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病理床液压伺服系统设计【6张图纸】【优秀】【原创】

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关键词：: 病理液压伺服系统设计图纸优秀优良原创

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病理床液压伺服系统设计

44页 13000字数+说明书+任务书+6张CAD图纸【详情如下】

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摘要

　　　随着我国医疗事业的发展和计算机的普及与提高，计算机控制技术越来越多地应用于各行各业中，传统的医疗器械已经不能满足患者的需求了。在此推动下，医疗护理器械的开发势头迅猛，但由于各地经济发展的不平衡性以及诸多人为因素的影响，致使许多先进的医护设备得不到应用，给患者带来了许多不便。为了克服这种困难，研制一套功能齐全、造价低廉的护理器械尤为重要，在这种背景下，计算机控制多功能病理床应运而生了。

　　　结合病人的需求，设计了一种能自动实现抬头、屈腿、左右侧翻以及同时实现抬头和屈腿等功能的医用多功能病理床。考虑到该病理床要实现各项功能，特将床板分割成八个部分。驱动方式上采用液压驱动方式，之所以选用液压系统，是因为其运动速度平稳，实用性强。每个动作实现都是由两个液压缸同时直接驱动，上升和下降则通过改变换向阀方向来实现。整个设计分为三步进行：首先设计出能实现动作要求的液压系统原理图，根据要求选择各标准件；其次，进行液压缸体的结构设计及材料的选择；最后，做液压站的总体设计。

关键词：液压系统；液压驱动；病理床

摘要……I

AbstractII

第1章绪论1

1.1 液压系统综述1

1.2 病理床国内外研究现状2

1.3 课题研究的意义和目的2

第2章病理床液压伺服系统的设计4

2.1 设计要求4

2.2 病理床液压执行元件载荷力计算4

2.2.1 进行工作情况分析4

2.2.2 头部运动时的负载情况5

2.2.3 膝部弯曲时的负载情况6

2.2.4 躯干运动时的负载情况7

2.3 系统方案制定8

2.3.1 执行机构的选择8

2.3.2 调速回路的选择8

2.3.3 换向回路的选择8

2.3.4 液压源的选择8

2.4 动作顺序8

2.5 病理床液压系统主要参数计算10

2.5.1 各液压缸的载荷力计算10

2.5.2 初选液压缸工作压力及液压缸回油腔背压力11

2.5.3 液压缸主要参数的确定11

2.5.4 液压缸实际工作压力的确定15

2.5.5 液压缸实际所需的流量15

2.5.6 液压缸的输出功率15

2.6 液压元件的选择16

2.6.1 液压泵的选择16

2.6.2 电动机功率的确定17

2.6.3 液压阀的选择18

2.6.4 管道尺寸的确定19

2.6.5 油箱有效容积的确定19

2.6.6 液压油的选定20

2.7 病理床液压系统性能验算20

2.7.1 液压系统压力损失20

2.7.2 系统温升验算22

2.8 本章小结23

第3章病理床所用液压缸基本尺寸的设计24

3.1 液压缸主要尺寸的确定24

3.1.1 液压缸内径及活塞杆直径的确定24

3.1.2 缸筒壁厚的计算24

3.1.3 缸体外径的计算24

3.1.4 液压缸工作行程的确定24

3.1.5 最小导向长度的确定25

3.1.6 缸体长度的确定26

3.2 液压缸的结构设计27

3.2.1 缸体与缸盖的连接结构27

3.2.2 活塞杆与活塞的连接结构27

3.2.3 密封装置27

3.2.4 液压缸的缓冲装置28

3.2.5 液压缸主要零件的材料28

3.2.6 液压缸的安装方法28

3.3 本章小结28

第4章病理床液压站的设计29

4.1 油箱的设计29

4.1.1 液压油箱容积的确定29

4.1.2 油箱的结构设计30

4.2 液压泵组的结构设计31

4.2.1 布置方式31

4.2.2 连接和安装方式31

4.2.3 防振降噪措施32

4.3 本章小结32

结论33

致谢34

参考文献35

附录A36

CONTENTS

AbstractII

Chapter 1 Introduction1

1.1 Summary of the Hydrauliic System1

1.2 The Research of Pathological Bed 2

1.3 The Meaning and Purpose of the Research2

Chapter 2 The Design of Pathological Bed Hydraulic Servo System4

2.1 Design Requirements4

2.2 Pathological Bed Hydraulic Actuator Load Force Calculation4

2.2.1 Analysis of the Work4

2.2.2 Load of the Head Movement5

2.2.3 Load of the Knees Bent6

2.2.4 Load of the Trunk Movement7

2.3 System Programming8

2.3.1 The Choice of Implementing Ageny8

2.3.2 The Choice of Speed Control Loop8

2.3.3 The Choice of Trading to the Looop8

2.3.4 The Choice of Hydraulic Source8

2.4 Sequence of Movement8

2.5 The Main Calculation of Pathological Bed Hydraulic System10

2.5.1 Load Force of the Hydraulic Cylinder Calculation10

2.5.2Primary Hydraulic Cylinder Pressure and Back Presssure of Hydraulic Cylinder Back to the Oil Chamber11

2.5.3 The Main Parameters of Hydraulic Cylinder11

2.5.4 The Determination of Hydraulic Cylinder of the Actual Working15

2.5.5 Hydraulic Cylinder of the Actual Traffic15

2.5.6 The Output Power of the Hydraulic Cylinder15

2.6 Choice of Hydraulic Components16

2.6.1 The Choice of Hydraulic Pump16

2.6.2 The Determination of the Motor Power17

2.6.3 The Choice of Hydraulic Valves18

2.6.4 The Determination of Pipe Sizes19

2.6.5 The Determination of the Effective Tank Volume19

2.6.6 The Selection of the Hydraulic Oil20

2.7 Pathological Bed Hydraulic System Performance Calculation20

2.7.1 Hydraulic System Pressure Loss20

2.7.2 System Temperature Rise Checking22

2.8 Chapter Summary23

Chapter 3 Design of Pathological Bed with the Basic Dimensions of Hydraulic Cylinders24

3.1 The Determine of Hydraulic Cylinder Size24

3.1.1 Hydraulic Cylinder Bores and Piston Rod Diameter24

3.1.2 Cylinder Wall Thickness Calculation24

3.1.3 Cylinder Outer Diameter of the Calculation24

3.1.4 The Determination of Hydraulic Cylinder Stroke24

3.1.5 The Determination of Minimumoriented Length25

3.1.6 The Determination of Cylinder Length26

3.2 Design of the Structural of Hydraulic Cylinder27

3.2.1 Connection Structure of Cylinder Block and Cylinder Head27

3.2.2 Connection Structure of Piston Rod and Piston27

3.2.3 Seals27

3.2.4 The Buffer Device of the Hydraulic Cylinder28

3.2.5 The Main Material Parts of the Hydraulic Cylinder28

3.2.6 The Installation of the Hydraulic Cylinder28

3.3 Chapter Summary28

Chapter 4 Design of Pathological Bed Hydraulic Station29

4.1 Design of Tank29

4.1.1 The Determination of the Hydraulic Oil Tank29

4.1.2 The Structural Design of the Tank30

4.2 The Structural Design of the Hydraulic Pump Group31

4.2.1 Layout31

4.2.2 Connection and Installation31

4.2.3 The Measures of Anti-vibration Noise Reduction32

4.3 Chapter Summary32

Conclusion33

Acknowledgements34

References35

AddendunA36

课题研究的意义和目的

　　　现代科技高速发展,医疗器械也日新月异,为使生活不能自理的病人得到最有效的治疗,多功能智能病理床的研制被提上了日程,课题研究的意义是使患者能够自己手控完成：坐起、抬腿及侧翻身的动作。课题完成后能使生活不能自理的病人得到最有效的治疗。

　　　多功能病理床，根据人机工程学原理，采用计算机控制技术，对液压伺服机构进行控制，使之具备任意角度独立翻转和组合翻转功能，具体为：

帮助病人抬头或调节枕高；

帮助病人坐起或调节上身角度；

上身抬起时头部可适度后仰；

帮助病人抬腿；

大腿抬起时小腿可适度弯曲；

形成座椅；

左、右侧翻身。

　　　本文完成的是病理床液压伺服设计。设计完成病理床的执行机构，执行机构主要完成床体的运动功能，在设计中采用液压阀的方式，建立液压控制台，通过阀体运动，带动液压缸前后运动，从而实现床体的升降功能。

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内容简介：: 黑龙江科技学院毕业设计任务书学生姓名：刘腾锐任务下达日期：2011 年 12 月 19 日设计开题日期：2012 年 4 月 13 日设计开始日期：2012 年 4 月 16 日中期检查日期：2012 年 5 月 18 日设计完成日期：2012 年 6 月 04日一、设计题目：病理床液压伺服系统设计二、设计的主要内容：（1）设计参数：液压缸运动速度0.4m/min，启动时间不大于0.2s。（2）设计图纸：液压站装配图1张液压缸装配图1张原理图1张后缸盖零件图1张零件图前缸盖1张零件图活塞1张（3）说明书主要内容及字数要求：说明书主要内容：1）中英文摘要；2）液压实验台结构类型分析；3）实验台总体工艺设计；4）液压系统性能计算。三、设计目标：设计一台针对脑出血病人，能够帮助病人缓慢运动的病理床液压伺服系统。根据病人情况能够实现以下动作：抬头、头和上身同时抬起、下肢可动、左翻、右翻、弯膝。指导教师：赵砚虹院（系）主管领导： 2011 年 12 月 19 日摘要随着我国医疗事业的发展和计算机的普及与提高，计算机控制技术越来越多地应用于各行各业中，传统的医疗器械已经不能满足患者的需求了。在此推动下，医疗护理器械的开发势头迅猛，但由于各地经济发展的不平衡性以及诸多人为因素的影响，致使许多先进的医护设备得不到应用，给患者带来了许多不便。为了克服这种困难，研制一套功能齐全、造价低廉的护理器械尤为重要，在这种背景下，计算机控制多功能病理床应运而生了。结合病人的需求，设计了一种能自动实现抬头、屈腿、左右侧翻以及同时实现抬头和屈腿等功能的医用多功能病理床。考虑到该病理床要实现各项功能，特将床板分割成八个部分。驱动方式上采用液压驱动方式，之所以选用液压系统，是因为其运动速度平稳，实用性强。每个动作实现都是由两个液压缸同时直接驱动，上升和下降则通过改变换向阀方向来实现。整个设计分为三步进行：首先设计出能实现动作要求的液压系统原理图，根据要求选择各标准件；其次，进行液压缸体的结构设计及材料的选择；最后，做液压站的总体设计。关键词：液压系统；液压驱动；病理床 AbstractWith the development of medical treatment and the improvement of computers, computer control technique is more and more applied to all kinds of industries, which results the sufferers dont satisfy traditional medical instruments. Under the impulse of this, the research of medical instruments greatly engages peoples attention. But because of the unbalance of regional economic progress and a great deal of factitious factor, many advanced medical instrument are not suitably used, which brings a lot of inconveniences. In order to overcome difficulties, it is more important to study a suit of medical instrument that is multifunctional and cheap, so multifunctional pathological bed controlled by computer comes into being.A kind of multifunction turn-over bed for patients is introduced in this paper, which has the functions of raising head, curling legs, side turning over from left to right separately, or raising head and curling legs at the same time according to patients requirement. The bed is composed of 8 parts and hydraulic drive is adopted. We make use of the hydraulic system because hydraulic systems velocity is stable. Each movement is directly driven by both hydraulic cylinders. Raising and falling of the bed is realized by means of diverting valves. The design is making up of three steps .The first; we design the hydraulic system principle picture and choose the hydraulic stand components. The second, we design the hydraulic cylinders construction and their materials. The last, we design the hydraulic station and its arrangement.Keywords Hydraulic System ;The Hydraulic Pressure; The Pathologic Bed;目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1 液压系统综述11.2 病理床国内外研究现状21.3 课题研究的意义和目的2第2章病理床液压伺服系统的设计42.1 设计要求42.2 病理床液压执行元件载荷力计算42.2.1 进行工作情况分析42.2.2 头部运动时的负载情况52.2.3 膝部弯曲时的负载情况62.2.4 躯干运动时的负载情况72.3 系统方案制定82.3.1 执行机构的选择82.3.2 调速回路的选择82.3.3 换向回路的选择82.3.4 液压源的选择82.4 动作顺序82.5 病理床液压系统主要参数计算102.5.1 各液压缸的载荷力计算102.5.2 初选液压缸工作压力及液压缸回油腔背压力112.5.3 液压缸主要参数的确定112.5.4 液压缸实际工作压力的确定152.5.5 液压缸实际所需的流量152.5.6 液压缸的输出功率152.6 液压元件的选择162.6.1 液压泵的选择162.6.2 电动机功率的确定172.6.3 液压阀的选择182.6.4 管道尺寸的确定192.6.5 油箱有效容积的确定192.6.6 液压油的选定202.7 病理床液压系统性能验算202.7.1 液压系统压力损失202.7.2 系统温升验算222.8 本章小结23第3章病理床所用液压缸基本尺寸的设计243.1 液压缸主要尺寸的确定243.1.1 液压缸内径及活塞杆直径的确定243.1.2 缸筒壁厚的计算243.1.3 缸体外径的计算243.1.4 液压缸工作行程的确定243.1.5 最小导向长度的确定253.1.6 缸体长度的确定263.2 液压缸的结构设计273.2.1 缸体与缸盖的连接结构273.2.2 活塞杆与活塞的连接结构273.2.3 密封装置273.2.4 液压缸的缓冲装置283.2.5 液压缸主要零件的材料283.2.6 液压缸的安装方法283.3 本章小结28第4章病理床液压站的设计294.1 油箱的设计294.1.1 液压油箱容积的确定294.1.2 油箱的结构设计304.2 液压泵组的结构设计314.2.1 布置方式314.2.2 连接和安装方式314.2.3 防振降噪措施324.3 本章小结32结论33致谢34参考文献35附录A36CONTENTSAbstractIIChapter 1 Introduction11.1 Summary of the Hydrauliic System11.2 The Research of Pathological Bed 21.3 The Meaning and Purpose of the Research2Chapter 2 The Design of Pathological Bed Hydraulic Servo System42.1 Design Requirements42.2 Pathological Bed Hydraulic Actuator Load Force Calculation42.2.1 Analysis of the Work42.2.2 Load of the Head Movement52.2.3 Load of the Knees Bent62.2.4 Load of the Trunk Movement72.3 System Programming82.3.1 The Choice of Implementing Ageny82.3.2 The Choice of Speed Control Loop82.3.3 The Choice of Trading to the Looop82.3.4 The Choice of Hydraulic Source82.4 Sequence of Movement82.5 The Main Calculation of Pathological Bed Hydraulic System102.5.1 Load Force of the Hydraulic Cylinder Calculation102.5.2Primary Hydraulic Cylinder Pressure and Back Presssure of Hydraulic Cylinder Back to the Oil Chamber112.5.3 The Main Parameters of Hydraulic Cylinder112.5.4 The Determination of Hydraulic Cylinder of the Actual Working152.5.5 Hydraulic Cylinder of the Actual Traffic152.5.6 The Output Power of the Hydraulic Cylinder152.6 Choice of Hydraulic Components162.6.1 The Choice of Hydraulic Pump162.6.2 The Determination of the Motor Power172.6.3 The Choice of Hydraulic Valves182.6.4 The Determination of Pipe Sizes192.6.5 The Determination of the Effective Tank Volume192.6.6 The Selection of the Hydraulic Oil202.7 Pathological Bed Hydraulic System Performance Calculation202.7.1 Hydraulic System Pressure Loss202.7.2 System Temperature Rise Checking222.8 Chapter Summary23Chapter 3 Design of Pathological Bed with the Basic Dimensions of Hydraulic Cylinders243.1 The Determine of Hydraulic Cylinder Size243.1.1 Hydraulic Cylinder Bores and Piston Rod Diameter243.1.2 Cylinder Wall Thickness Calculation243.1.3 Cylinder Outer Diameter of the Calculation243.1.4 The Determination of Hydraulic Cylinder Stroke243.1.5 The Determination of Minimumoriented Length253.1.6 The Determination of Cylinder Length263.2 Design of the Structural of Hydraulic Cylinder273.2.1 Connection Structure of Cylinder Block and Cylinder Head273.2.2 Connection Structure of Piston Rod and Piston273.2.3 Seals273.2.4 The Buffer Device of the Hydraulic Cylinder283.2.5 The Main Material Parts of the Hydraulic Cylinder283.2.6 The Installation of the Hydraulic Cylinder283.3 Chapter Summary28Chapter 4 Design of Pathological Bed Hydraulic Station294.1 Design of Tank294.1.1 The Determination of the Hydraulic Oil Tank294.1.2 The Structural Design of the Tank304.2 The Structural Design of the Hydraulic Pump Group314.2.1 Layout314.2.2 Connection and Installation314.2.3 The Measures of Anti-vibration Noise Reduction324.3 Chapter Summary32Conclusion33Acknowledgements34References35AddendunA36千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- VIII -第1章绪论1.1 液压系统综述液压传动是现代传动中的一门新技术，在工程机械中起着重要作用，是目前科研项目比较广泛的课题。如果从十七世纪中叶巴斯卡提出静压传动原理，十八世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，液压传动已有二三百年的历史。然而，液压传动的真正推广使用却是近三四十年的事情，十九世纪末，德国制成了龙门液压刨床，美国制成了液压六角车床和磨床，由于没有成熟的液压元件，一些通用机床到本世纪三十年代猜开始使用液压传动，并且仍不普遍。第二次世界大战期间某些兵器上用了反应快、动作准、功率大的液压传动装置，推动了液压技术的发展，战后，液压技术迅速转向民用，在机床、工程机械、农业机械、汽车行业中迅速推广。本世纪六十年代以后，随着原子能、空间技术、计算机等的发展，液压技术得到了很大的发展，渗透到国民经济的各个领域中去，液压技术得到了很大的发展，渗透到国民经济的各个领域中去。目前液压技术向高高速、大功率、高效、地噪、经久耐、高度集成化方向发展，同时，新的液压元件和液压系统的计算机辅助设计，计算机仿真和优化，微机控制等工作，也日益取得显著的成果。随着应用了电子技术、计算及技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料的发展和应用，液压传动技术也在不断创新。液压传动技术已成为工业机械、工程建筑机械及国防尖端产品不可缺少的重要技术。而其向自动化、高精度、高效率、高速化、高功率、小型化、轻量化方向发展，是不断提高它与电传动、机械传动竞争能力的关键。液压系统已经在各行各业得到越来越广泛的应用，而且越先进的设备，其应用液压系统的部分就越多，现代化产品的特点是自动化程度高，因此必须采用电子和液压这些先进技术。然而如何将电子和液压两门技术结合起来，以满足自动控制的更高要求，就成为当代应用技术的重大课题之一。液压伺服技术也就应运而生了。液压伺服系统是控制领域中的一个重要组成部分，它是在液压传动和自动控制技术基础上发展起来的一门较新的科学技术。液压伺服系统有许多优点，其中最突出的就是响应速度快、输出功率大、控制精确性高，因而在航空、航天、军事、冶金、交通、工程机械等领域得到了广泛的应用。人类使用水利机械及液压传动虽然已有很长的历史，但液压控制技术的快速发展却还是近几十年的事，随着电液伺服阀的诞生，使液压伺服技术进入电液伺服时代，其应用领域也得到广泛的扩展。1.2 病理床国内外研究现状目前，国内的病理床,多采用手动装置，其基本结构是将床体分为两部分，在护理人员的协助下，应用丝杠螺母的传动原理，仅起到抬动躯干的作用，不但功能单一，而且存在结构锈蚀和振动噪音等诸多问题，不能适应医护人员远程控制的需要。国外，在90年代电动护理床开始在医疗护理中暂露头角，这其中当属日本生产的多功能电动遥控护理床，它采用世界领先科技成果，在九十年代中期开发成功的新产品，畅销日本及欧美等发达国家，深受消费者喜爱，被誉为医疗及家庭护理领域的一场革命。使用者通过该产品可以预防脊椎病、褥疮等常见病的发生，摆脱长年卧床的痛苦，享受生活的乐趣。此设备具有使用简单、操作自如、用者自理的特点，为中国护理行业带来了全新的概念，也为中国中老年人和长年卧床患者带来了福音。1.3 课题研究的意义和目的现代科技高速发展,医疗器械也日新月异,为使生活不能自理的病人得到最有效的治疗,多功能智能病理床的研制被提上了日程,课题研究的意义是使患者能够自己手控完成：坐起、抬腿及侧翻身的动作。课题完成后能使生活不能自理的病人得到最有效的治疗。多功能病理床，根据人机工程学原理，采用计算机控制技术，对液压伺服机构进行控制，使之具备任意角度独立翻转和组合翻转功能，具体为：1. 帮助病人抬头或调节枕高；2. 帮助病人坐起或调节上身角度；3. 上身抬起时头部可适度后仰；4. 帮助病人抬腿；5. 大腿抬起时小腿可适度弯曲；6. 形成座椅；7. 左、右侧翻身。本文完成的是病理床液压伺服设计。设计完成病理床的执行机构，执行机构主要完成床体的运动功能，在设计中采用液压阀的方式，建立液压控制台，通过阀体运动，带动液压缸前后运动，从而实现床体的升降功能。第2章病理床液压伺服系统的设计2.1 设计要求设计一台针对脑出血病人，能够帮助病人缓慢运动的病理床液压伺服系统。根据病人情况能够实现以下动作：抬头、头和上身同时抬起、下肢可动、左翻、右翻、弯膝。运动速度0.4m/min，启动时间不大于0.2s。考虑到躯干抬起、下肢抬起、左右侧翻四个动作负载相差不多，所以采用三个相同的液压缸，经计算，得出数据为：头部运动时：，行程膝部弯曲时：，行程躯干运动是：，行程下肢运动、左右侧翻、与躯干运动时取同样的数值，这样便于生产加工，使原件标准化。动作进行中，突然断电时保证安全可靠；工作速度平稳可靠，前冲小。2.2 病理床液压执行元件载荷力计算2.2.1 进行工作情况分析液压缸负载主要包括：工作载荷、摩擦载荷、惯性载荷等。1 工作载荷：病人与床的重力所产生的载荷2 摩擦载荷：（2-1）3 惯性载荷：（2-2）取根据以上分析，可以计算出液压缸各运动阶段中的负载2.2.2 头部运动时的负载情况头部运动时的负载情况见表2-1表2-1头部运动时的负载情况表工况计算公式液压缸的负载上升启动加速阶段3207上升稳态运动阶段3205上升减速制动阶段3204下降启动加速阶段2082下降稳态运动阶段2081下降减速制动阶段2080根据上表分析，为便于分析及计算液压系统，绘制出液压缸的负载图和速度图，见图21。图2-1头部运动时液压缸的负载图和速度图2.2.3 膝部弯曲时的负载情况膝部弯曲时的负载情况见表22表22膝部弯曲时的负载情况表工况计算公式液压缸的负载上升启动加速阶段2071上升稳态运动阶段2070上升减速制动阶段2069下降启动加速阶段1381下降稳态运动阶段1380下降减速制动阶段1379根据上表分析，为便于分析及计算液压系统。绘制出液压缸的负载图和速度图，见图22。图22膝部运动时液压缸的负载图和速度图2.2.4 躯干运动时的负载情况躯干运动时的负载情况见表23表23躯干运动时的负载情况表工况计算公式液压缸的负载上升启动加速阶段6440上升稳态运动阶段6437上升减速制动阶段6434下降启动加速阶段4294下降稳态运动阶段4291下降减速制动阶段4288根据上表分析，为便于分析及计算液压系统，绘制出液压缸的负载图和速度图，见图23。图23躯干运动时液压缸的负载图和速度图2.3 系统方案制定2.3.1 执行机构的选择本机的动作机构均为直线往复运动，各直线往复运动机构均采用单活塞杆双作用液压缸驱动。2.3.2 调速回路的选择根据液压系统的要求使进给速度平稳，到位时不前冲，可选用调速阀的进口节流调速回路，见附录A原理图。2.3.3 换向回路的选择根据液压系统的要求使进给速度平稳，到位时不前冲，可选用调速阀的进口节流调速回路，见附录A原理图。2.3.4 液压源的选择由设计要求可知，工作过程中负载过大，速度变化小，才用了变量叶片泵。同时为了保证系统的安全性，仍可在泵的出口处并联一个溢流阀起安全作用。2.4 动作顺序该系统完成头部抬起、躯干抬起、左翻、右翻、下肢抬起、膝部弯曲的六个动作，六个动作油路如下：1. 头部抬起单向阀开启，1DT得电，压力油经三位四通阀进入调速回路，油进入液压缸的无杆腔，活塞向左推动机构升起，13DT、14DT得电，油经背压阀流回油箱。2. 头部下降单向阀开启，2DT得电，压力油经三位四通阀进入调速回路，油进入液压缸的有杆腔，活塞向右推动机构升起，13DT得电，油经背压阀流回油箱。3. 躯干抬起单向阀开启，3DT得电，压力油经三位四通阀进入调速回路，油进入液压缸的无杆腔，活塞向左推动机构升起，13DT、14DT得电，油经背压阀流回油箱。4. 躯干下降单向阀开启，4DT得电，压力油经三位四通阀进入调速回路，油进入液压缸的有杆腔，活塞向右推动机构升起，13DT得电，油经背压阀流回油箱。5. 下肢抬起单向阀开启，5DT得电，压力油经三位四通阀进入调速回路，油进入液压缸的无杆腔，活塞向左推动机构升起，13DT、14DT得电，油经背压阀流回油箱。6. 下肢下降单向阀开启，6DT得电，压力油经三位四通阀进入调速回路，油进入液压缸的有杆腔，活塞向右推动机构升起，13DT得电，油经背压阀流回油箱。7. 左翻升单向阀开启，7DT得电，压力油经三位四通阀进入调速回路，油进入液压缸的无杆腔，活塞向左推动机构升起，13DT、14DT得电，油经背压阀流回油箱。8. 左翻降单向阀开启，8DT得电，压力油经三位四通阀进入调速回路，油进入液压缸的有杆腔，活塞向右推动机构升起，13DT得电，油经背压阀流回油箱。9. 右翻升单向阀开启，9DT得电，压力油经三位四通阀进入调速回路，油进入液压缸的无杆腔，活塞向左推动机构升起，13DT、14DT得电，油经背压阀流回油箱。10. 右翻降单向阀开启，10DT得电，压力油经三位四通阀进入调速回路，油进入液压缸的有杆腔，活塞向右推动机构升起，13DT得电，油经背压阀流回油箱。11. 小腿抬起单向阀开启，11DT得电，压力油经三位四通阀进入调速回路，油进入液压缸的无杆腔，活塞向左推动机构升起，13DT、14DT得电，油经背压阀流回油箱。12. 小腿下降单向阀开启，12DT得电，压力油经三位四通阀进入调速回路，油进入液压缸的有杆腔，活塞向右推动机构升起，13DT得电，油经背压阀流回油箱。2.5 病理床液压系统主要参数计算2.5.1 各液压缸的载荷力计算表24各液压缸的载荷力液压缸名称工况液压缸外载荷活塞上载荷头部运动缸上升32073563下降20822313膝部运动缸上升20712301下降13811534躯干运动缸上升64407156下降42944771各液压缸的活塞上的载荷力（23）取液压缸的机械效率为0.9。各液压缸的载荷力见表24。2.5.2 初选液压缸工作压力及液压缸回油腔背压力 1. 初选系统工作压力按载荷选定工作压力。表25按载荷选择工作压力载荷kN50工作压力MPa5参考表25初步确定系统工作压力，各液压缸的工作压力见表26。表26各液压缸的工作压力头部运动时膝部运动时躯干运动时 2. 背压的确定一般轻载的节流调速系统2.5.3 液压缸主要参数的确定根据工作情况，液压缸活塞杆工作在受压状态 (2-4)式中无杆腔活塞有效作用面积（）有杆腔活塞有效作用面积（）液压缸工作腔压力（）液压缸回油腔压力（）活塞直径（）活塞杆直径（）图24单活塞杆液压缸计算示意图1. 头部运动液压缸主要参数的确定令杆径比,按工作压力取按P2=0.5pa，油缸的机械效率=0.9，将数据代入下式： (25)根据液压缸尺寸系列表26，将直径圆整成标准直径。表26液压缸尺寸系列表81012162025324050638090100110取，则活塞杆直径。按活塞杆系列表。取。按最低速度要求验算液压缸尺寸，式中是由产品样本查得调速阀2FRM6-30的最小稳定流量为0.05L/min。本系统的调速阀是安装在回油路上，故液压缸节流腔有效工作面积应选取液压缸有杆腔的实际面积， (2-6)可见上述不等式能满足，液压缸能达到所需低速。 2. 膝部运动液压缸主要参数的确定令杆径比,按工作压力取按P2=0.5，油缸的机械效率=0.9，将数据代入下式：根据液压缸尺寸系列表27，将直径圆整成标准直径。表27液压缸尺寸系列表81012162025324050638090100110取，则活塞杆直径。按活塞杆系列表。取。按最低速度要求验算液压缸尺寸，式中是由产品型号查得调速阀2FRM6-30的最小稳定流量为0.05L/min。本系统的调速阀是安装在回油路上，故液压缸节流腔有效工作面积应选取液压缸有杆腔的实际面积，可见上述不等式能满足，液压缸能达到所需低速。 3. 躯干运动液压缸主要参数的确定令杆径比,按工作压力取按P2=0.5，油缸的机械效率=0.9，将数据代入下式：根据液压缸尺寸系列表28，将直径圆整成标准直径。表28液压缸尺寸系列表81012162025324050638090100110取，则活塞杆直径。按活塞杆系列表。取。按最低速度要求验算液压缸尺寸，式中是由产品样本查得调速阀2FRM6-30的最小稳定流量为0.05L/min。本系统的调速阀是安装在回油路上，故液压缸节流腔有效工作面积应选取液压缸有杆腔的实际面积，可见上述不等式能满足，液压缸能达到所需低速。2.5.4 液压缸实际工作压力的确定按最后确定的液压缸的结构尺寸，计算出各工况时液压执行元件实际工作压力，见表29。表29液压缸实际工作压力工况液压缸名称载荷N背压力MPa工作压力MPa计算公式头部运动头部运动缸35620.51.09膝部运动膝部运动缸23010.51.08躯干运动躯干运动缸71560.51.812.5.5 液压缸实际所需的流量按最后确定的液压缸的结构尺寸及运动速度，计算出各工况时液压执行元件实际工作流量，见表210。表210液压缸实际所需的流量工况液压缸名称运动速度结构参数流量头部上升头部运动缸0.007m/s0.035 L/s头部下降0.009m/s0.0342 L/s膝部上升膝部运动缸0.007m/s0.0224 L/s膝部下降0.009m/s0.0207 L/s躯干上升躯干运动缸0.007m/s0.035 L/s躯干下降0.009m/s0.0342 L/s2.5.6 液压缸的输出功率按最后确定的液压缸的流量及工作压力，计算出各工况时液压执行元件实际工作流量，见表211。表211液压缸的输出功率工况液压缸名称流量工作压力输出功率头部上升头部运动缸0.035 L/s0.0381 kW头部下降0.0342 L/s0.0372 kW膝部上升膝部运动缸0.0224 L/s0.0242 kW膝部下降0.0207 L/s0.0223 kW躯干上升躯干运动缸0.035 L/s0.0634 kW躯干下降0.0342 L/s0.0619 kW2.6 液压元件的选择2.6.1 液压泵的选择 1. 液压泵工作压力的确定（27）液压缸的最大工作压力，对于本系统最高压力是躯干运动缸的工作压力：是泵到执行元件间总的管路损失，取：液压泵工作压力为： 2. 液压泵流量的确定（28）由流量表看出，系统最大流量发生在躯干运动上升时，取泄漏系数K为1.2。 3. 液压泵规格及型号的确定选择液压泵应考虑以下情况：1）系统使用压力系统常用工作压力在10MPa以下，可以选用YB1系列或YB-D系列中压叶片泵。2）系统对噪音要求一般来说，叶片泵的噪音较低，且双作用叶片泵的噪音比单作用泵的噪音低。3）工作可靠性、寿命双作用叶片泵寿命较长，YB1系列在10000H以上。4）考虑污染因素叶片泵抗污染能力差，不如齿轮泵，若系统过滤条件较好，油箱又是密封的，则可选用叶片泵。5）从节能角度考虑为了节省能量，减少功率消耗，选用变量泵，最好选用比例压力、流量控制变量叶片泵，变量叶片泵具有压力补偿装置及最大流量调节装置，可随系统负载变化自动改变输出流量，并保证系统压力恒定，可降低油液发热及电机功率消耗。液压泵系列见表213。表213液压泵系列型号最大排量mL/r额定压力MPa转速r/min厂家YBPD1063106001500南京液压件厂YBN20407600800大连液压件厂YBX16406.36001500上海液压件厂综上选择TB12.5，规格见表214。表214 TB12.5叶片泵规格最大排量mL/r额定压力MPa转速r/min2.56.314502.6.2 电动机功率的确定病理床在整个动作循环中，系统的压力和流量都是变化的，所需功率变化较大，为满足整个工作循环的需要，按较大功率段来确定电机功率。从工况图看出，液压缸输出功率发生在头部运动时，可按头部运动阶段估算电动机的功率。（29）液压泵的最大工作压力（Pa）液压泵的流量（）液压泵的总效率该系统采用限压式变量叶片泵驱动，可按流量特性曲线拐点处的流量，压力值，一般情况下，取，（210）液压泵的最大工作压力（Pa）查电动机，选Y8012型，其额定功率为0.75KW,转速为1470r/min。2.6.3 液压阀的选择选择液压阀主要根据阀的工作压力和通过阀的流量，本系统工作压力在3.5MPa左右，所选择的阀的规格和型号，见表215。表215液压阀型号表名称型号通径mm压力MPa流量L/min单向阀S6A10631.510溢流阀DBDH6G631.510三位四通阀4WE6G50631.510单向调速阀2FRM6-30631.5102.6.4 管道尺寸的确定液压系统中使用的油管种类很多，有钢管、尼龙管、铜管、塑料管、橡胶管等。按照安装位置、工作环境和压力来正确选择。本设计根据具体情况，选用钢管，其能承受高压、价格低廉、耐油、耐腐蚀、刚性好。本系统管路较复杂，按式：（211）中通过管道内的流量()管内允许流速()取管道内径为：选用内径为的吸油管，其他管类可按阀类接口选用内径为的油管。2.6.5 油箱有效容积的确定初始设计时，先按下式确定油箱的容量，待系统确定后，在按散热的要求进行校核。油箱容量的经验公式为（212）式中液压泵每分钟排出压力油的容积（）经验系数，见表216。表216经验系数系统类型行走机械低压系统中压系统锻压机械冶金机械a12245761210考虑到散热的问题，油箱根据标准，见表217，选择40L.表217油箱容量46.310254063100160250315400500630800100012502.6.6 液压油的选定液压系统中，目前使用最多的是矿质型液压油。选用液压油时，最先考虑的是它的粘度，粘度既影响泄漏，也影响功率损失。同时再兼顾其他方面，选择时应考虑：1. 液压系统的工作压力工作压力较高的系统选用粘度较高的液压油，以减少泄漏；反之，选用粘度较低的液压油。2. 环境温度环境温度较高时，宜选用粘度较高的液压油。本设计是在室温下工作。3. 运动速度运动速度较高时，为减少液流的功率损失，宜选用粘度较低的液压油。为了改进液压油的机械性能指标，往往在液压油中加入抗氧化、抗泡沫、抗磨损、抗锈蚀、改善粘度性能指标的各种添加剂。本设计选择L-HL3号油，正常运转后油的运动粘度。本产品为精制矿质型液压油，并改善了其防锈和抗氧化性能的油，常用于低压液压系统，也可适用于要求换油期较长的轻负荷的油浴式非循环的液压系统。2.7 病理床液压系统性能验算2.7.1 液压系统压力损失本系统较为复杂，有多个液压执行元件、动作回路，其中环节较多，管路损失较大的是躯干运动回路，故主要验算由泵到躯干运动缸这段管路的损失。 1. 沿程压力损失沿程压力损失主要是躯干运动缸上升时，进油管路的压力损失。此管路长5m、管内径0.006m、上升时通过流量0.035L/s、选用20号机械系统损耗油，正常运转后油的运动粘度，油的密度。油在管路中的实际流速为：（213）管道流动雷诺数为：（214）可见油液在管道内流态为层流，其沿程阻力系数为：按式（215）求得沿程压力损失 2. 局部压力损失局部压力损失包括通过管路中折管和管接头等处的管路局部压力损失，以及通过控制阀的局部损失，其中管路局部压力相对来说小的多，故主要计算通过控制阀的局部压力损失。参看原理图，从泵出口到躯干运动缸进油口要通过单向阀2、三位四通阀9和调速阀16。单向阀2的压力损失为0.2MPa、三位四通阀9的压力损失为0.3MPa、调速阀16压力损失为0.3MPa。忽略油液通过管接头、油路板处的局部压力损失，则进油路总压力损失为：（216）上述验算表明，满足设计要求，无需修改原设计。2.7.2 系统温升验算在整个工作循环中，躯干运动所用时间最长，为了简化计算，主要考虑上升时的发热量。泵的效率为0.7KW，泵的出口压力为6.3MPa。则有（217）（218）假定系统的散热状况一般，取,油箱的散热面积为：（219）系统的温升为：（220）表219各种机械允许油温（）液压设备类型数控机床一般机床工程机械、矿山机械正常工作温度305030555080最高允许温度 5570 55707090验算表明，系统的温升在许可范围内，见表219。2.8 本章小结本章主要完成了液压系统的设计。根据设计要求及负载情况，计算了每个液压缸的基本尺寸、选择了液压元件、绘制了液压原理图。第3章病理床所用液压缸基本尺寸的设计3.1 液压缸主要尺寸的确定3.1.1 液压缸内径及活塞杆直径的确定，头部、躯干、腿部、右翻、左翻、曲膝相同。3.1.2 缸筒壁厚的计算对于中低压系统，液压缸缸筒厚度一般按薄壁筒计算（31）液压缸缸筒厚度（mm）实验压力（MPa），工作压力时，。液压缸内径（m）缸体材料的许用应力。对本系统采用无缝钢管由于计算的壁厚太小，中低压系统中按经验取。3.1.3 缸体外径的计算（32）3.1.4 液压缸工作行程的确定执行机构实际工作的最大行程头部运动时膝部运动时躯干运动时参照表中的系列尺寸来选取标准值。见表31。表31液压缸活塞行程参数系列（GB234980）205080100125160200250头部运动时膝部运动时躯干运动时3.1.5 最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点的到缸盖滑动支承面中点的距离H称为最小导向长度。如果导向长度过小，将使液压缸的初始绕度增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。对于一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求（33）液压缸的最大行程；液压缸的内径。活塞的宽度B一般取B=(0.61.0)D；缸盖滑动支承面的长度，根据液压缸内径D而定，当D80mm时，取图31单活塞杆液压缸结构计算示意图头部运动缸：膝部运动缸：膝部运动缸：3.1.6 缸体长度的确定液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的 2030倍。头部运动缸膝部运动缸：膝部运动缸：3.2 液压缸的结构设计液压缸主要尺寸确定后，就进行液压缸的结构设计。具体内容包括：缸体与缸盖的连接结构、活塞杆与活塞的连接、密封装置、排气装置、缓冲装置、液压缸的安装连接结构等。3.2.1 缸体与缸盖的连接结构液压缸缸体的常用材料为无缝钢管，本设计综合考虑具体情况，选用45号无缝钢管。并采用半环连接。优点：结构较简单、加工装配方便。缺点：外形尺寸大、缸筒开槽，消弱了强度，需要增加缸筒壁厚。3.2.2 活塞杆与活塞的连接结构活塞杆与活塞有几种常用的连接形式。分整体式结构和组合结构。组合式机构又分为螺纹连接、半环连接、和锥销连接。本设计采用螺纹连接。螺纹连接结构简单、应用加多、采用锁紧装置不容易松动。3.2.3 密封装置 1. 活塞杆与活塞的密封形式根据液压缸的压力，使用温度及运动速度，选用O形密封圈。它利用橡胶的弹性使各种截面的环形圈紧贴在静动配合面之间来防止泄漏。它结构简单、制造方便，磨损后有自动补偿能力，性能可靠。 2. 活塞与缸的密封形式根据运动特点，选用高低唇Y形圈。往复运动用密封圈又称径向唇形密封圈，密封圈受压力面呈唇状，使唇缘与密封面充分接触产生密封作用。3.2.4 液压缸的缓冲装置液压缸带动工作部件运动时，因运动件的质量较大，运动速度较快，则在达到行程终点时，会产生液压冲击，甚至使活塞与缸盖之间产生机械碰撞。为防止这种现象的发生，在行程末端设置缓冲装置。本设计采用环状间隙式节流缓冲装置加圆锥形缓冲柱塞的结构。3.2.5 液压缸主要零件的材料缸体：无缝钢管；活塞：45号钢；缸盖：45号钢；活塞杆：45号钢3.2.6 液压缸的安装方法本设计所用的液压缸采用尾部外法兰安装。3.3 本章小结本章完成了液压缸的结构设计，设计了液压缸的安装方式和连接方式。第4章病理床液压站的设计液压站又称液压泵站，是独立的液压装置。它按逐级要求供油。并控制液压油流动的方向、压力和流量，适用于主机与液压装置可分离的各种液压机械上。只要将液压站与主机上的执行机构（油缸或油马达）用油管相连，液压机械即可实现各种规定的动作和工作循环。液压站是由泵装置、集成块或阀组合、油箱、电气盒组合而成。各部件功能为：泵装置：上装有电机和油泵，是液压站的动力源，将机械能转化为液压油的压力能。集成块：由液压阀及通道体组装而成。对液压油实行方向、压力和流量调节。阀组合：板式阀装在立板上，板后管连接，与集成块功能相同。油箱：板焊的半封闭容器，上还装有滤油网、空气滤清器等，用来储油、油的冷却及过滤。液压站的工作原理：电机带动油泵转动，泵从油箱中吸油供油，将机械能转化为液压站的压力能，液压油通过集成块（或阀组合）实现了方向、压力、流量调节后经外接管路并至液压机械的油缸或油马达中，从而控制液动机方向的变换、力量的大小及速度的快慢，推动各种液压机械做功。4.1 油箱的设计油箱在液压系统中具有存储液压油液、散发油液热量、逸出空气、沉淀杂质、分离水分和安装元件等作用。4.1.1 液压油箱容积的确定液压油箱在不同的工作条件下，影响散热的条件很多，通常按压力范围来考虑。本设计是低压系统，液压油箱的有效容量V可概略地确定为：在低压系统中（）可取：液压油箱有效容量；液压泵额定流量。另外油箱的最高液面以上要留出等于油箱有效容积的1015的空间，以便形成油液的自由表面，容纳热膨胀和泡沫，促进空气分离，容纳停机或检修时靠自重流回油箱的油液。确定的油箱容量。4.1.2 油箱的结构设计本设计采用钢板焊接的分离式液压油箱 1. 隔板隔板作用是增长液压油流动循环时间除去沉淀的杂质，分离、清除水和空气，调整温度，吸收液压油压力及防止液面波动。本设计采用安装方式是把隔板设计成高出液压油面，使液压油从隔板侧面流过。见图4.11。图41隔板的安装形式 2. 回油管与吸油管回油管采用斜口，出口放入液面以下。吸油管前端安装滤油器。吸油管插入液压油面以下，防止吸油时卷吸空气或因流入液压油箱的液压油搅动油面，致使油中混入气泡。 3. 顶盖液压油箱顶盖上安装阀组、空气滤清器。在他们的连接面装耐油橡胶密封圈，以防止杂质、水和空气侵入，并防止漏油。同时不允许由阀和管道泄露在箱盖上的液压油流回液压油箱内。 4. 箱底油箱底部朝放油口倾斜，倾斜坡度通常为1/151/20。这样可以促进沉积物汇集到油箱的最低点。在最低点设置放油塞。油箱设有支脚，支脚有地脚螺钉用的固定孔，支脚应该有足够大的面积，以便可以用垫片或楔铁来找平。 5. 液面指示为观察液压油箱内的液面情况，应在箱的侧面安装液面指示计，指示最高、最低液位。液面指示计选用带温度计的。 6. 液压油箱的防锈为防止液压油箱内部生锈，在油箱内部涂耐油防锈涂料4.2 液压泵组的结构设计液压泵组是由液压泵及驱动泵的原动机和联轴器及传动底座组成。4.2.1 布置方式根据主机结构布局、工况特点、使用要求及安装空间的大小，本设计采用旁置式设计。具有高度低，便于维护的特点。4.2.2 连接和安装方式电动机和液压泵之间采用联轴器连接。联轴器采用梅花形弹性联轴器，其具有弹性、耐磨性、缓冲性及耐油性较高，制造容易、维护方便等优点。电动机和液压泵采用支架式安装。液压泵直接安装在支架的止口里，然后依靠支架的底板与电动机相连。见图42。图42支架式安装4.2.3 防振降噪措施液压泵组是液压装置最大的噪声源。产生噪声的根源是振动，所以在液压泵组的设计中，应采取一定的防振降噪措施。为了防止机械振动传给油箱和管路液压泵组与外界发的连接都应该是弹性的。液压泵的吸油管中装设橡胶补偿接管，出油管和泄油管

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