基于酷卡机器人的移动升降平台液压传动部分设计_毕业设计.docx

装订线毕业设计（论文）报告纸毕 业 设 计课 题 名 称基于库卡机器人的升降移动式平台液压传动部分设计分 院/专 业 机械工程学院/机械制造与自动化班 级机自1011学 号1001433136学 生 姓 名陈 挺指导教师：李海萍 2013年6月3日 I装订线基于库卡机器人的移动升降平台液压传动部分设计摘 要库卡机器人凭借PC BASED控制系统，使其能在Windows界面下操作，拥有编程简单、可远程操控等优点，从而被广泛运用于汽车、医药等行业。但目前的库卡机器人绝大多数是地面固定式安装，空间位置受到限制，无法满足位置变更的需求。为扩大库卡机器人的工作范围，提高其工作效率，增大它的使用领域。本论文试着设计一种适用于库卡机器人的升降移动式安装平台，使得库卡机器人在保证它原有的功能基础上，还添加移动和升降的功能。让库卡机器人能实现一台机器多个区域使用，减少企业资金投入、解决大型零件移动困难的问题、提升库卡机器人的工作高度及范围。 该移动升降平台主要包括：移动底盘、旋转车身、升降支柱以及外伸变位机构。关键词：库卡机器人，升降平台，液压传动 Abstract KUKA Robot with PC BASED control system, the Windows interface with the operation, simple programming, remote control etc, which has been widely used in automobile, medicine, etc. But the current KUKA Robot most is ground stationary installation, space position is restricted, cannot satisfy the needs of the position change.For increasing the KUKA Robot scope of work, improve the work efficiency, increase its use the field. This paper try to design a suitable for KUKA Robot lifting mobile installation platform, makes the KUKA Robot in guarantee its original function basis, also add the function of moving and lifting. Let the KUKA Robot can realize cross area to work. The mobile lifting platform mainly include: mobile chassis, rotary body, lifting pillar and overhanging modified gear.Keywords: KUKA Robot . Lifting platform窗体顶端 , Hydraulic drive窗体底端目 录第1章 绪论11.1 本课题的目的和意义11.2 本课题现有技术情况分析21.3 本课题应解决的主要问题及技术要求2第2章 明确液压系统的设计要求32.1 升降平台主机结构与执行机构的布置32.2主机的动作与执行元件动作、顺序31）直进直退：42）前进、后退时转向：43）原地转向 方式一：44）原地转向 方式二：45) 车身支起：56) 车身放下：57) 车轮翘起：58）车身回转：59）机器人变位：510）平台上升与下降：52.3主机各液压执行元件动作间的要求52.3.1执行元件的单独运动要求：52.3.2执行元件的协调运动要求：62.4液压执行元件的动作时间与速度要求62.5主机主要参数：72.6工作性能方面的要求：7第3章 系统负载分析和负载图的编制83.1支腿油缸的负载分析：83.1.1支腿油缸水平状态负载分析83.1.2支腿完全支起状态负载分析：93.1.3 支腿完全翘起状态负载分析：93.1.5 负载图：103.2变位油缸的负载分析：103.3主油缸的负载分析：113.4转向油缸的负载分析：123.5前进液压马达的负载分析：123.5.1前进液压马达的功率分析：123.5.2前进液压马达的转速分析：133.5.2前进液压马达的转矩分析：133.6转向液压马达的负载分析：133.6.1转向液压马达的转数分析：133.6.2转向液压马达的功率分析：143.6.3转向液压马达的转矩分析：14第4章 确定液压缸的参数154.1支腿油缸的参数确定154.1.1支腿油缸的工作压力154.1.2支腿油缸的尺寸154.1.3计算支腿油缸工作过程中各阶段的压力、流量和功率164.2转向油缸的参数确定174.2.1转向油缸的工作压力174.2.2转向油缸的尺寸174.2.3计算转向油缸工作过程中各阶段的压力、流量和功率174.3变位油缸的参数确定184.3.1变位油缸的工作压力184.3.2变位油缸的尺寸184.3.3计算变位油缸工作过程中各阶段的压力、流量和功率194.4主油缸的参数确定194.4.1主油缸的工作压力194.4.2主油缸的尺寸194.4.3计算主油缸工作过程中各阶段的压力、流量和功率21第五章 拟定液压系统方案225.1支腿油缸系统分析225.1.1 调速回路的选择225.1.2 换向回路的选择225.1.3 压力控制回路的选择225.2转向油缸系统分析225.2.1 调速回路的选择225.2.2 换向回路的选择235.2.3 压力控制回路的选择235.3主油缸系统分析235.3.1调速回路的选择235.3.2换向回路的选择235.3.3压力控制回路的选择235.4变位油缸系统分析235.4.1 调速回路的选择235.4.2 换向回路的选择245.4.3 压力控制回路的选择245.5前进液压马达系统分析245.5.1 调速回路的选择245.5.2 换向回路的选择245.5.3 压力控制回路的选择245.6转向液压马达系统分析245.6.1 调速回路与换向回路的选择245.6.2 压力控制回路的选择255.7系统总图分析255.7.1 系统的分离与整合255.7.2 系统与系统间的相互关系255.7.3 系统管路快组的整合与分离26第6章 计算和选择液压元件276.1液压泵与电机的计算和选用276.1.1 主系统小泵与电机的计算和选用276.1.2 主系统大泵与电机的计算和选用286.1.3 变位油缸系统泵与电机的计算和选用286.2液压阀的选用和设计296.2.1溢流阀的选用296.2.2流量阀的选用296.2.3换向阀的选用306.3液压辅件的选用306.3.1蓄能器的选用蓄能器的有效容积计算306.3.2冷却器的选用306.3.3油箱的选用316.4液压元件型号规格表31第7章 液压系统的性能验算34第8章 绘制液压系统工作图、编制技术文件34第9章 技术创新359.1创新思维一359.2创新思维二36致谢38主要参考文献39附 录：39 V装订线 基于库卡机器人的移动升降平台液压传动部分设计第1章 绪论1.1 本课题的目的和意义库卡机器人的优点显著：铝合金机器人本体、高速动态模型优化设计，使其加速性能比普通机器人高出25%；控制系统内置标准的工业计算机，采用熟悉的WINDOWS操作系统；6D运动鼠标，使得运动控制更加快捷；库卡机器人的平均无故障间隔时间长达7万小时。库卡不仅有稳定先进的硬件，更有方便实用的专家应用软件，例如在焊接与切割方面，有弧焊功能包，多层多道焊接软件，电弧跟踪、激光跟踪、接触寻位、仿真、软PLC等功能软件，这些软件使操作界面友好简便，节省部分硬件的投资。就目前市场上的库卡机器人而言，它的安装平台主要有两种，一种是地面安装，一种是龙门吊安装。这两种安装平台，都限制了库卡机器人的空间移动，使库卡机器人只能在同一地点完成一系列指定任务，而对于同一任务或不同两个任务之间的位置跨度大于库卡机器人手臂工作范围时，就得采取如下措施：第一，添加物料输送机构，比如传送带、行车等；第二，在两个工位都添加库卡机器人。这两种问题解决方法，在现代汽车、制药、冶金领域被广泛应用。然而对于一些特殊行业、特殊地点，这些方法就存在局限性。主要的新问题如下：首先，针对添加物料输送机构的方式。当产品体积过大且不便于运输时，挪动物料而选择库卡机器人静置的工业生产方式是吃力不讨好，举例：对于机器人焊接组装飞机的案例来讲，挪动飞机选择机器人不动的方式是愚蠢之极。其次，针对使用多台库卡机器人的方式。相比单台库卡机器人而言，使用多台库卡机器人必然提高工作协调性与生产效率。但关键在于，需要的生产量的多少。对于大批量生产，库卡机器人的安装大致需要如下步骤：第一，根据工艺划分确定库卡机器人数量；第二，设计物流路径；第三，浇筑水泥地基；第四，安装库卡机器人；第五，编辑程序；第六，试运行。于此可见，这样的繁杂的生产前期准备会严重影响到企业产品的生产运行周期，会带给企业不小的经济损失。而且对于中小型企业而言，如果前期投入如此多的库卡机器人，必然增加设备金额投入，而后期的维修保养也是个问题，这都会影响企业的资金周转。目前拥有的中小型企业数量在日益增长。在面临多变的市场环境、金融危机的压力以及现代化进程步伐的因素下，这些中小企业纷纷选择效仿先进制造技术，进行企业生产模式的转变。在此期间，工业机器人的运用变得格外火热。然而，对于现代化转型初期的他们而言，产品围绕多台机器人的生产运营模式并不适合他们。本设计是基于重负载库卡机器人K290R2700PRO为对象，在原本6轴的基础上增加5轴。以使库卡机器人实现前后移动，原地旋转，支脚撑开，升降等一系列附加动作。让库卡机器人能够跨工位工作、高度升降、车间区域管理与控制等任务。1.2 本课题现有技术情况分析目前在库卡机器人领域主要还是地面固定的安装方式，有少数的库卡机器人采用龙门吊的安装方式。为满足工作范围等一些问题，有些库卡机器人通过加长机械臂解决问题。但能让库卡机器人实现任意移动和自由升降的安装方式还是空前。本课题的技术主要来自汽吊式起重机，挖掘机，叉车、概念挖掘机，概念多用途渣土车等相关机构与液压系统。1.3 本课题应解决的主要问题及技术要求（1） 升降移动平台的四轮转速需要同步性与不需要同步性问题（2） 升降移动平台的支腿水平调整问题（3） 升降移动平台的原定转向问题（4） 升降移动平台的前后轮单独转向问题（5） 升降移动平台的升降快定位与慢定位问题（6） 升降移动平台的对库卡机器人工作范围的负面影响问题第2章 明确液压系统的设计要求2.1 升降平台主机结构与执行机构的布置图 2-1 平台外形图1支腿油缸位于大轮与小轮之间，用于改变大轮与小轮的角度。2转向油缸位于大轮与底盘之间，用于改变轮子与底盘的角度。3液压马达位于大轮内，连接减速器，实现前进与后退。4液压马达位于车身与底盘之间，用于改变车身与底盘的旋转角度。5油缸位于升降杆与变位托盘之间，用于改变库卡机器人移出的距离，改变工作范围。2.2主机的动作与执行元件动作、顺序图 2-2 平台执行机构布局图1）直进直退： 主油缸、支腿油缸、转向油缸、变位油缸、转向液压马达无动作； 前进液压马达正转或反转。2）前进、后退时转向： 前进时转向： 支腿油缸、变位油缸、转向液压马达无动作； 转向油缸前1、转向油缸前2、伸出或缩回； 前进液压马达正转。 后退时转向： 支腿油缸、变位油缸、转向液压马达无动作； 转向油缸后1、转向油缸后2、伸出或缩回； 前进液压马达反转。3）原地转向 方式一： 顺时针旋转： 支腿油缸、转向油缸、变位油缸、转向液压马达无动作； 前进液压马达前1正转，前进液压马达后1正转； 前进液压马达前2反转，前进液压马达后2反转； 逆时针旋转： 支腿油缸、转向油缸、变位油缸、转向液压马达无动作； 前进液压马达前1反转，前进液压马达后1反转； 前进液压马达前2正转，前进液压马达后2正转； 4）原地转向 方式二： 顺时针旋转： 变位油缸、转向液压马达无动作； 支腿油缸前1伸出、支腿油缸前2伸出、支腿油缸后1伸出、支腿油缸后2伸出； 转向油缸前1伸出、转向油缸前2伸出、转向油缸后1伸出、转向油缸后2伸出； 前进液压马达前1正转、前进液压马达前2正转、前进液压马达后1正转、前进液压马达后2正转。 逆时针旋转： 变位油缸、转向液压马达无动作； 支腿油缸前1伸出、支腿油缸前2伸出、支腿油缸后1伸出、支腿油缸后2伸出； 转向油缸前1伸出、转向油缸前2伸出、转向油缸后1伸出、转向油缸后2伸出； 前进液压马达前1反转、前进液压马达前2反转、前进液压马达后1反转、前进液压马达后2反转。5) 车身支起： 转向油缸、变位油缸、前进液压马达、转向液压马达无动作； 支腿油缸前1伸出、支腿油缸前2伸出、支腿油缸后1伸出、支腿油缸后2伸出。6) 车身放下： 转向油缸、变位油缸、前进液压马达、转向液压马达无动作； 支腿油缸前1卸压、支腿油缸前2卸压、支腿油缸后1卸压、支腿油缸后2卸压。 （注：这里的卸压并非没有压力，只是油缸中保持一定压力，使车身的重量分布在大小轮上。）7) 车轮翘起： 转向油缸、变位油缸、前进液压马达、转向液压马达无动作； 支腿油缸前1缩回、支腿油缸前2缩回、支腿油缸后1缩回、支腿油缸后2缩回。8）车身回转： 支腿油缸、转向油缸、变位油缸、前进液压马达无动作； 转向液压马达正转或反转。9）机器人变位： 支腿油缸、转向油缸、前进液压马达、转向液压马达无动作； 变位油缸伸出或缩回。10）平台上升与下降：上升： 支腿油缸、变位油缸、转向油缸、前进液压马达、转向液压马达； 主油缸伸出。下降： 支腿油缸、变位油缸、转向油缸、前进液压马达、转向液压马达； 主油缸卸压。2.3主机各液压执行元件动作间的要求2.3.1执行元件的单独运动要求：1）支腿油缸： 要求支腿油缸在无动作时需保持压力，特别是在车身支起时，保压效果需良好。当车身放下或是在前进后退的状态下，支腿油缸中卸除多余的压力，通过背压阀保留一部分压力，使得车身的重量能够分布在大小轮上。2）主油缸； 要求主油缸能在任意位置上停留，且当油缸进油口卸去压时主油缸不能下降。3）转向油缸： 要求当油缸位于中间位置或油缸行程末端时，油缸不能受外力推动以保证方向的稳定性。4）变位油缸： 要求机器人在完成旋转、甩臂等动作时，机器人不能因为惯性而改变位置，所以变位油缸需油缸锁紧装置。5）前进液压马达： 要求马达在进出油口无压力信号时不能转动；当油口压力卸去时要留有车身缓冲的余地，防止车身前冲，造成事故。6）转向液压马达： 要求转向动作在180至-180之间，不得超过旋转范围，以损坏管路、接头等。马达的启动与停止要求加速度不能过大，防止冲击。2.3.2执行元件的协调运动要求：1）当升降杆没有放下时，前进液压马达不得动作，防止重心升高，在遇到前冲或是地面不平整时，平台重心移出四轮之外，造成翻车事故。2）当前进液压马达运动时，四个转向油缸不得同时伸出或缩回，防止突然制动造成前冲损害机械部件，甚至引发人身安全事故。3）在前进液压马达运动时，四个支腿油缸可以相互动作，以便调节车身水平位置。4) 在直线运动时，四个前进液压马达要求转速相同，在转向时，因为存在内外轮差，故要求位于转向半径大的前进液压马达的转速大于转向半径小的液压马达的转速。5）对于变位油缸与转向液压马达没有严格要求，只是要注意在前进液压马达转速较大时，两者不应有动作。2.4液压执行元件的动作时间与速度要求1）支腿油缸 ： 动作10 s 2）主油缸 ： 快动作30 s 慢动作180 s3) 转向油缸 ： 向内5 s 向外5 s4) 前进液压马达 ： 由主机最大速度决定5) 转向液压马达 ： 由车身旋转周期决定6）变位油缸 ： 20 s2.5主机主要参数：1）主机总质量：5000KG2）主机要求最大前进速度： 5m/s3）主机最大升起高度：3 m4）主机的牵引力大约：4000N5）支腿油缸的行程：150mm6）主油缸的行程 : 2700mm7）转向油缸总行程：70 mm8）变位油缸行程 ：900mm9）车身旋转最小周期：30 s10）车身转向减速器减速比：3011）主机大轮直径550mm12）主机小轮直径 350mm13) 大轮减速器减速比：3.5 14）库卡机器人自重：1300KG15）库卡机器人最大负重：90KG16）升降导杆运动阻力与自重合计：1200N17）变位托盘与导轨的摩擦阻力： 500N18）大轮与小轮的轮轮心距：800mm19) 车轮转向所需最小力： 20000N20）平台自转所需客服的扭矩为:1000Nm2.6工作性能方面的要求：该升降平台要求运行平稳，特别是不能有较大的震动，防止对库卡机器人中精密的电路等造成干扰。而对于平台本身的传动精度却没有过大的要求，因为在平台运动的过程中造成的误差和大，即不容易掌控，也很难对其空间位置进行准确定位，所以只有当平台停止移动时，通过平台上的位置传感器对上位机传输信号，已获得库卡机器人的空间坐标，使得库卡机器人准确工作。当然，平台自身的移动途径很多，比如通过操控台人工控制、简单的路径编制等等。第3章 系统负载分析和负载图的编制3.1支腿油缸的负载分析：支腿油缸图 3-1 平台轮子外形图3.1.1支腿油缸水平状态负载分析支腿水平时要求：车身的重量大致平均分配到前后两个大小轮上，通过分析得出受力图3-2,3-3:图 3-2 支腿油缸受力分析详图图 3-3 支腿油缸受力分析图此时，支腿油缸呈现水平状态。已知： 1 = 45 L1=800mm L2=650mm 4为直角。由勾股定理得： L4= L12-L32 L3=(R-r)/2 L4=793mm再由余弦定理得： L4=(L12+L32-2 L1 L3cos2 得：cos2=0.1321975 即2为82.4由1+2+3=180 得3=52.6 且CE段长度为530mm由受力分析简化图得：F1cos3L2cos5=N1L1cos5 F1 = 13175N3.1.2支腿完全支起状态负载分析： 支腿完全支起时，车身的全部重量将加载在前面的小轮上，通过分析得出受力图3-4：图 3-4 支腿油缸受力分析图此时活塞位于油缸行程末端，CE的长度 = 530 + 150 / 2 = 605mm通过余弦定理得：cos3=0.3695 368.3 并得： F2cos3L2cos5=N1L1cos5 F2=41630NN1=G/43.1.3 支腿完全翘起状态负载分析： 支腿完全翘起时，车身的重量全部加载大轮上，支腿油缸受到的力只来自于支腿本身的重量，通过分析得出受力图3-5：(这里假设四个轮子的中质量为1500Kg)图 3-5 支腿油缸受力分析图 此时，活塞位于油缸行程的起始，所以CE长度 = 530 150 / 2 = 455mm再由受力平衡得： F3cos3L2cos5 = GAB4L1cos5 F3=5670N3.1.4 总负载分析：忽略支腿油缸动作时的惯性等影响，并设液压缸的机械效率为m=0.95,则液压缸在动作时的几个负载如下： 1）水平状态：F = F1 / 0.95 =13800N 2) 支起状态： F=F2/0.95 =43800N3) 翘起状态：F= F3/0.95 =5970N3.1.5 负载图：图 3-6 支腿油缸负载变化分析图3.2变位油缸的负载分析：1）摩擦阻力： 因为机器人是安装于托盘之上，托盘与轨道之间的摩擦方式为滚动摩擦，摩擦阻力较小。根据给出的阻力Ff = 500N2）惯性力： 惯性力主要是由于换向阀突然换向，改变油路流通方向。使得负载在极短的时间内改变运动方向。在这里对运动方向的改变时间没有特别的要求假设在1s内启动与停止，于由惯性冲击多余的流量也会通过溢流阀溢出。Fm=ma=1500 x 0.6 / 1= 900 N3）重力：因油缸水平安装，故不受托盘的重力影响FG = 0 N4) 总负载与速度图： 我们假设油缸的机械效率为m=0.95,则液压缸在动作时的几个负载如下图3-7：1.启动：F=（Ff+Fm）/0.95 =1473N2.匀速：F= Ff/0.95 =526N3.减速：F=（Ff-Fm）/0.95 =-421N 图 3-7 变位油缸负载变化分析图3.3主油缸的负载分析： 1）上升： 上升时导向伸缩杆的摩擦力成为主力,如图3-8所示：G托 = 5000 NG机 = 13900 Nf = 200 N 图 3-8 主油缸受力分析图F 1 = G托 + G机 +f F1=19100N 2) 中停：中停时无摩擦阻力，如图3-9所示： F2 = G托+ G机 F1=18900N图 3-9 主油缸受力分析图3）下降： 下降时导向伸缩杆的摩擦力成为支持力，如图3-10所示： F3= G托+ G 机f F1=18700N 4）受力负载图： 图 3-10 主油缸受力分析图图 3-11 主油缸外负载变化分析图3.4转向油缸的负载分析：转向油缸受力如图3-12所示，负载变化如图3-13所示：如果忽略产生的转矩，则油缸受到的力为转向时的阻力，即：F = F阻 图 3-12 转向油缸受力分析图 图 3-13 转向油缸负载变化分析图3.5前进液压马达的负载分析：图 3-14 大轮减速器示意图3.5.1前进液压马达的功率分析：根据平台的设计要求，可以得出平台前进时需要的功率P为P=F V=4000 5=20000W=20kW由于平台是四轮驱动，故每个轮子提供5kW的功率，则P1=20 4=5kW 根据结构简图和各个传递效率，可以得出总效率总 为总= 联轴器轴承球轴承柱齿轮=0.99 0.98 0.96 0.98 =0.91 则前进液压马达的输出功率P2为P2=P1总=5kW0.91=5.49kW 3.5.2前进液压马达的转速分析： 根据平台要求的最大前进速度v=5ms与平台大轮的直径D=550 mm,可以求得减速器I轴的转速n1为n1=v（D2）60=555010-3460=350radmin 根据减速器的减速比 i=3.5 则可求得前进液压马达与II轴的转速n2为n2= n1i=3503.5=1225 radmin3.5.2前进液压马达的转矩分析： I轴输出转矩：TI 出=9550 P1n1= 9550 5350= 136.43 NmI轴输入转矩：TI 入=TI 出轴承柱=136.43 0.96=142.5 NmII轴输出转矩： TI I出=TI 入齿轮i=142.50.983.5=41.55NmI轴输入转矩：TII 入=TII 出轴承球=41.55 0.98=42.5 Nm液压马达输出转矩：T马达=TII 入联轴器=42.5 0.99=43 Nm3.6转向液压马达的负载分析：3.6.1转向液压马达的转数分析：根据转向最小周期T=30 s 和 两齿轮的齿数比i=30，可得到液压马达的最大转数n2和平台的自转速度n1n1=60T=6030=2 radminn2=n2 i= 230=60 radmin3.6.2转向液压马达的功率分析： 根据平台自转时所需客服的转矩T1=1000Nm与自转速度，可以求得平台自转时所需的功率P1为：P1=（Tn1）9550 = (10002)9550=0.21 kW 则转向液压马达的输出功率P2为：P2=P1齿轮 = 0.210.80=0.26 kW3.6.3转向液压马达的转矩分析：根据平台自转时所需客服的转矩T1=1000Nm、两齿轮的齿数比i=30和传递效率齿轮，可求得转向液压马达的转矩T2为：T2=T1i 齿轮=1000300.8=42Nm第4章 确定液压缸的参数4.1支腿油缸的参数确定4.1.1支腿油缸的工作压力 参考起重机械，并结合本设计中液压缸负载力大小的类型，选取液压缸的工作压力为1= 20MPa 4.1.2支腿油缸的尺寸 根据支腿油缸支起时的最大负载，可求得支腿液压缸无杆腔面积A1为A1= F1=416402010 6= 208210-6 =20.82cm2则支腿液压缸内径D为D=4A1 = 4 20.82 = 5.15cm根据支腿油缸翘起时的最大负载，与水平状态时的有压要求，故翘起时支腿的油缸提供的拉力F拉为F拉= F翘+ F平=5970+13800=19770N 根据支腿油缸翘起时支腿油缸的拉力，可求得支腿油缸有杆腔面积A2为A2= F拉1=197702010 6=988.510-6 =9.89cm2根据无杆腔与有杆腔的面积，可求得活塞杆的面积A3为A3= A1- A2=20.82 -9.89=10.93cm则支腿油缸活塞杆直径d 为d=4A3 = 4 10.93 = 3.73cm根据GB/T 23481993，将支腿油缸的内径和活塞杆直径分别圆整到相近的标准值为D = 6cm；d = 4cm 。根据圆整后的支腿油缸内径和活塞杆直径，可得支腿油缸无杆腔和有杆腔的实际工作面积分别为A1= D2 4= 62 4=28.26cm2A2= D2-d2 4= (62- 42) 4=15.7cm2l 这里先对活塞杆进行压杆稳定性检验，活塞杆选用45号刚，E = 200GPa ,P=200MPa 规定安全因素nW = 3。 支腿油缸为两端耳环连接，故活塞杆属于两端不固定型。 支柱系数 =1惯性矩 I= D464 = (4 10-2)4 64=1.26 10-7 m4 活塞杆的截面积 A3=D24=(4 10-2)2 4=1.26 10-3 m2 惯性半径 i=I A3 = 1.26 10-7 1.26 10-3 =1 10-4 m 柔度 = l i=1 350 10-31 10-4=3500 100 故为大柔度杆，应按欧拉公式计算临界压力。 临界力 Fcr= 2EIl2 =22001091.26 10-7 1350 10-32 = 2028103N=2028 kN 许可载荷 F=Fcr nW=2028 kN 3=676 kN 因为支腿油缸的最大载荷为 42kN 676kN 所以 支柱油缸的活塞杆安全4.1.3计算支腿油缸工作过程中各阶段的压力、流量和功率根据支腿油缸的负载图和工作速度要求及支腿油缸的有效工作面积，可以计算出液压缸在工作过程中各个阶段的压力、流量和功率。此处假设管路的压力损失为P1=0.5MPa，调速阀的压差为P2=1MPa。1） 支腿油缸支起时，其无杆腔进油压力、输入流量、输入功率和有杆腔压力分别为1 =F+P1+P2A2 A1 =41640+0.5106+110615.710-428.2610-4=15567940Pa =15.57MPa q=v A1=2.25mmin 28.26 10-4m2=6.3610-3m3min=6.36LminP= 1q=15.57 106 6.3610-3 60=1650W=1.65kW2= P1+P2= 0.5106+1106=1.5 106 Pa=1.5 MPa2） 支腿油缸放平时，其无杆腔压力1=F A1=13800 28.2610-4= 4883227Pa=4.8MPa 3）支腿油缸翘起时，其有杆腔、输入流量、输入功率和无杆腔压力分别为 2=F拉+P1+P2A1A2 =19770+0.5106+110628.2610-4A2=15292356N =15.3MPa q=v A2=2.25mmin 15.7 10-4m2=3.532510-3m3min=3.5LminP= 2q=15.3 106 3.5310-3 60=900W=0.9kW1= P1+P2= 0.5106+1106=1.5 106 Pa=1.5 MPa (2s 动作)4.2转向油缸的参数确定4.2.1转向油缸的工作压力 为力简化系统与原件个数，所以将转向系统与支腿油缸系统并联，在此处对压力没有严格要求，故默认转向油缸的工作压力为1= 20MPa。4.2.2转向油缸的尺寸为了保证转向时向内转与向外转的速度相同，所以转向油缸选用双出头设计。故油缸没有有杆腔与无杆腔之分。根据转向油缸转向时的最大负载，可求得转向油缸工作面积A1为A1=F1=2000020106=110-3 m2=10cm2假设活塞杆的直径d = 1/2 油缸内径D则由关系式 A1= （D2-d2）4 与 d = 1/2D 得到活塞杆直径与油缸内径分别为d=2.06cmD= 4.12 cm根据GB/T 23481993，将支腿油缸的内径和活塞杆直径分别圆整到相近的标准值为d = 2.5cmD = 5cm根据圆整后的支腿油缸内径和活塞杆直径，可得支腿油缸实际工作面积为A1= D2-d2 4= (52- 2.52) 4=14.72cm24.2.3计算转向油缸工作过程中各阶段的压力、流量和功率根据转向油缸的负载图和工作速度要求及转向油缸的有效工作面积，可以计算出液压缸在工作过程中各个阶段的压力、流量和功率。此处假设管路的压力损失为P1=0.5MPa，节流阀阀的压差为P2= 2MPa 。 转向油缸左右对称，故只计算其中一个方向，这里以左前轮为计算对象，油缸缩回轮子向左，油缸伸出轮子向右。转向时进油口压力、输入流量、输入功率和出油口压力 1= F+P1+P2A1 A1 =20000+0.5106+210614.7210-414.7210-4 =16086956Pa=16.1MPaq=v A1=1.125mmin 14.72 10-4m2=1.65610-3m3min=1.656LminP= 1q=16.1 106 1.65610-3 60=444.36W=0.5kW2= P1+P2= 0.5106+2106=2.5 106 Pa=2.5 MPa (2s 动作)4.3变位油缸的参数确定4.3.1变位油缸的工作压力变位油缸的负载很小，且与主系统分开单独设置油箱和泵站。这里依照经验设计方法选取1=5MPa4.3.2变位油缸的尺寸根据变位油缸向外变位时的最大负载，可求得变位油缸无杆腔面积A1为A1=F1=52635106=10.5310-3 m2=10.53cm2则变位油缸内径为D=4A1 = 4 10.53 = 13.41cm根据变位油缸向内变位时的最大负载，可求得变位油缸有杆腔面积A1为A2=F1=42105106=8.4210-4m2=8.42cm2由于无杆腔与有杆腔的面积过于接近，导致活塞杆直径过小，不能满足稳定要求。所以保证有杆腔面积，适当扩大无杆腔面积。假设活塞杆的直径为2cm。 则那么活塞杆截面积为A3= D24 =224=3.14cm2 则变位油缸无杆腔的面积为A1= A2+ A3=8.42+3.14=11.56 cm2 此时油缸内径为D=4A1 = 4 11.56 = 3.4cm 根据GB/T 23481993，将支腿油缸的内径和活塞杆直径分别圆整到相近的标准值为D=4cmd=2 cm根据圆整后的变位油缸内径和活塞杆直径，可得变位油缸无杆腔和有杆腔的实际工作面积分别为A1= D2 4= 42 4=12.56cm2A2= D2-d2 4= (42- 22) 4=9.42cm24.3.3计算变位油缸工作过程中各阶段的压力、流量和功率根据转向油缸的负载图和工作速度要求及转向油缸的有效工作面积，可以计算出液压缸在工作过程中各个阶段的压力、流量和功率。此处假设管路的压力损失为P1=0.5MPa。1）向外变位时油缸进油口的压力、输入流量、输入功率和出油口压力 1 =F+P1A2 A1 =5263+0.51069.4210-412.5610-4=4565286.6Pa =4.56MPa q=v A1=10.8mmin 12.56 10-4m2=13.610-3m3min=13.6LminP= 1q=4.56 106 13.610-3 60=1031W=1.1kW2= P1= 0.5106 (20s 动作)2）向内变位时油缸进油口的压力、输入流量、输入功率和出油口压力 2 =F+P1+P2A1 A2 =4210+0.510612.5610-49.4210-4=4Pa =5.136MPaq=v A2=10.8mmin 9.4210-4m2=10.1710-3m3min=10.17LminP= 1q=5.136 106 10.1710-4 60=871W=0.9kW2= P1= 0.5106 (20s 动作)4.4主油缸的参数确定4.4.1主油缸的工作压力 参考起重机械，并结合本设计中液压缸负载力大小的类型，选取液压缸的工作压力为1 = 20MPa4.4.2主油缸的尺寸 主油缸是个单作用5级油缸，从第五级到第一级的无杆腔工作面积分别为A1、 A2、A3、A4、A5 ，工作面的直径分别为D1、 D2、D3、D4、D5根据主油缸升起时的最大负载，可求得主油缸第五级无杆腔面积A1为A1=F1=1500020106=7.510-4 m2=7.5cm2 则主油缸第五级无杆腔直径为D1=4A1 = 4 7.5 = 3.09cm根据主油缸第五级工作面积，可求得第四级工作面积为A2=2A1=27.5=15cm2则主油缸第四级无杆腔直径为D2=4A2 = 4 15 = 4.37cm根据主油缸第四级工作面积，可求得第三级工作面积为A3=A2+A1=15+7.5=22.5cm2则主油缸第三级无杆腔直径为D3=4A3 = 4 22.5 = 5.35cm根据主油缸第三级工作面积，可求得第二级工作面积为A4=A3+A1=22.5+7.5=30cm2则主油缸第二级无杆腔直径为D4=4A4 = 4 30 = 6.18cm根据主油缸第二级工作面积，可求得第一级工作面积为A5=A3+A1=30+7.5=37.5cm2则主油缸第一级无杆腔直径为D5=4A5 = 4 37.5 = 6.9cm根据GB/T 23481993，将主油缸无杆腔工作面积的直径分别圆整到相近的标准值为D1=3.2cmD2=4.5cmD3=5.5cmD4=6.5cmD5=7.5cm根据圆整后的变位油缸内径和活塞杆直径，可得变位油缸无杆腔和有杆腔的实际工作面积分别为:A1= D12 4= 3.22 4=8cm2A2= D22-D12 4= (4.52- 3.22) 4=7.86cm2A3= D32-D22 4= (5.5.2- 4.52) 4=7.85cm2A4= D42-D32 4= (6.52- 5.52) 4=9.42cm2A5= D52-D42 4= (7.52- 6.52) 4=10.99cm24.4.3计算主油缸工作过程中各阶段的压力、流量和功率根据转向油缸的负载图和工作速度要求及转向油缸的有效工作面积，可以计算出液压缸在工作过程中各个阶段的压力、流量和功率。1） 主油缸上升时，无杆腔压力、输入流量、输入功率 1 =F A1 =15000810-4=18750000Pa =18.75MPa q=v A1=16.2mmin 15An5m2=14.2910-3m3min