毕设论文-液压千斤顶的设计

毕业设计 （ 论文 ） 设计（论文） 题目 液压千斤顶的设计 学 院 机械工程学院 教 学 系 数控技术系 班 级 高职机电 09-2 班 姓 名 王嘉庆 指导教师 张玉军 2012 年 3 月 北京电子科技职业职业学院机械工程学院毕业论文 1 液压千斤顶的设计 手动式液压千斤顶的原理及结构 摘要 本文从液压千斤顶结构与工作原理的分析 着手 ，按 设计 要求对参数进行 计算 ，按参数进行 结构 设计、校核，逐步阐述液压千斤顶设计的全过程 。 运用已掌握的液压 理论 知识 、 机械设计与制造理论 知识、 机械加工工艺 知识等 ， 设计 了液压 千斤顶的结构及 各个零件的几何尺寸，确保了液压千斤顶的质量和强度。 ， 该液压千斤顶额定起重量为 19600N，极限为 15Mpa，当超过 5.5T 时自动卸荷，保证千斤顶不会因为超负荷而损坏。该液压千斤顶系统简单，实用性强，成本低，使用维护方便，抗拉性强，运行稳定可靠，手柄的灵活设计及低强度运行，更增加了千斤顶使用的普遍性。 液压千斤顶是机动 车辆的必备工具， 它具有结构简 单 、体 积小、重量轻、自润滑性能好、举升力大、便于维修等特点，但其效率低，操作不当时支点易滑脱，存在不安全因素，本文通过对传统的液压千斤顶的工作原理的分析，设计了一种高效安全的液压千斤顶。 关键字： 液压千斤顶 ；液压缸；手柄；油路； 北京电子科技职业职业学院机械工程学院毕业论文 2 目录 摘要 .1 关键字 .1 绪论 .3 1、液压技术 .4 1.1 液压技术的发展及应用 .4 1.2 千斤顶的分类及用途 .5 2、液压千斤顶的总体设计方案及原理 .6 2.1 液压千斤顶设计方案示意图 .6 2.2 液压千斤顶的组成 .7 2.3 液压千斤顶原理图 .8 2.4 液压千斤顶的特点 .9 3、液压千斤顶的结构设计 .9 3.1 内管设计 .9 3.2 外管设计 .10 3.3 活塞杆设 计 .10 3.4 导向套的设计 .11 3.5 液压千斤顶活塞部位的密封 .14 3.6 密封缺点图 .15 3.7 液压千斤顶装配图 .16 3.8 单向阀的装配图 .17 4、液压油的选用 .18 5、液压千斤顶常见的故障与维修 .19 结论 .21 谢辞 .22 参考文献 .23 北京电子科技职业职业学院机械工程学院毕业论文 3 绪论 机电一体化又称机械电子学， 英语称为 Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学 Electronics 的后半部分组合而成。机电一体化最早出现在 1971 年日本杂 志机械设计的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用 ,机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密 结合 的一门技术，他的发展使冷冰冰的机器有了人性化， 智能化。 机 电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。 液压技术是实现现代化传动 与控制的关键技术之一，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。 液压传动是以液体作为工作介质，利用液体的压力能进行能量的传递和控制的一门技术。液压传动具有许多优点，被广泛应用于机械、建筑、冶金、化工以及航空航天等领域。如今，随着微电子和计算机技术的发展，机、电、液技术的紧密结合，使液压技术的发展和应用又进入了一个崭新的阶段。 随着我国汽车工业的快速发展 ,汽车随车千斤顶的要求也越来越高 ；同时随着市场竞争的加剧 ,用户要求的不断变化 ,将迫使千斤顶的设计质量要不断提高 ,以适应用户的需求。用户喜欢的、市场需要的千斤顶 将不仅要求重量轻 ,携带方便 ,外形美观 ,使用可靠 ,还会对千斤顶的进一步自动化 ,甚至智能化都有所要求。如何充分利用经济、情报、技术、生产等各类原理知识 ,使千斤顶的设计工作真正优化 ?如何在设计过程中充分发挥设计人员的创造性和集体智慧 ,提高产品的使用价值及企业、社会的经济效益 ? 如何在知识经济的时代充分利用各种有利因素 ,对资源进行有效整合等等都将是我们面临着又必须解决的重要的问题。千斤顶与我们的生活密切相关，在建筑、铁路、汽车维修等部门均得到广泛的应用，因此千斤顶技术的发展将直接或间接影响到这些部门的正常运转和工作 。 本次对液压千斤顶进行 设计可以了解液压千斤顶 的原理以及应用。通过查阅大量文献，和对千斤顶各部件进行 设计、绘 图， 不但 使我 熟悉了千斤顶内液压传动原理还使得我对一些绘图软件的操作更加熟练。同时也在以前书本学习的基础上对液压传动加深了理解。 北京电子科技职业职业学院机械工程学院毕业论文 4 1、 液压技术 1.1 液压技术的发展及应用 自 18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，液压传动技术已有两三百年的历史。直到 20世纪 30 年代它才较为普遍的用于起重机，机床及工程机械。在第二次世界大战期间，由于战争需要，出现了由响应迅速，精度高的液压控制机构所装备的各种 军事武器。第二次世界大战结束后，液压技术迅速转向民用工业，液压技术不断应用于各种自动机械及自动生产线。 本世纪 60年代以后，液压技术随着原子能，空间技术，计算机技术的发展而迅速发展，因此，液压传动真正的发展也就是近三四十年的事，当前液压技术正向迅速，高压，大功率，高效，低噪声，经久耐用，高度集成化的方向发展，同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计，计算机辅助测试，计算机直接控制，机电一体化技术，可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。我国的液压技术最初应用于机床和锻压设备上， 后来用于拖拉机和工程机械。现在，随着从国外引进一些液压元件，生产技术以及进行自行设计， 我国的液压元件 已形成了系列，并在各种机械设备上得到广泛的使用。 液压传动之所以得到广泛的应用，是 由 于它 具有 以下的主要优点： （ 1） 由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。例如，在井下收取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大，又加之极易布置，在挖掘机等重型工程机械上，已经基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。 （ 2） 液压传动装置的重量轻，结构紧凑，惯性小。例如，相同功率液压马达体积为电动机的 12%-13%。液压泵和液压马达的单位功率的重量指标，目前是发电机和电动机的十分之一，液压泵和液压马达可小至 0.0025N/W（牛 /瓦），发电机则约为 0.03N/W。 （ 3） 可在大范围内实现无极调速。借助阀或变量泵，变量马达，可以实现无极调速，调速范围可达 1:2000， 并可在液压装置运行的过程中进行调速。 （ 4） 传递运动均匀平稳，负载变化时速度比较稳定。正因为此特点，金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。 （ 5） 液压装置传动容易实现过载保 护 借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长。 （ 6） 液压传动容易实现自动化 借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。 （ 7） 液压元件已实现了标准化，系统化和通用化，便于设计，制造和推广使用。 北京电子科技职业职业学院机械工程学院毕业论文 5 液压传动的缺点是： （ 1） 液压系统中的漏油等因素，影响运 行 的平稳性和正确性，使得液压传动不能保证严格的传动比。 （ 2） 液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体粘性变化，一起运动特性的变化，使得工作的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环境条 件下工作。 （ 3） 为了减少泄露，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较为复杂。 （ 4） 液压传动要求单独的能源，不像电源那样使用方便， （ 5） 液压系统发生故障不 容易 检查和排除。 总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服， 使 液压传动有着广泛的发展前景。 1.2 千斤顶的分类及用途 千斤顶是一种起重高度小 (小于 1m)的最简单的起重设备，它主要用于矿，交通运输等部门作为车辆维修及其他起重，支撑等工作。其结构轻巧坚固，灵活可靠，一人即可携带操作 。千斤顶是用刚性顶举件作为工作装置，通过顶部托座或底部托爪在小行程内顶升重物的轻小起重设备 ， 它有机械式和液压式两种。机械式千斤顶又有齿条式与螺旋式两种，由于起重量小，操作费力，一般只用于机械维修工作，在维修过程中不适用，液压千斤顶结构紧凑，工作平稳，有自锁作用，故使用广泛。其缺点是起重高度有限，起升高度有限，起升速度慢。 液压千斤顶分为通用和专用两类。 专用液压千斤顶使专用的张拉机具，在制作预应力混凝土构件时，对预应力钢筋施加张力。专用液压千斤顶多为双作用式。常用的用穿心式和锥锚式两种。 穿心式千斤顶适用于 张拉钢筋束或钢丝束，它主要由张拉缸，顶压缸，顶压活塞及弹簧等部分组成。它的特点是：沿拉伸轴心有一穿心孔道，钢筋（或钢丝）穿入后由尾部的工具锚固。 近年来随着科技的飞速发展，同时带动自动控制系统日新月异更新，液压技术的应用正在不断地走向深入。 北京电子科技职业职业学院机械工程学院毕业论文 6 2、液压千斤顶总体设计方案及原理 2.1 液压千斤顶设计方案示意图 图 1 液压千斤顶设计方案示意图 液压千斤顶结构图 1所示，工作时通过上移 6手柄使 7小活塞向上运动从而形成局部真空，油液从油箱通过单向阀 9被吸入小油缸，然后下压 6手柄使 7小活塞下 压，把小油缸内的液压油通过 10 单向阀压入 3 大油缸内，从而推动 2 大活塞上移，反复动作顶起重物。通过 1调节螺杆可以调整液压千斤顶的起始高度，使用完毕后扭转 4回油阀杆，连通 3大油缸和油箱，油液直接流回油箱， 2大活塞下落速度取决于回油阀杆的扭转程度。 北京电子科技职业职业学院机械工程学院毕业论文 7 2.2 液压千斤顶的组成 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压动机的速度，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、管件及邮箱等，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。 北京电子科技职业职业学院机械工程学院毕业论文 8 2.3，液压千斤顶原理图 图1-1 液压千斤顶的工作原理如图 1-1所示，大缸体 3和大活塞 4组成举升缸；杠杆手柄 6、小缸体 8、活塞 7、单向阀 5和 9组成 手动液压泵 。活塞和缸体之间保持良好的配合关系，又能实现可靠的密封。当抬起手柄 6，使小活塞 7向上移动，活塞下腔密封容积增大形成局部真空时，单向阀 9打开，油箱中的油在 大气压力 的作用下通过吸油管进入活塞下腔，完成一次吸油动作。当用力压下手柄时，活塞 7下移，其下腔密封容积减小，油压升高，单向阀 9关闭，单向阀 5打开，油液进入举升缸下腔，驱动活塞 4使重物 G上升一段距离，完成一次压油动作。反复地抬、压手柄，就能 使油液不断地被压入举升缸，使重物不断升高，达到起重的目的。如将放油阀 2旋转 90北京电子科技职业职业学院机械工程学院毕业论文 9 （在实物上放油阀旋转角度是可以改变的），活塞 4可以在自重和外力的作用下实现回程。这就是液压千斤顶的工作过程。 2.4 液压千斤顶的特点 液压千斤顶是一种将密封在油缸中的液体作为介质，把液压能转换为机械能从而将重物向上顶起的千斤顶。它结构简单、体积小、重量轻、举升力大，易于维修，但同时制造精度要求较高 ,若出现泄漏现象将引起举升汽车的下降 ,保险系数降低 ， 使用其举升时易受部位和地方的限制 。 传统液压千斤顶由于手柄、活塞、油缸、密封 圈、调节螺杆、底座和液压油组成。它利用了密闭容器中静止液体的压力以同样大小各个方向传递的特性。优点：输出推力大。缺点：效率低。 3、液压千斤顶结构设计 3.1 内管设计 已知千斤顶的额定载荷为 19600N， 初定额定压力为 15Mpa。 千斤顶的最低使用高度为 192mm， 最高使用高度为 277mm。 根据以上要求可以得到如下计算结果： F=P A 得到 A=19600/9.8/150=13.3cm2 所以内管的直径 D=42mm，长为 115mm,有效长度为 85mm 这里 F=外部作用力（ kgf） A=内管的作用面积 (cm2 ) P=被传递的压力（ kgf/cm2） 内管的壁厚为 = 0+C1+C2 根据公式 0PmaxD/2 p(m) p= b/N 查机械设计手册可知 b=550（无缝钢管，牌号 20） N为安全系数一般取 5 015 0.042/(2 550/5)=0.002m=2mm = 0+C1+C2=3mm 上式中 C1为缸筒外径公差余量 C2为腐蚀余量 缸筒壁厚的验算 北京电子科技职业职业学院机械工程学院毕业论文 10 根据公式 PnV内，完全满足要求 . 3.3 活塞杆设计 活塞杆是液压缸传递力的重要零件，它承受拉力，压力，弯力，曲力和振动冲击等多种作用力，所以必须有足够的强度和刚度，由于千斤顶的液压缸无速比要求，可以根据液压缸的推力和拉力确定。 参照机械设计手册表 17-6-16 可根椐内管的内径 D=42mm，初步确定活塞杆的外径为 d=30mm 活塞杆强度的计算 活塞杆在稳定的工况下，只受纵向推力，可按下式进行计算 =F 10-6/(nd2/4)= P MPa 可得 =19600 10-6/(0.03 3.14/4)=27.7 查表可知 P的许用应力为 100-110MPa（无缝钢管） 所以 P 所以活塞杆的设计要求强度完全满足。 活塞杆弯曲稳定性验算 ， 可以用实用验算法 活塞杆弯曲计算长度为 Lf=KSm 具体可以根据机械设计手册表 17-6-16中选取 3.4 导向套的设计 活塞杆导向套装在内管的有杆侧端盖内，用以对活塞杆进行导行，内装有密封装置以保证缸筒有杆腔的密封，导向套采用非耐磨材料时，内圈可设导向环，用以作活北京电子科技职业职业学院机械工程学院毕业论文 11 塞杆的导向。 根据千斤顶的受力方式，可以作以下分析 北京电子科技职业职业学院机械工程学院毕业论文 12 如上图所示，垂直安放的千斤顶 ，无负载导向装置，受偏心轴向载荷9800N,L=0.1m 时 M0=F1L Nm Fd=K1 M0/LG N 可得 M0=9800 0.1=9800Nm Fd=K1 M0/LG（ N） 可得 Fd=1.5 9800/0.057=2.5 105N 在上式中 Fd-导向套承受的载荷， N M0- 外力作用于活塞上的力矩， N.m 北京电子科技职业职业学院机械工程学院毕业论文 13 F1-作用于活塞上的偏心载荷， N L-载荷作用的偏心矩， m LG-活塞至导向套间距， m。 D、 d-分别为活塞及活塞杆外径， m 3.5 液压千斤顶活塞部位的密封 在大活塞与大油缸配合部位采用的尼龙碗形密封件与 O 形密封圈组合而成的组合密封装置，由于橡胶具有良好的弹性，受力时迫使尼龙碗的唇边与缸壁贴合，起良好的密封作用。 北京电子科技职业职业学院机械工程学院毕业论文 14 3.6 缺点如图： 密封圈处在小孔口，缸中的超高压工作油在限位孔处存在极大的压力差，会使密封圈在此处遭受极大的撕拉作用。从而产生损伤，形成轴向沟痕。此沟痕随着起重物的加重，限位孔直 径的增大以及超越限位孔次数的增多而变大加深，最终会破坏了密封圈的密封性能。致使活塞不能推动重物上升。为此 ， 要求密封圈材质的强度要高。由于面柱与面柱面的配合始终存在一定的误差，为了避免因为油液单独进入一边空隙造成压力不平衡而引起活塞卡死现象，可以在活塞与大油缸配合的活塞头上适当开辟油沟，平衡各边压力 。 北京电子科技职业职业学院机械工程学院毕业论文 15 3.7 液压千斤顶装配图 液压千斤顶 北京电子科技职业职业学院机械工程学院毕业论文 16 3.8 单向阀装配图 单向阀装配图 北京电子科技职业职业学院机械工程学院毕业论文 17 4、液压油的选择 液压传动所用液压油一般为矿物油。它不仅是液压系统传递能量 的工作介质，而且还有润滑，冷却和防锈的作用。液压油质量的优劣直接影响液压系统的工作性能。 为了更好地传动运动和动力，液压油应具备如下性能： （ 1）润滑性能好； （ 2）纯洁度好，杂质少； （ 3）合适的粘度和良好的粘温特性； （ 4）抗泡沫性，抗乳化性和防锈性好，腐蚀性小； （ 5）对热 、 氧化 、 水解都有良好的稳定性，使用寿命长； （ 6）比热和传热系数 大 ，体积膨胀系数小，闪点和燃点高，流动点和凝固点； （ 7）对液压系统所用金属及密封件材料等有良好的相容性； 一般根据液压系统的使用性 能和工作环境等因素确定液压油的品种。当品种确定后，主要考虑油液的粘度。在确定油液粘度时主要应考虑系统工作压力，环境温度及工作部件的运动速度。当系统的工作压力大，环境温度较高，工作部件运动速度较大时，为了减少泄露，宜采用粘度较高的液压油。当系统压力小，环境温度低，而工作部件速度较高时，为了减少功率损失，宜采用粘度较低的液压油。 当选购不到合适粘度的液压油时，可采用调和的方法得到满足粘度要求的调和油。当液压油某些性能指标不能满足某些系统较高要求时，可在油中加入各种改善其性能的添加剂，如抗氧化，抗泡沫，抗磨损 ，防锈以及改进粘温特性的添加剂，使之使用于特定的场合。 因此，该千斤顶选用千斤顶专用液压油。 北京电子科技职业职业学院机械工程学院毕业论文 18 5 、液压千斤顶常见的故障与维修 液压千斤顶常见故障及处理方法 问 题 原 因 解 決 方 式 千斤顶无法顶升、顶升缓慢或急速 泵浦油箱油量太少 依照泵浦型号添加所需 液压油 泵浦 液 压阀没有上紧 上紧 液 压阀 油压接头没有上紧 确实上紧油压接头 负载过重 依照千斤顶额定负载使 用 油压千斤顶组内有空气 将空气排出 千斤顶柱塞卡死不动 分解千斤顶检修内壁及油封 千斤顶顶升但 无法持压 油路间没有锁紧漏油 上紧油路间所有接头 从油封处漏油 更换损坏油封 泵浦内部漏油 检修油压泵浦 千斤顶无法回缩、回缩缓慢及不正常 泵浦 液 压阀没有打开 打开泵浦 液 压阀 泵浦油箱油量过多 依照泵浦型号存放所需 液压油 油压接头没有上紧 确实上紧油压接头 油压千斤顶组内有空气 将空气排出 油管内经太小 使用较大内经油管 千斤顶回缩弹簧损坏 分解千斤顶检修 电动油压泵浦无法起动 电源没接或开 检查电源、开关 继电器、开关 或碳刷可能损坏 检查更换损坏零件 电源安培数不 够 增加另一个电源回路 马达电流安培数过高 马达损坏 更换马达 液 压阀设定不当 重新设定 液 压阀压力 齿轮泵浦内部损坏 检修齿轮泵浦 北京电子科技职业职业学院机械工程学院毕业论文 19 液压油流入马达部位 齿轮泵浦轴心油封 损坏 拆 开马达及齿轮泵浦更 换损坏油对 泵浦连转有异音 齿轮泵浦柱塞卡住或弹 出 拆 开齿轮泵浦更换损坏 零件 钢珠移位或损坏 液压油流入马达部位 齿轮泵浦轴心油 封损坏 拆 开马达及齿轮泵浦更 换损坏油封 泵浦无法轮油、使千斤顶柱塞完全伸出或柱塞伸出有抖动现象 泵浦油箱油量太少 在千斤顶完全缩回时，依照泵浦型 号添加所需液压 油 泵浦油位内有 异 物阻塞过滤器 检查并清洁过滤器 阻塞 后液 压阀没有上紧 油压接头没有上紧 确实上紧油压接头 液压油温度太低或黏度太高 更换適当液压油 油压千斤顶组内有空气 将空气排出 释压放 液 阀松动 检查并上紧 泵浦无法建压或持压 释压放 液 阀漏油 清洁检修钢珠及油封 释压放 液 阀设定压力太低 设定正确压力 泵浦过滤器阻塞 清洁过滤器更换液压油 北京电子科技职业职业学院机械工程学院毕业论文 20 结论 毕业设计是大学学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的学习机会，通过这次对液压千斤顶理 论 知识和实际设计的 结合，锻炼了我的综合运用所学专业知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高了我查阅文献资料、设计手册、设计规范 的 能力 ，提高了我的 专业知识水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力以及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在，提高是有限的但却是全面的，正是这一次毕业设计让我积累了许多实际经验，使我的头脑更好的被知识武装起来，也必然让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力 和理解力。 顺利如期 地 完成本此毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心，但同时也发现了自己的许多不足与欠缺，留下了些许遗憾，不过不足与遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行，今后我更会关注新科技新设备新工艺的出现，并争取尽