（臨汾職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 臨汾 041000）

查洛德·費(fèi)耶爾和彼得·費(fèi)耶爾(Charlotte&Petter Fie11)的著作《1 000張椅子》說(shuō)過(guò)：“沒(méi)有任何物品的設(shè)計(jì)與人類的密切關(guān)系能超過(guò)椅子的設(shè)計(jì)。同時(shí)，也沒(méi)有任何一種類型的家具在創(chuàng)造和銷售上達(dá)到椅子這樣的廣泛性。所以長(zhǎng)時(shí)期以來(lái)，人們?cè)谝巫拥脑O(shè)計(jì)、創(chuàng)造、革新上所進(jìn)行的探索和努力超過(guò)了任何類型的家具?！彪S著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)舒適性、自動(dòng)化要求越來(lái)越高?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的多數(shù)椅子為機(jī)械傳動(dòng)、氣動(dòng)或電動(dòng)的，這些都不能滿足人們對(duì)舒適性、自動(dòng)化的不斷追求?！耙匀藶楸尽钡囊巫拥脑O(shè)計(jì)是近幾年興起的設(shè)計(jì)理念，主要以方便、舒適、安全衛(wèi)生等幾個(gè)方面為設(shè)計(jì)宗旨，椅子的控制部分，已從初期的機(jī)械、電動(dòng)控制上升為液壓、氣動(dòng)控制等高級(jí)控制階段。本人設(shè)計(jì)了一種液壓驅(qū)動(dòng)的椅子，為椅子的設(shè)計(jì)提供了一種思路，以滿足人們不斷增長(zhǎng)的物質(zhì)文化需求。

1 液壓椅子的設(shè)計(jì)方案

椅子的結(jié)構(gòu)分為機(jī)械部分和液壓部分，機(jī)械部分主要是完成普通椅子的全部功能，液壓部分主要是為整個(gè)系統(tǒng)提供動(dòng)力，完成自動(dòng)化功能。

2 液壓椅子的基本參數(shù)與機(jī)械機(jī)構(gòu)

液壓椅子的基本參數(shù)如表1所示。液壓椅子主要有6部分組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示，升降油缸的下面固定在基座上，上面固定在椅座上，當(dāng)升降油缸上下油腔分別給排油時(shí)，可使椅座下降、上升；當(dāng)升降油缸上下油腔不給排油時(shí)，椅座停止不動(dòng)。翻轉(zhuǎn)油缸的一端通過(guò)鉸鏈連接在椅座上，另一端用鉸鏈連接在腰靠上。通過(guò)控制翻轉(zhuǎn)油缸兩個(gè)油腔的給排油，可使腰靠繞椅座上的鉸鏈在一定的角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)翻轉(zhuǎn)油缸上下油腔不給排油時(shí)，椅靠停止不動(dòng)。

表1椅子的基本參數(shù)

圖1 液壓椅子的結(jié)構(gòu)示意圖

3 液壓系統(tǒng)及其工作原理

液壓驅(qū)動(dòng)操作系統(tǒng)如圖2所示，電機(jī)帶動(dòng)液壓油泵2，輸出壓力油經(jīng)調(diào)速閥13調(diào)節(jié)兩液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度，溢流閥3調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的壓力，手動(dòng)換向閥5可控制壓力油進(jìn)入、排出升降油缸10上腔、下腔從而完成椅座下降、上升、停止，手動(dòng)換向閥4可控制壓力油進(jìn)入、排出翻轉(zhuǎn)油缸11的左腔、右腔，使腰靠順時(shí)、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，停止。4個(gè)液控單向閥 6、7、8、9使兩液壓缸可以鎖定在任意位置上，使升降、旋轉(zhuǎn)、停止動(dòng)作平穩(wěn)，靈活。液控單向閥6、7可以使升降油缸11在停止時(shí)可靠鎖緊，液控單向閥8、9可以使翻轉(zhuǎn)油缸10停止時(shí)可靠鎖緊，防止油缸在停止時(shí)發(fā)生“漂移”現(xiàn)象。升降油缸10、翻轉(zhuǎn)油缸11可以同時(shí)動(dòng)作，也可以單獨(dú)動(dòng)作。

圖2 液壓驅(qū)動(dòng)椅子的液壓系統(tǒng)圖

4 液壓系統(tǒng)主要元件的設(shè)計(jì)計(jì)算

液壓系統(tǒng)中液壓缸、液壓泵、驅(qū)動(dòng)電機(jī)是主要元件，現(xiàn)在對(duì)液壓缸、液壓泵、驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行計(jì)算，其他元件盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)件。

4.1 初步估算系統(tǒng)工作壓力

液壓缸的有效工作壓力可以根據(jù)下表2確定。

表2 液壓缸牽引力與工作壓力之間的關(guān)系

由于升降油缸受力比較大，翻轉(zhuǎn)油缸受力很小，故只計(jì)算升降油缸。據(jù)表2，我們選擇液壓缸的工作壓力為1MPa，由于人的體重和椅子腰靠、翻轉(zhuǎn)油缸、椅座重量不超過(guò)150千克，所以選擇牽引力為1.5 kN。

4.2 活塞的直徑計(jì)算

該液壓缸按照推力要求來(lái)計(jì)算缸筒內(nèi)徑，計(jì)算式如下：

要求活塞無(wú)桿腔的推力為F時(shí)，其直徑為：

式中：

D活塞直徑；

F無(wú)桿腔的推力；

ηcm機(jī)械效率0.95；

P液壓缸的工作壓力；

Ψ為液壓缸的負(fù)載率取0.6。

代入數(shù)據(jù)：

液壓缸的內(nèi)徑，活塞的外徑要取標(biāo)準(zhǔn)值,還要有其它零件的相互配合，如密封圈等，而這些零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，有專門的生產(chǎn)廠家，故活塞和液壓缸的內(nèi)徑也應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化，以便選用標(biāo)準(zhǔn)件。查液壓缸缸筒內(nèi)徑尺寸系列表，這里選擇63mm。

4.3 活塞桿直徑的確定

活塞桿直徑根據(jù)受力情況和液壓缸的結(jié)構(gòu)形式來(lái)確定：

受拉時(shí)：d=(0.3-0.5)D

受壓時(shí)：p燮5MPa，d=(0.3-0.5)D

該液壓缸的工作壓力為P=1MPa，所以選擇d=0.5D，d=29mm。

查液壓缸活塞桿尺寸系列表選擇32mm。

4.4 液壓缸壁厚的確定

液壓缸壁厚根據(jù)結(jié)構(gòu)和工藝要求等確定，一般按照薄壁筒計(jì)算，壁厚由下式確定：

式中，

D為液壓缸的內(nèi)徑；

δ為缸體壁厚；

Py為液壓缸的最高工作壓力，Py=(1.2-1.3)P。

鋼材[δ]=100MPa，代入數(shù)據(jù)：

考慮到液壓缸的加工要求，將其壁厚適當(dāng)加大，取壁厚5mm。

據(jù)此選擇武漢油缸廠生產(chǎn)的單活塞桿SD基本型液壓缸，其缸徑尺寸為63mm，B型桿。

4.5 液壓缸的流量

液壓缸的流量按下式計(jì)算：

式中，

A為活塞的有效工作面積，對(duì)于無(wú)桿腔A=πD2/4；

ηcV為液壓缸的容積效率，采用彈性密封圈時(shí)ηcV=1；

V為為液壓缸的最大運(yùn)動(dòng)速度，取0.2m/s。

代入數(shù)據(jù)：

4.6 液壓泵的額定流量

液壓泵的額定流量按下式計(jì)算：

式中，

qp為泵的輸出流量；

K為系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取K=1.1~1.3；

Qma液壓缸實(shí)際需要的最大流量；

n為執(zhí)行元件的個(gè)數(shù)。

代入數(shù)據(jù)：qp叟1.1×623×1=685ml/s

對(duì)于工作過(guò)程始終用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，在確定泵的流量時(shí)，應(yīng)再加上溢流閥的最小溢流量，一般取800ml/s。

4.7 泵的最高工作壓力

泵的工作壓力應(yīng)該根據(jù)液壓缸的工作壓力來(lái)確定，即

式中：

PB為泵的工作壓力；

Pmax為執(zhí)行元件的最高工作壓力；

∑ΔP為進(jìn)油路和回油路總的壓力損失，可以取0.2~0.5MPa。

代入數(shù)據(jù)：PB叟1+0.5=1.5MPa

據(jù)此查齒輪泵的技術(shù)規(guī)格表，我們選擇CB-B40齒輪泵，其規(guī)格見(jiàn)表3。

表3 CB-B40齒輪泵的技術(shù)規(guī)格

4.8 驅(qū)動(dòng)液壓泵的功率

4.9 電機(jī)的功率

電機(jī)的功率可以從《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中查得，加上功率損耗，選擇2.2 kW。查電機(jī)型號(hào)采用Y100L1-4，其規(guī)格見(jiàn)表4。

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，液壓缸選擇武漢油缸廠生產(chǎn)的單活塞桿SD基本型液壓缸，其缸徑尺寸為63mm，B型桿，選擇CB-B40齒輪泵，選擇Y100L1-4型電機(jī)。

表4 Y100L1-4電機(jī)的技術(shù)規(guī)格

5 結(jié)束語(yǔ)

椅子的種類繁多，樣式各異，價(jià)格差異很大，人們對(duì)椅子的需求是多樣化的。創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂，是國(guó)家興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力。要迎接科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)和知識(shí)經(jīng)濟(jì)迅速興起的挑戰(zhàn)，最重要的是堅(jiān)持創(chuàng)新。作者設(shè)計(jì)的液壓驅(qū)動(dòng)椅子是一種比較高級(jí)的椅子，椅子高低、腰靠角度等可以隨時(shí)調(diào)節(jié)。按該方案設(shè)計(jì)的椅子，各部分運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)靈活，動(dòng)作安全可靠，操作簡(jiǎn)便，便于維護(hù)，大大提高了舒適性、滿足了自動(dòng)化的要求，是高級(jí)椅子的一種理想設(shè)計(jì)。雖然成本較高，但是相信投入市場(chǎng)后，能夠受到高端用戶的歡迎。希望讀者和消費(fèi)者能夠?qū)ψ髡叩脑O(shè)計(jì)提出寶貴意見(jiàn)，以幫助作者更好的改進(jìn)椅子的設(shè)計(jì)。

[1]張利平.現(xiàn)代液壓技術(shù)應(yīng)用220例[M].北.京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[2]章宏甲.液壓與氣壓傳動(dòng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[3]王守城，段俊勇.液壓元件及選用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[4]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].京：機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，2008.

[5]雷天覺(jué).液壓工程手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.