液压升降机设计.docx
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液压升降机设计
摘要
液压升降平台是一种广泛应用于工厂、商店、机关、码头、建筑装修行业的一种高空作业工具。
本设计采用无线遥控，以提高设备操控的自化和灵活性。
其次，本液压升降平台的四个支腿臂的内外伸缩臂设计采用液压缸驱动，节省了人力，提高了平台的工作效率。
再者，本设计较一般液压升降平台改进之处是其升降高度采用传感器监控，提高了其升降的精度。
最后设计过程采用有限元分析的方法，对零部件进行强度校核，优化了零部件的结构。
本设计采用逆向工程的方法，对现有的各种液压升平台比较分析，重点是在传统的结构设计的基础上加以有限元分析；改进一般液压升降平台的线控方式为无线电遥控方式，无线电遥控采用单路八通道遥控方式；在原有液压升降平台的基础上，改进人工拖动液压升降平台的支撑腿为液压缸驱动。
最后本设计取得了预想的效果，有较好的市场前景。
关键词：
液压升降平台；无线电遥控；有限元分析；传感器
Abstract
Ahydraulicliftingplatformisatoolforhigh-altitudeoperationsthatiswidelyusedinfactories,shopsandoffices,terminals,buildingdecorationindustry.Thedesignofawirelessremotecontrolistoenhancetheself-controlequipmentandflexibility.
Finally,designingprocessusefiniteelementanalysis,tocheckthestrengthofpartsandcomponents,andtooptimizethestructureoftheparts.
Secondly,thefouroutriggerarmofthehydraulicliftingplatformusethedesignoftheinternalandexternaltelescopicboomdrivenbyhydrauliccylinders,savinghumanresources,improvingtheefficiencyoftheplatform.Furthermore,theimprovementofthedesignofthehydraulicliftingplatformisthatsensorsmonitorisusedtoaccuratetheheightofplatformandimprovetheaccuracyoftheirmovements.
Thisdesignusesthemethodofreverseengineeringandcomparingwiththevariousexistinghydraulicplatformor,focusingonthetraditionaldesignofthestructureonthebasisfiniteelementanalysis,thegeneralimprovementofthehydraulicliftingplatformforradio-controlledwireway.Aradio-controlledremotecontrolone-wayfour-lanewayintheoriginalhydraulicliftingplatformonthebasisofimprovingtheartificialdraghydraulicliftingplatformforthesupportlegshydrauliccylinderdrive.
Thedesignhasachievedthedesiredeffect,hasabrightmarketprospects
Keywords:
hydraulicliftingplatform;radiocontrol;finiteelementanalysis;sensorsmonitor
1绪论
液压升降平台是一种广泛用于工厂、商店、机关及建筑装修行业,物流产业及机械加工产业的作业工具。
液压升降平台作为一种起重设备，从50年代初创建至今，已经形成了一定的生产规模、具备了一定的技术水平、也基本形成了比较完整的设计、生产、销售体系，能基本满足国民经济对该设备的需求。
目前国家继续实施的财政政策，拉动着我国基础设施建设的高速发展，而起重设备作为国民经济的重要基础设备广泛应用于经济建设的各行各业，如冶金、煤炭、化工、电力、交通和制造等产业。
随着现代科学技术的迅速发展，工业生产规模的扩大和自动化程度的提高，起重机在现代化生产过程中应用越来越广，作用也愈来愈大，对起重机的要求也越来越高。
液压升降平台正朝着大型化、高速度、人性化、环保性、通用产品小型化、零部件的模块化和多样化及安全监察制度化与规范性方向发展。
1.1液压升降平台在机械工业中的应用及相关技术概况
液压升降平台的发展与液压技术的发展是密切相关的,随着液压技术的发液压升降平台也在不停的向前发展。
液压升降平台做为起重机械在我国由于起步较晚有几个令人担忧的因素。
（1）整体技术含量偏低，突出表现在钢结构件制作材料和电气控制系统水平较低；
（2）规模化发展不够，突出表现在低水平重复建设严重，造成资源浪费，专业化发展严重滞后；（3）恶性竞争严重，合理利润难保，并造成安全措施投入极少，事故率居高不下。
不过由于今几年中过液压技术、电控技术、传感技术等技术的迅速发展，以上情况得到了很大的改善。
液压升降平台由于制造成本不高，应用广泛在我国也获得了很大的发展前景和发展潜力。
1.1.1传感技术
感技术同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱。
从仿生学观点，如果把计算机看成处理和识别信息的“大脑”，把通信系统看成传递信息的“神经系统”的话，那么传感器就是“感觉器官”。
传感技术是关于从自然信源获取信息，并对之进行处理（变换）和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及传感器（又称换能器）、信息处理和识别的规划设计、开发、制／建造、测试、应用及评价改进等活动。
获取信息靠各类传感器，它们有各种物理量、化学量或生物量的传感器。
按照信息论的凸性定理，传感器的功能与品质决定了传感系统获取自然信息的信息量和信息质量，是高品质传感技术系统的构造第一个关键。
信息处理包括信号的预处理、后置处理、特征提取与选择等。
识别的主要任务是对经过处理信息进行辨识与分类。
它利用被识别（或诊断）对象与特征信息间的关联关系模型对输入的特征信息集进行辨识、比较、分类和判断。
因此，传感技术是遵循信息论和系统论的。
它包含了众多的高新技术、被众多的产业广泛采用。
它也是现代科学技术发展的基础条件，应该受到足够地重视。
1.1.2遥控技术
对远距离的控制对象发送指令以实施控制的技术，也称指令遥控。
遥控技术是在自动控制技术和通信技术基础上发展起来的。
完成遥控任务的整套设备称遥控系统。
遥控系统既可传送离散的控制信息，也可传送连续的控制信息。
一般用无线电信道传输控制信息，如遥控距离较近或被控对象在低空飞行，也可用光通信线路或有线电通信方法传输控制信息。
它们一般由指令程序机构（或计算机）、传输设备和监测设备组成。
（1）控制指令产生：
根据预定状态数据和被控对象的实时数据，由操纵人员人工发出，或由程序机构或计算机自动产生各种控制指令。
（2）传输设备：
实质上是多路通信设备，能把指令信号送往远距离的被控对象。
（3）监测设备：
用以监测被控对象的状态和参数变化，使控制站及时了解控制效果。
1.1.3有限元分析技术
有限元分析（FEA，FiniteElementAnalysis）的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。
这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。
由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。
有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。
有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。
经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。
1.1.4液压传动技术
液压传动是主要利用液体压力能的液体传动。
液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。
如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。
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。
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。
液压传动由于构简单，布局灵活，易实现远距离操纵和自动控制；
速度、扭矩、功率均可作无级调节，能迅速换向和变速，速比不如机械传动准确，传动效率低；能实现系统的过载保护与保压；使用寿命长；元件易实现系列化、标准化、通用化；制造精度、安装、调整和维护要求较高等优点得到了广泛的发展。
1.1.5液压升降平台在机械行业中的应用
液压升降平台的主要机构有：
剪刀连杆，连杆互相用销轴连接成剪刀状，是实现升降动作的主要构件；台板，上台板用于放置物件，下台板用于连接个部构件；油缸部件，由油缸、活塞杆作成，油缸底端与剪刀连杆底梁铰接，活塞杆上端与剪刀连杆上梁铰接；驱动装置，有电机、油泵、阀、油箱和脚踏开关等组成。
液压升降平台根据剪刀连杆的层数有1～5曾之分；根据有刚个数，有1、2、4缸之分；按驱动装置安装位置分，有随即操纵遥控脂粉；按有无附装车轮分，有固定式与移动式。
此外，其中量有自数百公斤直至数十吨；提升高度有子数百毫米至数米。
建议的也可不设动力驱动装置，而采用受动泵或脚动泵。
液压升降平台以用于垂直搬动为主；对于移动式则可兼做水平搬运用。
用途十分广泛，如配合机床加工作业、对卡车装货、用于车辆设备的底部安装作业、在仓库的货架巷道内行走存取货物、高处作业以及协助加工作业等。
1.2本课题研究的目的及意义
液压升降平台是一种广泛用于工厂、商店、机关及建筑装修行业的高空作业工具。
本设计采用无线遥控，提高了设备操控的自动化和灵活性。
其次，本液压升降平台的四个支腿臂的内外伸缩臂设计采用液压缸驱动，提高了平台的工作效率。
最后，本设计较一般液压升降平台改进之处是其升降高度采用传感器监控，提高了其升降的精度。
本平台有良好的适应性，自动化程度大为提高。
遥控液压升降平台采用有限元分析，MATLAB等分析方法，使设计更加精确，节约原材料，提高安全性，延长工作寿命。
其次，应用ATUO\CAD,PRO\ENGINEER等进行二维、三维绘图，提高绘图精度，和效率，使设计更加更加直观。
再之，遥控系统的设计，既使得设计区别于一般的液压升降平台，又使平台操作更加灵活，适应性更强，自动化程度提高。
通过此次毕业设计，出了能对机械构件设计以外还掌握了传感技术，液压传动技术，遥控技术，和有限元分析等技术，是一场综合的训练。
通过此次毕业设计加深了我对机械及其液压技术的理解和认识，巩固了所学的知识，加强了自己运用所学知识解决实际问题的能力，弥补了平常学习是考虑问题的不足。
这次毕业设计是走向工作赶为前对所学知识的依次大总结和大复习，是一次理论联系实际的训练，提高了自己分析问题的能力，为以后工作打下了一个良好的基础。
2液压系统的方案设计
液压系统设计作为液压主机设计的重要组成部分，设计时必须满足主机工作循环所需的全部技术要求，且静动态性能好，效率高，结构简单，工作安全可靠，寿命长，经济性好，使用维护方便。
为此要明确与液压系统有关的主机参数的确定原则，要与主机的总体设计（包括机械和电气）综合考虑，做到机、电、液相互配合，保证整机的性能良好。
（1）确定回路方式
一般选择开式回路，即执行元件的排油回油箱，油液经过沉淀、冷却后在进入液压泵的进口。
行走机械或航空航天液压系统为减小体积和重量可以采用闭式回路，即执行元件的排油直接进入液压泵的进口。
液压升降平台对油箱的体积要求不高，可以采用开式回路，以便液压油的冷却。
（2）选用液压油液
普通液压系统采用矿油型液压油作为工作介质，其中室内设备多采用汽轮机油和普通液压油，室外设备则选用抗磨液压油或低凝液压油。
对某些高温设备或井下系统，应选难燃介质。
剪叉式液压升降平台主要面向室外工作，选用抗磨液压油。
液压油液选定后，设计考虑液压元件时要考虑液压元件的相容性。
（3）初定系统的压力
液压系统的压力与液压设备的工作环境和精度要求等有关。
根据遥控液压升降平台的设计任务书，系统压力为16Mpa。
（4）选择执行元件
本设计要求要求实现直线运动，应选用活塞液压缸或柱塞液压缸。
如
果是双向工作进给，应选用双活塞杆液压缸；如果只要求一个方向工作、反向退回，应选用单活塞杆液压缸；如果负载力不与活塞杆重合或缸径较大，行程较长，应选用柱塞缸，反向退回采用其他方式。
此处采用双作用单活塞液压缸。
（5）确定液压泵的类型
液压系统的压力<21Mpa，选用齿轮泵或双作用叶片泵；压力>21MPa时，选用柱塞泵。
根据系统压力选择齿轮泵。
若系统采用节流调速，选用定量泵；若系统要求高效节能，应选用变量泵。
系统拟采用节流阀调速，所以选择定量泵。
（6）确定调压方式
溢流阀接在液压泵出口，在进油和回油节流调速中为定压阀，保持系统工作压力恒定，其他场合为安全阀，限制系统的最高压力。
当系统的工作循环的不同阶段的工作压力相差较大时，为节省能量消耗，应采用多级调压。
为了使液压系统在不工作时液压泵在很小的输出功率下工作，应采用泄油回路。
（7）选择换向回路
液压设备的自动化程度较高，应采用电动换向。
此时各执行元件的顺序，互锁，联动等要求可由电气控制系统来完成。
遥控液压升降平台采用无线电遥控，将无线电接受装置与继电器连接起来，再有继电器控制电磁换向阀的动作。
电磁换向阀采用三位四通的电磁换向阀。
（8）平衡回路的选择
对于液压升降平台这种垂直性负载应采用平衡回路，如有垂直变负载，应采用限速锁，以保证重物平稳下落。
平衡回路的主要功能在于执行元件的油路上保持一定的背压,以平衡重力负载，使之不会因自重而自行下落，如图2.1。
图2.1平衡回路
①．采用单向顺序阀的平衡回路
图a是采用单向顺序阀的平很回路,调整顺序阀，使开启压力与液压缸下腔作用面积的乘积稍大于垂直不见的重力。
活塞下行时，由于回油路上存在一定的背压支撑中立负载，活塞将平稳下落；换向阀处于中位，活塞停止运动，不再继续下行。
此处的顺序阀又称为平衡阀。
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，系统的功率损失将增大。
又由于滑阀家够的顺序阀和换向阀存在泄漏，活塞不可能长时间停在任意位置，故这种回路适用于工作负载固定且活塞闭锁要求不高的场合。
②．采用液控单向阀的平衡回路
如图b所示。
由于液控单向阀是锥面密封，泄漏量下，故其闭锁性能好，活塞能够长时间停止不动。
回油路上串联单向节流阀，用语保证活塞下行运动的平稳。
假如回油路上没有节流阀，活塞下行时液控单向阀被进油路上的控制油打开，回油腔没有背压，运动部件由于自重而下降，造成液压缸上腔供油不足，液控单向阀因控制油路失压而关闭。
单向阀关闭后控制油路又建立压力，单向阀再次被打开。
液控单向阀时开时闭，使活塞在向下运动过程中产生正动和冲击。
③．采用远控平衡阀的平衡回路
工程机械液压系统中常见到如图c所示的采用远控平衡阀的平衡回路。
远控平衡阀是一种特殊结构的外控顺序阀，它不但具有很好的密封性，能起到长时间的锁闭定位作用，而且阀口大小能自动适应不同载荷对背压的要求，保证了活塞下降速度的稳定性不受载荷变化的影响。
这种远控平衡阀又称限速锁。
而液压升降平台要求其活塞的闭锁性能要好，且因为工作需要，要求活塞能较长时间的停止不动，停止工作时能因自重而下降且下降平稳。
故选用图b所示的平衡回路。
（9）液压系统原理图
液压基本回路确定以后，用一些辅助元件将其组合起来，构成完整的液压系统。
在组合回路时，要尽可能多的去掉相同的多余元件，力求系统简单，元件数量少。
综合后的液压系统要能够实现主机的各项功能，并且操作方便，工作安全可靠，动作平稳，调整维修方便。
液压系统原理图如图2.2所示。
图2.2液压系统原理图
1，2，3双作用液压缸；4手动换向阀；5电磁换向阀；6压力表；
7电动机；8齿轮泵；9吸油滤油器；10溢流阀；11液控单向阀；
12平衡阀；
3液压系统的参数计算及选型设计
3.1电动机的选择
Y系列电动机是按照国际电工委员会标准设计，具有国际互换性的特点。
其中（IP44）小型三厢异步电动机是为一般用途的笼式封闭自扇冷式电动机，具有防止灰尘和其他杂物进入的特点，B级绝缘，可采用全压或降压启动。
该电动机的工作环境为：
环境温度-15到+40℃,相当湿度不超过90%，海拔高度不超过1000m，电源电压380V，频率55Hz。
常用于启动性能，调速性能及转差率均无特殊要求的机器和设备。
根据ZBK22007—88选择Y200L1—2电机。
性能参数如下
额定功率30kW
满载转速2950r/min
质量 240Kg
选择该三相异步电动机能满足液压升降平台的参数要求。
液压升降平台属于间断工作的机械，所以按照短时工作制的电动机的容量选择电动机。
该电动机能满足系统的发热要求，过载能力。
3.2液压泵的设计
液压泵是液压系统中的主要的能量转化元件。
液压泵将液压能转化为机械能。
因此液压泵的输入参量为机械参量，输出参量为液压参量。
液压泵分为定量泵和变量泵两种。
其中定量泵包括齿轮泵，叶片泵，螺旋泵，径向柱塞泵和轴向柱塞泵。
变量泵包括叶片泵，径向柱塞泵和轴向柱塞泵。
本设计采用齿轮泵。
齿轮泵的基本使用性能参数应有1.3~1.5倍的储备。
3.2.1齿轮泵的参数计算
额定压力：
齿轮泵的额定压力为液压系统安全法开启压力的1.1—1.5倍。
公称流量：
选用齿轮泵公称流量前，先根据系统所需流量qv和初选的齿轮泵的转速n1计算参考值，即
其中qv单位是L/min,n1单位是r/min,ηv是齿轮泵的容积效率，可根据产品样本选取或取为0.9。
带入数据计算得
转速：
根据所选的齿轮泵的公称流量和系统所需的流量计算齿轮泵的实际转速，在选时尽可能接近产品的额定转速。
驱动功率：
在齿轮泵的公称流量，转速和工作压力确定以后，根据下式计算所需的输入功率。
式中p——工作压力（MPa）
qv——（L/min）
qv——总效率，可在0.85左右选取。
3.2.2齿轮泵的选型设计
结合齿轮泵的参数计算和表3.1，选择CBN20/100系列齿轮泵。
表3.1CBN20/100系列齿轮泵性能参数
型号
排量
mL/r
额定
压力
/MPa
最大
压力
/MPa
瞬时
压力
/MPa
额定
转速
/（r/min）
最高
转速
/（r/min）
容积
效率
/%
总效率
/%
4020
20
20（25）
25（32）
32
2000
2500
4032
32
20（25）
25（32）
32
2000
2500
4040
40
20（25）
25（32）
32
2000
2500
4050
50
20（25）
25（32）
32
2000
2500
4063
63
20
25
30
2000
2500
4080
80
20
25
27
2000
2500
4100
100
16
20
22
1500
2000
4125
125
16
12.5
15
1500
2000
选择型号CBN20/100-4063，其性能参数能符合要求。
型号说明：
该泵为三段式浮动轴承结构，采用对称非标准瘦型长齿。
淮阴机械总厂生产。
排量：
60ml/r
额定压力：
20MPa
最大压力：
25MPa
瞬时压力：
30Mpa
额定转速：
2000r/min
最高转速：
2500r/min
容积效率：
91%
总效率：
82%
3.2.3齿轮泵使用说明和常见故障
一般齿轮泵要求传动装置不能对齿轮泵的主动齿轮产生附加的轴向力和径向力。
齿轮泵主动齿轮的轴伸与原动机输出轴之间的链接采用浮动联接。
齿轮泵的吸油高度不得大于0.5m，在进油管较长的管路系统中进油管径要加大，以免造成流动阻力太大，造成吸油不足，影响泵的工作性能。
到目前为止，多数齿轮泵的过早失效大都因为油液的污染，建议对工作油液进行定期的更换，并进行全流过滤。
油的过滤不仅要去掉油液中的固体污染物，还要过滤掉水和空气，油里有水会破坏正常的润滑油膜，引起不正常的干磨擦和烧伤。
空气引起空穴和气蚀。
3.3液压缸的设计
（1）初选液压缸的工作压力
根据设计任务书要求最大起重载荷为2吨，最大工作压力为16MPa。
参照同类型的液压升降平台，选定液压缸的工作压力为16MPa。
1液压缸公称压力为16MPa。
2液压缸行程的简易计算
3液压缸受力简易计算
液压缸的内径为D
根据标准选内径为50mm的液压缸。
本设计中液压缸选用HSG工程用液压缸，HSG工程用液压缸为双作用但活塞杆式液压缸。
具体安装连接方式多样以及可带缓冲装置等特点。
适用于工程机械﹑起重运输机械﹑船舶机械﹑冶金矿上机械以及其他液压
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