升降舞台液压系统设计

武汉科技大学毕业设计说明书1前 言本次毕业设计是我们大学三年的最后一次设计，同时也是对大学生三年来所学的知识系统总结和综合应用。现在我们已经进入大学学习的最后阶段，毕业设计作为本科学习最重要的组成部分之一，它能提高我们发现、分析、解决问题的能力，综合检验和巩固我们所学知识，同时又是对我们大学三年所学知识的全面复习，更是向我们以后即将从事的专业性工作的正常过渡。我们可以紧紧抓住这个机会认真学习并搞好毕业设计，众所周知，它对我们即将走上工作岗位或者更进一步深造有非常重要的意义。它将把我们过去的理论学习引向一个更高、更深的层次，也就是参加工作，可以说我们在做一次过渡性的尝试。毕业设计是我在接受高等教育中的最后一次综合性的实践学习，是实现学生综合运用知识的能力，是实现培养目标、培养学生专业工作能力、提高学生综合素质的重要手段。当然，毕业设计成果的质量，也是学生毕业资格认定的一个重要依据，是对学校人才培养效果的全面检验，是学校教育教学质量评价的重要内容。毕业设计的目的主要是：（1）培养学生创造性地综合运用所学基本理论和技能，独立完成本专业范围内工程设计或实验分析的专业工作能力；（2）学习科学的精神和创新能力；（3）学习调查研究、收集处理信息和查阅文献的能力；（4）学习语言表达和撰写科技报告（论文）的能力；（5）培养学生的效益意识、全局观念和团队协作精神。在此基础上，通过毕业设计，培养学生的整体构建设计的能力，全面的去考虑问题，帮助我们掌握工程设计中的一般产品设计的程序和方法。为我们在以后的实际工作中，能更好的解决工程实际生产中遇到的实际问题打下坚实的基础,而且还有助于我们分析问题和创造性的解决问题的能力，全面提高我们的素质。毕业设计教学基本要求主要是通过毕业设计，将思想道德素质教育、业务素质武汉科技大学毕业设计说明书2教育、文化素质教育于一体，注重学生素质的全面提高，以达到培养目标的基本要求；注重培养学生严肃认真的工作态度、勤奋钻研的优良学风和独立工作能力；注重开发学生的创新精神和创造能力，实现毕业设计的教学目的。我所选择的毕业设计题目升降舞台液压系统的设计。由于升降舞台液压系统的设计要求很高，设计环节较多，而且我缺乏实际经验，再加上由于国内升降舞台的发展较晚关于升降舞台的系统地、实际地、具有一定理论指导作用的专业书籍很少，所以在设计中存在很多的不足和疏漏，恳请老师和同学批评指正。武汉科技大学毕业设计说明书31 绪论1.1 液压传动发展概况液压传动相对于机械传动来说，是一门发展较晚的技术。从 17 世纪中叶巴斯卡提出静压传递原理、18 世纪末英国制成第一台水压机算起，液压传动只有二三百年的历史。19 世纪末德国制成了液压龙门刨床，美国制成了液压转塔车床和磨床。由于缺乏成熟的液压元件，一些通用机床到 20 世纪 30 年代才用上了液压传动。第二次世界大战期间，由于军事工业需要反应快、动作准确的自动控制系统，促进厂液压技术的发展。战后液压技术迅速转向民用。随着工业水平的不断提高，各种液压九件的研制不断完善井实现了各类元件产品的标准化、系列化和通用化，从而使它在机械制造、上程机械、农业机械、汽车制造等行业得到推广应用。20 世纪 60 年代以来，随着原子能、空间技术、计算机技术的发展，液压技术得到了很大的发展并渗透到各个工业领域中。液压技术开始向高压、高速、大功率、南效率、低噪声、低能耗、经久耐用、高度集成化等方向发展。从 20 世纪 70 年代开始，电子技术和计算机技术迅速发展井进入了液压技术领域，在产品设计、制造和测试方面采用厂这些先进技术，取得了显著的效益。利用计算机辅助进行液压元件和液压系统的设计计算、性能仿真、自动绘图以及数据的采集和处理，可提高液压产品的质量，优化其性能，降低成本，并大大缩短其生产和交货周期。在设备控制方面，利用计算机控制液压系统，可简化操作提高劳动生产率，提高自动化水平，井增加产品的可靠性。因此，近年来，液压行业对于计算机技术的应用给予极大的关注，其中计算机辅助设计 CAD(Computer aided design)的武汉科技大学毕业设计说明书4推广使用和数字控制液压元件的研制开发尤其突出。另外减小元件的体积和重量，提高元件的寿命，研制新介质以及污染控制的研究，也是当前液压传动及液压控制技术发展和研究的重要课题。我国的液压工业开始于 20 世纪 50 年代，其产品最初只用于机床和锻压设备，后来又用于拖拉机和工程机械。自 20 世纪 60 年代开始，从国外引进液压元件生产技术，问时自行设计液压产品。我国生产的液压元件已形成系列，并在各种机械设备上得到了广泛的应用。目前，我国在消化、推广国外先进液压技术的同时，大力开展国产液压新产品的研制工作，并已取得一定成效。例如，已开发研制了中高压齿轮泵、插装式锥阀、电液比例阀、叠加阀以及新系列中、高压阀等。尽管如此，我国的液压元件和液压产品与国外先进的同类产品相比，在性能上，在种类、规格上仍存在着较大的差距。为了迅速赶超世界先进水平我国已瞄准世界发展主流的液压元件系列型谱，有计划地引进、消化、吸收国外最先进的液压技术和产品，并对我国观正生产的液压产品进行整顿，合理调整产品结构，大力开展产品国产化工作。可以预见，我国的液压技术在 21 世纪必将获得更快的发展。1.2 液压技术的应用与特点1.2.1 液压技术的应用液压技术是涉及液体流动和液体压力规律的科学技术。近几十年来，液压技术发展非常快，广泛应用于工业、农业和国防等各个部门。液压传动主要应用如下：(1)一般工业用液压系统：坯料加工机械( 注塑机)、压力机械(锻压机) 、重型机械(废钢压块机)、机床( 全自动六角车床、平面磨床) 等；(2)行走机械用液压系统：工程机械( 挖掘机)、起重机械(汽车吊) 、建筑机械(打武汉科技大学毕业设计说明书5桩机)、农业机械(联合收割机)、汽车( 转向器、减振器)等；(3)钢铁工业用液压系统：冶金机械( 轧钢机)、提升装置(电极升降机) 、轧辊调整装置等；(4)土木工程用液压系统：防洪闸门及堤坝装置( 浪潮防护挡板)、河床升降装置、桥梁操纵机构和矿山机械(凿岩机 )等：(5)发电厂用液压系统；涡轮机( 调速装置)、核发电厂等；(6)特殊技术用液压系统：巨型天线控制装置、测量浮标、飞机起落架的收放装置及方向舵控制装置、升降旋转舞台等；(7)船舶用液压系统：甲板起重机械( 绞车)、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；(8)军事工业用液压系统：火炮操纵装置、舰船减摇装置、飞行器仿真等。上述的概略说明不包括所有应用的可能性。用液压系统传递动力、运动和控制的应用范围相当广泛，它在当今的各个领域中都占有一席之地。目前，液压传动技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低晚声、长寿命、高度集成化等方面都取得了很大的进展。同时，由丁它与微电子技术次紧密配合，能在尽可能小的空间内传送出尽可能人的功率并加以淮确地控制，从而更使得它在各行各业：中发挥出厂巨大作用。在本设计中是将液压传动应用于舞台的升降中，升降舞台液压系统是为某剧场配套而设计制造的。其升降功能由 4 根液压缸顶升叉架完成， 4 根液压缸的同步由带补正装置的同步回路完成。升降台是液压系统的重要应用领域，升降台液压系统也是比较成熟的技术。与机械传动相比，采用液压传动可以大大地减少换向冲击，降低能量消耗，井能缩短换向时间。采用液压传动方式可有效利用现场的有限空间，尽可能地减少传动装置的占地面积，可靠保证舞台平稳升降。液压升降舞台具有升降平稳、噪音低、易于实现自动化控制、可实现升降台的无级调速。武汉科技大学毕业设计说明书61.2.2 液压传动的特点液压传动由于有许多特点，才使得它被广泛地应用于各行行业之中。液压传动相对于其它传动有以下些主要优点： (1)在同等体积下，液压装置能产生出更大的动力。也就是说，在同等功率下，液压装置的体积小、重量轻、结构紧凑，即：它具有大的功率密度或力密度，力密度在这里等于工作压力；(2)按压装置容易做到对速度的无级凋节，而且调速范围大，并且对速度的调节还可以在工作过程中进行；(3)液压装置工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向；(4)液压装置易于实现过载保护能实现自润滑，使用寿命长；(5)按压装置易于实现自动化，可以很方便地对液体的流动方向、压力和流量进行调节和控制，并能很容易地和电气、电子控制或气动控制结合起来，实现复杂的运动、操作。(6)液压元件易于实现系列化、标准化；和通用化，便于设计、制造和推广使用当然， 压传动还存在以下一些明显缺点：(1)液压传动中的泄漏和液体的可压缩件，使这种传动无法保证严格的传动比；(2)液压传动有较多的能量损失( 泄漏损失、摩擦损失等)，因此，传动效率相对低；(3)液压传动对油温的变化比较敏感不宜在较高或较低的温度下工作：(4)液压传动在出现故障时不易找出原因。1.2.3 液压系统的组成液压传动装置主要由以下五部分组成：1)能源装置把机械能转换成油液液压能的装置。最常见的形式就是液压泵，武汉科技大学毕业设计说明书7它给液压系统提供压力油。2)执行装置把油液的液压能转换成机械能的装置。它可以是作直线运动的液压缸，也可以是作回转运动的液压马达。3)控制调节装置对系统中油液压力、流量或流动方向进行控制或调节装置。例如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等这些元件的不同组合形成了不同功能的液压系统。4)辅助装置上述三部分以外的其它装置，例如油箱、滤油器、油管等。它们对保证系统正常工作也有重要作用。5)工作介质：液压系统中用量最大的工作介质是液压油，通常指矿物油武汉科技大学毕业设计说明书82 液压升降舞台结构分析与设计2.1 升降舞台简介舞台升降台是剧场演出过程中使用的一种重要设备，它主要用于载人或载景升降，要求运行平稳、噪声低、安全可靠。其台面尺寸一般为 16m2m,升降行程一般为 7.53.5m，升降速度为 0.2m/s,承载能力应能满足剧场要求：静载荷400kg/，动载荷 200kg/。目前，国内外普遍采用的是滑动螺母丝杠升降台。普通滑动螺母丝杠副的特点是可以按需要设计成自锁，这对载人升降台是一很好的优点，或者说是必须。但它在设计成自锁下机械效率很低，理论上可达到 40%，实际证明，由于加工精度、表面粗糙度、润滑条件、安装条件的限制，真正能达到的机械效率只有 20%30%。而舞台升降台的载重较重，一般为 10 t 左右，加上升降速度较快，最高达0.2m/s，这样势必要求所选电动机的功率较大，一般为 20 KW 以上，同时，由于舞台升降台一般要求变频调速，这样所选用的变频器的容量也就较大。功率（容量）增大，成本上升，尤其是变频器，随容量的增大，成本急剧上升。为此，我们将金属切削机床上采用的滚柱螺母丝杠副用于舞台升降台的升降传动中。滚珠螺母丝杠副具有较高的传动效率，但它不能自锁，这对载人升降台不安全；而滚柱螺母丝杠副的传动效率高于普通滑动螺母丝杠副，且它能自锁，常用于垂直移动的传动，如平面磨床的磨头。滚柱螺母丝杠副要求丝杠直径较粗，否则，丝杠螺纹与滚柱的环槽有可能发生干涉。这一要求在舞台升降台上是完全能满足的，因为由升降行程所决定的丝杠长度较长，一般为 57 m ，根据刚度要求，丝杠直径本身就要求较粗。武汉科技大学毕业设计说明书92.2 升降舞台投影图图 21 升降舞台平面图武汉科技大学毕业设计说明书102.3 液压升降舞台的方案的确定2.3.1 升降舞台液压系统升降舞台液压系统是为剧场配套而设计制造的。其升降功能由 4 根液压缸顶升叉架完成，4 根液压缸的同步由带补正装置的同步回路完成。升降台是液压系统的重要应用领域，升降台液压系统也是比较成熟的技术，但此套大型系统与常规的小型升降台系统相比有其特殊性，不能简单套用，必须解决好以下问题：（1）保证动作平稳，舞台上载重量变化很大，且液压缸在升降过程中随叉架角度变化较大，因此液压缸负载变化较大，液压系统必须要能克服负载变化对速度产生的影响，确保机构无冲击地平稳运行；（2）根据舞台承受的动静载荷、速度要求，经过计算，得出上