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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
本文通過(guò)對(duì)我國(guó)汽車舉升機(jī)現(xiàn)狀的調(diào)查、研究、分析，參考國(guó)內(nèi)外解決舉升機(jī)安全與穩(wěn)定性問(wèn)題的解決措施，對(duì)幾種舉升機(jī)進(jìn)行了分析，并結(jié)合我國(guó)舉升機(jī)存在的實(shí)際情況，提出了適合我國(guó)汽車修理行業(yè)的四柱式汽車舉升機(jī)設(shè)計(jì)方案。
本文首先闡述了四柱式汽車舉升機(jī)設(shè)計(jì)的目的和意義、發(fā)展?fàn)顩r以及應(yīng)用前景。分析論證了一種舉升承載質(zhì)量為3.5t的四柱式汽車舉升機(jī)總體設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行了舉升機(jī)構(gòu)的機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等主要機(jī)構(gòu)的方案分析和選擇，并對(duì)機(jī)械部分進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)分析以及強(qiáng)度和剛度的校核計(jì)算，對(duì)液壓系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算。本課題基于計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)，應(yīng)用當(dāng)前CAD/CAE領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛的二維軟件AutoCAD、三維軟Pro/E、有限元軟件ANSYS及動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS，進(jìn)行汽車舉升機(jī)二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、三維實(shí)體建模、舉升機(jī)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)特性等方面的計(jì)算機(jī)仿真研究與分析，可以代替舉升機(jī)物理樣機(jī)的前期試驗(yàn)，為我國(guó)汽車舉升機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、技術(shù)開發(fā)方面提供更多的理論參考，進(jìn)一步提高國(guó)產(chǎn)汽車舉升機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
關(guān)鍵詞：四柱式舉升機(jī)；虛擬樣機(jī)技術(shù)；三維設(shè)計(jì)；有限元；動(dòng)態(tài)仿真
ABSTRACT
In this paper, the status quo of China's automotive lift investigation, research, analysis, refer to lift at home and abroad to resolve the issue of security and stability of the solutions of several lift analysis, combined with the existence of our country lift the actual situation, put forward for China's auto repair industry, four-post car lift design.
This paper described the first four-post car lift for the purpose and significance of design, development and application prospects. Analysis demonstrated that the quality of a 3.5t load lifting the four-post car lift design program, a lifting mechanism of the mechanical system, hydraulic system, electrical system and other major institutions of program analysis and selection, and mechanical parts of the motion analysis, as well as strength and stiffness of the calculation of the calibration of the hydraulic system and electrical system design and calculation. The subject of computer-based simulation platform, the application of current CAD / CAE broader field of application of two-dimensional software, AutoCAD, three-dimensional soft-Pro / E, the finite element software ANSYS and dynamic simulation software ADAMS, two-dimensional drawings for the design of car lift, three-dimensional Solid Modeling, lift the strength, stiffness, stability and dynamic characteristics of such areas as research and analysis of computer simulation, can replace the lift of the pre-physical prototype testing, car lift for our product design, technology development theory to provide more information to further improve China-made auto lift stability and reliability, and increase market competitiveness.
Key words: Four-post Type Lift; Virtual Prototyping Technology; Three-dimensional Design；Finite Element；Dynamic Simulation
II
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 選題背景、研究目的和意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1
1.3 舉升機(jī)的發(fā)展方向與前景 3
1.4 研究?jī)?nèi)容和研究方法 3
第2章 四柱式汽車舉升機(jī)方案選擇 6
2.1 四柱式汽車舉升機(jī)方案對(duì)比論證分析 6
2.2 總體方案 7
2.3 本章小結(jié) 7
第3章 四柱式汽車舉升機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
3.1 四柱式汽車舉升機(jī)工作原理 9
3.2 主要技術(shù)參數(shù) 11
3.3 舉升機(jī)機(jī)械部件設(shè)計(jì)與校核 13
3.3.3 立柱校核 17
3.3.4 軸與梁處校核 19
3.3.5 鎖條校核 19
3.3.6 提高梁彎曲強(qiáng)度的措施 20
3.4 整體裝配圖的Pro/E實(shí)體建模 21
3.5 摩擦角與自鎖 26
3.6 鋼絲繩的選用 27
3.6.1 鋼絲繩用途 27
3.6.2 鋼絲繩材料 27
3.6.3 鋼絲繩直徑的確定 29
3.7 本章小結(jié) 30
第4章 液壓系統(tǒng)及電氣設(shè)計(jì) 31
4.1 汽車舉升機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 31
4.2 液壓系統(tǒng)組成 31
4.2.1 液壓系統(tǒng)組成 31
4.2.2 油箱 32
4.3 油缸的計(jì)算與選型 32
4.3.1 舉升液壓缸推力及行程的確定 32
4.3.2 油缸直徑及行程的確定 33
4.3.3 舉升機(jī)構(gòu)油缸直徑與行程的計(jì)算 33
4.4 油泵的計(jì)算與選型 34
4.5 油箱與油管的計(jì)算與選型 36
4.6 電氣系統(tǒng)組成 36
4.7 電氣系統(tǒng)控制圖 38
4.7.1上升電路 38
4.7.2 停止電路 39
4.8 四柱式舉升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的選用 39
4.8.1 電動(dòng)機(jī)類型的選擇 39
4.8.2 絕緣等級(jí) 39
4.8.3 功率 40
4.8.4 電動(dòng)機(jī)的選擇與驗(yàn)算 40
4.9 本章小結(jié) 41
第5章 計(jì)算機(jī)仿真分析 42
5.1 建立Pro/E與ANSYS接口 42
5.2 載車板模型的有限元分析 44
5.3 橫梁的ANSYS分析 49
5. 4 立柱的有限元分析 51
5. 5 滑輪軸的有限元分析 53
5.6 建立Pro/E與ADAMS接口 55
5.7 ADAMS的簡(jiǎn)介 56
5.8 導(dǎo)入模型 58
5.9 ADAMS仿真模擬 60
5.9.1 設(shè)置工作環(huán)境 60
5.9.2 添加運(yùn)動(dòng)副 60
5.9.3 添加滑動(dòng)副 62
5.9.4 添加驅(qū)動(dòng)及仿真計(jì)算 62
5.10 仿真結(jié)果對(duì)比分析 64
5.11 本章小結(jié) 66
結(jié)論 67
參考文獻(xiàn) 67
致謝 70
附錄 71
第1章 緒 論
1.1 選題背景、研究目的和意義
近年來(lái)，我國(guó)汽車業(yè)蓬勃發(fā)展,尤其是轎車行業(yè)，多年來(lái)轎車進(jìn)入普通家庭的夢(mèng)想已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，汽車維修行業(yè)也隨之得到大力發(fā)展，各種維修設(shè)備的需求迅速擴(kuò)大， 汽車舉升機(jī)是維修廠必備的，也是最重要的維修機(jī)械。汽車舉升機(jī)一般分為立柱式和剪式兩種，無(wú)論哪一種，它的作用都是將需要維修的汽車水平提升到合適的高度，以便于維修工人在汽車底盤下方對(duì)汽車進(jìn)行維修，正因?yàn)榫S修人員要在汽車的下面，因此要求舉升機(jī)一定要安全可靠，否則一旦發(fā)生危險(xiǎn)，后果不堪設(shè)想。因此，對(duì)汽車舉升機(jī)的安全性進(jìn)行研究將具有重大的意義。
目前使用的汽車舉升機(jī)可能發(fā)生汽車墜落的原因較多，有安裝基礎(chǔ)不牢、自鎖裝置失效、立柱或拖臂變形、單側(cè)托臂突然下落、板式鏈斷裂、液壓油路爆裂、汽車拖墊打滑等，經(jīng)過(guò)對(duì)失效的舉升機(jī)進(jìn)行檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn),這些事故的主要原因往往是設(shè)計(jì)上存在著缺陷。因此，如何提高汽車舉升機(jī)設(shè)計(jì)上的穩(wěn)定性及可靠性是擺在我們面前的一個(gè)重要研究課題。
計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是一種嶄新的產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)，是國(guó)際上20世紀(jì)80年代隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展的一項(xiàng)計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)，該技術(shù)一出現(xiàn)，立即受到了工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的有關(guān)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)公司的極大重視，許多著名的制造廠商紛紛將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)引入各自的產(chǎn)品開發(fā)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，它是建造物理樣機(jī)之前，通過(guò)建立機(jī)械系統(tǒng)的數(shù)字模型（即虛擬樣機(jī)）進(jìn)行仿真分析，并用圖形顯示該系統(tǒng)在真實(shí)工作條件下的運(yùn)動(dòng)特性，輔助修改設(shè)計(jì)方案。本課題研究利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，對(duì)汽車舉升機(jī)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、可靠性及動(dòng)態(tài)特性等方面進(jìn)行研究與分析，修正設(shè)計(jì)上存在的缺陷并提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，不僅可以為汽車舉升機(jī)的設(shè)計(jì)制造提供重要的理論依據(jù)，而且對(duì)于提高舉升機(jī)的安全性具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。該項(xiàng)目的研究方法，也可應(yīng)用于汽車舉升機(jī)新產(chǎn)品的研究開發(fā)中，可以縮短新產(chǎn)品研制周期，減少研制經(jīng)費(fèi)，提高設(shè)計(jì)精度和效率，與此同時(shí)該方法還可以被同類產(chǎn)品所應(yīng)用與借鑒，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
隨著汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車修理行業(yè)也迎來(lái)巨大的市場(chǎng)需求。在維修領(lǐng)域中，常以汽車舉升機(jī)作為重要工具。它的作用都是將需要維修的汽車水平提升到合適的高度，以便于維修工人在汽車底盤下方對(duì)汽車進(jìn)行維修，正因?yàn)榫S修人員要在汽車的下面，因此要求舉升機(jī)一定要安全可靠，否則一旦發(fā)生危險(xiǎn)，后果不堪設(shè)想。我國(guó)生產(chǎn)的舉升機(jī)性能還不算穩(wěn)定。舉升時(shí)存在保險(xiǎn)不可靠、舉升不平衡、鋼絲繩斷裂、橫梁脫落等。是影響舉升安全的不穩(wěn)定因素。因此加強(qiáng)舉升機(jī)的安全性和穩(wěn)定性是我國(guó)舉升機(jī)行業(yè)迫切解決的問(wèn)題。而本課題研究運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)車輛舉升設(shè)備的虛擬設(shè)計(jì)，在產(chǎn)品制造之前運(yùn)用ANSYS、ADAMS軟件進(jìn)行仿真研究，可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計(jì)缺陷，完善設(shè)計(jì)方案，縮短開發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，為生產(chǎn)實(shí)際提供理論支持[2]。
舉升機(jī)在汽車維修養(yǎng)護(hù)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，無(wú)論整車大修，還是小修保養(yǎng)，都離不開它。在規(guī)模各異的維修養(yǎng)護(hù)企業(yè)中，無(wú)論是維修多種車型的綜合類修理廠，還是經(jīng)營(yíng)范圍單一的街邊店（如輪胎店），幾乎都配備有舉升機(jī)。舉升機(jī)的重要性和普及性，決定了它是一種備受專業(yè)人士和經(jīng)營(yíng)管理者重視的設(shè)備。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家（如美國(guó)）生產(chǎn)的汽車舉升機(jī)質(zhì)量較好、性能較穩(wěn)定、設(shè)備操作簡(jiǎn)單，在經(jīng)銷商中口碑良好。我國(guó)的汽車舉升機(jī)是20世紀(jì)90年代依據(jù)國(guó)外的產(chǎn)品技術(shù)生產(chǎn)的，到現(xiàn)在舉升機(jī)市場(chǎng)已經(jīng)擁有近百個(gè)中外品牌，產(chǎn)品系列成百上千。然而國(guó)內(nèi)汽車舉升機(jī)雖然也相對(duì)定型，但很多產(chǎn)品性能還不夠穩(wěn)定，故障多，可靠性差，外觀不夠美觀，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、技術(shù)開發(fā)等方面都還有很多地方有待改進(jìn)。因此，進(jìn)一步提高產(chǎn)品性能與可靠性，是國(guó)內(nèi)舉升機(jī)任重道遠(yuǎn)且亟需改進(jìn)的地方。
計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在一些發(fā)達(dá)國(guó)家,如美國(guó)、德國(guó)、日本等已得到廣泛應(yīng)用,應(yīng)用領(lǐng)域從汽車制造業(yè)、工程機(jī)械、航空航天業(yè)、造船業(yè)、機(jī)械電子工業(yè)、國(guó)防工業(yè)、醫(yī)學(xué)及工程咨詢等多方面。目前,計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)已在我國(guó)得到了應(yīng)用與推廣,主要在汽車、航天航空、武器制造、機(jī)械工程等方面。但從我國(guó)目前的情況來(lái)看,計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)主要在汽車制造業(yè)和武器裝備制造業(yè)中應(yīng)用較為廣泛,但只停留在初步應(yīng)用階段。我國(guó)對(duì)于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)水平還很低,但是卻有很大的提升空間。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在工程中的應(yīng)用是通過(guò)界面友好、功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的商業(yè)化計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。目前，在我國(guó)還沒(méi)有出現(xiàn)利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)汽車舉升機(jī)進(jìn)行研究，只有將汽車舉升機(jī)的工程實(shí)踐和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)結(jié)合起來(lái)，才能真正加快汽車舉升機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展歷程，為此，本課題基于計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)，應(yīng)用當(dāng)前CAD/CAE領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛的三維軟件Pro/E、有限元軟件ANSYS及動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS，進(jìn)行汽車舉升機(jī)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)特性等方面的計(jì)算機(jī)仿真研究與分析，可以代替舉升機(jī)物理樣機(jī)的前期試驗(yàn)，為我國(guó)汽車舉升機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、技術(shù)開發(fā)方面提供更多的理論參考，進(jìn)一步提高國(guó)產(chǎn)汽車舉升機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
1.3 舉升機(jī)的發(fā)展方向與前景
對(duì)汽車維修保養(yǎng)行業(yè)而言，舉升機(jī)一定要安全可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單，否則在一定程度上會(huì)影響工作效率。而傳統(tǒng)的機(jī)械式舉升機(jī)安全性較差，所需的維護(hù)工作較多，已基本被液壓式舉升機(jī)取代。它具有安全性能好、維護(hù)周期長(zhǎng)以及工作效率高等優(yōu)點(diǎn)。
國(guó)內(nèi)汽車舉升機(jī)品牌繁多，質(zhì)量高低參差不齊，除少數(shù)大型專業(yè)化企業(yè)具有較強(qiáng)的研發(fā)隊(duì)伍、完備地制造設(shè)施、完善地質(zhì)量監(jiān)控手段外，大多數(shù)生產(chǎn)廠場(chǎng)地狹小、制造設(shè)施落后、監(jiān)控手段單一。
國(guó)內(nèi)舉升機(jī)結(jié)構(gòu)上大同小異，在安全保護(hù)上也比較雷同。主要零部件有立柱、升降臂、液壓動(dòng)力單元、油缸、保險(xiǎn)。在安全保護(hù)裝置上，不能做到在任何時(shí)候都能起到作用。在智能化、人性化上涉及較少。
國(guó)外舉升機(jī)在結(jié)構(gòu)、選材上比國(guó)內(nèi)有優(yōu)勢(shì)外，在安全性上有比較明顯的優(yōu)勢(shì)。國(guó)外舉升機(jī)在鋼絲繩斷裂、油管爆裂、下降過(guò)程意外情況等可能情況的安全研究和應(yīng)用都有涉足。
隨著汽車技術(shù)開發(fā)的日新月異，舉升機(jī)在設(shè)計(jì)方面越來(lái)越智能化和人性化，將會(huì)向遙控、電腦控制方向發(fā)展。同時(shí)隨著技術(shù)的不斷成熟，其標(biāo)準(zhǔn)也將逐步統(tǒng)一化。技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品將占領(lǐng)市場(chǎng)。
1.4 研究?jī)?nèi)容和研究方法
1.4.1 研究?jī)?nèi)容
本課題在考慮典型的汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和實(shí)際工況條件基礎(chǔ)上，將研究?jī)?nèi)容如下。
（1）利用二維軟件設(shè)計(jì)繪制舉升機(jī)的總體裝配圖紙及零件圖紙；
（2）建立舉升機(jī)Pro/E三維實(shí)體模型，并進(jìn)行虛擬裝配及干涉檢查；
（3）將關(guān)鍵零部件模型通過(guò)專用數(shù)據(jù)裝換接口導(dǎo)入ANSYS軟件進(jìn)行有限元受力分析，獲得舉升機(jī)在載荷工況作用下的應(yīng)力、應(yīng)變及變形狀況；
（4）將裝配模型通過(guò)專用數(shù)據(jù)接口導(dǎo)入到ADAMS軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)/動(dòng)力學(xué)仿真分析，獲得舉升機(jī)的升降速度、加速度以及升降耗時(shí)等狀況。
通過(guò)上述研究方法，進(jìn)一步提高舉升機(jī)的穩(wěn)定性及安全性，可以代替舉升機(jī)物理樣機(jī)的前期試驗(yàn)，為舉升機(jī)設(shè)計(jì)提供理論參考[10]。
仿真結(jié)論分析
撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書
是否合理
N
N
N
是否合理
是否合理
Y
Y
轉(zhuǎn)換接口
Y
Pro/E整機(jī)裝配及干涉檢查
調(diào)研、收集資料及總體方案論證
汽車舉升機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核
ADAMS動(dòng)力學(xué)析仿真
ANSYS有限元分析
Pro/E三維實(shí)體建模
轉(zhuǎn)換接口
圖1.1舉升機(jī)設(shè)計(jì)流程圖
1.4.2 研究方法
（1）深入研究汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)形式、工作原理及力學(xué)特性，建立舉升機(jī)的數(shù)學(xué)模型，合理選取仿真分析的研究平臺(tái)；
（2）在Windows環(huán)境下，以三維建模軟件Pro/E為圖形平臺(tái)，建立汽車舉升機(jī)的三維實(shí)體模型并進(jìn)行虛擬裝配及干涉檢查；
（3）將汽車舉升機(jī)三維實(shí)體模型通過(guò)專用模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口導(dǎo)入ANSYS，獲得不同壓力場(chǎng)的應(yīng)力、應(yīng)變及位移分布狀況；
（4）將汽車舉升機(jī)裝配模型通過(guò)專用的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口導(dǎo)入到ADAMS，完成運(yùn)動(dòng)約束和運(yùn)動(dòng)激勵(lì)的定義，產(chǎn)生參數(shù)化的舉升機(jī)模型，獲得不同工況下舉升機(jī)的速度、加速度狀況，流程如圖1.1所示。
第2章 四柱式汽車舉升機(jī)方案選擇
2.1 四柱式汽車舉升機(jī)方案對(duì)比論證分析
2.1.1 舉升類設(shè)備的分類
1、四柱式舉升機(jī)構(gòu)
四柱舉升機(jī)構(gòu)主要依靠四根粗鋼索拉起四角，拉力油缸置于平板下面，通過(guò)6個(gè)圓盤將力傳達(dá)四面。這種結(jié)構(gòu)比較緊湊，自重降低，保險(xiǎn)裝置為楔塊式，四個(gè)楔塊利用拉桿聯(lián)動(dòng)，扳動(dòng)拉桿就可打開保險(xiǎn)裝置，方便耐用，四柱舉升機(jī)構(gòu)容易調(diào)水平，適合于汽車4S店四輪定位使用，因?yàn)橛幸凰妮喍ㄎ粰n位，可以調(diào)整，可以確保水平。
2、雙柱式舉升機(jī)構(gòu)
雙柱舉升機(jī)構(gòu)實(shí)用、簡(jiǎn)潔、合理而且節(jié)省占地空間，使用靈活方便。升降平穩(wěn)低噪聲，設(shè)有升程自鎖保護(hù)裝置，保養(yǎng)簡(jiǎn)單，操作方便，成本低[13]。
2.1.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的分類
舉升機(jī)可以采用鋼絲繩傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)3種形式。
1、機(jī)械式
機(jī)械式舉升機(jī)構(gòu)流行于1992～1998年間，該舉升機(jī)構(gòu)特點(diǎn)是同步性好，但由于機(jī)械磨損維護(hù)成本高（經(jīng)常需要更換銅鑼母以及軸承），每年一臺(tái)舉升機(jī)構(gòu)的維修更換需要1000元左右，客戶最終會(huì)將該產(chǎn)品更換為維護(hù)成本小的液壓舉升機(jī)構(gòu)[1]。
鋼絲繩傳動(dòng)采用蝸輪蝸桿減速器，主要傳動(dòng)件為鋼絲繩卷筒、輪系等。鋼絲繩傳動(dòng)的柔性好，沖擊小，噪聲低。但鋼絲繩易延伸、斷股、斷絲，需要經(jīng)常調(diào)整長(zhǎng)度，給設(shè)備的使用和維護(hù)帶來(lái)不便。
鏈條傳動(dòng)通過(guò)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪機(jī)構(gòu)，牽引鏈條使載車板升降。性能穩(wěn)定可靠，壽命長(zhǎng)，不存在彈性伸縮，有準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，維護(hù)性好，但需要裝設(shè)卷筒，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，運(yùn)行時(shí)有一定的沖擊和噪聲。
2、液壓式
液壓傳動(dòng)通過(guò)液壓工作站為多個(gè)液壓缸提供壓力，由活塞桿實(shí)現(xiàn)載車板的升降和車輛的存取。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲低，但傳動(dòng)效率較低 [1]。
本課題所設(shè)計(jì)的是液壓驅(qū)動(dòng)的四柱舉升類設(shè)備，它的特點(diǎn)是：
（1）性能可靠，低能耗，操作方便；
（2）無(wú)龍門式橫梁，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；
（3）有升程自鎖保護(hù)裝置，保證了安全性；
（4）升降車架的最低位置低，使得車輛的底盤可以比較低，對(duì)各種車輛的適應(yīng)性都比較強(qiáng)；
（5）采用液壓傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式，與螺桿式的舉升機(jī)相比，使用壽命較長(zhǎng)；
（6）價(jià)格低廉，擁有的市場(chǎng)份額較大，便于推廣。
2.2 總體方案
四柱式汽車舉升機(jī)總體方案為四立柱安裝于水平地面，立柱下端焊接鋼板，增大與地板接觸面。用膨脹螺栓固定于地面。螺栓直徑為16毫米，深度大于140毫米保證牢固。兩橫梁于45號(hào)鋼材料焊接而成，通過(guò)滑輪和鋼絲繩在立柱內(nèi)沿保險(xiǎn)槽型鐵條做垂直運(yùn)動(dòng)。其中四個(gè)滑輪安裝于一個(gè)載車板下方，另外四個(gè)滑輪安裝兩橫梁兩端。鋼絲繩采用國(guó)際6*19外徑11毫米通過(guò)特殊方法擠壓緊固而成。鋼絲繩和保險(xiǎn)槽型條通過(guò)螺栓固定于立柱頂端蓋板處。鋼絲繩于滑輪接觸處用油脂潤(rùn)滑且保持清潔。晃動(dòng)量不大于10毫米。如圖2.1所示[5]。
當(dāng)需要舉升汽車時(shí)按下舉升開關(guān)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)液壓缸工作，液壓油推動(dòng)拉桿回縮拉動(dòng)鋼絲繩。鋼絲繩繞與滑輪上連接于四根立柱頂端。這樣在鋼絲繩的帶動(dòng)下提升橫梁向上運(yùn)動(dòng)，載車板固定于橫梁之上。
當(dāng)需要下行時(shí)，現(xiàn)將舉升機(jī)提升些許高度，關(guān)閉保險(xiǎn)鎖，關(guān)閉開關(guān)，在汽車自重下慢慢下落到地面。
為防止意外，載車板與支架立柱間設(shè)有防墜落保險(xiǎn)裝置，通過(guò)保險(xiǎn)的機(jī)械撞擊聲可判斷保險(xiǎn)是否進(jìn)入鎖止?fàn)顟B(tài)，在液壓缸下腔油壓突然喪失時(shí)可以保證車輛與人員的安全。
2.3 本章小結(jié)
本章主要進(jìn)行四柱式汽車舉升機(jī)設(shè)備總體方案的選擇，通過(guò)將現(xiàn)有舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動(dòng)方式以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比，最終選定采用四柱結(jié)構(gòu)的舉升類設(shè)備，通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)，工作平穩(wěn)，操作方便，噪聲低，內(nèi)部設(shè)有升程自鎖保護(hù)保險(xiǎn)裝置，安全可靠，占地空間小，是舉升機(jī)的理想設(shè)備。
圖2.1鋼絲繩安裝示意圖
第3章 四柱式汽車舉升機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 四柱式汽車舉升機(jī)工作原理
3.1.1 整體結(jié)構(gòu)及基本組成
四柱式汽車舉升設(shè)備采用立柱、支承梁、載車板的結(jié)構(gòu)，由機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)構(gòu)成。設(shè)置限位裝置、升程自鎖保護(hù)裝置等以保證舉升機(jī)構(gòu)安全使用，適用于室內(nèi)立體舉升設(shè)備的安裝與使用。四柱式舉升機(jī)構(gòu)以四根立柱為主體，由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)油缸，拉動(dòng)提拉桿，帶動(dòng)提升鋼絲繩提升橫梁（見(jiàn)圖3.1）。支承梁鉸接于載車板，兩橫梁由同步鋼絲繩保持同步升降。兩橫梁內(nèi)設(shè)有機(jī)械保險(xiǎn)裝置。在提升時(shí)由于機(jī)械保險(xiǎn)鍵能自動(dòng)進(jìn)入和脫開保險(xiǎn)點(diǎn)，發(fā)出撞擊聲，以作為判斷機(jī)械保險(xiǎn)裝置工作正常與否和兩橫梁是否同步。
圖3.1 四柱式汽車舉升機(jī)整體結(jié)構(gòu)
1、立柱的結(jié)構(gòu)形式
立柱是由薄壁板折彎而成。通常將立柱的橫截面做成槽鋼形，它的四角作為導(dǎo)軌，一般采用4～6mm鋼板，本設(shè)計(jì)采用4mm鋼板。該立柱4道彎折為橫梁運(yùn)行提供了導(dǎo)軌空間，滿足了設(shè)備的要求。如圖3.2所示。
圖3.2立柱截面形式
2、載車板的結(jié)構(gòu)形式
載車板與車身底盤直接接觸，是梁結(jié)構(gòu)，通常采用45號(hào)槽型鋼，支承梁在承載升降過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞和變形，因此支承梁必須具有足夠的橫截面面積以抵抗彎曲變形。如圖3.3所示。
圖 3.3 橫梁
3、安全機(jī)構(gòu)
四柱舉升類設(shè)備的安全機(jī)構(gòu)是由保險(xiǎn)鍵、拉簧、支撐板、齒塊等組成，其功能如下：當(dāng)工作臺(tái)上升時(shí)，齒塊碰到支撐板使支撐板翻轉(zhuǎn)，失去對(duì)保險(xiǎn)鍵的控制，保險(xiǎn)鍵在拉簧的作用下彈進(jìn)齒塊空擋，若發(fā)生意外（如高壓油管或鋼絲繩爆斷），保險(xiǎn)鍵即被齒塊卡住，防止滑車下滑，確保安全。
當(dāng)工作臺(tái)需下降時(shí)，先將工作臺(tái)上升少許10～20mm，再將兩滑車前面的安全鎖拉線拉出后不再自動(dòng)縮回即打開了機(jī)械保險(xiǎn)。按手動(dòng)卸荷閥，工作臺(tái)在自重的作用下下降。
3.1.2 工作原理
四柱舉升類停車設(shè)備的傳動(dòng)原理是：由電動(dòng)油泵提供動(dòng)力給載車板底面的油缸，再由油缸分別頂舉兩側(cè)支承橫梁、載車板將高位車輛舉起。油缸運(yùn)行的同步性由調(diào)平衡的鋼絲繩來(lái)實(shí)現(xiàn)。設(shè)備由機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)等三大系統(tǒng)組成。其中，機(jī)械系統(tǒng)包括：立柱、鋼絲繩、支承梁、載車板。液壓系統(tǒng)包括：小排量齒輪泵及油缸。電氣系統(tǒng)包括：油泵用電機(jī)、控制開關(guān)及電控箱。提升架上配有導(dǎo)向滑塊，起動(dòng)電動(dòng)油泵由油缸頂舉提升架，使提升架上面的四個(gè)滑塊在立柱導(dǎo)軌中運(yùn)行，確保了載車板運(yùn)行的直線度要求。使載車板托舉著高位車輛升高，直到高位車輛被安全、穩(wěn)固地舉升至所需高度為止。
3.2 主要技術(shù)參數(shù)
3.2.1 基本尺寸參數(shù)的確定
1、重心位置的范圍
前輪驅(qū)動(dòng)的車輛有以下優(yōu)點(diǎn)：前驅(qū)車的傳動(dòng)效率比后驅(qū)車要高。所有的前驅(qū)車在設(shè)計(jì)的時(shí)候，不管發(fā)動(dòng)機(jī)橫置還是縱置，它的重心都偏于前軸，也就是在車頭側(cè)，與驅(qū)動(dòng)輪的位置很近，傳動(dòng)距離短。其中又以前橫置發(fā)動(dòng)機(jī)效率最高，這也是大多數(shù)前驅(qū)車所采用的布置方式。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸與汽車前軸平行，變速箱與驅(qū)動(dòng)橋是做成一體的固定在發(fā)動(dòng)機(jī)旁，動(dòng)力可以直接通過(guò)斜齒輪傳遞到差速器上，再經(jīng)變速箱、驅(qū)動(dòng)橋，減速增扭后傳遞給兩根半軸最后驅(qū)動(dòng)車的前輪旋轉(zhuǎn)，顯然這種距離最短，且沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)效率是最高的。
正是基于以上的原因，所以現(xiàn)代汽車大多采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置，使車輛的重量分布比大約是3:2，重心偏前。
2、舉升機(jī)外形尺寸的確定
例如：路虎新CRV（排量2.4L）
表3.1 路虎新CRV基本參數(shù)范圍
長(zhǎng) 度
(mm)
寬 度
(mm)
高 度
(mm)
軸 距
(mm)
質(zhì) 量
(kg)
輪 距(mm)
4530
1820
1680
2620
1590
1565/1565
高位車輛：排量1.8升以下的轎車
表3.2 中型三廂轎車基本參數(shù)范圍
長(zhǎng)度(mm)
寬度(mm)
高度(mm)
軸距(mm)
質(zhì)量(kg)
4300～4700
1700～1800
1300～1500
2600～2800
1000～1500
例如：比亞迪F3白金版（排量1.5L）
表3.3 比亞迪F3基本參數(shù)范圍
長(zhǎng)度(mm)
寬度(mm)
高度(mm)
軸距(mm)
質(zhì)量(kg)
輪距(mm)
4533
1705
1490
2600
1200
1480/1460
根據(jù)所舉升車輛的基本尺寸初步確定舉升機(jī)構(gòu)的主要技術(shù)參數(shù)如表3.4所示。
表3.4 四柱式汽車舉升機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
舉升重量
3500kg
舉升高度
1700mm
總高度
1965mm
總寬
3000mm
總長(zhǎng)
4584mm
車道寬度
500mm
上升時(shí)間
40s
下降時(shí)間
25s
電機(jī)功率
1.5KW
電源
380V
3.2.2 電機(jī)的選用
高位汽車重量2t，汽車載車板及其附件的重量加上一部分的余量1.5t，所以取3.5t。載車板有汽車時(shí)上升設(shè)計(jì)速度[14]：
Vw= (3.1)
除去舉升機(jī)臺(tái)面自身高度225mm，所以舉升1475mm。
由公式（3.1）得Vw==2.21m/min.
載車板上升功率:
Pw= (3.2)
Fw=mg (3.3)
其中m=3.5kg，由公式（3.3）
Fw =3.59.8 =34.3KN
Vw取2.55m/min
由公式（3.2）得 Pw==1.26（KW）
3.3舉升機(jī)機(jī)械部件設(shè)計(jì)與校核
3.3.1 橫梁校核
舉升機(jī)有兩根橫梁，橫梁材料初步選擇45鋼、其中前橫梁承受取舉升總重的2/3。原因上述已說(shuō)明。下面進(jìn)行校核[4]。
1、做梁的彎矩圖
2、確定中性軸位置
因?yàn)榇私孛鏋閷?duì)稱截面，所以中性軸 為中點(diǎn)位置。
Ｙc = 160/2 = 80mm
通過(guò)截面形心與縱向?qū)ΨQ軸垂直的形心主軸即為中性軸。
3、截面對(duì)中性軸的慣矩
計(jì)算危險(xiǎn)截面處
4、校核梁的強(qiáng)度
因?yàn)榱旱脑S用拉、壓應(yīng)力不同，而且梁的截面形狀對(duì)中性軸不對(duì)稱，所以，必須校核梁的最大正彎矩截面和最大負(fù)彎矩截面的強(qiáng)度。
截面強(qiáng)度校核8201.9N.m處正負(fù)彎矩相等固最大拉應(yīng)力與最大壓應(yīng)力相等。
5、撓度的校核
應(yīng)用的撓曲線方程
= 1.06×10-4
= 9.17×10-2mm
3.3.2 載車板校核
舉升機(jī)有兩根載車板，其中載車板前端承受舉升總重的2/3。原因上述已說(shuō)明。下面進(jìn)行校核。
圖3.4載車板截面
1、做梁的彎矩圖
2、確定中性軸位置
截面形心距底邊為
=0.098m
通過(guò)截面形心與縱向?qū)ΨQ軸垂直的形心主軸即為中性軸
3、截面對(duì)中性軸的慣矩
= 12.99×106m4
4、校核梁的強(qiáng)度
因?yàn)榱旱脑S用拉、壓應(yīng)力不同，而且梁的截面形狀對(duì)中性軸不對(duì)稱，所以，必須校核梁的最大正彎矩截面和最大負(fù)彎矩截面的強(qiáng)度。
截面強(qiáng)度校核12.25KN.m處最大拉應(yīng)力與最大壓應(yīng)力。
梁的下截面承受拉應(yīng)力
= 92.417MPa
梁的上截面承受壓應(yīng)力
= 39.607MPa
5、撓度的校核
應(yīng)用的撓曲線方程
= 5.56×10-3
= 6.95×10-3
當(dāng)a>b時(shí)變形量在處
= 4.77mm
3.3.3 立柱校核
圖3.5 立柱截面形式
1、確定中性軸位置
截面形心距底邊為[16]
= 82.297mm
2、截面對(duì)中性軸的慣矩
= 5.5×10-5m4
3、進(jìn)行校核
靜止時(shí)
上升時(shí)
3.3.4 軸與梁處校核
校核剪切應(yīng)力
=6.69MPa
校核擠壓應(yīng)力
= 18.225MPa
3.3.5 鎖條校核
圖3.6 鎖條截面形式
校核剪切應(yīng)力
= 29.167MPa
校核擠壓應(yīng)力
= 58.33MPa
3.3.6 提高梁彎曲強(qiáng)度的措施
彎曲正應(yīng)力是控制彎曲強(qiáng)度的主要因素。所以彎曲正應(yīng)力的強(qiáng)度條件往往是設(shè)計(jì)梁的主要依據(jù)。從這個(gè)條件可看出，要提高梁的承載能力應(yīng)從兩方面考慮。一方面是合理安排梁的受力情況，以降低Ｍmax的數(shù)值；另一方面則是采用合理的截面形狀，以提高Wz的數(shù)值，充分利用材料的性能。下面幾點(diǎn)進(jìn)行討論。
1、減少?gòu)澗豈max的措施
（1）合理安排載荷，常把集中力化為分散力，讓力作用于近支座處，如圖3.7所示.
圖a 圖b
圖3.7 力矩分散形式
（2）改變梁的形式，如圖3.8a的形式的改變?yōu)閳D3.8b的形式，也可以將靜定梁改為超靜定梁見(jiàn)圖3.8c的形式。
圖a 圖b 圖c
圖3.8 改變力矩形式
2、采用合理截面，提高Wz(Iz/ymax)
圖3.9提高Wz(Iz/ymax)的截面形式
在同樣的用材料時(shí)，薄壁截面的Iz高。所以工程上大量使用型鋼。這些型鋼的截面中部用材較少，材料都集中在截面上下部分。對(duì)于塑性材料常采用工字型截面。對(duì)于脆性材料的梁，常采用上下不對(duì)稱，中性軸偏于受拉一側(cè)的截面形狀，如圖3.9所示，在這樣最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力可同時(shí)接近許用應(yīng)力。
表3.5常用截面的WZ與A的比值
截面形狀
圓形
矩形
工字形
WZ/A
0.125d
0.167d
(0.27～0.31)d
注：d為直徑。
3、采用變截面梁
等截面除了最大彎矩所在截面外，其它各截面上的應(yīng)力均低于許用應(yīng)力，材料未能充分利用。為了節(jié)省材料，減輕梁的自重，可將梁設(shè)計(jì)成變截面的，即在彎矩較大處，采用較大截面，彎矩較小處采用較小截面。如果將變截面梁設(shè)計(jì)成等強(qiáng)度梁。從節(jié)省材料、減輕自重角度看，等強(qiáng)度梁最合理。但由于加工制造等原因，實(shí)際上只能近似做到等強(qiáng)度要求。
必須指出，以上這些措施都是從提高彎曲強(qiáng)度的角度提出的。但在工程實(shí)際中，設(shè)計(jì)一個(gè)構(gòu)件還應(yīng)考慮剛度、穩(wěn)定性、加工制造等多方面因素，應(yīng)經(jīng)過(guò)綜合考慮比較后，再確定梁的截面形狀和結(jié)構(gòu)形式。
3．4 整體裝配圖的Pro/E實(shí)體建模
本舉升機(jī)的主要機(jī)械部件有載車板、橫梁、立柱、保險(xiǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)下面利用Pro/E軟件對(duì)主要零件建模主要應(yīng)用的命令有拉伸、旋轉(zhuǎn)、打孔、抽殼、掃描伸出項(xiàng)等及相關(guān)零件的裝配，裝配應(yīng)用的主要命令有匹配、插入、相切、自動(dòng)等[6]，完成后的效果如圖3.10所示。
1、建立載車板
建立橫梁底座（正面）
建立橫梁底座（反面）
裝配滑動(dòng)蓋板、四輪定位儀蓋板
裝配鋼絲繩轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤
圖3.10舉升機(jī)部件效果圖
裝配傳動(dòng)軸及保險(xiǎn)鎖拉桿
2、建立橫梁
建立橫梁
橫梁側(cè)端
橫梁側(cè)端附件的裝配（正面）
續(xù)圖3.10舉升機(jī)部件效果圖
橫梁側(cè)端附件的裝配（反面）
3、建立橫梁
建立橫梁
裝配鎖條
裝配液壓缸
續(xù)圖3.10舉升機(jī)部件效果圖
4、總裝配圖及爆炸圖
圖3.11舉升機(jī)總裝配效果圖
5、干涉檢查及爆炸圖
運(yùn)用Pro/E軟件完成所有零件建模，并完成裝配。為防止整個(gè)舉升機(jī)構(gòu)在舉升過(guò)程中出現(xiàn)卡死現(xiàn)象或裝配中出現(xiàn)不合理現(xiàn)象，在裝配過(guò)程中計(jì)算機(jī)不會(huì)提示零部件有干涉現(xiàn)象，因?yàn)榱悴考谘b配過(guò)程中只是按照軟件內(nèi)部自定義的如匹配、自動(dòng)、曲面上的點(diǎn)、曲面上的邊、坐標(biāo)系、對(duì)齊、插入等十一種關(guān)系進(jìn)行裝配。這時(shí)有可能一個(gè)零件進(jìn)入另一零件，這種情況在實(shí)際情況種是不可能的。所有這時(shí)我們要進(jìn)行干涉檢查，經(jīng)檢查此舉升機(jī)一百多零件無(wú)干涉現(xiàn)象[6]，如圖3.12所示。
圖3.12干涉檢查
圖3.13舉升機(jī)爆炸圖
3.5 摩擦角與自鎖
當(dāng)摩擦力達(dá)到最大值時(shí)，全反力與法線間的夾角φm稱為摩擦角。
tanφm= =fs
即摩擦角的正切等于靜摩擦因數(shù)。摩擦角與摩擦因數(shù)一樣，也是表示摩擦性質(zhì)的物理量。
作用于物體上的全部主動(dòng)力的合力FA，不論其大小如何，只要其作用線與接觸面法線間的夾角α小于或等于摩擦角（即FA的作用線在摩擦角之內(nèi)）物體必保持靜止。這種現(xiàn)象稱為自鎖。這種與主動(dòng)力大小無(wú)關(guān)，而只與摩擦角有關(guān)的平衡條件稱為自鎖條件。
反之，當(dāng)作用于物體上的全部主動(dòng)力的合力FA的作用線位于摩擦角之外時(shí)，則無(wú)論此合力多么小，都不能有與其共線的全反力，因而物體必定滑動(dòng)。
經(jīng)計(jì)算，滑塊的摩擦角取60度時(shí)，不會(huì)發(fā)生卡死。
3.6 鋼絲繩的選用
載車板固定于橫梁之上，橫梁兩端位于兩個(gè)一側(cè)立柱內(nèi)非接觸。橫梁兩端安有滑輪，鋼絲繩通過(guò)滑輪變相吊接于立柱頂部。當(dāng)液壓缸工作時(shí)，拉動(dòng)鋼絲繩，鋼絲繩縮短，頂端固定不懂，迫使橫梁在鋼絲繩帶動(dòng)下向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)橫梁帶動(dòng)載車板沿立柱做垂直運(yùn)動(dòng)。鋼絲繩完成工作。
3.6.1 鋼絲繩用途
鋼絲繩是一種撓性零件,具有強(qiáng)度高、自重輕、彈性好、運(yùn)行平穩(wěn)適合于高速、遠(yuǎn)距離、換向傳力以及極少突然破斷的優(yōu)點(diǎn)。用途：用于各種起重機(jī)械上。卷?yè)P(yáng)機(jī)的牽引繩等。用作設(shè)備運(yùn)輸時(shí)的捆綁繩，起重對(duì)象的溜繩、拖拉繩，起重設(shè)備的錨固繩。
３.6.２ 鋼絲繩材料
鋼絲繩的鋼絲要求有很高的強(qiáng)度和韌性，通常由含碳量0.5%～0.8%的優(yōu)質(zhì)碳鋼，經(jīng)過(guò)多次的冷拔工藝制成的，其直徑為0.3～2.0mm。鋼絲的公稱抗拉強(qiáng)度一般為1400～2000N/m2[5] 。
1、按鋼絲繩繞制次數(shù)分
表3.6 鋼絲繩按繞制次數(shù)分類
分類
特點(diǎn)
用途
雙捻（多股）
先由鋼絲繞成股，再由股圍繞繩芯繞成繩。這種鋼絲繩的繞性受繩芯材料影響很大，比單繞繩撓性好
起重機(jī)械中廣泛應(yīng)用
2、按股繩截面形狀分
表3.7 鋼絲繩按股繩截面形狀分類
分類
特點(diǎn)
用途
圓股
股繩截面形狀是圓形
廣泛應(yīng)用
3、按鋼絲繩中絲與絲的接觸狀態(tài)分
表3.8 鋼絲繩按絲與絲的接觸狀態(tài)分類
分類
特點(diǎn)
用途
線接觸
由不同直徑鋼絲捻制而成，股內(nèi)各層之間鋼絲全長(zhǎng)上平行捻制，各層鋼絲螺距相等，鋼絲之間呈線狀接觸，這種鋼絲繩消除了點(diǎn)接觸的二次彎曲應(yīng)力，能降低工作時(shí)總的彎曲應(yīng)力，耐疲勞性能好。結(jié)構(gòu)緊密，金屬斷面利用系數(shù)高。使用壽命長(zhǎng)，比普通鋼絲繩壽命高1～2倍
廣泛應(yīng)用
4、按鋼絲繩繞制方法分
表3.9 鋼絲繩按繞制方法分類
分類
特點(diǎn)
用途
交互捻
鋼絲繞成股的方向和股捻成繩的方向相反稱為交互捻。如繩右捻，股左捻，稱為右交互捻，繩左捻，股右捻，稱為左交互捻。這種鋼絲繩的缺點(diǎn)是僵性較大，使用壽命較低，但不容易松散和扭轉(zhuǎn)
在起重機(jī)械中廣泛應(yīng)用
5、按鋼絲繩繩芯分
表3.10 鋼絲繩按繩芯分類
分類
特點(diǎn)
用途
纖維芯
具有較高撓性和彈性，不能耐高溫，不能承受橫向壓力
起重機(jī)械廣泛應(yīng)用
3.6.3 鋼絲繩直徑的確定
表3.11 鋼絲繩直徑
直徑（mm）
鋼絲總斷面積
（mm2）
參考質(zhì)量
（kg/100m）
安全因數(shù)
3.5
5
6
許用拉力(KN)
6.2
14.32
13.53
4.86
3.4
2.8
11.0
43.57
40.96
19.7
13.8
11.5
14.0
72.49
68.50
24.5
17.2
14.3
根據(jù)鋼絲繩選用原則（《起重工機(jī)具》），本設(shè)計(jì)宜采用線接觸鋼絲繩6X(19)，6W(19)，8X(19)，8W(19)等（GB1102—74）。本四柱式汽車舉升機(jī)采用鋼絲繩起吊方式提升動(dòng)力端，所以選用619—11.0—1850類型鋼絲繩。
鋼絲繩的允許拉力 S= （3.4）
鋼絲繩的破斷拉力 =52 （3.5）
式中： d—鋼絲繩直徑，mm;
——鋼絲公稱抗拉強(qiáng)度；
由于本四柱式舉升機(jī)絲繩提升過(guò)程與起重機(jī)相似，所以屬起重機(jī)械，由于工作載荷不大，所以是輕級(jí)機(jī)械。根據(jù)《起重工機(jī)具》[8]
鋼絲繩上的破斷拉力由式（3.5）得 =52
=52
=6847.17kg
起重時(shí)，安全系數(shù)k=5,則許用拉力由式（3.4）得
S=
=
而實(shí)際鋼絲繩承重（以主立柱為準(zhǔn)）1166Kg
所以選用619—11.0—1850類型鋼絲繩合理[8]。
3.7 本章小結(jié)
本章對(duì)四柱式汽車舉升機(jī)立柱、橫梁、載車板、鎖條、保險(xiǎn)鎖的形式、材料、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)做了初步的選擇，工作原理進(jìn)行了闡述，主要參數(shù)對(duì)四柱式舉升類設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了確定，并進(jìn)行了計(jì)算和強(qiáng)度、剛度、撓度的校核。完成舉升機(jī)的實(shí)體建模，對(duì)鋼絲繩做了詳細(xì)說(shuō)明，鋼絲繩做了具體的選定并進(jìn)行了校驗(yàn)。
第4章 液壓系統(tǒng)及電氣設(shè)計(jì)
4.1 汽車舉升機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求
四柱式汽車舉升機(jī)液壓系統(tǒng)，除要求能在一定的范圍內(nèi)將汽車同步舉升和下降外，還要求其能使汽車在任意高度停止并保持不動(dòng)，因此，液壓系統(tǒng)必須具有定位保持功能。另外，因汽車的重量較大，一旦液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，舉升機(jī)支承部分在汽車重力的作用下會(huì)迅速下滑，可能會(huì)對(duì)低位車輛造成威脅，而且舉升機(jī)上面的汽車也有被摔壞的危險(xiǎn)。所以，為了防止這樣的情況發(fā)生，舉升機(jī)必須具有機(jī)械鎖定裝置。機(jī)械鎖由分別安裝在橫梁兩側(cè)頂端和立柱內(nèi)的鎖條構(gòu)成。鎖條焊接在立柱頂端蓋板處。當(dāng)舉升臂處于定位狀態(tài)或液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障。油壓低于一定數(shù)值時(shí)，保險(xiǎn)滑塊就會(huì)在重力彈簧力的作用下與保險(xiǎn)鐵條嚙合，機(jī)械鎖鎖死，使載車板不會(huì)下滑，這樣就確保高位車輛和下面人員不會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)。
4.2 液壓系統(tǒng)組成
4.2.1 液壓系統(tǒng)組成
液壓系統(tǒng)主要由液壓發(fā)生機(jī)構(gòu)、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液壓控制調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和輔助裝置等四大部分組成[13]。
1、液壓發(fā)生機(jī)構(gòu)—油泵
它是由液壓系統(tǒng)中供給有壓力油的裝置和壓力傳動(dòng)的機(jī)械動(dòng)力。它的作用是將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為流動(dòng)液體的壓力能。液壓發(fā)生機(jī)構(gòu)在液壓系統(tǒng)中的位置和作用如圖4.1所示。
2、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)—油缸
它是液壓傳動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)又稱液壓機(jī)，其作用是將液能變?yōu)闄C(jī)械能的轉(zhuǎn)換裝置，這種裝置有兩種。此雙柱式舉升機(jī)所采用的是液體壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)械能的單作用推力油缸。它既能節(jié)省動(dòng)力、又能頻繁地進(jìn)行換向。
液壓控制裝置
方向閥壓力閥
液壓發(fā)生裝置
泵
液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)
缸——活塞
圖4.1 液壓系統(tǒng)方框圖像
3、液壓控制調(diào)節(jié)裝置——各種液壓控制閥
它是由來(lái)控制和調(diào)解液壓系統(tǒng)中液油流動(dòng)，方向、壓力、流量和滿足工況要求的裝置。根據(jù)用途和特點(diǎn)控制可分為三類。方向控制閥用來(lái)控制液壓系統(tǒng)中的油流方向和經(jīng)由路徑；根據(jù)實(shí)際情況利用單向閥或換向閥的作用來(lái)改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方向和工作順序；壓力控制閥（包括溢流閥、減壓閥和順序閥等）用來(lái)控制液壓系統(tǒng)的壓力以滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需要的動(dòng)力或?qū)σ簤合到y(tǒng)起安全保護(hù)作用；流量控制閥（包括節(jié)流閥、調(diào)速閥、分流和集流閥），用來(lái)控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中的流量，以滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作時(shí)運(yùn)動(dòng)速度的要求。
由于液壓系統(tǒng)控制閥種類很多，為使用方便和結(jié)構(gòu)緊湊，在設(shè)計(jì)時(shí)合理的將各種閥類元件組合在一起構(gòu)成組合閥。
4.2.2 油箱
油箱的主要功用是儲(chǔ)存油液，同時(shí)箱體還具有散熱、沉淀污物、析出油液中滲入的空氣以及作為安裝平臺(tái)等作用。
油箱屬于非標(biāo)準(zhǔn)件，在實(shí)際情況下常根據(jù)需要自行設(shè)計(jì)。油箱設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮油箱的容積、結(jié)構(gòu)、散熱等問(wèn)題。
四柱式汽車舉升機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞，將直接影響舉升的性能和效率。四柱式汽車舉升機(jī)液壓系統(tǒng)主要是舉升液壓系統(tǒng)。
本次四柱式汽車舉升機(jī)設(shè)計(jì)主要偏重于機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析，而其液壓系統(tǒng)所采用的油泵、油缸、液壓閥等液壓系統(tǒng)元件均為高度標(biāo)準(zhǔn)化、系列化與通用化且由專業(yè)化液壓件廠集中生產(chǎn)供應(yīng)。因此在本設(shè)計(jì)中只需要進(jìn)行液壓元件計(jì)算選型。其主要內(nèi)容包括油缸的直徑與行程、油泵工作壓力、流量、功率以及各種相關(guān)控制閥的選型等。
4.3 油缸的計(jì)算與選型
油缸是液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件，也是舉升機(jī)構(gòu)的直接動(dòng)力來(lái)源。通常油缸分為活塞式和浮拄式兩類?；钊骄鶠閱蜗蜃饔茫涓左w長(zhǎng)度大而伸縮長(zhǎng)度小、使用油壓低（一般不超過(guò)14MPa）。浮拄式為多級(jí)伸縮式油缸，一般有2～5個(gè)伸縮節(jié)，其結(jié)構(gòu)緊湊，并具有短而粗、伸縮長(zhǎng)度大、使用油壓高（可達(dá)35MPa），易于安裝布置等優(yōu)點(diǎn)。浮拄式油缸又分為單向作用式與雙向作用式。雙向作用式用油壓輔助車廂降落，因此工作平穩(wěn)，降落速度快。直推式傾卸機(jī)構(gòu)多采用單作用多級(jí)油缸；而桿系組合式傾卸機(jī)構(gòu)多采用單作用單級(jí)油缸[15]。
4.3.1 舉升液壓缸推力及行程的確定
考慮到超載的因素，因此計(jì)算臺(tái)面荷重應(yīng)有一定的安全系數(shù)，即臺(tái)面荷重：
N （4.1）
由式（4.1）得 G=3500
舉升的作用力對(duì)液壓缸的作用力P為：
N
4.3.2 油缸直徑及行程的確定
油缸選型主要依據(jù)所需的最大作用力以及最大工作行程來(lái)確定的。根據(jù)液壓系統(tǒng)中油缸的工作特點(diǎn)，則：
（4.2）
式中：——系統(tǒng)效率，通常按=0.8；
——液壓系統(tǒng)額定工作壓力（MPa）。
參考表4.1選取。越高，對(duì)密封要求也越高，成本亦隨之上升；根據(jù)機(jī)構(gòu)的類型及其工作特點(diǎn)，取MPa。
表4.1 液壓設(shè)備常用的工作壓力
設(shè)備類型
機(jī)床
農(nóng)業(yè)機(jī)械或中型工程機(jī)械
液壓機(jī)、重型機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械
磨床
組合機(jī)床
龍門刨床
拉床
工作壓力
P/（MPa）
0.8～2.0
3～5
2～8
8～10
10～16
20～32
4.3.3 舉升機(jī)構(gòu)油缸直徑與行程的計(jì)算
由式（4.2）可知：
mm
表4.2 缸筒內(nèi)徑d的系列（DG型車輛液壓缸）
缸徑 D/mm
活塞桿直徑
d/mm
工作壓力14Mpa
（拉力）/Mpa
最大行程
/mm
80
45
48.10
2500
所以缸筒內(nèi)徑D=80mm 活塞桿直徑d=45mm
4.4 油泵的計(jì)算與選型
舉升機(jī)構(gòu)常用油泵分為齒輪油泵與柱塞泵兩類。齒輪泵多為外嚙合式，在相同體積下齒輪泵比柱塞泵流量大但油壓低。柱塞泵最大特點(diǎn)是油壓高（油壓范圍16～35MPa），且在最低轉(zhuǎn)速下仍能產(chǎn)生全油壓，固可縮短舉升時(shí)間。中輕型舉升機(jī)構(gòu)上多采用齒輪泵，常用系列有CB、CBX、CG、CN等；重型舉升機(jī)構(gòu)常采用柱塞泵。
1、油泵工作壓力的計(jì)算
Mpa （4.3）
式中：——油泵工作壓力，（Mpa）；
——油缸最大作用力，（N）；
——油缸橫截面積，（m2）。
代入式（4.3）則：
P = F3.14πD2-3.14πd2=377303.14(802）2-3.14（452）2=10.985Mpa
在液壓系統(tǒng)中除去各種閥體的損失
所以P=10.985+1=12MPa
根據(jù)DG型車輛用液壓缸技術(shù)參數(shù)選工作壓力14MPa推出拉力為48.10KN最大行程為2500mm完全符合工作要求。
2、油泵理論流量的計(jì)算
L/min （4.4）
式中：——油泵理論流量（L/min）；
——油缸最大工作容積（m3），按下式計(jì)算：
L
、、的單位均為m；
——舉升時(shí)間，(s)，取s；
——液壓泵容積效率=0.85~0.9。
由式（4.4）則：
L
3、油泵排量的計(jì)算
mL/r （4.5）
式中： ——油泵排量，（mL/r）；
——油泵額定轉(zhuǎn)速，(r/min)。
油泵轉(zhuǎn)速n=1450r/min
那么由式（4.5）得
mL/r
4、油泵功率的計(jì)算
（4.6）
式中：——油泵最大工作壓力，(Pa)；
——油泵額定流量，(m3/s)；
——油泵總效率=0.8。
代入式（4.6）則：
KW
5、油泵的選型
根據(jù)上述計(jì)算P、、q和N的值，查閱相關(guān)資料，選擇CBB -04型號(hào)的單齒輪泵。
4.5 油箱與油管的計(jì)算與選型
1、油箱容積V的計(jì)算
一般要求油箱容積不得小于全部工作油缸工作容積的三倍，即：
則：L
取L
2、油管內(nèi)徑d的計(jì)算
由
即： （4.7）
式中：——油泵理論流量，(L/min)；
——管路中油的流速；高壓管路中油的流速3.6m/s；低壓管路中油的流速m/s。
代入式（4.7）則：
高壓油管內(nèi)徑mm
低壓油管內(nèi)徑mm
根據(jù)管路計(jì)算結(jié)果選用（HG4-406-66）兩層鋼絲編織膠管作為高壓管，管接頭形式為A型扣壓式；低壓回油管則選用（HG4-406-66）一層鋼絲編織低壓膠管。液壓油冬季選用HJ-20號(hào)機(jī)械油，夏季HJ-30號(hào)機(jī)械油。
4.6 電氣系統(tǒng)組成
就現(xiàn)代機(jī)床或其他生產(chǎn)機(jī)械而言，它們的運(yùn)動(dòng)部件大多是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的。因此在生產(chǎn)過(guò)程中要對(duì)電機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制，使生產(chǎn)機(jī)械各部件的動(dòng)作按順序進(jìn)行，對(duì)電動(dòng)機(jī)主要是控制它的啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速及制動(dòng)運(yùn)行。
針對(duì)四柱式汽車舉升機(jī)，它的控制電路相對(duì)簡(jiǎn)單。它所需要的只有啟動(dòng)開關(guān)、停止按鈕、行程開關(guān)組成。其中行程控制