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文档简介

目录1.前言 41.1课题研究的目的 41.1课题研究的意义 41.2机械化移栽目前存在的主要问题 51.2.1移栽前应考虑的因素 51.2.2移栽过程中的注意事项 61.2.3移栽后的养护管理 71.3国内外前景 92.树木移栽机的工艺参数 102.2主要部件结构分析与设计 102.2.1铲斗组件的设计 102.2.2铲刀组件的设计 113.基本方案及其选型 143.1制定基本方案 143.2绘制液压系统图 173.1执行元件类型、数量和安装位置 193.2速度和载荷计算 203.2.1速度计算及速度变化规律 203.2.2执行元件的载荷计算及变化规律 203.3手部设计计算 223.4臂部设计计算 263.5夹取机构设计 284.液压系统主要参数的确定 304.1系统压力的初步确定 304.2液压执行元件的主要参数 314.2.1液压缸的作用力 314.2.2缸筒内径的确定 324.2.3活塞杆直径的确定 334.2.4液压缸参数的确定 355.液压系统方案的选择和论证 385.1液路循环方式的分析和选择 415.2开式系统液路组合方式的分析选择 415.3调速方案的选择 426.液压元件的选择计算及其连接 426.1液压泵的选择 426.2液压阀的选择 456.3蓄能器的选择 466.4管道尺寸的确定 476.5油箱容量的确定 487.电瓶及附件 497.1电瓶的容积 498.液压泵站的选择 529.液压缸的结构设计 529.1缸筒 529.1.1缸筒与缸盖的连接形式 529.1.2强度计算 539.1.3缸筒底部强度计算 539.2液压缸的计算 539.2.1负载分析 549.2.2提升液压缸主要参数的确定 559.2.3拟订液压系统图 579.2.4液压元件的选择 5810.液压系统性能验算 6010.1系统压力损失验算 6010.2系统的总效率验算 62总结 64致谢 65参考文献 -1-1.前言1.1课题研究的目的树木移栽机是一种起货性能好,适用范围广的货移植树种。可用于设备交货,在线生产线材料的高低差异,脱机,提升部件的协同组装,主机库进料,进料,储存处理等场所,使用与叉车配套,以及快速装载和卸货。采用全液压控制系统和液压系统,具有以下特点:(1)在相同的体积中,液压装置可以产生比任何其他装置更多的功率。液压装置功率相同,体积小,重量轻,功率密度高,结构紧凑,仅为液压马达功率的12%。相等的大小和重量。(2)液压装置工作顺利。由于重量轻,惯性小,响应速度快,液压装置易于实现快速启动,制动和频繁换向。(3)液压装置可实现宽范围的无级调速(调速范围可达200​​0),并可实现运行中的速度控制。(4)液压驱动器易于自动化。他可以轻松调整或控制液体的压力,流量和流动方向。(5)液压装置易于实现过载保护。(6)液压元件标准化,系列化,通用化,液压系统的设计,制造和使用更加方便。当然,液压技术有很多缺点。例如,液压传动中损失更多的能量,液压传动容易泄漏。它不仅污染工作场所,限制其应用范围,可能引发火灾事故,还会影响机芯性能的稳定性和局部正确性。。液体温度的变化更加敏感,液压元件的制造精度高,成本高,故障不易找到原因,但在实际应用中,采取了有效措施来减少液压元件的影响不好的因素。1.1课题研究的意义城市绿化是城市生态环境建设的核心内容。生态效应取决于绿色的数量,绿色的数量取决于构成城市造林主导材料的各种树木覆盖的树叶大小和树冠面积。因此,短期内种植树木将加速城市生态环境建设。提高城市生态环境质量的主要手段和途径。已经确定该树吸引二氧化碳并产生五倍于草坪的氧气。1hm2树木每年可吸收CO216t,释放0212t。吸收量是草坪的3倍,年粉尘可达0.9t。它可以吸收S02300kg和牲畜水1500t。空气湿度可以增加54%。可以看出,树木的生态效应非常明显。在目前城市热岛效应日益明朗,人们对城市居住环境质量要求越来越高的情况下,尤其要促进城市中一定数量的树木和相当数量的树木的种植。在目前的城市绿化过程中,一般都进行大规模的树木移植,由于城市生境的特殊缺陷和差异,移植后的成活率和生长表现有时并不乐观。这不仅在一定程度上浪费了社会生态资源,而且也影响了城市绿地建设的效果。因此,树木移栽机的研究和设计及其成功应用对城市造林和环境美化具有重要意义。1.2机械化移栽目前存在的主要问题通过在树木移植过程中的长期实践,列树木的成活机里和移植技术要领等进行了研究与总结。1.2.1移栽前应考虑的因素基本原理:①近似生境。实践证明,若移植后的生境近似于原生生境,则移植的成活率较高,移植在近似生境中的树木期生长情况往往能恢复到原生生境状态。树木的生长环境主要包括温度、光照、水分等小气候条件和土壤条件等,如果把处于不同生境中的树木进行移植,光度、温度、湿度、及土壤等任一条件发生变化,其树木的植株生长就会受到影响或发生差异,有的甚至枯萎死亡,所以定植地的土壤条件进行判定或测试,根据检测结果改善定植地的土壤生境条件,以提高树木移植的成活率。树木移植近似生境的原理一定程度上也是树木移植宜近不宜远、适地适树实践经验。②树势平衡。树木移植时,树木的地上部分和地下部分须保持平衡,树木移植如对根系造成伤害,就必须根据其根系分布情况,对地上部分进行修剪,使地上部分和地下部分的生长情况基本保持平衡。闪为供给根系发育的营养物质主要来副阻上部分,对枝叶修剪过多不但会影响树木的景观,也会影响根系的生长发育,所以在移植树木时必须慎重考虑枝叶和根系的去留权衡问题,尽量使地上部分和地下部分保持平衡。如地上部分所留比铡超过地下部允昕留比例,则须通过人工养护弥补这种不平衡。基本条件:①季节适时。移植树木的成功率高低在很大程度上取决于移植树木季节的选择,而考虑适时选择主要是因为此时树木的生理代谢较易得到平衡。一般情况下,常绿树移植选择在春季,即3月下旬至5月上旬。这段时期气温回升,雨量充足,光照适中,常绿树在此期问枝叶、根系处于生理生长发育期,移植受损的伤口能及时产生愈合组织,即新芽新根能在短期内得到恢复或修复。落叶树—般则选择在秋冬季,即树木落叶后到发芽前。因此时树木处于休眠期,而落叶树大多数季相明显,移植时都以保持全冠为宜,所以相对春季选择秋冬季更为妥当,但具体时间的选择还需根据树木的习性和物候特点来确定。适时选择树木的移植时间是建立在树势平衡这个基本原理之上的。②断根缩坨。从树木薪防;代谢括动的生理危度来看,树木移植经过掘起、搬运、再种植,其根系大量受损,树木的水分和有机物质大量消耗,这就打破了地上部分和地下部分的平衡,因为维持树木地上部分枝叶平衡主要依靠地下部分的根系来供给养分,而根系则主要通过大量的毛根和须根来完成,所以毛须根的数量和生理质量起着至关重要的作用。锵决树木移植中确保毛须根完整的有效办法就是采用科学的传统技法—断根缩坨,也称同根法,盘根法,—般在树木移植前1—3年通过挖沟断根、对根径lcm以上的粗根进行环状剥皮、覆士等步骤来完成对树木的断根缩坨处理,断根是提高移植树木成活率的关键因素之一。1.2.2移栽过程中的注意事项挖掘:在树木移植前,应根土壤的干湿情况进行浇水,以防挖掘后因土壤过于而使土球松散或树木脱水,以树干为中心,沿外缘挖掘土球,土球的大小应为移植树木胸径的7-8倍,土球的厚度不小于土球直径的2/3,特别有要求的树木,其土球规格可适当放大,挖掘时首先应铲除表层土,沿土球外沿开挖60-80cm宽的操作沟,遇到直径超过2cm的根系应剪断或锯断,但不可用铁锹斩断,以防震裂土球,挖到一定深度后,将士球四周的土进行修削,上大下心,肩部圆滑,形状规整,同时挖掘过程中应对树木进行适当疏枝与修剪。土壤的选择和处理:要选择通气、透水性好,有保水保肥能力,土内水、肥、气、热状况协调的土壤。经多年实践,用泥沙拌黄土(3:1为佳)作为移栽后的定植用土比较好,它有三大好处,—是与树根有“亲和力”。在栽培大树时,根部与土往往有无法压实的空隙,经雨水的侵蚀,泥沙拌黄土易与树根贴实;二是通气性好。能增高地温,促进根系的萌芽,三是排水性能好。雨季能迅速排掉多余的积水。遭水沤,造成根部死亡,旱季浇水能迅速吸收、扩散。1.2.3移栽后的养护管理旱季的管理:6-9月,大部分时间气温在280C以上,且湿度小,是最难管理的时期。如果管理不当造成根干缺水、树皮龟裂,会导致树木死亡。这时的管理要特别注意:—是遮阳防晒,可以树冠外围东西方向“几’字型,盖遮阳网,这样能较好的挡住太阳的直射光,使树叶免遭灼伤;二是根部灌水,预埋的塑料管或竹筒内灌水,此方法可避免浇“半截水”能一次浇透,平常能使土壤见干见湿,也可往树冠外的洞穴灌水,增加钳木周围土壤的湿度;三是甜南面架设三角支架,安装—个高了树l米的喷灌装置,尽量调成雾状水,因为夏、秋季大多吹南风,密装在南面可经常给树冠喷水,使树干树叶保持湿润,也增加了树周围的湿度,并降低了温度,减少了树木体内有限水分、养分的消耗。没条件对可采“滴灌法”,即在树旁搭—个三角架,上面吊一只储水梗,在桶下部打若干孔,用硅胶将塑料管粘在孔上,另一端用火烧后封死,将管螺旋状绕在树干和树枝上,按需要从没方向在管上打孔至滴水,同样可起到湿润树干树枝、减少水分养分消耗的作用。雨季的管理:南方春季雨水多,空气温度大,这时主要应抗涝。由于树木初生芽叶,根部伤口未愈合,往往会赞附木死亡。雨季用潜水泵逐个抽干穴内水,避免树木被水浸泡。寒冷季节的管理:要加强抗寒、保暖措施。一是要用草绳绕干,包裹保暖,这样能有效地低御低温和寒风的侵害,二是搭建简易的塑料薄膜温室,提高树木的温、湿度,三是选择一天中温度相对较高的中午浇水或叶面喷水。移栽后的施肥:由于树木损伤大,第一年不能施肥,第二年根据树的生长情况施农家肥或叶面喷肥。移栽后病虫害的防治:移植树木的病虫害一般由原生境附带而来的居多,所以在移植前须对树木进行病虫害的治理和健康植株树木的挑选,在移植地应特别注意对土壤和移植树木损伤截U的处理,尽量减少病菌的滋生和感染。穆植后的树木一旦发现虫害可采用捕杀、诱杀、化学施药法等进行处理,发现病害一般采用人工清除、化学施药进行防治。可用多菌灵或托布津、敌杀死等农药混合喷施。分4月、7月、9月三个阶段,每个阶段连续喷本次药,每星期一次,正常情况下可达到防治的目的。大树移栽后,一定要加强养护管理。俗话说得好,“三分钟,七分管”,由此可见,养护管理环节在绿化建设中的重要性。当然,要切实提高大树移栽后的成活率,还要在绿地规划设计、树种选择等方面动动脑筋,下点功夫。1.3国内外前景在中国液压技术正是在新中国成立的未来发展。自1952中国第一液压元件试验——齿轮泵,大致经历了外国产品的模仿,自行设计开发和引进消化和改善的几个阶段。近年来,通过技术引进和科学研究,产品质量有所提高,一批产品先进水平的开发和生产。随着现代化城市的高速发展、人们环境意识的不断增强,城乡生态环境矛盾日益突出,建设生态园林,进行城乡绿化,营造青山、碧水、蓝天和谐的人居生态环境不仅是现代城乡发展要求,更是人们对美好生活的渴望。城市环境的建设,不但促使了各地城市不断增加环境和景观的建设投入,同时也使我国园林事业呈现了飞速发展之势。我国目前林木的移栽大都采用人工作业,劳动强度大,作业效率低、成本高、成活率低。采用机械化作业可提高工效几十倍甚至上百倍,减轻了劳动强度,加快了城市园林化的步伐,同也降低了生产成本,提高了经济效益。因此研制开发适合常规配套动力的林木移栽机械具有十分重要的现实意义,其产品具有广阔的市场前景。目前,在中国的液压技术已能冶金,工程机械,机床,化工机械,纺织机械及其他部门提供了一个比较完整的产品品种。然而,我国液压技术在数量和技术水平,产品品种,与国际标准和主要行业的要求还有不少差距,大量进口液压元件的年需求。在未来,液压技术的发展将是方向的:(1)改善器件性能,创建新的组件的大小,收缩。(2)结合,高度集成化,模块化。(3)结合和微电子技术,向智能。总之,在国民经济中的比重液压行业是伟大的,他与气动技术是用来衡量一个国家的工业化程度。2.树木移栽机的工艺参数小型林木移栽机由主框架,提升架,铲刀组件,铲斗组件和液压系统等组成,如图2.1所示。提升架可沿主框架上下运动,铲斗可沿提升架上下运动。型林木移栽机可挂接在多种配套动力(如各种轮式拖拉机)上,各工作部件由液压油缸驱动。工作时,通过操纵液压系统的分配器,首先打开铲刀、铲斗,通过调整移栽机的位置,将被挖林木置于铲斗中心处,然后将提升架下移,使铲刀、铲斗置于地面上,操纵铲刀油缸将两铲刀入土后再操纵铲斗油缸将铲斗下挖至要求的深度后,通过提升架将铲刀、铲斗和林木同时提出地面,最后松开铲刀、铲斗,将根部带有圆台型土块的林木放入塑料盆中,以提高林木成活率,方便运输。本设计树木移栽机为全液压系统,相关工艺参数为:额定载荷:2000kg(夹持式手部)升降高度:1-3米主要为电力驱动机械手做上下运动。2.2主要部件结构分析与设计2.2.1铲斗组件的设计铲斗组件主要包括铲斗导轨、铲斗油缸、铲斗滑块和铲斗,如图2.1所示。铲斗的运动轨迹由铲斗导轨控制。为实现一定直径林木的移栽要求,铲斗小端直径不能太小。铲斗设计为半圆台面形,导轨角度和圆台的角度相同,以便使铲斗滑快能自如的上下移动。铲斗的大端直径为600mm,小端直径为450mm,高为500mm,当铲斗架处于闭合状态时铲斗导轨与铅垂方向的夹角为8.5°。图2.1林木移栽机铲斗组件结构示意图1.铲斗导轨2.铲斗油缸3.铲斗滑块4.铲斗油缸两端均是铰接形式,当铲斗油缸伸出时,活塞杆与连接的滑块在铲斗的滑轨上移动,铲斗慢慢张开。反之,当油缸缩回回时,铲斗慢慢闭合。2.2.2铲刀组件的设计铲刀组件主要包括铲斗油缸、连接件、铲刀臂和铲刀,如图2.3所示。工作时铲刀绕铲刀臂旋转,依靠锋利的刀刃切断林木的底根,同时铲入泥土的铲刀可以平衡一部分铲斗的入土阻力,起到了地锚的作用,以防移栽机被抬起。图2.3林木移栽机铲刀组件结构示意图1.铲刀油缸2.连接件3.铲刀臂4.铲刀2.2.3主框架和提升架的设计提升架通过滑块安装在主框架的导轨中,铲刀、铲斗等安装在提升架上。在提升油缸的作用下,提升架、铲刀及铲斗沿主框架轨道上下运动,用来提升完成挖掘工作的铲刀、铲斗及所要移栽的林木,其结构如图2.4所示。图2.4林木移栽机主框架和提升架结构示意图1.主框架2.提升油缸3.提升架3.基本方案及其选型3.1制定基本方案(1)制定调速方案

液压执行元件确定之后,其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。

方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统,大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统,现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。

速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合——容积节流调速。

节流调速一般采用定量泵供油,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。此种调速方式结构简单,由于这种系统必须用闪流阀,故效率低,发热量大,多用于功率不大的场合。

容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失,效率较高。但为了散热和补充泄漏,需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。

容积节流调速一般是用变量泵供油,用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量,并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高,速度稳定性较好,但其结构比较复杂。

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。进油节流起动冲击较小,回油节流常用于有负载荷的场合,旁路节流多用于高速。

调速回路一经确定,回路的循环形式也就随之确定了。

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,再排回油箱。开式回路结构简单,散热性好,但油箱体积大,容易混入空气。容积调速大多采用闭式循环形式。闭式系统中,液压泵的吸油口直接与执行元件的排油口相通,形成一个封闭的循环回路。其结构紧凑,但散热条件差。

(2)制定压力控制方案

液压执行元件工作时,要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作,也有的需要多级或无级连续地调节压力,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来获得所需的工作压力。

(3)制定顺序动作方案

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。行程开关安装比较方便,而用行程阀需连接相应的油路,因此只适用于管路联接比较方便的场合。另外还有时间控制、压力控制等。例如液压泵无载启动,经过一段时间,当泵正常运转后,延时继电器发出电信号使卸荷阀关闭,建立起正常的工作压力。压力控制多用在带有液压夹具的机床、挤压机压力机等场合。当某一执行元件完成预定动作时,回路中的压力达到一定的数值,通过压力继电器发出电信号或打开顺序阀使压力油通过,来启动下一个动作。

(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。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。容积调速系统多数是用变量泵供油,用安全阀限定系统的最高压力。

为节省能源提高效率,液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况,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。一般泵的入口要装有粗过滤器,进入系统的油液根据被保护元件的要求,通过相应的精过滤器再次过滤。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。根据液压设备所处环境及对温升的要求,还要考虑加热、冷却等措施。3.2绘制液压系统图

小型林木移栽机系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成。各回路相互组合时要去掉重复多余的元件,力求系统结构简单。注意各元件间的联锁关系,避免误动作发生。要尽量减少能量损失环节。提高系统的工作效率。

为便于液压系统的维护和监测,在系统中的主要路段要装设必要的检测元件(如压力表、温度计等)。图3.1林木移栽机液压原理图如图3.1,为林木移栽机液压原理图,其中包含:三位四通电磁换向阀;齿轮泵;油滤器;单向阀;液压锁;平衡阀;限位二位二通手动换向阀;液压缸组成。其中各液压元件的作用:齿轮泵:液压动力源单向阀:防止回流现象产生三位四通电磁换向阀:改变油路的流向限位二位二通手动换向阀:防止液压缸超出规定行程液压锁:防止液压缸由于外界原因,在电磁阀中位时移动平衡阀:使液压缸两工作腔压力平衡。3.1执行元件类型、数量和安装位置数量:该树木移栽机为双单叉结构,故其采用的液压缸数量为2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,安装的位置为图所示的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,使树木移栽机升降。3.2速度和载荷计算3.2.1速度计算及速度变化规律参考国内电动叉车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,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45s,设本电动叉车的最小气升降时间为40s,最大起升时间为50s,由此便可以计算执行元件的速度v:当时:=0.01325当时:3.2.2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,液缸要运动必须克服其阻力才能运行,因此在次计算液缸的总阻力即可,液缸的总阻力包括: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,回液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:式中各符号意义同第三章。(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: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:==(204.8+316+120+188+2500)x9.8+0.15(204.8+316+120)x9.8+(204.8+316+120+188+2500)x0.4+(204.8+316+120+188+2500)9.80.05=40KN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。该电动叉车的额定载荷为2500Kg,其负载变化范围为0—2500Kg,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,也就是该电动叉车受恒定负载的作用。3.3手部设计计算一、对手部设计的要求1,适当的夹紧力一方面在工作中,应当有适当的夹紧力,以确保稳定和可靠的夹紧,变形小,加工表面,不损伤工件。对于刚性较差的工件的夹紧力应设计规范,为重的工件应考虑采用自锁安全装置。2,打开足够接近的范围夹持式手的手指被打开和关闭装置。工作时,一个手指的开闭位置变化的最大值称为打开和关闭范围。旋转的手的手指打开和关闭范围,可用于开闭角和手指夹持端长度。手指打开和关闭范围的要求,与许多因素有关,如工件的形状和尺寸,在一般的形状和大小,手指,如工作环境许可证,打开和关闭范围越大越好,如图2.1所示。图2.1示例简图,具有结构简单,重量轻,体积小一方面在臂部,前面的多变,工作结构的运动状态,重量和体积直接影响结构,树木移栽机重抓,定位精度,速度和性能。因此,在手的设计,必须具有结构简单,重量轻,体积小。4,手指应具有一定的强度和刚度5,其他要求因此,送料,夹紧SCARA机械手,根据工件的形状,在两个最常用的指爪钳,常闭历史弹簧夹紧,夹紧方式放松时,与一个单作用液压缸。这种结构简单,制造方便。原则二,张紧装置如图2.2

[4]所示:右腔停缸进油,工件夹持弹簧力,右腔进入汽缸油松开工件。图2.2液压臂示意图1、右腔推力为FP=(π/4)D²P(2.1)=(π/4)0.5²2510³=4908.7N2、根据钳爪夹持的方位,查出当量夹紧力计算公式为:F1=(2b/a)(cosα′)²N′(2.2)其中N′=498N=392N,带入公式2.2得:F1=(2b/a)(cosα′)²N′=(2150/50)(cos30º)²392=1764N则实际加紧力为F1实际=PK1K2/η(2.3)=17641.51.1/0.85=3424N经圆整F1=3500N3、计算手部活塞杆行程长L,即L=(D/2)tgψ(2.4)=25×tg30º=23.1mm经圆整取l=25mm4、确定“V”型钳爪的L、β。取L/Rcp=3(2.5)式中:Rcp=P/4=200/4=50(2.6)由公式(2.5)(2.6)得:L=3×Rcp=150取“V”型钳口的夹角2α=120º,则偏转角β按最佳偏转角来确定,查表得:β=22º39′5、机械运动范围(速度)【1】(1)伸缩运动Vmax=500mm/sVmin=50mm/s(2)上升运动Vmax=500mm/sVmin=40mm/s(3)下降Vmax=800mm/sVmin=80mm/s(4)回转Wmax=90º/sWmin=30º/s所以取手部驱动活塞速度V=60mm/s6、手部右腔流量Q=sv(2.7)=60πr²=60×3.14×25²=1177.5mm³/s7、手部工作压强P=F1/S(2.8)=3500/1962.5=1.78Mpa3.4臂部设计计算臂部是联结手部和臂部的部件,臂部运动主要用来改变被夹物体的方位,它动作灵活,转动惯性小。本课题臂部具有回转这一个自由度,可采用具有一个活动度的回转缸驱动的臂部结构。要求:回转±90º角速度W=45º/s以最大负荷计算:当工件处于水平位置时,转动缸的工件扭矩最大,采用估算法,工件重10kg,长度l=650mm。1、计算扭矩M1〖4〗设重力集中于离手指中心200mm处,即扭矩M1为:M1=F×S(2.9)=10×9.8×0.2=19.6(N·M)2、液压臂(伸缩)及其配件的估算扭矩M2〖4〗F=5kgS=10cm带入公式2.9得M2=F×S=5×9.8×0.1=4.9(N·M)3、转动缸的摩擦力矩M摩〖4〗F摩=300(N)(估算值)S=20mm(估算值)M摩=F摩×S=6(N·M)4、转动缸的总摩擦力矩M〖4〗M=M1+M2+M摩(2.10)=30.5(N·M)5.由公式T=P×b(ΦA1²-Φmm²)×106/8(2.11)其中:b—叶片密度,这里取b=3cm;ΦA1—转动缸内径,这里取ΦA1=10cm;Φmm—转轴直径,这里取Φmm=3cm。所以代入(2.11)公式P=8T/b(ΦA1²-Φmm²)×106=8×30.5/0.03×(0.1²-0.03²)×106=0.89Mpa又因为W=8Q/(ΦA1²-Φmm²)b所以Q=W(ΦA1²-Φmm²)b/8=(π/4)(0.1²-0.03²)×0.03/8=0.27×10-4m³=27ml/s3.5夹取机构设计RM的SCARA机器人的主要组成部分。它的作用是支撑臂部的手,和LED在空间运动。手臂的动作,通常是一些任意处理服务空间范围的运动,动力臂,它的工作是直接在臂部,双手和动,静载荷,其运动是更多,更复杂的力。平面关节精密机械手最终集中体现在位置精度的手。所以在导向装置和一个合适的定位方法的选择尤其重要。手臂的伸缩速度为200m/s行程L=500mm1、手臂右腔流量,公式(2.7)得:【4】Q=sv=200×π×40²=1004800mm³/s=0.1/10²m³/s=1000ml/s2、手臂右腔工作压力,公式(2.8)得:〖4〗P=F/S(2.12)式中:F——取工件重和手臂活动部件总重,估算F=10+20=30kg,F摩=1000N。所以代入公式(2.12)得:P=(F+F摩)/S=(30×9.8+1000)/π×40²=0.26Mpa3、绘制机构工作参数表如图2.4所示:图2.4机构工作参数表4、由初步计算选液压泵〖4〗所需液压最高压力P=1.78Mpa所需液压最大流量Q=1000ml/s选取CB-D型液压泵(齿轮泵)此泵工作压力为10Mpa,转速为1800r/min,工作流量Q在32—70ml/r之间,可以满足需要。5、验算臂部转动缸:T=PD(ΦA1²-Φmm²)ηm×106/8(2.13)W=8θηv/(ΦA1²-Φmm²)b(2.14)式中:Ηm—机械效率取:0.85~0.9Ηv—容积效率取:0.7~0.95所以代入公式(2.13)得:T=0.89×0.03×(0.1²-0.03²)×0.85×106/8=25.8(N·M)T<M=30.5(N·M)代入公式(2.14)得:W=(8×27×10-6)×0.85/(0.1²-0.03²)×0.03=0.673rad/sW<π/4≈0.785rad/s因此,取臂部回转液压臂工作压力P=1Mpa流量Q=35ml/s圆整其他缸的数值:手部抓取缸工作压力PⅠ=2Mpa流量QⅠ=120ml/s上下垂直滑动工作压力PⅠ=0.25Mpa流量QⅠ=1000ml/s.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6.1液压缸牵引力与工作压力之间的关系牵引力F(KN)<55-1010-2020-3030-50>50工作压力P(MPa)<0.8-101.5-22.5-33-44-5>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,该电动叉车工作时液压缸产生向上的推力,因此计算时只取液压液进入无杆腔时产生的推力:F=式中:p液压缸的工作压力Pa取p=D活塞内径单位m0.09m液压缸的效率0.95代入数据:F=F=10.3KN即液压缸工作时产生的推力为10.3KN。表4.14.2.2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:液压缸机械效率0.95代入数据:D==0.083mD=112.94mm取圆整值为D=112mm4.2.3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,<5MPa,取d=0.5D,d=72.78mm。(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:材料的许用应力单位MPa活塞杆用45号钢代入数据:=6.3MPa<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:=371KN其稳定条件为:式中:稳定安全系数,一般取=2—4取=3F液压缸的最大推力单位N代入数据:=123KN故活塞杆的稳定性满足要求。4.2.4液压缸参数的确定(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:液压缸最高工作压力单位Pa一般取=(1.2-1.3)p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,最小导向长度为: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,当液压缸的供液量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=1,采用活塞环时=0.98为液压缸的最大运动速度单位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和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:液路循环方式的分析与选择,液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。现在生产上使用的树木移栽机都采用液压传动。设计简单可靠的液压系统,是保证移栽机正常工作的必要前提之一。液压系统设计是在分析移栽机各部件和装置的运动、工作特点及上作阻力计算的基础上进行的。(一)树木移栽机的工作特点树木移栽机挖掘带根树木是在各有关部件和装置协同动作下完成的。在前面已说明树木移栽机的工作过程。树木移栽机的主要工作特点是:(1)移动作业:树木移栽机必须开到苗圃地或待移栽的树木前实施挖掘作业,其作业地点是不断变动的。(2)顺序动作:在挖树时树木移栽机要完成下列动作:挖树机构直立(具有纵向倾斜机构的移栽机才有此动作),挖树机构下降,锹铲打开,锹铲闭合,锹铲锁紧,调平垫使导轨架水平,稳定器撑开,锹铲按1—3—2的顺序铲入土中,挖树机构上升,稳定器收回,挖树机构倾倒在车底板上。树木移栽机在向栽植坑植树时要完成下列动作:挖树机构直立,挖树机构下降,稳定器撑开,锹铲按顺序提升,挖树机构提升,锹铲闭合,稳定器收回,挖树机构倾倒在车厢底板上。这些动作都是顺序进行的,在同一时间内没有两个动作同时进行。仅在需要加抉工作速度时,有些辅助动作(如提升,收回稳定器等)可以同时进行,但对工作没有影响。(3)工作部件和各动作的执行元件呈空间分布,即在移栽机的上、下、左,右等各部位都要布置传动部件,尤其是工作铲呈环形布置时。(4)有些部件运动的行程长,如2ZS-100树木移栽机的铲刀移动量达97cm.大约翰树木移栽机铲刀行程达160cm,但它们运动速度不高,对运动的精度要求不高。本设计中升降缸的行程达到800mm,铲土油缸的行程达到500mm。(5)各工作部件和装置的工作载荷不一致。其中以锹铲的下铲阻力最大如20T一50型起苗机的单铲下铲阻力为15kN,2ZS-100型树木移栽机的下铲阻力为30kN,其次是提升时的重力载荷。由于这时要将挖树机构和挖出的树木及带根士球一道提升,重力载荷达10~20kN,有些装置的工作载荷则很小如锹铲开合机构、调平垫等。(6)间歇作业:树木移栽机挖完一棵树以后要由配套的运载工具将树运到栽植点或运送到地边指定点,由其它运输工具集中转运。这时,动力传动装置停止工作。只有树木移栽机到达栽植点后,或在进行下一轮作业时传动装置才又开始工作。(7)每一工作循环的时期短:如2ZS-IOO型树木移栽机挖一棵树的纯作业时间只要lmin。本设计中要求为60s/颗。(二)液压传动的优点根据树木移栽机的工作特点,它的传动方式应采用液压传动。液压传动有如下优点:(1)易于大幅度减速,从而获得较大的力或力矩,并能实现较大范围的无级变速,使传动简化。(2)易实现直线往复运动,以直接驱动各工作装置。各液压元件之间可用管路连接,安装位置自由度多,使于机械总体布置。(3)能容量大,较小重量和尺寸的液压件可传递较大的功率。(4)液压元件的结构紧凑、重量轻,而且液压油具有一定的吸振能力,所以液压系统的惯量小、启动快、工作平稳、适合于频繁、快速而无冲击地启动、变速与换向。(5)液压系统易于实现安全保护,且较机械传动操作简便、省力。(三)树木移栽机的液压系统特点从工作特点及结构来看,树木移栽机采用液压传动不但是必须的,而且是可能的。移栽机作业的顺序性,间歇性,每一工{乍循环短等特点都有利于使用简单、可靠的液压系统。本设计中才用液压系统,下面说明其特点:本设计的树木移栽机采用东方红-75拖拉机液压系统的升降油泵:CB—46型齿轮泵为动力装置,操纵元件为多路换向阀及顺序润,执行元件为9个液压油缸。油箱也是采用拖拉机液压系统的油箱。液压系统的主要特点足:(1)采用单泵定量系统这是由于各油缸顺序动作,且工作速度不高,一个齿轮泵的流量就能满足要求。在主回路上设置溢流阀调节系统压力。(2)采用多路换向阀,各手动换向阀之间采用并联。手动换向阀结构简单、操作方便、并可利用阀芯开口大小调节流量从而控制油缸的工作速度。这种调速方式较简单,而且方便,只是油液易发热,但由于工作机构是间歇、短时间工作的,油温有充分时间耗散,对工作不会产生大的影响。各执行元件与主油路采用并联,并使各支路上执行元件的工作压力接近一致,有利于工作部件的正常工作。(3)采用顺序阀,控制三个油缸的动作。这是由于本系统的换向阀只有六路,但要控制9个油缸动作,所以在开合油缸5和定位油缸6之间安装有两个单向顺序阀,使一个换向阀可以控制三个油缸的动作。即开合油缸先动作,待导轨架进入闭合位置,停止工作时,定位油缸立即开始工作,将铲组锁定。反之,若定位油缸先工作,至定位轴松开后,开合油缸立即动作,使两个后导轨架转到开启位置。这种设计缩小了操作装置的体积,减少了控制动作,也增加了操作的方便性。(4)采用溢流阀卸荷:本系统未设计专门的卸荷回路,这是为了使系统尽量简单。当各执行元件完成了指定动作后,可以将动力分离,使油泵停止工作,若由于工作需要,不能停止油泵工作,从油泵压出的油可经溢流阀卸荷。这种卸荷方式会导致油液的发热,所以这种状况不能持续太长,也不能经常采用这一方式。

5.1液路循环方式的分析和选择液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:表5.1液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,再根据树木移栽机的性能要求,可以选择的液路循环方式为开式系统,因为该树木移栽机主机和液压泵要分开安装,具有较大的空间存放电瓶,而且要求该树木移栽机的结构尽可能简单,开始系统刚好能满足上述要求。5.2开式系统液路组合方式的分析选择当系统中有多个液压执行元件时,开始系统按照液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液口和最后一个执行元件的回液口分别与液压泵和电瓶相连接外,其余液压执行元件的进,出液口依次相连,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调速方案的选择调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。本树木移栽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。6.液压元件的选择计算及其连接液压元件主要包括有:液泵,电机,各种控制阀,管路,过滤器等。有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

1)确定液压泵的最大工作压力pp

pp≥p1+Σ△p

式中p1——液压缸或液压马达最大工作压力;

Σ△p——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。Σ△p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Σ△p=(0.2~0.5)MPa;管路复杂,进口有调阀的,取Σ△p=(0.5~1.5)MPa。

2)确定液压泵的流量QP多液压缸或液压马达同时工作时,液压泵的输出流量应为QP≥K(ΣQmax)

式中K——系统泄漏系数,一般取K=1.1~1.3;

ΣQmax——同时动作的液压缸或液压马达的最大总流量,可从(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0.5×10-4m3/s。

系统使用蓄能器作辅助动力源时

式中K——系统泄漏系数,一般取K=1.2;

Tt——液压设备工作周期(s);

Vi——每一个液压缸或液压马达在工作周期中的总耗油量(m3);

z——液压缸或液压马达的个数。3)选择液压泵的规格根据以上求得的pp和Qp值,按系统中拟定的液压泵的形式,从产品样本或本手册中选择相应的液压泵。为使液压泵有一定的压力储备,所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大25%~60%。

4)确定液压泵的驱动功率在工作循环中,如果液压泵的压力和流量比较恒定,即(p-t)、(Q-t)图变化较平缓,则

式中pp——液压泵的最大工作压力(Pa);

QP——液压泵的流量(m3/s);

ηP——液压泵的总效率,参考表4-1选择。表4-1液压泵的总效率液压泵类型齿轮泵螺杆泵齿轮泵柱塞泵总效率0.6~0.70.65~0.800.60~0.750.80~0.85

限压式变量齿轮泵的驱动功率,可按流量特性曲线拐点处的流量、压力值计算。一般情况下,可取pP=0.8pPmax,QP=Qn,则

式中——液压泵的最大工作压力(Pa);

——液压泵的额定流量(m3/s)。

在工作循环中,如果液压泵的流量和压力变化较大,即(Q-t),(p-t)曲线起伏变化较大,则须分别计算出各个动作阶段内所需功率,驱动功率取其平均功率

式中t1、t2、…tn——一个循环中每一动作阶段内所需的时间(s);

P1、P2、…Pn——一个循环中每一动作阶段内所需的功率(W)。按平均功率选出电动机功率后,还要验算一下每一阶段内电动机超载量是否都在允许范围内。电动机允许的短时间超载量一般为25%。6.2液压阀的选择1)阀的规格,根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量,选择有定型产品的阀件。溢流阀按液压泵的最大流量选取;选择节流阀和调速阀时,要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些,必要时也允许有20%以内的短时间过流量。2)阀的型式,按安装和操作方式选择。6.3蓄能器的选择根据蓄能器在液压系统中的功用,确定其类型和主要参数。

1)液压执行元件短时间快速运动,由蓄能器来补充供油,其有效工作容积为

式中A——液压缸有效作用面积(m2);

l——液压缸行程(m);

K——油液损失系数,一般取K=1.2;

QP——液压泵流量(m3/s);

t——动作时间(s)

2)作应急能源,其有效工作容积为:

式中——要求应急动作液压缸总的工作容积(m3)。有效工作容积算出后,根据有关蓄能器的相应计算公式,求出蓄能器的容积,再根据其他性能要求,即可确定所需蓄能器。6.4管道尺寸的确定

(1)管道内径计算

式中

Q——通过管道内的流量(m3/s);

υ——管内允许流速(m/s),见表5-2:计算出内径d后,按标准系列选取相应的管子。

(2)管道壁厚δ的计算表5-2允许流速推荐值管道推荐流速/(m/s)液压泵吸油管道0.5~1.5,一般常取1以下液压系统压油管道3~6,压力高,管道短,粘度小取大值液压系统回油管道1.5~2.6

式中p——管道内最高工作压力(Pa);

d——管道内径(m);

[σ]——管道材料的许用应力(Pa),[σ]=;

σb——管道材料的抗拉强度(Pa);

n——安全系数,对钢管来说,p<7MPa时,取n=8;p<17.5MPa时,取n=6;p>17.5MPa时,取n=4。6.5油箱容量的确定初始设计时,先按经验公式(31)确定油箱的容量,待系统确定后,再按散热的要求进行校核。

油箱容量的经验公式为V=αQV

式中QV——液压泵每分钟排出压力油的容积(m3);

α——经验系数,见表4-3。表4-3

经验系数α系统类型行走机械低压系统中压系统锻压机械冶金机械α1~22~45~76~1210

在确定油箱尺寸时,一方面要满足系统供油的要求,还要保证执行元件全部排油时,油箱不能溢出,以及系统中最大可能充满油时,油箱的油位不低于最低限度。7.电瓶及附件7.1电瓶的容积7.1.1按使用情况确定电瓶初始设计时,可依据使用情况,按照经验公式确定电瓶容积:表9.1行走机械低压系统中压系统锻压系统冶金机械1—22—45—76—1210本树木移栽机为为中压系统,取=5,则电瓶的容量可以确定为:7.1.2按系统发热和散热计算确定电瓶电瓶中水液的温度一般推荐为30-50,最高不超过65,最低不低于15,对于工具机及其它装置,工作温度允许在40-55。(1)电瓶的发热计算液压泵的功率损失:(2)阀的功率损失其中以泵的流量流经溢流阀时的损失为最大:单位(3)管路及其它功率损失此项损失包括很多复杂因素,由于其值较小,加上管路散热等原因,在计算时常予以忽略,一般可取全部能量的0.03-0.05,即单位取系统的总功率损失为:(4)电瓶的容积计算环境温度为时,最高允许温度为的电瓶,其最小散热面积为:单位设电瓶的长宽高之比为1:1:11:2:3时,电瓶中液面高度达到电瓶高度的0.8时,靠自然冷却时系统温度保持在最高温度以下,散热面积用该式计算:令=,得电瓶最小体积为:单位L代入数据:=118L根据手册就可以进行电瓶的选取.8.液压泵站的选择所选择的液压泵站为UZ系列为性液压泵站,是由电动机泵组,电瓶,液压阀集成块等组成的小型液压动力源。其电机全部立式安装在电瓶上。9.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,在该树木移栽机系统中,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,实现树木移栽机升降。9.1缸筒9.1.1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。9.1.2强度计算9.1.3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:缸筒底部厚度单位m缸筒内径单位m筒内最大工作压力单位缸筒材料的许用应力单位代入数据:=纹连接。9.2液压缸的计算本章对小型林木移栽机液压系统进行设计计算。要求驱动它的液压传动系统完成铲斗,铲刀打开—铲斗铲刀闭合掘土—提升—打开的工作循环。其垂直上升林木的重力为5000N,机架本省重量为1000N,快速上升行程350mm,速度要求≥45mm/s;慢速上升行程为100mm,其最小速度为8mm/s;快速下降行程为450mm,速度要求≥55mm/s,滑台采用V形导轨,其导轨面的夹角为90度,滑台与导轨的最大间隙为2mm,起动加速和减速时间均为0.5s,液压缸的机械效率为0.91。9.2.1负载分析工作负载FL=FG=(5000+1000)N=6000N摩擦负载Ff=fFn/sin(∝/2)由于林木为垂直起升,所以垂直作用于导轨的载荷可由其间隙和结构尺寸求得Fn=120N,取fs=0.2,fd=0.1则有静摩擦负载Ffs=(0.2*120/sin45)=33.94N动摩擦负载Ffd=(0.1*120/sin45)=16.97N惯性负载加速Fa1=(G/g)*(△v/△t)=(6000/9.81)*(0.045/0.5)=55.05N减速Fa2=(G/g)*(△v/△t)=(6000/9.81)*(0.045-0.008)/0.5=45.26N制动Fa3=(G/g)*(△v/△t)=(6000/9.81)*(0.008/0.5)=9.79N反向加速Fa4=(G/g)*(△v/△t)=(6000/9.81)*(0.055/0.5)=67.28N反向制动Fa5=Fa4=67.82N根据以上计算。考虑到液压缸垂直安放,其重量较大,为防止因自重而自行下滑,系统中应设置平衡回路。因此在对快速向下运动的负载分析时,就不考虑滑台的重量。9.2.2提升液压缸主要参数的确定初选液压缸的工作压力根据分析此设备的负载不大,按类型属机床类,所以初选液压缸的工作压力为2.0Mpa。计算液压缸的尺寸A=F/P=6672.55/2000000m=33.36/10000mD=4A/=(4*33.36)/(10000*3.14159)m=6.52/100m按标准取:D=63mm。根据快上和快下的速度比值来确定活塞杆的直径:D/(D-d)=55/45d=26.86mm按标准取d=25mm。则液压缸的有效面积为:无杆腔面积A1=D/4=(/4)*6.3cm=31.17cm有杆腔面积A2=(D–d)/4=(6.3–2.5)/4cm=26.26cm活塞杆稳定性校核因为活塞杆总行程为450mm,而活塞杆直径为25mm,l/d=450/25=18>10,需要进行稳定性校核,由材料力学中的有关公式,根据该液压缸一端支承一打铰接取末端系数∮2=2,活塞杆材料用普通碳钢则:材料强度试验值f=4.9*10Pa,系数=1/5000,柔性系数∮1=85,Rk=J/A=d/4=6.25,因为l/Rk=72<∮1∮2=852=120,所以有其临界载荷FkFk=197413.15N当取安全系数为4时,Fk/nk=49353.29N>6672.55N所以,满足稳定性条件。4.根据上述计算公式,可以分别计算出铲刀油缸,铲斗油缸、开合油缸。9.2.3拟订液压系统图液压系统图的拟订,主要考虑以下几个方面的问题:1.供油方式该系统在快上和快下时做需流量较大,且比较接近。在慢上时所需的流量较小,因此从提高系统的效率,节省能源的角度考虑,采用单个定量泵的供油方式显然是不合适的,宜选用双联式定量齿轮泵作为油源。2.调速回路该系统在慢速时速度需要调节,考虑到系统功率小,滑台运动速度低,工作负载变化小,所以采用调速阀的回油节流调速回路。3.速度换接回路由于快上和慢上之间速度需要换接,但对换接的位置要求不高,所以采用由行程开关发讯控制二位二通电磁阀来实现速度的换接。4.平衡及锁紧为防止在上端停留时重物下落和在停留期间内保持重物的位置,特在液压缸的下腔进油路上设置了液控单向阀;另一方面,为了克服滑台自重在快下过程中的影响,设置了一单向背压阀。5.限位回路为了防止左右铲刀、铲斗油缸超出滑轨行程,当油缸伸出碰到二位二通手动换向阀是,液压油由换向阀排入油箱中。本液压系统的换向采用三位四通Y型中位机能的电磁换向阀。9.2.4液压元件的选择确定液压泵的型号及电动机功率液压缸在整个工作循环中最大工作压力为1.93Mpa,由于该系统比较简单,所以取其压力损失∑△p=0.4Mpa,所以液压泵的工作压力为Pp=P+∑△p=(1.93+0.4)Mpa=2.33Mpa两个液压泵同时向系统供油时,若回路中的泄露按10%计算,则两个泵的总流量应为qp=1.1*8.67L/min=9.537L/min,由于溢流阀最小稳定流量为3L/min,而工进时液压缸所需要流量为1.5L/min,所以,高压泵的输出流量不得少于4.5L/min。根据以上压力和流量的数值查产品目录,选用YB1-6.3/6.3型的双联齿轮泵,其额定压力为6.3Mpa,容积效率=0.85,总效率=0.75,所以驱动该泵的电动机的功率可由泵的工作压力和输出流量qp=2*6.3*910*0.85*10L/min求出Pp=(p*q)/=504.83W查电机产品目录,拟选用电动机的型号为Y90S-6,功率为750W,额定转速为910r/min。选择阀类元件及辅助元件根据系统的工作压力和通过各个阀类元件和辅助元件的流量,可选出这些元件的型号及规格如表5-1。表5-1液压元件型号及规格(GE系列)序号名称通过流量型号及规格1滤油器11.47XLX-06-802齿轮泵9.75CB-503单向阀4.875AF3-Ea10B4外控顺序阀4.875XF3-10B5溢流阀3.375YF3-10B6三位四通电磁换向阀9.7534EF3Y-E10B7单向顺序阀11.57AXF3-10B8液控单向阀11.57YAF3-Ea10B9二位二通电磁换向阀8.2122EF3-E10B10

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