毕业设计(论文)-液压千斤顶毕业设计

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摘要

液压传动的基本原理是机械能与液压能的相互转换，液压千斤顶是典型的利用液压传动的设备，液压千斤顶具有结构紧凑、体积小、重量轻、携带方便、性能可靠等优点，被广泛应用于流动性起重作业，是维修汽车、拖拉机等理想工具。其结构轻巧坚固、灵活可靠，一人即可携带和操作，千斤顶是用刚性顶举件作为工作装置，通过顶部托座或底部托爪在小行程内顶升重物的轻小起重设备。

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，国民经济的快速发展，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。

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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。

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目录

摘

要 ..................................................................... ........................................................................ .........................................I 第一章:液压千斤顶的基本介

绍 ..................................................................... ................................................................ 1 1.1液压系统分

析 ..................................................................... ........................................................................ ................ 1 1.2液压千斤顶原理

图 ..................................................................... ........................................................................

...... 2 1.3液压千斤顶的组

成 ..................................................................... ........................................................................ ...... 3 1.4液压千斤顶的分

类 ..................................................................... ........................................................................ (3)

1.4.1按结构特征可分

为 ..................................................................... . (4)

1.4.2量具-千斤

顶 ..................................................................... ........................................................................ .. (5)

1.4.3其它分

类 ..................................................................... ........................................................................ ................. 5 1.5液压千斤顶的使用说明...................................................................... .. (5)

1.6液压千斤顶常见故障排

除 ..................................................................... ................................................................ 6 1.7

千斤顶系统结构分

析...................................................................... .........................................................................

7 第二章:液压千斤顶的优缺点及保养...................................................................... ...................................................... 9 2.1液压千斤顶

的优

点 ..................................................................... ........................................................................ ...... 9 2.2液压千斤顶的缺

点 ..................................................................... ........................................................................ ...... 9 2.3液压千斤顶的维

护 ..................................................................... ........................................................................ .... 10 第三章: 液压千斤顶的机构设

计 ..................................................................... ............................................................ 11 3.1结构

设计的意

义 ..................................................................... ........................................................................ ......... 11 3.2千斤顶的结

构 ..................................................................... ........................................................................ .. (11)

3.2.1螺旋传动选择...................................................................... ........................................................................ .. (12)

3.2.2螺纹类型选择...................................................................... ........................................................................ ..... 12 3.3液压千斤顶活塞部位密

封 ..................................................................... .............................................................. 13 第四章液压千斤顶的计算与说

明 ..................................................................... ........................................................... 15 4.1液压缸的设

计 ..................................................................... ........................................................................ .. (15)

4.1.1液压缸的主要形式及选材...................................................................... .. (15)

4.1.2液压缸的压力...................................................................... ........................................................................ ..... 15 4.2液压缸的输出力与输出

力 ..................................................................... .............................................................. 16 4.3液压缸的输出速

度 ..................................................................... ........................................................................ . (17)

4.3.1大液压缸的输出速

度 ..................................................................... (17)

4.3.2液压缸的功率...................................................................... ........................................................................ .. (18)

4.3.3小液压缸的主要参数计算...................................................................... .. (18)

4.3.4小液压缸壁厚及长度的确定...................................................................... (19)

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4.3.5液压缸外径的计

算 ..................................................................... .. (19)

4.3.6油口尺

寸 ..................................................................... ........................................................................ ............... 19 4.4内管设计...................................................................... ........................................................................ ....................... 20 4.5外管设计...................................................................... ........................................................................ .. (21)

4.6油缸的壁厚校

验 ..................................................................... ........................................................................ (21)

4.7锁母螺纹牙剪切强度校

验 ..................................................................... .............................................................. 22 4.8锁母螺纹牙的弯曲强度校

验 ..................................................................... ......................................................... 23 第五章油箱的结构设计及防噪...................................................................... ............................................................. 24 5.1油箱的结构设

计 ..................................................................... ........................................................................ ......... 24 5.2防噪音问

题 ..................................................................... ........................................................................ ................... 25 5.3他应注意事

项 ..................................................................... ........................................................................ .............. 25 第六章液压油...................................................................... ........................................................................ ....................... 27 6.1液压油的分类与牌号划

分 ..................................................................... .............................................................. 27 6.2液压油的规格、性能及应

用 ..................................................................... ......................................................... 28 6.3液压油的选

用 ..................................................................... ........................................................................ .............. 28 6.4常见品牌...................................................................... ........................................................................ ....................... 29 第七章千斤顶的使用方

法 ..................................................................... .......................................................................

31 结

论 ..................................................................... ........................................................................ ...................................... 32 参考文献...................................................................... ........................................................................ ................................... 33 致

谢 ..................................................................... ........................................................................ .. (34)

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第一章:液压千斤顶的基本介绍 1.1液压系统分析

液压系统的主要功能是为千斤顶提供动力，通过换向装置使千斤顶具有上升和下降的功能。为千斤顶的正常工作提供保证和保护措施。

由于该顶升系统采用单片机控制，并配有压力传感器和光栅位移传感器来检测压力信号和千斤顶的位移量，所以可通过单片机控制油缸内的压力、进油口的流量和活塞的运动速度。这样在一般液压系统中常用到的节流阀、调速阀、背压阀、减压阀等元器件可不必使用到，液压回路得到极大的简化。

在液压油路的进油端设置一个溢流阀，给液压系统提供双重保护。在回油端设置一滤油器，保证油液清洁，可提高使用寿命。使用二位四通的电磁换向阀改变油路方向。为使液压缸的运动速度不受载荷变化的影响，保持稳定，我们在油缸的下

腔进油口处安装一个平衡阀，该阀不但能保证千斤顶升降时都处于进油调速状态，同时还具有单向阀的功能，所以无论是停电还是破管时，平衡阀均能无泄漏的立即将下腔封闭，保证工件不会自由下滑。使千斤顶在停电状态仍能可靠承载。

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1.2液压千斤顶原理图

图1.1 液压千斤顶结构图

液压千斤顶的工作原理如图1.1所示，大缸体3和大活塞4组成举升缸;杠杆手柄6、小缸体8、活塞7、单向阀5和9组成手动液压泵。活塞和缸体之间保持良好的配合关系，又能实现可靠的密封。当抬起手柄6，使小活塞7向上移动，活塞下腔密封容积增大形成局部真空时，单向阀9打开，油箱中的油在大气压力的作用下通过吸油管进入活塞下腔，完成一次吸油动作。当用力压下手柄时，活塞7下移，其下腔密封容积减小，油压升高，单向阀9关闭，单向阀5打开，油液进入举

升缸下腔，驱动活塞4使重物G上升一段距离，完成一次压油动作。反复地抬、压手柄，就能使油液不断地被压入举升缸，使重物不断升高，达到起重的目的。如将放油阀2旋转90?(在实物上放油阀旋转角度是可以改变的)，活塞4可以在自重和外力的作用下实现回程。这就是液压千斤顶的工作过程。

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1.3液压千斤顶的组成

液压系统主要由:动力元件(油泵)、执行元件(油缸或液压马达)、控制元件(各种阀)、辅助元件和工作介质等五部分组成。

1、动力元件(油泵):它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能，是液压传动中的动力部分。

2、执行元件(油缸、液压马达):它是将液体的液压能转换成机械能。其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。

3、控制元件:包括压力阀、流量阀和方向阀等，它们的作用是根据需要无级调节液压动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。

4、辅助元件: 除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件及邮箱等，它们同样十分重要。

5、工作介质: 工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换。

1.4液压千斤顶的分类

千斤顶是一种用钢性顶举件作为工作装置，通过顶部托座或底部托爪在行程内顶升重物的轻小起重设备～

作为一种传统顶举重物的工具，千斤顶在建筑、铁路、医疗、汽车维修等各领域均得到了广泛的应用。目前，在生产实践中使用着以下各种各样的千斤项:在建

筑领域中应用的千斤顶主要有钢绞线千斤顶、松卡式千斤顶、穿心式千斤顶、掩护支架平衡千斤顶、预应力前卡式千斤顶、预应力张拉式千斤顶，窄空间小吨位千斤顶等;在汽车运输维修部门应用的千斤顶有螺旋千斤顶、液压千斤顶、充气千斤顶等;在医疗卫生部门应用的有X线刀机械微调千斤顶;除此以外还有应用在其他领域的一些千斤顶。

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1.4.1按结构特征可分为

1、螺旋千斤顶:

由人力通过螺旋副传动，采用螺杆或由螺杆推动的升降套筒作为刚性顶举件的千斤顶。螺旋式千斤顶是千斤顶的一种，普通螺旋千斤顶靠螺纹自锁作用支持重物，构造简单，但传动效率低，返程慢。自降螺旋千斤顶的螺纹无自锁作用，但装有制动器。放松制动器，重物即可自行快速下降，缩短返程时间，但这种千斤顶构造较复杂。螺旋千斤顶能长期支持重物，最大起重量已达100吨，应用较广。下部装上水平螺杆后，还能使重物作小距离横移。螺旋千斤顶为进一步降低外形高度和增大顶举距离，可做成多级伸缩式的。

螺旋式千斤顶广泛应用于工厂、货栈、码头、电站、伐木场等场合，是起升搬运物品，最理想的起重设备之一。

2、齿条千斤顶:

也叫齿条顶升器。采用齿条作为刚性顶举件的千斤顶。齿条式千斤顶由齿条、齿轮、手柄等组成，在承载齿条的上方有一转动头，用来放置被举升的载荷。使用时，只要摇动手柄，齿便带动齿条上升或下降，从而实现重物的上升或下降。有时被举升的载荷也可以放在侧面的凸耳上，但在此情况下，由于齿条受着偏心载荷，所以其允许的举重量只能是额定举重量的一半。为了支持其所举起的载荷，防

止由于自重的降落应装有安全摇柄装置。起重量一般不超过20吨，可长期支持重物，主要用在作业条件不方便的地方或需要利用下部的托爪提升重物的场合，如铁路起轨作业。

3、液压千斤顶:

由人力或电力驱动液压泵，通过液压系统传动，用缸体或活塞作为顶举件。液压千斤顶可分为整体式和分离式。整体式的泵与液压缸联成一体;分离式的泵与液压缸分离，中间用高压软管相联。液压千斤顶结构紧凑，能平稳顶升重物，起重量最大达1000吨，行程1米，传动效率较高，故应用较广;但易漏油，不宜长期支持重物。如长期支撑需选用自锁千斤顶，螺旋千斤顶和液压千斤顶为进一第4页

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步降低外形高度或增大顶举距离，可做成多级伸缩式。液压千斤顶除上述基本型式外，按同样原理可改装成滑升模板千斤顶、液压升降台、张拉机等，用于各种特殊施工场合。

1.4.2量具-千斤顶

按JB3411.58--99标准制造, 用于检测零部件时的支承，产品分别为钢件和铸铁

1.4.3其它分类

按其它方式分类可分类为分离式千斤顶，卧式千斤顶，爪式千斤顶，同步千斤顶，油压千斤顶，电动千斤顶等～

1.5液压千斤顶的使用说明

1、液压千斤顶在顶升作业时，要选择合适吨位的液压千斤顶:承载能力不可超负荷，选择液压千斤顶的承载能力需大于重物重力的1.2倍;液压千斤顶最低高度合适，为了便于取出，选用液压千斤顶的最小高度应与重物底部施力处的净空相适

应，起落过程中垫枕木支持重物时，液压千斤顶的起升高度要大于枕木厚度与枕木变形之和。

2、液压千斤顶在使用前应擦拭干净，并应检查各部件是否灵活，有无损伤，在有载荷时切忌将快速接头卸下,以免发生事故及损坏部件。

3、使用液压千斤顶时，应先将重物先试顶起一部分，仔细检查液压千斤顶无异常后，再继续顶升重物。若发现垫板受压后不平整、不牢固或液压千斤顶有倾斜时，必须将液压千斤顶卸压回程，及时处理好后方可再次操作。

4、在顶升过程中，应随重物的不断上升及时在液压千斤顶下方铺垫保险枕木架，以防液压千斤顶倾斜或引起活塞突然下降而造成事故，下放重物时要逐步向外抽出枕木，枕木与重物间的距离不得超过一块枕木的厚度，以防意外～第5页

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5、若重物的顶升高度需超出液压千斤顶额定高度时，需先在液压千斤顶顶起的重物下垫好枕木，降下液压千斤顶，垫高其底部，重复顶升，直至需要的起升高度。

6、液压千斤顶不可作为永久支承设备。如需长时间支承，应在重物下方增加支承部分，以保证液压千斤顶不受损坏。

7、若顶升重物一端只用一台液压千斤顶时，则应将液压千斤顶放置在重物的对称轴线上，并使液压千斤顶底座长的方向和重物易倾倒的方向一致。若重物一端使用两台液压千斤顶时，其底座的方向应略呈八字形对称放置于重物对称轴线两侧

1.6液压千斤顶常见故障排除

1、重载时顶杆不能升起。当千斤顶顶到某一高度后, 顶杆就不再升高这表明千斤顶内缺少工作油, 应予补足。

4、顶杆抖动。这说明回油阀关闭不严, 可将回油阀针再向里拧紧一些。若仍

不能顶起, 且压杆周围漏油, 则为顶杆密封圈损坏, 应予更换。若不能顶起且压杆周围也无漏油, 再检查回油阀和进油阀门能否关严包括压杆筒体端面接合处的密封垫圈情况若上述均无异常, 则为顶杆密封圈损坏或其固定螺打松动, 应予更换或拧紧。

3、空载时顶杆就不能升起。首先检查千斤顶的油量,不足时应添加。若千斤顶

不缺油可将千斤顶回油阀针松开, 拆下加油孔油塞, 然后用脚踩住千斤顶底座, 双手向上拔起顶杆再压下去, 如此反复拔、压顶杆几次, 以排除空气若做完上述检查后, 拧紧加油孔油塞和回油阀, 再试空顶若此时顶杆仍不能上升, 应将千斤顶放平, 拆去回油阀, 检查阀与座的接触情况是否良好, 若有脏物, 应予清除若有坑、槽、不平应予更换。最后检查进油阀门是否密封良好,顶杆密封圈有无损坏或脱落, 若

有则及时更换。

4、漏油。千斤顶的漏油部位多在座与筒体结合处、顶杆周围、回油阀的锁紧

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螺纹处、加油孔的固定油塞处、压杆周围等。漏油原因多为密封垫圈损坏必须

及时更换

1.7千斤顶系统结构分析

由于千斤顶的外形尺寸较大，需承受的较大的冲击载荷，所以初步拟定采用了

法兰型液压缸的结构原型，并在此基础上针对液压千斤顶的使用特性进行调整。

为了适应复杂工作表面的工件，千斤顶的工作台与活塞杆应采用转动连接副相连。当顶升系统工作时，液压千斤顶工作台可随工件表面形状进行自由转动调节，所以设计时将活塞杆顶部插入球头，与工作台形成转动副。如图1-2所示。球头与活塞杆采用紧固螺钉固定。

为了能使顶升系统能够提供长时间而稳定的支撑力，采用锁母来提供机械支撑，当活塞上升时，锁母随其同步上升，到达预定位置后，活塞停止上升，再将锁母旋到螺纹底部，这时通过千斤顶箱体对锁母的支撑使得工作台所受载荷全部转变为锁母和活塞杆之间的梯形螺纹所受到的切应力。这样即使是在油压压力不足或掉电的情况下也能稳定的承载重物。

由于光栅尺的尺寸较长，只能将活塞和活塞杆做成中空状来放置光栅传感器。这样活塞与活塞杆之间就不宜采用螺母紧固，为方便起见，我们将活塞和活塞杆合为一体，材料同为45号钢。工作时发光元件与光敏元件随活塞作同步运动，光栅尺下端固定在底盖上不动，光源与光栅尺的相对位移量通过读数头转化为数字信号传递给单片机。

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图1.2 千斤顶的工作台与活塞之间的连接

由于千斤顶的行程较长，达400mm，当工作台旋转一个角度去承载重物时容易产生较大的弯曲力矩使活塞杆折断。所以有必要设计一个支撑套进行保护。支撑套与油缸壁之间采用通孔螺钉紧固。

图1.3 液压缸底盖的固定方式

由于光栅传感器放在千斤顶内部，考虑到其信号线的连接问题，我们将油缸底盖与千斤顶底座之间留有一定空间。为了方便装卸，不宜将底盖与油缸焊接。经过多方面的考虑，比较了多种方案后，采用了如图1.3所示的方法固定底盖。

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第二章:液压千斤顶的优缺点及保养 2.1液压千斤顶的优点

1、体积小、重量轻，例如同等功率液压马达的重量只有电动机的10%,20%，因此惯性力较小。

2、能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无级调速，且速度范围最大可达1:2000(一般为1:100).

3、转向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换。

4、液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制。

5、由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长。

6、操纵控制简便，自动化程度高。

7、容易实现过载保护。

8、液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。 2.2液压千斤顶的缺点

1、使用液压传动中的泄露和液体可压缩性使传动比无法保证严格的传动比。

2、液压传动有较高的能量损失(泄漏损失，摩擦损失等)，故传动效率不高，不易做远距离传动。

3、液压故障不容易找出原因。

4、对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高。

5、液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平。

6、液压传动对油温变化较敏感，这会影响它的工作稳定性，因此液压传动不宜

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2.3液压千斤顶的维护

1、液压千斤顶使用时底部要垫平整、坚韧。无油污的木板以扩大承压面，保证安全。不能用铁板代替木板，以防滑动。

2、起升时要求平稳，重物稍起后要检查有无异常情况，如无异常情况才能继续升顶。不得任意加长手柄或过猛操作。

3、不超载、超高。当套筒出现红线时，表明已达到额定高度应停止顶升。

4、数台液压千斤顶同时作业时，要有专人指挥，使起升或下降同步进行。相邻两台液压千斤顶之间要支撑木块，保证间隔以防滑动。

5、使用液压千斤顶时要时刻注意密封部分与管接头部分，必须保证其安全可靠。

6、液压千斤顶不适用于有酸、碱或腐蚀性气体的场所。

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第三章: 液压千斤顶的机构设计 3.1结构设计的意义

机械结构设计就是将抽象的工作原理变成技术图样的过程。在此过程中要兼顾各种技术、经济和社会要求，并且应设计出尽可能多的可能性方案，从中优选或归纳出经济合理的方案。

结构设计是将抽象的工作原理具体化为某类或构件零部件的图样，然后进一步确定它们的加工工艺、材料、几何尺寸、公差等;寻找所选方案中的缺陷和薄弱环节，对照各种要求、限制，反复改进。进行强度、刚度以及各种功能的指标验算;绘制装配图和零件图;编写计算说明书。

3.2千斤顶的结构

图3.1 液压千斤顶的结构

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液压千斤顶结构如图3.1所示。工作时通过上移6手柄使7小活塞向上运动从而形成局部真空，油液从油箱——9单向阀被吸入小油缸，然后下压6手柄使7小活塞下压，把小油缸内的液压油通过10单向阀压入3大油缸内，从而推动2大活塞上移，反复动作顶起重物。通过1调节螺杆可以调整液压千斤顶的起始高度。使

用完毕后扭转4回油阀杆，连通3大油缸和油箱，油液直接流回油箱，2大活塞下落。大活塞下落速度取决与回油阀杆扭转程度。

千斤顶最大起重量是其最主要的性能指标之一。千斤顶在工作过程中，传动螺纹副承受主要的工作载荷，螺纹副工作寿命决定千斤顶使用寿命，故传动螺纹副的设计最为关键，其设计与最大起重量、螺纹副材料、螺纹牙型以及螺纹头数等都有关系。

3.2.1螺旋传动选择

根据螺纹副摩擦性质不同，可分为滑动螺旋传动、滚动螺旋传动和静压螺旋传动。

1、滑动螺旋传动的特点:

结构简单，加工方便，成本较低，易于自锁，传动平稳，摩擦阻力大，传动效率低(仅在0.3~0.6之间)，螺纹有侧向间隙，反向时有空行程，定位精度和轴向刚度较差，磨损快。

2、滑动螺旋的应用举例:金属切削机床的进给、分度机构的传动螺旋，摩擦压力机、千斤顶的传力螺旋，所以螺旋千斤顶选择滑动螺旋副。

3.2.2螺纹类型选择

滑动螺纹副常采用梯形螺纹、锯齿形螺纹或矩形螺纹等。梯形螺纹应用最广。锯齿形螺纹主要用于单向受力。矩形螺纹虽传动效率高，但加工比较困难，且强度较低，应用较少。

1、梯形螺纹的特点:

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牙型角α=30?，螺纹副的大径和小径处有相等的径向间隙。牙根强度高，螺纹的工艺性好;内外螺纹一锥面贴合，对中性好，不易松动;采用整体式螺母。