【液壓升降平臺設計7500字（論文）】

19液壓升降平臺設計摘要設計液壓升降平臺的目的是為了推進先進生產力，追隨時代的腳步，從而在工作效率的角度來降低員工工作時的工作強度，由機械工作代替人工勞動，既使得工作進程更加的快速高效又降低了原始人工作業(yè)時的風險。目前國家正在積極發(fā)展先進技術，將過去的中國制造向中國智造轉型，這要求我們的技術需要與時俱進，緊跟時代發(fā)展。過去企業(yè)對于液壓升降平臺的要求比較低，只要能夠做到正常使用，即可滿足要求。但是現(xiàn)在各項技術在不斷突破，反觀過去的升降裝置已經不能夠繼續(xù)滿足部分企業(yè)的要求了。液壓系統(tǒng)是控制整個液壓升降平臺的靈魂之處，因此本設計主要著手研究液壓系統(tǒng)的設定以及液壓升降平臺的機械構成。關鍵詞：液壓升降平臺；液壓系統(tǒng)；機械構成目錄1緒論 11.1研究背景 11.2課題研究目的 11.3課題的意義 11.4國內外發(fā)展現(xiàn)狀 22工藝參數(shù)的設定及升降平臺的原理分析 42.1工藝參數(shù)的設定 42.2升降平臺的原理分析 43升降平臺組成結構的設計 53.1升降平臺的結構組成 53.2液壓升降平臺頂端與底部設計 53.2.1液壓升降平臺頂端的結構設計 53.2.2液壓升降平臺的底部設計要求 63.3支架的結構設計 64液壓系統(tǒng)的設計 94.1液壓系統(tǒng)的設計要求 94.2執(zhí)行元件的選擇 94.3執(zhí)行元件的速度和載荷計算 94.3.1執(zhí)行元件的速度 94.3.2執(zhí)行元件的載荷計算 104.4液壓系統(tǒng)參數(shù)確定 114.4.1液壓缸內徑的設定 114.4.2活塞桿直徑的設定 124.5活塞和活塞桿的設定 144.5.1活塞和活塞桿的結構 144.5.2活塞和活塞桿的加工要求 154.6液壓系統(tǒng)原理圖 16總結與展望 17參考文獻 181緒論1.1研究背景液壓升降平臺是現(xiàn)代企業(yè)生產中應用及其廣泛的一類工具，它具備占地面積小，承載能力強，使用簡單方便等優(yōu)點。目前國家在和國際接軌，在國外技術在日益發(fā)展的情況下，國家需要采取措施來應對如此嚴峻的形式，若不對落后的生產力做出改變，我們就會與世界脫軌，被發(fā)達國家甩開。因此我們要將液壓升降機做到新的高度，并且不斷的完善他的缺點，讓它能夠隨著企業(yè)的不斷擴大、應用的不斷擴展，能夠做到匹配新的作業(yè)環(huán)境、作業(yè)強度、作業(yè)需求，從而使得液壓升降平臺能夠一直滿足生產行業(yè)的使用需求，不會被高速發(fā)展的經濟所淘汰。在國家的大力支持下，我們需要在原先的技術上不斷進行改進，設計出符合先進生產力的產品，讓液壓升降平臺投入到國家的各項基本建設的使用中。1.2課題研究目的為了將所學的液壓氣動與傳動技術設計出一款適合日常生產的液壓升降平臺并將其投入到實際的生產過程中。將四年大學時光里所有學過的專業(yè)知識全部展現(xiàn)在這次的設計當中，本文主要圍繞液壓系統(tǒng)和基本的機械構造進行設計，加強對所學的專業(yè)知識的鞏固。其中理論力學、材料力學、液壓與氣壓傳動是本設計的主要運用專業(yè)知識，通過參數(shù)設定、建模、數(shù)據(jù)運算，并且不斷地改進，最終將完善的液壓升降平臺設計出來。畢業(yè)設計讓我們知道怎樣獨立設計一件實物，讓我們在設計中汲取經驗，將實踐的經驗運用到日后的工作或者學習當中。在我們設計產品的過程中，會遇到許多問題，在解決問題之前要首先提出假設，勇于想象、并及時推翻之前錯誤的系統(tǒng)思維，凡事先破后立，只有不斷的否定陳舊的思想，才能不斷地鞏固與加深理論知識的合理運用，每當我們以后需要運用同樣的專業(yè)知識去處理問題時，我們就能想起之前跌倒的原因，才能夠用過去警醒自己：同樣的問題我們不能失誤第二次。所以這次畢業(yè)設計的目的有很多，不僅僅是對自己專業(yè)知識的考驗，也是考驗自己應變問題的能力，在結束大學學習之后，我們需要步入工作或者繼續(xù)深造。在繼續(xù)深造的過程中，我們需要熟悉基礎的專業(yè)知識并為以后學習深奧的知識做好鋪墊。1.3課題的意義首先面對日益發(fā)展的生產力，更多的企業(yè)需要更為便捷、高效的液壓升降平臺，因此設計出高效的液壓升降平臺是大勢所趨，是順應國家號召的強有力支持、也是我們的內在動力。新的時代賦予先進生產力更多的意義，便捷高效的液壓升降平臺可以給我們這個節(jié)奏快速的社會減少很多不必要浪費的時間。以前人們設計是朝著實用方向考慮的，而如今這個時代僅僅擁有實用這一特性已經完全不能滿足我們的作業(yè)要求了，設計出舒適、可靠的的性能更為重要。因此在設計方面的創(chuàng)新更加刻不容緩，在作業(yè)時需要在合適的高度能夠進行自行固定，承重能力也要更強。以前的平臺上方可能只能進行單人操作，其工作效率遠不及多人配合高效，因此能夠設計出一個可供多人作業(yè)的液壓升降平臺是極其有必要的，其相較于過去的設備更加能夠被廣大企業(yè)受用。極強的操作性能使得其推廣速度更快，更能被操作人員接受。隨著擴展范圍的加快也更有利于使用者遠多于多于以前，更多的使用者也更能反饋給設計者一個更有權威的建議，只有使用者普遍給我們提供的反饋才是我們迫切需要再改進的地方，及時改進不足，才能形成良性循環(huán)、相互促進。相比于之前的課程設計這次的畢業(yè)設計專業(yè)性更強，課題更貼切于實際，它的靈感源于我們身邊是我們能夠接觸到的東西。因此設計此課題是對于我們自身最合適的鍛煉，它更全面、更貼合生活、更容易被我們理解。它可以與老一代產品進行比較，如果沒有過去的更合適，我們可以吸取過去產品的優(yōu)秀之處，反思我們的缺點并作出合理改進。再反觀我們作為設計者，通過老師給我們隨機出的課題也可以考察我們自己的設計能力是否完備，遇到無法用過去所學專業(yè)知識解決的我們會去主動查閱文獻，了解更多前沿科技，以及更多課本上未涉及的設計計算方法。這可以促進我們吸收更多先進技術，了解許多前沿科技，使我們對鉆研機械這里學科領域更有興趣。國家需要更多具有科研能力的學者，許多人在大學期間學習的專業(yè)知識如果不進行實踐永遠不會了解這其中的奧秘，只有通過自己的努力付出，才會有完成之后的欣喜。1.4國內外發(fā)展現(xiàn)狀1.4.1國內發(fā)展現(xiàn)狀根據(jù)本課題的主要研究對象，液壓技術的產生是在上個世紀50年代前后在中國研究界開始發(fā)展的，它落后于西方發(fā)達國家之后很長一段時間。而液壓元件在國內的眾多領域占有著一席重要地位，因此為了擺脫國外對于技術上的壟斷，國家提倡自主研發(fā)技術，爭取做到技術能夠獨立自主。目前有一大批科研人員在這個機遇并存的時代里堅持不懈的研究與發(fā)展新技術，他們在努力擺脫國外對技術的控制，在未來的一段時間內，國內還是要不斷研究技術并且我們在技術研發(fā)的道路上還有一段較長的路程。1.4.2國外發(fā)展現(xiàn)狀西方發(fā)達國家先進行工業(yè)革命，他們對于技術的研究起步很早，因此他們的技術處于相對成熟的階段，他們能夠運用先進的液壓技術解決許多難以攻克的難題，并且通過制造先進的液壓元件銷售全球達到壟斷的地步。在21世紀開始后幾年，新產品的發(fā)展勢頭極為迅猛，隨著科技的不斷進步，商品經濟的高效率讓國際社會已經不滿足于過去的傳統(tǒng)液壓升降產品，他們急需一種能夠安全、高效、節(jié)能的新產品來提高自己的生產水平。在21世紀之前美國是液壓升降平臺的主要生產大國，但是隨著日本和西歐技術的崛起，于是出現(xiàn)了兩種新型的液壓升降產品，這兩種液壓升降平臺的特點是不同的，它們更適合于企業(yè)的多方向選擇，并且技術更為先進，更符合目前的發(fā)展形勢。新型產品的出現(xiàn)使得美國在液壓升降產品龍頭的地位受到了壓制，出現(xiàn)了美國、日本和西歐的共同制衡。但是作為經濟強國的美國，他不甘心于經濟霸主的地位受到威脅，于是特雷克斯升降機公司也在慢慢崛起并且在世界頂級公司里也占有一席之地。在原先的液壓升降平臺出口國中，日本是頭號生產大國，并且它的產品出口質量很高，但在上個世紀70年代，由于美國的制裁，日本在整個工業(yè)領域的地位受到了動搖。因此日本在制造業(yè)的產量直線下降，并且日本國內的需求量也降低為每年3000臺。2工藝參數(shù)的設定及升降平臺的原理分析2.1工藝參數(shù)的設定此液壓升降平臺的相關工藝參數(shù)為：額定載荷：2000kg最低高度：150mm最大起升高度：1450mm最大高度：1600mm平臺尺寸：3000x2000mm電源：380v,50Hz2.2升降平臺的原理分析起始階段液壓升降平臺的上下兩端面貼合在一起，通過給液壓缸注油，活塞桿伸長給支架一個斜向上的驅動力，迫使支架做不完整的圓周運動從而達到支架直立的效果，從而使得與支架相連接的頂端平面向上移動，實現(xiàn)貨物的向高處運輸。當平臺進行固定高度時，液壓缸不再進行給油，負載不再進行變化，因此平臺能夠在固定高度維持穩(wěn)定，讓人員進行正常的作業(yè)。在平臺下降的時候與上升原理大致相同，與一開始給油相反要達到下降的目的液壓缸要回收油量，使得活塞桿縮短，給支架一個斜向下的拉力，迫使支架做與上升時方向相反的圓周運動，從而達到平臺下降的目的[1]。平臺3升降平臺組成結構的設計平臺3.1升降平臺的結構組成液壓缸液壓缸支架支架2121圖3-1升降平臺的結構組成圖3-1為該液壓升降平臺的主要構成框架，其中液壓缸承擔著本機構的動力傳輸裝置，支架之間的鉸鏈起到連接各個部分的節(jié)點。支架的采用需要考慮到原先設定的承載負荷，需要符合材料的強度范圍。支架起到力的傳輸作用，它將液壓缸傳達出來的力均勻的傳輸?shù)矫恳桓Ъ苌?，再由頂部的平臺承擔受重部件，通過平臺表面力的均勻受重，在各個節(jié)點形成均布載荷，使得平臺工作更為安全可靠，并且延長液壓升降平臺的使用壽命[2]。液壓升降平臺的總重力傳輸?shù)降鬃?，其中總重力包含整個升降機的重量和平臺頂部承受的重力，因此要將底部的設計類比頂部平臺的設計，不讓底座因為長期工作而變形造成意外。液壓升降平臺由這些組件共同連接，他們之間合理的配合方可實現(xiàn)液壓缸的正常工作。3.2液壓升降平臺頂端與底部設計3.2.1液壓升降平臺頂端的結構設計平臺頂部起到承載重物的能力，因此平臺材料的選擇需要能承受足夠大的壓力，故應采用焊接的熱軋鋼來制作內部結構，外部則由3000x2000mmx3mm的普通高強度鋼板制作。頂部平臺的結構如下所示：圖3-2頂部平臺結構圖分析：設計此平臺的縱向由六根10號熱軋鋼，橫向由四根16號熱軋鋼制作而成。16號熱軋槽剛的設定值為=,它的截面面積是，設定質量為，它的抗彎截面系數(shù)是。10號熱軋槽剛的設定值為=,它的截面面積是，設定質量為，它的抗彎截面系數(shù)是[3]。故計算每一部分的質量：橫向16號熱軋鋼的總質量為：橫向10號熱軋鋼的總質量為：四周普通高強度板的質量為：3.2.2液壓升降平臺的底部設計要求液壓升降平臺的底座是整個機構中承重最大的部件，但是考慮到設計它的主要因素就是強度，因此只要所選材料能夠滿足所需要的工作強度并且不會發(fā)生變形即可。3.3支架的結構設計此液壓升降平臺主要由八根支架通過鉸鏈連接來傳輸動力，每根支架的大小、形狀相同，在設計支架的時候考慮到后期的連接與裝配，因此它們中間的橫截面為矩形，并且支架兩端為圓柱狀結構[4]。支架作為連接平臺和底座的橋梁，需要確保其連接處在運行期間不發(fā)生形變，因此需要考慮到其剛度和強度的設定。設支架端面的壓力是N，列出下列方程：求得：N=3848N該支架結構在運算時候屬于力學中的超靜定問題，不方便計算，因此要稍做簡化處理，將主要受力進行分析，再進行求解。此時支架所受外力主要為液壓缸給與的向上推力還有頂部平臺施加的壓力。因此，在做完簡化處理后取一節(jié)支架來繪制其受力簡圖：圖3-3支架的受力簡圖彎矩計算公式：M=NL（3-1）N為每個支架的支點對上頂板的作用力單位：NL為活塞桿與支架連接處到地面固定支點之間的長度單位：m設每根支架為矩形截面長為a,寬為b，則其強度應滿足以下公式：代入數(shù)據(jù)得：設每根支架為矩形截面長為a,寬為b，則其強度應滿足以下公式：（3-2）（3-3）W為矩形截面的抗彎截面系數(shù)（3-4）則選材為屈服極限為235MPa的碳素鋼將數(shù)據(jù)代入：解之得：總結：當，a，b分別取時，算得滿足構件的強度要求[5]。故可以算出支架總質量為：4液壓系統(tǒng)的設計4.1液壓系統(tǒng)的設計要求本設計中最為關鍵的就是對于液壓系統(tǒng)的設計，因為它在此機構中作為動力輸出部分，往往液壓升降平臺能否正常運行就在于液壓系統(tǒng)是否合理。其組成結構也要足夠簡單方便，在工作過程中也要確保安全性足夠高。以下是經過分析給出的初步設計要求：液壓升降平臺的最大設定參數(shù)負載為2000kg，故當它作業(yè)時，它的負載范圍是0～2000kg。在工作時不能有顛簸感，要運行平穩(wěn)，對于它的工作精度沒有硬性要求[6]。4.2執(zhí)行元件的選擇因為機構中活塞桿的工作行程較短，因此宜采用參數(shù)為短行程的活塞缸。鑒于活塞桿需要做往復運動，于是可以選擇雙作用單活塞桿無緩沖式液壓缸，下圖是它的符號：圖4-1執(zhí)行元件活塞缸的安裝方式：采用耳環(huán)型安裝，用螺釘將液壓缸的端蓋與耳環(huán)型安裝配件固定在一起。如圖3-1所示，要在兩固定支架中間鏈接液壓元件。4.3執(zhí)行元件的速度和載荷計算4.3.1執(zhí)行元件的速度起初設定最大起升高度參數(shù)為1450mm，假設活塞桿從起始運動到運動至末端停止時需要的時間為45s，再給液壓升降平臺一個升降時間一個范圍：最短時間是40s,最長時間是50s，通過給出的參數(shù)，我們來計算活塞桿的運行速度v:（4-1）方程中：v是活塞桿的運行速度單位：m/sl是液壓缸的工作行程單位：mt是運動時間單位：s當時間t=40s時：Vmax==0.01325當時間時：Vmin分析：活塞桿的運動速度在液壓升降平臺工作過程中基本為一個定值，這使得活塞桿在大部分的工作時間里做的是勻速運動，它能給站在平臺上方的操作人員一個穩(wěn)定的作業(yè)環(huán)境。再進行小范圍的分析，在液壓升降平臺起始階段，速度從0開始增加，此時它是做加速運動；在平臺即將到指定的工作高度時，它需要減速制動，故其需要做減速運動。由于其兩次加速度都不大，所以對于操作人員沒有影響，可以達到一個工作全程都很平穩(wěn)的效果[7]。4.3.2執(zhí)行元件的載荷計算在活塞桿做抬升運動時，油缸需要給油，因此活塞桿需要克服液壓來進行工作。接下來對它進行受力分析：阻礙活塞桿運動的切削力F切，各個零部件之間的摩擦力F摩，密封裝置的阻力F密，慣性力F慣，回油腔里產生的阻力F背，由所給公式分析，求它的最大牽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慣+F背（4-2）解析：（1）阻礙活塞桿運動的切削力：妨礙活塞桿正向工作的阻力，在此機構中是平臺的整體負重以及所有支架和平臺頂板的質量之和：它的計算方程是：F切=F額載+F支架+F上頂板（4-3）F摩=μG=μ（m1+m2+m3+m4）g+μG額載（2）摩擦力：運動過程中組件間的摩擦力，取μ=0.15F摩=μG=μ（m1+m2+m3+m4）g+μG額載其具體計算式為：（4-4）F密F密=0.03FF密=fpF密=fpπdh1Y形密封圈：（4-6）元素分析：f是給定的摩擦系數(shù)，取f=0.01p是在工作時，密封處的壓力單位：Pad是密封處的直徑單位：mh1是密封圈的有效高度單位：m（4）起始、結束和轉向階段產生的慣性力：它的計算方程是：F慣=maF慣=ma=Gg×ΔvΔt元素分析：G是運動部件總重力單位：Ng是重力加速度單位：Δv是啟動或者結束時的速度變化量單位：m/sΔt是起始或者結束所需要的時間單位：s因為本機構可以移動，故，設計本機構?。?）回油腔里產生的阻力：為了方便設計計算，故簡化方程：F=F切F=F切+F磨+F密+F慣==（m1+m2+m3+m4）g+G額載+μ（m1+m2+m3）g+μG額載+計算得=40KN在起初設定此液壓升降平臺時給定的額定載荷參數(shù)是2000kg，并且在設計此機構的前提中考慮到平臺一旦開始升降就不能繼續(xù)增加或減少頂部平臺承擔的壓力，這就表明所承受負載在工作時無變化，其受到的是額定負載[8]知識工程以知識為處理對象，把多種信息關聯(lián)在一起，主要專家系統(tǒng)、人工智能提供知識表達、知識獲取和知識重用的技術和方法?；谥R工程的升降平臺快速設計技術就是知識工程技術和計算機輔助設計的綜合運用。它將行業(yè)或企業(yè)中專家的技能通過知識工程技術運用到快速設計系統(tǒng)中，采用了知識工程技術為工程問題提供了最佳的解決方案REF_Ref14262\r\h[9]。表4-4液壓缸的牽引力和工作壓力之間的關系4.4液壓系統(tǒng)參數(shù)確定表4-4液壓缸的牽引力和工作壓力之間的關系牽引力F（KN）<55-1010-2020-3030-50>50工作壓力P（MPa）<0.8-101.5-22.5-33-44-5>5-7通過上一節(jié)的分析可知，液壓缸的的牽引力既是液壓缸工作時所需要克服的阻力，通過結論：牽引力為40KN，由圖表可知工作壓力是4.5MPa。4.4.1液壓缸內徑的設定通過以下公式來計算液壓缸內徑：（4-9）解析：D是液壓缸的內徑單位：mF是推力單位：NP是工作壓力單位：MPa是液壓缸的機械效率取值為：0.95將以上數(shù)據(jù)代入：D==0.083m算得D=83mm，為了方便安裝取值為D=90mm分析：這里將設計的內徑值取大的原因是，在液壓缸內裝入活塞桿，但是活塞桿與液壓缸之間還有其他零件需要裝填。并且生產零件的廠家都是有標準的，所以取值需要取標準件的參數(shù)。4.4.2活塞桿直徑的設定（1）當活塞桿受拉時：當活塞桿受壓時：當液壓升降平臺進行工作時，受到的壓力值為：p=4.5MPa,取。（2）活塞桿的強度計算經過分析可知：在工作條件穩(wěn)定的條件下，可以將活塞桿近似看為直桿進行計算。（4-10）解析：F是活塞桿所受力單位：Nd是活塞桿的直徑單位：mσ是許用應力單位：MPa活塞桿的材質：45號鋼代入數(shù)據(jù)計算：=6.3MPa<因此活塞桿的強度滿足要求。（3）活塞桿的穩(wěn)定性校核因為活塞桿不受偏心力的影響，故可以把活塞桿和液壓缸當作一個整體來進行考慮計算：時，（4-11）參考其兩端用鉸接固定，根據(jù)給出的參數(shù)進行計算：（4-12）賦值得：列出校核方程：（4-13）將以下數(shù)據(jù)帶入：L=1.06m解之得：=371KN分析它的穩(wěn)定條件：（4-14）解析：是穩(wěn)定安全系數(shù)，一般范圍=2~4設=3F是液壓缸受到的推力N解之得：=123KN經過校核發(fā)現(xiàn)其滿足穩(wěn)定性要求[10]。4.5活塞和活塞桿的設定4.5.1活塞和活塞桿的結構(1)活塞的結構設計此液壓升降平臺，選用如下結構的活塞：1導向環(huán)2密封圈3活塞圖4-2活塞結構圖（2）活塞桿以下的活塞桿的外部結構：圖4-3活塞桿外部結構以下是它的內部結構：1卡環(huán)2彈簧圈3軸套4活塞5活塞桿圖4-4活塞桿內部結構1卡環(huán)2彈簧圈3軸套4活塞5活塞桿4.5.2活塞和活塞桿的加工要求（1）活塞的加工要求活塞的選材一般可用45號鋼，活塞的外徑公差為，其表面粗糙度一般在。（2）活塞桿的加工要求與活塞的選材一樣，活塞桿的材質也可選用45號鋼，根據(jù)活塞采用的公差為f8，活塞桿可以選擇與之相配套的，它的表面粗糙度要小于，硬度為[11]。4.