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  毕业设计(论文) 题目: 液压千斤顶的探究与设计 姓名:王坤 学号:0905023037 专业:机械制造与自动化 年级:2009 院系:机电工程学院指导老师:贾焕丽 毕业设计要求及主要数据 1)给定一定的参数及参考结构图,要求学生完成该项目的参数计算、结构设计,并 针对具体的失效形式进行相应的强度计算; 目的:培养学生进行简单机械的设计能力,熟习设计过程、设计步骤,能够利用所学 知识判断主要失效形式,并进行相关的强度计算。 2)具体要求:要求结构合理,参数计算正确,相关理论选用合理,最好具有新颖性、 独创性,尺寸标注正确、完整。 1、液压千斤顶设计 主要技术指标: 起重重量:20000N 最大升程:800mm 操作方式:手柄控制 设计主要内容: 设计计算书 标准件以外的所有图纸 目录 引言 第一章:液压千斤顶的总体设计方案 1)液压千斤顶设计方案示意图 2)液压千斤顶的组成 3)液压千斤顶的优缺点 第二章:液压千斤顶的原理 1)液压千斤顶原理图 2)液压千斤顶的特点 第三章:液压千斤顶结构设计和计算说明书 导向套的设计5)液压千斤顶活塞部位的密封 6)液压千斤顶装配图 第四章:液压千斤顶常见的故障与维修 结论 致谢 参考文献 引言 机电一体化又称机械电子学,英语称为 Mechatronics,它是由英文机械学 Mechanics 的前半部分与电子学Electronics 的后半部分组合而成。机电一体化最早出现在 1971 年日本杂志《机械设计》的副刊上,随着机电一体化技术的快速发展,机电一体化的 概念被我们广泛接受和普遍应用。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术 获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术,是机械和微电子技术紧密集合的一门技术, 他的发展使冷冰冰的机器有了人性化,智能化。 机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、 接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合,并综合应用到实际中去的综合技术。 是现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。 液压技术发展趋势液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一,世界各国对液 压工业的发展都给予很大重视。 液压传动是以液体作为工作介质,利用液体的压力能进行能量的传递和控制的一门技 术。液压传动具有许多优点,被广泛应用于机械、建筑、冶金、化工以及航空航天等领域。 如今,随着微电子和计算机技术的发展,机、电、液技术的紧密结合,使液压技术的发展和 应用又进入了一个崭新的阶段。 随着我国汽车工业的快速发展,汽车随车千斤顶的要求也越来越高;同时随着市场竞争的 加剧,用户要求的不断变化,将迫使千斤顶的设计质量要不断提高,以适应用户的需求。用户喜 欢的、市场需要的千斤顶将不仅要求重量轻,携带方便,外形美观,使用可靠,还会对千斤顶的进 一步自动化,甚至智能化都有所要求。如何充分利用经济、情报、技术、生产等各类原理知 识,使千斤顶的设计工作真正优化?如何在设计过程中充分发挥设计人员的创造性劳动和集 体智慧,提高产品的使用价值及企业、社会的经济效益? 如何在知识经济的时代充分利用各 种有利因素,对资源进行有效整合等等都将是我们面临着又必须解决的重要的问题。千斤顶 与我们的生活密切相关,在建筑、铁路、汽车维修等部门均得到广泛的应用,因此千斤顶技 术的发展将直接或间接影响到这些部门的正常运转和工作。 本次对液压千斤顶进行设计可以了解液压千斤顶的原理以及应用。通过查阅大量文 献,和对千斤顶各部件进行设计、绘制不但熟悉了千斤顶内液压传动原理还使得我对一些绘 图软件的操作更加熟练。同时也在以前书本学习的基础上对液压传动加深了理解。 第一章 液压千斤顶的总体设计方案 液压千斤顶设计方案示意图液压千斤顶结构图如上所示,工作时通过上移1 手柄使2 小活塞泵向上运动 从而形成局部真空,油液从邮箱通过活门3 被吸入小油缸,然后下压1 手柄使2 小活塞下压,把小油缸内的液压油通过5 液压活门压入7 高压液缸,从而推动9 大活塞上移,反复动作顶起重物。通过调节螺杆可以调整液压千斤顶的起始高度, 使用完毕后扭转6 放液阀,连通7 高压液缸和8 储液池,油液直接流储液池,9 大活塞下落,大活塞下落速度取决于放液阀的放液快慢。 液压千斤顶的组成液压系统主要由:动力元件(油泵)、执行元件(油缸或液压马达)、控制 元件(各种阀)、辅助元件和工作介质等五部分组成。 动力元件(油泵)它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力 能,是液压传动中的动力部分。 执行元件(油缸、液压马达)它是将液体的液压能转换成机械能。其中, 油缸做直线运动,马达做旋转运动。 控制元件包括压力阀、流量阀和方向阀等,它们的作用是根据需要无级 调节液压动机的速度,并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行 调节控制。 辅助元件除上述三部分以外的其它元件,包括压力表、滤油器、蓄能装 置、冷却器、管件及邮箱等,它们同样十分重要。 工作介质工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液,它经过油泵 和液动机实现能量转换。 液压传动能方便的实现无极调速,调速范围大速度范围最大可达1:2000 (一般为1:100)且能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度. 工作平稳,换向冲击小,便于实现频繁幻向且操纵控制简便,自动化程度,容易实现过载保护。 液压传动有较高的能量损失(泄漏损失,摩擦损失等),故传动效率不高,不易做远距离传动。 液压传动对油温变化较敏感,这会影响它的工作稳定性,因此液压传动不宜在很高或很低的温度下工作,一般工作温度在-15~60范围内较合 总的来说,液压传动的优点是十分突出的,它的缺点将随着科学技术的发展而逐渐得到克服。 第二章液压千斤顶原理 杠杆,2-小活塞,3,6-液压缸,4,5-钢球,7-大活塞,6up8-重物,9放油阀, 10-油箱 图1-1 为液压千斤顶的工作示意图,当用手向上提起杠杆1 时,小活塞2 的下腔密封容积增大,腔内压力下降,形成部分线 将所在通道关闭,油箱0 中的油液在大气压的作用下推开钢 沿着吸油孔进入小液压缸的下腔,完成一次吸油动作。接着压下杠杆1,小活塞下移小液压缸内的密封油液体积减少,腔内压力升高,这时钢球 动关闭了溜回油箱的通路,小缸下腔的压力油就推开钢球5挤进大缸6 向上顶起一段距离。如此反复压下杠杆1,就能 达到举高重物的目的 若将放油阀9 打开,则重物8 在自重的作用下,大缸中的油液流回油缸, 活塞下降恢复到原位。 分析液压千斤顶的工作过程,可知,液压传动是依靠液体密封体积的变化, 而产生的压力实现运动和动力传动的。 图1-1 2)液压千斤顶的特点 液压千斤顶是一种将密封在油缸中的液体作为介质,把液压能转换为机械能从而 将重物向上顶起的千斤顶。它结构简单、体积小、重量轻、举升力大,易于维修, 但同时制造精度要求较高,若出现泄漏现象将引起举升汽车的下降,保险系数降 低,使用其举升时易受部位和地方的限制.传统液压千斤顶由于手柄、活塞、油缸、 密封圈、调节螺杆、底座和液压油组成。它利用了密闭容器中静止液体的压力以 同样大小各个方向传递的特性。优点:输出推力大。缺点:效率低。 计算及说明 结果 液压缸 设计 1.液压缸主要参数及尺寸的确定 (1)工作负载的计算式 R:液压缸的工作负载计算及说明 结果 大液压缸参数: 外作用力: 2000010 2000 400020000 1020000 16664000 20000 (2)液压缸工作压力的选定由以上得到工作负载R,再根据下表得R 在10000 20000N之间,所以选择系统压力为3MPa. (3)活赛式液压缸内径及活赛杆直径的确定 1.内径计算: (1-4)其中: 为活塞杆直径所以: mm 10810 (取109mm)mm 154109 (取155mm)小液压缸: 由连通器原理:

  10d 时,要进行稳定性验算: :液压缸稳定临界力P:液压缸最大推力 取=2-4由活塞杆计算柔 活塞杆长度i:活塞杆的横截面积, 为柔度系数,可由设计手册3-12 取得, 10 ,因此只需校核强度。则按压缩强度计算 Pa 10355 所以取mm (5)液压缸长度及壁厚的确定(1)液压缸的长度一般由工作行程长度确定,但还要注意制 造工艺性和经济性,一般l

  L/20+D/2 式中,H:最小导向长度(m) L:液压缸最大工作行程(m) D:液压缸内径(m) 所以 H0.9/20+0.154/2=0.112(m) 2)活塞与活塞杆的连接结构: 连接方式采用销钉链接。 3)活塞与缸体的密封方式 密封方式采用O 形密封,这类密封为挤压密封,结构简单,安装方 便,空间小,使用范围广,适用所选系统的工作压力,如下图所示。 密封圈 计算及说明 结果 4)液压缸,如下图 液压缸主要零件的材料和技术要求1)零件名 材料 技术要求 缸体 45 号无缝钢管 A.内径圆度 B.缸体与端部用螺纹连接 C.为防止腐蚀和提高寿命,内 表面镀铬,层厚30—50mm 缸盖 45 A.D,D2 d3 的同轴度小于0.03mm B.导向室表面粗糙度大于3.2um 活塞 耐磨铸铁 A.D 精加工后热处理,调质硬度 HB217-255,必要时高频焠火45 —50 表面直线 油箱设计在开式传动的油路系统中,油箱是必不可少的,它的作用是, 储存油液,进化油液,使油液的温度保持在一定范围内,以及 减少吸油区油液中气泡的含量。因此,进行油箱设计时,需要 考虑油箱的容积,油液在油箱中冷却和加热、油箱内的装置和 防噪音等问题。 1.油箱的有效容积的确定 由于是设计千斤顶,而且是手动的,那些油箱容积验算、散热 等可以不考虑,而千斤顶不是常在工作,因此不会引起很大的 油热,所以在此只对油箱做结构设计。 2.油箱的结构设计 进行油箱结构设计时,首先要考虑的是油箱的刚度,其次要考 虑便于换油和清油箱以及安装和拆卸油泵装置,当然,也要考 虑到经济效益,降低造价、便于密封等条件,就应该对油箱的 结构设计尽量简单。 计算及说明 结果 (1)油箱体。油箱体一般由A3 钢板焊接而成,取钢板厚度3— 6mm,箱体大者取大值。油箱分为固定式和移动式两种, 前者应用较多,本次油箱设计也用固定式。油箱侧壁上安装油 位指示器,电加热器和冷却器,油箱底面和基础面的距离一般 为150—200mm,油箱下部焊接底脚,其厚度为油箱侧壁厚度 中小型油箱箱体侧壁为整块钢板,大型油箱在隔板垂直的一个侧壁上常常开清洗孔,以便于清洗油箱。本次焊接的方式吧油 箱与两个液压缸的外表面焊接在一起。 (2)油箱底部。油箱底部一般为倾斜状,以便于排油,底部 最低处有排油口,要注意排油口与基础面的距离一般不得小于 150mm。 焊接结构油箱,箱底用A3 钢板,其厚度等于或稍大于箱体侧 壁钢板的厚度。 (3)油箱隔板。为了使吸油区和压油区分开,便于回油中杂 质的沉淀,油箱中常设置隔板。隔板的安装方式主要有两种, 回油区的油液按一定方向流动,即有利于回油中的杂质和气泡 的分离,又有利于散热。有些回油经隔板上方溢流至吸油区, 或经过金属网进入吸油区,更有利于杂质及气泡的分离。 隔板的位置,一般使吸油区的容积为油箱容积的1/2—1/3,隔 板的高度约为最低油面的1/2(或油液面的3/4),隔板的厚度 等于或稍大于油箱侧壁厚度。 (4)油箱盖。油箱盖多用铸铁或钢板两种材料制造。在油箱 盖上应考虑下列通孔:吸油管孔,回油箱孔、通大气孔(孔口 应有空气滤清器或气体过滤装置)、测温孔带有滤油网的注油 口,以及安装液压集成装置的安装孔。 目前使用的泵站系统,往往将液压泵、液压泵电机及集成块装 置安装在油箱盖上,这种油箱结构紧凑,但产生的噪音较大, 当箱盖上安装油泵和电机时,箱盖的厚度应是油箱侧壁厚度的 倍。由于本设计不用泵,所以不用集成片。4.油箱的防噪音问题 防噪音问题是现代化机械装备设计中必须考虑的问题之一。油 路系统的噪音源,以泵站为首,因此,进行油箱设计时,应从 以下几个方面着手减轻噪音: 计算及说明 结果 (1)箱体及箱盖的材质,在条件允许的情况下,用铸铁代替 钢板,以利于吸振; (2)箱体与箱盖间增加防震橡皮垫; (3)用地脚螺栓将油箱牢固定在基础上; (4)吸油区与回油区之间增设一层60—100 的金属网,以及 方便分离回油油液中的气泡; (5)油泵排油口用橡胶软管与阀类元件相连接; (6)回油管接头振动噪音较大时,改变回油管直径或增设一 条回油管,使每个回油管接头的通路减少。 5.其他应注意事项: (1)吸油管端部的滤油器与油箱底面的距离不小于 20mm, 在条件允许的时候,油箱盖的吸油管孔应比滤油器的直径稍 大,以便对滤油器进行清洗与更换; (2)吸油管、回油管都应插入最低油以下,管端一般斜切 45,并使斜面向着油箱侧壁。管口与箱底,箱壁的距离均不 倍。池油管一般不插入油口。(3)大型油箱的箱体与箱盖应有加强簕,以保证刚度。 (4)油箱内部应涂耐油防锈漆。 6.液压缸缸底和缸盖的计算: (1)缸底厚度的计算 对于大缸底有油孔的: 计算及说明 结果 —缸底止口内径(mm) P—缸内最大工作压力 —缸底开口的直径(mm)所以 mm 1410 10 335 20154 10154 10152 154 433 2)缸盖厚度的设计与缸底的厚度一样h=14.8mm焊接方式:把缸底与缸盖焊接在缸体上,这样的方法比较简单 方便。 三、小液压缸 (1)由上面已得出的小液压缸的活塞杆直径为d=40mm 活塞直径即小缸的内径D 为56mm (2)小液压缸的推力计算: h=14.8mm 有上述计算大液压缸的方法,可以用式(1—6) 求出 可查得小液压缸的工作压力为0.9mPa所以 1056 (3)小液压缸的流量计算:同理上面大液压缸流量的计算,可把其工作流量计算出 P=2178N 计算及说明 结果 (4)活塞杆直径的验算;其验算方法和大液压缸的活塞杆直径验算同理 (上面为10) 此只需要校核强度,则按压缩强度计算 10355 所以,d取40mm (5)小液压缸壁厚及长度的确定 1)液压缸的长度一般由工作行程长度确定,但还需要注意制 造工艺性和经济性,一般l

  207 大液压缸壁厚h=8mm =221.5mm,外管壁厚和大液压缸相同h=8mm材料和液压缸相同 3.5 液压控制阀的设计 (1)方向控制阀 方向控制阀是控制液压系统中油液流动方向的,它为单向阀和换向阀两 类。单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种。 (2)普通单向阀 普通单向阀简称单向阀,它的作用是使用油液只能沿一个方向流动,不 许反向倒流。图3 所示为直通式单向阀的结构及图形符号。压力油从p1 流入 时,克服弹簧 向右移动,打开阀口,油液从p1 口流向p2 口。当压力油从p2 口流人时,液压力和弹簧力将阀芯压紧在 阀座上,使阀口关闭,液流不能通过。 (1)选用一根直径为15mm的油管,两根8mm的油管 其中它们的材料都为45 (2)阀的选取:1)在大液压缸的回油管中装一个截止阀 2)在小液压缸的两根油管各安装一个单向阀,如在其的安装方向,如上面的, 单向阀如图上 第四章:常见的故障与维修液压千斤顶常见故障及处理方法 千斤顶无法顶升,顶升缓慢或急速 泵浦油箱 油量太少 依照泵浦型号添加所需液压油 没有上紧上紧泄压阀 油压接头 没有上紧 确定上紧油压接头 负载过重 依照千斤顶额定负载使用 油压千斤顶 组内有空气 将空气排出 千斤顶柱塞 卡死不动 分解千斤顶检修内壁及油封 千斤顶顶升但无法持压 油路间没有锁紧 漏油 上紧油路间所有接头 从油封处漏油 更换损坏油封 泵浦内部漏油 检修油压泵浦 千斤顶无法回缩, 回缩缓慢及不正常 泵浦油箱油量过多 依照泵浦型号 存放所需液压油 油压接头 没有上紧 确定上紧油压接头 油压千斤顶 组内有空气 将空气排出 油管内径太小 使用较大内径油管 千斤顶回缩 弹簧损坏 分解千斤顶检修 电动油压泵浦无法起动 电源没接或开 检查电源、开关 继电器、开关 碳刷可能损坏检查更换损坏零件 电源安培数不够 增加另一个电源回路 马达电流安培数过高 马达损坏 更换马达 泄压阀设定不当 重新设定泄压阀压力 齿轮泵浦 内部损坏 检修齿轮泵浦 液压油流入马达部位 齿轮泵浦轴心 油封损坏 拆开马达及齿轮泵浦更换损坏油 泵浦连转有异音齿轮泵浦柱塞 卡住或弹簧、 拆开齿轮泵浦更换损坏零件 钢珠移位或损坏 液压油流入马达部位 齿轮泵浦轴心 油封损坏 拆开马达及齿轮泵浦 更换损坏油封 泵浦无油、使千斤顶柱 塞完全伸出或柱塞伸出有抖 动现象 泵浦油箱 油量太少 在千斤顶完全缩回时, 依照泵浦型号添加所需液压油 泵浦油位内有异 物阻塞或过滤器 检查并清洁过滤器 阻塞从泄压阀 没有上紧 油压接头 没有上紧 确定上紧油压接头 液压油温度太低 或黏度太高 更换适当液压油 油压千斤顶 组内有空气 将空气排出 泄压阀松动 检查并上紧 泵浦无法减压或持压 泄压阀漏油 清洁检修钢珠及油封 泄压阀设定 压力太低 设定正确压力 泵浦过滤器阻塞 清洁过滤器更换液压油 结论 毕业设计是大学学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的学习机会, 通过这次对液压千斤顶理知识和实际设计的相结合,锻炼了我的综合运用所学专 业知识,解决实际工程问题的能力,同时也提高了我查阅文献资料、设计手册、 设计规范能力以及其他专业知识水平,而且通过对整体的掌控,对局部的取舍, 以及对细节的斟酌处理,都使我的能力得到了锻炼,经验得到了丰富,并且意志 品质力,抗压能力以及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的 也正是我们进行毕业设计的目的所在,提高是有限的但却是全面的,正是这一次 毕业设计让我积累了许多实际经验,使我的头脑更好的被知识武装起来,也必然 让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力,更强的沟通力和理解力。 顺利如期的完成本此毕业设计给了我很大的信心,让我了解专业知识的同 时也对本专业的发展前景充满信心,但同时也发现了自己的许多不足与欠缺,留

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