毕业设计液压升降舞台系统的设计

液压升降舞台系统 摘 要 本次毕业设计是关于液压升降舞台系统的设计。首先对液压升降舞台作了简单的概述；接着分析了液压升降舞台的基本结构和工艺参数，然后根据所要求的基本工参数和机械机构，进行了液压系统的计算，从而对液压元件进行选型，然后在对所选择的液压升降舞台的性能进行了必要的验算，当验算合格后，本设计给出了升降舞台液压系统的原理图和电气控制图，并对此作出了详细的分析。最后本文简单的说明了液压升降舞台的安装与维护。目前，液压升降舞台正朝着长距离，高速度，低摩擦的方向发展。近年来在液压升降舞台的设计、制造以及应用方面，我国与国外先进水平相比仍有较大差距,国内在设计制造液压升降舞台过程中存在着很多不足，因而所需我们努力改进的地方还有很多。 关键词：液压升降舞台 机械结构 液压系统原理 电气控制 The System Of Hydraulic Elevator Sage Abstract This graduates design is about the system of hydraulic elevator stage.Firstly it introduces the hydraulic elevator stage in outline.Then this design analyses the basic structureand technological parameters of hydraulic elevator stage. After that it does a lot of computation about the system of hydraulic on the basis of he basic structure and technological parameters so that we can choose the hydraulic component.Afterwards it did a lot of examine about the performance of the hydraulic elevator stage.When examine meet the requirement ，this design presents the key diagram and electric controlling system diagram of hydraulic elevator stage system，besides，it also make a detailed analysis。Finally, this paper briefly explain the installation and maintenance of the hydraulic elevator stage.At present,the hydraulic elevator stage is developing toward Long distance, high speed, low friction.In recent years ,at the design, manufacturing and application of the hydraulic elevator stage，Our country and foreign advanced level still lags far behind.there are many shortcomings in the process of designing and making hydraulic elevator stage in our country.So we needed to improve in many areas. Key Words: hydraulic elevator stage technological parameters key diagram of hydraulic elevator system electric controlling system diagram63目 录摘 要IAbstractII一绪论11.1液压技术的应用与特点11.1.1液压技术的应用11.1.2液压传动的特点21.1.3液压系统的组成2二液压升降舞台结构分析与设计42 .1升降舞台的简介42.2 升降舞台的液压系统方案的确定52.2.1升降台机构的设计52.2.2 升降舞台升降过程示意图62.2.3降台工艺参数7三升降舞台液压系统设计计算83.1执行元件类型、数量、和安装位置83.2升降舞台升降部分的设计83.2.1 确定液压系统的工作要求83.2.2 分析液压系统给的工况83.2.3确定液压缸的主要参数9四液压系统的设计与分析144.1液压回路的选择144.1.1确定油路方式144.1.2确定调速方法154.1.3速度换接回路的选择154.1.4换向回路的选择154.1.5压力控制回路的选择164.1.6其他回路的分析与选择164.2升降舞台液压系统工作原理图的确定和分析164.2.1升降舞台液压系统工作原理图164.2.2液压系统组成及工作原理174.3液压元件的选择184.3.1 液压泵及电动机的选择184.3.2液压阀的选择184.3.3流量控制阀194.3.4 方向控制阀204.3.5其它辅助元件的确定204.4液压元件的连接234.5液压系统的演算234.5.1判断流动状态244.5.2压力损失244.5.3局部压力损失（油液流经阀的损失）24五液压系统性能的验算255.1系统压力损失计算以及泵压力的调整255.2系统发热及温升计算26六电气控制回路的设计296.1液压和电气控制系统296.2液压系统和电气系统的仿真30七升降舞台液压系统的安装调试387.1液压系统的安装387.1.1系统安装前注意事项387.1.2系统安装时的注意事项387.1.3 系统安装方法407.2液压系统的调试417.2.1调试的目的417.2.2调试的步骤417.2.3调试的主要内容42八.液压系统污染的控制448.1污染的控制448.1.1污染物种类和来源448.1.2油液污染物的控制458.2泄露控制468.2.1控制泄露468.2.2液压系统泄露的排除方法47总结49参考文献50致谢51 一绪论 本次毕业设计是根据我们机械及其自动化专业的学生，所掌握的专业知识而编写的。它突出了液压技术的特点，实现机械和电气控制的有机地融合在一起，从而实现机电一体。本文主要介绍升降舞台液压系统的设计思路、液压系统的工作原理及各种液压元件的选用。1.1液压技术的应用与特点1.1.1液压技术的应用 液压技术是涉及液体流动和液体压力规律的科学技术。近几十年来，液压技术发展非常快，广泛应用于工业、农业和国防等各个部门。液压传动主要应用如下：(1)一般工业用液压系统：坯料加工机械(注塑机)、压力机械(锻压机)、重型机械(废钢压块机)、机床(全自动六角车床、平面磨床)等； (2)行走机械用液压系统：工程机械(挖掘机)、起重机械(汽车吊)、建筑机械(打桩机)、农业机械(联合收割机)、汽车(转向器、减振器)等； (3)钢铁工业用液压系统：冶金机械(轧钢机)、提升装置(电极升降机)、轧辊调整装置等； (4)土木工程用液压系统：防洪闸门及堤坝装置(浪潮防护挡板)、河床升降装置、桥梁操纵机构和矿山机械(凿岩机)等： (5)发电厂用液压系统；涡轮机(调速装置)、核发电厂等； (6)特殊技术用液压系统：巨型天线控制装置、测量浮标、飞机起落架的收放装置及方向舵控制装置、升降旋转舞台等； (7)船舶用液压系统：甲板起重机械(绞车)、船头门、舱壁阀、船尾推进器等； (8)军事工业用液压系统：火炮操纵装置、舰船减摇装置、飞行器仿真等。 上述的概略说明不包括所有应用的可能性。目前，液压传动技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低晚声、长寿命、高度集成化等方面都取得了很大的进展。同时，由丁它与微电子技术次紧密配合，能在尽可能小的空间内传送出尽可能大的功率并加以准确地控制，从而更使它在各行各业中发挥出巨大作用。 1.1.2液压传动的特点 与其他传动相比其优点如下：(1)在同等体积下，液压装置能产生出更大的动力。也就是说，在同等功率下，液压装置的体积小、重量轻、结构紧凑，即：它具有大的功率密度或力密度，力密度在这里等于工作压力；(2)按压装置容易做到对速度的无级凋节，而且调速范围大，并且对速度的调节还可以在工作过程中进行；(3)液压装置工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向；(4)液压装置易于实现过载保护能实现自润滑，使用寿命长；(5)按压装置易于实现自动化，可以很方便地对液体的流动方向、压力和流量进行调节和控制，并能很容易地和电气、电子控制或气动控制结合起来，实现复杂的运动、操作。(6)液压元件易于实现系列化、标准化、通用化，便于设计、制造和推广使用当然，液压传动还存在以下一些明显缺点：(1)液压传动中的泄漏和液体的可压缩件，使这种传动无法保证严格的传动比；(2)液压传动有较多的能量损失(泄漏损失、摩擦损失等)，因此，传动效率相对低；(3)液压传动对油温的变化比较敏感不宜在较高或较低的温度下工作;(4)液压传动在出现故障时不易找出原因。1.1.3液压系统的组成液压传动装置主要由以下五部分组成： 1)能源装置把机械能转换成油液液压能的装置。最常见的形式就是液压泵，它给液压系统提供压力油。 2)执行装置把油液的液压能转换成机械能的装置。它可以是作直线运动的液压缸，也可以是作回转运动的液压马达。 3)控制调节装置对系统中油液压力、流量或流动方向进行控制或调节装置。例如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等这些元件的不同组合形成了不同功能的液压系统。 4)辅助装置上述三部分以外的其它装置，例如油箱、滤油器、油管等。它们对保证系统正常工作也有重要作用。 5）工作介质：液压系统中用量最大的工作介质是液压油，通常指矿物油XXXXX大学学士学位论文二液压升降舞台结构分析与设计2 .1升降舞台的简介 随着文化生活的日益丰富，人们对演出活动中舞台效果的要求越来越高，在比较高档的文化娱乐场所，为了创造一种生动活泼的立体演出效果，传统的精静止舞台逐渐被摒弃，而代之以升降舞台。现在在专业歌剧院、舞剧院、话剧院以及大型的音乐厅里都配备各种类型的升降舞台，它能够有效利用现场的有效空间，尽可能的减少传动装置的占地面积保证舞台平稳升降，并且具有快速迁换布景，满足舞台工艺布置及舞美设计和剧目编导人员的需要，制造特殊气氛和效果，根据不同表演流派需求改变舞台的形式等。 目前国内外采用的是滑动螺母丝杠升降台，普通滑动螺母丝杠副的特点是可以按需要设计成自锁，这对载人升降台是一个很好的优点，但是，滑动螺母丝杠副在设计成自锁的条件下机械效率很低，理论上可达到40%，事实证明，由于加工精度、表面粗糙度、润滑条件、安装条件的限制，真正能达到的机械效率只有20%30%。而舞台升降台的载重较重，一般为10t左右，加上升降速度较快，最高达0.2m/s,这样就必须要求所选电动机的功率较大，一般为20kw以上，同时，由于舞台升降台一般要求变频调速，这样所选用的变频器的容量较大，功率（容量）较大，成本上升，尤其是变频器，随容量的增大，成本急剧上升。因此，我们将金属切削机床上采用的滚珠螺母丝杠副用于舞台升降台的升降传动，滚珠螺母丝杠副具有较高的传动效率，但不能自锁，这对载人升降舞台来说不安全，而滚珠螺母丝杠副的传动效率高于普通滑动螺母丝杠副，且能自锁，常用于垂直移动的传动。滚柱螺母丝杠副要求丝杠直径较粗，否则，丝杠螺纹与滚柱的环槽有可能发生干涉。这一要求在舞台升降台上是完全能满足的，因为由升降行程所决定的丝杠长度较长，一般为57 m ，根据刚度要求，丝杠直径本身就要求较粗。而采用液压传动可实现高压高速、大功率、高效率、低噪声、长寿命、高度集成化等方面的发展，与机械传动相比，采用液压传动可减少换向冲击、降低能量消耗、缩短换向时间，有效利用现场有效空间，减少传动装置的占地面积，保证升降舞台升降平稳，易于实现自动化控制以及无级调速。 常用的几种升降机构的比较： (1)液压升降机构：采用液压技术，升降平稳、噪音低。(2)垂直丝杠升降机构：采用丝杠传动方式，可以实现双层台面的升降。根据需要可多块组成升降台群，能在行程范围内组成不同的台阶以满足会议和演出的需要，是搭设”亭、台、楼、阁”的理想道具。(3)水平丝杠机械升降机构：该结构的升降台具有土建配合量小，所需基坑浅、行程大、运行平稳、噪音低、定位准确、造价低等优点。采用水平丝杠传动，通过剪叉结构实现台面的升降运动，在行程范围内可任意停止。(4)链条式升降机构：有良好的导向机构，可保证设备运行时无倾斜。(5)齿轮齿条式升降机构：传动精确，造价高。(6)螺旋器升降机构：具有普通升降台的全部功能，主要特点是设备占用基坑小，行程大。设备高度仅200500mm，行程可达14m。对于舞台建在二层以上的建筑物，因空间受到限制的剧场尤为适合。 从上面的比较可知，液压式升降机构升降平稳、噪音低、使用寿命长、承受载荷大而且控制相对简单，应用在舞台设备中比较合适。2.2 升降舞台的液压系统方案的确定 此次设计中是将液压传动技术应用于舞台的升降中，升降舞台的升降功能是由4根液压缸顶升叉架完成， 4根液压缸的同步由带补正装置的同步回路完成。升降台是液压系统的重要应用领域，升降台液压系统也是比较成熟的技术。但此套大型设备不能简单地套用，必须解决好以下问题，方可靠保证舞台平稳升降。 （1）保证动作平稳，舞台上载重量变化比较大，且液压缸在升降过程中随叉架角度变化较大，因此液压缸负载变化较大，液压系统必须要能克服负载变化对速度产生的影响，确保机构无冲击的平稳运行； （2）根据舞台承受的动静载荷，速度要求，经过计算，得出上升过程中液压缸无杆腔工作压力约为13MPA，单根液压缸理论流量为32.739.5L/min； （3）下降过程主要靠自重，但必须加以控制，尤其是大型设备，一旦失去控制，极其危险。2.2.1升降台机构的设计该升降台主要有两部分组成：机械系统和液压系统。机械机构主要起传递和支撑作用，液压系统主要提供动力，他们两者共同作用实现升降机的功能。其结构见图如下图所示： 图2-1 升降舞台结构简图 上图所示即为单个升降舞台的基本结构形式，其中1是工作平台，2是活动铰链，3为固定铰链，4为支架，5是液压缸，6为底座。4（支架）主要起支撑作用和运动转化形式的作用，一方面支撑舞台的载荷，一方面通过其铰接将液压缸的伸缩运动转化为舞台的升降运动，1（工作平台）与载荷直接接触，将载荷转化为均布载荷，从而增强局部承载能力。下底架主要起支撑和载荷传递作用，它不仅承担着整个舞台的重量，而且能将作用力传递到地基上。通过这些机构的相互配合，实现升降舞台的稳定和可靠运行。两支架在0点铰接，支架的一端分别固定在平台和底座上，另一端采用滚轮滑动，通过活塞杆的伸缩和铰接点0的作用实现舞台升降平稳。而且该机构要求基坑较浅，从而可以节约投资，液压缸左右对称布置，工作时总体水平方向上受到的合力为零，使得台面水平方向不发生运动，只是垂直方向的往复运动。2.2.2 升降舞台升降过程示意图 图2-2升降舞台升降示意图当系统响应时，三个台面同时升起，舞台1升高高度为1m，舞台2升高高度为2m，舞台3为3m，升降速度相同。在下面的计算过程中，我们按舞台3的结构来计算，当结构3满足时，其他2个同时满足。2.2.3降台工艺参数相关工艺参数为：单个平台尺寸：16m2m 升降行程：13m 升降速度：0.2m/s静载荷：4000kg/ 动载荷：2000kg/ 电源：380v,50Hz三升降舞台液压系统设计计算3.1执行元件类型、数量、和安装位置 表3-1执行元件类型选择运动形式往复直线运动回转运动往复摆动短行程长行程高速低速摆动液压马达执行元件的类型活塞缸柱塞缸 液压马达和丝杠螺母机构高速液压马达低速液压马达 根据上表选择执行元件类型为活塞缸（A1=2A2)，再根据其运动要求进一步选择液压缸类型为双作用单活塞杆无缓冲式液压缸。符号位： 数量：该升降平台为双单叉结构，故其采用的液压缸数量为4个完全相同的液压缸，其运动完全是同步的，但其精度要求不是很高。 安装位置：液压缸的安装方式为耳环型，尾部单耳环，气缸体可以在垂直面内摆动，安装的位置为简 所示的前后两固定支架之间的横梁之上，横梁和支架组成为一体，通过横梁活塞的推力逐次向外传递，使升降机升降，完成舞台的升降。3.2升降舞台升降部分的设计3.2.1 确定液压系统的工作要求根据工作要求，确定该系统的工作循环为：快速前进工进工退原位停止，根据具体加工求计算得出：快速前进时的速度为4500mm/min(0.075m/s)，工作进给时的速度应在20120mm/min(0.00030.002m/s)范围内作无级调速，台面最大工进行程为3m,工退行程为3m，运动部件自身重为0.6t，启动换向时间为t=0.05s,系统竖直放置的垂直导轨的静摩擦系数为fs=0.2,动摩擦系数为fk=0.1,油缸机械效率cm取为0.9。 3.2.2 分析液压系统给的工况启动加速阶段：F=(Fs+Fi)/cm=(fsG+Gv/gt)/cm=(0.25880+58800.075/9.80.05)/0.9=2306.67N工进阶段： F=Fw/cm=58800.1/0.9=653.33N工退阶段：F= Fw/cm=58800.1/0.9=653.33N 表3-2液压系统在各阶段的速度与负载阶段速度v(m/s)负载F/N启动加速0.0752306.67工进0.00030.002653.33工退0.00030.002653.333.2.3确定液压缸的主要参数1. 初选液压缸的工作压力表3-3 按负载选择压力负载（KN）50工作压力/mpa5 表3-4按设备类型选择系统工作压力设备类型机床农业机械，小型工程机械，建筑机械，液压凿岩机液压机，大中型挖掘机，重型机械，起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/mpa0.82352881010182032由计算得出各阶段负载的最大值查表3-3和表3-4，取液压缸的工作压力为0.8MPa。 2. 确定液压缸的主要结构参数 表3-5液压缸参考背压系统类型背压 Pb105/Pa回油路上有节流阀的调速系统25回油路上有调速阀的调速系统58回油路上装有背压阀515带补油泵的闭式回路815根据表3-2得最大负载为启动加速阶段负载：F=2306.67N,液压缸压力为0.8mpa，且为了防止负载的突然消失，改液压缸采用背压，则参照表3-5，选背压为P2=0.6mpa。则：A=0.0048561（m2）则活塞直径：D=0.078652m式中：D活塞杆直径缸、筒内径，单位为m F无杆腔推力，单位为N P工作压力，单位为MPa 液压缸机械效率，取=0.95查设计手册，液压缸内径系列将所计算的值圆整为标准值，取D=100mm。活塞杆直径的确定活塞杆直径根据受力情况和液压缸的结构形式来确定由参考文献8可知： 受拉时： （3-1） 受压时：， （3-2） ， （3-3） ， （3-4）为了实现快进与快退速度相同，采用差动连接，则d=0.707D,所以d=0.707D= 70mm 查得d=70mm,符合活塞杆标准直径系列，由D=100mm,d=70mm计算液压缸无杆腔有效工作面积为A1=78.5C 有杆腔有效工作面积为A2=40.1C 假定工作进给采用调速阀调速，查产品样本，调速阀最小稳定流量为Qmin=0.05L/min,因为工作进给最小速度为Vmin=20mm/min, 则Qmin/Vmin=0.051010/20=25cmA2A1 因此能满足低速稳定性要求。3. 计算液压缸的工作压力、流量以及功率（1） 计算工作压力(P1=) 根据有关资料，系统的背压在0.50.8MPa范围内选取。暂时规定，工作进给的的背压为Pb=0.8MPa 快速进给时的背压为Pb=0.5MPa。液压缸在工作循环各阶段的工作压力P1可按下面公式计算得出：工作进给阶段(无杆腔进油)：P1=F/A1+ PbA2/A1=653.31010/78.5+0.840.1/78.5=0.49MPa 快速退回阶段（有杆腔进油）：P1=F/A2+A1Pb/A2=653.31010/40.1+0.578.5/40.1=1.11MPa快速前进阶段:P1=F/A1-A2+A2Pb/A1-A2=653.31010/78.5-40.1+40.10.510101O/78.5-40.1=0.69MPa(2) 计算液压缸的流量(q=A1v2)根据快进快退速度V1=0.075m/s,工进速度V2=0.02m/s计算液压缸各阶段所应输入的流量。工进阶段：Q1=A1V2=78.50.002/1010=0.96L/min快退阶段：Q1=A2V1=40.10.075/1010=18L/min快退阶段：Q1=(A1-A2)V1=(78.5-40.1)0.075/1010=17.3L/min(3) 计算液压缸的输入功率(P=p1q）工进阶段：P=P1Q1=0.4916=7.84W=0.00784KW 快退阶段：P=P1Q1=1.1118=33W=0.33KW快退阶段：P=P1Q1=0.6917.3=200.1W=0.2001KW将以上计算得出的压力、流量、功率列于表三中 表3-6液压缸在各工作阶段的压力、流量及功率阶段工作压力P/Pa输入流量Q(L/min)输入功率P/kw工进阶段0.490.960.00784快速退回1.11180.33快速前进0.6917.30.20014 液压缸壁厚，最小导向长度，液压缸缸筒长度的确定 液压缸壁厚的确定液压缸壁厚由结构和工艺要求等确定，其强度一般满足要求，通常不需演算。当液压缸工作压力较高或缸筒内经较大时，需对其薄壁处进行强度校核。壁厚由下式确定： 式中： D液压缸内径 （m） 缸体壁厚 （cm）液压缸最高工作压力 （Pa） 一般取=（1.2-1.3）p 缸体材料的许用应力 钢材取 代入数据： 1.30.810101021001010=0.052cm考虑到液压缸的加工要求，将其壁厚适当加厚，取壁厚。 最小导向长度，液压缸缸筒长度活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到导向滑动面中点的距离为活塞的最小导向长度H，如下图所示，如果最小导向长度过小，将会使液压缸的初始挠度增大，影响其稳定性，因此设计时必须保证有最小导向长度，对于一般的液压缸，液压缸最大行程为L，缸筒直径为D时，最小导向长度H. 图3-7液压缸结构简图液压缸的缸筒长度L主要有活塞最大工作行程决定，一般缸筒长度不超过内径的20倍。活塞宽度度b=（0.61）D=0.6100=60mm活塞杆导向长度H=（0.61.5）d=1.070=70mm通常L(2030)D=2010030100=2000mm3000mm=1000mm 即H100/2010/2=10cm=100mm 取为100mm导向套滑动面长度，在D=80mm时，取A=(0.61)D，当导向套长度不够时，不宜过分增大A和B，必要时可在导向套和活塞之间加一隔套，隔套的长度由最小导向长度H确定。四液压系统的设计与分析4.1液压回路的选择4.1.1确定油路方式油路循环方式可以分为开式和闭式两种，其各自特点及相互比较见下表： 表4-1油路循环方式 油液循环方式开式闭式散热条件较方便，但油箱较大较好，需用辅泵换油冷却抗污染性较差，但可用压力油箱或其他改善较好，但油液过滤要求较高系统效率管路压力损失较大，用节流调速效率低管路压力损失较小，容积调速效率高限速制动形式用平衡阀进行能耗限速，用制动阀进行能耗制动，可引起油液发热液压泵由电动机拖动时，限速及自动过程中拖动电机能向电网输电，回收部分能量其他对泵的自吸性能要求较高对主泵的自吸性能要求较低 油路循环方式的选择主要取决于液压系统的调速方式和散热条件。 比较上述两种方式的差异，再根据升降舞台的性能要求，可以选择的油路循环方式为开式系统，因为该升降机主机和液压泵要分开安装，具有较大的空间存放油箱，而且要求该升降机的结构尽可能简单，开始系统刚好能满足上述要求。 油源回路的原理图如下所示： 图4-2油路回路原理图1.油缸2.过滤器3.温度计4.液位计5.电动机6.液压泵7.溢流阀8.压力表 当系统中有多个液压执行元件时，开始系统按照油路的不同连接方式又可以分为串联，并联，独联，以及它们的组合-复联等。串联方式是除了第一个液压元件的进油口和最后一个执行元件的回油口分别与液压泵和油箱相连接外，其余液压执行元件的进，出油口依次相连，这种连接方式的特点是多个液压元件同时动作时，其速度不随外载荷变化，故轻载时可多个液压执行元件同时动作。4.1.2确定调速方法 调速方法有节流调速、容积调速、联合调速。在设计中选用节流调速回路，。节流调速一般采用定量泵，用流量控制阀改变输出输入液压执行元件的流量来调节速度。原因是该调速回路有以下特点：承载能力好，成本低，调速范围大，适用于小功率，轻载或中低压系统 ，但其速度负载特性差，效率低，发热大。4.1.3速度换接回路的选择 速度换接回路的形式常用行程阀或电磁阀来实现，行程阀具有换接平稳、工作可靠、换接位置精度高、电磁阀具有结构简单、控制灵活、调整方便的特点。4.1.4换向回路的选择 根据执行元件对换向性能功能的要求选择换向阀机能和控制方式。在本设计中多采用电磁换向阀实现回路的换向，它具有操作方便、便于布置、低速换向的特点。4.1.5压力控制回路的选择 本设计中采用了节流调速，常用溢流阀组成限压、安全、保护回路。4.1.6其他回路的分析与选择 根据升降舞台的要求，本设计中选用了多缸同步回路、顺序动作回路、平衡回路、锁紧回路和卸荷回路等。在选择回路中对同步回路和顺序动作回路进行详细分析。（1） 多缸同步回路 同步回路是保持两个或两个以上的液压缸在运动中保持相同的位移或相同的速度，常用的有：（a）带补偿措施的串联液压缸同步回路；（b）调速阀控制的的同步回路；（3）机械连接同步回路。（b）调速阀控制的同步回路 在这个回路中，两个调速阀分别调节两液压缸活塞的运动速度，仔细调整两个调速阀的开口，可使两液压缸在同一个方向上实现速度同步，这种同步回路结构简单并且速度可调，但是由于油温变化及调速阀性能差异的影响,显然这种回路不易保证位置同步、且调整麻烦，速度同步精度较低，一般在5%7%之间。（c）机械联接同步回路 其特点是：回路结构简单、工作可靠，但只适用于两缸载荷相差不大的场合，连接应具有良好的导向结构和刚性，否则会出现卡死现象。（2） 顺序同步回路 常用的顺序动作回路可分为压力控制，行程控制和时间控制三类，其中前两类使用较多。 表4-3 电磁铁的动作电磁铁动作YA1YA2YA3YA4YA5快速上升+-+-匀速上升+-+-+下降-+-+-停止-4.2升降舞台液压系统工作原理图的确定和分析4.2.1升降舞台液压系统工作原理图图4-4液压系统原理图1液压缸；2过滤器；3温度计；4液位计；5电机；6液压泵；7溢流阀；8压力表；9分流阀；10、11三位四通电磁换向阀； 12、15单项节流阀；13、14节流阀；16、17、18、19液压缸； 20二位二通电磁换向阀；21调速阀4.2.2液压系统组成及工作原理 当按下启动动按钮电机转动，液压泵开始工作，把油箱的油通过分流阀等量分流到两个三位四通的电磁换向阀。当按下快速上升按钮，电磁铁得电，换向阀1工作在左位，换向阀2工作在右位。油液通过节流阀流向四个液压缸，四个液压缸同步快速上升，油液再通过节流阀在流回油箱。当液压缸上升到上限位置碰到行程开关，电磁铁失电，两换向阀同时换中位，实现系统保压。当按下匀速上升按钮，电磁铁得电，换向阀1工作在左位，换向阀2工作在右位。油液通过节流阀流向四个液压缸，四个液压缸同步匀速上升，油液再通过节流阀在流回油箱。当液压缸上升到上限位置碰到行程开关，电磁铁失电，两换向阀同时换中位，实现系统保压。当按下下降按钮，电磁铁得电，换向阀1工作在右位，换向阀2工作在左位，油液再通过单向阀在流回油箱。当液压缸下降到下限位置碰到行程开关，电磁铁失电，两换向阀同时换中位，实现系统卸荷。当液压系统出现故障等要求紧急停止时，按下停止按钮，电磁阀复位，电磁阀都失电，两个换向阀都置中位，整个系统停止。4.3液压元件的选择4.3.1 液压泵及电动机的选择 由表3-6得已知液压缸的工作压力在快退阶段达到最大。设进油路压力损失P=0.5MPa ，则液压泵的最高工作压力为:PpP1+P1=1.11+0.5=1.61MPa因此，液压泵的额定压力可以取为（1.61+1.6125%）MPa=2.01MPa。将流量值18L/min代入公式Qqk1qmax中，（其中k1为系统的泄漏修正系数，一般取为k1=1.11.3）分别求出快进及工进阶段的供油量。 快进快退时泵的供油量为：Qpkq=1.118=19.8L/min 工进时泵的流量为：Qpkq=1.10.94=1.04L/min 考虑到节流调速系统中溢流阀的性能特点，应加上溢流阀稳定工作时的最小溢流量一般取为3L/min。查产品样本，选择小泵排量V=25ml/min的TB1型的单联叶片泵，额定转速n=960r/min，则泵的额定溢流量为Qp=Vpv=259600.90.001L/min=22L/min 。 由表3-6可以看出，快退阶段功率最大，所以根据快退阶段功率计算电动机功率。 设快退时进油路的压力损失为P1=0.2MPa,液压泵的总效率为p=0.7,则电动机功率为Pp=PpQp/p=(p1+p1)Qp/p=(1.11+0.2)1.61000/600.7=673w查电动机产品样本，选用Y901-6型异步电动机P=1.1KW,n=910r/min。4.3.2液压阀的选择根据液压系统原理图计算液压阀在不同工况时的工作压力和最大实际流量，将计算值填入表压力控制阀的选用原则压力：压力控制阀的额定压力应大于液压系统可能出现的最高压力，以保证压力控制阀正常工作。压力调节范围：系统调节压力应在压力调节范围之内。流量：通过压力控制阀的实际流量应小于压力控制阀的额定流量。结构类型：根据结构类性及工作原理，压力控制阀可以分为直动型和先导型两种，直动型压力控制阀结构简单，灵敏度高，但压力受流量的变化影响大，调压偏差大，不适用在高压大流量下工作。但在缓冲制动装置中要求压力控制阀的灵敏度高，应采用直动型溢流阀，先导型压力控制阀的灵敏度和响应速度比直动阀低一些，调压精度比直动阀高，广泛应用于高压，大流量和调压精度要求较高的场合。此外，还应考虑阀的安装及连接形式，尺寸重量，价格，使用寿命，维护方便性，货源情况等。在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。所以升降台的压力控制由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。 根据上述选用原则，可以选择直动型压力阀，根据调定压力及流量和相关参数，可以选择DBD式直动式溢流阀，相关参数如下：型号：DBDS6G10 最低调节压力：5MPa 流量： 40L/min 介质温度： 4.3.3流量控制阀流量控制阀的选用原则如下： 压力：系统压力的变化必须在阀的额定压力之内。流量：通过流量控制阀的流量应小于该阀的额定流量。测量范围：流量控制阀的流量调节范围应大于系统要求的流量范围，特别注意，在选择节流阀和调速阀时，所选阀的最小稳定流量应满足执行元件的最低稳定速度要求。该升降机液压系统中所使用的流量控制阀有分流阀和单向分流阀，单向分流阀的规格和型号如下：型号： FDL-B10H 公称通径：10mm公称流量: P,O口 40L/min A，B口 20L/min连接方式：管式连接 重量：4Kg 分流阀的型号为：FL-B10 公称通径：10mm公称流量：P、O口 40L/min A、B口 20L/min连接方式：管式连接 重量：4Kg4.3.4 方向控制阀方向控制阀的选用原则如下：压力：液压系统的最大压力应低于阀的额定压力流量：流经方向控制阀最大流量一般不大于阀的流量。滑阀机能：滑阀机能之换向阀处于中位时的通路形式。操纵方式：选择合适的操纵方式，如手动，电动，液动等。使用分流阀，既可以使四个液压缸的进油流量相等，也可以使两缸的回油量相等，从而液压缸往返均同步。为满足四个液压缸的流量需要，本回路即是。分流集流阀亦只能保证速度同步，同步精度一般为2-5%。按下上升启动四个液压缸同步上升，液压缸上升到上限位置碰到行程开关换向阀换中位，系统压力保持不变。按下下降按钮四个液压缸同步下降，下降到下限位置碰到行程开关换向阀换中位，实现系统卸荷。 方向控制阀在该系统中主要是指电磁换向阀，通过换向阀处于不同的位置，来实现油路的通断。所选择的换向阀型号及规格如下：型号：4WE5E5OF 额定流量：15L/min 消耗功率：26KW 电源电压：工作压力：A.B.P腔 T腔： 重量：1.4Kg4.3.5其它辅助元件的确定油管油管的内径取决于管路的种类及管内液体的流速和油管直径d。具体可由下式确定： 式中：油管直径，单位为； 油管内液体的流量，单位为； 油管内的允许流速，单位为； 由于本系统液压缸差动连接快进时，油管内通油量最大，其实际流量约为泵额定流量的两倍， 故Q=222=44L/min。 （1）吸油管，取V0=0.5m/s1.5m/s，本设计中取为：V0=0.7m/s。代入数据： =36.53取圆整值为：d=38mm（2）回油管回油管，取V0=1.5m/s2.5m/s，本设计中取为：V0=2m/s代入数据：=21.6 取圆整值为：d=22mm （3）压力油管压力油管：取V0=3m/s4m/s，本设计中取为：V0=3m/s代入数据： =17.6取圆整值为：d=18mm（4）油管壁厚：升降舞台系统中的油管可用橡胶软管和尼龙管作为管道，橡胶软管装配方便，能吸收液压系统中的冲击和振动，尼龙管是一种很有发展前途的非金属油管，用于低压系统.本系统采用的油管内径统一为18。过滤器过滤器选择应考虑以下几点：1）具有足够大的通油能力，压力损失小，一般过滤器的通油能力大于实际流量的二倍，或大于管路的最大流量。（2）过滤精度应满足设计要求，一般液压系统的压力不同，对过滤精度的要求也不同，系统压力越高，要求液压元件的间隙越小，所以过滤精度要求越高，过滤精度与液压系统压力的关系如表5-2所示：表4-5过滤精度与液压系统的压力关系 系统类型一般液压系统伺服系统压力MPa735过滤精度25-2025105（3）滤芯应有足够的强度，过滤器的实际压力应小于样本给出的工作压力。（4）滤芯抗腐蚀性能好，能在规定的温度下长期工作。根据上述原则，考虑到螺杆泵的流量，选定过滤器为烧结式过滤器，其型号及具体参数如下所示：吸油过滤器：查产品样本手册WU-10080型，额定压力为1.6MPa流量100L/min过滤精度80m回油过滤器：查查品样本手册，采用RS60100A10CF,额定压力为1.0MPa报警压力为0.25MPa过滤精度为10m 油箱容积的确定油箱在系统中的主要功能为：储存系统所需要的足够的油液，散发系统工作时产生的一部分热量，分离油液中的气体及沉淀污物。油箱容积的确定是设计油箱的关键，油箱的容积应能保证当系统有大量供油而无回油时。最低液面应在进口过滤器之上，保证不会吸入空气，当系统有大量回油而无供油时或系统停止运转，油液返回油箱时，油液不致溢出。初始设计时，可依据使用情况，按照经验公式确定油箱容积由参考文献5可知： （6-6） 式中：油箱的容积，单位为L 液压泵的流量，单位为 经验系数，见下表:表4-6 经验系数经验系数行走机械低压系统中压系统锻压系统冶金机械12245761210则V=(57)a=(57)58=(290406)L，式中a为泵的额定排量 温度计的选择液压系统常用接触式温度计来显示油箱内工作介质的温度，接触式温度计有膨胀式和压力式。本系统中选用膨胀式，其相关参数如下：型号：WNG-11 测量范围：-3050，050，0500名称：内表式工业玻璃温度计 压力表选择压力表安装于便于观察的地方。其选择如下： 型号：Y-60 测量范围：04Mpa 名称：一般弹簧管压力表4.4液压元件的连接液压元件的连接可以分为螺纹连接、板式连接，集中块式连接三种。这里介绍板式连接中的整体连接板。它是本液压系统中将要采用的连接方式。整体连接板的油路是在整块板上钻出或用精密铸造铸出的，这种结构的阀板比粘合式阀板可靠性好，应用较多，但工艺较差，特别是深孔的加工较难。当连接元件较多时，各孔的位置不易确定。它属于无管连接，多用于不太复杂的固定式机械中，同时整体连接板也不能随意改动，因此若系统有所改变，需从新设计和制造。采用整体连接板时，需要自行设计阀板，阀板的设计可参考相关资料。4.5液压系统的演算 液压系统初步设计时在某些估计参数情况下确定的，当回路形式、液压系统及连接管路等完全确定后针对实际情况对所设计的系统进行各项性能的分析。4.5.1判断流动状态 在单层舞台伸缩回路中，油管长度为2m公称直径为22的一层钢丝编织的液压橡胶软管，选用L-HM46液压油，按40时计算。Re=vd/=42210/46=1913Re临=2000流动状态为层流4.5.2压力损失沿程压力损失：P=128ql/dd局部压力损失：P11=0.1P根据分析P与P1较小故不作考虑。4.5.3局部压力损失（油液流经阀的损失）按P2=P(q/qn)计算或查表得。五液压系统性能的验算5.1系统压力损失计算以及泵压力的调整由于系统管路布置尚未确定，所以只能估算系统压力的损失。（1）快速退回时 快速退回阶段的流量最大，并且液压缸有杆腔进油，故回油流量最大，是进油量的1/c倍，即1/c=1/0.44=2.27倍，进回油路压力损失应分别计算。 进油路 已知管长=2m，流量Q=1050cm/s管径d=32mm粘度v=0.20m/s 密度=900kg/m单向阀一个，Pc1=0.2MPa,换向阀一个,Pc2=0.2MPa, 单向顺序阀（反向流）一个，Pc3=0.2MPa, 直角弯头一个，=1.12由此可算得：流速：V=4Q/d=10504/3.1432=1.31m/s雷诺数：Re=Vd/=1313.2/200.02=2096 油液属层流沿程阻力系数：=75/Re=75/2096=0.036沿程压力损失：p1=1P2/2d=0.03629001.31/0.0322=0.002MPa局部压力损失：P2=Pn(q/qn)=Pc1(Q/Qe1)+Pc2(Q/Qe2)+Pc3(Q/Qe3)+P/2=0.2(62.9/100)+0.2(62.9/190)+0.2(62.9/150)+1.12901.31/21010=0.14MPa进油路总压力损失：Pc=P1+P2=0.002+0.14=0.142MPa回油路已知流量Q=1050/c=1050/0.44=2386cm=143L/min,管长L=1m换向阀一个Pc=0.2MPa 直角弯头一个,=1.12其余与进油路一样。由此可计算得：流速：v=4Q/d=4143/3.143.2=297cm/s=2.97m/s雷诺数：Re=vd/=2973.2/200.01=4752 该油液是紊流沿程阻力系数：=0.3164Re=0.31644752=0.038沿程压力损失计算：Pr1=1/2d=0.0389002.97/20.032=4713.7Pa=0.0047MPa局部压力损失：Pr2=Pc(Q/Qe)+Pc(Q/Qe)=1.129002.97/21010=0.12MPa回油路总压力损失：Pc=Pr1Pr2=0.00470.12=0.125MPa（2） 慢速折弯时从快速退回行程的压力损失计算可看出，沿程压力损失与局部压力损失相比很小。在慢速折弯行程流量更小，使得沿程压力损失更小，故可忽略不计，只考虑局部压力损失。 进油路：已知流量Q=542cm/s=32.5L/min其余与前相同。由此可计算得：进油路压力损失为：p=Pr1=Pc1(Q/Qe1)+Pc2(Q/Qe2)+Pc2(Q/Qe3)+p/2=0.2(32.5/100)+0.2(32.5/190)+1.129000.67/21010=0.03MPa 回油路：已知流量Q=5420.44=238cm/s=14.28L/min 单向顺序阀（正向流）,Pc=0.3 其余从前。由此可计算得：回油路压力损失为：P2=Pr2=Pc2(Q/Qe2)+p/