剪叉式升降機(jī)設(shè)計(jì)

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本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目： 剪叉式升降機(jī)的設(shè)計(jì) 英文題目：The Design of shear fork lift 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械制造及其自動(dòng)化 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2016年3月8日 摘要 隨著科技和社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，各種各樣的剪叉式升降機(jī)將會(huì)陸續(xù)出現(xiàn)在建筑工地的施工應(yīng)用中，與此同時(shí)，隨著時(shí)間的推移，隨著剪叉式升降機(jī)的越來(lái)越普及，由于結(jié)構(gòu)或者材料的原因暴露出來(lái)的問(wèn)題越來(lái)越頻繁，如果不對(duì)剪叉式升降機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和改進(jìn)，最基本的就是嚴(yán)重影響了建筑施工的效率，嚴(yán)重的導(dǎo)致剪叉式升降機(jī)不能正常使用，影響施工的進(jìn)度和質(zhì)量，在以前，我國(guó)對(duì)這種現(xiàn)狀的重視程度還是不夠，即在剪叉式升降機(jī)上有自帶的維修工具，但這對(duì)于難度大點(diǎn)的維修工作就帶來(lái)困難，如果發(fā)生故障，根本就不能夠維修，而且這種現(xiàn)狀存在著許多不和諧因素，更使群體分化加劇，社會(huì)人文關(guān)懷程度的下降。而如果能夠通過(guò)合理規(guī)劃設(shè)計(jì)出剪叉式升降機(jī)，這樣不僅能夠提高施工質(zhì)量而且也能夠保障人身安全，節(jié)約剪叉式升降機(jī)的成本。 本次設(shè)計(jì)是關(guān)于剪叉式升降機(jī)的設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的剪叉式升降機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，對(duì)它的機(jī)械結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得此種類(lèi)型的剪叉式升降機(jī)的使用范圍更廣泛，更加靈活，并且對(duì)今后的選型設(shè)計(jì)工作有一定的參考價(jià)值。 關(guān)鍵詞：機(jī)械；液壓；剪叉式升降機(jī)；參考 I Abstract For a lot of special places, like the risk is very big, or we are difficult to reach, such as disarm bombs, unknown corresponding domains such as detection, probing deep of more dangerous situation usually need to implement the robot.It’s a main part of robot for micro pedipulator, walking robots and more than six feet, compared to the Eight Legged Robot, because of strong bearing capacity, good stability, which the meritss is simple construction, So, a large number of researchers around the world, start .This paper mainly to the four bar mechanism as the main execution elements to design of micro walking the whole scheme of the four bar mechanism. Its principle is diagonal synchronization, leg activity by the structure of the crank rocker, front leg movements around the same, it detailed performance curve characteristics of the connecting rod,when the curve trajectory diagonal straight line segment, the robot is stationary, the motion trajectory when the diagonal curve is slanting line do the walking. Keywords：Manufacturing ,Location, Clamping, Process 目 錄 摘要 I Abstract II 1引言 1 1.1課題的來(lái)源與研究的目的和意義 1 1.2本課題研究的內(nèi)容 3 1.3剪叉式升降機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 5 2剪叉式升降機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 7 2.1剪叉式升降機(jī)的總體方案圖 9 2.2剪叉式升降機(jī)的總體設(shè)計(jì) 11 2.2.1確定剪叉式升降機(jī)參數(shù)的原則 12 2.2.2確定剪叉式升降機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的內(nèi)容 14 2.2.3剪叉式升降機(jī)主要參數(shù)的確定 15 2.2.4剪叉式升降機(jī)間距 16 2.3 舉升機(jī)的力學(xué)分析與計(jì)算 17 2.3.1 舉升機(jī)最低狀態(tài)時(shí)，各臂受力情況 17 2.3.2 舉升機(jī)舉升到最高位置時(shí)，各臂受力情況 18 2.3.3 剪刀式舉升機(jī)構(gòu)主要受力桿件強(qiáng)度校核計(jì)算 18 2.3.4 連接螺栓的校核 19 2.4液壓缸的選型計(jì)算 20 2.4.1缸體壁厚的計(jì)算 21 2.4.2缸底厚度的計(jì)算 22 2.4.3缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力計(jì)算3.2.4缸筒徑向變形計(jì)算 23 2.4.4活塞桿強(qiáng)度的計(jì)算 23 2.4.5管路的設(shè)計(jì) 24 3負(fù)載圖和速度圖 25 4各主要零部件強(qiáng)度的校核 26 4.1工作臺(tái)的強(qiáng)度校核 27 5剪叉式升降機(jī)的控制原理 28 結(jié)論 29 致謝 30 參考文獻(xiàn) 31 1 緒論 1.1 課題的來(lái)源與研究的目的和意義 由于液壓工程的知識(shí)總量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越個(gè)人掌握所有，一些專(zhuān)業(yè)知識(shí)是必不可少的。但是過(guò)度的專(zhuān)業(yè)知識(shí)分割，使視野狹隘，可以多多參加技術(shù)交流，和參加科研項(xiàng)目，縮小范圍，提升新技術(shù)的進(jìn)步和整個(gè)塊的技術(shù)，提高外部條件變化的適應(yīng)能力。封閉的專(zhuān)業(yè)知識(shí)的太狹隘，考慮的問(wèn)題太特殊，在工作中協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀(jì)第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢(shì)。人們?cè)絹?lái)越重視基礎(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對(duì)專(zhuān)業(yè)合并的分化。液壓工程可以增加產(chǎn)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，并研制和發(fā)展新的液壓產(chǎn)品。在未來(lái)，新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，降低資源消耗，清潔的可再生能源，成本的控制，減少或消除環(huán)境污染作為一個(gè)超級(jí)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)和任務(wù)。機(jī)器能完成人的手和腳，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任務(wù)?，F(xiàn)代液壓工程液壓和液壓設(shè)備創(chuàng)造出更多、更精美的越來(lái)越復(fù)雜，很多幻想成為過(guò)去的現(xiàn)實(shí)。人類(lèi)現(xiàn)在能成為天空的上游和宇宙，潛入海洋，數(shù)十億光年的密切觀察，細(xì)胞和分子。電子計(jì)算機(jī)硬件和軟件，人類(lèi)的新興科學(xué)已經(jīng)開(kāi)始加強(qiáng)，并部分代替人腦科學(xué)，這是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的作用，但在未來(lái)幾年還將繼續(xù)創(chuàng)造出不可思議的奇跡。人類(lèi)智慧的增長(zhǎng)并沒(méi)有減少手的效果，而是要求越來(lái)越精致，手工制作，更復(fù)雜的工作，從而促進(jìn)手功能。又一方面實(shí)踐促進(jìn)人腦智力。在人類(lèi)的進(jìn)化過(guò)程中，以及在每個(gè)人的成長(zhǎng)過(guò)程中，大腦和手是互相促進(jìn)和平行進(jìn)化。 大腦和手之間的人工智能和液壓工程的近似關(guān)系，唯一不同的是，智能硬件還需要使用液壓制造。在過(guò)去，各種液壓離不開(kāi)人類(lèi)的操作和控制，反應(yīng)速度和運(yùn)算精度的進(jìn)化是非常緩慢的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，人工智能將消除這種限制。相互促進(jìn)，計(jì)算機(jī)科學(xué)和液壓工程進(jìn)展之間的平行，將在更高層次的新一輪發(fā)展的開(kāi)始使液壓工程。在第十九世紀(jì)，液壓工程的知識(shí)總量仍然是有限的，大學(xué)在歐洲，它與一般的土木工程是一門(mén)綜合性的學(xué)科，稱(chēng)為土木工程，下半場(chǎng)的第十九個(gè)世紀(jì)成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科。在第二十世紀(jì)，隨著液壓工程和知識(shí)增長(zhǎng)的發(fā)展開(kāi)始分解，液壓工程專(zhuān)業(yè)，有分支機(jī)構(gòu)。在第二十世紀(jì)中期趨勢(shì)分解，在時(shí)間之前和之后的第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時(shí)達(dá)到的峰值。由于液壓工程的知識(shí)總量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)從個(gè)人掌握所有，一些專(zhuān)業(yè)是必不可少的。但是過(guò)度的專(zhuān)業(yè)知識(shí)使分割，視野狹隘，可以查看和統(tǒng)籌大局和全球工程和技術(shù)交流，縮小范圍，新技術(shù)的進(jìn)步和整個(gè)塊的技術(shù)，外部條件變化的適應(yīng)能力差。封閉的專(zhuān)業(yè)知識(shí)的專(zhuān)家太狹，考慮的問(wèn)題太特殊，在工作協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀(jì)第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢(shì)。人們?cè)絹?lái)越重視基礎(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對(duì)專(zhuān)業(yè)合并的分化。綜合職業(yè)分化和發(fā)展知識(shí)循環(huán)過(guò)程的合成，是合理和必要的。從不同的專(zhuān)業(yè)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)的專(zhuān)家，也有綜合的知識(shí)了解不夠，看看其他學(xué)科和項(xiàng)目作為一個(gè)整體，從而形成一種相互強(qiáng)烈的集體工作。綜合和專(zhuān)業(yè)水平。有液壓工程全面而專(zhuān)業(yè)的沖突；在綜合性工程技術(shù)也有綜合和專(zhuān)業(yè)問(wèn)題。在人類(lèi)所有的知識(shí)，包括社會(huì)科學(xué)，自然科學(xué)和工程技術(shù)，有一個(gè)更高的水平，更廣泛的綜合性和專(zhuān)業(yè)性的問(wèn)題。 1.2 本課題研究的內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)剪叉式升降機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從剪叉式升降機(jī)的整體方案出發(fā)，然后具體細(xì)化出具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個(gè)方面： （1）到圖書(shū)館里查閱大量相關(guān)知識(shí)的資料，搜集出各類(lèi)剪叉式升降機(jī)的原理及結(jié)構(gòu)，挑選相關(guān)內(nèi)容記錄并學(xué)習(xí)。 （2）分析剪叉式升降機(jī)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)。 （3）確定設(shè)計(jì)總體方案。 （4）確定具體設(shè)計(jì)方案（包括連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，液壓傳動(dòng)的設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，液壓缸，軸承等的選型設(shè)計(jì)等等）。 （5）剪叉式升降機(jī)的三維圖的繪制、CAD裝配圖、零件圖的繪制。 （6）說(shuō)明書(shū)的編制與整理。 1.3 剪叉式升降機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 當(dāng)今社會(huì)，隨著機(jī)械和液壓工業(yè)的蓬勃發(fā)展，各行各業(yè)的機(jī)械設(shè)備也在不斷地更新，不斷地完善，剪叉式升降機(jī)同樣在發(fā)展著，傳統(tǒng)的剪叉式升降機(jī)是采用固定的方式，這樣勞動(dòng)效率低，運(yùn)煤效率同樣低下，不適合大批量的檢修汽車(chē)的場(chǎng)合。現(xiàn)代剪叉式升降機(jī)是用來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的檢修剪叉式升降機(jī)的一種新型的剪叉式升降機(jī)。隨著機(jī)械行業(yè)的大發(fā)展，剪叉式升降機(jī)的使用也越來(lái)越廣泛。如果使用傳動(dòng)的臨時(shí)的固定式剪叉式升降機(jī)的的話(huà)，不但勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、定位精度低，而且滿(mǎn)足不了大批量通用型的檢修要求。所以使用一個(gè)專(zhuān)用的剪叉式升降機(jī)已成為發(fā)展趨勢(shì)。剪叉式升降機(jī)的產(chǎn)品圖片如圖1-1,1-2所示： 圖1-1 圖1-2 2 剪叉式升降機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.1 剪叉式升降機(jī)的總體方案圖 剪叉式升降機(jī)一般用于建筑物層高間運(yùn)送貨物，產(chǎn)品主要用各種工作層間貨物上下運(yùn)送；立體車(chē)庫(kù)和地下車(chē)庫(kù)層高間汽車(chē)舉升等。產(chǎn)品液壓系統(tǒng)設(shè)置防墜、超載安全保護(hù)裝置，各樓層和升降機(jī)工作臺(tái)面均可設(shè)置操作按鈕，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)控制。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，承載量大，升降平穩(wěn)，安裝維護(hù)簡(jiǎn)單方便，是經(jīng)濟(jì)實(shí)用的低樓層間替代電梯的理想貨物輸送設(shè)備。根據(jù)升降臺(tái)的安裝環(huán)境和使用要求，選擇不同的可選配置，可取得更好的使用效果。其總體方案圖如下圖2-1所示： 2-1 剪叉式升降機(jī)總體方案圖 2.2.剪叉式升降機(jī)的總體設(shè)計(jì) 2.2.1 確定剪叉式升降機(jī)參數(shù)的原則 1、要滿(mǎn)足配套設(shè)備的相關(guān)要求； 2、與剪叉式升降機(jī)的工作方式(即時(shí)支護(hù)或滯后支護(hù))相適應(yīng)； 3、結(jié)構(gòu)緊湊，人操作方便； 4、剪叉式升降機(jī)的工作穩(wěn)定性好。 2.2.2 確定剪叉式升降機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的內(nèi)容 1、確定正常工作條件下，剪叉式升降機(jī)與相應(yīng)設(shè)備的位置關(guān)系； 2、確定剪叉式升降機(jī)總體與主要部件的布置與尺。 2.2.3 剪叉式升降機(jī)主要尺寸的確定 1、剪叉式升降機(jī)高度 剪叉式升降機(jī)最小高度為：Hm=1.8m 剪叉式升降機(jī)最大高度為：Hn=20m 2、剪叉式升降機(jī)伸縮比 剪叉式升降機(jī)的伸縮比指最大與最小剪叉式升降機(jī)高度之比值為：代入數(shù)據(jù)得m=2。 2.2.4 剪叉式升降機(jī)間距 所謂剪叉式升降機(jī)間距，就是相鄰兩剪叉式升降機(jī)中心線(xiàn)間的距離。按下式計(jì)算：bc=Bm+n?C3； 式中： bc—剪叉式升降機(jī)間距（剪叉式升降機(jī)中心距）； Bm—每架剪叉式升降機(jī)升降臺(tái)總長(zhǎng)度； C3—相鄰剪叉式升降機(jī)（或框架）升降臺(tái)之間的間隙； n—每架所包含的組架的組數(shù)或框架數(shù)，整體自移式剪叉式升降機(jī)。 剪叉式升降機(jī)間距bc要根據(jù)剪叉式升降機(jī)型式來(lái)確定，本次設(shè)計(jì)取剪叉式升降機(jī)的中心距為1.4m。 2.3 舉升機(jī)的力學(xué)分析與計(jì)算 剪刀式舉升機(jī)是一種可以廣泛用于維修廠的舉升機(jī)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，只需用此種安全可靠的舉升設(shè)備將汽車(chē)舉升到一定的高度，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、變速器等進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和維修功能。隨著我國(guó)私家車(chē)保有量越來(lái)越大，此種型式的舉升機(jī)需求量也會(huì)日益增大。本機(jī)主要性能參數(shù)為：額定舉升載荷4.5t；在載重3.5t情況下，由最低位置舉升到最高位置需60s；當(dāng)按下下降按鈕使三位四通閥右位接通，車(chē)輛由最高位置降到最低位置需40s；電動(dòng)機(jī)功率1.02kW；舉升機(jī)在最低位置時(shí)的舉升高度為350mm，最大舉升高度為1500 mm，工作行程為1150 mm。 剪刀式舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)型式有多種，本設(shè)計(jì)中的舉升機(jī)結(jié)構(gòu)系指液壓驅(qū)動(dòng)的小剪式舉升機(jī)構(gòu)。舉升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)為液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)和控制，由舉升臂內(nèi)安裝的液壓油缸實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)連接兩側(cè)舉升臂的軸，使安裝在上下位置的支桿沿滑道滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)舉升機(jī)的上下移動(dòng)。設(shè)備的主要部分有：控制機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、平衡機(jī)構(gòu)和安全鎖機(jī)構(gòu)。 分析剪式舉升機(jī)不同舉升高度的受力情況可知，在給定載荷下,舉升機(jī)舉升到不同高度時(shí)，所需油缸推力不同，各舉升臂與軸所受的力也不同。為分析方便，在計(jì)算過(guò)程中，我們只分析舉手機(jī)最低點(diǎn)和舉升到最高位置的受力情況即可。 2.3.1 舉升機(jī)最低狀態(tài)時(shí)，各臂受力情況 1、與平臺(tái)接觸處的兩鉸接點(diǎn)的力學(xué)分析與計(jì)算 由前一節(jié)分析可知，舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)，舉升機(jī)重量均勻的分布在平臺(tái)上，平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)和平臺(tái)有效載荷之和Wz1所產(chǎn)生的重力直接作用在滑動(dòng)鉸支座和固定鉸支座上。在最低點(diǎn)時(shí)，舉升臂并不水平放置。存在一很小的角度α。 tanα= 因α很小，所以計(jì)算過(guò)程中我們可以將Wz1 近似看成作用在平臺(tái)中心位置，Wz1為舉升重量與平臺(tái)重量之和，即 WZ1=（3.5t+Wp ）g=（3.5+0.292）10=37.9kN g取10 N/kg 因舉升重量和平臺(tái)質(zhì)量之和由兩側(cè)舉升機(jī)共同承受，所以代入式（3.2）和（3.3）中的W1只是Wz1的一半，W1=19.0kN 解得F3=F4=9.5KN 1、 計(jì)算各舉升臂的受力 圖3.5 舉升臂受力圖 圖3.5為桿1的受力情況，F(xiàn)3 作用處為滑動(dòng)鉸支座，根據(jù)受力分析圖列力和力矩平衡方程。方程如下: F3*1350+F5*1350=K6*80 K1=9.5-K5 F3*1350+K2*80=K1*1350 解得 K2=16.9*K5-160.6 K2+K6=0 K5=K5 K1+K5=F3 K6=160.6-16.9*K5 分析計(jì)算結(jié)果，我們可以看到，k1,k2,k6三個(gè)未知量都與k5有關(guān)，只要確定出k5，其他就都能解出。觀察圖3-1 力學(xué)方案示意圖，我們能夠很快分析出，舉升重量全部作用在平臺(tái)上，在舉升機(jī)起升瞬間，k5鉸接孔處豎直方向分力很小，幾乎為零，對(duì)桿件只起連接作用，我們將k5取0 N。 2.3.2 舉升機(jī)舉升到最高位置時(shí)，各臂受力情況 舉升機(jī)升高到20m時(shí)，舉升機(jī)向內(nèi)滑動(dòng)260mm，兩腳支座之間的距離為896.15mm。上下兩支桿之間的距離為1160mm。舉升臂與水平方向夾角為α=46.675o、液壓缸與水平方向夾角為，液壓缸推力P=136.643KN。 分析和計(jì)算方法同上。解得F3=13.5 F3*1350+F5*1350=K6*580 K1=13.5-K5 F3*1350+K2*580=K1*1350 解得 K2=2.3 *K5-31.4 K2+K6=0 K5=K5 K1+K5=F3 K6=31.4-2.3*K5 因舉升到20m時(shí)，舉升臂與水平方向夾角為α=46.675o，所以豎直方向力和水平方向力應(yīng)近似相等。取。則K1=13.5，K2=-34.1。 2.3.3 剪刀式舉升機(jī)構(gòu)主要受力桿件強(qiáng)度校核計(jì)算 1、位于上端的支桿軸的強(qiáng)度校核 支桿軸通過(guò)支桿與平臺(tái)接觸，作用在滑動(dòng)端的力F3均勻作用在兩個(gè)滑動(dòng)輪上?；瑒?dòng)的兩輪之間距離為405mm。滑動(dòng)輪外側(cè)與舉升臂接觸。舉升機(jī)最低點(diǎn)時(shí)，對(duì)于支桿軸而言，與舉升臂接觸處，相當(dāng)于固定支點(diǎn)，即被約束。圖3.9是支桿軸的受力圖、剪力圖、彎矩圖。由圖可知，支桿軸只受豎直方向力，沒(méi)有水平方向的力，所以支桿軸不發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。我們從剪力圖和彎矩圖中還可分析出，在長(zhǎng)度為405mm的線(xiàn)段內(nèi)橫街面上的剪力FQ=0，而彎矩M為一常數(shù)，這種只有彎矩的的情況，稱(chēng)為純彎曲。所以長(zhǎng)度為405mm的線(xiàn)段內(nèi)只發(fā)生彎曲變形，而沒(méi)有發(fā)生剪切變形。是彎曲理論中最簡(jiǎn)單的一種情況。由上面的計(jì)算可以知道，上支桿軸在舉升機(jī)升高到20m時(shí)，受力最大，F(xiàn)3=13.5，所以我們只校核舉升機(jī)升到20m時(shí)的支桿軸強(qiáng)度即能說(shuō)明軸的強(qiáng)度是否合格。 圖3.9 支桿軸的剪力圖與彎矩圖 對(duì)支桿軸進(jìn)行強(qiáng)度校核，軸的材料為45鋼，抗拉強(qiáng)度 彈性模量E為， 一般取 。軸的直徑d=24mm。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》。 （1）軸的彎矩圖如圖3.9所示。 由圖可知 ，最大正彎矩 M= （2）軸的強(qiáng)度校核 式中：M——為橫截面上的彎矩 W——軸的抗彎截面系數(shù) 經(jīng)校核可以看出，軸的截面強(qiáng)度足夠。 2位于下端的支桿軸的強(qiáng)度校核 最下端軸的校核和最上端軸的校核方法一樣，下端支桿軸最低點(diǎn)和最高點(diǎn)時(shí)受 力情況一樣。受力圖、剪力圖、彎矩圖如圖3.10所示。 圖3.10 下支桿軸的剪力圖與彎矩 下支桿軸的材料也是45鋼，抗拉強(qiáng)度。下支桿軸受的力為： F5/2= ，軸的直徑d=24mm。 （1）彎矩圖如圖3.10所示 由圖可知 最大彎矩 (2 )下支桿軸的強(qiáng)度校核 校核后可得出軸的強(qiáng)度足夠。 3、對(duì)舉升臂進(jìn)行強(qiáng)度校核 圖3.11 舉升臂1的剪力圖與彎矩圖 因舉升臂為板材，近似梁。所以分析過(guò)程中，我們按梁的強(qiáng)度校核方法來(lái)分析舉升臂。由圖3.11舉升臂的受力圖可以看到，舉升臂既有水平方向的力，又有豎直方向的力，并且兩個(gè)方向的力在同一平面， 屬拉伸（壓縮）與彎曲組合變形[11]。我們將力進(jìn)行分解，沿舉升臂軸線(xiàn)方向和垂直軸線(xiàn)方向。 舉升臂的受力圖、剪力圖、彎矩圖、軸力圖如圖3.11所示。由圖所知，舉升臂在中間截面組合變形最大[11]。舉升臂的材料為Q275鋼 ,抗拉強(qiáng)度 , 彈性模量 E=200~220GPa ，L為舉升臂長(zhǎng)L=2700mm 。舉升臂在最低狀態(tài)時(shí)（），校核過(guò)程如下： 1）舉升臂的彎矩圖如圖3.11所示 舉升臂最大負(fù)彎矩 2）確定舉升臂1中性軸的位置 截面形心距底邊為 因舉升臂1結(jié)構(gòu)可近似一方鋼，所以通過(guò)截面中心的中心線(xiàn)Z即為中性軸 3）截面對(duì)中性軸的慣鉅 4）舉升臂的最大彎曲應(yīng)力為 5）最大軸向正應(yīng)力 截面積為，則正應(yīng)力為 6）校核舉升臂的強(qiáng)度 兩種變形產(chǎn)生的總應(yīng)力 結(jié)果表明最大彎矩處截面強(qiáng)度足夠。 舉升機(jī)升高到1.5m時(shí)的強(qiáng)度校核情況：（α=46.675o） 最大彎曲應(yīng)力為 軸力為： 最大正應(yīng)力為 總應(yīng)力為 強(qiáng)度充分滿(mǎn)足條件 （3）主推力軸校核 圖3.14 活塞桿推力軸彎矩圖和剪力圖 因此軸只承受液壓缸推力，推力垂直于軸線(xiàn)方向，為示圖方便，我們將力豎直作用到軸上，兩端固定處為支座處。因軸只受推力作用，屬于純彎曲情況，所以軸只發(fā)生彎曲變形。受力如圖3.14所示: 軸的材料為40Cr，抗拉強(qiáng)度 ，軸徑為60mm。舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí),推力最大只校核此刻強(qiáng)度即可。 （1）軸的彎矩圖如圖3.13所示。 由圖可知 ，最大正彎矩 M= (2) 軸的強(qiáng)度校核 經(jīng)校核軸的強(qiáng)度足夠，加工加強(qiáng)肋合理。 2.3.4 連接螺栓的校核 螺栓在舉升機(jī)中起連接作用，主要承受剪切變形。校核時(shí)只考慮剪切變形就可以。以下是對(duì)圖2.4中的1、3、4處的螺栓進(jìn)行強(qiáng)度校核。螺栓材料為Q235-A鋼，許用剪切應(yīng)力[]=98MPa。 1、1處螺栓受的剪切力如圖3.15所示 圖3.15 1處螺栓所受剪切力圖 （1）舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算 水平方向承受的應(yīng)力為 豎直方向承受的應(yīng)力為 根據(jù)第三強(qiáng)度理論 =53.89MPa 滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。 （2）舉升到20m時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算 水平方向承受的應(yīng)力為 豎直方向承受的應(yīng)力為 根據(jù)第三強(qiáng)度理論 經(jīng)計(jì)算滿(mǎn)足強(qiáng)度要求 2、3處螺栓受的剪切力如圖3.16所示 圖3.16 3處螺栓所受剪切力圖 （1）舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算 水平方向承受的應(yīng)力為 豎直方向承受的應(yīng)力為 根據(jù)第三強(qiáng)度理論 經(jīng)計(jì)算滿(mǎn)足強(qiáng)度要求 （2）舉升到20m時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算 水平方向承受的應(yīng)力為 豎直方向承受的應(yīng)力為 根據(jù)第三強(qiáng)度理論 經(jīng)計(jì)算滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。 圖3.17 5處螺栓所受的剪切力圖 （1）舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算 水平方向承受的應(yīng)力為 豎直方向承受的應(yīng)力為 根據(jù)第三強(qiáng)度理論 經(jīng)計(jì)算滿(mǎn)足強(qiáng)度要求 （2）舉升到20m時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算 水平方向承受的應(yīng)力為 豎直方向承受的應(yīng)力為 根據(jù)第三強(qiáng)度理論 經(jīng)計(jì)算滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。校核后的結(jié)果表明螺栓材料為Q235鋼是符合要求的。 2.4液壓缸的選型計(jì)算 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算： 由于液壓執(zhí)行元件與主機(jī)結(jié)構(gòu)有著直接關(guān)系，因此液壓缸的主要尺寸包括缸筒內(nèi)徑D、活塞桿直徑d和缸筒長(zhǎng)度L。 表3.1 液壓缸工作壓力與活塞桿直徑 液壓缸工作壓力p/MPa <5 5～7 >7 推薦活塞桿直徑d (0.5～0.55)D (0.6～0.7)D 0.7D 強(qiáng)度校核的項(xiàng)目包括缸筒壁厚δ、活塞桿直徑d和缸蓋固定螺栓的直徑ds。 當(dāng)D/δ>10時(shí)為薄壁，δ按下式校核: 式中，D-缸筒內(nèi)徑； 當(dāng)D/δ<10時(shí)為厚壁，δ按下式校核: 2.活塞桿直徑d 式中，F(xiàn)—活塞桿上的作用力；[σ]—活塞桿材料的許用應(yīng)力，[σ]= σb/1.4。 3.缸蓋固定螺栓直徑ds 式中，F(xiàn)—活塞桿上的作用力；k—螺紋擰緊定螺栓個(gè)數(shù)； [σ]—螺栓材料的許用應(yīng)力，[σ]= σs/（1.22~2.5），σs為材料的屈服點(diǎn)。[σ]—活塞桿材料的許用應(yīng)力，[σ]= σb/1.4。 2.4.1缸體壁厚的計(jì)算 ⑴按薄壁筒計(jì)算： ⑵按中等壁厚計(jì)算： ⑶按厚壁筒計(jì)算： ［σ］缸體材料許用應(yīng)力；［σ］＝σb/n； σb缸體材料的抗拉強(qiáng)度。對(duì)于45鋼正火處理，σb＝580Mpa； n安全系數(shù)；一般取3.5～5； ψ強(qiáng)度系數(shù)；對(duì)于無(wú)縫鋼管ψ＝1； c計(jì)入管壁公差及侵蝕的附加壁厚；一般按標(biāo)準(zhǔn)圓整缸體外圓值； D缸體內(nèi)徑(mm); 2.4.2缸底厚度的計(jì)算 ⑴平形無(wú)油孔：; ⑵平形有油孔： d0 油口直徑(mm)； 2.4.3缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力計(jì)算 式中： Ppl缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力； σs缸體材料的屈服強(qiáng)度。對(duì)于45鋼正火處理，σs＝340Mpa； D1缸體外徑 2.4.4缸筒徑向變形計(jì)算 式中：△D 缸體材料在試驗(yàn)壓力下的變形量； E缸體材料彈性模數(shù)；對(duì)于鋼材E＝2.1105Mpa； γ缸體材料的泊松系數(shù)；對(duì)于鋼材γ＝0.3； 2.4.5活塞桿強(qiáng)度的計(jì)算 活塞桿強(qiáng)度計(jì)算公式為： d1 活塞桿危險(xiǎn)截面直徑； 整體式活塞桿的各種類(lèi)型分別如下圖所示： 1、耳環(huán)連接 2、端部鉸軸連接 3、中部鉸軸連接 4、端部法蘭連接 5、中部法蘭連接 6、底部法蘭連接 2.4.5 管路的設(shè)計(jì) 各元件間連接管道的規(guī)格按原件接口尺寸決定，液壓缸則按輸入、排出的最大流量計(jì)算。由于液壓泵具體選定之后液壓缸在各個(gè)階段的進(jìn)、出流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計(jì)算，如下表所示。 油液在壓油管中的流速取3m/min， d≥2=2mm=9.3mm 油液在吸油管中的流速取1m/min, d≥2=2mm=11.3mm 兩個(gè)油管都按GB/T2351-2005選用外徑Φ15mm、內(nèi)徑Φ12mm的無(wú)縫鋼管。 流量、速度 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 輸入流量L/min q1=(A1qp)/(A1-A2`) =(19.63x6)/(19.63-10.01) =12.24 q1=0.5 q1=qp=6 排出流量L/min q2=(A2q1)/A1 =(10.01x12.24)/19.63 =6.24 q2=(A2q1)/A1 =(0.5x10.01)/19.63 =0.25 q2=(A1q1)/A2 =(19.63x6)/10.01 =11.76 3 負(fù)載圖和速度圖 查相關(guān)表格可知，液壓缸的工作效率η=0.9，可以得到以下計(jì)算公式： 啟動(dòng)：F=Ffj=880N; F‵=F/η=1160/0.9 N=1289 N; 加速：F=Ffd+Fg=580+493.20=1073.20 N; F‵=F/η=1073.20/0.9=1193 N; 快進(jìn)：F=Ffd=290 N; F‵=F/η=580/0.9=645 N; 工進(jìn)：F=Ffd+Fw=580+3183=3763 N; F‵=F/η=3763/0.9=4182 N; 快退：F=Ffd=290N; F‵=F/η=580/0.9=645 N; 根據(jù)工況負(fù)載F及行程S，繪制負(fù)載圖（根據(jù)工進(jìn)速度V1，快進(jìn)速度V2確定下圖）： 4 各主要零部件強(qiáng)度的校核 4.1升降臺(tái)的強(qiáng)度校核 假定升降臺(tái)支撐頂板時(shí)為均布載荷，如下圖所示： 升降臺(tái)受力示意圖由于立柱的的工作阻力為F=25000N，柱間距l(xiāng)=1000mm梁總長(zhǎng)L=1840mm計(jì)算時(shí)，均布載荷的計(jì)算公式為：q=2FL以距左端X斷面計(jì)算彎矩時(shí)：Mx=0.5qx2?F（x?m）求導(dǎo)得：M（x）=qx-F=0則：x=Fq=F2FL=L2即最大彎矩處在升降臺(tái)中間，最大彎矩為： Mmax=L2q（L2）2?F（L2?m）=q8L2?F（L2?m）=F4L?FL2+Fm=Fm-FL4將F=25000N，m=0.6m，L=1.84m代入上式，得Mmax=2.5*2.6-2.5?1.84=6.5-4.6=1.9kN.m，所以能承受工作面所給與壓力。 5 剪叉式升降機(jī)的控制原理 本次設(shè)計(jì)在剪叉式升降機(jī)是通過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)控制的，單片機(jī)系統(tǒng)輸出指令給電磁閥，電磁閥得電從而控制液壓缸行程的開(kāi)合，當(dāng)有車(chē)停在剪叉式升降機(jī)上面后，通過(guò)按鈕啟動(dòng)，電磁閥得電，從而控制液壓缸打開(kāi)行程，這樣，汽車(chē)就被抬起到一定的高度。然后當(dāng)汽車(chē)檢修好后，電磁閥失電，液壓缸縮回行程，汽車(chē)被放到底面上面。 6 設(shè)計(jì)總結(jié) 通過(guò)本次設(shè)計(jì),讓我學(xué)習(xí)到了許多知識(shí)，特別是對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用方面，是我收獲最大的地方。本次的設(shè)計(jì)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包含了齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)這一最典型的機(jī)構(gòu)，通過(guò)查找與它相關(guān)的設(shè)計(jì)資料，到計(jì)算帶動(dòng)筒體轉(zhuǎn)動(dòng)所需要在輸出扭矩從而對(duì)齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括傳動(dòng)齒輪的選型，例如齒數(shù)，模數(shù)的確定以及之后的強(qiáng)度校核部分的設(shè)計(jì)，都花費(fèi)了我好多精力。同時(shí)，也讓我學(xué)到了好多知識(shí)。 在相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題的討論中，我的導(dǎo)師總是孜孜不倦的引導(dǎo)著我，幫助著我。每周一次的進(jìn)度檢查和問(wèn)題討論，促使我在正確的道路上大步前進(jìn)，不僅工作的按時(shí)保質(zhì)保量的完成得到了保證，我本人的研究能力，工作的態(tài)度也得到了充分的鍛煉和提高。這些寶貴的品質(zhì)影響著我，毫無(wú)疑問(wèn)，它們對(duì)我以后的工作，學(xué)習(xí)，生活都會(huì)起到深遠(yuǎn)而長(zhǎng)久的良好影響。也能為人生打下一個(gè)夯實(shí)地基礎(chǔ)！ 在具體的研究設(shè)計(jì)過(guò)程中，同學(xué)們也在平日的學(xué)習(xí)與生活中提供了無(wú)私與周到的幫助，充分用他們的工作熱情感染著我，鼓勵(lì)著我，讓我少走了很多彎路，再次一并致謝！另外也感謝我的父母，朋友和同學(xué)們的幫助。在做設(shè)計(jì)感覺(jué)受挫，枯燥與迷茫時(shí)，是他們?cè)谙ば牡臑槲裔尫艍毫?，鼓?lì)我不要?dú)怵H，勇敢面對(duì)。每周一次和父母的通話(huà)，與朋友和同學(xué)的長(zhǎng)談后都使我精神放松，斗志倍增，以飽滿(mǎn)的熱情重新投入到工作中去，感謝他們，正是他們的不懈支持和充分理解才能使我順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。 最后，感謝學(xué)校各位領(lǐng)導(dǎo)與老師給了我在濱海學(xué)院學(xué)習(xí)生活四年以及參加這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的寶貴的鍛煉機(jī)會(huì)，它使我深刻認(rèn)識(shí)到在知識(shí)的汪洋大海面前我是多么無(wú)知和微不足道。這是一個(gè)最好的時(shí)代，也是尊重知識(shí)，充分學(xué)習(xí)知識(shí)，掌握知識(shí)的時(shí)代。只有持續(xù)的不間斷地學(xué)習(xí)，才不會(huì)在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中落后于別人，也才能用自己的真才實(shí)學(xué)為社會(huì)做出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。知識(shí)是無(wú)止境的，無(wú)價(jià)的，我愿在求真的道路上下而求索！ 結(jié) 論 到如今，畢業(yè)設(shè)計(jì)總算接近尾聲了，通過(guò)這次對(duì)于剪叉式升降機(jī)的設(shè)計(jì)，使我們充分把握的設(shè)計(jì)方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識(shí)，而且還獲得新的經(jīng)驗(yàn)與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，會(huì)遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時(shí)的指導(dǎo)，確保設(shè)計(jì)進(jìn)度，本文所設(shè)計(jì)的是剪叉式升降機(jī)的設(shè)計(jì)，通過(guò)初期的方案的制定，查資料和開(kāi)始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識(shí)的重要性，從而讓我更加深刻地體會(huì)到做一門(mén)學(xué)問(wèn)不易，需要不斷鉆研，不斷進(jìn)取才可要做的好，總之，本設(shè)計(jì)完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最感謝幫助過(guò)我的老師和同學(xué)，是大家的幫助才使我的論文得以通過(guò)。 致 謝 時(shí)間過(guò)得很快，論文總算完成了，我的心里感到特別高興和激動(dòng)，在這里，我打心里向我的導(dǎo)師和同學(xué)們表示衷心的感謝！因?yàn)橛辛死蠋煹恼佌伣虒?dǎo)，才讓我學(xué)到了很多知識(shí)和做人的道理，由衷地感謝我親愛(ài)的老師，您不僅在學(xué)術(shù)上對(duì)我精心指導(dǎo)，在生活上面也給予我無(wú)微不至的關(guān)懷支持和理解，在我的生命中給予的靈感，所以我才能順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)，也學(xué)到了很多有用的知識(shí)，同時(shí)我的生活中的也有了一個(gè)明確的目標(biāo)。知道想要什么，不再是過(guò)去的那個(gè)愛(ài)玩的我了。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，創(chuàng)新的學(xué)術(shù)風(fēng)格，認(rèn)真負(fù)責(zé)，無(wú)私奉獻(xiàn)，寬容豁達(dá)的教學(xué)態(tài)度都是我們應(yīng)該學(xué)習(xí)和提倡的。通過(guò)近半年的設(shè)計(jì)計(jì)算，查找各類(lèi)剪叉式升降機(jī)的相關(guān)資料，論文終于完成了，我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因?yàn)槲沂窃趺聪氲?，這是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學(xué)四年的知識(shí)和反映。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識(shí)，而且鍛煉了我的個(gè)人能力，更重要的是來(lái)自老師和同學(xué)的潛移默化讓我學(xué)到很多有用的知識(shí)，在這里，謝謝老師以及所有關(guān)心我和幫助我的人，謝謝大家。 參考文獻(xiàn) [1]鄧星鐘.機(jī)電傳動(dòng)控制[M]. 華中科技大學(xué)出版社， 2002。 [2]孫志禮、冷興聚、魏延剛等 . 剪叉式升降機(jī)設(shè)計(jì)[M]. 東北大學(xué)出版社， 2003。 [3]徐灝. 剪叉式升降機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]第5卷. 液壓液壓出版社， 1992。 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