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1、2500KG 舞 台 升 降 液 压 系 统机电液控制课程设计指导教师：王冬屏班级：茅以升10-1学号：1004010507姓名：刘晓凯摘要 升降台是舞台设备中应用最广泛的设备之一，它具有快速变换布景，满足舞台工艺布置及舞美设计和剧目编导人员的需求。本文主要通过对舞台升降设备中的液压升降机构进行分析和设计，应用CAD软件和PLC编程设计了液压系统，该平台能使演出平台保持一定的精度，同步平稳上升下降，可以在一米的行程范围内任意高度停留。系统结构紧凑，平安可靠，液压缸的循环运动过程我们用PLC进行控制，PLC不仅体积小，而且工作可靠，编程维修方便。本文主要涉及液压执行机构的机械设计，液压系统的循环
2、回路，液压缸的设计计算，液压泵的合理选择，以及电机的选择，管道内外径确实定，以及各个阀门的选择，在电气控制设计中包括PLE的选择，输入输出端子确实定，以及PLC的程序编制。关键词：升降舞台 机电控制 PLC目录第一章舞台液压升降机及设计要求3 舞台升降机简介3 设计任务3第二章液压式升降机构分析和设计4升降机的机构设计4计算变量说明4液压缸的活塞杆的受力分析5液压缸的选择6第三章液压系统原理图的拟定8系统分析8 液压动作分析表8液压原理图9第四章液压泵、油管、油箱的选择10 选择液压泵和电机10 油管计算与选择10确定油箱容积11第五章液压阀元件选择、辅助元件选择12第六章管路系统压力损失计算
3、及节流阀调定压力确定14第七章验算油液温升16第八章PLC设计1781 PLC简介17 PLC系统硬件设计17 语句表18PLC接线图19 梯形图19 控制电路图20心得体会21参考文献22第一章舞台液压升降机及设计要求1.1舞台升降机简介液压升降平台是一种多功能起重装卸机械设备。液压升降平台可分为：四轮移动式升降平台、二轮牵引式升降平台、汽车改装式升降平台、手推式升降平台、手摇式升降平台、交直流两用升降平台、电瓶车载式升降平台、 剪叉自行式升降平台、汽车改装式升降平台、柴油机曲臂自行式升降平台、折臂式升降平台、固定式升降平台、套缸式升降平台、铝合金升降平台，起升高度从1米至30米不等。还可根
4、据用户要求定做特殊规格的升降平台。可用于工厂、自动仓库、停车场、市政、码头、建筑、装修、物流、电力、交通，石油、化工、酒店、体育馆、工矿、企业等的高空作业及维修。升降平台升降系统，是靠液压驱动，故被称作液压升降平台。舞台升降台作为剧场中的常用机械，根据其在舞台上的位置大致可分为主舞台升降台、乐池升降台、观众厅升降台等，此外，为配合车台等设备的使用，舞台上还有一些活动的可垂直方向运动的活动舞台，如补偿台，微动台等，也可归于升降台一类。升降台是剧场演出过程中使用的一种重要设备，它主要用于载人或载景升降。本课题的目的是完成剧场舞台升降台的设计，包括机械系统设计和液压控制系统设计。掌握舞台升降台机构特
5、点和使用方法并了解其现状，培养学生的综合运用能力，使学生的专业能力和综合素质进一步得到提高。1.2设计任务本次设计要完成舞台升降液压系统的机电液控制设计。舞台采用四个液压缸支撑，要求液压缸同步运动。舞台上升速度可以调节，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。舞台重量2500Kg，舞台升降速度/s。舞台上升高度1m。要求能过实现“同步上升停止保压同步下降停止的工作循环。第二章液压式升降机构分析和设计2.1升降机的机构设计为了缩小液压缸的行程，从而优化液压缸，降低本钱。如图1所示，液压式升降机构采用剪叉结构到达放大行程的效果，而且要求的基坑较浅，从而节约投资。液压缸左右对称
6、分布，上下通过铰链与剪叉结构连接。当活塞来回往复运动时，舞台随之上、下运动，而且舞台速度运动规律和液压缸活塞一样。2.2计算变量说明(1)升降台台面的重力为G。，其重心位于台面的几何中心处，初始高度为H，行程为H，那么上升后总体高度为H+H。(2)每个人的质量为m，运动产生的最大加速度为a，那么升降机构的受力为m(a+g)。假设舞台上最多载人数为x人m。那么当台面受到向下的均布载q=mx(a+g)(单位：Nm)时所受的力最大，并且这些均布载荷可以等效为一个方向向下、作用点在台面几何中心的集中力，其大小为qS(S为舞台台面的面积。(3)由以上两个条件可以求得由于台面自重和台上人为因素引起的方向垂
7、直向下、作用点在台面的几何中心处的合力G=Gt+mxS(a+g)。(4)剪叉结构共有4个，对称且均匀分布在两端，由于台面受到作用点位于台面几何中心、方向向下的力G的作用，所以绞链A、D对台面作用力大小之和为。2.3液压缸的活塞杆的受力分析图2是活塞杆与水平线的夹角为 时的受力图，假设此时活塞是匀速运动的，图中L、b、c分别表示AC、OB、AB的长度，G 、G 、F、F 分别表示铰链C、A、B、0的受力，0点位于AC的中点处，OC长度为L2。根据对0点的合力矩为零，可列方程式：(1)求得： (2)分析剪叉结构受力情况可知，铰链C、D受力大小相等，方向相反，铰链A、E受力也大小相等，方向相反，又由
8、31第4条可得：(3)结合(2)、(3)式得：(4)液压缸活塞杆受力和是作用力与作用力的关系，故可求得液压缸活塞杆所受的力大小为，而活塞在液压缸中往复运动，在开始运动和停止运动时由于瞬时加速度会产生冲击力，所以从平安上考虑，活塞杆受到的最大力应比所求的力大的多，一般情况下的2倍，即为。活塞的行程由三角形的关系可得：5式中为舞台高度为时BF的长度，h为舞台上升H时液压缸的升常量，即行程，又，从而求得：(6)从和h的表达式可以看出它们都是的函数，根据实际情况选择适宜的比值得到较为合理的活塞杆的受力和行程，然后选择适宜的液压缸。液压缸活塞的运动速度可以通过调速阀来控制。上面的计算是在假设O点位于AC
9、 的中点下进行的，而在实际中为了满足一些特定的需要，O点也可以不在AC的中点处，计算过程与此大致相同。2.4液压缸的选择分析图1液压式升降机构的简单模型可知，如果液压缸离O点近，虽然液压的行程变小，但是液压缸需要选取较大的缸径，而且杆件受力变大，这使得杆件对材料的要求较高；如果离O点很远，虽然杆件受力变小，但是液压缸的行程变大，常用的液压缸无法满足而使购置费用增大。综合上面两种情况，必然存在一个适宜的液压缸放置位置，使得杆件材料和液压缸总体费用最小。由于舞台升降机构的外部情况非常复杂，因此在实际的情况下应该选取比拟常用的液压缸(其行程h应在2001000mm，缸体直径D应在80200mm)以及
10、适宜的放置位置。常用液压缸的行程应在200lO00mm 内，结合公式(6)可得的范围： (7)分析液压缸工作行程的受力状况可知： (8)又， 得 9结合公式(7)、(9)可得液压缸的缸径范围(单位mm)：(10)从而在选取比拟常用的液压缸时，其缸体直径D应在上一区间偏中间的位置并且在80200mm范围内，行程 h的选择应使得的值在公式(7)所给出范围偏中间的位置。设=4暂取工作压力P=4MPa那么按最大负载约定液压缸的结构尺寸F=，因为=4故F=G=25000N取液压缸的机械效率为设上升、下降的数度可以相等，背压MPa工作压力取得D=d=查表圆整取D=100mmd=50mm活塞杆行程h=取行程
11、H=500mm有杆腔面积无杆腔面积活塞杆面积根据液压缸计算和选定标准，可以估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率 如表1所示表1 液压缸参数表工况上升停止下降液压缸计算公式推力回油腔进油腔输入流量q输入功率P21053N。考虑了液压缸的机械效率，故= 。第三章液压系统原理图的拟定3.1系统分析通过对系统设计要求的分析，确定系统需要同路回路、锁紧回路、平衡回路和保压回路。使两个或两个以上的液压缸同步动作的回路称为同步回路。他在工程机械以及机床等行业中应用很广。液压根本回路有：机械联结的同步回路、串联液压缸的同步回路、带补偿装置的串联液压缸的同步回路、采用调压阀的同步回路、采用同步液压马
12、达的同步回路。本系统采用的相同的4个液压缸相并联，用分流集流阀实现同步。液压根本紧锁采用液控单向阀单向紧缩回路。当换向阀在中位时，液压泵卸载。活塞被液压单向阀锁紧。当换向阀切换至上升或下降时，液控单向阀即被翻开。由于叶控单向阀没有泄露，故活塞可以较长时间紧锁，不会因自重而下滑。为防止直立式液压缸及其相连的工作部件因自重而下落或在下行过程中速度超过液压泵供油所能到达的速度而使工作腔形成真空，在液压系统中要设制平衡回路。其方法是在立式液压缸下行回路设置一个适当阻力，使液压缸的回油腔产生一定的背压，以平衡其自重。在本设计中采用单向顺序阀平衡回路。在执行元件液压缸终止运动时，要求液压缸能保持一段时间的
13、压力，在这段时间内不再继续前进，同时也暂时不回程，这时就要采取保压回路，以保持那些暂不运动的执行元件的系统油压。常用的保压方法：用定压泵和溢流阀的保压、压力由溢流阀调定并保持、有定量泵构成恒压源、采用液压单向阀保压等。本设计采用储能器保压。根据以上分析可设计出液压系统原理图。详见液压原理图33.2液压动作分析表液压系统中的开关动作分析表如下表2液压动作分析表工况YA1YA2备注上升+当蓄能器压力小于给定的压力值时，YA3得电，YA4断电，泵给蓄能器加压，到达一米时液压缸拨动行程开关S1，那么YA1，YA2都断电泵卸荷。任意停止下降+液压原理图 由以上分析得出如下的液压原理图图3液压原理图1液压缸2液控单向阀3分流集流阀4蓄能器5压力机6压力及电器7单向顺序阀8电磁换向阀9背压阀10节流阀11溢流阀12液压泵13滤油器14空气过滤器15油箱16行程开关第四章液压泵、油管、油箱的选择选择液压泵和电机1.确定液压泵的最高工作压力 P1-执行元件在稳定工况下最高压力 沿程损失和局部损失=2.4MPa ， 假设取其它局部和沿途损失为1.5MPa 所选泵规格时其公称压力应比计算最大压力高20%-60%，液泵的公称压力2. 液压泵的流量 k3液压泵的规格 根据以上参数选定YB-D50型 单联叶片泵，其排
