升降舞台液压系统设计（含CAD图纸和说明书）
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本科毕业设计（论文）题目：升降舞台液压系统设计 升降舞台液压系统设计 摘 要随着文化生活的日益丰富，人们对演出活动中舞台效果的要求越来越高，在比较高档的文化娱乐场所，为了创造一种生动活泼的立体演出效果，传统的静止舞台逐渐被摒弃，代而之以升降舞台。而升降台必须具备升降功能，升降台需保持水平地升降，不能有较大的倾斜，以免在升降过程中乐队人员或乐器发生倾斜。本文是关于液压升降舞台系统的设计。该升降台主要有两部分组成：机械系统和液压系统。机械机构主要起传递和支撑作用，液压系统主要提供动力，他们两者共同作用实现升降机的功能。目前，液压升降舞台正朝着长距离，高速度，低摩擦的方向发展。近年来在液压升降舞台的设计、制造以及应用方面，我国与国外先进水平相比仍有较大差距，国内在设计制造液压升降舞台过程中存在着很多不足，因而所需我们努力改进的地方还有很多。关键词：液压升降舞台；机械结构；液压系统 I The Design of Lifting Sage Hydraulic System AbstractWith the increasingly rich cultural life,people in the performance stage effect of the demand is higher and higher.In more high-grade cultural entertainment venues,in order to create a vivid three-dimensional performance effect,gradually abandoned the traditional static stage,and replaced by lifting stage.the working panel lifter which enjoys pond has to have function of rise and fall,the working panel lifter needs to keep level ground rise and fall,cant have bigger inclination.This article is about the hydraulic lifting system design stage.The lifting platform is mainly has two parts:the mechanical system and hydraulic system.Mechanical agencies mainly transfer and support role,the hydraulic system.Mechanical agencies mainly transfer and supporting role,the hydraulic system mainly provide motivation,they both work together we can realize the function of elevator.At present,the hydraulic elevator stage is developing toward long distance,high speed,lowfriction.In recent years,the design, manufacturing and application of the hydraulic elevator stage,Our country and foreign advanced level still lags far behind.there are many shortcomings in the process of designing and making hydraulic elevator stage in our country.So we needed to improve in many areas.Key Words: hydraulic lifting stage;the mechanical structure;the hydraulic system窗体顶端II目 录1 绪论11.1升降舞台11.2升降舞台液压传动系统12 制定液压舞台基本方案42.1升降舞台的液压系统方案确定42.1.1升降舞台机构设计42.2 液压回路的选择52.2.1 确定有路方式 52.2.2 确定调速方法 62.2.3 速度换接回路的方法 62.2.4 换向回路的选择62.2.5 压力控制回路的选择62.2.6 其他回路的分析选择62.2.6 其他回路的分析选择62.2.7液力控制回路的选择 73 升降舞台液压系统工作原理83.1 液压系统工作原理83.2 升降舞台液压系统工作原理83.3液压系统工作特点94 升降舞台液压系统计算114.1 执行元件类型数量114.2 升降舞台升降部分的设计114.2.1确定液压系统的工作要求 114.2.2 分析液压系统给给工况114.2.3 确定液压缸的主要参数125 液压元件的选择及计算175.1液压泵及电动机的选择175.2方向控制阀的选择175.3其他辅助元件的确定18III 5.4液压元件的连接226 液压系统性能的验算256.1系统压力损失计算以及泵压力的调整256.2系统发热及温升计算257 升降舞台液压系统的安装调试257.1液压系统的安装257.1.1 系统安装前的注意事项257.1.2 系统安装时的注意事项257.1.3 系统安装方法267.2 液压系统的调试277.2.1 调试的目的277.2.2 调试的步骤277.2.3 调试的主要内容288 结论30致谢31参考文献32IV1 绪论1.1升降舞台 随着文化生活的日益丰富，人们对演出活动中舞台效果的要求越来越高，在比较高档的文化娱乐场所，为了创造一种生动活泼的立体演出效果，传统的精静止舞台逐渐被摒弃，而代之以升降舞台。现在在专业歌剧院、舞剧院、话剧院以及大型的音乐厅里都配备各种类型的升降舞台，它能够有效利用现场的有效空间，尽可能的减少传动装置的占地面积保证舞台平稳升降，并且具有快速迁换布景，满足舞台工艺布置及舞美设计和剧目编导人员的需要，制造特殊气氛和效果，根据不同表演流派需求改变舞台的形式等。目前国内外采用的是滑动螺母丝杠升降台，普通滑动螺母丝杠副的特点是可以按需要设计成自锁，这对载人升降台是一个很好的优点，但是，滑动螺母丝杠副在设计成自锁的条件下机械效率很低，理论上可达到40%，事实证明，由于加工精度、表面粗糙度、润滑条件、安装条件的限制，真正能达到的机械效率只有20%30%。而舞台升降台的载重较重，一般为10t左右，加上升降速度较快，这样就必须要求所选电动机的功率较大，一般为20kw以上，同时，由于舞台升降台一般要求变频调速，这样所选用的变频器的容量较大，功率（容量）较大，成本上升，尤其是变频器，随容量的增大，成本急剧上升。因此，我们将金属切削机床上采用的滚珠螺母丝杠副用于舞台升降台的升降传动，滚珠螺母丝杠副具有较高的传动效率，但不能自锁，这对载人升降舞台来说不安全，而滚珠螺母丝杠副的传动效率高于普通滑动螺母丝杠副，且能自锁，常用于垂直移动的传动。滚柱螺母丝杠副要求丝杠直径较粗，否则，丝杠螺纹与滚柱的环槽有可能发生干涉。这一要求在舞台升降台上是完全能满足的，因为由升降行程所决定的丝杠长度较长，一般为57 m ，根据刚度要求，丝杠直径本身就要求较粗。而采用液压传动可实现高压高速、大功率、高效率、低噪声、长寿命、高度集成化等方面的发展，与机械传动相比，采用液压传动可减少换向冲击、降低能量消耗、缩短换向时间，有效利用现场有效空间，减少传动装置的占地面积，保证升降舞台升降平稳，易于实现自动化控制以及无级调速1。 常用的几种升降机构的比较： a. 液压升降机构：采用液压技术，升降平稳、噪音低。 b. 垂直丝杠升降机构：采用丝杠传动方式，可以实现双层台面的升降。根据需要可多块组成升降台群，能在行程范围内组成不同的台阶以满足会议和演3 出的需要，是搭设亭、台、楼、阁的理想道具。c. 水平丝杠机械升降机构：该结构的升降台具有土建配合量小，所需基坑浅、行程大、运行平稳、噪音低、定位准确、造价低等优点。采用水平丝杠传动，通过剪叉结构实现台面的升降运动，在行程范围内可任意停止。d. 链条式升降机构：有良好的导向机构，可保证设备运行时无倾斜。e. 齿轮齿条式升降机构：传动精确，造价高。f. 螺旋器升降机构：具有普通升降台的全部功能，主要特点是设备占用基坑小，行程大。设备高度仅200500mm，行程可达14m。对于舞台建在二层以上的建筑物，因空间受到限制的剧场尤为适合2。1.2升降舞台液压传动系统a. 传动平稳 在液压传动装置中，由于油液的压缩量非常小，在通常压力下可以认为不可压缩，依靠油液的连续流动进行传动。油液有吸振能力，在油路中还可以设置液压缓冲装置，故不像机械机构因加工和装配误差会引起振动撞击，使传动十分平稳，便于实现频繁的换向；因此它广泛地应用在要求传动平稳的机械上，例如磨床几乎全都采用了液压传动。b. 质量轻体积小 重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快 液压传动与机械、电力等传动方式相比，在输出同样功率的条件下，体积和质量可以减少很多，因此惯性小、动作灵敏；这对液压仿形、液压自动控制和要求减轻质量的机器来说，是特别重要的。例如我国生产的挖掘机在采用液压传动后，比采用机械传动时的质量减轻了1T。c. 承载能力大 液压传动易于获得很大的力和转矩，因此广泛用于压制机、隧道掘进机、万吨轮船操舵机和万吨水压机等。一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长。d. 容易实现无级调速 在液压传动中，调节液体的流量就可实现无级凋速，并且调速范围很大，可达20001，很容易获得极低的速度。e. 易于实现过载保护 液压系统中采取了很多安全保护措施，能够自动防止过载，避免发生事故。f. 液压元件能够自动润滑 由于采用液压油作为工作介质，使液压传动装置能自动润滑，因此元件的使用寿命较长。g. 容易实现复杂的动作 采用液压传动能获得各种复杂的机械动作，如仿形车床的液压仿形刀架、数控铣床的液压工作台，可加工出不规则形状的零件。h. 简化机构 采用液压传动可大大地简化机械结构，从而减少了机械零部件数目。i. 便于实现自动化 当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控液压系统中，液体的压力、流量和方向是非常容易控制的，再加上电气装置的配合，很容易实现复杂的自动工作循环。目前，液压传动在组合机床和自动线上应用得很普遍。j. 便于实现“三化” 液压元件易于实现系列比、标准化和通用化。也易于设计和组织专业性大批量生产，从而可提高生产率、提高产品质量、降低。42 制定液压舞台基本方案2.1升降舞台的液压系统方案的确定确定升降舞台液压系统的方案：舞台重量4000Kg，舞台升降速度0.30.5m/s，升降舞台是往复短行程直线运动，所以根据它的往复运动选择它的执行元件，执行元件类型为活塞缸（A1=2A2)。2.1.1升降台机构的设计该升降台主要有两部分组成：机械系统和液压系统。机械机构主要起传递和支撑作用，液压系统主要提供动力，他们两者共同作用实现升降机的功能。如图2.1所示即为单个升降舞台的基本结构形式，其中1是工作平台，2是活动铰链，3为固定铰链，4为支架，5是液压缸，6为底座。4（支架）主要起支撑作用和运动转化形式的作用，一方面支撑舞台的载荷，一方面通过其铰接将液压缸的伸缩运动转化为舞台的升降运动，1（工作平台）与载荷直接接触，将载荷转化为均布载荷，从而增强局部承载能力。下底架主要起支撑和载荷传递作用，它不仅承担着整个舞台的重量，而且能将作用力传递到地基上。两支架在0点铰接，支架的一端分别固定在平台和底座上，另一端采用滚轮滑动，通过活塞杆的伸缩和铰接点0的作用实现舞台升降平稳。液压缸左右对称布置，工作时总体水平方向上受到的合力为零，使得台面水平方向不发生运动，垂直方向的往复运动。图2.1 升降舞台结构简图62.2液压回路的选择2.2.1确定油路方式 油路循环方式可以分为开式和闭式两种，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。 比较表2.1两种方式的差异，再根据升降舞台的性能要求，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。 表2.1 油路循环方式 油液循环方式开式闭式散热条件较方便，但油箱较大较好，需用辅泵换油冷却抗污染性较差，但可用压力油箱或其他改善较好，但油液过滤要求较高系统效率管路压力损失较大，用节流调速效率低管路压力损失较小，容积调速效率高限速制动形式用平衡阀进行能耗限速，用制动阀进行能耗制动，可引起油液发热液压泵由电动机拖动时，限速及自动过程中拖动电机能向电网输电，回收部分能量其他对泵的自吸性能要求较高对主泵的自吸性能要求较低 油源回路的原理图如下所示： 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 图2.2 油路回路原理图 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4。2.2.2确定调速方法 调速方法有节流调速、容积调速、联合调速。在设计中选用节流调速回路，。节流调速一般采用定量泵，用流量控制阀改变输出输入液压执行元件的流量来调节速度。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 ，但其速度负载特性差，效率低，发热大。2.2.3速度换接回路的选择 速度换接回路的形式常用行程阀或电磁阀来实现，行程阀具有换接平稳、工作可靠、换接位置精度高、电磁阀具有结构简单、控制灵活、调整方便的特点。2.2.4换向回路的选择 根据执行元件对换向性能功能的要求选择换向阀机能和控制方式。在本设计中多采用电磁换向阀实现回路的换向，它具有操作方便、便于布置、低速换向的特点。2.2.5压力控制回路的选择 本设计中采用了节流调速，常用溢流阀组成限压、安全、保护回路。2.2.6其他回路的分析与选择 根据升降舞台的要求，本设计中选用了多缸同步回路、顺序动作回路、平衡回路、锁紧回路和卸荷回路等。在选择回路中对同步回路和顺序动作回路进行8详细分析。 a. 多缸同步回路 同步回路是保持两个或两个以上的液压缸在运动中保持相同的位移或相同的速度。 b. 调速阀控制的同步回路 在这个回路中，两个调速阀分别调节两液压缸活塞的运动速度，仔细调整两个调速阀的开口，可使两液压缸在同一个方向上实现速度同步，这种同步回路结构简单并且速度可调，但是由于油温变化及调速阀性能差异的影响，显然这种回路不易保证位置同步、且调整麻烦，速度同步精度较低，一般在5%7%之间。c. 机械联接同步回路其特点是：回路结构简单、工作可靠，但只适用于两缸载荷相差不大的场合，连接应具有良好的导向结构和刚性，否则会出现卡死现象。 d. 顺序同步回路 常用的顺序动作回路可分为压力控制，行程控制和时间控制三类，其中前两类使用较多。 根据执行元件对换向性能功能的要求选择换向阀机能和控制方式。在本设计中多采用电磁换向阀实现回路的换向，它具有操作方便、便于布置、低速换向的特点5。2.2.7压力控制回路的选择本设计中采用了节流调速，常用溢流阀组成限压、安全、保护回路。93 升降舞台液压系统工作原理图分析3.1液压系统组成及工作原理 确定该系统的工作循环为：快速前进工进工退原位停止，当按下启动动按钮电机转动，液压泵开始工作，把油箱的油通过分流阀等量分流到两个三位四通的电磁换向阀。当按下快速上升按钮，电磁铁得电，换向阀1工作在左位，换向阀2工作在右位。油液通过节流阀流向四个液压缸，四个液压缸同步快速上升，油液再通过节流阀在流回油箱。当液压缸上升到上限位置碰到行程开关，电磁铁失电，两换向阀同时换中位，实现系统保压。当按下匀速上升按钮，电磁铁得电，换向阀1工作在左位，换向阀2工作在右位。油液通过节流阀流向四个液压缸，四个液压缸同步匀速上升，油液再通过节流阀在流回油箱。当液压缸上升到上限位置碰到行程开关，电磁铁失电，两换向阀同时换中位，实现系统保压。当按下下降按钮，电磁铁得电，换向阀1工作在右位，换向阀2工作在左位，油液再通过单向阀在流回油箱。当液压缸下降到下限位置碰到行程开关，电磁铁失电，两换向阀同时换中位，实现系统卸荷。当液压系统出现故障等要求紧急停止时，按下停止按钮，电磁阀复位，电磁阀都失电，两个换向阀都置中位，整个系统停止。3.2 升降舞台液压系统工作原理图 根据升降舞台液压系统设计，升降舞台的液压系统由阀体控制，进行升降运作，其中包括流量阀、溢流阀、节流阀、调速阀、换向阀，依靠阀体的相互配合，充分利用各个阀体的特点进行组装，完成舞台从上升到下降的整体过程。 舞台液压设计原理图如下：3.3液压系统的工作特点 该升降台主要有两部分组成：机械机构和液压系统。机械机构主要起传递和支撑作用，液压系统主要提供动力，他们两者共同作用实现升降机的功能。这里主要介绍液压系统，升降台液压系统的一个完整的循环包括快速上升、匀速上升、下降、停止。实现四个液压缸速度同步和位置的同步。1液压缸；2过滤器；3温度计；4液位计；5电机；6液压泵；7溢流阀；8压力表；9分流阀；10、11三位四通电磁换向阀； 12、15单项节流阀；13、14节流阀；16、17、18、19液压缸； 20二位二通电磁换向阀；21调速阀图3.1 液压系统原理图3.3液压系统的工作特点 该升降台主要有两部分组成：机械机构和液压系统。机械机构主要起传递和支撑作用，液压系统主要提供动力，他们两者共同作用实现升降机的功能。这里主要介绍液压系统，升降台液压系统的一个完整的循环包括快速上升、匀速上升、下降、停止。实现四个液压缸速度同步和位置的同步。相同，对升降台来讲，对同步的要求应该是严格意义上的位置同步，即四缸不管是在运动中还是在停止时，都应该保持位置相同乐池的升降台必须具备升降功能，升降台需保持水平地升降，不能有较大的倾斜，以免在升降过程中乐队人员。液压升降台在升到最高位置和降到最低位置时，能稳定在极限位置。升降台应升降平稳、速度可调，并且升降台的驱动装置工作可靠，控制灵活方便。工作时产生的冲击、振动和噪声要小。这样才能保证乐队在演唱时，不会因为升降台的升起和下降时，升降台倾斜而站立不稳，其中液压系统还要实现系统的卸荷， 保压防止升降台因超载而下降，影响演出或发生意外事故6。184 升降舞台液压系统设计计算4.1 执行元件类型、数量 表4.1 执行元件类型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（A1=2A2)，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。4.2升降舞台升降部分的设计4.2.1确定液压系统的工作要求根据工作要求，快速前进时的速度为4500mm/min(0.075m/s)，工作进给时的速度应在20120mm/min(0.00030.002m/s)范围内作无级调速，运动部件自身重为4t，启动换向时间为t=0.05s，系统竖直放置的垂直导轨的静摩擦系数为=0.2，动摩擦系数为=0.1，油缸机械效率cm取为0.97。根据以上的数据可以得：重力： （4.1）静摩擦力：= （4.2）动摩擦力： （4.3）惯性力：= （4.4）4.2.2分析液压系统给的工况 启动加速阶段： F=(Fs+)/cm(7840+6000)/0.9=15377.8N=15.4KN （4.5） 工进阶段： F=/cm=3920/0.9=4355.6N=4.4KN （4.6）工退阶段： F= /cm=3920/0.9=4355.6N=4.4KN （4.7）4.2.3确定液压缸的主要参数 a.初选液压缸的工作压力 表4.2 按负载选择压力负载（KN）50工作压力/mpa5 表4.3 按设备类型选择系统工作压力设备类型 机床 磨床 拉床 组合机床 龙门刨床农业机械，小型工程机械，建筑机械，液压凿岩机液压机，大中型挖掘机，重型机械，起重运输机械工作压力/mpa0.82352881010182032 由计算得出各阶段负载的最大值查表4.2和表4.3，取液压缸的工作压力为2.5MPa9。 b. 确定液压缸的主要结构参数 表4.4 液压缸参考背压系统类型背压 Pb105/Pa回油路上有节流阀的调速系统25回油路上有调速阀的调速系统58回油路上装有背压阀515带补油泵的闭式回路815根据计算得，最大负载为启动加速阶段负载：F=15.4KN，液压缸压力为2.5mpa，且为了防止负载的突然消失，改液压缸采用背压，则参照表4.4，选背压为P2=0.5mpa。则：A= （4.8）则活塞直径： D= （4.9） 式中：D活塞杆直径缸、筒内径，单位为m； F无杆腔推力，单位为N； P工作压力，单位为MPa； 液压缸机械效率，取=0.95。 查设计手册，液压缸内径系列将所计算的值圆整为标准值，取D=100mm。 c. 活塞杆直径的确定活塞杆直径根据受力情况和液压缸的结构形式来确定：对于双作用单边活塞杆液压缸，其活塞杆直径，可按照活塞往复运动之速度比来决定。 （4.10） 而根据压力的大小，可选用压力小于，可选用速度比为，所以d= 56mm符合活塞杆标准直径系列，由D=100mm，d=56mm计算液压缸无杆腔有效工作面积为A1=78.5cm2 ，有杆腔有效工作面积为A2=19.63cm2 假定工作进给采用调速阀调速，查产品样本，调速阀最小稳定流量为Qmin=0.05L/min，因为工作进给最小速度为Vmin=20mm/min， 则Qmin/Vmin=0.051010/20=15cmA2A1， 因此能满足低速稳定性要求10。 d. 计算液压缸的工作压力、流量以及功率 (1) 计算工作压 P1= （4.11） 根据有关资料，系统的背压在0.50.8MPa范围内选取。暂时规定，工作进给的的背压为Pb=0.8MPa 快速进给时的背压为Pb=0.5MPa。液压缸在工作循环各阶段的工作压力P1可按公式（4-11）计算得出： 工作进给阶段： P1=F/A1+ PbA2/A1= 快速退回阶段： P1=F/A2+A1Pb/A2= 快速前进阶段: P1=F/A1-A2+A2Pb/A1-A2= (2) 计算液压缸的流量 Q=AV （4.12） 式中: A 液压缸的面积 V 液压缸的速度 根据快进快退速度V1=0.075m/s，工进速度V2=0.02m/s计算液压缸各阶段所应输入的流量。 工作进给阶段： Q1=A1V2=78.50.002/1010=0.96L/min 快速退回阶段： Q1=A2V1=19.630.075/1010=18L/min 快速前进阶段： Q1=(A1-A2)V1=(785-19.63)0.075/1010=17.3L/min (3) 计算液压缸的输入功率 P=PQ （4.13） 式中： P液压缸的压强 Q液压缸的流量 工作进给阶段： P=P1Q1= 快速退回阶段： P=P1Q1= 快速前进阶段： P=P1Q1= (4) 液压缸壁厚，最小导向长度，液压缸缸筒长度的确定 1) 缸筒材料要求： 有足够的强度和冲击韧性，具有良好的焊接性能； 采用热轧无缝钢管，调质处理。此处要求缸体与端盖焊接，取调质30号 抗拉强度为安全系数为 11 有 （4.14） （4.15） 根据缸筒内径查手册液压传动选缸筒外径为，则满足：0.825mm （4.16）即缸体的壁厚为13.5mm(2) 最小导向长度，液压缸缸筒长度 活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中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H。 图3.5 液压缸结构简图 液压缸的缸筒长度L主要有活塞最大工作行程决定，一般缸筒长度不超过内径的20倍。 活塞宽度度b=（0.61）D=0.6100=60mm （4.17） 活塞杆导向长度H=（0.61.5）d=1.070=70mm （4.18） 通常L()D=1010020100=1000mm2000mm=1000mm （4.19） （4.20） 即H1000/20100/2=100mm 取为100mm导向套滑动面长度A，在D80mm时，取A=(0.61.5)D，在D80mm时，取A=(0.61)D，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12。19 5 液压元件的选择及计算5.1 液压泵及电动机的选择由液压工矿系统得液压缸的工作压力在快退阶段达到最大。设进油路压力损失P=0.5MPa ，则液压泵的最高工作压力为:PP1+P1=1.09+0.5=1.59MPa （5.1） 因此，液压泵的额定压力可以取为（1.59+1.5925%）MPa=1.99MPa。 （5.2） 式中 泄漏系数，一般取=1.11.3，大流量时取小值，反之取大值 同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值 将流量值18L/min代入（5-2）公式中，分别求出快进及工进阶段的供油量。 快进快退时泵的供油量为：Qkq=1.118=19.8L/min （5.3）工进时泵的流量为：Qkq=1.10.94=1.04L/min （5.4） 考虑到节流调速系统中溢流阀的性能特点，应加上溢流阀稳定工作时的最小溢流量一般取为3L/min。查产品样本，选择小泵排量V=25ml/min的YB-25叶片泵，额定转速n=960r/min，则泵的额定溢流量为Q=Vpv=259600.90.001L/min=22L/min （5.5） 经过计算得快退阶段功率最大，所以根据快退阶段功率计算电动机功率。设快退时进油路的压力损失为P1=0.2MPa，液压泵的总效率为p=0.7，则电动机功率为 P=PQ/=(p1+p1)Q/p=(1.09+0.2)2.21000/600.7=676W （5.6）查电动机产品样本，选用Y901-6型异步电动机P=1.1KW，n=910r/min。5.2方向控制阀的选择根据结构类性及工作原理，此外，还应考虑阀的安装及连接形式，尺寸重量，价格，使用寿命，维护方便性，货源情况等。可以选择DBD式直动式溢流阀，相关参数如下：型号：DBDS6G10 最低调节压力：5MPa 流量： 40L/min 介质温度： 该升降机液压系统中所使用的流量控制阀有分流阀和单向分流阀，单向分流阀的规格和型号如下：型号： FDL-B10H 公称通径：10mm21公称流量: P、O口 40L/min A、B口 20L/min连接方式：管式连接 重量：4Kg 分流阀的型号为：FL-B10 公称通径：10mm公称流量：P、O口 40L/min A、B口 20L/min连接方式：管式连接 重量：4Kg 方向控制阀在该系统中主要是指电磁换向阀，通过换向阀处于不同的位置，来实现油路的通断。所选择的换向阀型号及规格如下：型号：4WE5E5OF 额定流量：15L/min 消耗功率：26KW 电源电压：工作压力：A、B、P腔 T腔： 重量：1.4Kg5.3 其它辅助元件的确定油管的内径取决于管路的种类及管内液体的流速和油管直径d。具体可由下式确定： （5.7） 式中：油管直径，单位为； 油管内液体的流量，单位为m3/s； 油管内的允许流速，单位为m/s； 由于本系统液压缸差动连接快进时，油管内通油量最大，其实际流量约为泵额定流量的两倍， 故Q=222=44L/min。a. 油管：取 （5.8） 式中： 管道中最大流量，查手册，根据GB/T3683-1992，采用1 型公称直径为的一层钢丝编织的液压橡胶软管。b. 过滤器：吸油过滤器：查产品样本手册采用10080型，额定压力为：1.6，流量：100L/min，过滤精度80。 回油过滤器：查产品样本手册采用RS60100A10CF，额定压力为：1.0，23报警压力0.25，过滤精度10。c. 油箱容积的确定：油箱在系统中的主要功能为：储存系统所需要的足够的油液，散发系统工作时产生的一部分热量，分离油液中的气体及沉淀污物。油箱容积的确定是设计油箱的关键，油箱的容积应能保证当系统有大量供油而无回油时。最低液面应在进口过滤器之上，保证不会吸入空气，当系统有大量回油而无供油时或系统停止运转，油液返回油箱时，油液不致溢出。初始设计时，可依据使用情况，按照经验公式确定油箱容积可知： （5.9） 式中：油箱的容积，单位为L； 液压泵的流量，单位为； 经验系数，而此次为中压系统则取57；则 V=（57）=Q（57）58 L=（290406）Ld. 冷却器的设计选择从油路管路返回油箱的油温，一般不高于60。C，在高压下工作的液压传动系统，为了避免过分漏油，其允许油温最高至50。C，高于上述温度时，可采用冷却器以降低油温。通常冷却器皆安在油箱的回油管路上。在很多情况下，油的发热是由于大量高压油从溢流阀中流出，此时，冷却器应安在溢流阀的泄油管路上。这样，过热的油在返回油箱之前温度即行降低。安装冷却器后，压力损失一般为0.11公斤/厘米2。用于冷却器的热交换器形式很多，而本文采取了多管式冷却器，水为冷却介质，从管内通过，油从筒体内管间流过。 e. 油管壁厚：升降舞台系统中的油管可用橡胶软管和尼龙管作为管道，橡胶软管装配方便，能吸收液压系统中的冲击和振动，尼龙管是一种很有发展前途的非金属油管，用于低压系统。本系统采用的油管内径统一为1814。f. 过滤器过滤器选择应考虑以下几点： (1) 具有足够大的通油能力，压力损失小，一般过滤器的通油能力大于实际流量的二倍，或大于管路的最大流量。 (2) 过滤精度应满足设计要求，一般液压系统的压力不同，对过滤精度的要求也不同，系统压力越高，要求液压元件的间隙越小，所以过滤精度要求越高。25 (3) 滤芯应有足够的强度，过滤器的实际压力应小于样本给出的工作压力。 (4) 滤芯抗腐蚀性能好，能在规定的温度下长期工作。根据上述原则，考虑到螺杆泵的流量，选定过滤器为烧结式过滤器，其型号及具体参数如下所示：吸油过滤器：查产品样本手册WU-10080型，额定压力为1.6MPa流量100L/min过滤精度80m回油过滤器：查查品样本手册，采用RS60100A10CF，额定压力为1.0MPa报警压力为0.25MPa过滤精度为10m。5.4液压元件的连接液压元件的连接可以分为螺纹连接、板式连接，集中块式连接三种。这里介绍板式连接中的集中块式连接板。它是本液压系统中将要采用的连接方式。266 液压系统性能的验算6.1 系统压力损失计算以及泵压力的调整由于系统管路布置尚未确定，所以只能估算系统压力的损失。a. 快速退回时 快速退回阶段的流量最大，并且液压缸有杆腔进油，故回油流量最大，是进油量的1/c倍，即1/c=1/0.44=2.27倍，进回油路压力损失应分别计算。 (1) 进油路 已知管长=2m，流量Q=1050cm/s管径d=32mm粘度v=0.20m/s 密度=900kg/m单向阀一个，Pc1=0.2MPa，换向阀一个，Pc2=0.2MPa， 单向顺序阀（反向流）一个，Pc3=0.2MPa， 直角弯头一个，=1.12 由此可算得： 流速：V=4Q/d=10504/3.1432=1.31m/s （6.1） 雷诺数：Re=Vd/=1313.2/200.02=2096 油液属层流 （6.2） 沿程阻力系数：=75/Re=75/2096=0.036 （6.3） 沿程压力损失：P1=1P2/2d=0.03629001.31/0.0322 =0.002MPa （6.4）局部压力损失：P2Pn(q/qn)=Pc1(Q/Qe1)+Pc2(Q/Qe2)+Pc3(Q/Qe3)+P/2 0.2(62.9/100)+0.2(62.9/190)+0.2(62.9/150)+1.12901.31 /21010 =0.14MPa （6.5） 进油路总压力损失：Pc=P1+P2=0.002+0.14=0.142MPa （6.6） (2) 回油路已知流量Q=1050/c=1050/0.44=2386cm=143L/min，管长L=1m换向阀一个Pc=0.2MPa，直角弯头一个，=1.12其余与进油路一样。由此可计算得： 流速：v=4Q/d=4143/3.143.2=297cm/s=2.97m/s （6.7） 雷诺数：Re=vd/=2973.2/200.01=4752 该油液是紊流 （6.8） 沿程阻力系数：=0.3164Re=0.31644752=0.038 （6.9） 程压力损失计算：Pr1=1/2d =0.0389002.97/20.032 =0.0047MPa （6.10）28 局部压力损失：Pr2=Pc(Q/Qe)+Pc(Q/Qe)=1.129002.97/21010=0.12MPa （6.11） 回油路总压力损失：Pc=Pr1Pr2=0.00470.12=0.125MPa （6.12）b. 慢速折弯时从快速退回行程的压力损失计算可看出，沿程压力损失与局部压力损失相比很小。在慢速折弯行程流量更小，使得沿程压力损失更小，故可忽略不计，只考虑局部压力损失。 (1) 进油路：已知流量Q=542cm/s=32.5L/min其余与前相同。由此可计算得：进油路压力损失为：P=Pr1=Pc1(Q/Qe1)+Pc2(Q/Qe2)+Pc2(Q/Qe3)+p/2 =0.2(32.5/100)+0.2(32.5/190)+1.129000.67/21010 =0.03MPa （6.13） (2) 回油路：已知流量Q=5420.44=238cm/s=14.28L/min单向顺序阀（正向流）Pc=0.3 其余从前。由此可计算得：回油路压力损失为：P2=Pr2=Pc2(Q/Qe2)+p/2+Pc(Q/Qe)=0.2(14.28/190)+1.129000.3/21010+0.3(14.28/150)=0.004MPa （6.14） (3) 系统压力的调节对工作行程（慢速折弯）时系统压力的调节如下： 安全阀调节压力为： P=Fmax/A1gJ+cP2+P1 =15000/0.0198+0.0041010 =24.35MPa （6.15） 单向顺序阀调节压力为： P=G/A2P2 =15000/0.01984000=0.751010Pa =0.75MPa （6.16）6.2系统发热及温升计算30a. 发热量估算从整个工作循环看，功率变化较大，计算平均发热量。从速度循环图可近似计算各阶段的时间： 快速下降：T1=S1/V1=180/23=7.85s （6.17） 慢速折弯：启动时初压： T2=S2/V2=15/12=1.25s （6.18） 终压：T3=2S2/V2=25/12=0.83s （6.19） 快速退回：T4=S3/V3=200/53=3.77s （6.20） 循环周期：T0=T1T2T3T4=7.851.250.833.77 =13.7s （6.21） 快速下降: Po1Po2(0.660)gJ/2=0.3kw （6.22） 终压:Po3FV (1000000510000)（0.0120）22=3150w=3.15kw （6.23） 快速退回：Po40.87gJ=0.870.91=0.79kw （6.24） 从压力，流量循环图求各阶段液压泵输入流量。 快速下降：Qb1=kQ1=1.162=68.2L/min=1137cm/s （6.25） Pb1=pp1=0.142=0.14MPa （6.26） PE1=Qb1Pb1/b=11370.14/0.85=187w （6.27） 慢速折弯，初压：Qb2=kQ2=1.1325=35.75L/min=596cm/s （6.28）Pb2=(1.220)/2P1=0.65MPa （6.29）PE2=Qb2Pb2/b=5960.65/0.85=456w （6.30） 终压：Qb3=k(Q30)/2=1.1(32.5+0)/2=17.88L/min=298cm/s （6.31）Pb3=(24.31.22)/2P1=12.760.03=12.8MPa （6.32）PE3=Qb3Pb3/b=29812.8/0.85=4488w （6.33） 快速退回：Qb4=KQ3=1.162.9=62.19L/min=1153cm/s （6.34） Pb4=PP1=0.97MPa （6.35）PE4=Qb4Pb4/b=11530.97/0.85=1316w （6.36） 系统的发热量为：H=(PE1PO1)T1(PE2PO2)T2(PE3PO3)T3(PE4PO4)T4/T0=(0.1870)0.78(0.4560)1.25(4.4883.15)0.83(1.1360.79)3.77/13.7=0.347kw （6.37）32b. 系统热平衡温度计算 设油箱边长比为1:1：11:2:3范围内，油箱散热面积为 A=0.065V=0.065378=3.4m （6.38） 假定自然通风不好，取油箱散热系数 C=0.008kw/m 室内环境温度为30摄氏度，系统热平衡温度为 T2=T1H/CA=30+0.347/83.40.001=43 （6.39） 满足T2T=50 ，油箱容量合适15。347 升降舞台液压系统的安装调试7.1液压系统的安装安装的基本要求：a. 方便安装及检查，便于维修或替换；b. 抑制环境噪声。（要对液压泵和液压马达采取隔振措施，在阻震器上以及所有运动/震动部件和刚性零件上使用软管，都可抑制噪声）；c. 遵循油管、软管和接头的手册说明；d . 焊接或热弯的油管必须彻底清洗，用线刷或油泽冲洗。7.1.1系统安装前注意事项 a. 便于马达或电动机执行工作；b. 安装场所应该在灰尘小，通风条件好，受其他工作影响小的场合；c. 过滤器、蓄能器等需经常维护检修的元件，要安装在易于维修的位置；d. 对系统外部的各个零部件、油箱、油管和过滤器等安置于最佳散热位置。7.1.2系统安装时的注意事项a. 清洁度软管、油管、接头在安装前是不干净的，因此安装前需要清洗。最好用没有煤油的皱纹纸或无丝纸清洗，然后用压缩空气吹干净。此过程应重复用这种纸、布擦干净，直到擦出完全干净的纸、布。如果油管是热弯的或焊接的，那么他们应用盐酸浸洗，再用冷水和热水冲洗晾干。若油管并不马上安装，那么他们必须用干净的液压油浸泡，并用纸、布包住，防止油管生锈。在没有安装部件之前，不要把包在液压油泵、马达、阀门等部件上的纸去掉。车间、厂房、工具和工作服都必须保持干净，不准有灰尘，远离火源禁止吸烟。尽量避免油变质。即过滤器必须清洁，尤其是活塞杆，轴和轴的油封。用来装油的工具也要清洁，装到系统中的油液必须用过滤器过滤。大油箱里的油通常不太干净，根据装油的情况，常常会含些水，因而在储存时应将油箱放到，若放置在室外时，则应倾斜放置，这样水不会在盖口停留16。 (1) 配管 配管时需要注意管道的热胀冷缩、管接头处的漏油与空气吸入，管道支架的间隔适当，取为2m。橡胶软管要保持合理的弯曲半径，不允许与其它机械管道接触，否则会在短36时间内损坏。管子与软管损坏的要及时更换，选择管子、软管、螺纹接头或法兰，要保证额定压力值，即壁厚和材质，满足使用要求。硬管要用无缝钢管。钢管与金属接头在安装前必须绝对清洁、不得有污垢、锈皮、焊渣、和切屑等。可以用钢丝刷、洗管器清理或酸洗，酸洗前的管子要进行脱脂处理，酸洗之后要进行彻底漂洗。切削之后的管子内棱应校锥孔以避免消弱连接。装配之后管子不得再行电焊或气焊，因为无法清理。软管应该多弯几次，以便释放任何滞留的脏东西。弯管前管材要退火，以防止弯管起皱或变扁，要准确弯管，使管子不经弹性变形即可到位。法兰必须在安装面上配合平整，并用长度合适的螺钉紧固，螺纹接头安装前应检查螺纹上有无金属毛刺。如果导管要放置一段时间，应该堵住管口以防止异物进入，但不得用破布或其他东西堵住管口，因为这只会带来污染问题，应该用尺寸合适的封帽。 (2) 加油油桶要卧式存放，并尽可能在室内或棚内存放。打开油桶前，应彻底清理桶顶桶口，防止泥土和其他外界污染物进入油液。只准用清洁的容器、软管等从油桶向油箱输入油液，推荐使用带有过滤器的输油泵，有时在新液压油中也发现污染物，因此应通过便携式过滤机给工作着的液压系统供油。当便携式过滤机的软管接入油箱时，要把接头擦拭干净，以防止泥土或其他杂质进入系统。 (3) 冲洗冲洗之前应取下精密的系统元件或空心件。从被冲洗的主管路上拆下系统滤芯，冲洗流量应为系统预期流量的22.5倍，如果可能的话，使用热冲洗液，每次只冲洗一个支路，从最靠近冲洗泵的回路开始，依次向下游推进，这可能要在系统中增设截止阀，以实现这种方案。不能用系统泵作为冲洗泵，在冲洗系统中应使用容量与所用流量匹配的冲洗过滤器，过滤精度应尽可能高，不能低于推荐的系统过滤精度。冲洗油箱以避免污染物滞留在系统油箱中。建立油液取样计划以检查污染度，从而确定何时结束冲洗过程。冲洗之后，采取一切措施防止重装工装元件时带入污染物。用尽可能大的流速进行冲洗，以便清除管头处的污染物，清洗压力一般为13MPa，清洗结束后要清除管道和油箱壁上附着的清洗液。7.1.3系统安装方法37 a. 安装油管(1) 吸油管不应漏气，各接头处要紧牢并密封好；(2) 吸油管道上一般应设置过滤器；(3) 回油管应插入油箱的液面以下，防止飞溅泡沫和混入空气；(4) 电磁换向阀内的泄漏油液应单独返回油管，这样可以防止泄漏回油时产生背压，避免阻碍阀芯的运动；(5) 溢流阀回油口不许与液压泵的入口相接；(6)全路管路应进行两次安装，第一次试装，第二次正式安装。试装后，拆下油管 用20%的硫酸或盐酸溶液进行清洗，再用10%的苏打水中和，最后用温水清洗，待干燥后涂油进行二次安装，注意安装时不得有沙子和氧化皮等。b. 安装液压元件(1) 液压元件安装前，要用煤油清洗，自制的重要元件应进行密封和耐压试验，液压压力可取工作压力的2倍，获取最高使用压力的1.5倍，实验时要分级进行，不能一下子就升级为试验压力，每升一级检查一次；(2) 方向控制阀应保持轴线呈水平位置安装；(3) 板式元件安装时，要检查进出口的密封圈是否合乎要求，安装前密封圈应突出安装平面，保证安装后有一定的压缩量，以防泄漏；(4) 板式元件安装时，固定螺钉的预紧力要均匀，使元件的安装平面与元件底板平面能很好的接触。 c.安装液压泵(1) 液压泵的传动轴与电动机驱动轴同轴度误差应小于0.1mm，一般采用挠性联轴器连接；(2) 液压泵的旋转方向和进出油口应按要求安装；(3) 液压泵的吸油高度要小于0.5m。7.2液压系统的调试7.2.1调试的目的(1) 从设计制造和使用的目的角度来验证锁定的方案，所设计和选择的液压与原件是否合理，是否符合主机所要求的性能；(2) 确定液压传动装置以及元件的改进方向；(3) 判断在使用液压系统时所采用得算方法及原理是否合理，以便改进。7.2.2调试的步骤 (1) 开箱验收，清点到货内容是否与装箱单相同，部件、附件、随机工具和文39件是否齐全，目测检查有无运输中的损坏与污染； (2) 把主机分总安装定位，并进行必要的矫正和固定； (3) 连接机器中的液压执行器，冲洗较长的管子和软管； (4) 检查电源电压，然后连接动力线控制线，根据需要连接，冷却水源，检查泵的旋转方向是否正确； (5) 用规定的油液关注油箱。用油正确尤其是油液粘度，加油不要超过最高油面标准； (6) 根据需要给泵壳体注油，打开吸油管截止阀； (7) 把压力控制阀、流量控制阀和变量泵的压力调节器调整到低设定值，方向控制阀置于中位位置； (8) 蓄能器应充气到充气压力，绝对压力计算时，用于能量储存的蓄能器的充气压力应为系统最低工作压力的0.80.9，但不要高于系统最高工作压力的25%，用于吸收压力冲击和脉动的蓄能器的冲击压力也能够为蓄能器回路额定压力的0.50.8； (9) 电动驱动电动机或内燃机怠速，检查旋转方向； (10) 在可能的最高点给液压系统放气，旋转放气塞或管接头，操作换向阀并使执行器伸出缩回若干次，慢慢加大负载，提高压力阀的设定值，当油箱中不在有泡沫执行器不在爬行，系统不再有噪声时，即充气良好，旋转放气阀； (11) 在管路内充满油液面所有执行部件都外伸的条件下，补油至油箱最低油面标准； (12) 进行机器跑和，逐渐提高设定值，使机器满载运行几小时，检测稳态工作温度； (13) 重新拧紧螺栓和接头，以防泄漏； (14) 清理或更新滤芯17。7.2.3调试的主要内容a. 外观检查 外观检查的目的是对影响系统正常可靠地外观因素设计和安装质量的一般性初步检查，以求及早发现并及时纠正。主要内容有： (1) 液压泵阀等液压元件的连接及主机相应部件的安装是否正确可靠； (2) 系统中各液压元件、管道和接头位置是否便于安装调试检查和修理； (3) 油箱中液面高度，油箱结构和工作油液的种类是否符合要求； (4) 检查系统工作状态的测试仪表如压力表转速计及防尘； (5) 防污染等有关装置是否具备和完好。40 b. 空载试验 空载试验的作用是使整个液压系统暂无工作负载的条件下运转，全面检查液压系统的各部分回路和控制调节装置的工作是否正常可靠，工作循环是否符合要求，同时也为负载试验做准备，空载实验步骤： （1）将系统置于“停止”（或卸荷）位置，使液压泵按卸荷回路工作，启动液压泵，检查液压泵油管中的指针表是否稳定的处于“0”位或指出相应的压力，液压系统各部分不应出现刺耳的噪声，油箱中油箱表面不应有表明系统中吸入空气的泡沫。 （2）将系统至于启动装置，使机器的工作部件以最大行程作往复运动，其目的是排除寄存在液压系统中的空气，检查所有安全保护装置（安全压力继电器）工作的正确性及可靠性，检查的方法可以是使机器的工作部件慢速移动顶在刚性挡块上，通过观察相应管路
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