物流液壓升降臺的設計

物流液壓升降臺的設計,物流,液壓,升降臺,設計 吉林化工學院機電工程學院 畢業(yè)設計（論文）開題報告 學生學號： 學生姓名： 專業(yè)班級： 機自0303 指導教師： 職 稱： 講 師 起止日期： 2007.3.5～2007.3.23 吉 林 化 工 學 院 Jilin Institute of Chemical Technology 吉林化工學院畢業(yè)設計（論文）開題報告 1．課題來源及選題的目的和意義 本設計題目來源于實際生產，是用于倉庫、機場、車站、碼頭、制造系統及汽車維修等部門的物流液壓升降臺的設計。進入21 世紀以后, 隨著經濟的發(fā)展和需求的提高, 對舉升機提出越來越高的要求, 舉升機越來越不僅局限應用于倉庫、機場、車站、碼頭等, 更廣泛的應用于其它物流、制造系統和汽車維修等行業(yè)和部門。 這就對原有的剪叉式液壓升降臺提出了更加嚴格的承載能力高、運行速度快、啟動停止平穩(wěn)等新的要求。本設計就此問題進行分析和探討, 并對傳統剪叉式液壓液壓升降臺系統進行改造。 過去汽車維修，大多采用地溝作業(yè)，工作空間人工采光，溝內陰暗需人工采光，通風不良，工人上下地溝不便，勞動條件差，土建費用高，地表空間不能充分利用，而汽車舉升機，在其舉升高度范圍內，可依需要任意調整高度，在車下任何位置上進行維修作業(yè)，操作簡便.靈活可靠,工作條件打為改善。 2．本課題所涉及的內容國內外研究現狀綜述 1966年，一家德國公司生產出第一臺雙柱舉升機，這是舉升機設計上的又一突破性進展，這種舉升機也比其它國家早出現了近10年?，F在雙柱舉升機在市場上以占據牢固的地位，其銷量還在持續(xù)增長。但它和其它舉升機相比，既有很多優(yōu)點，也有相對不足，下面做一簡要說明。 我們所見到的絕大多數舉升機均采用固定安裝方式。在舉升前汽車必須駛上舉升機。在移動式舉升機方面也有幾項成功設計，如剪式舉升機、菱架式舉升機等。但這類舉升機仍存在兩個主要問題，接近汽車下部較難；在車間移動舉升機時難逾越地面上的障礙物。當然，可移動性是這類舉升機的突出優(yōu)點。現在固定安裝的單柱、雙柱、四柱舉升機已在維修現場廣泛采用，而移動式舉升機卻相對要少得多。 最初設計單柱舉升機時，車輛較大，其底盤也能明顯辨認，因而汽車檢修區(qū)遠遠大于舉升器件。而今絕大多數汽車均為“緊湊型”或“半緊湊型”，導致汽車檢修區(qū)域接近主要舉升機器件而不便操作。但在南美洲卻屬例外，那里仍然采用較大的車輛，這可能是單柱舉升機在該地區(qū)的市場上仍然受到歡迎的重要原因。單柱舉升機有兩大優(yōu)點：當其下降后，不致成維修車間的障礙物；汽車可在舉升機上轉動。但美國卻受到了責難，主要是舉升機的旋轉會帶來撞擊操作人員的危險。單柱舉升機的主要缺點是：第一，它需要在車間的地面挖掘一個相當大的坑穴后才能安裝；其次，它只能為使用提供車輪支撐方式；第三，使用時難于接近汽車下部的一些重要檢修區(qū)域。舉升用的油缸潛藏在地下也給維修帶來兩大問題：第一是檢修這些零部件頗為困難；其次是由于油缸所處的環(huán)境條件差，容易生銹，特別是地下水位較高時更是如此。 雙柱舉升機（包括液壓式或機械式），均具有以下優(yōu)點：第一，檢修汽車下部具有很高的可接近性（幾乎達到100%）；其次，采用車輪自由型的方式支撐汽車，因而拆卸車輪時不需要其它輔助性的舉升措施；第三，結構緊湊，占地面小。雙柱舉升機的缺點是：第一為確保安全，安置舉升機時要求非常嚴格，否則在舉升過程中容易搖晃或顛覆；第二，由于舉升機常采用車輪自由型的方式支撐汽車，如需采取車輪支撐型的方式維修汽車則甚感不便，如檢查懸掛系統、檢查轉向機構間隙或進行車輪定位檢驗等；第三，由于舉升臂和立柱承受懸臂或載荷所產生的巨大應力，其承力件易于磨損，因而雙柱舉升機的安全工作壽命一般要比四柱舉升機低。 四柱舉升機有四根立柱、兩根橫梁、用于支撐汽車的兩個臺板。舉升前，汽車很容易正確無誤地駛上四柱舉升機的臺板。由于臺板內側設備有凸緣，當汽車駛上臺板時也不致墜入其間的空隙中。車輪支撐型四柱舉升機的優(yōu)點是：第一，舉升機裝載汽車時勿需較高的技術，操作也很簡便；第二，承載時非常穩(wěn)定；第三，支撐載荷受力簡單，應力較低，從而延長了設備的使用壽命；第四，由于具有較高的使用價值，從經濟上來看也是合算的；第五，易于維修；第六，在車間現場進行安裝也較方便，只要地面平坦，其混凝土厚度能夠固牢立柱的地腳螺栓即可。四柱舉升機的缺點是：和雙柱舉升機相比，戰(zhàn)地面積教大，對汽車檢修區(qū)域可接近性較差。解放后，特別是改革開放以來，我國的汽車維修行業(yè)有了很大的發(fā)展，為之服務的汽車維修設備行業(yè)已成為我國的新興行業(yè)不斷發(fā)展壯大。各種舉升機設備如雨后春筍，不斷涌現，質量不斷提高，銷量逐年增加。有人說，對于汽車維修企業(yè)來說，汽車舉升機可能是除廠房而外的最重要的投資，因為它具有至關重要和不可替代的作用，甚至直接影響到汽車維修業(yè)務的興衰。汽車舉升機是汽車維修設備行業(yè)的支柱設備之一，讓我們生產出更多、更好、更受用戶歡迎的汽車舉升機，為汽車維修企業(yè)服務。 3．本課題有待解決的主要關鍵技術問題 進入21 世紀以后, 隨著經濟的發(fā)展和需求的提高, 對物流行業(yè)提出越來越高的要求, 剪叉式液壓升降臺越來越不僅局限應用于倉庫、機場、車站、碼頭等地, 更廣泛的應用于自動化生產流水線, 這就對剪叉式液壓升降臺提出了承載能力高、運行速度快、啟動停止平穩(wěn)的要求。就此問題進行分析, 對傳統剪叉式液壓升降臺液壓系統進行了改造, 取得了很好的效果。 1. 汽車舉升機的安全保證措施 今天全世界都對在危險作業(yè)環(huán)境下工作的人們的安全寄予極大的關注。汽車舉升機具有潛在的危險，因為人們要在其下面工作；當其升降時如不小心，也會碰傷手足。近年來不少國家還制定了專門性法規(guī)，以防止或至少使安全事故的可能性降低到最低限度。 汽車舉升機的安全保證措施主要從兩方面著手：一方面從設計制造方面采取措施，好提高汽車舉升機的安全技術特性；另一方面則應在使用維修過程中遵循嚴格的操作規(guī)程，保證汽車舉升機能在良好的技術狀態(tài)下正確地運行。 2．使用維護方面的安全保證措施 使用維護方面的安全保證措施涉及的范圍很廣，包括舉升機有使用前的準備工作，舉升汽車時應該注意的事項，承載時的穩(wěn)定性，降下汽車時的注意事項，日常和定期維修檢查工作等。雖然汽車舉升機已有70年的歷史，其設計原理并無多大改變;但如果忽視安全要求，超載使用，疏忽大意，仍然會造成嚴重事故，甚至發(fā)生人身傷亡。因此安全問題一定要引起使用單位和操作人員的高度重視。首先，應選購那些安全性能良好的汽車舉升機，另外，還應認真學習和理解說明書中的各項安全注意事項并認真貫切執(zhí)行。這里僅就使用維護舉升機時普遍應當注意的事項說明于后。 4．課題研究的內容和實施方案（主要包括研究內容、擬采用的研究方法、技術路線、預期成果、所采取方案的可行性分析等） 進入21 世紀以后, 隨著經濟的發(fā)展和需求的提高, 對物流行業(yè)提出越來越高的要求, 剪叉式液壓升降臺越來越不僅局限應用于倉庫、機場、車站、碼頭等地, 更廣泛的應用于自動化生產流水線, 這就對剪叉式液壓升降臺提出了承載能力高、運行速度快、啟動停止平穩(wěn)的要求。筆者就此問題進行分析, 對傳統剪叉式液壓升降臺液壓系統進行了改造, 取得了很好的效果 （1）舉升機臺板降到下位時，與地面應盡可能在同一平面上，為達到此目的，雖然可在地面上挖掘凹坑，但需增加投資費用，也破壞了車間地面的平整性。為此，在保證強度和剛度的前提下，應盡可能降低舉升機臺板和橫梁的高度；這樣，既便于汽車駛上舉升機，又使駛上臺板的斜面長度盡可能短，節(jié)約車間的占地。在條件許可時，舉升機臺板（或橫梁）應選擇專用型鋼或用鋼板拆彎成形。 （2）正確選擇傳動方式。采用機械傳動（螺母、螺桿）或液壓傳動（油缸），均 用電動機驅動。機械傳動的成本較高，耗能較多，但安全性較好。經驗證明：機械傳動的能耗為液壓傳動所需能耗的兩倍（在舉升載荷、舉升時間均相同的條件下）。機械式舉升機的螺母、螺栓磨損較快，而液壓式舉升機的維修量卻相對要小些。雖然液壓式舉升機的技術難度較大，但多數零部件（液壓泵、液壓缸、閥門、密封元件等）均可外購或外協，當然一定要選用優(yōu)資產品。 （3）絲繩的選擇。為了減少滑輪直徑從而縮小寄生機立柱的斷面尺寸，應該選用高柔度的鋼絲繩。鋼絲繩應有較高的安全系數，一般應達8。為此，應增加鋼絲繩鋼絲的數目。如英國某公司3t系列的舉升機所采用的鋼絲繩的直徑為9mm，兩根并列，每根37股，每股6根鋼絲?；喭ǔＳ娩摬闹瞥?，而該公司采用玻璃纖維與尼龍混合制成（50%的玻璃纖維、50%的尼龍）。這樣，不僅價格便宜，還能減輕鋼絲繩的磨損，延長其使用壽命。 5．完成本課題的工作計劃及進度安排(包括文獻查閱、外文翻譯、開題報告、方案設計與實現、計算與實驗、論文撰寫等) 設計總共16周。具體安排如下： 2007.03.05～2007.30.16：調研、收集資料（書籍和案例）、外文翻譯； 2007.03.19～2007.03.23：撰寫開題報告 2007.03.26～2007.03.30：完成系統需求分析，畫出需求分析框圖和系統結構圖，最后確定方案； 2007.04.02～2007.05.18：系統的具體實現，編程； 2007.05.21～2007.06.01：系統調試（包括測試）和修改； 2007.06.04～2007.06.22：論文撰寫、裝訂與提交，準備答辯。 6．參考文獻（開題報告中參考文獻數量一般應在8～12篇左右，建議其中，外文不少于3篇，學術期刊類文獻不少于5篇） [1] 王裕清.韓成石.液壓傳動與控制技術. 北京:煤炭工業(yè)出版社,1997. [2] 廖嘉璞.液壓傳動.北京:北京航空航天大學出版社,1997. [3] 王秀彥.蔡勝利.升降式工作臺的液壓系統設計. 液壓傳動,1999,3. [4] 魏發(fā)孔.水平驅動剪刀撐樂池升降機的動力性能研究.甘肅工業(yè)大學學報,1997 . [5] 管萍.張風池.基于神經網絡控制的交流異步電機定位系統,2001. [6] 王波.北京機械工業(yè)學院學報,2000 ,15. [7] 郭華.舞臺機械設備控制系統上位機監(jiān)控軟件的實現計算機自動測量與控 制,2001.9. [8] 陽憲惠.現場總線技術及應用.北京:清華大學出版社,1999. [9] 閻士杰.劉北.孫金根.基于PROFIBUS2DP 的變頻器控制系統. 基礎自動 化,1999.6 . [10] 陳在平.趙相賓.可編程序控制器技術與應用系統設計.北京:機械工業(yè)出版 社,2002. [11] 張燕賓.變頻調速應用實踐.北京:機械工業(yè)出版社,2002. [12] 吳軍主編.氣動工程手冊.北京:國防工業(yè)出版社,1995. [13] 樊錦波等.車抗移動式液壓舉升機的設計計算.機床與液壓,2002. [14] 雷天覺主編.新編液壓工程手冊.北京:北京理工大學出版社,1998. [15] [美] MSC.Softwate 著.刑俊問,陶永忠譯.MSC. AD-AMS/View.北京:清華大學出 版社,2004. [16] HU Jun-an .Formulation of Neural Network Model for the Auto Lift's Vertical Prop，2001.4. [17] WEI Jian .ication of PLC in Underground Two-Double Structure Surface Garage，2006.11. [18] CHEN You-nan.HU Jun-an，Formulation of Neural Network Model for the Auto Lift's Vertical Prop，2001.4.  7．指導教師審閱意見 指導教師（簽字）： 年 月 日 8．系主任或指導小組意見 系主任或指導小組組長（簽字）： 年 月 日 - 5 - 吉林化工學院畢業(yè)論文（文獻綜述） 文獻綜述 1《YFJ-50移動式氣液舉升機的研制》.鐘裕榮,莊清溪,張弋于.黎保新廣州機械科學研究院.2000.11 一種用于車槽舉升待修汽車的移動式氣液舉升機,具備實用新型及環(huán)保特性。本文著重介紹其結構、氣液轉換原理及研制。 2《大型地坑式汽車舉升機》.雨田.南通市產品質量監(jiān)督檢驗所.1999.2 某一品牌某型號的舉 升機,在不同的地方、不同的時間、不止一次的發(fā)生過單側托臂突然下落(滑),造成人、車兩傷的事故。經過對失效的舉升機檢測、分析,發(fā)現其存在設計上的缺陷。 該機為機械式舉升機,采用螺桿螺母傳動,由市螺母帶動托臂運動實現汽車升降的。除了切斷電動機的電源停止帶動螺桿 3《汽車舉升機絲桿螺母機構的安全設計》.王琪.鹽城工學院.1999.6 介紹了雙柱機械式汽車舉升機的傳動原理，絲桿螺母機構的作用與設計，通過選用MC含油鑄型尼龍螺母,大大地提高了螺母的耐磨性和使用壽命,并設計了保護性的副螺母及急停保護裝置,有效地保證了汽車舉升機的安全可靠。 4《母式汽車舉升機》.苗鳳琴.1998.6 一種新型式的多功能汽車安全整備工具,較傳統的汽車舉升機有所不同,機身舉升板可安裝于地平面之下或與地面平行或稍高于地面,圖1為平擺式安裝于地面的情況,汽車可沿著長度為1700mm的斜板開到舉升機上,此時舉升機伏于地面,升臺臺面高度與斜板高點相同。汽車舉升有三種形式:母式、母子式、子式。母式: 圖2所示為母式舉升,汽車由母機舉升,可對汽車發(fā)動機和底盤部分進行整備。母子式: 在母式舉升基礎上,子式機再舉升。此時子式舉升 5《汽車保修液壓多級缸同步定位舉升機設計原理及應用》.李文,王學君.鐵力林業(yè)局汽運管理處.1994.1 生產為主的今天,汽車的需求量日益增加、對汽車修理、保養(yǎng)要求越來越高,因此,我們根據生產的實際需要,設計并應用“DT”型汽車保修液壓多級同步定位舉升機(以下簡稱“DT”型舉升機)在汽車保修、保養(yǎng)工作中邁出重要一步。一、對液壓傳動系統分析液壓傳動在“DT”型舉升機上的應用,主要是利用密閉工作容積內液壓能的變化來傳遞動力,在液壓系 6《YSJ3型雙柱式舉升機》.任明淵.航空航天工業(yè)部皖安機械廠.1992.3 YSJ3型雙柱式舉升機是我廠與日本雅索依(YASUI)公司合作生產的轎車維修用舉升設備,具有結構緊湊、外形美觀、操作簡便等特點,已廣泛用在汽車修理和保養(yǎng)單位,使修理工人不必鉆到地道里修理汽車底部,而是把汽車升高進行修理。隨著轎車工業(yè)的發(fā)展,轎 7《剪叉式汽車舉升機》.張維信,馬巖. 林業(yè)機械與木工設備.1985.6 在林機修理中,經常需要起升汽車或其它林業(yè)機械。隨著修配工作的專業(yè)化、正規(guī)化,對修配機械的要求越來越高。在七十年代由于液壓技術的發(fā)展,液壓式汽車舉升機有了很廣泛的應用。但采用機械式的起升機比采用液壓式的成本要低一些,而且維修方便,使用可靠,比較適用于中小型修配廠。機械式舉升機對工作環(huán)境要求不高,適用于高寒林區(qū)比較簡陋 8《自行式橋梁檢測車伸縮臂》.油缸-連桿舉升機的優(yōu)化設計.王黎宏.西安公路學院.1993.6 采用多目標優(yōu)化方法,解決自行式橋梁檢測車伸縮臂油缸—連桿舉升機構的優(yōu)化設計問題,取得了較好的設計效果。文中對如何建立數學模型,權系數對優(yōu)化結果的影響等問題進行了說明。 9《舉升機液壓系統的設計》.王惠.天津市液壓件一廠.1996.4 舉升機液壓系統的設計王惠（天津市液壓件一廠）1對1021舉升機液壓系統設計要求所設計的1021舉升機液壓系統是解決勝利油田焊接儲油罐，由原來使用的機械力改為用液壓力這一條件為前提的。原勝利油田在焊接儲油罐時，采用直接吊焊方法，使30t的直徑為30m的。 10《單柱雙節(jié)液壓舉升機》.王心.東方機械集團.1999.6 單柱雙節(jié)液壓舉升機是上海寶得寶公司與上海液壓氣動技術研究所根據當今國外最新機型結合本國的實際使用狀況優(yōu)化設計制造而成的新型舉升機(如圖3所示),是維修各種國產或進口轎車、小型面包車、工具車、吉普車的理想起重設備。 該機整機質量為500kg,電機功率為3kW,工作電壓為380V,其機身高1500mm,可整機安裝于工作場地的地平面以下,使工作場地無障礙物,增大工作空間。 該機使用方便,安全可靠,承載力大,其提升質量為3t。舉升高度為1800mm,且升降自如,可在全升程范圍內任意升、 11《汽車舉升機失效分析》.鄒雷.南通市產品質量監(jiān)督檢驗所.1999.2 品牌某型號的舉 升機,在不同的地方、不同的時間、不止一次的發(fā)生過單側托臂突然下落(滑),造成人、車兩傷的事故。經過對失效的舉升機檢測、分析,發(fā)現其存在設計上的缺陷。該機為機械式舉升機,采用螺桿螺母傳動,由市螺母帶動托臂運動實現汽車升降的。除了切斷電動機的電源停止帶動螺桿 12《液壓舉升機同步系統》.孔紅梅,紀超紅.中美合資山西太原索斯沃斯升降臺有限公司.2000.2 本文著重介紹一種液壓舉升機同步系統。此系統具有結構簡單，經濟，同步精度的特點。可保證兩舉升機在任意位置上的位置同步，同步誤差小于2%，且在上，下行程終點均可自動消除終點誤差，有效地避免了誤差的積累。同時該系統還具有能耗低，元件匹配合理等優(yōu)點，特別適用于起重機械，升降臺行業(yè)。 13《剪式轎車舉升機的設計》.白成志.西寶雞文理學院 設計了一種轎車舉升機。該機執(zhí)行部分采用剪式疊桿形式,電力驅動機械傳動結構,少齒差動及走絲杠設計既解決了傳動比很大的難題又使結構非常簡單 14《液壓舉升機同步器的結構設計》.李寶順.煙臺大學機電汽車工程學院 2005.4 該文介紹了筆者在深入研究液壓舉升機的基礎上,采用三齒輪結構形式和其各支路流量均等的原理,設計、研制的雙液壓缸使用的液壓同步器。該液壓同步器設計原理巧妙、結構簡練、安裝方便,經實驗測試證明其各項性能指標均優(yōu)良,同步精度完全達到和超過了使用要求 15《意大利LA．ME．cot．公司的ML5H型摩托車舉升機》.盧川.大陽摩托車技術研究中心.2006.1 隨著摩托車保有量的不斷擴大,摩托車維修點的工作 量在大幅度增加,同時消費者對維修質量要求也越來越高。維修設 備在摩托車維修中扮演著重要的角色,對減輕維修人員的工作強度、 提高維修質量具有重要的現實意義。本刊從2006年第1期起,增設了“維修工具” 專欄,為廣大讀者更好地了解摩托車維修設備開辟了一個窗口。同時,我們也希望 在今后的辦刊過程得到國內外維修設備生產企業(yè)的支持與幫助,為讀者介紹維修設備知識、推薦較好的維修設備, 最終促進整個摩托車維修行業(yè)向前發(fā)展。 16《Analysis and Checking of Vertical Prop Structure for Ordinary Auto Lift WANG Ming-hong》.SHI Hai-feng;.2004.3 The auto lift with two-sided props is a kind of lifting equipment commonly used in repair and maintenance of vehicle. It is widely used to repair and maintain small-sized vehicles such as sedan. In accordance with the ordinary auto lift with two-sided props for QJY04-02 model, the cross section characteristics of auto lift's vertical prop are analyzed. At the same time, both of the strength and rigidity of auto lift's vertical prop are checked. The designed auto lift can be ensured to satisfy the applicatio... 17《Analysis and Checking of Vertical Prop Structure for Ordinary Auto Lift》. WANG Ming-hong.2004.3 The auto lift with two-sided props is a kind of lifting equipment commonly used in repair and maintenance of vehicle. It is widely used to repair and maintain small-sized vehicles such as sedan. In accordance with the ordinary auto lift with two-sided props for QJY04-02 model, the cross section characteristics of auto lift's vertical prop are analyzed. At the same tim 18《Formulation of Neural Network Model for the Auto Lift's Vertical Prop HU Jun-an》.CHEN You-nan.2001.4 Based on the model building theory of artificial neural network for mechanical structure, the prop's neural network model is established. This model has global meaning and stable precision. It can re-alize quick and brief dynamic analysis anew. 19《APPLICATION OF MC NYLON NUT CONTAINING OIL IN THE VEHICLE LIFT》.Wang Qi.000.11 The nut of the monomer cast Nylon containing oil has pood applying property, and can prolong the working life of the vehicle lift by analyzing the feature of two poles of vehicle lilt and comparing the performance tests of the nuts of monomer cast Nylon containing oil ans the bronze. 20《Formulation of Neural Network Model for the Auto Lift's Vertical Prop》. HU Jun-an.2001.4 Based on the model building theory of artificial neural network for mechanical structure, the prop's neural network model is established. This model has global meaning and stable precision. It can re-alize quick and brief dynamic analysis anew. 21《ication of PLC in Underground Two-Double Structure Surface Garage 》. WEI Jian.2006.11 This paper designs a security detection system for a mechanical stacker of the underground double garage.The system includes data sampling part by infrared sensors;data analysis and stacker running.Infrared sensors sample the real-time status of the stacker so that the host computer can analyze and manage those sampling information;then the stacker carries out right operations to the garage.The system promises the safety by real-time security detection and security control of stacker. 5 物流液壓升降臺的設計 Logistics hydraulic pressure cage assembly design 學生學號： 學生姓名： 專業(yè)班級： 機自 0303 指導教師： 起止日期： 2006.3.21～2006.6.25 吉 林 化 工 學 院 Jilin Institute of Chemical Technology 物流液壓升降臺的設計 摘 要 隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，我國的汽車維修行業(yè)有了很大的發(fā)展，為之服務的汽車 維修設備行業(yè)已成為我國的新興行業(yè)不斷發(fā)展壯大。各種舉升機設備如雨后春筍， 不斷涌現，質量不斷提高，銷量逐年增加。本設計采用剪叉式液壓升降臺。 當今世界上的許多先進技術，如自動控制\光電開關等，已廣泛應用到各種安全 裝置的設計領域，因而在設計制造舉升機時，應結合產品的特點，積極采用先進可 靠實用的現代安全技術。以下文中僅列舉多數舉升機普遍采用的安全措施為了使用 維護方面的安全保證措施涉及的范圍很廣，包括舉升機有使用前的準備工作，舉升 汽車時應該注意的事項，承載時的穩(wěn)定性，降下汽車時的注意事項，日常和定期維 修檢查工作等 整機的液壓系統圖油路各自擬訂好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互 組合時去掉重復多余的元件，力求系統結構簡單。注意各元件間的聯鎖關系，避免 誤動作發(fā)生。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)，提高系統的工作效率。為了便于液壓系統 的維護和監(jiān)測，在系統中的主要路段要裝設有必要的監(jiān)測元件，如壓力表，溫度計 等。在設計中可以考慮在關鍵部位，附設備用件，以便意外事件發(fā)生時能迅速更換， 保證主機連續(xù)工作。各液壓元件采用國產標準件，在圖中按國家標準規(guī)定的液壓元 件職能符號的常態(tài)位置繪制。對于自行設計的非標準元件可用結構原理圖繪制 關鍵字：升降臺；剪叉式 ；液壓 吉林化工學院畢業(yè)設計（論文） I Abstract With the development of automobile industry, the industry automobile of our country is kept in repair has had very big development , the uninterrupted growth keeping equipment industry in repair for the automobile that serves already becoming Xin Xing industry of our country has expanded. The various act rises machine equipment if bamboo shoots after a spring rain, ceaseless rise of mass springs up unceasingly, sell amounts increasing by year by year. Capital is designed adopt the dyadic scissors fork hydraulic pressure cage assembly. Many advanced technology of in the world in the nowadays, extensive use already arrives at the various safety device design field if the autocontrol \\光 electricity switch waits, should adopt the pragmatic advanced reliable modern times safety technology combining with the product characteristic, actively when depending on the machine designing that the fabrication act rises as a result. The following lists major acts only in culture rising machine Key Words：C age assembly； Scissors forks are dyadic； Hydraulic pressure 物流液壓升降臺的設計 II 目 錄 摘 要 ................................................................I ABSTRACT...............................................................II 目 錄 ..............................................................III 第一章 緒 論 ........................................................1 1.1 舉升機的發(fā)展簡史 ..................................................1 1.2 汽車舉升機的設計特點 ..............................................2 1.3 汽車舉升機的安全保證措施 ..........................................3 1.3.1 設計制造方面的安全保證措施 ....................................3 1.3.2 使用維護方面的安全保證措施 ....................................4 第 2 章 剪叉式升降臺的應用及其受力分析的討論 .............................5 2.1 剪叉式升降平臺的三種結構形式 ......................................5 2.2 雙鉸接剪叉式升降平臺機構的位置參數計算 ............................6 2.3 雙鉸接剪叉式升降平臺機構的動力參數計算 ............................8 2.4 剪叉式升降平臺機構設計時應注意的問題 ..............................9 2.5 針對性比較小實例： ................................................9 2.6 雙鉸接剪叉式升降平臺機構中兩種液壓缸布置方式的分析比較 ...........12 2.6.1 問題的提出： ..................................................13 2.6.2 兩種布置方式的分析和比較： ....................................14 2.6.3 實例計算 ......................................................15 第三章液壓傳動系統的設計計算 ...........................................20 3.1 明確設計要求 制定基本方案： .......................................20 3.2 制定液壓系統的基本方案 ...........................................20 3.2.1 確定液壓執(zhí)行元件的形式 ........................................20 3.2.2 確定液壓缸的類型 .............................................22 3.2.3 確定液壓缸的安裝方式 .........................................22 3.2.4 缸蓋聯接的類型 ...............................................22 3.2.5 擬訂液壓執(zhí)行元件運動控制回路 ..................................22 3.2.6 液壓源系統 ....................................................22 3.3 確定液壓系統的主要參數 ...........................................23 吉林化工學院畢業(yè)設計（論文） III 3.3.1 載荷的組成與計算： ............................................23 3.3.2 初選系統壓力 ..................................................25 3.3.3 計算液壓缸的主要結構尺寸 ......................................26 3.3.4 確定液壓泵的參數 ..............................................28 3.3.5 管道尺寸的確定 ................................................30 3.3.6 油箱容量的確定 ................................................31 3.4 液壓缸主要零件結構、材料及技術要求 ...............................31 3.4.1 缸體 ..........................................................31 3.4.2 活塞 ..........................................................32 3.4.3 活塞桿 ........................................................33 3.4.4 活塞桿的導向、密封和防塵 ......................................33 3.4.5 液壓缸的排氣裝置 ..............................................34 3.4.6 液壓缸安裝聯接部分的型式及尺寸 ................................35 3.4.7 繪制液壓系統原理圖 ............................................35 第四章 臺板與叉桿的設計計算 ............................................39 4.1 確定叉桿的結構材料及尺寸 .........................................39 4.2 橫軸的選取 .......................................................43 結 論 ...............................................................44 致 謝 ...............................................................45 參考文獻 ...............................................................46 物流液壓升降臺的設計 0 第 一 章 緒 論 汽車舉升機是現代汽車維修作業(yè)中必不可少的設備，它的主要作用就是為發(fā)動 機、底盤、變速器等養(yǎng)護和維修提供方便。舉升機的從上世紀 20 年代開始使用，發(fā) 展至今經歷了許多的變化改進，種類也比較多，一般有柱式、剪式，其驅動方式有 鏈條傳動，液壓傳動，氣壓傳動等。本章就從舉升機的產生、發(fā)展以及制造工藝等 方面進行簡單的介紹。 1.1 舉升機的發(fā)展簡史 汽車舉升機在世界上已經有了 70 年歷史。1925 年在美國生產的第一臺汽車舉 升機，它是一種由氣動控制的單柱舉升機，由于當時采用的氣壓較低，因而缸體較 大；同時采用皮革進行密封，因而壓縮空氣驅動時的彈跳嚴重且又不穩(wěn)定。直到 10 年以后，即 1935 年這種單柱舉升機才在美國以外的其它地方開始采用。 1966 年，一家德國公司生產出第一臺雙柱舉升機，這是舉升機設計上的又一突 破性進展，但是直到 1977 這種舉升機才在德國以外的其它國家出現?，F在雙柱舉升 機在市場上以占據牢固的地位，其銷量還在持續(xù)增長。它和四柱舉升機相比，既有 優(yōu)點，也有缺點，以下將作一簡要說明。 我們所見到的絕大多數舉升機均采用固定安裝方式。在舉升前汽車必須駛上舉 升機。在移動式舉升機方面也有幾項成功設計，如剪式舉升機、菱架式舉升機等。 但這類舉升機仍存在兩個主要問題，接近汽車下部較難；在車間移動舉升機時難逾 越地面上的障礙物。當然，可移動性是這類舉升機的突出優(yōu)點?，F在固定安裝的單 柱、雙柱、四柱舉升機已在維修現場廣泛采用，而移動式舉升機卻相對要少得多。 最初設計單柱舉升機外，車輛較大，其底盤也能明顯辨認，因而汽車檢修區(qū)遠 遠大于舉升器件。而今絕大多數汽車均為“緊湊型”或“半緊湊型” ，導致汽車檢修 區(qū)域接近主要舉升機器件而不便操作。但在南美洲卻屬例外，那里仍然采用較大的 車輛，這可能是單柱舉升機在該地區(qū)的市場上仍然受到歡迎的重要原因。單柱舉升 機有兩大優(yōu)點：當其下降后，不致成維修車間的障礙物；汽車可在舉升機上轉動。 但美國卻受到了責難，主要是舉升機的旋轉會帶來撞擊操作人員的危險。單柱舉升 機的主要缺點是：第一，它需要在車間的地面挖掘一個相當大的坑穴后才能安裝； 其次，它只能為使用提供車輪支撐方式；第三，使用時難于接近汽車下部的一些重 要檢修區(qū)域。舉升用的油缸潛藏在地下也給維修帶來兩大問題：第一是檢修這些零 部件頗為困難；其次是由于油缸所處的環(huán)境條件差，容易生銹，特別是地下水位較 吉林化工學院畢業(yè)設計（論文） 1 高時更是如此。 雙柱舉升機（包括液壓式或機械式） ，均具有以下優(yōu)點：第一，檢修汽車下部具 有很高的可接近性（幾乎達到 100%） ；其次，采用車輪自由型的方式支撐汽車，因 而拆卸車輪時不需要其它輔助性的舉升措施；第三，結構緊湊，占地面小。雙柱舉 升機的缺點是：第一為確保安全，安置舉升機時要求非常嚴格，否則在舉升過程中 容易搖晃或顛覆；第二，由于舉升機常采用車輪自由型的方式支撐汽車，如需采取 車輪支撐型的方式維修汽車則甚感不便，如檢查懸掛系統、檢查轉向機構間隙或進 行車輪定位檢驗等；第三，由于舉升臂和立柱承受懸臂或載荷所產生的巨大應力， 其承力件易于磨損，因而雙柱舉升機的安全工作壽命一般要比四柱舉升機低。 四柱舉升機有四根立柱、兩根橫梁、用于支撐汽車的兩個臺板。舉升前，汽車 很容易正確無誤地駛上四柱舉升機的臺板。由于臺板內側設備有凸緣，當汽車駛上 臺板時也不致墜入其間的空隙中。車輪支撐型四柱舉升機的優(yōu)點是：第一，舉升機 裝載汽車時勿需較高的技術，操作也很簡便；第二，承載時非常穩(wěn)定；第三，支撐 載荷受力簡單，應力較低，從而延長了設備的使用壽命；第四，由于具有較高的使 用價值，從經濟上來看也是合算的；第五，易于維修；第六，在車間現場進行安裝 也較方便，只要地面平坦，其混凝土厚度能夠固牢立柱的地腳螺栓即可。四柱舉升 機的缺點是：和雙柱舉升機相比，戰(zhàn)地面積教大，對汽車檢修區(qū)域可接近性較差。 解放后，特別是改革開放以來，我國的汽車維修行業(yè)有了很大的發(fā)展，為之服 務的汽車維修設備行業(yè)已成為我國的新興行業(yè)不斷發(fā)展壯大。各種舉升機設備如雨 后春筍，不斷涌現，質量不斷提高，銷量逐年增加。 有人說，對于汽車維修企業(yè)來說，汽車舉升機可能是除廠房而外的最重要的投 資，因為它具有至關重要和不可替代的作用，甚至直接影響到汽車維修業(yè)務的興衰。 汽車舉升機是汽車維修設備行業(yè)的支柱設備之一，讓我們生產出更多、更好、更受 用戶歡迎的汽車舉升機，為汽車維修企業(yè)服務。 1.2 汽車舉升機的設計特點 （1）舉升機臺板降到下位時，與地面應盡可能在同一平面上，為達到此目的， 雖然可在地面上挖掘凹坑，但需增加投資費用，也破壞了車間地面的平整性。為此， 在保證強度和剛度的前提下，應盡可能降低舉升機臺板和橫梁的高度；這樣，既便 于汽車駛上舉升機，又使駛上臺板的斜面長度盡可能短，節(jié)約車間的占地。在條件 許可時，舉升機臺板（或橫梁）應選擇專用型鋼或用鋼板拆彎成形。 （2）正確選擇傳動方式。采用機械傳動（螺母、螺桿）或液壓傳動（油缸） ， 物流液壓升降臺的設計 2 均 用電動機驅動。機械傳動的成本較高，耗能較多，但安全性較好。經驗證明： 機械傳動的能耗為液壓傳動所需能耗的兩倍（在舉升載荷、舉升時間均相同的條件 下） 。機械式舉升機的螺母、螺栓磨損較快，而液壓式舉升機的維修量卻相對要小些。 雖然液壓式舉升機的技術難度較大，但多數零部件（液壓泵、液壓缸、閥門、密封 元件等）均可外購或外協，當然一定要選用優(yōu)資產品。 （3）絲繩的選擇。為了減少滑輪直徑從而縮小寄生機立柱的斷面尺寸，應該選 用高柔度的鋼絲繩。鋼絲繩應有較高的安全系數，一般應達 8。為此，應增加鋼絲 繩鋼絲的數目。如英國某公司 3t 系列的舉升機所采用的鋼絲繩的直徑為 9mm，兩根 并列，每根 37 股，每股 6 根鋼絲?；喭ǔＳ娩摬闹瞥桑摴静捎貌ＡЮw維與 尼龍混合制成（50%的玻璃纖維、50%的尼龍） 。這樣，不僅價格便宜，還能減輕鋼 絲繩的磨損，延長其使用壽命。 1.3 汽車舉升機的安全保證措施 今天全世界都對在危險作業(yè)環(huán)境下工作的人們的安全寄予極大的關注。汽車舉 升機具有潛在的危險，因為人們要在其下面工作；當其升降時如不小心，也會碰傷 手足。近年來不少國家還制定了專門性法規(guī)，以防止或至少使安全事故的可能性降 低到最低限度。 汽車舉升機的安全保證措施主要從兩方面著手：一方面從設計制造方面采取措 施，好提高汽車舉升機的安全技術特性；另一方面則應在使用維修過程中遵循嚴格 的操作規(guī)程，保證汽車舉升機能在良好的技術狀態(tài)下正確地運行?，F分別說明與后。 1.3.1 設計制造方面的安全保證措施 當今世界上的許多先進技術，如自動控制\光電開關等，已廣泛應用到各種安 全裝置的設計領域，因而在設計制造舉升機時，應結合產品的特點，積極采用先進 可靠實用的現代安全技術。以下僅列舉多數舉升機普遍采用的安全措施。 （1）舉升機應能經受超負荷試驗(包括舉升和支撐)，一般應為最大舉升能力的 125%此時舉升機的構件不得有任何永久性的變形和損壞。 （2）所有的操作控制機構均采用“雙重保險” ，以防誤操作，即舉升機運行前必 需操作兩個控制機構(或按鈕開關)后才能驅動。 （3）所有的控制電路均采用失效保護，即任何單個元件失效，也不會使舉升機 墜或上升所造成非常危險的局面。 吉林化工學院畢業(yè)設計（論文） 3 （4）所有的舉升機器件均應有第二支撐系統。原有的提升系統失效時，它能自 動進行有效的支撐。 （5）所有的柔性提升手段，如鋼絲繩，鏈條等，均應有足夠的安全系數，并在 制造廠設置的保護罩內傳動。 （6）所有的運動零件均應有防護裝置，以免撞擊操作人員的任何部位，特別是 手，足，衣服等。 （7）所有舉升機的設計均應把舉升重物滑移的可能性降低到最低限度。 1.3.2 使用維護方面的安全保證措施 使用維護方面的安全保證措施涉及的范圍很廣，包括舉升機有使用前的準備工 作，舉升汽車時應該注意的事項，承載時的穩(wěn)定性，降下汽車時的注意事項，日常 和定期維修檢查工作等。雖然汽車舉升機已有 70 年的歷史，其設計原理并無多大改 變;但如果忽視安全要求，超載使用，疏忽大意，仍然會造成嚴重事故，甚至發(fā)生人 身傷亡。因此安全問題一定要引起使用單位和操作人員的高度重視。首先，應選購 那些安全性能良好的汽車舉升機，另外，還應認真學習和理解說明書中的各項安全 注意事項并認真貫切執(zhí)行。這里僅就使用維護舉升機時普遍應當注意的事項說明于 后。 （1）使用中的舉升機每天都應進行檢查。發(fā)現有效故障或零部件損壞時，不得 再使用。維修時應采用該舉升機的制造廠所提供的配件，不得隨意代替或自制。 （2）舉升機不得超載使用。每臺舉升機的額定載荷均注明在設備的銘牌上。特 別要注意防止偏載，即整機雖未超載而某一舉升臂確已超過允許的額定載荷。故欲 舉升那些前后軸載荷嚴重分配不均的汽車時應特別注意，能滿足要求的才能裝載使 用。 （3）安置汽車和使用舉升機均應由經過培訓并經考核合格的人員操作。 （4）舉升汽車時，車內不得有人。舉升機升降和使用時，顧客和無關人員應遠 離舉升機。 （5）舉升機區(qū)域內不得有任何障礙物，如油脂、廢物、瓦礫等。 （6）當汽車駛上舉升機前，應清除通道，不得駛過或撞擊舉升臂，連接器，車 軸支撐器等，以防損壞舉升機或汽車。 （7）在舉升機上承載汽車時應仔細操作。將舉升機的支撐器安置到汽車制造廠 推薦的舉升機逞力接觸點。只有當支撐器與汽車上的承力點接觸嚴密后才能將舉升 機升起;對其接觸的嚴密性進行認真檢查后，才能將汽車舉升到需要的工作高度。 （8）要注意某些汽車上的零部件由于移動或安裝位置的不同會引起重心的急劇 物流液壓升降臺的設計 4 變化，從而導致舉升汽車時的不穩(wěn)定。 （9）舉升機降下前，應將汽車下面的工具箱，臺架及其它設備全部移開。要降 下舉升機前，還必須松開鎖緊裝置。 注意:如欲在汽車下面進行維修作業(yè)時，應將舉升機提升到足夠的高度，以便鎖 緊裝置嚙合。 第 2 章 剪 叉 式 升 降 臺 的 應 用 及 其 受 力 分 析 的 討 論 2.1 剪叉式升降平臺的三種結構形式 本討論的目的通過分析氣液動類的剪叉式升降平臺機構特點，論述了設計時應 注意的問題及其應用范圍。氣液動剪叉式升降平臺具有制造容易、價格低廉、堅實 耐用、便于維修保養(yǎng)等特點。在民航、交通運輸、冶金、汽車制造等行業(yè)逐漸得到 廣泛應用。本設計中主要側重于小型家用液壓式的升降平臺。在設計氣液動剪叉式 升降平臺的過程中，一般我們會考慮如下三種設計方案，如簡圖 2-1 所示： 圖 2-1 結構簡圖 圖中表示氣液動剪叉式升降平臺的三種結構形式。長度相等的兩根支撐桿 AB 和 MN 鉸接于二桿的中點 E，兩桿的 M、A 端分別鉸接于平板和機架上，兩桿的 B、N 端分別與兩滾輪鉸接，并可在上平板和機架上的導向槽內滾動。圖中的三種 結構形式的不同之處在于驅動件液壓缸的安裝位置不同。 圖 a 中的驅動液壓缸的下不固定在機架上，上部的活塞桿以球頭與上平板球窩 接觸。液壓缸通過活塞桿使上平板鉛直升降。 圖 b 中的臥式液壓缸活塞桿與支撐桿 MN 鉸接于 N 處。液壓缸驅動活塞桿控制 平臺鉛直升降。 吉林化工學院畢業(yè)設計（論文） 5 圖 c 中的液壓缸缸體尾部與機架鉸接于 G 處，活塞桿頭部與支撐桿 AB 鉸接于 F 處。液壓缸驅動活塞桿可控制平臺鉛直升降。 按照液壓缸的安裝形式，稱圖 a 的形式為直立固定剪叉式結構，圖 b 的形式為 水平固定剪叉式，圖 c 的形式為雙鉸接剪叉式結構。 直立固定剪叉式結構，液壓缸的行程等于平臺的升降行程，整體結構尺寸龐大， 且球鉸鏈加工負載，在實際種應用較少。 水平固定剪叉式機構，通過分析計算可知，平臺的升降行程大于液壓缸的行程， 在應用過程中可以實現快速控制升降的目的，但不足之處是活塞桿受到橫向力的作 用，影響密封件的使用壽命。而且活塞桿所承受的載荷力要比實際平臺上的載荷力 要大的多。所以實際也很少采用。 雙鉸接剪叉式結構避免了上述缺點。結構比較合理，平臺的升降行程可以達到 液壓缸行程的二倍以上。因此，在工程實際中逐漸得到廣泛的應用。本設計就重點 對雙鉸接剪叉式結構形式加以分析、論述。 2.2 雙鉸接剪叉式升降平臺機構的位置參數計算 由圖 2-2 可知 圖 2-2 位置參數示意圖 （1） 21/sin(cos),CLHll???? （2） 22()cos;T? 物流液壓升降臺的設計 6 上式中： H——任意位置時升降平臺的高度； C——任意位置時鉸接點 F 到液壓鉸接點 G 的距離； L——支撐桿的長度； ——支撐桿固定鉸支點 A 到鉸接點 F 的距離；l T——機架長度（A 到 G 點的距離） ； ——活塞桿與水平線的夾角。? 以下相同。 將（2）式代入（1）式，并整理得 。 （3） 221/[()]HLTCll??? 設 代入（3）式得00/,/,H?? 。 （4） 221/200()[]TlLlCC????? 在（4）式中， ——升降平臺的初始高度；0H ——液壓缸初始長度。 雙鉸接剪叉式升降平臺機構的運動參數計算： 圖 2-3 運動參數示意圖 圖中， 是 F 點的絕對速度； 是 B 點絕對速度； 是 AB 支撐桿的速度；VV1? 是液壓缸活塞平均相對速度； 是升降平臺升降速度。由圖 3 可知：1 2 吉林化工學院畢業(yè)設計（論文） 7 11112,sin()sin(),,coscs,in()FBVllLlVV????????? （5）1si()Ll???。 在（5）式中， ——液壓缸活塞平均相對運動速度；1V ——升降平臺升降速度；2 ——支撐桿與水平線的夾角。? 以下相同。 2.3 雙鉸接剪叉式升降平臺機構的動力參數計算 圖 2-4 動力參數示意圖 圖中，P 是由液壓缸作用于活塞桿上的推力，Q 是升降平臺所承受的重力載荷。 通過分析機構受力情況并進行計算（過程省略）得出： 升降平臺上升時 物流液壓升降臺的設計 8 coscosincostan[tan()( )]sin()22icosQLfLbfbPbfl???? ?????? ； （6） 升降平臺下降時 coscosincostan[tan()( )]sin()22icosLfLbfbPbfl???? ?????? （6） 、 （7）式中， P——液壓缸作用于活塞桿的推力； Q——升降平臺所承受的重力載荷； f——滾動摩擦系數； b——載荷 Q 的作用線到上平板左鉸支點 M 的水平距離。 由于滾動輪與導向槽之間為滾動摩擦，摩擦系數很小（f=0.01）,為簡化計算， 或忽略不計，由（6） 、 （7）式簡化為： 。 （8）cosin()PLl???? 2.4 剪叉式升降平臺機構設計時應注意的問題 由式（5）和（8）可知：當 、 增大時， 值隨之減??；當 、 減小時，??21/V?? P/Q 值隨之增大。在確定整體結構值隨之減??；當 、 減小時，P/Q 值隨之增大，?? 在液壓缸行程不變的情況下，升降平臺升降行程會減小；反之，則會使液壓缸行程 受力增大。因此設計時應綜合考慮升降行程與液壓缸受力兩個因素。在滿足升降行 程及整體結構尺寸的前提下，選取較高的 、 初始值。而且在整個機構中 AB 支? 撐桿是主要受力桿件，承受有最大的彎矩，所以應重點對其進行強度校核。 液壓缸可采用單作用缸也可以采用雙作用缸，不過要看具體情況。一般我們都 采用單作用柱塞缸，因為采用這樣的缸比較經濟，而且總體泄漏量少，密封件壽命 長。采用單作用柱塞缸時考慮到在空載荷時，上平板的自重應能克服液壓缸活塞與 缸體間的密封阻力。否則，會導致升降平臺降不下來。 吉林化工學院畢業(yè)設計（論文） 9 2.5 針對性比較小實例： 如某自動生產線上， 需設計一種升降平臺，要求升降平臺最大升降行程應大于 620mm，升降平臺面最低高度應小于 300mm，最大承重載荷 0050kg 根據實際使用要求，我們選取了單作用柱塞缸式液壓缸。液壓缸初始長度 =595mm；最大行程 =320mm。升降太機構尺寸：升降臺面最低高度0CmaxS =281mm;機架長度 T=1 200;支撐桿長度 L=1 230.5mm.H 按照上述尺寸，結合以上公式分別對雙鉸接剪叉式和水平固定剪叉式兩種結構 形式進行了計算。計算結果見表 1、表 2 和統計圖（其中滾動摩擦忽略不計） 。水平 固定剪叉式結構公式如下： 221/[()];tancosLTSPlfbQ???? 。 其中，S—— 液壓缸的實際行程， T——機架長度（A 點到 G 點的距離） 。 從計算結果可以看出：在整體結構尺寸相同、液壓缸行程相同的前提下，作用 在液壓缸活塞桿上的最大推力 ,水平固定剪叉式結構大于雙鉸接剪叉式結構；升maxP 降臺最大行程 ，雙鉸接剪叉式結構大于水平固定剪叉式結構。hmax 由于采用了雙鉸接剪叉式結構液壓升降平臺，在設備安裝時避免了挖地坑，不 僅節(jié)省了費用，還給以后了設備維護和檢修帶來方便。 綜上所述，氣液動雙鉸接剪叉式結構液壓升降平臺整體尺寸較小，結構簡單、 緊湊，節(jié)省投資；可獲得缸體二倍以上的升降形成；非常適合于空間尺寸小、升降 行程大的場合，是一種值得推薦使用的升降機構。 吉林化工學院畢業(yè)設計（論文） 10 圖 2-5 兩種結構計算結果對比 2.6 雙鉸接剪叉式升降平臺機構中兩種液壓缸布置方式的分析比較 剛剛我們已經簡單的分析并討論了雙鉸接剪叉式液壓升降平臺機構與其他兩種 機構的區(qū)別以及在實際應用中所存在的利和弊，但是在考慮各方面條件如單作用柱 塞式液壓缸、雙鉸連接、雙支撐桿、相同的升降平臺等都不改變的基礎之上，能否 將設計進行進一步的優(yōu)化呢？ 為證明這一點，我們可以從該機構的布置方式考慮，將結構略改動一下。 從直觀的角度分析考慮，如下圖： 桿 1桿 2 圖 2-6 液壓缸工作示意圖 我們可以從圖上看出，液壓缸的尾部是連接在右側支撐桿活動的區(qū)域的，液壓 缸的頭部是連接在桿 1 的右端（偏向桿 1 的活動鉸連接） 。因此，我們針對實際升降 臺剪叉機構中液壓缸常用的布置方式存在的問題，提出了另一種相對布置方式，將 物流液壓升降臺的設計 11 液壓缸布置在與之相對稱的左側，即與剪叉機構的固定支點在同一側，來進一步分 析討論。利用瞬時速度中心法和虛位移原理，推導出這兩種布置方式液壓缸活塞運 動速度與臺面升降速度的關系式及活塞推力與臺面荷重的關系式，并對兩種布置方 式進行了分析比較，指出了它們各自的優(yōu)缺點以及適用場合。根據升降臺剪叉機構 的工程實例做了幾何、運動和動力參數的對比計算和液壓缸結構參數的合理選擇。 2.6.1 問題的提出： 液壓缸驅動的剪叉機構再各種升降臺中廣泛應用，因安裝的空間不同，其折合 后的高度也必然就不同，所以液壓缸在剪叉機構內的布置要受到折合后高度的約束。 根據文獻《甘肅大學學報》的有關液壓缸驅動剪叉機構的運動學及動力學分析一章， 得知在這種布置方式的情況下，如圖： 圖 2-7 液壓缸布置在左側 液壓缸活塞運動速度與臺面升降速度的關系式為 （1） 2cos2in()yalv vl??????? 活塞推力與臺面荷重的關系式為 （2） 2cossin()i()lPWa???? 式中， 111,tan[t],sin(i)hlal d???? ????。 以上兩式的推導基于工程中常用的液壓缸布置方式，即液壓缸下支點與剪叉機 構的固定支點在同一側，如上圖。這種布置方式的優(yōu)點是液壓缸的有效行程比較短， 這在臺面升程范圍比較大的場合較為適用。存在的問題是在剪叉機構折合后的高度 h 較小的情況下（即 角較?。?，所需液壓缸的推力將大大增加。在液壓缸最高工作? 吉林化工學院畢業(yè)設計（論文） 12 壓力限定的情況下，這將使得所用的液壓缸的直徑增大，以致在折合后的剪叉機構 中難以布置；或采用兩個直徑較小的液壓缸取代一個大直徑的液壓缸，不過這將增 加一對液壓缸的支座，同時帶來機械加工、液壓缸安裝以及液壓系統的復雜性，加 大了整個裝置的成本。 2.6.2 兩種布置方式的分析和比較： 為了解決以上提出的問題，可考慮將液壓缸反向布置（即采用第一種設計方案） ， 計算一下該方案的有關參數再將兩者作以比較。 如圖： 圖 2-8 液壓缸布置在右側 這里仍用瞬時速度中心法來求解活塞運動速度。桿ＦＤ上Ｄ點、Ａ點的瞬時轉 動中心為 F 點，D 點、A 點的速度為：2()Avla??? 臺面升降速度： cos2csyDvl? Ａ點的運動速度： ()2cosyAlav?? 活塞運動速度： （３）()sin()2coAlv???? 物流液壓升降臺的設計 13 式中， 11()sinsin,ta2cohllL??????? 依據虛位移原理有： （４）()0ixixixpypWFFzP??????? 由圖２分析可得： cos,sin()()i,2sinxyppwPPlalayl????? 經變分后： i()cos2pwyl????? 代入式（４） ，整理后得活塞推力： （５）cos()in()lPWa??? 式（３）和式（５）的正確性可以用機械能守恒原理來證明，即 yv 將式（５）與式（２）進行比較，再 各參數都相同的條件下，顯,,ylaWv?? 然，液壓缸布置再右側時的推力較液壓缸布置在左側時小；而式（３）與式（１） 比較，則液壓缸布置在右側時的活塞速度較液壓缸布置在左側時高?？梢?，活塞推 力的減小是以活塞速度的提高為代價換來的。 液壓缸布置在剪叉機構的右側，使得液壓缸的活塞推力減小，這就可以選用直 徑較小的液壓缸，有利于液壓缸在剪叉機構中的布置；帶來的問題是液壓缸的有效 行程較長，如果臺面升程范圍不大，液壓缸行程的增加也是有限的。 2.6.3 實例計算 根據以上分析結果，結合實例進行對比計算，實例結構簡圖如圖所示，其中左 右兩側分別為兩種布置情況。 圖 2-9 剪叉機構實例結構簡圖 剪叉機構的結構尺寸： h=400~1 200mm, =2 000mm, =535mm, =770mm, =3210mm.兩種布置方式主laef 吉林化工學院畢業(yè)設計（論文） 14 要參數計算結果見下表： 參 數 液壓缸布置在左側 液壓缸布置在右側 桿 FD 傾角 ?1sin2hl? 1sin2hl? 液壓缸傾角 ?1()sintacole??1()sintacofl?? 起始角 /( )0??5.739 5.739 起始角 /( )?20.236 20.236 起始活塞速度0v0.185 yv0.279 yv 起始活塞推力0P5.42W 3.58W 終止角 /( )max??17.458 17.458 終止角 /( )?50.473 22.262 活塞有效行程 L/mm 253 365 從統計表中的數值比較可以看出，液壓缸在剪叉機構中的布置方式對其運動參 數和動力參數有著較明顯的差異。當起始角為最小值 、 時，活塞推力為最大值0?? 。在臺面荷重 W 相同的情況下，液壓缸布置在右側時的推力明顯小于液壓缸布置0P 在左側時的情況，兩者的比值為 0.66，而活塞的有效行程 L 則是液壓缸布置在右側 時較長，比在左側時增加了 112mm。如果載荷量不是很大的話（即載荷量 W<1.5kN） ，這時可以考慮采用左側的布置方案，因為這樣可以縮短液壓缸的伸長長 度。如果伸長度過大的話，不僅在材料上會有所浪費，而且在長期承受載荷的同時 也會相應的增大液壓缸及活塞部分的彎曲應力。綜合以上考慮，可以初步設想采用 液壓缸布置在左側的方案。而在該方案中活塞起始的速度小于液壓缸布置在右側時 的速度，兩者比值 =0.66。為了彌/v左 右 物流液壓升降臺的設計 15 補在速度方面的不足，以及減小舉升及整體的體積，可以考慮采用雙級支撐桿共同 舉升平臺以達到提升速度的目的。如圖所示： 圖 2-10 機構各項參數 其轉換過程如圖 2-11 所示,將兩根支撐桿的右側部分折合到左側，產生四根相對 比較短的支撐桿，即可達到目的。 圖 2-11 參數轉化過程 那么首先我們就要計算一下這樣的設計方案所采用的液壓缸的各項參數，然后 再根據已求得的各項參數來具體確定一下此方案是否合理。 下面按照本設計的基本要求，進一步選擇合適的布置方案。為了使舉升機使用 范圍廣泛，載荷更具有代表性，本設計首先建立了一個轎車模型，它的有關參數是： 車自重 1.5t, 寬 1.42m,高 1.4m,軸距 2.4m。在載荷方面沒有超出允許的范圍內，是可 以采用該方案的。為了工作安全起見，要求舉升機在各高度上工作時都應自鎖，完 工后可原速或緩速下降，在空載時也可實現快速下降，這在下面的液壓系統回路分 析中會探討到。 為了便于維修人員在升降臺底部維修，不僅要在升降高度方面要加以合理化， 還要留有維修人員站立維修的位置。為此，可以選擇采用雙升降臺同步舉升并采用 共同底板的方式以滿足要求，此布置方案需要兩個液壓缸，16 根支撐桿舉升。為了 增強其安全可靠性，可以設其總承載量為 ，則平均每個2109860Wt.N???總 升降臺的承載量為 。由于這樣平均每個液壓缸承受的臺面載荷僅2980W/N?總 物流液壓升降臺的設計 16 為 9800N，所以采用左側布置液壓缸是完全可以的。 吉林化工學院畢業(yè)設計（論文） 17 第 三 章 液 壓 傳 動 系 統 的 設 計 計 算 3.1 明確設計要求 制定基本方案： 設計之前先確定設計產品的基本情況，再根據設計要求制定基本方案。以下列 出了本設計——剪式液壓升降臺的一些基本要求： 1) 主機的概況：主要用途用于家用小型重型設備的起升，便于維修，占地面積 小，適用于室外，總體布局簡潔； 2) 主要完成起升與下降重物的動作，速度較緩，液壓沖擊?。?3) 最大載荷量定為 2 噸，采用單液壓缸控制聯接組合叉桿機構進行升降動作。 最大起升高度略大于一人高度； 4) 運動平穩(wěn)性好； 5) 人工控制操作，按鈕啟動控制升降； 6) 工作環(huán)境要求：不宜在多沙石地面、木板磚板地面等非牢固地面進行操作， 不宜在有坡度或有坑洼的地面進行操作，不宜在過度寒冷的室外進行操作； 7) 性能可靠，成本低廉，便于移動，無其他附屬功能及特殊功能； 3.2 制定液壓系統的基本方案 3.2.1 確定液壓執(zhí)行元件的形式 液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸或液壓泵。前者實現直線運動，后者完成回轉運 動，二者的特點及適用場合見下表。 名 稱 特 點 適 用 場 合 雙活塞桿液壓缸 雙向對稱 雙作用往復運動 單活塞桿液壓缸 有效工作面積大、 雙向不對稱 往返不對稱的直線 運動，差動連接可實現 快進，A1=2A2 往返速度 相等 柱塞缸 結構簡單 單向工作，靠重力 或其他外力返回 擺動缸 單葉片式轉角小于 360 度 雙葉片式轉角小于 小于 360 度的擺動 小于 180 度的擺動 物流液壓升降臺的設計 18 180 度 齒輪泵 結構簡單，價格便 宜 高轉速低扭矩的回 轉運動 葉片泵 體積小，轉動慣量 小 高轉速低扭矩動作 靈敏的回轉運動 擺線齒輪泵 體積小，輸出扭矩 大 低速，小功率，大 扭矩的回轉運動 軸向柱塞泵 運動平穩(wěn)、扭矩大、 轉速范圍寬 大扭矩的回轉運動 徑向柱塞泵 轉速低，結構復雜， 輸出大扭矩 低速大扭矩的回轉 運動 注：A1——無桿腔的活塞面積 A2——有無桿腔的活塞面積 對于本設計實現單純并且簡單直線及回轉運動的機構，可以采用齒輪式液壓泵 及雙活塞桿液壓缸，這樣不僅簡化液壓系統降低設備成本，而且能改善運動機構的 性能和液壓執(zhí)行元件的載荷狀況。 常用的擴程機構有如下二種形式： 鏈 輪鏈 條柱 塞 缸 （a） (b) 圖 3-1 擴程機構 它們同時也可以實現增速，常用于電梯的升降、高低位升降臺等液壓設備。還 有一種運動轉換機構，小角度的回轉運動用液壓缸來實現，其運動比較平穩(wěn)，長行 程的直線運動可以用液壓馬達來完成。本設計要完成的剪叉式液壓升降臺綜合了擴 吉林化工學院畢業(yè)設計（論文） 19 程、回轉這兩種工作形式。 3.2.2 確定液壓缸的類型 工程液壓缸主要用于工程機械、重型機械、起重運輸機械及礦山機械的液壓系 統。根據主機的運動要求，按表 37-7-5 選擇液壓缸的類型為：直線運動單活塞桿雙 作用緩沖式液壓缸。其特點：活塞雙向運動產生推、拉力。活塞行程終了時減速制 動，減速值不變。 3.2.3 確定液壓缸的安裝方式 工程液壓缸均為雙作用單活塞式液壓缸，安裝方式多采用耳環(huán)型。由于本設計 中液壓缸在作用過程中是一端固定，一端在垂直面上自由擺動的形式，因此根據表 37-7-6 選擇液壓缸的安裝方式為：尾部耳環(huán)聯接。 3.2.4 缸蓋聯接的類型 按缸蓋與缸體的聯接方式，可分為外螺紋聯接式、內卡鍵聯接式及法蘭聯接式 三種。這里采用法蘭聯接。型號說明：P37-180 3.2.5 擬訂液壓執(zhí)行元件運動控制回路 液壓執(zhí)行元件確定之后，其運動方向和運動速度的控制是擬訂液壓回路的核心 問題。方向控制用換向閥或是邏輯控制單元來實現。對于一般中小流量的液壓系統， 大多數通過換向閥的有機組合實現所要求的動作。對于高壓大流量的液壓系統，現 多采用插裝閥于先導控制閥的組合來實現。本設計剪叉式液壓升降臺其特點：起升 壓力大，運行緩慢、平穩(wěn)，能人工控制起升至某一固定高度時并保持該高度自鎖。 3.2.6 液壓源系統 液壓系統的工作介質完全由液壓源提供，液壓源的核心是液壓泵。在無其他輔 助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統的需油量，多余的油經過溢流閥回油 箱，溢流閥同時起到開展并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調速系統多數是用變量泵供 油，用安全閥限定系統的最高壓力。 為節(jié)省能源并提高效率，液壓泵的供油量要盡量于系統所需流量相匹配。對在 工作循環(huán)各階段中系統所需油量相差較大的情況下，則采用多泵供油或變量泵供油。 對于本設計，由于工作周期短，循環(huán)次數少，供油量可以適當減少以節(jié)省能源，采 用單泵供油即可，不需蓄能器儲存能量。 對于油液的凈化：油液的凈化裝置在液壓源中是必不可少的。一般泵的入口要 裝有粗濾油器，進入系統的油液根據被保護元件的要求，通過相應的精濾油器再次 物流液壓升降臺的設計 20 過濾。為防止系統中雜質流回油箱，可在回油路上設置磁過濾或其他形式濾油器。 根據液壓設備所處環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。 3.3 確定液壓系統的主要參數 液壓系統的主要參數是壓力和流量，它們是設計液壓系統，選擇液壓元件的主 要依據。壓力決定于外載荷。流量取決于液壓執(zhí)行元件的運動速度和結構尺寸。 3.3.1 載荷的組成與計算： 首先，需要確定液壓缸處于最大工作壓力時的位置，通過上述的討論，得知當 液壓缸與地面夾角 為最小值時，也即支撐桿與地面夾角 為最小值時，液壓缸處?? 于最大的工作壓力狀態(tài)下。根據軸距 2.4m，將支撐桿的長度選定 2.1m/根。當液壓 缸下降至最低高度時（設此時支撐桿與地面夾角 = ） = ，根據上述公式a05? 得 = 。1tan[t]l?????0?9.? 圖 3-2 機構各參數 現在 值還是一個未知量，但 值的大小必須在 之內，初步設定 。aa/2l /4al? 根據活塞推力與臺面荷重量關系式 得出 P=13.3W。若cossin()i()PWl????? 設 的話，就得出 P=11.6W。通過二者比較， 時，活塞的最大推力 P 要/3al? /3a? 小于 時。即在 值不變的條件下， 與 P 是成反比的。但考慮到活塞桿與支4? 撐桿的鉸接點 A 又不能太靠近兩支撐桿的鉸接點 B，否則將會在兩處鉸接點產生很 吉林化工學院畢業(yè)設計（論文） 21 大的應力集中，以致降低疲勞強度。因此，應選 比較合適。這時將 代/3al?/3al? 入公式得 ，6cossin()3in()PW?????tn2t?? 當平臺處于最低位置 時，液壓缸荷重 P 最大，05?? P=11.6W=11.6 9800=113680N。下面就根據載荷量來選取合適的液壓缸。? 圖 3-3 液壓缸 本圖表示一個以液壓缸為執(zhí)行元件的液壓系統計算簡圖。各有關參數標注于圖 上，其中 是作用在活塞桿上的外部載荷， 是活塞與缸壁以及活塞桿與導向套wFmF 之間的密封阻力。作用在活塞桿是的外部載荷包括工作載荷 ，導軌的摩擦力g 和由于速度變化而產生的慣性力 。f a （1）工作載荷 gF 常見的工作載荷有作用于活塞桿上軸線的重力、切削力、擠壓力等，這些作用 力的方向與活塞的運動方向相同為負，相反為正。在實際工作過程中，由于載荷量 較大，活塞自身的重力可以忽略不計，切削力與擠壓力共同組成的外力即為工作載 荷 ，在圖 3 中， =P。由于本設計按最大載荷量定為 2 噸來計算，所以每個液gFgF 壓缸 =P=113680N。 （2）導軌摩擦載荷 f 對于直動型安裝的液壓缸一般都附有活塞導軌以固定其運動方向，導軌摩擦相 對于總載荷可以忽略不計，因此 =0。fF 物流液壓升降臺的設計 22 （3）慣性載荷 aF ， 。am?vt? ——速度變化量 m/sv ——起動或制動時間，s。一般機械=0.1~0.5s ，對輕度載荷低速運動部件取t 小值，對重載荷高速部件取大值。行走機械一般取=0.5~1.5s ——加速度a2/ms 初步選定速度變化量 =0.16m/s， =0.6s，則 = =0.27 ，v?tvat??0.162/ms2/0.72aFtN??? 以上三種載荷之和稱為液壓缸的外載荷 ， wF 。1368701395wgfa N??? 起動加速時 ， 穩(wěn)態(tài)運動時 ， 減速制動時 wgfaF?wgfF?? 。wgfaF?? 工作載荷 并非每階段都存在，如該階段沒有工作，則 =0。但在計算和校核g g 時，應按照最大值取。 除了外載荷 外，作用于活塞上的載荷 F 還包括液壓缸密封處的摩擦阻力 ，wF mF 由于各種液壓缸的密封材質和密封形式不同，密封阻力難以精確計算，一般估算為 式中 ——液壓缸的機械效率，一般取 0.90~0.95，這里取 0.95，(1)mFP???m 3590168.wN? 3.3.2 初選系統壓力 液壓缸的選擇要遵循系統壓力的大小，要根據載荷的大小和設備類型而定。還 要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經濟條件及元件供應情況等限制。在載荷一定的情況 下，工作壓力低，勢必要加大執(zhí)行元件的結構尺寸，對某些設備來說，尺寸要受到 限制，從材料消耗角度看也不是很經濟；反之，壓力選的太高，對泵、缸、閥等元 吉林化工學院畢業(yè)設計（論文） 23 件的材質、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設備成本。一般來說，對于固 定尺寸不太受限的設備，壓力可選低一些，行走機械重載設備壓力要選的高一些。 按下表初步選取 15Mpa。 各種機械常用的系統工作壓力 機 床 機械類型 磨床 組合 機床 龍門 刨床 拉床 農業(yè)機械小型工 程機械建筑機械 液壓機大中型 挖掘機重型機 械 工作壓力 MPa 0.8~0.2 3~5 2~8 8~10 10~18 20~32 3.3.3 計算液壓缸的主要結構尺寸 ⑴液壓缸的相關參數和結構尺寸 液壓缸有關的設計參數見圖所示： 圖 3-4 液壓缸設計參數 圖 a 為液壓缸活塞桿工作在受壓狀態(tài)，圖 b 表示活塞桿受拉狀態(tài)。 活塞桿受壓時 12wmFpA??? 活塞桿受拉時 式中121wmp ——無桿腔活塞有效工作面積 14AD??2m 物流液壓升降臺的設計 24 ——有桿腔活塞有效工作面積 22()4ADd???2m ——液壓缸工作腔壓力 Pa1p ——液壓缸回油腔壓力 Pa，其值根據回路的具體情況而定，一般可以按照2 下表估算 D——活塞直徑 m d——活塞桿直徑 m 執(zhí)行元件背壓力表 系 統 類 型 背 壓 力 MPa 簡單系統或輕載節(jié)流調速 系統 0.2~0.5 回油帶調速閥的系統 0.4~0.6 回油路設置有背壓閥的系 統 0.5~1.5 用補油泵的閉式回路 0.8~1.5 回油路較復雜的工程機械 1.2~3 回油路較短，可直接回油 路 可忽略不計 在這里我們取背壓力值 20.pMPa? 在本設計中，液壓缸不存在受拉的狀態(tài)