剪叉式液压升降机设计(文档良心出品).pdf

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1、液压升降台设计 - 1 - 1.前 言 1.1课 题 研 究 的 目 的 和 意 义 升降机是一种升降性能好，适用范围广的货物举升机构，可用于生产流水线高度差 设备之间的货物运送，物料上线，下线，共件装配时部件的举升，大型机库上料，下 料，仓储装卸等场所，与叉车等车辆配套使用，以及货物的快速装卸等。它采用全液压 系统控制，采用液压系统有以下特点： （ 1 ）在同等的体积下，液压装置能比其他装置产生更多的动力，在同等的功率 下，液压装置的体积小，重量轻，功率密度大，结构紧凑，液压马达的体积和重量只有 同等功率电机的12%。 （ 2 ）液压装置工作比较平稳，由于重量轻，惯性小，反应快，液压装置易于

2、实现 快速启动，制动和频繁的换向。 （ 3 ）液压装置可在大范围内实现无级调速，（调速范围可达到2000 ） ， 还可以在 运行的过程中实现调速。 （ 4 ）液压传动易于实现自动化，他对液体压力，流量和流动方向易于进行调解或 控制。 （ 5 ）液压装置易于实现过载保护。 （ 6 ）液压元件以实现了标准化，系列化，通用化，压也系统的设计制造和使用都 比较方便。 当然液压技术还存在许多缺点，例如，液压在传动过程中有较多的能量损失，液压 传动易泄露，不仅污染工作场地，限制其应用范围，可能引起失火事故，而且影响执行 部分的运动平稳性及正确性。对油温变化比较敏感，液压元件制造精度要求较高，造价 昂贵，出

3、现故障不易找到原因，但在实际的应用中，可以通过有效的措施来减小不利因 素带来的影响。 1.2国 内 研 究 状 况 及 发 展 前 景 我国的液压技术是在新中国成立以后才发展起来的。自从1952年试制出我国第一个 液压元件齿轮泵起，迄今大致经历了仿制外国产品，自行设计开发和引进消化提高 等几个阶段。 进年来，通过技术引进和科研攻关，产品水平也得到了提高，研制和生产出了一些 液压升降台设计 - 2 - 具先进水平的产品。 目前，我国的液压技术已经能够为冶金、工程机械、机床、化工机械、纺织机械等 部门提供品种比较齐全的产品。 但是，我国的液压技术在产品品种、数量及技术水平上，与国际水品以及主机行业

4、 的要求还有不少差距，每年还需要进口大量的液压元件。 今后，液压技术的发展将向着一下方向： （ 1 ）提高元件性能，创制新型元件，体积不断缩小。 （ 2 ）高度的组合化，集成化，模块化。 （ 3 ）和微电子技术结合，走向智能化。 总之，液压工业在国民经济中的比重是很大的，他和气动技术常用来衡量一个国家 的工业化水平。 2.工 艺 参 数 及 工 况 分 析 2.1 升 降 机 的 工 艺 参 数 本设计升降机为全液压系统，相关工艺参数为： 额定载荷 ： 2500kg 最低高度：500 mm 最大起升高度：1500mm 最大高度：1700mm 平台尺寸：4000x2000mm 电源：380v,5

5、0Hz 2.2工 况 分 析 本升降机是一种升降性能好，适用范围广的货物举升机构，和用于生产流水线高度 差设备之间的货物运送，物料上线、下线。工件装配时调节工件高度，高出给料机运 送，大型部件装配时的部件举升，大型机库上料、下料。仓储，装卸场所，与叉车等 装运车辆配套使用，即货物的快速装卸等。 该升降台主要有两部分组成：机械系统和液压系统。机械机构主要起传递和支撑作 用，液压系统主要提供动力，他们两者共同作用实现升降机的功能。 3.升 降 机 机 械 机 构 的 设 计 和 计 算 液压升降台设计 - 3 - 3.1 升 降 机 机 械 结 构 形 式 和 运 动 机 理 根据升降机的平台尺寸

6、 4000 2000mm ，参考国内外同类产品的工艺参数可知， 该升降机宜采用单双叉机构形式：即有两个单叉机构升降台合并而成，有四个同步液压 缸做同步运动，以达到升降机升降的目的。其具体结构形式 2 1 3 4 5 6 0 ba 图 3.1 图 3.1 所示即为该升降机的基本结构形式，其中1 是工作平台，2 是活动铰链，3 为固定铰链，4 为支架，5 是液压缸，6 为底座。在1 和 6 的活动铰链处设有滑道。4 主要起支撑作用和运动转化形式的作用，一方面支撑上顶板的载荷，一方面通过其铰接 将液压缸的伸缩运动转化为平台的升降运动，1 与载荷直接接触，将载荷转化为均布载 荷，从而增强局部承载能力。

7、下底架主要起支撑和载荷传递作用，它不仅承担着整个升 降机的重量，而且能将作用力传递到地基上。通过这些机构的相互配合，实现升降机的 稳定和可靠运行。 两支架在0 点铰接，支架4 上下端分别固定在平台和底座上，通过活塞杆的伸缩和 铰接点 0 的作用实现货物的举升。 3.2 升 降 机 的 机 械 结 构 和 零 件 设 计 3.2.1 升 降 机 结 构 参 数 的 选 择 和 确 定 根据升降台的工艺参数和他的基本运动机理来确定支架4 的长度和截面形状, 升降 台达要求高度时铰链a 、 b 的距离其液压缸的工作行程。 液压升降台设计 - 4 - 设 ab=x ( 01xm ) ，则 4 支架的长

8、度可以确定为2,(1.5) 2 x hhm, 即支 架和地板垂直时的高度应大于 1.5m , 这样才能保证其最大升降高度达到 1.5m ，其运 动过程中任意两个位置的示意图表示如下： N1 N M1 M O1 B1B C1 C A O2 图 3.4 设支架都在其中点处绞合，液压缸顶端与支架绞合点距离中点为t ,根据其水平位 置的几何位置关系可得： 4 0 4 x t . 下面根据几何关系求解上述最佳组合值： 初步分析：x值范围为01xx, 取值偏小，则工作平台ab点承力过大，还会 使支架的长度过长，造成受力情况不均匀。X值偏小，则会使液压缸的行程偏大，并且 会造成整个机构受力情况不均匀。在该设

9、计中，可以选择几个特殊值：x=0.4m, x=0.6m, x=0.8m ，分别根据数学关系计算出h 和 t 。然后分析上下顶板的受力情 况。选取最佳组合值便可以满足设计要求。 （1）x=0.4 支架长度为h=2-x/2=1.8m 2 O C=h/2=0.9m 液压升降台设计 - 5 - 液压缸的行程设为l, 升降台上下顶板合并时，根据几何关系可得到： l+t=0.9 升降台完全升起时，有几何关系可得到： 222 1.80.9951.5 cos 2 1.80.995 = 222 (0.9)0.955(2 ) 2(0.9)2 tl tl 联合上述方程求得： t=0.355m l=0.545m 即液

10、压缸活塞杆与2 杆绞合点与2 杆中心距为0.355m. 活塞行程为0.545m （2）x=0.6 支架长度为=2-x/2=1.7m 2 O C=h/2=0.85m 液压缸的行程设为l, 升降台上下顶板合并时，根据几何关系可得到： l+t=0.9 升降台完全升起时，有几何关系可得到： 222 1.70.81.5 cos 2 1.70.8 = 222 (0.85)0.8(2 ) 20.8(0.85) tl t 联合上述方程求得： t=0.32m l=0.53m 即液压缸活塞杆与2 杆绞合点与2 杆中心距为0.32m. 活塞行程为0.53m （3）x=0.8 支架长度为=2-x/2=1.6m 液压升

11、降台设计 - 6 - 2 O C=h/2=0.8m 液压缸的行程设为l, 升降台上下顶板合并时，根据几何关系可得到： l+t=0.9 升降台完全升起时，有几何关系可得到： 222 1.60.5571.5 cos 2 1.60.557 = 222 (0.8)0.557(2 ) 2 (0.8)0.557 tl t 联合上述方程求得： t=0.284m l=0.516m 即液压缸活塞杆与2 杆绞合点与2 杆中心距为0.284m. 活塞行程为0.516m 现在对上述情况分别进行受力分析： （4）x=0.4m ,受力图如下所示： （5）x=0.6m ,受力图如下所示 液压升降台设计 - 7 - （6）x

12、=0.8m ,受力图如下所示 比较上述三种情况下的载荷分布状况，x 取小值，则升到顶端时，两相互绞合的 支架间的间距越大，而此时升降台的载荷为均布载荷，有材料力学理论可知，此时两支 架中点出所受到的弯曲应力为最大，可能会发生弯曲破坏，根据材料力学中提高梁的弯 曲强度的措施 max max M w 知，合理安排梁的受力情况，可以降低 max M值，从而改善提高其承载能力。分析上述 x=0.4m.x=0.6m,x=0.8m时梁的受力情况和载荷分布情况，可以选择第二种情况，即 x=0.6m时的结构作为升降机a 的最终值，由此便可以确定其他相关参数如下： t=0.32m. l=0.53m, h=1.7

13、m 3.2.2 升 降 机 支 架 和 下 底 板 结 构 的 确 定 3.2.2.1 上 顶 板 结 构 和 强 度 校 核 上顶板和载荷直接接触，其结构采用由若干根相互交叉垂直的热轧槽钢通过焊接形 液压升降台设计 - 8 - 式焊接而成，然后在槽钢的四个侧面和上顶面上铺装4000x2000x3mm的钢板，其结构形 式大致如下所示： 图 3.7 沿平台的上顶面长度方向布置4 根16号热轧槽钢，沿宽度方向布置6 根 10号热轧槽 钢，组成上图所示的上顶板结构。在最外缘延长度方向加工出安装上下支架的滑槽。以 便上下支架的安装。滑槽的具体尺寸根据上下支架的具体尺寸和结构而定。 沿长度方向的4 根

14、16号热轧槽钢的结构参数为 1 hbdtrr=160 65 8.5 10 10.0 5.0mm, 截面面积为 2 25.162cm，理 论重量为19.752/kg m，抗弯截面系数为 3 117cm。沿宽度方向的6 根 10号热轧槽钢的 结构参数为 1 hbdtrr=100 48 5.3 8.5 8.5 4.2mm, 截面面积为 2 12.784cm，理论重量为10.007/kgm，抗弯截面系数为 3 39.7cm。 其质量分别为： 4 根 16号热轧槽钢的质量为： 1 44 19.752316mkg 6 根 10号热轧槽钢的质量为： 2 62 10.007120mkg 菱形钢板质量为： 3

15、4225.6204.8mkg 3.2.2.2 强 度 校 核 升降台上顶板的载荷是作用在一平台上的，可以认为是一均布载荷，由于该平板上 液压升降台设计 - 9 - 铺装汽车钢板，其所受到的载荷为额定载荷和均布载荷之和，其载荷密度为： F q l F 钢板和额定载荷重力之和。单位 N l 载荷的作用长度。单位m,沿长度方向为16m,宽度方向为12m. 其中 12 F=(m)mgG额载 带入数据得：F=29604N 沿长度方向有： F q l 带入数据有： 29604 1850 44 qN 分析升降机的运动过程，可以发现在升降机刚要起升时和升降机达到最大高度时， 会出现梁受弯矩最大的情况，故强度校

16、核只需要分析该状态时的受力情况即可，校核 如下： 其受力简图为： 该升降台有8 个支架，共有8 个支点，假设每个支点所受力为N，则平很方程可列 为： 0Y即80NF 将 29604 2 FN带入上式中：1850NN 根据受力图，其弯矩图如下所示： 液压升降台设计 - 10 - AB段：( ) 2 q M xNxx =1850-925 2 x（01.7xm） BC段： 2 ( )(1.7) 2 q M xNxN xx =3700x-3145-925 2 x（1.72.3xm） CD段与 AB段对称。 由弯矩图可知该过程中的最大弯矩为： max 1850Nm 根据弯曲强度理论： max max m

17、ax s M Wn 即梁的最大弯曲应力应小于其许用弯曲应力。 式中： W 抗弯截面系数 3 m 沿长度方向为16号热轧槽钢 63 11710Wm S 钢的屈服极限255 s MPa n 安全系数 n=3 代入数据： max 6 1850 15.8 11710 s MPa n =85MPa 液压升降台设计 - 11 - 由此可知，强度符合要求。 升降台升到最高位置时，分析过程如下： 与前述相同： 1850NN 弯矩如下： FA 段： 2 ( ) 2 q Mxx (01.7xm) =925 2 x AB 段： 2 ( )(0.9) 2 q MxN xx (0.91.7xm) = 2 1850166

18、5925xx BC段： 2 ( )(0.9)(1.7) 2 q MxN xN xx (1.72.3xm) = 2 37004810925xx CD 段与 AB段对称， AF段和 DE 段对称. 由弯矩图可知该过程中的最大弯矩为： max 1193.5Nm 根据弯曲强度理论： max max s M Wn 即梁的最大弯曲应力应小于其许用弯曲应力。 式中： W 抗弯截面系数单位 3 m沿长度方向为16号热轧槽钢 63 11710Wm S 钢的屈服极限255 s MPa 液压升降台设计 - 12 - n 安全系数 n=3 代入数据： max6 1193.25 10.2 11710 s MPa n =

19、85MPa 由计算可知，沿平台长度方向上4 根 16 号热轧槽钢完全可以保证升降台的强度要 求。 同样分析沿宽度方向的强度要求： 均布载荷强度为： F q l F 钢板及 16号槽钢与载荷重力 l 载荷作用长度 2x6=12m 带入相关数据，2307/qNm 受力图和弯矩图如下所示： ( ) 2 q MxNxx（02xm） = 2 18501153.5x 由弯矩图知： max 696.5MNm 最大弯曲应力为： max max 17.6 M MPa W 故宽度方向也满足强度要求。 3.2.2.3支 架 的 结 构 支架由8 根形状基本相同的截面为矩形的钢柱组成，在支架的顶端和末端分别加工 出圆

20、柱状的短轴，以便支架的安装。支架在升降机结构中的主要功能为载荷支撑和运动 转化，将液压缸的伸缩运动，通过与其铰合的支点转化为平台的升降运动，支架的结构 除应满足安装要求外，还应保证有足够的刚度和强度，一时期在升降运动中能够平稳安 全运行。 液压升降台设计 - 13 - 每根支架的上顶端承受的作用力设为N. 则有等式： 123 8()NmmmgG额载 求得：N=3848N 分析支架的运动形式和受力情况，发现支架在运动过程中受力情况比较复杂，它与 另一支架铰合点给予底座的固定点的受里均为大小和方向为未知的矢量，故该问题为超 静定理论问题，已经超出本文的讨论范围，本着定性分析和提高效率的原则，再次宜

21、简 化处理，简化的原则时去次留主，即将主要的力和重要的力在计算中保留，而将对梁的 变形没有很大影响的力忽略不计，再不改变其原有性质的情况下可以这样处理。根据甘 原则，再次对制假所收的力进行分析，可以看出与液压缸顶杆联结点的力为之家所受到 的最主要的力，它不仅受液压缸的推力，而且还将受到上顶班所传递的作用力，因此， 与液压缸顶杆相连接的支架所厚道的上顶板的力为它所受到的最主要的力，在此，将其 他的力忽略，只计算上顶板承受的由载荷和自重所传递的载荷力。 计算简图如下所示： 图 3.11 N所产生的弯矩为：MN L N每个支架的支点对上顶板的作用力单位 N L 液压缸与支架铰合点距支点之间的距离单位

22、 m 代入数据：3848 0.532039MNm 假定改支架为截面为长为a, 宽为 b 的长方形，则其强度应满足的要求是： max max s M Wn 液压升降台设计 - 14 - 式中： M 支架上所受到的弯矩单位 Nm W 截面分别为a,b 的长方形抗弯截面系数 2 3 6 a b Wm s n 1.5n s 所选材料为碳素结构钢235Q235 S MPa 将数据代入有： 292035 235 a b 求得： 23 78a bcm 上式表明：只要截面为a,b 的长方形满足条件 23 78a bcm，则可以满足强度要 求，取5,3.5acm bcm，则其 233 87.578a bcmcm

23、符合强度要求。 这些钢柱的质量为： 43 4 883.55 107.9101.7188mabhKg 支架的结构还应该考虑装配要求，液压缸活塞杆顶端与支架采用耳轴结构连接，因 此应在两支架之间加装支板，以满足动力传递要求。 3.2.2.4 升 降 机 底 座 的 设 计 和 校 核 升降机底座在整个机构中支撑着平台的全部重量，并将其传递到地基上，他的设计 重点是满足强度要求即可，保证在升降机升降过程中不会被压溃即可，不会发生过大大 变形，其具体参数见装配图。 4.升 降 机 系 统 的 设 计 要 求 液压系统的设计在本升降台的设计中主要是液压传动系统的设计，它与主机的设计 是紧密相关的，往往要

24、同时进行，所设计的液压系统应符合主机的拖动、循环要求。还 应满足组成结构简单，工作安全可靠，操纵维护方便，经济性好等条件。 本升降台对液压系统的设计要求可以总结如下： 升降台的升降运动采用液压传动，可选用远程或无线控制，升降机的升降运动由液 压缸的伸缩运动经转化而成为平台的起降，其工作负载变化范围为02500Kg，负载平 稳，工作过程中无冲击载荷作用，运行速度较低，液压执行元件有四组液压缸实现同步 运动，要求其工作平稳，结构合理，安全性优良，使用于各种不同场合，工作精度要求 一般 . 5.执 行 元 件 速 度 和 载 荷 液压升降台设计 - 15 - 5.1 执 行 元 件 类 型 、 数

25、量 和 安 装 位 置 类型选择： 表 5.1 执行元件类型的选择 运动形式 往复直线运动回转运动往复摆动 短行程长行程高速低速 摆动液压马达执行元件的 类型活塞缸 柱塞缸 液压马达和丝杠 螺母机构 高速液 压马达 低速液 压马达 根据上表选择执行元件类型为活塞缸，再根据其运动要求进一步选择液压缸类型为 双作用单活塞杆无缓冲式液压缸，其符号为： 图 5.1 数量：该升降平台为双单叉结构，故其采用的液压缸数量为4 个完全相同的液压 缸，其运动完全是同步的，但其精度要求不是很高。 安装位置：液压缸的安装方式为耳环型，尾部单耳环，气缸体可以在垂直面内摆 动，安装的位置为图3.6 所示的前后两固定支架

26、之间的横梁之上，横梁和支架组成为一 体，通过横梁活塞的推力逐次向外传递，使升降机升降。 5.2速 度 和 载 荷 计 算 5.2.1 速 度 计 算 及 速 度 变 化 规 律 参考国内升降台类产品的技术参数可知。最大起升高度为1500mm 时，其平均起升时 液压升降台设计 - 16 - 间为 45s ，就是从液压缸活塞开始运动到活塞行程末端所用时间大约为45s ，设本升降 台的最小气升降时间为40s, 最大起升时间为50s ，由此便可以计算执行元件的速度v: l v t 式中： v 执行元件的速度单位 m/s L 液压缸的行程单位 m t 时间单位 s 当40ts时： max min 0.5

27、3 40 l v t =0.01325/m s 当 50ts 时： min 0.53 0.0106/ 40 l vm s t 液压缸的速度在整个行程过程中都比较平稳，无明显变化，在起升的初始阶段到运 行稳定阶段，其间有一段加速阶段，该加速阶段加速度比较小，因此速度变化不明显， 形成终了时，有一个减速阶段，减速阶段加速度亦比较小，因此可以说升降机在整个工 作过程中无明显的加减速阶段，其运动速度比较平稳。 5.2.2执 行 元 件 的 载 荷 计 算 及 变 化 规 律 执行元件的载荷即为液压缸的总阻力，油缸要运动必须克服其阻力才能运行，因此 在次计算油缸的总阻力即可，油缸的总阻力包括：阻碍工作运

28、动的切削力F切，运动部 件之间的摩擦阻力F磨，密封装置的摩擦阻力F 密 ，起动制动或换向过程中的惯性力 F 惯 ，回油腔因被压作用而产生的阻力F背，即液压缸的总阻力也就是它的最大牵引 力： F=+FFFFF切 磨密惯背 （ 1 ）切削力。根据其概念：阻碍工作运动的力，在本设计中即为额定负载的重力 和支架以及上顶板的重力： 其计算式为：FFFF切 额载支架上顶板 （ 2 ）摩擦力。各运动部件之间的相互摩擦力由于运动部件之间为无润滑的钢- 钢 液压升降台设计 - 17 - 之间的接触摩擦，取0.15， 其具体计算式为： 1234 FG=mmmmg+G +磨额载 （+） 式中各符号意义同第三章。 （

29、 3 ）密封装置的密封阻力。根据密封装置的不同，分别采用下式计算： O形密封圈：F0.03F F- 密 液压缸的推力 Y形密封圈： 1 F =fpdh 密 f 摩擦系数，取f0.01 p 密封处的工作压力单位 Pa d 密封处的直径单位 m 1 h密封圈有效高度单位 m 密封摩擦力也可以采用经验公式计算，一般取F0 0501F 密 （ .-. ） （ 4 ）运动部件的惯性力。 其计算式为： FGvv Fma gtgt 切 惯 式中： G 运动部件的总重力单位 N g 重力加速度单位 2 m / s v 启动或制动时的速度变量单位 m/s t起动制动所需要的时间单位 s 对于行走机械取 2v 0

30、.51.5m /s t ，本设计中取值为 2 0.4m/ s （ 5 ）背压力。背压力在此次计算中忽略，而将其计入液压系统的效率之中。 由上述说明可以计算出液压缸的总阻力为： F=+FFFF切 磨密惯 = 1234123 (mmmm )gG(mmm )gG 额载额载 Fv 0.05F gt 切 切 =(204.8+316+120+188+2500)x9.8+0.15(204.8+316+120)x 9.8+(204.8+316+120+188+2500)x0.4+(204.8+316+120+188+2500) 液压升降台设计 - 18 - 9.80.05 =40KN 液压缸的总负载为40KN

31、，该系统中共有四个液压缸个液压缸，故每个液压缸需要克 服的阻力为10KN。 该升降台的额定载荷为2500Kg ，其负载变化范围为0 2500Kg ，在工作过程中无 冲击负载的作用，负载在工作过程中无变化，也就是该升降台受恒定负载的作用。 6.液 压 系 统 主 要 参 数 的 确 定 6.1 系 统 压 力 的 初 步 确 定 液压缸的有效工作压力可以根据下表确定： 表 6.1 液压缸牵引力与工作压力之间的关系 牵引力 F （ KN ）50 工作压力P（ MPa）5-7 由于该液压缸的推力即牵引力为10KN ，根据上表，可以初步确定液压缸的工作压力 为： p=2MPa 。 6.2 液 压 执

32、行 元 件 的 主 要 参 数 6.2.1液 压 缸 的 作 用 力 液压缸的作用力及时液压缸的工作是的推力或拉力，该升降台工作时液压缸产生向 上的推力，因此计算时只取液压油进入无杆腔时产生的推力： F= 2 cm pD 4 式中： p 液压缸的工作压力 Pa 取 p= 5 (20-3)10 Pa D 活塞内径单位 m 0.09m cm 液压缸的效率 0.95 液压升降台设计 - 19 - 代入数据: F = 325 (90 10)(203)100.95 4 F = 10.3KN 即液压缸工作时产生的推力为10.3KN。 表 6.1 回路特点 进油路调速 进油路调速 回油装被压阀 回油路调速

33、背压值 1-2x10 2-5x10 6-10x10 系统被压经验数据 6.2.2 缸 筒 内 径 的 确 定 该液压缸宜按照推力要求来计算缸筒内经，计算式如下： 要求活塞无杆腔的推力为F 时，其内径为： 4 cm F D p 式中： D 活塞杆直径缸筒内经单位 m F 无杆腔推力单位 N P 工作压力单位 MPa cm 液压缸机械效率 0.95 代入数据： 液压升降台设计 - 20 - D= 3 4 10 10 2 100.95 =0.083m D= 83mm 取圆整值为 D=90mm 液压缸的内径，活塞的的外径要取标注值是因为活塞和活塞杆还要有其它的零件相 互配合，如密封圈等，而这些零件已经

34、标准化，有专门的生产厂家，故活塞和液压缸的 内径也应该标准化，以便选用标准件。 6.2.3 活 塞 杆 直 径 的 确 定 （ 1 ）活塞杆直径根据受力情况和液压缸的结构形式来确定 受拉时：(0.30.5)dD 受压时：5pMPa(0.30.5)dD 5p7MPa (0.50.7)dD p7MPa0.7dD 该液压缸的工作压力为为：p=2MPa,5MPa, 取 d=0.5D,d=45mm 。 （ 2 ）活塞杆的强度计算 活塞杆在稳定情况下，如果只受推力或拉力，可以近似的用直杆承受拉压载荷的简 单强度计算公式进行： 6 2 10 4 F d 式中： F 活塞杆的推力单位 N d 活塞杆直径单位

35、m 材料的许用应力单位 MPa 活塞杆用 45号钢 ,340,2.5 s s MPa n n 代入数据： 36 32 10 10104 3.14(45 10) =6.3MPa 活塞杆的强度满足要求。 （ 3 ）稳定性校核 该活塞杆不受偏心载荷，按照等截面法，将活塞杆和缸体视为一体，其细长比为： 液压升降台设计 - 21 - L mn K 时， 2 2K nEJ F L 在该设计及安装形式中，液压缸两端采用铰接，其值分别为： 1,85,1260nmLmm 4 Jd K A 将上述值代入式中得： L mn K 故校核采用的式子为： 2 2 K nEJ F L 式中： n=1 安装形式系数 E 活塞

36、杆材料的弹性模量钢材取 11 2.1 10EPa J 活塞杆截面的转动惯量 4 64 d J L 计算长度 1.06m 代入数据： 21134 2 3.142.1 103.14(45 10) 64 1.06 K F =371KN 其稳定条件为： K K F F n 式中： K n稳定安全系数，一般取 K n=24 取 K n=3 F 液压缸的最大推力单位 N 代入数据： 371 3 K K F n =123KN 故活塞杆的稳定性满足要求。 6.2.4 液 压 缸 壁 厚 ， 最 小 导 向 长 度 ， 液 压 缸 长 度 的 确 定 液压升降台设计 - 22 - 6.2.4.1 液 压 缸 壁

37、 厚 的 确 定 液压缸壁厚又结构和工艺要求等确定，一般按照薄壁筒计算，壁厚由下式确定： 2 Y P D 式中： D 液压缸内径单位 m 缸体壁厚单位 cm Y P液压缸最高工作压力单位 Pa 一般取 Y P= （ 1.2-1.3） p 缸体材料的许用应力钢材取100 110MPa 代入数据： 6 6 1.32 109 0.117 2 100 10 cm 考虑到液压缸的加工要求，将其壁厚适当加厚，取壁厚3mm。 6.2.4.2 最 小 导 向 长 度 活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到导向滑动面中点的距离为活塞的最小导向 长度 H，如下图所示，如果最小导向长度过小，将会使液压缸的初始挠度增大

38、，影响其 稳定性，因此设计时必须保证有最小导向长度，对于一般的液压缸，液压缸最大行程为 L ，缸筒直径为D时，最小导向长度为： 图 6.1 202 LD H 液压升降台设计 - 23 - 即 53090 71.5 202 Hcm取为 72cm 活塞的宽度一般取(0.60.1)BD，导向套滑动面长度A，在D80mm 时，取A=(0.6-1.0)D，在D=80mm时，取A=(0.6-1.0)d，当导向套长度不够时， 不宜过分增大A 和 B，必要时可在导向套和活塞之间加一隔套，隔套的长度由最小导向 长度 H确定。 6.2.5 液 压 缸 的 流 量 液压缸的流量余缸径和活塞的运动有关系，当液压缸的供

39、油量Q不变时，除去在形 程开始和结束时有一加速和减速阶段外，活塞在行程的中间大多数时间保持恒定速度 m v，液压缸的流量可以计算如下： cv vA Q 式中： A 活塞的有效工作面积对于无杆腔 2 4 AD cv 活塞的容积效率采用弹形密封圈时 cv =1，采用活塞 环时 cv =0.98 max max cv Av Q max v为液压缸的最大运动速度单位 m/s 代入数据： 2 3.140.90.1325 605.16/ min 0.984 max QL 2 min 3.140.90.106 604.13/min 0.984 QL 即液压缸以其最大速度运动时，所需要的流量为5.16 /mi

40、nL，以其 最小运动速度运动时，所需要的流量为4.13 / minL。 7.液 压 系 统 方 案 的 选 择 和 论 证 液压系统方案是根据主机的工作情况，主机对液压系统的技术要求，液压系统的工 作条件和环境条件，以成本，经济性，供货情况等诸多因素进行全面综合的设计选择， 液压升降台设计 - 24 - 从而拟订出一个各方面比较合理的，可实现的液压系统方案。其具体包括的内容有：油 路循环方式的分析与选择，油源形式的分析和选择，液压回路的分析，选择，合成，液 压系统原理图的拟定。 7.1 油 路 循 环 方 式 的 分 析 和 选 择 油路循环方式可以分为开式和闭式两种，其各自特点及相互比较见下

41、表： 表 7.1 油液循环方式 散 热 条 件 抗 污 染 性 系 统 效 率 其 它 限速制动形式 开 式 较方便，但油箱较大 较差，但可用压力油箱或其它改善 管路压力损失较大，用节流调速效率 低 对泵的自吸性能要求较高 用平衡阀进行能耗限速，用制动阀进 行能耗制动，可引起油液发热 闭 式 管路压力损失较小，容积调速效率高 对主泵的自吸性能要求低 较好，但油液过滤要求高 较好，需用辅泵换油冷却 液压泵由电机拖动时，限速及制动过程 中拖动电机能向电网输电，回收部分能 量 开式系统和闭式系统的比较 油路循环方式的选择主要取决于液压系统的调速方式和散热条件。 比较上述两种方式的差异，再根据升降机的

42、性能要求，可以选择的油路循环方式为 开式系统，因为该升降机主机和液压泵要分开安装，具有较大的空间存放油箱，而且要 求该升降机的结构尽可能简单，开始系统刚好能满足上述要求。 油源回路的原理图如下所示： 液压升降台设计 - 25 - 1 34 2 56 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 油 缸 过 滤 器 温 度 计 液 位 计 压 力 表 溢 流 阀 液 压 泵 电 动 机 图 7.1 7.2 开 式 系 统 油 路 组 合 方 式 的 分 析 选 择 当系统中有多个液压执行元件时，开始系统按照油路的不同连接方式又可以分为串 联，并联，独联，以及它们的组合-复联等。 串联方式是除了第一个液

43、压元件的进油口和最后一个执行元件的回油口分别与液压 泵和油箱相连接外，其余液压执行元件的进，出油口依次相连，这种连接方式的特点是 多个液压元件同时动作时，其速度不随外载荷变化，故轻载时可多个液压执行元件同时 液压升降台设计 - 26 - 动作。 7.3 调 速 方 案 的 选 择 调速方案对主机的性能起决定作用，选择调速方案时，应根据液压执行元件的负载 特性和调速范围及经济性等因素选择。 常用的调速方案有三种：节流调速回路，容积调速回路，容积节流调速回路。本升 降机采用节流调速回路，原因是该调速回路有以下特点：承载能力好，成本低，调速范 围大，适用于小功率，轻载或中低压系统，但其速度刚度差，效

44、率低，发热大。 7.4 液 压 系 统 原 理 图 的 确 定 初步拟定液压系统原理图如下所示；见下图： 1 34 2 56 7 9 1011 16 17 1819 13 14 8 1215 液压升降台设计 - 27 - 8.液 压 元 件 的 选 择 计 算 及 其 连 接 液压元件主要包括有：油泵，电机，各种控制阀，管路，过滤器等。有液压元件的 不同连接组合构成了功能各异的液压回路，下面根据主机的要求进行液压元件的选择计 算 . 8.1 油 泵 和 电 机 选 择 8.1.1泵 的 额 定 流 量 和 额 定 压 力 8.1.1.1泵 的 额 定 流 量 泵的流量应满足执行元件最高速度要求

45、，所以泵的输出流量应根据系统所需要的最 大流量和泄漏量来确定： maxp qKQn 式中： p q泵的输出流量单位/ minL K 系统泄漏系数一般取 K= 1.1-1.3 max Q液压缸实际需要的最大流量单位/ minL n 执行元件个数 代入数据： 1.1 5.16422.7/min p qL 对于工作过程中始终用节流阀调速的系统，在确定泵的流量时，应再加上溢流阀的 最小溢流量，一般取 3 / minL ： 22.7325.7/ min p qL 8.1.1.2 泵 的 最 高 工 作 压 力 泵的工作压力应该根据液压缸的工作压力来确定，即 液压升降台设计 - 28 - maxp PPP

46、 式中： p P 泵的工作压力单位 Pa max P执行元件的最高工作压力单位 Pa P进油路和回油路总的压力损失。 初算时，节流调速和比较简单的油路可以取0.20.5MPa, 对于进油路有调速 阀和管路比较复杂的系统可以取 0.5 1.5MPa 。 代入数据：20.52.5 p PMPa 考虑到液压系统的动态压力及油泵的使用寿命，通常在选择油泵时，其额定压力比 工作压力 p P 大 25%-60% ，即泵的额定压力为3.125MPa-4.0MPa，取其额定 压力为 4MPa。 8.1.2 电 机 功 率 的 确 定 （ 1 ）液压系统实际需要的输入功率是选择电机的主要依据，由于液压泵存在容

47、积损失和机械损失，为满足液压泵向系统输出所需要的的压力和流量，液压泵的输入功 率必须大于它的输出功率，液压泵实际需要的输入功率为： 77 6 106 10 t i m PqPq P 式中： P 液压泵的实际最高工作压力单位 Pa q 液压泵的实际流量单位 / minL i P液压泵的输入功率单位KW t q液压泵向系统输出的理论流量单位/ minL 液压泵的总效率见下表 m 液压泵的机械效率 7 6 10换算系数 代入数据： 6 7 2.5 1025.7 1.64 6 100.65 i PKW 表 8.1 液压升降台设计 - 29 - 液压泵类型 总效率 齿 轮 泵 叶 片 泵 柱 塞 泵 螺

48、 杆 泵 0.6-0.70.6-0.750.8-0.850.65-0.8 液压泵的总效率 （ 2 ）电机的功率也可以根据技术手册找，根据机械设计手册第三版，第五 卷，可以查得电机的驱动功率为4KW，本设计以技术手册的数据为标准，取电机 的功率为4KW。 根据上述计算过程，现在可以进行电机的选取，本液压系统为一般液压系统，通常 选取三相异步电动机就能够满足要求，初步确定电机的功率和相关参数如下： 型号：1122YM 额定功率：4KW 满载时转速：2890 / minr 电流：8.17A 效率： 85.5% 净重： 45Kg 额定转矩： 2.2Nm 电机的安装形式为5( 1)BV型，其参数为： 基

49、座号：112M 极数： 4 国际标准基座号： 28215F 液压泵为三螺杆泵，其参数如下： 规格：2/ e DLh25 6 标定粘度： 50 o E 10 转速：/minr 2900 压力： MPa 4 流量：/ minL 26.6 功率：KW 4 液压升降台设计 - 30 - 吸入口直径： mm 25 排出口直径： mm 20 重量： Kg 11 允许吸上真空高度： m( 2 H O) 5 说明：三螺杆泵的使用、安装、维护要求。 使用要求：一般用于液压传动系统中的三螺杆泵多采用20号液压油或40号液压油， 其粘度范围为 2 1723/ (50 ) o mms之间。 安装要求：电机与泵的连接应用弹性连轴器，以保证两者之间的同轴度要求，（用 千分表检查连轴器的一个端面，其跳动量不得大于0.03mm ，径向跳动不得大于 0.05mm. ） , 当每隔90 o 转动连轴器时，将一个联轴节作径向移动时应感觉轻快。泵的 进油管道不得过长，弯头不宜过多，进油口管道应接有过滤器，其滤孔一般可用40目到 60目过滤网，过滤