基于UG水平固定式剪式升降台设计论文.doc

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1、黑龙江八一农垦大学毕业设计 - I 摘 要 基于 UG 移动式可倾斜升降平台的运动仿真 长期以来升降平台的研制一直采用传统的方法，它的生产周期长，物理样机制造成本 高，而且当产品制出后，经常会出现部件、零部件之间相互干涉，而无法装配等问题。 本文介绍了应用美国公司 UG 软件进行升降平台单体虚拟制造和运动仿真的过程。利用 UG 对建立的升降平台单体的各零部件三维实体模型进行约束和连接装配，形成升降平台单 体整体装配，然后通过软件 UG 进行运动仿真，仿真结果表明，可以利用该仿真平台对升 降平台进行性能和结构设计分析，这种方法提高了升降平台设计的效率和准确性，具有 一定的实用价值，为将来样机实验

2、奠定了基础。 关键词关键词：虚拟样机技术；UG 仿真；升降平台 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - II Abstract: : Since long ago the elevator development always uses traditional the method, its production cycle is long, the physical prototype production cost is high, moreover after product generating, can appear between frequently the part, the spar

3、e part interferes mutually, but is unable to assemble and so on the questions. This article introduced software carries on the elevator monomer hypothesized manufacture and the movement simulation process using American UG Carries on the restraint and the connection assembly using GU to the establis

4、hment elevator monomer various spare parts three dimensional full-scale mockup, forms the elevator monomer whole assembly, then inducts through connection software UG to carry on the movement simulation, the simulation result indicated, This method enhanced the efficiency and the accuracy which the

5、precision planter designs, has certain practical value, will be the future prototype experiment has laid the foundation. Key word： Virtual prototyping; UG simulation ; Elevat 黑龙江八一农垦大学毕业设计 I 目 录 目 录I 1. 国内外升降台的发展形势.1 1.1 国外升降台的发展形势 1 1.2 国内升降台的发展形势 2 1.3 课题研究的目的意义及主要内容3 1.3.1 课题研究的目的意义3 1.3.2 课题研究的主

6、要内容3 2 剪叉式升降台的应用及其受力分析的讨论3 2.1 剪叉式升降平台的三种结构形式 3 2.2 水平固定式剪叉式升降平台机构的位置参数计算4 2.3 水平固定式剪叉式升降平台机构的动力参数计 6 2.4 针对性比较小实例：6 2.5 水平固定式剪叉式升降平台机构中两种液压缸布置方式的分析 7 2.5.1 问题的提出： 7 2.5.2 两种布置方式的分析和比较：8 2.5.3 实例计算 9 3 液压传动系统的设计计算 .10 3.1 制定液压系统的基本方案 .10 3.1.1 确定液压执行元件的形式 .10 3.1.2 确定液压缸的类型.11 3.2.3 缸盖联接的类型.11 3.2.4

7、 拟订液压执行元件运动控制回路 .11 黑龙江八一农垦大学毕业设计 II 3.2.5 液压源系统 .11 3.3 确定液压系统的主要参数 .12 3.3.1 载荷的组成与计算： .12 3.3.2 计算液压缸的主要结构尺寸 .13 3.3.3 管道尺寸的确定 .15 3.4 液压缸主要零件结构、材料及技术要求 .16 3.4.1 缸体 .16 3.4.2 活塞 .16 3.4.3 液压缸安装联接部分的型式及尺寸 .17 3.4.4 绘制液压系统原理图 .18 4 台板与叉杆的设计计算 .20 4.1 确定叉杆的结构材料及尺寸 .20 4.2 横轴的选取 .22 5 剪式升降台基于 UG 三维虚

8、拟制造与运动仿真24 5.1 建模.24 5.1.1 支撑杆 .24 5.1.2 长横杆 .24 5.1.3 短横杆 .25 5.1.4 液压缸 .25 5.1.5 活塞 .25 5.1.6 平台 .26 5.1.7 机座 .26 5.2 装配.27 黑龙江八一农垦大学毕业设计 III 5.3 仿真.27 5.3.1 工作表 .27 5.3.2 运动曲线 .28 5.3.3 创建连杆 .28 5.3.4 创建运动副 .28 6 剪叉式液压升降台数学模型的建立.29 6.1 剪叉式液压升降台简介.29 6.2 升降台的模块划分.30 6.3 升降台数学模型分析.30 6.3.1 虚位移原理 .3

9、0 6.3.2 单杆的运动分析 .31 6.3.3级杆组的运动分析32 6.3.4 有源组的运动分析 .33 结 论.35 致 谢.36 参考文献.37 附录.39 黑龙江八一农垦大学毕业设计 1 1. 国内外升降台的发展形势 1.1 国外升降台的发展形势 对垂直运送的需求与人类的文明一样久远，最早的升降平台使用人力、畜力 和水力来提升重量。升降装置直到工业革命前都一直依靠这些基本的动力方式。 古希腊时，阿基米德开发了经过改进的用绳子和滑轮操作的升降装置，它用 绞盘和杠杆把提升绳缠绕在绕线柱上。 公元 80 年，角斗士和野生动物乘坐原始的升降平台到达罗马大剧场中竞技场 的高度。 中世纪的纪录包

10、括无数拉升升降装置的人和为孤立地点进行供给的图案。其 中最著名的是位于希腊的圣巴拉姆修道院的升降平台。这个修道院位于距离地面 大约 61 米高的山顶上，提升机使用篮子或者货物网，运送人员与货物上下。 1203 年，位于法国海岸边的一座修道院的升降平台安装于使用一个巨大的踏 轮，由毛驴提供提升的动力，通过把绳子缠绕在一个巨大的柱子上，负重就被提 升了起来。 18 世纪，机械力开始被用于升降平台的发展。1743 年，法国路易十五授权在 凡尔赛的私人宫殿安装使用平衡物的人员升降平台。 1833 年，一种使用往复杆的系统在德国哈尔茨山脉地区升降矿工。 1835 年，一种被称为“绞盘机”的用皮带牵引的升

11、降平台安装在英国的一家 工厂。 1846 年，第一部工业用水压式升降平台出现。然后其他动力的升降装置紧跟 着很快出现了。 1854 年，美国技工奥蒂斯发明了一个棘轮机械装置，在纽约贸易展览会上展 示了安全升降平台。 1889 年，埃菲尔铁塔建塔时安装了以蒸汽为动力的升降平台，后改用电梯。 1892 年，智利阿斯蒂列罗山的升降设备建成，直到现在，15 台升降平台仍然 使用着 110 多年前的机械设备。 目前，瑞士格劳宾登州正在兴建的“圣哥达隧道”是一条从阿尔卑斯山滑雪 胜地通往欧洲其他国家的地下铁路隧道，全长 57 公里，预计 2016 年建成通车。 在距地面大约 800 米的“阿尔卑斯”高速列

12、车站，将兴建一个直接抵达地面的升 降平台。建成后，它将是世界上升降距离最长的一部升降平台了。旅客通过升降 平台抵达地面后，便可搭乘阿尔卑斯冰河观光快速列车，两个小时后就能到达山 上的度假村了。汽车举升机在世界上已经有了 70 年历史。1925 年在美国生产的 第一台汽车举升机，它是一种由气动控制的单柱举升机，由于当时采用的气压较 低，因而缸体较大；同时采用皮革进行密封，因而压缩空气驱动时的弹跳严重且 又不稳定。直到 10 年以后，即 1935 年这种单柱举升机才在美国以外的其它地方 黑龙江八一农垦大学毕业设计 2 开始采用。 1966 年，一家德国公司生产出第一台双柱举升机，这是举升机设计上的

13、又一突破 性进展，但是直到 1977 这种举升机才在德国以外的其它国家出现。现在双柱举升 机在市场上以占据牢固的地位，其销量还在持续增长。它和四柱举升机相比，既 有优点 1.2 国内升降台的发展形势 国升降机行业从仅能对升降机进行简单的维护、保养，逐步发展成为集研发、生 产、销售、安装、服务五位一体的高新科技产业。据统计，2004 年底，中国大陆 的在用升降机总数已达 651794 台。 有关专家曾表示，我国已超过日本成为世界最大的新装升降机市场。由于房 地产业、城市公共建设等产业发展迅速，预计未来 10 年，我国的升降机市场仍将 保持每年 20%的递增速度，年平均销售额至少 500 亿美元。

14、 2006 年，中国巨大的升降机市场吸引了全世界几乎所有升降机企业的关注， 中国国际升降机展在廊坊成功举办，为全球升降机企业展示、交流提供了平台。 2006 年全球升降机市场销售额为 300 亿欧元，其中中国市场销售额占 33%，在全 球销售额中名列前茅。 2007 年，随着中国房地产业的迅猛发展，升降机市场需求不断扩大，外资品 牌主导中国升降机市场，国内品牌保持了发展的强劲势头同时中国升降机产品的 结构调整速度加快，20062007 中国升降机产量虽然略有波动，但仍保持良好的 发展势头。 2008 年，中国的升降机市场被世界看好，随着中国升降机产业的不断成熟， 对升降机技术要求越来越高，升降

15、机价格竞争也越演越烈。2008 年 4 月中国国展 升降机展在廊坊盛大开幕，再次为全球升降机企业提供交流发展平台，展会其间 各大升降机企业，如：日立、东芝、永大等不仅展出了先进的产品和技术，现场 活动也都各具特色，各各方面都彰显升降机行业繁荣景象。 然而，08 年 8 月受美国次贷危机的影响,全球经济市场出现内需萎缩。在中 国本土市场，受房地产下滑，以及各种不利因素影响，直接降低了升降机市场的 增幅，中国升降机市场风光大减。中国本土的升降机企业正经受着考验，迎来了 中国升降机发展史上第一个严冬，各大、中、小升降机企业为度过这个严冬都做 出了最大的努力。这个冬天虽然冷,但对加速中国升降机行业整合

16、，提高企业竞争 力，进一步适应国际市场是一种积极的推进。 纵观中国升降机业发展历程，升降机企业在飞速发展，不论是技术革新、企 业规模、管理方法，中国升降机企业的竞争力在加强。现在的局势正是对中国本 地升降机企业最严峻考验，有专家分析，全球金融危机虽然在短期内为中国经济 增长带来了负面影响，但长期来看，却不失为一次机遇与挑战并存的战略性转折 机会。企业需要理性的思索，并通过提高战略能力来掌控未来。 黑龙江八一农垦大学毕业设计 3 1.3 课题研究的目的意义及主要内容 1.3.1 课题研究的目的意义 运动仿真是 UG/CAE（Computer Aided Engineering）模块中的主要部分，

17、它能 对任何二维或三维机构进行复杂的运动学分析、动力分析和设计仿真。通过 UG/Modeling 的功能建立一个三维实体模型，利用 UG/Motion 的功能给三维实体 模型的各个部件赋予一定的运动学特性，再在各个部件之间设立一定的连接关系 既可建立一个运动仿真模型。UG/Motion 的功能可以对运动机构进行大量的装配 分析工作、运动合理性分析工作，诸如干涉检查、轨迹包络等，得到大量运动机 构的运动参数。通过对这个运动仿真模型进行运动学或动力学运动分析就可以验 证该运动机构设计的合理性，并且以利用图形输出各个部件的位移、坐标、加速 度、速度和力的变化情。 1.3.2 课题研究的主要内容 1、

18、对剪式升降台工艺结构的设计 2、UG 软件实现剪式升降台零件的建模 3、UG 软件实现剪式升降台的装配 4、UG 实现注剪式升降台的运动仿真 综合以上所述，本课题主要研究的重点是根据剪式升降平台的 UG 三维模型，基 于 UG 完剪式升降台的设计及建模过程。并实现相应的运动仿真。在此基础上，对 相应的结构进行结构分析，认识并了解相应的机构功能。并确定模具总体参数及 机构型式，定位方式和驱动方式，对模具工作部件的设计和计算。 2 剪叉式升降台的应用及其受力分析的讨论 2.1 剪叉式升降平台的三种结构形式 本讨论的目的通过分析气液动类的剪叉式升降平台机构特点，论述了设计时 应注意的问题及其应用范围

19、。气液动剪叉式升降平台具有制造容易、价格低廉、 坚实耐用、便于维修保养等特点。在民航、交通运输、冶金、汽车制造等行业逐 渐得到广泛应用。本设计中主要侧重于小型家用液压式的升降平台。在设计气液 动剪叉式升降平台的过程中，一般我们会考虑如下三种设计方案，如简图 2-1 所 示： 黑龙江八一农垦大学毕业设计 4 图 2-1 结构简图 图中表示气液动剪叉式升降平台的三种结构形式。长度相等的两根支撑杆 AB 和 MN 铰接于二杆的中点 E，两杆的 M、A 端分别铰接于平板和机架上，两杆的 B、N 端分别与两滚轮铰接，并可在上平板和机架上的导向槽内滚动。图中的三种 结构形式的不同之处在于驱动件液压缸的安装

20、位置不同。 图 a 中的驱动液压缸的下不固定在机架上，上部的活塞杆以球头与上平板球 窝接触。液压缸通过活塞杆使上平板铅直升降。 图 b 中的卧式液压缸活塞杆与支撑杆 MN 铰接于 N 处。液压缸驱动活塞杆控制 平台铅直升降。 图 c 中的液压缸缸体尾部与机架铰接于 G 处，活塞杆头部与支撑杆 AB 铰接于 F 处。液压缸驱动活塞杆可控制平台铅直升降。 按照液压缸的安装形式，称图 a 的形式为直立固定剪叉式结构，图 b 的形式 为水平固定剪叉式，图 c 的形式为双铰接剪叉式结构。 水平固定剪叉式机构，通过分析计算可知，平台的升降行程大于液压缸的行 程，在应用过程中可以实现快速控制升降的目的，但不

21、足之处是活塞杆受到横向 力的作用，影响密封件的使用寿命。而且活塞杆所承受的载荷力要比实际平台上 的载荷力要大的多。 2.2 水平固定式剪叉式升降平台机构的位置参数计算 由图 2-2 可知 黑龙江八一农垦大学毕业设计 5 图 2-2 位置参数示意图 （2- 21/2 sin(1 cos) , CLCL H ll 1） （2- 222 () cos; 2 TCl TC 2） 上式中： H任意位置时升降平台的高度； C任意位置时铰接点 F 到液压铰接点 G 的距离； L支撑杆的长度； 支撑杆固定铰支点 A 到铰接点 F 的距离；l T机架长度（A 到 G 点的距离） ； 活塞杆与水平线的夹角。 以下

22、相同。 将（2-2）式代入（2-1）式，并整理得 。 （2- 222 2 1/2 () 2 HLTCl l ClTC 3） 设代入（2-3）式得 00 /,/,C CH H 。 （2- 222 1/2 00 00 () ()2 2 HTClL l ClT C 4） 在（4）式中， 升降平台的初始高度； 0 H 液压缸初始长度。 0 C 剪叉式升降平台机构的运动参数计算： 是 F 点的绝对速度；是 B 点绝对速度；是 AB 支撑杆的速度； F V B V 1 是液压缸活塞平均相对速度；是升降平台升降速度。由图 3 可知： 1 V 2 V 1 11 1 1 1 2 , sin()sin(), ,

23、sin() cos cos, sin() F F B B Vl VVl V L VL l V L VV l 黑龙江八一农垦大学毕业设计 6 （2- 2 1 cos sin() VL Vl 。 5） 在（2-5）式中， 液压缸活塞平均相对运动速度； 1 V 升降平台升降速度； 2 V 支撑杆与水平线的夹角。 以下相同。 2.3 水平固定式剪叉式升降平台机构的动力参数计 P 是由液压缸作用于活塞杆上的推力，Q 是升降平台所承受的重力载荷。通过 分析机构受力情况并进行计算（过程省略）得出： 升降平台上升时 coscossincostan tan()() sin()222cossincos QLfLb

24、fbb Pbfb lf ； （2- 6） 升降平台下降时 coscossincostan tan()() sin()222cossincos QLfLbfbb Pbfb lf （2-6）式中， P液压缸作用于活塞杆的推力； Q升降平台所承受的重力载荷； f滚动摩擦系数； b载荷 Q 的作用线到上平板左铰支点 M 的水平距离。 由于滚动轮与导向槽之间为滚动摩擦，摩擦系数很小（f=0.01）,为简化计算， 或忽略不计。 2.4 针对性比较小实例： 如某自动生产线上， 需设计一种升降平台，要求升降平台最大升降行程应大 于 620mm，升降平台面最低高度应小于 300mm，最大承重载荷 0050kg

25、根据实际使用要求，我们选取了单作用柱塞缸式液压缸。液压缸初始长度 =595mm；最大行程=320mm。升降太机构尺寸：升降台面最低高度=281mm;机 0 C max S 0 H 架长度 T=1 200;支撑杆长度 L=1 230.5mm. 按照上述尺寸，结合以上公式分别对双铰接剪叉式和水平固定剪叉式两种结 构形式进行了计算。计算结果见表 1、表 2 和统计图（其中滚动摩擦忽略不计） 。 水平固定剪叉式结构公式如下： 黑龙江八一农垦大学毕业设计 7 22 1/2 () ; 2 tancos HLTS Plfb QL 。 其中，S液压缸的实际行程，T机架长度（A 点到 G 点的距离） 。 从计算

26、结果可以看出：在整体结构尺寸相同、液压缸行程相同的前提下，作 用在液压缸活塞杆上的最大推力,水平固定剪叉式结构大于双铰接剪叉式结构； m ax P 升降台最大行程，双铰接剪叉式结构大于水平固定剪叉式结构。hm ax 常适由于采用了双铰接剪叉式结构液压升降平台，在设备安装时避免了挖地 坑，不仅节省了费用，还给以后了设备维护和检修带来方便。 综上所述，气液动双铰接剪叉式结构液压升降平台整体尺寸较小，结构简单、 紧凑，节省投资；可获得缸体二倍以上的升降形成；非合于空间尺寸小、升降行 程大的场合，是一种值得推荐使用的升降机构。 2.5 水平固定式剪叉式升降平台机构中两种液压缸布置方式的 分析 刚刚我们

27、已经简单的分析并讨论了双铰接剪叉式液压升降平台机构与其他两 种机构的区别以及在实际应用中所存在的利和弊，但是在考虑各方面条件如单作 用柱塞式液压缸、双铰连接、双支撑杆、相同的升降平台等都不改变的基础之上， 能否将设计进行进一步的优化呢？ 为证明这一点，我们可以从该机构的布置方式考虑，将结构略改动一下。 缸常用我们可以从图上看出，液压缸的尾部是连接在右侧支撑杆活动的区域 的，液压缸的头部是连接在杆 1 的右端（偏向杆 1 的活动铰连接） 。因此，我们针 对实际升降台剪叉机构中液压的布置方式存在的问题，提出了另一种相对布置方 式，将液压缸布置在与之相对称的左侧，即与剪叉机构的固定支点在同一侧，来

28、进一步分析讨论。利用瞬时速度中心法和虚位移原理，推导出这两种布置方式液 压缸活塞运动速度与台面升降速度的关系式及活塞推力与台面荷重的关系式，并 对两种布置方式进行了分析比较，指出了它们各自的优缺点以及适用场合。根据 升降台剪叉机构的工程实例做了几何、运动和动力参数的对比计算和液压缸结构 参数的合理选择。 2.5.1 问题的提出： 液压缸驱动的剪叉机构再各种升降台中广泛应用，因安装的空间不同，其折 合后的高度也必然就不同，所以液压缸在剪叉机构内的布置要受到折合后高度的 约束。根据文献甘肃大学学报的有关液压缸驱动剪叉机构的运动学及动力学 分析一章，得知在这种布置方式的情况下，如图： 液压缸活塞运动

29、速度与台面升降速度的关系式为 黑龙江八一农垦大学毕业设计 8 （2- 22 2cos2sin() 2 cos y alal vv l 7） 活塞推力与台面荷重的关系式为 （2- 2 cos sin()sin() l PW al 8） 式中， 111 sin,tan tan,sin (sin2 ) 2 hlaa llad 。 以上两式的推导基于工程中常用的液压缸布置方式，即液压缸下支点与剪叉机构 的固定支点在同一侧，如上图。这种布置方式的优点是液压缸的有效行程比较短， 这在台面升程范围比较大的场合较为适用。存在的问题是在剪叉机构折合后的高 度 h 较小的情况下（即角较小） ，所需液压缸的推力将大

30、大增加。在液压缸最高 工作压力限定的情况下，这将使得所用的液压缸的直径增大，以致在折合后的剪 叉机构中难以布置；或采用两个直径较小的液压缸取代一个大直径的液压缸，不 过这将增加一对液压缸的支座，同时带来机械加工、液压缸安装以及液压系统的 复杂性，加大了整个装置的成本。 2.5.2 两种布置方式的分析和比较： 为了解决以上提出的问题，可考虑将液压缸反向布置（即采用第一种设计方 案） ，计算一下该方案的有关参数再将两者作以比较。 这里仍用瞬时速度中心法来求解活塞运动速度。杆上点、点的瞬时 转动中心为 F 点，D 点、A 点的速度为： 2 () D A vl vla 台面升降速度： cos2cos

31、yD vvl 点的运动速度： () 2 cos y A la v v l 活塞运动速度： （2-9） ()sin() cos 2 cos A la vv l 式中， 11 ()sin sin,tan 2()cos hla lLla 依据虚位移原理有： 代入式（） ，整理后得活塞推力： 式（）和式（）的正确性可以用机械能守恒原理来证明，即 y vPv W 黑龙江八一农垦大学毕业设计 9 将式（）与式（）进行比较，再各参数都相同的条件下，, , , , y l aW v 显然，液压缸布置再右侧时的推力较液压缸布置在左侧时小；而式（）与式 （）比较，则液压缸布置在右侧时的活塞速度较液压缸布置在左侧时

32、高。可见， 活塞推力的减小是以活塞速度的提高为代价换来的。 液压缸布置在剪叉机构的右侧，使得液压缸的活塞推力减小，这就可以选用 直径较小的液压缸，有利于液压缸在剪叉机构中的布置；带来的问题是液压缸的 有效行程较长，如果台面升程范围不大，液压缸行程的增加也是有限的。 2.5.3 实例计算 根据以上分析结果，结合实例进行对比计算，实例结构简图如图所示，其中 左右两侧分别为两种布置情况。 剪叉机构的结构尺寸： h=4001 200mm, =2 000mm,=535mm, =770mm,=3210mm.两种布置方式laef 主要参数计算结果见下表： 图表 2.1 参 数液压缸布置在左侧液压缸布置在右侧

33、 杆 FD 倾角 1 sin 2 h l 1 sin 2 h l 液压缸倾角 1 ()sin tan ()cos la lae 1 ()sin tan ()cos la fla 起始角/( ) 0 5.7395.739 起始角/( ) 0 20.23620.236 起始活塞速度 0 v0.185 y v0.279 y v 起始活塞推力 0 P5.42W3.58W 终止角/( ) max 17.45817.458 终止角/( ) max 50.47322.262 活塞有效行程 L/mm 253365 从统计表中的数值比较可以看出，液压缸在剪叉机构中的布置方式对其运动 参数和动力参数有着较明显的差

34、异。当起始角为最小值、时，活塞推力为最 0 0 大值。在台面荷重 W 相同的情况下，液压缸布置在右侧时的推力明显小于液压 0 P 缸布置在左侧时的情况，两者的比值为 0.66，而活塞的有效行程 L 则是液压缸布 置在右侧时较长，比在左侧时增加了 112mm。如果载荷量不是很大的话（即载荷 黑龙江八一农垦大学毕业设计 10 量 W1.5kN） ，这时可以考虑采用左侧的布置方案，因为这样可以缩短液压缸的 伸长长度。如果伸长度过大的话，不仅在材料上会有所浪费，而且在长期承受载 荷的同时也会相应的增大液压缸及活塞部分的弯曲应力。综合以上考虑，可以初 步设想采用液压缸布置在左侧的方案。而在该方案中活塞起

35、始的速度小于液压缸 布置在右侧时的速度，两者比值=0.66。为了弥补在速度方面的不足，以及/vv 左右 减小举升及整体的体积，可以考虑采用双级支撑杆共同举升平台以达到提升速度 的目的。 将两根支撑杆的右侧部分折合到左侧，产生四根相对比较短的支撑杆，即可 达到目的。 那么首先我们就要计算一下这样的设计方案所采用的液压缸的各项参数，然 后再根据已求得的各项参数来具体确定一下此方案是否合理。 下面按照本设计的基本要求，进一步选择合适的布置方案。为了使举升机使 用范围广泛，载荷更具有代表性，本设计首先建立了一个轿车模型，它的有关参 数是：车自重 1.5t, 宽 1.42m,高 1.1m,轴距 2.4m

36、。在载荷方面没有超出允许的范围 内，是可以采用该方案的。为了工作安全起见，要求举升机在各高度上工作时都 应自锁，完工后可原速或缓速下降，在空载时也可实现快速下降，这在下面的液 压系统回路分析中会探讨到。 为了便于维修人员在升降台底部维修，不仅要在升降高度方面要加以合理化， 还要留有维修人员站立维修的位置。为此，可以选择采用双升降台同步举升并采 用共同底板的方式以满足要求，此布置方案需要两个液压缸，16 根支撑杆举升。 为了增强其安全可靠性，可以设其总承载量为，则平21000 9 819600Wt.N 总 均每个升降台的承载量为。由于这样平均每个液压缸承受的台29800WW /N 总 面载荷仅为

37、 9800N，所以采用坐侧布置液压缸是完全可以的。 3 液压传动系统的设计计算 3.1 制定液压系统的基本方案 3.1.1 确定液压执行元件的形式 液压执行元件大体分为液压缸或液压泵。前者实现直线运动，后者完成回转 运动，二者的特点及适用场合见下表。 图表 3.1 名 称特 点适 用 场 合 双活塞杆液压缸双向对称双作用往复运动 单活塞杆液压缸有效工作面积大、双向 不对称 往返不对称的直线运动， 差动连接可实现快进， 黑龙江八一农垦大学毕业设计 11 A1=2A2 往返速度相等 柱塞缸结构简单单向工作，靠重力或其 他外力返回 摆动缸单叶片式转角小于 360 度 双叶片式转角小于 180 度 小

38、于 360 度的摆动 小于 180 度的摆动 齿轮泵结构简单，价格便宜高转速低扭矩的回转运 动 叶片泵体积小，转动惯量小高转速低扭矩动作灵敏 的回转运动 摆线齿轮泵体积小，输出扭矩大低速，小功率，大扭矩 的回转运动 轴向柱塞泵运动平稳、扭矩大、转 速范围宽 大扭矩的回转运动 径向柱塞泵转速低，结构复杂，输 出大扭矩 低速大扭矩的回转运动 注：A1无杆腔的活塞面积 A2有无杆腔的活塞面积 对于本设计实现单纯并且简单直线及回转运动的机构，可以采用齿轮式液压 泵及双活塞杆液压缸，这样不仅简化液压系统降低设备成本，而且能改善运动机 构的性能和液压执行元件的载荷状况。 3.1.2 确定液压缸的类型 工程

39、液压缸主要用于工程机械、重型机械、起重运输机械及矿山机械的液压 系统。根据主机的运动要求，按表 37-7-5 选择液压缸的类型为：直线运动单活塞 杆双作用缓冲式液压缸。其特点：活塞双向运动产生推、拉力。活塞行程终了时 减速制动，减速值不变。 3.2.3 缸盖联接的类型 按缸盖与缸体的联接方式，可分为外螺纹联接式、内卡键联接式及法兰联接 式三种。这里采用法兰联接。型号说明：P37-180 3.2.4 拟订液压执行元件运动控制回路 液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟订液压回路的核 心问题。方向控制用换向阀或是逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压 黑龙江八一农垦大学毕业设计

40、12 系统，大多数通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对于高压大流量的液压 系统，现多采用插装阀于先导控制阀的组合来实现。本设计剪叉式液压升降台其 特点：起升压力大，运行缓慢、平稳，能人工控制起升至某一固定高度时并保持 该高度自锁。 3.2.5 液压源系统 液压系统的工作介质完全由液压源提供，液压源的核心是液压泵。在无其他 辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经过溢流阀 回油箱，溢流阀同时起到开展并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是用变 量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。 为节省能源并提高效率，液压泵的供油量要尽量于系统所需流量相匹配。对 在工作循环各阶段中系

41、统所需油量相差较大的情况下，则采用多泵供油或变量泵 供油。对于本设计，由于工作周期短，循环次数少，供油量可以适当减少以节省 能源，采用单泵供油即可，不需蓄能器储存能量。 对于油液的净化：油液的净化装置在液压源中是必不可少的。一般泵的入口 要装有粗滤油器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精滤油器 再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁过滤或其他形式滤 油器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。 3.3 确定液压系统的主要参数 液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的 主要依据。压力决定于外载荷。流量取决于液压执行元

42、件的运动速度和结构尺寸。 3.3.1 载荷的组成与计算： 现在值还是一个未知量，但值的大小必须在之内，初步设定。aa/2l/4al 根据活塞推力与台面荷重量关系式得出 P=13.3W。 2 cos sin()sin() l PW al 若设的话，就得出 P=11.6W。通过二者比较，时，活塞的最大推力/3al/3al P 要小于时。即在值不变的条件下，与 P 是成反比的。但考虑到活塞/4ala 杆与支撑杆的铰接点 A 又不能太靠近两支撑杆的铰接点 B，否则将会在两处铰接 点产生很大的应力集中，以致降低疲劳强度。因此，应选比较合适。这时/3al 将代入公式得 ，/3al 6cos sin() 3

43、sin() PW tan2tan 当平台处于最低位置时，液压缸荷重 P 最大， 0 5 黑龙江八一农垦大学毕业设计 13 P=11.6W=11.6 9800=113680N。下面就根据载荷量来选取合适的液压缸。 图 3-3 液压缸 本图表示一个以液压缸为执行元件的液压系统计算简图。各有关参数标注于 图上，其中是作用在活塞杆上的外部载荷， 是活塞与缸壁以及活塞杆与导 w F m F 向套之间的密封阻力。作用在活塞杆是的外部载荷包括工作载荷 ，导轨的摩 g F 擦力和由于速度变化而产生的惯性力。 f F a F （1）工作载荷 常见的工作载荷有作用于活塞杆上轴线的重力、切削力、挤压力等，这些作 用

44、力的方向与活塞的运动方向相同为负，相反为正。在实际工作过程中，由于载 荷量较大，活塞自身的重力可以忽略不计，切削力与挤压力共同组成的外力即为 工作载荷，在图 3 中，=P。由于本设计按最大载荷量定为 2 吨来计算，所以 g F g F 每个液压缸=P=113680N。 g F （2）导轨摩擦载荷 f F 对于直动型安装的液压缸一般都附有活塞导轨以固定其运动方向，导轨摩擦 相对于总载荷可以忽略不计，因此=0。 f F （3）惯性载荷 a F ，。 a Fma v a t 速度变化量 m/sv 起动或制动时间，s。一般机械=0.10.5s，对轻度载荷低速运动部件取t 小值，对重载荷高速部件取大值。

45、行走机械一般取=0.51.5s 加速度a 2 /m s 初步选定速度变化量=0.16m/s，=0.6s，则=0.27，vt v a t 0.16 0.6 2 /m s 2 /2 0.27270 a FmatN 以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷， w F 。1136800270113950 wgfa FFFFN 起动加速时 ， 稳态运动时 ， 减速制动时 wgfa FFFF wgf FFF 。 wgfa FFFF 黑龙江八一农垦大学毕业设计 14 工作载荷并非每阶段都存在，如该阶段没有工作，则=0。但在计算和校 g F g F 核时，应按照最大值取。 除了外载荷外，作用于活塞上的载荷 F 还包

46、括液压缸密封处的摩擦阻力， w F m F 由于各种液压缸的密封材质和密封形式不同，密封阻力难以精确计算，一般估算 为 式中液压缸的机械效率，一般取 0.900.95，这里取(1) mm FP m 0.95， 113590 119568 0.95 w m F FN 3.3.2 计算液压缸的主要结构尺寸 液压缸的相关参数和结构尺寸 液压缸有关的设计参数见图所示： 图 3-4 液压缸设计参数 图 a 为液压缸活塞杆工作在受压状态，图 b 表示活塞杆受拉状态。 活塞杆受压时 1122 w m F Fp Ap A 活塞杆受拉时 式中 1221 w m F Fp Ap A 无杆腔活塞有效工作面积 2 1

47、 4 AD 2 m 有杆腔活塞有效工作面积 22 2 () 4 ADd 2 m 液压缸工作腔压力 Pa 1 p 液压缸回油腔压力 Pa，其值根据回路的具体情况而定，一般可以按 2 p 照下表估算 D活塞直径 m d活塞杆直径 m 图表 3.3 执行元件背压力表 系 统 类 型背 压 力 MPa 简单系统或轻载节流调速系 统 0.20.5 回油带调速阀的系统0.40.6 回油路设置有背压阀的系统0.51.5 用补油泵的闭式回路0.81.5 黑龙江八一农垦大学毕业设计 15 回油路较复杂的工程机械1.23 回油路较短，可直接回油路可忽略不计 在这里我们取背压力值 2 0.2pMPa 在本设计中，液压缸不存在受拉的状态，所以只考虑其收压。一般液压缸在 收压状态下工作时，其活塞面积为： 21 1 1 Fp A A p 用运此公式须事先确定与的关系，或是活塞杆径 d 与活塞直径 D 的关系， 1 A 2 A 令杆径比=d/D，其比值可按下表选取。 按工作压力选取 d/D 图表 3.4 工作压力 MPa5.05.07.07.0 d/D0.50.530.620.70.7 按速度比要求确定 d/D 图表 3.5 （） 21 /vv1.251.331.460.1612 d/D0.40.50.550.620.71 注：速度比 ，为活塞两侧有效面积与之比。 1 A 2 A 即如按工作压力应选取 d