3914 柱式舉升機設(shè)計,舉升機,設(shè)計 哈 爾 濱 工 程 大 學畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告設(shè) 計 題 目 : 柱式舉升機 院 系 名 稱: 機電工程學院 專 業(yè) 班 級: 機械設(shè)計 08-4 班 學 生 姓 名: 導(dǎo) 師 姓 名: 開 題 時 間: 2012 年 3 月 1 日 指導(dǎo)委員會審查意見：簽字： 年 月 日21 課題研究的目的和意義1.1 設(shè)計目的80 年代初，柱式舉升機在我國起重運輸機械中作為一個獨立的分支，與其他起重設(shè)備的設(shè)計及生產(chǎn)并存。由于眾多企業(yè)爭相生產(chǎn)該品種，很快形成了一套比較完善和相對成熟的機械機構(gòu)和液壓系統(tǒng)，并逐步固定下來。這種液壓作業(yè)平臺具有以下特點：起重高度比較高；載重量能滿足作業(yè)人員及其所帶工具重量的需要；以載人作業(yè)為主。1.2 設(shè)計意義柱式舉升機是檢修載人機械最主要最普通的設(shè)備之一，用于檢修時，放置在柴油機旁檢修人員站在平臺上，可以跟隨升降臺垂直升降及向著柴油機方向水平進退，使檢修工作易于操作。本設(shè)計基于目前常見的升降臺進行重新改裝，力求更適合實際檢修的需要。具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝維護方便、泄露少、振動小、利于實現(xiàn)典型液壓系統(tǒng)的集成化和標準化等優(yōu)點。2 文獻綜述液壓升降機的核心部件在于液壓提升設(shè)備,因此國內(nèi)外對液壓提升設(shè)備主要進行動力分析和運動分析，確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸。如液壓缸的推力速度，作用時間，內(nèi)徑，液壓升降機行程及活塞桿直徑等。為避免液壓缸體積大且沉重、不便拆裝、用途單一、價格高、長時間暴露在外面易老化腐蝕，造成無謂的損害，久后會使連接處漏水等缺點。它通常采用 35、34 號或無縫鋼管做成實心桿或空心桿，為了提高耐磨性的防銹蝕，目前國內(nèi)傳統(tǒng)工藝是表面鍍硬鉻（鍍層厚度 0.02～0.05mm）并拋光，其表面粗糙度 Ra 為 1.6～0.4μm。由于鍍鉻對人、環(huán)境污染嚴重，屬國家環(huán)保線值項目，且鍍層不均勻，液壓提升設(shè)備的工作液壓提升設(shè)備其實也就是個最簡單的油缸了.通過手動增壓稈(液壓手動泵)使液壓油經(jīng)過一液壓提升設(shè)備是液壓缸的重要部件。 隨著全球科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，世界液壓升降臺工業(yè)相繼發(fā)生了一系列重大的技術(shù)革命，極大地提高了勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，擴大了生產(chǎn)規(guī)模，降低了產(chǎn)品熱耗、能耗，有效控制了煙塵、粉塵、有害氣體的排放，由此引發(fā)了世界液壓技術(shù)工業(yè)快速發(fā)展，解決了全球?qū)σ簤寒a(chǎn)品的巨大需求。在最近 20 年，世界液壓工業(yè)新技術(shù)絕大部分是在上世紀幾大創(chuàng)新技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)或發(fā)展的，這些新技術(shù)包括降低熱耗、提高自動化程度、擴大生產(chǎn)規(guī)模、利用廢物、環(huán)境保護、產(chǎn)品深加工等方面。其中玻璃鋼/復(fù)合材料的技術(shù)有著良好的發(fā)展前景，就是要大力開拓玻璃鋼/復(fù)合材料的應(yīng)用范圍，不斷提高先進性能。此外，隨著人們生活水平的提高，建筑面積不段增加，像車間、倉庫等面積小又急需節(jié)省人力資源，提高勞動效率高，減少噪音和污染的場所，腳踏式液壓升降平臺車應(yīng)運而生。國內(nèi)外研究人員正針對這些場所，根據(jù)人們的不同需要在不斷的完善升降平臺車的結(jié)構(gòu)性能，改變體積的大??！研發(fā)出能夠更加實現(xiàn)重物的平穩(wěn)升降、節(jié)省人力、占用空間小、安全可靠并能迅速地對承載物重量的改變做出反應(yīng)的腳踏式液壓升降平臺。2.1 我國柱式舉升機發(fā)展歷程我國升降機行業(yè)從僅能對升降機進行簡單的維護、保養(yǎng)，逐步發(fā)展成為集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、安裝、服務(wù)五位一體的高新科技產(chǎn)業(yè)。據(jù)統(tǒng)計，2004 年底，中國大陸的在用升降機總數(shù)已達 651794 臺。 有關(guān)專家曾表示，我國已超過日本成為世界最大的新裝升降機市場。由于房地產(chǎn)業(yè)、城市公共建設(shè)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，預(yù)計未來 10 年，我國的升降機市場仍將保持每年 20%的遞增速度，年平均銷售額至少 500 億美元。 2006 年，中國巨大的升降機市場吸引了全世界幾乎所有升降機企業(yè)的關(guān)注，中國國際升降機展在廊坊成功舉辦，為全球升降機企業(yè)展示、交流提供了平臺。2006 年全球升降機市場銷售額為 300 億歐元，其中中國市場銷售額占 33%，在全球銷售額中名列前茅。 2007 年，隨著中國房地產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，升降機市場需求不斷擴大，外資品牌主導(dǎo)中國升降機市場，國內(nèi)品牌保持了發(fā)展的強勁勢頭同時中國升降機產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)調(diào)整速度加快，2006—2007 中國升降機產(chǎn)量雖然略有波動，但仍保持良好的發(fā)展勢頭。 2008 年，中國的升降機市場被世界看好，隨著中國升降機產(chǎn)業(yè)的不斷成熟，對升降機技術(shù)要求越來越高，升降機價格競爭也越演越烈。2008 年 4 月中國國展升降機展在廊坊盛大開幕，再次為全球升降機企業(yè)提供交流發(fā)展平臺，展會其間各大升降機企業(yè)，如：日立、東芝、永大等不僅展出了先進的產(chǎn)品和技術(shù)，現(xiàn)場活動也都各具特色，各各方面都彰顯升降機行業(yè)繁榮景象。 然而，08 年 8 月受美國次貸危機的影響,全球經(jīng)濟市場出現(xiàn)內(nèi)需萎縮。在中國本土市場，受房地產(chǎn)下滑，以及各種不利因素影響，直接降低了升降機市場的增幅，中國升降機市場風光大減。中國本土的升降機企業(yè)正經(jīng)受著考驗，迎來了中國升降機發(fā)展史上第一個嚴冬，各大、中、小升降機企業(yè)為度過這個嚴冬都做出了最大的努力。這個冬天雖然冷,但對加速中國升降機行業(yè)整合，提高企業(yè)競爭力，進一步適應(yīng)國際市場是一種積極的推進。 縱觀中國升降機業(yè)發(fā)展歷程，升降機企業(yè)在飛速發(fā)展，不論是技術(shù)革新、企業(yè)規(guī)模、管理方法，中國升降機企業(yè)的競爭力在加強?，F(xiàn)在的局勢正是對中國本地升降機企業(yè)最嚴峻考驗，有專家分析，全球金融危機雖然在短期內(nèi)為中國經(jīng)濟增長帶來了負面影響，但長期來看，卻不失為一次機遇與挑戰(zhàn)并存的戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)折機會。企業(yè)需要理性的思索，并通過提高戰(zhàn)略能力來掌控未來。2.2 柱式舉升機的應(yīng)用 隨著國際化經(jīng)濟的高速發(fā)展,物流市場對升降臺即登車橋產(chǎn)品的需求量也在不斷上漲，裝卸貨平臺是企業(yè)快速、安全周轉(zhuǎn)產(chǎn)品及貨物的一個操作平臺。但來往運輸車廂的廂地高度不一，運輸車輛與裝卸貨站臺之間總是形成一定的高度落差或間隙。造成搬運車不能進出運輸車輛直接裝卸貨物。利用登車橋提供可靠的連接。使搬運叉車能夠安全快速地進出運輸車輛進行裝卸貨作業(yè)。隨著市場競爭的加劇，為了提高自身競爭力，大力公司已經(jīng)意識到升降臺產(chǎn)品多元化的重要性，不斷加大投入科研經(jīng)費，研究符合國內(nèi)市場需求的新產(chǎn)品。移動登車橋、固定登車橋、移動液壓登車橋、固定液壓登車橋、DCQY 系列移動式登車橋、登車橋產(chǎn)品性能不斷優(yōu)化并呈現(xiàn)多元化的發(fā)展趨勢， 移動式液壓登車橋廣泛用于無裝卸設(shè)備的貨臺及流動裝卸場所，是與叉車配合使用的貨物輔助設(shè)備。借助該設(shè)備，叉車能直接駛?cè)肫囓噹图b箱內(nèi)部進行批量裝卸作業(yè)。只需單人操作，即可實現(xiàn)貨物的安全快速裝卸?？墒鼓鷾p輕勞動強度，又能成倍提高裝卸作業(yè)效率，獲取更大經(jīng)濟效益。2.3 柱式舉升機的設(shè)計3 基本內(nèi)容、擬解決的主要問題3.1 基本內(nèi)容：柱式舉升機的運動原理 首先，升降臺的升降是通過液壓缸的伸縮運動來實現(xiàn)的。液壓缸一端通過軸和兩肋板與外絞架相連。另一端通過軸固定在底座導(dǎo)軌槽的中部位置；其次，內(nèi)外絞架與導(dǎo)軌槽連接的方式為：絞架右端通過安裝了軸承的滾輪與上下導(dǎo)軌槽相連接，絞架左端通過鉸支連接固定在上下導(dǎo)軌槽左部；液壓泵經(jīng)過油管與液壓缸相連，則當腳踩液壓泵腳踏板是，油壓將頂起液壓缸使柱塞伸出，當卸荷時，重物的重力將使肋板壓縮柱塞，使柱塞回縮進去。由前述的連接方式得，與外絞架右側(cè)，內(nèi)絞架右側(cè)相連接的滾輪將左右滾動，從而工作平臺將上升或下降，起到升降的作用。此外，萬向腳輪上安裝有剎車，方便在升降臺的固定。4 技術(shù)路線或研究方法本課題在現(xiàn)有升降臺的基礎(chǔ)上進行重新改進，設(shè)計出更適合實際檢修需要的液壓升降臺。技術(shù)路線如下：了解學習液壓系統(tǒng)相關(guān)知識查閱液壓升降臺的相關(guān)技術(shù)確定升降臺的機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)液壓系統(tǒng)，機械結(jié)構(gòu) 2項技術(shù)的連續(xù)化工作并設(shè)計出整體機構(gòu)依照自己的設(shè)計做出總體布局設(shè)計用 CAD軟件畫出零件圖、裝配圖等編寫畢業(yè)論文5．進度安排2 月 27 日— 3 月 16 日：調(diào)研，查閱資料，提交開題報。3 月 17 日—4 月 3 日：初步確定設(shè)計方案。4 月 4 日—5 月 18 日： 確定方案、結(jié)構(gòu)尺寸、及相關(guān)計算。5 月 19 日—6 月 1 日； 繪制工程圖紙，編寫設(shè)計說明書。6 月 2 日—6 月 15 日；提交設(shè)計文件，準備答辯。6 主要參考文獻[1] 張利平、鄧鐘明. 液壓系統(tǒng)氣壓系統(tǒng)設(shè)計手冊. 機械工業(yè)出版社，1997. [2] 雷天覺. 液壓工程手冊. 機械工業(yè)出版社，1990.[3] 劉延俊.液壓元件及系統(tǒng)[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2010.[4] 章宏甲，黃渲. 液壓傳送[M]. 機械工業(yè)出版社， 2002.[5] 高建慶.機床與液壓[M]. 廣州機床研究所， 1992.[6] 王三民主編.機械原理與課程設(shè)計[M]. 北京：機械工業(yè)出版社,2004.[7] 楊培元.簡明液壓系統(tǒng)設(shè)計手冊[S].北京：機械工業(yè)出版社，2002.[8] 解同信，金英姬. 液壓與氣壓傳動技術(shù)入門[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2007. [9] 工程制圖基礎(chǔ)/武漢理工大學等五院校：《工程制圖基礎(chǔ)》編寫組編[M].北京：高等教育出版社，2003.[10] Goodwin A B. 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They are applicable to mid-air operation and transporting in factories, warehouses and railway stations and so on. This paper introduces the work characteristics and the hydraulic system of the lift tables of with twin scissors2truss support. Integrated hydraulic system (IHS) offers many advantages including reduced connectors, size and complexity, and enhanced flexibility for installation and maintenance. It provides a cleaner, leak-free, less vibrant and more reliable solution to difficult machine control systemproblems. The next, this paper introduces application of the synchronous valve in hydraulic synchronous system, analyzes its work principle.Key words：hydraulic lift tables；hydraulic system；hydraulic manifold block ；synchronous valve hydraulic ；synchronous system目 錄摘要 .......................................................................................................................................................ⅠAbstract................................................................................................................................................Ⅱ第 1 章 緒 論 ..........................................................................................................................11.1 選題背景及目的 .......................................................................................................................11.2 選題意義 ....................................................................................................................................11.3 液壓傳動的特點 .......................................................................................................................21.4 液壓傳動的現(xiàn)狀 .......................................................................................................................2第 2 章 設(shè)計任務(wù)及總體設(shè)計方案 ...................................................................................... 42.1 設(shè)計任務(wù) ...................................................................................................................................42.2 結(jié)構(gòu)簡介及總體設(shè)計方案 ...................................................................................................42.3 本章小結(jié) ...................................................................................................................................5第 3 章 主要參數(shù)設(shè)計計算 .......................................................................................................63.1 確定臂架組有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù) ...................................................................................................63.1.1 臂長 ................................................................................................................................63.1.2 臂架組的級數(shù)和剪數(shù) ................................................................................................63.1.3 臂架組的起始角和中止角 .......................................................................................73.1.4 剪叉活動絞位移 S .....................................................................................................83.1.5 平臺的最低位置和最高位置 ..................................................................................83.2 計算液壓缸行程 .....................................................................................................................93.3 計算液壓缸推力 ...................................................................................................................113.4 計算平臺升降速度 ...............................................................................................................123.5 計算起升液壓缸 ...................................................................................................................133.5.1 確定液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d...................................................................133.5.2 核算液壓缸推力 .......................................................................................................143.5.3 液壓缸所需流量 .......................................................................................................143.5.4 液壓缸導(dǎo)向距離、活塞寬度、外徑及壁厚 ....................................................143.5.5 驗算液壓缸強度 .......................................................................................................153.6 計算水平液壓缸 ...................................................................................................................163.6.1 確定液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d...................................................................163.6.2 核算液壓缸推力 .......................................................................................................163.6.3 驗算水平缸強度 .......................................................................................................173.7 平臺受力分析 ........................................................................................................................183.7.1 求絞點約束反力 .......................................................................................................183.7.2 畫臂架彎矩圖 ...........................................................................................................223.8 臂架、軸、銷等零件強度校核 ........................................................................................253.8.1 臂架 .............................................................................................................................253.8.2 油缸體連接軸 ...........................................................................................................253.8.3 活塞桿連接軸 ...........................................................................................................263.8.4 液壓缸銷軸 ................................................................................................................273.8.5 臂架銷軸 Q.................................................................................................................273.9 本章小結(jié) .................................................................................................................................28第 4 章液壓傳動的工作原理和工作特征 .......................................................................294.1 液壓傳動 .................................................................................................................................294.2 液壓傳動裝置的組成 ..........................................................................................................294.3 液壓傳動的基本特征 ..........................................................................................................294.4 傳動方式比較及液壓傳動的特點 ...................................................................................304.5 液壓傳動的應(yīng)用領(lǐng)域 ..........................................................................................................314.6 本章小結(jié) .................................................................................................................................32第 5 章液壓系統(tǒng)圖及工況分析 .............................................................................................335.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 ........................................................................................................................335.2 本章小結(jié) .................................................................................................................................33第 6 章 液壓集成塊設(shè)計 ..........................................................................................................356.1 閥塊設(shè)計的一般步驟： ......................................................................................................356.1.1 制作液壓元件樣板 ..................................................................................................356.1.2 確定通道的孔徑 .......................................................................................................356.1.3 布置液壓元件的位置 .............................................................................................356.2 布置液壓元件位置的程序 .................................................................................................356.2.1 電磁換向閥的布置 ..................................................................................................356.2.2 溢流閥的布置 ...........................................................................................................366.2.3 回油口 .........................................................................................................................366.3 繪制閥塊的裝配圖 ...............................................................................................................366.4 本章小結(jié) ..................................................................................................................................36第 7 章 液壓升降平臺同步控制 ..........................................................................................377.1 分析比較多種同步技術(shù)方案 ............................................................................................377.2 分流集流閥結(jié)構(gòu)及工作原理分析 ...................................................................................377.2.1 性能特點 ....................................................................................................................387.2.2 結(jié)構(gòu)特點 ....................................................................................................................387.3 本章小結(jié) ..................................................................................................................................39結(jié)論 .....................................................................................................................................................40參考文獻 ..........................................................................................................................................41致謝 .....................................................................................................................................................421第 1 章 緒 論在中國，很多行業(yè)仍然在使用著較為原始的吊船、腳手架及梯子等輔助工程設(shè)施，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，行業(yè)規(guī)定的規(guī)范，這些設(shè)施將慢慢的被淘汰掉，液壓升降平臺將在中國擁有更大的應(yīng)用市場。液壓升降平臺具有載重量大，結(jié)構(gòu)堅固，升降平穩(wěn)，操作簡單，維護方便等特點。適用于工廠，倉庫，車站等需要高空作業(yè)，搬運的場所。一部完整機器是由原動機部分、傳動部分、控制部分和工作機構(gòu)部分等組成。液壓傳動系統(tǒng)作為一種重要的傳動形式，對它設(shè)計的優(yōu)劣對整機性能影響很大。液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)是根據(jù)機器的用途、特點而提出的。在機器的設(shè)計過程中，要充分發(fā)揮各種傳動方式的優(yōu)點，揚長避短，注意機、電、液等技術(shù)的融合與滲透。1.1 選題背景及目的隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的迅速發(fā)展，液壓升降臺作為眾多起重運輸機械中的一員，在越來越多的行業(yè)和場合得到廣泛應(yīng)用。80 年代初，液壓高空作業(yè)平臺在我國起重運輸機械中作為一個獨立的分支，與其他起重設(shè)備的設(shè)計及生產(chǎn)并存。由于眾多企業(yè)爭相生產(chǎn)該品種，很快形成了一套比較完善和相對成熟的機械機構(gòu)和液壓系統(tǒng)，并逐步固定下來。這種液壓作業(yè)平臺具有以下特點：起升高度比較高；載重量能滿足操作人員及其所帶工具重量的需要；以載人作業(yè)為主。1.2 選題意義機車柴油機檢修液壓升降臺設(shè)備的研究任務(wù)來源于工廠設(shè)備檢修的實踐需要，機車柴油機檢修液壓升降臺是檢修載人機械最主要最普遍的設(shè)備之一,用于大型柴油機檢修時,放置在柴油機旁,檢修人員站在平臺上,可以跟隨升降臺垂直升降及向著柴油機方向水平進退,使檢修工作易于操作。本文敘及的升降工作平臺設(shè)計，是基于廣州機務(wù)段研制的升降平臺多年使用經(jīng)驗重新改進的設(shè)計。該設(shè)計更適合實際檢修的需要。液壓系統(tǒng)采用液壓閥集成配置，可以顯著減少管路聯(lián)接和接頭，降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，增加現(xiàn)場添加和更改回路的柔性，具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝維護方便、泄漏少、振動小、利于實現(xiàn)典型液壓系統(tǒng)的集成化和標準化等優(yōu)點。液壓集成塊作為集成式液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵零件，在當前的液壓生產(chǎn)企業(yè)中，其設(shè)計工作卻仍處于相當落后的局面，大多數(shù)設(shè)計人員依靠經(jīng)驗和空間想象能力進行可行方案的制定，無法達到自動決策和方案優(yōu)化的目的。原因在于該問題的復(fù)雜性，其設(shè)計內(nèi)容包括外部布局和內(nèi)部布孔。液壓系統(tǒng)向兩組油缸分別供油,由于兩組油路流量誤差或各自機械阻尼的不同、液壓閥或平2臺外伸時兩邊承載不同等原因,致使兩片臺速度誤差設(shè)備不能正常運行。因此,同步技術(shù)成為該設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)之一。1.3 液壓傳動的特點液壓傳動的特點主要有以下方面：（1）與電動機相比，在同等體積下，液壓裝置能產(chǎn)生更大的動力，也就是說，在同等功率下，液壓裝置的體積小、重量輕、機構(gòu)緊湊、即它具有大的功率密度或力密度，力密度在這里指工作壓力。（2）液壓裝置容易做到對速度的無級調(diào)解，而且調(diào)速范圍大，并且對速度的調(diào)節(jié)還可以在工作過程中進行。（3）液壓裝置工作平穩(wěn)，換向沖擊小，便于實現(xiàn)頻繁換向。（4）液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護，能實現(xiàn)自潤滑，使用壽命長。（5）液壓裝置易于實現(xiàn)自動化，可以很方便地對液體的流動方向、壓力和流量進行調(diào)解和控制，并能很容易地和電氣、電子控制或氣壓傳動控制結(jié)合起來，實現(xiàn)復(fù)雜的運動和操作。（6）液壓元件易于實現(xiàn)系列化、標準化和通用化，便于設(shè)計、制造和推廣。（7）由于液壓傳動中的泄漏和液體的可壓縮性使這種傳動無法保證嚴格的傳動比。（8）液壓傳動有較多的能量損失，因此，傳動效率相對低。（9）液壓傳動對油溫的變化較敏感、不易在較高或較低的溫度下工作。（10）液壓傳動在出現(xiàn)故障時不易診斷。1.4 液壓傳動的現(xiàn)狀液壓傳動和氣壓傳動統(tǒng)稱為流體傳動，它是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應(yīng)用的一門技術(shù)。如今，流體傳動技術(shù)水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的標志。液壓傳動有許多突出的特點，因此它的應(yīng)用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機械、壓力機械、機床等；行走機械中的工程機械、建筑機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的治金機械、提升裝置、 ；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構(gòu)等；發(fā)電廠用的渦輪機調(diào)速裝置、核發(fā)電廠等；船舶用的甲板起重機械、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等；特殊技術(shù)用的巨型天線控制裝置、測量浮標、升降旋轉(zhuǎn)舞臺等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、艦船減搖裝置、飛行器仿真、飛機起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。改革開放 20 多年來，我國經(jīng)濟取得了持續(xù)高速發(fā)展，社會主義市場經(jīng)濟日臻完3善。為滿足我國現(xiàn)代化生產(chǎn)突飛猛進的需要，提高競爭力，促進國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，單件生產(chǎn)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在生產(chǎn)的要求，大量組合機床涌現(xiàn)而出！據(jù)國外機床工業(yè)資深人士預(yù)測,今后 10 年,世界最大的 10 家公司的機床銷售量,將占到世界機床市場的30%;20 家最大的機床企業(yè)的機床銷售量,將達到世界機床市場的 45%。而在上一個10 年中,這一數(shù)字只有 14%。此外,其他方面還包括,機床工業(yè)的日益國際化、信息化及產(chǎn)品零部件外源化(out-sourcing)趨勢等。目前,世界機床年產(chǎn)量約 150 萬臺,其中NC 機床產(chǎn)量約 15 萬臺。NC 機床占機床總產(chǎn)量的 10%。美、德、日、中的 NC 機床消費量在全世界是數(shù)量較多的國家,加在一起共為 99711 臺,約占 66.5%。這四國加工中心之消費量約為 2 萬臺左右,占全世界產(chǎn)量的 50%。預(yù)計今后加工中心等組合機床之生產(chǎn)與消費量增長速度較快,其中廉價加工中心所占比例很大。因此組合機床液壓系統(tǒng)也隨之不斷的改進和發(fā)展。國內(nèi)目前應(yīng)用的組合機床液壓系統(tǒng)使用的液壓元件較多,油路較復(fù)雜,導(dǎo)致壓力損失較大,效率較低,油溫較高。而且液壓電磁換向閥的電磁鐵數(shù)目較多,電氣控制系統(tǒng)較復(fù)雜。這對液壓系統(tǒng)的性能和電氣控制系統(tǒng)的工作可靠性造成一定的影響。液壓技術(shù)是重要的機械基礎(chǔ)技術(shù),是現(xiàn)代機械工程不可缺少的重要組成部分。隨著世界科學技術(shù)的飛速發(fā)展,工作介質(zhì)的更換,加速了液壓元件更新?lián)Q代,液壓系統(tǒng)的綠色設(shè)計,按照環(huán)境意識制造的設(shè)計思想,設(shè)計的產(chǎn)品在使用中應(yīng)該保持良好的性能,不對環(huán)境造成污染,改變液壓技術(shù)的臟亂現(xiàn)象,滿足可持續(xù)發(fā)展的需要。因此,探討液壓系統(tǒng)綠色設(shè)計的途徑和方法,以便節(jié)約資源,使液壓元件與系統(tǒng)在其生命周期中,對環(huán)境的總體影響減到最小。4第 2 章 設(shè)計任務(wù)及總體設(shè)計方案2.1 設(shè)計任務(wù)柱式舉升機設(shè)計升降平臺尺寸：4200×1500 mm×mm平臺移動距離：500 mm平臺起升范圍：600~2400 mm載 重 量：1000 kg2.2 結(jié)構(gòu)簡介及總體設(shè)計方案升降平臺總體結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示柴油機檢修升降平臺的升降機構(gòu)采用剪叉機構(gòu)。該機構(gòu)具有載重量大，結(jié)構(gòu)堅固，升降平穩(wěn)，操作簡單，維護方便等特點。目前世界上已有多種剪叉式升降機。采用剪叉結(jié)構(gòu)免去了卷揚式升降必需的幾個高立導(dǎo)柱對天車調(diào)運工件的障礙。并且由于制造中偏差的存在，而安裝鉸鏈銷時須鉸孔配裝，因此不存在因活動構(gòu)件多、各間隙累加而產(chǎn)生的臺面?zhèn)认蚧蝿訂栴}。平臺升降由兩個升降油缸提供動力，其升降同步問題靠分流集流閥解決。平臺水平移動由兩水平油缸推動。剪叉式液壓升降平臺設(shè)計應(yīng)注意以下幾點：正確計算一個油缸所需的最大推力；校核個主要銷軸的抗剪切強度；校核上平臺在極限載荷下的強度；為平臺設(shè)計一個合格、性能好的液壓系統(tǒng)。2.3 本章小結(jié)本章主要是設(shè)計任務(wù)及總體的設(shè)計方案的制定，簡單介紹了升降平臺總體的總體結(jié)構(gòu),本次設(shè)計通過以下步驟完成：（1）明確液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求，進行工況分析；（2）確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)；（3）擬訂液壓系統(tǒng)原理圖；（4）計算和選擇液壓元件；（5）液壓裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計；（6）液壓系統(tǒng)的性能驗算;5（7）繪制正式工作圖，編寫技術(shù)文件，并提出設(shè)計任務(wù)書。第 3 章 主要參數(shù)設(shè)計計算3.1 確定臂架組有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)3.1.1 臂長按平臺寬度 1500mm，定臂長 L=1300mm(圖 3.1)，圖 3.1 臂架6臂架兩端裝絞鏈體，鉸鏈孔距為(3.1)22)(RedL??=1312.68mm18303.1.2 臂架組的級數(shù)和剪數(shù)按北京有色冶金設(shè)計研究總院經(jīng)驗圖 3.2 臂架組B/H<1.5 多級剪；B/H=1.5~2 一級剪；B/H=2 雙剪，多剪式中：B----臂架組最低位置 h1 時的寬度；H----平臺行程；B/H=1300/1800=0.72<1.5，定二級剪叉，如圖 3.3 所示。平臺寬度要求為 4200mm，尺寸較大，為保證平臺側(cè)向剛度，采用雙排剪叉，每排檢查各由一臺液壓缸驅(qū)動，兩臺液壓缸的同步，由液壓系統(tǒng)中的分流集流閥保證。7圖 3.3 雙排剪叉3.1.3 臂架組的起始角和中止角由圖 3.1 和圖 3.2 可見，臂架組起始角為arc tg=arc tg（d+e ）/L (3.2)?1?arc tg =7.973082?H/2= 0.5( )=R( - ) (3.3)2h1?2sin?1(3.4)112cossiinR?LH??=H/2L（ + ） (3.5)2si in?cos7.97 +sin7.97 =0.836308???得 =56.672?3.1.4 剪叉活動絞位移 S由圖 3.3 可見：S=R -[R -(d-e)sin ] (3.6)1cos?2)(12??8S= (d-e) sin (3.7))sinico(1221???H)(12??S= (110-72)sin(56.67 -7.97 )=597.99mm)97.si6.5sinco7(??80??3.1.5 平臺的最低位置和最高位置上下平臺邊框采用 8 槽鋼，底架采用 10 槽鋼，臂架取截面為 120 矩形40?鋼管，按這些鋼材尺寸，平臺最低位置時高度為 720mm,按用戶要求，平臺最低位置為 600mm，故升降平臺安裝時基礎(chǔ)下挖 120mm，由圖 3.4 可見：平臺最低位置時高度為 2400+120=2520mm；平臺最高位置時上下絞點距離為 2164mm，則單級剪上下絞點距離為 1082mm。圖 3.4 平臺最低位置為了繪制臂架組件求圖需要，上絞點和中絞點水平距離 和 (圖 3.5)。21A21E(3.8)?21A'21'21'cosJE??21A)sin()(cos???edR692.72mm?)97.6.5si(706.58.3 ???(3.9)2'21JAE??692.72+2×28.5521=749.829圖 3.5 臂架3.2 計算液壓缸行程令 , b1BDa?'11',DEeA?, n=AC, x=ABCm)sin()cos(2)sin( 111 ???????abi?ea )(cos4)(si)()(si)( 121122? ebmcocos1????an)()(?ab10)(cos)(122???abn )(cos]4)[(insi)( 122)122 ?? ?????? eabebanm12s)((4e ?令 )(AebaB2??24)(C?由結(jié)構(gòu)需要確定 a=450, b=1000, c=72, 得A=1799712, B=208800, C=323236 CBAnmx ??????)(sin)(si 12122 ??(3.10)3608)(i1791?當 時，平臺達到最大高度，此時液壓缸兩端絞點距離達到最大值，?6.52? 2)97.6.5(2sin)..(sin2max ????????mm951063148??當 時，平臺下降到最低位置，此時液壓缸兩端絞點距離達到最小值,?97.2? 326)97..(2sin80)7..(sin2min ????????xmm53863?液壓缸行程為(3.11)minaxl??l ,圓整到 mm46.385.69.120??? 640為便于液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，取液壓缸安裝長度 L=1000m，則連桿長度為(3.12)min1xL??,圓整到 mm46.3158.610???L4303.3 計算液壓缸推力取臂架、液壓缸為平衡系統(tǒng)，不計摩擦及自重，此系統(tǒng)具有理想約束，如將系統(tǒng)11上的負載 Q 和液壓缸推力 P 作為主動力，給活塞以 x 方向的虛位移 dx，則平臺在 y方向的虛位移為 dy，計算主動力在虛位移上的元功，得虛功方程(3.13)0Qdy-x?dxP?sin2Ry?coCBAdx ?????)(2sin)(sin2112??? QRP)(co)(ico411負載 Q 包括外載荷和平臺、臂架、升降液壓缸等自重，現(xiàn)已知外載荷為 10000N，估計上、下平臺等部件自重 8000N，臂架自重 3500N，兩只起升液壓缸自重 1300N，則單只液壓缸負載為 2/]21[ 起 升 液 壓 缸 自 重 ）（ 臂 架 自 重上 下 平 臺 自 重外 負 載 ????N0]350810?）（當平臺在最低位置時， ,液壓缸推力為：?97.1?).97.(2sin179co634?????P 102)97..(2cos0836.in0?????????N721?當平臺在最高位置時,， ,液壓缸推力為：?6.51??)97.6.5(2sin179co834????P 102)97.6.5(2cos0836.in0?????????12N2051?同理可求出其它角 時的液壓缸推力為 P，列表如下：?表 3.1 -P 關(guān)系?θ° 7.97° 10° 15° 20° 30° 40° 56.67°P(N) 72211 61.691 28.192 22.367 17.774 15.961 20.521P 和 Q 關(guān)系曲線如圖 3.6 所示。圖 3.6 P 和 Q 關(guān)系曲線3.4 計算平臺升降速度由虛位移原理 dyx?QPVdtxy?0即可畫出 (或 )與 關(guān)系曲線。0VQP?式中 ----平臺升降速度； P----油缸推力；----液壓缸運動速度； Q----平臺負載。0已知液壓缸運動速度 cm/s5.20?V13當 時，?97.??cm/s70.15.2107???VQP當 時，?67.5??cm/s03.5210??同理可求出其它角時的平臺運動速度，如表 3.1：表 3.2 角度與速度關(guān)系θ° 7.97° 10° 15° 20° 30° 40° 56.67°V cm/s 17.70 15.09 10.07 7.99 6.35 5.70 5.03可見 V 與 Q 變化關(guān)系與圖 3.6 相似。3.5 計算起升液壓缸3.5.1 確定液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d按生產(chǎn)廠情況取 D=125mm，取速比 =1.46，則?(3.14)1??mm，圓整 d=70mm6.704.125?d3.5.2 核算液壓缸推力選定液壓缸工作壓力 p=8.5MPa，回油背壓 p=0.5MPa，則液壓缸推力為：(3.15)mdpDpP??])[(4221???P ,推力足夠。95.075.1280(42?????714?考慮液壓缸進油管路有壓力損失，液壓泵出口壓力，由溢流閥調(diào)定到 9MPa，升降臺在最大負載下也能正常工作。3.5.3 液壓缸所需流量(3.16)1vAQ?l/min4.85.24.1???14液壓泵供油流量(3.17)KQp??12l/min8.4.8p式中：K----泄漏系數(shù) K=1.1~1.33.5.4 液壓缸導(dǎo)向距離、活塞寬度、外徑及壁厚導(dǎo)向距離：(3.18)10lH?65m,46??取活塞寬度：B=(0.6~1.0)D (3.19)取 B=0.8D=0.8 125=100mm?外徑：按 JB1068-67，取 D=146mm壁厚(3.20)2D??外?5m.10463.5.5 驗算液壓缸強度(1)驗算壁厚，按壁厚筒計算109.5.102???D(3.21)][2??Dpy取 MPa10][??(3.22)%150??nypMPa7.2.8mm<10.5mm.1027.??15壁厚滿足要求。(2)驗算活塞桿直徑(3.23)][4??Pd?對低碳鋼 MPa，P=72.211N10][??mm7092.810.74][ ??????P活塞桿強度足夠.(3)校核活塞桿穩(wěn)定性 14.5704?dlr8nm當 時，采用高登.拉金公式nmrl?(3.24)21)(rlnafAPk??式中： f----材料強度試驗值，對于鋼 f=490MPa；----活塞桿截面積， cm2；1A 47.382.421????dAa----系數(shù)，對鋼 ；50an----系數(shù)，油缸兩端絞接 n=1；m---柔性系數(shù)，對鋼 m=85；r----活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑；(3.25)41dAJr?J----活塞桿橫截面轉(zhuǎn)動慣量。(3.26)642dJ?16140327)70(51.38492????kP~9.21?kk n所以穩(wěn)定性符合要求。3.6 計算水平液壓缸3.6.1 確定液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d按生產(chǎn)廠情況 D=50mm，取速比 =1.33，則?mm,圓整 d=30mm。9.253.150???d3.6.2 核算液壓缸推力(1) 確定水平缸外負載上平臺由滾輪支承在下平臺導(dǎo)執(zhí)中，并由水平缸去動作水平方向往復(fù)運動，上平臺部件約重 5300N，加上載重量 10000N，故上平臺垂直方向載荷為 N=15300N滾輪滾動阻力矩為M=NK=Rr，R= rNK式中：M----滾動阻力矩；N----垂直方向載荷，N=15300N；R----水平缸水平方向負載；r----滾輪半徑 r=30mm；K----滾動摩擦力臂，K=1mm；N5103.1???rNKR采用兩只水平液壓缸，則每只缸負載為 510/2=255N。(2)水平缸推力選定水平缸工作壓力 p=1MPa，回油背壓 p=0.5MPa，則水平缸推力為： mdpDP??])[(4221???17N1268]350[422????m??推力足夠。(3)水平缸所需流量l/min96.254.22????vAQ液壓泵供油流量l/min1.7.2Kp(4)水平缸導(dǎo)向距離、活塞寬度、外徑及壁厚導(dǎo)向距離mm，取 H=60mm501??lH活塞寬度B=0.8D=40，取 40mm外徑按結(jié)構(gòu)要求取 D=76mm<80mm壁厚 5m,2056D?????取外所以 m062)50D???（外3.6.3 驗算水平缸強度(1)驗算壁厚按厚壁筒計算105???(3.27))13.][40(2???ypD??取 MPa10][??MPa75.1%0??nypmm<7mm9.4)23.14(25????18壁厚滿足要求。(2)驗算活塞桿直徑 ][4??Pd?取 MPa，P=1268N10][??mm<32mm8.3][1264][????P活塞桿強度足夠(3)校核活塞桿穩(wěn)定性 67.3045???dlr8nm當長細比 時，采用高登.拉金公式nmrl?N341)05(149)(122 ?????rlnafAPk ~76834?kkn穩(wěn)定性滿足要求。3.7 平臺受力分析3.7.1 求絞點約束反力在平臺起升到最高位置，上平臺外移最大距離，且額定載重量作用于最大外伸端時，平臺受力情況最為惡劣，求出該工況下的各絞點約束反力，作為臂架、軸、銷等零件強度校核的依據(jù)。上下平臺及欄桿自重 G=8000N 作為均布載荷，為簡化計算，將空間力系簡化為平面力系，計算單排臂架各絞點的約束反力，每排臂架均布載荷為G=8000/4=2000N。 01??AM190]2/)[()(1 ???????blcbaGlcaQF?N284393.68]1/)53.607192[(0)53.607.92(10?? 2??AM0)](/)[()(2 ???????balcbaGlcQaF?N164397.692.50310?由于不存在著水平力，可得N284391?FN62圖 3.7 平臺受力分析外臂架受力情況，如圖 3.8 所示。20圖 3.8 外臂架受力 01??OM)]9sin()sin(2[ 215 ???????eLFcoco16??0]0s()s([ 2124 ???d2?OM)]9sin()sin(2[ 2115 ???????eLF0coco1??d0)]s()s([ 21126 ??e由上面兩式解得 NF64396?5F分析內(nèi)臂架受力情況如圖 3.9 所示。21圖 3.9 內(nèi)臂架受力由圖 3.5 可見 ， )cos()(12???abn36)97.6.5401???，09.23cos?xBAC????498.2BAC?????? 7).(48.)(1'1D ?????? 02.5.6573802 ???? 419.2sin0si ????AOh3.811???Bf1?OM22)]90cos()cos(22118 ???????eLFin[27??0)]cs()cs( 2113 ??fPd?705689.358??F2??OM)]cos()cos(22118 ?????eLF90in[7 ????0)]cs()cs(21122 ??hPd?3488.537F由上兩式解得：N， N26097?168??X0cos7???PFN216984.5cos79???PF?0Yin3810?N4369.72s1sin3810 ?????Xcos1??PFN798.3508cos71 ?????PF?0Y0sin12N153.26493sin3812 ???? ?由上面計算結(jié)果，各絞點約束反力（N）如表 3.2。3.7.2 畫臂架彎矩圖上段臂架N10857.4cos1639)cos(23 ??????F23N·m135907.48sin1639)sin(123'1 ???????dFMB?表 3.3-情況各點約束力1F234F56F28439 16439 16439 28439 0 164397891011226209 18643 21698 49388 7973 41134N283.5sinsin?????PN7385.4sin60974co1863)()cos(27128 ?????? ???FF eFMD )(si[ 128'1 ??N·m5].cs09.4in63[ ?????上段臂架受力圖及彎矩圖如圖 3.10 所示。圖 3.10 上段臂架受力圖及彎矩圖下段臂架24N10857.4cos1639)cos(22 ???????FN·m39inin11??dMBN62.s50s?PN1759823coco????)s()sin(127 ?????FFN30547.8co6439.82609?? eMD ??)]s()si([ 12121N·m6.c07.n43????下段臂架受力圖及彎矩圖如圖 3.11 所示圖 3.11 下段臂架受力圖及彎矩圖3.8