舞台升降液压系统设计课程设计.docx

课程设计说明书设计题目：2000kg舞台升降液压系统设计学院:机械工程学院 班级：机械083班 姓名： 指导老师：二零一二年十二月1设计内容及要求 51.1设计目的 51.2舞台动作循环要求 51.3舞台升降对液压传动系统的具体参数要求 52液压系统的初步设计 ..63机械系统的设计与计算 53.1工况分析 53.2液压缸内径计算 错误!未定义书签3.3活塞杆直径计算 错误!未定义书签3.4缸筒设计 3.5活塞杆强度校核 4液压系统的设计与计算 错误!未定义书签4.1流量功率计算 错误!未定义书签4.2液压泵设计与校核 错误!未定义书签4.3阀类元件及辅助元件 错误!未定义书签4.4油管 错误!未定义书签4.5油箱 错误!未定义书签4.6验算液压系统性能 错误!未定义书签5.1油箱容量与结构 错误!未定义书签5.2液压油选择 错误!未定义书签5. PLC的发展与控制原理 95.1可编程序控制器概述 175.1.1 PLC的基本结构 175.1.2 PLC 的特点 185.1.3 PLC的应用领域 205.2 PLC的工作原理 206.2.1 继电器 206.2.2逻辑运算 206.2.3 PLC的工作原理 217. PLC设计 错误!未定义书签。

8设计小结 26参考文献 27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，输出功率大及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，PLC1设计内容及要求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张；c熟悉有关标准、规格、手册和资料的应用；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 形图与列出主要控制程序指令语句1张1.2舞台动作循环要求设计舞台升降的液压系统，要求该液压系统完成动作：上升一保持一上升一停止一 下降一保持一下降一原位停止。

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2000kg,舞台升降速度是0.2到0.5m/s2液压系统的初步设计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，希望系统结构简单，工作可靠，且系统的功率较大大，根据教材液压 系统常用液压泵性能比较表决定采用单个定量泵，并用以个溢流阀作安全阀，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，由于同步缸的两腔的有效面积相等， 且两工作缸的面积也相同，则两缸实现同步运动；（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、下降及停留，故采用三位五通阀，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电磁铁动作顺序图+工况上升保持上升停止1YA+2YA-3YA下降+I 原位停留YAT1—JillDi―r-保持下降电气控制控制电路图电气控制主电路控制图3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=2000kg X 9.8N/kg=19.6KN（二） 惯性负载 Fm=mAV/At=2000X0.2/0.2=2KN 取^t=0.2（三）阻力负载静摩擦阻力 Ffs=fs*Fn , fsW0.2〜0.3动摩擦阻力 Ffd=fd*Fn, fdW0.05〜0.1又因为 Fn=mg=19.6KN=FG所以 Ffs=3.92KN Ffd =0.98KN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 23.52上升阶段 F= Ffd+ Fm +FG 22.58保持阶段 F= Ffd+FG 20.58下降阶段 F=Ff+Ffd-Fm+FG 22.5由表《各类液压设备常用工作压力》查得工作压力P=3Mpa3.2液压缸内径计算F=23.52/2=11.76KN取 m =0.96 P2=1 9 = 2A2 = —―^ = 11.76*103 = 24.5*10-4m 2门m(P19 - P2) 0.96(3*2 -1)*106A =9 A = 2 A = 49*10 -4m2^A ：4*49* 10 -4D = [ 0.079m' 兀 3.14根据表GB/T 2348-2001圆整成就近标准值D=80 mm3.3活塞杆直径计算d=0.707D=0.0559mA1=nD2/4=5024 m 2A2=n(D2-d2) /4=2562.24 m 23.4缸筒设计1.材料选择：一般采用45号钢，并应调质到241-285HBS缸筒厚度55 = 5 0+ C1 + C2式中5 0 一缸筒材料强度要求的最小值C1 —缸同外径公差余量C2—腐蚀余量按中等壁厚缸筒计算 5 = (0.08-0.3) D=6.4 mm-24 mm 5取10 mm缸筒外径 D1=D+2 5 =80+2*10=1002. 缸筒厚度验算⑴工作额定压力应小于一极限值，以保证工作安全350*(1002 -802)b S *(D「― D2)Pn V 0.35 D12 =0.35*⑵为避免塑性变形，额定工作压力应满足1002' =44.1MP。

PPnV (0.35-0.42) piPpi 一缸筒发生安全塑性变形的压力100p . D “pi =2.3 s lg D =2.3*350lg 80 =78MpaPn < (0.35-0.42)*78=27.3Mpa-32.76Mpa⑶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::Pr 【maxh=0.433D ' ［］式中D 一缸筒内径计算中取 Pmax =1.25P=3.75Mpa［° ］ 一材料的许用应力(Mpa)［］=丁一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'气 I =600Mpa根据表《安全系数n》查得，静载荷下的钢的安全系数n=3," ］=200Mpa：3.75*16200* 106=5.93 mmh=0.433*100* *3.5活塞杆强度校核\人 ii-上 i --式中 'A，对于圆断面 4 =56/4=14"=0.7 1 =1000入=0.7*1000/4=50(604 F° =兀 d2 =4*11.76*1000/3.14/0.0562=4.78Mpa< [C]=200Mpa满足强度条件4液压系统设计与计算4.1流量功率计算(一) 若快速上升时，v=0.5m/s其中，A =兀D2 = 5024mm2, A =兀(D2 -d2) = 2562.24mm2q = vA = 0.5*5024*10 -6 = 2.512*10-3m3 / sp = (F /门 + p A )/A = (9.8*103/0.96 +1*106 *2562.24*10-6)/(5024*10-6)= 2.54Mpa1 m 2 2 1P = pq = 2.512*10 -3 *2.54*10 6 = 6.39KW1 1 1(二) 若慢速上升，v = 0.2m/sq = Av = 5024*10-6*0.2 = 1.005*10-3m3 /sp = p = 2.54MpaP = p q = 1.005*10-3 *2.54*10 6 = 2.55KW(三) 若慢速下降时，v = 0.2m/sq = Av = 2562.24*10-6*0.2 = 0.512*10 -3 m3 / sp = (F /n + p A )/A = (9.8*103/0.96 +1*106*5024*10-6)/(2562.24*10-6)= 5.94Mpa3 m 2 1 2P = q p = 5.94*106*0.512*10 -3 = 3.04KW(四) 若慢速下降，v = 0.5m/sq = Av = 2562.24*10-6*0.5 = 1.281*10-3 m3 / sp = p = 5.94MpaP = p4 q4 = 1.281*10-3*5.94*106 = 7.62KW4.2液压泵设计与校核pm取油路压力损失0.8Mpa.取调整压力高于系统最大工作压力0.5Mpa,整个过程中最大工作压力pmax =5.94Mpapp1 = pmax +0.8+0.5=5.94+1.3=7.24Mpa整个过程中最大流量为q = 2.512*60 = 150.72L /min取泄露系数Kl =1.05q = Kq = 1.05*150.72 = 158.256 L/min溢流阀的最小稳定流量为3L/min，知=0.512*60 = 30.72L/min所以液压泵的最小流量为33.72 L /min查《YB-E型叶片泵技术参数》选择YB-E160，其中%一 '伽‘面""广爵，液压泵排量为 162ml / minqp = （162*1050*0.9 /1000） = 153.09L/min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11.58 Mpa,流量为153.09L/min，查表《液压泵的总功率》取总效率"p — 0.75，液压泵驱动电动机所需功率P = pq /…7.24*153.09 = 24.63削 p p p 0.75*60根据表《Y系列（IP44）a型三相异步电动机技术参数》选取Y200L1。