鉴于大家对机械模具设计十分关注，我们编辑小组在此为大家搜集整理了“机械制造|双铰接剪叉式液压升降台的设计”一文，供大家参考学习
第三章 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3-1: 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。 表3-1 各执行元件的特点
注：A1——无杆腔的活塞面积 A2——有杆腔的活塞面积 常用的扩程机构有如下图3-1二种形式： （a） (b) 图3-1扩程机构 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。还有一种运动转换机构，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。 3.2.2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。 3.2.3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。 3.2.4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为最小值时，也即支撑杆与地面夹角为最小值时，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 = ） = ，根据上述公式得 = 。 图3-2机构各参数 现在值还是一个未知量，但值的大小必须在之内，初步设定。根据活塞推力与台面荷重量关系式得出P=13.3W。若设的话，就得出P=11.6W。通过二者比较，时，活塞的最大推力P要小于时。即在值不变的条件下，与P是成反比的。但考虑到活塞杆与支撑杆的铰接点A又不能太靠近两支撑杆的铰接点B，否则将会在两处铰接点产生很大的应力集中，以致降低疲劳强度。因此，应选比较合适。这时将代入公式得 ， 当平台处于最低位置时，液压缸荷重P最大，P=11.6W=11.6 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 图3-3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，其中是作用在活塞杆上的外部载荷， 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 ，导轨的摩擦力和由于速度变化而产生的惯性力。 （1）工作载荷 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，在图3中， =P。由于本设计按最大载荷量定为2吨来计算，所以每个液压缸 =P=113680N。 （2）导轨摩擦载荷 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 =0。 （3）惯性载荷 ，。 ——速度变化量m/s ——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 ——加速度 初步选定速度变化量 =0.16m/s， =0.6s，则 = =0.27 ， 以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷， 。 起动加速时 ， 稳态运动时 ， 减速制动时 。 工作载荷并非每阶段都存在，如该阶段没有工作，则 =0。但在计算和校核时，应按照最大值取。 除了外载荷外，作用于活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的摩擦阻力，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 式中——液压缸的机械效率，一般取0.90~0.95，这里取0.95， 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3-2初步选取15Mpa。 表3-2 各种机械常用的系统工作压力
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3-4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 活塞杆受拉时 式中 ——无杆腔活塞有效工作面积 ——有杆腔活塞有效工作面积 ——液压缸工作腔压力 Pa ——液压缸回油腔压力 Pa，其值根据回路的具体情况而定，一般可以按照下表3-3估算 D——活塞直径 m d——活塞杆直径 m 表3-3 执行元件背压力表
在这里我们取背压力值 在本设计中，液压缸不存在受拉的状态，所以只考虑其收压。一般液压缸在收压状态下工作时，其活塞面积为： 用运此公式须事先确定与的关系，或是活塞杆径d与活塞直径D的关系，令杆径比 =d/D，其比值可按下表选取。 按工作压力选取d/D
按速度比要求确定d/D
注：速度比 ，为活塞两侧有效面积与之比。即 如按工作压力应选取d/D=0.7，则相应的速度比 =2，由于活塞不受拉力作用，所以活塞杆收缩时可以适当提高其速度， =2也是完全可以的。 运用直径求法公式 ，可以求出d=71.8mm。液压缸的直径D和活塞杆径d的计算值要按国家标准规定的液压缸的有关标准进行圆整，如与标准液压缸参数相近，最好选用国产液压缸，免于自行设计加工。按照机械手册中工程液压缸的技术规格表37-7-7可以选择圆整后的参数：缸径100mm，活塞杆70mm,速度比 =2，工作压力16Mpa，推力125.66kN。 ⑵计算活塞杆的行程 当平台处于最低位置时，此时活塞杆应处于完全收缩状态,液压缸的长度为最小值， =1320mm。平台的高度。 再计算一下平台上升的最大高度，这里设上升至最大高度的，计算得出最大高度H=2.1m。此时活塞杆伸长至。 当活塞杆处于完全收缩状态时，液压缸的长度就等于，选定液压缸长度为1320mm。计算其行程： 。 ,查表37-7-9可以查得液压缸长度不得小于，实际长度满足要求。 3.3.4确定液压泵的参数 ⑴确定液压泵的最大工作压力 Pa， 式中——液压缸最大工作压力，根据可以求出 ——从液压泵出口到液压缸入口之间的总的管路损失。初算可按经验数据选取：管路简单、流速不大的取0.2~0.5Mpa；管路复杂，进油口有调速阀的，取0.5~1.5 Mpa。这里取0.5Mpa。 即 ⑵确定液压泵的流量 K——系统泄漏系数，一般取1.1~1.3，这里取1.2 ——液压缸的最大流量，对于在工作中用节流调速的系统，还需加上溢流阀的最小溢流量，一般取 在前面已经初步选定台面速度变化量 =0.16m/s， 我们就设定台面起升的最大速度，则活塞的运动速度应用公式 ，（这是在台面刚刚起升状态时，） 所以 ⑶选择液压泵的规格 根据以上求得的和值，按系统中拟订的液压泵的形式，从手册中选择相应的液压泵产品。为使液压泵油一定的压力储备，所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大25~60%。 查找手册P37-135选择CB- 型齿轮泵，其参数如下表3-4 表3-4 CB- 型齿轮泵的各参数值
⑷确定液压泵的驱动功率 在工作中，如果液压泵的压力和流量比较恒定，则 ，其中——液压泵的总效率，参考下表3-5选择 =0.7 表3-5 各液压泵的总效率
则，据此可选择合适的电机型号。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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