举升平台系统设计

设计参数：

平台最大举升负载(包括平台自重)：40kN 平台举升速度：0.15m/s 平台举升高度：1m 启动惯性负载：25%最大负载

1.工况分析

该设计要求举升平台能水平上升和水平下降，具有稳定的举升速度，平台与液压缸相连，平台举升速度稳定，要求平台能在任意位置稳定停留。

2.液压系统主要参数 液压缸行程1m

活塞推出速度0.15m/s 最大举升负载40KN 启动惯性负载10KN

3.液压系统图 如图所示：

1：两个液压泵和一个电机连在一起 2：三位四通M型机能电业换向阀 3：可调节流阀 4：分流集流阀 7、8：单杆液压缸 9：平台 12：节流阀 13：溢流阀 14：散热器 15：过滤器 16：油箱

液压系统工作情况： 举升：

当将重物放上平台后，要将重物提升，通过电液换向阀5将三位四通阀置于左位，液压泵提供的高压油经换向阀2，至节流阀3，在通过分流集流阀，将高压油均分至液压缸7、8的无杆腔，液压油在经过液压缸有杆腔回油箱。节流阀3的a端压力引至10、11的有杆腔，节流阀3的b端压力引至11的无杆腔；通过11的弹簧力来调节节流阀3两端的压差，只要节流阀的开度合适，就能保证节流阀的出油流量一定，且正好使液压缸7、8以0.15m/s的速度上升。 下降：

要下降时，通过电液换向阀6使三位四通阀置于右位，高压油经三位四通阀流入液压缸的有杆腔，再从液压缸无杆腔经分流集流阀、节流阀回油箱。下降时，a、b两端压差会使液压泵达到最大偏心，即以最大流量供油，快速退回。下降时，节流阀三也起背压作用。

4.初选液压元件；

液压缸：通用型液压缸X2

公称压力pn=16MPa（GB/T 7938—1975 P348） 最高允许压力pmax≤1.5pn=24MPa 耐压实验压力pT=1.5pn=24MPa

液压缸缸筒内径D=63mm （GB/T 2348—1993 P350） 液压缸活塞杆外径63mm（GB/T 2348—1993 P350） 液压缸活塞行程1000mm （GB/T 2349—1980 P350） 单活塞杆液压缸两腔面积比ϕ=1.48（JB/T 7939—1999 P350）

杆径d=36mm，无杆侧有效面积A1=31.2cm2，有杆侧有效面积A2=21cm2 节流阀：L-H32L （P553） 流量200L/min 通径32mm

三位四通电液换向阀：34DYM-B32H-TZ （P564） 流量190L/min 压力21MPa 通径20mm

溢流阀：Y2-Hb32L （P538） 流量200L/min 压力32MPa 通径32mm

调压范围4~16MPa

变量泵：单作用叶片泵X2（并联）

YBX型变量叶片泵：YBX-D50（V3） （P252） 排量=50L/min

额定压力=最高压力=10MPa

额定转速=1450r/min，最高转速=1800 r/min 容积效率=88%，总效率=72% 驱动功率=10KW

电动机：Y200L-4异步电机，同步转速1500r/min，4极 （P215，机械设计课程上机与设计） 额定功率30KW

满载转速1470r/min

5.验算：

液压缸参数验算：

无杆侧有效面积A1=31.2cm2，有杆侧有效面积A2=25cm2。由于液压缸中最大压力出现在举升启动过程中，所以仅计算举升启动过程： 启动时

进油腔压力为p1，回油腔压力p2=0，负载F1=40+10=50KN，每一个液压缸所受负载F=0.5F1=25KN，液压缸的机械效率取cm=0.95，固有：

p1A1p2A2

Fcmp1(F50p2A2)/A1(0)/31.28.435MPacm0.95

在液压缸的承受压力范围内。

进油腔的流量为q1，活塞速度为0.15m/s，液压缸的容积效率取cv=0.98固有：

q10.15A1/cvq10.1531.2/0.9828.65L/min

即一个油缸进油腔流量为28.65L/min

泵参数的验算： a)泵流量的验算：

两个液压缸同时工作，液压泵的流量要大于两个同时动作的液压缸的最大流量只和，并要考虑到系统的泄漏和液压泵磨损后容积效率的下降，即：

qpK(q)max

(q)max为两缸同时动作时的最大进油流量，在确定流量时，需加上溢流阀的最小溢

其中：K为泄露系数，一般取1.1~1.3，此处取K=1.2 （P902）

流量，一般取2~3L/min，此处取2.5 L/min (P902) 固：

qpK(q)maxqp1.2(q122.5)71.76L/min

一台YBX-D50（V3）泵的流量为50L/min，固： qp=50*2=100L/min 满足流量的要求。

b)泵压力的验算：

液压泵的最大工作压力:

pp=p1+Δp

其中：p1为执行元件的最大工作压力

Δp为液压泵出口到执行元件入口之间的压力损失，初算时可按经验数据选取：管路简单、流速不大的取Δp=0.2~0.5MPa，管路复杂、流速不大的取Δp=0.5~1.5MPa.再次可取系统的Δp=0.5MPa （P902） 固：

ppp1ppp8.4350.58.935MPa

YBX-D50（V3）泵的最高压力为10MPa，所以压力也满足要求。

6.液压系统主要性能的验算： a）系统压力损失计算：

计算系统压力损失，必须知道管道的直径和管道的长度。管道直径按选定元件的接口尺寸确定为d=22mm，进油回油的管道长度都定为L=2m；油液的运动粘度取为υ=1X10-4m2/s，油液的密度取ρ=0.9174X103kg/m3。 举升时：

进油流量：

q10.15A1/cv

q10.1531.2/0.9828.65L/min则流入液压缸的总流量q1228.6557.3L/minq2v1A2

回油流量：

q20.152110418.9L/min则回油总流量q2218.937.8L/min

速度

v10.15m/s

下降时：

最大流量q

q1001.48

q148L/min1）判断流动状态

由雷诺数

Revd4q d可知，在油液粘度υ、管道内径d一定的条件下，Re的大小与q成正比，在举升和下降时，

最大流量q=125L/min，由此可知，此时

4148103Re1427.57 34602210110也最大，因为最大的Re小于临界雷诺数（2000），固：所有工况中油液的流动状态全为层流。

2）计算系统压力损失

沿程阻力系数

7575d Re4q和溶液在管道内的流速

v4qd2

由此可计算出沿程压力损失

pL1

Lv22d475L4750.917410311042qq

2d42(22103)4pL1pL10.8345108q由此可见沿程压力损失大小与其通过流量大小成正比。

管道内部压力损失pL2可由经验公式求得。

pL20.1pL1

根据公式

pvpn(q2) qn计算阀类零件的局部损失：其中pn由产品样本查出，电液换向阀的额定压力损失pn为3X105Pa。因此在举升工况中：

pv3105(57.32)0.985105Pa 100pL10.834510857.3103/600.797105Pa pL20.1pL10.08105Pa

ppvpL1pL21.862105Pa

系统中压力损失最大出现在举升过程中。

3）液压泵工作压力估算

举升时系统工作压力最高：

ppp1p(84.351.862)1058.6212MPa

b）系统效率计算

在一个工作循环中，系统的压力损失主要在举升过程中，所以可以用举升时的效率来带替整个循环的效率.

cp1qq8.43557.3/(8.621271.76)%78.1% ppqp叶片泵的总效率p72%，液压缸的总效率m0.980.9593.1%

固系统效率：

cpm0.7810.720.93152.35%

C）系统发热与温升计算

系统发热与温升也主要发生在举升过程中，因此系统发热与温升计算也只考虑举升过程的发热与温升。

举升过程中电机的功率

Pppqp8.621271.76/0.7214.32KW p举升时系统所产生的热量

Qp(1)14.32(10.5235)6.8235KW

举升时系统油液温升

tQ0.065KV3211.11C

2其中：取传热系数K15W/(m

•C)

Vq5100500L

系统升温11.11C，温升很小，符合设计要求。

参考文献：

[1] 官忠范. 液压传动系统[M]. 北京:机械工业出版社, 2004.

[2] 许福玲, 陈, 陈尧明明. 液压与气压传动[M]. 北京:机械工业出版社, 2007. [3] 李壮云. 液压气动与液力工程手册[M]. 北京:电子工业出版社, 2008.

[4] 程志红, 唐大放. 机械设计课程上机与设计[M]. 南京:东南大学出版社, 2006.

注:(P…)表示所写内容是从《液压气动与液力工程手册》中该页查找的。