液压千斤顶结构设计docx

  液压千斤顶结构设计 摘要:液压千斤顶具有结构简单、体积小、质量轻、润滑性能好、举升力大、便于维护修理等优点,但其效率低、操作不当支点易滑脱、不安全等缺点也是存在的。本设计论文通过对传统的液压千斤顶的工作原理进行分析,提出了一种从结构和油路两方面进行改进设计的高效、安全的液压千斤顶。 关键词:液压,液控单向阀,油腔,活塞 引言 千斤顶起源于20世纪初的英、美、德等国家,在逐步发展中工艺逐渐成熟,因其具有抗腐蚀、耐高温,强度高、表面精美、百分之百可回收等无与伦比的良好性能,被广泛应用于建筑、交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域,逐渐被人们所接受,也越来越多地走进寻常百姓的日常生活。 我国千斤顶产业发展进步较晚,建国以来到改革开放前,我国千斤顶的需求主要是以工业和国防尖端使用为主。改革开放后,国民经???的快速发展,人民生活水平的显著提高,拉动了千斤顶的需求。进入上世纪九十年代后,我国千斤顶产业进入快速发展期,千斤顶需求的增速远高于全球水平。 1990年以来,全球千斤顶表观消费量以年均6%的速度增长,而九十年代的十年间,我国千斤顶表观消费量年均增长率达到17.73%,是世界年均增长率的2.9倍。进入二十一世纪,我国千斤顶产业高速增长。2000年—2004年,我国千斤顶消费量从188万吨增长到447万吨,增加了2.3倍,年平均增长率在27%以上。其中,2001年,我国千斤顶表观消费量达到225万吨,超过美国成为世界第一千斤顶消费大国。同时,千斤顶进口也大幅度增加。1998年,我国千斤顶进口100万吨,由此成为世界上最大的千斤顶进口国。2004年与1998年比,千斤顶进口增长幅度年均达到27.14%。预计2005年,中国千斤顶表观消费量将达到500万吨,进口仍将保持在300万吨左右。 ?伴随着千斤顶市场的快速发展,我国千斤顶产量也结束了长期徘徊的局面,实现了高速增长。我国千斤顶产量从2000年的46万吨增长到2004年的236万吨,年平均增长率在82.6%,占国内市场需求的比重也由2000年的24.47%提高到2004年的52.80%。而同期,世界千斤顶产量则仅以6%左右的速度增长。 从九十年代后期起,我国太钢、宝钢以及宝新、张浦等国有和合资企业通过引进和技术改造,先后建成了一系列千斤顶生产线,千斤顶工艺技术装备达到国际先进水平,千斤顶生产初具规模。千斤顶品种结构也发生了积极的变化,千斤顶产品质量迅速提高。特别是国内千斤顶冷轧板增长迅速,2003年,国内冷轧板产量达到170万吨,首次超过进口量,自给率达到66%;2004年,国内冷轧板产量达到200万吨,自给率达到70%以上。从2004年底到2005年底,国内冷轧千斤顶产能将增加约150万吨,基本满足国内市场需求。到2007年,我国将成为千斤顶的净出口国。 从总体上看,我国千斤顶正在经历由规模小、水平低、品种单一、严重不能满足需求到具有相当规模和水平、品种质量显著提高和初步满足国民经济发展要求的深刻转变,千斤顶需求将逐步实现自给。 概述 千斤顶是一种起重高度小(小于1m)的最简单的起重设备。它有机械式和液压式两种。机械式千斤顶又有齿条式与螺旋式两种,由于起重量小,操作费力,一般只用于机械维修工作,在修桥过程中不适用。液压式千斤顶结构紧凑,工作平稳,有自锁作用,故使用广泛。其缺点是起重高度有限,起升速度慢。液压千斤顶分为通用和专用两类。专用液压千斤顶使专用的张拉机具,在制作预应力混凝土构件时,对预应力钢筋施加张力。专用液压千斤顶多为双作用式。常用的有穿心式和锥锚式两种。穿心式千斤顶适用于张拉钢筋束或钢丝束,它主要由张拉缸、顶压缸、顶压活塞及弹簧等部分组成。它的特点是:沿拉伸机轴心有一穿心孔道,钢筋(或钢丝)穿入后由尾部的工具锚锚固。 原理 机械千斤顶和液压千斤顶原理各有不同。机械原理,以往复扳动手柄,拔爪即推动棘轮间隙回转,小伞齿轮带动大伞齿轮、使举重螺杆旋转,从而使升降套筒获得起升或下降,而达到起重拉力的功能。液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理,就是说,液体各处的压强是一致的,这样,在平衡的系统中,比较小的活塞上面施加的压力比较小,而大的活塞上施加的压力也比较大,这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递,可以得到不同端上的不同的压力,这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。可见机械千斤顶不如液压千斤顶简易。 液压卧式千斤顶 液压立式千斤顶 电动液压千斤顶 气动液压千斤顶 机械千斤顶 机械千斤顶 液压千斤顶的工作流程 1向当手柄上抬起时,带动活塞3上行,单向阀7关闭,油腔4的工作容积扩大形成真空,在大气压力的作用下,油箱6中的液体经油管打开单向阀5流入油腔4中。当压下手柄1时带动活塞3下行,单向阀5关闭,油腔4中的油液推开单向阀7,油液进入油腔10,使活塞11上升,顶起重物做功。当活塞11停止时,停止压杆运动,腔油10中的油压使单向阀7关闭,活塞11自锁不动。当需要活塞11向下返回时,打开截止阀8,在重力作用下,活塞11即可复位。此即液压千斤顶的工作原理。 从上述工作原理分析可知,活塞11在上升H段的空行程中。其上升速度与其接触到车辆底盘后顶起机动车的速度一样慢,很显然,在H段行程效率太低。从上述工作原理分析还可知道,活塞11在顶起重物的过程中,如果出现支点滑脱,在瞬间失去较大负载的情况下,压力油会以很大的加速度向上推动活塞11,以释放能量。活塞11一旦飞出,液压千斤顶壳体被打碎,极易伤及人员。 通过以上分析,在液压千斤顶的结构与油路上进行改进设计,可使液压千斤顶既高效又安全。 改进 我的改进方法是在泵体2和缸体12之间在加一个液控单向阀。 高效安全液压千斤顶的工作流程 1向当手柄上抬起时,带动活塞3上行,单向阀7关闭,油腔4的工作容积扩大形成真空,在大气压力的作用下,油箱6中的液体经油管打开单向阀5流入油腔4中,此时,液控单向阀不起作用。当压下手柄1时带动活塞3下行,单向阀5关闭,油腔4中的油液推开单向阀7,油液进入油腔10,同时,由于液控单向阀的控制油口有油压,液控单向阀反向被打开,这样就有2个油管通道使活塞11在空行程段快速上升。当活塞11停止时,停止压杆运动,腔油10中的油压使单向阀7关闭,活塞11自锁不动。当需要活塞11向下返回时,打开截止阀8,在重力作用下,活塞11即可复位。此即液压千斤顶的工作原理。 从以上可看出,此千斤顶效率比较高。在顶起重物的过程中,液控单向阀的控制油口无压力,如果出现支点滑脱,此阀迅速反向关闭,使千斤顶的压油腔迅速形成负压,吸住活塞11不能向上运动,从而避免事故发生,安全可靠性更高。 设计小结 通过这次机械创新设计,让我学到了很多课堂上学不到的东西。所谓的创新设计并不是说明要我们设计现今不存在的东西才叫创新。就拿我这次设计的千斤顶来说,虽然过去千斤顶就已经存在,但我依然可以继续对它进行创新设计,这也不是说我必须要设计出一种新型的???斤顶,必须要它是前无古人,而是要在对现今的千斤顶有一个全面的了解下对它改进,以增加它的优点和减少它的缺点为目的。这次创新设计我的改进方法很小,只多加了一个液控单向阀,但它的作用却是巨大的,它让液压千斤顶的功能和安全方面有了一个质的提高。虽然只是一点小改动,却也能推动千斤顶的发展。每一个事物从设计出来到趋于完美都是由无数的小改动来实现的,这也使我对设计创新理念有了更进一步的理解。 参考文献 [1] 雷天觉.液压工程手册.北京:机械工业出版社. [2] 李芳民.工程机械液压与液力传动.北京:人民交通出版社.2000. [3] 马芸.高效液压千斤顶. 机床与液压.2000(4). [4] 任海军.液压千斤顶油路系统的改进.液压与气动.1999(3). 自动换档自行车的设计 杨益平 (机械工程及自动化0502, 3050811056, 电话: 摘要:目前市场上的换档自行车大都是手动换档,这种方式结构简单,成本低廉,但是对于对自行车手动换档不是很了解的使用者来说很不方便,总是不能调节到骑行最轻松的一档。本项目为了解决这一矛盾,利用测速装置,压力传感器,水银开关,单片机和驱动装置组成一个系统,不需要更改手动自行车原有机构就能实现自动换档,同时保留原有的手动调节功能,实现了在自动换档和手动换挡之间的转换。 关键词:测速装置,水银开关,压力传感器,自动换挡 A design of a Bicycle with Automatic transmission Yang Yiping (Mechanical Engineering &Automation 0502, 3050811056, Tel: Abstract: At present, most of the bikes on the market are using manual transmission . This structure is simple, low-cost, but for a user who is unfamiliar with it is inconvenient. He cannot ride the bike easily. In order to solve this problem, we make use of speed measuring device , pressure sensors, mercury switches, SCM and motor to form a system . It can implement automatic transmission without destroying the original structure. So that the user can choose either manual or automatic way to control the bike. Key words: speed measuring device , mercury switches, pressure sensors, automatic transmission 引言 此项目是我和杨宗银等同学参加srtp的项目,已得到实物作品。目前市场上的换档自行车大都是手动换档,这种方式结构简单,成本低廉,但是对于对自行车手动换档不是很了解的使用者来说很不方便,总是不能调节到骑行最轻松的一档。已有的自动变速自行车价格昂贵,如奔驰的2006款自动变速自行车售价高达1890欧元[1],现有的自动变速装置结构复杂,实现困难,而且没有做成独立的系统,与整车捆绑销售,不??于推广[2]。正是在这样的情况下,我们决定设计制作一种可以方便拆装的独立的自动变速系统。 基本原理 基本实现原理如下:码盘测得车速,脚踏板转轴上的压力传感器获得人施力的大小,水银开关判断车子是在水面面还是斜坡上,然后把这三个信号输入到单片机处理,计算出一个最适合的档位,输出信号到电机驱动器(L298芯片),伺服电机执行。对换档部件的位置检测获得自行车所在的档位信号,反馈档位信号,形成闭环控制。 为了使本装置成为可以独立拆卸的选配部件,换档机构仍然使用原来手动换档的机构,把手动换挡装置的钢丝引线绕在伺服电机输出轴上,电机的转动带动钢丝引线,钢丝引线带动换挡装置实现换挡。 具体功能的实现 2.1 测速功能 目前测量转动速度的测量方法有基于单片机的转速测量 ,光电编码器法等,对于自行车速度测量来说,市场也成熟的产品,即自行车码表。其功能是通过霍尔效应实现的。霍尔效应是线圈在磁场内切割磁力线时,在线圈内产生一个微弱的电流,这个电流就是个脉冲信号。电投咪牌,信号传到一个计数器里。通过电脑集成电路分析。根据事先输入的轮的直径或周长。再根据时间计算出速度。为了锻炼自己的动手能力,我们没有直接购买码表用来获得速度,而是自己做了一个简易的测速装置。其原理和码表略有不同。 图1. 磁铁 图。干簧管 图1为磁铁,固定在车轮钢丝上,图2为干簧管固定在车架上。安装时干簧管要求垂直于磁铁。车轮每转一圈,簧片管就会在磁铁的作用闭合一次,获得一个脉冲信号。 输送到单片机的I/O口。 2.2 倾斜度判断 对于路面是否水平,如何判断,查阅各种资料后,都没找到比较合理的方法。一般的气泡水平仪无法提取出电信号,而且倾斜度一大,就无法工作。比较好的是经纬仪。但是经纬仪操作复杂,而且价格低,体积也比较大,装到自行车,显然不合适。经过组员的同研究终于找到一个比较好的解决方案。使用水银开关判断。 水银开关,又称倾侧开关,是电路开关的一种,以一接著电极的小巧容器储存著一小滴 HYPERLINK /view/30596.htm \t _blank 水银,容器中多数注入 HYPERLINK /view/101737.htm \t _blank 惰性气体或 HYPERLINK /view/85005.htm \t _blank 真空。因为重力的关系,水银水珠会随容器中较低的地方流去,若果同时接触到两个 HYPERLINK /view/609350.htm \t _blank 电极的话,开关便会将电路闭合,开启开关。容器的形状亦会影响水银水珠接触电极的条件,例如邮包炸弹使用的会是倒 V 字型的,令收件人在不知情的情况下倾侧邮包,闭合电路、制动爆炸,但送件人(或是邮包携带者或制造者)则不会。水银对人体及环境均有毒害,故此使用水银开关时,应小心谨慎,以免破出;在不再使用时,也应该妥善处理。这是对水银开关的创造性使用。在水平路面或者下坡时水银刚好和底部的电极接触,电路接通,当车子在爬坡的时候,水银球滚开电极,电路断开。这样就可以获得一个是否在爬坡的信号。 图3.水银开关 2.3 人施力大小的判断 为获得人的踩踏力的做好数据,最优方法当然是直接安装在人的脚掌上,但是这样显然不合理,如果这样做的,就会要求鞋子特制。增加成本。安装在脚踏也不合适,因为人在骑车的过程中,脚踏是可以翻转的,那么压力传感器显然要贴在一个脚踏的两面,同时,脚踏绕曲柄不断回转,那么压力传感器获得信号,显然不能通过导线传递到单片机。只能采用无线发射的传感器,成本大大提高。还有一种方案是将传感器安装在中轴上,由于中轴的配合紧密,装上传感器后,无法正常工作。也可以在曲柄上贴应变片测量应变,从而测得力的大小,但是应变片的粘贴复杂,且在运动的物体上引线很困难,该方案也不可行。这个问题现在还没解决。 2.4档位的判断 图4.档位判断装置 初步设想的时候,档位判断利用如图4所示的机构,在执行机构的滑块上安装电刷,通过电刷和底部的接触位置获得档位信号,输给单片机,这样才能知道现在在哪一档,准备换到哪一档。但在实际加工制作时发现电刷的安装困难,且要在不破坏原有换挡机构的前提下,很难固定电机。最后决定通过测量电机转过的角度来判断档位。 图5.位置反馈装置 如图5.在电机轴上固定一离合器,离合器另一端连接一个光电编码器,测量电机转过的角度,反馈到单片机。 2.5控制部分 控制可以使用avr单片机,51系列,dsp,arm,plc 等,从性价比考虑,还是选择atmel公司的avr单片机,例如mage8515系列avr Avr 8m的晶振相当于51系列125m的晶振性能。 图6.控制关系图 控制部分,水银开关的信号为第一重要,测速和测压力为辅助。这主要是考虑到。使用者有时追求高速的需要。当使用者追求高速骑车时,踩踏力和速度肯定不能作为换档的依据。 2.6动力来源 使用可充电的锂电池作为自动换档的动力来源,可以保证充一次电使用约30天。 设计小结 在项目的制作中我们得出以下几个注意点: 1.电机和控制电路的隔离,调试的时候每次电机停下来程序就会跑飞,加了很多二极管也没用。后来发现额定电压为24伏的电机内部线圈匝数多,停转的时候产生了很大的电压,很难隔离。所以电机最好还是选择额定电压小于12伏的,或者电机和控制部分用光藕隔离。 2.速度测量的信号传输中要使用专用的信号线,不能使用细长导线。使用细长导线会减弱信号强度,造成系统不稳。 本项目设计了一套独立装配的自行车自动换档装置。由于考虑到手动换档自行车的改造需要,本装置设计成一种可以选择装配的零件,用户可单独购买安装,出现故障也可独立修理。本装置的安装时仍然保持原来的手动调节功能,这样就既可以手动也可以自动换挡。 在骑行过程中,本装置依照路面不平度、速度大小和人施力大小等情况,实现自动变档,与现有的只根据速度大小换挡的装置相比更加人性化。在保证速度的情况下,智能选择最省力的传动比,从而达到轻松上坡、快速启动等效果。 参考文献 [1] 2006款自动变速自行车[J].《新潮电子》2006年 7期:140-141. [2] 杜纪荣.自动变速自行车[P].中国专利CN2905644, 2007-05-30. [3] 卧虎藏牛.码表的工作原理[EB/OL]. HYPERLINK /bbs/thread-4503-1-1.html /bbs/thread-4503-1-1.html. [4] 王永章,杜君文,程国全.数控技术[M].北京:高等教育出版社.2001.261.

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