剪叉式物流液压升降台的设计含6张CAD图.zip
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中期汇报表学生姓名XX专 业XX学 号XX设计(论文)题目剪叉式物流液压升降台的设计毕业设计(论文)前期工作小结论文撰写到现在,根据老师的任务书和我的开题报告,同时吸取前人的经验教训,我已经完成了对剪叉式升降台位置参数和动力参数的分析计算,也完成了对液压传动系统的分析,并最终选择液压缸为双活塞杆液压缸。在图纸上,我已经初步完成了液压系统图和一些零件图的简单绘制。在之后的几个周,我还要完成对台板和叉杆的设计计算,确定它们的材质结构。还要完成相关的零件图纸的绘制和修改,并完成最终的装配图。另外也要对整篇论文作进一步的修改,尤其是计算方面,要对它们作进一步的分析研究。指导教师意见该生毕业设计进度符合毕业任务书要求,应能按时按量完成毕业设计。签名: 2018年 4月 20日中期情况检查表 学院名称: 机电工程学院 检查日期: 2018年 4月 25 日学生姓名XX专 业XX指导教师XX设计(论文)题目剪叉式物流液压升降台的设计工作进度情况 完成了对剪叉式升降台位置参数和动力参数的分析计算,也完成了对液压传动系统的分析,并最终选择液压缸为双活塞杆液压缸。在图纸上,我已经初步完成了液压系统图和一些零件图的简单绘制。 是否符合任务书要求进度是 能否按期完成任务能 工作态度情况(态度、纪律、出勤、主动接受指导等) 态度认真,按时出勤,能够积极主动的自主设计,不明白的也会主动询问老师 质量评价(针对已完成的部分)计算部分符合设计要求,图纸基本可以表达结构特点 存在问题和解决办法 说明书语言不够严谨,图纸图线标注部分略有不标准的地方,后期根据毕业设计要求进行改正 检查人签名 教学院长签名 论文答辩 Scissor typeLogisticsHydraulicLiftPlatformDesign姓名XX班级XX学号XX指导老师XX XX 剪叉式物流液压升降台的设计 背景和意义 背景 剪叉式物流液压升降台的应用场合十分广泛 可以用在搬运 举升 装卸等物流作业 意义 根据我国具体的实际情况 更好的解决现有升降台的一些问题 让升降台变的更有效率 升降台结构分析 液压传动系统设计 台板与叉杆设计 01 02 03 研究内容 升降台结构设计 经过分析 本设计采用双铰接剪叉式结构 而且我们把液压缸放置在左侧 因为采用双铰接剪叉式结构 平台的行程会比较大 是液压缸行程的两倍以上 至于把液压缸放在左面 因为当平台相同载重时 放在右侧活塞推力较小 但活塞杆行程大 速度快 所以当载荷不大时 可以放在左侧 因为这可以缩短液压缸伸长长度 减少材料浪费 减少液压缸和活塞部分的弯曲应力 当然可以采用双级杆来加速 液压缸放置在左侧图 采用双级杆图 液压传动系统设计 采用双活塞杆液压缸来驱动 因为双活塞杆液压缸两端活塞杆直径相等 所以左右两腔有效面积相等 所以当输入相同的压力和流量时 它左右两个方向上输出的推力和速度相等 此外 工作台的移动范围等于活塞有效行程的三倍 至于说传动原理简单来说我们是通过活塞杆的移出或收回来实现起落台的升降的 当液压缸工作时 它上腔排油使得活塞杆伸出来推动钢架上的滚轮向中心移动 从而使起落台上升 反之其下腔排油时 活塞杆缩回 滚轮向外移动 起落台下降 台板与叉杆设计 最终本文根据在论文中假设的实例设计台板长是2550mm 宽是1600mm 至于其材料我们选择45号钢 热轧钢板 叉杆材料也选择45号钢 热轧钢板 致谢这次的毕业设计从开始选题 到具体要研究的内容和所需解决的问题 再到研究方法和技术路线确定 最后到完成这篇论文的整个过程中都离不开田晶老师对我孜孜不倦的教诲和帮助 在此谨向尊敬的田晶老师表达我最真诚的谢意 THANKYOU 剪叉式物流液压升降台的设计SCISSOR-TYPE LOGISTICS HYDRAULIC LIFT PLATFORM DESIGN摘要当人们进入到 21 世纪,随着民航、汽车、交通、冶金、制造等领域的发展,各个领域的维修行业也随之蓬勃成长,对于各种升降台的要求也变得越来越高。而剪叉式升降台由于具有运转平稳,承载力大,操纵方便等特点,因此受到了人们的广泛欢迎,其销量也是逐年增加。所以本文设计了剪叉式物流液压升降台。然而,当前针对剪叉式液压升降台,特别是其起升机构的学说人们还没能总结出一整套完整的要领,这使得设计人员只能依靠经验去进行设计。而这在很大程度上限制了升降机的发展。除此之外,人们对于剪叉式液压升降机的安全要求也越来越高,而且现在升降台的安全保证措施的范围也涉及的很广,包括升降机运用前的筹备,提升时要当心的东西, 在恶劣环境下作业的情况如何,能否稳定的承载等等。本文设计的液压系统主要采用泵传动和液压缸传动来实现升降机的上升和下降工作, 而整个的液压系统油路图则由各种控制回路和液压源构成,此外设计时系统的结构也要尽可能的简单。除此以外,为了能够对系统进行必要的检测,可以在回路中安装一些检测元件。关键词 液压;剪叉式;升降机IIAbstractAfter entering the 21st century, the design requirements of the lifting platforms are getting higher and higher for the developing of civil aviation, automobile, transportation, metallurgy, manufacturing and their maintenance industries. Because of its smooth operation, large bearing capacity and convenient manipulation, the shear-fork lift platform has been widely welcomed by people, and its sales volume is increasing year by year. Therefore, this paper designed a shearing fork type logistics hydraulic lift platform.However, the current doctrine for scissor lifts, especially their hoisting mechanisms, has not yet been able to summarize a complete set of essentials, which allows designers to rely on experience to design. This greatly limits the development of lifts. In addition, the safety requirements for scissor-type hydraulic lifts are getting higher and higher, and the scope of safety assurance measures for lift platforms is also very broad, including the preparations for the use of lifts, and care must be taken when upgrading, what is the situation in the harsh environment, whether it can be carried steadily, etc.The hydraulic system designed in this paper mainly uses pump transmission and hydraulic cylinder transmission to achieve the lifting and lowering of the elevator. The hydraulic system diagram of the entire hydraulic system is composed of various control loops and hydraulic sources. In addition, the structure of the system during design is also exhausted. It may be simple. In addition, in order to be able to carry out the necessary tests on the system, some detection elements can be installed in the circuit.Keywordshydraulicscissor typeelevator目录摘要. Abstract. IV1 绪论11.1 升降台的简介11.2 升降机的研究现状11.2.1 升降机的国内研究现状11.2.2 升降机的国外研究现状21.3 升降机的安全保障措施21.3.1 设计制作的安全保障21.3.2 使用维护方面的安全保障22 剪叉式升降台的分析42.1 剪叉式升降台的结构42.2 升降台位置参数计算52.3 升降台动力参数计算62.4 升降平台机构的注意点72.5 一些针对性实例82.6 升降台的液压缸放置102.6.1 两种放置方法的分析和比较102.6.2 两种放置方法的验证计算133 液压传动系统的设计163.1 传动系统计划方案163.2 液压系统基本设计163.2.1 液压执行元件163.2.2 液压缸的选择173.2.3 液压缸的安装173.2.4 缸体和缸盖的连接173.2.5 液压传动系统的运动回路173.2.6 液压源系统173.3 液压系统的主要参数183.3.1 载荷的分析计算183.3.2 选择系统的工作压力203.3.3 液压缸的主要结构尺寸203.3.4 液压泵的参数223.3.5 系统管道233.3.6 油箱的容量243.4 液压缸零件的材料结构和技术243.4.1 缸体243.4.2 活塞243.4.3 活塞杆253.4.4 液压缸的排气装置263.4.5 液压缸的连接计算263.4.6 液压系统原理图264 台板与叉杆的设计计算294.1 叉杆的结构材料及尺寸294.2 横轴的选取33结论35致谢36参考文献371 绪论现在剪叉式升降台重点是用在搬运、举升、装卸等物流作业,因此它的应用场合十分的广泛,例如仓库、车站、机场、码头、厂房等等。另外升降台的历史也是十分的悠久, 下面就从升降台的出现、成长以及安全等方向作一下简介。1.1 升降台的简介人们对笔直输送的要求其实与人的文化同样长远,早前的起落台是通过运用水力、人力和畜力来运输。这样一直到产业革命,起落台一向都是用这些动力方法。至于说当代的起落台则是蒸汽机被创造出来后的产品。剪叉式升降台可根据其运动分成牵引式、固定式和自推进式。如果升降台的升降部位采取剪叉机构,那么在将重物举起后,可以保证其具有高稳定性、较强的承接能力和宽广的工作平台。而且由于它具有较大的工作范围,所以可以支撑许多人同时工作,而这大大提高了工作效率。剪叉式起落台现在发展的非常灵活,它不仅可以移动,而且每当施工条件变化时,它的驱动方式也可以进行手动变化。此外由于它拥有手动控制设置,这使得它能够在停电时照常进行作业。具体而言,剪叉式升降台拥有以下几个特征:(1)升降平台垂直上下移动,此外,还可加装伸缩平台,在平台高度不够时延伸至所需位置。(2)结构简单明了,平台的承载能力强大,操作方便。(3)升降平台的制造成本低,制造简单。(4)易于维修且安装十分的方便。有人说,对于物流行业和其他需要高空连续作业的企业来说,升降机是一项重要的投资,因为它有着及其重要的用处,更有甚者能直接影响公司业务的兴衰。1.2 升降机的研究现状1.2.1 升降机的国内研究现状目前,本国的剪叉式升降台大都是基于仿照,就是照着别人的样品来设计出产自己的升降机。我们的公司基本上都没有自己的最新设计理念,因此对于如何改善升降平台至今在行业内还没有达成共识。在设计起落平台时,设计师们经常采用的是拉深或类推这种最传统的方式。计算机在设计中也没有得到充分的利用,基本上仅仅是作为绘制二维地图的辅助工具。这样我们的设计周期和设计工时比外国长,但设计出来的产品却没有别人好, 我们的产品机械性能比较低,重量比较重,成本还高。当然随着我国国内升降台的需求的增加,人们对其也是更加重视。目前在市面上,剪叉式升降台的升起高度主要在 4m 到 18m9之间,负载也在 300kg 到 1000kg 之间1。1.2.2 升降机的国外研究现状目前国外的科研人员专家学者主要都在研究剪叉式升降台的构造创新。根据剪叉式升降机的特征,哈希姆提出了剪叉臂平行并联的构造。因为以前的升降台的串联连接会限定作业面积的增长,而并联连接的话,首先它的作业面积会变大,其次它的安稳特性也会得到加强。此外 C. Gantes 针对双层剪叉臂举升组织设计出了一个全新的系统设计计算规范。这个计算标准会大大优化目前的计算系统2。1.3 升降机的安全保障措施今天人们对于生命是越来越重视,也因此在高危工作区域工作的人们的安全受到了人们的广泛关注。剪叉式液压升降台也不例外,因为当升降台上升时,有人需要在他的下方工作,而且升降台上面的人的安全也需要得到保障。而我们目前的起落台的机械机构一般都由臂架,底盘和工作台三部分构成。那么如何在制造各部分的时候保证它们的质量成为了我们目前首要的问题。当然,日常使用时也要注意它们的维护保养,毕竟现在的大部分安全事故都不是质量问题造成的,而是因为使用不规范造成的。1.3.1 设计制作的安全保障底盘方面的安全主要是要保证底盘本身要有充足的刚度和强度。此外底盘的下滚轮的计算行程要比它的实际行程多 10cm,还有就是底盘下滚轮的限位和端板的距离要保持好。臂架的安全除了保障它本身的刚度和强度外,还要保证它的活动范围,另外在壁板上要安装足够的定位孔。工作台的安全除了它本身的材料问题外,还要设置防翻板,安全边,滚轮轨道,铰耳,面板等。当然除了这些之外,还有一些升降机普遍的安全措施需要注意:(1)无论是在上升还是下降过程中,升降机都要能承受的起过载试验,一般为超载25%,而此时其部件不可有任何永久的扭曲和破损。(2)所有的主控机构都要上双保障,即所有的主控机构都要按两个按钮才能运行。(3)要保证在升降台的某个零件损坏时,不会影响到整个升降台的上升或下降,以免造成升降机下坠。(4)所有的绳索,链条都要有足够的强度,以防止断裂。(5)升降台要有安全防坠系统,以防止系统损坏后升降机坠落。(6)电气系统的安全也要保证,比如用来驱动油泵的电动机,要用断路开关,限位开关,热继电器串联来保护3。1.3.2 使用维护方面的安全保障近年来由于我国的剪叉式液压升降台的使用管理的不到位,比如忽视安全要求,超载使用,导致了全国各地已经有多起升降台的安全事故发生,为此,我们一定要重视升降台的安全问题。所以当我们购买了安全的剪叉式液压升降台后,我们要去仔细阅读说明书中的各项安全注意事项并去落实执行。这样在操作升降台时,我们的人身安全才有保障。下面是几条注意事项需要我们去牢记。(1)首先,我们应该购买质量优异的升降台,同时,在购买的时候要注意对方的证件是否齐全,不要买到假货。(2)其次,当发现有升降台有损坏是,要及时找正规厂家报修,以免使用损坏的升降台而导致出现人员伤亡。(3)每个升降台都有其额定载荷,所以在装载时不得超载,同时还要注意一种情况, 就是不得出现偏载现象,就是总体上重量没有超过,但是某一条举升臂的负重量超过了。(4)当剪叉式液压上讲台使用时,升降台上面的人员和周围人员要注意安全,无关人员要远离,以免出现误伤。(5)安置和驾驶升降台都要有专业人员来操作。(6)升降台下降前,要把升降台下面的器材及其它装备全部拿走,同时还必需打开锁紧设置。总而言之,安全问题不容小觑,我们要时刻注意到这点。否则等到出现人员伤亡时, 则悔之晚矣。2 剪叉式升降台的分析2.1 剪叉式升降台的结构本章主要是研究剪叉式起落平台的动力学特性,并探讨设计中应当注意的问题,还有就是讲述一下剪叉式升降平台的构造和运用。众所周知,液压起降平台是把人或货品提升到相对高度的提升装置,主要用来人的爬升下降和垂直输送物品。根据升降机构的类型,起落台可分为4 种。即剪叉式起落平台、桁架式起落平台、多级液压缸垂直起落平台和悬臂起落平台。然而由于剪叉式升降台拥有使用方便等优异特性,因而在现实生活中拥有了广泛的运用。剪叉式升降机拥有着多种配置,不管是从低的地方起升还是从高的地方起升,也不管它的剪叉臂有多少,由何种液压缸来提升动力。它主要由底盘,臂架和承载平台构成。当然由于我们设计的剪叉式升降台是在家庭中使用,所以只需要设计小型的即可。因此在设计气液剪叉式起落平台时,我们通常会考以下方法,如 2-1 所示:(a)直立固定剪叉式(b)水平固定剪叉式(c)双铰接剪叉式图 2-1 结构简图上面显示的是气液剪叉式起落台的三种构造。在两个杆的中点 E 上铰接等长的两个支撑杆 AB 和 MN。其中 AB 杆的 A 端接于机架上,B 端接在滚轮上面。而 MN 杆的 M 端与平板相连,N 端与滚轮相连。另外 B 端和 N 端是可以分别在上平板和机架的导向槽内移动。至于说它们的区别在于液压缸安装的地方不一样。a 中的驱动元件液压缸的下部牢固的安装在架子上,而上面的活塞杆的球头则装在上平板的球窝中。液压缸则通过驱动活塞杆向上运动使上平板直线起落。b 中的卧式液压缸的活塞杆在 N 端处与 MN 杆连接。而活塞杆通过液压缸提供的动力来使平台垂直起降。c 中的液压缸的尾部在 G 处与机架相连,而活塞杆的头部则在 F 处与撑杆 AB 连接。活塞杆通过液压缸提供的动力来使平台垂直起落。上面的三副图由于液压缸的安装方法不同,我们把图 a 叫做固定直立式剪叉式机构, 把图 b 叫做固定水平剪叉式,把图 c 叫做双铰接剪叉式机构。其中固定直立剪叉机构可以举起的物体重量多,本身体积也大,比较安全平稳,但是由于其体积太大,而且安装不便,所以我们不选。固定水平剪叉式,由于活塞杆将会受到横向力的作用,从而影响零件的使用寿命。所以在日常生活中人们对其使用的也很少。而双铰接剪叉式机构就没有以上的不好之处。首先它本身拥有适合的结构,而且上面的平台的起落距离是液压缸行程的两倍之多。所以,在生活中得到广泛的使用。而本文选择双铰接剪叉式机构。2.2 升降台位置参数运算图 2-2 为位置参数示意图4:图 2-2 位置参数示意图H = CL sin b =LCL(1- cos2 b)1/ 2l(2-1)cos b=式中: H - -任意位置升降平台的高度C - -任意位置时F到G的间隔L - -支撑杆的长度;l - -固定点A到F的间隔;(T 2 + C 2 - l 2 ) 2TC(2-2)T - -机架长度(A到G点的距离);b- -活塞杆与水平线的夹角。将(2-2)中的公式用到(2-1)中的公式之中,并归纳得到H = L Cll - (T 2 + C 2 - l 22TC)2 1/ 2(2-3)设l= C / C0 ,q= H / H0 代入(2-3)式得qH 0 = LT 2 + (lC )2 - l 201/ 2lC0l - (l02TlC0)2(2-4)在(2-4)式中: H 0 - -升降平台的初始高度;C0 - -液压缸的初始长度。图 2-3 是起落台的参数运算图:图 2-3 运动参数示意图图中,VF 代表了 F 点的绝对速度;VB 代表了 B 点的绝对速度;w1 则代表了支撑杆 AB的速度;此外V1 是活塞运动时的均匀相对速度;V2 是升降平台的起落速度。另外由图 3 可以得到:VF = w1l,V1 = VF sin(a+ b) = w1l sin(a+ b),(2-5)(2-6)VB = w1L =V1L,l sin(a+ b)(2-7)V2 = VBcosa=V1L cosa ,l sin(a+ b)(2-8)V2 =V1L cosa 。l sin(a+ b)(2-9)在公式中:V1 - -活塞相对平均运动速度V2 - -升降平台升降速度;a- -支撑杆与水平线的夹角。2.3 升降台动力参数运算图 2-4 是起落台动力参数图,其中 P 点表示的是在活塞杆上由液压缸产生的推力。Q 则代表了起落台所经受的重力载荷。最后进行分析并对此进行计算可以得出:图 2-4 动力参数示意图升降平台上升时P =Q L cosa+ b + fb tana+ ( cosa+f sina)(L cosa- b + fb tana-b)l sin(a+ b)222cosa- f sinacosa (2-10)升降平台下降时P =Q L cosa+ b + fb tana+ ( cosa+f sina)(L cosa- b + fb tana-b)(2-11)l sin(a+ b)222cosa- f sinacosa式中: P - -液压缸作用在活塞杆的推力;Q - -升降平台所承受的重力载荷f - -滚动摩擦系数;b - -Q的作用线到M的水平距离。因为转动轮与导向槽之间是滚动摩擦,所以为了让运算简化,可以对其忽视,所以(2-10)、(2-11)式可以简化为:2.4 升降平台机构的注意点P =L cosa Ql sin(a+ b)(2-12)由前面的公式我们可以得到:当a、b变大时,V2 /V1 值随之变小;当a、b变小时, P/Q 值随之变大。此外,当a、b变小,P/Q 变大,如果液压缸行进距离没有变化,升降台起落距离反而能变小;但是液压缸的行程受力就会变大。所以我们在设计时要学会去全面考量起落行程和液压缸受力两个要素。另外,在起落距离和总体机构大小都达到的条件下,挑选较大的a、b开始的值会好一点。此外,在全部结构中,AB 杆是首要受力构件, 遭受最大弯矩,所以我们要对它的强度和硬度着重校验5。通常来说,我们使用单作用活塞缸,因为使用这种气缸是最省钱的,而且它的泄漏量很小,密封件的使用时间也很长。但是在没有负荷的情况下,运用单作用活塞缸要确保上板的重量可以挡住液压缸的活塞和气缸之间密封时的阻力。不然的话,可能起落平台会坠下去。除此之外,我们还要进行一些其他的设计,比如抗摇摆设计,抗腐蚀设计。在进行抗摇摆设计时,我们可以在起落平台上安装 4 个导向装备,导向装备可以沿导轨上下滑动, 以防止平台倾斜。在进行抗腐蚀设计时,我们可以在平面上进行涂层防腐,在一些零件上如滚轮,可以进行镀层防腐。另外还有几点也要注意:(1)升降机上面的平板降到最低位置时,要尽量接近地面,为此,我们可以在确保机构本身的强度和硬度的条件下,降低起落台平板的高度。(2)要选择合适的传动方法,比如机械传动。因为机械传动虽然价格比较贵,需要用到的能量也多,但是胜在安全。而现在都是安全第一。(3)要挑选合适的丝绳,比如我们可以挑选高柔度的钢丝绳。此外为了确保钢丝绳的质量,我们挑选的钢丝绳的钢丝数量要多,这样它的质量才更好。2.5 一些针对性实例例如在某个工作车间内,需要一起落台,对于这个起落台的条件是它的起落距离要大于 620mm,它的高度要低于 300mm,其最强承受负荷为 50kg。基于这个需求,我们选用柱塞缸式液压缸去作为输出动力。液压缸刚开始时的长度C0 =595mm,最大运动距离 Smax =320mm。起落台的结构尺寸:起落台的最低高度H 0 =281mm,机架的尺寸长度为 T=1200,支撑杆的尺寸长度 L=1230.5mm。我们根据那个工作车间的要求,同时根据上面我们给出的公式,各自针对双铰接剪叉式以及固定水平剪叉式这两种机构进行了计算。其结果如表 2-1、表 2-2 和统计图所示。固定水平剪叉式结构公式如下:H = L2 - (T - S )2 1/ 2(2-13)P =l+2 fb 。(2-14)QtanaL cosa其中, S - -在实际工作中液压缸的行程,T - -我们设计的机架的长短(A到G的间距)。滚动摩擦不进行计算。具体数值参见表格。表 2-1 是双铰接剪叉式结构,表 2-2 是水平固定剪叉式。表 2-1 双铰接剪叉式结构计算结果mmSa/()b/()HhP / Qh / S013.1814.2028104.084019.6719.83414.8133.82.853.358024.8323.46517.6236.62.342.96续表 2-1Sa/()b/()HhP / Qh / S12029.3826.05604.7323.72.042.7016033.5927.96681.8400.81.822.5120037.5629.93751.3470.31.662.3524041.3930.45814.9533.91.522.2228045.1131.21873.2592.21.402.1232048.7731.74926.8645.81.292.02表 2-2 水平固定剪叉式结构计算结果mmSa/()HhP / Qh / S013.828104.274019.74416.4135.42.793.398024.67514.4233.42.182.9212028.80593.8312.81.822.6116032.45661.3380.31.572.3720035.77720.4439.41.392.2024038.84772.9491.91.242.0528041.71820.1539.11.121.9332044.44862.9581.91.021.82经过计算,我们可以得出这样的结论:在同样的整体机构大小、一样的液压缸前进距离的条件下,在水平固定剪叉式机构中,活塞杆上产生的最大推力 Pmax 要比在双铰接剪叉式机构中的大;然而双铰接剪叉式机构起落台的最大前进距离hmax 要比水平固定剪叉式机构大。另外因为我们使用了双铰接剪叉式机构升降台,所以我们并不要挖地坑,这样给我们省下了不少钱,以后装备维修也方便。总而言之,气液动双铰接剪叉式机构起落平台全部尺寸比较小,维修方便,花钱较少, 但却可以获得缸体两倍以上的功率,因此可以用在地方比较小,但工作行程大的场合。下图是两种计算结果之比。其中曲线 1 是表 2-1 计算结果,曲线 2 是表 2-2 计算结果。图 2-5 两种结构计算结果对比2.6 升降台的液压缸放置如上所述,我们已经简略阐述了双铰接剪叉式起落台结构和其他两种结构的不同之处以及它们在现实运用中所存在的优点和缺点,然而通过考量各个方面要求如双铰连接、支撑杆、起落台等都不发生变动的情形,是否可以将设计作更好的改善呢?为了进一步证实这个,我们可以讨论将它的结构方式改善,看能否得到更好的结果。先从直观的角度进行讨论,如图 2-6 所示:杆2杆1图 2-6 液压缸工作示意图正如图中所表达的那样,液压缸的末端铰接在了右侧支撑杆移动的地方,而液压缸的上部则是接在了支撑杆 1 的右方接近三分之二处,其中杆 1 和液压缸进行铰连接。一般来说,在现实生活中我们在布置液压缸的时候,经常将它放置在右侧,因为这样的话,液压缸的活塞的推进力会小一点,而我们因而能够选择尺寸小一点的液压缸,而这会让液压缸在机构中的放置变的简单。但我们也可以尝试一下另外一个和它相反的放置方法,就是把液压缸放置在和它相反的左边,即与剪叉机构的固定支点在同一边,对此我们再来探讨一下。我们可以通过运用瞬时速度中心法和虚位移原理,来计算出在使用这两种放置方法的情况下,液压缸活塞的运动速率与平台起落速率的关联式以及活塞的推进力与平台负荷的关联式,然后就可以通过算出来的公式对这两种放置方式进行比较,得出它们各自的利弊点和运用场所。最后可以根据升降台剪叉机构在现实中的例子对这两种方式作最后的探讨研究来得出合适的液压缸的参数6。2.6.1 两种放置方法的分析和比较在现实生活中,液压缸在剪叉结构中的放置要受到高度的束缚。根据相关资料,我们可以知道在这种放置方法的情况,如 2-7 图所示:图 2-7 液压缸布置在左侧19液压缸活塞运动速度与平台起落速度的关联式v =活塞推进力与平台负荷的关联式P =2l cosavy2l cosaW(2-15)式中:a= sin -1a sin(q+a) + l sin(q-a)h ,q= tan -1l + a tana,g=sin-1 ( asin 2a) 。(2-16)2ll - ad上面两条公式的推理是建立在现实生活中常用的液压缸放置方法的基础上的,即液压缸下面的支撑点与剪叉结构的固定支撑点在相同的一面,就如上图显示的那样。这个放置方法的好处是液压缸的有效行进距离会短一点,而这使得它在平台行进距离大的场合会较为好用。当然也留有一些问题那就是在剪叉结构合拢后的高度 h 小一点的情形下(即a角小),液压缸的推进力的需求会大幅度增长。但液压缸的最大作业压力是不变的,这让液压缸的直径的尺寸只能相应变大,结果在合拢后的剪叉结构中很难放置;当然也可以使用两个尺寸小一点的液压缸代替一个大尺寸的液压缸,不过这会增添一些钢铁底座,同时增加了加工、装配和液压系统的繁琐程度,成本也会上涨。对于如何解决上面提出的疑问,我们可以尝试使用第一种设计方法,去运算一下该方法的有关数据最后再拿两者进行比对。如 2-8 图所示:图 2-8 液压缸布置在右侧在这里使用上面的瞬时速度中心法来算出活塞的活动速率。其中杆 FD 上 D、A 点的运动瞬间中心为 F,D、A 的快慢为:VD = 2wl VA = w(l + a)式中:w为杆 FD 的角速度, l, a 分别是 BF 和 AB 长。平台起落速度:(2-17)(2-18)A 点的运动速度:vy = vD cosa= 2wl cosa(2-19)活塞运动速度:v = (l + a)vy A2l cosa(2-20)式中:v = vAcos b= (l + a) sin(q+a)2l cosa(2-21)a= sin -1h ,q= tan -12l(l + a) sinaL - (l + a) cosa其中,h 是起落台上下台板之间的距离,a是杆 FB 与台板 FC 之间的夹角,b是液压缸与台板 FC 之间的夹角。依据虚位移原理有:由图分析可得:经变分后:S(Fixdxi + Fixdyi + Fixdzi ) = 0- Pxdxp + PydyP -Wdyw = 0Px = P cosa,Py = P sinaxP = (l + a) cosa, yP = (l + a) sina, yWdxP = -(l + a) sinadadyP = (l + a) cosada= 2l sina(2-22)(2-23)dyW= 2l cosada(2-25)代入式(2-22),整理后得活塞推进力:P =2l cosaW(l + a) sin(q+a)(2-26)其中(2-21)与(2-26)的准确我们能够用机械能守恒原理来证实,即vP = vyW(2-28)将公式(2-26)与公式(2-16)举行对比,很明确当l, a,q,a,W , vy 一样的情况下,液压缸放置在右边的推进力比放在液压缸左边时小一点;而对公式(2-21)和公式(2-15) 进行对比,可以发觉液压缸放在右边的活塞的速度比液压缸放在左边时高。由此可知,活塞的推进力和速度是成反比的。所以如果液压缸放置在剪叉结构的右边,这会让液压缸的活塞推进力变小,同时产生的问题是液压缸的有用行进距离会很长,若平台上升范畴较小,液压缸有用行进距离的增长也同样是很小的。2.6.2 两种放置方法的验证计算经过上面的分析运算,我们可以再通过案例来举行验证,案例的结构简图如下图所示, 其中下面两边各自是两种放置情形。图 2-9 案例结构简图剪叉机构的结构尺寸:h=4001 200mm, l =2 000mm, a =535mm, e =770mm, f =3210mm.两种放置方法主要参数计算结果如下表所示:表 2-3 两种放置方法的主要参数参数放置在左面放置在右面杆FD倾角a液压缸倾角qsin -1 h2ltan-1(l + a) sinasin -1 h2ltan-1(l + a) sina(l - a) cosa- ef - (l - a) cosa起始角a05.7395.739起始角q020.23620.236起始活塞速度v00.185vy0.279vy起始活塞推进力P05.42W3.58W终止角amax17.45817.458终止角qmax50.47322.262活塞有效行程L / mm253365经过我们对表中的数字进行对比,液压缸的放置方法对其运动数据和动力数据产生很大的影响。当起始角为a0 、q0 ,活塞的推进力为 P0 。在平台负荷 W 都一样的情形下,液 压缸放置在右边的推进力显然小于放置在左边的情形,两者之间的比率为 0.66,另外液压缸放置在右边时活塞的有用行进距离L 比放置在左边增长了112mm。如果负载不是很大(即负载小于 1.5 kN),那么可以思量在左边放置,因为这会缩小液压缸的伸长尺寸。因为如果伸长量过大的话,不但空耗原料,而且由于长久遭受负荷能增加液压缸及活塞部位的弯曲应力。所以综上所述,我们可以先考虑把液压缸放置在左边的方案。另外为了补偿速度的不够和缩小起落台的整个体积,我们可以商讨使用两级支撑杆一起提升平台来实现足够速度的目标。如图 2-10 所示:图 2-10 机构各项参数其转变进程如 2-11 所示,把两条支撑杆的右边部位折叠到左边,这样变成四条尺寸短小的支撑杆,这样我们的目的就到达了。当然,在我们折叠的过程中,我们也要注意到铰接的问题。因为这样折叠会要求支撑杆更高的强度和需要铰接的更加的牢固。图 2-11 参数转化过程最后,我们必须计算这个计划中使用到的液压缸的数据,然后依照所获得的数据来检验该计划是否可以。为了使起落台的运用规模广阔,负载更有一般性。本次设计首先建立了一个汽车模型。其相关参数为:车辆重量 1.5T、宽度 1.42m、高度 1.4m、轴间距 2.4m。当然为了安全,要求起落台在所有高度工作时都要进行自锁。工作完成后,升降台可以以相同的速度或缓慢的速度下降,当然在空载时可以快速降落。我们将在下边继续探索。另外因为维修人员要在起落台的底部进行修理,为了保证他们的安全,我们要注意起落台的起落距离,给维修人员一个站立的空间。对此我们可以选用两座升降机一起提升, 并使用共同的踏板来满足需要。但这种布置要 2 个液压缸和 16 个支撑杆。所以考虑到它的安全性,我们假设它的总体装载量一共是W总 = 2t 1000 9.8 = 19600N ,那么均匀下来一个起落台的装载量为W = W总 / 2 = 9800N 。因为这样均匀下来一个液压缸承担的平台负荷为 9800N,所以采取左边放置液压缸是合适的7。3 液压传动系统的设计3.1 传动系统计划方案众所周知,传动系统要让升降台能够进行平稳的运行、停留以及当出现过载时能够保护人员的安全。所以我们在设计时要能够明白产品的要求然后去进行设计,下面列出一些本文的基本设计要求8:(1)总体情况:我们设计的系统主要是需要满足提升小型设备的动力需求,此外要方便维修,体积也要小一点。(2)设计时要考虑它的传动速度,不能太快,另外要考虑它的冲击力。(3)我们设计的是载重为 2 吨的升降台,提升高度为 2 米;(4)平台在运行时不能出现倾斜或摇晃;(5)为了实现平台的安全可靠,我们对其实行人工控制;(6)我们设计的平台的作业环境是在平整的室内和室外,不能在沙地或者高低不平的地方工作;(7)价格便宜,移动方便;3.2 液压系统的基本设计3.2.1 液压执行元件现在市场上实现升降台的上升下降基本都是靠液压缸和液压泵来一起提供动力。但是这两者还是有差别的,下面作一些简单举例:表 3-1 液压执行元件特点名字结构使用说明单作用液压缸不对称单向运动,反向要靠外力双活塞杆液压缸双向运动头部或尾部两活塞同时向相反方向 运动,输出速度和力相当头部法兰型装配时,受法兰型液压缸法兰型安装拉力较大,反之相反齿轮泵制造方便,工作可靠用于一般机械叶片泵径向载荷小,噪声低流量脉动小通过插入转子槽内的叶片间容积变化完成泵的作用螺杆泵不能变量,无流量脉动利用螺杆槽内容积的移动产生泵作用由于本次设计只要平台做直线回转运动,所以可以使用齿轮泵或双活塞杆液压缸。此外本次设计还要用到扩程机构,常见的扩程机构有两种,如图 3-1 所示: (a) (b)图 3-1 扩程机构它们能够让速度增加,使运行更加的平稳。所以,本次设计中可能会用到这种机构。3.2.2 液压缸的选择为了满足各种机械的不同用途,液压缸也变的种类繁多,根据上面计算的平台要求, 我们选择双活塞杆液压缸9。其特点:双作用液压缸的往复运动由液压来实现,它两端都有活塞杆伸出,左右两腔面积相等。3.2.3 液压缸的安装根据需要,我们在实际工作当中要选择合适的液压缸,在这里我们选择的是尾部耳环型,其特点是液压缸在垂直面内可以晃动,装配时,活塞杆受弯曲作用较大。3.2.4 缸体和缸盖的连接根据需要,缸体和缸盖的连接采用法兰连接。3.2.5 液压传动系统的运动回路现代装置所用的液压传动系统虽然庞大,但还是由一些基本回路构成,我们此次设计也不例外。其中我们用换向阀来决定液压系统的方向,用控制阀来决定传动系统的通断, 用节流阀来调节。我们也可以改变他的工作介质的循环方式等等。我们液压系统设计的目标是使升降台能够稳定运行,并且能够在一定高度自锁。3.2.6 液压源系统液压源系统的核心是液压泵,而液压泵是液压系统中的能量转换构件。它能够把机械能转换为液压能。此外我们在给液压泵供油时,要尽量保证和系统本身需要的油量一样, 如果产生多的可经过溢流阀回到油箱。当然最好还能够装一个油液净化装置来减少油液中的杂质。3.3 液压系统的主要参数通过学过的知识可以明白液压执行构件在作业中的速度和载荷决定了传动系统的压力和流量。3.3.1 载荷的分析运算最开始,本文要确定什么时候传动系统会去承受最大的工作载荷,根据前文对液压缸放置方法的分析,我们知道液压缸和地平面夹角q最小时,即a最小时,此时传动系统要承受最大的载荷。因为我们上面假设的轴距是 2.4m,所以我们选支撑杆每根长 2.1m。当升降台降到最低时(这时支撑杆和地面夹角a=a )a = 5 ,依照上面式子0q= tan -1l + a tanal - a图 3-2 为支撑杆和地面夹角是5 时的机构参数:00q = 9.9(3-1)图 3-2 机构参数暂时我们还不知道a值是多少,但是a值肯定小于l / 2 ,因为杆长为l 。我们设a= l / 3, 依照活塞推力和平台载荷的关联式:P =2l cosaWasin(q+a) + l sin(q-a)(3-2)算出 P=11.6W。如果a= l / 4 ,P=13.3W。经过对比,a= l / 3 时,活塞的推进力 P 比a= l / 4 时小。所以我们可以得出结论a和 P 成反比。但顾虑到液压缸与杆的连接点 B 不能和 A 太靠近,因为会产生应力集中。所以,选a= l / 3。我们把a= l / 3 代入公式算出。P =6 cosa sin(q+a) + 3sin(q-a)W , tanq= 2 tana(3-3)0综上所述a = 5 时,传动系统的载重 P 最大,P=11.6W=11.69800=113680N。以下我们依照载重来选择适合的液压缸。下图是一个液压传动系统计算图:图 3-3 液压传动系统其中: Fa :因速度变动产生的惯性力Ff :导轨上的摩擦力Fg :受到的切削力和挤压力FW : 活塞杆上的外载荷Fm : 活塞和缸壁,活塞杆和导向套之间的密封阻力(1)工作载荷 Fg我们知道的工作载荷有活塞杆的重力、受到的压力等等。但是我们设计时,因为载重较重,其自身的重力就不用计算了。我们要算的就是切削力和挤压力,如图 3-3 中,Fg =P。因为我们在上文中假设的重量为 2 吨,所以液压缸 Fg =P=113680N。(2)导轨上的摩擦力 Ff因为我们的液压缸有专门的活塞导轨去固定它,所以导轨摩擦不用计算,所以 Ff =0。(3)惯性载荷 FaDv 速度变化量 m/sF = ma , a = DvaDt(3-4)Dt 起动或制动时间,单位 s。通常Dt =0.10.5s,对轻负重低运动物件取小值,相反取大值。假设其速度变化量Dv =0.16m/s, Dt =0.6s,则a = Dv = 0.16 =0.27 m / s2 , F = ma =2t/20.27=270NDt0.6a经过上面的计算,我们通常把上面三种之和为液压缸的外载荷 FwFw = Fg + Ff + Fa代入数值得 Fw =113680+0+270=113950N(3-5)其中起动加速时稳态运动时减速制动时Fw = Fg + Ff + Fa Fw = Fg + FfFw = Fg + Ff - Fa(3-6)(3-7)(3-8)如果在工作中没有工作载荷就取 0。但是我们在校核时,按最大值取。算完外负荷 Fw ,我们还要计算液压缸密封处的摩擦力 Fm ,但是因为密封材料和样式都不一样,所以我们只能对此进行估算,通常为29Fm = (1-hm )P其中hm 液压缸的机械效率,我们取 0.95,那么值为:F = Fw = 113590 = 119568N(3-9)hm 0.953.3.2 选择系统的工作压力我们在选择压力的时候要依照载荷的情形以及设备类型。故按下表我们初步选取15Mpa。表 3-2 机械常用的系统工作压力机床种类磨床组合机床龙门刨床拉床农业机器小型工程机器建筑机器重型机器工作压力/ MPa0.8 0.23 52 88 1010 1820 323.3.3 液压缸的主要结构尺寸液压缸的主要数据液压缸的主要设计参数:图 3-4 液压缸设计参数a 是活塞杆受压状况,b 是活塞杆受拉状况。活塞杆受压hF = Fw = p A - p A活塞杆受拉1 12 2m(3-10)F = Fw = p A - p Ah1 22 1m(3-11)式中A = P D 2 - -无杆腔活塞有用作业面积m214A = P (D 2 - d 2 ) - -有杆腔活塞有用作业面积m2 14P1 - -液压缸工作腔压力PaP2 - -液压缸回油腔压力Pa,即背压力D - -活塞直径md - -活塞杆直径m系统类型表 3-3 执行元件背压力背压力MPa简单轻载节流调速系统回油带调速阀系统回油路有背压阀系统有补油泵的闭式回路回油路较复杂的工程机械0.2 0.50.4 0.60.5 1.50.8 1.51.2 3回油路短,直接回油箱0我们取背压力值 P2= 0.2Mpa通常液压缸在收压状况下作业,活塞面积是:A = F + p2 A1p11(3-12)而在我们这次设计中,不存在受拉情况。我们还可以用此公式来算活塞两侧有效面积 A1 和 A2 的联系,或者 d 和 D 的联系,让杆径比F =d/D,其比值可在下表中选择:表 3-4 按工作压力选取 d/D工作压力MPad / D 5.00.5 0.535.0 7.00.62 0.7 7.00.7表 3-5 按速度比要求确定 d/DF(v2 / v1 )d / D1.250.41.330.51.460.550.1610.6220.71注:速度比F = A1A2D2= D2 - d 2(3-13)我们尝试选取 d/D=0.7,那么对应的F =2,因为活塞不用承受拉力,所以适当提高速度是完全合适的。运用直径求法公式计算得 D =D = 101.1mm(3-14)同理可得 d=71.8mm。此外我们要对液压缸直径 D 与活塞杆直径 d 按国标进行圆整, 如果和国标接近,我们就选择国产液压缸,这样节省时间去自己设计。最后根据机械手册选取圆整后的数据:缸径 100mm,活塞杆 70mm,速度比F =2,工作压力 16Mpa,推力125.66kN10。3.3.4 液压泵的参数(1)液压泵在作业时的最大瞬时压力:pp p1 + Dp其中 p1 液压缸作业时的最大瞬时压力依照Pa(3-15)hF = FW = p A - p A我们能够算出1 12 2m(3-16)1p = F + 0.2 A2 = 15.3MPaA1 Dp 从流出的地方到流进的地方之间的液压缸的总压力损失。我们在开始时可照经验选择:管道简易、流速较缓的取 0.20.5Mpa;管道繁杂但有调速阀的,取 0.51.5 Mpa。我们最终选择 0.5Mpa。即pp 15.3 + 0.5 = 15.8MPa(2)液压泵的流量QPQP KQmax K - -泄漏系数,通常取1.1 1.3, 我们取1.2m3 / s(3-17)Qmax 液压缸的最大流量,如果
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