地下汽车库液压升降机的液压系统设计

班别：16机电2班 姓名：邹小惠 学号：2016994211

1.液压升降机结构与有关参数

液压升降机的总体结构有导轨，支柱，加强横梁，钢索系统和载车板，其中载车板净重最大不到1000kg，汽车最大净重为2200kg，当液压升降机无偏载工作时，每根链条最大工作静拉力为16000N；当有偏载上升时，每根链条最大工作静拉力为19500N；当有偏载下降时，每根链条最大工作静拉力为12500N。升降台面尺寸：6m×2.4m，举升重量：3t，升降高度：3m，上升时间：小于60s，下降时间：30~60s（可调）。

液压升降机工作原理示意图

1. 支柱上滑轮 2.支柱下滑轮 3.下滑轮 4.钢丝绳 5.链条 6.链轮 7.液压缸 8.载车板 9.链轮轴

2.明确执行元件的载荷和速度

2.1液压缸的载荷

液压缸工作时的负载：

F=4T

液压缸在各种工况下受到的最大负载如表2.1所示。

表2.1不同工况时的液压缸最大负载

工况 最大负载（N） 无偏载工作 64000 有偏载上升 78000 有偏载下降 50000

从表2.1可以看出，液压缸的最大负载是在液压升降机有偏载上升的时候， 最大负载值为：Fmax=78000N。

2.2液压缸的速度

液压缸上升最小速度：

v1H/23/2（2.1） 0.025m/s

6060H/23/2 0.025m/s （2.2）

6060液压缸下降最小速度：

v2液压缸下降最大速度：

v3H/23/2（2.3） 0.05m/s

30302.3初定液压缸的结构尺寸

本文设计的升降机液压缸主要结构尺寸为柱塞直径尺寸，柱塞直径尺寸的计算一般根据

载荷的大小和选定的工作压力来计算，计算公式为：

d4F47800 95mm （2.4）

p13.1411按标准取d=100mm。

3.拟定液压系统图

3.1选择液压回路

3.1.1确定液压升降机的控制和调速方案

根据升降机技术特征要求，上升、下降动作采用电磁换向阀控制；下降速度采用单向节流阀控制。另外，升降机在工作时还要采用液控单向阀锁紧保压回路，防止升降机由于自重而落造成的危险。回路图附后。

3.2组成液压系统图

原理图附后。

液压系统工作原理：上升时，启动液压泵5，电磁换向阀7上的电磁铁1YA通电，液压油通过电磁换向阀7的左位、液控单向阀9、单向节流阀10中的单向阀进入柱塞液压缸11底部，柱塞液压缸11开始上升，上升到顶部位置时，拨动上行程开关13，上行程开关13发出信号，使电磁换向阀7断电恢复中位，液压泵5开始卸荷，液压缸柱塞由于液控单向阀9的作用，被锁定在顶部位置不动。下降时，启动液压泵5，电磁换向阀7上的电磁铁2YA通电，液压油的一部分通过电磁换向阀7的右位，进入液控单向阀9的控制油口，打开液控单向阀9，其余的全部液压油打开溢流阀流回油箱。这时升降机靠载车板自身重量及汽车的重量下降，液压缸排出的液压油流经单向节流阀10中的节流阀、液控单向阀9、电磁换向阀7右位，回到油箱。当升降机下降到底部位置时，拨动下行程开关12，下行程开关12发出电信号，使电磁换向阀7断电恢复中位，液压泵停止工作。下降的时间可以通过调节单向节流阀10来实现。从液压系统原理图可以看出，为了防止升降机因为自重而下落造成的危险，本设计采用了液压锁、中位机能P型的电磁换向阀，对升降机起到了双重保护的作用。同时当电磁换向阀处于中位时，其P型的中位机能既能使液压泵在不停机的状态下卸载，减少功率浪费，又能使液控单向阀的控制油口接油箱，这样可以保证液压锁的良好密封性能，阻止升降机因自重而下滑。另外，由于液压升降机选用的执行元件为单出杆柱塞缸，液压油的进出管道为同一管道，所以升降机的下降时间采用单向节流阀来控制。

4.确定液压系统的主要参数

4.1确定系统压力

根据液压升降机的液压系统原理图4.1可知，在不考虑压力损失的情况时，液压系统压力p等于柱塞液压缸在最大负载时的工作压力pmax，即：

Fmax106ppmax9.9MPa3.1420.14 (4.1)

4.2确定系统的流量

液压升降机在不考虑流量损失的情况下，液压系统流量Q等于液压缸的流量Qc为：

QQc （4.2）

当液压升降机上升时，液压缸流量应大于等于液压缸上升最小流量：

QcQc14d2v13.140.120.02511.8L/min (4.3) 4Qc2QcQc3 (4.4）

当液压升降机下降时，液压缸流量为：

4d2v2Qc

4d2v3 (4.5)

3.143.140.120.025Qc0.120.05 4411.8L/min≤Qc≤23.6L/min (4.6)

所以当升降机上升时，液压系统流量Q≥11.8L/min；当升降机下降时，液压系统流量11.8L/min≤Qc≤23.6L/min。

5.液压元件的选择

5.1液压泵的选择

5.1.1确定液压泵的最大工作力

在本液压系统中，液压泵的最大工作压力p。应大于液压系统压力p与液压泵出口到液压执行元件的总压力损失之和，则：

pppp9.90.510.4MPa (5.1)

根据本系统的实际情况，管路相对简单，因此取

p=0.5MPa。

5.1.2液压泵的流量

在本液压系统中，液压泵只有在升降机上升的时候向液压缸提供液压油，所以液压泵的

流量Qp应大于液压缸上升最小流量Qc1，即：

QpQc1

(5.2）

由式4.3可知， Qc1=11.8L/min

所以 Qp≥1.2×11.8=14.16L/min (5.3） 5.1.3确定液压泵的规格

系统中所使用的液压泵的额定压力p0为：

p0≥1.25pp=1.25×10.4=13MPa (5.4)

液压泵主要参数如表5.1所示。

表5.1CBN.E310型齿轮泵的主要参数

液压泵规格 公称排量 额定压力 额定转速 需达到转速 确定的使用转 件号 (mL/r) (MPa) (r/min) (r/min) 速（r/min)

5 CBN-E310 10 16 2000 1416 1440 5.1.4电动机的选择 在工作循环中，如果液压泵的压力和流量比较恒定时，驱动泵的电机功率为：

pppQp10.414.163.3kw （5.5） 60p600.75根据式5.5的计算结果，选取Y112M-4型电动机，额定功率为4kW，同步转速为1500r/min，

实际转速为1440r/min。 5.2液压阀的选择

根据系统的最高工作压力（泵的工作压力）和通过各阀的最大实际流量，选出各阀型号规格如下：

表5.2溢流阀的型号和参数

件 名称 型号 P口允许 T口允许 流量 通径 最大使用 号 压力（MPa） 压力(MPa) (L/min) mm 流量 （L/min） 6 溢流阀 DBDS6P10/1.5 40 31.5 50 6 14.4

表5.3单向节流阀的型号和参数

件 名称 型号 最大允许 单向阀开 流量 通径 最大使用 号 压力（MPa） 启压力（MPa） (L/min) mm 流量（L/min） 10 单向节 DRVP8-1-10 35 0.05 60 8 23.6

流阀

表5.4电磁换向阀的型号和参数

件 名称 型号 A、B、P口工 T口工作 流量 通径 最大使用 号 作压力（MPa） 压力（MPa） (L/mm) mm 流量（L/min）

7 电磁 4WE6P50/ 31.5 10 60 6 23.6 换向阀 W220NZ5L 表5.5液控单向阀的型号和参数

件 名称 型号 工作压力 控制压力 流量 通径 最大使用 号 （MPa） (MPa) (L/min) mm 流量（L/min） 9 液控单 SV10PB130 31.5 0.3 30 10 23.6 向阀

选择液压元件时，在满足要求的条件下，应尽量选择使各元件的接口尺寸相一致，以使管道的选择和安装方便。

5.3液压辅助元件的选择与计算

5.3.1管道尺寸的确定

管道内径d的计算可按下面的式子

d4.61Q1(mm) （5.6） v选择及计算升降机液压系统中各管路内径尺寸如下： 1.吸油管：

d4.162.压油管：

Q理14.44.1616mm （5.7） v1.2d4.613.回油管：

Q理14.44.6110mm （5.8） v3d4.61Qc323.64.6116mm （5.9） v2根据计算出的结果，选择吸油、回油管内径为16mm，压油管内径为10mm，并且3种管

道皆为无缝钢管，选用型号为18/M18×1.5的焊接式管接头进行连接。 5.3.2其他液压元件的选择

根据升降机的液压系统工作压力和过滤精度的要求选择滤芯材料，按所要求的流量及选择的滤芯材料来确定过滤面积。

表5.6过滤器型号及参数

件 名称 型号 流量 额定压力 过滤精度 通过流量 号 （L/min） (MPa) (µm) (L/min) 4 过滤器 ZU.H25×20S 25 32 20 14.4

根据液压升降机的工作环境以及液压系统的需要，所选择的液压系统其它液压辅助元件的型号如表5.7所示。

表5.7其它液压辅助元件的型号

件号 名称 型号 量程 8 压力表 Y.60 0~25

1 空气滤清器 EF3.40 — 2、3 温度液位器 YWZ.150T —

6验算液压系统性能

6.1验算液压系统压力损失

6.1.1管路沿程压力损失的计算

液压泵的吸油管路，由于压力损失很小，不用考虑它的沿程损失。所以系统的沿程压力损失只为压油管的压力损失。压油管流速，为：

144010106Q（6.1） vy理603.06m/s 2d13.14(10103)244当系统选择的液压油为L-HM46时，雷诺数Re为：

vd13.0610103Re680 （6.2）

v45106故压油管的沿程压力损失p为：

2lvy648.831031.53.062 p6104Pa0.06MPa （6.3）3d12g680101029.86.1.2局部压力损失的计算

在系统正常上升工作时，应考虑电磁换向阀、液控单向阀、单向节流阀的压力损失，而溢流阀的溢流量很小，可以忽略。 电磁换向阀的压力损失： pv1pvN1(Q1214.42)0.5()0.03MPa (6.4) QN160液控单向阀的压力损失： pv2pvN2(Q2214.42)0.35()0.08MPa (6.5) QN230液压升降机上升时，单向节流阀的压力损失pv3。等于单向阀开启的压力，即

pv30.05MPa

选择液压油通过集成块时的压力损失：

pj0.05MPa

故系统总的压力损失p为：

pppv1pv2pv3pj0.27MPa （6.6）

由于所计算的系统总的压力损失p与初选的压力损失液压系统的最大工作压力通过验算符合要求。

p=0.5MPa相差不大，所以

6.2验算液压系统的温升

6.2.1液压系统的发热功率

在本次研究的升降机液压系统中，当升降机下降时，液压泵的全部流量流经溢流阀返回油箱，此时功率损失最大。为了计算简便，可以概略认为系统的发热功率等于溢流阀的功率损失，即：

10.410614401010-62469W (6.7) NhNh1ppQ理606.2.2液压系统的散热功率

液压系统的散热功率：

Nhc(K1A1K2A2)T （6.8）

当系统达到热平衡时，系统将不再有温升，此时应有： NhNhc

即： Nh(K1A1K2A2)T （6.9） 本液压系统管路及元件散热较小，除了一小部分热能散失在管路及元件上外，其余大部分热量全部被带回油箱，并由油箱吸收。因此忽略管路及元件散热。 则： A1Nh2469（6.10） 3.23m2

KT17457.油箱容积计算

当液压系统的热量求出后，可以根据散热的要求确定油箱的容量。一般油面的高度为油箱高度h的0.8倍，与油箱直接接触的表面算全散热面，与油箱不接触的表面算半散热面。油箱的有效容积V和散热面积A分别为：

V=0.8abh (7.1） A=1.8h(a+b)+1.5ab (7.2)

考虑到油箱上元件的布置情况，这里取：

a=0.9m b=0.7m h=0.8m

则： A=1.8h(a+b)+1.5ab=3.249m

V=0.8abh=0.8×0.9×0.7×0.8=0.4032m

式（7.1）求得的油箱的有效容积可以通过油箱容量的经验公式来检验是否满足系统设

32V0QV (7.3）计的要求油箱容量的经验公式为：

而：则：

QVQ理10-314401010-310-30.0144m3

V0QV50.01440.072m3

由于式（7.1）求得的V大于V0，式（7.2）求得的A大于V，因此油箱尺寸取值为 a=0.9m，b=0.7m，h=0.8m。