東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）學(xué)院東海科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)生姓名陳曉軍班級C04機(jī)械3班專業(yè)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化指導(dǎo)教師史曉敏2008年6月5日20英尺雙叉式液壓升降臺液壓部分設(shè)計陳曉軍東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院,浙江舟山316004摘要針對空港自動化倉儲用20英尺液壓升降臺的市場需求和技術(shù)背景，并汲取國內(nèi)外液壓升降臺好的設(shè)計經(jīng)驗在設(shè)計中采用油缸斜置剪刀式升降臺結(jié)構(gòu),并對雙叉式液壓升降臺的設(shè)備總體的構(gòu)成、液壓驅(qū)動系統(tǒng)及機(jī)械傳動系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)行了分析。其中,還介紹了液壓升降臺的背景，詳細(xì)分析和比較了液壓升降臺的各種傳動方式及其優(yōu)缺點，探討了液壓升降臺的發(fā)展方向與趨勢，闡述了機(jī)電液一體化技術(shù)在升降臺機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用前景。再對液壓驅(qū)動單元中主要技術(shù)作了詳細(xì)的分析和說明。對液壓同步控制進(jìn)行了分類與比較，并對液壓同步閉環(huán)控制的原理與其在液壓升降臺中的應(yīng)用作了論述。在實際計算說明過程中，對電液比例控制在系統(tǒng)中的功能和作用進(jìn)行了說明，重點分析了采用電液比例同步控制系統(tǒng)的同步誤差與閥控馬達(dá)回路的動態(tài)特性，并討論了液壓系統(tǒng)性能參數(shù)與機(jī)械傳動設(shè)計的關(guān)系。同時，對液壓泵站的設(shè)計,包括液壓油箱、液壓泵裝置及液壓控制裝置三大部分進(jìn)行分析。并對液壓升降臺密封系統(tǒng)選擇和設(shè)計。這樣保證了設(shè)備的總體的穩(wěn)定性，提高了設(shè)備的可靠性，得到了比較理想的結(jié)果。關(guān)鍵詞雙叉式液壓升降臺；液壓系統(tǒng)同步控制；液壓泵站ABSTRACTSTOMEETAIRPORTAUTOMATIONWAREHOUSINGWITHTHEHYDRAULICLIFTTABLEDEVELOPMENTSTENDENCYANDTHEREQUEST,ANDDERIVESTHEDOMESTICANDFOREIGNHYDRAULICPRESSURELIFTTABLEGOODDESIGNEXPERIENCETHISDESIGNUSESTHECYLINDERTOTILTTHESTRUCTURESCISSORSTYPELIFTTABLE,ANDTOTHEBIFURCATIONTYPEHYDRAULICPRESSURELIFTTABLESEQUIPMENTOVERALLSCONSTITUTION,THEHYDRAULICPRESSUREDRIVINGSYSTEMANDTHEMECHANICALDRIVESYSTEMSTECHNOLOGYHASCARRIEDONTHEANALYSISTHEREINTO,THEHISTORYFACTSOFHYDRAULICPRESSURELIFTTABLEWEREDISCUSSEDFEATURESOFVARIOUSSTAGESWERECOMPAREDTHEDEVELOPINGTRENDSOFITANDTHEUTILIZATIONOFHYDRAULICDRIVINGSYSTEMWEREDISCUSSEDINTHEHYDRAULICUNIT,ITPUTADETAILEDDESCRIPTIONOFITTHETECHNICOFHYDRAULICSYNCHRONICLOOPCONTROLWEREDISCUSSEDINTHECALCULATINGPROCESS,THEFUNCTIONOFLIQUIDPROPORTIONCONTROLWASDISCUSSED,ESPECIALLYTOTHESYNCHRONICCONTROLSYSTEMANDTHEDYNAMICCHARACRTEROFSYNCHRONICERRORANDTHEMOTORCIRCUITITALSODISCUSSEDTHERELATIONSHIPBETWEENTHEHYDRAULICSYSTEMPARAMETERANDTHETRANSMISSIONSYSTEMATTHESAMETIME,TOTHEHYDRAULICPRESSUREPUMPINGSTATIONSDESIGN,INCLUDINGTHEHYDRAULICFLUIDTANK,THEHYDRAULICPRESSUREPUMPUNITANDTHEHYDRAULICCONTROLINSTALLSTHREEMAJORPARTCARRIESONTHEANALYSISANDTOHYDRAULICPRESSURELIFTTABLEFULLPRESSURESYSTEMCHOICEANDDESIGNLIKETHISHADGUARANTEEDEQUIPMENTSOVERALLSSTABILITY,ENHANCEDEQUIPMENTSRELIABILITY,OBTAINEDTHEQUITEIDEALRESULTKEYWORDSDOUBLEFORKTYPEHYDRAULICLIFTTABLEHYDRAULICSYSTEMYNCHRONIZATIONCONTROLYDRAULICPUMPINGSTATION目錄前言1第1章液壓升降臺的概述211液壓升降臺技術(shù)背景212液壓傳動技術(shù)在升降臺設(shè)計中的應(yīng)用5第2章液壓升降臺液壓部分方案設(shè)計821液壓升降臺總體構(gòu)成822液壓升降臺總體設(shè)計8第3章液壓驅(qū)動單元分析與設(shè)計1431液壓同步控制的精度1432液壓缸的設(shè)計19321液壓缸主要尺寸的確定19322液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計2433液壓閥的選擇36第4章液壓泵站的設(shè)計3741液壓油箱的設(shè)計3742液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計47第5章潤滑與密封系統(tǒng)的設(shè)計選擇5051潤滑系統(tǒng)的設(shè)計5052密封系統(tǒng)的設(shè)計52小結(jié)55致謝56參考文獻(xiàn)57前言進(jìn)入21世紀(jì)以后,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和需求的提高,對物流行業(yè)提出越來越高的要求,雙叉式液壓升降臺越來越不僅局限應(yīng)用于倉庫、機(jī)場、車站、碼頭等地,更廣泛的應(yīng)用于自動化生產(chǎn)流水線。目前國內(nèi)在倉庫、機(jī)場、公路、港口等地常采用集裝箱裝卸作業(yè),由于集裝箱很重,有24T20英尺、30T40英尺,各裝卸點均用大型鋼絲繩起吊機(jī)械或?qū)Ｓ眉b箱起吊設(shè)備。上述設(shè)備體積大,造價高,而且僅能在一定范圍內(nèi)工作。因此造成集裝箱運輸拖車到達(dá)目的地后,因無專用起吊設(shè)備不能立即卸下只能打開門卸貨,既延誤運輸往返時間,又不利于集裝箱循環(huán)使用。使集裝箱運輸快捷、高效、安全、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)越性受影響,降低了門對門運輸?shù)谋嚷?。也有用汽車起重機(jī)裝卸,但由于集裝箱重,需用兩臺汽車起重機(jī)一起裝卸,既不方便,又增加了裝卸費用。為了解決以上問題，現(xiàn)要求設(shè)計雙叉式液壓升降臺來彌補(bǔ)了上述不足,雙叉式液壓升降臺主要由底框架、雙叉式升降支撐桿、液壓系統(tǒng)和裝置及工作臺組成。液壓升降臺是靠液壓缸提供動力驅(qū)動工作臺的升降,由結(jié)構(gòu)原理和工作特點所決定,在工作臺攜帶著貨物和工件上升時,需要液壓缸向其提供驅(qū)動力,即液壓缸輸出能量,把機(jī)械液壓能轉(zhuǎn)換成勢能而在工作臺攜帶著工件下降時,重物的勢能將被釋放出來。這種勢能如果不能有效地回收利用,則會造成能量浪費。這種能量浪費對于小型升降臺來說尚不顯嚴(yán)重,但對于載重和舉升高度較大、需頻繁工作的升降臺機(jī)型來說,就非常可觀了。對于此類機(jī)型,在設(shè)計其液壓系統(tǒng)時,應(yīng)考慮勢能回收,把工作臺下降過程中釋放出的勢能轉(zhuǎn)變成液壓能,并在上升時加以利用,以減少無用功的消耗,提高能量的利用效率,并同時達(dá)成使系統(tǒng)運行平穩(wěn)、工作安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單、效率高、便于設(shè)計和應(yīng)用。東海科學(xué)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系C04機(jī)械3班陳曉軍二八年六月第1章液壓升降臺的概述11液壓升降臺技術(shù)背景我國的升降臺一般分為液壓升降臺和機(jī)械升降臺兩種類型液壓升降臺主要是油缸斜置結(jié)構(gòu)的剪刀撐式升降臺如圖11以及油缸垂直直頂結(jié)構(gòu)的油缸直頂式升降臺，油缸直頂式升降臺由于其要求基坑深度特別深且油缸太長、成本高，在國內(nèi)目前還沒有廠家生產(chǎn)這種類型的升降臺國內(nèi)液壓升降臺普遍采用剪刀撐式升降臺，這種類型的液壓升降臺占用基坑淺，是中小型升降臺優(yōu)先選用的一種驅(qū)動形式，但由于其結(jié)構(gòu)上固有的一些原因，特別在大行程要求下受到較大的限制，無法滿足現(xiàn)代機(jī)械高速、重載、大行程的要求。另外，液升降臺由于受國產(chǎn)液壓元件可靠性、穩(wěn)定性的限制也影響到該類設(shè)備的應(yīng)用前景。圖11液壓升降臺傳統(tǒng)的機(jī)械升降臺通常都是采用一臺驅(qū)動機(jī)通過長地軸至減速器一絲杠螺母傳動或齒輪齒條傳動、鏈條鏈輪傳統(tǒng)、鋼絲繩牽引等來實現(xiàn)升降臺的運動如圖12，機(jī)械升降臺相對于液壓升降臺而言，總的說來，它彌補(bǔ)了液壓升降臺的主要缺陷，但機(jī)械升降臺設(shè)備要求基坑較深，而且由于這種傳動形式的傳動。鏈較長，所以驅(qū)動機(jī)功率大、效率較低，在安裝、調(diào)試過程中要求精度較高，最主要的是一般在臺面形狀為矩形、圓形等規(guī)則形狀的場合使用，不便于在不規(guī)則臺面形狀的場合下布置傳動。圖12鏈傳動機(jī)械升降臺而國際上目前己有先進(jìn)的螺旋升降器為驅(qū)動單元，多驅(qū)動單元組成大型升降臺升降驅(qū)動的設(shè)備如圖13。但其驅(qū)動單元的造價昂貴，而且驅(qū)動單元的核心部件所用材料目前在國內(nèi)還無法制造、加工。故在機(jī)械升降臺中，要推出多種能滿足各種不同臺面形狀要求、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、定位精度高的新型升降臺就顯得格外的重要和必要。圖13螺旋升降器升降臺因此立項時選擇了該項目，該項目在研制過程中以國際先進(jìn)水平為目標(biāo)，根據(jù)用戶工藝布置、投資意向及產(chǎn)品選型等諸多因素，進(jìn)行綜合考慮系統(tǒng)設(shè)計。與國外同類技術(shù)裝備相比，多驅(qū)動同步控制升降臺采用單獨的多臺驅(qū)動機(jī)為單元，通過絲杠螺母傳動垂直結(jié)合同步控制技術(shù)來實現(xiàn)整個升降臺的無級調(diào)速升降運動和準(zhǔn)確定位。其最大的特點是設(shè)備安裝工藝較簡單、可以實現(xiàn)任何臺面的特殊要求如臺面形狀為三角形、梯形、多邊形等各種不規(guī)則形狀。該項目的實施確保了我國機(jī)械升降臺制造及其控制水平接近國際先進(jìn)水平，在國內(nèi)機(jī)械領(lǐng)域中處于領(lǐng)先地位、為我國文化藝術(shù)事業(yè)的繁榮興旺、加強(qiáng)社會主義精神文明建設(shè)都具有十分積極的意義。以下，就目前國內(nèi)外常見的升降臺驅(qū)動形式進(jìn)行一些對比表11，以便篩選優(yōu)化，策劃出新型結(jié)構(gòu)的傳動形式。表11內(nèi)外現(xiàn)有升降臺升降臺類別優(yōu)點缺點造價垂直油缸1噪音低2設(shè)備運行平穩(wěn)3容易實現(xiàn)大范圍調(diào)速1設(shè)備要求基坑深2安裝精度要求高高液壓剪刀撐1噪音低2設(shè)備運行平穩(wěn)3設(shè)備要求基坑淺1升降臺臺面為變速運動2不易實現(xiàn)大行程較低絲杠螺母地軸傳動1噪音較低2設(shè)備運行平穩(wěn)1傳動效率低2設(shè)備要求基坑較中齒輪齒條地軸傳動1設(shè)備要求基坑淺2設(shè)備運行較平穩(wěn)1要有專門的定位防塵機(jī)構(gòu)中機(jī)械鏈條地軸傳動1設(shè)備要求基坑淺1要有專門的定位防塵機(jī)構(gòu)2設(shè)備運行較不平穩(wěn)中鋼絲繩地軸傳動1設(shè)備要求基坑淺1要有專門的定位防塵機(jī)構(gòu)2設(shè)備運行較不平穩(wěn)低螺旋升降器1設(shè)備要求基坑很淺2設(shè)備運行平穩(wěn)3可以實現(xiàn)不規(guī)則臺須有可靠的導(dǎo)向裝置，否則易晃動。很高多驅(qū)動同步控制1噪音低2設(shè)備運行平穩(wěn)3設(shè)備要求基坑較淺4容易實現(xiàn)不規(guī)則臺面升降臺要求各驅(qū)動單元間有一定的同步控制精度。較高每種傳動方式各有其特點、用途和適用范圍。機(jī)械傳動是通過齒輪、齒條、帶、鏈條等機(jī)件傳遞動力和進(jìn)行控制，其優(yōu)點是傳動準(zhǔn)確可靠、制造容易、操作簡單、維護(hù)方便和傳動效率高等。缺點是遠(yuǎn)距離傳動較困難，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜等。電力傳動是利用電力設(shè)備并調(diào)節(jié)電參數(shù)來傳遞動力和進(jìn)行控制。主要優(yōu)點是能量傳遞方便信號傳遞迅速標(biāo)準(zhǔn)化程度高易于實現(xiàn)自動化等。缺點是運動平穩(wěn)性差，易受外界負(fù)載的影響慣性大，起動及換向慢成本較高受溫度、濕度、振動、腐蝕等環(huán)境影響較大。為了改善其傳動性能，往往與機(jī)械或液壓傳動結(jié)合使用。氣壓傳動是用壓縮空氣作為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞控制。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單成本低易于實現(xiàn)無級調(diào)速阻力損失小動作迅速反應(yīng)快防火、防爆，對工作環(huán)境適應(yīng)性好。缺點是空氣易壓縮，負(fù)載對傳動特性的影響較大工作壓力低，只適用于小功率傳動。液壓傳動是用液體作為工作介質(zhì)利用液體的壓力進(jìn)行能量傳遞控制。與其他傳動方式相比，液壓傳動有其獨特的優(yōu)點1單位功率的重量輕，即能以較輕的設(shè)備重量獲得很大的力和力矩。例如,液壓缸的力與重量比，比直流電動機(jī)約大100倍中等功率液壓馬達(dá)與一般直流電動機(jī)相比較，其轉(zhuǎn)矩與慣量比大1020倍，功率與重量比大810倍。因此液壓傳動的結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，功率與重量比大，利用液壓傳動容易獲得很大的驅(qū)動力和轉(zhuǎn)矩。2由于體積小、重量輕，因而慣性小，起動、制動迅速。例如起動一個中等功率的電動機(jī)需要幾秒鐘，而起動相當(dāng)功率的液壓馬達(dá)則只需01S左右。所以利用液壓傳動易于實現(xiàn)平穩(wěn)地頻繁起、停、換向或變速。3在運行過程中能方便地進(jìn)行無級調(diào)速調(diào)速范圍大，而且低速性能好。4易于實現(xiàn)自動化。液壓傳動的控制調(diào)節(jié)比較簡單，操作比較方便、省力，易于實現(xiàn)自動。特別是與電力傳動配合使用，更易于實現(xiàn)省力化、自動化和遠(yuǎn)距離操作。5易于實現(xiàn)過載保護(hù)，工作安全可靠。液壓系統(tǒng)的工作壓力很容易由壓力控制元件控制，只要設(shè)法控制壓力在規(guī)定限度內(nèi)，就可以達(dá)到防止過載、避免事故的目的，使工作安全可靠。6液壓系統(tǒng)的各種元件可隨設(shè)備的需要任意安排，可以把液壓馬達(dá)或液壓缸安置在遠(yuǎn)離原動機(jī)的任意位置，不需中間的機(jī)械傳動環(huán)節(jié)。如果液壓馬達(dá)或液壓缸在工作時本身位置也在變動，只要采用撓性管道聯(lián)接就可以，這是機(jī)械傳動難以實現(xiàn)的。7液體工作介質(zhì)具有彈性和吸振能力，使液壓傳動運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、可靠。運轉(zhuǎn)時可自潤滑，且易于散熱，所以使用壽命長。8易于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于設(shè)計、制造和推廣使用。液壓傳動雖然存在許多優(yōu)點，但也存在一些缺點1液壓傳動以液體作為工作介質(zhì)，在液壓元件相對運動中無法避免泄漏，再加上液體壓縮性，難以實現(xiàn)嚴(yán)格的傳動比。2液體粘度和溫度有密切關(guān)系，當(dāng)粘度隨溫度變化時，將直接影響泄漏、壓力損失及通過元件的流量。所以液壓系統(tǒng)不宜在很高和很低的溫度下工作。3液壓系統(tǒng)中能量要經(jīng)過兩次轉(zhuǎn)換，故傳動效率較低。工作可靠性目前還不如電力和機(jī)械傳動。4液壓元件的制造精度要求高。使用、維護(hù)要求有一定的專業(yè)知識和較高的技術(shù)水平。故障原因較難確定?？偟恼f來，液壓傳動有許多優(yōu)越性，但其缺點也不能忽視。為了提高其競爭能力，液壓傳動技術(shù)一直不斷發(fā)展，借助現(xiàn)代科技的支持及相關(guān)學(xué)科的科技成果，液壓技術(shù)不斷發(fā)展，使其缺點逐步被克服，性能不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。液壓傳動技術(shù)將會得到更加廣泛的應(yīng)用。12液壓傳動技術(shù)在升降臺設(shè)計中的應(yīng)用近30年來，液壓技術(shù)在實現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、高可靠性、高度集成化等方面都取得了重大進(jìn)展，在完善發(fā)展比例控制、伺服控制、開發(fā)數(shù)字控制技術(shù)以及機(jī)電一體化方面也有許多新成就。液壓技術(shù)己成為包括傳動、控制、檢測在內(nèi)的對現(xiàn)代機(jī)械裝備的技術(shù)進(jìn)步有重要影響的基礎(chǔ)技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于各工業(yè)部門。國外一些發(fā)達(dá)國家，液壓傳動技術(shù)己在各個機(jī)械領(lǐng)域內(nèi)被大量采用，出現(xiàn)了液壓驅(qū)動的升降臺、轉(zhuǎn)臺、吊桿的設(shè)備。在升降臺技術(shù)領(lǐng)先的德國，1990年建成的斯圖加特州立劇院，甚至采用液壓驅(qū)動全套臺機(jī)械設(shè)備。我國的液壓技術(shù)起步晚、起點低，與國外先進(jìn)水平還有一定差距，液壓傳動在倉儲機(jī)械上的應(yīng)用也十分有限。目前只有個別廠家在升降臺中采用液壓驅(qū)動，液壓升降臺的驅(qū)動形式大致有兩種液壓缸驅(qū)動剪叉機(jī)構(gòu)圖14,這種方式結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，維護(hù)方便，價格較低，設(shè)備自身高度低等特點，在升一降舞臺中大量使用。但由于其自身結(jié)構(gòu)的局限，剪叉機(jī)構(gòu)不適宜在大行程升降臺上使用。圖14剪叉式升降臺液壓缸直頂式圖15,這種方式使用多個油缸垂直頂升臺面，可以實現(xiàn)較大的行程，運行平穩(wěn)。但此種方式的同步控制問題較難解決，并且油缸行程長，價格較高，目前較少采用。當(dāng)前升降臺的發(fā)展趨勢要求升降臺具有較寬的調(diào)速范圍，較大的行程和承載能力，較高的定位精度，較低的噪聲易于實現(xiàn)控制的自動化、智能化，以及較高的安全性、可靠性。單純采用某一種傳動方式很難完全滿足這些要求，因此綜合機(jī)械、液壓、電力等各種傳動方式的優(yōu)點，取長補(bǔ)短，充分發(fā)揮各自的長處，才能實現(xiàn)升降臺技術(shù)的進(jìn)一步提高。這也符合當(dāng)今機(jī)械工業(yè)機(jī)電一體化發(fā)展方向。圖15液壓缸直頂式升降臺針對當(dāng)前升降臺發(fā)展的新特點和要求，本項目所要解決的問題是研制開發(fā)一種符合升降臺發(fā)展趨勢，滿足市場需求的新型升降臺。在傳統(tǒng)升降臺中，電驅(qū)動垂直絲杠升降臺與液壓雙叉式升降臺是目前使用較多的兩種升降臺，它們都有各自鮮明的特點1電驅(qū)動垂直絲杠升降臺圖16,電動機(jī)的動力通過減速器、鋼性地軸傳至絲杠減速器，絲杠螺母將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榕_面升降的直線運動。由于采用螺旋傳動，此種升降臺具有運行平穩(wěn)、傳動準(zhǔn)確、行程大等優(yōu)點，并且絲杠易于實現(xiàn)自鎖，故其安全可靠性較高。2液壓雙叉式升降臺圖17，液壓泵站提供液壓能，通過液壓油缸頂升剪叉機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)升降臺面的升降。由于采用液壓傳動，這種升降臺傳動環(huán)節(jié)少，結(jié)構(gòu)簡單，承載能力大，運行平穩(wěn)，噪聲小，并且能在較大范圍內(nèi)較方便地實現(xiàn)無級調(diào)速和過載保護(hù)。圖16電驅(qū)動垂直絲杠升降臺它們也有其不足之處。對于電驅(qū)動垂直絲杠升降臺，傳動路線長，環(huán)節(jié)多，傳動效率低，傳動系統(tǒng)噪聲大，在安裝、調(diào)試過程中要求精度高。而液壓雙叉式升降臺其缺點是升降過程中臺面無法實現(xiàn)勻速，升降行程較小。此外，由于液壓系統(tǒng)中泄漏無法避免，故升降臺有下沉現(xiàn)象。綜合分析這兩種升降臺，可以發(fā)現(xiàn)，它們的不足與其傳動方式有密切關(guān)系，僅從其機(jī)械或液壓單方面解決自身的不足較為困難。如何克服這些缺點，提高性能滿足升降臺提出的新要求，這是一個急需解決的問題。圖17液壓剪叉式升降臺近半個世紀(jì)科學(xué)技術(shù)得到了空前的繁榮和發(fā)展。二十世紀(jì)七十年代，機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)生并得到迅速發(fā)展。機(jī)電一體化不是機(jī)械裝置與電子裝置的簡單組合，而是機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感測試技術(shù)及軟件編程技術(shù)等多種技術(shù)的相互交叉與融合。機(jī)電一體化技術(shù)要求從系統(tǒng)的觀點出發(fā)綜合機(jī)械技術(shù)和信息技術(shù)實現(xiàn)整體最優(yōu)化。機(jī)電一體化代表著機(jī)械工業(yè)技術(shù)革命的前沿方向。機(jī)電一體化技術(shù)己滲透到機(jī)械工業(yè)的各個領(lǐng)域，極大的改進(jìn)了機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能，促進(jìn)了工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。機(jī)電一體化技術(shù)也為機(jī)械的發(fā)展提供了思路。因此，本次設(shè)計充分汲取了電驅(qū)動垂直絲杠升降臺的優(yōu)點，采用電液比例控制技術(shù)，提高控制精度。并對傳動鏈及重要零部件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，使設(shè)備整體性能滿足現(xiàn)代化劇場對升降臺的要求。第2章液壓升降臺液壓部分方案設(shè)計21液壓升降臺總體構(gòu)成雙叉式液壓升降臺的總體構(gòu)成圖21由兩部分組成液壓驅(qū)動單元、機(jī)械傳動單元。液壓驅(qū)動單元的作用是將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過液壓元件控制調(diào)節(jié)液體壓力與流量，最后由液壓泵站控制提供液壓能。機(jī)械傳動單元由叉架、底框架、臺面框架、下限位支撐架、維修支撐架、地腳支架、導(dǎo)軌架等組成,它的作用是將液壓泵站提供液壓能，通過液壓油缸頂升叉架機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)升降臺面的升降。圖21液壓雙叉式升降臺22液壓升降臺總體設(shè)計1、總體思路針對雙叉式液壓升降臺發(fā)展的趨勢，充分發(fā)揮叉架升降與液壓驅(qū)動的優(yōu)點，總結(jié)以往液壓升降臺的設(shè)計經(jīng)驗，同時考慮技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的可行性，確定了以下設(shè)計思路1在滿足剛度要求的基礎(chǔ)上減小臺面框架的自身高度與重量，提高設(shè)備基坑的利用率2液壓系統(tǒng)的靜動態(tài)性能好，安全可靠，結(jié)構(gòu)簡單3采用閉環(huán)控制，提高控制精度4液壓站性能方面設(shè)計和密封系統(tǒng)設(shè)計選擇2、主要技術(shù)參數(shù)及要求1升降臺速度臺面升降速度3M/MIN2升降臺行程叉架升起最大高度283M叉架降低最小高度081M總行程202M升降臺載荷能力24T升降臺臺面面積臺面面積275127MS其它要求叉架鋼結(jié)構(gòu)桿系銷軸孔的同軸度允差為06MM，平行度05MM，兩端銷軸孔對中間銷軸孔的對稱度小于05MM。全高升降運行，上臺面水平方向偏移小于3MM。3、液壓驅(qū)動單元液壓驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計是液壓升降臺總體的重要組成部分，設(shè)計時必須滿足液壓升降臺使用功能所需的全部技術(shù)要求，而且靜動態(tài)性能好，效率高，安全可靠，結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)性好，使用維護(hù)方便。為此，要明確與液壓驅(qū)動系統(tǒng)有關(guān)的液壓升降臺參數(shù)的確定原則，要與升降臺的總體設(shè)計綜合考慮做到機(jī)、電、液相互配合，保證液壓升降臺總體的性能最好。根據(jù)液壓升降臺的使用工況，其液壓驅(qū)動系統(tǒng)必須解決好以下問題1保證動作平穩(wěn)，升降臺上載重量變化很大，且機(jī)械傳動零件加工、安裝的誤差以及臺面的偏載，都將導(dǎo)致液壓馬達(dá)負(fù)載變化較大，液壓系統(tǒng)必須要能克服負(fù)載變化對速度產(chǎn)生的影響，確保機(jī)構(gòu)無沖擊地平穩(wěn)運行2由于采用兩臺液壓馬達(dá)分別驅(qū)動四根油缸，因此，液壓系統(tǒng)必須保證設(shè)備具有較高的同步控制精度3工作載荷及架體自重在運動速度變化時引起的慣性沖擊問題4下降過程反向負(fù)載引起失重現(xiàn)象，必須加以控制，尤其是如此大型的設(shè)備，一旦失控極其危險。液壓系統(tǒng)的設(shè)計主要圍繞如何解決液壓升降平臺的同步、緩沖、平衡等問題而進(jìn)行。針對以上問題設(shè)計了兩種方案。方案A該液壓系統(tǒng)圖22中采用了控制閥組，油路塊,流量分配器，還有運用控制速度閥等，較好的實現(xiàn)了控制速度、同步和緩沖的問題，且系統(tǒng)簡潔，調(diào)試方便。1、油箱2、油泵3、連軸器4、鐘形罩5、電動機(jī)可調(diào)單向閥6、液位液溫計7、空氣濾清器8、球閥9、吸油過濾器10、單向閥11、回油過濾器12、油路塊13、控制閥組14、電磁換向閥15、聯(lián)接底板16、單向節(jié)流閥17、螺紋插裝節(jié)流閥18、螺紋插裝電磁換向閥19、節(jié)流閥20、壓力表21、流量分配器22、速度控制閥圖22液壓原理圖對于本設(shè)備采用兩個同軸等排量雙向液壓馬達(dá)，輸出相同流量的油液來驅(qū)動兩缸雙向同步，其同步性能直接影響到液壓升降臺的正常使用。與常規(guī)的同步回路相比，同步馬達(dá)的同步回路具有較高的同步精度和性能價格比?？刂扑俣乳y對流量的控制是通過分流閥來實現(xiàn)的,以下對液壓系統(tǒng)原理圖進(jìn)行分析,并且對液壓升降臺的整個工作運行的分析。表21液壓升降臺液壓系統(tǒng)電器動作表M12KWR/PMDT電機(jī)M1、M2通電,油泵從油箱吸油,泵站開始工作,液壓油通過直動溢流閥回油箱,此時直動溢流閥起卸荷閥作用,泵站實現(xiàn)空載啟動和連續(xù)工作,避免電機(jī)頻繁啟動。當(dāng)直動溢流閥通電,系統(tǒng)壓力超過直動溢流閥的設(shè)定壓力,直動溢流閥打開,液壓油通過此閥直接回油箱,此時直動溢流閥起安全閥作用。電磁溢流閥的設(shè)定值一般為系統(tǒng)工作壓力的110。液壓升降臺的整個動作過程（1）平臺上升當(dāng)M1、M2電機(jī)通電，油泵從油箱吸油，液壓泵站開始工作，電磁換向閥14通電，即電磁鐵1得電，該作用是調(diào)節(jié)整個液壓系統(tǒng)總體壓力。當(dāng)系統(tǒng)中油液繼續(xù)通過控制閥組，主要為整個液壓系統(tǒng)提供油液，再通過可調(diào)單向節(jié)流閥，并通過同步馬達(dá)，對液壓缸起到同步作用；最終油液由油缸無桿腔供油,油缸另一腔回油。同時螺紋插裝換向閥18通電，即電磁鐵5得電，油路塊直接向油缸無桿腔供油。油缸上行速度的行程由速度控制閥22控制,近似勻加速運動。（2）平臺下降螺紋插裝換向閥通電，即電磁鐵2得電，油缸無桿腔回油,油缸下行速度的行程由速度控制閥22控制,功能是回油路上串聯(lián)的背壓閥保證回油腔有一定的背壓,使液壓升降臺不因本身自重而下降,保證液壓升降臺運行平穩(wěn)，達(dá)到緩和沖擊的目的。當(dāng)液壓升降平臺至最后100MM范圍以內(nèi)時,螺紋插裝換向閥18通電，即電磁鐵3和4得電,起到油缸無桿腔快速回油,使液壓升降臺降到最小的高度。方案B該液壓系統(tǒng)圖23中采用了雙泵，控制閥組，調(diào)速閥等，較好的實現(xiàn)了控制速度、同步的問題，且系統(tǒng)簡潔，調(diào)試方便。1、電動機(jī)2、油泵3、控制閥組4、調(diào)速閥5、液壓缸圖23液壓原理圖液壓升降臺的整個動作過程（1）平臺上升當(dāng)M1、M2電機(jī)通電，油泵從油箱吸油，液壓泵站開始工作，通過調(diào)速閥，使液壓缸可保持基本同步，當(dāng)系統(tǒng)中油液繼續(xù)通過控制閥組，主要為整個液壓系統(tǒng)提供油液，最終油液由油缸無桿腔供油,油缸另一腔回油。（2）平臺下降當(dāng)控制閥組中螺紋插裝換向閥通電，即電磁鐵得電，使油缸無桿腔回油,油缸下行速度的行程由調(diào)速閥控制,功能是回油路上串聯(lián)的背壓閥保證回油腔有一定的背壓,使液壓升降臺不因本身自重而下降,保證液壓升降臺運行平穩(wěn)，達(dá)到緩和沖擊的目的。通過上述方案A和方案B的介紹，方案A比方案B運動速度快，慣性負(fù)載要大，同時方案B存在慣性負(fù)載引起的沖擊載荷對工作機(jī)構(gòu)的影響和雙叉式液壓升降臺的同部精度問題。所以方案A優(yōu)于方案B。最終采用方案A的液壓系統(tǒng)。4、機(jī)械傳動單元機(jī)械傳動單元圖24叉架、底框架、臺面框架、地腳支架、導(dǎo)軌架以及液壓缸，其主要功能是將液壓泵站提供液壓能，通過液壓油缸頂升叉架機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)升降臺面的升降。圖24機(jī)械傳動單元結(jié)構(gòu)簡圖由于采用液壓泵站驅(qū)動，其傳動結(jié)構(gòu)與機(jī)械升降臺相比大大簡化，作為液壓油缸頂升叉架機(jī)構(gòu)的一個組成部分，機(jī)械傳動單元各零部件的機(jī)械性能、傳動比的分配、傳動特性對液壓升降臺的整體性能有著重要的影響。臺面框架作為升降臺平面的一部分，應(yīng)保證臺面的平整性，對此，臺面框架機(jī)械規(guī)范中對升降臺平面的變形作了明確的規(guī)定升降臺臺面滿載時，在長度方向的變形不得大于L/1OOOMML為長度尺寸，且其絕對變形量不大于12MM。因此在設(shè)計臺面框架時，首先應(yīng)滿足以上要求。此外，臺面框架的自身重量和高度也是必須考慮的因素。大型升降臺設(shè)備其臺面框架的重量較大，一般占設(shè)備總起升重量的三分之一到四分之一，設(shè)備升降時克服自身重量將消耗較多的功率。為了減小驅(qū)動機(jī)功率，降低成本，通常采用平衡重將臺面框架重量配平，而在一些沒有條件加裝平衡重的情況下，盡量減輕臺面框架自身重量就顯得較為重要。臺面框架自身有一定高度，在使用時，其自身高度使得升降臺的有效行程減小，為滿足使用的正常行程，對升降臺的設(shè)備基坑要求加大深度，傳動絲杠加工的更長，以消化臺面框架自高所占有的行程。以上三個因素相互制約，故設(shè)計臺面框架時應(yīng)綜合考慮。臺面框架通常采用鋼架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有重量輕，剛性好的特點。本設(shè)備根據(jù)使用要求采用臺面鋼架結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)臺面由標(biāo)準(zhǔn)型鋼焊接而成,要求外框整齊,臺面平整,臺面對角線尺寸誤差小于3MM。上臺面上安裝輥道輸送機(jī)。并且鋼結(jié)構(gòu)臺面連接叉架平衡桿系銷軸孔的同軸度06MM。鋼結(jié)構(gòu)臺面上的叉架平衡桿系導(dǎo)輪軌道應(yīng)加工，平面度01MM。叉架鋼結(jié)構(gòu)平衡桿系，由鋼板焊成的箱型結(jié)構(gòu)的桿系與銷軸組裝而成。叉架鋼結(jié)構(gòu)平衡桿系銷軸孔的同軸度允差為06MM，平行度05MM，兩端銷軸孔對中間銷軸孔的對稱度小于05MM。升降臺在整個升降運行中，上臺面水平方向偏移小于3MM。在機(jī)械傳動單元中，叉架機(jī)構(gòu)是一個十分重要的機(jī)構(gòu)，它的作用是將叉架的上下運動轉(zhuǎn)化為升降臺升降的直線運動。從液壓驅(qū)動升降臺的整體結(jié)構(gòu)可以看出，升降臺的全部載荷是由叉架承擔(dān)，臺面升降時，叉架不僅要傳遞很大的轉(zhuǎn)矩，而且還要起到導(dǎo)向作用。此外，叉架桿系銷軸孔內(nèi)要開油槽，要在操作方便的位置設(shè)注油孔及安裝油咀。叉架桿系軸線，要與滾道輸送方向相同。即銷軸軸線與輥道輸送機(jī)輥子軸線平行。由此可見，叉架設(shè)計、制造、安裝質(zhì)量的好壞，直接影響到升降臺的穩(wěn)定性、安全性以及傳動與定位精度。考慮以上因素，在叉架的設(shè)計過程中，采用了可靠性設(shè)計方法對叉架的剛度、穩(wěn)定性進(jìn)行了計算，同時對叉架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化處理。第3章液壓驅(qū)動單元分析與設(shè)計31液壓同步控制的精度本設(shè)備采用同一泵站并聯(lián)驅(qū)動兩臺液壓缸。對于這類帶有多個執(zhí)行器，同時驅(qū)動同一負(fù)載運動的液壓系統(tǒng)，由于負(fù)載不均勻、摩擦阻力不等、液壓馬達(dá)的制造質(zhì)量以及結(jié)構(gòu)變形上的差異，如果不采取適當(dāng)?shù)耐酱胧@將導(dǎo)致升降臺面兩端行程出現(xiàn)誤差，從而引起臺面框架的傾斜、變形。因此，系統(tǒng)同步精度成為影響設(shè)備整體性能的一個重要因素。實現(xiàn)液壓同步驅(qū)動一般主要有開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種基本形式。開環(huán)控制的液壓同步回路主要有機(jī)械聯(lián)結(jié)同步回路、節(jié)流閥同步回路、分流集流閥同步回路等，因為它完全靠液壓控制元件如同步閥、各類節(jié)流閥或調(diào)速閥本身的精度來控制執(zhí)行元件的同步驅(qū)動，而不對執(zhí)行元件的輸出進(jìn)行檢測與反饋來構(gòu)成閉環(huán)控制，所以它不能消除或抑制對高精度同步的不利因素的影響。在升降臺中常用的是機(jī)械聯(lián)結(jié)同步回路和分流集流閥同步回路機(jī)械聯(lián)結(jié)同步回路是用剛性梁、齒輪及齒條等機(jī)械零件，使兩個液壓執(zhí)行器之間建立剛性的運動聯(lián)系來實現(xiàn)位移同步。這種方式簡單、可靠，同步精度取決于機(jī)構(gòu)的剛性。分流集流閥同步回路是使用分流集流閥使兩個液壓缸在承受不同負(fù)載時仍能獲得相等的流量而實現(xiàn)運動速度的同步，其液壓系統(tǒng)簡單經(jīng)濟(jì)，同步精度約為25。但這兩種同步回路都不適宜在本系統(tǒng)上采用，閉環(huán)控制的液壓同步回路有電液伺服及同步和電液比例同步回路，與開環(huán)控制相比，盡管液壓同步閉環(huán)控制組成較復(fù)雜、造價較高，但由于它靠的是對輸出量進(jìn)行檢測、反饋，從而構(gòu)成反饋閉環(huán)控制，在很大程度上消除或抑制不利因素的影響，而可望獲得高精度的同步驅(qū)動。所以液壓同步閉環(huán)控制已經(jīng)越來越得到人們的重視，特別是隨著現(xiàn)代控制理論及計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，該種控制形式幾乎在所有需要高精度液壓同步驅(qū)動的各類主機(jī)上都得到了較好的應(yīng)用。其中，電液比例閥是一種新型的電液控制元件，雖然它比電液伺服閥的頻率響應(yīng)低，但因其造價較低、抗污染能力高、性能良好，所以由它組成的同步閉環(huán)控制已大量用于系統(tǒng)頻率響應(yīng)適中而需要較高同步精度的主機(jī)上，具有良好的應(yīng)用前景。在本設(shè)備中，為了較好的解決同步問題，綜合考慮了經(jīng)濟(jì)性與控制精度的因素，采用了電液比例同步閉環(huán)控制回路，其原理是通過改變進(jìn)入其中一些或全部液壓執(zhí)行器的流量來達(dá)到同步的目的。本設(shè)備同步閉環(huán)控制采用“主從方式”圖31，它是以其中一個執(zhí)行器的圖31同步控制方塊圖位置作參考，改變進(jìn)入其它執(zhí)行器的流量來達(dá)到位置跟隨而同步。它本質(zhì)上是個位置控制回路，其控制變量的信息來自對位置誤差的檢測。電液比例同步控制回路與其他同步控制回路相比具有較高的性能價格比，雖然比例閥的死區(qū)及流量非線性特性對控制特性有較大影響，但在控制算法上采取一定措施后，同樣能達(dá)到很高的精度。比例位置同步控制是建立在比例位置系統(tǒng)的基礎(chǔ)上的。由于比例方向閥具有流量死區(qū)特性，而死區(qū)特性對電液比例位置控制系統(tǒng)有較大影響，故比例位置控制系統(tǒng)首先要解決閥的死區(qū)補(bǔ)償問題。采用一種死區(qū)特性補(bǔ)償算法，在不增加系統(tǒng)復(fù)雜程度及硬件成本下，用簡單的算法可得到很好的補(bǔ)償效果，還能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及抗干擾能力另一方面，由于比例方向閥的流量非線性比較嚴(yán)重，在進(jìn)行速度控制時必須采用變增益的算法。以下通過對比例閥控缸同步系統(tǒng)的動態(tài)分析，可得到比例同步控制回路得同步精度，該結(jié)論也適用于比例閥控馬達(dá)同步系統(tǒng)。對一般的電液比例閥控缸系統(tǒng)，對進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償、增益校正后，系統(tǒng)的傳遞函數(shù)可簡化如下圖32圖32比例閥控缸位置同步系統(tǒng)框圖圖中、為輸入信號、為閥芯位移、為比例方向閥等效時間常數(shù)1U21X21V2、為閥的流量增益、為平均活塞面積、為系統(tǒng)增益、QKVAVXK1H為液壓固有頻率；、為液壓阻尼比N,N2為系統(tǒng)干擾信號、為雙缸之2H1H212V間的藕連環(huán)節(jié)Y1、Y2為系統(tǒng)輸出。對于工程實際中的普通雙缸位置同步控制的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析可知，系統(tǒng)可分為串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種，其結(jié)構(gòu)框圖如圖33,34所示。圖中略去了連接缸I、缸II的結(jié)構(gòu)物造成的兩缸間的藕連環(huán)節(jié)，凡為同步誤差，為同步控制器，在串聯(lián)型系統(tǒng)中，E12YCGSU1U，U2Y1在并聯(lián)型系統(tǒng)中U1U,U2UE圖33串聯(lián)型雙缸位置同步控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖34并聯(lián)型雙缸位置同步控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中其它各環(huán)節(jié)分別為111QXVKGSTA1221HS2221QXVVKGSTA2221HHGSS由圖可知雙缸同步控制問題實質(zhì)上是位置控制系統(tǒng)的跟蹤問題，既不管液壓缸I的位置不為何種形式變化，要求液壓缸的位置以極小的允許誤差同步誤差跟蹤。1YT2YT1YT對于串聯(lián)型比例位置同步控制系統(tǒng)，若不考慮干擾的影響，并令（31）221SG可得（32）1212CCESU由于系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)中己包含一個積分環(huán)節(jié)，因此中不能再包含積分環(huán)節(jié)，否CS則會導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。這樣其穩(wěn)態(tài)同步誤差只對階躍指令輸入為零，對斜坡指令輸入就產(chǎn)生靜差。在動態(tài)同步誤差方面，由于跟蹤的延遲性，亦會產(chǎn)生較大動態(tài)同步誤2YT1T差。圖35為同步誤差ET對指令階躍干擾UT的響應(yīng)曲線。從圖中可以看出，動態(tài)誤差較大。因此，串聯(lián)式結(jié)構(gòu)的位置同步控制系統(tǒng)要達(dá)到較高的靜、動態(tài)控制特性是較困難的。圖35同步誤差對指令階躍干擾的響應(yīng)曲線對于并聯(lián)型比例位置同步控制系統(tǒng)，若不考慮干擾的影響，則（33）121212CCGESU對于電液比例位置同步控制，兩液壓缸各自的位置控制系統(tǒng)的偏差調(diào)節(jié)器不可能含有積分環(huán)節(jié)，因此以、中各自僅含有一個積分環(huán)節(jié)。在保證穩(wěn)定的前提下，可使同步1G2誤差調(diào)節(jié)器中包含一個積分環(huán)節(jié)。則由式33可知，上述并聯(lián)型位置同步控制系統(tǒng)成為CG型系統(tǒng)，比圖33所示結(jié)構(gòu)串聯(lián)型的同步控制系統(tǒng)高一階靜差度。由式33可求得對于單位加速度函數(shù)輸人信號同步靜態(tài)誤差ESS為（34）12VSSSPKE式中，、分別為、環(huán)節(jié)的增益。而對指令階躍輸入、斜坡輸1VSK2SP1G2C入，其靜態(tài)同步誤差均為零。從式33、34中還可看出，并聯(lián)型同步控制系統(tǒng)的同步誤差是與成正比的，12G當(dāng)，即兩個液壓缸位置控制系統(tǒng)有相同的特性時，對任意函數(shù)的輸人指令不但其12G靜態(tài)同步誤差為零，而且其動態(tài)同步誤差亦為零，而這種情況下，并不要求系統(tǒng)有高階無靜差度，也不必構(gòu)成同步誤差閉環(huán)圖33中虛線框部分。而在大多數(shù)雙缸同步控制系統(tǒng)中，液壓缸I和液壓缸及其控制元件在結(jié)構(gòu)和規(guī)格上大體一致，、相差不多。這時即1G2使不構(gòu)成同步誤差閉環(huán)，其動態(tài)同步誤差亦比圖31所示的同步控制結(jié)構(gòu)要小得多。圖36即是不構(gòu)成同步誤差閉環(huán)時并聯(lián)結(jié)構(gòu)的同步位置控制系統(tǒng)兩液壓缸活塞位移和同步誤差試對指令階躍的響應(yīng)曲線。與圖34相比，其動態(tài)過程中的最大同步誤差要ET小得多。圖36不帶同步誤差閉環(huán)時并聯(lián)型同步系統(tǒng)響應(yīng)曲線在上述并聯(lián)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，再將同步誤差通過誤差調(diào)節(jié)器構(gòu)成閉環(huán)，將進(jìn)一步提ETCG高同步調(diào)節(jié)的動、靜態(tài)特性。圖37即是將同步誤差構(gòu)成閉環(huán)并聯(lián)型位置同步控制系統(tǒng)兩液壓缸活塞位移及同步誤差ET對指令階躍UT的響應(yīng)曲線，與圖36相比，其控制性能又有進(jìn)一步的提高。圖37帶同步誤差閉環(huán)時并聯(lián)型同步系統(tǒng)響應(yīng)曲線通過以上的研究可以看到，通過液壓油缸頂升叉架機(jī)構(gòu)，液壓系統(tǒng)比例同步控制回路中使用并聯(lián)式帶同步誤差反饋的控制結(jié)構(gòu)具有較小的靜、動態(tài)同步誤差，其性能指標(biāo)完全滿足升降臺對位置誤差的要求。32液壓缸的設(shè)計321液壓缸主要尺寸的確定1液壓缸工作壓力的確定液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來確定，對不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。設(shè)計時，可用類比法來確定。表31列出的數(shù)據(jù)，可供選定工作壓力時參考。表31液壓設(shè)備常用的工作壓力機(jī)床設(shè)備類型磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床農(nóng)業(yè)機(jī)械或中型工程機(jī)械液壓機(jī)、重型機(jī)械、起重運輸機(jī)械工作壓力P/（MP）0820352881010162032所以根據(jù)表31液壓設(shè)備常用的工作壓力的表格,可以得到液壓升降臺工作壓力2032（）。液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑D的確定以單活塞桿液壓缸為例來說明其計算過程。由圖38可知圖38單活塞桿液壓缸計算示意圖221244FCDPFDPF（）211FC式中,液壓缸工作壓力，初算時可取系統(tǒng)工作壓力1PP液壓缸回油腔背壓力，初算時無法準(zhǔn)確計算，可先根據(jù)表32估計；2DD活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑之比，可按表33選??；表32執(zhí)行元件背壓的估計值系統(tǒng)類型背壓MPA2P簡單的系統(tǒng)和一般輕載的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0205回油路帶調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng)0508回油路帶背壓閥0515中、低壓系統(tǒng)08MPA采用帶補(bǔ)液壓泵的閉式回路0815中高壓系統(tǒng)616MPA同上比中低壓系統(tǒng)高50100高壓系統(tǒng)832MPA如鍛壓機(jī)械等初算時背壓可忽略不計表33液壓缸內(nèi)徑D與活塞桿直徑D的關(guān)系按機(jī)床類型選取D/D按液壓缸工作壓力選取D/D機(jī)床類型D/D工作壓力P/（MP）D/D磨床、珩磨及研磨機(jī)床020320203插床、拉床、刨床052505058鉆、鏜、車、銑床0757062070707工作循環(huán)中最大的外負(fù)載；F液壓缸密封處摩擦力，它的精確值不易求得，常用液壓缸的機(jī)械效率進(jìn)行估算。FCCM（）FCMF式中液壓缸的機(jī)械效率，一般09097CMC將代入式（1），可求得D為（）22114CMFPDD活塞桿直徑可由DD值算出，由計算所得的D與D值分別按表34與表35圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封元件。表34液壓缸內(nèi)徑尺寸系列（GB234880）（）M810121620253240506380（90）100（110）125（40）160（80）200（220）250320400500630注括號內(nèi)數(shù)值為非優(yōu)先選用值。表35活塞桿直徑系列（GB234880）（）M456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400通過液壓升降臺的實際情況確定以下參數(shù)4210FN6120AP9CM62150P/7DD代入公式計算46622211151500972CMDMDPD07587DM根據(jù)表34與表35圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑取,對選定15DM90D后的液壓缸內(nèi)徑D，通過進(jìn)行最小穩(wěn)定速度的驗算INMIQAV式中液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積；最小穩(wěn)定速度的最小有效面積；MINA流量閥的最小穩(wěn)定流量，一般從選定流量閥的產(chǎn)品樣本中查得；IQ液壓缸的最低速度，由設(shè)計要求給定。MINV通過驗算液壓缸的內(nèi)徑，滿足速度穩(wěn)定的要求。液壓缸壁厚和外徑的計算液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計算。液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計算時可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚的比值D10的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸，一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計算2YP式中液壓缸壁厚（M）；D液壓缸內(nèi)徑（M）；試驗壓力，一般取最大工作壓力的（12515）倍（MPA）；YP缸筒材料的許用應(yīng)力。其值為鍛鋼110120MPA；鑄鋼100110MPA；無縫鋼管100110MPA；高強(qiáng)度鑄鐵60MPA；灰鑄鐵25MPA。通過雙叉式液壓升降臺的實際情況確定以下參數(shù)612525301YAPP25DM10AMP代入計算60132Y液壓缸壁厚算出后，即可求出缸體的外徑為1D1526352M式中值應(yīng)按無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，或按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。1D液壓缸工作行程的確定液壓缸工作行程長度，可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實際工作的最大行程來確定，并參照表36中的系列尺寸來選取標(biāo)準(zhǔn)值。表36液壓缸活塞行程參數(shù)系列（GB234980）（）M255080100125160200250320400500630800100012501600200025003200400040639011014018022028036045055070090011001400180022002800390024026030034038042048053060065075085095010501200130015001700190021002400260030003800注液壓缸活塞行程參數(shù)依、次序優(yōu)先選用。缸蓋厚度的確定一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度T按強(qiáng)度要求可用下面兩式進(jìn)行近似計算。無孔時2043YPTD有孔時220YTD式中缸蓋有效厚度（M）；缸蓋止口內(nèi)徑（M）；2D缸蓋孔的直徑（M）。0D最小導(dǎo)向長度的確定當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到缸蓋滑動支承面中點的距離H稱為最小導(dǎo)向長度（圖39）。如果導(dǎo)向長度過小，將使液壓缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計時必須保證有一定的最小導(dǎo)向長度。圖3液壓缸的導(dǎo)向長度對一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長度H應(yīng)滿足以下要求20LD式中液壓缸的最大行程；L液壓缸的內(nèi)徑。D16514202HM活塞的寬度一般??；缸蓋滑動支承面的長度根，據(jù)液壓缸內(nèi)徑BD1L而定；當(dāng)時，??；MD80L0161當(dāng)時，取。D為保證最小導(dǎo)向長度H，若過分增大和B都是不適宜的，必要時可在缸蓋與活塞之間增1加一隔套K來增加H的值。隔套的長度C由需要的最小導(dǎo)向長度H決定，即12L當(dāng)D80MM時，?。?610）D（）L4507562CBM缸體長度的確定液壓缸缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還要考慮端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長度不應(yīng)大于內(nèi)徑的2030倍。活塞桿穩(wěn)定性的驗算當(dāng)液壓缸支承長度LB（1015）D時，須考慮活塞桿彎曲穩(wěn)定性并進(jìn)行驗算。液壓缸的支承長度LB是指活塞桿全部外伸時，液壓缸支承點與活塞桿前端連接處之間的距離；D為活塞桿直徑。具體計算方法可參考有關(guān)資料。322液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計液壓缸主要尺寸確定以后，就進(jìn)行各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計。主要包括缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿導(dǎo)向部分結(jié)構(gòu)、密封裝置、緩沖裝置、排氣裝置、及液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)等。由于工作條件不同，結(jié)構(gòu)形式也各不相同。設(shè)計時根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。1、缸體與缸蓋的連接形式缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)。表37為常見的缸蓋連接形式。表37液壓缸缸體與缸蓋的連接形式連接方式結(jié)構(gòu)形式圖例優(yōu)缺點法蘭連接優(yōu)點（1）結(jié)構(gòu)簡單、成本低（2）容易加工、便于裝拆（3）強(qiáng)度較大、能承受高壓缺點（1）徑向尺寸較大（2）重量比螺紋連接的大；缸體為鋼管時，用拉桿連接的重量也較大（3）用鋼管焊上法蘭、工藝過程復(fù)雜些螺紋連接優(yōu)點（1）外形尺寸?。?）重量較輕缺點（1）端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝要求較高（2）裝拆時需要專用工具（3）擰端蓋時易損壞密封圈外半環(huán)連接優(yōu)點（1）結(jié)構(gòu)較簡單（2）加工裝配方便缺點（1）外形尺寸大（2）缸筒開槽，削弱了需增加缸筒壁厚內(nèi)半環(huán)連接優(yōu)點（1）外形尺寸較小（2）結(jié)構(gòu)緊湊，重量較輕缺點（1）缸筒開槽，削弱了強(qiáng)度（2）端部進(jìn)入缸體內(nèi)較長，安裝時密封圈易被槽口擦傷2、活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)表38為活塞桿與活塞的幾種常用的連接形式。分整體式結(jié)構(gòu)和組合式結(jié)構(gòu)。組合式結(jié)構(gòu)又分為螺紋連接、半環(huán)連接和錐銷連接。表38活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)連接方式結(jié)構(gòu)形式圖例特點整體式結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，適用于缸徑較小的液壓缸螺紋連接結(jié)構(gòu)簡單，在振動的工作條件下容易松動，必須用鎖緊裝置。應(yīng)用較多，如組合機(jī)床與工程機(jī)械上的液壓缸半環(huán)連接結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，不易松動，但會出現(xiàn)軸向間隙。多應(yīng)用在壓力高、負(fù)荷大、有振動的場合錐銷連接結(jié)構(gòu)可靠，用錐銷連接，銷孔必須配鉸，銷釘連接后必須鎖緊，多用于負(fù)荷較小的場合3、活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)可以做成端蓋整體式直接導(dǎo)向，也可做成與端蓋分開的導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)。后者導(dǎo)向套磨損后便于更換，所以應(yīng)用較普遍。導(dǎo)向套的位置可安裝在密封圈的內(nèi)側(cè)，也可以裝在外側(cè)。機(jī)床和工程機(jī)械中一般采用裝在內(nèi)側(cè)的結(jié)構(gòu)，有利于導(dǎo)向套的潤滑；而油壓機(jī)常采用裝在外側(cè)的結(jié)構(gòu)，在高壓下工作時，使密封圈有足夠的油壓將唇邊張開，以提高密封性能。活塞桿處的密封形式有O形、V形、Y形和YX形密封圈。為了清除活塞桿處處露部分沾附的灰塵、保證油液清潔及減少磨損，在端蓋外側(cè)增加防塵圈。常用的有無骨架防塵圈和J形橡膠密封圈，也可用毛氈圈防塵。具體結(jié)構(gòu)參看表39圖例及有關(guān)設(shè)計手冊。表39活塞桿的導(dǎo)向與密封及防塵裝置結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)簡圖特點端蓋直接導(dǎo)向（1）端蓋與活塞桿直接接觸導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)簡單，但磨損后只能更換整個端蓋（2）蓋與桿的密封常用O型、Y型、YX形密封圈（3）防塵圈用無骨架的防塵圈導(dǎo)向套導(dǎo)向（1）導(dǎo)向套與活塞桿接觸支承導(dǎo)向，磨損后便于更