液压式双柱汽车举升机设计

1、本科生毕业设计说明书毕业论文题 目：液压式双柱汽车举升机学生姓名：学 号：专 业：机械设计制造及其自动化班 级： 指导教师： 液压式双柱汽车举升机设计摘要汽车举升机是用以支撑汽车底盘或车身的某一局部，使汽车升降的设备。它在汽车维修保养中发挥至关重要的作用，无论是整车大修还是小修保养，都离不开它。液压式汽车举升机作为汽车举升机家族中的一员，它有着其他举升机无法比较的优势，如它的结构工作范围广，可维修高顶棚车辆，工作空间空旷等，本设计较全面的介绍了举升机的分类，在确定了所要设计的方案之后，即针对了举升机的结构及特点要求进行了设计与说明。同时对举升机设计过程中所涉及到的工艺问题进行补充说明，然后对汽

2、车举升机立柱，横梁的截面特性，并对主立柱、横梁的强度和托臂的强度进行了校核验算。设计对液压缸活塞杆强度以及受压杆的稳定性也进行了验算，以及对链条和钢丝绳等的选择计算，以保证设计的举升机满足使用要求。本课题所设计的是液压式双柱汽车举升机。关键字：液压式 汽车举升机 液压驱动 稳定性 截面特性Stream-actuated Bibcock Type Automobile LiftABSTRACT Automobile lift is an equipment that is intended to bearing one region of automobile chassis or unit c

3、onstruction ,and leading automobile rise and fall .It entire car overhaul just the same turnaround service, both can not get away it to automobile life at automobile service curing suffer exert vital action ,so ever .As lift familial one key member ,bibcock type automobile lift has any other lift ca

4、nnot analogical advantage :Such as, it adopt large bibcock structure ,scope of work expand, can repair high scaffold vehicle, operating space open, and so on. This text roundly introduce lifts sort, after ascertain want designed scheme, namely aim at lifts structure and require proceed design and ex

5、planation, at the same time, at the lift design process, it is need to proceed additional remarks be involved in usability problem. And then analyses bibcock type automobiles lifts main upright, section characteristic, and check strong rigidity with bracket. Both that of design with hydraulic cylind

6、er piston perch intensity also proceed proven with compressed bar, as well as select and count with chain and wire rope to be sure satisfy the lift operating requirement. This test is stream-actuated bibcock type automobile lift.KEY WORDS: Bibcock type, Automobile lift , Hydraulic drive , Stability

7、, strength目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论1 前言1 举升机的概述1第二章 举升机的方案拟定3 举升机的根本情况3 常用汽车举升机的结构类型3 汽车举升机的主要参数3 汽车举升机的主要结构与要求3 举升装置的要求3 液压式双柱汽车举升机结构方案确实定4第三章 液压式双柱汽车举升机的结构设计63.1 举升装置63.2 立柱7 支撑机构7 平衡机构83.5 保险机构9 第四章 举升机的强刚度分析与验算114.1 举升机立柱的结构分析和验算114 主立柱的截面特性分析与计算114 主立柱的强度分析与验算134.1.3 主立柱的刚度计算19 4.2 汽车举升机的主要结构与要求2

8、04 托臂局部截面特性20 4.2.2 托臂局部强度核算204.2.3 从托臂处考虑挠度情况23第五章 液压系统255.1 液压系统工作原理255 设计步骤255 明确设计要求265.2 进行工况分析、确定液压系统的主要参数265 载荷的组成和计算26 5.2.2 初选系统工作压力305.2.3 计算液压缸的主要结构尺寸305.2.4 计算液压缸或液压马达所需流量34 制定根本方案和绘制液压系统图345.3.1 制定根本方案34.2 绘制液压系统图原那么365.4 液压元件的选择与专用件设计37.1 液压泵的选择37 液压阀的选择395.4.3 管道尺寸确实定39第六章 液压执行元件416.1

9、 液压缸416 液压缸的根本参数416 液压缸性能参数的计算416.1.3 液压缸主要零件的结构、材料及技术要求41 6.1.4 液压缸结构参数的计算446.1.5 液压缸的连接计算466.1.6 活塞杆稳定性校核47 6.2 液压马达48第七章 液压辅助元件及液压泵站507.1 管件507.2 液压软管接头50 油箱及其附件517.4 液压动力包517.5 液压油的选择51第八章 钢丝绳的选择计算528.1 钢丝绳的计算52 8.2 钢丝绳的选择52第九章 滑轮的选择和计算549.1 滑轮结构和材料549.2 滑轮的主要尺寸54 滑轮直径与钢丝绳直径匹配关系549.4 滑轮形式54 滑轮技术

10、条件54.1 材料54.2 外观559.5.3 热处理55 .4 其他559.6 滑轮强度计算55第十章 起重链条和槽轮5610.1 板式链条和槽轮的选择5610.2 板式链及端接头56 板式链用槽轮56总结57致谢58参考文献59 第一章 绪论汽车是开展国民经济的重要交通工具之一，随着我国国民经济的持续高速增长，汽车的保有量与日俱增，汽车维修行业也有了长足的开展，已形成了集车辆修理、维护、检测和配件供给等多种功能于一体的车辆技术状况保障体系。已成为道路运输行业的重要组成局部，对确保车辆平安行驶、高效低耗的运作，促进道路运输业的开展，发挥了有力的保障作用，随着经济体制改革的不断深入，我国汽车维

11、修企业呈现出良好的开展趋势。十年来，我国的汽车保有量增长迅速，技术水平和档次也大大提高，原有的维修作业方式和生产经营管理模式，越来越不适应社会各方面对汽车维修的要求。加大技术投入和技术改造的力度，走内涵开展的道路，振兴汽车维修业，已经成为汽车维修界有识之士的共识，人们越来越体会到设备对维修能力的决定性。一些骨干维修企业千方百计地筹措资金，实施技术改造，改善作业体系。购置了汽车举升机、电子调漆机、轮胎平衡机、汽车喷烤漆房等先进设备。同时，具有现代最新技术水平的发动机故障诊断仪、电子燃汽喷射系统检测诊断装置，车身校正测量仪、四轮定位仪、测功机和测滑仪等检测设备也开始广泛应用。从而提高了企业在市场中

12、的竞争能力，增加了行业开展后劲。通过技术改造行业内部结构得到调整和优化，改变了过去整车大修的单一模式，开始形成汽车大修、总成维修、汽车维修、汽车小修、汽车专项修理、汽车制造厂特约维修等门类齐全、分工合理的市场结构体系。根本满足了目前不同类型和不同作业工程的维修需要，汽车维修网点由大、中城市向外延伸，辐射各地形成网络。本次设计的是适用于汽车维修效劳的一种汽车维修平台。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兴旺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

13、本钱， 提高汽车维修保养整体效劳质量。 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4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平安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。在我国以汽车运输生产为主的今天,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同步定位举升机在汽车保修、保养工作中迈出重要一步。液压传动系统在双柱型举升机上的应用,主要是利用密闭工作容积

14、内液压能的变化来传递动力。第二章 举升机的方案拟定2.1 举升机的根本情况.1 常用汽车举升机的结构类型目前，全国生产汽车举升机的厂家较多，生产的举升机的形式也比较繁多，有双柱式举升机、四柱式、剪式、组合移动汽车式等。仅从举升机的外型来分类的根本形式就有：普通双柱式、龙门双柱式、四立柱式、剪式、移动式和单立柱式等汽车举升机。按照举升机的举升装置的形式分类也有很多种，包括丝杠螺母举升式、链条传动举升式、液压缸举升式、齿轮齿条举升式等举升机。从举升机的驱动方式分，主要有：电机驱动式举升机和液压驱动式举升机。2.1.2 汽车举升机的主要参数普通式双柱举升机、龙门式双柱举升机和四立柱式举升机这三种目前

15、市场上主要的汽车举升机的主要技术参数统计如表2.1所示。 额定举升质量 最大举升高度 盘距地高度 全程上升时间 全程下降时间普通式双柱 2.5-4 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec龙门式双柱 2.5-4 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec四立柱式 2.5-4.5 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec2.2 汽车举升机的主要结构与要求举升机的结构形式主要有：1整体结构形式；2举升方式；3驱动方式；4平衡方式；5保险与保护方式；6托盘结构。2.

16、2.1 举升装置的要求在我国的规定中讲到举升机的设备安装电器系统的绝缘、耐压和保护电路的连续性都要符合GB5226的有关规定。举升机的设计中液压系统的设计也是至关重要的。我国对举升机的性能要求也比较繁多，例如：1举升机应设有限制行程限位装置，如有需要那么该装置应动作灵敏、平安可靠。2液压系统工作应平稳、无振动、无爬行现象。3液压式举升机除液压系统能自锁外还应有机械锁止装置。4机械式举升机任意时刻都能平安自锁。5举升机正常运行时的噪音不得超过80dB。6举升机工作环境温度为040，全行程连续举升额定质量20次，油温不得高于60。7在试验台上对液压系统施高150%的额定使用压力，维持2min，不允

17、许有永久变形、漏油及其他异常现象。8在无故障工作根底上，机械式举升机的使用继续进行到3000次，那么液压举升机可以继续进行到9000次，以平安可靠为前提，检查零部件损坏程度，允许更换损坏件，允许添加润滑剂。2.3 液压式双柱汽车举升机结构方案确实定通过对汽车举升机的结构的认识和了解，确定了本次设计的举升机的总体方案。如下列图2.1所示：图本次设计参考的是由液压驱动的QJY04-02B型液压式双柱汽车举升机。它的结构主要包括以下几个局部：举升装置、同步驱动装置、立柱和托臂。QJY04-02B型液压式双柱汽车举升机的举升机构的传动系统是由液压系统来驱动和控制的，由两边两个立柱里安装的液压油缸来推动

18、连接立柱与滑台的链条，使滑台上安装的大滚轮沿立柱滚动，实现滑台的上下移动。用钢丝绳作为同步装置来保持整个举升机的同步性。托臂与立柱内的滑台相连，当滑台上下移动时就带动托臂一起移动。第三章 液压式双柱汽车举升机的结构设计3.1 举升装置所示：图3.1是本次设计的液压式双柱汽车举升机的驱动装置及举升装置的示意图，从图中可以看到左右两边立柱内的两个举升装置是通过液压软管来连接的，它的一个缺乏的地方就是左右两个液压缸在开始举升时有一个时间差，这会导致因左右两边的举升速度不一样而举升不平衡。因此，我们在液压举升的根底上增加了钢丝绳的同步装置，用这样的同步装置来弥补液压缸带来的缺点。图3.2是液压式双柱汽

19、车举升机的举升装置的结构图：液压式双柱汽车举升机的举升装置结构图从图中可以看到，液压式双柱汽车举升机的举升装置是将链条镶嵌在滑轮槽内来带动液压杆到达举升的目的。3.2 立柱液压式双柱汽车举升机的立柱有两个，分别是左、右两边各一个立柱。图3.3是左边立柱的俯视图。整个举升机的重量几乎都是由立柱来支撑的，因此它必须要有一定的强度和刚度。立柱中间的空间是用来放置举升装置以及滑台部件的。整个立柱局部的行位公差要求也比较高，如图水平方向的立柱臂和垂直方向的立柱壁要求要保持一定的直线度和平行度，立柱内外外表还要有一定的粗糙度等。3.3 支撑机构托臂局部是属于举升机的支撑机构。当汽车进入到举升机的范围里时，

20、整个支撑机构就通过改变摇臂的角度或方向来改变托臂的整个工作范围的宽度。本次设计的支撑机构是非对称式的托臂，这样设计增加了托臂的宽度，实质就等于增加了托臂的工作范围，而且左右两侧的托臂的臂长都是有一定的伸缩性的。如图3.4所示：1托臂原始工作位置，2托臂伸长后的工作位置示：3.4 平衡机构由于举升机在上升或下降时必须要采用强制性的平衡装置来确保汽车整体的水平位置保持一致，所以本次设计所示：3.5 保险机构汽车举升机是一种对平安性能要求特别高的举升设备。通常设有多种保险装置和保护措施：液压回路的保压、机械锁止保险装置、机械自锁装置、举升过载保护、冲顶保护、防滑等等。机械自锁是指失去驱动力后，利用机

21、械机构的重力被驱动物体的阻力来自动阻碍其运动的保护。所示，并且这两个平安锁所装的位置不在同一直线上而是互相错开在对角线上，起到双保险的作用。1电磁铁，2保险孔板，3保险孔支撑座作为保险装置的电磁铁平安锁是由好几个零件组成的。其中主要的几个零件包括：保险孔板、保险孔支撑座和电磁铁。当电磁铁得电将保险孔支撑座吸住时，它和锁紧板之间没有接触，此时的举升机处于保险翻开状态，整个滑台可以自由地上下移动。当电磁铁失电时，保险孔支撑座处于图示状态，此时的保险孔支撑座将与滑台上的锁紧板互相顶住，使滑台固定在一个位置而不能上下移动，起到保险的作用。第四章 举升机的强刚度分析与验算双柱式汽车举升机的结构形式有多种

22、，所参考的QJY04-02B型举升机系是指液压驱动的双柱举升机。此类举升机构的传动系统由液压系统驱动和控制的，通过两立柱内安装的液压油缸实现上下运动，推动连接立柱与滑台的链条，使滑台上安装的大滚轮沿立柱滚动，实现滑台的上下移动。举升设备的主要局部有：举升机构、支承机构、平衡机构和电磁铁平安锁机构。本次设计的举升机的主要性能参数为：额定举升载荷4吨；在载重4吨情况下，由最低位置举升到最高位置需50秒；当拉下操纵杆使溢流阀接通，4吨轿车由最高位置降到最低位置所需时间不小于50秒；电动机功率2.2KW；举升臂在最低位置时的举升高度为120mm，最大举升高度为1850mm，工作行程为1730mm。4.

23、1 举升机立柱的结构分析和验算4.1.1 主立柱的截面特性分析与计算主立柱体是举升机主要的受力承重部件。举升机立柱在工作时受来自于保险锁机构处因承重的压力和升降滑台滚轮作用在立柱上的弯矩。因此，立柱在这两种力的作用下，有向内弯的变形趋势，底部焊口在拉压应力的作用下有开裂的倾向，故立柱底部与底座处焊有加强筋。立柱壳体用钢板整体压制成形，其内部相应位置焊有保险装置支承板，用于锁定状态时受力和承重，下部与底座焊接。其中一个立柱体上还装有液压泵站和电气控制箱。主立柱作为主要的承重部件，先对其截面特征进行分析，主要是确定立柱截面形心的位置和截面的惯性矩。4.1.1.1 确定立柱截面形心和中性轴的位置将整

24、个截面分为A1、A2、A3三个局部，取与截面底边互相重合的Z轴为参考轴见图4.1举升机主立柱横截面示意图，Z1、Z2、Z3分别为三个组合截面的中性轴，那么三个截面的面积及其形心至Z轴的距离分别为： 重心C到相应边的距离e：(4.1)整个截面形心C在对称轴Y上的位置那么为： (4.2)4.1.1.2 确定惯性矩设三截面的形心分别为C1、C2、C3，其形心轴为Z1、Z2、Z3图4.1，它们距Z轴的距离分别为：由平行移轴公式，三截面对中性轴Z的惯性矩分别为： (4.3) 、为三截面对各自心轴Z1、Z2、Z3的惯性矩，将三截面对中性轴Z的惯性矩相加，可得立柱整个截面对中性轴Z的惯性矩：4.1.1.3

25、立柱静矩S的计算：1立柱整个截面上半局部的静矩S1：(4.4)其中、分别为三截面各自的静矩，所以立柱整个截面上半局部的静矩S为：2立柱整个截面下半局部的静矩S2：4.1.2 主立柱的强度分析与验算举升机工作时，其托臂将汽车举升至一定高度后锁定，举升机直接承载处位于托臂端部，故应先对滑台部件进行受力分析见图4.2滑台部件受力情况示意图：在分析之前，对滑台部件进行了调查。其中本次设计的滑台部件的组成之一是大滑轮，滑轮的种类形状有很多，有“两个大圆柱滚轮型、“四个顶角处是采用四个小滚轮型、还有最原始的“四个角用四个橡胶滑块或是“用两个滑块代替两个大圆柱滚轮，但是用的较多的是“采用两个大圆柱滚轮的形式

26、，如果采用其他类型的滚轮例如用滑块来代替滚轮，那么整个滑台就不容易锁定，容易滑动；除此之外就是同步性的问题也不容易解决。4.1.2.1 滑台部件受力情况分析滑台部件自身重量近似估算如下：滑台组合件尺寸：采用160160方钢，壁厚8 mm，高800mm滑台体积： 摇臂座尺寸：采用100100方钢，壁厚8 mm，长440mm摇臂座体积： 托臂近似尺寸：采用100100方钢，壁厚8 mm，长1110mm托臂体积：钢材比重选取：所以，滑台部件、摇臂座和托臂的重量为：将滑台、摇臂座和托臂一起考虑图4.2中，单侧托臂受到的最大载荷为2吨，加上自重，托臂端部受力为2066.37kg，和是立柱通过滚轮给予的反

27、力，和为保险支承板给予的支承力，B处为支承点，假定自重全部集中在负载处，有： (4.5) (4.6) (4.7) 由式(4.7)得，代入式4.6假定 那么由式4.5得：综上所述，考虑滑台部件中滑台、摇臂座和托臂的总自重，假定自重全部集中在负载处，近似估算值为66.37kg。单侧托臂受到的最大载荷为2000kg，加上滑台部件的自重，托臂端部受力大小为2066.37kg，F1和F2是立柱通过滚轮给予的反力，=，和为保险支承板给予的支承力，B处是支承点位置，那么：4.1.2.2 举升机主立柱受力情况分析主立柱受力情况见图4.3普通式双柱举升机主立柱受力情况示意图，F1和F2是滑台通过滚轮作用在立柱上

28、的力图示为最高位置，FBX和FBY为滑台作用在立柱上的支承力压力，RHX、RHY和MH为底部支座反力。针对立柱受力情况，经计算得：RHX=0 RHY=FBY4.1.2.3 普通式双柱举升机主立柱强度校核计算从图4.3看出，整个立柱体相当于一个悬臂梁，可画出立柱的弯矩图和剪力图。由F1引起的弯矩图和剪力图见图4.4：l=2600mm b=2415mm a=185mm由F2引起的弯矩图和剪力图见图4.5：图4.5 立柱上F2作用力及其弯矩图和剪力图l=2600mm b=1890mm a=710mm由FBY产生的M引起的弯矩图见图4.6：综上所述，立柱受力的合成弯矩图和合成剪力图如图4.7所示。从图

29、中可以得出 在截面C处，剪力最大QC=5234.804kg，弯矩最大MC=2748272.1kg,所以此是危险截面。前面计算已经得到，抗弯截面模数为： (4.8)截面上半局部静矩， (4.9)以下进行强度校核：1校核正应力强度： ()许用应力选： ()，满足强度条件。 2校核剪应力强度： ()选，而许用应力 ()，满足强度条件。3折算应力强度校核：主立柱横截面上的最大正应力产生在离中性轴最远的边缘处，而最大剪应力那么产生在中性轴上，虽然通过上面的校核说明在这两处的强度都是满足要求的，但是因为在截面C处，M和Q都具有最大值，正应力和剪应力都比较大，因此这里的主应力就比较大，有必要根据适当的强度理

30、论进行折算应力校核，取该截面边缘处某点K进行计算： () ()由于点K处在复杂应力状态，立柱体材料采用的30钢是塑性材料，可以采用第四强度理论，将 的数值代入，用统计平均剪应力理论对此应力状态建立的强度条件为： ()所以 即 ()按第四强度理论所算得的折算应力也满足许用强度要求。4.1.3 主立柱的刚度计算 用迭加法：1 由F2引起的绕度：往外弯用式 ()E：弹性模量的选择： 碳钢取：196206Gpa取201Gpa=20.1106N/cm2= = ()2 往内弯由F1引起的绕度：3由M引起的绕度： ()往外弯此植可忽略不计。实际往内弯的绕度 4.2 托臂局部的强度校核4.2.1 托臂局部截面

31、特性托臂局部截面属于变截面，以下先计算截面特性数据：1小臂截面尺寸：7070方钢，壁厚8mm，a=70,b=54惯性矩： () ()静矩计算：2大臂截面尺寸：9292方钢，壁厚8mm，a=92,b=76惯性矩：4.2.2 托臂局部强度核算图示为左后托臂部件图：图中的A、B、C、D分别对应着托臂示意图中的A、B、C、D四个截面：下列图是托臂示意图：按照A,B,C,D几个典型截面进行分析，各个截面的截面图如下： (a) A-A截面 (b) B-B截面同D-D截面 (c) C-C截面1A截面：惯性矩： ；Wx保险系数较小可满足强度要求。2B截面：9292方钢A1=8015=1200A=9292-76

32、76=8464-5776=2688=92/2=46=80/2+(99.5-62.51)1200=1=()/2+(62.51-46)2688=392.25所以=保险系数较小可满足强度要求。3C截面：A1=1200=92+15/2+60=159.5=2688=46=6010=600=92+60/2=122=(1200159.5+268846+600122)/(1200+2688+600)=85.6mm=50/2+1200=6=()/12+1688=+600=所以=+=/8.65=/8.65=满足强度要求。4D截面：惯性矩： MD 保险系数较小可满足强度要求。4.2.3 从托臂处考虑挠度情况托臂亦相

33、当于一个悬臂梁，端部受力，托臂部件由大臂和小臂组成，将从大臂和小臂处分别考虑：小臂端部处挠度：4.23cm； 4.24因载荷引起的挠度为：因托臂的大小臂之间有1mm间隙，由此产生挠度：主立柱的弯曲绕度使滑台产生转动，滑台的转动又使托臂有一定的下沉量，经计算，。 故托臂端部总下沉量为：在举升机行业标准中，此值满足距立柱最远点的托臂支承面下沉量要求。第五章 液压系统5.1 液压系统工作原理启动电动机按钮后电机起动并带动油泵从油箱中吸入压力油送到举升缸中使活塞杆移动，此时平安溢流阀关闭。此阀的压力在出厂前已经调好，以保证起重的额定载荷的要求。当系统中压力超过极限时，自动溢流卸油阀松开，起动按钮停止供

34、油，提升结束，开始作业工作。如果拉动滑台上两个机械平安锁后再按手动式下降阀便开始卸油下降，其工作原理图见图：1-齿轮泵，2-电动机，3-滤油器，4-单向阀，5-溢流阀，6-手动式下降阀， 7-伺服限流阀，8-软管，9-防油管爆裂阀，10-举升缸，11-液位计，12-空气滤清5.1.1 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) 制定根本方案，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。 5.

35、1.2 明确设计要求 设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定根本方案并进一步着手液压系统各局部设计之前，必须把设计要求以及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、转速精度等性能方面的要求；6) 自动化程度、操作控制方式的要求；7) 对防尘、防爆、防寒、噪声、平安可靠性的要求；8) 对效率、本钱等方面的要求。5.2 进行工况分析、确定液压系统的主要参数通过工况分析，可以看出液压

36、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。5.2.1 载荷的组成和计算5.2.1.1 液压缸的载荷组成与计算图5.1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。 A1 A 2 d FW P1 Fm P2 p1图5.1 液压系统

37、计算简图(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。当液压缸举升小车时，工作载荷为200+15009.8=16660N(2) 导轨摩擦载荷Ff对于平导轨Ff =(G+FN) 5.1Ff =(G+FN)=0式中 G 运动部件所受的重力；FN外载荷作用于导轨上的正压力； 摩擦系数，见表5.1。3惯性载荷=5.2 =2001=200N;式中 g； 速度变化量；t 起动或制动时间。一般机械0.5，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。表5.1 摩擦系数导轨类型导轨材料运动状态摩擦系数滑动导

38、轨铸铁对铸铁起动时低速(0.16m/s)滚动导轨铸铁对滚柱珠淬火钢导轨对滚柱静压导轨铸铁以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷。起动加速时5.3=16660+0+200=16860N稳态运动时5.4=16660+0=16660N减速制动时5.5=16660+0200=16460N工作载荷并非每阶段都存在，如该阶段没有工作，那么0除外载荷外，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5.6=式中0.95.5.75.2.1.2 液压马达载荷力矩的组成与计算 (1) 工作载荷力矩常见的载荷力矩有被驱动轮的阻力矩、液压卷筒的阻

39、力矩等。(2) 轴颈摩擦力矩5.8式中 旋转部件施加于轴颈上的径向力(N); 摩擦系数，参考表5.1选用；旋转轴的半径(m). (3) 惯性力矩5.9式中 角加速度； 角速度变化量； 启动或制动时间； 回转部件的转动惯量。启动加速时5.10稳定运行时5.11减速制动时5.12计算液压马达载荷转矩时还要考虑液压马达的机械效率 (0.99)。5.135.2.2 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、经济条件及元件供给情况等的限制载载荷一定的情况下，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经济；反之，压

40、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，必然要提高设备本钱。压力可以选低一些，行走机械种载设备压力要选得高一些。具体选择可参考表5.2 和表5.3。a。5.2.3 计算液压缸的主要结构尺寸 液压缸有关设计参数见图5.2。图a为液压缸活塞杆工作在受压状态，图b为活塞杆工作在受拉状态。 活塞杆受压时F= =P1A1P2A25.14F=P1A1P2A2=2.8106A0.4106A2=2.8106D2/40.4106 ( D2d2)/4 活塞杆受拉时F= =P1A2P2A15.15F=P1A2P2A1106A2106A1式中 A1= D2/4无杆腔活塞有效作用面积(m2)；

41、A2=( D2d2)/4有杆腔活塞有效作用面积(m2)；表5.2 按载荷选择工作压力载荷50工作压力/12334455 P1 P2 D 活塞直径(m)；d 活塞杆直径(m)。 A1 A2 1 D d Fw P1 P2 a) 1 D d Fw P1 P2 b) 图5.2液压缸主要设计参数 表5.3 执行元件背压力系统类型背压力简单系统或轻载节流调速系统回油路带调速阀的系统回油路设置有背压阀的系统用补油泵的闭式回路回油路较复杂的工程机械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5.16令杆径比=d/D,其比值可按表5.5和表5.6选取, 选取=0.55.17，由

42、公式 A1= D2210-3A2=( D2d2)/4=(0.010.0025) 10-3液压缸直径D和活塞杆直径d的计算值要按国标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，最好选用国产标准液压缸.=100 D=50 表5.4按工作压力选取d/D工作压力/d/D 表5.5 按速比要求确定d/D2/11.152d/D注：1无杆腔进油时活塞运动速度；有杆腔进油时活塞运动速度。 表5.6常用液压缸内径D(mm)4012550140631608018090200100220110250 表5.7 活塞杆直径d (mm)速比缸 径40506380901001101251401601802002

43、202502222835454550506055706380709080100901101001251101401251405.2.3.2 计算液压马达的排量 液压马达的排量为5.1810-4 式中 液压马达的载荷转矩; 液压马达的进出口压差(Pa)。液压马达的排量也应满足最底转速要求5.19式中 通过液压马达的最小流量； 液压马达工作时的最底转速。5.2.4 计算液压缸或液压马达所需流量5.2.4.1 液压缸工作时所需流量qv=A5.20qv=A10-4式中 A液压缸有效作用面积(m2)；10-3 活塞与缸体的相对速度(m/s)。=3.6 m/min= 5.21式中 液压马达排量(m3/r)

44、; 液压马达的转速(r/s).5.3 制定根本方案和绘制液压系统图5.3.1 制定根本方案5.3.1.1 制定调速方案 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逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合实现所需求的动作。对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。 速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。相应的调速方式有节流调速、容积调速以及二者的结合容积节流调速。 节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。

45、此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用溢流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。 容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来到达调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。 容积节流调速一般是用变量泵供油，用节流控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性好，但其结构比较复杂。 节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流三种形式。进油节流起动冲击较小，回油节流常用于有负载荷的场合，旁路节流多用于高速。 调速回路一经确定，回油的循环形式

46、也就随之确定了。 节流调速一般采用开式循环形式。在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油流经系统释放能量后，再排回油箱。开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易混入空气。 容积调速大多采用闭式循环形式。闭式系统中，液压泵的吸油口直接与执行元件的排油口相通，形成一个封闭的循环回路。其结构紧凑，但散热条件差。 液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用平安阀起平安保护作用。在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考

47、虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。5.3.1.3 制定顺序动作方案 主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的那么是随机的或人为的。工程机械的操纵机构多为手动，一般用手动的多路换向阀控制。加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程宽开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制连续的动作，行程开关安装比较方便，而用行程阀需连接相应的油路，因

48、此只适用于管路连接比较方便的场合。 另外还有时间控制、压力控制等。例如液压泵无载启动，经过一段时间，当泵正常运转后，延时继电器发出电信号使卸菏阀关闭，建立起正常的工作压力。压力控制多用在带有液压夹具的机床，挤压机、压力机等场合。当某一执行元件完成预定动作时，回路中的压力到达一定的数值，通过压力继电器发出电信号或翻开顺序阀使压力油通过，来启动下一个动作。5.3.1.4 选择液压动力源液压系统的工作介质完全由液压油来提供，液压源的核心是液压泵。节流调速系统一般用定量泵供油，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，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制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，用平安阀限制系统的最高压力。为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与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，一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。油液的净化装置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要装有粗过虑器，进入系统的油液根据