基于matlab的液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真畢業(yè)論文

1、<p>　　基于MATLAB的液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真</p><p>　　院 系 </p><p><b>　　指導(dǎo)教師</b></p><p>　　評(píng) 語(yǔ)

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 (簽章)</p><p><b>　　評(píng) 閱 人</b></p><p>　　評(píng) 語(yǔ)

3、 </p><p>　　評(píng) 閱 人 (簽章)</p><p>　　成 績(jī) </p><p>　　答辯委員會(huì)主任 (簽章)</p><p>　　年 月 日 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書<

4、;/p><p><b>　　班 級(jí) </b></p><p>　　題 目 基于MATLAB的液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真</p><p>　　1、本論文的目的、意義：現(xiàn)代液壓技術(shù)的發(fā)展，使得液壓技術(shù)本身具有了獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并且已廣泛運(yùn)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、制造業(yè)、能源工程、交通運(yùn)輸和物流工程、油氣探測(cè)與加工、建筑與公共工程、航天與海洋技術(shù)

5、、軍事裝備、國(guó)防工程等領(lǐng)域，成為農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化進(jìn)程中不可替代的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)技術(shù)，也是當(dāng)代廣泛推廣與應(yīng)用的重要基礎(chǔ)技術(shù)知識(shí)之一。系統(tǒng)仿真技術(shù)是近20年來(lái)發(fā)展的一門新興技術(shù)學(xué)科，它是利用系統(tǒng)模型對(duì)真實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行分析研究的過(guò)程。當(dāng)在實(shí)際系統(tǒng)上進(jìn)行試驗(yàn)研究難于實(shí)現(xiàn)時(shí)，仿真技術(shù)就突出了它的優(yōu)勢(shì)，并成為十分重要和必不可少的研究手段。應(yīng)用Matlab來(lái)對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真，以得到系統(tǒng)運(yùn)行的速度、位移和壓力曲線，這樣可以更加直觀的分析

6、系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，并對(duì)系統(tǒng)作出合理的調(diào)整，這樣減少了系統(tǒng)的誤差，使得系統(tǒng)運(yùn)行更加平穩(wěn)。 </p><p>　　2、學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù)

7、 </p><p>　?。?）、收集資料，了解系統(tǒng)仿真技術(shù)的相關(guān)背景，翻譯相關(guān)的英文資料。 </p><p>　?。?）、設(shè)計(jì)液壓電梯的液壓系統(tǒng)，完成相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算。

8、 </p><p>　?。?）、建立電梯液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。 </p><p>　　（4）、根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，在Matlab中使用simu

9、link對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行仿真。 </p><p>　　（5）、分析仿真結(jié)果，根據(jù)具體情況對(duì)液壓系統(tǒng)和仿真方法進(jìn)行優(yōu)化。 </p

10、><p>　　（6）、撰寫畢業(yè)論文。 </p><p>　　3、論文各部分內(nèi)容及時(shí)間分配：（共 16 周）</p><p>　　第一部分 收集資料，了解系統(tǒng)仿真和液壓的知識(shí)，翻譯相關(guān)資料 ( 2周) </p&

11、gt;<p>　　第二部分 電梯液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和相關(guān)參數(shù)計(jì)算 ( 4周) </p><p>　　第三部分 建立液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用Matlab對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行仿真 ( 3周)</p><p>　　第四部分 分析仿

12、真結(jié)果，對(duì)電梯液壓系統(tǒng)和仿真方法進(jìn)行優(yōu)化 ( 2周) </p><p>　　第五部分 撰寫畢業(yè)論文 ( 1周)</p><p>　　評(píng)閱及答辯 ( 1周)</p><p&g

13、t;<b>　　4、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] Wiliam W. Reeves. The Technology of Fluid Power. Englewood Cliffs, N.J. Prentice Hall,1987.1~37</p><p>　　[2] Daniel.Sedrak. Hydraulic Elevators: A Loo

14、k at the Past，Present and Future， Elevator World，2000.6;</p><p>　　[3] 楊華勇、張健民，智能控制理論和液壓電梯，中國(guó)電梯，1998.4;</p><p>　　[4] 張健民、楊華勇，液壓電梯智能PID控制策略的研究，控制理論與應(yīng)用，1996.10增刊;</p><p>　　備 注

15、 </p><p>　　指導(dǎo)教師：審 批 人： 年 月 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　液壓電梯是現(xiàn)代社會(huì)中一種重要的垂直運(yùn)輸工具，由于其具

16、有機(jī)房設(shè)置靈活、對(duì)井道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求低、運(yùn)行平穩(wěn)、載重量大, 以及故障率低等優(yōu)點(diǎn), 在國(guó)內(nèi)外中、低層建筑中的應(yīng)用已相當(dāng)普遍。液壓電梯是集機(jī)、電、液一體化的產(chǎn)品，是由多個(gè)相互獨(dú)立又相互協(xié)調(diào)配合的單元構(gòu)成，對(duì)液壓電梯的開發(fā)研究涉及機(jī)械、液壓及自動(dòng)控制等多個(gè)領(lǐng)域。</p><p>　　本文在對(duì)液壓電梯的實(shí)際工作情況做了詳細(xì)分析后，假定了一個(gè)電梯具體的工作條件（包括電梯的最大負(fù)載和運(yùn)行速度等），選定電梯轎廂的支承方式為雙缸

17、直頂式、支承液壓缸為三級(jí)同步液壓缸，并設(shè)計(jì)了滿足條件的電梯液壓系統(tǒng)。然后根據(jù)電梯的工作條件和已設(shè)定參數(shù)，對(duì)各個(gè)液壓元件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。最后結(jié)合實(shí)際的情況和一些具體的產(chǎn)品，對(duì)液壓元件的型號(hào)和尺寸的進(jìn)行了確定。</p><p>　　在此基礎(chǔ)上，本文對(duì)電梯液壓系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)模型的建立，在建模過(guò)程中采用拓?fù)湓斫⑾到y(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，即先根據(jù)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)建立液壓系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，將系統(tǒng)分成若干個(gè)可以獨(dú)立的子系統(tǒng)，然后再分別

18、建立每個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，最后再根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組合成整個(gè)大系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。在建立了系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型后，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析，得到了系統(tǒng)的速度、壓力和位移曲線，這就更直觀的反應(yīng)了系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程。</p><p>　　根據(jù)仿真結(jié)果分析，液壓缸在運(yùn)行過(guò)程中速度振動(dòng)較大，本論文將PID控制算法加入到系統(tǒng)中，采用積分分離PID控制方法對(duì)本液壓系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析，結(jié)果顯示加入PID控制方法后系統(tǒng)穩(wěn)定性得到了提高，具有良好的工作

19、性能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：液壓電梯;雙缸直頂式;三級(jí)同步液壓缸;動(dòng)態(tài)仿真;PID控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Hydraulic Elevator is an important vertical transport in a modern society .Because of it

20、 has the advantages of engine room setting flexible, requiring a lower level of the well’s structural strength, smooth operation, large load, and Low failure rate Etc, it is already applied very common in the low-rise bu

21、ildings at home or abroad. Hydraulic Elevator is the products of integration mechanical, electrical, fluid, it is composed of number of independent each other and mutual cooperation modules, T</p><p>　　In th

22、is paper, after detailed analysis of the hydraulic elevator's actual work situation, we assumed the elevator’s specific working conditions (Including the elevator’s maximum load, running speed and so on), and determi

23、ning the elevator’s supporting style was straight for the double top, using Synchronization of three-tier hydraulic cylinder, And designed the hydraulic system of the elevator to meet the actual conditions. Then accordin

24、g to the working conditions of the elevator and the given p</p><p>　　On this basis，this paper established a mathematical model for elevator hydraulic system, In the modeling process we used the principle of

25、system topology to establish the mathematical model, first according the overall-structure of the system we establish the hydraulic system topology diagram, so the system is divided into several independent subsystems, a

26、nd then set up the mathematical model of each subsystem, Finally, composition the mathematical model for the entire system under the topology.</p><p>　　According to analysis of simulation results，the hydraul

27、ic cylinder's speed vibrated larger during operation. In this paper, PID control algorithm has been added to the system, used Integral separation PID control method for the hydraulic system’s simulation and analysis.

28、 The results showed that after adding PID control method ，system stability has been improved, and reflected the good performance.</p><p>　　Keywords: Hydraulic Elevator; Double straight-top; three-tier synchr

29、onous hydraulic cylinder; Dynamic Simulation; PID control</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1液壓電梯的發(fā)展概況1</p><p>　　1.1.1 國(guó)

30、外液壓電梯的發(fā)展簡(jiǎn)況1</p><p>　　1.1.2 國(guó)內(nèi)液壓電梯的發(fā)展簡(jiǎn)況2</p><p>　　1.2 液壓電梯工作原理概述2</p><p>　　1.3 液壓電梯的技術(shù)特點(diǎn)4</p><p>　　1.3.1 液壓電梯的性能要求4</p><p>　　1.3.2 液壓電梯的優(yōu)點(diǎn)4</p>

31、<p>　　1.3.3 液壓電梯的缺點(diǎn)5</p><p>　　1.4 本論文的選題意義及研究?jī)?nèi)容5</p><p>　　1.4.1 本論文的選題意義5</p><p>　　1.4.2 本論文的研究?jī)?nèi)容6</p><p>　　第2章 液壓電梯的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.1設(shè)計(jì)背景及工況

32、分析8</p><p>　　2.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.3 液壓缸的設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.3.1 同步伸縮液壓缸的工作原理10</p><p>　　2.3.2 同步伸縮缸的參數(shù)計(jì)算11</p><p>　　2.3.3 缸蓋和活塞頭設(shè)計(jì)15</p><p&g

33、t;　　2.3.4 柱塞缸和各級(jí)活塞缸的長(zhǎng)度計(jì)算18</p><p>　　2.3.5 液壓缸的密封20</p><p>　　2.4 泵和電機(jī)的選擇21</p><p>　　2.4.1 泵排量的計(jì)算21</p><p>　　2.4.2 電機(jī)的選擇21</p><p>　　2.5 液壓管路的設(shè)計(jì)22</p

34、><p>　　2.5.1 管路內(nèi)徑的選擇22</p><p>　　2.5.2 管道壁厚計(jì)算23</p><p>　　2.6 油箱設(shè)計(jì)23</p><p>　　2.7 過(guò)濾器的設(shè)計(jì)24</p><p>　　2.8 閥的選擇24</p><p>　　2.8.1 單向閥的選擇24</p&

35、gt;<p>　　2.8.2 電磁溢流閥24</p><p>　　2.8.3 節(jié)流閥24</p><p>　　2.9 本章小結(jié)25</p><p>　　第3章 電梯液壓系統(tǒng)模型的建立26</p><p>　　3.1電梯上行的數(shù)學(xué)模型28</p><p>　　3.1.1 泵的數(shù)學(xué)模型28<

36、/p><p>　　3.1.2 單向閥的數(shù)學(xué)模型29</p><p>　　3.1.3 比例流量閥的數(shù)學(xué)模型29</p><p>　　3.1.4 液壓橋的數(shù)學(xué)模型31</p><p>　　3.1.5 液控單向閥的模型32</p><p>　　3.1.6 液壓缸的數(shù)學(xué)模型32</p><p>　

37、　3.1.7 系統(tǒng)上行的模型35</p><p>　　3.2 電梯下行的數(shù)學(xué)模型36</p><p>　　3.3 本章小結(jié)38</p><p>　　第4章 電梯液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真39</p><p>　　4.1 simulink簡(jiǎn)介39</p><p>　　4.2電梯上行時(shí)液壓系統(tǒng)的仿真分析40</p

38、><p>　　4.2.1 供油子系統(tǒng)的仿真模型41</p><p>　　4.2.2 液壓橋和液控單向閥組成調(diào)整子系統(tǒng)的仿真模型41</p><p>　　4.2.3 三級(jí)同步液壓缸構(gòu)成運(yùn)行系統(tǒng)的仿真模型42</p><p>　　4.3 電梯上行液壓系統(tǒng)的仿真46</p><p>　　4.3.1 電梯上行液壓缸的速度曲

39、線47</p><p>　　4.3.2 電梯上行液壓缸的位移仿真曲線49</p><p>　　4.3.3 電梯上行液壓缸各級(jí)缸筒壓力仿真曲線49</p><p>　　4.4 本章小結(jié)50</p><p>　　第5章 電梯液壓系統(tǒng)的PID控制51</p><p>　　5.1 PID控制原理52</p&g

40、t;<p>　　5.2 位置PID控制算法53</p><p>　　5.3 數(shù)字PID控制算法的該進(jìn)54</p><p>　　5.4 液壓電梯液壓系統(tǒng)的PID控制器的設(shè)計(jì)與仿真56</p><p>　　5.4.1 PID控制器設(shè)計(jì)56</p><p>　　5.4.2 采樣周期的確定57</p><p

41、>　　5.4.3 PID控制器參數(shù)整定58</p><p>　　5.4.4 電梯液壓系統(tǒng)PID控制器仿真58</p><p>　　5.5 本章小結(jié)64</p><p><b>　　結(jié)論與展望65</b></p><p><b>　　致 謝67</b></p><

42、p><b>　　參考文獻(xiàn)68</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1液壓電梯的發(fā)展概況</p><p>　　電梯的廣泛使用早已成為工業(yè)化社會(huì)的標(biāo)志之一，目前在發(fā)達(dá)國(guó)家里，電梯早已經(jīng)進(jìn)入了人們的日常生活。在商場(chǎng)、辦公樓、停車場(chǎng)等公共場(chǎng)所，以及公寓樓、私人住宅中電梯已經(jīng)成為

43、人們必不可少的交通工具[7]。</p><p>　　液壓電梯是由液壓傳動(dòng)的電梯，通過(guò)液壓動(dòng)力源(液壓泵)把液壓油壓入液壓缸，使柱塞向上運(yùn)動(dòng)，直接或間接地作用在轎廂上，使轎廂上升。轎廂的下降一般靠自重使液壓缸內(nèi)的油液返回油箱中。液壓電梯是多層建筑中安全、舒適的垂直運(yùn)輸工具，也是廠房、倉(cāng)庫(kù)中最廉價(jià)的重型垂直運(yùn)輸設(shè)備。近年來(lái)，液壓電梯以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，顯示出強(qiáng)大的生命力[8]。</p><p>　

44、　1.1.1 國(guó)外液壓電梯的發(fā)展簡(jiǎn)況</p><p>　　世界上第一臺(tái)液壓電梯起源于19世紀(jì)，于1845年由威廉.湯姆森制造。隨后在1876年巴黎萬(wàn)國(guó)博覽會(huì)上展出了水壓間接式的液壓電梯，它利用公用水管極高的水壓推動(dòng)液壓缸的柱塞頂升轎廂，下降時(shí)靠泄流[1]。但由于水壓波動(dòng)及生銹問(wèn)題難以解決，不久就出現(xiàn)了油壓直接式的液壓電梯。由于當(dāng)時(shí)公共液壓站在造價(jià)和傳遞方面比蒸汽動(dòng)力有明顯的優(yōu)越性，而且蒸汽動(dòng)力電梯采用強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)方式

45、，其卷筒的寬度限制了電梯行程的根數(shù)，所以從1870年到19世紀(jì)末逐步得到發(fā)展。但是早期的液壓電梯功能較簡(jiǎn)單，主要用于運(yùn)送貨物。</p><p>　　液壓電梯的大規(guī)模使用比曳引式電梯晚，第二次世界大戰(zhàn)后期，高壓油傳動(dòng)在武器制造業(yè)的應(yīng)用，使得液壓傳動(dòng)和液壓控制技術(shù)得以發(fā)展。雖然19世紀(jì)中葉倫敦金融城區(qū)內(nèi)的辦公樓就開始使用液壓電梯，但真正大規(guī)模推廣使用是從50年代末開始，60年代進(jìn)入持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)期，70年代液壓電梯進(jìn)入

46、迅猛發(fā)展階段，80年代液壓技術(shù)更加成熟，其市場(chǎng)占有率逐步增加[2]。近年來(lái)，國(guó)際市場(chǎng)上10層(高40M)以下的建筑中的電梯70%采用了液壓電梯[3]。</p><p>　　近年來(lái)，由于曳引電梯技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)液壓電梯市場(chǎng)產(chǎn)生了強(qiáng)有力的沖擊，尤其是無(wú)機(jī)房曳引電梯的面世【芬蘭通力公司(KONE)的MONOSAPCETM和瑞士迅達(dá)公司(SCHINDELRMOBIELTM)、LMC公司的GENESIS方案、VESTNER公

47、司的自支撐電梯方案、HRIO公司的無(wú)機(jī)房方案等】，使得液壓電梯在機(jī)房設(shè)置方面的優(yōu)勢(shì)不復(fù)存在[5]。但這并不意味著液壓電梯將被淘汰，高性價(jià)比使其還會(huì)繼續(xù)發(fā)展，在重載場(chǎng)合，它仍具有廣闊的市場(chǎng)。</p><p>　　1.1.2 國(guó)內(nèi)液壓電梯的發(fā)展簡(jiǎn)況</p><p>　　我國(guó)液壓電梯的研制開發(fā)工作始于1977年，在當(dāng)時(shí)的第一機(jī)械部起重機(jī)械研究所主持下，試制了兩臺(tái)采用通用液壓元件的液壓電梯，但由于

48、經(jīng)驗(yàn)不足，一些技術(shù)指標(biāo)未能達(dá)到預(yù)期的性能要求[9]。1984年浙江大學(xué)流體與控制研究所與天津電梯研究所合作，成功研制出兩臺(tái)采用流量反饋電液比例控制的液壓電梯，性能指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，并于1985年通過(guò)了浙江省鑒定。近年來(lái)，我國(guó)液壓電梯的研究、開發(fā)和使用發(fā)展很快，國(guó)產(chǎn)液壓電梯新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，相繼投放市場(chǎng)。目前，許多電梯廠家都已能生產(chǎn)各種液壓電梯，并正努力提高液壓電梯的國(guó)產(chǎn)化水平，產(chǎn)品性能和產(chǎn)品質(zhì)量都得到了進(jìn)一步的提高[6]。</p

49、><p>　　液壓電梯不僅具有運(yùn)行平穩(wěn)、舒適性好、故障率低、安裝靈活等特點(diǎn)，而且能達(dá)到整體協(xié)調(diào)、豪華和重載的要求，因此，液壓電梯首先可以用做商場(chǎng)、賓館、高級(jí)飯店、體育場(chǎng)、娛樂(lè)場(chǎng)等豪華建筑和古典建筑中的觀光電梯與重載電梯。隨著人們居住條件的不斷改善，在一些舊房改建中需增設(shè)電梯的場(chǎng)合，不需頂層機(jī)房的液壓電梯將具有很大優(yōu)勢(shì)，特別是一些需要保證外觀及內(nèi)在建筑風(fēng)格的古典建筑中安裝電梯，液壓電梯更是由于安裝方便、性能良好及較低的

50、故障率成為用戶的最佳的通常也是唯一的選擇。另外是一些特殊使用場(chǎng)合，如車用電梯、船用平臺(tái)等，由于液壓電梯具有功率重量比大、安裝靈活等特點(diǎn)，將會(huì)使液壓電梯壟斷這一領(lǐng)域[10]。對(duì)于辦公樓、圖書館、醫(yī)院、實(shí)驗(yàn)樓、地下工程等建筑中使用的電梯，這類電梯雖然己有少量定貨，但還有待于進(jìn)一步開發(fā)。這些液壓電梯市場(chǎng)的啟動(dòng)，將推動(dòng)液壓電梯生產(chǎn)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，成本進(jìn)一步降低。促使更多的資金投入研究，從而提高其性能，形成一種良性循環(huán)。</p>

51、<p>　　1.2 液壓電梯工作原理概述</p><p>　　液壓電梯作為除電動(dòng)電梯之外的另外一個(gè)電梯種類，其工作原理和曳引電梯有很大的不同。液壓電梯是通過(guò)電力驅(qū)動(dòng)的泵傳遞液壓油到油缸，柱塞(或者活塞)通過(guò)直接或間接的方式作用于轎廂，實(shí)現(xiàn)轎廂上行:通過(guò)載荷和轎廂重力的作用使油缸中的液壓油流回到油箱，實(shí)現(xiàn)轎廂下行[13]。</p><p>　　液壓電梯的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)包括以下幾個(gè)主要

52、部件:</p><p>　　(a)、液壓泵站，即電機(jī)、油泵、油箱。油泵是將電動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為流動(dòng)油液的壓力能。油箱包括控溫元件、濾油器、消音器及油管等輔件，以保證液壓系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定、持久的工作;</p><p>　　(b)、控制閥，它是由多種閥組合而成的控制閥塊，控制液壓油的流向、速度及加減速度，從而使轎廂達(dá)到良好的運(yùn)行性能;</p><p>　　(c)、油缸

53、，動(dòng)力執(zhí)行元件，將油液的壓力能轉(zhuǎn)換為與其直接聯(lián)接的轎廂運(yùn)動(dòng)機(jī)械能。</p><p>　　(d)、牽引裝置，液壓缸的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)牽引裝置來(lái)牽引電梯轎廂的運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　轎廂的運(yùn)動(dòng)是由電力驅(qū)動(dòng)的泵使具有壓力的液壓油通過(guò)控制閥和管路從油箱流入液壓缸，或從液壓缸流回油箱來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？刂崎y及油泵電機(jī)靠機(jī)房?jī)?nèi)的控制柜來(lái)控制。</p><p>　　液壓電梯的控制系統(tǒng)是一個(gè)

54、速度控制系統(tǒng)。其工作過(guò)程是這樣的:當(dāng)液壓電梯上行時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)油泵迫使一部分油液進(jìn)入油缸，推動(dòng)柱塞以一定的加速度伸出油缸;接著油泵輸出的油液全部進(jìn)入油缸，轎廂以額定速度運(yùn)行;當(dāng)轎廂接近所選層站時(shí)，液壓電梯捕捉到井道中的減速信號(hào)，通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)入油缸的油液減少，使轎廂以平層速度運(yùn)行，通常在0.05-0.lm/s之間。當(dāng)轎廂與所選層站水平時(shí)，電梯又捕捉到井道中的停止信號(hào)，控制系統(tǒng)關(guān)閉所有的上行閥，隨后油泵電機(jī)停止工作，電梯停在所選層站，同時(shí)液

55、壓控制系統(tǒng)中的單向閥阻止油液流回油箱，轎廂保持靜止。為了使轎廂下行，電器操縱的下行閥打開，靠轎廂重力及載荷使油液通過(guò)控制閥以一定的流量流回油箱，柱塞縮回到油缸中，從而實(shí)現(xiàn)轎廂下行，其加減速度與上行時(shí)基本相同[22]。</p><p>　　液壓電梯與電動(dòng)電梯相比，由于技術(shù)實(shí)現(xiàn)上完全不同，因此具有其本身的一些特點(diǎn)：液壓系統(tǒng)功率重量比大，而且傳送距離長(zhǎng)，因此機(jī)房面積小且設(shè)置靈活；一般不帶配重，因此減小了井道尺寸;載重可

56、通過(guò)油缸直接作用在地基上，因此載重量大，而且井道不受力，降低了建筑費(fèi)用。上述特點(diǎn)使得液壓電梯適合于中低層建筑(<40m)、大載重 (>1t)、舊屋改造等場(chǎng)合，如倉(cāng)庫(kù)、停車場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)等等，或者在古典建筑、舊房中增設(shè)電梯。因此，盡管液壓電梯存在著提升高度低、速度低等局限性而受到曳引電梯的巨大挑戰(zhàn)，但上述優(yōu)勢(shì)使得液壓電梯依然在市場(chǎng)中占有可觀的份額，而且技術(shù)的進(jìn)步使其依然具有很好的發(fā)展前景。</p><p>　

57、　1.3 液壓電梯的技術(shù)特點(diǎn)</p><p>　　1.3.1 液壓電梯的性能要求</p><p>　　電梯工業(yè)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，在電梯制造與安裝安全規(guī)范、電梯技術(shù)條件、電梯試驗(yàn)方法、電梯鋼絲繩、電梯轎廂、井道、轎廂等各方面都已形成各種嚴(yán)格的技術(shù)要求和安裝規(guī)范，己形成統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[11]。液壓電梯除了要滿足這些要求外，在電梯性能方面，也需要滿足以下幾項(xiàng)指標(biāo)：</p><p

58、>　　1）、安全可靠性、穩(wěn)定性</p><p>　　液壓電梯作為一種載人的交通工具，安全性要求十分重要，電梯要求故障率小，應(yīng)急設(shè)施齊全，在任何正常工況(負(fù)載變化、油溫變化、電網(wǎng)擾動(dòng))下，均能按要求的運(yùn)行曲線反復(fù)保持可靠地運(yùn)行，不得有漏油現(xiàn)象。</p><p><b>　　2）、經(jīng)濟(jì)性</b></p><p>　　液壓電梯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便

59、，維護(hù)費(fèi)用低廉，是其保持強(qiáng)有力的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的根本。</p><p><b>　　3）、舒適性</b></p><p>　　特別對(duì)于乘客液壓電梯，其舒適性的好壞至關(guān)重要。人們常常將上浮感、下沉感、不穩(wěn)定感等統(tǒng)稱為不舒適感，產(chǎn)生這種不舒適感的主要原因是人對(duì)垂直運(yùn)動(dòng)往往比較敏感，尤其是在電梯的加速或者減速段。</p><p>　　1.3.2 液壓電梯的

60、優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　液壓電梯與其它驅(qū)動(dòng)方式(如曳引電梯)的垂直運(yùn)輸工具相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)[12]:</p><p>　　1）、機(jī)房設(shè)置靈活。液壓電梯靠油管傳遞動(dòng)力，因此，機(jī)房位置可設(shè)置在離井道周圍20m的范圍內(nèi)，且機(jī)房面積僅4-5m，，再也不需要用傳統(tǒng)方式將機(jī)房設(shè)置在井道上部，可使建筑結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。</p><p>　　2）、井道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求較低。因液壓電梯轎廂自

61、重及載重等垂直負(fù)荷均通過(guò)液壓缸全部作用于地基上，對(duì)井道墻及頂部的建筑性能要求低。</p><p>　　3）、井道利用率高。一般液壓電梯不設(shè)置對(duì)重裝置，故可提高井道面積的利用率。相同規(guī)格的液壓電梯要比曳引電梯的井道面積少12%。</p><p>　　4）、結(jié)構(gòu)緊湊。在相同主參數(shù)情況下，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)比曳引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的體積小、重量輕。</p><p>　　1.3.3 液壓電

62、梯的缺點(diǎn)</p><p>　　由于輸入功率、控制及結(jié)構(gòu)等條件的限制，一般液壓電梯的升程有限(40m)，速度不高(lm/s以下)。</p><p>　　需要輸入的功率大。因?yàn)橐簤弘娞莶辉O(shè)配重，在額定載重量、額定速度及提升高度相同的情況下，液壓電梯所需要的電機(jī)功率是曳引電梯的2.5-3倍，因?yàn)橐簤弘娞菖涮椎膭?dòng)力電路容量比曳引電梯大。盡管液壓電梯電機(jī)只在上行時(shí)工作，但其能量消耗至少為同等曳引電梯

63、的2倍左右。</p><p>　　溫度及載荷變化對(duì)液壓電梯的起制動(dòng)、加減速有一定的影響。液壓電梯的動(dòng)態(tài)速度模型隨著環(huán)境的變化會(huì)有所變化，增加了控制難度。</p><p>　　由于溫度的變化和泄漏等因素的影響，當(dāng)轎廂較長(zhǎng)時(shí)間停在某層站時(shí)會(huì)下沉，因此必須采取措施防止轎廂下沉[12]。</p><p>　　1.4 本論文的選題意義及研究?jī)?nèi)容</p><

64、p>　　1.4.1 本論文的選題意義</p><p>　　由于液壓電梯具有機(jī)房設(shè)置靈活、對(duì)井道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求低、運(yùn)行平穩(wěn)、載重量大, 以及故障率低等優(yōu)點(diǎn), 在國(guó)外中、低層建筑中的應(yīng)用已相當(dāng)普遍。由于我國(guó)對(duì)液壓電梯的研制、開發(fā)起步較晚, 雖已有一些單位開展研究、生產(chǎn), 但國(guó)產(chǎn)化程度不高, 主要依靠進(jìn)口。隨著今后人民生活水平的日益提高, 多層建筑也將安裝電梯, 而液壓電梯則是最適宜的機(jī)種。另外, 舊房改造對(duì)液壓電

65、梯也將會(huì)有大量而迫切的需要。在一些特殊的使用場(chǎng)合, 如汽車梯、船用平臺(tái)等, 由于液壓電梯具有功率重量比大、設(shè)置安裝靈活的優(yōu)點(diǎn), 尤其適用。對(duì)于這些大載重量電梯, 宜采用對(duì)稱布置的雙缸直頂支承方式, 可使轎廂處于相當(dāng)平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)。目前國(guó)內(nèi)對(duì)此類液壓電梯的研制還比較少，而且研究水平還處在一個(gè)較低的水平。</p><p>　　為適應(yīng)國(guó)內(nèi)這種形勢(shì)，最重要的是利用現(xiàn)有技術(shù)力量，投入必要的資金，開展液壓電梯的研發(fā)，選擇適用

66、的控制策略，采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)處理方法來(lái)對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制。為徹底解決國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題，并將液壓電梯迅速推向市場(chǎng)，必須優(yōu)化液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)合理的控制系統(tǒng)，使得電梯的運(yùn)行性能達(dá)到國(guó)際水平的前提下，大幅度降低造價(jià)，以促進(jìn)液壓電梯在國(guó)內(nèi)大規(guī)模的廣泛使用。</p><p>　　本論文在對(duì)液壓電梯的具體工作情況做了詳細(xì)分析后，設(shè)計(jì)了一個(gè)較優(yōu)化的電梯液壓系統(tǒng)，然后根據(jù)轎廂的載重和計(jì)劃運(yùn)行速度，對(duì)各個(gè)液壓元件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，最后結(jié)合

67、實(shí)際情況對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了建模和仿真，得出系統(tǒng)運(yùn)行的曲線。這樣更直觀的模擬出了電梯在運(yùn)行過(guò)程中的速度、壓力和位移的曲線的變化。針對(duì)電梯在啟動(dòng)和平穩(wěn)運(yùn)行過(guò)程中速度的振動(dòng)較大的情況，本文中在液壓系統(tǒng)中加入了PID控制算法，從而有效降低了系統(tǒng)的誤差，減少了電梯運(yùn)行的速度振動(dòng)，增強(qiáng)了電梯運(yùn)行的平穩(wěn)性和舒適性。</p><p>　　1.4.2 本論文的研究?jī)?nèi)容</p><p>　　1）、電梯液壓系統(tǒng)的

68、設(shè)計(jì)</p><p>　　在以前的液壓電梯系統(tǒng)中，很多都采用單缸支承，由于重載液壓電梯的轎廂尺寸一般較大, 綜合結(jié)構(gòu)剛度較差，這種支承方式偏載較大時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響電梯的運(yùn)行平衡性, 加劇導(dǎo)軌的磨損。本論文中采用雙缸支承電梯轎廂如圖1-1，這種方式在電梯運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)液壓缸同時(shí)對(duì)轎廂提供牽引力，這樣不僅節(jié)約了在電梯運(yùn)行時(shí)液壓缸的行程，降低了液壓缸的制造成本和安裝空間，而且保證了電梯運(yùn)行過(guò)程中的平穩(wěn)性和安全性。</p

69、><p>　　1-為電梯轎廂 2-為支承液壓缸</p><p>　　圖1-1 液壓電梯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p>　　2）、電梯液壓系統(tǒng)的建模</p><p>　　在完成液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和相關(guān)計(jì)算后，需要確立系統(tǒng)合適的控制策略，那么首先要建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。由于液壓電梯液壓系統(tǒng)具有長(zhǎng)行程、變負(fù)載、變液容以及由于油溫變化引起變泄漏的特點(diǎn)，直接由

70、其機(jī)理推導(dǎo)出數(shù)學(xué)模型相當(dāng)復(fù)雜。本論文中采用拓?fù)湓斫⑾到y(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，即先根據(jù)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)建立液壓系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，將系統(tǒng)分成若干個(gè)可以獨(dú)立的子系統(tǒng)，然后再分別建立每個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，最后再根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組合成整個(gè)大系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。這種建模方法不僅降低了建模的復(fù)雜程度，節(jié)省了建模的時(shí)間，而且這種模型在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)更利于改進(jìn)。</p><p>　　3）、電梯液壓系統(tǒng)的仿真</p><p>　

71、　建立起電梯液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型后，就需要對(duì)根據(jù)數(shù)學(xué)模型來(lái)建立系統(tǒng)的仿真模型。本文中采用MATLAB中的Simulink來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并且把整個(gè)系統(tǒng)分為三個(gè)子系統(tǒng)：液壓泵、單向閥和調(diào)速閥組成供子油系統(tǒng)；液壓橋和液控單向閥組成調(diào)整子系統(tǒng)；三級(jí)同步液壓缸構(gòu)成運(yùn)行系統(tǒng)，下面對(duì)三個(gè)子系統(tǒng)分別建立仿真模型，然后再組成系統(tǒng)的總體仿真模型，進(jìn)行仿真，這樣具有很強(qiáng)的可觀性和內(nèi)部可移植性，給程序調(diào)試和設(shè)計(jì)帶來(lái)很大方便。在對(duì)系統(tǒng)仿真過(guò)程中，對(duì)系統(tǒng)輸入了階

72、躍的流量信號(hào)和一個(gè)調(diào)速信號(hào)，系統(tǒng)輸出為液壓缸的速度、壓力和位移曲線。</p><p>　　4）、電梯液壓系統(tǒng)的PID控制</p><p>　　在對(duì)電梯液壓系統(tǒng)進(jìn)行了仿真后，得到了液壓缸運(yùn)行的速度、壓力和位移曲線，分析各級(jí)缸筒的曲線，可以看出液壓缸的缸筒的各級(jí)速度曲線總體運(yùn)行都符合設(shè)計(jì)要求，但是缸筒速度的振動(dòng)較大，這使得電梯不能穩(wěn)定的運(yùn)行。綜合考慮，對(duì)電梯液壓系統(tǒng)加入了PID控制器，以減少液

73、壓缸速度運(yùn)行的誤差。在加入了PID控制器后，液壓缸缸筒在啟動(dòng)過(guò)程中的調(diào)整時(shí)間減少，速度變得平穩(wěn)，增加了電梯運(yùn)行的平穩(wěn)性和舒適性。</p><p>　　第2章 液壓電梯的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1設(shè)計(jì)背景及工況分析</p><p>　　隨著人們生活水平的不斷提高，電梯已經(jīng)廣泛運(yùn)用于人們?nèi)粘Ｉ钪?，而液壓電梯則是電梯中的一個(gè)重要梯種，液壓電梯具有機(jī)房設(shè)置靈

74、活、對(duì)井道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求低、運(yùn)行平穩(wěn)、載重量大, 以及故障率低等優(yōu)點(diǎn), 在國(guó)外中、低層建筑中的應(yīng)用已相當(dāng)普遍, 我國(guó)對(duì)液壓電梯的研制、開發(fā)起步較晚, 雖已有一些單位開展研究、生產(chǎn), 但國(guó)產(chǎn)化程度不高, 主要依靠進(jìn)口。隨著今后人民生活水平的日益提高, 多層建筑也將安裝電梯, 而液壓電梯則是最適宜的機(jī)種。另外, 舊房改造對(duì)液壓電梯也將會(huì)有大量而迫切的需要。在一些特殊的使用場(chǎng)合, 如汽車梯、船用平臺(tái)等, 由于液壓電梯具有功率重量比大、設(shè)置安裝靈

75、活的優(yōu)點(diǎn), 尤其適用。對(duì)于這些大載重量電梯, 宜采用對(duì)稱布置的雙缸直頂支承方式, 可使轎廂處于相當(dāng)平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)[16]。</p><p>　　根據(jù)實(shí)際情況和參照相關(guān)電梯承載的參數(shù)，我設(shè)定液壓電梯的總負(fù)載（包括電梯本身自重）為3000Kg，電梯行程為12m，運(yùn)行平穩(wěn)速度為0.75m/s，由于重載液壓電梯的轎廂尺寸一般較大, 綜合結(jié)構(gòu)剛度較差, 若采用單缸承重, 偏載較大時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響電梯的運(yùn)行平衡性, 加劇導(dǎo)軌的磨

76、損, 因此宜采用雙缸支承[23]。雙缸液壓電梯的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-1所示。電梯為四層四站, 每層高3米, 采用直頂支承方式, 兩柱塞缸左右對(duì)稱布置, 分別立于相應(yīng)導(dǎo)軌一側(cè)。</p><p>　　1-為電梯轎廂 2-為支承液壓缸</p><p>　　圖2-1 液壓電梯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p>　　2.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　

77、液壓電梯中用得最多的液壓系統(tǒng)是節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)。本液壓系統(tǒng)也采用節(jié)流調(diào)速系統(tǒng), 上行時(shí)為旁路節(jié)流調(diào)速, 下行時(shí)為回油節(jié)流調(diào)速[25], 液壓系統(tǒng)原理見圖2-2。</p><p>　　1. 泵 2. 電機(jī) 3. 單向閥 4. 電磁溢流閥 5. 比例流量閥 6. 手動(dòng)節(jié)流閥 </p><p>　　7, 8. 比例節(jié)流閥 9, 10. 液壓轎 11, 12

78、. 電控單向閥 13, 14. 油缸</p><p>　　15. 手動(dòng)下降閥 16. 回油濾油器 17. 進(jìn)油濾油器 18. 高壓濾油器 19. 壓力表開關(guān) 20. 壓力表 21. 油箱</p><p>　　圖2-2 液壓電梯液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　電梯上行需由泵源驅(qū)動(dòng)。

79、電機(jī)啟動(dòng)時(shí),電磁溢流閥4 失電,泵卸荷,比例流量閥5的開度為最大,而后電磁溢流閥通電,此時(shí)調(diào)節(jié)比例流量閥的開度即可實(shí)現(xiàn)電梯的旁路調(diào)速。系統(tǒng)的安全工作壓力為溢流閥的調(diào)定壓力。</p><p>　　電梯下行是靠轎廂及載荷的自重作用實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)有下行召喚信號(hào)出現(xiàn)時(shí),打開電控單向閥11、12,調(diào)節(jié)比例流量閥就能實(shí)現(xiàn)電梯的回油節(jié)流調(diào)速。</p><p>　　雙缸的同步運(yùn)動(dòng)通過(guò)調(diào)節(jié)兩比例節(jié)流閥7、8 來(lái)

80、實(shí)現(xiàn),由于比例節(jié)流閥只能沿一個(gè)方向通流,需加液壓橋路9、10, 使得電梯上、下運(yùn)行時(shí)這兩個(gè)比例閥都能正常工作。電控單向閥由普通液控單向閥改裝而成,電磁閥失電時(shí)像普通單向閥一樣正向通流, 反向截流;而當(dāng)電磁閥得電后,可以實(shí)現(xiàn)反向通流。由于電控單向閥不采用間隙密封, 不會(huì)發(fā)生泄漏, 因此可有效解決液壓電梯的自動(dòng)沉降難題。手動(dòng)節(jié)流閥6在電梯試驗(yàn)運(yùn)行時(shí)用來(lái)調(diào)整雙缸液壓管路的沿程壓力損失。手動(dòng)下降閥15又叫應(yīng)急閥,當(dāng)電網(wǎng)突然斷電或液壓系統(tǒng)因故障無(wú)

81、法運(yùn)行時(shí),操縱手動(dòng)下降閥就可使電梯以安全低速(0.1m/s)下降[26]。</p><p>　　2.3 液壓缸的設(shè)計(jì)</p><p>　　在機(jī)械制造行業(yè)中，液壓傳動(dòng)已成為必不可少的一門技術(shù)而普遍地應(yīng)用于各種機(jī)械、機(jī)床和設(shè)備中，發(fā)揮著獨(dú)特地、極為重要地作用。液壓缸是液壓系統(tǒng)中最重要的執(zhí)行元件，它將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，配置靈活，使用維修方便，所以比液壓馬達(dá)，擺

82、動(dòng)液壓馬達(dá)應(yīng)用更為廣泛。液壓缸能與各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相配合，完成復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，從而進(jìn)一步擴(kuò)大了它的運(yùn)用范圍。作為執(zhí)行元件，液壓缸是液壓系統(tǒng)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，液壓缸性能的優(yōu)劣直接影響機(jī)械系統(tǒng)的工作性能。所以液壓缸必須根據(jù)不同的機(jī)械系統(tǒng)和具體工況來(lái)設(shè)計(jì)，以達(dá)到設(shè)計(jì)效果。因此，做好液壓缸設(shè)計(jì)必須首先對(duì)各種形式的液壓缸的特點(diǎn)有充分的了解，做好選型工作，然后再根據(jù)具體情況來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p>　　2.3.1 同步伸縮

83、液壓缸的工作原理</p><p>　　液壓缸是這個(gè)液壓系統(tǒng)中的重要執(zhí)行元件，由于液壓電梯的重載和穩(wěn)定運(yùn)行的特性，則需要根據(jù)具體情況來(lái)設(shè)計(jì)液壓缸。液壓電梯的液壓缸需要安裝空間不大但伸縮長(zhǎng)度較長(zhǎng)，所以選擇伸縮液壓缸。由于載人液壓電梯的速度不能有突變，其速度曲線必須是平滑連續(xù)的，所以需要伸縮液壓缸的各級(jí)是同步伸出的，如果逐級(jí)伸出，那么會(huì)導(dǎo)致轎廂速度突變，并產(chǎn)生較大的振動(dòng)。因此在液壓電梯的液壓系統(tǒng)中，不能使用普通多級(jí)伸縮

84、液壓缸，需要使用各級(jí)柱塞同時(shí)運(yùn)動(dòng)同時(shí)停止的多級(jí)同步液壓缸[4]。與普通多級(jí)伸縮缸的最大不同之處在于同步伸縮缸的各級(jí)柱塞桿的出桿速度是相等的。</p><p>　　同步伸縮缸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-3，從各級(jí)缸筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上保證：第三級(jí)活塞背腔環(huán)形作用面積與第二級(jí)活塞的前腔作用面積足夠近似相等即；并且溝通容腔和，即可實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行[14]。當(dāng)三級(jí)活塞位移變化時(shí)，容腔被壓縮了，排出油液進(jìn)入容腔，使二級(jí)活塞現(xiàn)對(duì)三級(jí)活塞產(chǎn)生位移，

85、即：</p><p><b>　　可得： </b></p><p><b>　　進(jìn)一步微分可得：</b></p><p><b>　　再微分可得：</b></p><p><b>　　同理可得到：</b></p><p>　　從以

86、上分析可知：結(jié)構(gòu)上的近似相等的設(shè)計(jì)和被忽略的因素存在，多級(jí)同步伸縮缸不可能完全同步，一定存在同步誤差。右圖中，缸筒2和缸筒3底部活塞上來(lái)補(bǔ)油，用來(lái)消除因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和被忽略因素影響而產(chǎn)生的同步誤差，在正常工作時(shí)，由于第二級(jí)的壓力明顯高于第三級(jí)壓力，此單向閥處于關(guān)閉狀態(tài)。單向閥的開啟壓力應(yīng)設(shè)計(jì)成低于第三級(jí)活塞密封件的總靜摩擦力折算的當(dāng)量壓力。這樣系統(tǒng)壓力大于而小于時(shí)，就開始補(bǔ)油。</p><p>　　2.3.2 同步伸

87、縮缸的參數(shù)計(jì)算</p><p>　　在大多數(shù)電梯生產(chǎn)企業(yè)，他們的液壓電梯中的多級(jí)同步伸縮液壓缸大多形成型譜表，型譜表中規(guī)定了不同系列的三級(jí)同步伸縮液壓缸的各級(jí)活塞桿的外徑尺寸，有些還各級(jí)有缸頭尺寸，對(duì)本系統(tǒng)中同步液壓缸的設(shè)計(jì)有重要的參考價(jià)值。在設(shè)計(jì)三級(jí)同步伸縮缸時(shí)，首先根據(jù)同步原理計(jì)算相關(guān)參數(shù)，然后根據(jù)實(shí)際情況參考相關(guān)產(chǎn)品的型譜圖來(lái)選擇具體的參數(shù)[15]。</p><p>　　根據(jù)同步原理

88、可得下面方程組： （2-1）</p><p>　　方程組2-1中都是相對(duì)速度而不是絕對(duì)速度，就是說(shuō)是柱塞桿Ⅰ相對(duì)于柱塞Ⅱ的現(xiàn)對(duì)速度，是柱塞桿Ⅱ相對(duì)于柱塞桿Ⅲ的相對(duì)速度，是柱塞桿Ⅲ相對(duì)于缸筒Ⅳ的相對(duì)速度[14]。簡(jiǎn)圖如圖2-4，根據(jù)方程組2-1可推得如下方程：</p><p><b>　?。?-2）</b></p>

89、<p><b>　　化簡(jiǎn)為：</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　由于各級(jí)的相對(duì)速度想等，即</p><p>　　，所以得如下方程組：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>&

90、lt;b>　　即等于：</b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　圖2-4 液壓缸缸筒簡(jiǎn)圖</p><p>　　獲得以上公式后，可以根據(jù)電梯工作情況的要求，按照上面的公式來(lái)計(jì)算同步液壓缸的具體尺寸，但是實(shí)際設(shè)計(jì)中由于密封件和鋼管材料規(guī)格的限制，和不可能取得計(jì)算數(shù)值，而制作符合計(jì)算數(shù)值精度的密封

91、件具有一定難度且價(jià)格過(guò)高，所以只能根據(jù)現(xiàn)有密封件和缸筒材料，在滿足電梯液壓系統(tǒng)運(yùn)行條件的情況下，選擇接近計(jì)算數(shù)值的尺寸。經(jīng)過(guò)反復(fù)計(jì)算和查閱各種密封件規(guī)格資料，并結(jié)合實(shí)際情況參考同類產(chǎn)品規(guī)格，確定如下表2-1所示的三級(jí)同步伸縮液壓缸的型譜計(jì)算表[20]。表2-1中，計(jì)算值是指按照2-4方程組計(jì)算所得數(shù)值，實(shí)際值是參照計(jì)算值對(duì)照密封件和鋼管材料所取得實(shí)際各級(jí)缸筒的內(nèi)徑和外徑，速度比反映了同步誤差大小。</p><p>

92、;　　表2-1 液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算型譜表</p><p>　　實(shí)際設(shè)計(jì)的三級(jí)同步伸縮液壓缸時(shí)，綜合考慮實(shí)際情況并參考三菱電梯的相關(guān)參數(shù)，取如下參數(shù)為同步伸縮缸的實(shí)際尺寸。</p><p><b>　　表2-2 選定參數(shù)</b></p><p>　　所以可以綜合列出液壓缸設(shè)計(jì)的綜合參數(shù)如下表：</p><p>　　表2-3 基

93、本參數(shù)表</p><p>　　要使三級(jí)活塞上下運(yùn)動(dòng)的速度基本相同，行程也相同，這要求第三級(jí)活塞環(huán)形面積等于第二級(jí)活塞下腔面積，以此類推，根據(jù)這個(gè)原理來(lái)計(jì)算液壓缸的相關(guān)尺寸。</p><p>　　根據(jù)前面得到的方程組（2-4）可知：</p><p><b>　　由基本參數(shù)可知：</b></p><p><b>　

94、　解方程組得：</b></p><p>　　令 </p><p><b>　　得到壁厚：</b></p><p><b>　　檢驗(yàn)之比：</b></p><p>　　將以上數(shù)據(jù)帶入方程組（2-2）得：</p><p>　　從以上計(jì)算可得各級(jí)參數(shù)值

95、如下：</p><p>　　知道了缸筒的內(nèi)徑、外徑，材料選用20#無(wú)縫鋼管，可以計(jì)算各級(jí)缸筒的質(zhì)量，由于活塞的質(zhì)量對(duì)三級(jí)同步伸縮缸的影響是很小的，可以將缸筒作為一根長(zhǎng)的圓筒質(zhì)量來(lái)計(jì)算，缸筒長(zhǎng)度可取行程長(zhǎng)度。質(zhì)量計(jì)算比較常見，所以省略計(jì)算過(guò)程，計(jì)算結(jié)果如下：</p><p>　　2.3.3 缸蓋和活塞頭設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1.缸蓋Ⅰ</b

96、></p><p><b>　?。?）壓力計(jì)算</b></p><p><b>　　最大靜壓力：</b></p><p><b>　　工作壓力：</b></p><p><b>　　（2）螺釘連接設(shè)計(jì)</b></p><p>

97、　　6個(gè)內(nèi)六角圓柱頭螺釘，規(guī)格：M16，p2，</p><p><b>　　螺釘軸線分布圓</b></p><p><b>　　螺釘間距：</b></p><p>　　螺釘軸線分布圓直徑：</p><p>　　考慮到與壓圈連接，?。?lt;/p><p>　　（3）活塞頭外圓直徑&

98、lt;/p><p><b>　　（4）缸蓋厚度計(jì)算</b></p><p><b>　　取缸蓋厚度為：</b></p><p><b>　　2.活塞頭Ⅱ</b></p><p><b>　　(1)壓力計(jì)算</b></p><p><

99、;b>　　最大靜壓力：</b></p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　工作壓力：</b></p><p><b>　?。?）螺釘連接</b></p><p>　　8個(gè)內(nèi)六角圓柱螺釘，規(guī)格：</p><p>

100、;<b>　　螺紋軸線分布圓</b></p><p><b>　　螺釘間距：</b></p><p>　　螺釘軸線分布圓直徑：</p><p>　　（3）活塞頭外圓直徑：</p><p><b>　?。?）缸蓋厚度</b></p><p>　　同活塞頭Ⅰ

101、一樣取81mm，因?yàn)楸炯?jí)缸筒壓力小于第Ⅰ級(jí)</p><p><b>　　3.活塞頭Ⅲ</b></p><p><b>　?。?）壓力計(jì)算</b></p><p><b>　　最大靜壓力：</b></p><p><b>　　所以</b></p>

102、<p><b>　　工作壓力：</b></p><p><b>　?。?）螺釘連接</b></p><p>　　10個(gè)內(nèi)六角螺釘，規(guī)格：</p><p><b>　　螺釘軸線分布圓：</b></p><p><b>　　螺釘間距：</b>&l

103、t;/p><p>　　螺釘軸線分布圓直徑： </p><p>　　（3）活塞頭外圓直徑</p><p><b>　?。?）缸蓋厚度</b></p><p>　　同活塞頭Ⅰ一樣取81mm，因?yàn)楸炯?jí)缸筒壓力小于第Ⅰ級(jí)</p><p><b>　　4.結(jié)論</b></p>

104、<p>　　根據(jù)以上的計(jì)算，同時(shí)考慮壓圈、卡環(huán)的尺寸的相互關(guān)系，取得如下尺寸:</p><p>　　第一級(jí):缸蓋外徑:196，連接螺釘節(jié)圓直徑:80</p><p>　　第二級(jí):缸蓋外徑:228，連接螺釘節(jié)圓直徑:100</p><p>　　第二級(jí):缸蓋外徑:322，連接螺釘節(jié)圓直徑:294</p><p>　　2.3.4 柱塞缸

105、和各級(jí)活塞缸的長(zhǎng)度計(jì)算</p><p>　　根據(jù)液壓缸的相關(guān)尺寸和具體情況，參照三菱電梯的相關(guān)尺寸，有效尺寸大于或等于8100mm，全部縮回小于或等于3970mm</p><p><b>　　解得：</b></p><p>　　取總高為3940mm，則各級(jí)桿長(zhǎng)如下：</p><p>　　缸筒長(zhǎng)度：3065mm</p

106、><p>　　活塞桿Ⅱ：3242mm</p><p>　　活塞桿Ⅰ：3386mm</p><p>　　柱塞桿：3590mm</p><p>　　柱塞桿如圖2-5，長(zhǎng)度:2077mm，直徑:85mm</p><p>　　圖2-5 第一級(jí)柱塞桿</p><p>　　第二級(jí)活塞桿如圖2-6，整體長(zhǎng)度:19

107、07mm</p><p>　　缸蓋和壓圈直徑:196mm，缸蓋加壓圈厚度:84mm</p><p>　　活塞頭Ⅱ直徑:148mm</p><p>　　活塞桿Ⅱ長(zhǎng)度:1757mm，活塞桿I直徑:125mm</p><p>　　圖2-6 第二級(jí)活塞桿</p><p>　　第三級(jí)活塞桿如圖2-7:整體長(zhǎng)度:1664mm<

108、;/p><p>　　缸蓋和壓圈直徑:228mm，缸蓋加壓圈厚度:90mm</p><p>　　活塞頭Ⅲ直徑:225mm</p><p>　　圖2-7 第三級(jí)活塞桿</p><p>　　活塞桿Ⅲ長(zhǎng)度:1497mm，活塞桿Ⅲ直徑:170mm</p><p>　　第四級(jí)活塞桿如圖2-8，整體長(zhǎng)度:1653mm</p>

109、<p>　　缸蓋和壓圈直徑:322mm，缸蓋加壓圈厚度:102mm</p><p>　　缸底和壓圈IV直徑:322mm，缸底壓圈厚度:136mm</p><p>　　圖2-8 第四級(jí)活塞桿</p><p>　　活塞桿IV長(zhǎng)度:1487mm，活塞桿IV直徑:260mm</p><p>　　整體外形尺寸如圖2-9:</p>

110、;<p>　　高度(不包括越程):4457mm</p><p>　　高度(包括越程):4757mm</p><p>　　圖2-9 液壓缸整體外形尺寸</p><p>　　2.3.5 液壓缸的密封</p><p>　　液壓缸依靠密封油液容積的變化傳遞動(dòng)力和速度，液壓油在系統(tǒng)及元件的容腔內(nèi)流動(dòng)或暫存時(shí)，由于壓力、間隙、粘度等因素的變

111、化，而導(dǎo)致少量工作介質(zhì)越過(guò)容腔邊界，由高壓腔向低壓腔或外界流出，造成泄漏。密封元件可以防止液壓缸的泄漏及外界塵埃和異物的侵入。密封裝置的優(yōu)劣將直接影響液壓缸的工作性能。密封不好的液壓缸，不僅會(huì)污染環(huán)境、降低容積效率、增加功率損失，有時(shí)還會(huì)影響液壓缸的正常工作。</p><p>　　液壓缸密封件選用取決于壓力、速度、溫度和工作介質(zhì)等因素。密封件的合理選用對(duì)液壓缸有很重要的意義。密封效果決定了液壓缸的容積效率;密封摩

112、擦力的大小，決定了液壓缸的機(jī)械效率;密封材料的耐熱性能，影響液壓缸的工作溫度;液壓缸的工作速度，也受密封件的限制;密封件的材料和系統(tǒng)采用的工作介質(zhì)要有相容性;動(dòng)密封件的摩擦阻力要小，即摩擦系數(shù)要小而穩(wěn)定，特別是靜、動(dòng)摩擦系數(shù)差值要小。密封件的耐磨性要好，磨損后應(yīng)有一定程度的自動(dòng)補(bǔ)償，制造簡(jiǎn)單、裝拆方便、成本低廉。</p><p>　　對(duì)于活塞的密封，活塞的密封選用K03組合式孔用密封圈，它是由一個(gè)密封環(huán)、兩個(gè)擋環(huán)

113、和兩個(gè)導(dǎo)向環(huán)組成的五件套組合式密封[17]。其最高工作壓力為4OMPa，溫度-30-100，運(yùn)動(dòng)速度0.5m/s。</p><p>　　對(duì)于活塞桿的密封，活塞桿與端蓋處的密封采用MA39雙唇軸用Y形圈，該Y形圈帶小于45°切角，且雙唇是非對(duì)稱的，用于活塞桿的密封，其中一個(gè)密封唇用于支持活塞桿向上的密封作用并在其向下運(yùn)動(dòng)時(shí)除去保留在接觸空氣一側(cè)的灰塵污物。材料為聚氨酷AU92，最高工作壓力可達(dá)40MPa，