张希良3500kg舞台升降液压系统设计说明.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XX：希良班级：机械茅以升112班学号： 1104010907 指导老师：王冬屏 时 间： 2014 年 6 月 / 目录摘要........................................................................................................3一、设计容与要求41.1 设计目的41.2 舞台动作循环要求41.3 舞台升降对液压传动系统的具体参数要求4二、液压系统的初步设计52．1 分析工况与设计要求,绘制液压系统草图5三、机械系统的设计与计算63.1 工况分析63.2液压缸径与活塞杆直径计算63.3缸筒设计8四、液压系统设计与计算94．1流量功率计算114.2 确定液压泵的最高压力114.3液压泵的流量12五、阀类元件与辅助元件135．1 叶片泵选择135．2电机的选择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的选型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摘要本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，输出功率大与其易于操纵控制的优点来实现的。

此次设计主要是将自己所学的知识结合辅助材料运用到实际中，主要设计过程有：明确传动过程，计算相关数据，绘制液压系统原理图，并且结合相关PLC技术最终实现所要设计的舞台升降要求关键词：液压传动，PLC 一、 设计容与要求1.1 设计目的课程设计是培养学生综合运用所学的基础理论和专业理论知识，独立解决实际设计问题的能力的一个重要的实践性教学环节因此，通过设计应达到下述目的a初步掌握正确的设计思想和设计的基本方法，步骤,巩固，深化和扩大所学的知识,培养理论联系实际的工作方法和独立工作能力；b获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；c熟悉有关标准、规格、手册和资料的应用；d完成PLC选型与硬件电路设计，绘制PLC端子接线图1并完成软件设计，绘制梯形图与列出主要控制程序指令语句11.2 舞台动作循环要求设计舞台升降的液压系统，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的精度，同步，平稳的上升下降，系统结构紧凑，安全可靠上升速度可以调节，舞台停止时采用辅助液压泵保压1.3 舞台升降对液压传动系统的具体参数要求舞台重量3500kg,舞台升降速度是0.01m/s。

二、液压系统的初步设计2．1 分析工况与设计要求,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，希望系统结构简单，工作可靠，且系统的功率较大，根据教材液压系统常用液压泵性能比较表决定采用叶片泵，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的； （2）舞台要求同步动作，故采用同步缸的同步回路，由于同步缸的四腔的有效面积相等，且四工作缸的面积也一样，则四缸实现同步运动；（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自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，同时通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与换向阀流回油箱，活塞向上移动反之，活塞向下移动；（4）因舞台要求上升速度可以调节，故设计调速阀接在执行元件进油路上；（5）因舞台要求上升、下降与停留，故采用三位四通阀，使执行元件可以在任意位置停留，且执行元件正反向运动时可以得到不同的回油方式综上考虑，绘制出图所示液压传动系统草图。

三、机械系统的设计与计算3.1 工况分析液压缸的输出力由工作压力p和活塞有效面积A决定的，而液压缸的输出速度v是由输入液压缸的流量q和活塞有效面积A决定的即： F=P*A v=q/A主机工作过程中，其执行机构所要克服的负载包括工作负载，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的负载F 单位：KN工况负载组成负载值启动阶段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初选液压缸的工作压力，根据计算得出各阶段负载值的最大值，查表8-7，载荷10~20KN取液压缸的工作压力为3MPa。

3.2 液压缸径与活塞杆直径计算（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根据表GB/T 2348-2001标准圆整后D=80mm,d=40mm.液压缸两腔的实际有效面积（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，一般取=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，所以活塞杆的稳定性满足要求3.3 缸筒设计1.材料选择：一般采用45号钢，并应调质到241-285HBS[σ]＝120MPa缸筒厚度δ：式中—缸筒材料强度要求的最小值—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，以保证工作安全（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的压力（3）缸筒底部厚度采用平行缸底，当缸底平面且无油孔，缸底厚度h为：式中 D —缸筒径，计算中取Pmax=1.25P=1.25x3=3.75Mpa—材料的许用应力（MPa），—缸筒材料的抗拉强度，根据表《缸筒常用无缝钢管的材料力学性能》查得45号钢的=600Mpa。

根据表《安全系数n》查得，静载荷下的钢的安全系数四、液压系统设计与计算 按设计要求设计合理液压系统原理图（1） 按设计要求，希望系统结构简单，工作可靠，且系统的功率较大，根据教材液压系统常用液压泵性能比较表决定采用叶片泵，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的； （2）舞台要求同步动作，故采用同步缸的同步回路，由于同步缸的四腔的有效面积相等，且四工作缸的面积也一样，则四缸实现同步运动；（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自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，同时通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与换向阀流回油箱，活塞向上移动反之，活塞向下移动；（4）因舞台要求上升速度可以调节，故设计调速阀接在执行元件进油路上；（5）因舞台要求上升、下降与停留，故采用三位四通阀，使执行元件可以在任意位置停留，且执行元件正反向运动时可以得到不同的回油方式综上考虑，绘制出图所示液压传动系统图与电磁特动作顺序表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单向顺序阀 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电磁铁动作顺序表动作名称1YA(3YA)2YA(4YA)同步上升+-停止--保压--停止--同步下降-+停止--4.1、流量功率计算（1）上升时(2)下降时4.2确定液压泵的最高工作压力 P1---执行元件在稳定工况下最高压力---沿程损失和局部损失由于系统中有采用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、液压泵的流量k--考虑系流池漏修正系数一般取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,则液压泵额定流量由于液压缸在上升时输入功率最大，这时液压泵的工作压力为7.76MPa ，流量为14.50L/min，查表《液压泵的总功率》取总效率，液压泵驱动电动机所需功率查电动机产品样本，选用Y100L-2型异步电动机额定功率P＝3KW,n=960r/min，效率82%。

五、 阀类元件与辅助元件 根据阀类与辅助元件所有油路的最大压力和通过最大试验流量，选出这些液压元件5.1 叶片泵选择⑴额定流量15.74L/min⑵额定压力6.3Mpa⑶型号规格YB-E20，V=20ml/r 5.2 电机选择额定功率：3Kw转 速：960r/min型号规格Y100L-2 效率82% 5.3节流阀选择由于节流阀的流量不仅取决于节。