毕业设计（论文）-SJG0.5-2.8双插固定式液压升降台设计.doc

毕业设计SJG0.5-2.8双插固定式液压升降台三号楷135011118王宏宇机械工程系学生姓名： 学号： 机械设计制造及其自动化系 部： 王喜刚专 业： 指导教师： 二零一五年六月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 王宏宇 2015 年 6月 1 日毕业设计任务书设计题目： SJG0.5-2.8双插固定式液压升降台设计 系部： 机械工程系 专业： 机械设计制造及其自动化 学号： 135011118 学生： 王宏宇 指导教师（含职称）： 王喜刚 (副教授) 1 课题意义及目标 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。2主要任务（1）毕业调研：完成文献综述、开题报告。（2）完成SJG0.5-2.8双叉固定式液压升降台的总装图设计；完成所有零件的设计，液压系统的设计，编写设计说明书1万字以上。（3）完成毕业设计的其它工作（完成指导记录、资料上传网络设计平台、答辩PPT准备、资料装订整理）。3主要参考资料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进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1分析题目，确定设计思路3月3日3月23日2学习相关知识，收集资料、确定方案3月24日4月13日3设计结构总图，及所有费标零件图等4月14日5月4日4编写设计说明说5月5日6月1日5完成毕业论文及答辩工作6月2日6月20日审核人： 年 月 日 SJG0.5-2.8双插固定式液压升降台设计摘要：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22201000mm。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SJG0.5-2.8 double stationary hydraulic lifting platform designAbstract: 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目 录1 绪论11.1 课题背景与意义11.2升降机发展现状和发展趋势21.3剪叉式升降机基本结构组成及功能21.4剪叉式升降机工作原理及特点31.5设计任务及要求32 液压升降机机械结构设计与计算42.1机械结构及运动原理42.1.1方案的确定42.1.2升降机运动机理62.2升降机机械结构和零件设计72.2.1结构参数选择及确定72.2.2上顶板结构及强度校核102.2.3支架结构162.2.4底座设计与校核183 液压执行元件速度和载荷183.1执行元件类型、数量和安装位置183.2速度计算193.3载荷计算194 液压系统主要参数的确定214.1系统压力的初步确定214.2液压执行元件的主要参数224.2.1液压缸的作用力224.2.2缸筒内径的确定224.2.3活塞杆直径的确定234.2.4液压缸其他参数的确定255 液压系统方案的选择论证275.1油路循环方式275.2开式系统油路组合方式的分析选择285.3调速方案选择285.4液压系统原理图确定296 液压缸的结构设计316.1缸筒316.1.1缸筒与缸盖的连接形式316.1.2强度计算316.2活塞和活塞杆346.2.1活塞和活塞杆的结构346.2.2活塞和活塞杆材料及加工要求356.3进出油口尺寸确定356.4密封件选择36总结36参考文献37致 谢39III太原工业学院毕业设计1 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。2 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2.2 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。图2.3 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。设()，则1、2、3、4支架的长度可以确定为，即支架和地板垂直时的高度应大于，这样才能保证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：图2.4 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：。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，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） =0.4支架长度为液压缸的行程设为l，升降台上下顶板合并时，根据几何关系可得到： 升降台完全升起时，有几何关系可得到：=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） =0.6支架长度为液压缸的行程设为l，升降台上下顶板合并时，根据几何关系可得到： 升降台完全升起时，有几何关系可得到：=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） =0.8支架长度为液压缸的行程设为l，升降台上下顶板合并时，根据几何关系可得到： 升降台完全升起时，有几何关系可得到：=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：（5） ，受力图如下所示（6） ，受力图如下所示图2.5 受力图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 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。分析上述，时梁的受力情况和载荷分布情况，可以选择第二种情况，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2.6 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，理论重量为，抗弯截面系数为。沿宽度方向的4根10号热轧槽刚的结构参数为=，截面面积为，理论重量为，抗弯截面系数为。其质量分别为：2根16号热轧槽刚的质量为：4根10号热轧槽刚的质量为：菱形汽车钢板质量为：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汽车钢板和额定载荷重力之和。 NL载荷的作用长度。M，沿长度方向为4.44m，宽度方向为4m。其中带入数据得：沿长度方向有：带入数据有：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：图2.7 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 将带入上式中：根据受力图，其弯矩图如下所示： AB段： =384-692.5 （） BC段： =3700x-3145-925 （） CD段与AB段对称。 图2.8 弯矩图由弯矩图可知该过程中的最大弯矩为 ：根据弯曲强度理论： 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 沿长度方向为16号热轧槽钢 钢的屈服极限 n安全系数 n=3代入数据： =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：弯矩如下： FA段： () =925 AB段： () =BC段： () =CD段与AB段对称，AF段和DE段对称.图2.9 弯矩图由弯矩图可知该过程中的最大弯矩为 ： 根据弯曲强度理论： 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 沿长度方向为16号热轧槽钢 钢的屈服极限 n安全系数 n=3代入数据： =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汽车板及16号槽钢与载荷重力 l载荷作用长度 带入相关数据，受力图和弯矩图如下所示： （） =图2.10 弯矩图由弯矩图知：最大弯曲应力为：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： 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2.11 计算简图所产生的弯矩为：每个支架的支点对上顶板的作用力 NL液压缸与支架铰合点距支点之间的距离 m代入数据：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：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 所选材料为碳素结构钢 将数据代入有：求得： 上式表明：只要街面为a，b的长方形满足条件，则可以满足强度要求，取，则其，符合强度要求。这些钢柱的质量为：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。3 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3.1 执行元件类型的选择运动形式往复直线运动回转运动往复摆动短行程长行程高速低速摆动液压马达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 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。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： 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： =0.0265当 时： 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，即液压缸的总阻力也就是它的最大牵引力： （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：（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，其具体计算式为： （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 Y形密封圈： f 摩擦系数，取 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 密封摩擦力也可以采用经验公式计算，一般取（4）运动部件的惯性力。 其计算式为： 式中： G运动部件的总重力 N g=重力加速度 启动或制动时的速度变量 m/s 起动制动所需要的时间 s对于行走机械取，本设计中取值为（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： = 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。4 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4.1 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： 式中： P液压缸的工作压力 Pa 取 D活塞内径 m 0.09m 液压缸的效率 0.95 代入数据: 即液压缸工作时产生的推力为10.3KN。表4.24.2.2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： 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 代入数据： 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 受拉时： 受压时： 该液压缸的工作压力为为：P=2MPa，取。（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： 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 代入数据：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，在该设计及安装形式中，液压缸两端采用铰接，其值分别为： 将上述值代入式中得： 故校核采用的式子为： 式中： n=1安装形式系数E活塞杆材料的弹性模量 钢材取 J活塞杆截面的转动惯量 L计算长度 1.06m代入数据： 其稳定条件为： 式中： 稳定安全系数，一般取 取 F液压缸的最大推力 N 代入数据： 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： 式中： D液压缸内径 m 缸体壁厚 cm液压缸最高工作压力 Pa 一般取缸体材料的许用应力 钢材取 代入数据： 考虑到液压缸的加工要求，将其壁厚适当加厚，取壁厚。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4.1即 取为72cm活塞的宽度一般取，导向套滑动面长度，在时，取，在时，取，当导向套长度不够时，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： 式中： A活塞的有效工作面积 对于无杆腔 活塞的容积效率 采用弹形密封圈时，采用活塞环时 =0.98 为液压缸的最大运动速度 m/s 代入数据： 即液压缸以其最大速度运动时，所需要的流量为，以其最小运动速度运动时，所需要的流量为。5 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。其具体包括的内容有：油路循环方式的分析与选择，油源形式的分析和选择，液压回路的分析，选择，合成，液压系统原理图的拟定。5.1油路循环方式油路循环方式可以分为开式和闭式两种，其各自特点及相互比较见下表： 油路循环方式的选择主要取决于液压系统的调速方式和散热条件。比较上述两种方式的差异，再根据升降机的性能要求，可以选择的油路循环方式为开式系统，因为该升降机主机和液压泵要分开安装，具有较大的空间存放油箱，而且要求该升降机的结构尽可能简单，开始系统刚好能满足上述要求。油源回路的原理图如下所示：图5.1 油源回路原理图1.油缸 2.过滤器 3.温度计 4.液位计 5.电动机 6.液压泵 7.溢流阀 8.压力表5.2开式系统油路组合方式的分析选择当系统中有多个液压执行元件时，开始系统按照油路的不同连接方式又可以分为串联，并联，独联，以及它们的组合复联等。串联方式是除了第一个液压元件的进油口和最后一个执行元件的回油口分别与液压泵和油箱相连接外，其余液压执行元件的进，出油口依次相连，这种连接方式的特点是多个液压元件同时动作时，其速度不随外载荷变化，故轻载时可多个液压执行元件同时动作。5.3调速方案选择速方案对主机的性能起决定作用，选择调速方案时，应根据液压执行元件的负载特性和调速范围及经济性等因素选择。常用的调速方案有三种：节流调速回路，容积调速回路，容积节流调速回路。本升降机采用节流调速回路，原因是该调速回路有以下特点：承载能力好，成本低，调速范围大，适用于小功率，轻载或中低压系统 ，但其速度刚度差，效率低，发热大。5.4液压系统原理图确定初步拟定液压系统原理图如下所示；见下图：图5.2 液压系统原理图306 液压缸的结构设计液压缸是将液压系统的压力能转化为机械能的装置，在该升降机系统中，液压缸将活塞杆的伸缩运动通过一系列的机械结构组合转化为平台的升降，实现升降机升降。6.1缸筒6.1.1缸筒与缸盖的连接形式缸筒与刚盖的连接形式如下：缸筒和前端盖的连接采用螺栓连接，其特点是径向尺寸小，重量轻，使用广泛，端部结构复杂，缸筒外径需加工，且应于内径同轴，装卸需要用专门的工具，安装时应防止密封圈扭曲。缸盖与后端盖的连接采用焊接形式，特点为结构简单尺寸小，重量轻，使用广泛，缸筒焊后可能变形，且内径不易加工。6.1.2强度计算1. 缸筒底部强度计算缸筒底部为平面时， 可由下式计算厚度： 式中： 缸筒底部厚度 m 缸筒内径 m 筒内最大工作压力 缸筒材料的许用应力 代入数据： =缸筒底部厚度应根据工艺要求适当加厚，如在缸筒上设置油口或排气阀，均应增大缸筒底部厚度。2. 缸筒连接螺纹计算当缸筒与刚盖采用螺纹连接时，钢筒螺纹处的强度按下式进行校核：螺纹处的拉应力： 螺纹处的切应力： 合成应力： 式中： 缸筒直径 m 缸筒底部承受的最大推力 N 螺纹小径 m 拧紧螺纹的系数 不变载荷取=1.25-1.5 ，变载荷取=2.54 螺纹连接的摩擦系数 =0.070.2，通常取0.12 材料的屈服极限 35钢正火=27代入数据： 合成应力为： 3. 缸筒材料及加工要求缸筒材料通常选用20、35、45号钢，当缸筒、缸盖、挂街头等焊接在一起时，采用焊接性能较好的35号钢，在粗加工之后调质。另外缸筒也可以采用铸铁、铸钢、不锈钢、青铜和铝合金等材料加工。缸筒与活塞采用橡胶密封圈时，其配合推荐采用，缸筒内径表面粗糙度取，若采用活塞环密封时，推荐采用配合，缸筒内径表面粗糙度取。缸筒内径应进行研磨。为防止腐蚀，提高寿命