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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
2、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
3、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一一齿轮泵起，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
4、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. 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,50Hz3. 执行元件速度和载荷3.1执行元件类型、数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
5、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3.1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。3.2速度和载荷计算3.2.1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 平均起升时间为45s，就是从液压缸活塞开始
6、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:lv -t当 t 40 s时：v 53 =0.01325 m /smax t 40min当 t 50 s时：l 0-53v .- - 0.0106n /s3.2.2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：阻碍工作运动的切削力切，运动部件之间的摩擦阻力F磨，密封装置的摩擦阻力% 起动制动或换向过程中的惯性力% ，回油腔因被压作用而产生的阻力F背，即液压缸的总阻
7、力也就是它的最大牵引力:F +F密 +F惯 +%（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：丁 F额载+F支架+七顶板（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-钢之间的接触摩擦，取R = 0.15，其具体计算式为：F磨G=（mi +m2 +m3+rn4）g+由额载式中各符号意义同第三章。（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：F密=0.03F F-液压缸的推力F密=fp兀dh摩擦系数，取f = 0.01密封摩擦力也可以采用经验公式计算，一般取F密=（0.0501）F（4）
8、运动部件的惯性力。山其计算式为： F = ma = x当=切 x牛惯g AtgAtO形密封圈：Y形密封圈：Av对于行走机械取石=。.5-1.52，本设计中取值为0.4心（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=F切+F磨+F密+F惯=(m + m + m + m )g + G+ 日(m + m + m )g + pG+1234额载123额载FAv 八。毋 x + 0.05FgAt切= (204.8+316+120+188+2500)x9.8+0.15(204.8+316+120)x9.8+(204.8+316+120+188
9、+2500)x0.4+(204.8+316+120+188+2500) x 9.8 x 0.05=40KN液压缸的总负载为40KN ,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02500Kg，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。4. 液压系统主要参数的确定4.1 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
10、初步确定液压缸 的工作压力为：p=2MPa。4.2 液压执行元件的主要参数4.2.1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：兀CF= p D24 cm式中：p液压缸的工作压力 Pa取p= (20-3) x105PaD 活塞内径 单位m 0.09m门cm 液压缸的效率 0.95代入数据:F = -x (90x 10-3)2 x (20 -3)x 105 x0.954F = 10.3KN即液压缸工作时产生的推力为10.3KN。表4.1系统被压经验数据回路特点背压值进油路调速1-2x10进油路调速
11、回油装被压阀2-5x10回油路调速6-10x104.2.2 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：0.95门 液压缸机械效率 cm代入数据：D二、:4、10、103 =0. 083m2 x10 x 0.95D= 83mm 取圆整值为 D=90mm4.2.3 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： d = (0.3 - 0.5) D受压时：p 5MPa d = (0.3 0.5)D5 p 7MPa d = 0.7D该液压缸的工作压力为为：p=2MPa,5MPa,取d=0.5D,d=45mm。(
12、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：b 材料的许用应力 单位MPa 活塞杆用45号钢b=, b = 340MPa, n = 2.5代入数据：10 x103 X10-6 x 4 b =3.14 x (45 x 10-3)2=6.3MPa mnK故校核采用的式子为：广n兀2 EJF k L式中： n=1安装形式系数E活塞杆材料的弹性模量钢材取E - 2.1 x IOHPq* 兀d 4J 活塞杆截面的转动惯量 J - 64L 计算长度 1.06m代入数据：F _ 3.142 x 2.1x 1011 x3.14x (45 x
13、10-3)4k64 x 1.062=371KN其稳定条件为:F =0.117cm取壁厚5 = 3mm。2 x 100 x106考虑到液压缸的加工要求，将其壁厚适当加厚4.2.4.2 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，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4.120 2即 H 2 2，+22 = 71.5cm取为 72cm202活塞的宽度一般取 B = (0.6 - 0.1)D ,导向套滑动
14、面长度A ,在D 1.1x5.16x4 = 22.7L/min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3L/min :q 22.7 + 3 = 25.7L/min6.1.1.2 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P p +Zap式中： P 泵的工作压力 单位PaPmax执行元件的最高工作压力单位PaZap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 0.2-0.5MPa ,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：P Z 2 + 0.5 = 2.5MPa考
15、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 大25%-60%，即泵的额定压力为3.125 MPa -P4.0 MPa ，取其额定压力为4 MPa 。6.1.2 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：代入数据:2.5 x 106 x 25.76 X107 X 0.65P = 1.64 KWi表6.1液压泵的总效率液压泵类型齿轮泵叶片泵 柱塞泵 螺杆泵总效率 0.6-0.70.6-0
16、.750.8-0.850.65-0.8(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4 KW，本设计以技术手册的数据为标 准，取电机的功率为4 KW。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：Y -1 1M - 2额定功率：4 KW满载时转速： 2890 r /min电流：8.17 A效率：85.5%净重： 45Kg额定转矩：2.2 Nm电机的安装形式为B5(V 1)型，其参数为：基座号：112M 极数：4国际标准基座号：28 F 21
17、5液压泵为三螺杆泵，其参数如下：规格：Dx2L/h 25x6标定粘度：oE 5010转速：r /min2900压力：MPa4流量：L /min26.6功率：KW4吸入口直径： mm25排出口直径： mm20重量：Kg11允许吸上真空高度：m(H O ) 56.2控制阀的选用6.2.1压力控制阀压力控制阀的选用原则压力：压力控制阀的额定压力应大于液压系统可能出现的最高压力，以 保证压力控制阀正常工作。压力调节范围：系统调节压力应在法的压力调节范围之内。流量：通过压力控制阀的实际流量应小于压力控制阀的额定流量。结构类型：根据结构类性及工作原理，压力控制阀可以分为直动型和先 导型两种，直动型压力控制
18、阀结构简单，灵敏度高，但压力受流量的变化影 响大，调压偏差大，不适用在高压大流量下工作。但在缓冲制动装置中要求 压力控制阀的灵敏度高，应采用直动型溢流阀，先导型压力控制阀的灵敏度 和响应速度比直动阀低一些，调压精度比直动阀高，广泛应用于高压，大流 量和调压精度要求较高的场合。此外，还应考虑阀的安装及连接形式，尺寸重量，价格，使用寿命，维 护方便性，货源情况等。根据上述选用原则，可以选择直动型压力阀，再根据发的调定压力及流 量和相关参数，可以选择DBD式直动式溢流阀，相关参数如下：型号：DBDS6G10最低调节压力：5MPa流量：40L/min介质温度：一2070C6.2.2流量控制阀流量控制阀
19、的选用原则如下：压力：系统压力的变化必须在阀的额定压力之内。流量：通过流量控制阀的流量应小于该阀的额定流量。测量范围：流量控制阀的流量调节范围应大于系统要求的流量范围，特 别注意，在选择节流阀和调速阀时，所选阀的最小稳定流量应满足执行元件 的最低稳定速度要求。该升降机液压系统中所使用的流量控制阀有分流阀和单向分流阀，单向 分流阀的规格和型号如下：型号：FDL-B10H公称流量：P,O 口 40L/min连接方式：管式连接分流阀的型号为：FL-B10其余参数与单向分流阀相同。公称通径:A，重量:10mmB 口20L/min4Kg6.2.3 方向控制方向控制阀的选用原则如下：压力：液压系统的最大压
20、力应低于阀的额定压力流量：流经方向控制阀最大流量一般不大于阀的流量。滑阀机能：滑阀机能之换向阀处于中位时的通路形式。操纵方式：选择合适的操纵方式，如手动，电动，液动等。方向控制阀在该系统中主要是指电磁换向阀，通过换向阀处于不同的位 置，来实现油路的通断。所选择的换向阀型号及规格如下：型号：4WE5E5OF消耗功率：26KW工作压力：A.B.P腔 25MPa额定流量：15L/min电源电压：50 Hz ,110V ,220 VT 腔： 0.433x0.09 = 6.2mm1009.2活塞和活塞杆9.2.1活塞和活塞杆的结构形式(1) 活塞的结构形式活塞的结构形式应根据密封装置的形式来选择，本设计
21、中选用形式如下:121导向环 2密封圈 3活塞图9.3(2 )活塞杆活塞杆的外部与负载相连接，其结构形式根据工作需要而定，本设计中如下所示：图9.4内部结构如下:11卡环 2弹簧圈 3轴套 4活塞 5活塞杆图9.59.4 排气装置排气阀安装在液压缸端部的最高位置上，常用排气阀有整体型和针阀型 两种，本设计中选用整体性排气阀，结构见装配图。图9.69.5 进出油口尺寸的确定进出油口尺寸按照下式确定:d或、兀v代入数据:d=4 x6=9.0mm3.14x 0.1325根据GB2878-81油口连接螺纹尺寸，取M12x1.5螺纹连接。10. 液压系统性能验算（1） 系统压力损失验算系统压力损失包括管
22、道内沿程损失和局部损失以及法类元件的局部损失之和，计算时不同的工作阶段要分开来计算，回油路上的压力损失要折算 到进油路上去，因此某一阶段的系统总的压力损失为:Zap = Zap1+Z（ ap2a2）1式中：ZAp1系统进油路的压力总损失Zap .Zap+ZAp+ZAp11人1。1vZAP2系统回油路的压力总损失Zap =Zap+Zap+Zap2&2。2v现在根据上式计算液压系统工作过程中的压力损失。液压油在管内的流速:根据油管尺寸的计算工程，取v = 3m/s则雷诺数:vd _ 3 x 0.01厂 75x10-6=400( 2300)可见液流为层流。摩擦阻力系数:人=兰=0.1875400管子
23、当量长度及总长度：90o标准弯头2个所以： 气=2.5+2x0.4 = 3.3m进油路的压力损失为： L v 24 人=人_2-YX10-43.3 32p = 0.185 x xx 75 x10-6 = 0.0213。1 项0.01 2 x 9.8各阀的压力损失为：分流阀：0.6 MPa换向阀为：0.04 MPa油路的总压力损失为：p1 = 0.0213 + 0.6 + 0.04 = 0.66MPa由此得出液压系统泵的出口压力为：丫 = p1 p1 = 2.5 + 0.66 = 3.16MPa系统的总效率验算液压泵的总效率门与液压泵的总效率门，回路总效率门 及执行元件 PC的效率门 有关，其计算式为: m回路效率:同时动作的液压执行元件的工作压力与输入流量的乘积之和pq 同时供油的液压泵的工作压力与输出流量乘积之和 p P根据上式有:T| =4x2.5x5.164x26.6= 48.5%液压系统总效率为:T| =r)T)T) = 48.5%x 65%x96% = 30%p c m
