毕业设计（论文）液压千斤顶的探究与设计.doc

新鄉学院2012届毕业论文(设计)题目：液压千斤顶的探究与设计姓 名学 号所在学院名称机电工程学院专 业 名 称机械制造与自动化指导教师姓名指导教师职称完成时间：2012年5月7日目录内容摘要1关 键 词1引言21液压千斤顶的总体设计方案3 1.1液压千斤顶的结构图3 1.2液压千斤顶的组成3 1.3液压传动的优缺点42液压千斤顶结构设计5 2.1大液压缸的设计5 2.2小液压缸的设计12 2.3活塞杆及手柄的设计15 2.4油箱及油管的设计16 2.5液压控制阀的设计173液压千斤顶常见的故障与维修19结论20参考文献21致谢22内容摘要:液压传动的基本原理是机械能与液压能的相互转换，液压千斤顶是典型的利用液压传动的设备，液压千斤顶具有结构紧凑、体积小、重量轻、携带方便、性能可靠等优点，被广泛应用于流动性起重作业，是维修汽车、拖拉机等理想工具。其结构轻巧坚固、灵活可靠，一人即可携带和操作，千斤顶是用刚性顶举件作为工作装置，通过顶部托座或底部托爪在小行程内顶升重物的轻小起重设备。关 键 词: 液压传动 工作原理 故障 维护 Abstract: hydraulic drive is to liquid pressure can for work of drive way its work principle is machinery can and hydraulic can of mutual conversion, hydraulic jack is typical of using hydraulic drive of device, hydraulic jack has structure compact, and volume small, and weight light, and carry easy, and performance reliable, advantages, is widely application Yu liquidity lifting job, is maintenance car, and tractor, ideal tools. Its light structure strong and flexible and reliable, one person to carry and operate, Jack is made of rigid top-lift as a work device, through the bracket at the top or bottom bracket feet lifting heavy weights in the small tour of small light lifting equipment. Key words: hydraulic drive operating principle broken down maintain 引言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。1.液压千斤顶的总体设计方案1.1液压千斤顶的结构 图1.1 液压千斤顶设计方案示意图液压千斤顶结构图1所示，工作时通过上移1手柄使2小活塞向上运动从而形成局部真空，油液从8储液池通过活门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高压液缸内，从而推动9大活塞上移，反复动作顶起重物。使用完毕后扭转6放液阀，连通7高压液缸和8储液池，油液直接流回储液池，9大活塞下落，大活塞下落速度取决于放液阀的扭转程度。1.2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。(1)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。(2)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。(3)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。(4)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。(5)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。1.3液压传动的优缺点 1.液压传动的优点(1)体积小、重量轻，例如同等功率液压马达的重量只有电动机的10%20%，因此惯性力较小。(2)能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无级调速，且速度范围最大可达1:2000（一般为1:100）.(3)转向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换。(4)液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制。(5)由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长。(6)操纵控制简便，自动化程度高。(7)容易实现过载保护。(8)液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。2.液压传动的缺点(1)使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁。(2)对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高。(3)液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平。(4)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-1560范围内较合适。(5)液压传动在能量转化的过程中，特别是在节流调速系统中，其压力大，流量损失大，因此系统效率较低。2.液压千斤顶结构设计2.1大液压缸设计（1）液压缸工作负载的计算 （2-1） （2-2） 式中，：液压缸轴线方向上的外作用力 （N） ：液压缸轴线方向上的重力 （N） ：运动部件的摩擦力 （N） ：运动部件的惯性力 （N） R：液压缸的工作负载 （N）大液压缸参数：外作用力：摩擦力： 惯性力： （设其杆上升的速度为5m/s）故总负载力为：（2）液压缸工作压力的选定由以上得到工作负载R，再根据表2-1得R在10000到20000N之间，所以选择系统压力为3MPa.表2-1液压缸工作压力参考表负载（N）<5000500010001000020000200003000030000-5000050000工作压力（N）<0.8-11.5-22.5-33-44-5.5(3)活赛式液压缸内径及活赛杆直径的确定 1.内径计算： （2-3） （2-4） 其中： D为液压缸内径；d 为活塞杆直径所以：mm （4）液压缸的推力和流量计算大液压缸的推力计算当液压缸的基本参数确定后，可以通过以下计算实际工作推力。 P=PA（N） 式中，A：活塞有效工处面积：P：液压缸工作压力。所以， 在大液压缸的实际工作推力：大液压缸的流量计算在液压缸的基本参数确定后，可以通过以下计算实际工作流量。Q=AV式中，V：液压缸工作速度：A：液压缸有效工作面积。（5）活塞杆直径的验算按强度条件验算活塞杆直径：当活塞杆长度 L>10d时，要进行稳定性验算：式中，：液压缸稳定临界力P：液压缸最大推力:稳定性安性系数，取=2-4由活塞杆计算柔 度：安装形式系数，取0.7l: 活塞杆长度A：活塞杆的横截面积， 所以，为柔度系数，可由设计手册3-12取得，因此只需校核强度。则按压缩强度计算所以取（6）液压缸壁厚的确定一般，低压系统用的液压缸都是薄壁缸，缸壁可用下式计算： 式中，缸壁厚度 试验压力当额定压力时，当额定压力时，D液压缸内径-缸体材料的许用应力（Pa）, -材料抗拉强度n安全系数，一般取n=5注：如果计算出的液压缸壁厚较薄时，要按结构需要适当加厚。由，所以用，由上述已算出D=147mm,经查得A3钢得过且过经查设计手册表3-13有液压缸壁厚度为（7）液压缸缸底和缸盖的计算缸底厚度的计算对于大缸底有油孔的： 式中 h缸底的厚度（mm） 缸底止口内径 （mm） P缸内最大工作压力 材料许用应力 缸底开口的直径（mm）所以 缸盖厚度缸盖厚度的设计与缸底的厚度一样：h=17.2mm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。（8）液压缸外径的计算： 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<(10-30)D。 L是液压缸长度， D。：是缸体外径。由由上面可以知液压缸的长度过L<(10-30)D。所以，到L=1080mm.（9) 液压缸进出油口尺寸的确定液压缸进出油口尺寸，是根据油管内平均压力管路内的最大平均流速控制在45m/s以内，过大会造成压力损失剧增，而使回路效率下降，并不会引起气蚀、噪音、振动等，因此油口不宜过小，但是也要注意结构上的可能。由液压缸内径设计手册中表315选定进出口油口尺寸，法兰接头为20mm综合上述的计算，小结表2-2大液压缸的综合参数表项目大缸筒外径大活塞杆直径进出油口连接压力（19600N）（mm）（mm）公称直径 （mm）接头连接大缸筒内径 147（mm）16310420×1.5 (10)大液压缸结构设计最小导向长度的确定H>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+0.147/2=0.1185(m)取H=118.5mm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。活塞与缸体的密封图如2.1 图2.1(11)活塞杆的导向装置如图2.2 图.（12） 液压缸主要零件的材料和技术要求如表2-3表2-3液压缸主要零件的材料和技术要求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3050mm缸盖45号钢A.D ，D2 d3的同轴度小于0.03mmB.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4550B. 表面直线度在500m长上不大于0.03mm活塞杆45号钢2.2小液压缸的设计（1）活赛式液压缸内径及活赛杆直径的确定 由连通器原理： （2-8）设=100N总负载力：由（1-5）式得所以（2）小液压缸的推力计算由上述计算大液压缸的方法：同理可得因为 总负载力：由表2-1可查得小液压缸的工作压力为0.9MPa所以（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来：（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： 同理 所以 （上面为10）此只需要校核强度，则按压缩强度计算 解得 ：所以，d取39.5mm（5）小液压缸壁厚的确定同上面的大液压缸的设计也采用薄壁缸，缸壁可以用以下方式： (m) （2-15）其中，-缸壁厚度 -试验压力 当额定压力 时，用 当额定压力 时，用由于，所以用得 所以，经查得A3钢得所以，其壁厚也用设计手册表3-13 （6）液压缸缸底和缸盖的计算缸底厚度的计算对于小缸底有油孔的： 式中 h缸底的厚度（mm） 缸底止口内径 （mm） P缸内最大工作压力 材料许用应力 缸底开口的直径（mm）所以 因为有些小，所以取h=10mm 缸盖厚度缸盖厚度与缸底的厚度一样：h=10mm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。（7）小液压缸外径的计算由由上面得知，小液压缸的长度L<（1030）D。所以取L=510mm（8）小液压缸进出油口的方法可由设计手册中表315选定进出口油口尺寸；法兰接头为20mm 综合上述，小结得：表2-4小液压缸参数表项目缸筒外径活塞杆直径进出油口连接压力(139N)（mm）（mm）公称直径（mm）接头连接小缸筒内径55.5（mm）67.539.520×1.5 (9)小液压缸结构设计 由于小液压缸的材料与大液压缸的一样，因此其的结构设计跟大液压缸的相同。2.3活塞杆及手柄的设计承受轴向拉伸或压缩的杆件称为拉压杆。实际拉压杆的形状，加载和连接方式各不相同，但都可简化成图2.3所示的计算简图，它们的共同特点是作用于杆件上的外力的合力作用线与杆件轴线重合，杆件的主要变形是沿轴线方向的伸长或缩短。(1)千斤顶的活塞杆即为简单的拉压杆图2.3即为水平放置的活塞杆，试选材HT100，由机械设计制造基础（程友斌主编）查得其许用拉应力为= 80 MPa(2)设计截面选择拉压杆的半径为r= 6mm则其许用应力为：max = F/A= 2000/(3.14×0.006×0.006)=17.7 MPa(3)教核强度max =17.7 MPa = 80 MPa由此可见,满足其强度。(4)确定许用载荷Fmax A×= (3.14×0.006×0.006)×80×106= 9× N图2.3拉压杆计算简图(5)手柄的设计图 2.4 环形截面和实心截面2.4油箱（外管）及油管的设计液压千斤顶的外管主要的作为是用来储存多余的液压油，在无电动源作用的情况下，外管起了一个油箱的作用。由上可知道内管的内径为D=147mm 升程H=800设外管的外径由> (2-19)所以 (2-20)把D=147mm H=800代入得>207大液压缸壁厚h=8mm取=221.5mm,外管壁厚和大液压缸相同h=8mm材料和液压缸相同2.5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3作用在阀芯2上的力，使阀芯2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。 图2.5单向阀1.阀体；2.阀芯；3.弹簧单向阀的弹簧主要用来克服阀芯的摩擦阻力和惯性力，使阀芯可靠复位，为了减小压力损失，弹簧钢度较小，一般单向阀的开启为0.03 MPa0.05 MPa（如换上刚度较大的弹簧，使阀的开启压力达到0.2 MPa0.6 MPa，便可当背压阀使用）。（3）背压阀为了液压缸不超过最高允许压力=0.6 Mpa，需要在回油路上并联一个0.55 MPa的背压阀。只需将4.2中设计的单向阀换上刚度较大的弹簧，使阀的开启压力达到0.55 MPa，便可当背压阀使用。这样，当压力超过0.55 MPa时，背压阀自动打开泄荷，使液压缸免受损坏。3液压千斤顶常见的故障与维修如表3-1表3-1液压千斤顶常见的故障与维修液压千斤顶常见故障及处理方法问 题原 因解 决 方 式千斤顶无法顶升，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泵浦泄压阀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泄压阀没有打开打开泵浦泄压阀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，留下了些许遗憾，不过不足与遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行，今后我更会关注新科技新设备新工艺的出现，并争取尽快的掌握这些先进知识，更好的为祖国的四化服务。参考文献:1胡世超主编，液压与气动技术，郑州大学出版社 2008.52周亚，程友斌主编，机械设计基础，北京：化学工业出版，2008.63魏增菊，李莉主编，机械制图，科学出版设，20074刘建华主编，机械设计课程设计指导，化学工业出版社，2008.85肖珑主编，液压与气压传动技术，西安电子科技大学出版社，20076丁树模、丁问司主编，液压传动3版，机械工业出版社，2009.6（2011.1重印）7许同乐主编，液压与气压传动，北京，中国计量出版社，20068张群生主编，液压与气压传动2版，北京，机械工业出版社，20089邹建华，吴定智，许晓明主编，液压与气动技术基础，华中科技大学出版社，200610丁树模主编，机械工程学4版，北京，机械工业出版社，200711张利平主编，液压与气动技术实用问答，化学工业出版社，2007致谢：大学三年即将结束，在这短短的三年里，让我结识了许许多多热心的朋友、工作严谨教学相帮的教师。毕业设计的顺利完成也脱离不了他们的热心帮助及指导老师的精心指导，在此向所有给予我此次毕业设计指导和帮助的老师和同学表示最诚挚的感谢。首先，向本设计的指导老师贾焕丽老师表示最诚挚的谢意。在自己紧张的工作中，仍然尽量抽出时间对我们进行指导，时刻关心我们的进展状况，督促我们抓紧学习。老师给予的帮助贯穿于设计的全过程，从借阅参考资料到现场的实际操作，她都给予了指导，不仅使我学会书本中的知识，更学会了学习操作方法。也懂得了如何把握设计重点，如何合理安排时间和论文的编写，同时在毕业设计过程中，她和我们在一起共同解决了设计中出现的各种问题。其次，要向给予此次毕业设计帮助的老师们，以及同学们以诚挚的谢意，在整个设计过程中，他们也给我很多帮助和无私的关怀，更重要的是为我们提供不少技术方面的资料，在此感谢他们，没有这些资料就不是一个完整的论文。另外，也向给予我帮助的所有同学表示感谢。总之，本次的设计是老师和同学共同完成的结果，在设计的一个月里，我们合作的非常愉快，教会了大我许多道理，是我人生的一笔财富，我再次向给予我帮助的老师和同学表示感谢！