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机车柴油机检修液压升降台设计毕业设计说明书

本科学生毕业设计

机车柴油机检修液压升降台设计

The Graduation Design for Bachelor's Degree

LocomotiveDiesel Engine Overhaul Hydraulic Lifting Platform Designed

Candidate:

Specialty:Construction Machinery

Class:08-4

Supervisor:

Heilongjiang Institute of Technology

20012-06·Harbin

摘要

液压升降平台具有载重量大,结构坚固,升降平稳,操作简单,维护方便等特点。适用于工厂,仓库,车站等需要高空作业,搬运的场所。本文介绍了剪叉式液压升降平台的液压系统和工作特性。液压系统采用液压阀集成配置,可以显著减少管路联接和接头,降低系统的复杂性,增加现场添加和更改回路的柔性,具有结构紧凑、安装维护方便、泄漏少、振动小、利于实现典型液压系统的集成化和标准化等优点。其次,文中介绍了同步阀在双缸同步系统中的应用,剖析了其工作原理。

关键词:液压升降平台;液压系统;液压集成块;同步阀;同步系统

ABSTRACT

The hydraulic lift tables are characterized by their heavy loading, rugged const ruction, smooth rise, simple operation and easy maintenance. They are applicable to mid-air operation and transporting in factories, warehouses and railway stations and s o on. This paper introduces the work characteristics and the hydraulic system of the lift tables of with twin scissors2truss support. Integrated hydraulic system (IHS) off ers many advantages including reduced connectors, size and complexity, and enhance d flexibility for installation and maintenance. It provides a cleaner, leak-free, less vib rant and more reliable solution to difficult machine control systemproblems. The next, this paper introduces application of the synchronous valve in hydraulic synchronous system, analyzes its work principle.

Key words:hydraulic lift tables;hydraulic system;hydraulic manifold block ;sync hronous valve hydraulic ;synchronous system

目录

摘要 (Ⅰ)

Abstract (Ⅱ)

第1章绪论 (4)

1.1选题背景及目的 (1)

1.2选题意义 (1)

1.3液压传动的特点 (5)

1.4液压传动的现状 (5)

第2章设计任务及总体设计方案 (4)

2.1 设计任务 (4)

2.2 结构简介及总体设计方案 (4)

2.3 本章小结 (5)

第3章主要参数设计计算 (6)

3.1 确定臂架组有关结构参数 (6)

3.1.1 臂长 (6)

3.1.2 臂架组的级数和剪数 (6)

3.1.3 臂架组的起始角和中止角 (7)

3.1.4 剪叉活动绞位移S (8)

3.1.5 平台的最低位置和最高位置 (8)

3.2 计算液压缸行程 (9)

3.3 计算液压缸推力 (11)

3.4 计算平台升降速度 (12)

3.5 计算起升液压缸 (13)

3.5.1 确定液压缸内径D和活塞杆直径d (13)

3.5.2 核算液压缸推力 (14)

3.5.3 液压缸所需流量 (14)

3.5.4 液压缸导向距离、活塞宽度、外径及壁厚 (14)

3.5.5 验算液压缸强度 (15)

3.6 计算水平液压缸 (16)

3.6.1 确定液压缸内径D和活塞杆直径d (16)

3.6.2 核算液压缸推力 (16)

3.6.3 验算水平缸强度 (17)

3.7 平台受力分析 (18)

3.7.1 求绞点约束反力 (18)

3.7.2 画臂架弯矩图 (22)

3.8 臂架、轴、销等零件强度校核 (25)

3.8.1 臂架 (25)

3.8.2 油缸体连接轴 (25)

3.8.3 活塞杆连接轴 (26)

3.8.4 液压缸销轴 (27)

3.8.5 臂架销轴Q (27)

3.9 本章小结 (28)

第4章液压传动的工作原理和工作特征 (29)

4.1 液压传动 (29)

4.2 液压传动装置的组成 (29)

4.3 液压传动的基本特征 (29)

4.4 传动方式比较及液压传动的特点 (30)

4.5 液压传动的应用领域 (31)

4.6 本章小结 (32)

第5章液压系统图及工况分析 (33)

5.1 系统结构设计 (33)

5.2 本章小结 (33)

第6章液压集成块设计 (35)

6.1 阀块设计的一般步骤: (35)

6.1.1 制作液压元件样板 (35)

6.1.2 确定通道的孔径 (35)

6.1.3 布置液压元件的位置 (35)

6.2 布置液压元件位置的程序 (35)

6.2.1 电磁换向阀的布置 (35)

6.2.2 溢流阀的布置 (36)

6.2.3 回油口 (36)

6.3 绘制阀块的装配图 (36)

6.4本章小结 (36)

第7章液压升降平台同步控制 (37)

7.1 分析比较多种同步技术方案 (37)

7.2 分流集流阀结构及工作原理分析 (37)

7.2.1 性能特点 (38)

7.2.2 结构特点 (38)

7.3本章小结 (39)

结论 (40)

参考文献 (41)

致谢 (42)

第1章绪论

在中国,很多行业仍然在使用着较为原始的吊船、脚手架及梯子等辅助工程设施,随着经济的发展,行业规定的规范,这些设施将慢慢的被淘汰掉,液压升降平台将在中国拥有更大的应用市场。液压升降平台具有载重量大,结构坚固,升降平稳,操作简单,维护方便等特点。适用于工厂,仓库,车站等需要高空作业,搬运的场所。

一部完整机器是由原动机部分、传动部分、控制部分和工作机构部分等组成。液压传动系统作为一种重要的传动形式,对它设计的优劣对整机性能影响很大。液压传动系统设计的任务是根据机器的用途、特点而提出的。在机器的设计过程中,要充分发挥各种传动方式的优点,扬长避短,注意机、电、液等技术的融合与渗透。

1.1 选题背景及目的

随着我国经济建设的迅速发展,液压升降台作为众多起重运输机械中的一员,在越来越多的行业和场合得到广泛应用。80年代初,液压高空作业平台在我国起重运输机械中作为一个独立的分支,与其他起重设备的设计及生产并存。由于众多企业争相生产该品种,很快形成了一套比较完善和相对成熟的机械机构和液压系统,并逐步固定下来。这种液压作业平台具有以下特点:起升高度比较高;载重量能满足操作人员及其所带工具重量的需要;以载人作业为主。

1.2选题意义

机车柴油机检修液压升降台设备的研究任务来源于工厂设备检修的实践需要,机车柴油机检修液压升降台是检修载人机械最主要最普遍的设备之一,用于大型柴油机检修时,放置在柴油机旁,检修人员站在平台上,可以跟随升降台垂直升降及向着柴油机方向水平进退,使检修工作易于操作。本文叙及的升降工作平台设计,是基于广州机务段研制的升降平台多年使用经验重新改进的设计。该设计更适合实际检修的需要。液压系统采用液压阀集成配置,可以显著减少管路联接和接头,降低系统的复杂性,增加现场添加和更改回路的柔性,具有结构紧凑、安装维护方便、泄漏少、振动小、利于实现典型液压系统的集成化和标准化等优点。液压集成块作为集成式液压系统的关键零件,在当前的液压生产企业中,其设计工作却仍处于相当落后的局面,大多数设计人员依靠经验和空间想象能力进行可行方案的制定,无法达到自动决策和方案优化的目的。原因在于该问题的复杂性,其设计内容包括外部布局和内部布孔。液压系统向两组油缸分别供油,由于两组油路流量误差或各自机械阻尼的不同、液压阀或平台外

伸时两边承载不同等原因,致使两片台速度误差设备不能正常运行。因此,同步技术成为该设备的关键技术之一。

1.3液压传动的特点

液压传动的特点主要有以下方面:

(1)与电动机相比,在同等体积下,液压装置能产生更大的动力,也就是说,在同等功率下,液压装置的体积小、重量轻、机构紧凑、即它具有大的功率密度或力密度,力密度在这里指工作压力。

(2)液压装置容易做到对速度的无级调解,而且调速范围大,并且对速度的调节还可以在工作过程中进行。

(3)液压装置工作平稳,换向冲击小,便于实现频繁换向。

(4)液压装置易于实现过载保护,能实现自润滑,使用寿命长。

(5)液压装置易于实现自动化,可以很方便地对液体的流动方向、压力和流量进行调解和控制,并能很容易地和电气、电子控制或气压传动控制结合起来,实现复杂的运动和操作。

(6)液压元件易于实现系列化、标准化和通用化,便于设计、制造和推广。

(7)由于液压传动中的泄漏和液体的可压缩性使这种传动无法保证严格的传动比。

(8)液压传动有较多的能量损失,因此,传动效率相对低。

(9)液压传动对油温的变化较敏感、不易在较高或较低的温度下工作。

(10)液压传动在出现故障时不易诊断。

1.4 液压传动的现状

液压传动和气压传动统称为流体传动,它是工农业生产中广为应用的一门技术。如今,流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的标志。

液压传动有许多突出的特点,因此它的应用非常广泛,如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等;行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等;钢铁工业用的治金机械、提升装置、;土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等;发电厂用的涡轮机调速装置、核发电厂等;船舶用的甲板起重机械、船头门、舱壁阀、船尾推进器等;特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等;军事工业用的火炮操纵装置、舰船减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。

改革开放20多年来,我国经济取得了持续高速发展,社会主义市场经济日臻完善。为满足我国现代化生产突飞猛进的需要,提高竞争力,促进国民经济的持续发展,

单件生产已经不能满足现在生产的要求,大量组合机床涌现而出!据国外机床工业资深人士预测,今后10年,世界最大的10家公司的机床销售量,将占到世界机床市场的30%;20家最大的机床企业的机床销售量,将达到世界机床市场的45%。而在上一个10年中,这一数字只有14%。此外,其他方面还包括,机床工业的日益国际化、信息化及产品零部件外源化(out-sourcing)趋势等。目前,世界机床年产量约150万台,其中NC机床产量约15万台。NC机床占机床总产量的10%。美、德、日、中的NC机床消费量在全世界是数量较多的国家,加在一起共为99711台,约占66.5%。这四国加工中心之消费量约为2万台左右,占全世界产量的50%。预计今后加工中心等组合机床之生产与消费量增长速度较快,其中廉价加工中心所占比例很大。因此组合机床液压系统也随之不断的改进和发展。国内目前应用的组合机床液压系统使用的液压元件较多,油路较复杂,导致压力损失较大,效率较低,油温较高。而且液压电磁换向阀的电磁铁数目较多,电气控制系统较复杂。这对液压系统的性能和电气控制系统的工作可靠性造成一定的影响。

液压技术是重要的机械基础技术,是现代机械工程不可缺少的重要组成部分。随着世界科学技术的飞速发展,工作介质的更换,加速了液压元件更新换代,液压系统的绿色设计,按照环境意识制造的设计思想,设计的产品在使用中应该保持良好的性能,不对环境造成污染,改变液压技术的脏乱现象,满足可持续发展的需要。因此,探讨液压系统绿色设计的途径和方法,以便节约资源,使液压元件与系统在其生命周期中,对环境的总体影响减到最小。

第2章设计任务及总体设计方案

2.1 设计任务

机车柴油机检修液压升降台设计

升降平台尺寸:4200×1500 mm×mm

平台移动距离:500 mm

平台起升范围:600~2400 mm

载重量:1000 kg

2.2 结构简介及总体设计方案

升降平台总体结构如图2.1所示

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图2.1升降平台总体结构图

柴油机检修升降平台的升降机构采用剪叉机构。该机构具有载重量大,结构坚固,升降平稳,操作简单,维护方便等特点。目前世界上已有多种剪叉式升降机。采用剪

叉结构免去了卷扬式升降必需的几个高立导柱对天车调运工件的障碍。并且由于制造中偏差的存在,而安装铰链销时须铰孔配装,因此不存在因活动构件多、各间隙累加而产生的台面侧向晃动问题。

平台升降由两个升降油缸提供动力,其升降同步问题靠分流集流阀解决。平台水平移动由两水平油缸推动。

剪叉式液压升降平台设计应注意以下几点:正确计算一个油缸所需的最大推力;校核个主要销轴的抗剪切强度;校核上平台在极限载荷下的强度;为平台设计一个合格、性能好的液压系统。

2.3本章小结

本章主要是设计任务及总体的设计方案的制定,简单介绍了升降平台总体的总体结构,本次设计通过以下步骤完成:

(1)明确液压系统的设计要求,进行工况分析;

(2)确定液压系统的主要参数;

(3)拟订液压系统原理图;

(4)计算和选择液压元件;

(5)液压装置结构设计;

(6)液压系统的性能验算;

(7)绘制正式工作图,编写技术文件,并提出设计任务书。

第3章主要参数设计计算

3.1 确定臂架组有关结构参数

3.1.1 臂长

按平台宽度1500mm,定臂长L=1300mm(图3.1),

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图3.1 臂架

臂架两端装绞链体,铰链孔距为

2)

2

L+

=(3.1)

+

d

R e

(

2182

2

==1312.68mm

1300+

3.1.2 臂架组的级数和剪数

按北京有色冶金设计研究总院经验

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图3.2 臂架组

B/H<1.5 多级剪;

B/H=1.5~2 一级剪;

B/H=2 双剪,多剪

式中:

B----臂架组最低位置h1时的宽度;

H----平台行程;

B/H=1300/1800=0.72<1.5,定二级剪叉,如图3.3所示。

平台宽度要求为4200mm ,尺寸较大,为保证平台侧向刚度,采用双排剪叉,每排检查各由一台液压缸驱动,两台液压缸的同步,由液压系统中的分流集流阀保证。

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图3.3 双排剪叉

3.1.3 臂架组的起始角和中止角

由图3.1和图3.2可见,臂架组起始角为

=1θarc tg=arc tg (d+e )/L (3.2)

=1θarc tg 1300

182=7.97 H/2= 0.5(2h 1h -)=R(2sin θ-1sin θ) (3.3)

1

12cos sin sin 2

R θθθL H =-= (3.4)

2s i n θ=H/2L (1cos θ+ 1sin θ) (3.5)

2sin θ1300

21800?=cos7.97 +sin7.97 =0.836 得 2θ=56.67

3.1.4 剪叉活动绞位移S

由图3.3可见:

S=R 1cos θ-[R 2cos θ-(d-e)sin )(12θθ-] (3.6)

S=)sin sin cos cos (1221θθθθ--+2

H (d-e) sin )(12θθ- (3.7) S=)97.7sin 67.56sin 67.56cos 97.7cos (

--+21800(110-72)sin(56.67 -7.97 )=597.99mm 3.1.5 平台的最低位置和最高位置

上下平台边框采用 8槽钢,底架采用 10槽钢,臂架取截面为120440??矩形钢管,按这些钢材尺寸,平台最低位置时高度为720mm,按用户要求,平台最低位置为600mm ,故升降平台安装时基础下挖120mm ,由图3.4可见:

平台最低位置时高度为2400+120=2520mm ;

平台最高位置时上下绞点距离为2164mm ,则单级剪上下绞点距离为1082mm 。

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图3.4 平台最低位置

为了绘制臂架组件求图需要,上绞点和中绞点水平距离21A A 和21E E (图3.5)。

=21A A '2'1A A 2'221'1cos J A E A -=θ (3.8)

21A A )sin()(cos 122θθθ---=e d R

=---=)97.767.56sin()72110(67.56cos 68.1312 692.72mm

2'221212J A A A E E += (3.9)

=21E E 692.72+2×28.55

=749.82

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图3.5 臂架

3.2 计算液压缸行程

令 1BD a =, b '1111'1,D E D E e AD ===

BC m =, n=AC, x=AB

)sin()cos(2)sin(111θθθθθθ-+-+-=a e b m

)cos(2)sin()(11θθθθ-+-+=e b a

)(cos 4)(2sin )(2)(sin )(12211222θθθθθθ-+-++-+=e e b a b a m

)cos()cos(11θθθθ---=a b n

)cos()(1θθ--=a b

)(cos )(1222θθ--=a b n

)

(cos ]4)[()(2sin )(2(sin )(12221)12222θθθθθθ-+-+-++-+=+e a b e b a b a n m

221124)()(2s i n )(2)(s i n )(4e a b e b a e ab +-+-++--=θθθθ 令 )(4e ab A -=

e b a B )(2+=

224)(e a b C +-=

由结构需要确定a=450, b=1000, c=72, 得 A=1799712, B=208800, C=323236

C B A n m x +-+-=+=)(sin )(sin 12122θθθθ 323236

)(2sin 208800)(sin 1799712112+-+-=θθθθ (3.10) 当 67.562==θθ时,平台达到最大高度,此时液压缸两端绞点距离达到最大值, 323236)97.767.56(2sin 208800)97.767.56(sin 17997122max +-+-= x

995.1206935.1456836==mm

当 97.72==θθ时,平台下降到最低位置,此时液压缸两端绞点距离达到最小值, 323236)97.797.7(2sin 208800)97.797.7(sin 17997122min +-+-= x

538.568323236==mm

液压缸行程为

min max x x l -= (3.11)

l 46.638538.568995.1206=-=,圆整到 640=l mm

为便于液压缸的结构设计,取液压缸安装长度L=1000m ,则连杆长度为

min 1x L L -= (3.12)

46.431538.56810001=-=L ,圆整到 4301=L mm

3.3 计算液压缸推力

取臂架、液压缸为平衡系统,不计摩擦及自重,此系统具有理想约束,如将系统上的负载Q 和液压缸推力P 作为主动力,给活塞以x 方向的虚位移dx ,则平台在y 方向的虚位移为dy ,计算主动力在虚位移上的元功,得虚功方程

0Q d y -P d x

= (3.13) Q d dx d dy

Q dx

dy P θθ==

θsin 2R y =

θθcos 2R d dy =

C B A B A d dx +-+--+-=)(2sin )(sin 2)(2cos 2)(2sin 11211θθθθθθθθθ

Q B A C

B A R P )(2cos 2)(2sin )(2sin )(sin cos 411112θθθθθθθθθ-+-+-+-=

负载Q 包括外载荷和平台、臂架、升降液压缸等自重,现已知外载荷为10000N , 估计上、下平台等部件自重8000N ,臂架自重3500N ,两只起升液压缸自重1300N ,则单只液压缸负载为

2/]21[起升液压缸自重)(臂架自重上下平台自重外负载+++=Q 102002]130035002

1800010000[=+++=)(N 当平台在最低位置时, 97.71==θθ,液压缸推力为:

)97.797.7(2sin 179971297.7cos 68.13124

-??=P

10200)

97.797.7(2cos 2088002323236

)97.797.7(2sin 208800)97.797.7(sin 17997122?-?++-+-

72211=N 当平台在最高位置时,, 67.561==θθ,液压缸推力为:

)97.767.56(2sin 179971267.56cos 68.13124

-??=P

10200)

97.767.56(2cos 2088002323236

)97.767.56(2sin 208800)97.767.56(sin 17997122?-?++-+-

20521=N 同理可求出其它角θ时的液压缸推力为P ,列表如下:

表3.1 θ-P 关系

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P 和Q 关系曲线如图3.6所示。

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图3.6 P 和Q 关系曲线

3.4 计算平台升降速度

由虚位移原理

Qdy Pdx =