汽車用四輪定位舉升機液壓系統(tǒng)控制設計
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摘要
本篇設計是汽車用四輪定位舉升機液壓控制系統(tǒng)設計,主要是通過液壓缸來驅(qū)動連接桿，而連接桿是說主連桿固接，這樣就等于說控制了連桿在升降，而主連桿是一端通過滾輪支撐主大剪臺一端是通過銷軸固定在大剪臺下面，這樣就同時帶動了大剪臺的升降，而大剪臺的升降行程與液壓缸的行程有直接關(guān)系。文章主要介紹了汽車用四輪定位舉升機液壓控制系統(tǒng)的類型以及結(jié)構(gòu)和液壓缸的選型計算等等。車用四輪定位舉升機液壓控制系統(tǒng)作為液壓控制系統(tǒng)的一個重要組成的部分，隨時時代的發(fā)展和工業(yè)的進步，液壓工業(yè)對其提出了新的要求。車用四輪定位舉升機液壓控制系統(tǒng)在汽車的維修方面起著重要的作用，它直接影響著汽車維修的工作效率和成本，因此車用四輪定位舉升機液壓控制系統(tǒng)的設計是當今機械工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，在以后的若干年里，也會起到越來越重要的作用。
本次設計是關(guān)于車用四輪定位舉升機液壓控制系統(tǒng)的設計，通過對新式的車用四輪定位舉升機液壓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和液壓方面進行創(chuàng)新設計，使得此種類型的車用四輪定位舉升機液壓控制系統(tǒng)的使用范圍更廣泛，在汽車維修領(lǐng)域也會起到越來越重要的作用。
關(guān)鍵詞：設計；汽車用四輪定位舉升機；液壓缸；作用
Abstract
For a lot of special places, like the risk is very big, or we are difficult to reach, such as disarm bombs, unknown corresponding domains such as detection, probing deep of more dangerous situation usually need to implement the robot.It’s a main part of robot for micro pedipulator, walking robots and more than six feet, compared to the Eight Legged Robot, because of strong bearing capacity, good stability, which the meritss is simple construction, So, a large number of researchers around the world, start .an important positionin national economy mould technology has also become to measure a national product manufacture level of important symbol.Injection molding plastic molding isan important method .it is mainly suitable for thermoplastic molding .and canbea complicated shape of precision plastic forming parts is the adsl surface hella a design model .
Its principle is diagonal synchronization, leg activity by the structure of the crank rocker, front leg movements around the same, it detailed performance curve characteristics of the connecting rod,when the curve trajectory diagonal straight line segment, the robot is stationary, the motion trajectory when the diagonal curve is slanting line do the walking.
Keywords：Manufacturing ,Location, Clamping, Process
目 錄
摘要 I
Abstract II
1引言 1
1.1本課題研究的內(nèi)容 1
1.2定位舉升機的分類 4
1.3液壓技術(shù)在舉升機方面的發(fā)展 6
2汽車用四輪定位舉升機總體結(jié)構(gòu)的設計 7
2.1汽車用四輪定位舉升機的總體方案圖 9
2.2汽車用四輪定位舉升機的工作原理 10
3四連桿機構(gòu)的輔助設計 10
3.1四連桿機構(gòu)圖 11
3.2四連桿機構(gòu)運動學分析 12
3.3受力分析 12
3.4液壓系統(tǒng)的數(shù)學模型 14
3.5分析高度，工作載荷，流量與時間的關(guān)系 16
4液壓系統(tǒng)的設計 18
4.1確定系統(tǒng)方案 19
4.2擬定液壓系統(tǒng)圖 21
5液壓缸的設計計算 22
5.1液壓缸的類型及結(jié)構(gòu)形式 23
5.2液壓缸的工作壓力 24
5.3計算液壓缸的尺寸 26
5.4液壓缸各工作階段的壓力、流量和功率計算 27
5.5液壓缸工況圖 28
5.6液壓缸推力的計算 30
5.7液壓系統(tǒng)的壓力損失計算 31
5.8缸筒的設計與計算 32
5.9缸筒壁厚的驗算 33
結(jié)論 34
致謝 35
參考文獻 36
1 緒論
1.1 本課題研究的主要內(nèi)容
由于我國汽車維修檢測設備行業(yè)起步晚、起點低，整體上仍然相當落后。舉升機制造企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小、經(jīng)濟技術(shù)力量薄弱、各自為政、缺乏專業(yè)分工和廣泛合作；技術(shù)吸收、運用、開發(fā)、創(chuàng)新能力不強；抄襲、偽造現(xiàn)象和短期行為嚴重；折疊雙四連桿液壓舉升機在現(xiàn)代維修中占有越來越重要的地位，市場需求也大。本設計是汽車用四輪定位舉升機液壓控制系統(tǒng)設計，首先對題目進行分析，分析液壓力，流量與時間的關(guān)系。再結(jié)合現(xiàn)有的車用四輪定位舉升機液壓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)，加上對車用四輪定位舉升機液壓控制系統(tǒng)的深入研究。然后對其中的方案進行擬定選擇，并且對其中的重要零部件進行設計校核，并且畫出裝配圖及零件圖，從而將汽車用四輪定位舉升機液壓控制系統(tǒng)設計完成。
1.2定位舉升機的分類
從國內(nèi)外目前發(fā)展狀況來看，液壓式舉升機可以分為二柱普通薄底板舉升機（雙缸）、二柱單缸液壓舉升機、二柱龍門式液壓舉升機、四柱普通式舉升機、四柱舉升機（配四輪定位），手動或氣動二次舉升系列、四柱舉升機（配四輪定位），電動液壓二次舉升系列、小剪舉升機、大剪（子母雙層）液壓舉升機系列（配四輪定位儀）、巴士移動式舉升機這幾大類型。因為本次畢業(yè)設計舉升能力只有4.8-5t，上升高度為1.8到1.83m,舉升時間1分20秒～1分30秒,所以是小功率場合。因此采用折疊雙四連桿式舉升機，主要是它占用的空間小、設備運行比較平穩(wěn)、安全可靠。
結(jié) 論
光陰似箭，日月如梭，通過這次對于汽車檢修升降臺架的設計，使我們充分把握的設計方法和步驟，不僅復習所學的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設計，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學生都能給予及時的指導，確保設計進度，本文所設計的是汽車用四輪定位舉升機液壓控制系統(tǒng)設計，通過初期的方案的制定，查資料和開始正式做畢設，讓我系統(tǒng)地了解到了所學知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學問不易，需要不斷鉆研，不斷進取才可要做的好。
致 謝
通過近半年的設計計算，查找各類汽車用四輪定位舉升機液壓控制系統(tǒng)的相關(guān)資料，論文終于完成了，我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因為我是怎么想的，這是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學四年的知識和反映。四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是來自老師和同學的潛移默化讓我學到很多有用的知識，在這里，謝謝老師以及所有關(guān)心我和幫助我的人，謝謝大家。
參考文獻
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本科畢業(yè)設計（論文） 題 目 ： 汽車用四輪定位舉升機液壓控制系統(tǒng)設計 ________________________ 英文題目： of 院： ________________________ 專 業(yè)： ________________________ 姓 名： ________________________ 學 號： ________________________ 指導教師 ： ________________________ 2015年 12月 7日 I 摘要 本篇設計是汽車用四輪定位舉升機液壓控制系統(tǒng)設計 ,主要是通過液壓缸來驅(qū)動連接桿，而連接桿是說主連桿固接，這樣就等于說控制了連桿在升降，而主連桿是一端通過滾輪支撐主大剪臺一端是通過銷軸固定在大剪臺下面，這樣就同時帶動了大剪臺的升降，而大剪臺的升降行程與液壓缸的行程有直接關(guān)系。文章主要 介紹了汽車用四輪定位舉升機液壓控制系統(tǒng)的類型以及結(jié)構(gòu)和液壓缸的選型計算等等。車用四輪定位舉升機液壓控制系統(tǒng)作為液壓控制系統(tǒng)的一個重要組成的部分，隨時時代的發(fā)展和工業(yè)的進步，液壓工業(yè)對其提出了新的要求。車用四輪定位舉升機液壓控制系統(tǒng)在汽車的維修方面起著重要的作用，它直接影響著汽車維修的工作效率和成本，因此車用四輪定位舉升機液壓控制系統(tǒng)的設計是當今機械工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，在以后的若干年里，也會起到越來越重要的作用。 本次設計是關(guān)于車用四輪定位舉升機液壓控制系統(tǒng) 的 設計，通過對新式的車用四輪定位舉升機液壓控 制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和液壓方面進行創(chuàng)新設計，使得此種類型的車用四輪定位舉升機液壓控制系統(tǒng)的使用范圍更廣泛，在汽車維修領(lǐng)域也會起到越來越重要的作用。 關(guān)鍵詞： 設計 ；汽車用四輪定位舉升機；液壓缸；作用 or a of is or we to as as of to s a of to of is a of an to a of it is of is a is by of it of is is do 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 錄 摘要 .............................................................. I ........................................................ 引言 ............................................................ 1 課題研究 的內(nèi)容 ............................................ 1 位舉升機的分類 ............................................ 4 壓技術(shù)在舉升機方面的發(fā)展 .................................. 6 2 汽車用四輪定位舉升機 總體結(jié)構(gòu)的設計 ................................ 7 車用四輪定位舉升機 的總體方案圖 ............................. 9 車用四輪定位舉升機 的工作原理 .............................. 10 3 四連桿機構(gòu)的輔助設計 ........................................... 10 連桿機構(gòu)圖 ............................................... 11 連桿機構(gòu)運動學分析 ....................................... 12 力分析 ................................................... 12 壓系統(tǒng)的數(shù)學模型 ......................................... 14 析高度，工 作載荷，流量與時間的關(guān)系 ....................... 16 4 液壓系統(tǒng)的設計 ................................................. 18 定系統(tǒng)方案 ............................................... 19 定液壓系統(tǒng)圖 ............................................. 21 5 液壓缸的設計計算 ............................................... 22 壓缸的類型及結(jié)構(gòu)形式 ..................................... 23 壓缸的工作壓力 ........................................... 24 算液壓缸的尺寸 ........................................... 26 壓缸各工作階段的壓力、流量和功率計算 ..................... 27 壓缸工況圖 ............................................... 28 壓缸推力的計算 ........................................... 30 壓系統(tǒng)的壓力損失計算 ..................................... 31 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 筒的設計與計算 ........................................... 32 筒壁厚的驗算 ............................................. 33 結(jié)論 ............................................................. 34 致謝 ............................................................. 35 參考文獻 ......................................................... 36 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 1 1 緒論 課題研究的主要內(nèi)容 由于我國汽車維修檢測設備行業(yè)起步晚、起點低，整體上仍然相當落后。舉升機制造企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小、經(jīng)濟技術(shù)力量薄弱、各自為政、缺乏專業(yè)分工和廣泛合作；技術(shù)吸收、運用、開發(fā)、創(chuàng)新能力不強；抄襲、偽造現(xiàn)象和短期行為嚴重；折疊雙四連桿液壓舉升機在現(xiàn)代維修中占有越來越重 要的地位，市場需求也大。本設計是 汽車用四輪定位舉升機液壓控制系統(tǒng)設計 ，首先對題目進行分析，分析液壓力，流量與時間的關(guān)系。再結(jié)合現(xiàn)有的車用四輪定位舉升機液壓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)，加上對車用四輪定位舉升機液壓控制系統(tǒng)的深入研究。然后對其中的方案進行擬定選擇，并且對其中的重要零部件進行設計校核，并且畫出裝配圖及零件圖，從而將汽車用四輪定位舉升機液壓控制系統(tǒng)設計完成。 從國內(nèi)外目前發(fā)展狀況來看，液壓式舉升機可以分為二柱普通薄底板舉升機（雙缸）、二柱單缸液壓舉升機、二柱龍門式液壓舉升機 、四柱普通式舉升機、四柱舉升機（配四輪定位），手動或氣動二次舉升系列、四柱舉升機（配四輪定位），電動液壓二次舉升系列、小剪舉升機、大剪（子母雙層）液壓舉升機系列（配四輪定位儀）、巴士移動式舉升機這幾大類型。因為本次畢業(yè)設計舉升能力只有 升高度為 升時間 1 分 20 秒～ 1 分 30 秒 ,所以是小功率場合。因此采用折疊雙四連桿式舉升機，主要是它占用的空間小、設備運行比較平穩(wěn)、安全可靠。 液壓技術(shù)的優(yōu)點： a）在相同的體積下，液壓裝置能比其他裝置產(chǎn)生更多的 動力，在相同的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，功率密度大，液壓式馬達的體積和重量只有相同功率電機的 12%。 b）液壓裝置工作相對平穩(wěn)，而由于重量較輕，慣性小，反應快，液壓裝置 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 2 容易實現(xiàn)快速啟動，制動和頻繁的換向。 c）液壓裝置可在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速，（調(diào)速范圍可達到 2000），并且可以在運行的過程中實現(xiàn)調(diào)速。 d）液壓傳動容易實現(xiàn)自動化，它對液體壓力，流量和流動方向容易進行調(diào)解或控制。 e）液壓裝置容易實現(xiàn)過載保護。 f）液壓元件已經(jīng)實現(xiàn)了標準化，通用化，系列化，壓也系統(tǒng)的設計制造和使用都比較方 便。 當然液壓技術(shù)還存在不少缺點，比如，液壓在傳動過程中會有較多的能量損失，液壓傳動容易泄露，不僅會污染工作場地，限制其應用范圍，還有可能引起失火事故，并且影響執(zhí)行部分的運動平穩(wěn)性以及正確性。它對油溫的變化比較敏感，液壓元件制造精度的要求較高，造價昂貴，如果出現(xiàn)故障不容易找到原因，但是在實際的應用中，卻可以通過有效的措施來減小不利因素帶來的影響。 由于液壓式傳動有其突出的優(yōu)點，所以目前在國內(nèi)外機械工程上已經(jīng)獲得了廣泛的應用。而工程機械采用液壓傳動后，普遍比原來同規(guī)格機械傳動產(chǎn)品減小了外型尺寸，減輕了重量， 提高了產(chǎn)品的性能，并且使操縱大大簡化、輕巧、靈便。比如起重機采用了液壓伸縮臂后增加了運輸狀態(tài)的機動性和作業(yè)時的靈活以及作業(yè)環(huán)境的適應性；挖掘機工作裝置采用液壓式傳動，使得鏟斗可以轉(zhuǎn)動，即增加了作業(yè)的自由度，也提高了作業(yè)質(zhì)量；裝載機采用液壓傳動后使鉸接車架的結(jié)構(gòu)形式從而得到廣泛應用。 液壓技術(shù)的采用大大促進工程機械的發(fā)展，這既表現(xiàn)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上的改進、性能上的提高，而且也表現(xiàn)在產(chǎn)品的規(guī)格、品種和數(shù)量的增加，即工程機械效率的發(fā)展速度上。而要發(fā)展一種新的工程機械品種，一般來說，采用液壓式傳動比機械傳動所需要用的研制 過程要短得多，原因是液壓元件容易實現(xiàn)“三化”，元件在整機上的布置容易，并且使整機的結(jié)構(gòu)簡單，所以說，工程機械的發(fā)展，液壓技術(shù)起到了非常重要的作用。 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 3 2 汽車用四輪定位舉升機總體結(jié)構(gòu)的設計 車用四輪定位舉升機的總體方案圖 汽車用四輪定位舉升機一般常見于汽車維修場所，當待修理的汽車開到檢修臺架上面后，呈兩組對稱分布的液壓缸開始動作，在連桿機構(gòu)的作用下，帶動汽車緩緩上升，同時上面裝有小型的剪式平臺，可以把汽車托起更高，從而可以方便維修工人對汽車 車輪的維修和更換。當汽車檢修好后，液壓缸緩緩縮回行程，這樣汽車就被慢慢地放回底面。其總體方案圖如下圖 2示：2車用四輪定位舉升機總體方案圖 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 4 車用四輪定位舉升機的工作原理 當待修理的汽車開到檢修臺架上面后，呈兩組對稱分布的液壓缸開始動作，在連桿機構(gòu)的作用下，帶動汽車緩緩上升，同時上面裝有小型的剪式平臺，可以把汽車托起更高，從而可以方便維修工人對汽車車輪的維修和更換。 3 四連桿機構(gòu)的輔助設計 連桿機構(gòu)簡圖 這種折疊式液壓舉升機其實是平面的四連桿 機構(gòu)的變態(tài)形式。平面四連桿機構(gòu)是若干個剛性構(gòu)件用平面低副（轉(zhuǎn)動副或轉(zhuǎn)動副和移動副）連接而成，各構(gòu)件均在相互平行的平面內(nèi)運動的機構(gòu) ]3[ 。由于平面連桿機構(gòu)能實現(xiàn)多種運動軌跡曲線和運動規(guī)律，且低副不易磨損，而又易于加工及能由本身幾何形狀保證接觸等優(yōu)點，因此廣泛應用于機械領(lǐng)域。 連桿機構(gòu)設計通常包括選型、運動設計、承載能力計算、結(jié)構(gòu)設計和繪制機構(gòu)裝配圖與零件工作圖等內(nèi)容。其中運動設計又是重中之重，它是確定機構(gòu)運動簡圖的參數(shù)，包括各運動副之間的相對位置尺寸以及描繪連桿曲線的點 的位置尺寸等等。 四連桿機構(gòu)運動學分析 桿 D 點可以作水平方向的滑動， 點的水平運動。該折疊雙四連桿機構(gòu)由液壓缸驅(qū)動作升降運動，此液壓缸一端固定于地面或者鉸接在桿一端鉸接與桿 對系統(tǒng)建模，分析各桿的受力狀況和桿上各點的運動學方程和動力學方程。根據(jù)得出的方程計算出液壓力的大小以及液壓缸的長度。 點距 a ( ) c o sx l a ??? ( 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 5 ? ? s l a ??? (軌跡方程為 22221( ) ( )a l a????（ 舉升高度為 122 ( s i n s i n )?? ? ?（ 液壓桿長度 L 1）另一端固定于桿上 固定點距離 b 2 2 2 2( ) c o s ( ) s i nL l a b l a b??? ? ? ? ? ? （ 2）另一端固定于地面 固定點距離 b 2 2 2[ ( ) c o s ] ( ) s i nL l a b l a??? ? ? ? ? （ 受力分析 對系統(tǒng)進行受力分析，可以利用虛位移原理計算出液壓 力 F C 體受力圖 可以看出系統(tǒng)所受的外力只有液壓力 做功，可得： 液??? （ 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 6 ? ? ? ?? ?2222c o s s i n2 s i nG l l a b l a l b???? ? ? ? ??? ? ?（ 液壓系統(tǒng)的數(shù)學模型 由于舉升機各構(gòu)件均屬于剛性元件，因此系統(tǒng)的整體剛度 K 近似的可以被忽略，而只考慮等效總粘性 阻尼系數(shù) B。 建立液壓系統(tǒng)的數(shù)學模型如下： m 壓系統(tǒng)數(shù)學模型 這個系統(tǒng)在液壓缸流量發(fā)和負載發(fā)生變化時，活塞運動速度產(chǎn)生變化的過程根據(jù)液壓缸工作腔的流量連續(xù)方程為 pl v k ? ?（ 式中： A —— 活塞 有效工作面積 v —— 活塞移動速度 液壓缸工作腔的泄漏系數(shù) p —— 液壓缸工作腔壓力 V —— 液壓缸工作腔和進油管內(nèi)油液體積 以上式子中等好右邊 活塞移動所需流量，第二項三項 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 7 活塞上的動力平衡方程為 p m B v ? ?（ 式中： m —— 液壓缸所驅(qū)動的工作部件（包括活塞、活塞桿等移動部件質(zhì)量） B —— 粘性阻尼系數(shù)。 上式中 液壓缸產(chǎn)生的推力，等號右邊第一項 二項 三項 將式（ （ 拉氏變換后得到 ( ) ( ) ( ) ( )l Vq s A v s k s p ? ?（ ( ) ( ) ( ) ( )LA p s m s B v s F s? ? ?（ 根據(jù)以上兩式可作出該液壓缸系統(tǒng)的方框圖如圖 綜合成下式： 22( ) ( ) ( )()( ) ( )q s k s F s k m B s A k ?? ? ? ? =222( ) ( ) ( )11q s k s F k B s?????? ??（ 其中的n?和 ? 分別代表液壓缸系統(tǒng)的無阻尼固有頻率和阻尼比，其值為： 2()k B ? ，22 nl lK k m V k B?? ?? ? （ 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 8 ())s B?())壓缸系統(tǒng)方框圖 由總體部分得知在舉升機舉升動作過程中外負載是恒定的即 ()，液壓缸系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 2 2( ) 1()() ( ) 2 1s s A k B s???? ???（ 分析高度，工作載荷，流量與時間的關(guān)系 由總體設計知道，桿長 l =a =b=始角度0?= 6o ，最高角度 ? =26o ，重量 G=5 ， 1 ? ?設計上升的速度 v 與時間 t:舉升機上升高度 0速度a=m /25v=s 勻速運動。 高度 t=0 220 ???t=25 5(???? 液壓桿長： ???22222s co s)(???????? ???? s c o ss ???( 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 9 前 0s 2 ??? ?? t? )1 0 4 0 1 2 r c s 2 ?? t? 22 )? 代入式子（ : 2222 )i i i i ????? ?????(后 25?s 5(1 ???? 0 4 ? t?)07 r c s ?? t?2)? 代入式子（ : 222 )i i i i ????? ??????（ 由此可得到液壓缸流 量公式 02222) 0 12 0 0 0 12 i o ss i ?????? ?? （ 25 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 10 2222) 0 12 0 0 0 12 i o ss i ?????? ?? （ 式中 A —— 液壓缸工作面積 2m D —— 直徑 m 由下面液壓設計部分得到數(shù)據(jù)直徑 20 . 1 2 5 , 0 . 0 1 2 3D m A m?? 工作載荷與時間 t 的函數(shù)關(guān)系：代入（ 得 ??S 0 0 0 ??(0 ??S 0 0 0 ?? ?? t? 25 ??S 0 0 0 ??0 7 0 4 ? t?利用編程計算求出在相應時間所需要的工作載荷和流量，如下表： )()(V（ m/s） 43 10)/( ??1 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 11 6 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 12 29 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 23 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 13 52 3 54 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 14 75 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 上面表格用 成示意圖 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 15 由上圖可知流量 Q，工作載荷 上述曲線可知，工作載荷 量 3 液壓系統(tǒng)的設計 定系統(tǒng)方案 a) 執(zhí)行機構(gòu)的確定 液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸和液壓馬達，前者實現(xiàn)直線運動，后者完成回轉(zhuǎn)運動。本系統(tǒng)選擇雙作用單活塞桿液壓缸。 b) 執(zhí)行機構(gòu)的運動控制回路 液壓執(zhí)行元件確定后，其運動方向和速度的控制是擬定液壓回路的核心問題。由于本系統(tǒng)工作在小流量場合，因此采用適合此流量的方向控制回路， 即通過換向閥的有機組合實現(xiàn)所要求的動作。速度控制的相應調(diào)速方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者結(jié)合的容積節(jié)流調(diào)速。節(jié)流調(diào)速一般定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度，這種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單，適用于功率不大的場合，本系統(tǒng)就是采用這種方式。缺點是效率低，發(fā)熱量交大，但是對于不是頻繁工作的系統(tǒng)來說，只要按發(fā)熱功率計算出合適的油箱即可解 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 16 決。正是因為其發(fā)熱量大，所以節(jié)流調(diào)速一般用開式循環(huán)。在開式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油經(jīng)系統(tǒng)釋放能量后，再排回油箱。開式回路，結(jié)構(gòu)簡單，散熱性好，但就是油箱 體積大。 c) 其它回路 因為為了保證整個系統(tǒng)的可靠性和安全性，所以必須設置安全鎖止機構(gòu)。這需要鎖緊即保壓回路。鎖緊回路的主要功用是使液壓缸能在任意位置上停留，且不因外力作用而移動位置，本系統(tǒng)采用液控單向閥的鎖緊回路。壓力油經(jīng)左邊液控單向閥進入液壓缸左腔，同時通過控制口打開右邊液控單向閥，使液壓缸右腔的回路可經(jīng)右邊液控單向閥及換向閥流回油箱，活塞向上運動。反之，活塞則向下運動。到了需要停留的位置，只要使換向閥處于中位，因閥的中位為 以兩個液控單向閥均關(guān)閉，使活塞雙向鎖緊?；芈分杏捎谝嚎貑蜗蜷y的密封 性好，泄漏極少，鎖緊的精度主要取決于液壓缸的泄漏。為加強安全系數(shù)，還用到了平衡回路，功用是機構(gòu)不工作時，不致因受負載重力作用而使執(zhí)行機構(gòu)自行下落。本系統(tǒng)采用液控單向閥串連單向節(jié)流閥的平衡回路，這種回路鎖定性好，工作可靠。卸荷回路采用 換時液壓沖擊小。 定液壓系統(tǒng)圖 液壓執(zhí)行元件及各基本回路確定之后，把它們有機地組合在一起，去掉重復多余的元件即可。具體的液壓系統(tǒng)圖如下（圖 3－ 1）： 圖 3－ 1 液壓系統(tǒng)圖 本液壓系統(tǒng)主 要實現(xiàn)舉重機的上升，下降和鎖止這幾個動作，它的液壓油流向不一樣。 要實現(xiàn)液壓缸的上升動作，首先要把三位四通換向閥打到左位液壓油從油箱 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 17 通過過濾器過濾被液壓泵吸收。經(jīng)過換向閥左位運行到節(jié)流閥和單向閥的交接處，因為單向閥只允許液壓油從上往下流動，所以液壓油經(jīng)過節(jié)流閥，同時節(jié)流閥可以通過調(diào)節(jié)流量來調(diào)節(jié)舉升機舉升的速度。液壓油流到雙控液壓閥左邊液控單向閥經(jīng)過單向閥進入液壓缸左腔，同時通過控制口打開右邊液控單向閥，使液壓缸右腔的回路可經(jīng)右邊液控單向閥及換向閥流回油箱，活塞向右運動，實現(xiàn)舉升機舉升的動作。 要實現(xiàn)液壓缸的下降動作，則要把三位四通換向閥打到右位液壓油從油箱通過過濾器過濾被液壓泵吸收。經(jīng)過換向閥右位流到雙控液壓閥右邊液控單向閥進入液壓缸右，同時通過控制口打開右邊液控單向閥，使液壓缸左腔的回路經(jīng)過節(jié)流閥，液控單向閥，單向閥及換向閥流回油箱，活塞向左運動，實現(xiàn)舉升機下降的動作。液壓缸和液控單向閥之間的節(jié)流閥可以改變舉升機下降的速度。 要實現(xiàn)鎖止的動作，舉升機動作時 到了需要停留的位置，只要使換向閥處于中位，因閥的中位為 以兩個液控單向閥均關(guān)閉，使活塞雙向鎖緊。回路中由于液控單向閥的密封性好，泄漏極少，鎖緊的精度主要取決于液壓缸的泄漏。 對于此液壓系統(tǒng)一般都是把換向閥至于中位，打開液壓泵，由于換向閥中位卸荷能力，所以液壓泵打開之后液壓油也會流到油箱。而如果先開液壓泵，換向閥沒有調(diào)整，則可能會引起事故，如果換向閥左位舉升機就會舉升，如果在右位舉升機就會下降。所以液壓泵的開啟要等換向閥調(diào)到中位才可以。 5 液壓缸的設計計算 壓缸的類型及結(jié)構(gòu)形式 液壓缸有多種類型。按作用方式可分為單作用式和雙作用式兩種；按結(jié)構(gòu)形式可分為活塞式、柱塞式、組合式和擺動式四大類。 其中，單作用液壓缸分為：單活塞桿液壓缸、雙活塞桿液壓缸、柱塞式液壓缸、差動液壓缸和伸縮液壓缸。但是，差動式液壓缸和柱塞式液壓缸只能單作用而不能雙作用。組合液壓缸包括：彈簧復位式、齒條式、串聯(lián)式和增壓式四種。擺動液壓缸又分為：單葉片式和雙葉片式兩種。下面以一種典型液壓缸為例，說明液壓缸的基本組成。 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 18 空心活塞式液壓缸如上圖所示。它由缸筒，活塞，活塞桿，缸蓋，密封圈，導向套，壓板等主要零件成。這種液壓缸活塞桿固定，缸筒帶動工作臺作往復運動?；钊缅F銷與空心活塞桿連接，并用堵頭堵死活塞桿的一頭。缸筒兩端外圓上套有鋼絲環(huán)，用于阻止壓板向外移動，從而通過螺栓將缸蓋與壓板相連（圖中沒有畫出），并把缸蓋壓緊在缸筒的兩端。為了減少泄漏，在液壓缸中可能發(fā)生泄漏的結(jié)合面安放了密封圈和紙墊?？招幕?塞桿和其上的油口 a、 c 提供了液壓缸的進、出油口。當缸筒移動到左、右終端時，油口 a、 c 的開度逐漸減小，造成回油阻力逐漸增大，對運動部件起到制動緩沖作用。在缸蓋上設有與排氣閥（圖中沒有畫出）相連的排氣孔，可以排出液壓缸中的空氣，使運動更加平穩(wěn)。 表 2類型 速度 作用力 特點 單 作 用 雙活塞桿液壓缸 U=q/=塞的兩側(cè)都裝有活塞桿，只能向活塞一側(cè)供給壓力油，由外力使活塞反向運動 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 19 液 壓 缸 單活塞桿液壓缸 U=q/1=塞僅 單向運動，返回行程利用自重或負荷將活塞推回 柱塞式液壓缸 U=q/1=塞僅單向運動，由外力使柱塞反向運動 差動液壓缸 U3=q/3=使速度加快，但作用力相應減小 伸縮液壓缸 短缸獲得長行程；缸由大到小逐節(jié)推出，靠外力由小到大逐節(jié)縮回 雙 作用液壓缸 雙活塞桿液壓缸 U1=q/2=q/1=（ 2=（ 邊有桿，雙向液壓驅(qū)動，雙向推力和速度均相等 單活塞桿液壓缸 U1=q/2=q/1=（ 2=（ 邊有桿，雙向液壓驅(qū)動， V 縮液壓缸 向液壓驅(qū)動，由大到小逐節(jié)推出，由小到大逐節(jié)縮回 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 20 組 合 液 壓 缸 彈簧復位液壓缸 向由液壓驅(qū)動，回程彈簧復位 串聯(lián)液壓缸 U1=q/（ 2） U2=1=21=22） 用于缸的直徑受限制，而長度不受限制處，可獲得在的推力 增 壓 缸 活塞缸和柱塞缸組合而成，低壓油送入 B 腔輸出高壓油 齒條液壓缸 塞的移動通過傳動機構(gòu)變成齒輪的往復回轉(zhuǎn)運動 擺動液壓缸 單葉片液壓缸 W =8q/（ b（ T=p（ D^2）b/8 把液壓能變?yōu)榛剞D(zhuǎn)的機械能，輸出軸擺動角 < 300度 雙葉片液壓缸 W =4q/（ b（ T=p（ D^2）b/4 把液壓能變?yōu)榛剞D(zhuǎn)的機械能，輸出軸擺動角 < 150度 注： b— 葉片寬度； D— 葉片的底端 、頂端直徑； w— 葉片軸的角速 度；論轉(zhuǎn)矩 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 21 壓缸的工作壓力 根據(jù)負載并查表，初選工作壓力 算液壓缸的尺寸 鑒于磨頭要求快進、快退速度相等，可選用單桿式輕負載型油缸。無桿腔工作面積 桿腔工作面積 且 活塞桿直徑 呈 d= 回油路上背壓 路壓力損失△ 1=F/()=4182× 10)= ?/)14( A =d= 2348直徑元整成就進標準值 D=50mm d=35油缸兩腔的實際有效面積為： =102=π (4=10據(jù)上述 D與 估算油缸在各個工作階段中的壓力。 壓缸各工作階段的壓力、流量和功率計算 工況 推力 F/N 回油腔壓力油腔壓力入流量/ L/ 輸入功率/P 計算公式 快進 啟動 1289 0 - 2112F A ??1 2 1 A 1P p Q??加速 1193 1p p p? ??△ P= - 恒速 645 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 22 工進 4182 211F p 12Q P p Q??快退 啟動 1289 0 - 2112F p 2Q P p Q??加速 1193 - 恒速 645 壓缸工況圖 壓缸推力的計算 根據(jù)系統(tǒng)工況，可知油壓范圍介于 14間，故根據(jù)油缸推力計算公式可知： F= 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 23 壓系統(tǒng)的壓力損失計算 1）、快進 滑臺快進時，油缸差動連接，進油路上通過單向閥 3 的流量是 6L/過電液換向閥 4，油缸有桿腔的回油與進油路匯合，以 并進入無桿腔。因此進油路上的總壓降為 ∑△ (6/63)2+(6/80)2+(3)2] =(力閥不會被打開，油泵的流量全部進入油缸。回油路上，油缸有桿腔中的油液通過電液換向閥 4和單向閥 9的流量都是 后與液壓泵的供油合并，經(jīng)行程閥 5流入無桿腔。由此可算出快進時有桿腔壓力 △ p=(0)2+(3)2+(3)2] =(值小于原估計值 以是安全的。 2）、工進 工進時，油液在進油路上通過電液換向閥 4 的流量為 調(diào)速閥 7處得壓力損失為 液在回油路上通過換向閥 4的流量是 背壓閥 10 處得壓力損失為 過順序閥 11 的流量為（ 6+此這時油缸回油腔的壓力 (0)2+3)2] =(值小于原估計值 重新計算工進時油缸進油腔壓力 p1 F`+(4182+106× 10106× 10數(shù)值與 近。 3）、快退 快退時，油液在進油路上通過換向閥 4 的流量為 6L/液在回油路上通過單向閥 7、換向閥 4 和單向閥 13 的流量都是 此進油路上總 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 24 壓降為 ∑△ (6/63)2+(6/80)2]=(值較小， 所以液壓泵驅(qū)動電動機的功率是足夠的?；赜吐飞峡倝航禐? ∑△ (3)2+(0)2+ 3） 2] =(值與 必重算。所以快退時液壓泵的最大工作壓力 pp=△ 因此液壓泵卸荷的順序閥 11的調(diào)壓應大于 壓缸的負載力分析與計算 本課題任務要求液壓缸的出力 滿足能夠?qū)ζ嚨闹亓窟M行托起的要求。 （ 1）工作載荷 常見的工作載荷為活塞桿上所受的擠壓力，彈力，拉力等，在這里我們可得 鋁合金板材所受的最大外力為： 0? 464 1 0 1 2 0 1 0 4 8?? ? ? ? ?式中σ 0 ； 2m 。 由上式得 液壓缸所受工作載荷約為 48 （ 2）單活塞桿雙作用缸液壓缸作伸出運動時，其阻力 F 所需提供的液壓力可表示為 F? 2L a f F F F?? ? ? ? 式中 N ； 制動）時的慣性力， N ； N ； 活塞和活塞桿自重）， N ； N ；通常以液壓缸的機械效率來反映，一般取機械效率 μ m= N 。 在上述諸阻力中，在不同條件下是不同的，因此液壓缸的工作阻力往往是變化的。因為此處液壓缸只是作拉伸板材變形作用，故其運動速度較小，慣性力和 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 25 摩擦阻力都較小，得 F≤ 50塞外徑 D與 擇出適當?shù)墓ぷ鲏毫凸┮毫髁繚M足負載和速度要求后， D和 D和 壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)尚有活塞行程 S、導向距離 壓缸的行程應根據(jù)工作需要設定，為簡化制造工藝和節(jié)約制造成本，應采用標準化行程尺寸系列參數(shù)。為減 小活塞桿伸出時與缸體軸線的偏斜，液壓缸應有合理的導向長度。 筒設計與計算 缸筒與缸蓋的連接方式 端蓋分為前端蓋和后端蓋。前端蓋將活塞桿（柱塞）腔封閉，并起著為活塞桿導向、密封和防塵之作用。后端蓋即缸底一端封閉，通常起著將液壓缸與其他機件的作用。 缸筒與端蓋常見的連接方式有 8種：拉桿式、法蘭式、焊接式、內(nèi)螺紋式、外螺紋式、內(nèi)卡環(huán)式、外卡環(huán)式和鋼絲擋圈式，其中焊接式只適應缸筒與后端蓋的連接。 對缸筒的要求 缸筒是液壓缸的主要零件，有時還是液壓缸的直接做功部件（活塞桿或柱塞固定時）；它與端蓋、活 塞（柱塞）構(gòu)成密封容腔，用以容納壓力油液、驅(qū)動負載而做功，因而對其有強度、剛度、密封等方面的要求。 缸筒的材料選擇 缸筒的毛坯普遍采用退火的冷拔或熱軋的無縫鋼管，市場上已有內(nèi)孔經(jīng)過珩磨或內(nèi)孔經(jīng)過精加工的半成品，只需要按所要求的長度切割無縫鋼管，材料有20、 35、 45 號鋼和 27金鋼。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，管接頭或耳軸等件焊接時，則應用焊接性能較好的 35號鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下均采用 45號鋼，并應調(diào)質(zhì)到 241~285 缸筒的計算 2 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢 業(yè)設計（論文） 26 266 . 3 3 0 1 0 3 0 02 10??? ? ? ? ?3 7 1 2 5 1 6N M P a A? ? ? 322 1 0?2 r 2 5 4 . 3 4D r m m? ? ? 查表缸徑 3程 800初步確定缸筒內(nèi)徑 一步的工作是確定液壓缸的壁厚 。當液壓缸為薄壁液壓缸（ ?） , 可按下式計算： ? ?/2?? 式中 設計或額定）工作壓力， ； D 塞外徑）， m ??? 對于脆性材料，許用應可表示為 ??? ? 式中σ b 常可取 n=5， ??? ? ?6005120? 因為? ???? 所以 ==16 63 2 120??查表取壁厚為 5通過上述計算，可得液壓缸缸筒外徑 73筒壁厚的驗算 青島濱海學院機械設計制造及其自動化專