液压升降旋转舞台毕业设计说明书(附英文摘要完整版)

1、液压升降旋转舞台系统升降部分设计 摘 要 本次毕业设计是关于液压升降旋转舞台系统升降部分的设计。首先概括地介绍了液压升降旋转舞台，对液压升降舞台的机械结构和工艺参数进行了详细的分析。在已有工艺参数的基础上对液压系统进行了设计，并对液压元件进行了选择和验算，进而绘制了舞台的液压系统原理图和电气控制原理图，并进行详细的分析。论文最后简要地介绍了液压升降舞台的安装与维护。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，因而需要我们努力改进的地方还有很多。 关键词

2、：液压升降舞台； 液压系统； 机械结构； 液压系统原理； 电气控制 The Design of the Elevator Parts of the System of Hydraulic Elevator and Revolving SageAbstract This graduates design is about the design of the elevator parts of the system of hydraulic elevator and revolving stage. Firstly the hydraulic elevator and revolving stag

3、e in outline is introduced. Then this design analyses the basic structure and technological parameters of hydraulic elevator stage. After that it does a lot of computation about the system of hydraulic on the basis of he basic structure and technological parameters so that we can choose the hydrauli

4、c component. Afterwards it did a lot of examine about the performance of the hydraulic elevator stage. When examine meet the requirement ，this design presents the key diagram and electric controlling system diagram of hydraulic elevator stage system，besides，it also make a detailed analysis。Finally,

5、this paper briefly explain the installation and maintenance of the hydraulic elevator stage.At present, the hydraulic elevator stage is developing toward Long distance, high speed, low friction.In recent years ,at the design, manufacturing and application of the hydraulic elevator stage，Our country

6、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 need to improve in many areas.Key Words: hydraulic elevator stage; the system of hydraulic; technological parameters; key diagram of hydra

7、ulic elevator system; electric controlling system diagram目 录1 绪论11.1 液压舞台升降台在生产和生活中的作用和意义11.2 国内研究状况及发展前景11.3 液压技术的应用与特点21.3.1 液压技术的应用21.3.2 液压传动的特点31.3.3 液压系统的组成41.4 舞台升降台42 制定基本方案和绘制液压系统图62.1 基本方案的制定62.1.1 调速方案62.1.2 压力控制方案62.1.3 顺序动作方案72.1.4 选择液压动力源72.2 绘制液压系统图73 升降机机械结构的设计和计算103.1 升降机机械结构形式和运动机理

8、103.2 升降机的机械结构和零件设计103.2.1 升降机上顶板结构参数的选定113.2.2 上顶板的强度校核与刚度校核123.2.3 支架的结构163.2.4 升降机底座的设计194 执行元件速度和载荷204.1 执行元件类型、数量和安装位置204.2 速度和载荷计算204.2.1 速度计算及速度变化规律204.2.2 执行元件的载荷计算及变化规律215 液压系统主要参数的确定及工况分析245.1 升降机系统的设计要求245.2 系统压力的初步确定245.3 液压执行元件的主要参数255.3.1液压缸的作用力255.3.2 缸体内径的确定255.3.3 柱塞直径的确定265.3.4 液压缸

9、壁厚的确定275.3.5液压缸的流量285.4 升降机的工艺参数285.5工况分析296 液压元件的选择与专用件设计306.1 液压泵的选择306.1.1 确定液压泵的额定流量306.1.2 确定液压泵的最大工作压力316.1.3 确定驱动液压泵的功率316.2 控制阀的选用326.2.1 压力控制阀326.2.2 流量控制阀336.2.3 方向控制阀346.3 管路的选用346.4 过滤器的选择356.5 油箱容积的确定366.5.1 按使用情况确定油箱容积366.5.2 按系统发热和散热计算确定油箱容量376.6 辅件的选择386.6.1 温度计的选择386.6.2 压力表的选择396.7

10、 液压元件的连接396.7.1 液压装置的总体布置396.7.2 液压元件的连接397 液压缸的结构设计407.1 缸体407.1.1 缸体底部强度计算407.1.2 缸体材料及加工要求407.2 柱塞417.2.1 柱塞的结构形式417.2.2 柱塞材料及加工要求417.3 进出油口尺寸的确定417.4 密封结构的设计选择428 液压系统性能验算438.1 系统压力损失验算438.2 系统的总效率验算459 电气控制回路设计469.1 液压和电气控制系统469.2液压系统的电气控制4810 升降舞台液压系统的安装调试5510.1 液压系统的安装5510.1.1 系统安装前注意事项5510.1

11、.2 系统安装时的注意事项5510.1.3 系统安装方法5610.2 液压系统的调试5710.2.1 调试的目的5710.2.2 调试的步骤5710.2.3 调试的主要内容58参考文献60致谢611 绪论1.1 液压舞台升降台在生产和生活中的作用和意义 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。舞台的现代化、智能化是必然的发展趋势。在比较高档的文化娱乐场所，为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摈弃，而代之以旋转升降舞台。升降舞台是机械设计基础课程中的一个典型实例，包含有典型的机械零件结构和传动机构。在确立总体方案和进行液压系统、电气控制系统设计时，考虑到

12、有效利用现场的有限空间，尽可能地减少传动装置的占地面积，采用了液压传动方式，能确保舞台运行的平稳性、安全性和可靠性要求。1.2 国内研究状况及发展前景我国的液压技术是在新中国成立以后才发展起来的。自从1952年试制出我国第一个液压元件齿轮泵起，迄今大致经历了仿制外国产品，自行设计开发和引进消化提高等几个阶段。进年来，通过技术引进和科研攻关，产品水平也得到了提高，研制和生产出了一些具先进水平的产品。目前，我国的液压技术已经能够为冶金、工程机械、机床、化工机械、纺织机械等部门提供品种比较齐全的产品。但是，我国的液压技术在产品品种、数量及技术水平上，与国际水品以及主机行业的要求还有不少差距，每年还需

13、要进口大量的液压元件。今后，液压技术的发展将向着一下方向：（1）提高元件性能，创制新型元件，体积不断缩小。（2）高度的组合化，集成化，模块化。（3）和微电子技术结合，走向智能化。总之，液压工业在国民经济中的比重是很大的，他和气动技术常用来衡量一个国家的工业化水平。升降舞台采用有效的导向系统，使伸缩台在平移过程中与固定台的间隙小，运行平稳、速度无级变化。同步装置采用低速大扭距驱动，使舞台在伸缩过程中绝对平行、自如、伸缩到位，可自动实现补平。适应于会堂、影剧院、多功能厅、演播厅、文化体育场馆、酒店等文化娱乐场所。国内多现代化的舞台系统普遍采用上位机、可编程控制器、驱动单元相结合的集散控制方式，升降

14、舞台设置由减速机、传动链条、台面、钢丝绳和平衡重等设备组成。在升降舞台运行过程中，四台电机之间的负载电流会因为四个台面上承载的人和物的重量不同、传动机构中的齿隙、钢丝绳的弹性形变、电机参数的漂移等非线性因素而产生差异。1.3 液压技术的应用与特点 1.3.1 液压技术的应用 液压技术是涉及液体流动和液体压力规律的科学技术。近几十年来，液压技术发展非常快，广泛应用于工业、农业和国防等各个部门。液压传动主要应用如下：(1)一般工业用液压系统：坯料加工机械(注塑机)、压力机械(锻压机)、重型机械(废钢压块机)、机床(全自动六角车床、平面磨床)等； (2)行走机械用液压系统：工程机械(挖掘机)、起重机

15、械(汽车吊)、建筑机械(打桩机)、农业机械(联合收割机)、汽车(转向器、减振器)等； (3)钢铁工业用液压系统：冶金机械(轧钢机)、提升装置(电极升降机)、轧辊调整装置等； (4)土木工程用液压系统：防洪闸门及堤坝装置(浪潮防护挡板)、河床升降装置、桥梁操纵机构和矿山机械(凿岩机)等： (5)发电厂用液压系统；涡轮机(调速装置)、核发电厂等； (6)特殊技术用液压系统：巨型天线控制装置、测量浮标、飞机起落架的收放装置及方向舵控制装置、升降旋转舞台等； (7)船舶用液压系统：甲板起重机械(绞车)、船头门、舱壁阀、船尾推进器等； (8)军事工业用液压系统：火炮操纵装置、舰船减摇装置、飞行器仿真等。

16、 上述的概略说明不包括所有应用的可能性。目前，液压传动技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低晚声、长寿命、高度集成化等方面都取得了很大的进展。同时，由丁它与微电子技术次紧密配合，能在尽可能小的空间内传送出尽可能大的功率并加以准确地控制，从而更使它在各行各业中发挥出巨大作用。 1.3.2 液压传动的特点 与其他传动相比其优点如下：(1)在同等体积下，液压装置能产生出更大的动力。也就是说，在同等功率下，液压装置的体积小、重量轻、结构紧凑，即：它具有大的功率密度或力密度，力密度在这里等于工作压力；(2)按压装置容易做到对速度的无级凋节，而且调速范围大，并且对速度的调节还可以在工作过程中进行；(3)

17、液压装置工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向；(4)液压装置易于实现过载保护能实现自润滑，使用寿命长；(5)液压装置易于实现自动化，可以很方便地对液体的流动方向、压力和流量进行调节和控制，并能很容易地和电气、电子控制或气动控制结合起来，实现复杂的运动、操作。(6)液压元件易于实现系列化、标准化、通用化，便于设计、制造和推广使用当然，液压传动还存在以下一些明显缺点：(1)液压传动中的泄漏和液体的可压缩件，使这种传动无法保证严格的传动比；(2)液压传动有较多的能量损失(泄漏损失、摩擦损失等)，因此，传动效率相对低；(3)液压传动对油温的变化比较敏感不宜在较高或较低的温度下工作;(4)液压传动在出

18、现故障时不易找出原因。 1.3.3 液压系统的组成液压传动装置主要由以下五部分组成：(1)能源装置把机械能转换成油液液压能的装置。 (2)执行装置把油液的液压能转换成机械能的装置。它可以是作直线运动的液压缸，也可以是作回转运动的液压马达。 (3)控制调节装置对系统中油液压力、流量或流动方向进行控制或调节装置。例如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等这些元件的不同组合形成了不同功能的液压系统。 (4)辅助装置上述三部分以外的其它装置，例如油箱、滤油器、油管等。它们对保证系统正常工作也有重要作用。(5)工作介质：液压系统中用量最大的工作介质是液压油，通常指矿物油。液压油具有优良的润润滑性能，在应用中占

19、主导地位。1.4 舞台升降台 为满足当代观众的需求，求得完美的效果，舞台上除了灯光、音响外，舞台机械尤为重要。舞台上设有吊杆、吊点、灯光渡桥、灯光吊笼、防火幕，台下设有升降台、车台、转台、升降乐池等，有的升降台中配套转台，或转台中有升降台。升降台是舞台下机械设备中应用最广泛的设备之一，在专业歌剧院、舞剧院、话剧院以及许多国际知名音乐厅里都配备着各种类型的升降台。他具有快速迁换布景、满足舞台的工艺布置的需要、满足舞美设计和剧目编导人员的需要、制造特殊的气氛和效果、根据表演的需要改变舞台形式等作用。升降舞台在降至最低时，和下舞台面平，演员可以站立在升降舞台台面上；舞台升至最高时，和主舞台面平，从而

20、使演员从台下隐藏室缓缓升至主舞台上，给观众一种意想不到的视觉效果，可利用升降台不同的高度变化来改变舞台的形状，适应剧情对布景或场地的要求，充分满足了音乐剧、歌剧、芭蕾、戏剧和综合文艺演出的不同需要，使观众能够享受全面的舞台艺术魅力，以节省搭景消耗的人力、物力。图1-1 各种升降平台按移动的方法不同分：固定式升降机、拖拉式升降机、自行式升降机、车载式升降机等。按照升降机构的不同分：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、折臂式升降机。2 制定基本方案和绘制液压系统图2.1 基本方案的制定 2.1.1 调速方案调速方案对液压系统的性能起决定作用，选择调速方案时，应根据液压执行元件

21、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，节流调速一般采用定量泵，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流三种形式。进油节流启动冲击小，回油节流常用于有负载的场合，旁路节流多用于高速。节流调速一般采用开式循环形式，在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油流经系统释放能量后，在排回油箱。开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易混入空气。节流调速回路具有以下特点：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

22、率低，发热大。节流调速适合升降台的液压系统的调速方案，故选择节流调速，回路效率低，功率损失大。 2.1.2 压力控制方案液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或一定压力范围内工作，也有的需要多级连续或无级连续调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路

23、来获得所需的工作压力。所以升降台的压力控制由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。 2.1.3 顺序动作方案主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。工程机械的操纵机构多为手动，一般用手动的多路换向阀控制。加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制接续的动作。使用分流阀，既可以使两个液压缸的进油流量相等，也可以使两缸的回油量相等，从而液压缸往返均同步。为满足两个液压缸的流量需要，本回路即是。分流集流阀亦只能保证速度同步，同步精度一般为2-5%。

24、按下上升启动液压缸同步上升，液压缸上升到上限位置碰到行程开关换向阀换中位，系统压力保持不变。按下下降按钮液压缸同步下降，下降到下限位置碰到行程开关换向阀换中位，实现系统卸荷。 2.1.4 选择液压动力源液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵，它将机械能转变为液压能。由于机械作用，油泵在其进油口产生局部真空。油液在大气压力的作用下通过进油口进入油泵内部。油液再推动油液进入液压系统。节流调速系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的

25、情况，一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。油液的净化装置是液压源中不可缺少的。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器，故选择变量泵供油。2.2 绘制液压系统图根据上述分析，可以基本拟订本次所设计的液压控制系统的原理图及电磁铁动作如表2-1所示：表2-1电磁铁动作电磁铁动作YA1YA2YA3快速上升+-匀速上升+-+下降-+-停止-初步拟定液压系统原理图如图2-1所示： 图2-1液压系统原理图1油箱；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；9三位四通电磁换向阀； 10节流阀；11单项节流阀；

26、12、13液压缸；14调速阀；15二位二通电磁换向阀 该系统的最高压力由电磁溢流阀7控制，调节压力为2MPa,它的控制原理是当液压油泵的供油压力大于2MPa时，电磁溢流阀7的左边通电，溢流阀打开，油液通过，降低系统的油压，当油泵泵出的油压小于或等于2MPa时，溢流阀不通电，故可以系统油压的稳定性。 当按下快速上升按钮时，电磁阀9的左边通电，油液通过单向节流阀流向液压缸，两个液压缸同步快速上升，油液再通过节流阀流回油箱。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9工作在左位。油液通过单向节流阀流向液压缸，两个液压缸同步

27、匀速上升，油液再通过节流阀流回油箱。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。当升降机举到目标高度后，停止电磁阀9左边的通电，这时升降机的工作台将会因为单向节流阀11的单向流通而使柱塞缸内的油压无法反向流动，保持升降机工作台的高度不变。当要使升降机构下降时，按下下降按钮，给电磁阀9右边通电，油液通过单向节流阀流向液压缸，两个个液压缸同步下降，油液再通过单向阀流回油箱。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

28、。3 升降机机械结构的设计和计算3.1 升降机机械结构形式和运动机理 根据升降机的平台尺寸，参考国内外同类产品的工艺参数可知，该升降机宜采用单叉机构形式：即有两个同步液压缸做同步运动，以达到升降机升降的目的。其具体结构形式如下： 图3-1升降机基本结构图 图3.1所示即为该升降机的基本结构形式，其中1是工作平台，2是固定铰链，3为活动铰链，4为支架，5是液压缸，6为底座。在1和6的活动铰链处设有滑道。4主要起支撑作用和运动转化形式的作用，一方面支撑上顶板的载荷，一方面通过其铰接将液压缸的伸缩运动转化为平台的升降运动，1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

29、和载荷传递作用，它不仅承担着整个升降机的重量，而且能将作用力传递到地基上。通过这些机构的相互配合，实现升降机的稳定和可靠运行。 支架在0点铰接，支架上下端分别固定在平台和底座上，通过柱塞的伸缩和铰接点0的作用实现升降机的举升。3.2 升降机的机械结构和零件设计 3.2.1 升降机上顶板结构参数的选定上顶板与旋转台相衔接，其结构采用由若干根相互交叉垂直的热轧槽钢通过焊接形式焊接而成，其结构形式大致如下所示：图3-2上顶板设计图沿平台的上顶面长度方向和宽度方向分别布置2根12.6号热轧槽钢，组成上图所示的上顶板结构。滑槽的具体尺寸根据上下支架的具体尺寸和结构而定。 焊接处12个菱形板选用公称厚度为

30、的普通碳素结构钢，密度约为。平台上12.6号热轧槽钢的结构参数为：截面面积为，理论重量为，抗弯截面系数为。其质量分别为： 沿长度方向4根12.6号热轧槽钢的质量为：沿宽度方向4根12.6号热轧槽钢的质量为：菱形钢板质量为：菱形钢板质量可忽略不计。 3.2.2 上顶板的强度校核与刚度校核升降台上顶板的载荷是作用在一平台上的，可以认为是均布载荷，由于该平板上装有旋转台，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： -旋转台、上顶板和额定载荷重力之和，单位。设旋转台为； -载荷的作用长度。单位,沿长度方向为,宽度方向为；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

31、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：（1）升降台升到最高位置时，其受力简图为： 图3-3 升降台受力图 该升降台有4个支架，共有4个支点，假设每个支点所受力为，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： BC段： 图3-4 升降台弯矩图 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：-抗弯截面系数 ； 12.6号热轧槽钢的抗弯截面系数查表得：； -钢的屈服极限 ； -安全系数 ；代入数据： 由此可知，强度符合要

32、求。12.6号热轧槽钢的惯性矩为： 最大挠度： 定弹性模量，则由叠加原理计算得：而许可挠度为：由于，故满足刚度条件。（2）升降台处于最低位置时，分析过程如下：图3-5 升降台受力图与前述相同：弯矩如下： DE段： EF段： FG段与DE段对称。图3-6 升降台弯矩图由弯矩图可知该过程中的最大弯矩为 ： 代入数据：由计算可知，沿平台长度方向上2根12.6 号热轧槽钢完全可以保证升降台的强度要求。12.6号热轧槽钢的惯性矩为： 定弹性模量，则由叠加原理计算得：由于，故满足刚度条件。所以选用12.6号槽钢满足强条件与刚度条件。（3）同样分析沿宽度方向的强度要求：带入相关数据：受力图和弯矩图如下所示：

33、 图3-7 升降台受力图与弯矩图由弯矩图知：最大弯曲应力为：故宽度方向也满足强度要求。则由叠加原理计算得：而许可挠度为：由于，故满足刚度条件。所以选用12.6号槽钢满足强度条件和刚度条件。 3.2.3 支架的结构支架由12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。则有等式： 求得：分析支架的运动形式和受力情

34、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力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，再次简化处理，简化的原则是去次留主，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，在不改变其原有性质的情况下这样处理。根据原则再次对支架所受的力进行分析，可以看出与液压缸顶杆联结点的力为支架所受到的最主要的力，它不仅受液压缸的推力，而且还将受到上顶板所传递的作用力，因此，与液压缸顶杆相连接的支架所受到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

35、载荷和自重所传递的载荷力。计算简图如下所示： 图3-8 支架受力图所产生的弯矩为： -每个支架的支点对上顶板的作用力 单位； -液压缸与支架铰合点距支点之间的距离 单位；代入数据：假定该支架为截面为长a、宽b的长方形，则其强度应满足的要求是：式中： -支架上所受到的弯矩，单位； -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：只要截面为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。支承方通的惯性矩为：最大挠度：定弹性模量，每个支架受液压缸的推力为：则由叠加原理计算得：而许可挠度为：由于，故选用的Q235方通满足刚

36、度条件。这些钢柱的质量为： 支架的结构还应该考虑装配要求，液压缸柱塞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。 3.2.4 升降机底座的设计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。4 执行元件速度和载荷4.1 执行元件类型、数量和安装位置表4-1 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柱塞缸柱塞缸、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

37、型为柱塞缸，再根据其运动要求进一步选择液压缸类型为单作用柱塞液压缸，其符号为：图4-1 柱塞缸简图数量：该升降平台为单叉结构，故其采用的液压缸数量为两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，安装的位置在前后两固定支架之间的横梁之上，横梁和支架组成为一体，柱塞的推力通过横梁逐次向外传递，使升降机升降。4.2 速度和载荷计算 4.2.1 速度计算及速度变化规律参考国内升降台类产品的技术参数可知。最大起升高度为1500mm时，其平均起升时间为45s，即从液压缸柱塞开始运动到柱塞行程末端所用时间大约为45s

38、。本升降台的最大起升高度为2000mm，则平均起升时间为60s。设本升降台的最小起升降时间为55s,最大起升时间为65，由此便可以计算执行元件的速度v: 式中：-执行元件的速度，单位m/s ； -液压缸的行程，单位m； -时间，单位s；由作图法及实际柱塞运动行程结合柱塞行程系列（GB/T 2349-1980）可选择柱塞行程为。当 时： 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，该加速阶段加速度比较小，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，

39、其运动速度比较平稳。 4.2.2 执行元件的载荷计算及变化规律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，因此在此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，回油腔因背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。Y形密封圈

40、： -摩擦系数，取； -密封处的工作压力，单位； -密封处的直径，单位 ； -密封圈有效高度，单位； 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：-运动部件的总重力，单位； -重力加速度，单位； -启动或制动时的速度变量，单位； -起动制动所需要的时间，单位；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，该系统中共有两个液压缸，故每个液压缸需要克服的阻力为。该升降台的额定载荷为 ，其负载变化范围为，在工作过程中无冲击负载的作用，负载在工作过程

41、中无变化，也就是该升降台受恒定负载的作用。5 液压系统主要参数的确定及工况分析5.1 升降机系统的设计要求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，负载平稳，工作过程中无冲击载荷作用，运行速度较低，液压执行元件有两组液压缸实现同步运动，要求其工作平稳，结构

42、合理，安全性优良，使用于各种不同场合，工作精度要求一般. 5.2 系统压力的初步确定表5-1 按负载选择压力负载（KN）<55-1010-2020-3030-50>50工作压力/<0.8-11.5-22.5-33-44-5>5-7设备类型机床、压铸机、汽车农业机械、工矿车辆、船用机械、搬运机械、工程机械、冶金机械油压机、冶金机械、挖掘机、重型机械金刚石压机、耐压试验机、飞机、液压机具压力范围/<77-2121-31.5>31.5压力等级低压中压高压超高压说明低噪声、高可靠性系统一般系统空间有限、响应速度高、大功率下降成本追求大作用力、减轻重量表5-2按设备类

43、型选择系统工作压力由计算得出各阶段负载的最大值查表5-1和表5-2，根据液压缸的公称压力系列数据，取液压缸的工作压力为。 5.3 液压执行元件的主要参数 5.3.1液压缸的作用力液压缸的作用力及液压缸工作时的推力或拉力，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由参考文献4可知： 式中：液压缸的工作压力，单位为，取； 柱塞内径，单位为，取； 液压缸的效率，取；代入数据: 即液压缸工作时产生的推力为。 5.3.2 缸体内径的确定 该液压缸宜按照推力要求来计算缸体内经，计算式如下由参考文献7可知： 要求柱塞无杆腔的推力为F时，其内径为： 式中：柱塞直径缸、筒内径

44、，单位为； 无杆腔推力，单位为； 工作压力，单位为； 液压缸机械效率，取；代入数据：根据机械手册可知，圆整成标准值后，得,故取液压缸内径的值。液压缸的内径，柱塞的的外径要取标注值是因为柱塞和柱塞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，故柱塞和液压缸的内径也应该标准化，以便选用标准件。 5.3.3 柱塞直径的确定（1）柱塞直径根据受力情况和液压缸的结构形式来确定。由液压缸的内径将柱塞的直径定为。（2）柱塞的强度计算柱塞在稳定情况下，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计算： 式中：柱塞的推力，单位为； 柱塞直径，单位为； 材

45、料的许用应力，单位为，柱塞用45号钢； ；代入数据：故柱塞的强度满足要求。（3）稳定性校核 该柱塞不受偏心载荷，按照等截面法，将柱塞和缸体视为一体，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；柱塞材料的弹性模量，钢材取 ；柱塞截面的转动惯量，取；计算长度，取；代入数据： 其稳定条件为： 式中：稳定安全系数，一般取=24，取=3； 液压缸的最大推力；代入数据：故柱塞的稳定性满足要求。 5.3.4 液压缸壁厚的确定液压缸壁厚由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；液压缸

46、内径，单位为； 缸体壁厚，单位为； 液压缸最高工作压力，单位为，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。而缸体外径的计算公式： 把缸体内径及计算出的缸壁厚度的数据带入，可得： 5.3.5液压缸的流量 由作图法及实际柱塞运动行程结合柱塞行程系列（GB/T 2349-1980）可选择液压缸工作行程。计算液压缸工作需要流量由一下公式计算可得： 式中 -液压缸工作时最大行程； -柱塞直径； -柱塞伸到工作时的最大行程所用的时间； -额定流量； 5.4 升降机的工艺参数本设计升降机为全液压系统，相关工艺参数为：额定载荷：450kg 最低高度：6

47、00 mm 最大起升高度：2000mm 最大高度：2600mm 平台尺寸：1200×900mm 电源：380v,50Hz系统工作压力：2Mpa 系统流量： 2.31L/Min5.5工况分析升降舞台是舞台机械台下设备中应用最广泛的设备之一，在专业的歌剧院、舞剧院、话剧院，都配有着大量各种类型的升降台，以国家大剧院为例，歌剧院台下设备中，就有升降台四十五台，戏剧场的鼓形转台内，设置了两块升降台和十三块升降块，音乐厅台下设有三块升降台和一块钢琴升降台。本次设计的主要用来做演员上场时用的升降台，或钢琴师用的升降台。载荷不是很大，最大升高高度可以达到2米，行走速度2m/min，电机功率4kw。

48、6 液压元件的选择与专用件设计液压元件主要包括有：油泵、电机、各种控制阀、管路、过滤器等。由液压元件的不同连接组合构成了功能各异的液压回路，下面根据主机的要求进行液压元件的选择计算.6.1 液压泵的选择液压泵是液压系统中的能量转化装置，是将机械能转换为液压能的动力元件。为液压系统提供具有一定压力和流量的液压液。液压泵的性能好坏直接影响液压系统工作的可靠性和稳定性。选择液压泵时，首先应满足液压系统所提出的要求，还要对泵的性能、成本等方面进行综合考虑，从本系统的性能出发，齿轮泵能满足本系统的要求。外啮合齿轮泵广泛应用于车辆和工业液压系统已有多年历史。它结构简单、紧凑、应用范围广。齿轮泵利用轮齿之间

49、的空间将油液从进油口带到出油口，当轮齿吻合时封住油液的回路产生排油。与平衡式叶片泵的铀承不问，齿轮泵的压力作用在齿轮上，其轴承承受径向负荷。在额定工作压力下，这个力相当大，致使轴承的尺寸、结构及安装的同轴度成为齿轮泵设计的关键。 6.1.1 确定液压泵的额定流量泵的流量应满足执行元件最高速度要求，所以泵的输出流量应根据系统所需要的最大流量和泄漏量来确定。液压泵的输出流量应为： 式中：-泵的输出流量，单位为； K-系统泄漏系数，一般取； -同时动作的液压缸或液压马达的最大总流量，可以从 （Q-t）图上查得；对于在工作过程中用节流调速的系统，还须加上溢流阀的最小溢流量，一般取； -执行元件个数；代

50、入数据：对于工作过程中始终用节流阀调速的系统，在确定泵的流量时，应再加上溢流阀的最小溢流量，一般取： 6.1.2 确定液压泵的最大工作压力 式中：-液压缸或液压马达最大工作压力； -从液压泵出口到液压缸或液压马达入口之间总的管路损失； 的准确计算要待元件选定并绘出管路图时才能进行，初算时可按经验数据选取：管路简单、流速不大的，取；管路复杂，进口有调阀的，取。 今取,。将这些数据带入，得。考虑到液压系统的压力及油泵的使用寿命，通常在选择油泵时，其额定压力比工作压力大 ，即泵的额定压力为，取其额定压力为。 6.1.3 确定驱动液压泵的功率（1） 液压系统实际需要的输入功率是选择电机的主要依据，由于液压泵存在容积损失和机械损失，为满足液压泵向系统输出所需要的的压力和流量，液压泵的输入功率必须大于它的输出功率，液压泵实际需要的输入功率为： 式中：-液压泵的实际最高工作压力，单位Pa； -液压泵的实际流量，单位； -液压泵的输入功率，单位； -液压泵向系统输出的理论流量，单位； -液压泵的总效率，见下表； -液压泵的机械效率； 换算系数；代入数据： 表6-1 液压泵的总效率液压泵类型齿轮泵叶片泵柱塞泵螺杆泵总效率0.6-0