液压设计步骤
- 格式：docx
- 大小：102.45 KB
- 文档页数：27
液压传动系统的设计计算
3.1明确设计要求制定基本方案：
设计之前先确定设计产品的基本情况，再根据设计要求制定基本方案。以下列 出了本设计——剪式液压升降台的一些基本要求：
1主机的概况：主要用途用于家用小型重型设备的起升.便于维修，占地面积 小，适用于室外，总体布局简洁；
2主要完成起升与下降重物的动作.速度较缓，液压冲击小；
3最大载荷量定为2吨，采用单液压缸控制联接组合叉杆机构进行升降动作。 最大起升高度略大于一人高度；
4运动平稳性好；
5人工控制操作，按钮启动控制升降；
6工作环境要求：不宜在多沙石地面、木板砖板地面等非牢固地面进行操作. 不宜在有坡度或有坑洼的地面进行操作，不宜在过度寒冷的室外进行操作；
7性能可靠，成本低廉，便于移动.无其他附属功能及特殊功能；
3.2制定液压系统的基本方案
3.2.1确定液压执行元件的形式
液压执行元件大体分为液压缸或液压泵。前者实现直线运动.后者完成回转运 动.二者的特点及适用场合见下表。 名 称 特 点 适用场合
双活塞杆液压缸 双向对称 双作用往复运动
单活塞杆液爪缸 有效匸作面积大、双 向不对称 往返不对称的直线 运动，差动连接可实现快
进,A1=2A2往返速度相 等
柱塞缸 结构简单 单向工作,靠重力或
其他外力返回
摆动缸 单叶片式转角小于 小于360度的摆动
注：Al——无杆腔的活塞面积A2——有无杆腔的活塞面积对于本设计实现单 纯并且简单直线及回转运动的机构，可以采用齿轮式液压泵及双活塞杆液压缸.这 样不仅简化液压系统降低设备成本，而且能改善运动机构的性能和液压执行元件的 载荷状况。
常用的扩程机构有如下二种形式:
图3-1扩程机构(a) (b
它们同时也可以实现增速.常用于电梯的升降、高低位升降台等液压设备。还 有
360度
双叶片式转角小于
180度 小于180度的摆动
齿轮泵 结构简单，价恪便宜 高转速低扭矩的回 转运动
—种运动转换机构•小角度的回转运动用液压缸来实现，其运动比较平稳.长 行程的直线运动可以用液压马达来完成。本设计要完成的剪叉式液压升降台综合了 扩程、回转这两种工作形式。322确定液压缸的类型
工程液压缸主要用于工程机械、重型机械、起重运输机械及矿山机械的液压系 统。根据主机的运动要求，按表37-7-5选择液压缸的类型为：直线运动单活塞杆 双作用缓冲式液压缸。其特点：活塞双向运动产生推、拉力。活塞行程终了时减速 制动，减速值不变。
323确定液压缸的安装方式工程液压缸均为双作用单活塞式液压缸.安装方式多采用耳环型。由于本设计 中液压缸在作用过程中是一端固定，一端在垂直面上自由摆动的形式，因此根据表 37-7-6选择液压缸的安装方式为：尾部耳环联接。324缸盖联接的类型
按缸盖与缸体的联接方式.可分为外螺纹联接式、内卡键联接式及法兰联接式 三种。这里采用法兰联接。型号说明：P37-180 3.2.5拟订液压执行元件运动控制回 路
液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟订液压回路的核心 问题。方向控制用换向阀或是逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系 统.大多数通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对于高压大流量的液压系 统.现多采用插装阀于先导控制阀的组合来实现。本设计剪叉式液压升降台其特 点：起升压力大.运行缓慢、平稳，能人工控制起升至某一固定高度时并保持该高 度自锁。3.2.6液压源系统
液压系统的工作介质完全由液压源提供.液压源的核心是液压泵。在无其他辅 助油源的情况下.液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经过溢流阀回油 箱•溢流阀同时起到开展并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是用变量泵供 油.用安全阀限定系统的最高压力。
为节省能源并提高效率，液压泵的供油量要尽量于系统所需流量相匹配。对在 工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况下.则采用多泵供油或变量泵供 油。对于本设计，由于工作周期短，循环次数少，供油量可以适当减少以节省能 源.采用单泵供油即可.不需蓄能器储存能量。
对于油液的净化：油液的净化装置在液压源中是必不可少的。一般泵的入口要 装有粗滤油器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精滤油器再次 过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁过滤或其他形式滤油器。 根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。
3.3确定液压系统的主要参数
液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主 要依据。压力决定于外载荷。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。 3.3.1载荷的组成与计算：
首先.需要确定液压缸处于最大工作压力时的位置，通过上述的讨论，得知当 液压缸与地面夹角8为最小值时，也即支撑杆与地面夹角a为最小值时，液压缸处 于最大的工作压力状态下。根据轴距2.4m ,将支撑杆的长度选定2.1m/根。当液 压缸下降至最低高度时（设此时支撑杆与地面夹角a=aO） a 0=5,根据上述公式
0=tan [
-1
1 +a 1 -a
tan a]得 00=9.9
图3-2机构各参数
现在a值还是一个未知量.但a值的大小必须在1/2之内，初步设定a=l/4o 根据活塞推力与台面荷重量关系式P =
21 cos a a sin(6+a +1 sin(0-a W
得出P=13.3WO若设
a =1/3的话，就得出P=11.6WO通过二者比较，a =1/3时，活塞的最大推力P 要小
于a =1/4时。即在a值不变的条件下，a与P是成反比的。但考虑到活塞杆与 支撑杆的餃接点A又不能太靠近两支撑杆的餃接点B ,否则将会在两处餃接点产 生很大的应力集中，以致降低疲劳强度。因此 应选a =1/3比较合适。这时将a=l /3代入公式得P =
6c o as
s i n %+a+
30s i -n a(
w
,tan 0=2tan a
当平台处于最低位置a0=5时，液压缸荷重P最大，
P=11.6W=11.6x 9800=113680N。下面就根据载荷量来选取合适的液压缸。
图3-3液压缸
本图表示一个以液压缸为执行元件的液压系统计算简图。各有关参数标注于图 上，其中Fw是作用在活塞杆上的外部载荷，Fm是活塞与缸壁以及活塞杆与导 向套之间的密封阻力。作用在活塞杆是的外部载荷包括工作载荷Fg,导轨的摩擦 力F f和由于速度变化而产生的惯性力F a o
(1)工作载荷
Fg
常见的工作载荷有作用于活塞杆上轴线的重力、切削力、挤压力等.这些作用 力的方向与活塞的运动方向相同为负•相反为正。在实际工作过程中，由于载荷量 较大，活塞自身的重力可以忽略不计.切削力与挤压力共同组成的外力即为工作载 荷Fg,在图3中，Fg=Po由于本设计按最大载荷量定为2吨来计算，所以每个 孜压缸
Fg
=P=113680No (2)导轨摩擦载荷
Ff对于直动型安装的液压缸一般都附有活塞导轨以固定其运动方向，导轨摩擦相 对于总载荷可以忽略不计，因此Ff=0o
(3)惯性载荷Fa
F a =ma
.a =
Av At
o
Av ----- 速度变化量m/s
At——起动或制动时间，s。一般机械=0.1〜0.5s,对轻度载荷低速运动部件取 小
值，对重载荷高速部件取大值。行走机械一般取=0.5〜1.5s
a ------ 加速度m/s
2
初步选定速度变化量Av=0.16m/s, At =0.6s,贝lj a =
F a =ma =2t /2x 0.27=270N
Av At
0.160.6
=0.27m/s 2,以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷Fw ,
F w =Fg+Ff+Fa =113680P 十270=113950N
O
起动加速时Fw=Fg+Ff+Fa,稳态运动时Fw=Fg+Ff,减速制动时
F w =F g +F f -F a
o
工作载荷Fg并非每阶段都存在，如该阶段没有工作，贝ljFg=0o但在计算和 校核时，应按照最大值取。
除了外载荷Fw外，作用于活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的摩擦阻力F m,由于各种液压缸的密封材质和密封形式不同.密封阻力难以精确计算，一般 估算为
F m =(l-r|m P
Fw
式中Rm——液压缸的机械效率，一般取0.90〜0.95,这里取0.95,
=119568N
F =
qm
1135900.95
3.3.2初选系统压力 液压缸的选择要遵循系统压力的大小，要根据载荷的大小和设备类型而定。还 要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等限制。在载荷一定的情况 下，工作压力低.势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到 限制，
从材料消耗角度看也不是很经济；反之，压力选的太高，对泵、缸、阀等元件 的材质、密封、制造精度也要求很高.必然要提高设备成本。一般来说.对于固定 尺寸不太受限的设备，压力可选低一些，行走机械重载设备压力要选的高一些。按 下表初步选取15Mpa。
各种机械常用的系统工作压力
机械类型 机 床
农业机械小型工 程机械建筑机械 液压机大中型 挖掘机重型机 械 眉床 组合
机床 龙门
刨床 拉床
工作压力
MPa 0.8~0.2 3〜5 2~8 8 〜1() 10-18 20-32
3.3.3计算液压缸的主要结构尺寸
⑴液压缸的相关参数和结构尺寸液压缸有关的设计参数见图所示：
图3-4液压缸设计参数
图a为液压缸活塞杆工作在受压状态，图b表示活塞杆受拉状态。活塞杆受 压时
F =
Fw
qm
=p 1A 1-p 2A2
活塞杆受拉时
F =
Fw
qm兀
4
=p 1A 2-p 2A 1
式中
A 1=
