液压升降台设计.docx

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液压升降台设计

广播电视大学

机械设计制造及其自动化专业（本科）

《液压气动技术》课程设计

题目《液压动力升降台的系统设计》

姓名博军

学号50

指导教师任重凯

办学单位电大直属一分校

日期2013年11月

机械设计制造及其自动化专业课程设计任务书

编号：

课程名称：

《液压气动技术课程设计》办学单位：

设计题目

《液压动力升降台的系统设计》

学生

博军

一、课程设计目的与要求：

课程设计目的：

为了将所学的液压气动技术应用到实际生产过程中。

本设计主要围绕插床的液压动力滑台的液压系统设计，以加强对液压控制系统的深入了解。

最终，用所学的液压气动技术来解决实际问题。

本课程的学习目的在于使我们综合运用《液压与气压传动》课程及其它先修课程的理论知识和生产实际知识，进行液压传动的设计实践，使理论知识和生产实际知识紧密结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深和扩展。

通过设计实际训练，为后续专业课的学习、毕业设计及解决工程问题打下良好的基础。

课程设计要求：

设计一台插床的液压动力滑台的液压系统。

已知参数：

切削负载FL=25000N，机床工作部件总质量m=2000kg，快进、快退速度均为5m/min，工进速度在50～200mm/min围可无级调节。

滑台最大行程6000mm，其中工进的行程是2000mm，往复运动加减速时间≤0.2s，滑台采用平导轨，其静摩擦系数fs=0.2,动摩擦系数fd=0.1，滑台要求完成“快进—工进—快退—停止”的工作循环。

二、课程设计容：

（1）明确设计要求进行工况分析；

（2）确定液压系统主要参数；

（3）拟定液压系统原理图；

（4）计算和选择液压件；

（5）验算液压系统性能；

（6）设计液压系统原理图1；

（7）设计油箱工作图和液压缸工作图各1

（8）编制设计计算说明书1份

三、课程设计进度安排

2013-10-18——2013-10-28：

选设计题目；

2013-10-28——2013-11-03：

收集所选设计题目的资料；

2013-11-03——2013-11-15：

绘制图纸；

2013-11-15——2013-11-28：

编写课程设计正文；

2013-11-25：

提交课程设计。

指导教师签字

办学单位意见

教学班负责人签字、分校盖章___________

年月日

摘要

本次设计任务是液压升降台，它是一种升降稳定性好，适用围广的货物举升设备。

其起升高度800mm，举升重量3T，幅面尺寸2600×1400mm.其动作主要是由两个双作用液压缸推动“X”型架，带动上板移动来实现的。

该液压升降台主要由两部分组成：

液压部分和机械部分。

设计液压部分时，先确定了液压系统方案。

选择液压基本控制回路时，换向回路选择三位四通电磁换向阀；平衡回路选择用液控单向阀。

确定各种基本回路后，又确定了液压系统传动形式，拟定液压系统原理图，然后对液压元辅件进行了设计、选择，并对其进行校核。

经过计算后液压缸直径选定为70毫米，液压泵选叶片泵。

根据系统工作的最大功率选Y90S-4三相异步电动机。

在确定泵后，又对其他的元辅件进行了合理的选择，最后确定阀块的设计及效率计算。

机械部分主要由上板架、下板架、连杆和外连杆四部分组成。

通过设计、选择机械部分材料与结构，并对其进行受力分析与强度校核，结果证明机械部分结构设计可以满足要求，进一步完成了本次设计题目。

关键词：

液压；升降平台；上板架；下板架；连杆；外连杆

液压动力升降台的系统设计

1总论

液压传动是以液体作为工作介质，以液体的压力能进行运动和动力传递的一种运动方式。

它先通过能量转换装置（液压泵），将原动机（电动机）的机械能转变为液体的压力能，再通过密封管道，液压控制原件等，经另一能量转换装置（液压缸、液压马达）将液体的压力能转换为机械能，以驱动负载，实现执行机构所需要的直线或旋转运动，与机械传动相比，液压传动具有许多优点，因此在机械工程中广泛应用。

液压传动操纵控制方便，可实现大围的无级调速（调速围达2000：

1），它还可以在运动过程中进行调速，调速方便。

液压传动简化了机器结构，减少了零件的数目。

由于系统充满了油液，对各液压件有润滑和冷却的作用，使之不易磨损，又由于容易实现过载保护，因而寿命长。

液压装置工作比较平稳，由于重量轻、惯性小、反应快，液压装置易于快速启动、制动和频繁的换向，既易实现机器的自动化，又易于实现过载保护，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。

但液压传动也有缺点，其主要缺点为：

（1）液体为工作介质，易泄漏，油液可压缩，故不能用于传动比要求准确的场合。

（2）液压传动中有机械损失、压力损失、泄漏损失，故不宜作远距离传动。

（3）液压传动对油温和负载变化敏感，不宜在低、高温度下使用；对污染很敏感。

（4）液压传动需要有单独的能源（如液压泵站），液压能不能像电那样从远处传送；液压元件精度高、造价高，所以需要组织专业生产。

（5）液压传动装置出现故障时不易查找原因，难以迅速排除。

总之，液压传动优点很多，而其缺点正随着生产技术的发展逐步加以克服，因此，液压传动在现代工业中有着广阔的应用和发展前景。

5wT）

液压传动在国民经济各部门应用广泛。

常用于机床工业、汽车工业、航空工业、工程机械、农业机械、轻工机械、冶金机械、起重运输机械、矿山机械、建筑机械、船舶港口机械、铸造机械等。

液压升降平台是一种升降稳定性好，适用围广的货物举升设备，由于升降平稳、安全可靠、操作简单，经济实用，被广泛应用于生产流水线和仓库、造纸、医药等行业，物料上线、下线；工件装配时调节工件高度；高处给料机送料；大型设备装配时部件举升；大型机床上料、下料；仓库装卸场所与叉车等搬运车辆配套进行货物快速装卸等。

因此，对于液压升降平台的设计与研究具有重要意义。

；

固定式液压升降平台主要用于生产流水线和仓库、造纸、医药等行业，可作为送货电梯、输送货物、升降平稳、安全可靠、经济实用，本机适用于人造板生产线中各种板材加工设备进、出料端的等高推接合中间转运。

也可应用于类似用途的其它板形材料生产线中。

优势：

采用液压传动升降机构，升降平稳、快捷、操作简便、易于维护保养、节约能源。

结构稳固、故障率低、运行可靠、安全高效、维护简单方便。

控制方式可选无线遥控等多种方式。

我国液压、气动和密封工业虽取得了很大的进步，但与主机发展需求，以及和世界先进水平相比，还存在不少差距，主要反映在产品品种、性能和可靠性等方面。

液压元件由于制造精度高，因而造价相对于机械零件要求高，为了做到经济实惠，在选择液压元件时，尽量以国同类产品代替国外产品。

比如电磁换向阀，我选择了液压件厂的产品，并且有直流电源和交流电源两种，我选择了交流电源。

因为，用交流电源，电磁换向阀如果卡位，电磁铁不至于被烧坏。

但配置一套直流电源的价格远比一个电磁铁的价格高，况且电磁阀被卡住的情况也是偶而的。

权衡了一下还是选择了交流电源。

同理，在一些产品性能不相上下时，我尽量选用了国液压件厂的产品。

可以省去运费和避免一些其它问题，这都降低了成本。

2确定液压系统方案

液压系统方案的确定是液压系统设计的一个重要环节。

目的是选择回路，并把各回路组成系统，以便以后确定液压系统原理图。

理论课上，我们知道任何复杂的液压系统都是由一些简单的基本回路构成的。

液压元件又组成了基本回路。

所以根据液压系统的动作要求和性能特点选液压元件组成液压系统。

这次毕业设计的液压升降平台要求为：

1、起升最大高度为800mm；2、台面原始高度为623mm；3、起升最大重量为3吨。

所设计系统必须能完成举升动作，并达到以上要求，考虑系统效率以及经济上的一些问题。

2.1确定液压基本回路

2.1.1换向回路

换向回路一般都采用换向阀来换向。

换向阀的控制方式和中位机能依据主机需要及系统组成的合理性等因素来选择。

换向回路采用二位四通、三位四通或五通换向阀可使执行元件换向，用二位四通换向阀换向最为方便。

但电磁阀动作快，换向有冲击。

另外，交流电磁阀一般不宜作频繁的切换。

换向回路主要有以下几种：

1.换向阀换向回路

如图2-1采用换向阀的换向回路所示：

该回路采用三位四通电磁换向阀，换向阀在右位或左位时，液压缸活塞向左或向右运动，电液阀处于中位时，液压缸活塞停止运动，液压泵可依靠阀中位机能实现卸荷功能。

2.双向泵换向回路

如图2-2采用双向泵的换向回路所示：

当双向液压泵左侧油口排油时，液压缸活塞右行；通过调节变量机构（使斜盘倾斜方向或偏心方向改变），使双向液压泵右侧油口排油时，液压缸活塞左行。

图中阀K为安全阀，Y为补油泵溢流阀，P为背压阀

3.用差动缸的换向回路

如图2-3所示：

用差动缸的换向回路是用二位三通阀实现差动缸的换向。

图2-1采用换向阀的换向回路

图2-2采用双向泵的换向回路

图2-3用差动缸的换向回路

我在设计中选择了第一种换向方式，因为换向阀互不相通的油口间的泄漏小，其换向可靠，迅速且平稳无冲击。

2.1.2平衡回路的确定

许多机床或机电设备的执行机构是沿垂直方向运动的，这些机床设备的液压系统无论在工作或停止时，始终都会受到执行机构较大重力负载的作用，如果没有相应的平衡措施将重力负载平衡掉，将会造成机床设备执行装置的自行下滑或操作时的动作失控，其后果将十分危险，液压升降平台也是如此。

平衡回路的功能在于使液压执行元件的回油路上始终保持一定的背压力，以平衡掉执行机构重力负载对液压执行元件的作用力，使之不会因自重作用而自行下滑，实现液压系统对机床设备动作的平稳、可靠控制。

平衡回路主要有以下几种：

采用单向顺序阀的平衡回路

如图2-4（a）所示是采用单向顺序阀的平衡回路，调整顺序阀，使其开启压力与液压缸下腔作用面积的乘积稍大于垂直运动部件的重力。

当活塞下行时，由于回油路上存在一定的背压来支承重力负载，只有在活塞的上部具有一定压力时活塞才会平稳下落；当换向阀处于中位时，活塞停止运动，不再继续下行。

此处的顺序阀又被称作平衡阀。

在这种平衡回路中，顺序阀调整压力调定后，若工作负载变小，则泵的压力需要增加，将使系统的功率损失增大。

由于滑阀结构的顺序阀和换向阀存在泄漏，使活塞很难长时间稳定停在任意位置，会造成重力负载装置下滑，故这种回路适用于工作负载固定且液压缸活塞锁定定位要求不高的场合。

图2-4平衡回路

采用液控单向阀的平衡回路

如图2-4（b）所示。

由于液控单向阀1为锥面密封结构，其闭锁性能好，能够保证活塞较长时间在停止位置处不动。

在回油路上串联单向节流阀2，用于保证活塞下行运动的平稳性。

假如回油路上没有串接节流阀2，活塞下行时液控单向阀1被进油路上的控制油打开，回油腔因没有背压，运动部件由于自重而加速下降，造成液压缸上腔供油不足而压力降低，使液控单向阀1因控制油路降压而关闭，加速下降的活塞突然停止；阀1关闭后控制油路又重新建立起压力，阀1再次被打开，活塞再次加速下降，这样不断重复，由于液控单向阀时开时闭，使活塞一路抖动向下运动，并产生强烈的噪音、振动和冲击。

采用远控平衡阀的平衡回路

在工程机械液压系统中常采用图2-4（c）所示的远控平衡阀的平衡回路。

这种远控平衡阀是一种特殊阀口结构的外控顺序阀，它不但具有很好的密封性，能起到对活塞长时间的锁闭定位作用，而且阀口开口大小能自动适应不同载荷对背压压力的要求，保证了活塞下降速度的稳定性不受载荷变化影响。

这种远控平衡阀又称为限速锁。

由于液压升降台是要保证上升到最高位置时能够较长时间的停留在最高位置处不动，所以综合以上分析，平衡回路我选择采用液控单向阀的平衡回路。

2.2液压传动系统的形式确定

液压传动系统可分为开式系统和闭式系统。

开式液压系统马达或缸的油回油箱，泵从油箱直接吸油；闭式液压系统马达或缸回的油不回油箱直接去泵的进油口。

闭式系统中油泵进油管直接与执行机构的排油管相连通，形成一个闭合回路。

为了补偿系统中泄漏损失，还需有一个辅助供油泵，其优点是1）油箱所需容积小；2）无论是高压管路还是低压管路都有一定压力。

因此空气难进入，运转平稳；3）系统中采用变量轴向柱塞泵，一般不需要换向阀来改变执行机构运行方向，减少了换向时的冲击。

综合以上传动系统的特点我选用开式系统。

2．3液压系统原理图

液压系统原理图是表示液压系统的组成和工作原理的重要技术文件，拟定液压系统原理图对系统的性能及设计方案的合理性、经济性具有决定性的影响。

在以上基本回路确定的基础上，将挑选出来的各个典型回路合并、整理，增加必要的元件或辅助回路，加以综合，构成一个结构简单、工作安全可靠、动作平稳、效率高、调整和维护保养方便的液压系统，拟定液压系统工作原理图，如图2-5所示。

根据原理图可知：

液压升降平台的工作原理为

1-油箱2-滤油器3-空气滤清器4-电动机5-联轴器6-液压泵7-溢流阀

8-压力表开关9-压力表10-电磁换向阀11-单向节流阀12-液控单向阀13-液压缸

图2-5液压系统原理图

3计算和选择液压元件、辅件

3.1液压缸的计算

3.1.1初选执行元件的工作压力

确定液压缸的主要结构参数：

液压缸一般来说是标准件，但有时也需要自行设计，液压缸需要确定的主要结构尺寸是指液压缸的径D和活塞杆的直径d。

液压缸的径D和活塞杆直径d可根据最大总负载和选取的工作压力来确定。

取液压泵的机械效率η为0.97

由资料[1]式（3.2）知活塞面积A=F/ηp=3×104/（0.97×4×106）=7732mm2

D=99.2mm

查资料[3]表3.50，取液压缸的径为100mm。

杆径比d/D，一般按下述原则取：

当活塞杆受拉时，一般选取d/D=0.3-0.5.当活塞杆手压时，一般取d/D=0.5-0.7。

所以本设计我取d/D=0.7，即d=0.7D=0.7×100=70mm，

根据液压技术行业标准，由资料[3]表3.51取活塞杆直径为70mm。

（2）泵组选择：

液压杠所需流量为

q=2Av=2×1/4π（D2-d2）×V

=2×0.25×3.14×（1002-702）×10-4×0.2×60

=9.6L/min

q=9.6L/min

（3）电动机选择

电动机最大功率P=pqt

P=106×4×16×10-6×960/60=1.024kw

根据资料[6]表11.4-1取电动机为Y90S-4。

（4）联轴器的选择

本次设计选择联轴器将电动机和液压泵联接起来。

计算转矩Tca=KAT,查资料[16]表10.1得：

KA=2.2。

名义转矩Y=9550

=9550×

=11.54N·m

所以Tca=KAT=2.2×11.54=25.39N·m

查手册选LM3型梅花型弹性联轴器。

3.2液压辅助元件的计算及选择

液压辅助元件有滤油器，蓄能器，管件，密封件，油箱和热交换器等。

除油箱通常需要自行设计外，其余皆为标准件。

3.2.1管道的设计

根据叶片泵的额定流量13.6L/min,查资料[6]表10.5-1（JB827-66）。

根据推荐管路通过流量25L/min的管径为8mm，管路通过6.3L/min的管径为5.6mm，所以选取公称直径D=8mm的钢管，钢管外径为14mm.管接头连接螺纹M14x1.5。

与液压缸相连的管道选择用橡胶管，弯曲成型方便。

3.2.2管接头的类型

管接头按材料可分为金属管接头、软管接头和快速接头。

通常选用金属管接头。

金属管接头又可分为扩口式管接头、卡套式管接头、焊接式管接头、球面焊式管接头。

各管接头的特点如下：

3.3油箱的设计

油箱的基本功能是：

储存工作介质；散发系统工作中产生的热量；分离油液中混入的空气；沉淀污染物及杂质。

3.3.1油箱的设计要点

（1）油箱必须有足够大的容积以满足散热、容纳停机时因重力作用而返回油箱的油，操作时油面保持适当高度的要求；

（2）油箱底部做成适当的斜度，并设放油塞，箱底应朝向清洗孔和放油塞倾斜（通常为1/25～1/20）,油箱底至少离开地面150mm，以便放油和搬运。

（3）从构造上应考虑清洗换油方便，应设置人孔，便于清洗污物；

（4）箱壁上需装油面指示器，油箱上并装上温度计；

（5）油箱上应有带空气滤清器的通气孔，有时注油孔和通气孔可兼用；

3.3.2油箱容积计算

按资料[1]式（4.5）可得V=mqp,低压m=2-4,中压m=5-10，高压m=6-15,本设计取m=3,

V=3x13.6=40.8L

我所设计的油箱没有设冷却器，在这种情况下，油箱的长：

宽：

高为1：

1：

1到1：

2：

3。

油面达到油箱高度的80%。

油箱的长为380mm,宽为360mm,高为300mm。

3.4其它元、辅件的选择

3.4.1.吸油滤油器

液压系统的故障大多数是由于油液中杂质而造成的，油液中的杂质会使液压元件运动副的结合面磨损，堵塞阀口，卡死阀芯，使系统工作可靠性大为降低，在系统中安装滤油器，是保证液压系统正常工作的必要手段。

3.4.2选择滤油器的基本要求

（1）过滤精度满足要求；

（2）通油能力满足设计系统要求；

（3）滤芯应有足够的强度，不至于因油液压力而破坏；

（4）在一定温度下，有一定的耐久性；

（5）能抵抗滤油的侵蚀；

（6）容易清洗和更换滤芯；

（7）价钱低廉。

由于液压系统中对油的要求很高，尤其是油的过滤过程。

因此滤油器的选择非常重要。

所以叙述颇多。

综合各种滤油器的特性，我选择了网式滤油器。

泵的流量为13.6L/min。

由于经验公式告诉我滤油器过滤能力大于泵的流量的2倍，因此由资料[12]表11-512，我选的滤油器为TLW-25。

3.4.3溢流阀的选择

由于我设计的系统中有阀块，阀块上有溢流阀、换向阀、截止阀（压力表开关），所以溢流阀选板式溢流阀，系统压力为4MPa，流量为13.6L/mn。

所以查资料[12]表11-183,选择了直动式溢流阀型号为Y1-25B。

3.4.4压力表开关选择

压力表开关相当于一个小型转阀式截止阀，它是用于切断和接通压力表与油路的通道，通过开关的阻尼作用，减轻压力表在压力脉动下的振动，延长其使用寿命。

由于是板式连接，系统管道公称直径8mm。

所以查资料[8]表19-7-223,我选择了型号为KF-L8/12E的压力表开关。

3.4.5单向节流阀

由于阀块上没有安装单向节流阀，所以单向节流阀选管式，根据管路公称直径、流量，由资料[12]表11-221我选择了型号为L1-25B的单向节流阀。

3.4.6液控单向阀的选择

由资料[12]表11-295,我选择液控单向阀为IY-25B型。

各种元件、辅件的详细型号如表3-1所示：

表3-1

名称

型号

流量

备注

吸油滤油器

TLW-25

25L/min

液位计

YW2-80T

溢流阀

Y1-25B

25L/min

叶片泵

YB1-16

13.6L/min

转速960r/min

电动机

Y90S-4

1.1KW

压力表

Y-60

截止阀

KF-L8/12E

25L/min

电磁换向阀

34D-25H

25L/min

单向节流阀

L1-25B

25L/min

液控单向阀

IY-25B

25L/min

空气滤清器

EF1-25

25L/min

查机械设计手册取D=40mm

3.5阀块的设计

我所设计的阀块箱上装有有电磁换向阀，直动式溢流阀，压力表开关。

根据所选的以上几种元、辅件的外形尺寸，初设计阀块为100×100×100的立方体。

阀块体如图3-1：

图3-1阀块图

1）为压力油入口2）回油口3）侧压口4）油液进系统口5）油液出系统口6）溢流阀泄油口7）溢流阀进油口8）A口9）换向阀进油口10）B口11）换向阀出油口

3.6效率的计算

3.6.1计算沿程压力损失

1.判断流动状态

由资料[5]式（2-33）可知:

雷诺系数Re=

d/

=4Q/3.14d

可知，在油液黏度一定的条件下，Re大小与Q成正比，与管道的径成反比。

缸的所需流量为9.6L/min，管子公称直径为8mm，根据资料[5]表2-5，取液压油的运动粘度为32厘斯，即3.2×10-5m2/s,所以

Re=4Q/πd

=4×9.6×10-3/60×3.14×8×10-3×3.2×10-5=796

由于累诺数Re小于临界雷诺数2000，由此可推论出各工况下的进、回油路中油液的状态为层流。

2.计算沿程压力损失

ΔP

=

L/d×

2×

/2

λ=75/Re=75/796

V=4Q/3.14d2

上式代入沿程压力损失的计算公式得：

ΔP

=150

LQ/πd4

（1）油箱到泵的进口沿程压力损失：

ΔPL1=150

LQ/πd4

=150×900×3.2×10-5×0.2×13.6×10-3/3.14×（8×10-3）4×60=1.5×104Pa

（2）泵出口到阀块沿程压力损失：

ΔPL2=150

LQ/πd4

=150×900×3.2×10-5×0.5×13.6×10-3/3.14×（8×10-3）4×60=3.8×104Pa

（3）阀块到油箱沿程压力损失：

ΔPL3=150

LQ/πd4

=150×900×3.2×10-5×0.8×9.6×10-3/3.14×（8×10-3）4×60=4.3×104Pa

（4）阀块到单向节流阀沿程压力损失：

ΔPL4=150

LQ/πd4

=150×900×3.2×10-5×0.1×9.6×10-3/3.14×（8×10-3）4×60=0.5×104Pa

（5）单向节流阀到阀块2沿程压力损失：

ΔPL5=150

LQ/πd4

=150×900×3.2×10-5×0.4×9.6×10-3/3.14×（8×10-3）4×60=2.1×104Pa

（6）阀块到液压缸沿程压力损失：

ΔPL6=150

LQ/πd4

=150×900×3.2×10-5×0.6×9.6×10-3/3.14×（8×10-3）4×60=0.3×104Pa

（7）液压缸到阀块沿程压力损失：

ΔPL7=ΔPL6=0.3×104Pa

总的沿程压力损失为：

ΔPL=0.128×106Pa

3.计算局部压力损失

（1）油箱到泵有一个90度的弯头

V=Q/0.25×π×d2=13.6×10-3/0.25×3.14×60×0.0082=4.5m/s

ΔPr1=

gH

δ=0.29

ΔPr1=2600Pa

（2）泵到阀块4个弯头

ΔPr2=4rH=4rδv2/2g=10400Pa

（3）阀快到油箱3个弯头

ΔPr3=3rH=7800Pa

（4）阀块到液压缸1个弯头

ΔPr4=rH=2600Pa

（5）液压缸到阀块

ΔPr5=rH=2600Pa

所以，总的管道局部压力损失为ΔPr=23400Pa

4.管路总的压力损失为：

ΔP=0.128×106+23400=1.514×105pa=0.15MPa

3.6.2效率计算

升降回路效率：

系统总效率：

ηc2=ηp×ηc1×ηm

ηp=0.8

ηm=0.97

ηc2=0.8×0.97×0.45=0.35=35%

3.6.3系统发热与温升计算

升降台上升速度0.02m/s,上升时间t=0.8/0.02=40s，由手册[8]查温度Q1=70℃

P1=KA（Q1-Q2）=16×2（0.3×0.36+0.36×0.38+0.3×0.38）×（70