液压千斤顶系统设计.doc
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1、毕 业 设 计题目 液压千斤顶系统设计 系别 机电系 专业 机电一体化技术 班级 机电0505 姓名 学号 指导教师 日期 2023年12月 设计任务书设计题目:液压千斤顶系统设计设计规定:1、分析研究液压千斤顶结构原理图;2、设计一个液压千斤顶,绘制工作结构原理图;3、写出毕业设计论文:论述方案、参数选择、计算过程等;4、设计规定参数表: 额定起重量Gn(T)最低高度H()起升高度()手柄操作力(N)5200100400设计进度规定:第一周:拟定题目;第二周:资料调研,设计概况;第三周:按规定参数选择、计算过程;第四周:材料的整理和录入;第五周:完毕设计的摘要和前言;第六周:完毕所有设计;第
2、七周:交设计(论文),指导教师审核,修改设计(论文);第八周:答辩。指导教师(署名): 摘 要本文从液压千斤顶结构与工作原理的分析,按规定对参数进行选择,按参数进行设计、教核,四个方面,层层推动,步步为营,逐步阐述液压千斤顶设计的全过程。特别在手柄,顶杆,液压缸,焊接夹具设计中,运用已掌握的液压结构原理知识、机械设计与制造理论及计算公式、机械加工工艺,拟定了整个液压系统各个零件的几何尺寸,保证了液压千斤顶的质量和强度。该液压千斤顶额定起重量为5 T,极限为6 T,当超过5.5 T时自动泄荷,保证千斤顶不会由于超负荷而损坏。该液压千斤顶系统简朴,实用性强,成本低,使用维护方便,抗拉性能强,运营稳
3、定可靠。手柄的灵活设计及低强度运营,更增长了千斤顶使用的普便性。关键词:工作原理,几何尺寸,手柄设计,加工工艺,强度目录摘 要I1液压技术11.1液压技术的发展及应用11.2千斤顶的分类及用途22液压千斤顶工作原理分析42.1液压千斤顶的作用52.2液压千斤顶重要构件分析53液压缸的设计63.1 液压缸的重要形式及选材63.2(液压缸重要参数的计算)液压缸的压力63.3液压缸的输出力与输出力73.4 液压缸的输出速度73.5 液压缸的功率83.6小液压缸的重要参数计算84液压控制阀94.1 方向控制阀94.2普通单向阀94.3背压阀95拉压杆和弯曲杆的设计105.1 弯曲杆(手柄)的设计105
4、.2求得支座反力105.3梁的剪应力FS及弯矩M105.4拟定危险截面115.5活塞杆(拉压杆)的设计136液压油的选用147工艺规程设计157.1热解决157.2制订工艺路线158焊接夹具设计178.1设计理由178.2焊接夹具的设计原理178.3 拟定夹具结构方案17结 论22致 谢23参考文献24附 录 A251液压技术1.1液压技术的发展及应用自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起,液压传动技术已有二三百年的历史。直到20世纪30年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。在第二次世界大战期间,由于战争需要,出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。第二次世界大战
5、结束后,液压技术迅速转向民用工业,液压技术不断应用于各种自动机及自动生产线。本世纪60年代以后,液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展。因此,液压传动真正的发展也只是近三四十年的事。当前液压技术正向迅速、高压、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。同时,新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助测试(CAT)、计算机直接控制(CDC)、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。我国的液压技术最初应用于机床和锻压设备上,后来又用于拖拉机和工程机械。现在,我国的液压元件随着从国外引进一些液压元件、生产技术以及进行
6、自行设计,现已形成了系列,并在各种机械设备上得到了广泛的使用。液压传动之所以能得到广泛的应用,是由于它具有以下的重要优点:(1)由于液压传动是油管连接,所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构,这是比机械传动优越的地方。例如,在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动,以克服长驱动轴效率低的缺陷。由于液压缸的推力很大,又加之极易布置,在挖掘机等重型工程机械上,已基本取代了老式的机械传动,不仅操作方便,并且外形美观大方。(2)液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如,相同功率液压马达的体积为电动机的12%13%。液压泵和液压马达单位功率的重量指标,目前是发电机和电动机的十分之一,液压泵和液压
7、马达可小至0.0025 N/W(牛/瓦),发电机和电动机则约为0.03 N/W。(3)可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达,可以实现无级调速,调速范围可达12023,并可在液压装置运营的过程中进行调速。(4)传递运动均匀平稳,负载变化时速度较稳定。正由于此特点,金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。(5)液压装置易于实现过载保护借助于设立溢流阀等,同时液压件能自行润滑,因此使用寿命长。(6)液压传动容易实现自动化借助于各种控制阀,特别是采用液压控制和电气控制结合使用时,能很容易地实现复杂的自动工作循环,并且可以实现遥控。(7)液压元件已实现了标准化、系列化和通用化,便于
8、设计、制造和推广使用。液压传动的缺陷是:(1)液压系统中的漏油等因素,影响运动的平稳性和对的性,使得液压传动不能保证严格的传动比。(2)液压传动对油温的变化比较敏感,温度变化时,液体粘性变化,引起运动特性的变化,使得工作的稳定性受到影响,所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。(3)为了减少泄漏,以及为了满足某些性能上的规定,液压元件的配合件制造精度规定较高,加工工艺较复杂。(4)液压传动规定有单独的能源,不像电源那样使用方便。(5)液压系统发生故障不易检查和排除。总之,液压传动的优点是重要的,随着设计制造和使用水平的不断提高,有些缺陷正在逐步加以克服。液压传动有着广泛的发展前景。1.2千斤
9、顶的分类及用途千斤顶是一种起重高度小(小于1)的最简朴的起重设备,它重要用于厂矿、交通运送等部门作为车辆修理及其它起重、支撑等工作。其结构轻巧坚固、灵活可靠,一人即可携带和操作。千斤顶是用刚性顶举件作为工作装置,通过顶部托座或底部托爪在小行程内顶升重物的,轻小起重设备它有机械式和液压式两种。机械式千斤顶又有齿条式与螺旋式两种,由于起重量小,操作费力,一般只用于机械维修工作,在修桥过程中不合用。液压式千斤顶结构紧凑,工作平稳,有自锁作用,故使用广泛。其缺陷是起重高度有限,起升速度慢。液压千斤顶分为通用和专用两类。专用液压千斤顶使专用的张拉机具,在制作预应力混凝土构件时,对预应力钢筋施加张力。专用
10、液压千斤顶多为双作用式。常用的有穿心式和锥锚式两种。穿心式千斤顶合用于张拉钢筋束或钢丝束,它重要由张拉缸、顶压缸、顶压活塞及弹簧等部分组成。它的特点是:沿拉伸轴心有一穿心孔道,钢筋(或钢丝)穿入后由尾部的工具锚固。近年来随着科技的飞速发展,同时带动自动控制系统日新月异更新,液压技术的应用正在不断地走向进一步。 2液压千斤顶工作原理分析 图2.1 液压千斤顶工作原理图1.杠杆手柄 2.小油缸 3.小活塞 4.单向阀 5.吸油管 6.管道7.单向阀 8.大活塞 9.大油缸 10.管道 11.截止阀 12.油箱图2.1是液压千斤顶的工作原理图。大油缸9和大活塞8组成举升液压缸。杠杆手柄1、小油缸2、
11、小活塞3、单向阀4和7组成手动液压泵。如提起手柄使小活塞向上移动,小活塞下端油腔容积增大,形成局部真空,这时单向阀4打开,通过吸油管5从油箱12中吸油;用力压下手柄,小活塞下移,小活塞下腔压力升高,单向阀4关闭,单向阀7打开,下腔的油液经管道6输入举升油缸9的下腔,迫使大活塞8向上移动,顶起重物。再次提起手柄吸油时,单向阀7自动关闭,使油液不能倒流,从而保证了重物不会自行下落。不断地往复扳动手柄,就能不断地把油液压入液压缸下腔,使重物逐渐地升起。假如打开截止阀11,液压缸下腔的油液通过管道10、截止阀11流回油箱,重物就向下移动。这就是液压千斤顶的工作原理。通过对上面液压千斤顶工作过程的分析,
12、可以初步了解到液压传动的基本工作原理。液压传动是运用有压力的油液作为传递动力的工作介质。压下杠杆时,小油缸2输出压力油,是将机械能转换成油液的压力能,压力油通过管道6及单向阀7,推动大活塞8举起重物,是将油液的压力能又转换成机械能。大活塞8举升的速度取决于单位时间内流入大油缸9中油容积的多少。由此可见,液压传动是一个不同能量的转换过程。2.1液压千斤顶的作用本液压千斤顶是杭州万海五金经营部销售的QYL5D油压千斤。为三一重工股份有限公司配套加工的外协件,它用在飞机的起落架以及吊车,挖掘机、装载机、推土机、压路机、铲运机的支撑架的机构中,重要是起到支撑作用。因此,该零件的质量及精度在使用中是非常
13、重要的,必须制作出合理的工艺规程以保证零件的质量。2.2液压千斤顶重要构件分析该系统是一个组焊件,技术条件规定为:组焊后加工,热解决调质达成HB240HB280。表面粗糙度最高达成Ra2.3 m,最低达成Ra12.5 m,尺寸公差较小,此外有一处位置公差规定,这就需要通过粗加工、半精加工、精加工过程。本零件用于大批量生产。本系统重要运用了:杠杆原理,帕斯卡原理,单向阀单向导通原理等。3液压缸的设计3.1 液压缸的重要形式及选材液压缸能将液压能转换为机械能,用来驱动工作机构作直线运动或摆动运动。它是液压执行元件。液压缸由于结构简朴,工作可靠,除单个使用外,还可几个组合或与杠杆、连杠、齿轮齿条、棘
14、轮棘爪、凸轮等其他机构配合,实现多种机械运动,因此应用十分广泛。液压缸有多种类型。按结构特点可分为活塞式、柱塞式和组合式三大类;按作用方式又可分为单作用式和双作用式两种。由于液压缸要承受较大压强,故液压缸采用:45号钢活塞式单作用液压缸。3.2(液压缸重要参数的计算)液压缸的压力(1)额定压力Pn: 也称为公称压力,是液压缸能用以长期工作的最高压力。油液作用在活塞单位面积上的法向力图3.1。单位为Pa,其值为:Pn=G/A=5104 (3.140.20.2)=3.98105 Pa 图3.1 液压缸的计算简图式中:为活塞杆承受的总负载;A为活塞的工作面积。上式表白,液压缸的工作压力是由于负载的存
15、在而产生的,负载越大,液压缸的压力也越大。表3.1为国家标准规定的液压缸公称压力系列。表3.1 液压缸公称压力(MPa)0.40.6312.546.31016202531.5(2)工作压力P:由于活塞的重力大约在g=10 N左右,要远比物体的重力小,所以可以忽略不计。所以 =(g+G)/A=5.001104 (3.140.20.2)=3.98168105 PaPn = 3.98105 Pa(3)最高允许压力:也称实验压力,是液压缸在瞬间能承受的极限压力。通常为 1.5Pn =1.53.98105 Pa=5.97105 Pa0.6 MPa3.3液压缸的输出力与输出力(1)液压缸的理论输出力F 出
16、等于油液的压力和工作腔有效面积的乘积,即=AG=5104 N由于液压缸为单活塞杆形式,因此两腔的有效面积不同。所以在相同压力条件下液压缸往复运动的输出力也不同。由于液压缸内部存在密封圈阻力回油阻力等,故液压缸的的实际输出力小于理论作用力。(2)液压缸的理论输入力:F入 =F 出A1A2=5104 (0.0220.22)=5102 N式中:A1表达小液压缸的横截面积,0.02(m) 表达小液压缸的半径 ,A2表达大液压缸的横截面积,0.2(m) 表达大液压缸的半径。3.4 液压缸的输出速度(1)大液压缸的输出速度= nSA1/A2=100.30.01=0.03 m/minq=nSA1=100.3
17、3.14(0.02)2=3.76810-3 L/min 式中:V为液压缸的输出速度;q为输入液压缸工作腔的流量;A2为大液压缸工作腔的有效面积;A1表达小液压缸的横截面积;n =10表达小液压缸每分钟回程10次;S=0.3 m表达小液压缸工作行程为300 (2) 速比 式中:V1为活塞前进速度;V2为活塞退回速度;A1为活塞无杆腔有效面积;A2为活塞有杆腔有效面积。速度不可过小,以免导致活塞杆过细,稳定性不好。其值如表3.2示:表3.2 液压缸往复速度比推荐值工作压力p/Mpa101.252020往复速度比1.331.462203.5 液压缸的功率(1)输出功率P0:液压缸的输出为机械能。单位
18、W,其值为:=51040.03 =1500 W式中:F为作用在活塞杆上的外负载;v为活塞平均运动速度。(2)输入功率:液压缸的输入为液压能。单位为W,它等于压力和流量的乘积,即 q=nSA1=100.33.14(0.02)2=3.76810-3 L/min=3.98168105 3.76810-3 =1500.3 W式中:p为大液压缸的工作压力;q为大液压缸的输入流量。由于液压缸内存在能量损失(摩擦和泄露等),因此,输出功率小于输入功率。3.6小液压缸的重要参数计算(1)小液压缸的输出力等于大液压缸的输入力, 即:F=500 N(2)小液压缸的流速为:V=(A大/A小)V大=1000.03=3
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