病理床液压伺服机构设计毕业设计

PAGEII---PAGEVIII-摘要随着我国医疗事业的发展和计算机的普及与提高，计算机控制技术越来越多地应用于各行各业中，传统的医疗器械已经不能满足患者的需求了。在此推动下，医疗护理器械的开发势头迅猛，但由于各地经济发展的不平衡性以及诸多人为因素的影响，致使许多先进的医护设备得不到应用，给患者带来了许多不便。为了克服这种困难，研制一套功能齐全、造价低廉的护理器械尤为重要，在这种背景下，计算机控制多功能病理床应运而生了。结合病人的需求，设计了一种能自动实现抬头、屈腿、左右侧翻以及同时实现抬头和屈腿等功能的医用多功能病理床。考虑到该病理床要实现各项功能，特将床板分割成八个部分。驱动方式上采用液压驱动方式，之所以选用液压系统，是因为其运动速度平稳，实用性强。每个动作实现都是由两个液压缸同时直接驱动，上升和下降则通过改变换向阀方向来实现。整个设计分为三步进行：首先设计出能实现动作要求的液压系统原理图，根据要求选择各标准件；其次，进行液压缸体的结构设计及材料的选择；最后，做液压站的总体设计。关键词：液压系统；液压驱动；病理床AbstractWiththedevelopmentofmedicaltreatmentandtheimprovementofcomputers,computercontroltechniqueismoreandmoreappliedtoallkindsofindustries,whichresultsthesufferersdon’tsatisfytraditionalmedicalinstruments.Undertheimpulseofthis,theresearchofmedicalinstrumentsgreatlyengagespeople'sattention.Butbecauseoftheunbalanceofregionaleconomicprogressandagreatdealoffactitiousfactor,manyadvancedmedicalinstrumentarenotsuitablyused,whichbringsalotofinconveniences.Inordertoovercomedifficulties,itismoreimportanttostudyasuitofmedicalinstrumentthatismultifunctionalandcheap,somultifunctionalpathologicalbedcontrolledbycomputercomesintobeing.Akindofmultifunctionturn-overbedforpatientsisintroducedinthispaper,whichhasthefunctionsofraisinghead,curlinglegs,sideturningoverfromlefttorightseparately,orraisingheadandcurlinglegsatthesametimeaccordingtopatient’srequirement.Thebediscomposedof8partsandhydraulicdriveisadopted.Wemakeuseofthehydraulicsystembecausehydraulicsystem’svelocityisstable.Eachmovementisdirectlydrivenbybothhydrauliccylinders.Raisingandfallingofthebedisrealizedbymeansofdivertingvalves.Thedesignismakingupofthreesteps.Thefirst;wedesignthehydraulicsystemprinciplepictureandchoosethehydraulicstandcomponents.Thesecond,wedesignthehydrauliccylinder’sconstructionandtheirmaterials.Thelast,wedesignthehydraulicstationanditsarrangement.KeywordsHydraulicSystem;TheHydraulicPressure;ThePathologicBed;目录摘要…… =1\*ROMANIAbstract =2\*ROMANII第1章绪论 11.1液压系统综述 11.2病理床国内外研究现状 21.3课题研究的意义和目的 2第2章病理床液压伺服系统的设计 42.1设计要求 42.2病理床液压执行元件载荷力计算 42.2.1进行工作情况分析 42.2.2头部运动时的负载情况 52.2.3膝部弯曲时的负载情况 62.2.4躯干运动时的负载情况 72.3系统方案制定 82.3.1执行机构的选择 82.3.2调速回路的选择 82.3.3换向回路的选择 82.3.4液压源的选择 82.4动作顺序 82.5病理床液压系统主要参数计算 102.5.1各液压缸的载荷力计算 102.5.2初选液压缸工作压力及液压缸回油腔背压力 112.5.3液压缸主要参数的确定 112.5.4液压缸实际工作压力的确定 152.5.5液压缸实际所需的流量 152.5.6液压缸的输出功率 152.6液压元件的选择 162.6.1液压泵的选择 162.6.2电动机功率的确定 172.6.3液压阀的选择 182.6.4管道尺寸的确定 192.6.5油箱有效容积的确定 192.6.6液压油的选定 202.7病理床液压系统性能验算 202.7.1液压系统压力损失 202.7.2系统温升验算 222.8本章小结 23第3章病理床所用液压缸基本尺寸的设计 243.1液压缸主要尺寸的确定 243.1.1液压缸内径及活塞杆直径的确定 243.1.2缸筒壁厚的计算 243.1.3缸体外径的计算 243.1.4液压缸工作行程的确定 243.1.5最小导向长度的确定 253.1.6缸体长度的确定 263.2液压缸的结构设计 273.2.1缸体与缸盖的连接结构 273.2.2活塞杆与活塞的连接结构 273.2.3密封装置 273.2.4液压缸的缓冲装置 283.2.5液压缸主要零件的材料 283.2.6液压缸的安装方法 283.3本章小结 28第4章病理床液压站的设计 294.1油箱的设计 294.1.1液压油箱容积的确定 294.1.2油箱的结构设计 304.2液压泵组的结构设计 314.2.1布置方式 314.2.2连接和安装方式 314.2.3防振降噪措施 324.3本章小结 32结论 33致谢 34参考文献 35附录A 36CONTENTSAbstract =2\*ROMANIIChapter1Introduction 11.1SummaryoftheHydrauliicSystem 11.2TheResearchofPathologicalBed 21.3TheMeaningandPurposeoftheResearch 2Chapter2TheDesignofPathologicalBedHydraulicServoSystem 42.1DesignRequirements 42.2PathologicalBedHydraulicActuatorLoadForceCalculation 42.2.1AnalysisoftheWork 42.2.2LoadoftheHeadMovement 52.2.3LoadoftheKneesBent 62.2.4LoadoftheTrunkMovement 72.3SystemProgramming 82.3.1TheChoiceofImplementingAgeny 82.3.2TheChoiceofSpeedControlLoop 82.3.3TheChoiceofTradingtotheLooop 82.3.4TheChoiceofHydraulicSource 82.4SequenceofMovement 82.5TheMainCalculationofPathologicalBedHydraulicSystem 102.5.1LoadForceoftheHydraulicCylinderCalculation 102.5.2PrimaryHydraulicCylinderPressureandBackPresssureofHydraulicCylinderBacktotheOilChamber 112.5.3TheMainParametersofHydraulicCylinder 112.5.4TheDeterminationofHydraulicCylinderoftheActualWorking 152.5.5HydraulicCylinderoftheActualTraffic 152.5.6TheOutputPoweroftheHydraulicCylinder 152.6ChoiceofHydraulicComponents 162.6.1TheChoiceofHydraulicPump 162.6.2TheDeterminationoftheMotorPower 172.6.3TheChoiceofHydraulicValves 182.6.4TheDeterminationofPipeSizes 192.6.5TheDeterminationoftheEffectiveTankVolume 192.6.6TheSelectionoftheHydraulicOil 202.7PathologicalBedHydraulicSystemPerformanceCalculation 202.7.1HydraulicSystemPressureLoss 202.7.2SystemTemperatureRiseChecking 222.8ChapterSummary 23Chapter3DesignofPathologicalBedwiththeBasicDimensionsofHydraulicCylinders 243.1TheDetermineofHydraulicCylinderSize 243.1.1HydraulicCylinderBoresandPistonRodDiameter 243.1.2CylinderWallThicknessCalculation 243.1.3CylinderOuterDiameteroftheCalculation 243.1.4TheDeterminationofHydraulicCylinderStroke 243.1.5TheDeterminationofMinimumorientedLength 253.1.6TheDeterminationofCylinderLength 263.2DesignoftheStructuralofHydraulicCylinder 273.2.1ConnectionStructureofCylinderBlockandCylinderHead 273.2.2ConnectionStructureofPistonRodandPiston 273.2.3Seals 273.2.4TheBufferDeviceoftheHydraulicCylinder 283.2.5TheMainMaterialPartsoftheHydraulicCylinder 283.2.6TheInstallationoftheHydraulicCylinder 283.3ChapterSummary 28Chapter4DesignofPathologicalBedHydraulicStation 294.1DesignofTank 294.1.1TheDeterminationoftheHydraulicOilTank 294.1.2TheStructuralDesignoftheTank 304.2TheStructuralDesignoftheHydraulicPumpGroup 314.2.1Layout 314.2.2ConnectionandInstallation 314.2.3TheMeasuresofAnti-vibrationNoiseReduction 324.3ChapterSummary 32Conclusion 33Acknowledgements 34References 35AddendunA 36PAGE39绪论液压系统综述液压传动是现代传动中的一门新技术，在工程机械中起着重要作用，是目前科研项目比较广泛的课题。如果从十七世纪中叶巴斯卡提出静压传动原理，十八世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，液压传动已有二三百年的历史。然而，液压传动的真正推广使用却是近三四十年的事情，十九世纪末，德国制成了龙门液压刨床，美国制成了液压六角车床和磨床，由于没有成熟的液压元件，一些通用机床到本世纪三十年代猜开始使用液压传动，并且仍不普遍。第二次世界大战期间某些兵器上用了反应快、动作准、功率大的液压传动装置，推动了液压技术的发展，战后，液压技术迅速转向民用，在机床、工程机械、农业机械、汽车行业中迅速推广。本世纪六十年代以后，随着原子能、空间技术、计算机等的发展，液压技术得到了很大的发展，渗透到国民经济的各个领域中去，液压技术得到了很大的发展，渗透到国民经济的各个领域中去。目前液压技术向高高速、大功率、高效、地噪、经久耐、高度集成化方向发展，同时，新的液压元件和液压系统的计算机辅助设计，计算机仿真和优化，微机控制等工作，也日益取得显著的成果。随着应用了电子技术、计算及技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料的发展和应用，液压传动技术也在不断创新。液压传动技术已成为工业机械、工程建筑机械及国防尖端产品不可缺少的重要技术。而其向自动化、高精度、高效率、高速化、高功率、小型化、轻量化方向发展，是不断提高它与电传动、机械传动竞争能力的关键。液压系统已经在各行各业得到越来越广泛的应用，而且越先进的设备，其应用液压系统的部分就越多，现代化产品的特点是自动化程度高，因此必须采用电子和液压这些先进技术。然而如何将电子和液压两门技术结合起来，以满足自动控制的更高要求，就成为当代应用技术的重大课题之一。液压伺服技术也就应运而生了。液压伺服系统是控制领域中的一个重要组成部分，它是在液压传动和自动控制技术基础上发展起来的一门较新的科学技术。液压伺服系统有许多优点，其中最突出的就是响应速度快、输出功率大、控制精确性高，因而在航空、航天、军事、冶金、交通、工程机械等领域得到了广泛的应用。人类使用水利机械及液压传动虽然已有很长的历史，但液压控制技术的快速发展却还是近几十年的事，随着电液伺服阀的诞生，使液压伺服技术进入电液伺服时代，其应用领域也得到广泛的扩展。病理床国内外研究现状目前，国内的病理床,多采用手动装置，其基本结构是将床体分为两部分，在护理人员的协助下，应用丝杠螺母的传动原理，仅起到抬动躯干的作用，不但功能单一，而且存在结构锈蚀和振动噪音等诸多问题，不能适应医护人员远程控制的需要。国外，在90年代电动护理床开始在医疗护理中暂露头角，这其中当属日本生产的多功能电动遥控护理床，它采用世界领先科技成果，在九十年代中期开发成功的新产品，畅销日本及欧美等发达国家，深受消费者喜爱，被誉为医疗及家庭护理领域的一场革命。使用者通过该产品可以预防脊椎病、褥疮等常见病的发生，摆脱长年卧床的痛苦，享受生活的乐趣。此设备具有使用简单、操作自如、用者自理的特点，为中国护理行业带来了全新的概念，也为中国中老年人和长年卧床患者带来了福音。课题研究的意义和目的现代科技高速发展,医疗器械也日新月异,为使生活不能自理的病人得到最有效的治疗,多功能智能病理床的研制被提上了日程,课题研究的意义是使患者能够自己手控完成：坐起、抬腿及侧翻身的动作。课题完成后能使生活不能自理的病人得到最有效的治疗。多功能病理床，根据人机工程学原理，采用计算机控制技术，对液压伺服机构进行控制，使之具备任意角度独立翻转和组合翻转功能，具体为：帮助病人抬头或调节枕高；帮助病人坐起或调节上身角度；上身抬起时头部可适度后仰；帮助病人抬腿；大腿抬起时小腿可适度弯曲；形成座椅；左、右侧翻身。本文完成的是病理床液压伺服设计。设计完成病理床的执行机构，执行机构主要完成床体的运动功能，在设计中采用液压阀的方式，建立液压控制台，通过阀体运动，带动液压缸前后运动，从而实现床体的升降功能。病理床液压伺服系统的设计设计要求设计一台针对脑出血病人，能够帮助病人缓慢运动的病理床液压伺服系统。根据病人情况能够实现以下动作：抬头、头和上身同时抬起、下肢可动、左翻、右翻、弯膝。运动速度0.4m/min，启动时间不大于0.2s。考虑到躯干抬起、下肢抬起、左右侧翻四个动作负载相差不多，所以采用三个相同的液压缸，经计算，得出数据为：头部运动时：，行程膝部弯曲时：，行程躯干运动是：，行程下肢运动、左右侧翻、与躯干运动时取同样的数值，这样便于生产加工，使原件标准化。动作进行中，突然断电时保证安全可靠；工作速度平稳可靠，前冲小。病理床液压执行元件载荷力计算进行工作情况分析液压缸负载主要包括：工作载荷、摩擦载荷、惯性载荷等。1工作载荷：病人与床的重力所产生的载荷2摩擦载荷：（2-1）3惯性载荷：（2-2）取根据以上分析，可以计算出液压缸各运动阶段中的负载头部运动时的负载情况头部运动时的负载情况见表2-1表2-1头部运动时的负载情况表工况计算公式液压缸的负载上升启动加速阶段3207上升稳态运动阶段3205上升减速制动阶段3204下降启动加速阶段2082下降稳态运动阶段2081下降减速制动阶段2080根据上表分析，为便于分析及计算液压系统，绘制出液压缸的负载图和速度图，见图2－1。图2-1头部运动时液压缸的负载图和速度图膝部弯曲时的负载情况膝部弯曲时的负载情况见表2－2表2－2膝部弯曲时的负载情况表工况计算公式液压缸的负载上升启动加速阶段2071上升稳态运动阶段2070上升减速制动阶段2069下降启动加速阶段1381下降稳态运动阶段1380下降减速制动阶段1379根据上表分析，为便于分析及计算液压系统。绘制出液压缸的负载图和速度图，见图2－2。图2－2膝部运动时液压缸的负载图和速度图躯干运动时的负载情况躯干运动时的负载情况见表2－3表2－3躯干运动时的负载情况表工况计算公式液压缸的负载上升启动加速阶段6440上升稳态运动阶段6437上升减速制动阶段6434下降启动加速阶段4294下降稳态运动阶段4291下降减速制动阶段4288根据上表分析，为便于分析及计算液压系统，绘制出液压缸的负载图和速度图，见图2－3。图2－3躯干运动时液压缸的负载图和速度图系统方案制定执行机构的选择本机的动作机构均为直线往复运动，各直线往复运动机构均采用单活塞杆双作用液压缸驱动。调速回路的选择根据液压系统的要求使进给速度平稳，到位时不前冲，可选用调速阀的进口节流调速回路，见附录A原理图。换向回路的选择根据液压系统的要求使进给速度平稳，到位时不前冲，可选用调速阀的进口节流调速回路，见附录A原理图。液压源的选择由设计要求可知，工作过程中负载过大，速度变化小，才用了变量叶片泵。同时为了保证系统的安全性，仍可在泵的出口处并联一个溢流阀起安全作用。动作顺序该系统完成头部抬起、躯干抬起、左翻、右翻、下肢抬起、膝部弯曲的六个动作，六个动作油路如下：头部抬起单向阀开启，1DT得电，压力油经三位四通阀进入调速回路，油进入液压缸的无杆腔，活塞向左推动机构升起，13DT、14DT得电，油经背压阀流回油箱。头部下降单向阀开启，2DT得电，压力油经三位四通阀进入调速回路，油进入液压缸的有杆腔，活塞向右推动机构升起，13DT得电，油经背压阀流回油箱。躯干抬起单向阀开启，3DT得电，压力油经三位四通阀进入调速回路，油进入液压缸的无杆腔，活塞向左推动机构升起，13DT、14DT得电，油经背压阀流回油箱。躯干下降单向阀开启，4DT得电，压力油经三位四通阀进入调速回路，油进入液压缸的有杆腔，活塞向右推动机构升起，13DT得电，油经背压阀流回油箱。下肢抬起单向阀开启，5DT得电，压力油经三位四通阀进入调速回路，油进入液压缸的无杆腔，活塞向左推动机构升起，13DT、14DT得电，油经背压阀流回油箱。下肢下降单向阀开启，6DT得电，压力油经三位四通阀进入调速回路，油进入液压缸的有杆腔，活塞向右推动机构升起，13DT得电，油经背压阀流回油箱。左翻升单向阀开启，7DT得电，压力油经三位四通阀进入调速回路，油进入液压缸的无杆腔，活塞向左推动机构升起，13DT、14DT得电，油经背压阀流回油箱。左翻降单向阀开启，8DT得电，压力油经三位四通阀进入调速回路，油进入液压缸的有杆腔，活塞向右推动机构升起，13DT得电，油经背压阀流回油箱。右翻升单向阀开启，9DT得电，压力油经三位四通阀进入调速回路，油进入液压缸的无杆腔，活塞向左推动机构升起，13DT、14DT得电，油经背压阀流回油箱。右翻降单向阀开启，10DT得电，压力油经三位四通阀进入调速回路，油进入液压缸的有杆腔，活塞向右推动机构升起，13DT得电，油经背压阀流回油箱。小腿抬起单向阀开启，11DT得电，压力油经三位四通阀进入调速回路，油进入液压缸的无杆腔，活塞向左推动机构升起，13DT、14DT得电，油经背压阀流回油箱。小腿下降单向阀开启，12DT得电，压力油经三位四通阀进入调速回路，油进入液压缸的有杆腔，活塞向右推动机构升起，13DT得电，油经背压阀流回油箱。病理床液压系统主要参数计算各液压缸的载荷力计算表2－4各液压缸的载荷力液压缸名称工况液压缸外载荷活塞上载荷头部运动缸上升32073563下降20822313膝部运动缸上升20712301下降13811534躯干运动缸上升64407156下降42944771各液压缸的活塞上的载荷力（2－3）取液压缸的机械效率为0.9。各液压缸的载荷力见表2－4。初选液压缸工作压力及液压缸回油腔背压力1.初选系统工作压力按载荷选定工作压力。表2－5按载荷选择工作压力载荷kN<55~1010~2020~3030~50>50工作压力MPa<0.8~11.5~22.5~33~44~5>5参考表2－5初步确定系统工作压力，各液压缸的工作压力见表2－6。表2－6各液压缸的工作压力头部运动时膝部运动时躯干运动时2.背压的确定一般轻载的节流调速系统液压缸主要参数的确定根据工作情况，液压缸活塞杆工作在受压状态(2-4)式中——无杆腔活塞有效作用面积（）——有杆腔活塞有效作用面积（）——液压缸工作腔压力（）——液压缸回油腔压力（）——活塞直径（）——活塞杆直径（）图2－4单活塞杆液压缸计算示意图1.头部运动液压缸主要参数的确定令杆径比,按工作压力取按P2=0.5pa，油缸的机械效率η=0.9，将数据代入下式：(2－5)根据液压缸尺寸系列表2－6，将直径圆整成标准直径。表2－6液压缸尺寸系列表81012162025324050638090100110取，则活塞杆直径。按活塞杆系列表。取。按最低速度要求验算液压缸尺寸，式中是由产品样本查得调速阀2FRM6-30的最小稳定流量为0.05L/min。本系统的调速阀是安装在回油路上，故液压缸节流腔有效工作面积应选取液压缸有杆腔的实际面积，(2-6)可见上述不等式能满足，液压缸能达到所需低速。2.膝部运动液压缸主要参数的确定令杆径比,按工作压力取按P2=0.5，油缸的机械效率η=0.9，将数据代入下式：根据液压缸尺寸系列表2－7，将直径圆整成标准直径。表2－7液压缸尺寸系列表81012162025324050638090100110取，则活塞杆直径。按活塞杆系列表。取。按最低速度要求验算液压缸尺寸，式中是由产品型号查得调速阀2FRM6-30的最小稳定流量为0.05L/min。本系统的调速阀是安装在回油路上，故液压缸节流腔有效工作面积应选取液压缸有杆腔的实际面积，可见上述不等式能满足，液压缸能达到所需低速。3.躯干运动液压缸主要参数的确定令杆径比,按工作压力取按P2=0.5，油缸的机械效率η=0.9，将数据代入下式：根据液压缸尺寸系列表2－8，将直径圆整成标准直径。表2－8液压缸尺寸系列表81012162025324050638090100110取，则活塞杆直径。按活塞杆系列表。取。按最低速度要求验算液压缸尺寸，式中是由产品样本查得调速阀2FRM6-30的最小稳定流量为0.05L/min。本系统的调速阀是安装在回油路上，故液压缸节流腔有效工作面积应选取液压缸有杆腔的实际面积，可见上述不等式能满足，液压缸能达到所需低速。液压缸实际工作压力的确定按最后确定的液压缸的结构尺寸，计算出各工况时液压执行元件实际工作压力，见表2－9。表2－9液压缸实际工作压力工况液压缸名称载荷N背压力MPa工作压力MPa计算公式头部运动头部运动缸35620.51.09膝部运动膝部运动缸23010.51.08躯干运动躯干运动缸71560.51.81液压缸实际所需的流量按最后确定的液压缸的结构尺寸及运动速度，计算出各工况时液压执行元件实际工作流量，见表2－10。表2－10液压缸实际所需的流量工况液压缸名称运动速度结构参数流量头部上升头部运动缸0.007m/s0.035L/s头部下降0.009m/s0.0342L/s膝部上升膝部运动缸0.007m/s0.0224L/s膝部下降0.009m/s0.0207L/s躯干上升躯干运动缸0.007m/s0.035L/s躯干下降0.009m/s0.0342L/s液压缸的输出功率按最后确定的液压缸的流量及工作压力，计算出各工况时液压执行元件实际工作流量，见表2－11。表2－11液压缸的输出功率工况液压缸名称流量工作压力输出功率头部上升头部运动缸0.035L/s0.0381kW头部下降0.0342L/s0.0372kW膝部上升膝部运动缸0.0224L/s0.0242kW膝部下降0.0207L/s0.0223kW躯干上升躯干运动缸0.035L/s0.0634kW躯干下降0.0342L/s0.0619kW液压元件的选择液压泵的选择1.液压泵工作压力的确定（2－7）——液压缸的最大工作压力，对于本系统最高压力是躯干运动缸的工作压力：——是泵到执行元件间总的管路损失，取：液压泵工作压力为：2.液压泵流量的确定（2－8）由流量表看出，系统最大流量发生在躯干运动上升时，，取泄漏系数K为1.2。3.液压泵规格及型号的确定选择液压泵应考虑以下情况：1）系统使用压力系统常用工作压力在10MPa以下，可以选用YB1系列或YB-D系列中压叶片泵。2）系统对噪音要求一般来说，叶片泵的噪音较低，且双作用叶片泵的噪音比单作用泵的噪音低。3）工作可靠性、寿命双作用叶片泵寿命较长，YB1系列在10000H以上。4）考虑污染因素叶片泵抗污染能力差，不如齿轮泵，若系统过滤条件较好，油箱又是密封的，则可选用叶片泵。5）从节能角度考虑为了节省能量，减少功率消耗，选用变量泵，最好选用比例压力、流量控制变量叶片泵，变量叶片泵具有压力补偿装置及最大流量调节装置，可随系统负载变化自动改变输出流量，并保证系统压力恒定，可降低油液发热及电机功率消耗。液压泵系列见表2－13。表2－13液压泵系列型号最大排量mL/r额定压力MPa转速r/min厂家YBPD10~6310600~1500南京液压件厂YBN20~407600~800大连液压件厂YBX16~406.3600~1500上海液压件厂综上选择TB1－2.5，规格见表2－14。表2－14TB1－2.5叶片泵规格最大排量mL/r额定压力MPa转速r/min2.56.31450电动机功率的确定病理床在整个动作循环中，系统的压力和流量都是变化的，所需功率变化较大，为满足整个工作循环的需要，按较大功率段来确定电机功率。从工况图看出，液压缸输出功率发生在头部运动时，可按头部运动阶段估算电动机的功率。（2－9）——液压泵的最大工作压力（Pa）——液压泵的流量（）——液压泵的总效率该系统采用限压式变量叶片泵驱动，可按流量特性曲线拐点处的流量，压力值，一般情况下，取，（2－10）——液压泵的最大工作压力（Pa）——查电动机，选Y801－2型，其额定功率为0.75KW,转速为1470r/min。液压阀的选择选择液压阀主要根据阀的工作压力和通过阀的流量，本系统工作压力在3.5MPa左右，所选择的阀的规格和型号，见表2－15。表2－15液压阀型号表名称型号通径mm压力MPa流量L/min单向阀S6A10631.510溢流阀DBDH6G631.510三位四通阀4WE6G50631.510单向调速阀2FRM6-30631.510管道尺寸的确定液压系统中使用的油管种类很多，有钢管、尼龙管、铜管、塑料管、橡胶管等。按照安装位置、工作环境和压力来正确选择。本设计根据具体情况，选用钢管，其能承受高压、价格低廉、耐油、耐腐蚀、刚性好。本系统管路较复杂，按式：（2－11）中－通过管道内的流量()－管内允许流速()取管道内径为：选用内径为的吸油管，其他管类可按阀类接口选用内径为的油管。油箱有效容积的确定初始设计时，先按下式确定油箱的容量，待系统确定后，在按散热的要求进行校核。油箱容量的经验公式为（2－12）式中——液压泵每分钟排出压力油的容积（）——经验系数，见表2－16。表2－16经验系数系统类型行走机械低压系统中压系统锻压机械冶金机械a1~22~45~76~1210考虑到散热的问题，油箱根据标准，见表2－17，选择40L.表2－17油箱容量46.31025406310016025031540050063080010001250液压油的选定液压系统中，目前使用最多的是矿质型液压油。选用液压油时，最先考虑的是它的粘度，粘度既影响泄漏，也影响功率损失。同时再兼顾其他方面，选择时应考虑：液压系统的工作压力工作压力较高的系统选用粘度较高的液压油，以减少泄漏；反之，选用粘度较低的液压油。环境温度环境温度较高时，宜选用粘度较高的液压油。本设计是在室温下工作。运动速度运动速度较高时，为减少液流的功率损失，宜选用粘度较低的液压油。为了改进液压油的机械性能指标，往往在液压油中加入抗氧化、抗泡沫、抗磨损、抗锈蚀、改善粘度性能指标的各种添加剂。本设计选择L-HL3号油，正常运转后油的运动粘度。本产品为精制矿质型液压油，并改善了其防锈和抗氧化性能的油，常用于低压液压系统，也可适用于要求换油期较长的轻负荷的油浴式非循环的液压系统。病理床液压系统性能验算液压系统压力损失本系统较为复杂，有多个液压执行元件、动作回路，其中环节较多，管路损失较大的是躯干运动回路，故主要验算由泵到躯干运动缸这段管路的损失。1.沿程压力损失沿程压力损失主要是躯干运动缸上升时，进油管路的压力损失。此管路长5m、管内径0.006m、上升时通过流量0.035L/s、选用20号机械系统损耗油，正常运转后油的运动粘度，油的密度。油在管路中的实际流速为：（2－13）管道流动雷诺数为：（2－14）可见油液在管道内流态为层流，其沿程阻力系数为：按式（2－15）求得沿程压力损失2.局部压力损失局部压力损失包括通过管路中折管和管接头等处的管路局部压力损失，以及通过控制阀的局部损失，其中管路局部压力相对来说小的多，故主要计算通过控制阀的局部压力损失。参看原理图，从泵出口到躯干运动缸进油口要通过单向阀2、三位四通阀9和调速阀16。单向阀2的压力损失为0.2MPa、三位四通阀9的压力损失为0.3MPa、调速阀16压力损失为0.3MPa。忽略油液通过管接头、油路板处的局部压力损失，则进油路总压力损失为：（2－16）上述验算表明，满足设计要求，无需修改原设计。系统温升验算在整个工作循环中，躯干运动所用时间最长，为了简化计算，主要考虑上升时的发热量。泵的效率为0.7KW，泵的出口压力为6.3MPa。则有（2－17）（2－18）假定系统的散热状况一般，取,油箱的散热面积为：（2－19）系统的温升为：（2－20）表2－19各种机械允许油温（℃）液压设备类型数控机床一般机床工程机械、矿山机械正常工作温度30～5030～5550～80最高允许温度55～7055～7070～90验算表明，系统的温升在许可范围内，见表2－19。本章小结本章主要完成了液压系统的设计。根据设计要求及负载情况，计算了每个液压缸的基本尺寸、选择了液压元件、绘制了液压原理图。病理床所用液压缸基本尺寸的设计液压缸主要尺寸的确定液压缸内径及活塞杆直径的确定，头部、躯干、腿部、右翻、左翻、曲膝相同。缸筒壁厚的计算对于中低压系统，液压缸缸筒厚度一般按薄壁筒计算（3－1）——液压缸缸筒厚度（mm）——实验压力（MPa），工作压力时，。——液压缸内径（m）——缸体材料的许用应力。对本系统采用无缝钢管由于计算的壁厚太小，中低压系统中按经验取。缸体外径的计算（3－2）液压缸工作行程的确定执行机构实际工作的最大行程头部运动时膝部运动时躯干运动时参照表中的系列尺寸来选取标准值。见表3－1。表3－1液压缸活塞行程参数系列（GB2349－80）205080100125160200250头部运动时膝部运动时躯干运动时最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点的到缸盖滑动支承面中点的距离H称为最小导向长度。如果导向长度过小，将使液压缸的初始绕度增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。对于一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求（3－3）——液压缸的最大行程；——液压缸的内径。活塞的宽度B一般取B=(0.6～1.0)D；缸盖滑动支承面的长度，根据液压缸内径D而定，当D<80mm时，取图3－1单活塞杆液压缸结构计算示意图头部运动缸：膝部运动缸：膝部运动缸：缸体长度的确定液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的20～30倍。头部运动缸膝部运动缸：膝部运动缸：液压缸的结构设计液压缸主要尺寸确定后，就进行液压缸的结构设计。具体内容包括：缸体与缸盖的连接结构、活塞杆与活塞的连接、密封装置、排气装置、缓冲装置、液压缸的安装连接结构等。缸体与缸盖的连接结构液压缸缸体的常用材料为无缝钢管，本设计综合考虑具体情况，选用45号无缝钢管。并采用半环连接。优点：结构较简单、加工装配方便。缺点：外形尺寸大、缸筒开槽，消弱了强度，需要增加缸筒壁厚。活塞杆与活塞的连接结构活塞杆与活塞有几种常用的连接形式。分整体式结构和组合结构。组合式机构又分为螺纹连接、半环连接、和锥销连接。本设计采用螺纹连接。螺纹连接结构简单、应用加多、采用锁紧装置不容易松动。密封装置1.活塞杆与活塞的密封形式根据液压缸的压力，使用温度及运动速度，选用O形密封圈。它利用橡胶的弹性使各种截面的环形圈紧贴在静动配合面之间来防止泄漏。它结构简单、制造方便，磨损后有自动补偿能力，性能可靠。2.活塞与缸的密封形式根据运动特点，选用高低唇Y形圈。往复运动用密封圈又称径向唇形密封圈，密封圈受压力面呈唇状，使唇缘与密封面充分接触产生密封作用。液压缸的缓冲装置液压缸带动工作部件运动时，因运动件的质量较大，运动速度较快，则在达到行程终点时，会产生液压冲击，甚至使活塞与缸盖之间产生机械碰撞。为防止这种现象的发生，在行程末端设置缓冲装置。本设计采用环状间隙式节流缓冲装置加圆锥形缓冲柱塞的结构。液压缸主要零件的材料缸体：无缝钢管；活塞：45号钢；缸盖：45号钢；活塞杆：45号钢液压缸的安装方法本设计所用的液压缸采用尾部外法兰安装。本章小结本章完成了液压缸的结构设计，设计了液压缸的安装方式和连接方式。病理床液压站的设计液压站又称液压泵站，是独立的液压装置。它按逐级要求供油。并控制液压油流动的方向、压力和流量，适用于主机与液压装置可分离的各种液压机械上。只要将液压站与主机上的执行机构（油缸或油马达）用油管相连，液压机械即可实现各种规定的动作和工作循环。液压站是由泵装置、集成块或阀组合、油箱、电气盒组合而成。各部件功能为：泵装置：上装有电机和油泵，是液压站的动力源，将机械能转化为液压油的压力能。集成块：由液压阀及通道体组装而成。对液压油实行方向、压力和流量调节。阀组合：板式阀装在立板上，板后管连接，与集成块功能相同。油箱：板焊的半封闭容器，上还装有滤油网、空气滤清器等，用来储油、油的冷却及过滤。液压站的工作原理：电机带动油泵转动，泵从油箱中吸油供油，将机械能转化为液压站的压力能，液压油通过集成块（或阀组合）实现了方向、压力、流量调节后经外接管路并至液压机械的油缸或油马达中，从而控制液动机方向的变换、力量的大小及速度的快慢，推动各种液压机械做功。油箱的设计油箱在液压系统中具有存储液压油液、散发油液热量、逸出空气、沉淀杂质、分离水分和安装元件等作用。液压油箱容积的确定液压油箱在不同的工作条件下，影响散热的条件很多，通常按压力范围来考虑。本设计是低压系统，液压油箱的有效容量V可概略地确定为：在低压系统中（）可取：——液压油箱有效容量；——液压泵额定流量。另外油箱的最高液面以上要留出等于油箱有效容积的10％－15％的空间，以便形成油液的自由表面，容纳热膨胀和泡沫，促进空气分离，容纳停机或检修时靠自重流回油箱的油液。确定的油箱容量。油箱的结构设计本设计采用钢板焊接的分离式液压油箱1.隔板隔板作用是增长液压油流动循环时间除去沉淀的杂质，分离、清除水和空气，调整温度，吸收液压油压力及防止液面波动。本设计采用安装方式是把隔板设计成高出液压油面，使液压油从隔板侧面流过。见图4.1－1。图4－1隔板的安装形式2.回油管与吸油管回油管采用斜口，出口放入液面以下。吸油管前端安装滤油器。吸油管插入液压油面以下，防止吸油时卷吸空气或因流入液压油箱的液压油搅动油面，致使油中混入气泡。3.顶盖液压油箱顶盖上安装阀组、空气滤清器。在他们的连接面装耐油橡胶密封圈，以防止杂质、水和空气侵入，并防止漏油。同时不允许由阀和管道泄露在箱盖上的液压油流回液压油箱内。4.箱底油箱底部朝放油口倾斜，倾斜坡度通常为1/15~1/20。这样可以促进沉积物汇集到油箱的最低点。在最低点设置放油塞。油箱设有支脚，支脚有地脚螺钉用的固定孔，支脚应该有足够大的面积，以便可以用垫片或楔铁来找平。5.液面指示为观察液压油箱内的液面情况，应在箱的侧面安装液面指示计，指示最高、最低液位。液面指示计选用带温度计的。6.液压油箱的防锈为防止液压油箱内部生锈，在油箱内部涂耐油防锈涂料液压泵组的结构设计液压泵组是由液压泵及驱动泵的原动机和联轴器及传动底座组成。布置方式根据主机结构布局、工况特点、使用要求及安装空间的大小，本设计采用旁置式设计。具有高度低，便于维护的特点。连接和安装方式电动机和液压泵之间采用联轴器连接。联轴器采用梅花形弹性联轴器，其具有弹性、耐磨性、缓冲性及耐油性较高，制造容易、维护方便等优点。电动机和液压泵采用支架式安装。液压泵直接安装在支架的止口里，然后依靠支架的底板与电动机相连。见图4－2。图4－2支架式安装防振降噪措施液压泵组是液压装置最大的噪声源。产生噪声的根源是振动，所以在液压泵组的设计中，应采取一定的防振降噪措施。为了防止机械振动传给油箱和管路液压泵组与外界发的连接都应该是弹性的。液压泵的吸油管中装设橡胶补偿接管，出油管和泄油管中靠近泵的一段用软管，液压泵组的传动底座与箱顶或机架之间装设橡胶减震器，减震器的固有频率应远离液压泵组的回转频率，以防止频率重合而产生共振及噪音。本章小结本章完成了液压站的设计。设计了油箱和液压泵组。结论历经近三个月的毕业设计即将结束，敬请各位老师对我的设计过程作最后检查。在课题的研制过程中，本人主要做了以下几方面的工作并取得了一定的成果：1.针对现代医疗护理行业硬件设施的不足，依据液压传动与液压伺服技术，设计了一套智能病理床液压伺服系统。该系统能自动实现抬头、屈腿、左右侧翻以及同时实现抬头和屈腿等功能。设计中采用了大量的标准件和模块化设计，提高了病理床的性能价格比，适合大中型医院、疗养院以及普通家庭使用。2.设计合适的液压执行机构完成床体的运动功能。驱动方式上采用液压驱动方式，之所以选用液压系统，是因为其运动速度平稳，实用性强。每个动作实现都是由两个液压缸同时直接驱动，上升和下降则通过改变换向阀方向来实现。3.根据整个系统的需要设计了液压站。就目前研制成果来看，智能病理床还有一些方面需要完善：增加病理床的功能，比如增加测量功能，通过传感器采集人体血压、心率和体温信号，送入单片机处理。以使其满足医疗市场的需求；病理床互联的设计与实现，将所有病房内的病理床通过局域网接入主机，集中管理。随着研究的继续深入，该系统必将越来越完善，必能研制出适合市、省、全国甚至世界范围内的产品。致谢本文的课题研究及撰写工作是在导师赵砚虹老师悉心指导下完成的。赵老师渊博的知识、务实的工作作风、严谨的治学态度、敏锐的学术思维和平易近人的性格都给我以深深的教诲，使我受益终身。在此谨向赵老师致以崇高的敬意和衷心的感谢。这次设计是大学期间所学知识的一次综合运用，它涉及到软件应用，液压设计等多方面的知识。同时，这也是一次完全不同于以往的设计，它需要我们在独立完成的同时，对过去所学的知识进行完善和总结。在此期间，我遇到了许多困难和疑惑，但在老师和同学的帮助下，得以在设计的期限内按要求顺利完成设计。同时，我也认识到了自身知识的不足，在今后的人生道路上，我还需要不断的学习。大学毕业后，我将走向工作岗位。我将用我的知识去回馈社会。母校给我的一切我都将铭记于心。最后，感谢一切曾经给予我帮助的人参考文献机械设计编委会.机械设计手册第四卷[M].第三版.机械工业出版社，2005.杨培元，朱福元.液压系统设计简明手册[M].机械工业出版社，1994.张利平.液压传动系统及设计[M].化学工业出版社，2005.周士昌.液压系统设计图集[M].机械工业出版社，2004.周恩涛.液压系统设计元器件选型手册[M].机械工业出版社，2007.王守城.液压元件及选用[M].化学工业出版社，2007.张利平.液压气动技术速查手册[M].化学工业出版社，2007.机械设计编委会.机械设计手册第二卷[M].机械工业出版社，2005.邱宣怀.机械设计[M].第四版.高等教育出版社，1997,7.何永然，唐增宝，刘安竣.机械设计课程设计[M].湖北：华中科技大学出版社，2002:24-25.成大先.机械设计手册[M].第三版.北京：化学工业出版社，2000：121-122.A.R.PlummerandN.D.Vaughan,“Robustadaptivecontrolforhydraulicservosystems,”ASMEJ.DynamicSystem,MeasurementandControl,vol.118,pp.237-244,1996.J.G.Frankel,M.E.Kontz,andW.J.Book,Designofatestbedforhapticcontrolofhydraulicsystems.Atlanta,H.E.Merritt,Hydrauliccontrolsystems.NewYork:Wiley,1967.15Hwang，Y．eta1．Experienceswithrefrigerantmixtures.ASHRAETransaction，l997(I)：765-776．16MeiVC，eta1．ExperimentalstudyofanR407Cdropintestonanoff—the—shelfairconditionerwithacounter—cross—flowevaporator[J]．ASHRAETransaction，1998(1)：833—837.附录A原理图基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制