液压举升工作平台毕业设计论文

1、液压举升工作平台设计摘要本设计为液压举升工作平台的一种，即液压施工升降机。施工升降机是一种用吊笼（或平台、料斗等）载人、载物沿导轨作上下运输的施工机械。它主要应用于建筑工程施工时使用，尤其是高层建筑工程的施工或维修时使用更为广泛。本课题在现有机型的基础上通过优化和改进，设计出的一台综合使用性能好的载货式液压施工升降机，其提升形式采用钢丝绳式，额定起重量为800千克，提升高度为48米。在总体设计方案的基础上，完成液压控制系统的设计，具体具有液压执行元件液压马达载荷力矩的组成与计算、马达排量和流量的计算与马达的选型;制定液压系统基本方案和绘制液压系统图；液压元件一液压泵、液压阀、管道以及油箱容量的

2、计算与选择；液压系统性能验算；PLC的选型，控制方案，梯形图等。关键词：施工升降机;液压；PLC；S7-200HydraulicLiftingWorkingPlatformsABSTRACTThedesignofahydraulicliftingplatform,hydraulicconstructionhoist.Constructionelevatorisakindofcage(orplatform,hopper)manned,carryingalongtherailtransportationofconstructionmachinery.Itismainlyusedinthebuild

3、ingconstruction,particularlyinhigh-risebuildingconstructionorrepairismorewidelyusedfor.Theoptimizationandimprovementoftheexistingmodels,designsacomprehensiveperformancegoodtruckhydraulicconstructionhoist,whichformthewireropetype,ratedliftingweightof800kg,liftingheightof48meters.Basedontheintegratedd

4、esign,completedthedesignofthehydrauliccontrolsystem,withtheselectionofspecifichydraulicactuator-Calculationandmotorhydraulicmotorloadtorqueandcalculation,motorcapacityandflow;toformulatethebasicschemeofhydraulicsystemanddrawthediagramofhydraulicsystem;hydrauliccomponentshydraulicpump,hydraulicvalve,

5、pipelineandoiltankcapacitycalculationandselection;thehydraulicsystemperformancechecking;PLCselection,controlscheme,thetrapezoidalchartetc.Keywords：Constructionlifts;Hydraulic;PLC;S7-200目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 o Current Document .绪论1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 降机发展历史1 HY

6、PERLINK l bookmark12 o Current Document 研究的目的和意义1 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 工升降机国内外研究现状2 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 1电液比例技术的发展概况2 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 2我国施工升降机发展中存在的不足4 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 3我国施工升降机今后的发展方向5 HYPERLINK l bookmark

7、22 o Current Document 4我国液压施工升降机的发展6 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document L4本课题的主要研究内容6 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document .液压施工升降机的总体设计8 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 2.1概述8 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 2.1.1国内施工升降机的分类方法8 HYPERLINK l bookmark32 o Current Documen

8、t 2总体方案设计10 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 2.1技术指标11 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 2.2导轨架的结构形式11 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 2.3吊笼的结构形式122.4传动装置122.5安全保护装置12 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 3.液压施工升降机的总体设计14 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 吊笼的结

9、构设计与计算14 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 吊笼结构受力计算14 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 1.2吊笼总重量计算15 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 2导轨架的结构设计与计算15 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 4.施工升降机液压系统的设计18 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 1液压传动的主要优、缺点181.1优点181.2缺

10、点18 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 2升降机对液压传动系统的要求19 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 3液压传动系统设计19 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 3.1负载分析19 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 3.2初选系统工作压力20 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 3.3液压马达的选取21 HYPERLINK l bookmark

11、68 o Current Document 3.4液压泵的选取21 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 3.5电动机的选取223.6液压阀的选取22 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 3.7管道尺寸的计算23 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 3.8油箱的容量确定23 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 4液压系统性能验算24 HYPERLINK l bookmark76 o Current Docu

12、ment 4.1液压管路系统压力损失的计算24 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 4.2系统发热温升验算25 HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 5液压系统图26 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 6液压系统工作原理26 HYPERLINK l bookmark84 o Current Document PLC控制系统的设计27 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 5.1电气控制系统在液压升降平台中的

13、应用275.2控制方案285.3硬件设计29 HYPERLINK l bookmark88 o Current Document 5.3.1PLC简介29 HYPERLINK l bookmark90 o Current Document 5.4软件设计305.4.1PLC程序设计31 HYPERLINK l bookmark92 o Current Document 5.4.2PLC编程32 HYPERLINK l bookmark112 o Current Document 参考文献39 HYPERLINK l bookmark114 o Current Document 致谢40.绪论升

14、降机发展历史升降机同电梯、起重机一样，是完成输送和起重任务中不可缺少的机电设备，但是他们的种类和承担的具体任务并不相同。从人类食用升降机械的历史来看，最先使用的是简单机械一绞车；后来是复杂一点的机械一升降机；再后来出现了机电一体化的设备一电梯和起重机。现在已发展到使用计算机、应用智能控制的现代电梯和起重机阶段了。升降机械发展史大体上可分为四个阶段：13世纪前的绞车阶段，19世纪末叶以前的升降机阶段，19世纪末叶以后的电梯和起重机阶段，现代电梯和起重机阶段。课题研究的目的和意义施工升降机是利用吊笼或平台将人、物沿导轨上下运输的施工机械，它在建筑施工中是不可缺少的，同塔式起重机共同承担着建筑施工中

15、载人、载物的任务。它主要应用于建筑施工与维修，还可以作为仓库、码头、船坞、高塔等长期使用的垂直运输机械。自1973年第一台国产齿轮齿条式施工升降机诞生以来，历经30多年的不断发展，升降机在结构形式、功能、用途、安全装置等多个方面都有了很大的变化和发展。施工升降机主要用于城市高层和超高层的各类建筑中，这主要因为这样的建筑高度对使用井子架、龙门架来完成作业时是十分困难的。今年来，随着建筑高度的不断增加，架设高度大的施工升降机的需求量也在不断增加。建筑施工升降机除了应用在高层建筑中还可以应用在大桥的建设中，此外，它还可以应用在大型化工厂冷却塔、发电成的烟囱、广播电视塔以及煤矿等多种施工场合下，施工升

16、降机已成为建筑行业中一种必不可少的机械设备。本课题的最终目的是研制出一台高性能、高效率、低成本的新型机、电、液一体化的液压施工升降机，以弥补国内施工升降机市场的不足。同时，为该施工升降机设计出一套符合规范要求、安全可靠、反映灵敏的液压系统，为施工升降机的快速安全运行提供保障。液压施工升降机运行速度快，可实现无级调速，起、制动平稳，启动时对电网的要求和冲击均很小，是高层建筑施工理想的垂直运输机械。施工升降机国内外研究现状近年来，国产施工升降机的发展比较迅速，国际市场上瑞典ALIMAK公司的产品也不能独占鳌头了。国产施工升降机以其先进的技术性能，过硬的产品质量，价格上的明显优势等诸多因素的迅速发展

17、极大程度地冲击了它的市场。现代设计理论是是施工升降机发展的基础。机械年来，随着各种理论的迅速发展，给国产施工升降机的迅速崛起奠定了强大的理论基础，特别是机构动力分析、有限元模型计算、优化方法、机械振动与模态分析、计算机辅助设计等。人们把这些理论应用到施工升降机的研究与发展上，给施工升降机的发展带来了巨大的变化，利用这些理论人们可以全面掌握任何高度位置上标准节的任何部位的应力状态，可以得到施工升降机悬臂部分的动态特性以及由吊笼提升速度的加大给施工升降机带来的影响。总而言之，利用这些理论，可以完全掌握施工升降机各方面的结构特性和工作状态。施工升降机作为垂直运送人员及物料的提升机械，它主要是由、导轨

18、架、吊笼、起升机构和附墙架组成，当然施工升降机还包括控制系统和安全装置。这些年来，施工升降机的标准节一直没有大的变化，并且不论多大的架设高度，采用的基本都是从上到下的规格相同的钢材。吊笼虽然有多种形式，但都是型钢焊接而成。近年来，国外施工升降机的提升速度已由40m/min提高到了60m/min甚至高达96m/min,单笼额定载重量在3吨以上，而国产施工升降机的提升速度在24到36m/min之间，单笼额定载重量基本上不超过2吨。电液比例技术的发展概况在应用液压传动与控制和气压传动与控制的工程系统中，凡是系统的输出量，如压力、流量、位移、转速、速度、加速度、力、力矩等，能随着输入控制信号连续成比例

19、地得到控制的，都可称为比例控制系统。在实际应用中往往根据信号的不同，和系统构成的特点等,将广义的比例控制系统作出区分:根据输入信号的方式，区分为手动（比例）控制和电液控制;根据控制系统构成特点和技术特性，进一步将广义概念上的电液控制,区分为一般概念上的电液比例控制和电液伺服控制。除了模拟式电液比例元件外，早在60年代人们就开始注意数字式或脉冲式比例元件的开发。这类元件的优点是对介质污染不敏感，工作可靠，重复精度高，成批产品的性能一致性好。其主要缺点是由于按载频原理实现控制，故控制信号频宽比模拟器件低。数字式电液比例元件的电）机械转换器主要是步进马达和按脉冲形式工作的动铁式或动圈式力马达。数字式

20、电液比例系统实质上是一种电液数/模转换系统或载频调制系统。其控制分辨精度取决于每一脉冲的当量步长或调制精度。从整体看，电液比例控制技术的开发与普及，使工程系统的控制技术进入了现代控制工程的新行列，不同程度地确立了机电体化的技术优势。而构成电液比例技相狗液压元件，却是在传统开关型和伺服型元件基础上的进步发展。它们所依据的基础理论是一脉相承的，基本结构也是相同或相近的。另外，电液比例控制器件的基本控制物理量，与开关型和伺服型器件一样，.都是压力P和流量Q。如果撇开采用电液比例技术带来的能综合发挥微电子技术!计算机技术和液压技术优势，但从器件控制输入信号角度来看，电液比例控制仅是诸多控制信号方式，如

21、手动、液动、机动、电动、电液等当中的一种，特殊性存在于共性之中。控制器件发展到80年代的一个重要特征，就是应用于多种控制输入方式，使器件能满足不同场合，不同技术层次的需要。比例技术的发展大概可以分为三个阶段：从1967年瑞士Beringer公司生产KL比例复合阀起，到70年代初日本油研公司申请了压力和流量两项比例阀专利为止，标志着比例技术的诞生时期。这一阶段的比例阀,仅仅将比例型的电）机械转换器（如比例电磁铁）用于工业液压阀，以代替开关电磁铁或调节手柄。阀的结构和设计准则儿乎没有变化，般不含受控参数的反馈闭环。其工作频率仅在b5Hz之间，稳第二次世界大战后期，由于喷气式飞机的提速，对飞机液压控

22、制系统的快速性，动态精度和功率，重量比都提出了更高的要求。1940年底，在飞机上首先出现了电液伺服系统。经过20余年的发展，到了60年代，各种结构的电液伺服阀相继问世，电液伺服技术日臻成熟。60年代后期，各类民用工程对电液控制技术的需求，显得更加迫切与广泛。但是，由于传统的电液伺服阀对流体介质的清洁度要求苛刻，制造成本和维护费用昂贵，系统能耗也比较大，难以为各工业用户所接受。而传统的电液开关控制（断通控制）又不能满足高质量控制系统的要求。电液比例控制技术的提出，就是要开发一种可靠、廉价、控制精度和响应特性均能满足工程教术实际需要的电液控制技术。自70年代初以来，电液比例技术得以迅速发展，与此同

23、时，也出现了工业伺服控制技术。随着现代微电子技术的发展，特别是计算机技术的发展和普及，为实现各类工艺过程的最佳控制提供了技术基础。因此，工程控制理论的应用己逐步从航天航空和军事工程领域，普及到广泛的民用工程部门。电液比例技术作为连接现代微电子技术和大功率工程控制设备之间的桥梁，己经成为现代控制工程的基本技术形式之一。态滞环在47%之间，多用于开环控制。1975年到1980年间，可以认为比例技术的发展进入了第二阶段。采用各种内反馈原理的比例元件大量问世，耐高压比例电磁铁和比例放大器在技术上日趋成熟。比例元件的工作频率已达到515Hz,稳态滞环亦减小到3%左右。其应用领域日渐扩大，不仅用于开环控制

24、，也应用于闭环控制。80年代，比例技术的发展进入第三个阶段。比例元件的设计原理进步完善，采用了压力、流量、位移内反馈和动压反馈及电校正等手段，使阀的稳态精度动态响应和稳态性都有了进一步的提高。除了因制造成本所限，比例阀在中位仍保留死区外，它的稳态和动态特性均已和工业伺服阀无异。另一项重大进展是，比例技术开始和插装阀相结合，开发出各种不同功能和规格的二通、三通型比例插装阀，形成了80年代电液比例插装技术。同时，由于传感器和电子器件的小型化，还出现了电液体化的比例元件，电液比例技术逐步形成了80年代的集成化趋势。第三个值得指出的进展是电液比例容积元件，各类比例控制泵和执行元件相继出现，为大功率工程

25、控制系统的节能提供了技术基础。我国施工升降机发展中存在的不足目前，虽然国产施工升降机已经取得了很大的发展，但是仍然存在着许多不足之处。首先没有应用不同公称尺寸的材料作为标准节来分段架设。根据现代设计理论可以全面地掌握施工升降机在每个架设高度任何截面上的应力状态，从结构受力状态分析，无论架设高度是多高的施工升降机其底部的标准节都是承受应力最大的部分，而随着施工升降机架设高度的增加其应力状态更加恶劣。而当架设高度-定时，施工升降机上部标准节的应力状态要比下部的标准节理想的多，通过对施工升降机结构的有限元模型计算和模态分析也同样可以验证这一结论。因此，将施工升降机架设高度分段，选取不同界面形式的材料

26、作为标准节，可以大大减少施工升降机的钢材消耗量、减轻自重、降低生产成本。其次，产品形式较为单一没有根据建筑工程与架设高度的需要而采用不同结构的施工升降机。三角截面的标准节，由于少了一根主弦杆，在成本、钢材消耗量、安装的便利等方面有着很大优势，对于架设高度为100米以下的建筑，使用该这种施工升降机有着巨大的价格优势。可见，根据各种不同的建筑需要，采用不同截形状的标准节，能够真正提高性价比。根据建筑工程与架设高度的需求，可采用大额定提升重量的施工升降机，目前国内绝大多数的厂家生产的施工升降机的最大额定起重量是2吨每笼，从提高工作效率的角度考虑，可以选择单笼的最大额定起重量为3吨或以上的机型。大额定

27、起重量的需求已经收到了施工升降机厂家的重视，瑞典ALIMAK公司生产的SCAND0650施工升降机的额定起重量已经达到了3.2吨。再次，升降机没有广泛地采用变频器来改善施工升降机的速度特性。变频器在改善速度特性方面是起着极其重耍的作用。过去，变频器由于技术还不成熟，而且价格较高，大多数施工升降机厂家是不会考虑安装变频器作为主要改变速度特性的装置。这些年来变频器已广泛使用在各种改变速度特性的场合，而且技术成熟了，体积减小了，价格降低了，这些都为施工升降机在改变提升速度的同时改善起、制动特性带来了可能。正因为使用变频器，对施工升降机可以实现理想的自动平层功能，而且大大提高了施工升降机的档次以及整机

28、的安全性和舒适性，产品性能、可靠性和寿命也进一步提高。最后，吊笼自重过大，影响了额定起升载重量。施工升降机作为垂直运送人员和物料的提升机械，其吊笼是完成提升任务的具体执行装置。目前吊笼多事两根主立柱焊接的钢结构，周围有钢丝保护网，吊笼前后分别安装着单、双开吊龙门，顶部有活动板门，配备的专用梯可作为紧急出口，也可以在顶部进行架设、维修和保养等工作。目前吊笼的最主要缺陷是自重过大带来的不良影响，特别是应在高层或超高层建筑物上时影响尤其显著。我国施工升降机今后的发展方向施工升降机是以各类钢材为主结构的组件，因此它的利润空间是很小的。对于施工升降机，其利润是随其架设高度的增加而增加。如果在整个架设高度

29、上都是用同样规格的标准节和主弦杆，经济投入势必较大，同时从整个结构受力状态来说，它也是不理想的。而如果能够根据载荷、危险截面位置、架设高度将结构分成几段为其分别选取不同公称尺寸的标准节和主弦杆，则可大大地降低施工升降机的生产成本。将整个假设高度简单的分成二段或三段，按受力状态为各段的标准节和主弦杆选择合理的公称尺寸，则可达到这个目标。改进施工升降机的速度特性是改善其产品综合性能的一个主要方面，它可以提高施工效率。随着高层和超高层的建筑量的不断增加，改进施工升降机的速度特性显得尤为重要。而速度特性的改进，绝不能以影响其产品性能为代价，提升速度增加的同时，还要具备良好的运行性能、安全性和可靠性。因

30、此，变频器在现代施工升降机上应用得越来越广泛。提高额定起重量对国产施工升降机来说，是在今后发展中需要解决的主要问题之-O施工升降机经过了多年的发展，仍然基本上沿用原来的机型模式，真正意义上的突破还不多见，目前对大额定起重量施工升降机的需求已初现端倪，提高额定载重量将是今后施工升降机的发展方向。我国液压施工升降机的发展我国自行设计制造的第一台液压施工升降机是上海宝达工程机械有限公司与建设部长沙建设机械研究院联合研制的SCD200/200Y型液压施工升降机，它于1996年5月问世，样机经国家建筑与城建机械质量监督检测中心进行了全面的性能测试、结构应力测水和可靠性试验，确认该机在使用性能、结构强度和

31、安全可靠性等方面均符合计划任务书的要求和油管国家标准的规定。SCD200/200丫型液压施工升降机经过工业考核显示出设计先进、性能优越、安全可靠，耐用性和可维修性强。尤其该机调速性能优良、起制动平稳。考核期内未发现任何影响安全使用的情况，易损件的磨损周期均在设计范围内，整机工作效率高、检修维护十分方便。与邻近工地使用的ALMAK进口液压升降机相比，SCD200/200Y的运行平稳性更好、噪音更低、齿条更耐磨，在当时该机达到了世界上同种产品的先进水平。本课题的主要研究内容本课题的主要设计内容包括：.总体设计综合各方面因素及用户需求，完成液压施工升降机总体方案的设计以及起升机构的设计。.机械系统的

32、结构设计在总体设计方案的技术上，完成吊笼和导轨架结构的设计。.液压系统的设计在总体设计方案的基础上，完成液压控制系统的设计，具体有液压执行元件液压马达载荷力矩的组成与计算、马达排量和流量的计算与马达选型；制定液压系统基本方案和绘制液压系统图；液压元件液压泵、液压阀、管道以及油箱容量的计算与选择；液压系统的性能验算。.PLC的设计在总体设计方案的基础上，完成PLC对液压升降机的控制。包括控制系统的设计，及电路图，电气元件的选型，控制电路硬件设计，PLC程序设计。2.液压施工升降机的总体设计概述施工升降机主要应用于高层和超高层建筑的施工中，随着建筑行业的迅猛发展，施工升降机在建筑施工中发挥着非常重

33、要的作用，主要承担着垂直运输施工人员及货物的工作。施工升降机使用用途广泛且有着比较复杂的机、电整合结构，又由于建筑环境的不同而具有零碎、分散的特点，因此较难全面掌握，国内外的分类方法不同，一般以上降级驱动方式、使用用途、升降速度、牵引电动机供电电源、传动机械位置、控制方式等进行分类。国内施工升降机的分类方法中华人民共和国国家标准GB10052对施工升降机的分类方法是按其传动形式分为三大类型：.齿轮齿条式。此类型升降机的电动机在兼具齿条的导轨上转动齿轮，带动吊笼作上下运行。.钢丝绳式。由曳引电动机通过蜗杆、蜗轮、曳引绳轮、驱动曳引钢丝两端的吊笼和对重装置做上下运行。具有结构简单，易于生产制造，性

34、价比高的特点，在建筑行业中得到广泛地应用。同时，钢丝绳具有强度高、弹性大、韧性好、耐磨并能承受冲击载荷等特点，它破断前有断丝现象的预兆，容易检查、便于预防事故。.混合式。一般采用双吊笼，一个吊笼采用齿轮齿条驱动，另一个吊笼采用钢丝绳驱动。图2. 1齿轮齿条施工升降机图2. 1齿轮齿条施工升降机1-天轮2-天轮架3-钢丝绳4-附墙架5-齿条 6导轨架7-吊笼8-司机室9-对重10-底笼 11-混凝上基础图2.2钢丝绳式施工升降机1-底笼2-导轨架3-吊笼4外套架5-工作 平台本课题设计的施工升降机为液压驱动的双笼钢丝绳提升式施工升降机，用于载货。施工升降机系统组成包括机械系统、控制系统、安全装置

35、。机械系统主要由吊笼、导轨架、液压传动起升机构组成。控制系统用来控制升降机运行、启停、调速等。安全装置用来保证升降机的运行安全，避免事故的发生。2.2总体方案设计本设计采用钢丝绳式施工升降机，即电动机带动液压泵液压马达曳引轮转动，通过钢丝绳提升或降落吊笼。曳引机中不设置减速齿轮，因为液压马达输出转矩足够大；同时，导轨架中不设置对重，设置对重虽然可以节约20%、30%的电力，但是设置对重安装拆卸麻烦对技术人员要求较高，费工费时，整机售价高于不带对重的升降机，故本设计不采用对重。在同样的提升能力、刚性、强度、稳定性的前提下，升降机需要做到用料更合理、提升功率尽量可以降低。施工升降机主要由导轨架、驱

36、动装置、吊笼、安全装置、电气系统、地面围栏等部件组成。影响料耗、功耗的，主要是驱动、吊笼、导轨架的组合形式。按导轨架与吊笼的不同组合提出以下方案：单导轨架单吊笼式，双柱龙门架式，单导轨架双吊笼式。分别如图2.3所示。(a)(b)(c)图2.3升降机方案不同的方案对驱动装置的功率消耗、输出轴的径向受力有很大差异。导轨架的顶部弯矩、顶部轴向压力、顶架滑轮的用量、钢丝绳的张力和用量、风载也大小不因此导轨架受力也不同。由分析可知，受到的影响力较大的是顶部轴向压力，顶部弯矩和风载。在提升能力相同时，（c）方案更适合于本设计的钢丝绳式施工升降机。2.2.1技术指标本课题设计的液压施工升降机技术指标如下表2

37、.1所示。表2技术指标参数名称单位指标额定载重量Kg800额定起升速度m/min040最大架设高度m48标准节尺寸m1X1X1.6防坠安全器型号一SAJ40-1.952.2.2导轨架的结构形式施工升降机的导轨架是该机的承载系统，一般由型钢和无缝钢组合焊接形成格构式桁架结构，界面形式分为矩形和三角面。导轨架由顶架、底架和标准节组成。顶架上布置有导向滑轮，底架上有的也布置有导向滑轮，并与基础连接。标准节多采用冲压工艺，依靠胎膜进行焊接，具有互换性。按照导轨架的结构施工升降机可分为单柱和双柱两种，本课题所研制的施工升降机采用单柱双吊笼，每个吊笼各有自己的驱动装置，并可以独立的上、下移动，可以提高运货

38、的能力，效率远远超过双柱式施工升降机。图2.4标准节2.2.3吊笼的结构形式吊笼是施工升降机中用以载人和载物的部件。一般要求为封闭式结构，吊笼顶部及门之外的侧面有维护。吊笼的框架结构一般为型钢组焊接而成。进料和出料两侧设有翻板门，其他侧面由钢丝网围成。吊笼的般形式如下图2.4所示。图2.5吊笼2.2.4传动装置传动装置是驱动工作机构，随着液压技术的不断发展，在施工升降机上出现了原动机液压传动方式的传动装置。本课题即采用这种传动形式。传动装置的布置方式在吊笼上的布置分为内布置式、侧布置式、顶布置式，和顶布置内布置混合式四种。本设计采用内布置式。2.5安全保护装置本设计设计的为货用升降机，对其可靠

39、性虽没有人货两用式高，但依然需要进行安全保护，除了从结构设计上提高安全系数来保障机械安全运行外，还要设置多种安全保护装置，包括机械安全保护装置和电气安全保护装置。机械安全保护装置有防坠安全器、限速器、及断绳保护、制动器、缓冲器、笼门连锁等。.防坠安全器当驱动吊笼的钢丝绳松弛或断裂时，防坠安全器的制动楔块在弹簧的作用下向上托起，与导轨架摩擦而实现制动，将吊笼停止在导轨架上。当驱动吊笼的钢丝绳张紧并向上拉时，制动楔块对导轨产生的压力消除，回到原位。制动楔块与滑道间要定期加润滑油防止生锈，保证动作的灵活性。防坠安全器是施工升降机最为重要的安全保护装置，其性能好坏决定着吊笼发生坠落事故时施工人员及货物

40、的安全，所以对其性能有比较高的要求。.限速器及断绳保护吊笼应设有断绳保护和限速器，以便在悬挂或支撑装置工作时失去作用以及吊笼失控或超速的情况下，安全装置能发挥作用，将吊笼制停。一旦升降机出现非正常加速运行，使吊笼运行的瞬时速度达到限速器调定的动作速度时，即产生制动动作，将吊笼刹在导轨架上或使吊笼缓慢下降。.制动器在吊笼上装有手动制动装置，当扳动制动手柄时，制动楔块与导轨架的无缝钢管之间产生摩擦力，实现制动。.缓冲器它是设在围栏内。在吊笼和对重底部对应的位置上，当下限位开关失灵。吊笼下行撞底时起缓冲作用。电气安全保护装置包括上、下限位开关、极限开关、防松绳开关、断绳开关，和吊笼门连锁装置。.上、

41、下限位开关施工升降机均设置了上、下限位开关，其作用是当吊笼运行超出限位开关位置时，限位装置将切断总电源而使施工升降机停止工作。限位开关为自动复位型，安装在导轨架和吊笼上。.极限开关吊笼运行超过限位开关并达到越程最终点时，使吊笼停止运行的一种紧急开关。极限开关是非自动复位型。动作时，切断总电源开关；动作后，只能手动复位才能使吊笼重新启动，安装在导轨架或吊笼上。.防松绳开关和断绳开关升降机在钢丝绳组的一端设置张力均衡装置，并装有由相对伸长量控制的非自行复位型的松绳开关，如果其中一条钢丝绳出现的相对伸长量超过允许值或断绳时，该开关将切断控制电路，吊笼停车。升降机的对重钢丝绳设置断绳开关。当断绳时，该

42、开关切断控制电路，制动器抱闸。.吊笼门连锁装置吊笼门有电气或机械联锁装置，只有当吊笼门完全关闭后，吊笼才能启动。基础防护围栏门（底笼）上设有联锁开关，只有当吊笼位于底部所规定的位置时，基础围栏门才能开启。3.液压施工升降机的总体设计本课题所设计的施工升降机为不经常繁忙使用，故确定其工作级别为A6级。结构是机械系统的重要组成部分，是各种机构的承载部件，它对保证机械系统的稳定、安全运行起到至关重要的作用，施工升降机机械系统的结构主要包括吊笼和导轨架两部分，它们都是由型钢焊接而成的格构式部件，具有重量轻、承载能力大的优点。本章确定了吊笼的尺寸和材料，导轨架由基础到架设到最高处的主弦杆的直径，保证其自

43、重最轻，安全可靠。吊笼的结构设计与计算吊笼作为提升物品的承重部件，是施工升降机工作过程中运送货物的载体，其上还作用有多种安全导向装置，在工作过程中承受很大的载荷，所以对其承载能力必须严格要求，必须保证具有一定的强度。同时还应尽量减少其重量，以便最大限度的提高提升有效载荷的能力。吊笼为整体框架结构。吊笼结构受力计算a = = 156.7MPa n吊笼底部主要受力构件选择Q235普通碳素钢。根据GB26557-2011选择安全系数为1.50许用应力：a = = 156.7MPa n式中n安全系数；au极限应力(MPa)o最大弯矩:Fq最大弯矩:Fq L 800 x 10 x 1.6Mmax=r-=

44、：=UUN-H1(3.2)式中与一额定载重量(N)L一吊笼宽度(m)要求抗弯截面系数Wz2生牛=5.1cm34n选择受力构件为5号槽钢，其抗弯截面系数为10.4cm3符合弯曲正应力强度条件。其余构件采用L40*40*4角钢。吊笼总重量计算吊笼自重：md=m1+m2=118.6kg(3.3)式中md一吊笼自重(kg)；m14根钢槽质量(kg)；m2-17根角钢质量(kg)。吊笼的总质量：m=md+me(3.4)式中7nti为吊笼自重；me为其他部件质量(吊笼门，钢丝网，安全防坠器)W150kg。故吊笼总质量为：m=md+me=118.64-150Kqmax=1.68L/S(4.12)式中阴加以一

45、同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值，由以上可知最大流量为液压马达的流量1.4L/sK一泄露系数，一般取K=L113,这里取为1.2选用63MCY14-1B型斜盘式轴向柱塞泵4.3.5电动机的选取降机在在整个过程中，系统的压力和流量都在变化，所需功率变化较大，为满足整个工作循环的需求，按较大功率段来确定电动机功率。从整个工况中可以知道升降机在加速上升阶段系统的压力和流量均需求较大，此时,泵的供油压力为Pp=20.5MPa,取泵的总效率诟=0.8,因此，按此工况求出系统的功率为：P=也.=43.05AW（4.13）Up考虑到启动时间较短，而电动机一般允许短时间超载25%,这样电动机功率还能降

46、低一些100P=43.05x=34.44kW（4.14）125选取丫200M-4三相异步电动机，额定功率37Kw4.3.6液压阀的选取选择液压阀主要根据阀的工作压力和通过阀的流量，本系统的工作压力在20.5Mpa左右，所以液压阀都选用高压阀。系统所选各阀见表4.2。表4.2液压阀的选择序号名称最大流量（L/min）选用规格1溢流阀100YF-B20H2单向阀100DF-B20H3电磁换向阀10034DY-B20H-T4平衡阀560FD16FB5节流阀100LF-B20H6单向阀40DF-B10H7单向阀40DF-B10H安全辅助液压阀：1.安全溢流阀安全溢流阀是液压系统中所必需的过载保护元件，

47、系统中安全溢流阀并联安装在液压泵出油口上，以限制液压泵出油口的最大工作压力。液压泵出油口压力因故障而急剧升高时（例如控制阀未正常开启），阀卸荷至油箱。2.防吸空单向阀与安全溢流阀类似，在液压泵出口安装防吸空单向阀。当电动机带动液压泵运转,而控制阀未能正常开启时，液压泵可以从该控制阀侧的防吸空单向阀处吸取液压油，从而保护液压泵不会吸空而损坏。4.3.7管道尺寸的计算管道内径:(4.15)式中q一流经油管的流量孙一在允许的压力损失下允许的液流速度(对压油管道%=5m/s对回油管道%=l.Sm/s对吸油管道%=lm/s系统所选管道见表4.3表4.3系统所选管道管路名称通过流量(m3/s)允许流速(m

48、/s)管路内径(m)实际取值(m)管道壁厚(mm)泵吸油管0.00168V=10.0460.0506.5泵排油管0.00168v=50.0210.0254.5马达进油管0.0014v=50.0190.0253.5马达回油管0.0014v=1.50.0340.0405.54.3.8油箱的容量确定油箱有效容积的确定一般根据泵的额定流量qp进行，本设计时高压系统，故V=7qp=0.7056ni3(4.16)这里根据工作条件比较恶劣，故采用闭式油箱，又考虑到有关部件要装于油箱之上,为安装检修方便，设计油箱尺寸为:800 x1000 x1100。选择液压油：考虑工作环境温度的影响，选用32号抗磨液压油。

49、4.4液压系统性能验算4.1液压管路系统压力损失的计算.沿程压力损失本系统较为简单，可按照最大工作流量Qmax=1.4L/S及最小管径d=25mm来判断流动类型。系统选用选用32号液压油，其运动粘度=32rnm2/s。油在管道中的平均流速为：v=2.85m/s(4.17)-d4雷诺数：udRe=2226.56252320(4.18)V式中v一平均流速(m/s)；v运动粘度(mm2/s)。故油在管路中呈层流状态，其沿程阻力系数为：7cl入=丁=0.034(4.19)Re则沿程压力损失为：际=/丝=19.52xl(PPa(4.20)式中，一管道长度(m)；p液体密度(kg/m3)o.局部压力损失局

50、部压力损失包括通过管路中折管和管接头等处的管路局部压力损失Api，以及通过控制阀的局部压力损失其中Api相对来说小得多，故主要计算通过控制阀的局部压力AP2损失。局部压力损失的计算见下表4.4。表4.4局部压力损失计算项目计算式结果单向阀ApfiQiPA=AP”(1)%0.18MPa电磁换向阀Apeq2=APsz(：)%20.27MPa平衡阀APG取P&=APS3()%30.09MPa总局部损失Pf=APa+即八+APfi0.51MPa注：式中qi、生、93通过各阀阀的实际流量（L/S）；%、q$3一各阀的额定流量（l/s）；Psi、ApS2APS3各阀在额定流量下的压力损失（MPa）o4.4

51、.2系统发热温升验算液压系统工作时，液压泵和执行元件存在着容积损失和机械损失，管路和各种阀类元件通过液流时要产生压力损失和泄漏。所有的这样损失所消耗的能量均转变成热能，使油温升高。连续工作一段时间后，系统所产生的热量与散发到空气中的热量相等即达到平衡状态，此后温度不再升高。不同的主机，因工作条件与工况的不同，最高允许油温是不同的，系统发热温升的验算，就是计算系统的实际油温，如果实际油温小于最高允许温度，则系统满足要求。系统中散发热量的元件主要是油箱。系统单位时间的发热量：=pi-P2=16.27kW（4.21）式中Pi液压泵的输入功率（kW）：P2一系统的输出功率（kW）系统温升：T=-=25

52、.1（4.22）CtA式中。为油箱散热系数小卬/6？.），这里取Cy=110 x10-3；A为油箱散热面积,油箱尺寸为箱0 x1000 x1100,故面积A（nf）近似为：A=0.065*=5.9巾2（4.23）故：T=T2+AT=55.180（4.24）7为最高允许油温B为环境温度（），这里取72=30所以油箱散热达到要求。5液压系统图图4.2液压系统图1-过滤器2-电液比例变量泵3-单向阀4-溢流阀5-三位四通电磁换向阀6-平衡阀7-液压马达8-制动液压缸9-曳引轮10-单向节流阀6液压系统工作原理当吊笼未工作时，液压油经过过滤器，变量泵，单向阀，电磁换向阀油口P连T,油液回到油箱，平衡阀

53、关闭吊笼不会自行下滑。当PLC控制器收到指令，吊笼开始上升，此时换向阀P接A,B接T,油液带动液压马达转动。当吊笼下行时，电磁阀油口P接B,A接T,带动液压马达反向旋转。完成吊笼的上下运行。PLC控制系统的设计电气控制系统在液压升降平台中的应用在电气控制系统上，首先介绍PLC。PLC指的是可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController,简称PLC)。PLC的发明是可以用来取代传统继电器控制装置。自六十年代以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。另外，随着用户对PLC的要求越来越高，PLC的功能也在不断完善，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动

54、控制等功能，到目前为止，PLC的通信功能已经很强大。其次，在电机控制领域的最大变革就是变频器的诞生。变频器的主要作用是实现平滑控制电动机转速。变频器使得原来比较复杂的调速控制系统变得简单化，降低了维修率，缩小了体积。最后，触摸屏技术。触摸屏技术是一种新型的人机交互输入方式，与传统的面板控制系统相比，触摸屏技术有很大的优点就是可以实时监控运行中的各种信息。配合识别软件,触摸屏还可以实现手写输入。目前触摸屏已经由单点触屏发展到实现多点触屏了。本次液压升降平台采用的就是这三种种主要的技术。(1)工业化程度高，触摸屏控制，功能齐全、工作效率高、运行定位准确。(2)变频控制，运行稳定，放置由于过载引起的

55、电机损坏。(3)提升机的电机电流监控，跑偏检测，急停控制，电机刹车等功能，使得电气控制系统的安全性和可靠性大大提升。图5.1西门子PLC图片首先在典型的控制器（传统的模拟电路控制、PLC电路控制、单片机电路控制和计算机控制）中选用PLC控制系统。因为PLC变成比较简单，采用类似继电器控制系统图的梯形图语言，易学易懂，而且，PLC有较强的可靠性和抗震、防潮、耐热等能力。本设计以西门子PLC（S7-200）为控制核心，结合模拟量输入输出、电磁阀、液压制动器、电液比例变量泵及上位工控机等，设计液压升降平台控制系统。其中人机界面替代传统控制按钮面板，节省了面板空间，并能详细的监控系统运行，系统结构如上

56、图所示。系统运行说明：上位机（人机界面）与PLC通讯，并对S7-200进行数据检测和运行控制；人机界面里的按钮可以控制启动提升机；PLC可以通过模拟量输出4-20mA的电流给电液比例变量泵，控制液压升降平台的速度；同时PLC能够通过接近开关检测平台运行过程的位置信号。图5.2西门子PLC5.3.1PLC简介PLC（ProgrammableLogicController,可编程逻辑控制器），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一

57、般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成三个阶段称为一个扫描周期。在整个运行过程中,可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复上述的三个阶段。德国西门子自动化生产的可编程序控制器在我国的应用也很广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子集团的PLC产品包括LOGO、S7-400、S7-300、S7-200、工业网络、人机界面、工业软件等。其中西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，并且具有网络通信能力，所以功能更强，可靠性更高。S7系列的PLC产品主要可分为微型PLC（如200系列），小规模性能要求的PLC（300系列）和中、高性能要求的PLC（400系

58、列）等。S7-200是一种小型的可编程序控制器，可以适用于各行各业，在各种场合中实现检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的相当强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。所以S7-200系列具有极高的性价比。0四开大0四开大肘干谆时网电蹩成EMCPU本体内*依调可用千，新翻1人值 w e改改值图 5.3 S7-200S7-200系列的PLC非常经济适用，性价比很多，已经广泛的替代传统的继电器控制系统，升级到自动控制系统。在自动控制系统中充分发挥重要的作用。S7-200系列PLC的应用领域也相当的广泛，覆盖了大部分工业领域，如：各种机械、机床、环境保护、民用设施、电力设

59、施设备等等。本系统选用CPU224XP,可连接最多七个扩展模块，最大扩展值至168个数字量输入输出点或38个模拟量输入输出点。2个lOOKHz的高速脉冲输出端口，RS485通讯口，与PPI协议，MPI通信协议和自由方式通讯能力。该机还加入了各种功能，如内置的模拟I/0,数字控制功能，PID自整定功能，数据记录和配方功能。具有模拟I/0和强大的控制能力。主要用于控制系统的更高要求，更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的速度和更强大的综合特殊功能。一些复杂的，可以完全适应中小型控制系统。图5.4应用扩展块5.4软件设计本设计选用的PLC型号为CPU226DC/DC/DC继电器24入16出。

60、CPU226本体有两个通讯口、2路模拟量输入、1路模拟量输出。根据系统功能，对PLC的I/O点进行定义，如下表：aSymbolAddressComment1l_001_ESI0.0急停按钮2l_002_Reset10.1复位按钮3L003_RunI0.2运行按钮4al_002_StartPosI0.3起点信号5al_003_EndPosI0.4终.点信号6l_004_DecPoSI0.5减速点信号7890_001_Pow0nQO.O控制电源上电100_002_AlarmQ0.1报警输出110_003_ValvellpQ0.2上行电磁阀120_004_ValveDownQ0.3下行电磁阀130_