汽车维修液压升降同步平台系统设计的说明书（大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005）

汽车维修液压升降同步平台系统设计的说明书（大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005） 摘 要 本文主要介绍了在汽车维修行业中，为了提高汽车维修的效率，对其所用到的液压同步升降平台系统的研究和设计。该设计主要通过理论设计的研究进行液压同步系统的设计、升降平台机械结构的设计以及液压升降平台的电气控制部分的设计。为了满足升降平台在汽车维修中所能够实现的同步精度和实现两前轮、两后轮、两左轮、两右轮及汽车整体分别实现同步升降一定的功能要求，该系统在液压系统的设计采用的是电液比例方向阀，通过位移检测，利用西门子PLC的PID控制，稳定快速的消除升降缸的位移差值来控制电液比例阀的开口大小，并通过一定的液压系统和机械系统实现升降平台四缸的相应功能和同步精度。为了保证液压升降系统的特殊功能，液压系统还采用了分流集流阀的特殊忧点，来实现一定精度的两缸同步升降。本次设计的机械结构完全采用的是Pro/E三维软件进行建模，通过三维机械结构造型的设计，体现了三维设计建模的优点，使得机械结构更为直观。液压系统部分通过重力的动力提供，在下降时是通过蓄能器提供的压力，使得液控单向阀接通油路，直接利用重力实现平台的下降，实现了节能的效果。 关键词:液压同步升降平台;Pro/E三维建模;电液比例控制;PLC Abstract Abstract In this paper, in order to improve the efficiency of vehicle maintenance in the automotive repair industry, the use of its hydraulic system of synchronous lifting platform and design. The design is mainly conducted through the theoretical design of the hydraulic synchronization system design, mechanical structure design of lifting platform and hydraulic lift platform, electrical control design. In order to meet the lifting platform in the automotive repair can be achieved in the realization of synchronization accuracy and the two front, two rear, two revolvers, two-wheel vehicles and the right to synchronize the whole were down certain functional requirements, the system used in the hydraulic system design the electro-hydraulic proportional directional control valve, through the displacement detection, the use of Siemens PLC, PID control, a steady and rapid elimination of the difference between lifting cylinder displacement hydraulic proportional valve to control the size of the opening, and through some of the hydraulic system and mechanical systems to achieve lift The corresponding four-cylinder platform features and sync accuracy. In order to ensure that the special features of hydraulic lift system, hydraulic system also uses a shunt valve set point of the special concern to achieve a certain precision of synchronized movements of the two cylinders. The design of the mechanical structure is fully implemented Pro / E three-dimensional software for modeling, through modeling three-dimensional mechanical structure design, modeling shows the advantages of three-dimensional design, making the mechanical structure is more intuitive. Hydraulic system to provide some momentum by gravity, in the fall when provided by accumulator pressure, making the oil check valve connected directly to the decline in the use of gravity to achieve platform to achieve the energy saving effect. Key Words:Hydraulic synchronous lifting platform;Pro / E three-dimensional modeling;Electro-hydraulic proportional control;PLC II (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 目 录(大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 目 录 摘 要 ................................................................................................................... I Abstract ..................................................................................................................... II 1 绪论 ....................................................................................................................... 1 1.1 汽车维修液压升降平台的概述 ................................................................... 1 1.1.1 液压升降平台在汽车维修的应用发展 .............................................. 2 1.2 课题设计的主要内容和设计方法 ............................................................... 3 1.2.1 液压升降平台设计的主要内容.......................................................... 3 1.2.2 液压升降平台设计的主要方法.......................................................... 3 2 液压升降同步系统的液压系统 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计 ........................................................... 5 2.1 液压系统要求的总体简述 ........................................................................... 5 2.2 液压同步升降平台的液压系统原理图设计 ................................................ 6 3 液压系统元件的计算与选取 ............................................................................. 11 3.1 液压平台的运动与负载分析 ..................................................................... 11 3.2 四柱内液压缸的设计计算与选取 ............................................................. 11 3.2.1 四柱内液压缸设计参数的确定........................................................ 11 3.2.2 四柱升降时液压平台的运动与负载分析 ........................................ 11 3.2.3 四柱中四个液压缸的设计计算与选取 ............................................ 11 3.3 平板上两个液压缸的设计计算与选取 ...................................................... 14 3.3.1 平板上两个液压缸设计参数的确定 ................................................ 14 3.3.2 平板上两个液压缸升降时的运动与负载分析 ................................ 14 3.3.3 平板上两个液压缸的计算与选取 .................................................... 15 3.4 液压泵的计算与选取................................................................................. 16 3.4.1 确定液压泵的最大工作压力 ........................................................... 16 3.4.2 确定液压泵的最大流量 ................................................................... 17 3.4.3 确定液压泵选取型号 ....................................................................... 17 3.5 电动机的参数及其型号的选取 ................................................................. 17 3.6 液压阀的参数及其型号的选取 ................................................................. 18 III (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 目 录(大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 3.6.1 液控单向阀的选型 ........................................................................... 18 3.6.2 电磁换向阀的选型 ........................................................................... 18 3.6.3 电液比例换向阀的选型 ................................................................... 20 3.6.4 溢流阀的选型 .................................................................................. 21 3.6.5 分流集流阀的选型 ........................................................................... 21 3.7 油管管径的确定 ........................................................................................ 21 3.8 蓄能器的选择 ............................................................................................ 23 3.9 压力表的选择 ............................................................................................ 23 3.10 液压系统油箱的设计计算 ....................................................................... 23 3.11 液压系统性能验算 .................................................................................. 24 3.11.1 液压系统压力损失的计算 ............................................................. 24 3.11.2 液压系统发热温升的计算 ............................................................. 25 4 液压同步升降平台的机械结构设计 ................................................................. 27 4.1 液压升降平台机械结构的设计理念 ......................................................... 27 4.2 液压升降平台机械结构的Pro/E三维模型的设计 ................................... 27 5 液压升降平台的电气控制部分的设计 ............................................................. 32 5.1 液压平台的电气控制系统 ......................................................................... 32 5.1.1 电液比例阀的位置控制系统 ........................................................... 32 5.1.2 液压控制系统的设计 ....................................................................... 33 5.1.3 PLC的选择 ....................................................................................... 34 5.2 液压平台的电气控制梯形图 ..................................................................... 38 5.2.1 控制系统的I/O分配........................................................................ 38 5.2.2 电气控制的梯形图 ........................................................................... 39 结 论 ..................................................................................................................... 46 参考文献 ................................................................................................................. 47 致 谢 ..................................................................................................................... 48 附录A 液压升降平台的设计图纸 ................................................................... 49 IV (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 1 绪论(大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 1 绪论 1.1 汽车维修液压升降平台的概述 液压升降平台是一种多功能起重升降设备，广泛应用于工厂、码头、建筑、交通、体育馆、设备检修等高空作业及维修。现有的液压升降平台有很多种，大体可分为:四轮移动式升降平台、手推式升降平台、汽车装载式升降平台、固定式升降平台、剪叉式升降平台，四柱举升机，两柱举升机等等。 近年来，随着汽车的使用量迅速增加，我国汽车业蓬勃发展，尤其是轿车行业。这使得汽车维修行业的不断壮大，汽车维修设备的需求迅速扩大，同时也要求在汽车的维修工具和设备的要求上越来越高，汽车举升机是维修厂必备的，也是最重要的维修机械设备。汽车举升机的作用是将需要维修的汽车，平稳提升到合适的高度，以便于维修工人在汽车底盘下方对汽车进行维修和检查。汽车举升机一般分为立柱式和剪叉式。无论哪一种，都要求可以满足将汽车同步升降，不可以发生侧偏，并且要求汽车底盘下方为空的，用以方便维修工人进行维修作业这就要求升降平台同步升降，平稳运行。所以维修汽车的升降平台设备一般采用液压系统进行驱动。 随着维修行业的不断扩大，以及自动化水平的进一步发展，为减轻维修人员的劳动强度，使得方便维修，并且能够更好的提高汽车维修的工作效率，以及汽车维修的服务质量，所以对液压升降平台的自动化要求也在不断提高。当前为满足汽车维修所要求的同步控制，升降平台的升降系统主要是靠液压系统以及电气系统进行控制和驱动的，但目前所拥有的升降平台普遍存在着外漏、内漏、寿命短、操作不灵活、同步运行低等缺点。为了避免以上缺点，要求更加精确地保证液压升降平台的同步升降精度，现在大多数液压同步升降平台逐步淘汰了各种传统的液压阀，采用更为精确控制的新型电液伺服阀、电液比例阀以及电液数字阀等来控制液压系统，实现同步精度高。由于电液比例阀具有形式种类多样、容易组成使用电气及计算机控制的各种机电液系统、控制精度高、安装使用灵活以及抗污染能力强等多方面优点，因此应用领域日益拓宽。 当前在汽车维修中所使用的液压同步升降平台在汽车的维修方面发挥着重要的作用，通过对同步升降平台的各种液压阀、液压缸、液压泵站的创新改进，使得液 1 (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 1 绪论(大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 压同步升降平台拥有运行平稳、噪声低、响应速度快、同步精度高等优点，对在汽车的维修与保养中起到至关重要的作用。 1.1.1 液压升降平台在汽车维修的应用发展 随着液压升降平台在汽车维修行业的进一步应用和改进创新，在维修汽车的液压升降平台已经可以实现更多更复杂的功能，在平台的结构上，驱动上，以及各种的控制系统上，都有了很大的改进。当前升降平台的升降系统主要是靠液压系统驱动的，当然不光靠液压，还有柴油机电动两用旋转式升降平台，目前又出现了电瓶驱动升降平台，可以实现无级变速具有更安全、更方便、低噪音等优点。目前升降平台普遍存在着外漏、内漏、寿命短、操作不灵活、同步运行低等缺点。为了避免以上缺点，要求更加精确地保证液压升降平台的同步升降精度，现在大多数液压同步升降平台逐步淘汰了各种传统的液压阀，采用更为精确控制的新型电液伺服阀、电液比例阀以及电液数字阀等来控制液压系统，实现同步精度高。由于电液比例阀具有形式种类多样、容易组成使用电气及计算机控制的各种机电液系统、控制精度高、安装使用灵活以及抗污染能力强等多方面优点，因此应用领域日益拓宽。 在我国，虽然对这种液压升降同步平台的研制、生产起步较晚，但是随着我国经济的快速发展，为了适应我国在各领域所使用的液压升降同步平台发展的需求，走规模化、标准化、集约化、产品配套化、实现机、电、液一体化技术在升降同步平台上的应用。液压升降同步平台的使用面、服务领域不断扩大，现正处于较快的发展阶段，现在液压升降平台的可靠性、安全性、操作方便和简单的直接性等方面都有较大提高，而且随着电子计算机的普及和发展以及机、电、液一体化研究的进展，国内外各大公司竞相采用电脑(电子)操控系统，提高整机性能，减少整机液压元件的使用，减小整机体积及重量，提高操控的灵敏度以及同步精度。特别是各生产厂家积极引进和消化国外先进技术，开发新品种，提高产品技术和质量水平，液压升降同步平台已有部分达到或接近国际同类产品的水平。 当前在汽车维修中所使用的液压同步升降平台在汽车的维修方面发挥着重要的作用，通过对同步升降平台的各种液压阀、液压缸、液压泵站的创新改进，使得液压同步升降平台拥有运行平稳、噪声低、响应速度快、同步精度高等优点，对于在我国汽车的维修与保养中起着不可替代的作用，应用前景广泛。所以，对该升降平台的进一步研究和改进，优化系统性能和结构的进一步改善，弥补现有技术的缺点有着重要的意义。 2 (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 1 绪论(大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 1.2 课题设计的主要内容和设计方法 1.2.1 液压升降平台设计的主要内容 由以上概述介绍可见，设计一种应用于汽车维修设备，能够实现汽车同步升降的液压升降平台，具有结构紧凑，占地面积小，安装操作方便，维护方便，可以减轻维修人员的劳动强度，方便维修，提高汽车维修的工作效率，就成了当前研究热门的一个项目。 本课题设计内容主要是适用于中小型汽车维修服务的一种新型汽车维修平台,即汽车维修液压同步升降平台的设计。这种汽车维修平台是根据现实生活中常见车型车重、车宽、轮距等结构尺寸参数的四轮汽车维修使用的一种现代液压技术专用产品。通过对现有同步升降平台的控制原理的深入研究，对现有车型各参数的进一步了解，按照所给出的精度要求，系统满足的功能要求和技术性能来确定设计的总体方案，并按控制要求完成机械系统、液压系统及控制系统的设计。液压同步升降平台需要达到的功能有:举起四轮汽车在受控高度升降范围内同步升降，控制四个汽车轮子升降同步精度 ,确保四个汽车轮子升降位移同步;实现两前轮、两后轮、两左轮、两右轮同步升降。液压同步装置所应具有优良的技术性能要求液压系统响应速度快，液压传动装置体积小、结构紧凑、具有较大的功率质量比，该液压系统要求易于操纵与控制，省力方便，易于实现自动化维护方便，造价低等特点。 1.2.2 液压升降平台设计的主要方法 该课题对液压升降平台的设计主要采用理论的研究和设计方法，通过对液压系统的了解和研究，以及对现有控制的技术和更加深入的研究发展，在对液压系统元件和进一步了解和学习，结合液压元件与现代化的自动化控制领域内的液压控制元件，通过传统元件和现有的高技术控制元件的对比和综合应用，在传统液压系统的基础上，更为创新的研究和设计集机、电、液于一体的液压控制系统，使得系统达到更为稳定和快速优点。 在机械结构的设计中，通过研究现有设备的机械结构，在现有的机械结构上，为更好的克服现有结构的缺点以使其进一步的改进，实现更多的功能，和对现有结构在外形美观上的不足，做出进一步的优化。为了更好的实现机械结构的设计效果，本次设计采用的是三维的模型设计。在设计三维模型时所采用的三维软件有多 3 (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 1 绪论(大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 种，其中有三维高级软件Pro/E、Solidworks、CATIA、UG等，都可以方便快速的实现三维结构模型的设计，而且不同的三维设计软件有着各自不同的设计优点。在本次课题的设计中，机械结构的三维模型的设计采用的是三维高级软件Pro/E，通过对Pro/E的学习，和软件功能的实现，对机械结构进行了更加形象的设计，突出了设计的优点。 4 (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 2 液压升降同步系统的液压系统方案设计(大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 2 液压升降同步系统的液压系统方案设计 2.1 液压系统要求的总体简述 液压升降平台的系统，要求能够实现四轮汽车在受控高度升降范围内同步升降，安全可靠地控制实现两前轮、两后轮、两左轮、两右轮的同步升降，并保证同步升降的精度。该液压升降系统还必须具有快的响应速度，液压传动装置体积小、结构紧凑，具有较大的功率质量比，易于操纵与控制，省力方便，易于实现自动化，具有过载保护对于可靠性要求高的系统等优良的技术性能，同时保证液压升降同步平台能在垂直方向的任意位置上较长时间 (如60 min或更长) 内可靠地锁定，系统能连续可靠地工作，系统高效节能、维护方便、造价低。为满足液压升降平台的系统设计要求，实现平稳的同步升降，以及设计所要达到的功能要求，拟定该系统采用液压系统的闭环控制，用来满足液压系统的同步精度和控制要求，用以实现使四轮汽车在受控高度升降范围内同步升降，安全可靠地控制实现两前轮、两后轮、两左轮、两右轮的同步升降，并保证同步升降的精度。 为满足液压系统的同步升降，该系统需要具有同步控制的装置来实现同步控制。目前实现液压系统的同步运行有佷多种控制方法，主要采用机械同步法、泵或马达并联法、双活塞杆缸串联法、调速阀、同步器、同步控制阀回路、伺服机构等等。 根据该设计的机械设备要求，为更好的实现汽车四轮的两前轮、两后轮、两左轮、两右轮的分别同步升降的灵活控制，此次设计拟采用四个液压缸对其进行各轮的部位实现各自灵活的升降控制。为实现更高的同步精度和更加灵活的控制，设计并没有采用传统的控制阀进行控制，而是拟采用更加新型的电液比例控制阀来进行控制。电液比例控制阀是介于普通液压阀和电液伺服阀之间的一种液压控制阀，并与电液伺服阀的功能相似，而且具有它特定的优点。电液比例阀是由比例电磁铁取代普通液压阀的调节和控制装置而构成的，它可以按给定的输入电压或电流信号连续地按比例、远距离地控制流体的方向、压力和流量。合理的采用电液比例控制阀可以提高系统的自动化程度和精度，并简化了系统。常用的比例阀可分为:比例压力阀、比例流量阀和比例方向阀三种。 本次设计采用电液比例控制系统的闭环反馈控制系统，通过传感器的检测，并通过plc反馈给电液比例阀，控制电液比例阀的相应开口大小，用以实现各液压缸 5 (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 2 液压升降同步系统的液压系统方案设计(大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 能够实现同步升降的控制精度。为实现能够保证液压缸在工作时保证自锁，液压系统应该在每个液压缸的供油系统采用液控单向阀进行自锁功能的实现，用以保证液压升降平台的安全问题。为保证液压系统实现过载保护，液压系统在液压泵处需要安装溢流阀，来保证给系统提供一定的安全压力。为了系统的油液满足系统运行的液压油的要求和质量，液压系统应该在进油口和出油口处安装过滤器。为了满足液压系统能够充分的实现自动化，系统中的液压方向阀均采用电磁换向阀。为了更好的响应节能问题，可以在必要的情况使用蓄能器来代替电机驱动泵所提供的压力，直接使用蓄能器来提供压力满足液压缸的相关运动。 2.2 液压同步升降平台的液压系统原理图设计 1. 液压系统原理图 为满足设计要求，实现该设计所要达到的精度和控制要求，并综合分析其使用工况，深思熟虑后拟定液压系统原理图，如下图所示: 6 (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 2 液压升降同步系统的液压系统方案设计(大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) Y3 Y4 Y5 Y6 Y2 Y1 图1 液压系统原理图 图示为液压系统原理图，其中1、2、3、4、5、6为单作用液压缸;7、8、9、10、11、12为液控单向阀;14、15、16为电液比例方向阀;17为分流集流阀;13、18为二位四通电磁换向阀;19为二位三通电磁换向阀;20为蓄能器;21为二位四通电磁换向阀;22为过滤器;23为 溢流阀;24为三位三通电磁换向阀;25为液压泵组; 以下将是对液压同步升降液压系统原理图的进一步讲解: 在以上液压系统原理图中，左前、右前、左后、右后为各自位置的四个液压缸，这四个液压缸来分别实现升降平台的个位置的升降，中间两个液压缸是用来实 7 (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 2 液压升降同步系统的液压系统方案设计(大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 现中间托起汽车底盘所用的液压缸。由于汽车和升降平台本身的重力可以为升降平台下降来提供动力，所以此处所采用的都是单作用液压缸。 当电磁换向阀21位于中位时，启动电机，此时电机带动泵空载启动。 (1) 上升过程: 当电磁换向阀21位于左位时，油液通路接通;电磁换向阀24位于左位时，蓄能器进行蓄能;电磁换向阀13和电液比例换向阀14、15、16同时接通油路，可以实现四缸同步上升;电磁换向阀13和电液比例换向阀14同时接通油路，可以实现两前缸同步上升;电液比例换向阀15、16同时接通油路，可以实现、两后缸同步上升;电磁换向阀13和电液比例换向阀15同时接通油路，可以实现两左缸同步上升;电液比例换向阀14、16同时接通油路，可以实现两右缸同步上升;电磁换向阀18接通油路，可以实现两中间的液压缸同步上升; 再次将电磁换向阀21位于中位时，此时电机带动泵空载运行，然后停止电机，泵停止工作。依靠液控单向阀的自锁作用，可以将高度固定。 (2)下降过程: 当电磁换向阀19位于左位时，油液通路接通用以回油;电磁换向阀24位于右位时，蓄能器进行放能，为液控单向阀提供必要的压力;电磁换向阀13和电液比例换向阀14、15、16同时接通油路，可以实现四缸同步下降;电磁换向阀13和电液比例换向阀14同时接通油路，可以实现两前缸同步下降;电液比例换向阀15、16同时接通油路，可以实现、两后缸同步下降;电磁换向阀13和电液比例换向阀15同时接通油路，可以实现两左缸同步下降;电液比例换向阀14、16同时接通油路，可以实现两右缸同步下降;电磁换向阀18接通油路，可以实现两中间的液压缸同步下降; 以上将液压系统原理图的工作原理，以及液压升降的原理做以简单的介绍。 2. 该液压系统的设计所具有的优点: (1) 安装液控单向阀的作用 为了使液压缸可以实现自锁的功能，液压系统中在每个液压缸下端都安装了液控单向阀，液控单向阀可以实现单向自锁，双向通油液的功能。 8 (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 2 液压升降同步系统的液压系统方案设计(大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) (2)安装溢流阀的作用 为了使液压系统中满足提供安全压力，不致由于压力突然变高而对整个液压系统造成不利影响甚至损坏某些液压元件，所以采用溢流阀来用作安全阀防止液压系统过载的保护。 (3)安装电液比例换向阀的作用 为了实现液压系统自动化，满足系统同步运行的更高精度，以及实现系统的高效率、快速响应的要求，采用电液比例方向阀来高精度、响应快的进行系统的同步控制。 (4)安装电磁换向阀的作用 传统的换向阀大部分是手动控制，这种控制比较机械，难以实现自动化操作。采用电磁换向阀，利用电磁铁的吸合来控制阀的方向控制，实现油路的换向，更好的实现了自动化的效果。 (5)安装分流集流阀的作用 分流集流阀也称同步阀，是集液压分流阀、集流阀功能于一体的独立液压器件。分流集流阀的同步是速度同步，即当两油缸或多个油缸分别承受不同的负载时，分流集流阀通过内部的压力和流量敏感部件自动调节，使油缸运动保持同步。分流集流阀主要应用于液压双缸及多缸同步控制系统中。采用分流集流阀的同步控制液压系统具有结构简单、成本低、设计、成套、调试和使用容易、可靠性强等许多优点，因而分流集流阀在液压系统中得到了广泛的应用，所以在该处也将合理的采用分流集流阀来实现两个液压缸的同步控制。 (6)安装过滤器的作用 在液压系统中，油液的清洁度对液压系统的正常运行有着至关重要的作用，所以在泵的出油口和油箱的回油口都安装了过滤器，以此来保证油液的清洁度，这是液压系统回路中不可缺少的附件。 (7)安装蓄能器的作用 9 (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 2 液压升降同步系统的液压系统方案设计(大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 在该系统中，由于重力的有利影响，在升降平台下降的过程中，可以完全依靠重力的作用来提供动力，在这里只需要对液控单向阀的远程控制阀口进行压力的提供，在重力的作用下，就可以使液控单向阀实现能够下降的回油通路，由于该压力不是佷大，这样无需再用电机对油泵的驱动来实现液控单向阀通油的压力，可以直接采用蓄能器来提供该压力，如此的处理，既简化了系统的控制，而且可以更好的节约能量，避免了电机的频繁启动，可以有效地延长了电机和泵的使用寿命，以及提高了整个液压系统的使用效率，这也可以说是该系统设计的最大优点。 10 (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 3 液压系统元件的计算与选取 3 液压系统元件的计算与选取 3.1 液压平台的运动与负载分析 液压平台的运动方式主要是实现各个液压缸的上升和下降，但在上升和下降过程中在起升阶段会有一段的加速运动，等到加速到所要求的速度时，平台将实现一段的匀速运动，随后减速停止。在整个运动的过程中，液压升降平台的外在负载主要由汽车的重力和平台自身的自重组成。所以外在负载的大小相对来说是稳定不变的，只有在加速度阶段时将会产生整个平台运行的最大负载。 3.2 四柱内液压缸的设计计算与选取 3.2.1 四柱内液压缸设计参数的确定 本次设计的液压升降平台主要是针对一般轿车在维修应用中所使用的，针对使用工况的分析，所定的设计参数为: 汽车质量: m=1600kg 安全系数: k=1.25，此安全系数是针对平台上装置的重量以及实现液压平台偏置时，四个液压柱中液压缸的单个液压缸升降时所承受的最大载荷而估定。 M,1600kg,4，1.25,500kg四个液压柱中液压缸的单缸最大起升质量: 升降平台的最大起升高度: h=1.5m 上升速度等于下降速度: v=0.1m/s 2m/s加速度: a=0.05 3.2.2 四柱升降时液压平台的运动与负载分析 在液压升降平台加速上升阶段存在着最大负载工况 液压平台上升工况的最大负载 F,M，(g，a),500，(10，0.05),5.025kNMAX 3.2.3 四柱中四个液压缸的设计计算与选取 由于重力的存在，利用重力的作用完全可以实现液压升降平台的下降过程，无需采用双作用液压缸，所以液压缸采用单作用液压缸。 11 (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 3 液压系统元件的计算与选取 液压缸的参数计算: 初选液压缸工作压力: P1=3Mpa 液压缸的机械效率取 η=0.95 活塞杆直径与液压缸内径之比为d,D=0.7 ，依据表3—1确定。 表3—1 液压缸内径与活塞杆直径关系 按机床类型选取d/D 按液压缸工作压力选取d/D d/D d/D 机床类别 工作压力P(MPa) 0.2-0.3 0.2-0.3 磨床、研床 ?2 0.5 0.5-0.58 插床、拉床、刨床 ,2-5 0.7 0.62-0.70 钻、镗、车、铣床 ,5-7 - - 0.7 ,7 液压缸内径D和活塞杆直径d的确定: 2由公式 P1，,/4，D,F,,MAX (=5.025kN ;P1=3Mpa;η=0.95;d,D=0.7) FMAX 解得:D=0.04739m;d=0.7×0.04739=0.033173m 依据表3—2和表3—3 圆整后，取值:D=50mm;d=36mm 表3—2 液压缸内径尺寸系列mm(GB2348-80) 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 (90) (110) 125 160 200 250 (140) (180) (220) 320 400 500 630 表3—3 活塞杆直径系列mm(GB2348-80) 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 液压缸工作行程的确定: 升降液压缸的最大升降高度为1.5m 依据表3—4选取液压缸工作行程为:800mm 表3—4 液压缸活塞行程参数系列mm(GB2348-80) 12 (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 3 液压系统元件的计算与选取 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 液压缸的活塞杆压杆稳定性校核: 当液压缸活塞杆的长径比l/d<10时，不必进行压杆稳定性校核，当长径比l/d>10时，其压杆稳定性的校核需要进行校核。 为了保证活塞杆不产生纵向弯曲，满足压杆的稳定，活塞杆的推力与极限力的关系: Fk=nk*F1(N) 式中F1---液压缸推力 Fk----极限力 nk----安全系数，一般取nk=2,4 选用欧拉公式求计算长度L计:Fk=nπ2EJ/L12 n----系数，与安装形式有关，对于该种安装形式取n=1 E----弹性模量，对于钢E=0.21×106 N/mm2 J----活塞杆断面回转惯量，J=πd4/64 (mm4) 经计算得出极限力 Fk=266KN 此时，ns=Fk/F1=266/5.025=52.93>>nk, 说明估算液压缸压杆稳定性是安全的。 选取液压缸为:YG—C— 50/36—800MF6—H 油缸行程传感器有多种选择，就其传感形式而言，有接触式和非接触式两类;就其安装方式而言，有油缸内置式和油缸外置式两种;就其信号输出规格而言，又有模拟量输出和数字量输出两种形式。 内置式油缸行程传感器安装之后比较美观，由于长期处在油缸内部高压环境中，一旦损坏，拆卸维修十分麻烦。一般为了方便采用液压缸外置位移传感器。 采用PCM拉杆式直线位移传感器 采用尾部法兰连接，外置位移传感器 传感器系列 位移传感器 输出信号范围 0—10mA 13 (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 3 液压系统元件的计算与选取 输出方式 模拟 测量数据 位置、速度 测量范围 50–900mm 分辨率 无限分辨率 满量程的0.01%或, 非线性度 0.05%(以最高者为准) , 满量程的0.01%或, 重复精度 2um(以最高者为准) 液压缸的参数: 最大 液压缸活塞杆直径工作压力 需用行程内径D/mm d/mm P/Mpa SI/mm 50 36 6.3 800 3.3 平板上两个液压缸的设计计算与选取 3.3.1 平板上两个液压缸设计参数的确定 汽车质量: m=1600kg 安全系数: k=1.125，此安全系数是针对两个液压缸的单个液压缸升降时所承受 的最大载荷而估定 两个液压缸的单缸最大起升质量: M=1600 kg ?2×1.125=900kg 升降平台的最大起升高度: h=0.5m 上升速度等于下降速度: v=0.1m/s 2加速度: a=0.05 m/s 3.3.2 平板上两个液压缸升降时的运动与负载分析 在液压升降时加速上升阶段同样存在着最大负载工况 此时上升工况的最大负载=M×(g+a)=900×(10+0.05)=9.045kN FMAX 14 (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 3 液压系统元件的计算与选取 3.3.3 平板上两个液压缸的计算与选取 由于重力的存在，利用重力的作用完全可以实现液压升降平台的下降过程，无 需采用双作用液压缸，所以液压缸同样采用单作用液压缸。 液压缸的参数计算: 初选液压缸工作压力: P=3Mpa 1 液压缸的机械效率取 η=0.95 活塞杆直径与液压缸内径之比为d,D=0.5 表3—1 液压缸内径与活塞杆直径关系 按机床类型选取d/D 按液压缸工作压力选取d/D d/D d/D 机床类别 工作压力P(MPa) 0.2-0.3 0.2-0.3 磨床、研床 ?2 0.5 0.5-0.58 插床、拉床、刨床 ,2-5 0.7 0.62-0.70 钻、镗、车、铣床 ,5-7 - - 0.7 ,7 液压缸内径D和活塞杆直径d的确定: 2由公式 P•π/4•D= F/η 1MAX (F=9.045kN ;P=3Mpa;η=0.95;d,D=0.5) MAX1 解得:D=0.06358m;d=0.5*0.06358=0.03179m 依据表3—2和表3—3 圆整后，取值:D=63mm;d=32mm 表3—2 液压缸内径尺寸系列mm(GB2348-80) 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 (90) (110) 125 160 200 250 (140) (180) (220) 320 400 500 630 表3—3 活塞杆直径系列mm(GB2348-80) 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 液压缸工作行程的确定: 升降液压缸的最大升降高度为0.5m 15 (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 3 液压系统元件的计算与选取 依据表3---3选取液压缸工作行程为:250mm 表3—4 液压缸活塞行程参数系列mm(GB2348-80) 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 液压缸的活塞杆压杆稳定性校核 当液压缸活塞杆的长径比l/d<10时，不必进行压杆稳定性校核，当长径比l/d>10时，其压杆稳定性的校核需要进行校核。 由于此液压缸活塞杆的长径比l/d=7.82<10，所以不必进行压杆稳定性校核。 选取的液压缸为:工程用液压缸:HSG?L 63/32 E1101—250 液压缸的参数: 需用 液压缸最高工作压活塞杆直径 行程 内径D/mm 力 P/Mpa d/mm SI/mm 63 32 16 250 3.4 液压泵的计算与选取 3.4.1 确定液压泵的最大工作压力 P = (P1+Σ?p) P P-液压缸的最大工作压力; 1 Σ?p-从液压泵出口到液压缸入口之间总的管路损失。Σ ?p的准确计算要待元件选定并绘出管路图时才能进行，初算时可按经验数据选取:管路简单、流速不大的，取Σ?p=(0.2,0.5)MPa;管路复杂，进口有调阀的，取Σ?p=(0.5,1.5)MPa。由于系统在进油处有调速结构，所以该系统所初选取为Σ?p=1Mp。 所以液压泵的最大工作压力为P =P1+Σ?p = (3+1)Mp=4MPa P 16 (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 3 液压系统元件的计算与选取 3.4.2 确定液压泵的最大流量 Q?K(ΣQ) Pmax K-系统泄漏系数，一般取K=1.1,1.3; ΣQ——同时动作的液压缸的最大总流量 max 四柱中的单个液压缸的最大流量 223Q=A1×V=π/4•D1•0.1=3.14/4×0.050×0.1=0.0001963m/s=11.778L/min max1Max 平板上两个液压缸中单个液压缸的最大流量 223Q=A2×V=π/4•D2•0.1=3.14/4×0.063×0.1=0.0003116m/s=18.690L/min max2Max 所以液压泵的最大流量 Q=4×K× Q+ 2×K ×Q=1.13×11.778×4+1.13×18.690×2=95.476L/min Pmax1max2 3.4.3 确定液压泵选取型号 选择液压泵的规格 由上述要求，选择液压泵型号为:双作用叶片泵YB1-100 公称压力:6.3Mpa 转速:960r/min 排量:100mL/r 最大流量:96L/min 3.5 电动机的参数及其型号的选取 η-液压泵的总效率，参考表3—5取液压泵的总效率为 η=0.7 表3—5 液压泵的总效率 液压泵的齿轮泵 螺杆泵 叶片泵 柱塞泵 类型 0.6~0.7 0.65~0.8 0.60~0.75 0.80~0.85 总效率 确定液压泵的驱动功率 P=P×Q/ η PP P液压泵的最大工作压力4MPa P -33Q-液压泵的最大流量 (95.5×10)/60 m/s P 取液压泵的总效率为 η=0.7 17 (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 3 液压系统元件的计算与选取 6-3P=P×Q/ η=4×10×95.5×10/0.7×60=9.09KW PP 所以选取电机型号:Y160L-6 电动机的参数: 型额额同步转速 效功 号 定功率定电流A 转速 率 率因素 kw r/min r/min cos Φ % Y160L-6 124.6 1000 970 87 0.8 1 以上为三相异步电动机的型号及参数。 3.6 液压阀的参数及其型号的选取 根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量，来选用液压阀的型号。溢流阀按照泵的最大流量进行选用;控制阀的流量一般需要比实际流量大些。 由以上计算: 液压系统的最大工作压力为:4Mpa 最大流量:95.5L/min 四柱中的单个液压缸的最大流量 Qmax1= 11.778L/min 平板上两个液压缸中单个液压缸的最大流量 Qmax2= 18.690L/min 3.6.1 液控单向阀的选型 型号 CPG-03-50 最高压力 25.0 Mp 额定流量 40L/min 质量 3.0 kg 3.6.2 电磁换向阀的选型 为二位四通电磁换向阀，选用榆次系列电磁换向阀 型号:24DO—B10C—T* 18 (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 3 液压系统元件的计算与选取 通径:10mm 压力:14Mpa 流量:30 L/min 电源电压:交流220V 为三位三通电磁换向阀，选用选用 榆次系列电磁换向阀。 型号:33DO—B10C—T* 通径:10mm 压力:14Mpa 流量:30 L/min 电源电压:交流220V 为二位三通电磁换向阀，选用选用榆次系列电 磁换向阀。 型号:23D*—B10C—T* 通径:10mm 压力:14Mpa 流量:30 L/min 电源电压:交流220V 19 (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 3 液压系统元件的计算与选取 为二位四通电磁换向阀，选用选用榆次系列电磁换向阀。 型号:24DM—B10C—T* 通径:10mm 压力:14Mpa 流量:30 L/min 电源电压:交流220V 3.6.3 电液比例换向阀的选型 比例阀的结构形式和工作原理各不相同，选用时除了正确选择其稳态和动态指标外，还应注意一下几点:比例阀的额定流量值取决于阀芯位置和阀压差这两个参数。因此，在选用比例阀时，要正确选择比例阀的通径，已达到良好的分辨率。选择过大的额定流量值，结果会造成在速度和分辨率方面降低执行器的控制精度。较理想的阀通径是刚好可以通过执行器最大速度时的流量。 阀内含反馈闭环的比例阀其稳态特性和动态品质较不含内反馈的阀好。内含液压反馈的比例阀具有结构简单、价廉、工作可靠等优点，其滞环在3%以内，重复精度在1%以内。 比例阀与放大器必须配套。比例阀与放大器之间不超过60m。 按系统精度要求选择电液比例阀的静态品质参数。关于此项选择原则总是指标愈高愈好，如滞环要小，线性度要好，重复精度要高等，但往往没有太多的选择余地，可以通过对比几家厂家的不同产品来了解其性能的高低。动态参数指标的选择希望幅频宽和相频宽尽量大些。在其他方面，如阀的寿命、价格、供货期、售后的质量保证体系等，都是在选择阀是要考虑的因素。 20 (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 3 液压系统元件的计算与选取 选用电液比例阀为4WRA系列 型号:4WRA10EB13—10B/24* *24/M* 通径:10mm 最大工作压力:16Mpa 最大流量:13 L/min 过滤精度:?20 滞环: < 5 重复精度:< 2 —3dB频宽/Hz:4 电源类型:直流 名义电压:24 配套放大器(24V桥式整流):VT—3014S30 生产厂:北京华德液压集团有限责任公司 3.6.4 溢流阀的选型 型号规格 YF—L20B 通径 20mm 额定流量 100L/min 调压范围 0.5—7 Mp 型号规格 DBD—H6P 通径 6mm 额定流量 50L/min 调压范围 2.5 Mp 3.6.5 分流集流阀的选型 选用自调式分流集流阀 型号:3FJL2—L20—130H 额定流量:20—130L/min 公称压力:20Mpa 同步精度/%:1—3 3.7 油管管径的确定 液压系统中，常用的油管有钢管，铜管，耐油橡胶管和塑料管。其特点和适用 范围: 21 (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 3 液压系统元件的计算与选取 钢冷拔无缝钢管，适用压力为25~32Mpa，它耐高温，高压，刚性好，不易弯曲。 紫铜管用于压力小于10Mpa，黄铜管用于可承受较强压力(25Mpa)，紫铜管抗震能力弱，易氧化，是贵重 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 ，尽量少用。 橡胶管用于连接有相对运动的液压件。由耐油橡胶夹以1~3层钢丝编织网或钢丝缠绕而成，层数越多，耐压越高。特点是装拆方便，能吸收液压冲击，但是价格贵，寿命短。 塑料管用于回油路或者泄油路，耐压0.5Mpa。其特点是装拆方便，价廉，但是只能用于低压，不耐高温。 2根据流经管内的流量确定管子的内径πd/4=Q/v Q-流过管道的流量;v-管道中许可的流速; 3其中Q=0.0001963m/s 根据《液压传动系统》可知;装有过滤器的吸油管路许可流速范围0.5~1.5m/s; 液压系统压油管道许可流速范围3~5m/s; 液压系统回油管道许可流速范围2~3m/s; 取吸油管路流速1m/s，压油管道流速4m/s，回油管道流速2.5m/s 通过计算得 升降吸油管路d=15.8mm; 升降压油管路d=7.9mm; 升降回油管路d=10mm; 所以;根据标准管道内径 液压系统硬管外径和软管内径尺寸系列 表3—6 硬管外径尺寸系列(GB/T2351—1993) mm 4，5，6，8，10，12，(14) ，16，(18) ，20，(22) ，25， 28，32，(34)，38*，40，(42)，50 注:1.括号内数值为非优先选用值。 2.(*)仅用于法兰式连接。 22 (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 3 液压系统元件的计算与选取 表3—7 软管内径尺寸系列(GB/T2351—1993) mm 2.5 ，3.2，5，6.3，8，10，12.5，16，19*，20，(22)* 25，31.5，38*，40，50，51* 注:1.括号内数值为非优先选用值。 2.(*)仅用于气压。 取升降吸油管路d=16mm; 取升降压油管路d=10mm; 取升降回油管路d=10mm; 根据综合工况的考虑，选取油管为钢丝编制胶管。 3.8 蓄能器的选择 采用弹簧加载式蓄能器 (1)利用弹簧的压缩和伸长来存储和释放压力能量。 (2)结构简单，反应灵敏。 (3)供小容量、低压(<1.2Mpa)回路储能及缓冲之用，不适合用于高压或高频的系统。 (4)使用寿命取决于弹簧的寿命。 (5)输出能量时压力随之降低。 3.9 压力表的选择 压力表 型号 YXC-150 测压范围:0-25Mpa 3.10 液压系统油箱的设计计算 油箱的容积是油箱的最基本参数，是设计油箱的关键。油箱不仅应可以储存必须的油量，而且还应该具备当液压回路中的油回到油箱时也不至于溢出的储备空间，以及在最低油面时维持吸油口滤油器不致吸入空气的足够油量。油箱的容量通常为液压泵额定流量的3—5倍。对于大的固定设备或空间、面积不受限制及没有冷却装置需要依靠油箱散热的设备，应该选择较大值。当液压系统高峰流量需要油箱液面下降到最低点时，液面应高于泵的吸油口75mm或1.5倍的管径，两者选最大 23 (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 3 液压系统元件的计算与选取 值。油箱液面达到最高位时，油箱还应有10%的附加容量(液面以上的空气容量)，用以形成与大气接触的自由液面，供热涨和空气从液体中分离之用。 油箱有效容积计算 合理确定油箱容量是保证液压系统工作的重要条件，根据经验公式:有效容积V0=α•Q V0-油箱容量，单位为L; Q-液压泵总额定流量，单位为L/min; α-经验系数，其数值取值如下: 一般液压系统α=2-5;升降平台液压系统液压泵最大流量为95.5 L/min 3 所以，升降平台液压系统油箱有效容积V0=α?Q=2×95.5=0.191 m 由于表3—8知 可得出油箱容积选为160L 表3—8 油箱容积量 JB/T7938—1999 (L) 4 6.3 10 25 40 63 100 160 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 3150 4000 5000 6300 由于液压缸的总体上升时间与各自液压缸的容量可以初步估算，该油箱的容积选用足够。 3.11 液压系统性能验算 液压系统初步设计是在某些初步估计参数的情况下进行的，当各回路形式、液压元件及联接管路等完全确定以后，针对实际情况需要对所设计的系统进行各项性能分析。对一般液压传动系统来说，主要是进一步确切地计算一下液压回路各段压力损失、容积损失及系统效率，压力冲击和发热温升等。根据分析计算发现问题，对某些不合理的设计要进行重新调整，或采取其他必要的措施。 3.11.1 液压系统压力损失的计算 压力损失包括管路的沿程压力损失?p1，管路的局部压力损失?p2和阀类元件的局部损失?p3，总的压力损失为 24 (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 3 液压系统元件的计算与选取 ?p=?p1+?p2+?p3 计算系统压力损失，必须知道管道的直径和管道的长度。液压系统管道为 d=8mm，长度定为1m，通过最大流量为95.5L/min，油液的运动粘度r=65mm/s.运动 33油液密度ρ=0.9174×10kg/m 先判断流动状态,由雷诺数: 2-32V=4Q/πd=4×95.5×10/π×0.01×60=11.51m/s -5 R=Vd/r=11.51×0.01/6.5×10=1770 e 此雷诺数为最大雷诺数。因为最大的R小于临界雷诺数(2000)，所以油在油e 管中流动状态为层流状态，所以对于圆管层流，其沿程阻力系数: λ=64/Re=64/1770=0.036 根据达西公式: 22Hf=λLv/2gd=0.036×1×11.51/2×9.8×0.01=2.11m 3?p1=ρgh=0.9174×10×9.8×2.11=0.018Mpa 管路的局部压力损失?p2很小，常按照?p2=0.1?p1，计算得 ?p2=0.0018Mpa 各个阀件的压力损失查样表可得: 液控单向阀为0.2Mpa 电液换向阀为0.3Mpa 电磁换向阀为0.3 Mpa 所以，液压系统的压力损失为: ?p=?p1+?p2+?p3=0.018+0.0018+0.2+0.3+0.3=0.8198Mpa 因为0.8198Mpa,初估的1 Mpa，表明系统按照当初压力来计算符合验算情况。 3.11.2 液压系统发热温升的计算 液压传动系统工作时除执行器驱动外负载输出的有效功率外，其余全部以热量形式损失掉了，其中包括液流的沿程压力损失，局部压力损失，各部件的机械损失等。这些损失的能量都转化成了热量，使油温升高，从而使油液的物理性能发生变化，影响液压系统正常工作。为了保证液压系统有良好的工作性能，应进行系统的发热计算，并采取措施，使油液温宿保持在正常范围内。 液压系统发热温升计算 25 (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 3 液压系统元件的计算与选取 该系统的使用频率低，工作运行时间短。由于该系统的使用工况，系统的发热温升有充足的时间散热，所以对系统的影响可以忽略不计。 26 (大量全套机械专业毕业设计联系qq1557217005) 4 液压同步升降平台的机械结构设计 4 液压同步升降平台的机械结构设计 液压同步升降平台的机械结构多种多样，有四轮移动式升降平台，车载式升降平台，固定式升降平台，套缸式升降平台，四柱式升降平台，两柱式升降平台，剪叉式升降平台等各种机械结构，而且采用不同的机械结构可以实现不同升降方式，满足不同的、特定的工作方式和工作环境。 4.1 液压升降平台机械结构的设计理念 此次设计的液压升降同步平台是为满足在轿车维修行业中所使用的升降平台。为考虑维修工人在汽车检修时的方便和舒适，需要将汽车举升一定的高度，而且此种使用工况，大部分要求液压升降平台是固定的，所以采用固定的液压升降平台。设计将四个液压缸同时可以固定在地基上，为考虑液压缸的本身特性和升降高度，可以在维修车间挖一个坑式的地基，将四个液压缸充分牢固的通过地脚螺栓固定在地基上。为了能够对汽车底盘的检查与维修，液压升降的平台不可以设计为整个平板固定在四个液压缸上的底架上，为考虑周全，本人设计的机械结构为可以满足四轮放置，而中间中空的平台结构，这样不仅可以满足维修的要求，而且还节省了一部分材料，并使结构更加简单美观。考虑到汽车如果有需要将车身整体脱离平台而悬空的使用工况，例如检修时需要将车轮卸下，或者需要换装轮胎等等，都需要满足整体车身的全部托起，为此，本次设计在两个平板上各自设置了另一套升降装置，以利于利用此升降装置将汽车底盘托起，实现车体的整体悬空。为考虑将汽车整体开上平台上，托起汽车的升降装置固定与平板上，并且可以利用剪叉是结构到达升降高低。采用此结构最大的优点是可以在不需要托起汽车底盘时将此结构缩回到平板内部，使整体结构美观、实用。为满足汽车在平台上不打滑而平稳的在平台上放置，在平板上放置防滑板进行防滑。 4.2 液压升降平台机械结构的Pro/E三维模型的设计 本次设计采用理论设计方式进行设计，为了使机械结构更加直观、美观的展现设计的目的，本次设计完全采用高级三维建模软件Pro/E进行模型设计，利用Pro/E软件的优点，将汽车维修液压升降平台的机械结构部分通过零件建模，然后将各自零件进行装配，最后设计成为一款形象、直观的三维机械结构设计模型。 机械结构三维模型设计的总体装配图，如图2所示: 27 4 液压同步升降平台的机械结构设计 图2 机械结构总体装配图 机械结构三维模型设计的总体装配图的各种视角所得到的效果图，如图3、4、5所示: 视角一 28 4 液压同步升降平台的机械结构设计 图3 视角二 图4 视角三 29 4 液压同步升降平台的机械结构设计 图5 通过不同的视角的观察，可以更加充分的展现机械结构的设计效果，可见，采用Pro/E软件的三维设计具有很强大，更为直观效果功能，可以令设计的结构产品一目了然。 为了更加清晰的展现平板上两个液压缸是如何固定在平板上实现功能的，以下将平板上的两个液压缸固定在平板上的局部放大图做一展示，如下图6所示: 30 4 液压同步升降平台的机械结构设计 图6 机械结构局部图 从上图不但可以清晰的观察到平板上的两个液压缸固定在平板上的局部结构，而且可以清楚地看到车轮所在的平台板上设计了防滑板，以利于汽车在平台上的防滑功能，更好的优化了升降平台的设计结构的优点。 31 5 液压升降平台的电气控制部分的设计 5 液压升降平台的电气控制部分的设计 液压升降平台所要实现的运动过程如下所述: 液压升降平台总电源的开启，然后启动电机。在上升的过程中，通过摇杆开关可以分别控制四缸、两左缸、两右缸、两前缸、两后缸的分别同步上升，也可以控制两中间缸的同步上升，以及蓄能器的充能。当达到预上升的指定位置时，可以停止电机的运转。当需要平台的相应下降功能时，无需在重新启动电机，可以直接控制蓄能器的放能来通过摇杆开关来实现分别控制四缸、两左缸、两右缸、两前缸、两后缸的分别同步下降，也可以控制两中间缸的同步下降。 5.1 液压平台的电气控制系统 5.1.1 电液比例阀的位置控制系统 可编程控制器(PLC)是一种工业控制计算机，是继承计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。它具有抗干扰能力强，价格便宜， 可靠性强，编程简单，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地使用。 本设计是基于比例换向阀的液压缸活塞杆位置控制系统，即利用PLC产生的控制信号驱动电液比例阀来控制液压缸的准确定位。图为电液比例位置控制系统计算机控制框架图，位移传感器将液压缸活塞杆输出的位移反馈信号经A/D转换为数字信号送入计算机，在PLC内与给定的信号进行比较，并按照设定的控制算法计算后输出控制信号，经过D/A转换为模拟电压或者电流信号控制电液比例阀的阀芯位置，从而控制液压缸内流量的输送，驱动液压缸，实现带负载活塞的位置控制,整个系统构成闭环控制，从而实现精确定位。下图7为电液比例位置控制系统。 图 7 电液比例位置控制系统 32 5 液压升降平台的电气控制部分的设计 5.1.2 液压控制系统的设计 本次设计为了实现四个升降液压缸，以及两个组合的升降液压缸的升降同步精度，实现的方法是采用这几个液压缸通过采用电液比例方向阀来控制阀的流量。通过相同的位移传感器同时检测各个液压缸的位移量，采用西门子PLC控制实现同步，具体是通过采用模拟量的PID控制其余各个控制液压缸的电液比例方向阀的开度，来追踪摸一个设定缸的位置，设定值就是用设定好升降开度的液压缸的高度，反馈值就是其余各个液压缸的高度，输出值就是控制各个比例阀的阀口开度，从而实现各个组合缸的升降精确同步。 图8 PID控制系统 PID控制器器是比例-积分-微分控制的简称。在闭环控制系统中，PID调节器的控制作用是使系统稳定的前提下，偏差最小。 在连续系统中，PID控制器输入输出都是时间的函数，其运算关系为: t M(t),K，e，Kedt，M0，K，de,dtCCC,0 式中，第一项为比例项，最后一项为微分项，中间两项为积分项。e是给定值与被控制变量之差，即回路偏差。Kc为回路的增益。为了便于计算机处理，需要将连续函数通过周期性采样的方式离散化，公式如下: Mn,Kc*(SPn,PVn)，Kc*(Ts/Ti)*(SPn,PVn)，MX，Kc*(Td/Ts)*(PVn,1,PVn) 公式中的参数，用来进行PID运算的监视和控制，在PID指令的使用时候，构成回路表。 33 5 液压升降平台的电气控制部分的设计 5.1.3 PLC的选择 选择西门子的S7-200 PLC。 西门子的S7-200 PLC能够进行实现PID控制。S7-200PLC的CPU最多可以支持8个PID控制回路(8个PID指令功能块)。 PID是闭环控制系统的比例-积分-微分控制算法。 PID控制器根据设定值(给定)与被控对象的实际值(反馈)的差值，按照PID算法计算出控制器的输出量，控制执行机构去影响被控制对象的变化。 在PID控制算法中，有几个关键的参数Kc(增益)，Ti(积分时间常数)，Td(微分时间常数)，Ts(采样时间)。 在S7-200中PID功能是通过PID指令功能块的实现，通过定时(按照采样时间)执行PID功能块，按照PID运算规律，根据当时的给定，反馈，比例-积分-微分数据计算出响应的输出控制量。 由于PID可以控制温度，流量，压力等等许多对象，他们各自都是由工程量表示，因此有一种通用的数据表示方法才能被PID功能块所识别。S7-200中的PID功能使用占调节范围的百分比的方法抽象地表示被控制对象的数值大小，在实际工程中，这个调节范围往往被认为与被控制对象(反馈)的测量范围(量程)一致。 S7-200的PID指令如图9。 图9 PID指令图 指令中TBL是回路表起始地址，LOOP是回路编号。编译时，如果指令制定的回路表起始地址或回路号超出范围，将产生编译错误。 S7-200的PID指令回路表如下图10。 34 5 液压升降平台的电气控制部分的设计 图10 PID指令的回路表 对模拟量的控制选用的是EM235模拟量模块和EM232模拟量模块 如图11所示为模拟量I/O组合模块EM235(4路模拟量输入，1路模拟量输出)I/O连接示意图。24VDC电源正极接入模块左下方L+端子，负极接入M端子。EM235模块的上部端子排位标注A,B,C,D的四路模拟量输入接口，可分别接入标准电压，电流信号。为电压输入时，如A口所示，电压正极接入A+端，负极接入A-端，RA端悬空。为电流输入时，如B口所示须将RB与B+短接。然后与电流信号输出端相连，电流信号输入端则接入B-接口。若4个接口未能全部使用，如C口所示，未用的接口要将C+与C-端用短路子短接，以免收到外部干扰。下部端子为一路模拟量输出的3个接线端子MO,VO,IO,其中MO为数字接地接口，VO为电压输出接口，IO为电流输出接口。若为电压负载，则将负载接入MO，VO接口若为电流负载则接入MO，IO接口。 如图12所示为模拟量I/O组合模块EM232(2路模拟量输出)I/O连接示意图。EM232模块有两路模拟量的输出，电源为24V直流，并设有接地接口。 35 5 液压升降平台的电气控制部分的设计 图11 EM235模拟量控制模块接线图 图12 EM232模拟量控制模块接线图 36 5 液压升降平台的电气控制部分的设计 EM235常用的技术参数如图13: 模拟量输入特性 4 模拟量输入点数 输入范围 电压(单极性)0—10V 0—5V 0—1V 0—500Mv 0—100mV 0—50mV 电压(双极性)10V 5V ,, 2.5V 1V 500 mV ,,, 250 mV 100 mV 50 ,,, mV 25 mV , 电流输入:0—20mA 数据字格式 双极性-32000—+32000 单极性0—32000 分辨率 12位A/D转换器 模拟量输出特性 1 模拟量输出点数 信号范围 电压输出,10 电流输出:0—20mA 数据字格式 电压-32000—+32000 电流0—32000 分辨率电流 电压12位 电流11位 图表13 EM235模拟量模块的常用技术参数 EM232常用的技术参数如图14: 模拟量输出特性 2 模拟量输出点数 信号范围 电压输出,10V 电流输出:0— 20mA 数据字格式 电压-32000—+32000 电流0—32000 分辨率全量程 电压12位 电流11位 精度 最差情况 ,电压输出 满量程的2% ,电流输出 满量程的2% 37 5 液压升降平台的电气控制部分的设计 典型情况 电压输出 满量程的0.5% , 电流输出 满量程的0.5% , 稳定时间 100us 电压输出 2ms 电流输出 图表14 EM232模拟量模块的常用技术参数 5.2 液压平台的电气控制梯形图 5.2.1 控制系统的I/O分配 在控制系统中需要对输入输出I/O点进行必要的分配，I/O点分配入图表15所 示: 输入 输出 I0.0 Q0.0 电机启动按钮 电机接触器KM I0.1 Q0.1 电机停止按钮 电磁换向阀Y1 I0.2 Q0.2 四缸上升 电磁换向阀Y2 (摇杆上位) I0.3 Q0.3 四缸下降 电磁换向阀Y3 (摇杆下位) I0.4 Q0.4 两前缸上升 电磁换向阀Y4 (摇杆上位) I0.5 Q0.5 两前缸下降 电磁换向阀Y5 (摇杆下位) I0.6 Q0.6 两左缸上升 电磁换向阀Y6 (摇杆上位) I0.7 两左缸下降 (摇杆下位) I1.0 两后缸上升 (摇杆上位) I1.1 两后缸下降 (摇杆下位) I1.2 两右缸上升 (摇杆上位) I1.3 两右缸下降 (摇杆下位) I1.4 两中间缸上升 (摇杆上位) 38 5 液压升降平台的电气控制部分的设计 I1.5 两中间缸下降 (摇杆下位) I2.0 行程开关1 I2.1 行程开关2 I2.2 行程开关3 模拟量 输入 输出 AIW0 第一缸输入 AIW2 AQW0 第二缸输入 第二缸比例阀 AIW4 AQW2 第三缸输入 第三缸比例阀 AIW6 AQW4 第四缸输入 第四缸比例阀 图表15 I/O分配 5.2.2 电气控制的梯形图 在PID控制编程时，回路输入量需要的转化及标准化 每个PID控制回路有两个输入量:给定值和过程变量。他们都是实际的工程量，取值范围和测量单位都会不同，因此在进行PID运算前，要把实际测量输入量，设定值和回路表中的其他输入参数进行标准化处理，即用程序把他们转化为PLC能够识别和处理的数据，其步骤为: 将工程实际值由16位整数转化为实数。然后，将实数格式的工程实际值转化为0.0-1.0之间的无量纲相对值，即标准化值。标准化实数又分为双极性(围绕0.5上下变化)和单极性(以0.0为起点在0.0和1.0之间的范围内变化)两种。通常单极性取值32000，双极性取值64000。 在对模拟量进行PID运算后，输出值是在0.0-1.0范围的标准化值，为了能够驱动模拟量的负载，实现模拟量的控制，还必须将其转化为工程实际值。 但是，在S7—200PLC中对PID控制程序的编制，可以直接通过PID程序编程向导直接编制程序，这使得PID程序的编制更为方便。 下面为液压平台的电气控制系统梯形图的编制: 39 5 液压升降平台的电气控制部分的设计 40 5 液压升降平台的电气控制部分的设计 41 5 液压升降平台的电气控制部分的设计 42 5 液压升降平台的电气控制部分的设计 43 5 液压升降平台的电气控制部分的设计 44 5 液压升降平台的电气控制部分的设计 下图为在Step7软件中所用pid程序编制向导编制的子程序和主程序所要调用的子程序: 45 结 论 结 论 本设计的汽车维修液压同步升降平台系统综合运用了液压技术，比例控制技术和plc技术等的相关知识，主要采用了液压和控制相结合而总体设计的。在三维结构上体现了Pro/E三维设计的优点，使结构更为形象直观。 该设计的优点可以 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 如下: (1)设计可以满足汽车维修所要求的两前轮、两左轮、两后轮、两右轮以及四轮同时上升的同步功能。 (2)设计采用自动控制，使得系统的精度更高，响应快速稳定。 (3)设计中的机械结构采用三维Pro/E软件进行设计，可以是机械机构更加形象直观。 (4)在液压系统原理图的设计中，采用蓄能器依靠重力的驱动驱使平台下降，可以节省电机的频繁启停，节约能源。 (5)设计实现了机电液控制的综合应用技术，在应用中广泛使用。 46 参考文献 参考文献 [1] 张利平. 液压控制系统及设计. 北京: 化学工业出版社. [2] 杨培元.液压系统设计简明手册[M].北京:机械工业出版社 2008:1-180 [3] 成大先.机械设计手册液压传动单行本(第五版)[M].北京:化学工业出版社 2008:28-125 [4] 朱新才.液压传动与气压传动[M].北京:冶金工业出版社 2009:6-170 [5] 罗艳蕾.液压同步回路及同步控制系统实现的方法[J]. 液压与气动，2004(4) [6] SDR SDRAM Controler White Paper. Altera Corporation，August 2002. [7] Huang S J, Huang K S, Chiou K C. Development and application of a novel radial basis function sliding mode controller [J]. Mechatronics, 2003, 13 (4):313-329. [8] 王春行. 液压伺服控制技术[M]. 北京:机械工业出版社，1980. [9] 吴根茂，邱敏秀，王庆丰等. 实用电液比例技术[M]. 杭州:浙江大学出版社 [10] 雷天觉. 液压工程手册. 北京:机械工业出版社. 1990. [11] 西门子STEP 7编程手册 《西门子(中国)有限公司》 2003.3 [12] 西门子工业通讯网络及现场总线手册《西门子(中国)有限公司》2002.2 [13] 杨文生.液压与气压传动.电子工业出版社.2007.8 [14] 路甬祥. 液压气动技术手册[M] . 北京:机械工业出版社, [15] 施光林，史维祥，李天石(液压同步闭环控制及其应Pd[J](机床与液压，1997，(4) [16] 机械设计手册 单行本 液压传动与控制 (2007年第四版 机械工业出版社) [17] 机械工程师手册 [18] 吴振顺(液压控制系统(高等教育出版社(2008(5 [19] 关景泰(机电液控制技术(同济大学出版社(2003(2 [20] 李道霖(电气控制与PLC原理及应用(电子工业出版社(2004(8 [21] 张普礼(机械工程手册(北京:机械工业出版社(1992(5 47 致 谢 致 谢 紧张的毕业设计即将接近尾声，我在这次设计中收获了很多。这次设计对于我们每一位即将走向工作岗位的学生来说都是非常重要的。这不仅是我们在这四年里所学过的知识进行综合运用，而且是将我们所学的知识应用于实践的一次检验。通过这次毕业设计，我将大学四年所学的知识进行了一次系统的学习总结，加深了对所学知识的掌握，提高了我们对所学的知识的合理运用的能力，同时也发现了自己知识的弱点和薄弱环节，并及时地加以改正和补充。也使我的知识系统更加的完善。 毕业设计是对大学四年所学知识及个人能力的一次综合检验，既巩固了原有知识，又拓宽了知识面，加深了对机械设计和液压控制系统的认识，也了解了当今世界机械工业的发展趋势，更进一步学习了有关液压控制的相关知识，学到了许多未曾接触过的知识，增强了自己的学习能力和逻辑思维能力。我在设计过程中，不仅应用了以前所学过的相关专业知识，同时还查阅了大量的相关资料和文献，还自学了PRO/E，使我对这一领域有了初步的了解和认识。在整个设计过程中，我在现有技术基础之上又充分地发挥了自己的创造和思维能力，使此设计更加的完善。能将自己学习的理论知识真正运用到实际中，让理论真正的得到检验，这对我们每个人来说都是一个十分宝贵而难得的机会。对实际中出现的问题用理论解决的能力，也是我们在今后走向工作岗位所十分需要的。通过设计培养了我思维严谨、精益求精、认真对待问题的工作态度，使我明白在实际中来不得半点马虎。 由于实际设计的经验不足、相关的专业知识缺乏、设计水平也是有限的，在设计上还存在着许多的不足。在此感谢指导教师王子文老师给予的充分指导，并提出了许多的宝贵意见，及时地改正了许多设计中的错误，使我的设计更加的合理、完善，再次向王老师表示深深的谢意。同时也感谢和我一块学习的同学能在繁忙的设计工作之余给予我很多建议和帮助。 短暂而充实的大学的生活即将结束，在这四年的学习和生活中，全体老师的严谨的教学作风和忘我的敬业精神使我深深地受到了感动。老师们的言传身教培养了我良好的学习态度。各位老师教给我的知识将伴随我以后的工作生涯。老师的教诲我将牢记在心中，在今后的学习和工作中我会更加努力地拼搏，不辜负各位老师的期望和厚爱，再次对老师们的教导和辛勤劳动表示万分感谢。 48 附 录 附录A 液压升降平台的设计图纸 1. 液压同步系统原理图的设计图 2. 电气控制系统图 3. 机械结构三维图 4. 软件流程图 49