3t液压千斤顶结构设计.docx
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3t液压千斤顶结构设计
3t液压千斤顶结构设计
毕业设计说明书
题目名称：
3t液压千斤顶结构设计
院系名称：
机电学院
班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
2012年6月
摘要
在实际生产中我们总是会遇到一些将重物如机床、笨重的箱子、井下的轨道等在没有起吊设备的情况下移动或抬起的情况，仅靠人工操作是很难实现的，这时我们就需要用到千斤顶。
千斤顶与我们的生活息息相关，在各行各业如建筑、铁路、汽车维修等部门均得到广泛的应用，因此千斤顶技术的发展将直接或间接影响到这些部门的正常运转和工作，而液压千斤顶又是千斤顶的一种。
在液压千斤顶结构设计中，对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高应向标准化发展，液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平，元件尽量符合互换性。
通过研究液压千斤顶的内部结构、工作原理。
使我们对千斤顶有进一步的了解，使我们更加科学合理的应用千斤顶。
关键字：
广泛，工艺，互换性，工作原理
Abstract
Asthedevelopmentofthemarketingeconomy,nowadays,theprivatelyownedenterprisebecomestheimportantsupportintheeconomyandthesociety.Butasthecompetitionbecomeskeen,theprivatelyownedenterprisealsoconfrontsthetoughchallenge.Itisoneofthemostimportantandusefulsubjectonhowtoimprovethecorecompetitivenesstomakethiskindofenterprisemaintainthevigorousvitality.
Keywords：
PrivatelyOwnedEnterpriseSharedVisionVisioningProcedure
前言
液压千斤顶是典型的利用液压传动的设备，液压千斤顶具有结构紧凑、体积小、重量轻、携带方便、性能可靠等优点,被广泛应用于流动性起重作业,是维修、汽车、拖拉机等理想工具。
其结构轻巧坚固、灵活可靠，一人即可携带和操作。
千斤顶是用刚性顶举件作为工作装置，通过顶部托座或底部托爪在小行程内顶升重物的轻小起重设备。
本次对车用液压千斤顶进行三维建模以及运动仿真旨在了解液压千斤顶的内部结构，油液流动方式，密封方式，并且通过对液压千斤顶的分析了解液压传动的原理以及应用。
通过查阅大量文献，和对千斤顶各部件进行绘制建模不但熟悉了千斤顶内液压传动原理还使得我对一些绘图软件的操作更加熟练。
同时也在以前书本学习的基础上对液压传动加深了理解。
1液压传动概述
液压传动的应用范围的基本原理
自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，液压传动技术已有二三百年的历史。
直到20世纪30年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。
在第二次世界大战期间，由于战争需要，出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。
第二次世界大战结束后，战后液压技术迅速转向民用工业，液压技术不断应用于各种自动机及自动生产线。
本世纪60年代以后，液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展。
因此，液压传动真正的发展也只是近三四十年的事。
当前液压技术正向迅速、高压、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。
同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助测试（CAT）、计算机直接控制（CDC）、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。
我国的液压技术最初应用于机床和锻压设备上，后来又用于拖拉机和工程机械。
现在，我国的液压元件随着从国外引进一些液压元件、生产技术以及进行自行设计，现已形成了系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。
液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工。
业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。
液压传动的基本原理是在密闭的容器内，利用有压力的油液作为工作介质来实现能量转换和传递动力的。
其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。
在液压传动中，液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理。
2液压传动系统的组成
液压系统主要由：
动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种
阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。
1、动力元件（油泵）它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能；是液压传动中的动力部分。
2、执行元件（油缸、液压马达）它是将液体的液压能转换成机械能。
其中，油缸做
直线运动，马达做旋转运动。
3、控制元件包括压力阀、流量阀和方向阀等。
它们的作用是根据需要无级调节液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。
4、辅助元件除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件及油箱等，它们同样十分重要。
5、工作介质工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换。
3液压传动的优缺点
1、液压传动的优点
（1）液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。
例如，相同功率液压马达的体积为电动机的12%～13%。
液压泵和液压马达单位功率的重量指标，目前是发电机和电动机的十分之一，液压泵和液压马达可小至0.0025N/W（牛/瓦）,发电机和电动机则约为0.03N/W；
（2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速，且调速范围最大可达1：
2000（一般为1：
100）。
（3）换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换；
（4）液压泵和液压马达之间用油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。
例如，在井下抽取是由的泵可以采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。
由于液压缸的推力很大，又加之容易布置，在挖掘机等重型工程机械上，已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方；
（5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长；
（6）操纵控制简便，自动化程度高，借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易的实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控；
（7）容易实现过载保护，借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长。
（8）液压元件实现了标准化、系列化、通用化、便于设计、制造和使用。
2、液压传动的缺点
（1）使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁；
（2）为了减少漏油，以及满足某些性能上的要求，对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高；
（3）液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平；
（4）液压传动对油温变化较敏感，这会影响它的工作稳定性。
因此液压传动不宜在很高或很低的温度下工作，一般工作温度在-15℃~60℃范围内较合适。
（5）液压传动在能量转化的过程中，特别是在节流调速系统中，其压力大，流量损失大，故系统效率较低;
（6）液压系统中的漏油现象等因素，影响运动的平稳性和正确性，使得液压传动不能保证严格的传动比。
3液压传动在机械中的应用
驱动机械运动的机构以及各种传动和操纵装置有多种形式。
根据所用的部件和零件，可分为机械的、电气的、气动的、液压的传动装置。
经常还将不同的形式组合起来运用——四位一体。
由于液压传动具有很多优点，使这种新技术发展得很快。
液压传动应用于金属切削机床也不过四五十年的历史。
航空工业在1930年以后才开始采用。
特别是最近二三十年以来液压技术在各种工业中的应用越来越广泛。
在机床上，液压传动常应用在以下的一些装置中：
1.进给运动传动装置磨床砂轮架和工作台的进给运动大部分采用液压传动；车床、六角车床、自动车床的刀架或转塔刀架；铣床、刨床、组合机床的工作台等的进给运动也都采用液压传动。
这些部件有的要求快速移动，有的要求慢速移动。
有的则既要求快速移动，也要求慢速移动。
这些运动多半要求有较大的调速范围，要求在工作中无级调速；有的要求持续进给，有的要求间歇进给；有的要求在负载变化下速度恒定，有的要求有良好的换向性能等等。
所有这些要求都是可以用液压传动来实现的。
2.往复主体运动传动装置龙门刨床的工作台、牛头刨床或插床的滑枕，由于要求作高速往复直线运动，并且要求换向冲击小、换向时间短、能耗低，因此都可以采用液压传动。
3.仿形装置车床、铣床、刨床上的仿形加工可以采用液压伺服系统来完成。
其精度可达0.01～0.02mm。
此外，磨床上的成形砂轮修正装置亦可采用这种系统。
4.辅助装置机床上的夹紧装置、齿轮箱变速操纵装置、丝杆螺母间隙消除装置、垂直移动部件平衡装置、分度装置、工件和刀具装卸装置、工件输送装置等，采用液压传动后，有利于简化机床结构，提高机床自动化程度。
5.静压支承重型机床、高速机床、高精度机床上的轴承、导轨、丝杠螺母机构等处采用液体静压支承后，可以提高工作平稳性和运动精度。
表1-1液压传动在各类机械行业中的应用实例
行业名称
应用场所举例
工程机械
挖掘机、装载机、推土机、压路机、铲运机等
起重运输机械
汽车吊、港口龙门吊、叉车、装卸机械、皮带运输机等
矿山机械
凿岩机、开掘机、开采机、破碎机、提升机、液压支架等
建筑机械
打桩机、液压千斤顶、平地机等
农业机械
联合收割机、拖拉机、农具悬挂系统等
冶金机械
电炉炉顶及电极升降机、轧钢机、压力机等
轻工机械
打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等
汽车工业
自卸式汽车、平板车、高空作业车、汽车中的转向器、减振器等
智能机械
折臂式小汽车装卸器、数字式体育锻炼机、模拟驾驶舱、机器人等
4国内外千斤顶发展情况
国外发展情况
早在20世纪40年代,卧式千斤顶就已经开始在国外的汽车维修部门使用,但由于当
时设计和使用上的原因,其尺寸较大,承载量较低。
后来随着社会需求量的增大以及千斤顶本身技术的发展,在90年代初国外绝大部分用户已以卧式千斤顶替代了立式千斤顶。
在90年后期国外研制出了充气千斤顶和便携式液压千斤顶等新型千斤顶。
充气千斤顶是由保加利亚一汽车运输研究所发明的,它用有弹性而又非常坚固的橡胶制成。
使用时,用软管将千斤顶连在汽车的排气管上,经过15～20秒,汽车将千斤顶鼓起,成为圆柱体。
这种千斤顶可以把115t重的汽车顶起70cm。
Power-RiserⅡ型便携式液压千斤顶则可用于所有类型的铁道车辆,包括装运三层汽车的货车、联运车以及高车顶车辆。
同时它具有一个将负载定位的机械锁定环,一个三维机械手,一个全封闭构架以及一个用于防止杂质进入液压系统的外置过滤器。
另外一种名为TruckJack的便携式液压千斤顶则可用于对已断裂的货车转向架弹簧进行快速的现场维修。
该千斤顶能在现场从侧面对装有70～125t级转向架的大多数卸载货车进行维修,并能完全由转向架侧架支撑住。
它适用于车间或轨道上无需使用钢轨道碴或轨枕作承。
国内发展情况
我国千斤顶技术起步较晚,由于历史的原因,直到1979年才接触到类似于国外卧式千
斤顶这样的产品。
但是经过全面改进和重新设计,在外形美观,使用方便,承载力大,寿命长等方面,都超过了国外的同类产品,并且迅速打入欧美市场。
经过多年设计与制造的实践,除了卧室斤顶以外,我国还研规格齐全,形成系列产品
5液压千斤顶特点
液压千斤顶是一种将密封在油缸中的液体作为介质,把液压能转换为机械能从而将重
物向上顶起的千斤顶。
它结构简单,体积小,重量轻,举升力大,易于维修,但同时制造精度要求较高,若出现泄漏现象将引起举升汽车的下降,保险系数降低,使用其举升时易受部位和地方的限制。
传统液压千斤顶由于手柄、活塞、油缸、密封圈、调节螺杆、底座和液压油组成。
它利用了密闭容器中静止滚体的压力以同样大小向各个方向传递的特性。
优点:
输出推力大;缺点:
效率低。
6液压千斤顶常见故障排除
1重载时顶杆不能升起。
当千斤顶顶到某一高度后,顶杆就不再升高这表明千斤顶内
缺少工作油,应予补足。
2顶杆抖动。
这说明回油阀关闭不严,可将回油阀针再向里拧紧一些。
若仍不能顶起,
且压杆周围漏油,则为顶杆密封圈损坏,应予更换。
若不能顶起且压杆周围也无漏油,再检查回油阀和进油阀门能否关严包括压杆筒体端面接合处的密封垫圈情况若上述均无异常,则为顶杆密封圈损坏或其固定螺打松动,应予更换或拧紧。
3空载时顶杆就不能升起。
首先检查千斤顶的油量,不足时应添加。
若千斤顶不缺油可
将千斤顶回油阀针松开,拆下加油孔油塞,然后用脚踩住千斤顶底座,双手向上拔起顶杆再压下去,如此反复拔、压顶杆几次,以排除空气若做完上述检查后,拧紧加油孔油塞和回油阀,再试空顶若此时顶杆仍不能上升,应将千斤顶放平,拆去回油阀,检查阀与座的接触情况是否良好,若有脏物,应予清除若有坑、槽、不平应予更换。
最后检查进油阀门是否密封良好,顶杆密封圈有无损坏或脱落,若有则及时更换。
4漏油。
千斤顶的漏油部位多在座与筒体结合处、顶杆周围、回油阀的锁紧螺纹处、
加油孔的固定油塞处、压杆周围等。
漏油原因多为密封垫圈损坏必须及时更换
7千斤顶技术展望
随着我国汽车工业的快速发展,汽车随车千斤顶的要求也越来越高;同时随着市场竞争
的加剧,用户要求的不断变化,将迫使千斤顶的设计质量要不断提高,以适应用户的需求。
用户喜欢的、市场需要的千斤顶将不仅要求重量轻,携带方便,外形美观,使用可靠,还会对千斤顶的进一步自动化,甚至智能化都有所要求。
如何充分利用经济、情报、技术、生产等各类原理知识,使千斤顶的设计工作真正优化?
如何在设计过程中充分发挥设计人员的创造性劳动和集体智慧,提高产品的使用价值及企业、社会的经济效益?
如何在知识经济的时代充分利用各种有利因素,对资源进行有效整合等等都将是我们面临着又必须解决的重要的问题。
8液压千斤顶的工作原理
图8.1是液压千斤顶的工作原理图。
大油缸9和大活塞8组成举升液压缸。
杠杆手柄1、小油缸2、小活塞3、单向阀4和7组成手动液压泵。
如提起手柄使小活塞向上移动，小活塞下端油腔容积增大，形成局部真空，这时单向阀4打开，通过吸油管5从油箱12中吸油；用力压下手柄，小活塞下移，小活塞下腔压力升高，单向阀4关闭，单向阀7打开，下腔的油液经管道6输入举升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移动，顶起重物。
再次提起手柄吸油时，单向阀7自动关闭，使油液不能倒流，从而保证了重物不会自行下落。
不断地往复扳动手柄，就能不断地把油液压入液压缸下腔，使重物逐渐地升起。
如果打开截止阀11，液压缸下腔的油液通过管道10、截止阀11流回油箱，重物就向下移动。
这就是液压千斤顶的工作原理。
通过对上面液压千斤顶工作过程的分析，可以初步了解到液压传动的基
液压千斤顶工作原理分析
图8.1液压千斤顶工作原理图
1.杠杆手柄2.小油缸3.小活塞4.单向阀5.吸油管6.管道
7.单向阀8.大活塞9.大油缸10.管道11.截止阀12.油箱
本工作原理。
液压传动是利用有压力的油液作为传递动力的工作介质。
压下杠杆时，小油缸2输出压力油，是将机械能转换成油液的压力能，压力油经过管道6及单向阀7，推动大活塞8举起重物，是将油液的压力能又转换成机械能。
大活塞8举升的速度取决于单位时间内流入大油缸9中油容积的多少。
由此可见，液压传动是一个不同能量的转换过程。
8.1液压千斤顶的作用
本液压千斤顶是杭州万海五金经营部销售的QYL5D油压千斤。
为三一重工股份有限公司配套加工的外协件，它用在飞机的起落架以及吊车，挖掘机、装载机、推土机、压路机、铲运机的支撑架的机构中，主要是起到支撑作用。
因此，该零件的质量及精度在使用中是非常重要的，必须制作出合理的工艺规程以确保零件的质量。
8.2液压千斤顶主要构件分析
该系统是一个组焊件，技术条件要求为：
组焊后加工，热处理调质达到HB240～HB280。
表面粗糙度最高达到Ra2.3µm，最低达到Ra12.5µm，尺寸公差较小，另外有一处位置公差要求，这就需要经过粗加工、半精加工、精加工过程。
本零件用于大批量生产。
本系统主要运用了：
杠杆原理，帕斯卡原理，单向阀原理等。
9液压缸的设计
9.1液压缸的主要形式及选材
液压缸能将液压能转换为机械能，用来驱动工作机构作直线运动或摆动运动。
它是液压执行元件。
液压缸由于结构简单，工作可靠，除单个使用外，还可几个组合或与杠杆、连杠、齿轮齿条、棘轮棘爪、凸轮等其他机构配合，实现多种机械运动，因此应用十分广泛。
液压缸有多种类型。
按结构特点可分为活塞式、柱塞式和组合式三大类；按作用方式又可分为单作用式和双作用式两种。
由于液压缸要承受较大压强，故液压缸采用：
45号钢活塞式单作用液压缸。
9.2（液压缸主要参数的计算）液压缸的压力
（1）额定压力Pn:
也称为公称压力，是液压缸能用以长期工作的最高压力。
油液作用在活塞单位面积上的法向力图3.1。
单位为Pa，其值为:
Pn=G/A=3×104÷（3.14×0.175×0.175）=2.96×105Pa
图3.1液压缸的计算简图
式中：
为活塞杆承受的总负载；A为活塞的工作面积。
上式表明，液压缸的工作压力是由于负载的存在而产生的，负载越大，液压缸的压力也越大。
表9.1为国家标准规定的液压缸公称压力系列。
表9.1液压缸公称压力（MPa）
0.4
0.63
1
2.5
4
6.3
10
16
20
25
31.5
（2）工作压力P：
由于活塞的重力大约在g=10N左右，要远比物体的重力小，所以可以忽略不计。
所以
（g+G）/A=3.001×104÷（3.14×0.175×0.175）
=2.96×105Pa
≈Pn=2.96×105Pa
（3）最高允许压力
：
也称试验压力，是液压缸在瞬间能承受的极限压力。
通常为
≤1.5Pn=1.5×2.95×105Pa
=4.42×105Pa
≈0.442MPa
9.3液压缸的输出力与输出力
（1）液压缸的理论输出力F出等于油液的压力和工作腔有效面积的乘积，即
=AG=3×104N
由于液压缸为单活塞杆形式，因此两腔的有效面积不同。
所以在相同压力条件下液压缸往复运动的输出力也不同。
由于液压缸内部存在密封圈阻力回油阻力等，故液压缸的的实际输出力小于理论作用力。
（2）液压缸的理论输入力：
F入=F出×A1÷A2=3×104×（0.1752÷0.1252）
=3×104×（0.030625÷0.015625）
=3×104×1.96
=5.88×102N
式中:
A1表示小液压缸的横截面积,0.01（m）表示小液压缸的半径,A2表示大液压缸的横截面积,0.0175（m）表示大液压缸的半径。
9.4液压缸的输出速度
（1）大液压缸的输出速度
=nSA1/A2=20×0.13×0.00926=0.0241m/min
q=nSA1=20×0.13×3.14×（0.01）2=8.16×10-6L/min
式中：
V为液压缸的输出速度；q为输入液压缸工作腔的流量；A2为大液压缸工作腔的有效面积；A1表示小液压缸的横截面积；n=20表示小液压缸每分钟回程20次；S=0.13m表示小液压缸工作行程为130
（2）速比
式中：
V1为活塞前进速度；V2为活塞退回速度；A1为活塞无杆腔有效面积；A2为活塞有杆腔有效面积。
速度不可过小，以免造成活塞杆过细，稳定性不好。
其值如表3.2示：
表3.2液压缸往复速度比推荐值
工作压力p/Mpa
≤10
1.25～20
＞20
往复速度比
1.33
1.46～2
20
9.5液压缸的功率
（1）输出功率P0：
液压缸的输出为机械能。
单位W，其值为:
=3×104×0.0241=723W
式中：
F为作用在活塞杆上的外负载；v为活塞平均运动速度。
（2）输入功率
：
液压缸的输入为液压能。
单位为W，它等于压力和流量的乘积，
即q=nSA1=20×0.13×3.14×（0.01）2=8.16×10-5L/min
=2.96×105×2.5×10-5=740W
式中：
p为大液压缸的工作压力；q为大液压缸的输入流量。
由于液压缸内存在能量损失（摩擦和泄露等），因此，输出功率小于输入功率。
9.6小液压缸的主要参数计算
（1）小液压缸的输出力等于大液压缸的输入力,即：
F=588N
（2）小液压缸的流速为：
V=（A大/A小）×V大=175×0.0241=4.2175m/min
（3）小液压缸的流量为：
q=nSA1=20×0.13×3.14×（0.01）2=8.16×10-6L/min
10液压控制阀
10.1方向控制阀
方向控制阀是控制液压系统中油液流动方向的，它为单向阀和换向阀两类。
单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种。
10.2普通单向阀
普通单向阀简称单向阀，它的作用是使用油液只能沿一个方向流动，不许反向倒流。
图4.1所示为直通式单向阀的结构及图形符号。
压力油从p1流入时，克服弹簧3作用在阀芯2上的力，使阀芯2向右移动，打开阀口，油液从p1口流向p2口。
当压力油从p2口流人时，液压力和弹簧力将阀芯压紧在阀座上，使阀口关闭，液流不能通过。
（a）结构原理图（b）图形符号
图4.1单向阀
1、阀体；2、阀芯；3、弹簧
单向阀的弹簧主要用来克服阀芯的摩擦阻力和惯性力，使阀芯可靠复位，为了减小压力损失，弹簧钢度较小，一般单向阀的开启为0.03MPa～0.05MPa（如换上刚度较大的弹簧，使阀的开启压力达到0.2MPa～0.6MPa，便可当背压阀使用）。
由于本千斤顶最低位置为125mm，这就要求液压缸体积很小，液压缸内无法使用这种单向阀，所以本千斤顶采用下图所示的单向阀。
11顶起机构的设计
本千斤顶是运用四连杆机构
11.1弯曲杆（手柄）的设计
工程中常存在大量受弯曲的杆件,这些杆件在外力作用下常发生弯曲变形,以弯曲为主要变形的杆件称为梁.工程力学中对梁作以下规定:
梁任一横截面上的剪力,其值等于该截面任一侧梁上所有横向力的代数和。
梁任一横截面上的弯矩,其值等于该截面任一侧所有外力对形心的力矩的代数和。
11.5活塞杆的设计
工程实际中经常遇到承受轴向拉伸或压缩的构件。
例如，内燃机中的连杆，钢木组合桁架中的钢拉杆等。
承受轴向拉伸或压缩的杆件称为拉压杆。
实际拉压杆的形状，加
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