SJG0.5-2.8双叉固定式液压升降台设计.doc

【JX14-29】SJG0.5-2.8双叉固定式液压升降台设计

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SJG0.5-2.8双叉固定式液压升降台设计-开题报告.doc---(点击预览)
A2固定铰接处.dwg
上板架A2.dwg
下板架A2.dwg
内连杆A2.dwg
固定铰接处A4.dwg
外连杆A2.dwg
机械总装图A0.dwg
联轴器A4.dwg
轴耳A4.dwg
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【JX14-29】SJG0.5-2.8双叉固定式液压升降台设计,JX14-29
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毕业设计(论文)开题报告课题名称:SJG0.5-2.8双叉固定式液压升降台设计 所在学院: 机械与电气工程学院 专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级: 09机自2班姓 名: 徐元涛学 号: 1021080644指导教师: 何润琴 二一三年 十一月宁波大红鹰学院毕业设计(论文)开题报告课题名称SJG0.5-2.8双叉固定式液压升降台设计课题来源(1)课题类型A指导教师何润琴姓名徐元涛专业机械设计制造及其自动化学号1021080644一、课题来源本设计题目来源于实际生产,是用于仓库、机场、车站、码头、制造系统及汽车维修等部门的物流液压升降台的设计。二、研究的目的、意义与预期成果进入21世纪以后,随着经济的发展和需求的提高,对举升机提出越来越高的要求,举升机越来越不仅局限应用于仓库、机场、车站、码头等,更广泛的应用于其它物流、制造系统和汽车维修等行业和部门。这就对原有的剪叉式液压升降台提出了更加严格的承载能力高、运行速度快、启动停止平稳等新的要求。通过这次毕业设计,可以更进一步的熟悉了解其中所涉及的知识,并巩固自己所学的知识,使自己的机械制图能力和工艺设计得到提高与锻炼,为步入社会做好充分的准备。三、本课题的国内外研究现状1966年,一家德国公司生产出第一台双柱举升机,这是举升机设计上的又一突破性进展,这种举升机也比其它国家早出现了近10年。现在双柱举升机在市场上以占据牢固的地位,其销量还在持续增长。但它和其它举升机相比,既有很多优点,也有相对不足,下面做一简要说明。最初设计单柱举升机时,车辆较大,其底盘也能明显辨认,因而汽车检修区远远大于举升器件。而今绝大多数汽车均为“紧凑型”或“半紧凑型”,导致汽车检修区域接近主要举升机器件而不便操作。但在南美洲却属例外,那里仍然采用较大的车辆,这可能是单柱举升机在该地区的市场上仍然受到欢迎的重要原因。单柱举升机有两大优点:当其下降后,不致成维修车间的障碍物;汽车可在举升机上转动。但美国却受到了责难,主要是举升机的旋转会带来撞击操作人员的危险。单柱举升机的主要缺点是:第一,它需要在车间的地面挖掘一个相当大的坑穴后才能安装;其次,它只能为使用提供车轮支撑方式;第三,使用时难于接近汽车下部的一些重要检修区域。举升用的油缸潜藏在地下也给维修带来两大问题:第一是检修这些零部件颇为困难;其次是由于油缸所处的环境条件差,容易生锈,特别是地下水位较高时更是如此。双柱举升机(包括液压式或机械式),均具有以下优点:第一,检修汽车下部具有很高的可接近性(几乎达到100%);其次,采用车轮自由型的方式支撑汽车,因而拆卸车轮时不需要其它辅助性的举升措施;第三,结构紧凑,占地面小。双柱举升机的缺点是:第一为确保安全,安置举升机时要求非常严格,否则在举升过程中容易摇晃或颠覆;第二,由于举升机常采用车轮自由型的方式支撑汽车,如需采取车轮支撑型的方式维修汽车则甚感不便,如检查悬挂系统、检查转向机构间隙或进行车轮定位检验等;第三,由于举升臂和立柱承受悬臂或载荷所产生的巨大应力,其承力件易于磨损,因而双柱举升机的安全工作寿命一般要比四柱举升机低。四柱举升机有四根立柱、两根横梁、用于支撑汽车的两个台板。举升前,汽车很容易正确无误地驶上四柱举升机的台板。由于台板内侧设备有凸缘,当汽车驶上台板时也不致坠入其间的空隙中。车轮支撑型四柱举升机的优点是:第一,举升机装载汽车时勿需较高的技术,操作也很简便;第二,承载时非常稳定;第三,支撑载荷受力简单,应力较低,从而延长了设备的使用寿命;第四,由于具有较高的使用价值,从经济上来看也是合算的;第五,易于维修;第六,在车间现场进行安装也较方便,只要地面平坦,其混凝土厚度能够固牢立柱的地脚螺栓即可。四柱举升机的缺点是:和双柱举升机相比,战地面积教大,对汽车检修区域可接近性较差。解放后,特别是改革开放以来,我国的汽车维修行业有了很大的发展,为之服务的汽车维修设备行业已成为我国的新兴行业不断发展壮大。各种举升机设备如雨后春笋,不断涌现,质量不断提高,销量逐年增加。有人说,对于汽车维修企业来说,汽车举升机可能是除厂房而外的最重要的投资,因为它具有至关重要和不可替代的作用,甚至直接影响到汽车维修业务的兴衰。汽车举升机是汽车维修设备行业的支柱设备之一,让我们生产出更多、更好、更受用户欢迎的汽车举升机,为汽车维修企业服务。四、液压升降台的设计要求与思路设计要求:对零件的结构与材料进行分析,并深入了解SJG0.5-2.8双叉固定式液压升降台的结构,完成双叉固定式液压升降台的结构设计与液压系统设计。根据所学知识,并运用CAD画出液压升降台的设计总图,最后完成主要零件的设计和液压系统设计。设计思路:液压升降台共分两部分:液压驱动单元和机械传动单元。液压驱动单元的作用是将液压能转化为机械能,通过液压元件控制调节液体压力与流量,最后由液压泵站控制提供液压能。机械传动单元由叉架、底框架、台面框架、下限位支撑架、维修支撑架、地脚支架、导轨架等组成,它的作用是将液压泵站提供液压能,通过液压油缸顶升叉架机构,实现升降台面的升降。首先,根据给定的升降台所能承受的最大载重量,对升降台进行机构受力分析,选出机构在上升的过程中,所受到的最大的力。其次,以计算所得的最大力为标准,选择液压缸。液压缸要求最低满足机构所受到的最大力,且其体积要符合机构整体的设计尺寸要求,并符合液压系统的各种要求。因为本设计是为压力机等送料,所以还要求液压缸满足机构在上升过程中的停动运动要求。第三,在机构设计完成之后,根据升降台工作的要求,设置PLC系统。由其控制升降平台的各个工步。五、任务完成的阶段内容及时间安排1、收集课题相关资料,准备参考文献,并完成文献综述 2013年 9月15日11月7日2、阅读参考文献,完成开题报告 2013年 11月8 日11月21日3、确定SJG0.5-2.8双叉固定式液压升降台的结构 2013年11月22日11月29日4、根据使用要求选择合适材料 2013年11月30日12月7日5、计算几何结构尺寸 2013年12月8日12月15日6、绘制SJG0.5-2.8双叉固定式液压升降台的结构总图、零件图 2013年12月 15日2014年1月21日7、按导师要求修改图纸及论文 2014年1月22日3月31日8、毕业答辩准备 2014年4月1 日4月30日9、答辩 2014年5月8 日参考文献:1濮良贵,纪名刚主编.机械设计(第八版)M.北京:高等教育出版社,2006.52成大先主编.机械设计手册(第五版)M.北京:化学工业出版社,2008.33郭宏亮主编.机械原理M.北京:北京大学出版社,2011.124林怡青,谢宋良,王文涛编.机械设计基础课程设计指导书M.北京:清华大学出版社,2010.15顾晓勤,刘申全主编.工程力学M. 北京:机械工业出版社,2006.16顾晓勤,刘申全主编.工程力学M. 北京:机械工业出版社,2006.17 吴拓. 简明机床夹具设计手册M. 北京:化学工业出版社,20108吴琰琨. 液压与气动技术M 北京:人民邮电出版社,20089 张宇琛,赵继云,卢宁,徐展,周峰,封艳秋. 剪叉式液压升降台J. 液压与气动. 2011(05)10 杨奇顺,侯波. 剪叉式升降台节能液压系统设计J. 煤矿机械. 2009(09)11 曾午平,卫良保.剪叉式液压升降台的设计计算J.起重运输机械,2006(01)12 於又玲,刘明春,曾志钢,何再龙,赵娜. 剪叉式升降机液压系统的设计J. 液压与气动. 2008(11)13 王卫芳. 剪叉式升降平台的优化设计J. 硅谷. 2008(16)14 谢力生. 剪式液压升降台相关参数的确定J. 工程机械. 2008(11)15 薛孟齐. 剪叉式液压升降台缓冲液压系统J. 大众标准化. 2005(11)指导教师审核意见:指导教师签名: 年 月 日 分 类 号 TG249.2 密 级 公开 宁 宁波大红鹰学院 毕业设计(论文) SJG0.5-2.8 双叉固定式液压升降台设计双叉固定式液压升降台设计 所在学院机械与电气工程学院 专 业机械设计制造及其自动化 班 级09 机自 2 班 姓 名张文强 学 号091280239 指导老师张玉玺 2013 年 3 月 21 日 2 诚诚 信信 承承 诺诺 我谨在此承诺:本人所写的毕业设计(论文) SJG0.5-2.8 双叉固 定式液压升降台设计均系本人独立完成,没有抄袭行为,凡涉及其 他作者的观点和材料,均作了注释,若有不实,后果由本人承担。 承承诺诺人(人(签签名):名): 年年 月月 日日 第 1 章 绪论 I 摘 要 本次设计任务是双叉固定式液压升降台,它是一种升降稳定性好,适用范围广的 货物举升设备。其起升高度 2800mm,举升重量 500kg,平台尺寸 22201000 mm。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。机械部分主要由上板架、下 板架、内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:双叉,液压升降台,校核,机械部分 第 1 章 绪论 I Abstract The design task is two-pronged stationary hydraulic lift table , it is a good landing stability for a wide range of cargo lifting equipment. Its lifting height 2800mm, weight lifting 500kg, platform size 2220 1000 mm. Its action is mainly composed of two double-acting hydraulic cylinders push “X“ -shaped frame , led the board to move to achieve. The hydraulic lift is mainly composed of two parts : hydraulic parts and mechanical parts . Design of hydraulic part time , make sure the hydraulic system solutions . When you select the basic hydraulic control circuit , the commutation circuit select three four-way solenoid valve ; balancing loop choose check valve . After the identification of the basic circuits , and to determine the form of the hydraulic drive system , developed hydraulic system schematic and accessories for hydraulic element was designed to select and be checked. Mechanical part is mainly composed of the upper plate rack, lower plate frame, the connecting rod and the outer rod composed of four parts . By design, choice of materials and structural mechanical parts , and its stress analysis and strength check , the results prove that the design meet the requirements of the mechanical part of the structure , and further completion of this design topics. Keywords:Double fork, hydraulic lifts, checking, mechanical parts 宁波大红鹰学院毕业设计(论文) 18 目 录 第第 1 章章 绪论绪论1 1.1 课题背景与意义1 1.2 升降机发展现状和发展趋势.2 1.3 剪叉式升降机基本结构组成及功能.2 1.4 剪叉式升降机工作原理及特点.3 1.5 设计任务及要求.3 第第 2 章章 液压升降机机械结构设计与计算液压升降机机械结构设计与计算4 2.1 机械结构及运动原理.4 2.1.1 机械结构形式4 2.1.2 升降机运动机理6 2.2 升降机机械结构和零件设计.7 2.2.1 结构参数选择及确定7 2.2.2 上顶板结构及强度校核10 2.2.3 支架结构15 2.2.4 底座设计与校核17 第第 3 章章 液压执行元件速度和载荷液压执行元件速度和载荷18 3.1 执行元件类型、数量和安装位置.18 3.2 速度计算.19 3.3 载荷计算.19 第第 4 章章 液压系统主要参数的确定液压系统主要参数的确定22 4.1 系统压力的初步确定.22 4.2 液压执行元件的主要参数.22 4.2.1 液压缸的作用力22 4.2.2 缸筒内径的确定23 4.2.3 活塞杆直径的确定23 4.2.4 液压缸其他参数的确定25 第 1 章 绪论 19 第第 5 章章 液压系统方案的选择论证液压系统方案的选择论证28 5.1 油路循环方式.28 5.2 开式系统油路组合方式的分析选择.29 5.3 调速方案选择.29 5.4 液压系统原理图确定.29 第第 6 章章 液压缸的结构设计液压缸的结构设计31 6.1 缸筒.31 6.1.1 缸筒与缸盖的连接形式31 6.1.2 强度计算31 6.2 活塞和活塞杆.34 6.2.1 活塞和活塞杆的结构34 6.2.2 活塞和活塞杆材料及加工要求35 6.3 进出油口尺寸确定.35 6.4 密封件选择.35 总结总结36 参考文献参考文献37 致致 谢谢39 第 1 章 绪论 1 第 1 章 绪论 1.1 课题背景与意义 进入21世纪以后,随着经济的发展和需求的提高,对物流行业提出越来越 高的要求。剪叉式举升机构具有结构紧凑、承载量大、通过性强和操控性好的 特点,因此在现代物流、航空装卸、大型设备的制造与维护中得到广泛应用1。 升降机通常采用液压驱动,所以又叫液压升降机,整机由主机、液压系统、电 气系统组成。液压升降机是一种相对简单,且适应能力很强的起重机械。与其 他起升设备相比,它速度低,能精确定位在各种高度,适合于不需要经常性提 升货物的场所。按功能来分,液压升降平台可分为起重平台及维修安装平台。 最新的液压升降平台还装备了行走机构,可在轨道上行驶,在仓库中被广泛用 作拣货设备。升降机种类丰富,类型繁多,总的来讲,按照升降结构的不同, 可分为剪叉式升降机、升缩式升降机、套筒式升降机、升缩臂式升降机及折臂 式升降机等。其中剪式又分为单剪支臂液压机和双剪支臂液压机两种型式。单 剪支臂液压机的起重能力为50010000kg;双剪支臂液压机有两种,一种是两 个剪式支臂平行布置,另一种是两个剪式支臂垂直串联。平行布置的剪式支臂 液压机用来提升车辆或长大件货物,垂直布置支臂的液压机用在提升高度较大 的场合2。本次根据任务内容,着重介绍固定式液压升降机。 固定式液压升降机是一种升降稳定性良好,适用范围广的货物举升设备, 主要用于生产流水线高度差之间货物运送;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; 仓储装卸场所与叉车等搬运车辆配套进行货物快速装卸,除此之外,还用于高 空的维修与安装等作业。固定式液压升降机形式灵活,可以根据不同的使用要 求进行合理的选择附属装置,如安全防护装置,电器控制方式,工作平台形式, 动力形式等。正确地选择附属装置,进行合理的组合,可以最大限度地发挥升 降机的功能,达到最佳的使用效果。此外,固定式液压升降机还有一些可选配 置,比如安全防护罩,人动或机动旋转工作台,液压翻转工作台,防止升降机 下落的安全支撑杆,滚动或激动辊道,防止轧脚的安全触条,风琴式安全防护 网等。当然,也有一些不足之处,比如负载不能太大、起重动力矩与负载的比 宁波大红鹰学院毕业设计(论文) 2 偏大,起始高度较高,有时液压升降平台还会因为长时间的负载而引起漏油, 有些升降机体积较大,占用空间等,这些都是要重点研究和解决的问题。 1.2 升降机发展现状和发展趋势 近 20 年世界工程升降机行业发生了很大变化。RT(越野轮胎升降机)和 AT(全地面升降机)产品的迅速发展,打破了原有产品与市场格局,在经济发展 及市场激烈竞争冲击下,导致世界工程升降机市场进一步趋向一体化。目前世 界工程升降机年销售额已达 75 亿美元左右。主要生产国为美国、日本、德国、 法国、意大利等,世界顶级公司有 10 多家,主要集中在北美、日本(亚洲)和 欧洲。 美国既是工程升降机的主要生产国,又是最大的世界市场之一。但由于日 本、德国升降机工业的迅速发展及 RT 和 AT 产品的兴起,美国厂商在 20 世纪 6070 年代世界市场中占有的主导地位正逐步受到削弱,从而形成美国、日本 和德国三足鼎立之势。 日本从 20 世纪 70 年代起成为升降机生产大国,产品质量和数量提高很快, 已出口到欧美市场,年总产量居世界第一。自 1992 年以来,由于受日元升值、 国内基建投资下降和亚洲金融危机影响,年产量呈下降趋势。目前日本市场年 需求量为 3000 台左右。 欧洲是潜力很大的市场,欧洲各工业国既是工程升降机的出口国,也是重 要的进口国。德国是最大的欧洲市场,其次为英国、法国、意大利等国。在德 国 AT 产品市场份额中,利勃海尔占 53%,格鲁夫占 16%,德马泰克占 14%, 多田野和特雷克斯各占 10%和 5%左右。 根据相关资料分析,我国升降机产业目前正处于建设和发展阶段,虽然很 多厂家都在研制升降机,但是普遍做工比较粗糙,大部分的升降机都是结构简 单功能单一。模仿国外升降机设计的现象极为普遍,核心零部件和重要零部件 都是依靠进口,这对自主创新极为不利。在升降机设计方面要赶上日美等国家, 还需要设计人员继续努力。 1.3 剪叉式升降机基本结构组成及功能 一般升降机可大致分为:动力系统,传动系统,控制系统和升降平台(执 第 1 章 绪论 3 行)系统,机架等几个部分。剪叉式液压升降机采的动力系统是电动机液压 泵,电动机在通电情况下带动液压泵向外做功,液压缸和剪叉结构组成了传动 系统,其主要作用是将液压泵做的功传到升降平台上。控制系统是整个升降机 的控制部分,实现电动机的开关,控制升降平台的高低位置,使升降机便于工 作人员方便安全使用。升降平台用于载物或载人,在剪叉机构及控制系统的作 用下,实现举升,下降或翻转,以完成其功能。机架是整个升降机的框架,起 支撑作用,用于支撑安装在上面的所有系统,从而构成一个完整的升降机。还 有的将液压升降机分为机械结构,液压系统和电气系统三个部分组成,机械结 构由底座,架臂和工作台组成,而液压系统按其安装的方式又可分为内置和外 置形式。 1.4 剪叉式升降机工作原理及特点 液压升降机的工作原理是:在控制系统的控制下,电动机带动液压泵的工 作,液压泵将电动机转化的机械能转化为液体的压力能。通过液体作用在液压 缸上,然后由液压缸转化为机械能作用在剪叉机构上。通过剪叉机构将机械能 作用在升降平台上,最终转化为物体的势能或动能,实现将人或重物举升或下 放的功能。其特点是:工作运动快速平稳,安全系数大,结构轻便、噪音比较 小,性能良好,便于维修,载重能力较大,适应范围广泛,能实现点动控制等3。 但是同时由于采用液压系统,安装时有不少的控制阀件,油路布局较复杂,在 高压作用下油路有时还容易泄露等,使得生产成本较高。 1.5 设计任务及要求 固定式液压升降台是一种升降稳定性好,适用范围广的货物举升设备。主 要用于生产流水线高度差之间货物运送;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; 仓储装卸场所与叉车等搬运车辆配套进行货物快速装卸等。整机由主机、液压 系统、电气系统组成。 基本参数:额定载荷 500kg,最低高度 460mm,升降行程 2800mm,最大高 度 3260mm,平台尺寸 22201000mm,上升时间 25s,电机功率 1.5Kw。 总体结构采用双叉模式。工作台面为固定不可翻转型。 宁波大红鹰学院毕业设计(论文) 4 第 2 章 液压升降机机械结构设计与计算 2.1 机械结构及运动原理 2.1.1 方案的确定 在设计自行式平台的剪叉式起升机构时,必须先考虑起升油缸与平台底座 内各零部件的几何关系,避免干涉5。在此基础上本设计应作出几种不同的方 案,然后选出其中比较好的一种。 剪叉式起升机构作为升降平台钢结构的关键组成部分,其力学特性对平台性 能产生直接影响。对这部份的设计组要是对起升机构的受力进行分析计算,根 据计算结果选出合适的材料。 上述起升机构的计算是要等方案确定之后才可进行。而几种方案的不同点 在于液压缸位置的设定,原因是液压缸在剪叉机构中的布置方式对其运动参数 和动力参数有着较大的影响6。 方案一:液压缸尾端与剪叉臂固定支点异侧,如图 1 方案二:液压缸尾端与剪叉臂固定支点同侧,如图 2 第 2 章 液压升降机机械结构设计与计算 5 方案三:液压缸尾端与剪叉臂支点在同侧(长行程) ,如图 3 方案四:液压缸尾端与剪叉臂固定支点在异侧(长行程) ,如图 4 四种方案优劣分析: 方案一:这种布置方式的优点是液压缸的有效行程比较短,这在台面升程 范围较大的场合较为适用。存在的问题是在剪叉机构折合后的高度较小的情况 下所需液压缸的推力将大大增加。在液压缸最高工作压力限定的情况下, 这将 使得所用液压缸的直径增大,以至在折合后的剪叉机构中难以布置。 方案二:液压缸布置在剪叉机构的右侧, 使得液压缸的活塞推力减小, 这 就可以选用直径较小的液压缸, 有利于液压缸在剪叉机构中的布置;带来的问 题是液压缸的有效行程较长, 如果台面升程范围不大, 液压缸行程的增加也是 有限的。 方案三:该方案明显可看出比一、二号方案的行程要长,根据本方案的设 计参数,初步计算发现采用这种设计时在液压缸的选型上会出现矛盾即因为行 程较大,所以所选液压缸要达到该行程就必须具有较大的缸径,而缸径越大推 宁波大红鹰学院毕业设计(论文) 6 力就越大,但是本设计并不需要这么大的推力即推力浪费现象严重。 方案四:该设计存在的问题和方案三基本相同。 综合以上分析就可发现本设计选用方案二最为合适。 2.1.2 升降机运动机理 升降机的基本运动机理如下图所示: 图图 2.2 升降机结构简图升降机结构简图 两支架在 O 点铰接,支架 1 上下端分别固定在上、下板面上,通过活塞杆 的伸缩和铰接点 O 的作用实现货物的举升。 根据以上分析,升降机的运动过程可以叙述如下:支架 2、3 为升降机机构 中的固定支架,他们与底板的铰接点做不完整的圆周运动,支架 1、4 为 23 ,O O 活动支架,他们在液压缸的作用下由最初的几乎水平状态逐渐向后来的倾斜位 置运动,在通过支架之间的绞合点带动 2、3 也不断向倾斜位置运动,以使升降 机升降。 o3 o2 oo 4 2 6 3 5 1 图图 2.3 升降机结构简图升降机结构简图 初态时,上写底板处于合闭状态,支架 1、2、3、4 可近似看作为水平状态, 随着液压油不断的输入到液压缸中,活塞杆外伸,将支架 2 顶起,支架 2 上升 第 2 章 液压升降机机械结构设计与计算 7 时,由于绞合点 O 的作用使支架 1 运动,1 与液压缸相连,从而液压缸也开始 运动,通过一系列的相互运动和作用,使上顶板上升,当上升到指定高度时, 液压缸停止运动,载荷便达到指定高度。 2.2 升降机机械结构和零件设计 2.2.1 结构参数选择及确定 根据升降台的工艺参数和他的基本运动机理来确定支架 1、2、3、4 的长度 和截面形状。之间的距离和液压缸的工作行程。 23 O O 设(),则 1、2、3、4 支架的长度可以确定为 23 O Ox01xm ,即支架和地板垂直时的高度应大于,这样才能保证3.5,(2.8 ) 2 x hhm2.8m 其最大升降高度达到,其运动过程中任意两个位置的示意图表示如下:2.8m N1 N M1 M O1 O B1B C1 C A 图图 2.4 运动过程示意图运动过程示意图 设支架 1、2 和 3、4 都在其中点处绞合,液压缸顶端与支架绞合点距离中 点为 t,根据其水平位置的几何位置关系可得:。 4 0 4 x t 下面根据几何关系求解上述最佳组合值: 初步分析:值范围为 取值偏小,则上顶板点承力过大,x01xx 23 ,O O 还会使支架的长度过长,造成受力情况不均匀。X 值偏小,则会使液压缸的行 程偏大,并且会造成整个机构受力情况不均匀。在该设计中,可以选择几个特 殊值:=0.4m,=0.6m,=0.8m,分别根据数学关系计算出 h 和 t。然后分xxx 析上下顶板的受力情况。选取最佳组合值便可以满足设计要求。 (1)=0.4x 宁波大红鹰学院毕业设计(论文) 8 支架长度为3.53.3 2 x hm 2 / 21.65O Chm 液压缸的行程设为 l,升降台上下顶板合并时,根据几何关系可得到: 0.9lt 升降台完全升起时,有几何关系可得到: = 222 1.80.9951.5 cos 2 1.8 0.995 222 (0.9)0.955(2 ) 2 (0.9) 2 tl tl 联合上述方程求得: t=0.355m l=0.545m 即液压缸活塞杆与 2 杆绞合点与 2 杆中心距为 0.355m,活塞行程为 0.545m。 (2)=0.6x 支架长度为3.53.2 2 x hm 2 / 21.6O Chm 液压缸的行程设为 l,升降台上下顶板合并时,根据几何关系可得到: 0.9lt 升降台完全升起时,有几何关系可得到: = 222 1.70.81.5 cos 2 1.7 0.8 222 (0.85)0.8(2 ) 2 0.8 (0.85) tl t 联合上述方程求得: t=0.32m l=0.53m 即液压缸活塞杆与 2 杆绞合点与 2 杆中心距为 0.32m,活塞行程为 0.53m。 (3)=0.8x 支架长度为3.53.1 2 x hm 2 / 21.55O Chm 第 2 章 液压升降机机械结构设计与计算 9 液压缸的行程设为 l,升降台上下顶板合并时,根据几何关系可得到: 0.9lt 升降台完全升起时,有几何关系可得到: = 222 1.60.5571.5 cos 2 1.6 0.557 222 (0.8)0.557(2 ) 2 (0.8) 0.557 tl t 联合上述方程求得: t=0.284m l=0.516m 即液压缸活塞杆与 2 杆绞合点与 2 杆中心距为 0.284m,活塞行程为 0.516m。 现在对上述情况分别进行受力分析: (4),受力图如下所示:0.4xm (5),受力图如下所示0.6xm (6),受力图如下所示0.8xm 图图 2.5 受力图受力图 宁波大红鹰学院毕业设计(论文) 10 比较上述三种情况下的载荷分布状况,x 取小值,则升到顶端时,两相互 绞合的支架间的间距越大,而此时升降台的载荷为均布载荷,有材料力学理论 可知,此时两支架中点出所受到的弯曲应力为最大,可能会发生弯曲破坏,根 据材料力学中提高梁的弯曲强度的措施 max max M w 知,合理安排梁的受力情况,可以降低值,从而改善提高其承载能力。分 max M 析上述,时梁的受力情况和载荷分布情况,可以选0.4xm0.6xm0.8xm 择第二种情况,即时的结构作为升降机固定点的最终值,由此便0.6xm 23 O O 可以确定其他相关参数如下: t=0.32m,l=0.53m,h=1.7m。 2.2.2 上顶板结构及强度校核 1.上顶板结构 上顶板和载荷直接接触,其结构采用由若干根相互交叉垂直的热轧槽刚通 过焊接形式焊接而成,然后在槽钢的四个侧面和上顶面上铺装 222010003mm 的汽车板,其结构形式大致如下所示: 图图 2.6 上顶板结构形式上顶板结构形式 沿平台的上顶面长度方向布置 2 根 16 号热轧槽刚,沿宽度方向布置 4 根 10 号热轧槽刚,组成上图所示的上顶板结构。在最外缘延长度方向加工出安装 上下支架的滑槽。以便上下支架的安装。滑槽的具体尺寸根据上下支架的具体 尺寸和结构而定。 沿长度方向的 2 根 16 号热轧槽刚的结构参数为 =,截面面积为, 1 h b dtrr 160 65 8.5 10 10.0 5.0mm 2 25.162cm 第 2 章 液压升降机机械结构设计与计算 11 理论重量为,抗弯截面系数为。沿宽度方向的 4 根 10 号热19.752/kg m 3 117cm 轧槽刚的结构参数为=,截面面积 1 h b dtrr 100 48 5.3 8.5 8.5 4.2mm 为,理论重量为,抗弯截面系数为。 2 12.784cm10.007/kg m 3 39.7cm 其质量分别为: 2 根 16 号热轧槽刚的质量为: 1 2 2.22 19.75287.7mkg 4 根 10 号热轧槽刚的质量为: 2 4 1 10.00740mkg 菱形汽车钢板质量为: 3 2.22 1 25.656.8mkg 2.强度校核 升降台上顶板的载荷是作用在一平台上的,可以认为是一均布载荷,由于 该平板上铺装汽车钢板,其所受到的载荷为额定载荷和均布载荷之和,其载荷 密度为: F q l F汽车钢板和额定载荷重力之和。 N L载荷的作用长度。M,沿长度方向为 4.44m,宽度方向为 4m。 其中 12 ()Fmm gG 额载 带入数据得:6150FN 沿长度方向有: F q l 带入数据有: 6150 1385 2 2.22 qN 分析升降机的运动过程,可以发现在升降机刚要起升时和升降机达到最大 高度时,会出现梁受弯矩最大的情况 ,故强度校核只需要分析该状态时的受力 情况即可,校核如下: 其受力简图为: 宁波大红鹰学院毕业设计(论文) 12 图图 2.7 上顶板受力简图上顶板受力简图 该升降台有 8 个支架,共有 8 个支点,假设每个支点所受力为 N,则平衡 方程可列为: 即 0Y80NF 将带入上式中: 6150 2 FN384NN 根据受力图,其弯矩图如下所示: AB 段: ( ) 2 q M xNxx =384-692.5 () 2 x03.2xm BC 段: 2 ( )(1.7) 2 q M xNxN xx =3700x-3145-925 () 2 x1.72.3xm CD 段与 AB 段对称。 图图 2.8 弯矩图弯矩图 第 2 章 液压升降机机械结构设计与计算 13 由弯矩图可知该过程中的最大弯矩为 : max 1850N m 根据弯曲强度理论: max max max s M Wn 即梁的最大弯曲应力应小于其许用弯曲应力。 式中: W抗弯截面系数 3 m 沿长度方向为 16 号热轧槽钢 63 117 10Wm 钢的屈服极限 S 255 s MPa n安全系数 n=3 代入数据: = max 6 1850 15.8 117 10 s MPa n 85MPa 由此可知,强度符合要求。 升降台升到最高位置时,分析过程如下: 与前述相同:384NN 弯矩如下: FA 段: () 2 ( ) 2 q M xx01.7xm =925 2 x AB 段: () 2 ( )(0.9) 2 q M xN xx0.91.7xm = 2 18501665925xx BC 段: () 2 ( )(0.9)(1.7) 2 q M xN xN xx1.72.3xm = 2 37004810925xx CD 段与 AB 段对称,AF 段和 DE 段对称. 宁波大红鹰学院毕业设计(论文) 14 图图 2.9 弯矩图弯矩图 由弯矩图可知该过程中的最大弯矩为 : max 1193.5Nm 根据弯曲强度理论: max max s M Wn 即梁的最大弯曲应力应小于其许用弯曲应力。 式中: W抗弯截面系数 3 m 沿长度方向为 16 号热轧槽钢 63 117 10Wm 钢的屈服极限 S 255 s MPa n安全系数 n=3 代入数据: = max 6 1193.25 10.2 117 10 s MPa n 85MPa 由计算可知,沿平台长度方向上 2 根 16 号热轧槽钢完全可以保证升降台 的强度要求。 同样分析沿宽度方向的强度要求: 均布载荷强度为: F q l F汽车板及 16 号槽钢与载荷重力 第 2 章 液压升降机机械结构设计与计算 15 l载荷作用长度 1 44m 带入相关数据,2307/qN m 受力图和弯矩图如下所示: ()( ) 2 q M xNxx02xm = 2 1850 1153.5x 图图 2.10 弯矩图弯矩图 由弯矩图知: max 696.5MNm 最大弯曲应力为: max max 17.6 M MPa W 故宽度方向也满足强度要求。 2.2.3 支架结构 支架由 8 根形状基本相同的截面为矩形的钢柱组成,在支架的顶端和末端 分别加工出圆柱状的短轴,以便支架的安装。支架在升降机结构中的主要功能 为载荷支撑和运动转化,将液压缸的伸缩运动,通过与其铰合的支点转化为平 台的升降运动,支架的结构除应满足安装要求外,还应保证有足够的刚度和强 度,一时期在升降运动中能够平稳安全运行。 每根支架的上顶端承受的作用力设为 N,则有等式: 123 8()Nmmm gG 额载 宁波大红鹰学院毕业设计(论文) 16 求得:N=840N 分析支架的运动形式和受力情况,发现支架在运动过程中受力情况比较复 杂,它与另一支架铰合点给予底座的固定点的受里均为大小和方向为未知的矢 量,故该问题为超静定理论问题,已经超出本文的讨论范围,本着定性分析和 提高效率的原则,再次宜简化处理,简化的原则时去次留主,即将主要的力和 重要的力在计算中保留,而将对梁的变形没有很大影响的力忽略不计,再不改 变其原有性质的情况下可以这样处理。根据甘原则,再次对制假所收的力进行 分析,可以看出与液压缸顶杆联结点的力为之家所受到的最主要的力,它不仅 受液压缸的推力,而且还将受到上顶班所传递的作用力,因此,与液压缸顶杆 相连接的支架所厚道的上顶板的力为它所受到的最主要的力,在此,将其他的 力忽略,只计算上顶板承受的由载荷和自重所传递的载荷力。 计算简图如下所示: 图图 2.11 计算简图计算简图 所产生的弯矩为: N MN L 每个支架的支点对上顶板的作用力 N N L液压缸与支架铰合点距支点之间的距离 m 代入数据:3848 0.532039MNm 假定改支架为截面为长为 a,宽为 b 的长方形,则其强度应满足的要求是: max 第 2 章 液压升降机机械结构设计与计算 17 max s M Wn 式中: M支架上所受到的弯矩 Nm W截面分别为 a,b 的长方形抗弯截面系数 2 3 6 a b Wm s n 1.5n 所选材料为碳素结构钢 s 235Q235 S MPa 将数据代入有: 2 9 2035 235 a b 求得: 23 78a bcm 上式表明:只要街面为 a,b 的长方形满足条件,则可以满足强 23 78a bcm 度要求,取,则其,符合强度要求。5,3.5acm bcm 233 87.578a bcmcm 这些钢柱的质量为: 43 4 88 3.5 5 107.9 101.7188mabhKg 支架的结构还应该考虑装配要求,液压缸活塞杆顶端与支架采用耳轴结构 连接,因此应在两支架之间加装支板,以满足动力传递要求。 2.2.4 底座设计与校核 升降机底座在整个机构中支撑着平台的全部重量,并将其传递到地基上, 他的设计重点是满足强度要求即可,保证在升降机升降过程中不会被压溃即可, 不会发生过大大变形,其具体参数见装配图。 宁波大红鹰学院毕业设计(论文) 18 第 3 章 液压执行元件速度和载荷 液压系统的设计在本升降台的设计中主要是液压传动系统的设计,它与主 机的设计是紧密相关的,往往要同时进行,所设计的液压系统应符合主机的拖 动、循环要求。还应满足组成结构简单,工作安全可靠,操纵维护方便,经济 性好等条件。 本升降台对液压系统的设计要求可以总结如下:升降台的升降运动采用液 压传动,可选用远程或无线控制,升降机的升降运动由液压缸的伸缩运动经转 化而成为平台的起降,其工作负载变化范围为 0500kg,负载平稳,工作过程 中无冲击载荷作用,运行速度较低,液压执行元件有四组液压缸实现同步运动, 要求其工作平稳,结构合理,安全性优良,使用于各种不同场合,工作精度要 求一般。 3.1 执行元件类型、数量和安装位置 类型选择: 表表 3.1 执行元件类型的选择执行元件类型的选择 往复直线运动回转运动往复摆动 运动形式 短行程长行程高速低速 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 摆动液压马达 根据上表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。 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,钱庄的位置为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。 第 3 章 液压执行元件速度和载荷 19 3.2 速度计算 参考国内升降台类产品的技术参数可知。最大起升高度为 2800mm 时,其 平均起升时间为 25s,就是从液压缸活塞开始运动到活塞行程末端所用时间大 约为 25s,设本升降台的最小气升降时间为 20s,最大起升时间为 30s,由此便 可以计算执行元件的速度 v: l v t 式中: v执行元件的速度 m/s L液压缸的行程 m t时间 s 当 时:20ts =0.0265 max min 0.53 20 l v t /m s 当 时:30ts min 0.53 0.0177/ 30 l vm s t 液压缸的速度在整个行程过程中都比较平稳,无明显变化,在起升的初始 阶段到运行稳定阶段,其间有一段加速阶段,该加速阶段加速度表较小,因此 速度变化不明显,形成终了时,有一个减速阶段,减速阶段加速度亦比较小, 因此可以说升降机在整个工作过程中无明显的加减速阶段,其运动速度比较平 稳。 3.3 载荷计算 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,运动部件之间的摩擦阻力,密封装置的摩擦阻力,起动制动或F切F磨F密 换向过程中的惯性力,回油腔因被压作用而产生的阻力,即液压缸的总F惯F背 阻力也就是它的最大牵引力: FFFFFF 切磨密惯背 宁波大红鹰学院毕业设计(论文) 20 (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:FFFF 切额载支架上顶板 (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,0.15 其具体计算式为: 1234 FGmmmmgG 磨额载 () (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: O 形密封圈: 液压缸的推力 0.03 FF F 密 Y 形密封圈: 1 Ffp dh 密 f 摩擦系数,取0.01f p密封处的工作压力 Pa d密封处的直径 m 密封圈有效高度 m 1 h 密封摩擦力也可以采用经验公式计算,一般取0.05-0.1FF 密 () (4)运动部件的惯性力。 其计算式为: FGvv Fma gtgt 切 惯 式中: G运动部件的总重力 N g=重力加速度 2 /m s 启动或制动时的速度变量 m/s v 起动制动所需要的时间 s t 对于行走机械取,本设计中取值为 2 0.5 1.5/ v m s t 2 0.4/m s (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: 第 3 章 液压执行元件速度和载荷 21 FFFFF 切磨密惯 = 1234123 ()()mmmm gGmmm gG 额载额载 0.0540 Fv FKN gt 切 切 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 500kg,其负载变化范围为 0500kg,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。 宁波大红鹰学院毕业设计(论文) 22 第 4 章 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: 表表 4.1 液压缸牵引力与工作压力之间的关系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: 2 4 cm FPD 式中: P液压缸的工作压力 Pa 取 5 (20-3) 10PPa D活塞内径 m 0.09m 液压缸的效率 0.95 cm 代入数据: 3 25 (90 10 )(203) 100.95 4 F 10.3FKN 即液压缸工作时产生的推力为 10.3KN。 第 4 章 液压系统主要参数的确定 23 回路特点 进油路调速 进油路调速 回油装被压阀 回油路调速 背压值 1-2x10 2-5x10 6-10x10 系统被压经验数据 表表 4.2 4.2.2 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: 4 cm F D p 式中:D活塞杆直径 缸筒内经 m F无杆腔推力 N P工作压力 MPa 液压缸机械效率 0.95 cm 代入数据: 3 4 10 10 0.083 2 10 0.95 Dm D= 83mm 取圆整值为 D=90mm 液压缸的内径,活塞的的外径要取标注值是因为活塞和活塞杆还要有其它 的零件相互配合,如密封圈等,而这些零件已经标准化,有专门的生产厂家, 故活塞和液压缸的内径也应该标准化,以便选用标准件。 4.2.3 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 宁波大红鹰学院毕业设计(论文) 24 受拉时: (0.30.5)dD 受压时: 5pMPa(0.30.5)dD 57 pMPa(0.50.7)dD 7 PMPa0.7dD 该液压缸的工作压力为为:P=2MPa,取。5MPa0.5 ,45dD dcm (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: 6 2 10 4 F d 式中: F活塞杆的推力 N d活塞杆直径 m 材料的许用应力 MPa 活塞杆用 45 号钢 ,340,2.5 s s MPa n n 代入数据: 36 3 2 10 10104 6.3 3.14 (45 10 ) Mpa 活塞杆的强度满足要求。 (3)稳定性校核 该活塞杆不受偏心载荷,按照等截面法,将活塞杆和缸体视为一体,其细 长比为: 时, L m n K 2 2 K nEJ F L 在该设计及安装形式中,液压缸两端采用铰接,其值分别为: 1,85,1260nmLmm 4 Jd K A 第 4 章 液压系统主要参数的确定 25 将上述值代入式中得: L m n K 故校核采用的式子为: 2 2 K nEJ F 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 11 2.1 10EPa J活塞杆截面的转动惯量 4 64 d J L计算长度 1.06m 代入数据: 2113 4 2 3.142.1 103.14 (45 10 ) 371 64 1.06 K FKN 其稳定条件为: K K F F n 式中: 稳定安全系数,一般取 取 K n24 K n 3 K n F液压缸的最大推力 N 代入数据: 371 123 3 K K F KN n 故活塞杆的稳定性满足要求。 4.2.4 液压缸其他参数的确定 1.液压缸壁厚的确定 液压缸壁厚又结构和工艺要求等确定,一般按照薄壁筒计算,壁厚由下式 确定: 2 Y P D 宁波大红鹰学院毕业设计(论文) 26 式中: D液压缸内径 m 缸体壁厚 cm 液压缸最高工作压力 Pa 一般取 Y P(1.2 1.3) Y PP 缸体材料的许用应力 钢材取 100 110MPa 代入数据: 6 6 1.3 2 109 0.117 2 100 10 cm 考虑到液压缸的加工要求,将其壁厚适当加厚,取壁厚。3mm 2.最小导向长度 活塞杆全部外伸时,从活塞支撑面重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: 图图 4.1 202 LD H 即 取为 72cm 53090 71.5 202 Hcm 活塞的宽度一般取,导向套滑动面长度,在(0.60.1)BDA 时,取,在时,取,当导向80Dmm(0.6-1.0)AD80Dmm(0.6-1.0)Ad 套长度不够时,不宜过分增大 A 和 B,必要时可在导向套和活塞之间加一隔套, 隔套的长度由最小导向长度 H 确定。 3.液压缸的流量 第 4 章 液压系统主要参数的确定 27 液压缸的流量余缸径和活塞的运动有关系,当液压缸的供油量 Q 不变时, 除去在形程开始和结束时有一加速和减速阶段外,活塞在行程的中间大多数时 间保持恒定速度,液压缸的流量可以计算如下: m v cv vA Q 式中: A活塞的有效工作面积 对于无杆腔 2 4 AD 活塞的容积效率 采用弹形密封圈时,采用 cv 1 cv 活塞环时 =0.98 cv max max cv Av Q 为液压缸的最大运动速度 m/s max v 代入数据: 2 max 3.14 0.90.1325 605.16 / min 0.98 4 QL 2 min 3.14 0.90.106 604.13 / min 0.98 4 QL 即液压缸以其最大速度运动时,所需要的流量为,以其5.16 / minL 最小运动速度运动时,所需要的流量为。4.13 / minL 宁波大红鹰学院毕业设计(论文) 28 第 5 章 液压系统方案的选择论证 液压系统方案是根据主机的工作情况,主机对液压系统的技术要求,液压 系统的工作条件和环境条件,以成本,经济性,供货情况等诸多因素进行全面 综合的设计选择,从而拟订出一个各方面比较合理的,可实现的液压系统方案。 其具体包括
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本文标题:【JX14-29】SJG0.5-2.8双叉固定式液压升降台设计
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