张希良kg舞台升降液压专业系统设计.doc

大 连 交 通 大 学机电液课程设计说明书设计题目：3500kg舞台升降液压系统设计 学 院： 机械工程学院 姓 名： 张 希 良 班 级：机械茅以升112班 学 号： 指导老师： 王 冬 屏 时 间： 年 6 月 目 录摘 要........................................................................................................3一、 设计内容及要求 41.1 设计目标 41.2 舞台动作循环要求 41.3 舞台升降对液压传动系统具体参数要求 4二、液压系统初步设计 52．1 分析工况及设计要求,绘制液压系统草图 5三、机械系统设计和计算 63.1 工况分析 63.2液压缸内径及活塞杆直径计算 63.3缸筒设计 8四、液压系统设计和计算 94．1流量功率计算 114.2 确定液压泵最高压力 114.3 液压泵流量 12五、 阀类元件及辅助元件 135．1 叶片泵选择 135．2 电机选择 135.3 节流阀选择 135.4 三位四通电磁阀选择 135.5 液控单向阀 145.6 分流集流阀 145.7 储能器选择 145.8 压力继电器选择 145.9 溢流阀选择 155.10 滤油器选择 155.11 油管 165.12 油箱 16六、PLC设计 176.1 PLC选型 176.2PLC系统硬件设计 176.3 PLC端子接线图 186.4 梯形图 196.5 语句指令 206.6 硬件电路图 21个 人 心 得............................................................................................22参 考 文 献............................................................................................23摘 要 此次课程设计是舞台升降液压系统设计，舞台升降是以液压传动为基础，利用液压传动其结构简单，体积小，质量轻，输出功率大及其易于操纵控制优点来实现。

此次设计关键是将自己所学知识结合辅助材料利用到实际中，关键设计过程有：明确传动过程，计算相关数据，绘制液压系统原理图，而且结合相关PLC技术最终实现所要设计舞台升降要求关键词： 液压传动，PLC 一、 设计内容及要求1.1 设计目标课程设计是培养学生综合利用所学基础理论和专业理论知识，独立处理实际设计问题能力一个关键实践性教学步骤所以，经过设计应达成下述目标a初步掌握正确设计思想和设计基础方法，步骤,巩固，深化和扩大所学知识,培养理论联络实际工作方法和独立工作能力；b取得舞台升降总体设计，结构设计，零件计算，编写说明书绘制液压系统图1张；c熟悉相关标准、规格、手册和资料应用；d完成PLC选型及硬件电路设计，绘制PLC端子接线图1张并完成软件设计，绘制梯形图和列出关键控制程序指令语句1张1.2 舞台动作循环要求设计舞台升降液压系统，要求该液压系统完成动作：上升 → 保持→上升→停止 → 下降 → 保持 → 下降 →原位停止 动作过程中能使演出平台保持一定精度，同时，平稳上升下降，系统结构紧凑，安全可靠上升速度能够调整，舞台停止时采取辅助液压泵保压1.3 舞台升降对液压传动系统具体参数要求 舞台重量3500kg,舞台升降速度是0.01m/s。

二、液压系统初步设计2．1 分析工况及设计要求,绘制液压系统草图工况分析： 按设计要求设计合理液压系统原理图（1）按设计要求，期望系统结构简单，工作可靠，且系统功率较大，依据教材液压系统常见液压泵性能比较表决定采取叶片泵，并用以溢流阀作安全阀，当系统超载时，溢流阀打开，对系统起到过载保护作用，而平时溢流阀是关闭； （2）舞台要求同时动作，故采取同时缸同时回路，因为同时缸四腔有效面积相等，且四工作缸面积也相同，则四缸实现同时运动；（3）为了是舞台停留保持是要求安全可靠，故设计锁紧回路，使液压缸在任意位置上停留，且停留后不会因舞台本身重力而移动位置当换向阀左位接入时，压力油经左边液控单向阀进入液压缸下腔，同时经过控制口打开右边液空单向阀，使液压缸上腔得回油经过右边液空单向阀及换向阀流回油箱，活塞向上移动反之，活塞向下移动；（4）因舞台要求上升速度能够调整，故设计调速阀接在实施元件进油路上；（5）因舞台要求上升、下降及停留，故采取三位四通阀，使实施元件能够在任意位置停留，且实施元件正反向运动时能够得到不一样回油方法。

综上考虑，绘制出图所表示液压传动系统草图三、机械系统设计和计算3.1 工况分析液压缸输出力由工作压力p和活塞有效面积A决定，而液压缸输出速度v是由输入液压缸流量q和活塞有效面积A决定即： F=P*A v=q/A主机工作过程中，其实施机构所要克服负载包含工作负载，惯性负载和阻力负载（一）外负载 F=3500kg×9.8N/kg/4=8.575KN（二）惯性负载 Fm=m△V/4△t=3500×0.01/40.05=0.175KN 取△t=0.05s（三）阻力负载 静摩擦阻力Ffs=fs*Fn， fs≤0.2～0.3 取fs=0.2 动摩擦阻力Ffd=fd*Fn， fd≤0.05～0.1 取fd=0.05 又因为Fn=mg/4=8.575KN=FG 所以Ffs=1.715KN Ffd =0.8575KN 液压缸在各工作阶段负载F 单位：KN工况负载组成负载值开启阶段F=Ffs+ FG 10.29上升阶段F= Ffd+ Fm +FG 9.60保持阶段F= Ffd+FG 9.43下降阶段F=Ffs+Ffd-Fm+FG 7.63初选液压缸工作压力，依据计算得出各阶段负载值最大值，查表8-7，载荷10~20KN取液压缸工作压力为3MPa。

3.2 液压缸内径及活塞杆直径计算（1）查表得，按工作压力P5MPa,取杆径比=0.5，查表得，取p2=1MPa=78.29mmd =D=0.578.291=39.15mm依据表GB/T 2348-标准圆整后D=80mm,d=40mm.液压缸两腔实际有效面积 （2）活塞杆强度校核 式中，对于圆断面 满足强度条件 （3）稳定性校核 —安全系数，通常取=2~4活塞杆长度=行程+行程量+法兰长度+初始位移伸出量=1000+20+40+50=1110mm 即工作负载小于临界负载，所以活塞杆稳定性满足要求3.3 缸筒设计1.材料选择：通常采取45号钢，并应调质到241-285HBS [σ]＝120MPa缸筒厚度δ： 式中—缸筒材料强度要求最小值—缸筒外径公差余量 —腐蚀余量按中等壁厚缸筒计算: =（0.08-0.3） D=6.4㎜-24㎜ 取10㎜ 缸筒外径 2.缸筒厚度验算（1）工作额定压力应小于一极限值，以确保工作安全 （2）为避免塑性变形，额定工作压力应满足 —缸筒发生安全塑性变形压力 （3）缸筒底部厚度采取平行缸底，当缸底平面且无油孔，缸底厚度h为： 式中 D —缸筒内径，计算中取Pmax=1.25P=1.25x3=3.75Mpa—材料许用应力（MPa），—缸筒材料抗拉强度，依据表《缸筒常见无缝钢管材料力学性能》查得45号钢=600Mpa。

依据表《安全系数n》查得，静载荷下钢安全系数 四、液压系统设计和计算 按设计要求设计合理液压系统原理图（1） 按设计要求，期望系统结构简单，工作可靠，且系统功率较大，依据教材液压系统常见液压泵性能比较表决定采取叶片泵，并用以溢流阀作安全阀，当系统超载时，溢流阀打开，对系统起到过载保护作用，而平时溢流阀是关闭； （2）舞台要求同时动作，故采取同时缸同时回路，因为同时缸四腔有效面积相等，且四工作缸面积也相同，则四缸实现同时运动；（3）为了是舞台停留保持是要求安全可靠，故设计锁紧回路，使液压缸在任意位置上停留，且停留后不会因舞台本身重力而移动位置当换向阀左位接入时，压力油经左边液控单向阀进入液压缸下腔，同时经过控制口打开右边液空单向阀，使液压缸上腔得回油经过右边液空单向阀及换向阀流回油箱，活塞向上移动反之，活塞向下移动；（4）因舞台要求上升速度能够调整，故设计调速阀接在实施元件进油路上；（5）因舞台要求上升、下降及停留，故采取三位四通阀，使实施元件能够在任意位置停留，且实施元件正反向运动时能够得到不一样回油方法综上考虑，绘制出图所表示液压传动系统图及电磁特动作次序表1—液压缸 2—液控单向阀 3—分流集流阀 4—蓄能器5—压力计 6—压力继电器 7单向次序阀 8—电磁换向阀9—背压阀 10—节流阀 11—溢流阀 12—液压泵13—滤油器 14—空气过滤器 15—油箱 16—行程开关 表2-1电磁铁动作次序表动作名称1YA(3YA)2YA(4YA)同时上升+-停止--保压--停止--同时下降-+停止--4.1、流量功率计算（1）上升时(2)下降时 4.2确定液压泵最高工作压力 P1---实施元件在稳定工况下最高压力 ---沿程损失和局部损失因为系统中有采取分流集流阀其损失在0.8-----1.2MPa之间则3个分流集流阀就有=2.4MPa ， 若取其它局部和沿途损失为1.5MPa 4.3、液压泵流量 k--考虑系流池漏修正系数通常取1.1--1.3查《YB-E型叶片泵技术参数》选择YB-E20，其中，液压泵排量为20ml/r,则液压泵额定流量。