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河南理工大學畢業(yè)設計說明書
前 言
本次畢業(yè)設計是我們大學四年的最后一次設計，同時也是對大學生四年來所學
摘 要
本次畢業(yè)設計是關于液壓升降舞臺的設計。首先對液壓升降舞臺作了簡單的概述；接著分析了液壓升降舞臺的選型原則及計算方法；然后根據這些設計準則與計算選型方法按照給定參數要求進行選型設計；接著對所選擇的液壓升降舞臺各主要零部件進行了校核。最后簡單的說明了液壓升降舞臺的安裝與維護。目前，液壓升降舞臺正朝著長距離，高速度，低摩擦的方向發(fā)展，近年來出現的液壓升降舞臺就是其中的一個。在液壓升降舞臺的設計、制造以及應用方面,目前我國與國外先進水平相比仍有較大差距,國內在設計制造液壓升降舞臺過程中存在著很多不足。
Abstract
The design is a graduation project about the hydraulic pressure lift proscenium. At first, it is introduction about hydraulic pressure lift proscenium. Next, it is the principles about choose component parts of hydraulic pressure lift proscenium. After that t hydraulic pressure lift proscenium abase on the principle is designed. Then, it is checking computations about main component parts of hydraulic pressure lift proscenium. At last, it is explanation about fix and safeguard of hydraulic pressure lift proscenium. Today, long distance, high speed, low friction is the direction of hydraulic pressure lift proscenium’s development. Hydraulic pressure lift proscenium is one of them. At present, we still fall far short of abroad advanced technology in design, manufacture and using. There are a lot of wastes in the design of hydraulic pressure lift proscenium。
目錄
前 言 1
1緒論 3
1.1液壓傳動發(fā)展概況 3
1.2液壓技術的應用與特點 4
1.2.1液壓技術的應用 4
1.2.2液壓傳動的特點 6
1.2.3液壓系統的組成 6
2液壓升降舞臺結構分析與設計 8
2.1 升降舞臺簡介 8
2.2 升降舞臺投影圖 9
2.3液壓升降舞臺的方案的確定 10
2.3.1升降舞臺液壓系統 10
2.3.2 常用升降機構比較 10
2.3.3 升降臺機構形式 11
2.3.4 臺面結構 12
3單層升降舞臺液壓系統的設計計算（左側） 13
3.1單層升降舞臺水平運動部分設計 13
3.1.1 確定液壓系統的工作要求 13
3.1.2 分析液壓系統的工況 13
3.2單層升降舞臺垂直部分的設計 14
3.2.1確定液壓系統的工作要求 14
3.2.2 分析液壓系統的工況 15
3.3確定液壓缸的主要參數 15
3.4 擬定液壓系統原理圖 18
3.5 選擇液壓元件 19
3.6 液壓系統性能的驗算 21
3.6.1 系統壓力損失計算 21
3.6.2 系統發(fā)熱及溫升計算 25
4升降舞臺三層液壓系統的設計計算 29
4.1確定液壓系統的工作要求 29
4.2 分析液壓系統的工況 29
4.3確定液壓缸的主要參數 29
4.4 擬定液壓系統原理圖 32
4.5 選擇液壓元件 32
4.6 液壓系統性能驗算 34
5液壓系統的設計與分析 38
5.1液壓回路的選擇 38
5.1.1 確定供油方式 38
5.1.2 確定調速方法 38
5.1.3速度換接回路的選擇 38
5.1.4換向回路的選擇 39
5.1.5壓力控制回路的選擇 39
5.1.6其他回路的分析與選擇 39
5.1.7 舞臺升降液壓系統工作原理 41
5.1.8液壓系統組成及工作原理 41
5.2 液壓元件的選擇 42
5.2.1 液壓泵的選擇 42
5.2.2 液壓閥的選擇 43
5.2.3蓄能器的選擇 47
5.2.4其它輔助元件的確定 47
5.3 液壓系統的驗算 48
5.3.1 判斷流動狀態(tài) 48
5.3.2 壓力損失 49
5.3.3 局部壓力損失（油液流經閥的損失） 49
5.4 壓力閥的調整壓力及各壓力繼電器的調定值： 49
6升降舞臺液壓系統的安裝調試、使用與維護 51
6.1液壓系統的安裝 51
6.1.1系統安裝前注意事項 51
6.1.2 系統安裝時注意事項 51
6.1.3 系統的安裝方法 53
6.1.4 系統典型部件的安裝 54
6.2 液壓系統的調試 56
6.2.1調試的目的 56
6.2.2調試的步驟 56
6.2.3調試的主要內容 57
6.3使用維修時的注意事項 59
7液壓系統污染的控制 62
7.1污染的控制 62
7.1.1污染物種類和來源 62
7.1.2油液污染的控制 63
7.2泄漏控制 64
7.3泄漏控制 67
8結束語 69
致 謝 71
參 考 書 目 72
的知識系統總結和綜合應用。現在我們已經進入大學學習的最后階段，畢業(yè)設計作為本科學習最重要的組成部分之一，它能提高我們發(fā)現、分析、解決問題的能力，綜合檢驗和鞏固我們所學知識，同時又是對我們大學四年所學知識的全面復習，更是向我們以后即將從事的專業(yè)性工作的正常過渡。我們可以緊緊抓住這個機會認真學習并搞好畢業(yè)設計，眾所周知，它對我們即將走上工作崗位或者更進一步深造有非常重要的意義。它將把我們過去的理論學習引向一個更高、更深的層次，也就是參加工作，可以說我們在做一次過渡性的嘗試。
畢業(yè)設計是我在接受高等教育中的最后一次綜合性的實踐學習，是實現學生綜合運用知識的能力，是實現培養(yǎng)目標、培養(yǎng)學生專業(yè)工作能力、提高學生綜合素質的重要手段。當然，畢業(yè)設計成果的質量，也是學生畢業(yè)資格認定的一個重要依據，是對學校人才培養(yǎng)效果的全面檢驗，是學校教育教學質量評價的重要內容。
畢業(yè)設計的目的主要是：（1）培養(yǎng)學生創(chuàng)造性地綜合運用所學基本理論和技能，獨立完成本專業(yè)范圍內工程設計或實驗分析的專業(yè)工作能力；（2）學習科學的精神和創(chuàng)新能力；（3）學習調查研究、收集處理信息和查閱文獻的能力；（4）學習語言表達和撰寫科技報告（論文）的能力；（5）培養(yǎng)學生的效益意識、全局觀念和團隊協作精神。在此基礎上，通過畢業(yè)設計，培養(yǎng)學生的整體構建設計的能力，全面的去考慮問題，幫助我們掌握工程設計中的一般產品設計的程序和方法。為我們在以后的實際工作中，能更好的解決工程實際生產中遇到的實際問題打下堅實的基礎,而且還有助于我們分析問題和創(chuàng)造性的解決問題的能力，全面提高我們的素質。
畢業(yè)設計教學基本要求主要是通過畢業(yè)設計，將思想道德素質教育、業(yè)務素質教育、文化素質教育于一體，注重學生素質的全面提高，以達到培養(yǎng)目標的基本要求；注重培養(yǎng)學生嚴肅認真的工作態(tài)度、勤奮鉆研的優(yōu)良學風和獨立工作能力；注重開發(fā)學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力，實現畢業(yè)設計的教學目的。
我所選擇的畢業(yè)設計題目升降舞臺液壓系統的設計。由于升降舞臺液壓系統的設計要求很高，設計環(huán)節(jié)較多，而且我缺乏實際經驗，再加上由于國內升降舞臺的發(fā)展較晚關于升降舞臺的系統地、實際地、具有一定理論指導作用的專業(yè)書籍很少，所以在設計中存在很多的不足和疏漏，懇請老師和同學批評指正。
1緒論
1.1液壓傳動發(fā)展概況
液壓傳動相對于機械傳動來說，是一門發(fā)展較晚的技術。從17世紀中葉巴斯卡提出靜壓傳遞原理、18世紀末英國制成第一臺水壓機算起，液壓傳動只有二三百年的歷史。19世紀末德國制成了液壓龍門刨床，美國制成了液壓轉塔車床和磨床。由于缺乏成熟的液壓元件，一些通用機床到20世紀30年代才用上了液壓傳動。
第二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事工業(yè)需要反應快、動作準確的自動控制系統，促進廠液壓技術的發(fā)展。戰(zhàn)后液壓技術迅速轉向民用。隨著工業(yè)水平的不斷提高，各種液壓九件的研制不斷完善井實現了各類元件產品的標準化、系列化和通用化，從而使它在機械制造、上程機械、農業(yè)機械、汽車制造等行業(yè)得到推廣應用。
20世紀60年代以來，隨著原子能、空間技術、計算機技術的發(fā)展，液壓技術得到了很大的發(fā)展．并滲透到各個工業(yè)領域中。液壓技術開始向高壓、高速、大功率、南效率、低噪聲、低能耗、經久耐用、高度集成化等方向發(fā)展。
從20世紀70年代開始，電子技術和計算機技術迅速發(fā)展井進入了液壓技術領域，在產品設計、制造和測試方面采用廠這些先進技術，取得了顯著的效益。利用計算機輔助進行液壓元件和液壓系統的設計計算、性能仿真、自動繪圖以及數據的采集和處理，可提高液壓產品的質量，優(yōu)化其性能，降低成本，并大大縮短其生產和交貨周期。在設備控制方面，利用計算機控制液壓系統，可簡化操作．提高勞動生產率，提高自動化水平，井增加產品的可靠性。因此，近年來，液壓行業(yè)對于計算機技術的應用給予極大的關注，其中計算機輔助設計CAD(Computer aided design)的推廣使用和數字控制液壓元件的研制開發(fā)尤其突出。另外．減小元件的體積和重量，提高元件的壽命，研制新介質以及污染控制的研究，也是當前液壓傳動及液壓控制技術發(fā)展和研究的重要課題。
我國的液壓工業(yè)開始于20世紀50年代，其產品最初只用于機床和鍛壓設備，后來又用于拖拉機和工程機械。自20世紀60年代開始，從國外引進液壓元件生產技術，問時自行設計液壓產品。我國生產的液壓元件已形成系列，并在各種機械設備上得到了廣泛的應用。目前，我國在消化、推廣國外先進液壓技術的同時，大力開展國產液壓新產品的研制工作，并已取得一定成效。例如，已開發(fā)研制了中高壓齒輪泵、插裝式錐閥、電液比例閥、疊加閥以及新系列中、高壓閥等。盡管如此，我國的液壓元件和液壓產品與國外先進的同類產品相比，在性能上，在種類、規(guī)格上仍存在著較大的差距。為了迅速趕超世界先進水平．我國已瞄準世界發(fā)展主流的液壓元件系列型譜，有計劃地引進、消化、吸收國外最先進的液壓技術和產品，并對我國觀正生產的液壓產品進行整頓，合理調整產品結構，大力開展產品國產化工作?？梢灶A見，我國的液壓技術在21世紀必將獲得更快的發(fā)展。
1.2液壓技術的應用與特點
1.2.1液壓技術的應用
液壓技術是涉及液體流動和液體壓力規(guī)律的科學技術。近幾十年來，液壓技術發(fā)展非常快，廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)和國防等各個部門。
液壓傳動主要應用如下：
(1)一般工業(yè)用液壓系統：坯料加工機械(注塑機)、壓力機械(鍛壓機)、重型機械(廢鋼壓塊機)、機床(全自動六角車床、平面磨床)等；
(2)行走機械用液壓系統：工程機械(挖掘機)、起重機械(汽車吊)、建筑機械(打
樁機)、農業(yè)機械(聯合收割機)、汽車(轉向器、減振器)等；
(3)鋼鐵工業(yè)用液壓系統：冶金機械(軋鋼機)、提升裝置(電極升降機)、軋輥調
整裝置等；
(4)土木工程用液壓系統：防洪閘門及堤壩裝置(浪潮防護擋板)、河床升降裝置、橋梁操縱機構和礦山機械(鑿巖機)等：
(5)發(fā)電廠用液壓系統；渦輪機(調速裝置)、核發(fā)電廠等；
(6)特殊技術用液壓系統：巨型天線控制裝置、測量浮標、飛機起落架的收放裝置及方向舵控制裝置、升降旋轉舞臺等；
(7)船舶用液壓系統：甲板起重機械(絞車)、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等；
(8)軍事工業(yè)用液壓系統：火炮操縱裝置、艦船減搖裝置、飛行器仿真等。
上述的概略說明不包括所有應用的可能性。用液壓系統傳遞動力、運動和控制的應用范圍相當廣泛，它在當今的各個領域中都占有一席之地。目前，液壓傳動技術在實現高壓、高速、大功率、高效率、低晚聲、長壽命、高度集成化等方面都取得了很大的進展。同時，由丁它與微電子技術次緊密配合，能在盡可能小的空間內傳送出盡可能人的功率并加以淮確地控制，從而更使得它在各行各業(yè)：中發(fā)揮出廠巨大作用。
在本設計中是將液壓傳動應用于舞臺的升降中，升降舞臺液壓系統是為某劇場配套而設計制造的。其升降功能由4根液壓缸頂升叉架完成， 4根液壓缸的同步由帶補正裝置的同步回路完成。升降臺是液壓系統的重要應用領域，升降臺液壓系統也是比較成熟的技術。與機械傳動相比，采用液壓傳動可以大大地減少換向沖擊，降低能量消耗，井能縮短換向時間。采用液壓傳動方式可有效利用現場的有限空間，盡可能地減少傳動裝置的占地面積，可靠保證舞臺平穩(wěn)升降。
液壓升降舞臺具有升降平穩(wěn)、噪音低、易于實現自動化控制、可實現升降臺的無級調速。
1.2.2液壓傳動的特點
液壓傳動由于有許多特點，才使得它被廣泛地應用于各行行業(yè)之中。
液壓傳動相對于其它傳動有以下—些主要優(yōu)點：
(1)在同等體積下，液壓裝置能產生出更大的動力。也就是說，在同等功率下，液壓裝置的體積小、重量輕、結構緊湊，即：它具有大的功率密度或力密度，力密度在這里等于工作壓力；
(2)按壓裝置容易做到對速度的無級凋節(jié)，而且調速范圍大，并且對速度的調節(jié)還可以在工作過程中進行；
(3)液壓裝置工作平穩(wěn)，換向沖擊小，便于實現頻繁換向；
(4)液壓裝置易于實現過載保護．能實現自潤滑，使用壽命長；
(5)按壓裝置易于實現自動化，可以很方便地對液體的流動方向、壓力和流量進行調節(jié)和控制，并能很容易地和電氣、電子控制或氣動控制結合起來，實現復雜的運動、操作。
(6)液壓元件易于實現系列化、標準化；和通用化，便于設計、制造和推廣使用
當然， 壓傳動還存在以下一些明顯缺點：
(1)液壓傳動中的泄漏和液體的可壓縮件，使這種傳動無法保證嚴格的傳動比；
(2)液壓傳動有較多的能量損失(泄漏損失、摩擦損失等)，因此，傳動效率相對低；
(3)液壓傳動對油溫的變化比較敏感不宜在較高或較低的溫度下工作：
(4)液壓傳動在出現故障時不易找出原因。
1.2.3液壓系統的組成
液壓傳動裝置主要由以下五部分組成：
1)能源裝置——把機械能轉換成油液液壓能的裝置。最常見的形式就是液壓泵，它給液壓系統提供壓力油。
2)執(zhí)行裝置——把油液的液壓能轉換成機械能的裝置。它可以是作直線運動的液壓缸，也可以是作回轉運動的液壓馬達。
3)控制調節(jié)裝置——對系統中油液壓力、流量或流動方向進行控制或調節(jié)裝置。例如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、開停閥等這些元件的不同組合形成了不同功能的液壓系統。
4)輔助裝置——上述三部分以外的其它裝置，例如油箱、濾油器、油管等。它們對保證系統正常工作也有重要作用。
5)工作介質：液壓系統中用量最大的工作介質是液壓油，通常指礦物油
2液壓升降舞臺結構分析與設計
2.1 升降舞臺簡介
舞臺升降臺是劇場演出過程中使用的一種重要設備，它主要用于載人或載景升降，要求運行平穩(wěn)、噪聲低、安全可靠。其臺面尺寸一般為16m×2m,升降行程一般為 7.5～3.5m，升降速度為0.2m/s,承載能力應能滿足劇場要求：靜載荷400kg/㎡，動載荷200kg/㎡。
目前，國內外普遍采用的是滑動螺母絲杠升降臺。普通滑動螺母絲杠副的特點是可以按需要設計成自鎖，這對載人升降臺是一很好的優(yōu)點，或者說是必須。但它在設計成自鎖下機械效率很低，理論上可達到40%，實際證明，由于加工精度、表面粗糙度、潤滑條件、安裝條件的限制，真正能達到的機械效率只有20%～30%。而舞臺升降臺的載重較重，一般為 10 t左右，加上升降速度較快，最高達0.2m/s，這樣勢必要求所選電動機的功率較大，一般為20 KW以上，同時，由于舞臺升降臺一般要求變頻調速，這樣所選用的變頻器的容量也就較大。功率（容量）增大，成本上升，尤其是變頻器，隨容量的增大，成本急劇上升。為此，我們將金屬切削機床上采用的滾柱螺母絲杠副用于舞臺升降臺的升降傳動中。滾珠螺母絲杠副具有較高的傳動效率，但它不能自鎖，這對載人升降臺不安全；而滾柱螺母絲杠副的傳動效率高于普通滑動螺母絲杠副，且它能自鎖，常用于垂直移動的傳動，如平面磨床的磨頭。
滾柱螺母絲杠副要求絲杠直徑較粗，否則，絲杠螺紋與滾柱的環(huán)槽有可能發(fā)生干涉。這一要求在舞臺升降臺上是完全能滿足的，因為由升降行程所決定的絲杠長度較長，一般為5～7 m ，根據剛度要求，絲杠直徑本身就要求較粗。
2.2 升降舞臺投影圖
圖2－1升降舞臺平面圖
2.3液壓升降舞臺的方案的確定
2.3.1升降舞臺液壓系統
升降舞臺液壓系統是為劇場配套而設計制造的。其升降功能由4根液壓缸頂升叉架完成，4根液壓缸的同步由帶補正裝置的同步回路完成。升降臺是液壓系統的重要應用領域，升降臺液壓系統也是比較成熟的技術，但此套大型系統與常規(guī)的小型升降臺系統相比有其特殊性，不能簡單套用，必須解決好以下問題：
（1）保證動作平穩(wěn)，舞臺上載重量變化很大，且液壓缸在升降過程中隨叉架角度變化較大，因此液壓缸負載變化較大，液壓系統必須要能克服負載變化對速度產生的影響，確保機構無沖擊地平穩(wěn)運行；
（2）根據舞臺承受的動靜載荷、速度要求，經過計算，得出上升過程中液壓缸無桿腔工作壓力約為1～3 MPa，單根液壓缸理論流量為32.7～39.5L/min；
（3）下降過程主要靠自重，但必須加以控制，尤其是如此大型的設備，一旦失控極其危險。
2.3.2 常用升降機構比較
(1)液壓升降臺
采用液壓技術，升降平穩(wěn)、噪音低。
(2)垂直絲杠升降臺
采用絲杠傳動方式，實現雙層臺面的升降。根據需要可多塊組成升降臺群，能在行程范圍內組成不同的臺階，滿足會議和演出的需要，是在舞臺上搭設亭、臺、樓、閣的理想道具。
(3)水平絲杠升降臺
該結構的升降臺具有土建量小、所需基坑淺、行程大，運行平穩(wěn)，噪音低定位準確、造價低等優(yōu)點。采用水平絲杠傳動，通過剪叉結構實現臺面的升降運動，在行程范圍內可任意停止。
(4)鏈條式升降臺
有良好的導向機構，保證設備運行時無傾斜。
(5)齒輪齒條式升降臺
傳動精確，造價高。
(6)螺旋器升降臺
具有普通升降臺的全部功能，主要特點是設備占用基坑小，行程大。設備高度僅200一500 mm行程可達14 m。當舞臺建在2層以上的建筑物時因空間受到限制時尤為適合。
2.3.3 升降臺機構形式
如圖1所示，采用剪叉結構達到放大行程的效果，而且要求基坑較淺，從而可節(jié)約投資。液壓缸左右對稱布置，工作時總體水平方向所受合力為零;使得臺面水平方向不發(fā)生運動，只是垂直方向的往復運動。上下方向設置有高低位行程開關，可保證升降高度。
2.3.4 臺面結構
如圖2所示，該臺面采用析架機構可滿足整體剛度的要求，保證人踩上去不會產生晃動和腳底不實的感覺。當臺面比較窄時，可并列設置2組彬架；當臺面比較寬的時候，要采用多個并列；一般情況下間距為400一500 mm。
基于以上分析，本設計主要是對舞臺升降技術中的1種形式的液壓升降臺進行設計。
3單層升降舞臺液壓系統的設計計算（左側）
3.1單層升降舞臺水平運動部分設計
3.1.1 確定液壓系統的工作要求
總體要求：
（1）要求單層升降臺的伸出與縮回采用“快進—慢速接近—快退”的動作循環(huán)。
（2）嚴格保證多缸的動作同步。
（3）在單層和三層的下降回路中應保持平衡，使下降平穩(wěn)。
（4）各動作順序有相應的互鎖關系，以保證
根據升降舞臺的動作順序確定該系統的工作循環(huán)為：快速前進—工作進給—快速退回—原位停止。根據具體工作要求計算得出，快速進退時的速度約為4500mm/min(0.075m/s)。工作時的進給速度應為20～120mm/min（0.0003～0.02m/s）范圍內作無極調速運動部件的行程為4000mm，其中工作行程為3050mm。運動部件的自身重力為0.6t，啟動換向時間為Δ=0.05s，采用水平放置的平行導軌靜摩擦系數
=0.2，動摩擦系數為=0.1。
3.1.2 分析液壓系統的工況
計算液壓缸在工作行程各階段的負載
啟動加速階段：
（+)/
N
工進階段：
N
快進或快退階段：
653.3N
將液壓缸在各階段的速度與負載值列于表一中
表3－2 液壓缸在各階段的速度與負載
階 段
速度v/(m/s)
負載F/N
啟 動 加 速
0.075
2306.67
工 進
0.0003~0.002
6553.3
快 進 快 退
0.075
6553.3
3.2單層升降舞臺垂直部分的設計
3.2.1確定液壓系統的工作要求
根據工作要求，確定該系統的工作循環(huán)為工進－工退－原位停止。根據具體加工要求就計算得出：工作進給時的速度應在20～120mm/min(0.0003~0.002m/s)范圍內作無極調速，運動部件的最大行程為3m，其中工作行程為2m。運動部件的自身
重為0.6t，啟動換向時間為?t=0.05?t=0.05。系統豎直放置的垂直導軌的靜摩擦系數
=0.2，動摩擦系數為=0.1。
3.2.2 分析液壓系統的工況
工進階段：
F===6553.3N
工退階段：
F==6553.3N
表3-3 液壓系統在各階段的速度和負載
階段
速度v/(m/s)
負載F/N
工進
0.0003～0.002
6553.3
工退
0.0003～0.002
6553.3
3.3確定液壓缸的主要參數
1.初選液壓缸的工作壓力
根據計算得出各階段負載值的最大值，曲液壓缸的工作壓力為0.3MPa。
2.確定液壓缸的主要結構參數
最大負載啟動加速階段負載：N，求得
m
根據液壓缸內徑系列將所計算的值圓整為標準值，取mm。
為實現快進與快退速度相同，采用差動連接。則，所以
mm
查得，符合活塞桿標準直徑系列，由mm, mm。算
出液壓缸無桿腔有效工作面積為cm2，有桿腔有效工作面積為
工作進給采用調速閥調速，調速閥最小穩(wěn)定流量，工進速度
則
< <
能滿足低速穩(wěn)定性要求。
3.計算液壓缸得工作壓力 流量和功率
（1）計算工作壓力
根據有關資料，系統的背壓在0.5～0.8MPa范圍內選取。暫定：工進的背壓
=0.8MPa;快速時背壓＝0.5MPa。液壓缸在工作循環(huán)各階段的工作壓力P按
下面的公式計算得出。
工作進給階段：
MPa
快速退回階段：
MPa
差動快進階段：
MPa
（2）計算液壓缸的輸入量
根據快進快推速度0.075m/s，計算液壓缸各階段所應輸入的流量。
工進階段：
m3/s
L/min
快退階段：
cm2/s、
=18L/min
快退階段：
-)
=0.00029cm2 /s
=17.3L/min
（3）計算液壓缸的輸入功率
工進階段：
P=pQ=0.49×16=7.84W=0.00784kW
快退階段：
P=pQ=1.11×0.3×1000=33W=0.333kW
快進階段：
P=pQ=0.69×0.23×1000=200.1W=0.2kW
將以上計算得出的壓力，流量和功率值列在表三中
表3－4壓缸在各工作階段的壓力，流量和功率
階段
工作壓力P/MPa
輸入流量Q/(L/min)
輸入功率P/kW
工進階段
0.49
0.94
0.00784
快速退回
1.11
18
0.333
快速前進
0.69
17.3
0.2
3.4 擬定液壓系統原理圖
圖3-1左側液壓缸工作示意圖
3.5 選擇液壓元件
1. 選擇液壓泵
已知液壓缸的工作壓力在快退階段最大。設進油路壓力損失∑?p=0.5MPa，則液壓泵的最高工作壓力為：
MPa
將表二中的流量值代入公式中，（其中為系統的泄漏修正系數，一般取為=1.1~1.3)分別求出快進及工進階段的供油量。
快進快退時泵的供油量為：
=1.1×18L/min=19.8L/min
工進時泵的流量為：
=1.1×0.94L/min=1.04L/min
考慮到節(jié)流調速系統中，溢流閥的性能特點。應加上溢流閥穩(wěn)定工作時的最小溢流量一般取為3L/min。
選擇=25ml/min的TB1型的單聯葉片泵，額定轉速=960r/min。則泵的額定流量為：
==25×960×0.9×0.001 L/min =21.62L/min
由表二看出，快退階段的功率最大。所以根據快退階段功率計算電動機功率。設快退時進油路的壓力損失??p＝0.21MPa。液壓泵的總效率為p=0.7,則電動機功率為：
=
=673w
查電動機產品樣本，選用Y901－6型異步電動機P＝1.11W,n=910r/min
圖3-2液壓泵站示意圖
2. 選擇液壓閥
根據所畫液壓系統圖，計算分析通過各液壓閥的最大油壓和最大流量，選擇各液壓閥的規(guī)格型號。
表3－4 液壓元件的規(guī)格型號
序 號
元件名稱
通過流量Q/(L/min)
規(guī)格型號
12
三位五通電磁換向閥
38
3SEF3Y-E10B
14
壓力繼電器
DP-63B
10
調速閥
13.82
AF3-Ea10B
11
背壓閥
0.48
YF3-10B
3. 選擇輔助元件
油管內徑可參照所接元件的接頭尺寸確定，也可以根據管路的允許流速計算。
系統采18mm×1.6mm無縫鋼管。
油箱容量定位：
=(5~7)×19=95~133L
3.6 液壓系統性能的驗算
3.6.1 系統壓力損失計算
（1）快速退回時
快速退回階段的流量最大，并且液壓缸有桿腔進油，故回油流量最大，是進油量的1/c倍，即：1/C=1/0.44=2.27倍，進回油路壓力損失應分別計算。
1）進油路
已知：管長≈2m;流量Q＝1050cm2/s=62.9L/min;管徑d=32mm;粘度v=0.20m2/s;密度ρ=900kg/m2。單向閥一個，=0.2MPa；換向閥一個，=0.2MPa；單向順序閥（反向流）一個，＝0.2MPa；直角彎頭一個，＝1.12。
由此可算得：
流速 v===131cm/s=1.31m/s
雷諾數 Re= = =2096，屬層流；
沿程阻力系數 λ＝ =0.036
沿程壓力損失
===0.002MPa
局部壓力損失
=?
=
+
=0.14MPa
進油路總壓力損失：
＝+=0.002+0.14=0.142MPa
2) 回油路
已知：流量Q===2386cm3=143L/min;管長l≈1m;換向閥一個，
=0.2MPa;直角彎頭一個，＝1.12；其余與進油路一樣。
由此可算得：
流速 =297cm/s=2.97m/s
雷諾數 4752,紊流；
沿程阻力系數 λ＝0.3164Re?=0.3164×4752-=0.038
沿程壓力損失
=4713.7Pa=0.0047MPa
局部壓力損失
=＋
=
=0.12MPa
回油路總壓力損失
＝+=0.0047+0.12=0.125MPa
（2）慢速折彎時
從快速退回行程的壓力損失計算可看出，沿程壓力損失與局部壓力損失相比很小。在慢速折彎行程，流量更小，使得沿程壓力損失更小，故可忽略不計，只考慮局部壓力損失。
進油路：
已知：流量Q=542cm2/s=32.5L/min；其余與前相同。
由此可算得：
進油路壓力損失為
= + ?+
+
=0.2×+0.2×
+
=0.03MPa
2) 回油路
已知：流量Q=542×0.44=238cm2/s=14.28L/min，單向順序閥（正向流），＝0.3,其余從前。
由此可算得：
回油路壓力損失為:
=
=++
=0.2×+
+0.3×
=0.004MPa
3) 系統壓力的調節(jié)
對工作行程（慢速折彎）時系統壓力的調節(jié)如下：
安全閥調節(jié)壓力為
>++
=+0.004×
=Pa=24.35MPa
單向順序閥調節(jié)壓力為：
P>-
=-4000=0.75×Pa=0.75MPa
3.6.2 系統發(fā)熱及溫升計算
1）發(fā)熱量估算
從整個工作循環(huán)看，功率變化較大，計算平均發(fā)熱量。從速度循環(huán)圖可近似計算各階段的時間：
快速下降 ≈=7.85s；
慢速折彎
啟動時初壓 ==1.25s
終壓 ===0.83s
快速退回 ＝=3.77s
循環(huán)周期 T=+++
=7.85+1.25+0.83+3.77
=13.7s
從功率循環(huán)圖可求出各階段液壓缸的輸出功率。但應扣除液壓缸的機械效率因
素的影響，因功率循環(huán)圖是液壓缸的輸入功率的變化規(guī)律。
快速下降 ≈0
慢速，初壓
≈ ==0.3kW
終壓 該段較復雜，可從速度，負載循環(huán)圖來求均值：
=Fv
=（1000000+5×10000)×（0.012＋0）×2×2
=3150w=3.15kw
快速退回≈0.87=0.87×0.91=0.79kW
從壓力，流量循環(huán)圖求各階段液壓泵輸入流量。
快速下降：=1.1×62=68.2L/min=1137cm2/s
=+=0+0.142=0.14MPa
(近似用快退工況壓力損失數據）
===187W
慢速折彎，初壓
==1.1×32.5=35.75L/min=596cm2/s
==0.61+0.04=0.65MPa
===456W
終壓
=
==17.88L/min=298cm2/s
=
=12.76+0.03=12.8MPa
==4488W
快速退回：
=
=0.83+0.142=0.97MPa
=
=1.1×62.9=62.19L/min=1153cm2/s
==1316W
系統的發(fā)熱量為：
H=[(-)+(-)+(-)
+(-)]/T
=[(0.187-0)×7.85+(0.456-0.3)×1.25+(4.488-3.15)×0.83
+(1.316-0.79)×3.77] /13.7
=0.347kW
2）系統熱平衡溫度計算
設油箱邊長比為1：1：1～1：2：3范圍，油箱散熱面積為
A=0.065V=0.065×378=3.4m2
假定自然通風不好，取油箱散熱系數為
=0.008Kw/m2
室內環(huán)境溫度為30攝氏度，系統熱平衡溫度為
=+ =30+=43
滿足≤[t]=50,油箱容量合適。
4升降舞臺三層液壓系統的設計計算
4.1確定液壓系統的工作要求
根據工作要求，確定該系統的工作循環(huán)為工進－工退－原位停止。根據具體加工要求就計算得出：工作進給時的速度應在20～120mm/min(0.0003~0.002m/s)范圍內作無極調速，運動部件的最大行程為3m，其中工作行程為2m。運動部件的自重
為0.6t，啟動換向時間為=0.05=0.05。系統豎直放置的垂直導軌的靜摩擦系數
=0.2，動摩擦系數為=0.1。
4.2 分析液壓系統的工況
工進階段：
F===6553.3N
工退階段：
F==6553.3N
表4-1 液壓系統在各階段的速度和負載
階段
速度v/(m/s)
負載F/N
工進
0.0003～0.002
6553.3
工退
0.0003～0.002
6553.3
4.3確定液壓缸的主要參數
1.初選液壓缸的工作壓力
根據計算得出各階段負載值的最大值，并參照同類升降舞臺取液壓缸工作壓力為0.7MPa。
2.確定液壓缸的主要結構參數
最大負載為工進階段負載F=6553.3N，求得
D===0.11m=110mm
根據液壓缸內徑系列將所計算的值圓整為標準值，取D=110mm。
為規(guī)定工進與工退速度相同采用差動連接，則d=0.7D，所以
d=0.7×110=77mm
根據液壓缸內徑系列將所計算的值圓整為標準值。
取d=80mm。
由D=110mm d=80mm算出液壓缸無桿腔有效工作面積為
＝==50.24cm2
工作進給采用調速閥調速，查產品樣本調速閥的最小穩(wěn)定流量=0.05L/min 工進速度=20mm/min ，則
==25cm2<<
能滿足低速穩(wěn)定性要求。
3.計算液壓缸的工作壓力 流量和功率
1）計算工作壓力
根據有關資料，系統的背壓在0.5～0.8MPa范圍內選取。暫定：工進時背壓=0.8MPa;液壓缸在工組循環(huán)各階段的工作壓力P按下面的公式計算得出。
工作進給階段：
=+
=+=1.1MPa
工作退回階段
=+＝＋94.99×0.5××50.24
=2.3MPa
2）計算液壓缸的輸入流量
根據最大工進 工退速度V=0.002m/s。計算液壓缸各階段所應輸入
的流量。
工進階段：
==94.99×0.0001×0.002=0.02×0.001m/s=1.2L/min
工退階段：
==94.99×0.0001×0.002=0.02×0.001m/s=1.2L/min
3）計算液壓缸的輸入功率
工進階段
==1.11×0.02×1000=22.2W=0.0222kW
工退階段
==1.11×0.02×1000=22.2W=0.0222kW
將以上計算得出的壓力 流量和功率值列于表二中
表4-2 液壓缸在各工作階段的壓力 流量和功率
階段
工作壓力P/Ma
輸入流量Q/(L/min)
輸入功率P/kw
工作進給
1.11
1.2
0.0222
工作退回
1.11
1.2
0.0222
4.4 擬定液壓系統原理圖
豎直升降液壓系統原理圖
4.5 選擇液壓元件
1.選擇液壓泵
已知：液壓缸的工作壓力在工作進給階段最大。設進油路壓力損失=0.5MPa，則液壓泵的最高工作壓力為
≥+=(1.11+0.5)MPa=1.61MPa
在泵的最高工作壓力上，則考慮再加上25%的壓力儲備，所以泵的額定壓力應 為
＝1.61＋1.11×25%＝1.88MPa
將表4-2中的流量值代入公式≥中（其中k為系統的泄漏修正系數，一般取為=1.1~1.3)分別求工進與工退階段的供油量。
工進時泵的流量為：
≥=1.1×1.2=1.32L/min
工退時泵的流量為：
≥=1.1×1.2=1.32L/min
考慮到節(jié)流調速系統中溢流閥的性能特點，應加上溢流閥穩(wěn)定工作時的最小溢流量。溢流量一般取為3L/min。
查產品樣本選用排量為V=6ml/r的PB1型的單聯葉片泵。則泵的額定流量為：
==6×0.001×960×0.9=5.18L/min
設工進時進油路的壓力損失為=0.2MPa，液壓泵的總效率為=0.7，則電動機的功率為：
=
==161.57W
查電動機設計手冊，選用YB801-24的異步電動機p=0.55k n=1390 r/min 。
液壓泵站工作原理圖
2.選擇輔助元件
油箱內徑可參照所接元件的接頭尺寸確定，也可以根據管路的允許流速計算。本系統采用18mm×1.6mm無縫鋼管。
油箱容量定為：
=(5~7)×6=30~42L
4.6 液壓系統性能驗算
1 系統壓力損失估算
1）快進時液壓缸差動連接，進油路壓力總損失為
=+
+
=0.2×+0.5×+0.3×
有桿腔與無桿腔的壓力差：
=-
=0.5×+0.2×+0.3× =0.046+0.029+0.199
=0.274MPa
2）工進
進油路的總損失為：
=0.5×＋0.5×+0.3×
=0.8MPa
液壓缸回油腔的壓力P2為
=0.5×+0.6+0.3×=0.637MPa
考慮到壓力繼電器的動作壓力比系統工作壓力髙0.5MPa，因此溢流閥的調定
壓力為：
>+ + =3.75+0.5×+0.5+0.5
=4.75MPa
3）快退
進油路壓力總損失為：
=0.2×+0.5×=0.082MPa
回油路總壓力損失為：
=0.2×+0.5×
+0.2×
=0.592MPa
則快退階段，液壓泵的工作壓力Pp為
=+=(1.5+0.082)=1.582MPa
2 溫升驗算
以工進時的消耗功率計算溫升。
工進時，液壓缸的有效功率為：
==0.0278kW
發(fā)熱功率為：
=0.556-0.0278=0.529kW
油箱散熱面積 A=6.5V=2.85m2
溫升：==22.8
式中，取散熱系數。溫升在允許的范圍內，可不設冷卻裝置。
升降舞臺總體液壓系統原理圖
5液壓系統的設計與分析
擬定液壓系統原理圖是整個液壓系統設計中最重要的一環(huán)節(jié)，它的好壞從根本上影響整個液壓系統。因此本次設計中對有些回路考慮了多個方案并進行了分析比較。
5.1液壓回路的選擇
5.1.1 確定供油方式
根據前幾節(jié)的工況分析，在本設計中選用限壓式變量葉片泵和蓄能器聯合供油的方式，蓄能器在系統中作為應急能源，限壓式變量葉片泵可根據系統的負載變化自動調節(jié)輸出流量具有降低能源消耗、限制油液溫升的特點，還具有自吸能力好、輸出壓力脈動小、對污染敏感度小、噪聲低，但粘度對效率的影響較大結構復雜、功率損失大、價格較貴。
5.1.2 確定調速方法
調速方法有節(jié)流調速、容積調速和聯合調速。在本設計中選用選用限壓式變量葉片泵和調速閥組成的容積節(jié)流調速回路，容積節(jié)流調速回路由變量泵供油，用流量閥改變進入液壓缸的流量，以實現工作速度的調節(jié)，這時泵的供油量自動與液壓缸所需的流量相所適應。這種回路的特點是效率高、發(fā)熱小（比節(jié)流調速）速度穩(wěn)定性（比容積調速回路）好。常用于調速范圍大的中、小功率場合。
5.1.3速度換接回路的選擇
速度換接回路的形式常用行程閥或電磁閥來實現。行程閥具有換接平穩(wěn)、工作可靠、換接位置精度高，電磁閥具有結構簡單、控制靈活、調整方便。在本設計中的快進回路與慢速接近回路的換接是采用了由行程開關控制的電磁換向閥，具有換接位置精度高、換接靈活的優(yōu)點。
5.1.4換向回路的選擇
根據執(zhí)行元件對換向性能的要求選擇換向閥機能和控制方式。在本設計中多采用電磁換向閥實現回路的換向，它具有操作方便、便于布置、低速換向的特點，在泵的卸荷回路中采用了手動換向閥。
5.1.5壓力控制回路的選擇
本設計中采用了容積節(jié)流調速，常用溢流閥組成限壓、安全、保護回路。
5.1.6其他回路的分析與選擇
根據升降舞臺的要求，本設計中選用了多缸同步回路、順序動作回路、平衡回路、瑣緊回路和卸荷回路等。在選擇中對同步回路和順序動作回路做了詳細的分析。
（1）多缸同步回路：
同步回路是保持兩個或兩個以上的液壓缸在運動中保持相同的位移或相同的速度，常用的有：（a）帶補償措施的串聯液壓缸同步回路；（b）調速閥控制的同步回路，；（c）機械連接同步回路，。
（a）帶補償措施的串聯液壓缸同步回路
在這個回路中液壓缸1的有桿腔面積與液壓缸2的無桿腔面積相等便可以實現兩液壓缸的升降同步。為了保證嚴格同步，采用取補償措施以避免誤差的累積，在每一次下行運動中能消除同步誤差。其原理為：當換向閥1左位工作時，兩缸下行，若缸2的活塞先運動到底，它就觸動行程開關a使電磁鐵3YA通電，壓力油經閥2的左位向缸一的有桿腔補油，推動活塞繼續(xù)運動到底，誤差即被消除；若缸一先運動到底則觸動行程開關b使電磁鐵4YA通電，壓力油經閥二的右位，控制壓力油使液控單向閥3打開，缸2無桿腔的油液經液控單向閥3和閥2回油箱，使活塞繼續(xù)運行到底。這種串聯式的同步回路只適用于負載較小的液壓系統，能保證嚴格同的步。
(b) 調速閥控制的同步回路
在這個回路中，兩個調速閥分別調節(jié)兩液壓缸活塞的運動速度，仔細調整兩個調速閥的開口可使兩液壓缸在同一個方向上實現速度同步。這種同步回路的結構簡單并且速度可調，但是由于油溫變化及調速閥性能差異等影響，顯然這種回路不易保證位置同步，且調整麻煩，速度同步精度也比較低，一般在5%～7%左右。
(c) 機械連接同步回路
其特點是：回路結構簡單、工作可靠，但只適用于兩缸載荷相差不大的場合，連接應具有良好的導向結構和剛性，否則，回出現卡死現象。
根據以上分析，在本設計中對同步精度要求較高，所以選用a方案。
(2) 順序動作回路：
常用的順序動作回路可分為壓力控制、行程控制和時間控制三類，其中前兩類應用的較多。
（a）壓力控制的順序動作回路：
壓力控制就是利用液壓系統工作過程中的壓力變化來使執(zhí)行件按順序先后動作，這是液壓獨具的控制特性。壓力控制的順序動作回路一般用順序閥或壓力繼電器來實現。在本設計中采用的順序閥控制的順序動作回路，其優(yōu)點在于動作靈敏安裝連接方便。
(b) 用行程控制的順序動作回路
行程控制就是利用執(zhí)行元件運動到一定位置時發(fā)出控制信號，使下一個執(zhí)行元件開始動作。行程控制可利用行程閥和行程開關來實現。利用行程閥實現的順序動作回路可靠，但動作順序一旦確定再改變就困難，且管道長、布置麻煩。
5.1.7 舞臺升降液壓系統工作原理
該系統采用變量葉片泵和蓄能器聯合供油的方式，液壓泵為限壓式變量葉片泵，最高工作壓力為6.3。溢流閥4作安全閥用，其調整壓力為7。手動換向閥5用于卸荷，過濾器6的過濾精度為10，用于回油過濾，當回油壓力超過0.3時系統報警，此時應更換過濾器的濾芯。
5.1.8液壓系統組成及工作原理
舞臺升降：油泵電機啟動后，雙聯油泵1開始工作，但大流量泵和小流量泵均處于卸荷狀態(tài)。舞臺上升時，電磁鐵YA6得電，升降回路升壓，大流量泵輸出的液壓油分別通過換向閥4~8再經四個液控單向閥12~15進入四個液壓缸無桿腔，產生推力，克服舞臺重量和導軌副摩擦推動舞臺上升。因液壓缸尺寸較大，舞臺上升速度較慢（設計上升速度為0.02m/s），為減少液壓元件的數量，保障系統的可靠性，不設置調速元件而采取由油泵和液壓缸尺寸予以直接保證的設計方案；當舞臺停止上升或到達最大行程時，電磁鐵YA6失電，換向閥25處于左位，主回路卸壓。由于液控單向閥12~15鎖死，舞臺停止在鎖死位置；舞臺下降時，電磁鐵YA5、?YA6得電，系統控制回路升壓，高壓油進入液控單向閥12~15的先導控制閥，將液控單向閥打開，同時YA1～YA4得電，換向閥4～7接油箱，舞臺依靠自重下降。下降速度可由調速閥12~15調定。同步控制：本系統四條同步支路所選用的元件型號相同、各支路輸入流量相同，可以較好的保證四個伸縮式油缸的同步上升、同步下降。
平衡控制：為使四個液壓缸產生相同的推力，系統中采用四個單向閥16~19將四條支路隔離開，然后用一個溢流閥20進行壓力控制，保證各支路設定壓力相同。
舞臺伸縮：考慮到施工現場場地有限，為節(jié)約空間，提高效率，本設計中采用了雙聯式油泵。大流量泵用于驅動舞臺升降，小流量泵用于驅動液壓馬達帶動舞臺伸縮。兩種運動可以獨立控制，互不干涉。油泵啟動時，通過換向閥27卸壓；需要控制舞臺外伸時，電磁鐵YA9、YA7得電，換向閥24處于左位。高壓油經閥24進入液壓馬達驅動其伸縮，通過馬達輸出軸齒輪與齒圈傳遞舞臺以驅動力矩。若YA9、YA7得電，則馬達驅動舞臺反轉。單向閥22、23和溢流閥26組成液壓馬達過載保護回路。
5.2 液壓元件的選擇
5.2.1 液壓泵的選擇
根據前三節(jié)對液壓系統的工況分析來確定泵的最高工作壓力和最大供油量：
（1）液壓泵的最高工作壓力：
＋=（3.6＋0.6）=4.2
（2）液壓泵的最大供油量：
取K=1.1 則：=1.1=1.1×39.1=43
查《液壓元件產品樣本》手冊，選用YBX-40B型限壓式變量葉片泵，其技術參數為：
驅動功率：P=9.8 KW
（3）確定電動機功率：
限壓式變量葉片泵的驅動功率可按流量特性曲線拐點處的流量、壓力值計算。一般情況下可取 ：=0.8，。
則：
式中：——液壓泵的總效率，查表取=0.7
——液壓泵的最大工作壓力（）
——液壓泵的額定流量（）
所以：=4.7 （KW）
查手冊選擇Y系列三相異步電動機，Y132M—4型，額定功率=7.5 KW
同步轉速。
5.