三種載荷之和稱為液壓缸的外載荷 wF ， 1 1 3 6 8 0 0 2 7 0 1 1 3 9 5 0w g f aF F F F N? ? ? ? ? ? ?。 起動加速時 w g f aF F F F? ? ?， 穩(wěn)態(tài)運(yùn)動時 w g fF F F??， 減速制動時 w g f aF F F F? ? ?。 工作載荷 gF 并非每階段都存在，如該階段沒有工作，則 gF =0。但在計(jì)算和校核時，應(yīng)按照最大值取。 除了外載荷 wF 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 mF ，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 (1 )mmFP??? 式中 m? —— 液壓缸的機(jī)械效率，一般取 ~，這里取 ， 113590 1195680 .9 5wmFFN?? ? ? 安徽工業(yè)大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 初選系統(tǒng)壓力 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 ~ 3~5 2~8 8~10 10~18 20~32 計(jì)算液壓缸的主要結(jié) 構(gòu)尺寸 ⑴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)。 活塞桿受壓時 1 1 2 2wmFF p A p A?? ? ? 活塞桿受拉時 安徽工業(yè)大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 1 2 2 1wmFF p A p A?? ? ? 式中 21 4AD?? —— 無桿腔活塞有效工作面積 2m 222 ()4A D d???—— 有桿腔活塞有效工作面積 2m 1p —— 液壓缸工作腔壓力 Pa 2p —— 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 m d—— 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?2 MPa? 在本設(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： 211 1F p AA p?? 用運(yùn)此公式須事先確定 1A 與 2A 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 ~ ~ 安徽工業(yè)大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 按速度比要求確定 d/D ? （ 21/vv） 2 d/D 注：速度比 ? ，為活塞兩側(cè)有效面積 1A 與 2A 之比。即 21 222A DA D d? ??? 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 2212 4 4 1 1 9 5 6 8 1 0 1 . 1[ ( 1 ) ] [ 1 5 0 . 2 ( 1 0 . 7 1 ) ]FD m mpp? ? ? ?? ? ?? ? ? ?，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，推力 。 ⑵計(jì)算活塞桿的行程 當(dāng)平臺處于最低位置 0 5?? 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0d ， 220 2 c o s 2d a l al ?? ? ?=1320mm。平臺的高度 2 s i n 2 1 5 0 0 s i n 1 0 3 6 6h l m m?? ? ? ? ? ?。 再計(jì)算一下平臺上升的最大高度，這里設(shè)上升至最大高度的 30?? ，計(jì)算得出最大高度H=。此時活塞桿伸長至 22 2 c o s 2 1 7 6 0md a l a l m m?? ? ? ?。 當(dāng)活塞桿處于完全收縮狀態(tài)時，液壓缸的長度就等于 0d ，選定液壓缸長度為 1320mm。計(jì)算其行程： 0 1760 1320 440ms d d m m? ? ? ? ?。 ,查表 3779 可以查得液壓缸長度不得小于 3 6 5 3 6 5 4 4 0 8 0 5X C s m m? ? ? ? ? ?，實(shí)際長度滿足要求。 安徽工業(yè)大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 確定液壓泵的參數(shù) ⑴確定液壓泵的 最大工作壓力 1Pp p p? ? ?? Pa， 式中 1p —— 液壓缸最大工作壓力，根據(jù)1 1 2 2wmFF p A p A?? ? ?可以求出2110 .2 1 5 .3FAp M P aA??? p?? —— 從液壓泵出口到液壓缸入口之間的總的管路損失。初算可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取：管路簡單、流速不大的取 ~；管路復(fù)雜，進(jìn)油口有調(diào)速閥的，取 ~ Mpa。這里取 。 即 15 .3 0. 5 15 .8Pp M P a? ? ? ⑵確定液壓泵的流量 PQ maxPQ KQ? 3/ms K—— 系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取 ~，這里取 maxQ —— 液壓缸的最大流量，對于在工作中用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，還需加上溢流閥的最小溢流量，一般取 10 m /s?? 在前面已經(jīng)初步選定臺面速度變化量 v? =， 我們就設(shè)定臺面起升的最大速度? ，則活塞的運(yùn)動速度應(yīng)用公式 22 2 c o s 2 s i n ( )2 c o sya l a lvvl ? ? ? ??? ? ? ??， 0 = /syvv? （這是在臺面剛剛起升狀態(tài)時， 5?? ） 3 4 3012 2 0 . 0 4 7 . 8 5 1 0 6 . 2 8 1 0 /Q v A m s??? ? ? ? ? ? ? 所以 4 4 4 3m a x 1 . 2 ( 6 . 2 8 1 0 0 . 5 1 0 ) 8 . 1 4 1 0 /PQ K Q m s? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ⑶選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上求得的和值，按系統(tǒng)中擬訂的液壓泵的形式，從手冊中選擇相應(yīng)的液壓泵產(chǎn)品。為使液壓泵油一定的壓力儲備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大 25~60%。 查找手冊 P37135 選擇 CB AF 型齒輪泵，其參數(shù)如下表 35 表 35 CB AF 型齒輪泵的各參數(shù)值 安徽工業(yè)大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 型號 排量 壓 力 轉(zhuǎn) 速 特點(diǎn) 生產(chǎn)廠 額定 最高 額定 最高 CB AF 10~40 16 20 1800 2400 鋁合金殼體，可作雙聯(lián)泵 榆次液壓件廠 ⑷確定液壓泵的驅(qū)動功率 在工作中，如果液壓泵的壓力和流量比較恒定，則 310PPPpQP kW??，其中 P? —— 液壓泵的總效率，參考下表 36 選擇 P? = 表 36 各液壓泵的總效率 液壓泵類型 齒輪泵 螺桿泵 葉片泵 柱塞泵 總效率 ~ ~ ~ ~ 則 4331 5 . 8 8 . 1 4 1 0 1 8 . 41 0 1 0 0 . 7PP PpQP k W????? ? ??，據(jù)此可選擇合適的電機(jī)型號 ： Y63M24 管道尺寸的確定 在液壓、氣壓傳動及潤滑的管道中常用的管子有鋼管、銅管、膠管等，鋼管能承受較高的壓力，價廉，但安裝時的彎曲半徑不能太小，多用在裝配位置比較方便的地方。這里我們采用鋼管連接。 管路按其在液壓系統(tǒng)中的作用可以分為： 主管路：包括吸油管路，壓油管路和回油管路，用來實(shí)現(xiàn)壓力能 的傳遞。 泄油管路：將液壓元件泄露的油液導(dǎo)入回油管或郵箱 . 控制管路：用來實(shí)現(xiàn)液壓元件的控制或調(diào)節(jié)以及與檢測儀表相連接的管路。 本設(shè)計(jì)中只計(jì)算主管路中油管的尺寸。 管道內(nèi)徑計(jì)算 4Qd m / sv?? m 式中 Q—— 通過管道內(nèi)的流量 3m/s v—— 管道內(nèi)允許流速 m/s ，取值見下表 36： 允許流速推薦值 表 37 允許流速推薦值 油液流經(jīng)的管道 推薦流速 m/s 安徽工業(yè)大學(xué)繼續(xù)