撒药无人机用升降液压机液压系统设计

式中：d0—油管直径Q—油管内液体的流量V0—油管内的允许流速其中Q=22L/min（1）吸油管，取V0=0.5m/s~1.5m/s，本设计中取为：V0=0.7m/s。代入数据： （2）回油管回油管，取V0=1.5m/s~2.5m/s，本设计中取为：V0=2m/s代入数据： （3）压力油管压力油管：取V0=3m/s~4m/s，本设计中取为：V0=3m/s代入数据： （4）油管壁厚：管道的设计采用橡胶软管连接或尼龙胶管连接作为液压管道，橡胶软管连接的接头装配很方便，能有效地吸收在升降液压系统上工作环境中会发生的一些强烈机械冲击和产生的轻微机械振动。尼龙橡胶管道接头是目前另一种也有较良好发展潜力的一种新型的非金属油管，用于升降低压系统。本升降油系统管路中所采用到的橡胶油管内径规格全国统一的口径标准为外径18mm。3.4油泵的选择3.4.1泵的额定流量和额定压力泵的最大输出流量根据该系统工作所需要满足的液体最大泄漏流量和液体泄漏量来确定： (3-SEQ第三章公式\*ARABIC6)qp—油泵的输出流量K—系统泄漏系数Qmax—实际所需最大流量n—系统内执行元件个数代入数据： 再加上溢流阀产生的最小静溢流量，一般取3L/min： 泵的工作压力应该根据液压缸的工作压力来确定，即 (3-SEQ第三章公式\*ARABIC7)Pp—工作压力Pmax—执行元件最高工作压力∑∆P—进油路和回油路总压力损失出油路压力可以预取到0.2~0.5MPa，比较复杂系统的系统则可以预取到0.5~1.5MPa。代入数据： 选择工作压力5MPa合适。通常在选择液压泵时，额定工作压力要比正常工作压力值高约25%~60%，即泵本身的静态额定工作压力值应为6.25MPa~8MPa，取其静态额定使用压力值为约7MPa。3.4.2液压泵的选择选择液压泵为三螺杆泵，三螺杆泵具有允许油液的压力和流量范围广，运送液体的种类和粘度范围广，运行平稳，可适应高转速等优点。选择其参数如下REF_Ref24435\r\h[8]：转速：2900r/min压力：5MPa流量：26.6L/min功率：4kw吸入口直径：25mm排出口直径：16mm液压三螺杆泵系统多采用国产20号或美国40号液压油。3.4.3联轴器的选用要根据额定负载运行情况，来计算转矩、轴端直径和工作额定转速来选择联轴器。计算转矩由下式求出： (3-SEQ第三章公式\*ARABIC8)式中：[Tn]—许用转矩矩，见联轴器标准PW—驱动功率n—工作转速K—工况系数,此处取为1.5代入数据： 据此可以选择联轴器的型号如下REF_Ref24503\r\h[9]：名称：挠性联轴器(GB-4323-84)弹性套柱销联轴器许用转矩：[Tn]=31.5Nm许用转速：4700r/min轴孔直径：d1=16cm，d2=18cm，d3=19cm轴孔长度：Y型，L=42mm，D=95mm3.5其他液压元件的选用表3-2液压控制阀的型号选择元件名称预计通过流量（L/min）型号直动式溢流阀26.6RDFALAN液控单向阀22A1Y-20*单向节流阀22QFF3-E10B三位四通换向阀223WE4A7X/HG12N9K4二位二通换向阀2222QDF6K/315E*二位三通换向阀2223QDF6K/315E*说明：本液压系统中，对于溢流阀选择了相比先导式溢流阀反应更为灵敏的直动式溢流阀，起到限压保护和溢流稳压的作用。电磁换向阀则选择了密封性更好的球式电磁换向阀REF_Ref19141\r\h[2]。3.6剪叉结构剪刀数计算对该升降液压机剪叉结构剪刀数的计算引用了相关期刊的计算公式REF_Ref31158\r\h[10]。现已确定升降液压机上升最大高度Hmax=3000mm，Fmax=98000N，a1=a2=200mm，h1=h2=180mm，剪刀角度：αmin=10°，αmax=45°。计算剪刀数n： (3-SEQ第三章公式\*ARABIC9)最后取整得n=4。图3-1一个带有n个剪刀的平台的原理图3.7密封结构的设计选择活塞轴承和液压活塞杆承密封孔均需采用O形密封圈，其设计具体规范标准主要采用国际标准GB3452.3—1988轴承密封孔沟槽密封设计技术准则和国家GB3452.1—1982轴承和国家标准GB3452.3—1988液压气动元件用标准O形密封圈。3.8本章小结本章在液压系统回路设计出来的基础之上，根据工作要求对具体的液压元件液压缸、油箱、油管、液压泵等进行了尺寸计算以及型号选择，使得撒药无人机用升降液压机的设计实体化，可以说明撒药无人机用升降液压机实物生产的可行性。本章计算公式及相关参数的选择参考了2001和2002两个版本的成大先主编的机械设计手册。4液压系统性能验算4.1液压系统压力损失的验算验算的目的在于了解执行元件能否得到所需要的压力。系统进油路上的压力损失（包括回油路上的损失折算过来的部分）由管道的沿程压力损失、局部压力损失和阀类元件的局部压力损失等三部分组成REF_Ref18215\r\h[11]。在某一特定阶段上的管路系统的总系统的系统压力损失分别为： （4-SEQ第四章公式\*ARABIC1）式中：∑∆p1—系统进油路的压力总损失 （4-SEQ第四章公式\*ARABIC2）∑∆p2—系统回油路的压力总损失 （4-SEQ第四章公式\*ARABIC3）已知液压油管内流速：v=3m/s所以雷诺数： 摩擦阻力系数取管子当量长度及总长度：标准弯头一般为2个所以： 进油路的压力损失为： 各阀的压力损失为：分流阀：0.6MPa换向阀为：0.04MPa油路的总压力损失为： 4.2系统的总效率验算液压泵装置的运行总的效率高低与各液压泵单元的系统总的工作效率、回路系统总的工作效率及各执行工作元件总的效率都有关REF_Ref8072\r\h[12]。总效率： （4-SEQ第四章公式\*ARABIC4）回路效率： ∑p1q1—同时动作的执行元件的工作压力与输入流量的乘积之和∑ppqp—同时供油的泵的工作压力与输出流量乘积之和液压系统总效率为： 4.3系统发热及温升计算首先进行发热量估算，从整个工作周期循环实验结果来看，功率系数的变化影响也都较大，计算即可得出平均发热量。从速度循环图式上也可近似得到近似的计算各阶段的时间： （4-SEQ第四章公式\*ARABIC5）快速下降：∆t1=7.85s启动时初压：∆t2=1.25s终压：∆t3=0.83s快速退回：∆t4=3.77s循环周期： 根据功率的循环变化可分别求出在各运转阶段液压缸输入的功率输出的功率，但应尽量扣除整个液压缸本身的各种机械效率因素造成的各种影响，因之功率的循环变化实际是指液压缸输出的和输入的功率之间的循环变化规律。快速下降： 慢进，初压： 终压，该段计算过程亦较复杂，可分别依次分别从速度，负载循环图求得出均值： 快速退回： 从压力，流量和循环图中求出各运转阶段的液压泵最大输入循环流量。快速下降： （近似用快退时数据） 慢速折弯，初压： 终压： 快速退回： 系统的发热量为 （4-SEQ第四章公式\*ARABIC6）得：系统热平衡验算：油箱最大散热的面积为 且假定油箱自然散热通风性不好，取油箱散热系数为 室内最高环境温度设定为超过30℃，系统内部热导平衡的温度设置为 满足t2≦[t]=50℃，油箱容量合适。4.4本章小结本章在液压系统回路和液压元件确定的基础上，整体对液压系统进行了必要的验算，是设计撒药无人机用升降液压机的最后一步，只有对系统整体的验算结果符合要求，例如温升验算符合额定温度的要求，才能说明前面一切步骤的可行性，这也是对升降液压机液压系统的设计所进行的检验。经过本章在总效率损失、总压力损失和温升验算三个方面进行的计算，说明本文设计符合要求。5结论与展望历时几个月的毕业设计即将结束，虽然过程确实充满了困难和挑战，但是对我来说，也是一次非常有效的历练。本次设计的无人机用升降液压机的液压系统，主要解决现存撒药无人机用升降液压机存在泄漏，缺少调速功能，效率低的问题。本文撒药无人机用升降液压机设计采用的液压系统可以完成上升、匀速的上升、下降、快速地下降、停止的机械动作，并且通过在液压系统回路中增加蓄能器，达到了升降液压机下降辅助制动（达到平稳下降的效果）、上升辅助推举重物（减少电机功率损耗，提高电机工作效率）的效果。通过采取选用Yx型密封方式，对二位二通、三位四通等换向阀选用密封性好的球形换向阀，并在油路中合理设置单向阀的措施，进一步解决了油液泄漏的问题，延长了无人机用升降液压机的使用寿命。由于本人在大学期间，学习的知识仍然具有很大的局限性，因此本文还有很大的不足。本文只是在原有升降液压机的基础之上对液压升降机的液压系统进行了创新，一定程度上解决了升降液压机现存的部分问题，但仍由许多不足，例如就液压升降机整体来说效率仍然较低，等待进一步的提高；双液压缸的同步稳定运行应作进一步的创新设计；对本升降液压机的控制系统的设计也可以参考曹建军基于PLC的液压机控制系统设计的相关期刊REF_Ref23037\r\h[13]，在控制系统上运用PLC做进一步的创新等。总的来说，本次液压系统设计在实践应用中可以达到一定的新效果，由于设计之后的液压系统可以提供更多功能，使得在运用无人机撒药作业时，可以更灵活地辅助作业。除此之外，在自动化、基于PLC的液压系统的应用方面仍需要进一步地进行深入的研究，寻求优化改进的新途径，从而提高设计的质量和水平。再次也希望我国在无人机用升降液压机领域以及其他升降液压机领域不断创新发展，更加有所突破。参考文献张宇琛，赵继云，卢宁等.剪叉式液压升降台[J].液压与气动，2011（5）.杨奇顺，侯波.剪叉式升降液压机节能液压系统设计[J].煤矿机械，2009：42-43.赵艳萍，马利平.基于FluidSIM的剪叉式升降台液压系统设计[J].液压气动与密封，2014，12：17-18.马国恺.剪叉式液压升降台优化及技术改造[J].起重运输机械，2017（1）.ChemicalEngineeringWorldgroup.HydraulicScissorLifts-LiftingTables[J].ChemicalEngineeringWorld，2015（2）.JoshBond.Lifttablesperformwherepreviousequipmentfellshort[J].ModernMaterialsHandling，2020（2）.张利平.液压传动系统及设计[M].北京：化学工业出版社，2005.成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2001.成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002.CornelCiupan，EmiliaCiupanandEmanuelaPop.Algorithmfordesigningahyd