毕业设计（论文）音乐池升降台液压控制系统设计

音乐池升降台液压控制系统设计摘 要近年来液压技术在各行各业中得到了广泛应用，而且不同行业的液压系统也各有特点升降台是舞台机械台下设备中应用最广泛的设备之一，在专业歌剧院、舞剧院、话剧院的音乐池，都配备着大量各种类型的升降台，即使是在某些以转台为主的话剧院，鼓形转台也配置着不同规格的升降台许多国际知名音乐厅，都配备了用于乐队、合唱队或大型乐器的乐池升降台液压传动很容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控，所以升降台大多都采用液压传动 关键词：液压传动，电气控制，系统回路，液压仿真 目 录1绪论 11.1液压技术 11.2液压传动控制 21.3音乐池升降台 31.4音乐池升降台液压传动系统 42制定基本方案和绘制液压系统图 62.1基本方案 62.1.1调速方案的选择 62.1.2压力控制方案 62.1.3顺序动作方案 62.1.4选择液压动力源 72.2绘制液压系统图 73音乐池升降台液压系统工作原理及特点 93.1液压系统的工作原理 93.2液压系统的工作特点 94液压系统主要参数的确定及工况分析 104.1升降机的工艺参数 104.2工况分析 105 液压系统主要参数的计算 115.1初步估算系统工作压力 115.2 液压执行元件的主要参数 115.2.1液压缸的作用力 115.2.2缸筒内径的确定 115.2.3活塞杆直径的确定 125.2.4液压缸壁厚的确定 145.2.5液压缸的流量 145.3 速度和载荷计算 155.3.1执行元件类型、数量和安装位置 155.3.2速度计算及速度变化规律 165.3.3执行元件的载荷计算及变化规律 166液压元件的选择及计算 196.1液压泵的选择 196.1.1泵的额定流量 196.1.2泵的最高工作压力 196.1.3确定驱动液压泵的功率 206.2选择电机 226.3连轴器的选用 226.4 控制阀的选用 236.4.1 压力控制阀 236.4.2 流量控制阀 236.4.3 方向控制阀 246.5 管路，过滤器选择计算 246.5.1 管路 246.5.2 过滤器的选择 256.6 辅件的选择 266.6.1温度计的选择 266.6.2压力表选择 266.6.3油箱 267 电气控制回路设计 288 液压系统性能验算 308.1系统压力损失验算 308.2 计算液压系统的发热功率 319液压系统的仿真 339.1 FluidSIM软件介绍 339.2液压系统仿真 349.2.1 建立系统回路 349.2.2 系统进行仿真 3410 结论 42参考文献 43致谢 44 46 西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文） 1绪论本次毕业设计是根据我们机电一体化专业的学生，所掌握的专业知识而编写的。

它突出了液压技术的特点，实现机械和电气控制的有机地融合在一起，从而实现机电一体本文主要介绍音乐池升降台的液压系统的设计思路、液压系统的工作原理及各种液压元件的选用1.1液压技术液压技术渗透到很多领域，不断在民用工业、在机床、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶等行业得到大幅度的应用和发展，而且发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术现今，采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一如发达国家生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动技术液压传动相对于机械传动来说，是一门新技术自1795年制成第一台水压机起，液压技术就进入了工程领域，1906年开始应用于国防战备武器第二次世界大战期间，由于军事工业迫切需要发应快和精度高的自动控制系统，因而出现了液压伺服系统20世纪60年代以后，由于原子能、空间技术、大型船舰及计算机技术的发展，不断地对液压技术提出新的要求，液压技术相应也得到了很大发展，渗透到国民经济的各个领域中在工程机械、冶金、军工、农机、汽车、轻纺、船舶、石油、航空、和机床工业中，液压技术得到普遍应用近年来液压技术已广泛应用于智能机器人、海洋开发、宇宙航行、地震预测及各种电液伺服系统，使液压技术的应用提高到一个崭新的高度。

目前，液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声和高度集成化等方向发展；同时，减小元件的重量和体积，提高元件寿命，研制新的传动介质以及液压传动系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化设计、微机控制等工作，也日益取得显著成果解放前，我国经济落后，液压工业完全是空白解放后，我国经济获得迅速发展，液压工业也和其它工业一样，发展很快20世纪50年代就开始生产各种通用液压元件当前，我国已生产出许多新型和自行设计的系列产品，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电液脉冲马达以及其它新型液压元件等但由于过去基础薄弱，所生产的液压元件，在品种与质量等方面和国外先进水平相比，还存在一定差距，我国液压技术也将获得进一步发展，它在各个工业技术的发展，可以预见，液压技术也将获得进一步发展，它在各个工业部门中的用应，也将会越来越广泛现代机械一般多是机械、电气、液压三者紧密联系，结合的一个综合体液压传动与机械传动、电气传动并列为三大传统形式，液压传动系统的设计在现代机械的设计工作中占有重要的地位1.2液压传动控制液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。

液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制从原理上来说，液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递液压传动中所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件等液压动力元件是为液压系统产生动力的部件，主要包括各种液压泵液压泵依靠容积变化原理来工作，所以一般也称为容积液压泵齿轮泵是最常见的一种液压泵，它通过两个啮合的齿轮的转动使得液体进行运动其他的液压泵还有叶片泵、柱塞泵，在选择液压泵的时候主要需要注意的问题包括消耗的能量、效率、降低噪音 液压执行元件是用来执行将液压泵提供的液压能转变成机械能的装置，主要包括液压缸和液压马达液压马达是与液压泵做相反的工作的装置，也就是把液压的能量转换称为机械能，从而对外做功。

液压控制元件用来控制液体流动的方向、压力的高低以及对流量的大小进行预期的控制，以满足特定的工作要求正是因为液压控制元器件的灵活性，使得液压控制系统能够完成不同的活动液压控制元件按照用途可以分成压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀按照操作方式可以分成人力操纵阀、机械操纵法、电动操纵阀等 除了上述的元件以外，液压控制系统还需要液压辅助元件这些元件包括管路和管接头、油箱、过滤器、蓄能器和密封装置通过以上的各个器件，我们就能够建设出一个液压回路所谓液压回路就是通过各种液压器件构成的相应的控制回路根据不同的控制目标，我们能够设计不同的回路，比如压力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等在表演中广泛应用音乐池升降台，其传动及控制系统大部份采用的是液压装置因此对音乐池升降台液压控制系统的设计也将围绕着对液压动力元件、液压执行元件、液压控制元件、液压辅助元件以及液压回路的选择而进行1.3音乐池升降台为满足当代观众的需求，求得完美的效果，舞台上除了灯光、音响外，舞台机械尤为重要舞台上设有吊杆、吊点、灯光渡桥、灯光吊笼、防火幕，台下设有升降台、车台、转台、升降乐池等，有的升降台中配套转台，或转台中有升降台。

升降台是舞台下机械设备中应用最广泛的设备之一，在专业歌剧院、舞剧院、话剧院以及许多国际知名音乐厅里都配备着各种类型的升降台他具有快速迁换布景、满足舞台的工艺布置的需要、满足舞美设计和剧目编导人员的需要、制造特殊的气氛和效果、根据表演的需要改变舞台形式等作用音乐池升降台升至舞台平面时，扩大舞台表演区音乐池升降台降至乐池底部以便乐队演奏，增强了剧场升降舞台在降至最低时，和下舞台面平，演员可以站立在升降舞台台面上；舞台升至最高时，和主舞台面平，从而使演员从台下隐藏室缓缓升至主舞台上，给观众一种意想不到的视觉效果，可利用升降台不同的高度变化来改变舞台的形状，适应剧情对布景或场地的要求，充分满足了音乐剧、歌剧、芭蕾、戏剧和综合文艺演出的不同需要，使观众能够享受全面的舞台艺术魅力，以节省搭景消耗的人力、物力如图1-1按移动的方法不同分：固定式升降机、拖拉式升降机、自行式升降机、车载式升降机等按照升降机构的不同分：剪叉式升降机、升缩式升降机、套筒式升降机、升缩臂式升降机、折臂式升降机图1-1 音乐池升降台1.4音乐池升降台液压传动系统（1）传动平稳 在液压传动装置中，由于油液的压缩量非常小，在通常压力下可以认为不可压缩，依靠油液的连续流动进行传动。

油液有吸振能力，在油路中还可以设置液压缓冲装置，故不像机械机构因加工和装配误差会引起振动扣撞击，使传动十分平稳，便于实现频繁的换向；因此它广泛地应用在要求传动平稳的机械上，例如磨床几乎全都采用了液压传动2）质量轻体积小 重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快 液压传动与机械、电力等传动方式相比，在输出同样功率的条件下，体积和质量可以减少很多，因此惯性小、动作灵敏；这对液压仿形、液压自动控制和要求减轻质量的机器来说，是特别重要的例如我国生产的挖掘机在采用液压传动后，比采用机械传动时的质量减轻了1T3）承载能力大 液压传动易于获得很大的力和转矩，因此广泛用于压制机、隧道掘进机、万吨轮船操舵机和万吨水压机等一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长4）容易实现无级调速 在液压传动中，调节液体的流量就可实现无级凋速，并且调速范围很大，可达2000︰1，很容易获得极低的速度5）易于实现过载保护 液压系统中采取了很多安全保护措施，能够自动防止过载，避免发生事故6）液压元件能够自动润滑 由于采用液压油作为工作介质，使液压传动装置能自动润滑，因此元件的使用寿命较长7）容易实现复杂的动作 采用液压传动能获得各种复杂的机械动作，如仿形车床的液压仿形刀架、数控铣床的液压工作台，可加工出不规则形状的零件。

8）简化机构 采用液压传动可大大地简化机械结构，从而减少了机械零部件数目9）便于实现自动化 当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控液压系统中，液体的压力、流量和方向是非常容易控制的，再加上电气装置的配合，很容易实现复杂的自动工作循环目前，液压传动在组合机床和自动线上应用得很普遍10）便于实现“三化” 液压元件易于实现系列比、标准化和通用化也易于设计和组织专业性大批量生产，从而可提高生产率、提高产品质量、降低成本 2制定基本方案和绘制液压系统图2.1基本方案2.1.1调速方案的选择调速方案对液压系统的性能起决定作用，选择调速方案时，应根据液压执行元件的负载特性和调速范围及经济性等因素选择常用的调速方案有三种：节流调速回路、容积调速回路、容积节流调速回路本升降机采用节流调速回路，节流调速一般采用定量泵，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流三种形式进油节流启动冲击小，回油节流常用于有负载的场合，旁路节流多用于高速节流调速一般采用开试循环形式，在开试系统中，液压泵从油箱吸油，压力油流经系统释放能量后，在排回油箱。

开试回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易混入空气节流调速回路具有以下特点：承载能力好，成本低，调速范围大，适用于小功率，轻载或中低压系统，但其速度刚度差，效率低，发热大节流调速适合升降台的液压系统的调速方案，故选择节流调速，回路效率低，功率损失大2.1.2压力控制方案液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或一定压力范围内工作，也有的需要多级连续或无级连续调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力所以升降台的压力控制由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定2.1.3顺序动作方案主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的工程机械的操纵机构多为手动，一般用手动的多路换向阀控制加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制接续的动作。

使用分流阀，既可以使四个液压缸的进油流量相等，也可以使两缸的回油量相等，从而液压缸往返均同步为满足四个液压缸的流量需要，本回路即是分流集流阀亦只能保证速度同步，同步精度一般为2-5%按下上升启动四个液压缸同步上升，液压缸上升到上限位置碰到行程开关换向阀换中位，系统压力保持不变按下下降按钮四个液压缸同步下降，下降到下限位置碰到行程开关换向阀换中位，实现系统卸荷2.1.4选择液压动力源液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵，它将机械能转变为液压能由于机械作用，油泵在其进油口产生局部真空油液在大气压力的作用下通过进油口进入油泵内部油液再推动油液进入液压系统节流调速系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况，一般采用多泵供油或变量泵供油对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源油液的净化装置是液压源中不可缺少的为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器，故选择变量泵供油2.2绘制液压系统图根据上述分析，可以基本拟订本次所设计的液压控制系统的原理图及电磁铁动作如表2-1所示：表2-1电磁铁动作电磁铁动作YA1YA2YA3YA4YA5快速上升+-+--匀速上升+-+-+下降-+-+-停止-----初步拟定液压系统原理图如图2-1所示：图2-1液压系统图1液压缸；2过滤器；3温度计；4液位计；5电机；6液压泵；7溢流阀；8压力表；9分流阀；10、11三位四通电磁换向阀； 12、15单项节流阀；13、14节流阀；16、17、18、19液压缸； 20二位二通电磁换向阀；21调速阀3音乐池升降台液压系统工作原理及特点3.1液压系统的工作原理当按下启动动按钮电机转动，液压泵开始工作，把油箱的油通过分流阀等量分流到两个三位四通的电磁换向阀。

当按下快速上升按钮，电磁铁得电，换向阀1工作在左位，换向阀2工作在右位油液通过节流阀流向四个液压缸，四个液压缸同步快速上升，油液在通过节流阀在流回油箱当液压缸上升到上限位置碰到行程开关，电磁铁失电，两换向阀同时换中位，实现系统保压当按下匀速上升按钮，电磁铁得电，换向阀1工作在左位，换向阀2工作在右位油液通过节流阀流向四个液压缸，四个液压缸同步匀速上升，油液在通过节流阀在流回油箱当液压缸上升到上限位置碰到行程开关，电磁铁失电，两换向阀同时换中位，实现系统保压当按下下降按钮，电磁铁得电，换向阀1工作在右位，换向阀2工作在左位油液通过节流阀流向四个液压缸，四个液压缸同步下降，油液在通过单向阀在流回油箱当液压缸下降到下限位置碰到行程开关，电磁铁失电，两换向阀同时换中位，实现系统卸荷当液压系统出现故障等要求紧急停止时，按下停止按钮，电磁阀复位，电磁阀都失电，两个换向阀都置中位，整个系统停止3.2液压系统的工作特点该升降台主要有两部分组成：机械系统和液压系统机械机构主要起传递和支撑作用，液压系统主要提供动力，他们两者共同作用实现升降机的功能这里主要介绍液压系统，升降台的液压系统的一个完整的循环包括快速上升、停止、匀速上升、停止、下降、停止六个阶段。

实现四个液压缸速度同步和位置的同步速度同步是指各缸的运动速度相同，而位置同步则需要保证各缸在运动中和停止时位置均相同，对乐池升降台来讲，对同步的要求应该是严格意义上的位置同步，即四缸不管是在运动中还是在停止时，都应该保持位置相同这样才能保证乐队在演唱时，不会因为升降台的升起和下降时，升降台倾斜而站立不稳，其中液压系统还要实现系统的卸荷，保压防止升降台应超载而下降，影响演出或发生意外事故4液压系统主要参数的确定及工况分析4.1升降机的工艺参数本设计升降机为全液压系统，相关工艺参数为：额定载荷：2500kg系统工作压力：2Mpa系统流量： 16.7L/Min最低高度：200mm最大起升高度：1500mm最大高度：1700mm电源：380v,50Hz4.2工况分析升降舞台是舞台机械台下设备中应用最广泛的设备之一，在专业的歌剧院、舞剧院、话剧院，都配有着大量各种类型的升降台，以国家大剧院为例，歌剧院台下设备中，就有升降台四十五台，戏剧场的鼓形转台内，设置了两块升降台和十三块升降块，音乐厅台下设有三块升降台和一块钢琴升降台本次设计的主要用来做演员上场时用的升降台，或钢琴师用的升降台载荷不是很大，最大升高高度可以达到2米，行走速度16.8m/min，电机功率3kw。

5 液压系统主要参数的计算5.1初步估算系统工作压力液压缸的有效工作压力可以根据表5-1、5-2所示：表5-1 液压缸牵引力与工作压力之间的关系 牵引力F（能）<55-1010-2020-3030-50>50工作压P(MPa）<0.8-101.5-22.5-33-44-5>5-7表5-2 各种机械常用的系统工作压力机床类型机床农业机械液压机小型工程机械大型挖掘机械磨床组合机床龙门机床拉床建筑工程重型机械液压凿岩机起重运输机械工作压\MPa0.8-23-52-88-1010-1820-32由于该液压缸推力即牵引力10KN，根据上面的两个表可以初步确定液压缸的工作压力为p=2MPa5.2 液压执行元件的主要参数 5.2.1液压缸的作用力液压缸的作用力及时液压缸的工作是的推力或拉力，该升降台工作时液压缸产生向上的推力，因此计算时只取液压油进入无杆腔时产生的推力由参考文献[1]可知： F= （5-1）式中：p—液压缸的工作压力，单位为Pa，取p= D— 活塞内径，单位为m，取D=0.09m —液压缸的效率，取=0.95代入数据: F = = 10.3（KN）即液压缸工作时产生的推力为10.3（KN）。

5.2.2缸筒内径的确定 该液压缸宜按照推力要求来计算缸筒内经，计算式如下由参考文献[5]可知： 要求活塞无杆腔的推力为F时，其内径为： （5-2）式中：D—活塞杆直径缸、筒内径，单位为m F—无杆腔推力，单位为N P—工作压力，单位为MPa —液压缸机械效率，取=0.95代入数据： D= =0.083（m）D=83mm 取圆整值为D=90（mm）液压缸的内径，活塞的的外径要取标注值是因为活塞和活塞杆还要有其它的零件相互配合，如密封圈等，而这些零件已经标准化，有专门的生产厂家，故活塞和液压缸的内径也应该标准化，以便选用标准件5.2.3活塞杆直径的确定（1）活塞杆直径根据受力情况和液压缸的结构形式来确定由参考文献[8]可知： 受拉时： （5-3） 受压时：， （5-4） ， （5-5） ， （5-6） 该液压缸的工作压力为为：p=2MPa ,取 。

2）活塞杆的强度计算活塞杆在稳定情况下，如果只受推力或拉力，可以近似的用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行由参考文献[4]可知： （5-7）式中：F—活塞杆的推力，单位为N d—活塞杆直径，单位为m —材料的许用应力，单位为MPa，活塞杆用45号钢 代入数据： =6.3（MPa）<故活塞杆的强度满足要求3）稳定性校核 该活塞杆不受偏心载荷，按照等截面法，将活塞杆和缸体视为一体，其细长比为由参考文献[7]可知： 时，在该设计及安装形式中，液压缸两端采用铰接，其值分别为： 将上述值代入式中得： 故校核采用的式子为： （5-8）式中：n=1，安装形式系数E—活塞杆材料的弹性模量，钢材取 J—活塞杆截面的转动惯量，取 L—计算长度，取L=1.06m，代入数据： =371（KN）其稳定条件为： （5-9）式中：—稳定安全系数，一般取=2-4，取=3F—液压缸的最大推力代入数据：=123（KN）故活塞杆的稳定性满足要求。

5.2.4液压缸壁厚的确定液压缸壁厚又结构和工艺要求等确定，一般按照薄壁筒计算，壁厚由下式确定由参考文献[11]可知： （5-10） 式中：D—液压缸内径，单位为m —缸体壁厚，单位为cm—液压缸最高工作压力，单位为Pa，一般取=1.2-1.3—缸体材料的许用应力，钢材取 代入数据：考虑到液压缸的加工要求，将其壁厚适当加厚，取壁厚5.2.5液压缸的流量 液压缸的流量余缸径和活塞的运动有关系，当液压缸的供油量Q不变时，除去在形程开始和结束时有一加速和减速阶段外，活塞在行程的中间大多数时间保持恒定速度，液压缸的流量可以计算如下由参考文献[6]可知： （5-11）式中：A—活塞的有效工作面积，对于无杆腔—活塞的容积效率，采用弹形密封圈时=1，采用活塞环时=0.98 为液压缸的最大运动速度，单位为m/s代入数据： 即液压缸以其最大速度运动时，所需要的流量为，以其最小运动速度运动时，所需要的流量为。

5.3速度和载荷计算5.3.1执行元件类型、数量和安装位置类型选择如表5-3所示：表5-3 执行元件类型的选择运动形式往复直线运动回转运动往复摆动短行程长行程高速低速摆动液 压马达执行元件的类型活塞缸柱塞缸 液压马达和丝杠螺母机构高速液压马达低速液压马达根据上表选择执行元件类型为活塞缸，再根据其运动要求进一步选择液压缸类型为双作用单活塞杆无缓冲式液压缸，其符号为：数量：该升降平台为双单叉结构，故其采用的液压缸数量为4个完全相同的液压缸，其运动完全是同步的，但其精度要求不是很高安装位置：液压缸的安装方式为耳环型，尾部单耳环，气缸体可以在垂直面内摆动，前后两固定支架之间的横梁之上，横梁和支架组成为一体，通过横梁活塞的推力逐次向外传递，使升降机升降5.3.2速度计算及速度变化规律参考国内升降台类产品的技术参数可知最大起升高度为1500mm时，其平均起升时间为45s，就是从液压缸活塞开始运动到活塞行程末端所用时间大约为45s，设本升降台的最小升降时间为40s,最大升降时间为50s由此便可以计算执行元件的速度v由参考文献[9]可知: （5-12）式中： v—执行元件的速度，单位为m/s L—液压缸的行程，单位为m t—时间，单位为s当时： =0.0132当时： 液压缸的速度在整个行程过程中都比较平稳，无明显变化，在起升的初始阶段到运行稳定阶段，其间有一段加速阶段，该加速阶段加速度表较小，因此速度变化不明显，形成终了时，有一个减速阶段，减速阶段加速度亦比较小，因此可以说升降机在整个工作过程中无明显的加减速阶段，其运动速度比较平稳。

5.3.3执行元件的载荷计算及变化规律执行元件的载荷即为液压缸的总阻力，油缸要运动必须克服其阻力才能运行，因此在次计算油缸的总阻力即可，油缸的总阻力包括：阻碍工作运动的切削力，运动部件之间的摩擦阻力，密封装置的摩擦阻力，起动制动或换向过程中的惯性力，回油腔因被压作用而产生的阻力，即液压缸的总阻力也就是它的最大牵引力由参考文献[12]可知： （5-13）（1）切削力根据其概念阻碍工作运动的力，在本设计中即为额定负载的重力和支架以及上顶板的重力：其计算式为： （5-14）（2）摩擦力各运动部件之间的相互摩擦力由于运动部件之间为无润滑的钢-钢之间的接触摩擦，取，其具体计算式为： （5-15）（3）密封装置的密封阻力根据密封装置的不同，分别采用下式计算由参考文献[12]可知： Y形密封圈： （5-16）式中：f—摩擦系数，取 p—密封处的工作压力，单位为Pa d—密封处的直径，单位为m —密封圈有效高度，单位为m（4）运动部件的惯性力。

其计算式为： （5-17） 式中：G—运动部件的总重力，单位为N g—重力加速度，单位为 —启动或制动时的速度变量，单位为m/s —起动制动所需要的时间，单位为s对于行走机械取，本设计中取值为（5）背压力背压力在此次计算中忽略，而将其计入液压系统的效率之中由上述说明可以计算出液压缸的总阻力为： （5-18） = =(204.8+316+120+188+2500)x9.8+0.15(204.8+316+120)x9.8+(204.8+316+120+188+2500)x0.4+(204.8+316+120+188+2500)x9.8x0.05 =40KN液压缸的总负载40KN，该系统中共有四个液压缸个液压缸，故每个液压缸需要克服的阻力为10KN该升降台的额定载荷为2500Kg ，其负载变化范围为0-2500Kg，在工作过程中无冲击负载的作用，负载在工作过程中无变化，也就是该升降台受恒定负载的作用。

6液压元件的选择及计算液压元件主要包括有：油泵，电机，各种控制阀，管路，过滤器等有液压元件的不同连接组合构成了功能各异的液压回路，下面根据主机的要求进行液压元件的选择计算6.1液压泵的选择液压泵是液压系统中的能量转化装置，是将机械能转换为液压能的动力元件为液压系统提供具有一定压力和流量的液压液液压泵的性能好坏直接影响液压系统工作的可靠性和稳定性6.1.1泵的额定流量泵的流量应满足执行元件最高速度要求，所以泵的输出流量应根据系统所需要的最大流量和泄漏量来确定有参考文献[6]可知： （6-1）式中：—泵的输出流量，单位为 K—系统泄漏系数，一般取K=1.1-1.3 —液压缸实际需要的最大流量，单位为 n—执行元件个数代入数据： 对于工作过程中始终用节流阀调速的系统，在确定泵的流量时，应再加上溢流阀的最小溢流量，一般取： 6.1.2泵的最高工作压力泵的工作压力应该根据液压缸的工作压力来确定，即 （6-2）式中：—泵的工作压力，单位为Pa —执行元件的最高工作压力，单位为Pa —进油路和回油路总的压力损失初算时，节流调速和比较简单的油路可以取 ,对于进油路有调速阀和管路比较复杂的系统可以取。

代入数据：考虑到液压系统的压力及油泵的使用寿命，通常在选择油泵时，其额定压力比工作压力大25%-60% ，即泵的额定压力为3.125-4.0，取其额定压力为46.1.3确定驱动液压泵的功率（1）当液压泵的压力和流量比较衡定时，所需功率为由参考文献[7]可知： p=pBqB/103ηB (kW) （6-3）式中：pB—液压泵的最大工作压力，单位为N/m2qB—液压泵的流量，单位为m3/sηB—液压泵的总效率各种形式液压泵的总效率可参考如表6-1所示估取，液压泵规格大，取大值，反之取小值，定量泵取大值，变量泵取小值 表6-1 液压泵的总效率液压泵的类型齿轮泵螺杆泵叶片泵柱塞泵总效率0.6-0.70.65-0.80.6-0.750.8-0.85（2）在工作循环中，泵的压力和流量有显著变化时，可分别计算出工作循环中各个阶段所需的驱动功率，然后求其平均值 按上述功率和泵的转速，可以从产品样本中选取标准电动机，再进行验算，使电动机发出最大功率时，其超载量在允许范围内3）电机的功率也可以根据技术手册找，可以查得电机的驱动功率为4KW，本设计以技术手册的数据为标准，取电机的功率为4KW。

根据上面所计算的最大压力pB和流量qB，查液压元件产品样本，选择与pB和qB相当的液压泵的规格型号上面所计算的最大压力pB是系统静态压力，系统工作过程中存在着过渡过程的动态压力，而动态压力往往比静态压力高得多，所以泵的额定压力pB应比系统最高压力大25%-60%，使液压泵有一定的压力储备若系统属于高压范围，压力储备取小值；若系统属于中低压范围，压力储备取大值根据上述计算最终选取三螺杆泵：液压泵为三螺杆泵，其参数如下：规格：，标定粘度： ， 10转速： ， 2900压力： ， 4 流量： ， 26.6功率： ， 4吸入口直径： mm， 25排出口直径： mm， 20重量： Kg， 11允许吸上真空高度： m()， 5 制造厂： 北京第二机床厂说明： 三螺杆泵的使用、安装、维护要求使用要求：一般用于液压传动系统中的三螺杆泵多采用20号液压油或40号液压油，其粘度范围为之间安装要求：电机与泵的连接应用弹性连轴器，以保证两者之间的同轴度要求，（用千分表检查连轴器的一个端面，其跳动量不得大于0.03mm，径向跳动不得大于0.05mm.）,当每隔转动连轴器时，将一个联轴节作径向移动时应感觉轻快。

泵的进油管道不得过长，弯头不宜过多，进油口管道应接有过滤器，其滤孔一般可用40目到60目过滤网，过滤器不允许露出油面，当泵正常运转后，其油面离过滤器顶面至少有100mm,以免吸入空气，甭的吸油高度应小于500mm维护要求：为保护泵的安全，必须在泵的压油管道上装安全阀（溢流阀）和压力表6.2选择电机根据上述计算过程，现在可以进行电机的选取，本液压系统为一般液压系统，通常选取三相异步电动机就能够满足要求，初步确定电机的功率和相关参数如下： 型号：额定功率：4满载时转速： 电流： 效率： 85.5% 净重： 45Kg 额定转矩：电机的安装形式为 型，其参数为：基座号：112M，极数：4，国际标准基座号：6.3连轴器的选用连轴器的选择应根据负载情况，计算转矩，轴端直径和工作转速来选择计算转矩由下式求出由参考文献[5]可知： （6-4）式中：—需用转矩，见各连轴器标准，单位为 —驱动功率，单位为 —工作转速，单位为 —工况系数，取=1.5 代入数据： 据此可以选择连轴器的型号如下： 名称：挠性连轴器弹性套柱销连轴器 许用转矩： 许用转速：4700r/min 轴孔直径： 轴孔长度：Y型：L=42mm， D=95mm 重 量：1.9Kg 6.4 控制阀的选用液压系统应尽可能多的由标准液压控制元件组成，液压控制元件的主要选择依据是阀所在的油路的最大工作压力和通过该阀的最大实际流量，下面根据该原则依次进行压力控制阀，流量控制阀和换向阀的选择。

6.4.1 压力控制阀压力控制阀的选用原则压力：压力控制阀的额定压力应大于液压系统可能出现的最高压力，以保证压力控制阀正常工作压力调节范围：系统调节压力应在法的压力调节范围之内流量：通过压力控制阀的实际流量应小于压力控制阀的额定流量结构类型：根据结构类性及工作原理，压力控制阀可以分为直动型和先导型两种，直动型压力控制阀结构简单，灵敏度高，但压力受流量的变化影响大，调压偏差大，不适用在高压大流量下工作但在缓冲制动装置中要求压力控制阀的灵敏度高，应采用直动型溢流阀，先导型压力控制阀的灵敏度和响应速度比直动阀低一些，调压精度比直动阀高，广泛应用于高压，大流量和调压精度要求较高的场合此外，还应考虑阀的安装及连接形式，尺寸重量，价格，使用寿命，维护方便性，货源情况等根据上述选用原则，可以选择直动型压力阀，再根据发的调定压力及流量和相关参数，可以选择DBD式直动式溢流阀，相关参数如下：型号：DBDS6G10 最低调节压力：5MPa 流量： 40L/min 6.4.2 流量控制阀流量控制阀的选用原则如下： 压力：系统压力的变化必须在阀的额定压力之内。

流量：通过流量控制阀的流量应小于该阀的额定流量测量范围：流量控制阀的流量调节范围应大于系统要求的流量范围，特别注意，在选择节流阀和调速阀时，所选阀的最小稳定流量应满足执行元件的最低稳定速度要求该升降机液压系统中所使用的流量控制阀有分流阀和单节分流阀，单节分流阀的规格和型号如下：型号：FDL-B10H 公称通径：10mm连接方式：管式连接 重量：4Kg 分流阀的型号为：FL-B10 其余参数与单节分流阀相同6.4.3 方向控制阀方向控制阀的选用原则如下：压力：液压系统的最大压力应低于阀的额定压力流量：流经方向控制阀最大流量一般不大于阀的流量滑阀机能：滑阀机能之换向阀处于中位时的通路形式操纵方式：选择合适的操纵方式，如手动，电动，液动等方向控制阀在该系统中主要是指电磁换向阀，通过换向阀处于不同的位置，来实现油路的通断所选择的换向阀型号及规格如下：型号：4WE5E5OF 额定流量：15L/min 消耗功率：26KW 电源电压：工作压力：A、B、P腔 T腔： 重量：1.4Kg6.5 管路，过滤器选择计算6.5.1 管路管路按其在液压系统中的作用可以分为：主管路包括吸油管路，压油管路和回油管路，用来实现压力能的传递；泄油管路：将液压元件泄露的油液导入回油管或邮箱；控制管路：用来实现液压元件的控制或调节以及与检测仪表相连接的管路。

本设计中只计算主管路中油管的尺寸1）吸油管尺寸油管的内径取决于管路的种类及管内液体的流速，油管直径d由下式确定由参考文献[9]可知： （6-5）式中：d—油管直径，单位为mm Q—油管内液体的流量，单位为 —油管内的允许流速，单位为对吸油管，取 ，本设计中取：代入数据： 取圆整值为：（2）回油管尺寸回油管尺寸与上述计算过程相同：，取为代入数据： 取圆整值为： （3）压力油管压力油管：，本设计中取为：代入数据： 取圆整值为：（4）油管壁厚：升降机系统中的油管可用橡胶软管和尼龙管作为管道，橡胶软管装配方便，能吸收液压系统中的冲击和振动，尼龙管是一种很有发展前途的非金属油管，用于低压系统，压力油管采用的橡胶软管其参数如下：内径： 10mm外径： 型，17.5-19.7mm工作压力：型，16最小弯曲半径：130mm6.5.2 过滤器的选择过滤器的选择应考虑以下几点：（1）具有足够大的通油能力，压力损失小，一般过滤器的通油能力大于实际流量的二倍，或大于管路的最大流量2）过滤精度应满足设计要求，一般液压系统的压力不同，对过滤精度的要求也不同，系统压力越高，要求液压元件的间隙越小，所以过滤精度要求越高，过滤精度与液压系统压力的关系如表6-2所示：表6-2 过滤精度与液压系统的压力关系 系统类型一般液压系统伺服系统压力MPa<7>735过滤精度<25-20<25<10<5（3）滤芯应有足够的强度，过滤器的实际压力应小于样本给出的工作压力。

4）滤芯抗腐蚀性能好，能在规定的温度下长期工作根据上述原则，考虑到螺杆泵的流量，选定过滤器为烧结式过滤器，其型号及具体参数如下所示： 型号： 流量： 过滤精度： 接口尺寸： 工作压力： 压力损失： 生产厂：北京粉末冶金二厂6.6 辅件的选择6.6.1温度计的选择液压系统常用接触式温度计来显示油箱内工作介质的温度，接触式温度计有膨胀式和压力式本系统中选用膨胀式，其相关参数如下：型号： 名称：内表式工业玻璃温度计 6.6.2压力表选择 压力表安装于便于观察的地方其选择如下： 型号：Y60 测量范围： 名称：一般弹簧管压力表 生产厂：上海宜川仪表厂6.6.3油箱油箱在系统中的主要功能为：储存系统所需要的足够的油液，散发系统工作时产生的一部分热量，分离油液中的气体及沉淀污物油箱容积的确定是设计油箱的关键，油箱的容积应能保证当系统有大量供油而无回油时最低液面应在进口过滤器之上，保证不会吸入空气，当系统有大量回油而无供油时或系统停止运转，油液返回油箱时，油液不致溢出。

初始设计时，可依据使用情况，按照经验公式确定油箱容积由参考文献[5]可知： （6-6） 式中：—油箱的容积，单位为L —液压泵的流量，单位为 —经验系数，见下表:表7-3 经验系数经验系数行走机械低压系统中压系统锻压系统冶金机械1—22—45—76—1210本升降机为为中压系统，取=5，则油箱的容量可以确定为: 7 电气控制回路设计为了更好的对液压系统进行分析和仿真，因此在此章节中对液压系统图进行电气控制回路的设计，使音乐池升降台更好展现运行的稳定性，突出电气控制的优点根据前图得到的新液压系统图如下图7-1图7-1液压系统仿真图液压系统通过电气控制来实现其快速上升、匀速上升、快退、停止由此可设计出其液压电气控制图7-2 图7-2液压电气控制图电气原理：按下按钮SB2，线圈KM2得电，常开触点KM2闭合，电磁铁1Y1、1Y3得电，实现快速上升当液压缸上升到上限位置碰到行程开关，其常开触点M2闭合，常闭触点M1断开，电磁铁YV1、YV3失电，舞台保持。

按下按钮SB2、SB3，线圈KM2、KM3得电，常开触点KM2、KM3闭合，电磁铁1Y1、1Y3、1Y5得电，实现匀速上升当液压缸上升到上限位置碰到行程开关，其常开触点M2闭合，常闭触点M1断开，电磁铁YV1、YV3失电，舞台保持按下按钮SB1，线圈KM1得电，常开触点KM1闭合，电磁铁1Y2、1Y4得电，实现下降，当液压缸下降到下限位置碰到行程开关，其常开触点M2断开，常闭触点M1闭合，电磁铁YV2、YV4失电，舞台降至起点并卸荷按下按钮SB4，线圈失电，常开断开，常闭闭合，电磁铁失电从而实现液压系统停止8 液压系统性能验算液压系统性能估算的目的在于评估设计质量估算内容一般包括：系统压力损失，系统效率，系统发热与温升，液压冲击等对于大多数要求一般的系统来讲，只采用一些简化公式进行验算，定性说明情况8.1系统压力损失验算 系统压力损失包括管道内沿程损失和局部损失以及法类元件的局部损失之和，计算时不同的工作阶段要分开来计算，回油路上的压力损失要折算到进油路上去，因此某一阶段的系统总的压力损失为由参考文献[7]可知： （8-1）式中：—系统进油路的压力总损失 —系统回油路的压力总损失现在根据上式计算液压系统工作过程中压力损失。

液压油在管内的流速：根据油管尺寸的计算项目，取则雷诺数： 可见液流为层流摩擦阻力系数： 管子当量长度及总长度：标准弯头2个所以：进油路的压力损失为： 各阀的压力损失为：分流阀： 0.6换向阀为：0.04油路的总压力损失为：油箱中油液的温度一般推荐为30-50，最高不超过65，最低不低于15，对于工具机及其它装置，工作温度允许在40-558.2 计算液压系统的发热功率（1）液压泵的功率损失由参考文献[6]可知： （8-2） 式中：P—液压泵的输入功率，取KW —液压泵的实际输出压力，单位为Pa —液压泵的实际输出流量，单位为 —液压泵的效率，该系统中为螺杆泵，取代入数据： =596.8KW（2）阀的功率损失其中以泵的流量流经溢流阀时的损失为最大由参考文献[6]可知： （8-3）式中： P—溢流阀的调整压力，单位为Pa q—经过溢流阀流回油箱的流量，单位为代入数据： （3）管路及其它功率损失此项损失包括很多复杂因素，由于其值较小，加上管路散热等原因，在计算时常予以忽略，一般可取全部能量的0.03-0.05，即 （。