液压千斤顶结构设计

1、液压千斤顶结构设计摘要：液压千斤顶具有结构简单、体积小、质量轻、润滑性能好、举升力大、便于维护修理等优点，但其效率低、操作不当支点易滑脱、不安全等缺点也是存在的。本设计论文通过对传统的液压千斤顶的工作原理进行分析，提出了一种从结构和油路两方面进行改进设计的高效、安全的液压千斤顶。关键词：液压，液控单向阀，油腔，活塞引言千斤顶起源于20世纪初的英、美、德等国家，在逐步发展中工艺逐渐成熟，因其具有抗腐蚀、耐高温，强度高、表面精美、百分之百可回收等无与伦比的良好性能，被广泛应用于建筑、交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域，逐渐被人们所接受，也越来越多地走进寻常百姓的日常生活。我国千

2、斤顶产业发展进步较晚，建国以来到改革开放前，我国千斤顶的需求主要是以工业和国防尖端使用为主。改革开放后，国民经济的快速发展，人民生活水平的显著提高，拉动了千斤顶的需求。进入上世纪九十年代后，我国千斤顶产业进入快速发展期，千斤顶需求的增速远高于全球水平。1990年以来，全球千斤顶表观消费量以年均6%的速度增长，而九十年代的十年间，我国千斤顶表观消费量年均增长率达到17.73%，是世界年均增长率的倍。进入二十一世纪，我国千斤顶产业高速增长。2000年2004年，我国千斤顶消费量从188万吨增长到447万吨，增加了倍，年平均增长率在27%以上。其中，2001年，我国千斤顶表观消费量达到225万吨，超

3、过美国成为世界第一千斤顶消费大国。同时，千斤顶进口也大幅度增加。1998年，我国千斤顶进口100万吨，由此成为世界上最大的千斤顶进口国。2004年与1998年比，千斤顶进口增长幅度年均达到27.14%。预计2005年，中国千斤顶表观消费量将达到500万吨，进口仍将保持在300万吨左右。伴随着千斤顶市场的快速发展，我国千斤顶产量也结束了长期徘徊的局面，实现了高速增长。我国千斤顶产量从2000年的46万吨增长到2004年的236万吨，年平均增长率在82.6%，占国内市场需求的比重也由2000年的24.47%提高到2004年的52.80%。而同期，世界千斤顶产量则仅以6%左右的速度增长。从九十年代后

4、期起，我国太钢、宝钢以及宝新、张浦等国有和合资企业通过引进和技术改造，先后建成了一系列千斤顶生产线，千斤顶工艺技术装备达到国际先进水平，千斤顶生产初具规模。千斤顶品种结构也发生了积极的变化，千斤顶产品质量迅速提高。特别是国内千斤顶冷轧板增长迅速，2003年，国内冷轧板产量达到170万吨，首次超过进口量,自给率达到66%；2004年，国内冷轧板产量达到200万吨，自给率达到70%以上。从2004年底到2005年底，国内冷轧千斤顶产能将增加约150万吨，基本满足国内市场需求。到2007年，我国将成为千斤顶的净出口国。从总体上看，我国千斤顶正在经历由规模小、水平低、品种单一、严重不能满足需求到具有相

5、当规模和水平、品种质量显著提高和初步满足国民经济发展要求的深刻转变，千斤顶需求将逐步实现自给。概述千斤顶是一种起重高度小(小于1m)的最简单的起重设备。它有机械式和液压式两种。机械式千斤顶又有齿条式与螺旋式两种，由于起重量小，操作费力，一般只用于机械维修工作，在修桥过程中不适用。液压式千斤顶结构紧凑，工作平稳，有自锁作用，故使用广泛。其缺点是起重高度有限，起升速度慢。液压千斤顶分为通用和专用两类。专用液压千斤顶使专用的张拉机具，在制作预应力混凝土构件时，对预应力钢筋施加张力。专用液压千斤顶多为双作用式。常用的有穿心式和锥锚式两种。穿心式千斤顶适用于张拉钢筋束或钢丝束，它主要由张拉缸、顶压缸、顶

6、压活塞及弹簧等部分组成。它的特点是：沿拉伸机轴心有一穿心孔道，钢筋(或钢丝)穿入后由尾部的工具锚锚固。原理机械千斤顶和液压千斤顶原理各有不同。机械原理，以往复扳动手柄，拔爪即推动棘轮间隙回转，小伞齿轮带动大伞齿轮、使举重螺杆旋转，从而使升降套筒获得起升或下降，而达到起重拉力的功能。液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力

7、的传递。可见机械千斤顶不如液压千斤顶简易。 液压卧式千斤顶 液压立式千斤顶 电动液压千斤顶 气动液压千斤顶 机械千斤顶 机械千斤顶液压千斤顶的工作流程1向当手柄上抬起时，带动活塞3上行，单向阀7关闭，油腔4的工作容积扩大形成真空，在大气压力的作用下，油箱6中的液体经油管打开单向阀5流入油腔4中。当压下手柄1时带动活塞3下行，单向阀5关闭，油腔4中的油液推开单向阀7，油液进入油腔10，使活塞11上升，顶起重物做功。当活塞11停止时，停止压杆运动，腔油10中的油压使单向阀7关闭，活塞11自锁不动。当需要活塞11向下返回时，打开截止阀8，在重力作用下，活塞11即可复位。此即液压千斤顶的工作原理。从上

8、述工作原理分析可知，活塞11在上升H段的空行程中。其上升速度与其接触到车辆底盘后顶起机动车的速度一样慢，很显然，在H段行程效率太低。从上述工作原理分析还可知道，活塞11在顶起重物的过程中，如果出现支点滑脱，在瞬间失去较大负载的情况下，压力油会以很大的加速度向上推动活塞11，以释放能量。活塞11一旦飞出，液压千斤顶壳体被打碎，极易伤及人员。通过以上分析，在液压千斤顶的结构与油路上进行改进设计，可使液压千斤顶既高效又安全。改进我的改进方法是在泵体2和缸体12之间在加一个液控单向阀。 高效安全液压千斤顶的工作流程1向当手柄上抬起时，带动活塞3上行，单向阀7关闭，油腔4的工作容积扩大形成真空，在大气压

9、力的作用下，油箱6中的液体经油管打开单向阀5流入油腔4中，此时，液控单向阀不起作用。当压下手柄1时带动活塞3下行，单向阀5关闭，油腔4中的油液推开单向阀7，油液进入油腔10，同时，由于液控单向阀的控制油口有油压，液控单向阀反向被打开，这样就有2个油管通道使活塞11在空行程段快速上升。当活塞11停止时，停止压杆运动，腔油10中的油压使单向阀7关闭，活塞11自锁不动。当需要活塞11向下返回时，打开截止阀8，在重力作用下，活塞11即可复位。此即液压千斤顶的工作原理。 从以上可看出，此千斤顶效率比较高。在顶起重物的过程中，液控单向阀的控制油口无压力，如果出现支点滑脱，此阀迅速反向关闭，使千斤顶的压油腔

10、迅速形成负压，吸住活塞11不能向上运动，从而避免事故发生，安全可靠性更高。设计小结通过这次机械创新设计，让我学到了很多课堂上学不到的东西。所谓的创新设计并不是说明要我们设计现今不存在的东西才叫创新。就拿我这次设计的千斤顶来说，虽然过去千斤顶就已经存在，但我依然可以继续对它进行创新设计，这也不是说我必须要设计出一种新型的千斤顶，必须要它是前无古人，而是要在对现今的千斤顶有一个全面的了解下对它改进，以增加它的优点和减少它的缺点为目的。这次创新设计我的改进方法很小，只多加了一个液控单向阀，但它的作用却是巨大的，它让液压千斤顶的功能和安全方面有了一个质的提高。虽然只是一点小改动，却也能推动千斤顶的发展

11、。每一个事物从设计出来到趋于完美都是由无数的小改动来实现的，这也使我对设计创新理念有了更进一步的理解。参考文献1 雷天觉.液压工程手册.北京：机械工业出版社.2 李芳民.工程机械液压与液力传动.北京：人民交通出版社.2000.3 马芸.高效液压千斤顶. 机床与液压.2000(4).4 任海军.液压千斤顶油路系统的改进.液压与气动.1999(3).自动换档自行车的设计杨益平（机械工程及自动化0502, 3050811056, :）摘要：目前市场上的换档自行车大都是手动换档，这种方式结构简单，成本低廉，但是对于对自行车手动换档不是很了解的使用者来说很不方便，总是不能调节到骑行最轻松的一档。本项目为

12、了解决这一矛盾,利用测速装置，压力传感器，水银开关，单片机和驱动装置组成一个系统，不需要更改手动自行车原有机构就能实现自动换档,同时保留原有的手动调节功能,实现了在自动换档和手动换挡之间的转换。关键词：测速装置，水银开关，压力传感器，自动换挡 A design of a Bicycle with Automatic transmissionYang Yiping(Mechanical Engineering &Automation 0502, 3050811056, Tel:)Abstract: At present, most of the bikes on the market are u

13、sing manual transmission . This structure is simple, low-cost, but for a user who is unfamiliar with it is inconvenient. He cannot ride the bike easily. In order to solve this problem, we make use of speed measuring device , pressure sensors, mercury switches, SCM and motor to form a system . It can

14、 implement automatic transmission without destroying the original structure. So that the user can choose either manual or automatic way to control the bike.Key words: speed measuring device , mercury switches, pressure sensors, automatic transmission引言此项目是我和杨宗银等同学参加srtp的项目，已得到实物作品。目前市场上的换档自行车大都是手动换档

15、，这种方式结构简单，成本低廉，但是对于对自行车手动换档不是很了解的使用者来说很不方便，总是不能调节到骑行最轻松的一档。已有的自动变速自行车价格昂贵，如奔驰的2006款自动变速自行车售价高达1890欧元1,现有的自动变速装置结构复杂，实现困难，而且没有做成独立的系统，与整车捆绑销售，不利于推广2。正是在这样的情况下，我们决定设计制作一种可以方便拆装的独立的自动变速系统。基本原理基本实现原理如下：码盘测得车速，脚踏板转轴上的压力传感器获得人施力的大小，水银开关判断车子是在水面面还是斜坡上，然后把这三个信号输入到单片机处理，计算出一个最适合的档位，输出信号到电机驱动器（L298芯片），伺服电机执行。

16、对换档部件的位置检测获得自行车所在的档位信号，反馈档位信号，形成闭环控制。为了使本装置成为可以独立拆卸的选配部件，换档机构仍然使用原来手动换档的机构，把手动换挡装置的钢丝引线绕在伺服电机输出轴上，电机的转动带动钢丝引线，钢丝引线带动换挡装置实现换挡。具体功能的实现2.1 测速功能 目前测量转动速度的测量方法有基于单片机的转速测量 ，光电编码器法等，对于自行车速度测量来说，市场也成熟的产品，即自行车码表。其功能是通过霍尔效应实现的。霍尔效应是线圈在磁场内切割磁力线时，在线圈内产生一个微弱的电流，这个电流就是个脉冲信号。信号传到一个计数器里。通过电脑集成电路分析。根据事先输入的轮的直径或周长。再根

17、据时间计算出速度。为了锻炼自己的动手能力，我们没有直接购买码表用来获得速度，而是自己做了一个简易的测速装置。其原理和码表略有不同。 图1. 磁铁 图。干簧管图1为磁铁，固定在车轮钢丝上，图2为干簧管固定在车架上。安装时干簧管要求垂直于磁铁。车轮每转一圈，簧片管就会在磁铁的作用闭合一次，获得一个脉冲信号。输送到单片机的I/O口。2.2 倾斜度判断对于路面是否水平，如何判断，查阅各种资料后，都没找到比较合理的方法。一般的气泡水平仪无法提取出电信号，而且倾斜度一大，就无法工作。比较好的是经纬仪。但是经纬仪操作复杂，而且价格低，体积也比较大，装到自行车，显然不合适。经过组员的同研究终于找到一个比较好的

18、解决方案。使用水银开关判断。水银开关，又称倾侧开关，是电路开关的一种，以一接著电极的小巧容器储存著一小滴 HYPERLINK :/baike.baidu /view/30596.htm t _blank 水银，容器中多数注入 HYPERLINK :/baike.baidu /view/101737.htm t _blank 惰性气体或 HYPERLINK :/baike.baidu /view/85005.htm t _blank 真空。因为重力的关系，水银水珠会随容器中较低的地方流去，若果同时接触到两个 HYPERLINK :/baike.baidu /view/609350.htm t _

19、blank 电极的话，开关便会将电路闭合，开启开关。容器的形状亦会影响水银水珠接触电极的条件，例如邮包炸弹使用的会是倒 V 字型的，令收件人在不知情的情况下倾侧邮包，闭合电路、制动爆炸，但送件人（或是邮包携带者或制造者）则不会。水银对人体及环境均有毒害，故此使用水银开关时，应小心谨慎，以免破出；在不再使用时，也应该妥善处理。这是对水银开关的创造性使用。在水平路面或者下坡时水银刚好和底部的电极接触，电路接通，当车子在爬坡的时候，水银球滚开电极，电路断开。这样就可以获得一个是否在爬坡的信号。 2.3 人施力大小的判断为获得人的踩踏力的做好数据，最优方法当然是直接安装在人的脚掌上，但是这样显然不合理

20、，如果这样做的，就会要求鞋子特制。增加成本。安装在脚踏也不合适，因为人在骑车的过程中，脚踏是可以翻转的，那么压力传感器显然要贴在一个脚踏的两面，同时，脚踏绕曲柄不断回转，那么压力传感器获得信号，显然不能通过导线传递到单片机。只能采用无线发射的传感器，成本大大提高。还有一种方案是将传感器安装在中轴上，由于中轴的配合紧密，装上传感器后，无法正常工作。也可以在曲柄上贴应变片测量应变，从而测得力的大小，但是应变片的粘贴复杂，且在运动的物体上引线很困难，该方案也不可行。这个问题现在还没解决。初步设想的时候，档位判断利用如图4所示的机构，在执行机构的滑块上安装电刷，通过电刷和底部的接触位置获得档位信号，输给单片机，这样才能知道现在在哪一档，准备换到哪一档。但在实际加工制作时发现电刷的安装困难，且要在不破坏原有换挡机构的前提下，很难固定电机。最后决定通过测量电机转过的角度来判断档位。如图5.在电机轴上固定一离合器，离合器另一端连接一个光电编码器，测量电机转过的角度，反馈到单片机。 控制可以使用avr单片机，51系列，dsp，arm，plc 等，从性价比考虑，还是选择atmel公司的avr单片机，例如mage8515系列avrAvr 8m的晶振相当于51系列125m的晶振性能。 图6.控制关系图控制部