【液压升降平台设计7500字（论文）】

19液压升降平台设计摘要设计液压升降平台的目的是为了推进先进生产力，追随时代的脚步，从而在工作效率的角度来降低员工工作时的工作强度，由机械工作代替人工劳动，既使得工作进程更加的快速高效又降低了原始人工作业时的风险。目前国家正在积极发展先进技术，将过去的中国制造向中国智造转型，这要求我们的技术需要与时俱进，紧跟时代发展。过去企业对于液压升降平台的要求比较低，只要能够做到正常使用，即可满足要求。但是现在各项技术在不断突破，反观过去的升降装置已经不能够继续满足部分企业的要求了。液压系统是控制整个液压升降平台的灵魂之处，因此本设计主要着手研究液压系统的设定以及液压升降平台的机械构成。关键词：液压升降平台；液压系统；机械构成目录1绪论 11.1研究背景 11.2课题研究目的 11.3课题的意义 11.4国内外发展现状 22工艺参数的设定及升降平台的原理分析 42.1工艺参数的设定 42.2升降平台的原理分析 43升降平台组成结构的设计 53.1升降平台的结构组成 53.2液压升降平台顶端与底部设计 53.2.1液压升降平台顶端的结构设计 53.2.2液压升降平台的底部设计要求 63.3支架的结构设计 64液压系统的设计 94.1液压系统的设计要求 94.2执行元件的选择 94.3执行元件的速度和载荷计算 94.3.1执行元件的速度 94.3.2执行元件的载荷计算 104.4液压系统参数确定 114.4.1液压缸内径的设定 114.4.2活塞杆直径的设定 124.5活塞和活塞杆的设定 144.5.1活塞和活塞杆的结构 144.5.2活塞和活塞杆的加工要求 154.6液压系统原理图 16总结与展望 17参考文献 181绪论1.1研究背景液压升降平台是现代企业生产中应用及其广泛的一类工具，它具备占地面积小，承载能力强，使用简单方便等优点。目前国家在和国际接轨，在国外技术在日益发展的情况下，国家需要采取措施来应对如此严峻的形式，若不对落后的生产力做出改变，我们就会与世界脱轨，被发达国家甩开。因此我们要将液压升降机做到新的高度，并且不断的完善他的缺点，让它能够随着企业的不断扩大、应用的不断扩展，能够做到匹配新的作业环境、作业强度、作业需求，从而使得液压升降平台能够一直满足生产行业的使用需求，不会被高速发展的经济所淘汰。在国家的大力支持下，我们需要在原先的技术上不断进行改进，设计出符合先进生产力的产品，让液压升降平台投入到国家的各项基本建设的使用中。1.2课题研究目的为了将所学的液压气动与传动技术设计出一款适合日常生产的液压升降平台并将其投入到实际的生产过程中。将四年大学时光里所有学过的专业知识全部展现在这次的设计当中，本文主要围绕液压系统和基本的机械构造进行设计，加强对所学的专业知识的巩固。其中理论力学、材料力学、液压与气压传动是本设计的主要运用专业知识，通过参数设定、建模、数据运算，并且不断地改进，最终将完善的液压升降平台设计出来。毕业设计让我们知道怎样独立设计一件实物，让我们在设计中汲取经验，将实践的经验运用到日后的工作或者学习当中。在我们设计产品的过程中，会遇到许多问题，在解决问题之前要首先提出假设，勇于想象、并及时推翻之前错误的系统思维，凡事先破后立，只有不断的否定陈旧的思想，才能不断地巩固与加深理论知识的合理运用，每当我们以后需要运用同样的专业知识去处理问题时，我们就能想起之前跌倒的原因，才能够用过去警醒自己：同样的问题我们不能失误第二次。所以这次毕业设计的目的有很多，不仅仅是对自己专业知识的考验，也是考验自己应变问题的能力，在结束大学学习之后，我们需要步入工作或者继续深造。在继续深造的过程中，我们需要熟悉基础的专业知识并为以后学习深奥的知识做好铺垫。1.3课题的意义首先面对日益发展的生产力，更多的企业需要更为便捷、高效的液压升降平台，因此设计出高效的液压升降平台是大势所趋，是顺应国家号召的强有力支持、也是我们的内在动力。新的时代赋予先进生产力更多的意义，便捷高效的液压升降平台可以给我们这个节奏快速的社会减少很多不必要浪费的时间。以前人们设计是朝着实用方向考虑的，而如今这个时代仅仅拥有实用这一特性已经完全不能满足我们的作业要求了，设计出舒适、可靠的的性能更为重要。因此在设计方面的创新更加刻不容缓，在作业时需要在合适的高度能够进行自行固定，承重能力也要更强。以前的平台上方可能只能进行单人操作，其工作效率远不及多人配合高效，因此能够设计出一个可供多人作业的液压升降平台是极其有必要的，其相较于过去的设备更加能够被广大企业受用。极强的操作性能使得其推广速度更快，更能被操作人员接受。随着扩展范围的加快也更有利于使用者远多于多于以前，更多的使用者也更能反馈给设计者一个更有权威的建议，只有使用者普遍给我们提供的反馈才是我们迫切需要再改进的地方，及时改进不足，才能形成良性循环、相互促进。相比于之前的课程设计这次的毕业设计专业性更强，课题更贴切于实际，它的灵感源于我们身边是我们能够接触到的东西。因此设计此课题是对于我们自身最合适的锻炼，它更全面、更贴合生活、更容易被我们理解。它可以与老一代产品进行比较，如果没有过去的更合适，我们可以吸取过去产品的优秀之处，反思我们的缺点并作出合理改进。再反观我们作为设计者，通过老师给我们随机出的课题也可以考察我们自己的设计能力是否完备，遇到无法用过去所学专业知识解决的我们会去主动查阅文献，了解更多前沿科技，以及更多课本上未涉及的设计计算方法。这可以促进我们吸收更多先进技术，了解许多前沿科技，使我们对钻研机械这里学科领域更有兴趣。国家需要更多具有科研能力的学者，许多人在大学期间学习的专业知识如果不进行实践永远不会了解这其中的奥秘，只有通过自己的努力付出，才会有完成之后的欣喜。1.4国内外发展现状1.4.1国内发展现状根据本课题的主要研究对象，液压技术的产生是在上个世纪50年代前后在中国研究界开始发展的，它落后于西方发达国家之后很长一段时间。而液压元件在国内的众多领域占有着一席重要地位，因此为了摆脱国外对于技术上的垄断，国家提倡自主研发技术，争取做到技术能够独立自主。目前有一大批科研人员在这个机遇并存的时代里坚持不懈的研究与发展新技术，他们在努力摆脱国外对技术的控制，在未来的一段时间内，国内还是要不断研究技术并且我们在技术研发的道路上还有一段较长的路程。1.4.2国外发展现状西方发达国家先进行工业革命，他们对于技术的研究起步很早，因此他们的技术处于相对成熟的阶段，他们能够运用先进的液压技术解决许多难以攻克的难题，并且通过制造先进的液压元件销售全球达到垄断的地步。在21世纪开始后几年，新产品的发展势头极为迅猛，随着科技的不断进步，商品经济的高效率让国际社会已经不满足于过去的传统液压升降产品，他们急需一种能够安全、高效、节能的新产品来提高自己的生产水平。在21世纪之前美国是液压升降平台的主要生产大国，但是随着日本和西欧技术的崛起，于是出现了两种新型的液压升降产品，这两种液压升降平台的特点是不同的，它们更适合于企业的多方向选择，并且技术更为先进，更符合目前的发展形势。新型产品的出现使得美国在液压升降产品龙头的地位受到了压制，出现了美国、日本和西欧的共同制衡。但是作为经济强国的美国，他不甘心于经济霸主的地位受到威胁，于是特雷克斯升降机公司也在慢慢崛起并且在世界顶级公司里也占有一席之地。在原先的液压升降平台出口国中，日本是头号生产大国，并且它的产品出口质量很高，但在上个世纪70年代，由于美国的制裁，日本在整个工业领域的地位受到了动摇。因此日本在制造业的产量直线下降，并且日本国内的需求量也降低为每年3000台。2工艺参数的设定及升降平台的原理分析2.1工艺参数的设定此液压升降平台的相关工艺参数为：额定载荷：2000kg最低高度：150mm最大起升高度：1450mm最大高度：1600mm平台尺寸：3000x2000mm电源：380v,50Hz2.2升降平台的原理分析起始阶段液压升降平台的上下两端面贴合在一起，通过给液压缸注油，活塞杆伸长给支架一个斜向上的驱动力，迫使支架做不完整的圆周运动从而达到支架直立的效果，从而使得与支架相连接的顶端平面向上移动，实现货物的向高处运输。当平台进行固定高度时，液压缸不再进行给油，负载不再进行变化，因此平台能够在固定高度维持稳定，让人员进行正常的作业。在平台下降的时候与上升原理大致相同，与一开始给油相反要达到下降的目的液压缸要回收油量，使得活塞杆缩短，给支架一个斜向下的拉力，迫使支架做与上升时方向相反的圆周运动，从而达到平台下降的目的[1]。平台3升降平台组成结构的设计平台3.1升降平台的结构组成液压缸液压缸支架支架2121图3-1升降平台的结构组成图3-1为该液压升降平台的主要构成框架，其中液压缸承担着本机构的动力传输装置，支架之间的铰链起到连接各个部分的节点。支架的采用需要考虑到原先设定的承载负荷，需要符合材料的强度范围。支架起到力的传输作用，它将液压缸传达出来的力均匀的传输到每一根支架上，再由顶部的平台承担受重部件，通过平台表面力的均匀受重，在各个节点形成均布载荷，使得平台工作更为安全可靠，并且延长液压升降平台的使用寿命[2]。液压升降平台的总重力传输到底座，其中总重力包含整个升降机的重量和平台顶部承受的重力，因此要将底部的设计类比顶部平台的设计，不让底座因为长期工作而变形造成意外。液压升降平台由这些组件共同连接，他们之间合理的配合方可实现液压缸的正常工作。3.2液压升降平台顶端与底部设计3.2.1液压升降平台顶端的结构设计平台顶部起到承载重物的能力，因此平台材料的选择需要能承受足够大的压力，故应采用焊接的热轧钢来制作内部结构，外部则由3000x2000mmx3mm的普通高强度钢板制作。顶部平台的结构如下所示：图3-2顶部平台结构图分析：设计此平台的纵向由六根10号热轧钢，横向由四根16号热轧钢制作而成。16号热轧槽刚的设定值为=,它的截面面积是，设定质量为，它的抗弯截面系数是。10号热轧槽刚的设定值为=,它的截面面积是，设定质量为，它的抗弯截面系数是[3]。故计算每一部分的质量：横向16号热轧钢的总质量为：横向10号热轧钢的总质量为：四周普通高强度板的质量为：3.2.2液压升降平台的底部设计要求液压升降平台的底座是整个机构中承重最大的部件，但是考虑到设计它的主要因素就是强度，因此只要所选材料能够满足所需要的工作强度并且不会发生变形即可。3.3支架的结构设计此液压升降平台主要由八根支架通过铰链连接来传输动力，每根支架的大小、形状相同，在设计支架的时候考虑到后期的连接与装配，因此它们中间的横截面为矩形，并且支架两端为圆柱状结构[4]。支架作为连接平台和底座的桥梁，需要确保其连接处在运行期间不发生形变，因此需要考虑到其刚度和强度的设定。设支架端面的压力是N，列出下列方程：求得：N=3848N该支架结构在运算时候属于力学中的超静定问题，不方便计算，因此要稍做简化处理，将主要受力进行分析，再进行求解。此时支架所受外力主要为液压缸给与的向上推力还有顶部平台施加的压力。因此，在做完简化处理后取一节支架来绘制其受力简图：图3-3支架的受力简图弯矩计算公式：M=NL（3-1）N为每个支架的支点对上顶板的作用力单位：NL为活塞杆与支架连接处到地面固定支点之间的长度单位：m设每根支架为矩形截面长为a,宽为b，则其强度应满足以下公式：代入数据得：设每根支架为矩形截面长为a,宽为b，则其强度应满足以下公式：（3-2）（3-3）W为矩形截面的抗弯截面系数（3-4）则选材为屈服极限为235MPa的碳素钢将数据代入：解之得：总结：当，a，b分别取时，算得满足构件的强度要求[5]。故可以算出支架总质量为：4液压系统的设计4.1液压系统的设计要求本设计中最为关键的就是对于液压系统的设计，因为它在此机构中作为动力输出部分，往往液压升降平台能否正常运行就在于液压系统是否合理。其组成结构也要足够简单方便，在工作过程中也要确保安全性足够高。以下是经过分析给出的初步设计要求：液压升降平台的最大设定参数负载为2000kg，故当它作业时，它的负载范围是0～2000kg。在工作时不能有颠簸感，要运行平稳，对于它的工作精度没有硬性要求[6]。4.2执行元件的选择因为机构中活塞杆的工作行程较短，因此宜采用参数为短行程的活塞缸。鉴于活塞杆需要做往复运动，于是可以选择双作用单活塞杆无缓冲式液压缸，下图是它的符号：图4-1执行元件活塞缸的安装方式：采用耳环型安装，用螺钉将液压缸的端盖与耳环型安装配件固定在一起。如图3-1所示，要在两固定支架中间链接液压元件。4.3执行元件的速度和载荷计算4.3.1执行元件的速度起初设定最大起升高度参数为1450mm，假设活塞杆从起始运动到运动至末端停止时需要的时间为45s，再给液压升降平台一个升降时间一个范围：最短时间是40s,最长时间是50s，通过给出的参数，我们来计算活塞杆的运行速度v:（4-1）方程中：v是活塞杆的运行速度单位：m/sl是液压缸的工作行程单位：mt是运动时间单位：s当时间t=40s时：Vmax==0.01325当时间时：Vmin分析：活塞杆的运动速度在液压升降平台工作过程中基本为一个定值，这使得活塞杆在大部分的工作时间里做的是匀速运动，它能给站在平台上方的操作人员一个稳定的作业环境。再进行小范围的分析，在液压升降平台起始阶段，速度从0开始增加，此时它是做加速运动；在平台即将到指定的工作高度时，它需要减速制动，故其需要做减速运动。由于其两次加速度都不大，所以对于操作人员没有影响，可以达到一个工作全程都很平稳的效果[7]。4.3.2执行元件的载荷计算在活塞杆做抬升运动时，油缸需要给油，因此活塞杆需要克服液压来进行工作。接下来对它进行受力分析：阻碍活塞杆运动的切削力F切，各个零部件之间的摩擦力F摩，密封装置的阻力F密，惯性力F惯，回油腔里产生的阻力F背，由所给公式分析，求它的最大牵引力就是求出它所的阻力之和，以下是公式分析：F=F切+F摩+F密+F惯+F背（4-2）解析：（1）阻碍活塞杆运动的切削力：妨碍活塞杆正向工作的阻力，在此机构中是平台的整体负重以及所有支架和平台顶板的质量之和：它的计算方程是：F切=F额载+F支架+F上顶板（4-3）F摩=μG=μ（m1+m2+m3+m4）g+μG额载（2）摩擦力：运动过程中组件间的摩擦力，取μ=0.15F摩=μG=μ（m1+m2+m3+m4）g+μG额载其具体计算式为：（4-4）F密F密=0.03FF密=fpF密=fpπdh1Y形密封圈：（4-6）元素分析：f是给定的摩擦系数，取f=0.01p是在工作时，密封处的压力单位：Pad是密封处的直径单位：mh1是密封圈的有效高度单位：m（4）起始、结束和转向阶段产生的惯性力：它的计算方程是：F惯=maF惯=ma=Gg×ΔvΔt元素分析：G是运动部件总重力单位：Ng是重力加速度单位：Δv是启动或者结束时的速度变化量单位：m/sΔt是起始或者结束所需要的时间单位：s因为本机构可以移动，故，设计本机构取（5）回油腔里产生的阻力：为了方便设计计算，故简化方程：F=F切F=F切+F磨+F密+F惯==（m1+m2+m3+m4）g+G额载+μ（m1+m2+m3）g+μG额载+计算得=40KN在起初设定此液压升降平台时给定的额定载荷参数是2000kg，并且在设计此机构的前提中考虑到平台一旦开始升降就不能继续增加或减少顶部平台承担的压力，这就表明所承受负载在工作时无变化，其受到的是额定负载[8]知识工程以知识为处理对象，把多种信息关联在一起，主要专家系统、人工智能提供知识表达、知识获取和知识重用的技术和方法。基于知识工程的升降平台快速设计技术就是知识工程技术和计算机辅助设计的综合运用。它将行业或企业中专家的技能通过知识工程技术运用到快速设计系统中，采用了知识工程技术为工程问题提供了最佳的解决方案REF_Ref14262\r\h[9]。表4-4液压缸的牵引力和工作压力之间的关系4.4液压系统参数确定表4-4液压缸的牵引力和工作压力之间的关系牵引力F（KN）<55-1010-2020-3030-50>50工作压力P（MPa）<0.8-101.5-22.5-33-44-5>5-7通过上一节的分析可知，液压缸的的牵引力既是液压缸工作时所需要克服的阻力，通过结论：牵引力为40KN，由图表可知工作压力是4.5MPa。4.4.1液压缸内径的设定通过以下公式来计算液压缸内径：（4-9）解析：D是液压缸的内径单位：mF是推力单位：NP是工作压力单位：MPa是液压缸的机械效率取值为：0.95将以上数据代入：D==0.083m算得D=83mm，为了方便安装取值为D=90mm分析：这里将设计的内径值取大的原因是，在液压缸内装入活塞杆，但是活塞杆与液压缸之间还有其他零件需要装填。并且生产零件的厂家都是有标准的，所以取值需要取标准件的参数。4.4.2活塞杆直径的设定（1）当活塞杆受拉时：当活塞杆受压时：当液压升降平台进行工作时，受到的压力值为：p=4.5MPa,取。（2）活塞杆的强度计算经过分析可知：在工作条件稳定的条件下，可以将活塞杆近似看为直杆进行计算。（4-10）解析：F是活塞杆所受力单位：Nd是活塞杆的直径单位：mσ是许用应力单位：MPa活塞杆的材质：45号钢代入数据计算：=6.3MPa<因此活塞杆的强度满足要求。（3）活塞杆的稳定性校核因为活塞杆不受偏心力的影响，故可以把活塞杆和液压缸当作一个整体来进行考虑计算：时，（4-11）参考其两端用铰接固定，根据给出的参数进行计算：（4-12）赋值得：列出校核方程：（4-13）将以下数据带入：L=1.06m解之得：=371KN分析它的稳定条件：（4-14）解析：是稳定安全系数，一般范围=2~4设=3F是液压缸受到的推力N解之得：=123KN经过校核发现其满足稳定性要求[10]。4.5活塞和活塞杆的设定4.5.1活塞和活塞杆的结构(1)活塞的结构设计此液压升降平台，选用如下结构的活塞：1导向环2密封圈3活塞图4-2活塞结构图（2）活塞杆以下的活塞杆的外部结构：图4-3活塞杆外部结构以下是它的内部结构：1卡环2弹簧圈3轴套4活塞5活塞杆图4-4活塞杆内部结构1卡环2弹簧圈3轴套4活塞5活塞杆4.5.2活塞和活塞杆的加工要求（1）活塞的加工要求活塞的选材一般可用45号钢，活塞的外径公差为，其表面粗糙度一般在。（2）活塞杆的加工要求与活塞的选材一样，活塞杆的材质也可选用45号钢，根据活塞采用的公差为f8，活塞杆可以选择与之相配套的，它的表面粗糙度要小于，硬度为[11]。4.