2012 年新鄉學院畢業論文 1 內容摘要 :液壓傳動的基本原理是機械能與液壓能的相互轉換，液壓千斤頂是典型的利用液壓傳動的設備，液壓千斤頂具有結構緊湊、體積小、重量輕、攜帶方便、性能可靠等優點，被廣泛應用于流動性起重作業，是維修汽車、拖拉機等理想工具。其結構輕巧堅固、靈活可靠，一人即可攜帶和操作，千斤頂是用剛性頂舉件作為工作裝置，通過頂部托座或底部托爪在小行程內頂升重物的輕小起重設備。 關 鍵 詞 : 液壓傳動 工作原理 故障 維護 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 2012 年新鄉學院畢業論文 - 2 1. 液壓千斤頂的總體設計方案 1.1液壓千斤頂原理圖 1 手柄 2 小活塞泵 3 活門 4 凸端 5 液壓活門 6 放液閥 7 高壓液鋼 8 儲液室 9 大火花塞 1.1 液壓千斤頂設計方案示意圖 液壓千斤頂結構圖 1.1所示，工作時通過上移 1手柄使 2小活塞向上運動從而形成局部真空，油液從 8儲液池通過活門 3被吸入小油缸，然后下壓 1手柄使2小活塞下壓，把小油缸內的液壓油通過 5 液壓活門壓入 7高壓液缸內，從而推動 9大活塞上移，反復動作頂起重物。使用完畢后扭轉 6放液閥，連通 7高壓液缸和 8儲液 池，油液直接流回儲液池， 9大活塞下落，大活塞下落速度取決于放液閥的扭轉程度。 2012 年新鄉學院畢業論文 - 3 1.2液壓千斤頂的組成 液壓系統主要由：動力元件（油泵）、執行元件（油缸或液壓馬達）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質等五部分組成。 1.動力元件（油泵） :它的作用是把液體利用原動機的機械能轉換成液壓力能，是液壓傳動中的動力部分。 2.執行元件（油缸、液壓馬達 ） :它是將液體的液壓能轉換成機械能。其中，油缸做直線運動，馬達做旋轉運動。 3.控制元件 :包括壓力閥、流量閥和方向閥等，它們的作用是根據需要無級調節液壓動機的速度， 并對液壓系統中工作液體的壓力、流量和流向進行調節控制。 4.輔助元件 : 除上述三部分以外的其它元件，包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件及郵箱等，它們同樣十分重要。 5.工作介質 : 工作介質是指各類液壓傳動中的液壓油或乳化液，它經過油泵和液動機實現能量轉換。 1.3 液壓傳動的優缺點 a. 液壓傳動的優點 1)液壓傳動能方便的實現無極調速，調速范圍大速度范圍最大可達 1:2000（一般為 1:100）且能在給定范圍內平穩的自動調節牽引速度 . 2)在相同功率情況下，液壓傳動的能量元件的體積小，重量較輕。 3)工作平穩，換向沖擊小，便于實現頻繁幻向且操縱控制簡便，自動化程度，容易實現過載保護。 4)液壓元件易于實現標準化、系列化、通用化。 b.液壓傳動的缺點 1)使用液壓傳動中的泄露和液體可壓縮性使傳動比無法保證嚴格的傳動比。 2)液壓傳動有較高的能量損失（泄漏損失，摩擦損失等），故傳動效率不高，不易做遠距離傳動。 3)液壓故障不容易找出原因。 4)對液壓元件制造精度要求高，工藝復雜，成本較高。 5)液壓元件維修較復雜，且需有較高的技術水平。 6） 液壓傳動對油溫變化較敏感，這會影響它的工作穩定性，因此液壓傳動不 宜2012 年新鄉學院畢業論文 - 4 在很高或很低的溫度下工作，一般工作溫度在 -15 60范圍內較合適。 總的來說，液壓傳動的優點是十分突出的，它的缺點將隨著科學技術的發展而逐漸得到克服。 2012 年新鄉學院畢業論文 - 5 2.液壓千斤頂的計算與說明 2.1大 液壓缸設計 1 液壓缸主要參數及尺寸的確定 （ 1）工作負載的計算式 ： mft RRRR (2-1) nwt RRR (2-2) 式中，wR：液壓缸軸線方向上的外作用力 （ N） gR：液壓缸軸線方向上的重力 （ N） fR：運動部件的摩擦力 （ N） mR：運動部件的慣性力 （ N） R：液壓缸的工作負載 因此， 大液壓缸參數： 外作用力： NRw 2 0 0 0 0102 0 0 0 摩擦力： NfGRf 4 0 0 02 0 0 0 02.0 慣性力： NamRm 7.16661.0)060/5()102 0 0 0 0( （設其桿上升的速度為 5m/s） ，故總負載力為： NRRRRmft 7.2 5 6 6 67.1 6 6 64 0 0 02 0 0 0 0 。 （ 2）液壓缸工作壓力的選定 由以上得到工作負載 R，再根據下表得 R在 10000到 20000N之間，所以選擇系統壓力為 3MPa。 表 2-1液壓缸工作壓力表 2 相關計算及驗證 液壓缸內徑及活賽桿直徑的確定 。 （ 1） 內徑計算： dD 2 (2-3) 負載（ N） 5000 50001000 1000020000 2000030000 30000-50000 50000 工作壓力（ N） 10d 時，要進行穩定性驗算 ：PnP kk 式中， kP ：液壓缸穩定臨界力 P：液壓缸最大推力 kn:穩定性安性系數，kn取 =2-4 由活塞桿計算柔 度 il / ：安裝形式系數，取 0.7 l: 活塞桿長度 i：活塞桿的橫截面積，4di 710)480.0(2007.0 3 。 所以， 21 為柔度系數 ， 102 ，因此只需校核強度。 則按壓縮強度計算 PadAFCF 62 103 5 5)4(7.2 5 6 6 6/ mmd 7.9 所以取 mmd 109 。 5 液壓缸長度及壁厚的確定 液壓缸的長度一般由工作行程長度確定，但還要注意制造工藝性和經濟性，一般 l(10-30)D。 , l是液壓缸長度， D。：是缸體外徑。 液壓缸壁厚的計算 一般，低壓系統用的液壓缸 都是薄壁缸，缸壁可用下式計算： ）（ mDP p )2/( 式中， 缸壁厚度 pP 試驗壓力 。 當額定壓力 MPaPn 16時， %150 PnPp 當額定壓力 MPaPn 16時， %125 PnPp D 液壓缸內徑 -缸體材料的許用應力（ Pa） , no / o -材料抗拉強度 n 安全系數，一般取 n=5 注：如果計算出的液壓缸壁厚較薄時，要按結構需要適當加厚。 2012 年新鄉學院畢業論文 - 8 由 MPaPn 3，所以用 MPaPn 16， M P aPnP p 5.45.13%150 由上述已算出 D=106mm,經查得 A3鋼得過且過 Pano 6101 2 05/6 0 0/ 則 mDPp 002527.0)101202/(154.0105.4)2/( 66 液壓缸壁厚度為 mm3 。 6 液壓缸外徑的計算 由 mmDD 1 6 0321 5 420 由上面可以知液壓缸的長度過 lL/20+D/2 式中， H：最小導向長度（ m） L:液壓缸最大工作行程（ m） D：液壓缸內徑（ m） 2012 年新鄉學院畢業論文 - 9 所以 ， H 0.9/20+0.154/2=0.112(m) (2）活塞與活塞桿的連接結構： 連接方式采用銷釘鏈接。 (3）活塞與缸體的密封方式 密封方式采用 O 形密封，這類密封為擠壓密封，結構簡單，安裝方便，空間小，使用范圍廣，適用所選系統的工作壓力，如下圖 2.1所示 。 圖 2.1 活塞與缸體的密封 (4） 活塞桿的導向裝置 如下圖 . 所示： 104225118,5147 圖 2.2 活塞桿的導向裝 （ 5) 液壓缸主要零 件的材料和技術要求 2012 年新鄉學院畢業論文 - 10 零件名 材料 技術要求 缸體 45號無縫鋼管 A.內徑圓度 B.缸體與端部用螺紋連接 C.為防止腐蝕和提高壽命，內 表面鍍鉻，層厚 30 50mm 缸蓋 45號鋼 A.D ， D2 d3 的同軸度小于 0.03mm B.導向室表面粗糙度大于 3.2um活塞 耐磨鑄鐵 A.D精加工后熱處理，調質硬度 HB217-255，必要時高頻焠火 45 50 B. 表面直線度在 500m 長上不大 于 0.03mm 活塞桿 45號鋼 在開式傳動的油路系統中，油箱是必不可少的，它的作用是，儲存油液，進化油液，使油液的溫度保持在一定范圍內，以及減少吸油區油液中氣泡的含量。因此，進行油箱設計時，需要考慮油箱的容積，油液在油箱中冷卻和加熱、油箱內的裝置和防噪音等問題 。 （ 6） 油箱的有效容積的確定 由于是設計千斤頂，而且是手動的，那些油箱容積驗算、散熱等可以不考慮，而千斤頂不是常在工作，因此不會引起很大的油熱，所以在此只對油箱做結構設計 。 9.油箱的結構設計及防噪 進行油箱結構設計時，首先要考慮的是油箱的剛度，次要考慮便于換油和清油箱以及安裝和拆卸油泵其裝置，當然，也要考慮到經濟效益，降低造價、便于密封等條件，就應該對油箱的結構設計盡量簡單。 a 油箱的結構設計 （ 1） 油箱體。 油箱體一般由 A3 鋼板焊接而成，取鋼板厚度 3 6mm，箱體大者取大值。油箱分為固定式和移動式兩種， 前者應用較多，本次油箱設計也用固定式。油箱側壁上安裝油位指示器，電加熱2012 年新鄉學院畢業論文 - 11 器和冷卻器，油箱底面和基礎面的距離一般為 150 200mm，油箱下部焊接底腳，其厚度為油箱側壁厚度 的 2 3 倍。 中小型油箱箱體側壁為整塊鋼板，大型油箱在隔板垂直的一個側壁上常常開清洗孔，以便于清洗油箱。本次焊接的方式吧油箱與兩個液壓缸的外表面焊接在一起。 （ 2） 油箱隔板 為了使吸油區和壓油區分開，便于回油中雜質的沉淀，油箱中常設置隔板。隔板的安裝方式主要有兩種，回油區的油液按一定方向流動，即有利于回油中的雜質和氣泡的分離，又有利于散熱。有些回油經隔板上方溢流至吸油區，或經過金屬網進入吸油區，更有利于雜質及氣泡的分離。 隔板的位置，一般使吸油區的容積為油箱容積的 1/2 1/3，隔板的高度約為最低油面的 1/2（ 或油液面的 3/4），隔板的厚度等于或稍大于油箱側壁厚度。 （ 3） 油箱蓋 油箱蓋多用鑄鐵或鋼板兩種材料制造。在油箱蓋上應考慮下列通孔：吸油管孔，回油箱孔、通大氣孔（孔口應有空氣濾清器或氣體過濾裝置）、測溫孔帶有濾油網的注油口，以及安裝液壓集成裝置的安裝孔。 目前使用的泵站系統，往往將液壓泵、液壓泵電機及集成塊裝置安裝在油箱蓋上，這種油箱結構緊湊，但產生的噪音較大，當箱蓋上安裝油泵和電機時，箱蓋的厚度應是油箱側壁厚度的 3 4倍。由于本設計不用泵，所以不用集成片。 （ 4）油箱底部 油箱底部一般為傾斜狀，以便于排油 ，底部最低處有排油口，要注意排油口與基礎面的距離一般不得小于 150mm。 焊接結構油箱，箱底用 A3 鋼板，其厚度等于或稍大于箱體側壁鋼板的厚度。 b.防噪音問題 防噪音問題是現代化機械裝備設計中必須考慮的問題之一。油路系統的噪音源，以 泵站為首，因此，進行油箱設計時，應從以下幾個方面著手減輕噪音： （ 1）箱體及箱蓋的材質，在條件允許的情況下，用鑄鐵代替鋼板，以利于吸振； （ 2）箱體與箱蓋間增加防震橡皮墊； （ 3）用地腳螺栓將油箱牢固定在基礎上； （ 4）吸油區與回油區之間增設一層 60 100 的金屬網，以及方便分離回 油油液2012 年新鄉學院畢業論文 - 12 中的氣泡； （ 5）油泵排油口用橡膠軟管與閥類元件相連接； (6）回油管接頭振動噪音較大時，改變回油管直徑或增設一條回油管，使每個回油管接頭的通路減少。 c.他應注意事項： (1）吸油管端部的濾油器與油箱底面的距離不小于 20mm，在條件允許的時候，油箱蓋的吸油管孔應比濾油器的直徑稍大，以便對濾油器進行清洗與更換； (2）吸油管、回油管都應插入最低油以下，管端一般斜切 45，并使斜面向著油箱側壁。管口與箱底，箱壁的距離均不得小于管徑的 3倍。池油管一般不插入油口。 (3）大型 油箱的箱體與箱蓋應有加強簕，以保證剛度。 4）油箱內部應涂耐油防銹漆。 2.2小液壓缸的設計 1.缸底厚度的計算 )(433.0)0222 mmdDDPDh 式中 h 缸底的厚度（ mm） 2D 缸底止口內徑 （ mm） P 缸內最大工作壓力 )10( 6 Pa 材料許用應力 )10( 6 Pa 0d 缸底開口的直徑（ mm） mmh 8.141010335)20154( )10154(10152154433.0 36. 236 所以， 缸蓋厚度的設計與缸底的厚度一樣 h=14.8mm。 焊接方式：把缸底與缸蓋焊接在缸體上，這樣的方法比較簡單方便。 由上面已得出的小液壓缸的活塞桿直徑為 d=40mm， 活塞直徑即小缸的內徑 D 為56mm。 2012 年新鄉學院畢業論文 - 13 2.小液壓缸的推力計算 有上述計算大液壓缸的方法，可以用式（ 1 6） 求出 ApP小 因為 NpW 100 總負載力： NR 139 所以 ApP小 236 )1056(4109.0 N2178 3.小液壓缸的流量計算 同理上面大液壓缸流量的計算，可把其工作流量計算出來： m in/123.0m in/0 0 1 2 3 2.05.0056.0432LmAVQ小。 4.活塞桿直徑的驗算 ； 其驗算方法和大液壓缸的活塞桿直徑驗算同理 ： PnPkk 同理 il / 710)40 0 8.0(2 0 07.0 3 所以 ， r （上面 為 10） 。 此只需要校核強度，則按壓縮強度計算 ： 62 10355)4(139 dFFCF 解得 ： mmd 863.39 所以， d取 40mm。 5.小液壓缸壁厚及長度的確定 （ 1）液壓缸的長度一般由工作行程長度確定，但還需要注意制造工藝性和經濟性，一般 l(10 30） D。 （ l是液壓缸長度 、 D。為缸體外徑） （ 2）小液壓缸壁厚的計算： 同上面的大液壓缸的設計也采用薄壁缸，缸壁可以用以下方式 ： )2/( DPp (m) 其中， -缸壁厚度 2012 年新鄉學院畢業論文 - 14 pP-試驗壓力 當額定壓力 MPaPp 16 時，用 %150np PP當額定壓力 MPaPp 16 時，用 %125np PP 由于 MPaPn 9.0，所以用 MPaPp 16 得 ： M P aPPnp 35.15.19.0%150 所以， mmD 40小， pan 60 101205/600/ NDP P 0 0 0 3 1 4.0)10402(0 1 2.11035.1)2/( 66 所以，其壁厚 mm5 6.液壓缸外徑的計算 由 mmDD 46324020 小 由上面得知，小液壓缸的長度 L 所以 把 D=147mm H=800 代入得 207 大液壓缸壁厚 h=8mm 所以選用一根直徑為 15mm的油管，兩根 8mm 的油管 。 其中它們的材料都為 45號鋼。 取 =221.5mm,外管壁厚和大液壓缸相同 h=8mm 材料和液壓缸相同 。 2 液壓控制閥的設計 a.方向控制閥 方向控 制閥是控制液壓系統中油液流動方向的，它為單向閥和換向閥兩類。單向閥有普通單向閥和液控單向閥兩種。 b.普通單向閥 2012 年新鄉學院畢業論文 - 19 普通單向閥簡稱單向閥，它的作用是使用油液只能沿一個方向流動，不許反向倒流。直通式單向閥的結構及圖形符號。壓力油從 p1 流入時，克服彈簧 3 作用在閥芯 2上的力，使閥芯 2向右移動，打開閥口，油液從 p1口流向 p2口。當壓力油從 p2 口流人時，液壓力和彈簧力將閥芯壓緊在閥座上，使閥口關閉，液流不能通過。 3 閥的選取 在大液壓缸的回油管中裝一個截止閥 ，在小液壓缸的兩根油管各安裝一個單向閥，如在其的安裝方向， 如下面單向閥圖： 圖 2.6單向閥 2012 年新鄉學院畢業論文 - 20 3液壓千斤頂常見的故障與維修 液壓千斤頂在生活中非常普遍，也經常性會出現故障，本文結合日常生活所遇到的問題給出了解決的方案如下表 3-1所示。 表 3-1 液壓千斤頂常見的故障與維修 液壓千斤頂常見故障及處理方法 問 題 原 因 解 決 方 式 千斤頂無法頂升， 頂升緩慢或急速 泵浦油箱 油量太少 依照泵浦型號添加所需液壓油 泵浦泄壓閥 沒有上緊 上緊泄壓閥 油壓接頭 沒有上緊 確定上緊油壓接頭 負載過重 依照千斤頂額定負載使用 油壓千斤頂 組內有空氣 將空氣排出 千斤頂柱塞 卡死不動 分解千斤頂檢修內壁及油封 千斤頂頂升但無法持壓 油路間沒有鎖緊 漏油 上緊油路間所有接頭 從油封處漏油 更換損壞油封 泵浦內部漏油 檢修油壓泵浦 千斤頂無法回縮， 回縮緩慢及不正常 泵浦泄壓閥 沒有打開 打開泵浦泄壓閥 泵浦油箱 油量過多 依照泵浦型號 存放所需液壓油 油壓接頭 沒有上緊 確定上緊油壓接頭 油壓千斤頂 將空氣排出 2012 年新鄉學院畢業論文 - 21 組內有空氣 油管內徑太小 使用較大內徑油管 千斤頂回縮 彈簧損壞 分解千斤頂檢修 電動油壓泵浦無 法起動 電源沒接或開 檢查電源、開關 繼電器、開關 或碳刷可能損壞 檢查更換損壞零件 電源安培數不夠 增加另一個電源回路 馬達電流安培數過高 馬達損壞 更換馬達 泄壓閥設定不當 重新設定泄壓閥壓力 齒輪泵浦 內部損壞 檢修齒輪泵浦 液壓油流入馬達部位 齒輪泵浦軸心 油封損壞 拆開馬達及齒輪泵浦更換損壞油對 泵浦連轉有異音 齒輪泵浦柱塞 卡住或彈簧、 拆開齒輪泵浦更換損壞零件 鋼珠移位或損壞 液壓油流入馬達部位 齒輪泵浦軸心 油封損壞 拆開馬達及齒輪泵浦 更換損壞油封 泵浦無法 輪油、使千斤頂柱塞完全伸出或柱塞伸出有抖動現象 泵浦油箱 油量太少 在千斤頂完全縮回時， 依照泵浦型號添加所需液壓油 泵浦油位內有異物阻塞或過濾器 檢查并清潔過濾器 阻塞從泄壓閥 沒有上緊 油壓接頭 沒有上緊 確定上緊油壓接頭 液壓油溫度太高 更換適當液壓油 2012 年新鄉學院畢業論文 - 22 參考文獻 1上海第二工業大學液壓研究室 .液壓傳動與控制 .上海 ： 科學技術出版社 1990 2魏增菊，李莉等 .機械制圖 .北京 ： 科學出版設， 2007 3劉建華 ,杜鑫等 .機械設計基