X x 大 學(xué) 2013 屆畢業(yè)論文（設(shè)計）論文（設(shè)計）題目 家用升降梯設(shè)計 子課題題目 小型剪叉式液壓升降機(jī) 姓 名 xxx 學(xué) 號 xxxxxxx 所屬院系 自動控制與機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)年級 機(jī)械設(shè)計及其自動化專業(yè)1班 指導(dǎo)教師 xxx 2013年 5 月 摘 要 本論文主要設(shè)計的是一款家用液壓升降梯，考慮其使用范圍，采用小型剪叉結(jié)構(gòu)。家用升降梯采用剪叉式機(jī)械結(jié)構(gòu)，使升降機(jī)起升有較高的穩(wěn)定性，寬大的作業(yè)平臺，使高空作業(yè)范圍更大。因此，它使高空作業(yè)效率更高，安全更保障。 本設(shè)計重點從結(jié)構(gòu)設(shè)計、液壓系統(tǒng)設(shè)計、電路設(shè)計等方面對剪叉式液壓升降機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)特點、型號說明、應(yīng)用情況進(jìn)行闡述、計算。其中結(jié)構(gòu)設(shè)計、液壓設(shè)計是本次設(shè)計的重點，包括材料選擇、強度計算、動力元件、控制元件、執(zhí)行元件的設(shè)計。涉及的關(guān)鍵技術(shù)有剪叉機(jī)構(gòu)的設(shè)計、計算選取合適的液壓缸、電路的設(shè)計等。預(yù)設(shè)的尺寸參數(shù)：外形尺寸-1100*500*1000（mm），工作最大尺寸-2200*2200*3500（mm）。關(guān)鍵詞： 剪叉式;液壓系統(tǒng);結(jié)構(gòu)設(shè)計 Abstract This thesis mainly designs a kind of domestic hydraulic elevator，which adopts small shear fork structure considering its use scope . The adoption/usage of Shear fork type mechanical structure in the domestic hydraulic elevator，makes elevator raise at higher stability, a broader operating platform and a wider range of high-altitude operations. Therefore, it makes the high work more efficient and secure.This design mainly elaborates shear fork type hydraulic lift from the theory of the structure design, hydraulic system design and circuit design ,illustrating and calculating Model , application ,working principle and structure characteristics . Structure design, hydraulic design is the focus of the design, including material selection, strength calculation, power components, control components and design of executive components .The key technologies involved are selecting suitable fork organization , hydraulic cylinder and Circuit of scissors. Preset process parameters: the dimensions - 1100 * 500 * 1000 (mm), working size, 2200 * 2200 * 3500 (mm).Keywords: shear fork; hydraulic system; structure design48目 錄第一章 緒 論61.1 升降機(jī)簡介61.1.1家用升降梯的設(shè)計背景61.1.2.1剪叉式液壓升降機(jī)的特點7第二章 機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計82.1 結(jié)構(gòu)分析82.1.1 第4層剪叉臂受力分析92.1.2 第3層剪叉臂受力分析112.1.3 第2層剪叉臂受力分析132.1.4 第1層剪叉臂受力分析142.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計162.2.1材料的選用162.2.2強度校核計算162.2.2.1 剪叉臂的壓桿穩(wěn)定校核計算162.2.2.2 連接螺栓的強度計算172.2.2.3 吊籃的設(shè)計182.2.2.4 底座的設(shè)計202.2.2.5 萬向輪的設(shè)計202.2.2.6 支撐腿的設(shè)計212.2.2.6 鎖緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計22第三章 液壓系統(tǒng)設(shè)計233.1 負(fù)載分析與速度分析233.1.1負(fù)載分析233.1.2速度分析243.2 確定液壓缸主要參數(shù)243.2.1初選液壓缸的工作壓力243.2.2計算液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)243.3 擬定液壓系統(tǒng)圖263.4液壓元件的選擇293.4.1確定液壓泵和電動機(jī)的規(guī)格293.4.2.1閥類元件的選擇303.4.2.2過濾器的選擇313.4.2.3 液壓油管的選擇323.4.3油箱的設(shè)計333.5 驗算液壓系統(tǒng)性能343.5.1壓力損失驗算及液壓閥調(diào)整值得確定343.5.1.1 上升階段343.5.1.2 下降階段34第四章 電路設(shè)計364.1總電路圖364.2 24V蓄電池自動充電電路36參考文獻(xiàn)38謝 辭39附 圖40 第1章 緒 論1.1 升降機(jī)簡介升降機(jī)【elevator】應(yīng)該定義為：在垂直上下通道上載運人或貨物升降的平臺或半封閉平臺的提升機(jī)械設(shè)備或裝置，是由平臺以及操縱它們用的設(shè)備、馬達(dá)、電纜和其它輔助設(shè)備構(gòu)成的一個整體。升降機(jī)由行走機(jī)構(gòu)，液壓機(jī)構(gòu)，電動控制機(jī)構(gòu)，支撐機(jī)構(gòu)組成的一種升降機(jī)設(shè)備。液壓油由葉片泵形成一定的壓力，經(jīng)濾油器、隔爆型電磁換向閥、節(jié)流閥、液控單向閥、平衡閥進(jìn)入液缸下端，使液缸的活塞向上運動，提升重物，液缸上端回油經(jīng)隔爆型電磁換向閥回到油箱，其額定壓力通過溢流閥進(jìn)行調(diào)整，通過壓力表觀察壓力表讀數(shù)值。1.1.1家用升降梯的設(shè)計背景 該設(shè)計，主要用于在日常生活中對家里比較高的東西例如電燈泡，天花板等進(jìn)行更換的時候起到一個升降與承載的作用。 我們發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)在日常生活中，一般的家庭里面是沒有繩梯或者升降梯之類的東西，當(dāng)需要對屋頂?shù)碾姛艋蛘唔斁Y進(jìn)行更換的時候是十分不方便的。我們一般采用的是直接通過搭凳子或者是站在桌子上面來對屋頂?shù)臇|西進(jìn)行維修或者更換，這樣其實有很多弊端。首先這樣比較的危險，因為凳子或者桌子疊起來是很不穩(wěn)定的，人站在上面有一定的安全隱患，并且搬凳子，桌子也十分麻煩。其次我們站在搭成的凳子上面或者是在桌子上面，如果家中的家具是用比較名貴的木質(zhì)成的話，那就也會對家具造成比較的危害，所以這些都十分的不適合。其實還有就是我們需要取出頂層衣柜的物品時，我們也很難辦到。所以就是在這些條件下，我們結(jié)合實際，創(chuàng)造性的設(shè)計出了我們這次的作品家用升降梯。日常生活中，當(dāng)我們遇到上述情況時，可以使用很方便的家用升降梯到達(dá)制定高度，進(jìn)行各種維修。使用很安全，當(dāng)我們使用完之后，又可以讓其折疊，可以很方便的存儲，不必為狹小的存儲空間擔(dān)憂。1.1.2液壓升降機(jī)的特點液壓升降機(jī)是一種升降性能好，適用范圍廣的貨物舉升機(jī)構(gòu)。可用于物料上線、下線，裝配部件的舉升，倉儲裝卸等場所。與叉車等車輛配套使用，更加有利于貨物的快速裝卸等。采用液壓傳動，液壓升降機(jī)會有以下特點：優(yōu)點：1、液壓傳動能在運行中實行無極調(diào)速，調(diào)速方便且調(diào)速范圍比較大。2、在同等功率的情況下，液壓傳動裝置的體積小，重量輕，慣性小，結(jié)構(gòu)緊湊， 而且能傳遞較大的里或轉(zhuǎn)矩。3、液壓傳動工作比較平穩(wěn)，反應(yīng)快，沖擊小，能高速啟動、制動和轉(zhuǎn)向。4、液壓傳動的控制調(diào)節(jié)比較簡單。5、易于實現(xiàn)過載保護(hù)，系統(tǒng)超負(fù)載。6、易于實現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、易于設(shè)計，制造推廣使用。7、易于實現(xiàn)回轉(zhuǎn)、直線運動。8、可以避免系統(tǒng)在某些局部位置產(chǎn)生過度升溫。缺點：1、液體為工作介質(zhì)，易泄露，油液可壓縮，故不能用于傳動比要求精準(zhǔn)的場合。2、不易做遠(yuǎn)距離傳動。3、對油溫和負(fù)載變化敏感，不易在低高溫下使用，對污染很敏感。4、液壓傳動需要單獨的能源。5、液壓元件制造精度高，造價高。6、液壓裝置出現(xiàn)故障不易追查原因?？傮w來說，優(yōu)點大于缺點，所以液壓升降機(jī)更能勝任升降的工作。1.1.2.1剪叉式液壓升降機(jī)的特點 剪叉式升降機(jī)是用途廣泛的高空作業(yè)專用設(shè)備。它的剪叉式機(jī)械結(jié)構(gòu)，使升降臺起升后有較高的穩(wěn)定性，寬大的作業(yè)平臺和較高的承載能力，使高空作業(yè)范圍更大，并適合多人同時作業(yè)。它使高空作業(yè)效率更高，更安全，是用途廣泛的高空作業(yè)升降設(shè)備。第二章 機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計2.1 結(jié)構(gòu)分析本機(jī)構(gòu)設(shè)計的基本尺寸值為1100*500*1000（mm）。預(yù)設(shè)升降機(jī)在工作時能使人對距離地面5m的設(shè)備進(jìn)行維修。又因為剪叉臂與水平面的角度一般最大值為45度，以便保證剪叉機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。所以設(shè)定4層剪叉機(jī)構(gòu)，而剪叉臂的長度設(shè)定為1100mm。這樣算下來，剪叉機(jī)構(gòu)能升高1100*0.707*4=3100mm，加上人的身高1600mm，以及底座的高度，就可以滿足設(shè)計要求。家用液壓升降梯重點從結(jié)構(gòu)設(shè)計、液壓系統(tǒng)設(shè)計、電路設(shè)計等方面對剪叉式液壓升降機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)特點、型號說明、應(yīng)用情況進(jìn)行闡述、計算。其中結(jié)構(gòu)設(shè)計是本次設(shè)計的重點之一， 液壓升降梯中機(jī)械部分的主要分析部分就是剪叉機(jī)構(gòu)，以下就是家用液壓升降梯的簡圖。為便于分析升降梯的工作情況，下面就逐級分析其受力情況。圖2.1 升降梯機(jī)構(gòu)簡圖2.1.1 第4層剪叉臂受力分析 第四層ABCD是直接支撐重物的機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)就工作平臺，剪叉臂ABCD總體受力分析，如圖2-2a，經(jīng)分析，有 （2-1） 現(xiàn)就工作平臺的受力情況進(jìn)行分析，其受力狀況如圖2-2b所示，即可看 （2-2） 由以上分析，可得剪叉機(jī)構(gòu)ABCD的受力情況，受力狀況如圖2-2c所示。局部分析之后，即分析剪叉臂AD的受力狀況，如圖2-2d，得 （2-3）同樣，可得到剪叉臂BC的受力狀況，如圖2-2e圖2-2（a） 升降梯第四層總體受力情況圖2-2（b） 升降梯工作平臺受力情況圖2-2（c）升降梯工作平臺受力情況 圖2-2（d）剪叉臂AD受力情況 圖2-2（e）剪叉臂BC受力情況圖2-2 升降梯第四層受力分析2.1.2 第3層剪叉臂受力分析 第三層剪叉機(jī)構(gòu)中有一個液壓缸，而此液壓缸是重要的舉升動力，是此機(jī)構(gòu)中重要的部分?，F(xiàn)就工作平臺、剪叉機(jī)構(gòu)ABCDEG總體受力分析，具體受力情況如圖2-3a所示，可得分析結(jié)果 （2-4） 又根據(jù)圖2-2a ，剪叉臂ABCD總體受力分析，有 （2-5） 所以可得剪叉臂CDEG的受力情況，具體如圖2-3b。從圖中可以看出，剪叉臂CDEG的受力情況和剪叉臂ABCD的受力情況是一樣的，那么桿CG的受力情況是和AD的受力情況也是一樣的。同理，桿DE的受力情況是和BC的受力情況是一樣的。具體受力情況參看2-2d，2-2e。 先分析液壓缸的受力情況，將D點的力沿平行于液壓缸的方向和垂直于液壓缸的方向分解，如圖2-3c，則可得到液壓缸的反作用力，記液壓缸與水平方向的夾角為，則有 （2-6） 又0，即可算出FM的最大值為G/2*sin 45o=0.35G，由于本設(shè)計要求升降梯的最大載荷為150kg。但基于工作平臺、剪叉臂自重以及安全等情況，令G=3000N，所以FM的最大值為0.35*3000=1050N。（a） 三四層總體受力分析（b） 第三層總體受力分析（c）液壓缸受力分析圖2-3 升降梯第三層受力分析2.1.3 第2層剪叉臂受力分析 第2層剪叉機(jī)構(gòu)中沒有液壓缸，進(jìn)行受力分析時依然采取總體法，將工作平臺，以及剪叉機(jī)構(gòu)ABCDEGHI看作一個整體，進(jìn)行受力分析，其受力情況如圖2-4a所示，可得 （2-7） 又根據(jù)公式（2-4），可以得出剪叉機(jī)構(gòu)EGHI的受力情況，如圖2-4b。桿EI和GH的受力情況分別和桿AD、桿BC的受力情況相同。具體受力情況參看圖2-2d和圖2-2e，在此就不在一一贅述。（a）升降梯第2，3, 4層總體受力情況（b）升降梯第2層受力情況圖2-4 升降梯第二層受力分析2.1.4 第1層剪叉臂受力分析 第一層剪叉機(jī)構(gòu)中含有液壓缸，采用總體分析法，將整個所有剪叉機(jī)構(gòu)和工作平臺看做整體，其受力情況如圖2-5a，可得 (2-8) 又根據(jù)式（2-7），即可得剪叉機(jī)構(gòu)HIJK的受力情況，如圖2-5b。其桿HK和IJ的受力情況分別和桿AD、桿CB的受力情況相同。其液壓缸的受力狀況與剪叉機(jī)構(gòu)中CDEG相同，為（a） 第一二三四層總體受力情況（b） 升降梯第一層受力情況圖2-5 升降梯第一層受力分析2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計2.2.1材料的選用 機(jī)械設(shè)計的基本要求是在滿足預(yù)期功能的前提下，性能好、效率高、成本低、安全可靠、操作方便、維修簡單和造型美觀。顯然，材料的選擇是機(jī)械零件設(shè)計中非常重要的環(huán)節(jié)。隨著工程實際對機(jī)械及零件要求的提高，以及材料科學(xué)的不斷發(fā)展，材料的合理選擇愈來愈成為提高零件質(zhì)量、降低成本的重要手段。本設(shè)計主要追求一款比較輕的升降梯，所以鋁合金是首選。 鋁合金密度低，但強度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性和抗蝕性，工業(yè)上廣泛使用。 本設(shè)計選用的鋁合金材料是防銹鋁5A05，其主要用于輕載零件及制品。其一般力學(xué)性能如表所示。表2-1 5A05的一般性能彈性模量E/GPa抗剪強度/MPa抗拉強度/MPa條件屈服強度/MPa伸長率規(guī)定非比例伸長應(yīng)力/MPa70220420320231202.2.2強度校核計算2.2.2.1 剪叉臂的壓桿穩(wěn)定校核計算對于細(xì)長桿而言，壓桿穩(wěn)定問題是強度校核中的一個重要部分。若桿件失穩(wěn)后，壓力的微小增加將引起彎曲變形的顯著增大，桿件將會喪失承載能力，甚至可以導(dǎo)致整個機(jī)器或結(jié)構(gòu)的損壞。由材料力學(xué)可知，對各種柔度的壓桿，總可用歐拉公式或經(jīng)驗公式求出相應(yīng)的臨界壓力，乘以橫截面積A變?yōu)榕R界壓力Fcr。Fcr與工作壓力F之比即為壓桿的工作安全因數(shù)n，它應(yīng)大于規(guī)定的穩(wěn)定安全因數(shù)nst，故有 （2-9）穩(wěn)定安全因數(shù)一般要高于強度安全因數(shù)?，F(xiàn)校核壓桿穩(wěn)定性，已知壓桿的橫截面為矩形，10mm（b）*40mm（h）。柔度是確定使用歐拉公式或經(jīng)驗公式的標(biāo)尺，確定柔度范圍的計算過程如下： （2-10） 將剪叉臂簡化成兩端鉸支桿， 。截面為矩形，截面的慣性半徑為： （2-11） 所以柔度為，可見剪叉臂是大柔度桿。采用歐拉公式 ，臨界壓力： （2-12） 臨界壓力與實際最大壓力之比（最大壓力為），為壓桿的工作安全因數(shù)，即 （2-13） 所以滿足穩(wěn)定要求。2.2.2.2 連接螺栓的強度計算在液壓升降梯的正常工作中，剪叉臂靠螺栓的連接才會起到舉升的作用。螺栓桿與孔壁之間無間隙，接觸表面受擠壓，在連接結(jié)合面處，螺栓桿則受剪切。本設(shè)計選用內(nèi)六角螺栓，直徑為8mm，長度為50mm。校核過程如下：已知螺栓桿的剪切強度條件為，計算中的剪切力包括人的重量加上工作平臺，液壓缸的重量，總計為G=3000N，由本論文受力分析部分知，。 （2-14） 即，選用D=8mm的螺栓符合強度要求。2.2.2.3 吊籃的設(shè)計吊籃是工作人員的工作平臺，起到擴(kuò)展空間的作用。吊籃最重要的作用是保證操作人員的安全，并可以減輕勞動強度，提高工作效率。設(shè)計吊籃的長寬高分別為1100mm、500mm、1000mm。為了擴(kuò)展空間，可將吊籃設(shè)計成折疊機(jī)構(gòu)，其具體結(jié)構(gòu)如圖2-6。圖2-6 吊籃整體結(jié)構(gòu)圖2-7吊籃底部設(shè)計圖2-8 折疊機(jī)構(gòu)剖析2.2.2.4 底座的設(shè)計 底座起到安放液壓泵及電動機(jī)、萬向輪、支撐腿的作用，是一個承載的基座。設(shè)計尺寸長、寬、高分別為1100mm、500mm、400mm。具體結(jié)構(gòu)如圖3-7。圖2-9 底座總體結(jié)構(gòu)2.2.2.5 萬向輪的設(shè)計 萬向輪的具體結(jié)構(gòu)如下：圖2-10 萬向輪2.2.2.6 支撐腿的設(shè)計 支撐腿在升降梯的工作過程中起到增大支撐面積，增加工作的穩(wěn)定性與安全性的作用，對于升降梯的安全至關(guān)重要。 本設(shè)計的承重為150KG,自重為150KG,底座部分重約80 KG,支撐和工作平臺約為70KG.所以，起重重量為，支撐和平臺自重為,升降機(jī)工作時的跨度約為1200mm,許用應(yīng)力為。支架選用橫截面為20mm40mm，壁厚為5mm的空心方鋁，計算簡圖如圖2-8a。先按來初選截面，然后再按G1、G2共同作用時來校核強度。由F作用而引起的MZ圖（圖2-8b）,其最大彎矩 為： （2-16）只考慮此彎矩的強度條件為： ，所以 （2-17）所以，A=V/L=3900/2200=1.77，因此這里用20mm*40mm的方鋁是合理的。又有， （2-18） 所以 （2-19）又知， （2-20）圖 2-11在設(shè)計時選用空心方鋁的尺寸為20mm*40mm,橫截面積為500。500所以設(shè)計的強度符合要求。2.2.2.6 鎖緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計 由于液壓缸在工作時有一定的泄漏，并且油管有老化爆裂的情況，基于上述考慮，設(shè)計機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)。其中1為電磁鐵，2為杠桿，3為殼體。上升時，殼體3依靠自重，殼體3自帶的齒與然下降。要實現(xiàn)下降功能時，通過電路控制使電磁鐵3通電，通過杠桿2作用，使殼體上揚，殼體3自帶的齒與液壓缸上的齒脫離，從而解除鎖緊。具體機(jī)構(gòu)如圖2-12所示。圖 2-12 鎖緊機(jī)構(gòu)第3章 液壓系統(tǒng)設(shè)計 液壓傳動是主要利用液體壓力能的液體傳動。液壓傳動和氣壓傳動稱為流體傳動，是根據(jù)17世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，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)展水平的重要標(biāo)志。液壓傳動的基本原理是在密閉的容器內(nèi)，利用有壓力的油液作為工作介質(zhì)來實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和傳遞動力的。其中的液體稱為工作介質(zhì)，一般為礦物油，它的作用和機(jī)械傳動中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動元件相類似。液壓系統(tǒng)主要由：動力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達(dá)）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。動力元件（油泵)的作用是把液體利用原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓力能，是液壓傳動中的動力部分。 執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達(dá)）是將液體的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。其中，油缸做直線運動，馬達(dá)做旋轉(zhuǎn)運動?？刂圃▔毫﹂y、流量閥和方向閥等。它們的作用是根據(jù)需要無級調(diào)節(jié)液動機(jī)的速度，并對液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流向進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。輔助元件是除上述三部分以外的其它元件，包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件及油箱等，它們同樣十分重要。工作介質(zhì)是指各類液壓傳動中的液壓油或乳化液，它經(jīng)過油泵和液動機(jī)實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。液壓傳動構(gòu)簡單，布局靈活，易實現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱和自動控制。在液壓傳動中，速度、扭矩、功率均可作無級調(diào)節(jié)，能迅速換向和變速，能實現(xiàn)系統(tǒng)的過載保護(hù)與保壓；使用壽命長；元件易實現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化；制造精度、安裝、調(diào)整和維護(hù)要求較高，因此得到了廣泛的發(fā)展。3.1 負(fù)載分析與速度分析3.1.1負(fù)載分析已知式2-6，可得施加在液壓缸上的工作負(fù)載=1050N，摩擦力，慣性負(fù)載不計，取液壓缸機(jī)械效率，則負(fù)載為 （3-1）3.1.2速度分析 液壓升降梯的工作狀態(tài)有三種：上升、鎖緊、下降。初設(shè)上升的速度為0.1m/s，下降速度為0.08m/s，按上述分析可繪制出速度循環(huán)圖（略）。3.2 確定液壓缸主要參數(shù)3.2.1初選液壓缸的工作壓力 由最大負(fù)載值查表3.1，取液壓缸工作壓力為1MPa表3.1 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件工作壓力負(fù)載F/kN<5510102020303050工作壓力p/MPa<0.811.522.5334453.2.2計算液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)圖 3-1 單活塞桿缸計算簡圖 根據(jù)P=1MPa，查液壓工程手冊，取柱塞缸活塞桿直徑d和液壓缸內(nèi)徑D之間的關(guān)系d=0.5D，所以。再平衡回路中，總存在著背壓，當(dāng)油缸下降時，即速度為，據(jù)表3.2表3.2執(zhí)行元件背壓系統(tǒng)類型簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)背壓/MPa0.2-0.50.4-0.60.5-1.5 所以取壓降，背壓值=0.3MPa。=1MPa，由推力計算公式 (3-2) 得液壓缸無桿腔的有效面積為 （3-3） 則液壓缸缸筒直徑為，由此，可查表3.3。表3.3 缸筒內(nèi)徑系列810121620253240506380100125160200250320液壓缸缸筒直徑為63m，即計算得到液壓缸的直徑d=0.5*D=31.5mm,經(jīng)查表3.4，取d=32mm。表3.4活塞桿直徑系列456810121416182022252832364045505663此時液壓缸腔無桿腔的有效面積為 （3-4）活塞桿的面積為 （3-5） 計算上升過程中的實際工作壓力 （3-6） 液壓缸所需要的流量為 （3-7） 計算得到下降液壓系統(tǒng)的實際工作壓力為 （3-8） 則下降過程中液壓缸所需要的流量為 （3-9） 其中最大流量為下降流量。3.3 擬定液壓系統(tǒng)圖 本次液壓設(shè)計的重點是基本回路的選擇，包括以下幾點：選擇液壓系統(tǒng)類型。液壓傳動系統(tǒng)可分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。具體特點如下： 1、開式液壓系統(tǒng)中，泵從油箱直接吸油；閉式液壓系統(tǒng)馬達(dá)或缸回的油不回油箱直接去泵的進(jìn)油口。開式系統(tǒng)中，油泵自油箱吸油，供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，低壓油直接返回油箱，有系統(tǒng)簡單、散熱條件好等優(yōu)點。2、閉式系統(tǒng)中油泵進(jìn)油管直接與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的排油管相連通，形成一個閉合回路。為了補償系統(tǒng)中泄漏損失，還需有一個輔助供油泵，其優(yōu)點是1）油箱所需容積?。?）無論是高壓管路還是低壓管路都有一定壓力。因此空氣難進(jìn)入，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)；3）系統(tǒng)中采用變量軸向柱塞泵，一般不需要換向閥來改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)運行方向，減少了換向時的沖擊。 綜合以上傳動系統(tǒng)的特點本設(shè)計選用開式系統(tǒng)。二、平衡回路：平衡回路的功能在于使液壓執(zhí)行元件的回油路上始終保持一定的背壓力，以平衡掉執(zhí)行機(jī)構(gòu)重力負(fù)載對液壓執(zhí)行元件的作用力，使之不會因自重作用而自行下滑，實現(xiàn)液壓系統(tǒng)對機(jī)床設(shè)備動作的平穩(wěn)、可靠控制。平衡回路主要有以下幾種：1、采用單向順序閥的平衡回路，故這種回路適用于工作負(fù)載固定且液壓缸活塞鎖定定位要求不高的場合。2、采用液控單向閥的平衡回路：其閉鎖性能好，能夠保證活塞較長時間在停止位置處不動，但會并產(chǎn)生強烈的噪音、振動和沖擊。3. 采用遠(yuǎn)控平衡閥的平衡回路，它不但具有很好的密封性，能起到對活塞長時間的鎖閉定位作用，而且閥口開口大小能自動適應(yīng)不同載荷對背壓壓力的要求，保證了活塞下降速度的穩(wěn)定性不受載荷變化影響。 由于家用液壓升降梯的作用是給人提供一個維修的平臺，而且維修時間不會很長，考慮其經(jīng)濟(jì)因素，平衡回路我選擇采用單向順序閥的平衡回路。 三、鎖緊回路：為了是工作部件能在任一位置上停留，以及在停止工作時，防止在受力的情況下發(fā)生移動，可以采用鎖緊回路。鎖緊回路主要有以下兩種：1、 采用O型或M型機(jī)能的三位換向閥，當(dāng)閥芯處于中間位時，液壓缸的進(jìn)、出口都被封閉，可以將活塞鎖緊。這種鎖緊回路由于受滑閥泄露的影響，鎖緊效果差。2、采用液控單向閥的鎖緊回路，在液壓缸的進(jìn)、回油路中都串接液控單向閥（又稱液壓鎖），活塞可在行程任何位置鎖緊。其鎖緊精度只受液壓缸內(nèi)少量的內(nèi)泄漏的影響。當(dāng)換向閥的中位機(jī)能應(yīng)使液控油液卸壓，此時，液控單向閥便會立即關(guān)閉，活塞停止運動。鎖緊精度高。綜上所述，由于采取了平衡回路，故可以選用采用O型或M型機(jī)能的三位換向閥的鎖緊回路。4、 換向回路：為了換向穩(wěn)定，選用電磁換向閥。為便于實現(xiàn)液壓缸中位停止，右位上升，左位下降，采用三位四通換向閥。 整理合并基本回路，得液壓系統(tǒng)原理圖如下。圖 3-1 液壓系統(tǒng)圖 圖中 1-過濾器 2-直流液壓泵 3-交流液壓泵 4-溢流閥 5-三位四通電磁換向閥 6-平衡閥 7-液壓缸3.4液壓元件的選擇3.4.1確定液壓泵和電動機(jī)的規(guī)格1、液壓泵的工作壓力：已知液壓缸的最大工作壓力為0.99MPa，取進(jìn)油路上壓力損失為0.5Mpa，則流量泵的最高工作壓力可估算為1.5MPa,選擇泵的額定壓力應(yīng)為p=1.25 * 1.5=1.875Mpa。2、計算總流量：在整個工作循環(huán)過程中，液壓油源應(yīng)向液壓缸提出的最大流量出現(xiàn)在下降階段，為14.95L/min，若整個回路中總的泄漏按液壓缸輸入總量的10%計算，則液壓油源所提供的總流量為1.1*14.95=16.4L/min。 綜上，查設(shè)計手冊，可以選擇齒輪泵，型號CB-B20，具體參數(shù)見表3.5表3.5 CB-B20的技術(shù)參數(shù)型號額定流量L/min額定壓力MPa額定轉(zhuǎn)速r/min容積效率v%總效率t%壓力脈動MPa噪聲值分貝驅(qū)動功率kw重量kgCB-B20202.5145090810.1567-701.024.8圖3-2 CB-B203、電動機(jī)的選擇：由于液壓缸在下降時輸入功率最大，這時液壓泵的工作壓力為0.99MPa，流量為20 L/min。取液壓泵驅(qū)動電動機(jī)所需的功率為 （3-10） 根據(jù)上述計算數(shù)據(jù)，此系統(tǒng)選YL100L1-4型交流電動機(jī)，其具體參數(shù)見表3.6。表3.6 YL100L1-4型電動機(jī)性能參數(shù)產(chǎn)品類型額定電壓額定功率額定轉(zhuǎn)速單相異步電動機(jī)220v2.2kw1400rpm 同時也可選用直流電動機(jī)，如168ZYT,其性能如下表：表3.7 168ZYT型電動機(jī)性能參數(shù)產(chǎn)品類型額定電壓額定功率額定轉(zhuǎn)速有刷直流電動機(jī)24v(48)1.2kw1500rmp 圖3-3 YL100L1-4型交流電動機(jī) 圖3-4 168ZYT型直流電動機(jī)3.4.2閥類元件和輔助元件的選擇3.4.2.1閥類元件的選擇根據(jù)上述流量及壓力計算結(jié)果，對液壓系統(tǒng)原理圖中各類閥類元件及輔助元件進(jìn)行選擇。對于單向順序閥（靠近液壓缸），由于順序閥在液壓缸下行時起到背壓閥的作用，所以順序閥的調(diào)定壓力應(yīng)大于背壓值0.5MPa，選用AX-D6B型平衡閥,具體的各種型號見表3.7。表3.7 閥類元件性能元件名稱型號估計流量(L/min)額定流量(L/min)最高使用壓力(MPa)壓力調(diào)整范圍（MPa）平衡閥AX-D6B1520101.0-4溢流閥MBP-012040250.7-7三位四通電磁換向閥4WE6D50/OFL206025<25節(jié)流閥MG10G1.2153031.5 圖3-5 平衡閥AX-D6B 圖3-6 三位四通電磁換向閥4WE6D50/OFL3.4.2.2過濾器的選擇過濾器的選擇應(yīng)滿足以下標(biāo)準(zhǔn)：1、 過濾精度滿足要求；2、 通油能力滿足設(shè)計系統(tǒng)要求；3、濾芯應(yīng)有足夠的強度，不至于因油液壓力而破壞；4、在一定溫度下，有一定的耐久性；5、能抵抗濾油的侵蝕；6、容易清洗和更換濾芯；7、價錢低廉。 由于液壓系統(tǒng)中對油的要求很高，尤其是油的過濾過程。因此濾油器的選擇非常重要，所以敘述頗多。按照過濾器的流量至少是液壓泵總流量的2倍原則，去過濾器的流量的2.5倍。故有 （3-11） 因此選取通用型WU系列網(wǎng)式吸油過濾器，參數(shù)見表3.8表3.8 通用型WU系列網(wǎng)式吸油過濾器參數(shù)型號過濾精度/um壓力損失/MPa流量/L/min通徑/mm聯(lián)接方式WU-63*180180<0.016325螺紋連接3.4.2.3 液壓油管的選擇 各元件見連接管道的規(guī)格可根據(jù)元件接口處尺寸確定，液壓缸進(jìn)出油管的規(guī)格可按照輸入、排出油液的最大流量計算。液壓泵選定后，現(xiàn)重新計算各個階段的流量，計算過程見表3.9。表3.9 液壓缸上升、下降過程分析流速、速度上升下降輸入流量（L/min）排出流量（L/min）運動速度（） 根據(jù)推薦值，當(dāng)油液在壓力管中流速取3m/s時，可算得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的有桿內(nèi)徑分別為，取標(biāo)準(zhǔn)值為12mm ，取標(biāo)準(zhǔn)值為15mm 因此與液壓缸相連的兩根油管可以按照國家標(biāo)準(zhǔn)選取公稱通徑為12mm和15mm的鋼管或高壓軟管。3.4.3油箱的設(shè)計 油箱的基本功能是：儲存工作介質(zhì)；散發(fā)系統(tǒng)工作中產(chǎn)生的熱量；分離油液中混入的空氣；沉淀污染物及雜質(zhì)。其設(shè)計要點如下：1、油箱必須有足夠大的容積以滿足散熱、容納停機(jī)時因重力作用而返回油箱的油，操作時油面保持適當(dāng)高度的要求；2、油箱底部做成適當(dāng)?shù)男倍龋⒃O(shè)放油塞，箱底應(yīng)朝向清洗孔和放油塞傾斜（通常為1/251/20）,油箱底至少離開地面150mm，以便放油和搬運。3、從構(gòu)造上應(yīng)考慮清洗換油方便，應(yīng)設(shè)置人孔，便于清洗污物；4、箱壁上需裝油面指示器，油箱上并裝上溫度計；5、油箱上應(yīng)有帶空氣濾清器的通氣孔，有時注油孔和通氣孔可兼用；6、吸油管和回油管應(yīng)盡量遠(yuǎn)隔開，吸油管離箱底距離H2D（管徑）。距箱邊 3D，回油管插入最低油面以下，防止回油時帶入空氣。7、吸油側(cè)和回油側(cè)要用隔板隔開，用以分離回油帶來的氣泡和贓物。隔板高度不低于油面到管底高度的3/4；8、為了防銹、防凝水，油箱內(nèi)壁應(yīng)用好的耐油涂料。綜合以上的設(shè)計要點，我設(shè)計我的油箱,但由于機(jī)器工作不頻繁，所以沒有設(shè)計溫度計，并設(shè)計了兩個隔板。查資料可知，v=m*qp,低壓m=2-4,中壓m=5-10，高壓m=6-15,本設(shè)計取m=2, V=2x20=40L。我所設(shè)計的油箱沒有設(shè)冷卻器，在這種情況下，油箱的高：寬：長為1：1：1到1：2：3。油面達(dá)到油箱高度的80%。油箱的高為300mm,寬為340mm,長為400mm。3.5 驗算液壓系統(tǒng)性能3.5.1壓力損失驗算及液壓閥調(diào)整值得確定 壓力損失的計算應(yīng)按照一個工作循環(huán)中不同階段分別驗算。先校驗如下：3.5.1.1 上升階段 經(jīng)液壓閥的壓力損失可估算為 （3-12）根據(jù)表3.5知，進(jìn)油路上通過各閥的流量是40L/min,如果額定流量下節(jié)流閥、電磁換向閥、平衡閥的最大壓降分別為0.1MPa、0.5MPa、0.2MPa ,則進(jìn)油路上的總壓降可估算為 （3-13） 這一壓力損失值較小，不會導(dǎo)致溢流閥的開啟，顧能保證正常工作。 回油路上，液壓缸有桿腔中的油液通過電磁換向閥和節(jié)流閥的流量都是53.89L/min，然后回到油箱。由此可算出上升時有桿腔與無桿腔壓力之差為此壓力損失計算值小于原來的壓力損失估計值0.25MPa，此時液壓泵的工作壓力可計算為，所以原設(shè)計是安全的。3.5.1.2 下降階段進(jìn)油路上，液壓缸有桿腔中的油液通過電磁換向閥和節(jié)流閥的流量都是20L/min，回油路上通過各閥的流量是20L/min,油液通過節(jié)流閥、電磁換向閥、平衡閥的流量29.69L/min。因此，進(jìn)油路上的總壓力損失為 （3-14）回油路上的總壓力損失為 （3-15）進(jìn)油路上原估算壓力損失值為0.25MPa，回油路上的原估計壓力損失值為0.3MPa，所以原設(shè)計滿足要求?？焱藭r，液壓泵的最大工作壓力為 （3-16）此值遠(yuǎn)小于原估計值，所以液壓泵驅(qū)動電機(jī)的功率是足夠的。并且溢流閥的調(diào)定壓力應(yīng)大于1.1MPa第4章 電路設(shè)計4.1總電路圖圖 4-1 總電路圖在上圖中，刀開關(guān)SQ1開啟交流模式、SQ2為開啟充電模式、SQ3為開啟直流模式。KM1、KM2為電磁換向閥的控制端，控制上升或下降。KM3控制自鎖機(jī)構(gòu)解除鎖緊。SB5開關(guān)有三個檔位1、2、3，分別控制升降梯的上升、鎖止、下降。下面介紹一下電路工作原理。當(dāng)1位接通時，KM1通電，同時實現(xiàn)互鎖，三位四通換向閥右位工作，升降梯上升，同時自鎖機(jī)構(gòu)實現(xiàn)自鎖。當(dāng)2位接通時，KM1,KM2，KM3都不工作，電磁換向閥處于中位，升降梯鎖止。當(dāng)3位接通時，繼電器KM2、KM3通電，同時實現(xiàn)互鎖，常開觸點KM3閉合，三位四通換向閥右位工作，自鎖機(jī)構(gòu)接觸鎖止，升降梯下降。4.2 24V蓄電池自動充電電路本設(shè)計充電器采用24V充電器，具體電路如圖5-2所示。具體工作原理如下：單結(jié)晶體管BT33，C3，W1，W2等元件組成了弛張振蕩器，其產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng)隔離二極管D4輸送至可控硅SCR1的控制極。調(diào)整W1的阻值可改變SCR1的觸發(fā)導(dǎo)通角,即改變了充電電流.可控硅SCR2,繼電器J,W3,W4,D5等元件組成蓄電池充滿自動保護(hù)電路,當(dāng)電池兩端電壓被充至W3,W4設(shè)定的上限值時,D5導(dǎo)通,SCR2受觸發(fā)導(dǎo)通,LED2顯示,繼電器吸合,同時J切換到常開,切斷了SCR1的控制脈沖集中,即停止對蓄電池的充電.K2為12V,24V電池充電的轉(zhuǎn)換開關(guān),圖示置于12V檔位.。圖4-2 24v充電電路參考文獻(xiàn)1 劉鴻文.材料力學(xué)I 第四版.高等教育出版社.20032 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辭歷時十幾周的畢業(yè)設(shè)計在緊張有序中即將結(jié)束，回憶這個過程這段經(jīng)歷，受益多多。這次畢業(yè)設(shè)計是對整個大學(xué)四年間所學(xué)知識的綜合檢驗，在這次畢業(yè)設(shè)計中，涉及到了機(jī)械設(shè)計、液壓與氣壓傳動、電工與電子技術(shù)、材料力學(xué)、理論力學(xué)，進(jìn)行了一次機(jī)電液一體化的實戰(zhàn)檢驗。我想，這次大學(xué)中的最后一課，為我以后的長期發(fā)展打下了堅實基礎(chǔ)。當(dāng)然多虧了我的指導(dǎo)老師，本次設(shè)計才得以順利完成。當(dāng)我初涉設(shè)計時，主、客觀問題層出不窮，幸得xx老師的正確指導(dǎo)與關(guān)懷，我才豁然開朗，按著設(shè)計計劃，設(shè)計思路有序地進(jìn)行，既了解了升降機(jī)的有關(guān)規(guī)范，又加強了自己的專業(yè)知識的應(yīng)用，拓寬了知識面。不得不說，xx老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)讓我學(xué)到了很多。在本次設(shè)計中，同學(xué)的幫忙也是我成功的前提。畢竟，自己在學(xué)習(xí)的過程中會有些疏漏，同學(xué)的熱心輔導(dǎo)、耐心講解的情形至今歷歷在目。而本次畢業(yè)設(shè)計不僅讓我了解了我的一些薄弱點，而且提醒我在以后的學(xué)習(xí)中注意查漏補缺。就我個人而言，在此次設(shè)計中，我還是付出了許多。遇到不懂的地方，我經(jīng)常去查閱資料、與同學(xué)討論、請教老師。此次畢業(yè)設(shè)計，我掌握了大量的關(guān)于液壓及升降臺方面的知識，學(xué)到了屬于自己的知識，更加鍛煉了自己堅韌不拔、銳意進(jìn)取的品格。本次畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束了，但是，我想這不是結(jié)束，而是整個人生的開始！對于上述的各位老師同學(xué)，我在這里再一次向你們表示最為真誠的感謝，我想老師需要的不是學(xué)生們給你們說了多好聽的話，你們最希望看到的是你們的學(xué)生會在今后的道路上更加的努力，有一個美好的明天。我想對你們說：敬愛的老師，你們放心，我會努力做好的，在未來的學(xué)習(xí)中我會嚴(yán)格要求自己。把最衷心的感謝再一次獻(xiàn)給你們。 Xxx2013年5月19日附 圖附圖1 剪叉臂附圖2 吊籃附圖3 底座附圖6 液壓缸及自鎖機(jī)構(gòu)附圖7 支撐腿附圖8 升降梯總圖附圖9 升降梯工作細(xì)節(jié)附圖10 爆炸圖