20英尺雙叉式液壓升降臺(tái)液壓部分畢業(yè)設(shè)計(jì)

東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)院東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)生姓名陳曉軍班級(jí)C04機(jī)械3班專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師史曉敏2008年6月5日20英尺雙叉式液壓升降臺(tái)液壓部分設(shè)計(jì)陳曉軍東海科學(xué)技術(shù)學(xué)院,浙江舟山316004摘要針對(duì)空港自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)用20英尺液壓升降臺(tái)的市場(chǎng)需求和技術(shù)背景，并汲取國(guó)內(nèi)外液壓升降臺(tái)好的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)在設(shè)計(jì)中采用油缸斜置剪刀式升降臺(tái)結(jié)構(gòu),并對(duì)雙叉式液壓升降臺(tái)的設(shè)備總體的構(gòu)成、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)行了分析。其中,還介紹了液壓升降臺(tái)的背景，詳細(xì)分析和比較了液壓升降臺(tái)的各種傳動(dòng)方式及其優(yōu)缺點(diǎn)，探討了液壓升降臺(tái)的發(fā)展方向與趨勢(shì)，闡述了機(jī)電液一體化技術(shù)在升降臺(tái)機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用前景。再對(duì)液壓驅(qū)動(dòng)單元中主要技術(shù)作了詳細(xì)的分析和說(shuō)明。對(duì)液壓同步控制進(jìn)行了分類與比較，并對(duì)液壓同步閉環(huán)控制的原理與其在液壓升降臺(tái)中的應(yīng)用作了論述。在實(shí)際計(jì)算說(shuō)明過(guò)程中，對(duì)電液比例控制在系統(tǒng)中的功能和作用進(jìn)行了說(shuō)明，重點(diǎn)分析了采用電液比例同步控制系統(tǒng)的同步誤差與閥控馬達(dá)回路的動(dòng)態(tài)特性，并討論了液壓系統(tǒng)性能參數(shù)與機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)的關(guān)系。同時(shí)，對(duì)液壓泵站的設(shè)計(jì),包括液壓油箱、液壓泵裝置及液壓控制裝置三大部分進(jìn)行分析。并對(duì)液壓升降臺(tái)密封系統(tǒng)選擇和設(shè)計(jì)。這樣保證了設(shè)備的總體的穩(wěn)定性，提高了設(shè)備的可靠性，得到了比較理想的結(jié)果。關(guān)鍵詞雙叉式液壓升降臺(tái)；液壓系統(tǒng)同步控制；液壓泵站ABSTRACTSTOMEETAIRPORTAUTOMATIONWAREHOUSINGWITHTHEHYDRAULICLIFTTABLEDEVELOPMENTSTENDENCYANDTHEREQUEST,ANDDERIVESTHEDOMESTICANDFOREIGNHYDRAULICPRESSURELIFTTABLEGOODDESIGNEXPERIENCETHISDESIGNUSESTHECYLINDERTOTILTTHESTRUCTURESCISSORSTYPELIFTTABLE,ANDTOTHEBIFURCATIONTYPEHYDRAULICPRESSURELIFTTABLESEQUIPMENTOVERALLSCONSTITUTION,THEHYDRAULICPRESSUREDRIVINGSYSTEMANDTHEMECHANICALDRIVESYSTEMSTECHNOLOGYHASCARRIEDONTHEANALYSISTHEREINTO,THEHISTORYFACTSOFHYDRAULICPRESSURELIFTTABLEWEREDISCUSSEDFEATURESOFVARIOUSSTAGESWERECOMPAREDTHEDEVELOPINGTRENDSOFITANDTHEUTILIZATIONOFHYDRAULICDRIVINGSYSTEMWEREDISCUSSEDINTHEHYDRAULICUNIT,ITPUTADETAILEDDESCRIPTIONOFITTHETECHNICOFHYDRAULICSYNCHRONICLOOPCONTROLWEREDISCUSSEDINTHECALCULATINGPROCESS,THEFUNCTIONOFLIQUIDPROPORTIONCONTROLWASDISCUSSED,ESPECIALLYTOTHESYNCHRONICCONTROLSYSTEMANDTHEDYNAMICCHARACRTEROFSYNCHRONICERRORANDTHEMOTORCIRCUITITALSODISCUSSEDTHERELATIONSHIPBETWEENTHEHYDRAULICSYSTEMPARAMETERANDTHETRANSMISSIONSYSTEMATTHESAMETIME,TOTHEHYDRAULICPRESSUREPUMPINGSTATIONSDESIGN,INCLUDINGTHEHYDRAULICFLUIDTANK,THEHYDRAULICPRESSUREPUMPUNITANDTHEHYDRAULICCONTROLINSTALLSTHREEMAJORPARTCARRIESONTHEANALYSISANDTOHYDRAULICPRESSURELIFTTABLEFULLPRESSURESYSTEMCHOICEANDDESIGNLIKETHISHADGUARANTEEDEQUIPMENTSOVERALLSSTABILITY,ENHANCEDEQUIPMENTSRELIABILITY,OBTAINEDTHEQUITEIDEALRESULTKEYWORDSDOUBLEFORKTYPEHYDRAULICLIFTTABLEHYDRAULICSYSTEMYNCHRONIZATIONCONTROLYDRAULICPUMPINGSTATION目錄前言1第1章液壓升降臺(tái)的概述211液壓升降臺(tái)技術(shù)背景212液壓傳動(dòng)技術(shù)在升降臺(tái)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用5第2章液壓升降臺(tái)液壓部分方案設(shè)計(jì)821液壓升降臺(tái)總體構(gòu)成822液壓升降臺(tái)總體設(shè)計(jì)8第3章液壓驅(qū)動(dòng)單元分析與設(shè)計(jì)1431液壓同步控制的精度1432液壓缸的設(shè)計(jì)19321液壓缸主要尺寸的確定19322液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2433液壓閥的選擇36第4章液壓泵站的設(shè)計(jì)3741液壓油箱的設(shè)計(jì)3742液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)47第5章潤(rùn)滑與密封系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選擇5051潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5052密封系統(tǒng)的設(shè)計(jì)52小結(jié)55致謝56參考文獻(xiàn)57前言進(jìn)入21世紀(jì)以后,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和需求的提高,對(duì)物流行業(yè)提出越來(lái)越高的要求,雙叉式液壓升降臺(tái)越來(lái)越不僅局限應(yīng)用于倉(cāng)庫(kù)、機(jī)場(chǎng)、車站、碼頭等地,更廣泛的應(yīng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)流水線。目前國(guó)內(nèi)在倉(cāng)庫(kù)、機(jī)場(chǎng)、公路、港口等地常采用集裝箱裝卸作業(yè),由于集裝箱很重,有24T20英尺、30T40英尺,各裝卸點(diǎn)均用大型鋼絲繩起吊機(jī)械或?qū)Ｓ眉b箱起吊設(shè)備。上述設(shè)備體積大,造價(jià)高,而且僅能在一定范圍內(nèi)工作。因此造成集裝箱運(yùn)輸拖車到達(dá)目的地后,因無(wú)專用起吊設(shè)備不能立即卸下只能打開門卸貨,既延誤運(yùn)輸往返時(shí)間,又不利于集裝箱循環(huán)使用。使集裝箱運(yùn)輸快捷、高效、安全、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)越性受影響,降低了門對(duì)門運(yùn)輸?shù)谋嚷?。也有用汽車起重機(jī)裝卸,但由于集裝箱重,需用兩臺(tái)汽車起重機(jī)一起裝卸,既不方便,又增加了裝卸費(fèi)用。為了解決以上問(wèn)題，現(xiàn)要求設(shè)計(jì)雙叉式液壓升降臺(tái)來(lái)彌補(bǔ)了上述不足,雙叉式液壓升降臺(tái)主要由底框架、雙叉式升降支撐桿、液壓系統(tǒng)和裝置及工作臺(tái)組成。液壓升降臺(tái)是靠液壓缸提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)的升降,由結(jié)構(gòu)原理和工作特點(diǎn)所決定,在工作臺(tái)攜帶著貨物和工件上升時(shí),需要液壓缸向其提供驅(qū)動(dòng)力,即液壓缸輸出能量,把機(jī)械液壓能轉(zhuǎn)換成勢(shì)能而在工作臺(tái)攜帶著工件下降時(shí),重物的勢(shì)能將被釋放出來(lái)。這種勢(shì)能如果不能有效地回收利用,則會(huì)造成能量浪費(fèi)。這種能量浪費(fèi)對(duì)于小型升降臺(tái)來(lái)說(shuō)尚不顯嚴(yán)重,但對(duì)于載重和舉升高度較大、需頻繁工作的升降臺(tái)機(jī)型來(lái)說(shuō),就非?？捎^了。對(duì)于此類機(jī)型,在設(shè)計(jì)其液壓系統(tǒng)時(shí),應(yīng)考慮勢(shì)能回收,把工作臺(tái)下降過(guò)程中釋放出的勢(shì)能轉(zhuǎn)變成液壓能,并在上升時(shí)加以利用,以減少無(wú)用功的消耗,提高能量的利用效率,并同時(shí)達(dá)成使系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、工作安全可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、便于設(shè)計(jì)和應(yīng)用。東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系C04機(jī)械3班陳曉軍二八年六月第1章液壓升降臺(tái)的概述11液壓升降臺(tái)技術(shù)背景我國(guó)的升降臺(tái)一般分為液壓升降臺(tái)和機(jī)械升降臺(tái)兩種類型液壓升降臺(tái)主要是油缸斜置結(jié)構(gòu)的剪刀撐式升降臺(tái)如圖11以及油缸垂直直頂結(jié)構(gòu)的油缸直頂式升降臺(tái)，油缸直頂式升降臺(tái)由于其要求基坑深度特別深且油缸太長(zhǎng)、成本高，在國(guó)內(nèi)目前還沒有廠家生產(chǎn)這種類型的升降臺(tái)國(guó)內(nèi)液壓升降臺(tái)普遍采用剪刀撐式升降臺(tái)，這種類型的液壓升降臺(tái)占用基坑淺，是中小型升降臺(tái)優(yōu)先選用的一種驅(qū)動(dòng)形式，但由于其結(jié)構(gòu)上固有的一些原因，特別在大行程要求下受到較大的限制，無(wú)法滿足現(xiàn)代機(jī)械高速、重載、大行程的要求。另外，液升降臺(tái)由于受國(guó)產(chǎn)液壓元件可靠性、穩(wěn)定性的限制也影響到該類設(shè)備的應(yīng)用前景。圖11液壓升降臺(tái)傳統(tǒng)的機(jī)械升降臺(tái)通常都是采用一臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)通過(guò)長(zhǎng)地軸至減速器一絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)或齒輪齒條傳動(dòng)、鏈條鏈輪傳統(tǒng)、鋼絲繩牽引等來(lái)實(shí)現(xiàn)升降臺(tái)的運(yùn)動(dòng)如圖12，機(jī)械升降臺(tái)相對(duì)于液壓升降臺(tái)而言，總的說(shuō)來(lái)，它彌補(bǔ)了液壓升降臺(tái)的主要缺陷，但機(jī)械升降臺(tái)設(shè)備要求基坑較深，而且由于這種傳動(dòng)形式的傳動(dòng)。鏈較長(zhǎng)，所以驅(qū)動(dòng)機(jī)功率大、效率較低，在安裝、調(diào)試過(guò)程中要求精度較高，最主要的是一般在臺(tái)面形狀為矩形、圓形等規(guī)則形狀的場(chǎng)合使用，不便于在不規(guī)則臺(tái)面形狀的場(chǎng)合下布置傳動(dòng)。圖12鏈傳動(dòng)機(jī)械升降臺(tái)而國(guó)際上目前己有先進(jìn)的螺旋升降器為驅(qū)動(dòng)單元，多驅(qū)動(dòng)單元組成大型升降臺(tái)升降驅(qū)動(dòng)的設(shè)備如圖13。但其驅(qū)動(dòng)單元的造價(jià)昂貴，而且驅(qū)動(dòng)單元的核心部件所用材料目前在國(guó)內(nèi)還無(wú)法制造、加工。故在機(jī)械升降臺(tái)中，要推出多種能滿足各種不同臺(tái)面形狀要求、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、定位精度高的新型升降臺(tái)就顯得格外的重要和必要。圖13螺旋升降器升降臺(tái)因此立項(xiàng)時(shí)選擇了該項(xiàng)目，該項(xiàng)目在研制過(guò)程中以國(guó)際先進(jìn)水平為目標(biāo)，根據(jù)用戶工藝布置、投資意向及產(chǎn)品選型等諸多因素，進(jìn)行綜合考慮系統(tǒng)設(shè)計(jì)。與國(guó)外同類技術(shù)裝備相比，多驅(qū)動(dòng)同步控制升降臺(tái)采用單獨(dú)的多臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)為單元，通過(guò)絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)垂直結(jié)合同步控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)升降臺(tái)的無(wú)級(jí)調(diào)速升降運(yùn)動(dòng)和準(zhǔn)確定位。其最大的特點(diǎn)是設(shè)備安裝工藝較簡(jiǎn)單、可以實(shí)現(xiàn)任何臺(tái)面的特殊要求如臺(tái)面形狀為三角形、梯形、多邊形等各種不規(guī)則形狀。該項(xiàng)目的實(shí)施確保了我國(guó)機(jī)械升降臺(tái)制造及其控制水平接近國(guó)際先進(jìn)水平，在國(guó)內(nèi)機(jī)械領(lǐng)域中處于領(lǐng)先地位、為我國(guó)文化藝術(shù)事業(yè)的繁榮興旺、加強(qiáng)社會(huì)主義精神文明建設(shè)都具有十分積極的意義。以下，就目前國(guó)內(nèi)外常見的升降臺(tái)驅(qū)動(dòng)形式進(jìn)行一些對(duì)比表11，以便篩選優(yōu)化，策劃出新型結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)形式。表11內(nèi)外現(xiàn)有升降臺(tái)升降臺(tái)類別優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)造價(jià)垂直油缸1噪音低2設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)3容易實(shí)現(xiàn)大范圍調(diào)速1設(shè)備要求基坑深2安裝精度要求高高液壓剪刀撐1噪音低2設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)3設(shè)備要求基坑淺1升降臺(tái)臺(tái)面為變速運(yùn)動(dòng)2不易實(shí)現(xiàn)大行程較低絲杠螺母地軸傳動(dòng)1噪音較低2設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)1傳動(dòng)效率低2設(shè)備要求基坑較中齒輪齒條地軸傳動(dòng)1設(shè)備要求基坑淺2設(shè)備運(yùn)行較平穩(wěn)1要有專門的定位防塵機(jī)構(gòu)中機(jī)械鏈條地軸傳動(dòng)1設(shè)備要求基坑淺1要有專門的定位防塵機(jī)構(gòu)2設(shè)備運(yùn)行較不平穩(wěn)中鋼絲繩地軸傳動(dòng)1設(shè)備要求基坑淺1要有專門的定位防塵機(jī)構(gòu)2設(shè)備運(yùn)行較不平穩(wěn)低螺旋升降器1設(shè)備要求基坑很淺2設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)3可以實(shí)現(xiàn)不規(guī)則臺(tái)須有可靠的導(dǎo)向裝置，否則易晃動(dòng)。很高多驅(qū)動(dòng)同步控制1噪音低2設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)3設(shè)備要求基坑較淺4容易實(shí)現(xiàn)不規(guī)則臺(tái)面升降臺(tái)要求各驅(qū)動(dòng)單元間有一定的同步控制精度。較高每種傳動(dòng)方式各有其特點(diǎn)、用途和適用范圍。機(jī)械傳動(dòng)是通過(guò)齒輪、齒條、帶、鏈條等機(jī)件傳遞動(dòng)力和進(jìn)行控制，其優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)準(zhǔn)確可靠、制造容易、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便和傳動(dòng)效率高等。缺點(diǎn)是遠(yuǎn)距離傳動(dòng)較困難，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜等。電力傳動(dòng)是利用電力設(shè)備并調(diào)節(jié)電參數(shù)來(lái)傳遞動(dòng)力和進(jìn)行控制。主要優(yōu)點(diǎn)是能量傳遞方便信號(hào)傳遞迅速標(biāo)準(zhǔn)化程度高易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等。缺點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性差，易受外界負(fù)載的影響慣性大，起動(dòng)及換向慢成本較高受溫度、濕度、振動(dòng)、腐蝕等環(huán)境影響較大。為了改善其傳動(dòng)性能，往往與機(jī)械或液壓傳動(dòng)結(jié)合使用。氣壓傳動(dòng)是用壓縮空氣作為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞控制。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低易于實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速阻力損失小動(dòng)作迅速反應(yīng)快防火、防爆，對(duì)工作環(huán)境適應(yīng)性好。缺點(diǎn)是空氣易壓縮，負(fù)載對(duì)傳動(dòng)特性的影響較大工作壓力低，只適用于小功率傳動(dòng)。液壓傳動(dòng)是用液體作為工作介質(zhì)利用液體的壓力進(jìn)行能量傳遞控制。與其他傳動(dòng)方式相比，液壓傳動(dòng)有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)1單位功率的重量輕，即能以較輕的設(shè)備重量獲得很大的力和力矩。例如,液壓缸的力與重量比，比直流電動(dòng)機(jī)約大100倍中等功率液壓馬達(dá)與一般直流電動(dòng)機(jī)相比較，其轉(zhuǎn)矩與慣量比大1020倍，功率與重量比大810倍。因此液壓傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，功率與重量比大，利用液壓傳動(dòng)容易獲得很大的驅(qū)動(dòng)力和轉(zhuǎn)矩。2由于體積小、重量輕，因而慣性小，起動(dòng)、制動(dòng)迅速。例如起動(dòng)一個(gè)中等功率的電動(dòng)機(jī)需要幾秒鐘，而起動(dòng)相當(dāng)功率的液壓馬達(dá)則只需01S左右。所以利用液壓傳動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)地頻繁起、停、換向或變速。3在運(yùn)行過(guò)程中能方便地進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速調(diào)速范圍大，而且低速性能好。4易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。液壓傳動(dòng)的控制調(diào)節(jié)比較簡(jiǎn)單，操作比較方便、省力，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)。特別是與電力傳動(dòng)配合使用，更易于實(shí)現(xiàn)省力化、自動(dòng)化和遠(yuǎn)距離操作。5易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，工作安全可靠。液壓系統(tǒng)的工作壓力很容易由壓力控制元件控制，只要設(shè)法控制壓力在規(guī)定限度內(nèi)，就可以達(dá)到防止過(guò)載、避免事故的目的，使工作安全可靠。6液壓系統(tǒng)的各種元件可隨設(shè)備的需要任意安排，可以把液壓馬達(dá)或液壓缸安置在遠(yuǎn)離原動(dòng)機(jī)的任意位置，不需中間的機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)。如果液壓馬達(dá)或液壓缸在工作時(shí)本身位置也在變動(dòng)，只要采用撓性管道聯(lián)接就可以，這是機(jī)械傳動(dòng)難以實(shí)現(xiàn)的。7液體工作介質(zhì)具有彈性和吸振能力，使液壓傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、可靠。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可自潤(rùn)滑，且易于散熱，所以使用壽命長(zhǎng)。8易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣使用。液壓傳動(dòng)雖然存在許多優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些缺點(diǎn)1液壓傳動(dòng)以液體作為工作介質(zhì)，在液壓元件相對(duì)運(yùn)動(dòng)中無(wú)法避免泄漏，再加上液體壓縮性，難以實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的傳動(dòng)比。2液體粘度和溫度有密切關(guān)系，當(dāng)粘度隨溫度變化時(shí)，將直接影響泄漏、壓力損失及通過(guò)元件的流量。所以液壓系統(tǒng)不宜在很高和很低的溫度下工作。3液壓系統(tǒng)中能量要經(jīng)過(guò)兩次轉(zhuǎn)換，故傳動(dòng)效率較低。工作可靠性目前還不如電力和機(jī)械傳動(dòng)。4液壓元件的制造精度要求高。使用、維護(hù)要求有一定的專業(yè)知識(shí)和較高的技術(shù)水平。故障原因較難確定?？偟恼f(shuō)來(lái)，液壓傳動(dòng)有許多優(yōu)越性，但其缺點(diǎn)也不能忽視。為了提高其競(jìng)爭(zhēng)能力，液壓傳動(dòng)技術(shù)一直不斷發(fā)展，借助現(xiàn)代科技的支持及相關(guān)學(xué)科的科技成果，液壓技術(shù)不斷發(fā)展，使其缺點(diǎn)逐步被克服，性能不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。液壓傳動(dòng)技術(shù)將會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。12液壓傳動(dòng)技術(shù)在升降臺(tái)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用近30年來(lái)，液壓技術(shù)在實(shí)現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、高可靠性、高度集成化等方面都取得了重大進(jìn)展，在完善發(fā)展比例控制、伺服控制、開發(fā)數(shù)字控制技術(shù)以及機(jī)電一體化方面也有許多新成就。液壓技術(shù)己成為包括傳動(dòng)、控制、檢測(cè)在內(nèi)的對(duì)現(xiàn)代機(jī)械裝備的技術(shù)進(jìn)步有重要影響的基礎(chǔ)技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于各工業(yè)部門。國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家，液壓傳動(dòng)技術(shù)己在各個(gè)機(jī)械領(lǐng)域內(nèi)被大量采用，出現(xiàn)了液壓驅(qū)動(dòng)的升降臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)、吊桿的設(shè)備。在升降臺(tái)技術(shù)領(lǐng)先的德國(guó)，1990年建成的斯圖加特州立劇院，甚至采用液壓驅(qū)動(dòng)全套臺(tái)機(jī)械設(shè)備。我國(guó)的液壓技術(shù)起步晚、起點(diǎn)低，與國(guó)外先進(jìn)水平還有一定差距，液壓傳動(dòng)在倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械上的應(yīng)用也十分有限。目前只有個(gè)別廠家在升降臺(tái)中采用液壓驅(qū)動(dòng)，液壓升降臺(tái)的驅(qū)動(dòng)形式大致有兩種液壓缸驅(qū)動(dòng)剪叉機(jī)構(gòu)圖14,這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，維護(hù)方便，價(jià)格較低，設(shè)備自身高度低等特點(diǎn)，在升一降舞臺(tái)中大量使用。但由于其自身結(jié)構(gòu)的局限，剪叉機(jī)構(gòu)不適宜在大行程升降臺(tái)上使用。圖14剪叉式升降臺(tái)液壓缸直頂式圖15,這種方式使用多個(gè)油缸垂直頂升臺(tái)面，可以實(shí)現(xiàn)較大的行程，運(yùn)行平穩(wěn)。但此種方式的同步控制問(wèn)題較難解決，并且油缸行程長(zhǎng)，價(jià)格較高，目前較少采用。當(dāng)前升降臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)要求升降臺(tái)具有較寬的調(diào)速范圍，較大的行程和承載能力，較高的定位精度，較低的噪聲易于實(shí)現(xiàn)控制的自動(dòng)化、智能化，以及較高的安全性、可靠性。單純采用某一種傳動(dòng)方式很難完全滿足這些要求，因此綜合機(jī)械、液壓、電力等各種傳動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，充分發(fā)揮各自的長(zhǎng)處，才能實(shí)現(xiàn)升降臺(tái)技術(shù)的進(jìn)一步提高。這也符合當(dāng)今機(jī)械工業(yè)機(jī)電一體化發(fā)展方向。圖15液壓缸直頂式升降臺(tái)針對(duì)當(dāng)前升降臺(tái)發(fā)展的新特點(diǎn)和要求，本項(xiàng)目所要解決的問(wèn)題是研制開發(fā)一種符合升降臺(tái)發(fā)展趨勢(shì)，滿足市場(chǎng)需求的新型升降臺(tái)。在傳統(tǒng)升降臺(tái)中，電驅(qū)動(dòng)垂直絲杠升降臺(tái)與液壓雙叉式升降臺(tái)是目前使用較多的兩種升降臺(tái)，它們都有各自鮮明的特點(diǎn)1電驅(qū)動(dòng)垂直絲杠升降臺(tái)圖16,電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過(guò)減速器、鋼性地軸傳至絲杠減速器，絲杠螺母將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榕_(tái)面升降的直線運(yùn)動(dòng)。由于采用螺旋傳動(dòng)，此種升降臺(tái)具有運(yùn)行平穩(wěn)、傳動(dòng)準(zhǔn)確、行程大等優(yōu)點(diǎn)，并且絲杠易于實(shí)現(xiàn)自鎖，故其安全可靠性較高。2液壓雙叉式升降臺(tái)圖17，液壓泵站提供液壓能，通過(guò)液壓油缸頂升剪叉機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)升降臺(tái)面的升降。由于采用液壓傳動(dòng)，這種升降臺(tái)傳動(dòng)環(huán)節(jié)少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，承載能力大，運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲小，并且能在較大范圍內(nèi)較方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速和過(guò)載保護(hù)。圖16電驅(qū)動(dòng)垂直絲杠升降臺(tái)它們也有其不足之處。對(duì)于電驅(qū)動(dòng)垂直絲杠升降臺(tái)，傳動(dòng)路線長(zhǎng)，環(huán)節(jié)多，傳動(dòng)效率低，傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲大，在安裝、調(diào)試過(guò)程中要求精度高。而液壓雙叉式升降臺(tái)其缺點(diǎn)是升降過(guò)程中臺(tái)面無(wú)法實(shí)現(xiàn)勻速，升降行程較小。此外，由于液壓系統(tǒng)中泄漏無(wú)法避免，故升降臺(tái)有下沉現(xiàn)象。綜合分析這兩種升降臺(tái)，可以發(fā)現(xiàn)，它們的不足與其傳動(dòng)方式有密切關(guān)系，僅從其機(jī)械或液壓?jiǎn)畏矫娼鉀Q自身的不足較為困難。如何克服這些缺點(diǎn)，提高性能滿足升降臺(tái)提出的新要求，這是一個(gè)急需解決的問(wèn)題。圖17液壓剪叉式升降臺(tái)近半個(gè)世紀(jì)科學(xué)技術(shù)得到了空前的繁榮和發(fā)展。二十世紀(jì)七十年代，機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)生并得到迅速發(fā)展。機(jī)電一體化不是機(jī)械裝置與電子裝置的簡(jiǎn)單組合，而是機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感測(cè)試技術(shù)及軟件編程技術(shù)等多種技術(shù)的相互交叉與融合。機(jī)電一體化技術(shù)要求從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)綜合機(jī)械技術(shù)和信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)整體最優(yōu)化。機(jī)電一體化代表著機(jī)械工業(yè)技術(shù)革命的前沿方向。機(jī)電一體化技術(shù)己滲透到機(jī)械工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，極大的改進(jìn)了機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能，促進(jìn)了工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。機(jī)電一體化技術(shù)也為機(jī)械的發(fā)展提供了思路。因此，本次設(shè)計(jì)充分汲取了電驅(qū)動(dòng)垂直絲杠升降臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)，采用電液比例控制技術(shù)，提高控制精度。并對(duì)傳動(dòng)鏈及重要零部件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使設(shè)備整體性能滿足現(xiàn)代化劇場(chǎng)對(duì)升降臺(tái)的要求。第2章液壓升降臺(tái)液壓部分方案設(shè)計(jì)21液壓升降臺(tái)總體構(gòu)成雙叉式液壓升降臺(tái)的總體構(gòu)成圖21由兩部分組成液壓驅(qū)動(dòng)單元、機(jī)械傳動(dòng)單元。液壓驅(qū)動(dòng)單元的作用是將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)液壓元件控制調(diào)節(jié)液體壓力與流量，最后由液壓泵站控制提供液壓能。機(jī)械傳動(dòng)單元由叉架、底框架、臺(tái)面框架、下限位支撐架、維修支撐架、地腳支架、導(dǎo)軌架等組成,它的作用是將液壓泵站提供液壓能，通過(guò)液壓油缸頂升叉架機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)升降臺(tái)面的升降。圖21液壓雙叉式升降臺(tái)22液壓升降臺(tái)總體設(shè)計(jì)1、總體思路針對(duì)雙叉式液壓升降臺(tái)發(fā)展的趨勢(shì)，充分發(fā)揮叉架升降與液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，總結(jié)以往液壓升降臺(tái)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)考慮技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的可行性，確定了以下設(shè)計(jì)思路1在滿足剛度要求的基礎(chǔ)上減小臺(tái)面框架的自身高度與重量，提高設(shè)備基坑的利用率2液壓系統(tǒng)的靜動(dòng)態(tài)性能好，安全可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單3采用閉環(huán)控制，提高控制精度4液壓站性能方面設(shè)計(jì)和密封系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇2、主要技術(shù)參數(shù)及要求1升降臺(tái)速度臺(tái)面升降速度3M/MIN2升降臺(tái)行程叉架升起最大高度283M叉架降低最小高度081M總行程202M升降臺(tái)載荷能力24T升降臺(tái)臺(tái)面面積臺(tái)面面積275127MS其它要求叉架鋼結(jié)構(gòu)桿系銷軸孔的同軸度允差為06MM，平行度05MM，兩端銷軸孔對(duì)中間銷軸孔的對(duì)稱度小于05MM。全高升降運(yùn)行，上臺(tái)面水平方向偏移小于3MM。3、液壓驅(qū)動(dòng)單元液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是液壓升降臺(tái)總體的重要組成部分，設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足液壓升降臺(tái)使用功能所需的全部技術(shù)要求，而且靜動(dòng)態(tài)性能好，效率高，安全可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性好，使用維護(hù)方便。為此，要明確與液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有關(guān)的液壓升降臺(tái)參數(shù)的確定原則，要與升降臺(tái)的總體設(shè)計(jì)綜合考慮做到機(jī)、電、液相互配合，保證液壓升降臺(tái)總體的性能最好。根據(jù)液壓升降臺(tái)的使用工況，其液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必須解決好以下問(wèn)題1保證動(dòng)作平穩(wěn)，升降臺(tái)上載重量變化很大，且機(jī)械傳動(dòng)零件加工、安裝的誤差以及臺(tái)面的偏載，都將導(dǎo)致液壓馬達(dá)負(fù)載變化較大，液壓系統(tǒng)必須要能克服負(fù)載變化對(duì)速度產(chǎn)生的影響，確保機(jī)構(gòu)無(wú)沖擊地平穩(wěn)運(yùn)行2由于采用兩臺(tái)液壓馬達(dá)分別驅(qū)動(dòng)四根油缸，因此，液壓系統(tǒng)必須保證設(shè)備具有較高的同步控制精度3工作載荷及架體自重在運(yùn)動(dòng)速度變化時(shí)引起的慣性沖擊問(wèn)題4下降過(guò)程反向負(fù)載引起失重現(xiàn)象，必須加以控制，尤其是如此大型的設(shè)備，一旦失控極其危險(xiǎn)。液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要圍繞如何解決液壓升降平臺(tái)的同步、緩沖、平衡等問(wèn)題而進(jìn)行。針對(duì)以上問(wèn)題設(shè)計(jì)了兩種方案。方案A該液壓系統(tǒng)圖22中采用了控制閥組，油路塊,流量分配器，還有運(yùn)用控制速度閥等，較好的實(shí)現(xiàn)了控制速度、同步和緩沖的問(wèn)題，且系統(tǒng)簡(jiǎn)潔，調(diào)試方便。1、油箱2、油泵3、連軸器4、鐘形罩5、電動(dòng)機(jī)可調(diào)單向閥6、液位液溫計(jì)7、空氣濾清器8、球閥9、吸油過(guò)濾器10、單向閥11、回油過(guò)濾器12、油路塊13、控制閥組14、電磁換向閥15、聯(lián)接底板16、單向節(jié)流閥17、螺紋插裝節(jié)流閥18、螺紋插裝電磁換向閥19、節(jié)流閥20、壓力表21、流量分配器22、速度控制閥圖22液壓原理圖對(duì)于本設(shè)備采用兩個(gè)同軸等排量雙向液壓馬達(dá)，輸出相同流量的油液來(lái)驅(qū)動(dòng)兩缸雙向同步，其同步性能直接影響到液壓升降臺(tái)的正常使用。與常規(guī)的同步回路相比，同步馬達(dá)的同步回路具有較高的同步精度和性能價(jià)格比。控制速度閥對(duì)流量的控制是通過(guò)分流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)的,以下對(duì)液壓系統(tǒng)原理圖進(jìn)行分析,并且對(duì)液壓升降臺(tái)的整個(gè)工作運(yùn)行的分析。表21液壓升降臺(tái)液壓系統(tǒng)電器動(dòng)作表M12KWR/PMDT電機(jī)M1、M2通電,油泵從油箱吸油,泵站開始工作,液壓油通過(guò)直動(dòng)溢流閥回油箱,此時(shí)直動(dòng)溢流閥起卸荷閥作用,泵站實(shí)現(xiàn)空載啟動(dòng)和連續(xù)工作,避免電機(jī)頻繁啟動(dòng)。當(dāng)直動(dòng)溢流閥通電,系統(tǒng)壓力超過(guò)直動(dòng)溢流閥的設(shè)定壓力,直動(dòng)溢流閥打開,液壓油通過(guò)此閥直接回油箱,此時(shí)直動(dòng)溢流閥起安全閥作用。電磁溢流閥的設(shè)定值一般為系統(tǒng)工作壓力的110。液壓升降臺(tái)的整個(gè)動(dòng)作過(guò)程（1）平臺(tái)上升當(dāng)M1、M2電機(jī)通電，油泵從油箱吸油，液壓泵站開始工作，電磁換向閥14通電，即電磁鐵1得電，該作用是調(diào)節(jié)整個(gè)液壓系統(tǒng)總體壓力。當(dāng)系統(tǒng)中油液繼續(xù)通過(guò)控制閥組，主要為整個(gè)液壓系統(tǒng)提供油液，再通過(guò)可調(diào)單向節(jié)流閥，并通過(guò)同步馬達(dá)，對(duì)液壓缸起到同步作用；最終油液由油缸無(wú)桿腔供油,油缸另一腔回油。同時(shí)螺紋插裝換向閥18通電，即電磁鐵5得電，油路塊直接向油缸無(wú)桿腔供油。油缸上行速度的行程由速度控制閥22控制,近似勻加速運(yùn)動(dòng)。（2）平臺(tái)下降螺紋插裝換向閥通電，即電磁鐵2得電，油缸無(wú)桿腔回油,油缸下行速度的行程由速度控制閥22控制,功能是回油路上串聯(lián)的背壓閥保證回油腔有一定的背壓,使液壓升降臺(tái)不因本身自重而下降,保證液壓升降臺(tái)運(yùn)行平穩(wěn)，達(dá)到緩和沖擊的目的。當(dāng)液壓升降平臺(tái)至最后100MM范圍以內(nèi)時(shí),螺紋插裝換向閥18通電，即電磁鐵3和4得電,起到油缸無(wú)桿腔快速回油,使液壓升降臺(tái)降到最小的高度。方案B該液壓系統(tǒng)圖23中采用了雙泵，控制閥組，調(diào)速閥等，較好的實(shí)現(xiàn)了控制速度、同步的問(wèn)題，且系統(tǒng)簡(jiǎn)潔，調(diào)試方便。1、電動(dòng)機(jī)2、油泵3、控制閥組4、調(diào)速閥5、液壓缸圖23液壓原理圖液壓升降臺(tái)的整個(gè)動(dòng)作過(guò)程（1）平臺(tái)上升當(dāng)M1、M2電機(jī)通電，油泵從油箱吸油，液壓泵站開始工作，通過(guò)調(diào)速閥，使液壓缸可保持基本同步，當(dāng)系統(tǒng)中油液繼續(xù)通過(guò)控制閥組，主要為整個(gè)液壓系統(tǒng)提供油液，最終油液由油缸無(wú)桿腔供油,油缸另一腔回油。（2）平臺(tái)下降當(dāng)控制閥組中螺紋插裝換向閥通電，即電磁鐵得電，使油缸無(wú)桿腔回油,油缸下行速度的行程由調(diào)速閥控制,功能是回油路上串聯(lián)的背壓閥保證回油腔有一定的背壓,使液壓升降臺(tái)不因本身自重而下降,保證液壓升降臺(tái)運(yùn)行平穩(wěn)，達(dá)到緩和沖擊的目的。通過(guò)上述方案A和方案B的介紹，方案A比方案B運(yùn)動(dòng)速度快，慣性負(fù)載要大，同時(shí)方案B存在慣性負(fù)載引起的沖擊載荷對(duì)工作機(jī)構(gòu)的影響和雙叉式液壓升降臺(tái)的同部精度問(wèn)題。所以方案A優(yōu)于方案B。最終采用方案A的液壓系統(tǒng)。4、機(jī)械傳動(dòng)單元機(jī)械傳動(dòng)單元圖24叉架、底框架、臺(tái)面框架、地腳支架、導(dǎo)軌架以及液壓缸，其主要功能是將液壓泵站提供液壓能，通過(guò)液壓油缸頂升叉架機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)升降臺(tái)面的升降。圖24機(jī)械傳動(dòng)單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖由于采用液壓泵站驅(qū)動(dòng)，其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與機(jī)械升降臺(tái)相比大大簡(jiǎn)化，作為液壓油缸頂升叉架機(jī)構(gòu)的一個(gè)組成部分，機(jī)械傳動(dòng)單元各零部件的機(jī)械性能、傳動(dòng)比的分配、傳動(dòng)特性對(duì)液壓升降臺(tái)的整體性能有著重要的影響。臺(tái)面框架作為升降臺(tái)平面的一部分，應(yīng)保證臺(tái)面的平整性，對(duì)此，臺(tái)面框架機(jī)械規(guī)范中對(duì)升降臺(tái)平面的變形作了明確的規(guī)定升降臺(tái)臺(tái)面滿載時(shí)，在長(zhǎng)度方向的變形不得大于L/1OOOMML為長(zhǎng)度尺寸，且其絕對(duì)變形量不大于12MM。因此在設(shè)計(jì)臺(tái)面框架時(shí)，首先應(yīng)滿足以上要求。此外，臺(tái)面框架的自身重量和高度也是必須考慮的因素。大型升降臺(tái)設(shè)備其臺(tái)面框架的重量較大，一般占設(shè)備總起升重量的三分之一到四分之一，設(shè)備升降時(shí)克服自身重量將消耗較多的功率。為了減小驅(qū)動(dòng)機(jī)功率，降低成本，通常采用平衡重將臺(tái)面框架重量配平，而在一些沒有條件加裝平衡重的情況下，盡量減輕臺(tái)面框架自身重量就顯得較為重要。臺(tái)面框架自身有一定高度，在使用時(shí)，其自身高度使得升降臺(tái)的有效行程減小，為滿足使用的正常行程，對(duì)升降臺(tái)的設(shè)備基坑要求加大深度，傳動(dòng)絲杠加工的更長(zhǎng)，以消化臺(tái)面框架自高所占有的行程。以上三個(gè)因素相互制約，故設(shè)計(jì)臺(tái)面框架時(shí)應(yīng)綜合考慮。臺(tái)面框架通常采用鋼架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有重量輕，剛性好的特點(diǎn)。本設(shè)備根據(jù)使用要求采用臺(tái)面鋼架結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)臺(tái)面由標(biāo)準(zhǔn)型鋼焊接而成,要求外框整齊,臺(tái)面平整,臺(tái)面對(duì)角線尺寸誤差小于3MM。上臺(tái)面上安裝輥道輸送機(jī)。并且鋼結(jié)構(gòu)臺(tái)面連接叉架平衡桿系銷軸孔的同軸度06MM。鋼結(jié)構(gòu)臺(tái)面上的叉架平衡桿系導(dǎo)輪軌道應(yīng)加工，平面度01MM。叉架鋼結(jié)構(gòu)平衡桿系，由鋼板焊成的箱型結(jié)構(gòu)的桿系與銷軸組裝而成。叉架鋼結(jié)構(gòu)平衡桿系銷軸孔的同軸度允差為06MM，平行度05MM，兩端銷軸孔對(duì)中間銷軸孔的對(duì)稱度小于05MM。升降臺(tái)在整個(gè)升降運(yùn)行中，上臺(tái)面水平方向偏移小于3MM。在機(jī)械傳動(dòng)單元中，叉架機(jī)構(gòu)是一個(gè)十分重要的機(jī)構(gòu)，它的作用是將叉架的上下運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為升降臺(tái)升降的直線運(yùn)動(dòng)。從液壓驅(qū)動(dòng)升降臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)可以看出，升降臺(tái)的全部載荷是由叉架承擔(dān)，臺(tái)面升降時(shí)，叉架不僅要傳遞很大的轉(zhuǎn)矩，而且還要起到導(dǎo)向作用。此外，叉架桿系銷軸孔內(nèi)要開油槽，要在操作方便的位置設(shè)注油孔及安裝油咀。叉架桿系軸線，要與滾道輸送方向相同。即銷軸軸線與輥道輸送機(jī)輥?zhàn)虞S線平行。由此可見，叉架設(shè)計(jì)、制造、安裝質(zhì)量的好壞，直接影響到升降臺(tái)的穩(wěn)定性、安全性以及傳動(dòng)與定位精度?？紤]以上因素，在叉架的設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用了可靠性設(shè)計(jì)方法對(duì)叉架的剛度、穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算，同時(shí)對(duì)叉架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化處理。第3章液壓驅(qū)動(dòng)單元分析與設(shè)計(jì)31液壓同步控制的精度本設(shè)備采用同一泵站并聯(lián)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)液壓缸。對(duì)于這類帶有多個(gè)執(zhí)行器，同時(shí)驅(qū)動(dòng)同一負(fù)載運(yùn)動(dòng)的液壓系統(tǒng)，由于負(fù)載不均勻、摩擦阻力不等、液壓馬達(dá)的制造質(zhì)量以及結(jié)構(gòu)變形上的差異，如果不采取適當(dāng)?shù)耐酱胧?，這將導(dǎo)致升降臺(tái)面兩端行程出現(xiàn)誤差，從而引起臺(tái)面框架的傾斜、變形。因此，系統(tǒng)同步精度成為影響設(shè)備整體性能的一個(gè)重要因素。實(shí)現(xiàn)液壓同步驅(qū)動(dòng)一般主要有開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種基本形式。開環(huán)控制的液壓同步回路主要有機(jī)械聯(lián)結(jié)同步回路、節(jié)流閥同步回路、分流集流閥同步回路等，因?yàn)樗耆恳簤嚎刂圃缤介y、各類節(jié)流閥或調(diào)速閥本身的精度來(lái)控制執(zhí)行元件的同步驅(qū)動(dòng)，而不對(duì)執(zhí)行元件的輸出進(jìn)行檢測(cè)與反饋來(lái)構(gòu)成閉環(huán)控制，所以它不能消除或抑制對(duì)高精度同步的不利因素的影響。在升降臺(tái)中常用的是機(jī)械聯(lián)結(jié)同步回路和分流集流閥同步回路機(jī)械聯(lián)結(jié)同步回路是用剛性梁、齒輪及齒條等機(jī)械零件，使兩個(gè)液壓執(zhí)行器之間建立剛性的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系來(lái)實(shí)現(xiàn)位移同步。這種方式簡(jiǎn)單、可靠，同步精度取決于機(jī)構(gòu)的剛性。分流集流閥同步回路是使用分流集流閥使兩個(gè)液壓缸在承受不同負(fù)載時(shí)仍能獲得相等的流量而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度的同步，其液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，同步精度約為25。但這兩種同步回路都不適宜在本系統(tǒng)上采用，閉環(huán)控制的液壓同步回路有電液伺服及同步和電液比例同步回路，與開環(huán)控制相比，盡管液壓同步閉環(huán)控制組成較復(fù)雜、造價(jià)較高，但由于它靠的是對(duì)輸出量進(jìn)行檢測(cè)、反饋，從而構(gòu)成反饋閉環(huán)控制，在很大程度上消除或抑制不利因素的影響，而可望獲得高精度的同步驅(qū)動(dòng)。所以液壓同步閉環(huán)控制已經(jīng)越來(lái)越得到人們的重視，特別是隨著現(xiàn)代控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，該種控制形式幾乎在所有需要高精度液壓同步驅(qū)動(dòng)的各類主機(jī)上都得到了較好的應(yīng)用。其中，電液比例閥是一種新型的電液控制元件，雖然它比電液伺服閥的頻率響應(yīng)低，但因其造價(jià)較低、抗污染能力高、性能良好，所以由它組成的同步閉環(huán)控制已大量用于系統(tǒng)頻率響應(yīng)適中而需要較高同步精度的主機(jī)上，具有良好的應(yīng)用前景。在本設(shè)備中，為了較好的解決同步問(wèn)題，綜合考慮了經(jīng)濟(jì)性與控制精度的因素，采用了電液比例同步閉環(huán)控制回路，其原理是通過(guò)改變進(jìn)入其中一些或全部液壓執(zhí)行器的流量來(lái)達(dá)到同步的目的。本設(shè)備同步閉環(huán)控制采用“主從方式”圖31，它是以其中一個(gè)執(zhí)行器的圖31同步控制方塊圖位置作參考，改變進(jìn)入其它執(zhí)行器的流量來(lái)達(dá)到位置跟隨而同步。它本質(zhì)上是個(gè)位置控制回路，其控制變量的信息來(lái)自對(duì)位置誤差的檢測(cè)。電液比例同步控制回路與其他同步控制回路相比具有較高的性能價(jià)格比，雖然比例閥的死區(qū)及流量非線性特性對(duì)控制特性有較大影響，但在控制算法上采取一定措施后，同樣能達(dá)到很高的精度。比例位置同步控制是建立在比例位置系統(tǒng)的基礎(chǔ)上的。由于比例方向閥具有流量死區(qū)特性，而死區(qū)特性對(duì)電液比例位置控制系統(tǒng)有較大影響，故比例位置控制系統(tǒng)首先要解決閥的死區(qū)補(bǔ)償問(wèn)題。采用一種死區(qū)特性補(bǔ)償算法，在不增加系統(tǒng)復(fù)雜程度及硬件成本下，用簡(jiǎn)單的算法可得到很好的補(bǔ)償效果，還能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及抗干擾能力另一方面，由于比例方向閥的流量非線性比較嚴(yán)重，在進(jìn)行速度控制時(shí)必須采用變?cè)鲆娴乃惴?。以下通過(guò)對(duì)比例閥控缸同步系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析，可得到比例同步控制回路得同步精度，該結(jié)論也適用于比例閥控馬達(dá)同步系統(tǒng)。對(duì)一般的電液比例閥控缸系統(tǒng)，對(duì)進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償、增益校正后，系統(tǒng)的傳遞函數(shù)可簡(jiǎn)化如下圖32圖32比例閥控缸位置同步系統(tǒng)框圖圖中、為輸入信號(hào)、為閥芯位移、為比例方向閥等效時(shí)間常數(shù)1U21X21V2、為閥的流量增益、為平均活塞面積、為系統(tǒng)增益、QKVAVXK1H為液壓固有頻率；、為液壓阻尼比N,N2為系統(tǒng)干擾信號(hào)、為雙缸之2H1H212V間的藕連環(huán)節(jié)Y1、Y2為系統(tǒng)輸出。對(duì)于工程實(shí)際中的普通雙缸位置同步控制的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析可知，系統(tǒng)可分為串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種，其結(jié)構(gòu)框圖如圖33,34所示。圖中略去了連接缸I、缸II的結(jié)構(gòu)物造成的兩缸間的藕連環(huán)節(jié)，凡為同步誤差，為同步控制器，在串聯(lián)型系統(tǒng)中，E12YCGSU1U，U2Y1在并聯(lián)型系統(tǒng)中U1U,U2UE圖33串聯(lián)型雙缸位置同步控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖34并聯(lián)型雙缸位置同步控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中其它各環(huán)節(jié)分別為111QXVKGSTA1221HS2221QXVVKGSTA2221HHGSS由圖可知雙缸同步控制問(wèn)題實(shí)質(zhì)上是位置控制系統(tǒng)的跟蹤問(wèn)題，既不管液壓缸I的位置不為何種形式變化，要求液壓缸的位置以極小的允許誤差同步誤差跟蹤。1YT2YT1YT對(duì)于串聯(lián)型比例位置同步控制系統(tǒng)，若不考慮干擾的影響，并令（31）221SG可得（32）1212CCESU由于系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)中己包含一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此中不能再包含積分環(huán)節(jié)，否CS則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。這樣其穩(wěn)態(tài)同步誤差只對(duì)階躍指令輸入為零，對(duì)斜坡指令輸入就產(chǎn)生靜差。在動(dòng)態(tài)同步誤差方面，由于跟蹤的延遲性，亦會(huì)產(chǎn)生較大動(dòng)態(tài)同步誤2YT1T差。圖35為同步誤差ET對(duì)指令階躍干擾UT的響應(yīng)曲線。從圖中可以看出，動(dòng)態(tài)誤差較大。因此，串聯(lián)式結(jié)構(gòu)的位置同步控制系統(tǒng)要達(dá)到較高的靜、動(dòng)態(tài)控制特性是較困難的。圖35同步誤差對(duì)指令階躍干擾的響應(yīng)曲線對(duì)于并聯(lián)型比例位置同步控制系統(tǒng)，若不考慮干擾的影響，則（33）121212CCGESU對(duì)于電液比例位置同步控制，兩液壓缸各自的位置控制系統(tǒng)的偏差調(diào)節(jié)器不可能含有積分環(huán)節(jié)，因此以、中各自僅含有一個(gè)積分環(huán)節(jié)。在保證穩(wěn)定的前提下，可使同步1G2誤差調(diào)節(jié)器中包含一個(gè)積分環(huán)節(jié)。則由式33可知，上述并聯(lián)型位置同步控制系統(tǒng)成為CG型系統(tǒng)，比圖33所示結(jié)構(gòu)串聯(lián)型的同步控制系統(tǒng)高一階靜差度。由式33可求得對(duì)于單位加速度函數(shù)輸人信號(hào)同步靜態(tài)誤差ESS為（34）12VSSSPKE式中，、分別為、環(huán)節(jié)的增益。而對(duì)指令階躍輸入、斜坡輸1VSK2SP1G2C入，其靜態(tài)同步誤差均為零。從式33、34中還可看出，并聯(lián)型同步控制系統(tǒng)的同步誤差是與成正比的，12G當(dāng)，即兩個(gè)液壓缸位置控制系統(tǒng)有相同的特性時(shí)，對(duì)任意函數(shù)的輸人指令不但其12G靜態(tài)同步誤差為零，而且其動(dòng)態(tài)同步誤差亦為零，而這種情況下，并不要求系統(tǒng)有高階無(wú)靜差度，也不必構(gòu)成同步誤差閉環(huán)圖33中虛線框部分。而在大多數(shù)雙缸同步控制系統(tǒng)中，液壓缸I和液壓缸及其控制元件在結(jié)構(gòu)和規(guī)格上大體一致，、相差不多。這時(shí)即1G2使不構(gòu)成同步誤差閉環(huán)，其動(dòng)態(tài)同步誤差亦比圖31所示的同步控制結(jié)構(gòu)要小得多。圖36即是不構(gòu)成同步誤差閉環(huán)時(shí)并聯(lián)結(jié)構(gòu)的同步位置控制系統(tǒng)兩液壓缸活塞位移和同步誤差試對(duì)指令階躍的響應(yīng)曲線。與圖34相比，其動(dòng)態(tài)過(guò)程中的最大同步誤差要ET小得多。圖36不帶同步誤差閉環(huán)時(shí)并聯(lián)型同步系統(tǒng)響應(yīng)曲線在上述并聯(lián)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，再將同步誤差通過(guò)誤差調(diào)節(jié)器構(gòu)成閉環(huán)，將進(jìn)一步提ETCG高同步調(diào)節(jié)的動(dòng)、靜態(tài)特性。圖37即是將同步誤差構(gòu)成閉環(huán)并聯(lián)型位置同步控制系統(tǒng)兩液壓缸活塞位移及同步誤差ET對(duì)指令階躍UT的響應(yīng)曲線，與圖36相比，其控制性能又有進(jìn)一步的提高。圖37帶同步誤差閉環(huán)時(shí)并聯(lián)型同步系統(tǒng)響應(yīng)曲線通過(guò)以上的研究可以看到，通過(guò)液壓油缸頂升叉架機(jī)構(gòu)，液壓系統(tǒng)比例同步控制回路中使用并聯(lián)式帶同步誤差反饋的控制結(jié)構(gòu)具有較小的靜、動(dòng)態(tài)同步誤差，其性能指標(biāo)完全滿足升降臺(tái)對(duì)位置誤差的要求。32液壓缸的設(shè)計(jì)321液壓缸主要尺寸的確定1液壓缸工作壓力的確定液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來(lái)確定，對(duì)不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。設(shè)計(jì)時(shí)，可用類比法來(lái)確定。表31列出的數(shù)據(jù)，可供選定工作壓力時(shí)參考。表31液壓設(shè)備常用的工作壓力機(jī)床設(shè)備類型磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床農(nóng)業(yè)機(jī)械或中型工程機(jī)械液壓機(jī)、重型機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械工作壓力P/（MP）0820352881010162032所以根據(jù)表31液壓設(shè)備常用的工作壓力的表格,可以得到液壓升降臺(tái)工作壓力2032（）。液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑D的確定以單活塞桿液壓缸為例來(lái)說(shuō)明其計(jì)算過(guò)程。由圖38可知圖38單活塞桿液壓缸計(jì)算示意圖221244FCDPFDPF（）211FC式中,液壓缸工作壓力，初算時(shí)可取系統(tǒng)工作壓力1PP液壓缸回油腔背壓力，初算時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算，可先根據(jù)表32估計(jì)；2DD活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑之比，可按表33選?。槐?2執(zhí)行元件背壓的估計(jì)值系統(tǒng)類型背壓MPA2P簡(jiǎn)單的系統(tǒng)和一般輕載的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0205回油路帶調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng)0508回油路帶背壓閥0515中、低壓系統(tǒng)08MPA采用帶補(bǔ)液壓泵的閉式回路0815中高壓系統(tǒng)616MPA同上比中低壓系統(tǒng)高50100高壓系統(tǒng)832MPA如鍛壓機(jī)械等初算時(shí)背壓可忽略不計(jì)表33液壓缸內(nèi)徑D與活塞桿直徑D的關(guān)系按機(jī)床類型選取D/D按液壓缸工作壓力選取D/D機(jī)床類型D/D工作壓力P/（MP）D/D磨床、珩磨及研磨機(jī)床020320203插床、拉床、刨床052505058鉆、鏜、車、銑床0757062070707工作循環(huán)中最大的外負(fù)載；F液壓缸密封處摩擦力，它的精確值不易求得，常用液壓缸的機(jī)械效率進(jìn)行估算。FCCM（）FCMF式中液壓缸的機(jī)械效率，一般09097CMC將代入式（1），可求得D為（）22114CMFPDD活塞桿直徑可由DD值算出，由計(jì)算所得的D與D值分別按表34與表35圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封元件。表34液壓缸內(nèi)徑尺寸系列（GB234880）（）M810121620253240506380（90）100（110）125（40）160（80）200（220）250320400500630注括號(hào)內(nèi)數(shù)值為非優(yōu)先選用值。表35活塞桿直徑系列（GB234880）（）M456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400通過(guò)液壓升降臺(tái)的實(shí)際情況確定以下參數(shù)4210FN6120AP9CM62150P/7DD代入公式計(jì)算46622211151500972CMDMDPD07587DM根據(jù)表34與表35圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑取,對(duì)選定15DM90D后的液壓缸內(nèi)徑D，通過(guò)進(jìn)行最小穩(wěn)定速度的驗(yàn)算INMIQAV式中液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積；最小穩(wěn)定速度的最小有效面積；MINA流量閥的最小穩(wěn)定流量，一般從選定流量閥的產(chǎn)品樣本中查得；IQ液壓缸的最低速度，由設(shè)計(jì)要求給定。MINV通過(guò)驗(yàn)算液壓缸的內(nèi)徑，滿足速度穩(wěn)定的要求。液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算。液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計(jì)算時(shí)可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚的比值D10的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸，一般用無(wú)縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算2YP式中液壓缸壁厚（M）；D液壓缸內(nèi)徑（M）；試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（12515）倍（MPA）；YP缸筒材料的許用應(yīng)力。其值為鍛鋼110120MPA；鑄鋼100110MPA；無(wú)縫鋼管100110MPA；高強(qiáng)度鑄鐵60MPA；灰鑄鐵25MPA。通過(guò)雙叉式液壓升降臺(tái)的實(shí)際情況確定以下參數(shù)612525301YAPP25DM10AMP代入計(jì)算60132Y液壓缸壁厚算出后，即可求出缸體的外徑為1D1526352M式中值應(yīng)按無(wú)縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，或按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。1D液壓缸工作行程的確定液壓缸工作行程長(zhǎng)度，可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來(lái)確定，并參照表36中的系列尺寸來(lái)選取標(biāo)準(zhǔn)值。表36液壓缸活塞行程參數(shù)系列（GB234980）（）M255080100125160200250320400500630800100012501600200025003200400040639011014018022028036045055070090011001400180022002800390024026030034038042048053060065075085095010501200130015001700190021002400260030003800注液壓缸活塞行程參數(shù)依、次序優(yōu)先選用。缸蓋厚度的確定一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度T按強(qiáng)度要求可用下面兩式進(jìn)行近似計(jì)算。無(wú)孔時(shí)2043YPTD有孔時(shí)220YTD式中缸蓋有效厚度（M）；缸蓋止口內(nèi)徑（M）；2D缸蓋孔的直徑（M）。0D最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支承面中點(diǎn)的距離H稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度（圖39）。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小，將使液壓缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。圖3液壓缸的導(dǎo)向長(zhǎng)度對(duì)一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H應(yīng)滿足以下要求20LD式中液壓缸的最大行程；L液壓缸的內(nèi)徑。D16514202HM活塞的寬度一般??；缸蓋滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度根，據(jù)液壓缸內(nèi)徑BD1L而定；當(dāng)時(shí)，?。籑D80L0161當(dāng)時(shí)，取。D為保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H，若過(guò)分增大和B都是不適宜的，必要時(shí)可在缸蓋與活塞之間增1加一隔套K來(lái)增加H的值。隔套的長(zhǎng)度C由需要的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H決定，即12L當(dāng)D80MM時(shí)，?。?610）D（）L4507562CBM缸體長(zhǎng)度的確定液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長(zhǎng)度還要考慮端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的2030倍?；钊麠U穩(wěn)定性的驗(yàn)算當(dāng)液壓缸支承長(zhǎng)度LB（1015）D時(shí)，須考慮活塞桿彎曲穩(wěn)定性并進(jìn)行驗(yàn)算。液壓缸的支承長(zhǎng)度LB是指活塞桿全部外伸時(shí)，液壓缸支承點(diǎn)與活塞桿前端連接處之間的距離；D為活塞桿直徑。具體計(jì)算方法可參考有關(guān)資料。322液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)液壓缸主要尺寸確定以后，就進(jìn)行各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要包括缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿導(dǎo)向部分結(jié)構(gòu)、密封裝置、緩沖裝置、排氣裝置、及液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)等。由于工作條件不同，結(jié)構(gòu)形式也各不相同。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。1、缸體與缸蓋的連接形式缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)。表37為常見的缸蓋連接形式。表37液壓缸缸體與缸蓋的連接形式連接方式結(jié)構(gòu)形式圖例優(yōu)缺點(diǎn)法蘭連接優(yōu)點(diǎn)（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低（2）容易加工、便于裝拆（3）強(qiáng)度較大、能承受高壓缺點(diǎn)（1）徑向尺寸較大（2）重量比螺紋連接的大；缸體為鋼管時(shí)，用拉桿連接的重量也較大（3）用鋼管焊上法蘭、工藝過(guò)程復(fù)雜些螺紋連接優(yōu)點(diǎn)（1）外形尺寸小（2）重量較輕缺點(diǎn)（1）端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝要求較高（2）裝拆時(shí)需要專用工具（3）擰端蓋時(shí)易損壞密封圈外半環(huán)連接優(yōu)點(diǎn)（1）結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單（2）加工裝配方便缺點(diǎn)（1）外形尺寸大（2）缸筒開槽，削弱了需增加缸筒壁厚內(nèi)半環(huán)連接優(yōu)點(diǎn)（1）外形尺寸較?。?）結(jié)構(gòu)緊湊，重量較輕缺點(diǎn)（1）缸筒開槽，削弱了強(qiáng)度（2）端部進(jìn)入缸體內(nèi)較長(zhǎng)，安裝時(shí)密封圈易被槽口擦傷2、活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)表38為活塞桿與活塞的幾種常用的連接形式。分整體式結(jié)構(gòu)和組合式結(jié)構(gòu)。組合式結(jié)構(gòu)又分為螺紋連接、半環(huán)連接和錐銷連接。表38活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)連接方式結(jié)構(gòu)形式圖例特點(diǎn)整體式結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于缸徑較小的液壓缸螺紋連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在振動(dòng)的工作條件下容易松動(dòng)，必須用鎖緊裝置。應(yīng)用較多，如組合機(jī)床與工程機(jī)械上的液壓缸半環(huán)連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，不易松動(dòng)，但會(huì)出現(xiàn)軸向間隙。多應(yīng)用在壓力高、負(fù)荷大、有振動(dòng)的場(chǎng)合錐銷連接結(jié)構(gòu)可靠，用錐銷連接，銷孔必須配鉸，銷釘連接后必須鎖緊，多用于負(fù)荷較小的場(chǎng)合3、活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)可以做成端蓋整體式直接導(dǎo)向，也可做成與端蓋分開的導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)。后者導(dǎo)向套磨損后便于更換，所以應(yīng)用較普遍。導(dǎo)向套的位置可安裝在密封圈的內(nèi)側(cè)，也可以裝在外側(cè)。機(jī)床和工程機(jī)械中一般采用裝在內(nèi)側(cè)的結(jié)構(gòu)，有利于導(dǎo)向套的潤(rùn)滑；而油壓機(jī)常采用裝在外側(cè)的結(jié)構(gòu)，在高壓下工作時(shí)，使密封圈有足夠的油壓將唇邊張開，以提高密封性能。活塞桿處的密封形式有O形、V形、Y形和YX形密封圈。為了清除活塞桿處處露部分沾附的灰塵、保證油液清潔及減少磨損，在端蓋外側(cè)增加防塵圈。常用的有無(wú)骨架防塵圈和J形橡膠密封圈，也可用毛氈圈防塵。具體結(jié)構(gòu)參看表39圖例及有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)。表39活塞桿的導(dǎo)向與密封及防塵裝置結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖特點(diǎn)端蓋直接導(dǎo)向（1）端蓋與活塞桿直接接觸導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但磨損后只能更換整個(gè)端蓋（2）蓋與桿的密封常用O型、Y型、YX形密封圈（3）防塵圈用無(wú)骨架的防塵圈導(dǎo)向套導(dǎo)向（1）導(dǎo)向套與活塞桿接觸支承導(dǎo)向，磨損后便于更