机械设计制造及其自动化专业毕业论文双柱式举升机液压系统设计.docx

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机械设计制造及其自动化专业毕业论文双柱式举升机液压系统设计

摘要

双柱式举升机是一种汽车修理和保养单位常用的举升设备,广泛用于轿车等小型车的维修和保养。

它是一种把整车装备重量不大于3吨的各种轿车、面包车、工具车等举升到一定高度内供汽车维修和安全检查作业的保修设备。

本课题探讨的是适用于社区汽车维修服务的一种新型汽车维修平台。

这种汽车维修平台是适用四轮汽车维修使用的一种现代液压技术专用产品.双柱型汽车维修液压同步升降平台作为一种液压技术新产品开发设计研究,是利用现代液压技术和计算机控制技术来改善日益兴旺发达的汽车维修产业界劳动者的工作条件,降低劳动强度和维修成本,提高汽车维修保养整体服务质量。

关键词升举机液压执行元件起重链槽轮钢丝绳

第1章总体设计

1.1举升机的概述

举升机是一种汽车修理和保养单位常用的举升设备,广泛用于轿车等小型车的维修和保养。

它是一种把各种轿车、面包车、工具车等举升到一定高度内供汽车维修和安全检查作业的保修设备。

过去汽车维修，大多采用地沟作业，工作空间狭小，积油积水后排出困难，沟内阴暗，需人工采光，通风不良，工作起来极其不便。

目前市场上的举升机有如下两种类型：

双柱式举升机和四柱式举升机。

双柱式举升机用于不大于5吨的中小型车辆的举升；四柱式举升机大多用于大型车辆的举升。

在我国汽车的需求量日益增加、对汽车修理、保养要求越来越高,因此,根据生产的实际需要,设计并应用双柱型汽车保修液压多级同步定位举升机在汽车保修、保养工作中迈出重要一步。

对液压传动系统分析液压传动在双柱型举升机上的应用,主要是利用密闭工作容积内液压能的变化来传递动力。

轿车维修用双柱液压升举机,使用的是双液压缸同步设计，通过双液压缸驱动；动力强劲平稳；钢丝绳辅助平衡；液压、机械多重保险装置；安全可靠，美观整洁，操作简便，电压：

220V-380V；顶车重量：

3000KG；托举高度：

2m。

1.2技术特点

1.2.1举升机液压系统采用定量液压泵油源，有利于减少能耗和系统发热。

1.2.2同步液压缸采用分流集流阀控制同步，基本满足液压缸的同步要求；

两极液压控制单向阀实现液压缸举升后的锁定，举升停位安全可靠。

经过调研了解到，国内市场对于维修用升举机的需求量比较大，考虑到国内的特点，从实用角度出发，确定如下方案：

1.考虑到大多数维修是屋内作业，野外作业有，但是少，故采用两立柱升举，尽量在满足升举条件的情况下，节省空间。

2.为了减少噪音及其达到升降的平稳性采用液压动力升举装置。

3.由于升举的同时，两个同步液压缸的设计不可能完全一样，将导致升举的同时车会发生倾斜，故采用钢丝绳平稳系统，以消除该影响。

4.链传动可以在两轴中心距较远的情况下传递运动和动力。

能在低速，重载和高温条件下及尘土大的情况下工作。

能够保证准确的传动比，传递功率较大，并且作用在轴上的力较小。

传动效率高。

5.在满足上述要求的同时，尽量结构简单，操作方便，适用于整体或解体搬运尽量做到标准化，通用化，系列化。

第2章液压系统的传动计算

2.1液压系统的设计步骤与设计要求

液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。

着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。

2.1.1设计步骤

液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。

一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行。

1.确定液压执行元件的形式；

2.进行工况分析，确定系统的主要参数；    

3.制定基本方案，拟定液压系统原理图； 

4.选择液压元件；   

5.液压系统的性能验算；

6.绘制工作图，编制技术文件。

2.1.2设计要求

  设计要求是进行每项工程设计的依据。

在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。

1.主机的概况：

用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等；  

2.液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何；  

3.液压驱动机构的运动形式，运动速度；   

4.各动作机构的载荷大小及其性质；   

5.对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求；  

6.自动化程序、操作控制方式的要求；    

7.对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求；   

8.对效率、成本等方面的要求。

2.2载荷的组成和计算

 通过工况分析，可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况，为确定系统及各执行元件的参数提供依据。

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。

2.2.1液压缸的载荷组成与计算

图2-1表示一个以液压缸为执行元件的液压系统计算简图。

各有关参数标注图上，其中FW是作用在活塞杆上的外部载荷，Fm中活塞与缸壁以及活塞杆与导向套之间的密封阻力。

右图2-1液压系统计算简图

   作用在活塞杆上的外部载荷包括工作载荷Fg，导轨的摩擦力Ff和由于速度变化而产生的惯性力Fa。

（1）工作载荷Fg

    常见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的重力、切削力、挤压力等。

这些作用力的方向如与活塞运动方向相同为负，相反为正。

（2）导轨摩擦载荷Ff

    对于平导轨

（1）

    对于V型导轨

（2）

    式中G——运动部件所受的重力（N）；

       FN——外载荷作用于导轨上的正压力（N）；

       μ——摩擦系数，见表1；

       α——V型导轨的夹角，一般为90°。

    （3）惯性载荷Fa

表2-1摩擦系数μ

导轨类型

导轨材料

运动状态

摩擦系数

滑动导轨

铸铁对铸铁

起动时

0.15～0.20

低速（υ＜0.16m/s）

0.1～0.12

高速（υ＞0.16m/s）

0.05～0.08

滚动导轨

铸铁对滚柱（珠）

0.005～0.02

淬火钢导轨对滚柱

0.003～0.006

静压导轨

铸铁

0.005

    式中 g——重力加速度；g=9.81m/s2；

      △υ——速度变化量（m/s）；

     △t——起动或制动时间（s）。

一般机械△t=0.1～0.5s，对轻载低速运动部件取小值，对重载高速部件取大值。

行走机械一般取

=0.5～1.5m/s2。

    以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷FW。

    起动加速时FW=Fg+Ff+Fa                                       （4）

    稳态运动时FW=Fg+Ff                                          （5）

    减速制动时FW=Fg+Ff-Fa                                       （6）

    工作载荷Fg并非每阶段都存在，如该阶段没有工作，则Fg=0。

    除外载荷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Fm，由于各种缸的密封材质和密封形成不同，密封阻力难以精确计算，一般估算为

              （7）

    式中ηm——液压缸的机械效率，一般取0.90～0.95。

                     （8）

2.2.2液压马达载荷力矩的组成与计算

（1）工作载荷力矩Tg

    常见的载荷力矩有被驱动轮的阻力矩、液压卷筒的阻力矩等。

（2）轴颈摩擦力矩Tf

Tf=μGr                      （9）

    式中G——旋转部件施加于轴劲上的径向力（N）；

       μ——摩擦系数，参考表1选用；

        r——旋转轴的半径（m）。

    （3）惯性力矩Ta

             （10）

    式中ε——角加速度（rad/s2）；

       △ω——角速度变化量（rad/s）；

       △t——起动或制动时间（s）；

        J——回转部件的转动惯量（kg·m2）。

    起动加速时                                 （11）

    稳定运行时                                     （12）

    减速制动时                                 （13） 

    计算液压马达载荷转矩T时还要考虑液压马达的机械效率ηm（ηm=0.9～0.99）。

                    （14）

    根据液压缸或液压马达各阶段的载荷，绘制出执行元件的载荷循环图，以便进一步选择系统工作压力和确定其他有关参数。

2.3初选系统工作压力

  压力的选择要根据载荷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的限制。

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，从材料消耗角度看出不经济；反之，压力选得太高，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，对于固定的尺寸不太受限的设备，压力可以选低一些，行走机械重载设备压力要选得高一些。

具体选择可参考表2和表3。

2.4计算液压缸的主要结构尺寸

液压缸有关设计参数见图2。

图a为液压缸活塞杆工作在受压状态，图b活塞杆工作在受拉状态。

    活塞杆受压时

       （15）

    活塞杆受压时

       （16）

式中

——无杆腔活塞有效作用面积（m2）；

——有杆腔活塞有效作用面积（m2）；

       p1——液压缸工作腔压力（Pa）；

 p2——液压缸回油腔压力（Pa），即背压力。

其值根据回路的具体情况而定，初算时可参照表2-4取值。

差动连接时要另行考虑；

      D——活塞直径（m）；

      d——活塞杆直径（m）。

右图2-2液压缸主要设计参数

表2-2按载荷选择工作压力

载荷/kN

＜5

5～10

10～20

20～30

30～50

＞50

工作压力/MPa

＜0.8～1

1.5～2

2.5～3

3～4

4～5

≥5

表2-3各种机械常用的系统工作压力

机械类型

机床

家业机械

小型工程机械

建筑机械

液压凿岩机

液压机

大中型挖掘机

重型机械

起重运输机械

磨床

组合机床

龙门创床

拉床

工作压力/MPa

0.8～2

3～5

2～8

8～10

10～18

20～32

表4执行元件背压力

系统类型

背压力/MPa

简单系统或轻载节流调速系统

0.2～0.5

回油路带调速阀的系统

0.4～0.6

回油路设置有背压阀的系统

0.5～1.5

用补油泵的闭式回路

0.8～1.5

回油路较复杂的工程机械

1.2～3

回油路较短，且直接回油箱

可忽略不计

    一般，液压缸在受压状态下工作，其活塞面积为