导轨式液压升降平台设计.docx

导轨式升降台说明书一、液压系统的选型1.1 液压缸尺寸选择根据已知条件可知，总负载为300Kg，a=2m/s2可得：加速上升F=3600N 加速下降F=2400N有效行程为0-1.2米。我们初定工作压力为P=7MPa。由公式 求得D26mm,查手册取油缸内径D为40mm，活塞杆直径为25mm，以增加油缸的受力力面积，提高安全系数。根据经过查表验算可得：D=63mm S=1200mm L=1300mm1.1.1油缸壁厚计算=b/n0 =600/6=100MPa当时 （m） 取5mm,材料选用45#，此外还考虑内管的两端都有螺纹连接。所以厚度取大一点。式中D缸筒内径 （mm）Pmax最高允许压力 (MPa)缸筒材料的许用应力 (MPa)b缸筒材料的抗拉强度(MPa)n 安全系数, 当P7MPa时，n=8,P17.5Mpa时，n=6,p17.5Mpa,n=41.1.2缸筒验算液压缸的额定压力Pn值应低于一定的极限值，以保证工作安全MPa=52MPa满足以上条件。为了避免缸筒在工作时发生塑性变形，液压缸的额定压力值应与塑性变形压力有一定的比便范围。=30.45MPa=87MPa液压缸的额定压力完全满足以上条件缸筒的径向变形值应在允许范围内，而不应超过密封件允许范围。=0.04 在允许变化的范围之内。为了确保液压缸安全的使用，缸筒的爆裂压力PE应大于耐压试验压力PT =87MPaPT约为30MPa。式中 D缸筒内径（m） D1缸筒外径（m） Pn液压缸的额定压力（MPa） 缸筒发生完全塑性变形的压力（MPa） 液压缸耐压试验压力（MPa） 缸筒发生爆裂时压力（MPa） 缸筒材料的屈服强度（MPa） 缸筒材料的弹性模数（MPa） 缸筒材料的泊1桑系数 钢材：1.1.3活塞杆稳定性验算(1) 纵向弯曲极限力计算根据资料计算根据升降台的结构，可知液压缸为前端螺栓连接的形式，则可得n=1/4（n为端点安装形式系数）。因为l/k=0.14/0.25=0.56m=42.5,所以 = 式中：为液压缸产生轴线弯曲时的极限力 N；f为材料强度实验值，对钢取f490 MPa；A为活塞杆横截面的面积，；a为系数，对钢取；k为活塞杆横截面回转半径，k = d/0.25 m.由前面的计算可知，活塞杆的外径d=25mm,计算长度l=1.22m，则可计算出 = 21850 (N)(2) 纵向弯曲强度验算 (6-10)式中：为安全系数，一般取=24； 为活塞杆的推力， N.因为 =3600N所以 60HZ,所以选取100HZ）在供油压力为时这个数量级容易得到。1.1.4 系统传递函数的建立开环传递函数为：2、系统性能分析2.1.1 系统稳定性的分析运用Matlab对系统的开环传递函数进行编程仿真，程序如下：（其中令Ko=1）%系统的参数条件clfKo=1;Ksv=2.44e-2;Wsv=628;Wm=0;Wo=564;Wr=58.31;zuni=0.8;Hs=3.33e-9%建立系统开环传递函数num1=Ko*Ksvden1=conv(1/Wr 1,conv(1/Wo2 2*zuni/Wo 1,1/Wsv2 2*zuni/Wsv 1)sys1=tf(num1,den1)%绘制系统的开环Bode图figure(1)margin(sys1)grid程序运行后得到的开环Bode图为系统开环Bode图（=1）由图可知道系统不稳定，则需要调节Ko来使系统稳定，所以调节Ko后，并且得到最满意的Ko值。即Ko=130时系统稳定，并且也将系统的闭环Bode图，时域仿真图一同仿真，程序如下：%系统的参数条件clfKo=130;Ksv=2.44e-2;Wsv=628;Wm=0;Wo=564;Wr=58.31;zuni=0.8;Hs=3.33e-9%建立系统开环传递函数num1=Ko*Ksvden1=conv (1/Wr 1,conv(1/Wo2 2*zuni/Wo 1,1/Wsv2 2*zuni/Wsv 1)sys1=tf(num1,den1)%绘制系统的开环Bode图figure(1)margin(sys1)grid程序运行后得到的仿真图为系统开环Bode图（=130）由图可以知道，幅值穿越频率=166rad/sec时，相位裕量为r=6.75dB，相频穿越频率 =318rad/sec，幅值裕量为 Kg=6.75dB，满足系统稳定的要求，所以该系统稳定。则，放大系数的Ka确定Ka=Ko1.6=1301.6=2082.1.2 系统快速性的分析系统满足了稳定性，但是还需要满足快速性，其主要原因是液压伺服系统需要快速的相应，总是有输入就有输出。运用Matlab进行仿真，其程序如下所示：%系统的参数条件clfKo=130;Ksv=2.44e-2;Wsv=628;Wm=0;Wo=564;Wr=56.31;zuni=0.8;Hs=3.33e-9%建立系统开环传递函数num1=Ko*Ksvden1=conv(1/Wr 1,conv(1/Wo2 2*zuni/Wo 1,1/Wsv2 2*zuni/Wsv 1)sys1=tf(num1,den1)%建立系统闭环传递函数num2=sys1/Hsden2=1+sys1sys2=num2/den2%绘制系统的闭环Bode图figure(1)margin(sys2)grid%绘制系统的时间响应图figure(2)step(sys2)grid程序运行后，可得到下图，首先由图4.5可知，在系统幅值下降1dB后，系统的频率为338red/sec，比设计要求的f5Hz=31.4 red/sec要大；其次由图4.6可知，系统的最大超调量为：系统闭环Bode图系统时域阶跃仿真曲线由图可知，Mp=(3.06-2.3)/3.06100%=24.8%最大超调量在1.5%-25%之间，满足要求。