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升降舞台液压升降舞台设计(毕业论文)

液压升降舞台设计(毕业论文)_工学_高等教育_教育专区。液压升降舞台系统 摘 要 本次毕业设计是关于液压升降舞台系统的设计。首先对液压升降舞台作了 简单的概述; 接着分析了液压升降舞台的基本结构和工艺参数,然后根据所要求 的基本工参数和机械机构,进行了液   液压升降舞台系统 摘 要 本次毕业设计是关于液压升降舞台系统的设计。首先对液压升降舞台作了 简单的概述; 接着分析了液压升降舞台的基本结构和工艺参数,然后根据所要求 的基本工参数和机械机构,进行了液压系统的计算,从而对液压元件进行选型, 然后在对所选择的液压升降舞台的性能进行了必要的验算,当验算合格后,本设 计给出了升降舞台液压系统的原理图和电气控制图,并对此作出了详细的分析。 最后本文简单的说明了液压升降舞台的安装与维护。目前,液压升降舞台正朝着 长距离,高速度,低摩擦的方向发展。近年来在液压升降舞台的设计、制造以及 应用方面,我国与国外先进水平相比仍有较大差距,国内在设计制造液压升降舞 台过程中存在着很多不足,因而所需我们努力改进的地方还有很多。 关键词:液压升降舞台 机械结构 液压系统原理 电气控制 I The System Of Hydraulic Elevator Sage Abstract This graduates design is about the system of hydraulic elevator stage.Firstly it introduces the hydraulic elevator stage in outline.Then this design analyses the basic structure and technological parameters of hydraulic elevator stage. After that it does a lot of computation about the system of hydraulic on the basis of he basic structure and technological parameters so that we can choose the hydraulic component.Afterwards it did a lot of examine about the performance of the hydraulic elevator stage.When examine meet the requirement ,this design presents the key diagram and electric controlling system diagram of hydraulic elevator stage system,besides,it also make a detailed analysis。recent years ,at the design, manufacturing and application of the hydraulic elevator stage,Our country and foreign advanced level still lags far behind.there are many shortcomings in the process of designing and making hydraulic elevator stage in our country.So we needed to improve in many areas. Key Words: hydraulic elevator stage technological parameters key diagram of hydraulic elevator system electric controlling system diagram II 目录 摘 要 .................................................. I .................................................................. II Abstract 一.绪论 .................................................................. 1 1.1 液压技术的应用与特点......................................... 1 1.1.1 液压技术的应用 ......................................... 1 1.1.2 液压传动的特点 ......................................... 2 1.1.3 液压系统的组成 ......................................... 2 二.液压升降舞台结构分析与设计 ..................................... 5 2 .1 升降舞台的简介.............................................. 5 2.2 升降舞台的液压系统方案的确定 ................................ 6 2.2.1 升降台机构的设计 ....................................... 6 2.2.2 升降舞台升降过程示意图................................. 7 2.2.3 降台工艺参数 ........................................... 8 三.升降舞台液压系统设计计算 ....................................... 9 3.1 执行元件类型、数量、和安装位置............................... 9 3.2 升降舞台升降部分的设计....................................... 9 3.2.1 确定液压系统的工作要求................................. 9 3.2.2 分析液压系统给的工况.................................. 10 3.2.3 确定液压缸的主要参数 .................................. 10 四.液压系统的设计与分析 ............................................ 15 4.1 液压回路的选择.............................................. 15 4.1.1 确定油路方式 .......................................... 15 4.1.2 确定调速方法 .......................................... 16 4.1.3 速度换接回路的选择 .................................... 16 4.1.4 换向回路的选择 ........................................ 16 III 目录 4.1.5 压力控制回路的选择 .................................... 17 4.1.6 其他回路的分析与选择 .................................. 17 4.2 升降舞台液压系统工作原理图的确定和分析...................... 18 4.2.1 升降舞台液压系统工作原理图 ............................ 18 4.2.2 液压系统组成及工作原理 ................................ 18 4.3 液压元件的选择.............................................. 19 4.3.1 液压泵及电动机的选择.................................. 19 4.3.2 液压阀的选择 .......................................... 20 4.3.3 流量控制阀 ............................................ 20 4.3.4 方向控制阀........................................... 21 4.3.5 其它辅助元件的确定 .................................... 22 4.4 液压元件的连接.............................................. 24 4.5 液压系统的演算.............................................. 25 4.5.1 判断流动状态 .......................................... 25 4.5.2 压力损失 .............................................. 25 4.5.3 局部压力损失(油液流经阀的损失) ...................... 25 五.液压系统性能的验算 .............................................. 27 5.1 系统压力损失计算以及泵压力的调整............................ 27 5.2 系统发热及温升计算.......................................... 28 六.电气控制回路的设计 .............................................. 31 6.1 液压和电气控制系统.......................................... 31 6.2 液压系统和电气系统的仿真.................................... 32 七.升降舞台液压系统的安装调试 .................................... 40 7.1 液压系统的安装.............................................. 40 7.1.1 系统安装前注意事项 .................................... 40 7.1.2 系统安装时的注意事项 .................................. 40 7.1.3 系统安装方法.......................................... 42 7.2 液压系统的调试.............................................. 43 IV 7.2.1 调试的目的 ............................................ 43 7.2.2 调试的步骤 ............................................ 43 7.2.3 调试的主要内容 ........................................ 44 八.液压系统污染的控制 ................................................ 46 8.1 污染的控制.................................................. 46 8.1.1 污染物种类和来源 ...................................... 46 8.1.2 油液污染物的控制 ...................................... 47 8.2 泄露控制.................................................... 48 8.2.1 控制泄露 .............................................. 48 8.2.2 液压系统泄露的排除方法 ................................ 49 总结 .................................................... 51 参考文献 ................................................ 52 致谢 .................................................... 53 V 目录 VI 一.绪论 本次毕业设计是根据我们机械及其自动化专业的学生,所掌握的专业知识 而编写的。 它突出了液压技术的特点, 实现机械和电气控制的有机地融合在一起, 从而实现机电一体。 本文主要介绍升降舞台液压系统的设计思路、液压系统的工 作原理及各种液压元件的选用。 1.1 液压技术的应用与特点 1.1.1 液压技术的应用 液压技术是涉及液体流动和液体压力规律的科学技术。近几十年来,液压 技术发展非常快,广泛应用于工业、农业和国防等各个部门。 液压传动主要应用如下: (1)一般工业用液压系统:坯料加工机械(注塑机)、压力机械(锻压机)、重 型机械(废钢压块机)、机床(全自动六角车床、平面磨床)等; (2)行走机械用液压系统:工程机械(挖掘机)、起重机械(汽车吊)、建筑机 械(打桩机)、农业机械(联合收割机)、汽车(转向器、减振器)等; (3)钢铁工业用液压系统:冶金机械(轧钢机)、提升装置(电极升降机)、轧 辊调整装置等; (4)土木工程用液压系统: 防洪闸门及堤坝装置(浪潮防护挡板)、河床升降 装置、桥梁操纵机构和矿山机械(凿岩机)等: (5)发电厂用液压系统;涡轮机(调速装置)、核发电厂等; (6)特殊技术用液压系统:巨型天线控制装置、测量浮标、飞机起落架的收 放装置及方向舵控制装置、升降旋转舞台等; (7)船舶用液压系统:甲板起重机械(绞车)、船头门、舱壁阀、船尾推进器 等; (8)军事工业用液压系统:火炮操纵装置、舰船减摇装置、飞行器仿真等。 上述的概略说明不包括所有应用的可能性。目前,液压传动技术在实现高 压、高速、大功率、高效率、低晚声、长寿命、高度集成化等方面都取得了很大 的进展。同时,由丁它与微电子技术次紧密配合,能在尽可能小的空间内传送出 尽可能大的功率并加以准确地控制,从而更使它在各行各业中发挥出巨大作用。 1 1.1.2 液压传动的特点 与其他传动相比其优点如下: (1)在同等体积下,液压装置能产生出更大的动力。也就是说,在同等功率 下,液压装置的体积小、重量轻、结构紧凑,即:它具有大的功率密度或力密度, 力密度在这里等于工作压力; (2)按压装置容易做到对速度的无级凋节,而且调速范围大,并且对速度的 调节还可以在工作过程中进行; (3)液压装置工作平稳,换向冲击小,便于实现频繁换向; (4)液压装置易于实现过载保护.能实现自润滑,使用寿命长; (5)按压装置易于实现自动化,可以很方便地对液体的流动方向、压力和流 量进行调节和控制,并能很容易地和电气、电子控制或气动控制结合起来,实现 复杂的运动、操作。 (6)液压元件易于实现系列化、标准化、通用化,便于设计、制造和推广使 用 当然,液压传动还存在以下一些明显缺点: (1)液压传动中的泄漏和液体的可压缩件,使这种传动无法保证严格的传动 比; (2)液压传动有较多的能量损失(泄漏损失、摩擦损失等),因此,传动效率 相对低; (3)液压传动对油温的变化比较敏感不宜在较高或较低的温度下工作; (4)液压传动在出现故障时不易找出原因。 1.1.3 液压系统的组成 液压传动装置主要由以下五部分组成: 1)能源装置——把机械能转换成油液液压能的装置。 最常见的形式就是液压 泵,它给液压系统提供压力油。 2)执行装置——把油液的液压能转换成机械能的装置。 它可以是作直线运动 的液压缸,也可以是作回转运动的液压马达。 3)控制调节装置——对系统中油液压力、 流量或流动方向进行控制或调节装 置。例如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等这些元件的不同组合形成了不同功 2 能的液压系统。 4)辅助装置——上述三部分以外的其它装置,例如油箱、滤油器、油管等。 它们对保证系统正常工作也有重要作用。 5)工作介质:液压系统中用量最大的工作介质是液压油,通常指矿物油 3 4 XXXXX 大学学士学位论文 二.液压升降舞台结构分析与设计 2 .1 升降舞台的简介 随着文化生活的日益丰富,人们对演出活动中舞台效果的要求越来越高, 在比较高档的文化娱乐场所, 为了创造一种生动活泼的立体演出效果,传统的精 静止舞台逐渐被摒弃,而代之以升降舞台。现在在专业歌剧院、舞剧院、话剧院 以及大型的音乐厅里都配备各种类型的升降舞台, 它能够有效利用现场的有效空 间, 尽可能的减少传动装置的占地面积保证舞台平稳升降,并且具有快速迁换布 景, 满足舞台工艺布置及舞美设计和剧目编导人员的需要, 制造特殊气氛和效果, 根据不同表演流派需求改变舞台的形式等。 目前国内外采用的是滑动螺母丝杠升降台,普通滑动螺母丝杠副的特点 是可以按需要设计成自锁,这对载人升降台是一个很好的优点,但是,滑动螺母 丝杠副在设计成自锁的条件下机械效率很低,理论上可达到 40%,事实证明,由 于加工精度、表面粗糙度、润滑条件、安装条件的限制,真正能达到的机械效率 只有 20%~30%。而舞台升降台的载重较重,一般为 10t 左右,加上升降速度较 快,最高达 0.2m/s,这样就必须要求所选电动机的功率较大,一般为 20kw 以上, 同时,由于舞台升降台一般要求变频调速,这样所选用的变频器的容量较大,功 率(容量)较大,成本上升,尤其是变频器,随容量的增大,成本急剧上升。因 此,我们将金属切削机床上采用的滚珠螺母丝杠副用于舞台升降台的升降传动, 滚珠螺母丝杠副具有较高的传动效率,但不能自锁,这对载人升降舞台来说不安 全,而滚珠螺母丝杠副的传动效率高于普通滑动螺母丝杠副,且能自锁,常用于 垂直移动的传动。滚柱螺母丝杠副要求丝杠直径较粗,否则,丝杠螺纹与滚柱的 环槽有可能发生干涉。 这一要求在舞台升降台上是完全能满足的,因为由升降行 程所决定的丝杠长度较长,一般为 5~7 m ,根据刚度要求,丝杠直径本身就要 求较粗。而采用液压传动可实现高压高速、大功率、高效率、低噪声、长寿命、 高度集成化等方面的发展,与机械传动相比,采用液压传动可减少换向冲击、降 低能量消耗、 缩短换向时间, 有效利用现场有效空间, 减少传动装置的占地面积, 保证升降舞台升降平稳,易于实现自动化控制以及无级调速。 5 液压升降舞台结构分析与设计 常用的几种升降机构的比较: (1)液压升降机构:采用液压技术,升降平稳、噪音低。 (2)垂直丝杠升降机构:采用丝杠传动方式,可以实现双层台面的升降。根据需 要可多块组成升降台群, 能在行程范围内组成不同的台阶以满足会议和演出的需 要,是搭设”亭、台、楼、阁”的理想道具。 (3)水平丝杠机械升降机构:该结构的升降台具有土建配合量小,所需基坑浅、 行程大、运行平稳、噪音低、定位准确、造价低等优点。采用水平丝杠传动,通 过剪叉结构实现台面的升降运动,在行程范围内可任意停止。 (4)链条式升降机构:有良好的导向机构,可保证设备运行时无倾斜。 (5)齿轮齿条式升降机构:传动精确,造价高。 (6)螺旋器升降机构: 具有普通升降台的全部功能,主要特点是设备占用基坑小, 行程大。设备高度仅200~500mm,行程可达14m。对于舞台建在二层以上的建筑 物,因空间受到限制的剧场尤为适合。 从上面的比较可知,液压式升降机构升降平稳、噪音低、使用寿命长、承 受载荷大而且控制相对简单,应用在舞台设备中比较合适。 2.2 升降舞台的液压系统方案的确定 此次设计中是将液压传动技术应用于舞台的升降中,升降舞台的升降功能 是由4根液压缸顶升叉架完成, 4根液压缸的同步由带补正装置的同步回路完成。 升降台是液压系统的重要应用领域,升降台液压系统也是比较成熟的技术。但此 套大型设备不能简单地套用,必须解决好以下问题,方可靠保证舞台平稳升降。 (1)保证动作平稳,舞台上载重量变化比较大,且液压缸在升降过程中随叉 架角度变化较大, 因此液压缸负载变化较大,液压系统必须要能克服负载变化对 速度产生的影响,确保机构无冲击的平稳运行; (2)根据舞台承受的动静载荷,速度要求,经过计算,得出上升过程中液压 缸无杆腔工作压力约为1~3MPA,单根液压缸理论流量为32.739.5L/min; (3)下降过程主要靠自重,但必须加以控制,尤其是大型设备,一旦失去控 制,极其危险。 2.2.1 升降台机构的设计 该升降台主要有两部分组成:机械系统和液压系统。机械机构主要起传递和 6 XXXXX 大学学士学位论文 支撑作用,液压系统主要提供动力,他们两者共同作用实现升降机的功能。 其结构见图如下图所示: 图 2-1 升降舞台结构简图 上图所示即为单个升降舞台的基本结构形式,其中 1 是工作平台,2 是活动 铰链,3 为固定铰链,4 为支架,5 是液压缸,6 为底座。4(支架)主要起支撑 作用和运动转化形式的作用, 一方面支撑舞台的载荷,一方面通过其铰接将液压 缸的伸缩运动转化为舞台的升降运动,1(工作平台)与载荷直接接触,将载荷 转化为均布载荷,从而增强局部承载能力。下底架主要起支撑和载荷传递作用, 它不仅承担着整个舞台的重量, 而且能将作用力传递到地基上。通过这些机构的 相互配合,实现升降舞台的稳定和可靠运行。两支架在 0 点铰接,支架的一端分 别固定在平台和底座上,另一端采用滚轮滑动,通过活塞杆的伸缩和铰接点 0 的作用实现舞台升降平稳。而且该机构要求基坑较浅,从而可以节约投资,液压 缸左右对称布置, 工作时总体水平方向上受到的合力为零,使得台面水平方向不 发生运动,只是垂直方向的往复运动。 2.2.2 升降舞台升降过程示意图 7 液压升降舞台结构分析与设计 图 2-2 升降舞台升降示意图 当系统响应时,三个台面同时升起,舞台 1 升高高度为 1m,舞台 2 升高高 度为 2m,舞台 3 为 3m,升降速度相同。在下面的计算过程中,我们按舞台 3 的 结构来计算,当结构 3 满足时,其他 2 个同时满足。 2.2.3 降台工艺参数 相关工艺参数为: 单个平台尺寸:16m×2m 静载荷:4000kg/㎡ 升降行程:1~3m 动载荷:2000kg/㎡ 升降速度:0.2m/s 电源:380v,50Hz 8 XXXXX 大学学士学位论文 三.升降舞台液压系统设计计算 3.1 执行元件类型、数量、和安装位置 表 3-1 执行元件类型选择 往复直线运动 运动形式 短行程 执行元件的 类型 活塞缸 长行程 柱塞缸 液压马达和丝杠 螺母机构 高速 高速液压 马达 低速 低速液压 马达 摆动液压马达 回转运动 往复摆动 根据上表选择执行元件类型为活塞缸(A1=2A2),再根据其运动要求进一步 选择液压缸类型为双作用单活塞杆无缓冲式液压缸。符号位: 数量: 该升降平台为双单叉结构,故其采用的液压缸数量为 4 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,安装的位置为简 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,使升降机升降,完成舞台的升 降。 3.2 升降舞台升降部分的设计 3.2.1 确定液压系统的工作要求 根据工作要求, 确定该系统的工作循环为:快速前进——工进——工退—— 原位停止,根据具体加工求计算得出:快速前进时的速度为 4500mm/min(0.075m/s), 工作进给时的速度应在 20~120mm/min(0.0003~0.002m/s) 范围内作无级调速, 台面最大工进行程为 3m,工退行程为 3m,运动部件自身重为 0.6t,启动换向时间为△t=0.05s,系统竖直放置的垂直导轨的静摩擦系数为 fs=0.2,动摩擦系数为 fk=0.1,油缸机械效率η cm 取为 0.9。 9 升降舞台液压系统设计计算 3.2.2 分析液压系统给的工况 启动加速阶段: F=(Fs+Fi)/η cm=(fsG+G△v/g△t)/η cm =(0.2×5880+5880×0.075/9.8×0.05)/0.9 =2306.67N 工进阶段: F=Fw/η cm=5880×0.1/0.9=653.33N 工退阶段: F= Fw/η cm=5880×0.1/0.9=653.33N 表 3-2 液压系统在各阶段的速度与负载 阶段 启动加速 工进 工退 速度 v(m/s) 0.075 0.0003~0.002 0.0003~0.002 负载 F/N 2306.67 653.33 653.33 3.2.3 确定液压缸的主要参数 1.初选液压缸的工作压力 表 3-3 按负载选择压力 负载(KN) 工作压力/mpa 5 =1 5~10 1.5~2 10~20 2.5~3 20~30 3~4 30~50 4~5 50 5 表 3-4 按设备类型选择系统工作压力 机床 设备类型 组合 机床 龙门 刨床 农业机械,小型 工程机械,建筑 磨床 拉床 机械,液压凿岩 机 8~10 10~18 液压机,大中型 挖掘机,重型机 械,起重运输机 械 20~32 工作压力 /mpa 0.8~2 3~5 2~8 10 XXXXX 大学学士学位论文 由计算得出各阶段负载的最大值查表 3-3 和表 3-4,取液压缸的工作压力为 0.8MPa。 2.确定液压缸的主要结构参数 表 3-5 液压缸参考背压 系统类型 回油路上有节流阀的调速系统 回油路上有调速阀的调速系统 回油路上装有背压阀 带补油泵的闭式回路 背压 Pb×105/Pa 2~5 5~8 5~15 8~15 根据表 3-2 得最大负载为启动加速阶段负载:F=2306.67N,液压缸压力为 0.8mpa,且为了防止负载的突然消失,改液压缸采用背压,则参照表 3-5,选背 压为 P2=0.6mpa。则: A= F 2306 .67 = =0.0048561(m2) ?m(P1 - P2/2) 0.95 ? 0.8 - 0.6 ) 10 ? 6 ( ? 2 则活塞直径: D= 4 A1 4? 0.0048561 = =0.078652m π π 式中:D—活塞杆直径缸、筒内径,单位为 m F—无杆腔推力,单位为 N P—工作压力,单位为 MPa ?cm —液压缸机械效率,取?cm =0.95 查设计手册,液压缸内径系列将所计算的值圆整为标准值,取 D=100mm。 活塞杆直径的确定 活塞杆直径根据受力情况和液压缸的结构形式来确定由参考文献[8]可知: 受拉时: d ? (0.3 ? 0.5)D 受压时: p ? 5MPa , d ? (0.3 ? 0.5)D 11 (3-1) (3-2) 升降舞台液压系统设计计算 5 ? p ? 7MPa ,d ? (0.5 ? 0.7)D p ? 7MPa , d ? 0.7 D (3-3) (3-4) 为了实现快进与快退速度相同, 采用差动连接, d=0.707D,所以 d=0.707D= 70mm 则 查得 d=70mm,符合活塞杆标准直径系列,由 D=100mm,d=70mm 计算液压缸无杆腔 有效工作面积为 A1=78.5C ㎡ 有杆腔有效工作面积为 A2=40.1C ㎡ 假定工作进给采用调速阀调速,查产品样本,调速阀最小稳定流量为 Qmin=0.05L/min,因为工作进给最小速度为 Vmin=20mm/min, 则 Qmin/Vmin=0.05×10?×10/20=25cm?<A2<A1 因此能满足低速稳定性要求。 3.计算液压缸的工作压力、流量以及功率 (1)计算工作压力(P1= F ? P 2 A2 ) A1 根据有关资料,系统的背压在 0.5~0.8MPa 范围内选取。暂时规定,工作进 给的的背压为 Pb=0.8MPa 快速进给时的背压为 Pb=0.5MPa。液压缸在工作循环各阶段的工作压力 P1 可按下面公式计算得出: 工作进给阶段(无杆腔进油): P1=F/A1+ PbA2/A1=653.3×10×10?/78.5+0.8×40.1/78.5=0.49MPa 快速退回阶段(有杆腔进油) : P1=F/A2+A1×Pb/A2=653.3×10×10?/40.1+0.5×78.5/40.1=1.11MPa 快速前进阶段: P1=F/A1-A2+A2Pb/A1-A2=653.3×10×10?/78.5-40.1+40.1×0.5×10?×10×1O ?/78.5-40.1=0.69MPa (2)计算液压缸的流量(q=A1v2) 根据快进快退速度 V1=0.075m/s,工进速度 V2=0.02m/s 计算液压缸各阶段所应输 入的流量。 工进阶段: Q1=A1×V2=78.5×0.002/10×10?=0.96L/min 12 XXXXX 大学学士学位论文 快退阶段: Q1=A2×V1=40.1×0.075/10×10?=18L/min 快退阶段: Q1=(A1-A2)×V1=(78.5-40.1)×0.075/10×10?=17.3L/min (3)计算液压缸的输入功率(P=p1×q) 工进阶段: P=P1Q1=0.49×16=7.84W=0.00784KW 快退阶段: P=P1×Q1=1.11×18=33W=0.33KW 快退阶段: P=P1×Q1=0.69×17.3=200.1W=0.2001KW 将以上计算得出的压力、流量、功率列于表三中 表 3-6 液压缸在各工作阶段的压力、流量及功率 阶段 工进阶段 快速退回 快速前进 工作压力 P/Pa 0.49 1.11 0.69 输入流量 Q(L/min) 0.96 18 17.3 输入功率 P/kw 0.00784 0.33 0.2001 4 液压缸壁厚,最小导向长度,液压缸缸筒长度的确定 ① 液压缸壁厚的确定 液压缸壁厚由结构和工艺要求等确定, 其强度一般满足要求, 通常不需演算。 当液压缸工作压力较高或缸筒内经较大时,需对其薄壁处进行强度校核。壁厚由 下式确定: ?? 式中: PD Y 2 ?? ? D——液压缸内径 (m) ? ——缸体壁厚 (cm) PY ——液压缸最高工作压力 (Pa) 一般取 PY =(1.2-1.3)p ?? ? 缸体材料的许用应力 13 钢材取 ?? ? ? 100 ?110MPa 升降舞台液压系统设计计算 代入数据: δ ≧1.3×0.8×10?×10?×10/2×100×10?×10?=0.052cm 考虑到液压缸的加工要求,将其壁厚适当加厚,取壁厚 ? ? 3mm 。 ② 最小导向长度,液压缸缸筒长度 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 H. 图 3-7 液压缸结构简图 液压缸的缸筒长度 L 主要有活塞最大工作行程决定, 一般缸筒长度不超过内径的 20 倍。 活塞宽度度 b=(0.6~1)D=0.6×100=60mm 活塞杆导向长度 H=(0.6~1.5)d=1.0×70=70mm 通常 L≦(20~30)D=20×100~30×100=2000mm~3000mm=1000mm H? L D ? 20 2 取为 100mm 即 H≧100/20+10/2=10cm=100mm 导向套滑动面长度 A ,在 D80mm 时,取 A=(0.6~1.5)D,在 D=80mm 时,取 A=(0.6~1)D,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。 14 XXXXX 大学学士学位论文 四.液压系统的设计与分析 4.1 液压回路的选择 4.1.1 确定油路方式 油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 4-1 油路循环方式 油液循环方 式 散热条件 开式 闭式 较好,需用辅泵换油冷 却 较好,但油液过滤要求 较高 管路压力损失较小,容 积调速效率高 液压泵由电动机拖动 限速制动形 用平衡阀进行能耗限速, 用制动阀进行 时,限速及自动过程中 式 能耗制动,可引起油液发热 拖动电机能向电网输 电,回收部分能量 对主泵的自吸性能要求 较低 较方便,但油箱较大 抗污染性 较差,但可用压力油箱或其他改善 系统效率 管路压力损失较大, 用节流调速效率低 其他 对泵的自吸性能要求较高 油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,再根据升降舞台的性能要求,可以选择的油路 15 升降舞台液压系统设计计算 循环方式为开式系统, 因为该升降机主机和液压泵要分开安装,具有较大的空间 存放油箱, 而且要求该升降机的结构尽可能简单, 开始系统刚好能满足上述要求。 油源回路的原理图如下所示: 图 4-2 油路回路原理图 1.油缸 2.过滤器 3.温度计 4.液位计 5.电动机 6.液压泵 7.溢流阀 8.压力表 当系统中有多个液压执行元件时, 开始系统按照油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油口和最后一个执行元件的回油口分 别与液压泵和油箱相连接外,其余液压执行元件的进,出油口依次相连,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。 4.1.2 确定调速方法 调速方法有节流调速、 容积调速、 联合调速。 在设计中选用节流调速回路, 。 节流调速一般采用定量泵, 用流量控制阀改变输出输入液压执行元件的流量来调 节速度。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 ,但其速度负载特性差,效率低,发热大。 4.1.3 速度换接回路的选择 速度换接回路的形式常用行程阀或电磁阀来实现,行程阀具有换接平稳、 工作可靠、 换接位置精度高、 电磁阀具有结构简单、 控制灵活、 调整方便的特点。 4.1.4 换向回路的选择 16 XXXXX 大学学士学位论文 根据执行元件对换向性能功能的要求选择换向阀机能和控制方式。在本设 计中多采用电磁换向阀实现回路的换向,它具有操作方便、便于布置、低速换向 的特点。 4.1.5 压力控制回路的选择 本设计中采用了节流调速,常用溢流阀组成限压、安全、保护回路。 4.1.6 其他回路的分析与选择 根据升降舞台的要求,本设计中选用了多缸同步回路、顺序动作回路、平 衡回路、 锁紧回路和卸荷回路等。在选择回路中对同步回路和顺序动作回路进行 详细分析。 (1)多缸同步回路 同步回路是保持两个或两个以上的液压缸在运动中保持相同的位移或相同 的速度,常用的有: (a)带补偿措施的串联液压缸同步回路; (b)调速阀控制的 的同步回路; (3)机械连接同步回路。 (b)调速阀控制的同步回路 在这个回路中,两个调速阀分别调节两液压缸活塞的运动速度,仔细调整 两个调速阀的开口, 可使两液压缸在同一个方向上实现速度同步,这种同步回路 结构简单并且速度可调,但是由于油温变化及调速阀性能差异的影响,显然这种 回路不易保证位置同步、且调整麻烦,速度同步精度较低,一般在 5%~7%之间。 (c)机械联接同步回路 其特点是:回路结构简单、工作可靠,但只适用于两缸载荷相差不大的场 合,连接应具有良好的导向结构和刚性,否则会出现卡死现象。 (2)顺序同步回路 常用的顺序动作回路可分为压力控制,行程控制和时间控制三类,其中前 两类使用较多。 表 4-3 电磁铁的动作 电磁铁 动作 快速上升 匀速上升 下降 YA1 YA2 YA3 YA4 YA5 + + - + 17 + + - - + - + - 升降舞台液压系统设计计算 停止 - - - - - 4.2 升降舞台液压系统工作原理图的确定和分析 4.2.1 升降舞台液压系统工作原理图 图 4-4 液压系统原理图 1 液压缸;2 过滤器;3 温度计;4 液位计;5 电机;6 液压泵; 7 溢流阀;8 压力表;9 分流阀;10、11 三位四通电磁换向阀; 12、15 单项节流阀;13、14 节流阀;16、17、18、19 液压缸; 20 二位二通电磁换向阀;21 调速阀 4.2.2 液压系统组成及工作原理 当按下启动动按钮电机转动,液压泵开始工作,把油箱的油通过分流阀等量 分流到两个三位四通的电磁换向阀。 当按下快速上升按钮,电磁铁得电,换向阀 1 工作在左位,换向阀 2 工作在 右位。油液通过节流阀流向四个液压缸,四个液压缸同步快速上升,油液再通过 节流阀在流回油箱。当液压缸上升到上限位置碰到行程开关,电磁铁失电,两换 向阀同时换中位,实现系统保压。 18 XXXXX 大学学士学位论文 当按下匀速上升按钮,电磁铁得电,换向阀 1 工作在左位,换向阀 2 工作在 右位。油液通过节流阀流向四个液压缸,四个液压缸同步匀速上升,油液再通过 节流阀在流回油箱。当液压缸上升到上限位置碰到行程开关,电磁铁失电,两换 向阀同时换中位,实现系统保压。 当按下下降按钮, 电磁铁得电, 换向阀 1 工作在右位, 换向阀 2 工作在左位, 油液再通过单向阀在流回油箱。 当液压缸下降到下限位置碰到行程开关,电磁铁 失电,两换向阀同时换中位,实现系统卸荷。 当液压系统出现故障等要求紧急停止时,按下停止按钮,电磁阀复位,电磁 阀都失电,两个换向阀都置中位,整个系统停止。 4.3 液压元件的选择 4.3.1 液压泵及电动机的选择 由表 3-6 得已知液压缸的工作压力在快退阶段达到最大。设进油路压力损 失∑△P=0.5MPa ,则液压泵的最高工作压力为:Pp≧P1+∑Δ P1=1.11+0.5=1.61MPa 因此,液压泵的额定压力可以取为(1.61+1.61×25%)MPa=2.01MPa。将流量值 18L/min 代入公式 Qq≧k1∑qmax 中, (其中 k1 为系统的泄漏修正系数,一般取 为 k1=1.1~1.3)分别求出快进及工进阶段的供油量。 快进快退时泵的供油量为:Qp≧kq=1.1×18=19.8L/min 工进时泵的流量为:Qp≧kq=1.1×0.94=1.04L/min 考虑到节流调速系统中溢流阀的性能特点, 应加上溢流阀稳定工作时的最小 溢流量一般取为 3L/min。 查产品样本,选择小泵排量 V=25ml/min 的 TB1 型的单联叶片泵,额定转速 n=960r/min, 则泵的额定溢流量为 Qp=V×η pv=25×960×0.9×0.001L/min=22L/min 。 由表 3-6 可以看出,快退阶段功率最大,所以根据快退阶段功率计算电动 机功率。 设快退时进油路的压力损失为∑△P1=0.2MPa,液压泵的总效率为 p=0.7, 则电动机功率为 19 升降舞台液压系统设计计算 Pp=PpQp/η p=(p1+Σ △p1)Qp/η p=(1.11+0.2)×1.6×1000/60×0.7=673w 查电动机产品样本,选用 Y901-6 型异步电动机 P=1.1KW,n=910r/min。 4.3.2 液压阀的选择 根据液压系统原理图计算液压阀在不同工况时的工作压力和最大实际流量, 将计算值填入表压力控制阀的选用原则 压力: 压力控制阀的额定压力应大于液压系统可能出现的最高压力,以保证 压力控制阀正常工作。 压力调节范围:系统调节压力应在压力调节范围之内。 流量:通过压力控制阀的实际流量应小于压力控制阀的额定流量。 结构类型: 根据结构类性及工作原理,压力控制阀可以分为直动型和先导型 两种,直动型压力控制阀结构简单,灵敏度高,但压力受流量的变化影响大,调 压偏差大, 不适用在高压大流量下工作。但在缓冲制动装置中要求压力控制阀的 灵敏度高, 应采用直动型溢流阀,先导型压力控制阀的灵敏度和响应速度比直动 阀低一些,调压精度比直动阀高,广泛应用于高压,大流量和调压精度要求较高 的场合。 此外,还应考虑阀的安装及连接形式,尺寸重量,价格,使用寿命,维护方 便性,货源情况等。 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。 所以升降台的压力控制由定量泵供油,用溢流阀调节所需 压力,并保持恒定。 根据上述选用原则, 可以选择直动型压力阀,根据调定压力及流量和相关参 数,可以选择 DBD 式直动式溢流阀,相关参数如下: 型号:DBDS6G10 流量: 40L/min 4.3.3 流量控制阀 流量控制阀的选用原则如下: 20 最低调节压力:5MPa 介质温度: ?20 ? ? ? 70 oC XXXXX 大学学士学位论文 压力:系统压力的变化必须在阀的额定压力之内。 流量:通过流量控制阀的流量应小于该阀的额定流量。 测量范围: 流量控制阀的流量调节范围应大于系统要求的流量范围,特别注 意, 在选择节流阀和调速阀时, 所选阀的最小稳定流量应满足执行元件的最低稳 定速度要求。 该升降机液压系统中所使用的流量控制阀有分流阀和单向分流阀, 单向分流 阀的规格和型号如下: 型号: FDL-B10H 公称流量: P,O 口 40L/min 公称通径:10mm A,B 口 重量:4Kg 公称通径:10mm A、B 口 重量:4Kg 20L/min 20L/min 连接方式:管式连接 分流阀的型号为:FL-B10 公称流量:P、O 口 连接方式:管式连接 4.3.4 方向控制阀 方向控制阀的选用原则如下: 40L/min 压力:液压系统的最大压力应低于阀的额定压力 流量:流经方向控制阀最大流量一般不大于阀的流量。 滑阀机能:滑阀机能之换向阀处于中位时的通路形式。 操纵方式:选择合适的操纵方式,如手动,电动,液动等。 使用分流阀, 既可以使四个液压缸的进油流量相等,也可以使两缸的回油量 相等,从而液压缸往返均同步。为满足四个液压缸的流量需要,本回路即是。分 流集流阀亦只能保证速度同步,同步精度一般为 2-5%。按下上升启动四个液压 缸同步上升, 液压缸上升到上限位置碰到行程开关换向阀换中位,系统压力保持 不变。 按下下降按钮四个液压缸同步下降,下降到下限位置碰到行程开关换向阀 换中位,实现系统卸荷。 方向控制阀在该系统中主要是指电磁换向阀,通过换向阀处于不同的位置, 来实现油路的通断。所选择的换向阀型号及规格如下: 型号:4WE5E5OF 21 额定流量:15L/min 升降舞台液压系统设计计算 消耗功率:26KW 工作压力:A.B.P 腔 4.3.5 其它辅助元件的确定 ①油管 ? 25MPa 电源电压: 50 Hz,110V , 220V T 腔: ? 6MPa 重量:1.4Kg 油管的内径取决于管路的种类及管内液体的流速和油管直径 d。 具体可由下式确定: d? 4Q ? v0 式中: d —油管直径,单位为 mm ; Q —油管内液体的流量,单位为 m3 / s ; v0 —油管内的允许流速,单位为 m / s ; 由于本系统液压缸差动连接快进时,油管内通油量最大,其实际流量约为泵额 定流量的两倍, 故 Q=2×22=44L/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: 4 ? 44 ?10 3 =36.53 取圆整值为:d=38mm 3 3.14 ? 0.7 ? 60 ?10 (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: 4 ? 44 ? 10 3 =21.6 取圆整值为:d=22mm 3 3.14 ? 2 ? 60 ? 10 (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 ? 44 ? 10 3 =17.6 取圆整值为:d=18mm 3.14 ? 3 ? 60 ? 10 3 (4)油管壁厚: 升降舞台系统中的油管可用橡胶软管和尼龙管作为管道,橡胶软管装配方 便, 能吸收液压系统中的冲击和振动, 尼龙管是一种很有发展前途的非金属油管, 用于低压系统.本系统采用的油管内径统一为 18 mm 。 22 XXXXX 大学学士学位论文 ②过滤器 过滤器选择应考虑以下几点: 1)具有足够大的通油能力,压力损失小,一般过滤器的通油能力大于实际流 量的二倍,或大于管路的最大流量。 (2)过滤精度应满足设计要求,一般液压系统的压力不同,对过滤精度的要 求也不同,系统压力越高,要求液压元件的间隙越小,所以过滤精度要求越高, 过滤精度与液压系统压力的关系如表 5-2 所示: 表 4-5 过滤精度与液压系统的压力关系 系统类型 压力 MPa 过滤精度 7 25-2 0 一般液压系统 7 25 35 10 5 伺服系统 (3)滤芯应有足够的强度,过滤器的实际压力应小于样本给出的工作压力。 (4)滤芯抗腐蚀性能好,能在规定的温度下长期工作。 根据上述原则,考虑到螺杆泵的流量,选定过滤器为烧结式过滤器,其型号 及具体参数如下所示: 吸油过滤器: 查产品样本手册 WU-100×80 型, 额定压力为 1.6MPa 流量 100L/min 过滤精度 80μ m 回油过滤器:查查品样本手册,采用 RS60×100A10CF,额定压力为 1.0MPa 报警 压力为 0.25MPa 过滤精度为 10μ m ③ 油箱容积的确定 油箱在系统中的主要功能为:储存系统所需要的足够的油液,散发系统工作 时产生的一部分热量,分离油液中的气体及沉淀污物。 油箱容积的确定是设计油箱的关键, 油箱的容积应能保证当系统有大量供油 而无回油时。最低液面应在进口过滤器之上,保证不会吸入空气,当系统有大量 回油而无供油时或系统停止运转,油液返回油箱时,油液不致溢出。 初始设计时,可依据使用情况,按照经验公式确定油箱容积由参考文献[5] 23 升降舞台液压系统设计计算 可知: V ? ? Qp 式中: V —油箱的容积,单位为 L Q p —液压泵的流量,单位为 L / min (6-6) ? —经验系数,见下表: 表 4-6 经验系数 ? 经验系数 行走机械 1—2 低压系统 2—4 中压系统 5—7 锻压系统 6—12 冶金机械 10 ? 则 V=(5~7)aρ =(5~7)×58=(290~406)L,式中 aρ 为泵的额定排量 ④ 温度计的选择 液压系统常用接触式温度计来显示油箱内工作介质的温度, 接触式温度计有 膨胀式和压力式。本系统中选用膨胀式,其相关参数如下: 型号:WNG-11 测量范围:-30℃~50℃,0℃~50℃,0℃~500℃ 名称:内表式工业玻璃温度计 ⑤ 压力表选择 压力表安装于便于观察的地方。其选择如下: 型号:Y-60 测量范围:0~4Mpa 名称:一般弹簧管压力表 4.4 液压元件的连接 液压元件的连接可以分为螺纹连接、板式连接,集中块式连接三种。这里介 绍板式连接中的整体连接板。它是本液压系统中将要采用的连接方式。 整体连接板的油路是在整块板上钻出或用精密铸造铸出的, 这种结构的阀板 比粘合式阀板可靠性好,应用较多,但工艺较差,特别是深孔的加工较难。当连 接元件较多时,各孔的位置不易确定。它属于无管连接,多用于不太复杂的固定 24 XXXXX 大学学士学位论文 式机械中,同时整体连接板也不能随意改动,因此若系统有所改变,需从新设计 和制造。 采用整体连接板时,需要自行设计阀板,阀板的设计可参考相关资料。 4.5 液压系统的演算 液压系统初步设计时在某些估计参数情况下确定的,当回路形式、液压系 统及连接管路等完全确定后针对实际情况对所设计的系统进行各项性能的分析。 4.5.1 判断流动状态 在单层舞台伸缩回路中,油管长度为 2m 公称直径为 22 的一层钢丝编织的 液压橡胶软管,选用 L-HM46 液压油,按 40℃时计算。 Re=vd/μ =4×22×10?/46=1913﹤Re 临=2000 流动状态为层流 4.5.2 压力损失 沿程压力损失:Pλ =128μ ql/π d?×d? 局部压力损失:Pζ 11=0.1Pλ 根据分析 Pλ 与 Pζ 1 较小故不作考虑。 4.5.3 局部压力损失(油液流经阀的损失) 按 Pζ 2=P(q/qn)?计算或查表得。 25 升降舞台液压系统设计计算 26 XXXXX 大学学士学位论文 五.液压系统性能的验算 5.1 系统压力损失计算以及泵压力的调整 由于系统管路布置尚未确定,所以只能估算系统压力的损失。 (1)快速退回时 快速退回阶段的流量最大,并且液压缸有杆腔进油,故回油流量最大,是 进油量的 1/c 倍,即 1/c=1/0.44=2.27 倍,进回油路压力损失应分别计算。 ①进油路 已知管长=2m,流量 Q=1050cm?/s 管径 d=32mm 粘度 v=0.20m?/s 密度ρ =900kg/m?单向阀一个,△Pc1=0.2MPa,换向阀一个,△Pc2=0.2MPa, 单向顺序阀 (反向流)一个,△Pc3=0.2MPa, 由此可算得: 流速:V=4Q/π d?=1050×4/3.14×32?=1.31m/s 雷诺数:Re=Vd/υ =131×3.2/20×0.02=2096 沿程阻力系数:λ =75/Re=75/2096=0.036 沿程压力损失: ∑△p1=λ 1Pν 2/2d=0.036×2×900×1.31?/0.032×2=0.002MPa 局 部 压 力 损 失 : ∑ △ P2= △ Pn(q/qn) ? = △ Pc1(Q/Qe1) ? + △ Pc2(Q/Qe2) ? + △ Pc3(Q/Qe3)?+ζ Pν ?/2=0.2×(62.9/100)?+0.2×(62.9/190)?+0.2×(62.9/150) ?+1.12×90×1.31?/2×10?×10?=0.14MPa 进油路总压力损失:∑△Pc=∑△P1+∑△P2=0.002+0.14=0.142MPa ②回油路 已知流量 Q=1050/c=1050/0.44=2386cm?=143L/min,管长 L=1m 换向阀一个△ Pc=0.2MPa 由此可计算得: 流速:v=4Q/π d?=4×143/3.14×3.2?=297cm/s=2.97m/s 雷诺数:Re=vd/ν =297×3.2/20×0.01=4752 该油液是紊流 直角弯头一个,ζ =1.12 其余与进油路一样。 油液属层流 直角弯头一个,ζ =1.12 沿程阻力系数:λ =0.3164Re?=0.3164×4752?=0.038 沿 程 压 力 损 失 计 算 : ∑ △ Pr1= λ 1 ρ ν ? /2d=0.038 × 900 × 2.97 ? /2 × 0.032=4713.7Pa=0.0047MPa 27 液压系统性能的验算 局部压力损失:∑△Pr2=△Pc(Q/Qe)?+△Pc(Q/Qe)?=1.12×900×2.97?/2×10? +10?=0.12MPa 回油路总压力损失:∑△Pc=△Pr1+△Pr2=0.0047+0.12=0.125MPa (2)慢速折弯时 从快速退回行程的压力损失计算可看出,沿程压力损失与局部压力损失相比很 小。在慢速折弯行程流量更小,使得沿程压力损失更小,故可忽略不计,只考虑 局部压力损失。 ① 进油路: 已知流量 Q=542cm?/s=32.5L/min 其余与前相同。 由此可计算得: 进油路压力损失为: ∑△p=∑Pr1=△Pc1(Q/Qe1)?+△Pc2(Q/Qe2)?+△Pc2(Q/Qe3) ?+ζ pν ?/2=0.2×(32.5/100)?+0.2×(32.5/190)?+1.12×900×0.67?/2×10? ×10?=0.03MPa ② 回油路: 已知流量 Q=542×0.44=238cm?/s=14.28L/min 单向顺序阀(正向流),△Pc=0.3 其余从前。 由此可计算得: 回油路压力损失为:△P2=∑△Pr2=△Pc2(Q/Qe2)?+ζ pν ?/2+△Pc(△Q/Qe)? =0.2 × (14.28/190) ? +1.12 × 900 × 0.3 ? /2 × 10 ? × 10 ? +0.3 × (14.28/150) ? =0.004MPa 1)系统压力的调节 对工作行程(慢速折弯)时系统压力的调节如下: 安全阀调节压力为:P>Fmax/A1η gJ+c×∑△P2+∑△P1=15000/0.0198+0.004 ×10?×10?=24.35×10?×10?Pa=24.35MPa 单向顺序阀调节压力为: P>G/A2-∑△P2=15000/0.0198-4000=0.75×10?×10 ?Pa=0.75MPa 5.2 系统发热及温升计算 (1)发热量估算 从整个工作循环看,功率变化较大,计算平均发热量。从速度循环图可近似计算 28 XXXXX 大学学士学位论文 各阶段的时间: 快速下降:△t1=s1/v1=180/23=7.85s 慢速折弯: 启动时初压:△t2=s2/v2=15/12=1.25s 终压:△t3=2s2/v2=2×5/12=0.83s 快速退回:△t4=s3/v3=200/53=3.77s 循环周期:T=△t1+△t2+△t3+△t4=7.85+1.25+0.83+3.77=13.7s 从功率循环图可求出各阶段液压缸的输出功率, 但应扣除液压缸的机械效率因素 的影响,因功率循环图是液压缸的输入功率的变化规律。 快速下降:Po1≈0 慢进,初压: Po2≈(0.66+0)η gJ/2=(0.66+0)×0.91/2=0.3kw 终压,该段较复杂,可从速度,负载循环图求均值: Po3=FV=(1000000+5×10000)×(0.012+0)×2×2=3150w=3.15kw 快速退回:Po4≈0.87η gJ=0.87×0.91=0.79kw 从压力,流量循环图求各阶段液压泵输入流量。 快速下降:Qb1=kQ1=1.1×62=68.2L/min=1137cm?/s Pb1=p+∑△p1=0+0.142=0.14MPa (近似用快退时数据) PE1=Qb1×Pb1/η b=1137×0.14/0.85=187w 慢速折弯,初压: Qb2=k×Q2=1.1×32.5=35.75L/min=596cm?/s Pb2=(1.22+0)/2+∑P1=0.61+0.04=0.65MPa PE2=Qb2×Pb2/η b=596×0.65/0.85=456w 终压: Qb3=k(Q3+0)/2=1.1×(32.5+0)/2=17.88L/min=298cm?/s Pb3=(24.3+1.22)/2+∑△P1=12.76+0.03=12.8MPa PE3=Qb3×Pb3/η b=298×12.8/0.85=4488w 29 J 液压系统性能的验算 快速退回: Qb4=KQ3=1.1×62.9=62.19L/min=1153cm?/s Pb4=P+∑△P1=0.83+0.142=0.97MPa PE4=Qb4×Pb4/η b=1153×0.97/0.85=1316w 系统的发热量为: H=[(PE1 - PO1) △ t1 + (PE2 - PO2) △ t2 + (PE3 - PO3) △ t3 + (PE4 - PO4) △ t4]/T=[(0.187 - 0) × 7.85 + (0.456 - 0) × 1.25 + (4.488 - 3.15) × 0.83 + (1.136-0.79)×3.77]/13.7=0.347kw 2)系统热平衡温度计算 设油箱边长比为 1:1:1~1:2:3 范围内,油箱散热面积为 A=0.065V=0.065×378=3.4m? 假定自然通风不好,取油箱散热系数 C=0.008kw/m? 室内环境温度为 30 摄氏度,系统热平衡温度为 t2=t1+H/C1A=30+0.347/8×3.4×0.001=43℃ 满足 t2≦[t]=50℃ ,油箱容量合适。 30 XXXXX 大学学士学位论文 六.电气控制回路的设计 6.1 液压和电气控制系统 为了更好的对液压系统进行分析和仿真, 因此在此章节中对液压系统图进行 电气控制回路的设计,使升降台更好展现运行的稳定性,突出电气控制的优点。 根据前图得到的新液压系统图如下图 6-1。 图 6-1 液压系统仿线 电气控制回路的设计 液压系统通过电气控制来实现其快速上升、匀速上升、快退、停止。由此 可设计出其液压电气控制图 6-1。 图 6-2 电气控制图 电气原理:按下按钮 SB2,线 得电,常开触点 KM2 闭合,电磁铁 1Y1、 1Y3 得电,实现快速上升。当液压缸上升到上限位置碰到行程开关,其常开触点 M2 闭合,常闭触点 M1 断开,电磁铁 YV1、YV3 失电,舞台保持。 按下按钮 SB2、SB3,线 得电,常开触点 KM2、KM3 闭合,电磁 铁 1Y1、 1Y3、 1Y5 得电, 实现匀速上升。 当液压缸上升到上限位置碰到行程开关, 其常开触点 M2 闭合,常闭触点 M1 断开,电磁铁 YV1、YV3 失电,舞台保持。 按下按钮 SB1,线 得电,常开触点 KM1 闭合,电磁铁 1Y2、1Y4 得电, 实现下 降,当液压缸下降到下限位置碰到行程开关,其常开触点 M2 断开,常闭 触点 M1 闭合,电磁铁 YV2、YV4 失电,舞台降至起点并卸荷。 按下按钮 SB4,线圈失电,常开断开,常闭闭合,电磁铁失电从而实现液压 系统停止。 6.2 液压系统和电气系统的仿线 XXXXX 大学学士学位论文 (1)快速上升 图 6-3 系统仿线 按钮,线 得电,其常开触点 KM2 闭合,电磁铁 1Y1、1Y3 得电。 两个三位四通电磁换向阀工作在左位。油液通过分流阀等量流向三位四通 电磁向阀,在通过单项阀流向四个液压缸,四个液压缸同步上升,油液在通过节 流阀在流回油箱。 (2)快速上升并保持 33 电气控制回路的设计 图 6-4 系统仿真原理图 当液压缸上升到上限位置碰到行程开关,其常开触点 M2 闭合,常闭触点 M1 断开,电磁铁 YV1、YV3 失电,两个三位四通电磁换向阀同时换中位,实现系统 保压,防止舞台因自重而自行下降。美乐棋牌安卓版 (3)匀速上升 34 XXXXX 大学学士学位论文 图 6-5 系统仿线 按钮,线 得电,其常开触点 KM3 及 KM2 闭合, 电磁铁 1Y5、 1Y1、 1Y3 得电。 两个三位四通电磁换向阀工作在左位。 油液通过分流阀等量流向三位四通电磁向阀,在通过单项阀流向四个液压缸,四 个液压缸同步上升,油液在通过节流阀在流回油箱。 (4)匀速上升并保持 35 电气控制回路的设计 图 6-6 系统仿真原理图 当液压缸上升到上限位置碰到行程开关,其常开触点 M2 闭合,常闭触点 M1 断开,电磁铁 YV1、YV3、YV5 失电,两个三位四通电磁换向阀同时换中位,实现 系统保压,防止舞台因自重而自行下降。 (5)下降 36 XXXXX 大学学士学位论文 图 6-7 系统仿线 按钮,线 得电,其常开触点 KM1 闭合,电磁铁 1Y2、1Y4 得电。 两个三位四通电磁换向阀工作在右位。油液通过分流阀等量流向三位四通 电磁换,油液通过节流阀流向四个液压缸,四个液压缸同步下降,油液在通过单 项节流阀在流回油箱。 (6)下降并卸荷 37 电气控制回路的设计 图 6-8 系统仿真原理图 当液压缸下降到下限位置碰到行程开关,其常开触点 M2 断开,常闭触点 M1 闭合,电磁铁 YV2、YV4 失电,两个三位四通电磁换向阀同时换中位,实现系统 卸荷。 (7)急停 38 XXXXX 大学学士学位论文 图 6-9 系统仿真原理图 当液压缸上升(下降)时,系统出现故障或需要急停时。按下 SB4,两个三 位四通电磁换向阀同时换中位,实现急停。油液通过分流阀流回油箱,实现了液 压泵的的卸荷。 39 电气控制回路的设计 七.升降舞台液压系统的安装调试 7.1 液压系统的安装 安装的基本要求: 1)方便安装及检查,便于维修或替换。 2)抑制环境噪声。 (要对液压泵和液压马达采取隔振措施,在阻震器上以及所有 运动/震动部件和刚性零件上使用软管,都可抑制噪声) 3)遵循油管、软管和接头的手册说明。 4)焊接或热弯的油管必须彻底清洗,用线 系统安装前注意事项 1)便于马达或电动机执行工作。 2)安装场所应该在灰尘小,通风条件好,受其他工作影响小的场合。 3)过滤器、蓄能器等需经常维护检修的元件,要安装在易于维修的位置。 4)对系统外部的各个零部件、油箱、油管和过滤器等安置于最佳散热位置。 7.1.2 系统安装时的注意事项 1.清洁度 1)软管、油管、接头在安装前是不干净的,因此安装前需要清洗。最好用没有 煤油的皱纹纸或无丝纸清洗,然后用压缩空气吹干净。此过程应重复用这种纸、 布擦干净,直到擦出完全干净的纸、布。如果油管是热弯的或焊接的,那么他们 应用盐酸浸洗,再用冷水和热水冲洗晾干。若油管并不马上安装,那么他们必须 用干净的液压油浸泡,并用纸、布包住,防止油管生锈。在没有安装部件之前, 不要把包在液压油泵、马达、阀门等部件上的纸去掉。车间、厂房、工具和工作 服都必须保持干净,不准有灰尘,远离火源禁止吸烟。 2)尽量避免油变质。即过滤器必须清洁,尤其是活塞杆,轴和轴的油封。用来 装油的工具也要清洁, 装到系统中的油液必须用过滤器过滤。大油箱里的油通常 不太干净,根据装油的情况,常常会含些水,因而在储存时应将油箱放到,若放 置在室外时,则应倾斜放置,这样水不会在盖口停留。 2.配管 配管时需要注意管道的热胀冷缩、管接头处的漏油与空气吸入,管道支架的 间隔适当,取为 2m。 40 XXXXX 大学学士学位论文 橡胶软管要保持合理的弯曲半径,不允许与其它机械管道接触,否则会在短 时间内损坏。 管子与软管损坏的要及时更换,选择管子、软管、螺纹接头或法兰,要保证 额定压力值,即壁厚和材质,满足使用要求。硬管要用无缝钢管。 钢管与金属接头在安装前必须绝对清洁、不得有污垢、锈皮、焊渣、和切屑 等。可以用钢丝刷、洗管器清理或酸洗,酸洗前的管子要进行脱脂处理,酸洗之 后要进行彻底漂洗。 切削之后的管子内棱应校锥孔以避免消弱连接。 装配之后管子不得再行电焊 或气焊,因为无法清理。软管应该多弯几次,以便释放任何滞留的脏东西。 弯管前管材要退火,以防止弯管起皱或变扁,要准确弯管,使管子不经弹性 变形即可到位。 法兰必须在安装面上配合平整,并用长度合适的螺钉紧固,螺纹接头安装前 应检查螺纹上有无金属毛刺。 如果导管要放置一段时间, 应该堵住管口以防止异物进入,但不得用破布或 其他东西堵住管口,因为这只会带来污染问题,应该用尺寸合适的封帽。 3.加油 油桶要卧式存放,并尽可能在室内或棚内存放。打开油桶前,应彻底清理桶 顶桶口,防止泥土和其他外界污染物进入油液。 只准用清洁的容器、 软管等从油桶向油箱输入油液,推荐使用带有过滤器的 输油泵, 有时在新液压油中也发现污染物,因此应通过便携式过滤机给工作着的 液压系统供油。当便携式过滤机的软管接入油箱时,要把接头擦拭干净,以防止 泥土或其他杂质进入系统。 4.冲洗 冲洗之前应取下精密的系统元件或空心件。 从被冲洗的主管路上拆下系统滤 芯,冲洗流量应为系统预期流量的 2~2.5 倍,如果可能的话,使用热冲洗液,每 次只冲洗一个支路,从最靠近冲洗泵的回路开始,依次向下游推进,这可能要在 系统中增设截止阀,以实现这种方案。 不能用系统泵作为冲洗泵, 在冲洗系统中应使用容量与所用流量匹配的冲洗 41 电气控制回路的设计 过滤器,过滤精度应尽可能高,不能低于推荐的系统过滤精度。 冲洗油箱以避免污染物滞留在系统油箱中。 建立油液取样计划以检查污染度,从而确定何时结束冲洗过程。冲洗之后, 采取一切措施防止重装工装元件时带入污染物。 用尽可能大的流速进行冲洗,以便清除管头处的污染物,清洗压力一般为 1~3MPa,清洗结束后要清除管道和油箱壁上附着的清洗液。 7.1.3 系统安装方法 1.安装油管 1)吸油管不应漏气,各接头处要紧劳并密封好。 2)吸油管道上一般应设置过滤器。 3)回油管应插入油箱的液面以下,防止飞溅泡沫和混入空气。 4)电磁换向阀内的泄漏油液应单独返回油管,这样可以防止泄漏回油时产生背 压,避免阻碍阀芯的运动。 5)溢流阀回油口不许与液压泵的入口相接。 6)全路管路应进行两次安装,第一次试装,第二次正式安装。试装后,拆下油 管 用 20%的硫酸或盐酸溶液进行清洗, 再用 10%的苏打水中和, 最后用温水清洗, 待干燥后涂油进行二次安装,注意安装时不得有沙子和氧化皮等。 2.安装液压元件 1)液压元件安装前,要用煤油清洗,自制的重要元件应进行密封和耐压试验, 液压压力可取工作压力的 2 倍, 获取最高使用压力的 1.5 倍, 实验时要分级进行, 不能一下子就升级为试验压力,每升一级检查一次。 2)方向控制阀应保持轴线)板式元件安装时,要检查进出口的密封圈是否合乎要求,安装前密封圈应突 出安装平面,保证安装后有一定的压缩量,以防泄漏。 4)板式元件安装时,固定螺钉的预紧力要均匀,使元件的安装平面与元件底板 平面能很好的接触。 3.安装液压泵 1)液压泵的传动轴与电动机驱动轴同轴度误差应小于?0.1mm。 一般采用挠性联轴器连接。 2)液压泵的旋转方向和进出油口应按要求安装。 42 XXXXX 大学学士学位论文 3)液压泵的吸油高度要小于 0.5m。 7.2 液压系统的调试 7.2.1 调试的目的 1)从设计制造和使用的目的角度来验证锁定的方案,所设计和选择的液压与原 件是否合理,是否符合主机所要求的性能; 2)确定液压传动装置以及元件的改进方向; 3)判断在使用液压系统时所采用得算方法及原理是否合理,以便改进。 7.2.2 调试的步骤 1)开箱验收,清点到货内容是否与装箱单相同,部件、附件、随机工具和文件 是否齐全,目测检查有无运输中的损坏与污染。 2)把主机分总安装定位,并进行必要的找正和固定。 3)连接机器中的液压执行器,冲洗较长的管子和软管。 4)检查电源电压,然后连接动力线控制线,根据需要连接,冷却水源,检查泵 的旋转方向是否正确。 5)用规定的油液关注油箱。用油正确尤其是油液粘度,加油不要超过最高油面 标准。 6)根据需要给泵壳体注油,打开吸油管截止阀。 7)把压力控制阀、流量控制阀和变量泵的压力调节器调整到低设定值,方向控 制阀置于中位位置。 8)蓄能器应充气到充气压力,绝对压力计算时,用于能量储存的蓄能器的充气 压力应为系统最低工作压力的 0.8~0.9,但不要高于系统最高工作压力的 25%, 用于吸收压力冲击和脉动的蓄能器的冲击压力也能够为蓄能器回路额定压力的 0.5~0.8。 9)电动驱动电动机或内燃机怠速,检查旋转方向。 10)在可能的最高点给液压系统放气,旋转放气塞或管接头,操作换向阀并使执 行器伸出缩回若干次,慢慢加大负载, ,提高压力阀的设定值,当油箱中不在有 泡沫执行器不在爬行,系统不再有噪声时,即充气良好,旋转放气阀。 11)在管路内充满油液面所有执行部器都外伸的条件下, 补油至油箱最低油面标 准。 43 电气控制回路的设计 12)进行机器跑和,逐渐提高设定值,使机器满载运行几小时,检测稳态工作温 度。 13)重新拧紧螺栓和接头,以防泄漏。 14)清理或更新滤芯。 7.2.3 调试的主要内容 1.外观检查 外观检查的目的是对影响系统正常可靠地外观因素设计和安装质量的一般性初 步检查,以求及早发现并及时纠正。主要内容有: 1)液压泵阀等液压元件的连接及主机相应部件的安装是否正确可靠; 2)系统中各液压元件、管道和接头位置是否便于安装调试检查和修理; 3)油箱中液面高度,油箱结构和工作油液的种类是否符合要求; 4)检查系统工作状态的测试仪表如压力表转速计及防尘; 5)防污染等有关装置是否具备和完好。 2.空载试验 空载试验的作用是使整个液压系统暂无工作负载的条件下运转, 全面检查液压系 统的各部分回路和控制调节装置的工作是否正常可靠,工作循环是否符合要求, 同时也为负载试验做准备,空载试验不骤: 1)将系统置于“停止” (或卸荷)位置,使液压泵按卸荷回路工作,启动液压 泵,检查液压泵油管中的指针表是否稳定的处于“0”位或指出相应的压力,液 压系统各部分不应出现刺耳的噪声, 油箱中油箱表面不应有表明系统中吸入空气 的泡沫。 2)将系统至于启动装置, 使机器的工作部件以最大行程作往复运动, ,其目的是 排除寄存在液压系统中的空气,检查所有安全保护装置(安全压力继电器)工作 的正确性及可靠性, 检查的方法可以是使机器的工作部件慢速移动顶在刚性挡块 上,通过观察相应管路中的压力表,以保证安全保护装置压力下工作,检查液压 系统外部装置有无泄漏。 3)按设计要求实现机器工作部件空载运行,以检查机器工作部件按规定的工作 循环相互协调动作的正确性。 3.负载试验 负载试验的目的是检验最大负载压力检查消耗功率检查整个液压系统和部件在 44 XXXXX 大学学士学位论文 负载条件下工作的稳定性和使用的可靠性。 试验的负载条件,应调整到与机器的实际工作条件相吻合,根据压力表的读数, 检验负载压力。 在负载条件下检验运动速度及稳定性,在液压系统的负载试验过程中,应注意液 压部件和油箱中的温升,不应超过规定。 表 7-1 系统的调整 调整参数 被调节的元件 调整范围及要求 要比执行元件的工作压力大 10%~20% 液 压 泵 的 工 作 压 液压泵的安全阀 力 快 速 行 程 时 的 压 液压泵的安全阀 力 次级工作压力 减压阀 要比快速行程所需的实际压力大 15%~20% 应满足工作进给的要求 压 力 继 电 器 的 工 压 力 继 电 器 的 弹 低于工作压力 0.3~0.5MPa 作压力 卸荷压力 簧 安全阀和卸荷阀 卸荷压力应小于 0.1~0.2MPa 执 行 元 件 换 向 阀 行 程 开 关 导 阀 换 换向顺序及其精度应满足工作部件的 换接顺序 向阀挡块和撞块 需求 工 作 部 件 的 运 动 节 流 阀 变 量 泵 或 负载速度降低不应低于 10%~20% 速度及平稳性 液压马达压板和 密封装置 4.动态试验 液压系统的主要参数在工作过程中是不断变化的, 启动换向和卸压等工况都会使 系统各参数发生变化,是影响液压系统共走性能的主要因素。动态试验项目有: 1)执行元件换向过渡过程的试验研究及曲线)液压系统自激振动的试验、研究及曲线)液压系统动态刚度的试验确定及曲线 液压系统污染的控制 八.液压系统污染的控制 8.1 污染的控制 8.1.1 污染物种类和来源 液压系统的污染物是液压系统油液中存在的一切对系统有危害作用的物美乐棋牌 美乐棋牌app 美乐棋牌手机版官网 美乐棋牌游戏大厅 美乐棋牌官方下载 美乐棋牌安卓免费下载 美乐棋牌手机版 美乐棋牌大全下载安装 美乐棋牌手机免费下载 美乐棋牌官网免费下载 手机版美乐棋牌 美乐棋牌安卓版下载安装 美乐棋牌官方正版下载 美乐棋牌app官网下载 美乐棋牌安卓版 美乐棋牌app最新版 美乐棋牌旧版本 美乐棋牌官网ios 美乐棋牌我下载过的 美乐棋牌官方最新 美乐棋牌安卓 美乐棋牌每个版本 美乐棋牌下载app 美乐棋牌手游官网下载 老版美乐棋牌下载app 美乐棋牌真人下载 美乐棋牌软件大全 美乐棋牌ios下载 美乐棋牌ios苹果版 美乐棋牌官网下载 美乐棋牌下载老版本 最新版美乐棋牌 美乐棋牌二维码 老版美乐棋牌 美乐棋牌推荐 美乐棋牌苹果版官方下载 美乐棋牌苹果手机版下载安装 美乐棋牌手机版 美乐棋牌怎么下载

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