3000kg舞台升降液压系统设计说明书

机电液课程设计一．设计题目设计一套适用于舞台升降机的液压系统，该系统能使演出平台保持一定的精度，同步、平稳的上升、下降，并可在1米的行程范围内任意高度停留。系统结构紧凑，重量轻反应迅速，安全可靠。舞台重量3000KG，舞台停止时，采用蓄能器保压，泵卸荷。舞台的同步采用分流集流阀。二．动作分析运动部件的动作循环为：根据已知条件绘制运动部件的速度循环图机电液课程设计三．拟定液压系统原理图主缸运动工作循环：（1）工作匀速上升：1YA得电，2YA断电。进油路：单向阀→三位四通电磁换向阀左位→调速阀→分流集流阀→液控单向阀回油路：液控单向阀→三位四通电磁换向阀→油箱（2）工作匀速下降：1YA断电，2YA得电进油路：单向阀→三位四通电磁换向阀右位→液控单向阀回油路：液控单向阀→三位四通电磁换向阀→油箱详细解释：（1）工作匀速上升当液压系统总开关开启，上升控制开关开启时，三位四通电磁换向阀左位接通，经分流集流阀分流，在经过液控单向阀流入液压缸下缸，使舞台加速启动后匀速上升，回油经液控单向阀、三位四通电磁换向阀流回油箱。（3）工作匀速下降当液压系统达到设定位置时（行程开关SQ3）后，保持一段时间后，系统下降，三位四通电磁换向阀右位接通，经单向阀、三位四通电磁换向阀流入液压缸上缸，使舞台匀速下降，回油经液控单向阀、三位四通电磁换向阀流回油箱。机电液课程设计电磁铁工作情况表四．机械系统设计方案（一）.工作系统负载分析（1）外负载F=3000kg×9.8N/kg/2=14.7KN（2）惯性负载Fm=m△V/△t=3000×(0.02-0.01)/0.05=0.6KN取△t=0.05s（3）阻力负载静摩擦阻力Ffs=fs*Fn，fs≤0.2～0.3动摩擦阻力Ffd=fd*Fn，fd≤0.05～0.1又因为Fn=mg/2=14.7KN=FG所以Ffs=2.94KNFfd=1.47KN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+FG17.96上升阶段F=Ffd+Fm+FG18.24保持阶段F=Ffd+FG16.17下降阶段F=Ffs+Ffd-Fm+FG18.51（二）根据负载设计参数1.初选液压缸的工作压力，根据计算得出各阶段负载值的最大值，查表2.2-2，载荷10~20KN机电液课程设计取液压缸的工作压力为3MPa。2.确定液压缸的主要结构参数查表2.2-5，按工作压力P5MPa,取杆径比=0.5，查表2.2-4，取p2=1MPaD=24/[12(1)]Fpp=2418.51/[31(10.5)]=102.37mmD=D=0.5102.37=51.185mm根据表GB/T2348-2001标准圆整后D=110mm,d=63mm.液压缸两腔的实际有效面积A1=24D=2221109498.544DmmA2=22222()(11063)6382.83544Ddmm经验算，活塞杆的强度和稳定性均符合要求.五．液压系统设计方案1.流量功率计算（一）慢速上升662220.019498.51094.98510/5.7/minqvAmsL21pp=4.16Mpa622294.985104.160.395PpqKW（二）慢速下降664220.016382.8351063.8283510/3.83/minqvAmsL434.65ppMpa644463.82836104.650.297PpqKW2液压泵设计与校核mp取油路压力损失0.3Mpa.取调整压力高于系统最大工作压力0.3Mpa,整个过程中最大工作压力maxp=4.65Mpa1pp=maxp+0.3+0.3=5.94+1.3=5.25Mpa整个过程中最大流量为max111.4/minqqL机电液课程设计取泄露系数LK=1.2液压泵的输出流量qpmax()1.2211.427.36/minpqkqL考虑到节流调速系统中，溢流阀的性能特点。应加上溢流阀稳定工作时的最小溢流量一般取为3L/min。选择V=40ml/r的YB1-40型的单联叶片泵，额定转速n=960r/min。则泵的额定流量为：409600.934.56/minpvQVnL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4.16Mpa，流量为11.4/minL，查表《液压泵的总功率》取总效率0.7p，液压泵驱动电动机所需功率3/34.565.2510/0.7604.32pppPpqKW查电动机产品样本，选用Y132M2-6型异步电动机额定功率P＝5.5KW,n=960r/min，效率78%。3.选择基本回路（1）由于舞台升降系统需要保持一定精度、同步、平稳地上升下降可选择同步缸的同步回路（2）舞台上升速度可以调节，可选择进油节流阀调速回路（3）舞台停止时采用辅助液压泵保压和锁紧回路（4）选择调压和卸荷回路将液压回路综合成液压系统4.阀类元件及辅助元件根据阀类及辅助元件所有油路的最大压力和通过最大试验流量，选出这些液压元件。叶片泵⑴额定流量34.56L/min⑵额定压力6.3Mpa⑶型号规格YB1-40，V=40ml/r元件的型号及规格序号元件名称估计通过流量1/minL额定流量1/minL额定压力1/minL额定压降1/minL型号，规格1叶片泵—34.56L/min6.3—YB1-402三位四通电磁阀273021＜0.334D-B10H3压力继电器——7＜0.3PF-L8B机电液课程设计4单向阀308021＜0.2DIF-L20H25液控单向阀306021＜0.2DFY—B20H6溢流阀0.5408—YF—L10B17调速阀0.50.05~4214—XU—160X80J8分流集流阀3040~13032—ZSTF2-L40~130油管根据推荐选择在压油管的流速3m/s，按2qdv式中q—通过管道的流量v—管内允许流速m/s液压缸的进出流量快速上升慢速上升快速下降慢速下降输入流量1/minL1qpq=11.4L/min1q5.71L/min1q7.66L/min1q3.83L/min输出流量1/minL2211/qAqA=6382.835*11.4/9498.5=7.66L/min2211/qAqA=6382.835*5.71/9498.5=3.84L/min2211/qAqA=6382.835*7.66/9498.5=5.15L/min2211/qAqA=6382.835*3.83/9498.5=2.57L/min所以液压缸无杆腔及有杆腔的油管内径分别为632/()2(11.410/60)/(310)8.98dqvmmmm632/()2(7.6610/60)/(310)7.36dqvmmmm这两根管都可按GB/T2351—2005选用内径10mm，外径18mm的冷拔无缝钢管。4.5油箱根据经验，取数据=6，故其容积为627.36164.16pVqL机电液课程设计按JB/T7938—1999规定，取标准值V=250L蓄能器的选择根据蓄能器在液压系统中的功用，确定其类型和主要参数。（1）在本设计中蓄能器用来作应急能源，其有效工作容积为：6319498.5102.51.20.0285VALKm式中：1A——液压缸有效工作面积（㎡）A1=9498.5*10-6L——液压缸的行程（m）L=2.5mK——油液损失系数，一般取K=1.2（2）气囊式蓄能器总容积的0V（3m）的计算：按等温过程计算：012/(1/1/)0.0285/[0.7(1/4.161/4.65)]122.14VVpppL式中：P——充气压力（绝对压力）（aP）1P——最低工作压力，14.16pMpa2P——最高工作压力，24.65pMpaV0——有效工作容积查产品样本手册，选用型，公称容积，公称压力验算液压系统性能㈠验算系统压力损失并确定压力阀的调整值由于系统管路布置尚未确定，整个系统压力损失无法全面估算，但对中小型液压系统，管路压力损失甚微，可以不予考虑。压力损失验算按一个循环的不同阶段进行：⑴快速上升v=0.5m/s由于系统管路布置尚未确定，整个系统压力损失无法全面估算，但对中小型液压系统，管路压力损失甚微，可以不予考虑。压力损失验算按一个循环的不同阶段进行：⑴快速上升快速上升时，进油回油通过电磁阀，流量为23.4L/min，电磁阀进油为23.4L/min，背压阀的背压损失为1Mpa，回油通过电磁阀7.66L/min。所以回油压力为220.5(23.4/27)211.75pMpa2p值略大于估计值1，重新计算机电液课程设计油腔压力为1p3661221(/)/(18.5110/0.91.756382.83510)/94982.835102.16mpFpAAMpa基本等于有效算数值。考虑到压力继电器可靠动作需要压差0.5epMpa，故溢流阀调整为1pHp＞2112.160.2(0.5/40)0.52.66epppMpa所以溢流阀应调整为2.66Mpa以上。⑵快速下降v=0.02m/s进油压降为210.50.3(7.66/27)0.524vpMpa回油压降为222(7.66/27)0.311.024vpMpa所以快速下降时工作压力为112.160.522.68pvpppMpa所以顺序阀至少大于2.68Mpa㈡验算油液温升液压缸有效功率18.510.020.3702epFvKW液压泵输入功率为3/34.565.2510/0.7604.32pppPpqKW4.320.37023.9498ePPPKW油箱的散热面积为3232336.56.5(25010)2.58AVm根据表《油箱散热系数》查得9/()KWmC则按式ptKA求出温升为/()3.9498/(92.58)17.01tpKAC根据表《机械允许温升》，故该液压系统不必设置冷却器。机电液课程设计六.PLC设计（一）PLC系统硬件设计PLC控制系统控制液压系统的电磁阀换向开关以及限位开关SQ1~SQ3，实现液压缸的变换，进而实现液压缸的上升与下降，工作过程如下：（1）按下SB1，液压泵启动。（2）按下SB2，液压缸匀速上升。（3）按下SB3，液压缸手动上升控制。（4）碰到行程开关SQ2，液压缸停止上升。（5）按下SB4，液压缸匀速下降控制。（6）按下SB5，液压缸手动下降控制。（7）碰到行程开关SQ1，液压缸停止下降。（8）提前设置行程开关SQ3，液压缸在指定位置停止。（9）液压泵停止系统用四个按钮控制，一个启动按钮，一个停止按钮。按一下启动按钮就开始工作，按一下停止按钮系统自动卸荷并停止工作。舞台升降控制系统PLC输入／输出点分配见表2-1，按照升降平台的工作过程，其PLC外部接线语句表所示。表2-1（二）语句表主程序LDI0.0OM0.0ANI0.9=M0.0LDI0.1OQ0.1输入电器输入点输出电器输出点启动按钮SB1I0.0继电器1YAQ0.1自动上升按钮SB2I0.1继电器2YAQ0.2手动上升按钮SB3I0.2自动下降按钮SB4I0.3手动下降按钮SB5I0.4压力传感器I0.5行程开关SQ1I0.6行程开关SQ2I0.7行程（限位）开关SQ3I0.8停止按钮SB6I0.9机电液课程设计ANI0.2OI0.2ANI0.5ANI0.7ANI0.8ANQ0.2=Q0.1LDI0.3OQ0.2ANI0.4OI0.4ANI0.5ANI0.6ANI0.8ANQ0.1=Q0.2（三）PLC接线图（四）梯形图机电液课程设计（五）控制电路图