剪叉式平臺液壓系統(tǒng)及液壓缸設計【含12張CAD圖】
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充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609I摘 要由于各行業(yè)的發(fā)展，針對升降平臺服務的設備行業(yè)已經(jīng)成為我國的新型產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展壯大，各類剪叉式平臺不斷出現(xiàn)，隨著質(zhì)量的逐步提高，銷量也在穩(wěn)步上升。本設計液壓升降臺采用剪叉式結構。近年來，有許多課題文獻是有關于剪叉式液壓平臺液壓系統(tǒng)的，但這些研究大多針對于某一課題或者難點進行研究，對于研究平臺及液壓系統(tǒng)的論文卻少，所以研究與設計剪叉式液壓平臺及液壓系統(tǒng)具有重要現(xiàn)實與理論意義。本論文主要概述剪叉式平臺液壓技術的發(fā)展史及其目前在國內(nèi)外發(fā)展情況，簡述了剪叉式平臺發(fā)展趨勢，整機的液壓系統(tǒng)圖油路各自擬訂好的控制回路及液壓源而成。各回路相互時去掉重復多余的元件，力求系統(tǒng)結構簡單。本文對剪叉式平臺的液壓系統(tǒng)與回路進行了簡單的分析與闡述，并對課題要求的設計要求進行了方案設計與分析，通過進一步的驗算選定了所需要的液壓元件。通過運用 AutoCAD 繪制液壓系統(tǒng)原理圖、液壓平臺裝配圖、液壓缸及其他零件圖。最后通過驗算證明了本設計的準確性。關鍵字：平臺，剪叉式 ，液壓系統(tǒng)，液壓缸充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609IIAbstractWith the development of logistics and automobile industry, the equipment industry that serves it has become a new industry in our country. Sales increased year by year. This design hydraulic lifting platform with shear-fork structure. In recent years, the literature on hydraulic system of shear-fork platform is not uncommon, but the content of literature is mostly focused on a topic, but there are few papers on hydraulic system of modern shear-fork platform. Therefore, the research and design of shear-fork platform hydraulic system has important practical and theoretical significance. This paper mainly summarizes the development history of hydraulic technology of shear-fork platform and its development situation at home and abroad, and briefly describes the development trend of shear-fork platform. The hydraulic system diagram of the whole machine is composed of control circuits and hydraulic sources drawn up separately. When the circuits are combined with each other, duplicate redundant elements are removed, and the system structure is simple. In this paper, the common hydraulic circuit of the shear-fork platform is simply described and analyzed, and the hydraulic system of the shear-fork platform is designed and analyzed. The hydraulic system schematic diagram, the working tank assembly, the hydraulic layout drawing, the oil tank parts drawing are drawn by using AutoCAD. Finally, the feasibility of the design is proved by checking calculation.Key Words：P latform; Shear fork type; Hydraulic system, Hydraulic cylinde充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609III目 錄目 錄 .....................................................I摘 要 .....................................................VABSTRACT ....................................................VI1 緒論 ........................................................11.1 升降平臺的設計特點 ......................................11.2 剪叉式升降平臺的安全保證措施 ............................11.2.1 設計制造方面的安全保證措施 ..........................21.2.2 使用維護方面的安全保證措施 ..........................31.3 研究地目地及意義 ........................................32 總體設計方案確定 ............................................42.1 設備液壓系統(tǒng)設計地原始依據(jù) ..............................42.2 工作情況分析 ............................................42.3 設備液壓系統(tǒng)設計運動速度地確定 ..........................53 剪叉式升降臺受力分析 .......................................63.1 剪叉式升降平臺的三種結構形式 ............................63.2 剪叉式升降平臺機構的位置參數(shù)計算 ........................73.3 剪叉式升降平臺機構的動力參數(shù)計算 .......................103.4 剪叉式升降平臺機構設計時應注意的問題 ...................10充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609IV4 液壓缸的設計計算 ..........................................124.1 明確設計要求 制定基本方案： ............................124.1.1 確定液壓缸的類型 ...................................124.1.2 確定液壓缸的安裝方式 ...............................124.1.3 缸蓋聯(lián)接的類型 .....................................124.2 液壓缸載荷計算 .........................................124.3 液壓缸各組成部分的設計 .................................164.3.1 液壓缸缸筒的設計和計算: .............................164.3.2 活塞桿的設計與計算： ................................184.3.3 導向套的設計與計算： ................................234.3.4 液壓缸油口的設計： ..................................254.3.5 端蓋和缸底的設計計算： ..............................274.3.6 密封件的選用： ......................................294.3.7 防塵圈 ..............................................304.3.8 液壓缸的安裝連接結構 ................................304.4 液壓缸主要零件的材料和技術要求 .........................334.4.1 缸體 ................................................334.4.2 活塞桿 ..............................................345 液壓傳動系統(tǒng)的設計計算 ....................................345.1 擬訂液壓執(zhí)行元件運動控制回路 ...........................34充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609V5.2 液壓源系統(tǒng) .............................................345.3 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) .................................345.3.1 載荷的組成與計算： ..................................345.3.2 初選系統(tǒng)壓力 ........................................355.3.3 計算液壓缸的主要結構尺寸 ............................355.3.4 確定液壓泵的參數(shù) ....................................395.3.5 管道尺寸的確定 ......................................385.3.6 油箱容量的確定 ......................................395.4 繪制液壓系統(tǒng)原理圖 .....................................405.4.1、壓力油源 ..........................................405.4.2、控制回路 ..........................................405.4.3、液壓鎖緊回路 ......................................405.4.4、繪制液壓系統(tǒng)原理圖 ................................40致 謝 ....................................................42參考文獻 ....................................................43充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960911 緒 論剪叉式升降平臺是現(xiàn)代物流和汽車維修作業(yè)中必不可少的設備。剪叉式升降平臺的從上世紀 20 年代開始使用，發(fā)展至今經(jīng)歷了許多的變化改進，種類也比較多，一般驅(qū)動方式有機械傳動，液壓傳動，氣壓傳動等。本章講述了升降平臺的設計特點安全措施以及本次研究的目的和意義。1.1 升降平臺的設計特點（1）當升降平臺臺板位于最低位置時，平臺臺板應該與地面處在同一平面上，為了達到這個目的減少在車間地面施工的投資費用保證車間地面的平整性，所以在保證強度與剛度的情況下應該盡可能降低升降平臺和橫梁之間的高度，這樣便于使需要升降的貨物搬運至升降平臺，也使得所需空間變小，節(jié)約車間空間，在合適的條件下，升降臺的平臺板應選用專用型鋼或者采用鋼板拆彎成型。（2）正確選擇傳動方式。采用機械傳動（螺紋傳動）或液壓傳動（液壓系統(tǒng)），均用電動機驅(qū)動。機械傳動的成本較高，耗能較多，但安全性較好。 經(jīng)驗證明：機械傳動的能耗為液壓傳動所需能耗的兩倍（在舉升載荷、舉升時間均相同的條件下）。機械式升降平臺的螺母、螺栓磨損較快，維修保養(yǎng)工作量大而液壓式升降平臺的維修量卻相對要小些雖然技術難度大但是大部分的零件都可外購。當然在選擇外購零件時一定要選用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。1.2 剪叉式升降平臺的安全保證措施現(xiàn)如今世界上人們對于工作環(huán)境的安全性越來越重視，而剪叉式液壓平臺由于需要托起重物，人們在平臺下工作；假如升降時操作不當很容易引起安全事故，所以近年來許多國家制定了關于升降臺的安全法規(guī)，爭取降低安全事故發(fā)生的可能性。充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--14599196092為了保證剪叉式液壓平臺的安全性主要通過兩個方面：一、在設計之初驗算好液壓平臺的各項數(shù)據(jù)以提高設計平臺的安全技術特性；二、在使用以及維修液壓平臺的過程中嚴格遵守安全規(guī)范與操作流程來保證該平臺可以在安全的狀態(tài)下運行。兩項措施在后說明。1.2.1 設計制造方面的安全保證措施隨著技術發(fā)展，許多的安全裝置已經(jīng)廣泛運用到了設計領域如自動控制\光電開關等。因此在設計剪叉式液壓平臺時應優(yōu)先采用先進可靠的安全技術，下面舉例現(xiàn)在多數(shù)剪叉式液壓平臺所采用的安全措施。（1）設計時考慮到剪叉式液壓平臺應能經(jīng)受超載試驗（升降以及支撐），一般是在設計的要求的 125%舉升能力時平臺構件不得有永久性的任何變形與損壞。（2）執(zhí)行的所有操作均需要采用“雙重保險”，為了防止失誤操作，平臺進行升落操作前必須操作兩個安全控制裝置(或者開關)后才能執(zhí)行操作。（3）控制電路都應有失效保護，這樣在單個元件失效的情況下，也不會導致液壓平臺驟然上升或者下降然后造成危險局面甚至安全事故。（4）所有的運動零件都應該安裝安全防護裝置，以免平臺運行時傷害到操作人員或者卷住操作人員的衣物頭發(fā)導致安全事故的發(fā)生。（5）設計中應將舉升重物的滑動可能性降到最低，防止舉升過程中產(chǎn)生滑移產(chǎn)生危險。充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960931.2.2 使用維護方面的安全保證措施在使用與日常維護方面的安全措施；雖然剪叉式平臺已經(jīng)有 70 多年的發(fā)展，技術與研究逐步趨于成熟，但其原理并沒有多大改變。所以在日常操作中若是忽視安全操作要求仍舊會引發(fā)危險甚至導致安全事故的發(fā)生所以對于日常操作平臺一定要引起單位以及操作人員的高度重視。首先單位應選用安全性能良好的剪叉式液壓平臺其次在實際操作中操作者要認真理解說明書中的注意事項并且嚴格遵守操作規(guī)范。（1）對于平臺每天需要進行檢查當發(fā)現(xiàn)有零部件損壞時應立即停止使用并安排專業(yè)維修人員維修。（2）舉升重物時剪叉式液壓平臺不得超載使用，每個平臺的銘牌上的額定載荷需要標注準確清晰，對于偏載的重物需要滿足使用條件后才能裝載使用。（3）平臺的操作人員應當經(jīng)過系統(tǒng)的培訓后上崗，并嚴格按照操作流程進行操作。（4）保證平臺空間內(nèi)地面平整無雜物垃圾。（5）在平臺下降簽應該將下方所有工具設備移開并且打開鎖緊裝置以防止對平臺的損傷。1.3 研究地目地及意義液壓系統(tǒng)地設計是綜合實踐教學，通過這次畢業(yè)設計作是下列目地：1.熟悉相關地國家標準和部頒標準；設計手冊；產(chǎn)品樣品；其它技術資料。學生在計算；繪圖； 設計數(shù)據(jù)；實證估計；CAD 技術地基本技能方面進步技術水平 ；2.是了鞏固和強化知識；掌握設計方法步驟和液壓系統(tǒng)的計算培養(yǎng)學生的設計與綜合分析能力。3.是了了解可靠的執(zhí)行裝置；標準的液壓設備用元器件；液壓系統(tǒng)的一般原理回路；能夠以靈活地應用適合液壓系統(tǒng)地基本性能要求。充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960942 總 體 設 計 方 案 確 定設備液壓系統(tǒng)設計是一種作是是根據(jù)照零件制造要求，通過流體地方式，結合一些專用組件合成地一類設備。在設計設備時能夠進行參考。2.1 設備液壓系統(tǒng)設計地原始依據(jù)這次說明書設備液壓系統(tǒng)設計是全液壓系統(tǒng)。一、設計要求1、 工作步驟是“安全裝置松開→平臺上升→安全裝置結合”、“安全裝置松開→平臺下降→安全裝置結合”。2、 采用剪叉式結構。二、原始數(shù)據(jù)：1、設計一液壓系統(tǒng)，能滿足控制剪叉式升降平臺的運動要求。要求兩個液壓缸同步控制該平臺的運動。2、該平臺承載重量為 2500kg。 3、升降速度為 0~0.5 米/秒。4、靜止相互磨擦的推薦值是 0.2，運動相互磨擦的推薦值是 0.1。5、升降行程為 2000mm 并能任意位置停止。運行平穩(wěn)，安全可靠。2.2 工作情況分析該設備液壓系統(tǒng)設計通常有兩方面合成：機械傳動系統(tǒng)和流體傳動系統(tǒng)。機械傳動機構通常用來傳遞及支承運動，流體傳動系統(tǒng)通常產(chǎn)生運動的動力來源，他們共同作用實現(xiàn)設備液壓系統(tǒng)設計地功能。為了使設備液壓系統(tǒng)設計能夠準確、快速、安全運行，必須滿足以下設計要求:(1)具備運動功能，舉升液壓缸運動（X 向）; (2)具備安全保護措施;(3)在滿足強度、剛度和能夠靠性地前提下，盡量減小設備液壓系統(tǒng)設計各部分地重量。根據(jù)設計的原始依據(jù)，以期獲得能夠靠簡潔的機床，能夠?qū)崿F(xiàn)兩班制連續(xù)作業(yè)，充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--14599196095高效低耗，所以決定采用工作節(jié)流、壓強繼電器非卸荷式定量泵靠閥調(diào)速，通過電氣發(fā)訊來提高供油與控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。2.3 設備液壓系統(tǒng)設計運動速度地確定舉升速度的確定：因為由液壓缸進行舉升所以舉升速度的確定由液壓缸決定。若液壓缸運動速度太快，會導致液壓密封圈過熱而加快磨損，同時也會加劇活塞與輸出缸缸筒地磨損。運動速度過慢，則容易產(chǎn)生爬行之類不穩(wěn)定現(xiàn)象。一般液壓缸在低壓條件下以 5 毫米/秒地速度運動時，就要注意爬行問題。采用橡膠件密封時，液壓缸地最快速度不宜超過 400 毫米/秒到 500 毫米/秒。工作舉升速度 0~0.5米/秒。滿足液壓缸最高最低速度范圍地要求。充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960963 剪 叉 式 升 降 臺 受 力 分 析3.1 剪叉式升降平臺的三種結構形式本討論的目的通過分析液壓類的剪叉式升降平臺機構特點，論述了設計時應注意的問題及其應用范圍。剪叉式液壓升降平臺具有制造容易、價格低廉、堅實耐用、便于維修保養(yǎng)等特點。在民航、交通運輸、冶金、汽車制造等行業(yè)逐漸得到廣泛應用。本設計中主要側重于小型家用液壓式的升降平臺。在設計氣液動剪叉式升降平臺的過程中，一般我們會考慮如下三種設計方案，如圖 3-1 所示：圖 3-1 結構簡圖圖中表示剪叉式液壓升降平臺的三種結構形式。AB 與 MN 為兩根長度相等的支撐桿通過鉸接連接于兩桿中點 E，左側 M 點與 A 點通過鉸接分別和平臺、機架連接，再通過鉸接將 B 端和 N 端連接兩滾輪，滾輪可以在機架和平臺上的導向槽之間滾動。圖中三種結構的不同在于驅(qū)動的液壓缸安裝位置不同 。圖 a 中的驅(qū)動液壓缸的下端不固定在機架上，上部的活塞桿以球頭與上平板球窩接觸。液壓缸通過活塞桿使上平板鉛直升降。圖 b 中的臥式液壓缸活塞桿在 N 處用鉸接連接支撐桿。液壓缸驅(qū)動活塞桿推動機架橫向移動通過支撐桿控制平臺鉛直升降。圖 c 中的液壓缸缸體尾部與用鉸接連接機架 G 處，活塞桿頭部通過鉸接與支撐充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--14599196097桿 AB 連接于 F 處。液壓缸驅(qū)動活塞桿推動支撐桿可控制平臺鉛直升降。按照液壓缸的安裝形式不同，圖 a 為直立固定剪叉式結構，圖 b 為水平固定剪叉式，圖 c 為剪叉式結構。直立固定剪叉式結構，平臺的行程即為液壓缸的行程但整體尺寸較大，較為占用空間，所以本次設計不采用。水平固定剪叉式機構，平臺的升降行程大于液壓缸的行程，在應用過程中可以實現(xiàn)快速控制升降的目的，但由于活塞桿受到的橫向作用力大容易使密封元件的使用壽命減短，而活塞桿在實際應用中受到的載荷比平臺上的實際載荷要大許多所以本次設計同樣不采用。剪叉式結構由于結構較為合理，平臺的升降行程可以達到液壓缸行程的二倍以上。因此，在工程實際中逐漸得到廣泛的應用。本設計就重點對剪叉式結構形式加以設計。3.2 剪叉式升降平臺機構的位置參數(shù)計算由圖 3-2 可知圖 3-2 位置參數(shù)示意圖（1）260sinH??充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--14599196098（2）(30)cosJtg???（3）14inK?（4）sin(30)cos(1304)sinCJtg????（5）/tg??（6）47.3?（7）22014013cos2l ????（8）/sin/il???（9）222(3)0cs(47.3)Cl????上式中：H——任意位置時升降平臺的高度；C——鉸接點 F 在任意位置時與液壓鉸接點 G 之間的距離；L——支撐桿的長度 L=2600；——鉸接點 F 與支撐桿固定鉸支點 A 之間的距離；l——支撐桿與水平線的夾角；?——活塞桿與水平線的夾角；?——支撐桿固定鉸支點 A 與任意位置時鉸接點 F 的連線與支撐桿之間的夾角；?—— ， 。?EAG?47.3??以下相同。剪叉式升降平臺機構的運動參數(shù)計算：充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--14599196099圖 3-3 運動參數(shù)示意圖圖中， 是 F 點的絕對速度； 是 M 點絕對速度； 是 MN 支撐桿的速度；VV1?是液壓缸活塞平均相對速度； 是升降平臺升降速度。由圖 2-3 可知：1 21 112(304)sin7sin(),26,i()0coscos,74nFMVVL???????????（10）16si()V???。在（5）式中，——液壓缸活塞平均相對運動速度；1——升降平臺升降速度；2V——支撐桿與水平線的夾角。?以下相同。充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609103.3 剪叉式升降平臺機構的動力參數(shù)計算圖 3-4 動力參數(shù)示意圖圖中，P 是由液壓缸作用于活塞桿上的推力，Q 是升降平臺所承受的重力載荷。由于滾動輪與導向槽之間為滾動摩擦，摩擦系數(shù)很?。╢=0.01）,為簡化計算，或忽略不計，通過分析機構受力情況并進行計算得出：； （11）(1304)sin()bP????式中，P——液壓缸作用于活塞桿的推力；Q——升降平臺所承受的重力載荷；b——上平板左鉸支點 M 到載荷 Q 的作用線的水平距離。3.4 剪叉式升降平臺機構設計時應注意的問題由式（10）和（11）可知：當 、 增大時， 值隨之減??；當 、 減小??21/V??時，P/Q 值隨之增大。在確定整體結構值隨之減??；當 、 減小時，P/Q 值隨之增??大，在液壓缸行程不變的情況下，升降平臺升降行程會減??；反之，則會使液壓缸充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960911行程受力增大。因此設計時應綜合考慮升降行程與液壓缸受力兩個因素。在滿足升降行程及整體結構尺寸的前提下，選取較高的 、 初始值。而且在整個機構中??AB 支撐桿是主要受力桿件，承受有最大的彎矩，所以應重點對其進行強度校核。液壓缸既可采用單作用缸也可采用雙作用缸，在本次研究中我們選用單作用柱塞缸，由于單作用缸密封件使用壽命長且總體泄漏量少所以經(jīng)濟性好。當采用單作用柱塞缸時應考慮到當液壓缸中存在空氣時液壓缸有空氣載荷，上平板的自重需要克服活塞桿與液壓缸缸體之間的密封阻力。充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609124 液 壓 缸 的 設 計 計 算4.1 明確設計要求 制定基本方案：在設計前了解設計要求，再根據(jù)設計要求制定基本方案。下面列出了一些關于設計剪叉式液壓平臺的基本要求：1) 主要用途：用于小型重物的升降；2) 主要完成對于小型重物的起降動作；3) 額定載荷為 2500kg，采用單作用柱塞缸控制聯(lián)接叉桿機構進行升降動作。4) 運動平穩(wěn)性好；5) 由人工控制升降平臺的起降；6) 工作環(huán)境要求：不宜在地面凹凸不平或者木板等不牢固的地面以及寒冷天氣的室外進行操作；4.1.1 確定液壓缸的類型工程液壓缸主要用于工程機械、重型機械、起重運輸機械及礦山機械的液壓系統(tǒng)。根據(jù)主機的運動要求，選擇液壓缸的類型為：直線運動單活塞桿液壓缸。4.1.2 確定液壓缸的安裝方式工程液壓缸均為單活塞式液壓缸，安裝方式多采用耳環(huán)型。本設計中液壓缸在作用過程中是兩端在垂直面上自由擺動的形式，因此選擇液壓缸的安裝方式為：頭尾部耳環(huán)聯(lián)接。4.1.3 缸蓋聯(lián)接的類型按缸體與缸蓋的聯(lián)接方式，可分為法蘭聯(lián)接式、螺紋聯(lián)接式及內(nèi)卡鍵聯(lián)接式三種。這里采用螺紋聯(lián)接。4.2 液壓缸載荷計算首先，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)支撐桿的長度 2600mm。當液壓缸下降至最低高度充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960913時（設此時支撐桿與地面夾角 ） = 。0??1?根據(jù)上述公式圖 4-1 位置參數(shù)示意圖（1）260sinH??（2）(3)cosJtg?（3）14iK?（4）sin(30)cos(1304)sinCJtg?????（5）/tg?（6）47.3?（7）22014013cos2l ?????（8）/sin/il??（9）222(3)0cs(47.3)Cl????上式中：充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960914H——任意位置時升降平臺的高度；C——任意位置時鉸接點 F 到液壓鉸接點 G 的距離；L——支撐桿的長度 L=2600；——支撐桿固定鉸支點 A 到鉸接點 F 的距離；l——支撐桿與水平線的夾角；?——活塞桿與水平線的夾角；?——任意位置時鉸接點 F 與支撐桿固定鉸支點 A 的連線與支撐桿的夾角；?—— ， 。?EAG?47.3??以下相同。得 =225mm 0H=378mmC= 。?49.5?液壓缸作用于活塞桿的推力計算：圖 4-2 機構各參數(shù)已知負載 Q=25kN，現(xiàn)在 b 值還是一個未知量，但 b 值的大小必須在 0~1300 之內(nèi)，當 mm 時，根據(jù)公式 ，液壓缸作用于活塞桿的推max130?1740sin()QP????力 P 有最大值。代入公式計算得： kN。max2.充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960915當平臺處于最低位置 時，液壓缸荷重 P 最大， kN。01??? max21.7?下面就根據(jù)載荷量來選取合適的液壓缸。圖 4-3 液壓缸本圖表示一個以液壓缸為執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)計算簡圖。各有關參數(shù)標注于圖上，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向套wFmF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 ，導軌的摩擦力g和由于速度變化而產(chǎn)生的慣性力 。f a（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動方向相同為負，相反為正。在實際工作過程中，由于載荷量較大，活塞自身的重力可以忽略不計，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。由于本設計按最大載荷量定為 2.5 噸來計算，所以液壓缸gFgF工作載荷 =P=21700N。（2）導軌摩擦載荷 f對于直動型安裝的液壓缸一般都附有活塞導軌以固定其運動方向，導軌摩擦相對于總載荷可以忽略不計，因此 =0。fF（3）慣性載荷 a充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960916， 。aFm?vt?——速度變化量 m/sv——起動或制動時間，s。一般機械=0.1~0.5s，對輕度載荷低速運動部件取t小值，對重載荷高速部件取大值。行走機械一般取=0.5~1.5s——加速度a2/ms初步選定速度變化量 =0.16m/s， =0.6s，則 = =0.27 ，v?tvat??0.162/ms250.765aFN???以上三種載荷之和稱為液壓缸的外載荷 ， wF。102375wgfa??起動加速時 =22375N， 穩(wěn)態(tài)運動時 =21700N， 減wgfaF?wgfF??速制動時 =21025N。f?工作載荷 并非每階段都存在，如該階段沒有工作，則 =0。但在計算和校核g g時，應按照最大值取。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 ，wF 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算，一般估算為式中 ——液壓缸的機械效率，一般取 0.90~0.95，這里取 0.95，(1)mFP???m23750.9wN4.3 液壓缸各組成部分的設計4.3.1 液壓缸缸筒的設計和計算:缸筒是液壓缸的主體零件，它與端蓋、缸底、油口等零件構成密封的容腔，用以容納壓力油，同時它還是活塞的運動軌道。設計液壓缸缸筒時，應正確確定各部分的尺寸，保證液壓缸有足夠的輸出力、運動速度和有效行程，同時還必須有一定的強充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960917度，能夠承受也壓力、負載力和干擾力等沖擊力。另外，缸筒的內(nèi)表面應具有合適的配合精度、表面粗糙度和幾何精度，以保證液壓缸的密封性、運動平穩(wěn)性和耐用性。1、 液壓缸內(nèi)徑 D 的計算：計算液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑均與設備的類型有關。例如機床類，對于較大的機床（拉床、刨床和研磨機等）一定要滿足牽引力的要求，計算時以力為主；對于輕載高速的機床一定要滿足速度，計算時以速度為主，而本次液壓缸的內(nèi)經(jīng)主要以力為主來計算的。根據(jù)液壓缸的載荷力和系統(tǒng)工作壓力計算。。142354.7FDmp????液壓缸的直徑 D 的計算值要按國家標準規(guī)定的液壓缸的有關標準進行圓整。按照機械手冊中工程液壓缸的技術規(guī)格表 37-7-7 可以選擇圓整后的參數(shù)：缸徑50mm，工作壓力 16Mpa。式中 D----液壓缸內(nèi)經(jīng)（m）F----液壓缸推力（KN）P----選定的系統(tǒng)工作壓力（MPa） 2、 缸筒壁厚及缸筒外徑的計算：a. 缸筒厚壁 ?的計算對低壓系統(tǒng)中或 /D≥16 時，缸筒壁厚 ?一般按薄壁筒計算??2ypD???（m）= bn式中 ?---缸筒壁厚（ｍ）；D---缸筒內(nèi)徑（ｍ）；yp---缸筒試驗壓力，ＭＰａ，液壓缸的額定壓力 nP?16Mpa 時的充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960918yp=1.5 nP，額定壓力 n>16Mpa 時的 yp=1.25 nP;???----材料許用應力,MPab為材料的抗拉強度， 為安全系數(shù),n=3.5～5,這里取 n=5。選用 45 號鋼，并且調(diào)質(zhì) 241～２８５ＨＢ，查閱《工程力學》劉靜香著可知４５號鋼的抗拉強度 b?=530～５９８ＭＰａ，現(xiàn)取 b?=560MPa，故：??= bn=560／５=112MPa由于液壓缸的工作壓力 P=12MPa69 mm，活塞桿強度符合要求.故選擇活塞桿直徑 d=50mm 滿足強度要求?；钊麠U的結構設計：活塞桿的外端頭部與負載的拖動機構相連接，為了避免活塞桿在工作中產(chǎn)生偏心負載力，適應液壓缸的安裝要求，提高其作用效率，應根據(jù)負載的具體情況，選擇適當?shù)幕钊麠U端部結構，見下表：活塞桿端部結構充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960920根據(jù)本次設計的負載情況及其他因素，選擇活塞桿端部結構為單耳環(huán)。采用單耳環(huán)型連接，活塞桿端部耳環(huán)尺寸的選擇，端部尺寸（耳環(huán)型連接） 根據(jù)缸徑 D=50mm,工作壓力 P=12MPa,單耳環(huán)材料選用 45 號鋼，并參考上表可得：充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960921CD=MR1=30mm ,EW=35mm.液壓缸活塞桿的螺紋尺寸的選擇:壓缸活塞桿螺紋尺寸系列（mm）壓缸活塞桿螺紋形式（GB/T2350-1980）結合本次設計的參數(shù)，選擇活塞桿螺紋尺寸直徑與螺 DхL 為 M24х2，螺紋長L 為短型 32mm.4、活塞桿的導向、密封與防塵：常見的活塞桿的密封與防塵結構如下表：充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960922本次設計中活塞桿與防塵結構采用 O 型密封圈形式的 O 型密封圈充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609234.3.3 導向套的設計與計算：1、最小導向長度 H 的確定：當活塞桿全部伸出時，最小導向長度為從導向套滑動面中點到活塞支撐面中點的距離。如果導向長度過短。液壓缸因間隙將導致初始撓度過大，影響液壓缸的工作性能和穩(wěn)定性。因此，在設計時必須保證液壓缸有一定的最小導向長度。對于一般液壓缸，最小導向長度應滿足下式要求：H≥L/20+D/2式中 L---最大工作行程（m）D---缸筒內(nèi)徑（m）由前面的數(shù)據(jù)可知，L=0.15m,D=0.05m,代入公式 H≥L/20+D/2得：H≥L/20+D/2=0.15/20+0.05/2=0.0325m=32.5mm2、導向套的結構：導向套有普通導向套、易拆導向套、球面導向套、靜壓導向套等，可按工作情況適當選取本次設計采用普通導向套，安裝在端蓋上。充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960924普通導向套：這種導向套安裝在支撐座或端蓋上，油槽內(nèi)的壓力油起潤滑作用并可以張開密封圈唇邊而起密封作用。4.3.4 液壓缸油口的設計：油口孔是壓力油進出液壓缸的直接通道，雖然只是一個孔，但不能輕視其作用。如果孔小了，不僅造成進油時流量供不應求，影響液壓缸的活塞運動速度，而且會造成回油時受阻，形成背壓，影響活塞的退回速度，減少液壓缸的負載能力。對液壓缸往復運動要求較嚴格的設計，一定要計算孔徑的大小。液壓缸的進出油口?？梢圆贾迷诟淄埠颓昂蠖松w上。對于活塞桿固定的液壓缸，進出油口可以設在活塞桿端部。如果液壓缸無專門的排氣裝置，進出油口應設在液壓缸的最高處，以便空氣能從液壓缸排出。液壓缸進出油口的連接形式有螺紋、方形法蘭和矩形法蘭等，液壓缸進出油口的形式見下圖：本次設計的液壓缸油口布置在缸筒上，油口孔直徑 do 根據(jù)活塞最大運動速度Vmax 和油口最高流速 Vo 定：do=0.05(Vmax/vo)0.5式中 D—液壓缸內(nèi)經(jīng)，m充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960925Vmax--液壓缸最大輸出速度，m/min;Vo---油口液流速度，m/s,一般不大于 5 m/s.由于活塞運動受結構的限制，它的運動速度范圍是：0.1～0.2ｍ／ｓ<Ｖ<１ｍ／ｓ．在此取活塞桿最大運動速度Ｖｍax=0.03m/s,取油口液流最高速度 Vo=3m/s,由公式 do=0.05(Vmax/vo)0.5= 5mm.參考國家標準 GB/T2878-93 規(guī)定了液壓缸進出油口螺紋連接的油口尺寸系列，見下表故取液壓缸進出油口的螺紋尺寸為 M14х1.5Do=10mm4.3.5 端蓋和缸底的設計計算：在單塞桿液壓缸中，有活塞桿通過的缸蓋稱為端蓋，無活塞桿通過的端蓋稱為缸頭或缸底。端蓋、缸底與缸筒構成密封的壓力容腔，它不僅要有足夠的強度以承受液壓力，而且必須具備一定的連接強度，端蓋上有活塞桿導孔及防塵圈、密封圈槽，還有連接螺釘孔，受力情況比較復雜，設計得不好容易損壞。1、缸底厚度 h 的計算：充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960926缸底分平底缸、橢圓缸底，半球型缸底。本次設計采用平底缸底。對于平型缸底，缸底無油孔時，ｈ=0.433D(Py/ ???)0.5 (m)式中 ???--缸底材料的許用應力，MPa；Py—試驗壓力，Py=1.5P=1.5х12=18MPa;=112MPa;把這些數(shù)據(jù)帶入公式ｈ=0.433D(Py/ ???)0.5，得：ｈ=0.433D(18/112) 0.5=0.0087m=9mm2、端蓋的結構端蓋在結構上除要解決與缸底的連接與密封外，還必須考慮活塞桿的導向，密封和防塵等問題。缸體端部的連接形式及結構，見下表：充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960927本次選擇焊接的連接形式。4.3.6 密封件的選用：液壓缸工作中要達到零泄漏、摩擦小和耐磨損的要求。在設計中，正確的選擇密封件、導向套和防塵圈的結構形式和材料是很重要的。從現(xiàn)代的密封技術來分析，液壓缸的活塞和活塞桿及其它們的密封、導向和防塵等應為一個綜合的密封系統(tǒng)來考慮，只有具有可靠的密封系統(tǒng)，才能使液壓缸有良好的工作狀態(tài)和理想的使用壽命。在液壓元件中，對液壓缸的密封要求是比較高的，特別是一些特殊液壓缸，如擺動液壓缸等。液壓缸中不僅有靜密封，更多的部位是動密封，而且工作壓力高，這就要求密封件的密封性要好，耐磨損，對溫度的適應范圍大，要求彈性好，永久充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960928變形小，有適當?shù)臋C械強度，摩擦阻力小，容易制造和拆卸，能隨壓力的升高而提高密封性能和利于自動補償磨損。密封件一般按斷面形狀分類，有 O 型、Y 型、U 型、V 型、J 型、L 型等，除 O性外，其他都屬于唇形密封件。4.3.7 防塵圈防塵圈設置于活塞干或柱塞密封外側，用于防止外界塵埃、沙粒等義務浸入液壓缸，從而可以防止液壓油被污染導致元件磨損。參考《液壓缸活塞桿用防塵圈溝槽形式、尺寸和公差》國家標準（GB/10708.3-89）.4.3.8 液壓缸的安裝連接結構液壓缸的安裝鏈接結構包括液壓缸的安裝結構、液壓缸進出油口的連接等。1.液壓缸的安裝形式液壓缸的安裝形式很多 ，但大致可以分為兩類。（1）軸線固定類這類安裝形式的液壓缸在工作時，軸線位置固定不變。機床上的液壓缸絕大多數(shù)是采用這種安裝形式。①通用拉桿式在兩端蓋上鉆除通孔，用雙頭螺桿將缸和安裝座連接拉緊。一般用于短行程、壓力低的液壓缸。②法蘭式用液壓缸上的法蘭將其固定在機器上。③支座式將液壓缸頭尾兩端的凸緣與支撐座緊固在一起。支座可置于液壓缸左右的徑向、切向，也可以置于軸向底部的前后端蓋。（2）軸線擺動類液壓缸在做往復運動時，由于機構的相互作用使其軸線產(chǎn)生擺動，達到調(diào)整位置和方向的要求。安裝這類液壓缸，安裝形式也只能采用使其能擺動的鉸鏈方式。工程機械、農(nóng)業(yè)機械‘翻斗汽車和船舶甲板機械等所用的液壓缸多用這類安裝形式。充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960929①耳軸式將固定在液壓缸上的鉸軸安裝在機械的軸座內(nèi)，是液壓缸軸線能在某個平面內(nèi)自由擺動。②耳環(huán)式將液壓缸的耳環(huán)與機械上的耳環(huán)用銷軸連接在一起，是液壓缸能在某個平面內(nèi)自由擺動。耳環(huán)在液壓缸的尾部，可以是單耳環(huán)，也可以是雙耳環(huán)，還可以做成帶關節(jié)軸承的單耳環(huán)或雙耳環(huán)。③球頭式將液壓缸尾部的球頭與機械上的球座連接在一起，使液壓缸能在一定的空間維角范圍內(nèi)任意擺動。設計中常見的幾種液壓缸安裝形式，見下表充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960930充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960931本次設計采用頭尾耳環(huán)式。4.4 液壓缸主要零件的材料和技術要求4.4.1 缸體1.缸體的材料液壓缸缸體的常用材料為 20、35 和 45 號無縫鋼管。因 20 號鋼的力學性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應用較少。當缸筒與缸底、缸頭、接管頭或耳軸等件焊接時，則應采用焊接性能較好的 35 號鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下均采用 45 號鋼，并調(diào)質(zhì)到241～285HB。缸體的毛坯也可采用鍛鋼、鑄鋼或鑄鐵件。鑄鋼一般采用 ZG25、ZG35 和ZG45 等。鑄鐵可采用 HT200～HT350 之間的幾個牌號或球墨鑄鐵 QT500-充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--14599196093205、QT600-02 等。特殊情況下，可采用鋁合金等材料。２、技術要求①內(nèi)徑用 H8～Ｈ9 的配合②缸體內(nèi)經(jīng) D 的圓度公差值可按 9、10 或 11 級精度選取，圓柱度公差值可按 8 級精度選?、鄹左w端面 T 的垂直度公差值可按 7 級精度選?、軆?nèi)表面母線直線度在 500mm 長度上不大于 0.03mm⑤缸體與端蓋采用螺紋連接時，螺紋采用 6H 級精度⑥為防止腐蝕和提高壽命，內(nèi)徑表面可以鍍 0.03～０.04mm 厚的硬鉻，鍍后在進行珩磨或拋光，缸體外涂耐蝕油漆。⑦當缸體帶有耳環(huán)或銷軸時，孔徑 D1 或軸徑 d2 的中心線對缸體內(nèi)孔軸線的垂直度公差應按 9 級精度選取。4.4.2 活塞桿1. 材料實心活塞桿材料為 35、45 鋼；空心活塞桿材料為 35、45 鋼的無縫鋼管。2. 主要表面粗糙度外圓柱面粗糙度 Ra 為 0.4～0.8μｍ.3.技術要求①活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為 229～285HB，必要時，再經(jīng)高火淬，硬度達 45～55HRC充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960933②活塞桿 d 和 d2 的圓度公差值，按 9、10 或 11 級精度選??；活塞桿 d 的圓柱度公差值，應按 8 級精度選取。③外徑表面直線度早 500 長度上不大于 0.03mm.④端面 D 的垂直公差值，則應按 7 級精度選取。⑤d3 對 d 的徑向圓跳動不大于 0.01mm⑥活塞桿與導向套采用 H8/f7 配合，與活塞的連接可采用 H8/h8 配合。⑦活塞桿上若有連接銷孔時，該孔徑應按 H11 級加工。該孔軸線與活塞桿軸線的直線度公差值，按 6 級精度選取。⑧活塞桿上的螺紋一般按 6 級精度加工；如載荷較小時，允許按 7 級或 8 級精度制造⑨活塞桿上下表面必要時可以鍍鉻，鍍層厚度約為 0.05mm.鍍后拋光。充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609345 液 壓 傳 動 系 統(tǒng) 的 設 計 計 算5.1 擬訂液壓執(zhí)行元件運動控制回路液壓執(zhí)行元件確定之后，其運動方向和運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)通過換向閥的有機實現(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控制閥的來實現(xiàn)。本設計剪叉式液壓升降臺其特點：起升壓力大，運行緩慢、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。5.2 液壓源系統(tǒng)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。對于本設計，由于工作周期短，循環(huán)次數(shù)少，供油量可以適當減少以節(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，進入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護元件的要求，通過相應的精濾油器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設置磁過濾或其他形式濾油器。根據(jù)液壓設備所處環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。5.3 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，它們是設計液壓系統(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)行元件的運動速度和結構尺寸。5.3.1 載荷的組成與計算：液壓缸荷重由前述可知， 23750.9wmFN???充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609355.3.2 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)載荷的大小和設備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟條件及元件供應情況等限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢必要加大執(zhí)行元件的結構尺寸，對某些設備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不是很經(jīng)濟；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，必然要提高設備成本。一般來說，對于固定尺寸不太受限的設備，壓力可選低一些，行走機械重載設備壓力要選的高一些。按下表初步選取 15Mpa。各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力機 床機械類型磨床機床龍門刨床拉床農(nóng)業(yè)機械小型工程機械建筑機械液壓機大中型挖掘機重型機械工作壓力MPa0.8~0.2 3~5 2~8 8~10 10~18 20~325.3.3 計算液壓缸的主要結構尺寸⑴液壓缸的相關參數(shù)和結構尺寸液壓缸有關的設計參數(shù)見圖所示：圖 5-1 液壓缸設計參數(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受壓時充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--14599196093612wmFpA???活塞桿受拉時式中121wmp??——無桿腔活塞有效工作面積 14AD?2m——有桿腔活塞有效工作面積 22()d??——液壓缸工作腔壓力 Pa1p——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2下表估算D——活塞直徑 md——活塞桿直徑 m 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) 0.2~0.5回油帶調(diào)速閥的系統(tǒng) 0.4~0.6回油路設置有背壓閥的系統(tǒng) 0.5~1.5用補油泵的閉式回路 0.8~1.5回油路較復雜的工程機械 1.2~3回油路較短，可直接回油路 可忽略不計在這里我們?nèi)”硥毫χ?20pMPa?在本設計中，液壓缸不存在受拉的狀態(tài)，所以只考慮其受壓。一般液壓缸在受壓狀態(tài)下工作時，其活塞面積為： 2111FpA??。液壓缸的直徑 D 的計算值要按國家標準規(guī)142354.7FDmp??