3000kg舞台升降液压系统设计说明书.doc

一．设计题目一．设计题目设计一套适用于舞台升降机的液压系统，该系统能使演出平台保持一定的精度，同 步、平稳的上升、下降，并可在 1 米的行程范围内任意高度停留系统结构紧凑，重量轻 反应迅速，安全可靠舞台重量 3000KG，舞台停止时，采用蓄能器保压，泵卸荷舞台 的同步采用分流集流阀二．动作分析二．动作分析运动部件的动作循环为：根据已知条件绘制运动部件的速度循环图三．拟定液压系统原理图三．拟定液压系统原理图主缸运动工作循环：主缸运动工作循环： （1） 工作匀速上升：1YA 得电，2YA 断电 进油路：单向阀→三位四通电磁换向阀左位→调速阀→分流集流阀→液控单向阀 回油路：液控单向阀→三位四通电磁换向阀→油箱 （2） 工作匀速下降：1YA 断电，2YA 得电 进油路：单向阀→三位四通电磁换向阀右位→液控单向阀 回油路：液控单向阀→三位四通电磁换向阀→油箱详细解释：详细解释：（1）工作匀速上升 当液压系统总开关开启，上升控制开关开启时，三位四通电磁换向阀左位接通，经 分流集流阀分流，在经过液控单向阀流入液压缸下缸，使舞台加速启动后匀速上升，回油 经液控单向阀、三位四通电磁换向阀流回油箱 （3） 工作匀速下降当液压系统达到设定位置时（行程开关 SQ3）后，保持一段时间后，系统下降，三 位四通电磁换向阀右位接通，经单向阀、三位四通电磁换向阀流入液压缸上缸，使舞台匀 速下降，回油经液控单向阀、三位四通电磁换向阀流回油箱。

电磁铁工作情况表电磁铁工作情况表四．机械系统设计方案四．机械系统设计方案（一）（一）.工作系统负载分析工作系统负载分析 （1）外负载 F=3000kg×9.8N/kg/2=14.7KN （2）惯性负载 Fm=m△V/△t=3000×(0.02-0.01)/0.05=0.6KN 取△t=0.05s （3）阻力负载 静摩擦阻力 Ffs=fs*Fn ， fs≤0.2～0.3 动摩擦阻力 Ffd=fd*Fn，fd≤0.05～0.1 又因为 Fn=mg/2=14.7KN=FG 所以 Ffs=2.94KN Ffd =1.47KN 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+ FG17.96 上升阶段F= Ffd+ Fm +FG18.24 保持阶段F= Ffd+FG16.17 下降阶段F=Ffs+Ffd-Fm+FG18.51 （二）根据负载设计参数（二）根据负载设计参数1.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 2.2-2，载荷 10~20KN取液压缸的工作压力为 3MPa2.确定液压缸的主要结构参数查表 2.2-5，按工作压力 P5MPa,取杆径比=0.5，查表 2.2-4，取 p2=1MPaD===102.37mm24/ [ 12(1)]Fpp24 18.51/ [3 1(1 0.5 )]D=D=0.5102.37=51.185mm根据表 GB/T 2348-2001 标准圆整后 D=110mm,d=63mm.液压缸两腔的实际有效面积 A1= = 2 4D2221109498.544DmmA2= 22222()(11063 )6382.83544Ddmm经验算，活塞杆的强度和稳定性均符合要求.五．液压系统设计方案五．液压系统设计方案1.流量功率计算 （一）慢速上升66 2220.01 9498.5 1094.985 10/5.7/ minqv Am sL=4.16Mpa21pp6 22294.985 104.160.395Pp qKW（二）慢速下降66 4220.01 6382.835 1063.82835 10/3.83 / minqv Am sL434.65ppMpa6 44463.82836 104.650.297Pp qKW2 液压泵设计与校核mp取油路压力损失 0.3Mpa.取调整压力高于系统最大工作压力 0.3Mpa,整个过程中最大工作压力maxp=4.65Mpa1pp=maxp+0.3+0.3=5.94+1.3=5.25Mpa整个过程中最大流量为max111.4 / minL取泄露系数LK=1.2液压泵的输出流量 qpmax()1.2 2 11.427.36 / minpqkqL 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选择 V=40ml/r 的 YB1-40 型的单联叶片泵，额定转速=960r/min则泵的额定流量n为：40 960 0.934.56 / minpvQVnL由于液压缸在快速工进时输入功率最大，这时液压泵的工作压力为 4.16 Mpa，流量为11.4 /minL，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0.7p3/34.56 5.25 10 /0.7 604.32pppPp qKW查电动机产品样本，选用 Y132M2-6 型异步电动机额定功率 P＝5.5KW,n=960r/min，效率 78%3. 选择基本回路 （1）由于舞台升降系统需要保持一定精度、同步、平稳地上升下降可选择同步缸的同 步回路 （2）舞台上升速度可以调节，可选择进油节流阀调速回路 （3）舞台停止时采用辅助液压泵保压和锁紧回路 （4）选择调压和卸荷回路 将液压回路综合成液压系统4. 阀类元件及辅助元件根据阀类及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 叶片泵 ⑴额定流量 34.56L/min ⑵额定压力 6.3Mpa ⑶型号规格 YB1-40，V=40ml/r 元件的型号及规格序号元件名称估计通过流量1/minL额定流量1/minL额定压力1/minL额定压降1/minL型号，规格1叶片泵—34.56L/min6.3—YB1-402三位四通电磁阀273021＜0.334D-B10H 3压力继电器——7＜0.3PF-L8B 4单向阀308021＜0.2DIF-L20H25液控单向阀306021＜0.2DFY—B20H 6溢流阀0.5408—YF—L10B1 7调速阀0.50.05~4214—XU—160X80J 8分流集流阀3040~13032—ZSTF2- L40~130油管油管 根据推荐选择在压油管的流速 3m/s，按2qdv式中 q—通过管道的流量v—管内允许流速m/s液压缸的进出流量快速上升慢速上升快速下降慢速下降输入 流量1/minL=11.4L/min1qpq5.71L/min1q 7.66L/mi1q n3.83L/min1q 输出 流量1/minL2211/qA qA=6382.835*11.4 /9498.5 =7.66L/min2211/qA qA=6382.835*5.7 1 /9498.5 =3.84L/min2211/qA qA=6382.835*7.66 /9498.5 =5.15L/min2211/qA qA=6382.835*3.83 /9498.5 =2.57L/min所以液压缸无杆腔及有杆腔的油管内径分别为632/()2(11.4 10 /60)/(3 10 )8.98dqvmmmm  632/()2(7.66 10 /60)/(3 10 )7.36dqvmmmm  这两根管都可按 GB/T 2351—2005 选用内径mm，外径mm 的冷拔无缝钢管。

10184.5 油箱根据经验，取数据=6，故其容积为6 27.36164.16pVqL按 JB/T7938—1999 规定，取标准值 V=250L蓄能器的选择蓄能器的选择根据蓄能器在液压系统中的功用，确定其类型和主要参数1）在本设计中蓄能器用来作应急能源，其有效工作容积为：63 19498.5 102.5 1.20.0285VALKmV式中：——液压缸有效工作面积（㎡）A1=9498.5*10-61A——液压缸的行程（）=2.5LmLm——油液损失系数，一般取=1.2KK（2）气囊式蓄能器总容积的（）的计算：0V3m按等温过程计算：012/(1/1/)0.0285/[0.7 (1/ 4.16 1/ 4.65)]122.14VVpppLV式中：——充气压力（绝对压力） （）PaP——最低工作压力，1P14.16pMpa——最高工作压力，2P24.65pMpaV0——有效工作容积查产品样本手册，选用型，公称容积，公称压力验算液压系统性能验算液压系统性能 ㈠ 验算系统压力损失并确定压力阀的调整值 由于系统管路布置尚未确定，整个系统压力损失无法全面估算，但对中小型液压系统，管 路压力损失甚微，可以不予考虑。

压力损失验算按一个循环的不同阶段进行： ⑴快速上升 v=0.5m/s 由于系统管路布置尚未确定，整个系统压力损失无法全面估算，但对中小型液压系统，管 路压力损失甚微，可以不予考虑压力损失验算按一个循环的不同阶段进行： ⑴快速上升 快速上升时，进油回油通过电磁阀，流量为 23.4L/min，电磁阀进油为 23.4L/min，背压阀 的背压损失为 1Mpa，回油通过电磁阀 7.66L/min 所以回油压力为2 20.5 (23.4/ 27)2 11.75pMpa  值略大于估计值 1，重新计算2p油腔压力为1p366 1221(/)/(18.51 10 /0.9 1.75 6382.835 10 )/94982.835 102.16mpFp AAMpa基本等于有效算数值考虑到压力继电器可靠动作需要压差，故溢流阀调整为0.5 epMpa＞1p Hp2 112.160.2 (0.5/ 40)0.52.66epppMpa所以溢流阀应调整为 2.66以上Mpa⑵快速下降 v=0.02m/s 进油压降为2 10.50.3 (7.66/ 27)0.524vpMpa回油压降为2 22 (7.66/ 27)0.3 11.024vpMpa 所以快速下降时工作压力为112.160.522.68pvpppMpa 所以顺序阀至少大于 2.68Mpa㈡验算油液温升 液压缸有效功率18.51 0.020.3702epFvKW液压泵输入功率为3/34.56 5.25 10 /0.7 604.32pppPp qKW4.320.37023.9498ePPPKW油箱的散热面积为323 2336.56.5 (250 10 )2.58AVm根据表《油箱散热系数》查得9/()KWmC则按式ptKA  求出温升为/()3.9498/(9 2.58)17.01tpKAC  o根据表《机械允许温升》 ，故该液压系统不必设置冷却器。

六六.PLC 设计设计（一）PLC 系统硬件设计系统硬件设计PLC 控制系统控制液压系统的电磁阀换向开关以及限位开关 SQ1~SQ3，实现液压 缸的变换，进而实现液压缸的上升与下降，工作过程如下： （1）按下 SB1，液压泵启动 （2）按下 SB2，液压缸匀速上升 （3）按下 SB3，液压缸手动上升控制 （4）碰到行程开关 SQ2，液压缸停止上升 （5）按下 SB4，液压缸匀速下降控制 （6）按下 SB5，液压缸手动下降控制 （7）碰到行程开关 SQ1，液压缸停止下降 （8）提前设置行程开关 SQ3，液压缸在指定位置停止 （9）液压泵停止系统用四个按钮控制，一个启动按钮，一个停止按钮按一下启动按钮就开始工作，按 一下停止按钮系统自动卸荷并停止工作舞台升降控制系统 PLC 输入／输出点分配见表 2-1，按照升降平台的工作过程，其 PLC 外部接线语句表所示 表表 2-1。