液压千斤顶的探究与设计

毕业设计 （论文）题目:液压千斤顶的探究与设计姓名：王坤学号：0905023037专业：机械制造与自动化年级：2009 级院系：机电工程学院 指导老师：贾焕丽毕业设计要求及主要数据1）给定一定的参数及参考结构图，要求学生完成该项目的参数计算、结构设计，并针对具体的失效形式进行相应的强度计算；目的：培养学生进行简单机械的设计能力，熟习设计过程、设计步骤，能够利用所学知识判断主要失效形式，并进行相关的强度计算。2）具体要求：要求结构合理，参数计算正确，相关理论选用合理，最好具有新颖性、独创性，尺寸标注正确、完整。1、液压千斤顶设计主要技术指标：起重重量：20000N最大升程：800mm操作方式：手柄控制设计主要内容： 设计计算书 标准件以外的所有图纸目录引言第一章：液压千斤顶的总体设计方案1）液压千斤顶设计方案示意图2）液压千斤顶的组成3）液压千斤顶的优缺点第二章：液压千斤顶的原理1）液压千斤顶原理图2）液压千斤顶的特点第三章：液压千斤顶结构设计和计算说明书1） 内管设计2） 外管设计3） 活塞杆设计4） 导向套的设计5）液压千斤顶活塞部位的密封6）液压千斤顶装配图第四章：液压千斤顶常见的故障与维修结论致谢参考文献引言机电一体化又称机械电子学，英语称为 Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学 Electronics的后半部分组合而成。机电一体化最早出现在 1971年日本杂志机械设计的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，他的发展使冷冰冰的机器有了人性化，智能化。机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。是现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。液压技术发展趋势液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。液压传动是以液体作为工作介质，利用液体的压力能进行能量的传递和控制的一门技术。液压传动具有许多优点，被广泛应用于机械、建筑、冶金、化工以及航空航天等领域。如今，随着微电子和计算机技术的发展，机、电、液技术的紧密结合，使液压技术的发展和应用又进入了一个崭新的阶段。随着我国汽车工业的快速发展,汽车随车千斤顶的要求也越来越高;同时随着市场竞争的加剧,用户要求的不断变化,将迫使千斤顶的设计质量要不断提高,以适应用户的需求。用户喜欢的、市场需要的千斤顶将不仅要求重量轻,携带方便,外形美观,使用可靠,还会对千斤顶的进一步自动化,甚至智能化都有所要求。如何充分利用经济、情报、技术、生产等各类原理知识,使千斤顶的设计工作真正优化?如何在设计过程中充分发挥设计人员的创造性劳动和集体智慧,提高产品的使用价值及企业、社会的经济效益? 如何在知识经济的时代充分利用各种有利因素,对资源进行有效整合等等都将是我们面临着又必须解决的重要的问题。千斤顶与我们的生活密切相关，在建筑、铁路、汽车维修等部门均得到广泛的应用，因此千斤顶技术的发展将直接或间接影响到这些部门的正常运转和工作。本次对液压千斤顶进行设计可以了解液压千斤顶的原理以及应用。通过查阅大量文献，和对千斤顶各部件进行设计、绘制不但熟悉了千斤顶内液压传动原理还使得我对一些绘图软件的操作更加熟练。同时也在以前书本学习的基础上对液压传动加深了理解。第一章 液压千斤顶的总体设计方案1） 液压千斤顶的结构图图 1 液压千斤顶设计方案示意图液压千斤顶结构图如上所示，工作时通过上移 1手柄使 2小活塞泵向上运动从而形成局部真空，油液从邮箱通过活门 3被吸入小油缸，然后下压 1手柄使 2小活塞下压，把小油缸内的液压油通过 5液压活门压入 7高压液缸，从而推动 9大活塞上移，反复动作顶起重物。通过调节螺杆可以调整液压千斤顶的起始高度，使用完毕后扭转 6放液阀，连通 7高压液缸和 8储液池，油液直接流储液池，9 大活塞下落，大活塞下落速度取决于放液阀的放液快慢。2） 液压千斤顶的组成液压系统主要由：动力元件（油泵） 、执行元件（油缸或液压马达） 、控制元件（各种阀） 、辅助元件和工作介质等五部分组成。1、 动力元件（油泵） 它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能，是液压传动中的动力部分。2、 执行元件（油缸、液压马达） 它是将液体的液压能转换成机械能。其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。3、 控制元件 包括压力阀、流量阀和方向阀等，它们的作用是根据需要无级调节液压动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。4、 辅助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件及邮箱等，它们同样十分重要。5、 工作介质 工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换。3） 液压传动的优缺点(1) 液压传动的优点（1） 液压传动能方便的实现无极调速，调速范围大速度范围最大可达1:2000（一般为 1:100）且能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度.（2） 在相同功率情况下，液压传动的能量元件的体积小，重量较轻。（3） 工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁幻向且操纵控制简便，自动化程度，容易实现过载保护。（4）（5） 液压元件易于实现标准化、系列化、通用化。(2) 液压传动的缺点(3) 使用液压传动中的泄露和液体可压缩性使传动比无法保证严格的传动比。(4) 液压传动有较高的能量损失（泄漏损失，摩擦损失等） ，故传动效率不高，不易做远距离传动。(5) 液压故障不容易找出原因。(6) 对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高。(7) 液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平。(8) 液压传动对油温变化较敏感，这会影响它的工作稳定性，因此液压传动不宜在很高或很低的温度下工作，一般工作温度在-1560范围内较合适。总的来说，液压传动的优点是十分突出的，它的缺点将随着科学技术的发展而逐渐得到克服。第 2章液压千斤顶原理1） 液压千斤顶原理图8 17 26 369 4101- 杠杆，2-小活塞，3,6-液压缸，4，5-钢球，7-大活塞，8-重物，9 放油阀，10-油箱图 1-1为液压千斤顶的工作示意图，当用手向上提起杠杆 1时，小活塞 2就被带动上升，于是小缸 3的下腔密封容积增大，腔内压力下降，形成部分真空，这是钢球 5将所在通道关闭，油箱 0中的油液在大气压的作用下推开钢球 4沿着吸油孔进入小液压缸的下腔，完成一次吸油动作。接着压下杠杆1，小活塞下移小液压缸内的密封油液体积减少，腔内压力升高，这时钢球4自动关闭了溜回油箱的通路，小缸下腔的压力油就推开钢球 5挤进大缸 6的下腔，推动大活塞 7将重物 8向上顶起一段距离。如此反复压下杠杆 1，就能达到举高重物的目的若将放油阀 9打开，则重物 8在自重的作用下，大缸中的油液流回油缸，活塞下降恢复到原位。分析液压千斤顶的工作过程，可知，液压传动是依靠液体密封体积的变化，而产生的压力实现运动和动力传动的。图 1-12）液压千斤顶的特点液压千斤顶是一种将密封在油缸中的液体作为介质，把液压能转换为机械能从而将重物向上顶起的千斤顶。它结构简单、体积小、重量轻、举升力大，易于维修，但同时制造精度要求较高,若出现泄漏现象将引起举升汽车的下降,保险系数降低,使用其举升时易受部位和地方的限制.传统液压千斤顶由于手柄、活塞、油缸、密封圈、调节螺杆、底座和液压油组成。它利用了密闭容器中静止液体的压力以同样大小各个方向传递的特性。优点：输出推力大。缺点：效率低。计算及说明 结果液压缸 设计1液压缸主要参数及尺寸的确定（1）工作负载的计算式mftR (1-1)nwt (1-2)式中， ：液压缸轴线方向上的外作用力 （N）gR：液压缸轴线方向上的重力 （ N）f：运动部件的摩擦力 （N）m：运动部件的惯性力 （N）R：液压缸的工作负载 计算及说明 结果大液压缸参数：外作用力： NRw201摩擦力： fG4.惯性力： Nam7.16.0)6/5()( （设其杆上升的速度为 5m/s）故总负载力为： Rmft .27.1402（2）液压缸工作压力的选定由以上得到工作负载 R，再根据下表得 R在 10000到20000N之间，所以选择系统压力为 3MPa.(3)活赛式液压缸内径及活赛杆直径的确定1.内径计算： dD2 (1-3)pF4 (1-4)其中： D 为液压缸内径；d 为活塞杆直径所以： m9.10837.2564 (取 109mm)d26.54（取 155mm）小液压缸：负载（N）10d 时，要进行稳定性验算：Pnk式中， ：液压缸稳定临界力P：液压缸最大推力 kn:稳定性安性系数， kn取=2-4由活塞杆计算柔 度 il/：安装形式系数，取 0.7l: 活塞杆长度i：活塞杆的横截面积， 4di710)8.(207. 3所以， ， 21为柔度系数，可由设计手册 3-12取得，2，因此只需校核强度。则按压缩强度计算 PadAFC 621035)4(7.56/ md7.9所以取 10（5）液压缸长度及壁厚的确定（1）液压缸的长度一般由工作行程长度确定，但还要注意制造工艺性和经济性，一般 lL/20+D/2式中，H：最小导向长度（m） L:液压缸最大工作行程（m ）D：液压缸内径（ m）所以 H0.9/20+0.154/2=0.112(m)2）活塞与活塞杆的连接结构：连接方式采用销钉链接。3）活塞与缸体的密封方式密封方式采用 O 形密封，这类密封为挤压密封，结构简单，安装方便，空间小，使用范围广，适用所选系统的工作压力，如下图所示。密封圈计算及说明 结果4）液压缸，如下图5. 液压缸主要零件的材料和技术要求1）零件名 材料 技术要求缸体 45 号无缝钢管 A.内径圆度B.缸体与端部用螺纹连接C.为防止腐蚀和提高寿命，内表面镀铬，层厚 3050mm缸盖 45 号钢 A.D ，D2 d3 的同轴度小于 0.03mmB.导向室表面粗糙度大于 3.2um活塞 耐磨铸铁 A.D 精加工后热处理，调质硬度HB217-255，必要时高频焠火 4550B. 表面直线度在 500m长上不大于 0.03mm活塞杆 45 号钢油箱设计在开式传动的油路系统中，油箱是必不可少的，它的作用是，储存油液，进化油液，使油液的温度保持在一定范围内，以及减少吸油区油液中气泡的含量。因此，进行油箱设计时，需要考虑油箱的容积，油液在油箱中冷却和加热、油箱内的装置和防噪音等问题。1油箱的有效容积的确定由于是设计千斤顶，而且是手动的，那些油箱容积验算、散热等可以不考虑，而千斤顶不是常在工作，因此不会引起很大的油热，所以在此只对油箱做结构设计。2.油箱的结构设计进行油箱结构设计时，首先要考虑的是油箱的刚度，其次要考虑便于换油和清油箱以及安装和拆卸油泵装置，当然，也要考虑到经济效益，降低造价、便于密封等条件，就应该对油箱的结构设计尽量简单。计算及说明 结果(1)油箱体。油箱体一般由 A3 钢板焊接而成，取钢板厚度36mm，箱体大者取大值。油箱分为固定式和移动式两种，前者应用较多，本次油箱设计也用固定式。油箱侧壁上安装油位指示器，电加热器和冷却器，油箱底面和基础面的距离一般为 150200mm，油箱下部焊接底脚，其厚度为油箱侧壁厚度的 23 倍。中小型油箱箱体侧壁为整块钢板，大型油箱在隔板垂直的一个侧壁上常常开清洗孔，以便于清洗油箱。本次焊接的方式吧油箱与两个液压缸的外表面焊接在一起。（2）油箱底部。油箱底部一般为倾斜状，以便于排油，底部最低处有排油口，要注意排油口与基础面的距离一般不得小于 150mm。焊接结构油箱，箱底用 A3 钢板，其厚度等于或稍大于箱体侧壁钢板的厚度。（3）油箱隔板。为了使吸油区和压油区分开，便于回油中杂质的沉淀，油箱中常设置隔板。隔板的安装方式主要有两种，回油区的油液按一定方向流动，即有利于回油中的杂质和气泡的分离，又有利于散热。有些回油经隔板上方溢流至吸油区，或经过金属网进入吸油区，更有利于杂质及气泡的分离。隔板的位置，一般使吸油区的容积为油箱容积的 1/21/3，隔板的高度约为最低油面的 1/2（或油液面的 3/4） ，隔板的厚度等于或稍大于油箱侧壁厚度。（4）油箱盖。油箱盖多用铸铁或钢板两种材料制造。在油箱盖上应考虑下列通孔：吸油管孔，回油箱孔、通大气孔（孔口应有空气滤清器或气体过滤装置） 、测温孔带有滤油网的注油口，以及安装液压集成装置的安装孔。目前使用的泵站系统，往往将液压泵、液压泵电机及集成块装置安装在油箱盖上，这种油箱结构紧凑，但产生的噪音较大，当箱盖上安装油泵和电机时，箱盖的厚度应是油箱侧壁厚度的 34 倍。由于本设计不用泵，所以不用集成片。4.油箱的防噪音问题防噪音问题是现代化机械装备设计中必须考虑的问题之一。油路系统的噪音源，以泵站为首，因此，进行油箱设计时，应从以下几个方面着手减轻噪音：计算及说明 结果（1）箱体及箱盖的材质，在条件允许的情况下，用铸铁代替钢板，以利于吸振；（2）箱体与箱盖间增加防震橡皮垫；（3）用地脚螺栓将油箱牢固定在基础上；（4）吸油区与回油区之间增设一层 60100 的金属网，以及方便分离回油油液中的气泡；（5）油泵排油口用橡胶软管与阀类元件相连接；（6）回油管接头振动噪音较大时，改变回油管直径或增设一条回油管，使每个回油管接头的通路减少。5.其他应注意事项：（1）吸油管端部的滤油器与油箱底面的距离不小于 20mm，在条件允许的时候，油箱盖的吸油管孔应比滤油器的直径稍大，以便对滤油器进行清洗与更换；（2）吸油管、回油管都应插入最低油以下，管端一般斜切45，并使斜面向着油箱侧壁。管口与箱底，箱壁的距离均不得小于管径的 3 倍。池油管一般不插入油口。（3）大型油箱的箱体与箱盖应有加强簕，以保证刚度。（4）油箱内部应涂耐油防锈漆。6.液压缸缸底和缸盖的计算：（1）缸底厚度的计算对于大缸底有油孔的： 计算及说明 结果)(43.0)02mdDPh式中 h缸底的厚度（mm）2缸底止口内径 （mm）P缸内最大工作压力 )10(6Pa材料许用应力 0d缸底开口的直径（mm）所以 mh 8.140135)2014()(543. 36.262）缸盖厚度的设计与缸底的厚度一样 h=14.8mmh=14.8mm焊接方式：把缸底与缸盖焊接在缸体上，这样的方法比较简单方便。三、小液压缸（1）由上面已得出的小液压缸的活塞杆直径为 d=40mm活塞直径即小缸的内径 D为 56mm（2）小液压缸的推力计算：有上述计算大液压缸的方法，可以用式（16）求出 ApP小因为 NW10 总负载力： R39由表 1 可查得小液压缸的工作压力为 0.9mPa所以 ApP小236)105(4. N78（3）小液压缸的流量计算：同理上面大液压缸流量的计算，可把其工作流量计算出P=2178N计算及说明 结果来： min/123.05.6.42LAVQ小（4）活塞杆直径的验算;其验算方法和大液压缸的活塞杆直径验算同理Pnk同理 il/ 710)48.(207. 3 所以 r （上面 为 10）此只需要校核强度，则按压缩强度计算621035)4(19dFC 解得 ： m86. 所以，d 取 40mm（5）小液压缸壁厚及长度的确定1）液压缸的长度一般由工作行程长度确定，但还需要注意制造工艺性和经济性，一般 l外 内 内所以（ D12)2（ 2)2（ 2)2把 D=147mm H=800代入得 207D1大液压缸壁厚 h=8mm取 =221.5mm,外管壁厚和大液压缸相同 h=8mmD1材料和液压缸相同3.5液压控制阀的设计（1）方向控制阀方向控制阀是控制液压系统中油液流动方向的，它为单向阀和换向阀两类。单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种。（2）普通单向阀普通单向阀简称单向阀，它的作用是使用油液只能沿一个方向流动，不许反向倒流。图 3 所示为直通式单向阀的结构及图形符号。压力油从 p1流入时，克服弹簧 3作用在阀芯 2上的力，使阀芯 2向右移动，打开阀口，油液从 p1口流向 p2口。当压力油从 p2口流人时，液压力和弹簧力将阀芯压紧在阀座上，使阀口关闭，液流不能通过。 （1）选用一根直径为 15mm 的油管，两根 8mm 的油管其中它们的材料都为 45 号钢。（2）阀的选取：1）在大液压缸的回油管中装一个截止阀2）在小液压缸的两根油管各安装一个单向阀，如在其的安装方向，如上面的，单向阀如图上。五其中部件的装配图如 A1 纸第四章：常见的故障与维修 液压千斤顶常见故障及处理方法问 题 原 因 解 决 方 式泵浦油箱油量太少依照泵浦型号添加所需液压油泵浦泄压阀没有上紧上紧泄压阀油压接头没有上紧确定上紧油压接头负载过重 依照千斤顶额定负载使用油压千斤顶组内有空气将空气排出千斤顶无法顶升，顶升缓慢或急速千斤顶柱塞卡死不动分解千斤顶检修内壁及油封油路间没有锁紧漏油上紧油路间所有接头从油封处漏油 更换损坏油封千斤顶顶升但无法持压泵浦内部漏油 检修油压泵浦泵浦泄压阀没有打开打开泵浦泄压阀泵浦油箱油量过多依照泵浦型号存放所需液压油油压接头没有上紧确定上紧油压接头油压千斤顶组内有空气将空气排出油管内径太小 使用较大内径油管千斤顶无法回缩，回缩缓慢及不正常千斤顶回缩弹簧损坏分解千斤顶检修电动油压泵浦无法起动电源没接或开 检查电源、开关继电器、开关 或碳刷可能损坏检查更换损坏零件电源安培数不够 增加另一个电源回路马达损坏 更换马达泄压阀设定不当 重新设定泄压阀压力马达电流安培数过高齿轮泵浦内部损坏检修齿轮泵浦液压油流入马达部位齿轮泵浦轴心油封损坏拆开马达及齿轮泵浦更换损坏油对齿轮泵浦柱塞卡住或弹簧、泵浦连转有异音钢珠移位或损坏拆开齿轮泵浦更换损坏零件液压油流入马达部位齿轮泵浦轴心油封损坏拆开马达及齿轮泵浦更换损坏油封泵浦油箱油量太少在千斤顶完全缩回时，依照泵浦型号添加所需液压油泵浦油位内有异物阻塞或过滤器阻塞从泄压阀没有上紧检查并清洁过滤器油压接头没有上紧确定上紧油压接头液压油温度太低或黏度太高更换适当液压油油压千斤顶组内有空气将空气排出泵浦无法轮油、使千斤顶柱塞完全伸出或柱塞伸出有抖动现象泄压阀松动 检查并上紧泵浦无法减压或持压泄压阀漏油 清洁检修钢珠及油封结论毕业设计是大学学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的学习机会，通过这次对液压千斤顶理知识和实际设计的相结合，锻炼了我的综合运用所学专业知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高了我查阅文献资料、设计手册、设计规范能力以及其他专业知识水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力以及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在，提高是有限的但却是全面的，正是这一次毕业设计让我积累了许多实际经验，使我的头脑更好的被知识武装起来，也必然让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。顺利如期的完成本此毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心，但同时也发现了自己的许多不足与欠缺，留下了些许遗憾，不过不足与遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行，今后我更会关注新科技新设备新工艺的出现，并争取尽快的掌握这些先进知识，更好的为祖国的四化服务。致谢大学三年即将结束，在这短短的三年里，让我结识了许许多多热心的朋友、工作严谨教学相帮的教师。毕业设计的顺利完成也脱离不了他们的热心帮助及指导老师的精心指导，在此向所有给予我此次毕业设计指导和帮助的老师和同学表示最诚挚的感谢。首先，向本设计的指导老师老师表示最诚挚的谢意。在自己紧张的工作中，仍然尽量抽出时间对我们进行指导，时刻关心我们的进展状况，督促我们抓紧学习。老师给予的帮助贯穿于设计的全过程，从借阅参考资料到现场的实际操作，他都给予了指导，不仅使我学会书本中的知识，更学会了学习操作方法。也懂得了如何把握设计重点，如何合理安排时间和论文的编写，同时在毕业设计过程中，他和我们在一起共同解决了设计中出现的各种问题。其次，要向给予此次毕业设计帮助的老师们，以及同学们以诚挚的谢意，在整个设计过程中，他们也给我很多帮助和无私的关怀，更重要的是为我们提供不少技术方面的资料，在此感谢他们，没有这些资料就不是一个完整的论文。另外，也向给予我帮助的所以同学表示感谢。总之，本次的设计是老师和同学共同完成的结果，在设计的一个月里，我们合作的非常愉快，教会了大我许多道理，是我人生的一笔财富，我再次向给予我帮助的老师和同学表示感谢！参考文献1上海第二工业大学液压研究室.液压传动与控制上海科学技术出版社 泄压阀设定压力太低设定正确压力泵浦过滤器阻塞 清洁过滤器更换液压油19902魏增菊，李莉主编， 机械制图 ，科学出版设，20073刘建华杜鑫主编， 机械设计基础 ，北京交通大学出版社，2008.84许同乐编， 液压与气压传动 ，中国计量出版社出版社，20075丁树膜.丁问问主编， 液压传动3 版，机械工业出版社，19996张群生主编， 液压与气压传动 ，机械工业出版社，20087李洪人液压控制系统 ，国防工业出版社，1990.8邹建华，吴定智，许晓明主编， 液压与气动技术基础 ，华中科技大学出版社，20069刘建华主编，杜鑫副主编机械设计课程设计指导 ，机械工业出版社，200810张利平主编， 液压与气动技术实用问答 ，化学工业出版社，200711周士昌主编， 液压系统设计图集 ，机械工业出版设，200512雷天觉液压工程手册M.北京.机械工业出版社，1990