1、 毕 业 设 计 （ 论 文 ）中 文 题 目 ： 无 线 遥 控 液 压 升 降 平 台 的 设 计英 文 题 目 ： The Design of Wireless Remote Control Hydraulic Lift Platform学 院： 机械与电子控制工程学院专 业： 机械工程及自动化学生姓名： XXX学 号： 07221076指导教师： 姜虹2011 年 6 月 10 日 北京交通大学毕业设计（论文） 第-I- 页-I-中文摘要本液压升降平台采用无线遥控，以提高设备操控的自由化和灵活性。其次，本液压升降平台的四个支腿臂的内外伸缩臂设计采用液压缸驱动，提高了平台的工作效率。最后
2、设计过程采用有限元分析的方法，对零部件进行强度校核，优化了零部件的结构。本设计针对现有的各种液压升平台比较分析，重点是在传统的结构设计的基础上加以有限元分析，通过有限元分析寻找到设计中的薄弱环节，为优化设计提供良好的指引；改进一般液压升降平台的线控方式为无线电遥控方式，无线电遥控采用单路八通道遥控方式；在原有液压升降平台的基础上，改进人工拖动液压升降平台的支撑腿为液压缸驱动。最后本设计完成了一些部件工程图的绘制和有限元分析后的优化，取得了预想的效果，有较好的市场前景。关键词： 液压升降平台，无线电遥控，有限元分析，传感器全套图纸加 153893706北京交通大学毕业设计（论文） 第- II-页
3、-II-AbstractThe hydraulic lifting platform of a wireless remote control is to enhance the self-control equipment and flexibility. Secondly, the four outrigger arms of the hydraulic lifting platform use the design of the internal and external telescopic boom driven by hydraulic cylinders, saving huma
4、n resources, improving the efficiency of the platform. Designing process use finite element analysis, to check the strength of parts and components, and to optimize the structure of the parts.This design uses the method of reverse engineering and comparing with the various existing hydraulic platfor
5、m or, focusing on the traditional design of the structure on the basis finite element analysis, the general improvement of the hydraulic lifting platform for radio-controlled wire way. A radio-controlled remote control one-way four-lane way in the original hydraulic lifting platform on the basis of
6、improving the artificial drag hydraulic lifting platform for the support legs hydraulic cylinder drive.The design has finally finished the engineering drawings of some important parts and optimization conducted by the results of the finite element analysis and achieved the desired effect, which has
7、a bright market prospects.Keywords: hydraulic lifting platform; radio control; finite element analysis; sensors monitor北京交通大学毕业设计（论文） 第-1- 页-1-目 录中文摘要 IAbstractII第 1 章 绪论 11.1 液压升降平台在机械工业中应用及相关技术概况 11.1.1 液压升降平台在机械工业中的应用 21.1.2 有限元分析的发展现状 21.1.3 遥控技术的概述 31.1.4 传感器技术 51.2 本课题研究的目的及意义 6第 2 章 液压系统的方案设计
8、 72.1 确定回路方式 72.2 选用液压油液 72.3 初定系统的压力 82.4 选择执行元件 82.5 确定液压泵的类型 82.6 确定调压方式 82.7 选择换向回路 92.8 平衡回路的选择 92.8.1 采用单向顺序阀的平衡回路 102.8.2 采用液控单向阀的平衡回路 102.8.3 采用远控平衡阀的平衡回路 102.9 液压系统原理图 11第 3 章 液压系统参数计算及选型设计 133.1 液压缸的设计 133.2 液压泵的设计 153.2.1 齿轮泵的参数计算 163.2.2 齿轮泵的选型设计 173.2.3 齿轮泵使用说明和常见故障 183.3 电动机的选择 183.4 液
9、压元件的选择 193.4.1 溢流阀的选用 193.4.2 电磁换向阀的选用 223.4.3 手动换向阀的选用 243.4.4 液控单向阀的选用 253.4.5 平衡阀的选用 27北京交通大学毕业设计（论文） 第-2- 页-2-3.4.6 滤油器的选用 283.4.7 管路的选用 313.4.8 油箱的选用 34第 4 章 遥控液压升降平台结构设计 364.1 遥控液压升降平台内外绞板的设计 364.2 遥控液压升降平台底盘的设计 39第 5 章 液压升降平台的 C 语言编程受力分析 43第 6 章 遥控液压升降平台有限元分析 48第 7 章 液压升降平台遥控系统的设计 53结 论 56致 谢
10、 57参考文献 58附录一：中文翻译 60附录二：外文原文 67北京交通大学毕业设计（论文） 第-1- 页-1-第 1 章 绪论液压升降平台是一种广泛用于工厂、商店、机关及建筑装修行业,物流产业及机械加工产业的作业工具 1。液压升降平台作为一种起重设备，从 50 年代初创建至今，已经形成了一定的生产规模、具备了一定的技术水平、也基本形成了比较完整的设计、生产、销售体系，能基本满足国民经济对该设备的需求。目前国家继续实施的财政政策，拉动着我国基础设施建设的高速发展，而起重设备作为国民经济的重要基础设备广泛应用于经济建设的各行各业，如冶金、煤炭、化工、电力、交通和制造等产业 2。随着现代科学技术的
11、迅速发展，工业生产规模的扩大和自动化程度的提高，起重机在现代化生产过程中应用越来越广，作用也愈来愈大，对起重机的要求也越来越高。液压升降平台正朝着大型化、高速度、人性化、环保性、通用产品小型化、零部件的模块化和多样化及安全监察制度化与规范性方向发展。1.1 液压升降平台在机械工业中应用及相关技术概况液压升降平台的发展与液压技术的发展是密切相关的,随着液压技术的发液压升降平台也在不停的向前发展。液压升降平台作为起重机械在我国由于起步较晚有几个令人担忧的因素。（1）整体技术含量偏低，突出表现在钢结构件制作材料和电气控制系统水平较低；（2）规模化发展不够，突出表现在低水平重复建设严重，造成资源浪费，
12、专业化发展严重滞后；（3）恶性竞争严重，合理利润难保，并造成安全措施投入极少，北京交通大学毕业设计（论文） 第-2- 页-2-事故率居高不下。不过由于今几年中过液压技术、电控技术、传感技术等技术的迅速发展，以上情况得到了很大的改善。液压升降平台由于制造成本不高，应用广泛在我国也获得了很大的发展前景和发展潜力。1.1.1 液压升降平台在机械工业中的应用液压升降平台以用于垂直搬动为主；对于移动式则可兼做水平搬运用。用途十分广泛，如配合机床加工作业、对卡车装货、用于车辆设备的底部安装作业、在仓库的货架巷道内行走存取货物、高处作业以及协助加工作业等。液压升降平台的主要机构有：剪刀连杆，连杆互相用销轴连
13、接成剪刀状，是实现升降动作的主要构件；台板，上台板用于放置物件，下台板用于连接个部构件；油缸部件，由油缸、活塞杆作成，油缸底端与剪刀连杆底梁铰接，活塞杆上端与剪刀连杆上梁铰接；驱动装置，有电机、油泵、阀、油箱和脚踏开关等组成 3。液压升降平台根据剪刀连杆的层数有 15 曾之分；根据有刚个数，有 1、2、4 缸之分；按驱动装置安装位置分，有随机操纵和遥控之分；按有无附装车轮分，有固定式与移动式。此外，其中量有自数百公斤直至数十吨；提升高度有子数百毫米至数米。建议也可不设动力驱动装置，而采用手动泵或脚动泵。1.1.2 有限元分析的发展现状有限元分析（FEA，Finite Element Analy
14、sis）的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然北京交通大学毕业设计（论文） 第-3- 页-3-后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，
15、但作为一种方法而被提出，则是最近的事。有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。1.1.3 遥控技术的概述什么是无线遥控哪？遥控就是对被控对象进行远距离控制，并使被控对象按指令动作。无线电遥控的任务是将各种控制指令变成电信号，传到接收端，对被控对象或各种过程进行远距离控制。遥控系统多种多样，可按不同的方法分类。按被控对象的控制特性和控制信
16、号的特性分为两类，一类是对被控对象的状态进行单一的通断控制，成为开关型控制。其控制指令的电信号只有两种状态，如脉冲信号的有无，数字信号的“1”，与“0”，电平的上限值和下限值，鉴宽脉冲的宽与窄等。另一类是对被控对象的状态进行连续控制，成为比例控制。例如比例调速电动机的控制，其信号不是有与无的问题，是控制指令随着时间变化的问题。按通道分类有单通道和多通道。多通道分为北京交通大学毕业设计（论文） 第-4- 页-4-单路多通道和多路多通道。将通行指令的“道路”叫做通道。每个遥控指令都有自己的通道。只有一个通道的无线电设备叫做单通道遥控设备，将两个和两个以上通道的无线遥控设备的控制叫做多通道遥控。多通
17、道遥控示意图如图 1-1 所示。它有 n 个通道，发端有 n 个操作开关，可发出 n 个控制指令，有 n 个执行电路，可控制 n 执行机构。中中中中中中中中中中中中中中中中 中中中中中中中中中中中1中中中中2中中中中31中2中3中图 1-1 多通道遥控示意图多通道遥控又分为单路多通道和多路多通道。单路多通道是指同一时间只准发射一个控制指令。即不同路的指令只能一个一个的发射，它的的执行机构也只能一个一个的执行；多路多通道指在同一时间内同时发送多个控制指令，它的执行机构在同一时间内执行或动作。多路多通道的无线遥控设备在多个通道同时工作时，在空间也具有相同路数的无线电波传播通道。无线发射机，接收机和
18、执行机构成为无线电遥控设备。发射电路的主要作用是将信号调制到高频信号上，并有天线发射出去。接受电路对收到的信号进行放大，解调，并由译码电路译出指令信号，驱动执行机构动作。天线是一种能量转换器。它可以将发射机馈给的高频电能转化为向空间辐射的电磁波能；也可以将空间传播的电磁波能转化为高频电能，输送给接收机。前者为发射天线，后者为接受天线。在无线遥控中常见北京交通大学毕业设计（论文） 第-5- 页-5-的有线状天线，阵列天线和广口天线。根据要求进行选择天线。小型和近距离遥控设备常用磁性天线，鞭状天线，折合振子天线。中、大 型或远距离传输的遥控设备常用八木宇田引向天线，螺旋天线，抛物面天线；超高频和微
19、波天线常采用四分之一波长振子天线，开槽天线或印制振子天线等。国家对无线电爱好者使用的业余频段有严格控制规定。遥控比赛常用的业余频段有2738MHz，4048.5MHz，72.5574.55MHz，150.5167MHz。由于27MHz 和 40MHz 的频段频率较低，制作和调试方便，深受遥控模型制造者的青睐，其应用广泛。1.1.4 传感器技术传感技术同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱。从仿生学观点，如果把计算机看成处理和识别信息的“大脑” ，把通信系统看成传递信息的“ 神经系统 ”的话，那么传感器就是 “感觉器官”。传感技术是关于从自然信源获取信息，并对之进行处理（变换）和识别
20、的一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及传感器（又称换能器）、信息处理和识别的规划设计、开发、制建造、测试、应用及评价改进等活动。获取信息靠各类传感器，它们有各种物理量、化学量或生物量的传感器。按照信息论的凸性定理，传感器的功能与品质决定了传感系统获取自然信息的信息量和信息质量，是高品质传感技术系统的构造第一个关键。信息处理包括信号的预处理、后置处理、特征提取与选择等。识别的主要任务是对经过处理信息进行辨识与分类。它利用被识别（或诊断）对象与特征信息间的关联关系模型对输入的特征信息集进行辨识、比较、分类和判断。因此，传感技术是遵循信息论和系统北京交通大学毕业设计（论文） 第-6- 页-6-
21、论的。它包含了众多的高新技术、被众多的产业广泛采用。它也是现代科学技术发展的基础条件，应该受到足够地重视。1.2 本课题研究的目的及意义本设计采用无线遥控，提高了设备操控的自动化和灵活性。其次，本液压升降平台的四个支腿臂的内外伸缩臂设计采用液压缸驱动，提高了平台的工作效率。再者，本设计较一般液压升降平台改进之处是其升降高度采用传感器监控，提高了其升降的精度。本平台有良好的适应性，自动化程度大为提高。遥控液压升降平台采用有限元分析，MATLAB 等分析方法，使设计更加精确，节约原材料，提高安全性，延长工作寿命。应用ATUOCAD,PROENGINEER等进行二维、三维绘图，提高绘图精度，和效率，
22、使设计更加直观。遥控液压升降平台积极吸收了现代科学技术的先进成果，改善了传统液压升降平台的工作性能，取得了较好的经济效果。北京交通大学毕业设计（论文） 第-7- 页-7-第 2 章 液压系统的方案设计液压系统设计作为液压主机设计的重要组成部分，设计时必须满足主机工作循环所需的全部技术要求，且静动态性能好，效率高，结构简单，工作安全可靠，寿命长，经济性好，使用维护方便。为此要明确与液压系统有关的主机参数的确定原则，要与主机的总体设计（包括机械和电气）综合考虑，做到机、电、液相互配合，保证整机的性能良好。2.1 确定回路方式一般选择开式回路，即执行元件的排油回油箱，油液经过沉淀、冷却后在进入液压泵
23、的进口。行走机械或航空航天液压系统为减小体积和重量可以采用闭式回路，即执行元件的排油直接进入液压泵的进口。液压升降平台对油箱的体积要求不高，可以采用开式回路，以便液压油的冷却 45。2.2 选用液压油液普通液压系统采用矿油型液压油作为工作介质，其中室内设备多采用汽轮机油和普通液压油，室外设备则选用抗磨液压油或低凝液压油。对某些高温设备或井下系统，应选难燃介质。剪叉式液压升降平台主要面向室外工作，选用抗磨液压油。液压油液选定后，设计考虑液压元件时要考虑液压元件的相容性。北京交通大学毕业设计（论文） 第-8- 页-8-2.3 初定系统的压力液压系统的压力与液压设备的工作环境和精度要求等有关。根据遥
24、控液压升降平台的设计任务书，系统压力为16Mpa。2.4 选择执行元件本设计要求要求实现直线运动，应选用活塞液压缸或柱塞液压缸。如果是双向工作进给，应选用双活塞杆液压缸；如果只要求一个方向工作、反向退回，应选用单活塞杆液压缸；如果负载力不与活塞杆重合或缸径较大，行程较长，应选用柱塞缸，反向退回采用其他方式。此处采用双作用单活塞液压缸。2.5 确定液压泵的类型液压系统的压力21MPa时，选用柱塞泵。根据系统压力选择齿轮泵。若系统采用节流调速，选用定量泵；若系统要求高效节能，应选用变量泵。系统拟采用节流阀调速，所以选择定量泵。2.6 确定调压方式溢流阀接在液压泵出口，在进油和回油节流调速中为定压阀
25、，保持系统工作压力恒定，其他场合为安全阀，限制系统的最高压力。当系统的工作循环的不同阶段的工作压力相差较大时，为节省能量消耗，应采用多级调压。北京交通大学毕业设计（论文） 第-9- 页-9-为了使液压系统在不工作时液压泵在很小的输出功率下工作，应采用泄油回路。2.7 选择换向回路液压设备的自动化程度较高，应采用电动换向。此时各执行元件的顺序，互锁，联动等要求可由电气控制系统来完成。遥控液压升降平台采用无线电遥控，将无线电接受装置与继电器连接起来，再有继电器控制电磁换向阀的动作。电磁换向阀采用三位四通的电磁换向阀。2.8 平衡回路的选择对于液压升降平台这种垂直性负载应采用平衡回路，如有垂直变负载
26、，应采用限速锁，以保证重物平稳下落。平衡回路的主要功能在于执行元件的油路上保持一定的背压,以平衡重力负载，使之不会因自重而自行下落，如图 2-1。acb图 2-1 平衡回路北京交通大学毕业设计（论文） 第- 10-页-10-2.8.1 采用单向顺序阀的平衡回路图2-1a 是采用单向顺序阀的平很回路 ,调整顺序阀，使开启压力与液压缸下腔作用面积的乘积稍大于垂直不见的重力。活塞下行时，由于回油路上存在一定的背压支撑中立负载，活塞将平稳下落；换向阀处于中位，活塞停止运动，不再继续下行。此处的顺序阀又称为平衡阀。在这种平衡回路中，顺序阀调整压力调定后，若工作负载变小，系统的功率损失将增大。又由于滑阀结
27、构的顺序阀和换向阀存在泄漏，活塞不可能长时间停在任意位置，故这种回路适用于工作负载固定且活塞闭锁要求不高的场合。2.8.2 采用液控单向阀的平衡回路如图2-1b 所示。由于液控单向阀是锥面密封，泄漏量下，故其闭锁性能好，活塞能够长时间停止不动。回油路上串联单向节流阀，用语保证活塞下行运动的平稳。假如回油路上没有节流阀，活塞下行时液控单向阀被进油路上的控制油打开，回油腔没有背压，运动部件由于自重而下降，造成液压缸上腔供油不足，液控单向阀因控制油路失压而关闭。单向阀关闭后控制油路又建立压力，单向阀再次被打开。液控单向阀时开时闭，使活塞在向下运动过程中产生振动和冲击。2.8.3 采用远控平衡阀的平衡
28、回路工程机械液压系统中常见到如图2-1c所示的采用远控平衡阀的平衡回路。远控平衡阀是一种特殊结构的外控顺序阀，它不但具有很好的密封性，能起到长时间的锁闭定位作用，而且阀口大小能自动适应不同载荷对背压的要求，保证了活塞下降北京交通大学毕业设计（论文） 第- 11-页-11-速度的稳定性不受载荷变化的影响。这种远控平衡阀又称限速锁。而液压升降平台要求其活塞的闭锁性能要好，且因为工作需要，要求活塞能较长时间的停止不动，停止工作时能因自重而下降且下降平稳。故选用图2-1b所示的平衡回路。2.9 液压系统原理图液压基本回路确定以后，用一些辅助元件将其组合起来，构成完整的液压系统。在组合回路时，要尽可能多
29、的去掉相同的多余元件，力求系统简单，元件数量少。综合后的液压系统要能够实现主机的各项功能，并且操作方便，工作安全可靠，动作平稳，调整维修方便。液压系统原理图如图2-2 所示。北京交通大学毕业设计（论文） 第- 13-页-13-北京交通大学毕业设计（论文） 第- 14-页-14-第 3 章 液压系统参数计算及选型设计3.1 液压缸的设计（1）初选液压缸的工作压力根据设计任务书要求最大起重载荷为2吨，最大工作压力为16MPa 。参照同类型的液压升降平台，选定液压缸的工作压力为16MPa 。 液压缸公称压力为16MPa。 液压缸行程的简易计算 62.694)0sin25.160(4sin75.021
30、6 l 液压缸受力简易计算 Nf39液压缸的内径为D mpf 33 10468.0146.3104.3 根据标准选内径为50mm的液压缸。本设计中液压缸选用 HSG 工程用液压缸，HSG 工程用液压缸为双作用但活塞杆式液压缸。具体安装连接方式多样以及可带缓冲装置等特点。适用于工程机械起重运输机械船舶机械冶金矿上机械以及其他液压系统。根据初始数据和表 3-1 选出液压缸型号为HSGK0150/28E1 8 0 18001377，北京交通大学毕业设计（论文） 第- 15-页-15-型号说明：HSGK0150/28E1 8 0 18001377HSG 双作用单活塞杆式液压缸K 缸筒与前端盖连接采用内
31、卡环方式表 3-1 HSG 液压缸性能参数活 塞 杆 直 径/mm 工 作 压 力 16MPa速 度 比 拉 力 /N缸 径/mm1.33 2推 力/N =1.33 =1.46 =240 20 25 20110 15080 14020 1225050 25 32 31420 23560 21560 1855063 32 45 49880 37010 34480 2443080 40 (55) 80430 60320 54980 42410(90) 45 63 101790 76340 70370 51910100 50 70 125660 94250 87650 64090(110) (55)
32、 80 152050 114040 102180 71630125 63 90 196350 146470 134770 94560(140) 70 100 246300 184730 165880 120640150 (75) 105 282740 212060 191950 144200160 80 110 321700 241270 219910 169650(180) 90 125 407150 305360 281490 210800200 100 140 502660 376990 350600 256350北京交通大学毕业设计（论文） 第- 16-页-16-(220) 110 1
33、60 608210 456160 411860 286510250 125 180 785400 589050 539100 37825050/28 缸径为 100mm、杆径为 50mmE 压力代号为 E=16MPa1 安装方式采用杆端外螺纹连接8 活塞连接采用杆端为整体式但耳环1 进、出口油连接方式采用内螺纹8001377 行程为 8001377常见故障及使用说明：（1）液压缸装在主机上初始运行时，应设法排除液压缸内空气，以免产生活塞爬行和异常燥声等现象。（2）为了保证液压缸的正常法使用寿命，工作介质的污染度应不超过国际标准 ISO4066 所规定的油液污染度等级 20/17。以免由于油液的
34、杂质而引起划伤缸筒内壁，密封失效，是液压缸的内、外泄露增大。（3）若要拆卸液压缸，在拆卸前，应将活塞杆退回到末段位置。然后切断液压源，拧松进出油口接头，使油液压力降为零。（4）若要更换密封件，安装时要注意避免划伤密封件唇口。北京交通大学毕业设计（论文） 第- 17-页-17-3.2 液压泵的设计液压泵是液压系统中的主要的能量转化元件。液压泵将液压能转化为机械能。因此液压泵的输入参量为机械参量，输出参量为液压参量。液压泵分为定量泵和变量泵两种。其中定量泵包括齿轮泵，叶片泵，螺旋泵，径向柱塞泵和轴向柱塞泵。变量泵包括叶片泵，径向柱塞泵和轴向柱塞泵。本设计采用齿轮泵。齿轮泵的基本使用性能参数应有1.31.5倍的储备。3.2.1 齿轮泵的参数计算额定压力：齿轮泵的额定压力为液压系统安全法开启压力的1.11.5倍。1.3620nMPap公称流量：选用齿轮泵公称流量前，先根据系统所需流量q v和初选的齿轮泵的转速n 1计算参考值，即10vgq其中q v单位是L/min,n 1单位是r/min， v是齿轮泵的容积效率，可根据产品样本选取或取为0.9。带入数据计算得05/min2.91gL转速：根据所选的齿轮泵的公
