子母剪式舉升機(jī)

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.子母剪式舉升機(jī)設(shè)計(jì) 摘要本設(shè)計(jì)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，依據(jù)有限元、虛擬裝配技術(shù)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等理論，建立舉升機(jī)Pro/E三維實(shí)體模型，CAD作圖，并進(jìn)行虛擬裝配，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，進(jìn)一步提高舉升機(jī)的穩(wěn)定性及安全性。關(guān)鍵詞子母剪式舉升機(jī) Pro/E CADShear type elevator machine design Authors: Chu Bin（Grade 07,Class1,Major machine design manufacture and autormation，school of Mechanical Engineering，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723003，Shaanxi）Tutor: He Ya Juan Abstract：The design of the car lift in considering the structure of the typical form and on the basis of actual working conditions, based on finite element method, structural optimization of virtual assembly technology and design theory, the Lift Pro / E three-dimensional solid model, CAD Mapping, and the virtual assembly, access to lift the load under conditions of stress, strain and deformation conditions, to further improve the stability and safety of lift. Key words：Picture Scissor Lift Pro / E CAD目錄第1章 緒 論11.1 選擇背景、研究目的及意義11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.2.1 舉升機(jī)的發(fā)展歷史21.2.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況21.3研究?jī)?nèi)容及研究方法31.3.1 研究?jī)?nèi)容31.3.2 研究方法3第2章 剪刀式舉升機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)42.1 舉升機(jī)結(jié)構(gòu)確定42.1.1 舉升機(jī)整體結(jié)構(gòu)形式及基本組成42.1.2 舉升機(jī)各零部件之間的連接關(guān)系52.2 確定剪刀式舉升機(jī)的各結(jié)構(gòu)尺寸52.2.1 建立轎車模型52.2.2子母剪式舉升機(jī)主要結(jié)構(gòu)尺寸確定62.4 電機(jī)的選用82.5 剪刀式舉升機(jī)各部件重量82.6 本章小結(jié)10第3章 剪式舉升機(jī)機(jī)構(gòu)建模113.1 剪刀式舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)模型113.1.1 舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)模型建立與分析113.1.2計(jì)算液壓缸的推力123.2 舉升機(jī)的力學(xué)分析與計(jì)算123.2.1 舉升機(jī)最低狀態(tài)時(shí)，各臂受力情況133.2.2 舉升機(jī)舉升到最高位置時(shí)，各臂受力情況143.2.3 剪刀式舉升機(jī)構(gòu)主要受力桿件強(qiáng)度校核計(jì)算143.2.4 連接螺栓的校核183.3 結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施213.4 本章小結(jié)21第4章 液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的選擇234.1液壓系統(tǒng)234.1.1 液壓系統(tǒng)組成234.2 液壓系統(tǒng)的選擇254.2.1 汽車舉升機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求254.2.2液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)264.3 液壓缸的計(jì)算與選型274.3.1 液壓缸的安裝位置274.3.2 舉升機(jī)液壓缸推力及行程的確定284.3.3 液壓缸的選型284.4 液壓泵的計(jì)算與選型284.4.1 液壓泵工作壓力的計(jì)算294.4.2 液壓泵功率的計(jì)算294.4.3 油泵流量的計(jì)算304.4.4 油泵的選型304.5 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)314.5.1電氣系統(tǒng)組成314.5.2 電氣系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)324.5.3 電動(dòng)機(jī)類型的選擇344.5.4 功率344.5.5 電動(dòng)機(jī)的選擇與驗(yàn)算35第5章 結(jié) 論37致 謝38參考文獻(xiàn)39.第1章 緒 論1.1 選擇背景、研究目的及意義近年來(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，汽車舉升機(jī)是現(xiàn)代汽車維修作業(yè)中必不可少的設(shè)備，無(wú)論整車大修，還是小修保養(yǎng)，都離不開(kāi)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)。它的主要作用就是為發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、變速器等養(yǎng)護(hù)和維修提供方便。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。舉升機(jī)一般有柱式、剪式的，其驅(qū)動(dòng)方式有鏈條傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)，氣壓傳動(dòng)等。目前，使用的汽車剪刀式舉升機(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、舉升臂變形、兩側(cè)舉升臂上升速度不等、液壓油路爆裂、汽車拖墊打滑等，經(jīng)過(guò)對(duì)失效的剪刀式舉升機(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，如果做工不好或者設(shè)計(jì)不好就容易導(dǎo)致臺(tái)面不平、導(dǎo)致單邊升降等危險(xiǎn)發(fā)生，因此，進(jìn)一步提高剪刀式舉升機(jī)產(chǎn)品的性能與可靠性，是國(guó)內(nèi)舉升機(jī)任重道遠(yuǎn)且亟需改進(jìn)的地方。本設(shè)計(jì)采用計(jì)算機(jī)CAD/CAE 對(duì)剪刀式舉升機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品的綜合性能和安全可靠性。計(jì)算機(jī)CAD/CAE技術(shù)是一種嶄新的產(chǎn)品開(kāi)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(kāi)發(fā)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。計(jì)算機(jī)CAD/CAE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)域極廣，如汽車制造業(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)CAD/CAE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。而從我國(guó)目前的情況來(lái)看,計(jì)算機(jī)CAD/CAE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。現(xiàn)今，在我國(guó)利用CAD/CAE技術(shù)對(duì)汽車舉升機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究還尚未見(jiàn)成果發(fā)表。只有將汽車舉升機(jī)的工程實(shí)踐和計(jì)算機(jī)CAD/CAE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)CAD/CAE技術(shù)平臺(tái)，利用當(dāng)前CAD/CAE領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的三維軟件Pro/E、有限元軟件ANSYS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)有限元分析與研究，可以代替剪刀式舉升機(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(kāi)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。該設(shè)計(jì)的研究方法，也可應(yīng)用于汽車舉升機(jī)及其他新產(chǎn)品的研究開(kāi)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，對(duì)于國(guó)內(nèi)舉升機(jī)的發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 舉升機(jī)的發(fā)展歷史汽車舉升機(jī)在世界上已經(jīng)有了將近90年歷史。1925年在美國(guó)生產(chǎn)的第一臺(tái)汽車舉升機(jī)，它是一種由氣動(dòng)控制的單柱舉升機(jī)，由于當(dāng)時(shí)采用的氣壓較低，因而缸體較大；同時(shí)采用皮革進(jìn)行密封，因而壓縮空氣驅(qū)動(dòng)時(shí)的彈跳嚴(yán)重且又不穩(wěn)定。直到10年以后，即1935年這種單柱舉升機(jī)才在美國(guó)以外的其它地方開(kāi)始采用。發(fā)展至今經(jīng)歷了許多的變化改進(jìn)，種類也比較多，一般有柱式、剪式，其驅(qū)動(dòng)方式有鏈條傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)，氣壓傳動(dòng)等。其中剪式舉升機(jī)使用方便，占地空間較小，受到很多實(shí)力雄厚的特約維修站的歡迎，這也是未來(lái)舉升機(jī)的發(fā)展方向。在市場(chǎng)上可以看到的型式各異、尺寸不同的舉升機(jī)中，有一些特別適合于從事特殊類型的維修作業(yè)，也有少數(shù)的舉升機(jī)適合進(jìn)行一些其它的維修作業(yè)。1.2.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況目前，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，國(guó)內(nèi)最早研究剪式舉升機(jī)的是上海寶得寶，1999年開(kāi)始，寶得寶機(jī)型比較笨重，主要的質(zhì)量問(wèn)題集中在油管易爆和平臺(tái)不同步，2000年后質(zhì)量有了改進(jìn)。但由于不是批量，所以價(jià)格偏高。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(kāi)發(fā)等方面都還有很多地方有待改進(jìn)。剪刀式舉升機(jī)是一個(gè)使用較廣的舉升機(jī)，在最近幾年所有新銷售的舉升機(jī)中，至少二分之一都是這種類型的。這種設(shè)計(jì)之所以很流行，有幾方面的原因的：一就是這種舉升機(jī)安裝起來(lái)很快，不需要大范圍的開(kāi)挖，也不需要對(duì)維修廠的整體布局進(jìn)行一些永久性的變動(dòng)。二是功能的多樣性，它適用于大多數(shù)轎車的維修和保養(yǎng)。三是剪式舉升機(jī)使用方便，占地空間較小。四是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，剪式舉升機(jī)較為精密。 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）都適用。1.3研究?jī)?nèi)容及研究方法1.3.1 研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)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，依據(jù)有限元、虛擬裝配技術(shù)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等理論，建立舉升機(jī)Pro/E三維實(shí)體模型，并進(jìn)行虛擬裝配，將關(guān)鍵零部件模型導(dǎo)入ANSYS軟件進(jìn)行有限元分析，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，進(jìn)一步提高舉升機(jī)的穩(wěn)定性及安全性。設(shè)計(jì)中我們研究的主要內(nèi)容如下： （1）子母剪式舉升機(jī)工作原理與結(jié)構(gòu)形式的研究與分析； （2）子母剪式舉升機(jī)二維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 1.3.2 研究方法資料收集及總體方案制定舉升機(jī)工作原理與結(jié)構(gòu)形式分析舉升機(jī)二維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（對(duì)各個(gè)機(jī)構(gòu)零件進(jìn)行強(qiáng)度分析）整機(jī)虛擬裝配撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第2章 剪刀式舉升機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 舉升機(jī)結(jié)構(gòu)確定2.1.1 舉升機(jī)整體結(jié)構(gòu)形式及基本組成此次課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容為子母剪式舉升機(jī)，剪刀式舉升機(jī)的發(fā)展較迅速，種類也很齊全。按照剪刀的大小分為大剪式舉升機(jī)（又叫子母式），還有小剪（單剪）舉升機(jī) ；按照驅(qū)動(dòng)形式又可分為機(jī)械式、液壓式、氣液驅(qū)動(dòng)式；按照安裝形式又可以分為藏地安裝，地面安裝。因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)所要舉升的重量為4.5t以下的轎車 ，所以采用子母剪式液壓驅(qū)動(dòng)舉升機(jī)就完全可以。為了適合大小維修廠，對(duì)地基沒(méi)有過(guò)多要求，地面安裝即可。整體結(jié)構(gòu)形式如圖2.1所示。圖2.1子母剪式舉升機(jī)整體結(jié)構(gòu)形式 子母剪式液壓平板舉升機(jī)由機(jī)架、液壓系統(tǒng)、電氣三部分組成。設(shè)置限位裝置、升程自鎖保護(hù)裝置等以保證舉升機(jī)安全使用，保障維修工人的生命安全。舉升機(jī)由電氣系統(tǒng)控制，由液壓系統(tǒng)輸出液壓油作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)活塞桿伸縮，帶動(dòng)舉升臂上升、下降、鎖止。舉升機(jī)一側(cè)上下端為固定鉸支座，舉升臂由銷連接固定在鉸支座上。另一側(cè)上下端為滑輪滑動(dòng)，舉升臂通過(guò)軸與滑輪連接。舉升機(jī)在工作過(guò)程中，以固定鉸支座一側(cè)為支點(diǎn)，滑輪向內(nèi)或向外滑動(dòng)，使舉升機(jī)上升下降，當(dāng)達(dá)到適當(dāng)?shù)呐e升位置時(shí)，利用液壓缸上的機(jī)械鎖鎖止。子母剪式舉升機(jī)使用方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，適用于大多數(shù)轎車、汽車的檢測(cè)、維修及保養(yǎng)，安全可靠。2.1.2 舉升機(jī)各零部件之間的連接關(guān)系舉升機(jī)的工作是靠液壓缸活塞桿的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)舉升下降的。液壓缸固定在下外側(cè)舉升臂上通過(guò)軸連接，活塞桿作用在上端軸上，軸直接連接兩舉升臂。如圖2.1所示，活塞桿向外伸出時(shí)，帶動(dòng)舉升臂向上運(yùn)動(dòng)。各舉升臂必須相互聯(lián)系，采用螺栓連接，圖中左側(cè)用軸連接，因各鉸接處均有摩擦，所以采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。舉升臂向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)軸帶動(dòng)滑輪滑動(dòng)，舉升臂、軸與滑輪之間需使用鍵進(jìn)行周向固定，力才能相互傳遞，滑輪軸上還放有套筒，并采用鎖止螺釘進(jìn)行軸向固定，軸兩端用彈性擋圈固定，防止臂和滑輪外移；連接螺栓處用止動(dòng)墊圈固定鎖止；固定鉸支座處用銷鏈接，銷通過(guò)鎖止螺釘鎖止；底座通過(guò)地腳螺栓固定于地面上；這樣舉升機(jī)才能正常工作。2.2 確定剪刀式舉升機(jī)的各結(jié)構(gòu)尺寸子母剪式舉升機(jī)主要結(jié)構(gòu)尺寸確定1、子母剪式舉升機(jī)已知的主要技術(shù)參數(shù)如表2.2所示表2.2 主要技術(shù)參數(shù)技術(shù)數(shù)據(jù)數(shù)值單位舉升重量4.5T舉升高度2652000mm提升時(shí)間60S設(shè)上升時(shí)間為1min。實(shí)際升高1.15m，并且舉升機(jī)在各高度工作時(shí)，都能自鎖。2、 舉升機(jī)壓縮到最低位置時(shí)各部分尺寸1）支撐平臺(tái)尺寸大剪舉升平臺(tái)由于車身全部停于平臺(tái)臺(tái)面，所以平臺(tái)尺寸應(yīng)大于汽車軸距，根據(jù)一般轎車軸距為2.6m左右，轎車輪胎直徑一般不超過(guò)700mm，故取3000mm合適，外型高為70mm，實(shí)厚為15mm。 小剪舉升平臺(tái)根據(jù)轎車軸距為2.6m，轎車輪胎直徑一般不超過(guò)700mm，為避免干涉，舉升機(jī)小剪平臺(tái)兩端與輪胎邊緣要有一定距離，取平臺(tái)邊距輪胎邊緣之間距離為150mm，則平臺(tái)外型長(zhǎng)。平臺(tái)寬一般為600mm左右，我們?nèi)∑脚_(tái)寬為Bp=610mm。舉升時(shí)，重量作用在整個(gè)平臺(tái)上，力并不集中，所以平臺(tái)不宜過(guò)厚，增加舉升機(jī)重量，取外型高為50mm，實(shí)厚為10mm，只在四周加工凸臺(tái)邊緣。2）舉升臂尺寸 大剪舉升臂因大剪平臺(tái)長(zhǎng)La=3000mm，固定鉸支座和滑動(dòng)滾輪分別放于平臺(tái)下，降低到最低點(diǎn)時(shí)舉升臂不能超出平臺(tái)邊緣，取支座距平臺(tái)邊緣的距離為150mm。則固定鉸支座與滑動(dòng)滾輪之間距離Lb=3000-150*2=2700mm舉升機(jī)壓縮到最低位置時(shí)，舉升機(jī)高為265mm,(底座到平臺(tái)面的距離)。底座厚為15mm，滾輪直徑D=50mm ，滾輪處軸徑Dz=24mm ，為了避免滾輪直接磨損底座，設(shè)計(jì)時(shí)，加工滾輪滑道，滑道厚為10mm，滑道寬35mm，滑道長(zhǎng)為750mm。上下兩滾輪之間的距離為Hd=300-15*2-10-50*2=160mm根據(jù)勾股定理求舉升臂長(zhǎng)L ,求得L=2705mm，設(shè)舉升臂寬110mm，厚為20mm。小剪舉升臂因?yàn)樾〖羝脚_(tái)La=1600mm，固定鉸支座和滑動(dòng)滾輪分別放于平臺(tái)下，大剪平臺(tái)內(nèi)，降至最低點(diǎn)時(shí)，內(nèi)嵌于大剪平臺(tái)內(nèi)，固定鉸支座和滑動(dòng)滾輪要與平臺(tái)有一定的距離，取支座距平臺(tái)邊緣的距離為150mm。則固定鉸支座與滑動(dòng)滾輪之間距離。舉升機(jī)壓縮到最低位置時(shí)，舉升機(jī)高度為300mm,底座厚10mm，滾輪直徑D=30mm，設(shè)計(jì)時(shí)，加工滾輪滑道，滑道厚為2mm，滑道寬35mm，滑道長(zhǎng)為750mm。上下兩滾輪之間的距離為Hd=300-10x2-17x2=246mm,根據(jù)勾股定理求舉升臂長(zhǎng)L ,求得L=1306mm，設(shè)臂寬90mm，厚為15mm。3、舉升機(jī)升高到2.0m時(shí)尺寸變化舉升機(jī)向上舉升時(shí)，滑輪向內(nèi)側(cè)滾動(dòng)，液壓系統(tǒng)向上伸縮，固定鉸支座和滑動(dòng)鉸支座之間距離縮短，平臺(tái)與底座之間距離越來(lái)越大。舉升機(jī)升高到2.0m時(shí)，大剪舉升機(jī)升高1300mm，大剪舉升機(jī)上下兩滑輪之間的距離為Hg=1300-15*2-50*2-10=1160mm 因舉升臂長(zhǎng)L=2705mm，固定鉸接處與滑輪之間的距離為L(zhǎng)b,由勾股定理得Lb=2444mm。 因?yàn)槲覀兊呐e升臂寬為110mm，所以連接處螺栓軸徑適當(dāng)取Ds=30mm，滑動(dòng)滾輪處軸徑取Dz=15mm，滑輪總寬為30mm，與滑道實(shí)際接觸尺寸為25mm，另外5mm為階梯凸臺(tái),直接與舉升臂接觸，減小摩擦。2.3 舉升機(jī)在地面上安裝尺寸考慮到維修廠的地面情況，剪刀式舉升機(jī)平放于地面就可以，采用地腳螺栓固定，舉升機(jī)兩端各焊接一三角臺(tái)，便于汽車上升。根據(jù)轎車寬為1.75m，前后輪距平均為1.5m，左右兩輪臺(tái)內(nèi)側(cè)邊緣之間的距離為800mm，舉升機(jī)之間要有一定的距離供維修工人走動(dòng)，為了滿足以上尺寸要求，舉升機(jī)平臺(tái)之間的距離取900 mm ,平臺(tái)長(zhǎng)1600mm ，舉升機(jī)左右結(jié)構(gòu)完全相同，設(shè)備控制箱可以左右互換。如果舉升機(jī)平臺(tái)直接與汽車底盤接觸，對(duì)汽車底盤磨損嚴(yán)重,所以平臺(tái)上端放硬質(zhì)橡膠，硬質(zhì)橡膠塊距邊緣為20mm,則硬質(zhì)橡膠長(zhǎng)Lj=510mm， 寬Bj=150mm。舉升機(jī)在地面安裝情況如圖2.5所示。 圖2.5 舉升機(jī)占地情況及安裝示意圖2.4 電機(jī)的選用子母剪式舉升機(jī)舉升重量4.5t，舉升機(jī)自身及其附件的重量再加上一部分的余量為0.7t，所以取 W=5.2t 。舉升平臺(tái)上方放有汽車時(shí)，設(shè)計(jì)上升速度為 Vw = （2.1）S=2000-265=1735 (mm) 由公式（2.1）得 Vw=1.7-/60=0.0283m/s=1.70m/min 載車板上升功率: Pw= FwVw /60 （2.2）Fw=mg （2.3）其中m=4.2t，g=10N/kg 由公式（3.3）Fw =4.210 =42KNVw取1.70 m/min由公式（2.2）得 Pw= 421.70/60=1.190（KW）2.5 剪刀式舉升機(jī)各部件重量 查工程材料手冊(cè)所知，舉升、起重機(jī)械的板形材料多用Q275鋼。Q275鋼的材料性能如下： 表2.3 Q275鋼材料性能彈性模量泊松比抗拉強(qiáng)度密度200-220/GPa0.3490610/MPa7.85g/cm3質(zhì)量基本計(jì)算公式9： （2.4）式中： W（kg）表示鋼的理論質(zhì)量 F（mm2）型鋼截面積 L（m）鋼材的長(zhǎng)度 （g/cm3）所用材料鋼的密度 1、平臺(tái)的質(zhì)量Wp=7.85*3.0*15*550/1000=194Kg因平臺(tái)加工有較薄的邊緣，所以計(jì)算時(shí)數(shù)據(jù)較多，取1.5倍余量，則實(shí)際質(zhì)量Wp=194*1.5=290kg。 2、舉升臂的質(zhì)量Wb=7.85*2.7*110*20/1000=51.81kg在實(shí)際運(yùn)用中，連接處都加工有加強(qiáng)肋，連接處還攜帶一些附件所以取舉升臂質(zhì)量為51.81kg。左側(cè)和右側(cè)舉升機(jī)完全相同，每側(cè)共有四個(gè)舉升臂，則舉升臂重量和為 Wbz=51.81*4=207.24Kg，取整Wbz=210Kg 3、底座重量在實(shí)圖中舉升機(jī)底座并非實(shí)體，但為了計(jì)算方便，我們按實(shí)體計(jì)算，則 Wd=7.85*3*15*550/1000=194.29kg，我們?nèi)〉鬃亓繛閃d=195kg。舉升機(jī)總重Wz=2* (Wp+Wb+Wd)=1390kg。整理前面計(jì)算的數(shù)據(jù)如表2.4表2.4 剪刀式舉升機(jī)主要技術(shù)參數(shù)舉升重量4500kg舉升高度2652000mm實(shí)際上升高度1735mm總寬2250mm總長(zhǎng)5548mm平臺(tái)長(zhǎng)/寬4800/610mm舉升臂長(zhǎng)2705mm平臺(tái)間寬1030mm上升時(shí)間60s下降時(shí)間40s電機(jī)功率1.19KW電源380V/50Hz額定油壓18MPa整機(jī)重量1390kg滑輪移動(dòng)距離260mm2.6 本章小結(jié)本章主要將剪刀式舉升機(jī)的外型尺寸，各部分結(jié)構(gòu)尺寸，各結(jié)構(gòu)的安裝位置確定出來(lái)，為后續(xù)的設(shè)計(jì)工作做好準(zhǔn)備。在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們參考了廣力牌GL3.0/A小剪式舉升機(jī)，上海繁寶剪式舉升機(jī)， Jumbo Lift NT 剪式舉升平臺(tái)的設(shè)計(jì)，并根據(jù)現(xiàn)今社會(huì)上使用普遍的轎車種類的車身結(jié)構(gòu)尺寸，確定了我所設(shè)計(jì)的剪刀式舉升機(jī)的組成結(jié)構(gòu)，包括控制機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，還有所需的零部件。本章還敘述了剪刀式舉升機(jī)是如何運(yùn)動(dòng)的，實(shí)現(xiàn)舉升，將車舉到我們希望的高度。第3章 剪式舉升機(jī)機(jī)構(gòu)建模3.1 剪刀式舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)模型剪刀式舉升機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、承載量大、通過(guò)性強(qiáng)和操控性好的特點(diǎn),因此在現(xiàn)代物流、航空裝卸、大型設(shè)備的制造與維護(hù)中得到廣泛應(yīng)用。剪刀式舉升機(jī)構(gòu)作為舉升平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組成部分,其力學(xué)特性對(duì)平臺(tái)性能產(chǎn)生直接影響。對(duì)于剪刀式舉升機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō),影響其力學(xué)性能的關(guān)鍵因素是舉升油缸的安裝位置。計(jì)算、分析剪刀式起升機(jī)構(gòu)的傳統(tǒng)方法通常為手工試算或整體有限元分析方法。但手工試算法精度不高,效率低;整體有限元分析法較適用于后期的驗(yàn)算分析,但在設(shè)計(jì)分析初期,存在建模困難和較難快速調(diào)整模型參數(shù)的問(wèn)題。在建立力學(xué)模型時(shí)，我們利用MATLAB 軟件所具有的強(qiáng)大矩陣計(jì)算功能,對(duì)影響剪刀式起升機(jī)構(gòu)力學(xué)特性的關(guān)鍵參數(shù)展開(kāi)研究,從而得到剪刀式舉升機(jī)構(gòu)的力學(xué)模型5。3.1.1 舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)模型建立與分析舉升機(jī)之所以斜置，是因?yàn)榕e升機(jī)右側(cè)為固定鉸支座，左側(cè)為滑動(dòng)鉸支座，平臺(tái)上放有荷載，舉升機(jī)上升過(guò)程中，荷載重心相對(duì)前移，在高空中容易前翻，對(duì)工作人員十分危險(xiǎn)，斜置安裝可以抵制荷載前翻的情況。 為計(jì)算剪刀式舉升機(jī)構(gòu)內(nèi)每個(gè)支架鉸接點(diǎn)的內(nèi)力和油缸推力,以研究該機(jī)構(gòu)各內(nèi)力、油缸推力與角之間的關(guān)系,并找出其最惡劣工況,我們將該機(jī)構(gòu)拆分為4個(gè)獨(dú)立的隔離體,分別對(duì)應(yīng)該機(jī)構(gòu)從上到下的各段剪叉桿5,如圖3.4所示。 圖 3.4 各剪桿受力分析圖3.1.2計(jì)算液壓缸的推力1、 舉升機(jī)升高到2m時(shí)液壓缸的推力舉升機(jī)升高到2m時(shí)，tan=得=46.675o由式（3.1）得舉升機(jī)的重心不變 F3和F4之間的距離為1103mm ，由式（3.2）和（3.3）求得F3 =11.705KN，則F4=4.45KN。將f=500mm 、d=250mm、=46.675o、F= F3 =11.7509KN代入式（3.4）中，我們得到P=136.643KN。2、舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)液壓缸的推力根據(jù)圖（3.3）所示的舉升機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸，可求出角度 , tan= 再根據(jù)式（3.1）， 解得將=5.49、=16.22、L=1306mm、f=500mm 、d=250mm代入到式（3.4）中，解得液壓缸的最大推力為 P=324.08 KN。由前面分析可知，舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)，此時(shí)液壓缸的推力是整個(gè)舉升過(guò)程中所需推力最大值，選擇液壓系統(tǒng)時(shí)根據(jù)推力最大值確定。3.2 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)備將汽車舉升到一定的高度，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、變速器等進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和維修功能。隨著我國(guó)私家車保有量越來(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滑輪沿滑道滾動(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。 3.2.1 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。 tan=因很小，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=9.5KN2、 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-K5F3*1350+K2*80=K1*1350 解得 K2=16.9*K5-160.6K2+K6=0 K5=K5K1+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。 3.2.2 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2.0m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。上下兩滑輪之間的距離為1160mm。舉升臂與水平方向夾角為=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=13.5F3*1350+F5*1350=K6*580 K1=13.5-K5F3*1350+K2*580=K1*1350 解得 K2=2.3 *K5-31.4K2+K6=0 K5=K5K1+K5=F3 K6=31.4-2.3*K5 因舉升到2.0m時(shí)，舉升臂與水平方向夾角為=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=-34.13.2.3 剪刀式舉升機(jī)構(gòu)主要受力桿件強(qiáng)度校核計(jì)算1、位于上端的滑輪軸的強(qiáng)度校核滑輪軸通過(guò)滑輪與平臺(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?；瑒?dòng)輪外側(cè)與舉升臂接觸。舉升機(jī)最低點(diǎn)時(shí)，對(duì)于滑輪軸而言，與舉升臂接觸處，相當(dāng)于固定支點(diǎn)，即被約束。圖3.9是滑輪軸的受力圖、剪力圖、彎矩圖。由圖可知，滑輪軸只受豎直方向力，沒(méi)有水平方向的力，所以滑輪軸不發(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，稱為純彎曲。所以長(zhǎng)度為405mm的線段內(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，上滑輪軸在舉升機(jī)升高到2.0m時(shí)，受力最大，F(xiàn)3=13.5，所以我們只校核舉升機(jī)升到2.0m時(shí)的滑輪軸強(qiáng)度即能說(shuō)明軸的強(qiáng)度是否合格。圖3.9 滑輪軸的剪力圖與彎矩圖 對(duì)滑輪軸進(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位于下端的滑輪軸的強(qiáng)度校核最下端軸的校核和最上端軸的校核方法一樣，下端滑輪軸最低點(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 下滑輪軸的剪力圖與彎矩 下滑輪軸的材料也是45鋼，抗拉強(qiáng)度。下滑輪軸受的力為：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 )下滑輪軸的強(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，沿舉升臂軸線方向和垂直軸線方向。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=200220GPa ，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：（=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。3.2.4 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滿足強(qiáng)度要求。（2）舉升到2.0m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)算滿足強(qiáng)度要求（2）舉升到2.0m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)算滿足強(qiáng)度要求。3、5處螺栓受的剪切力如圖3.17所示圖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)算滿足強(qiáng)度要求（2）舉升到2.0m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。3.3 結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施由前面的力學(xué)模型中，我們能夠看到，舉升臂鉸接孔處都受水平和豎直方向的力，這些力將對(duì)舉升臂的強(qiáng)度造成嚴(yán)重影響。因舉升臂無(wú)論是在最低位置還是在最高位置，都與水平方向成一定角度。分析時(shí)，我們沿舉升臂軸線方向和垂直舉升臂軸線方向進(jìn)行力的分解，垂直舉升臂軸線方向的力使舉升臂產(chǎn)生彎矩變形（正應(yīng)力）沿舉升臂軸線方向的力使舉升臂產(chǎn)生拉伸或壓縮變形（拉或壓）。兩種應(yīng)力變形使舉升臂的彎曲強(qiáng)度受到嚴(yán)重影響。通過(guò)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施提高舉升臂的彎曲強(qiáng)度。經(jīng)前面的計(jì)算可知，舉升臂鉸接點(diǎn)處彎曲強(qiáng)度較集中，磨損嚴(yán)重，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。（1）可以在載荷作用點(diǎn)處，加一厚度為3mm的青銅襯套，套在鉸接軸上，可有效地減小最大彎矩值，提高鉸接點(diǎn)的強(qiáng)度，減小摩擦； （2）在鉸接孔處加工凸臺(tái)，使舉升臂厚度加厚，增大舉升臂的橫截面積，減小舉升臂壓縮變形或拉伸變形。提高彎曲強(qiáng)度；（3）液壓缸作用處不直接作用到舉升臂上，中間通過(guò)焊接加強(qiáng)肋進(jìn)行補(bǔ)償。液壓缸下端固定處軸上放有套筒，這樣可以減小軸的磨損；（4）放置軸處的舉升臂加工凸臺(tái)，加厚舉升臂尺寸，增大承載面積，并加工加強(qiáng)肋3.4 本章小結(jié)通過(guò)分析剪刀式舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),建立剪刀舉升機(jī)機(jī)構(gòu)的力學(xué)模型,并通過(guò)該模型對(duì)決定起升油缸最大推力的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行研究,得到合理的結(jié)果。本章還通過(guò)對(duì)各舉升臂、主受力軸的受力分析與強(qiáng)度計(jì)算，來(lái)校核設(shè)計(jì)內(nèi)容是否合理。并提出一些加強(qiáng)措施，使結(jié)構(gòu)強(qiáng)度剛度充分滿足條件。以上的計(jì)算與分析對(duì)提高剪刀式舉升機(jī)系列化設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量有明顯的效果。 第4章 液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的選擇4.1液壓系統(tǒng)4.1.1 液壓系統(tǒng)組成液壓系統(tǒng)是舉升機(jī)的動(dòng)力裝置。它具有傳遞動(dòng)力大、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)。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。1、液壓發(fā)生機(jī)構(gòu)液壓泵它是由液壓系統(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4.2所示。2、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)液壓缸液壓缸主要有缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置8。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。此剪式舉升機(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。液壓發(fā)生裝置泵液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)缸活塞液壓控制裝置方向閥壓力閥 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。（1）單向閥單向閥是用以防止液流倒流的元件。按控制方式不同，單向閥可分為普通單向閥和液控單向閥兩類。普通單向閥又稱止回閥，其作用是使液體只能向一個(gè)方向流動(dòng)，反向截止。液控單向閥又稱單向閉鎖閥，其作用是使液流有控制的單向流動(dòng)。液控單向閥分為普通型和卸荷型兩類。液控單向閥的主要以下兩種作用。1）保壓作用當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)完成工件的壓制任務(wù)后，液壓缸上腔仍需保持一定的高壓，此時(shí)，液控單向閥靠其良好的單向密封性短時(shí)保持缸上腔的壓力。2）支撐作用當(dāng)活塞以及所驅(qū)動(dòng)的部件向上抬起并停留時(shí)，由于重力作用，液壓缸下腔承受了因重力形成的油壓，使活塞有下降的趨勢(shì)。此時(shí)，在油路串一液控單向閥，以防止液壓缸下腔回流，使液壓缸保持在停留位置，支撐重物不致于落下。（2）溢流閥溢流閥是節(jié)流閥與溢流閥并聯(lián)而成的組合閥，它能補(bǔ)償因負(fù)載變化而引起的流量變化。使用溢流閥的系統(tǒng)效率較高。因?yàn)椴捎靡缌鏖y的系統(tǒng)，泵的供油壓力隨負(fù)載的增大而增加，能量損失小，系統(tǒng)發(fā)熱少。（3）節(jié)流閥流量控制閥是通過(guò)改變節(jié)流口面積的大小，改變通過(guò)閥流量的閥。在液壓系統(tǒng)中，流量閥的作用是對(duì)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行控制。常見(jiàn)的流量控制閥有節(jié)流閥、調(diào)速閥、溢流閥等。溢流閥是結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單的流量閥，常與其它形式的閥相結(jié)合，形成單向節(jié)流閥或行程節(jié)流閥。4、輔助裝置管道、油箱、過(guò)濾器及控制儀表（1）液壓管道液壓管道是連接液壓泵和液壓動(dòng)力機(jī)的通道，它們對(duì)液壓機(jī)械的使用性能有很大的影響，在工藝安裝過(guò)程上，除了進(jìn)行細(xì)致的檢查外，對(duì)管道布局必須平行垂直正齊。對(duì)液壓系統(tǒng)中的任何一段管道或管件要求都能自由拆裝，也必須按照其工藝過(guò)程和技術(shù)要求進(jìn)行。關(guān)于壓力控制回路和速度控制回路，是由液壓元件所組成，可起到完成運(yùn)動(dòng)速度調(diào)節(jié)壓力等特定作用。任何一種液壓機(jī)械，不論其結(jié)構(gòu)怎樣復(fù)雜，它都是由基本回路構(gòu)成的液壓系統(tǒng)，只要熟悉和掌握這些基本回路，才能正確的使用和分析事故及故障發(fā)生的原因。 關(guān)于液壓油的選擇，一般液壓傳動(dòng)系統(tǒng)都是選用普通液壓油。常用的是20#機(jī)油，當(dāng)氣溫低于-15oC時(shí)，應(yīng)采用25#變壓油或有條件的可選用14#稠化液壓油。（2）濾油器在液壓系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)內(nèi)的形成或系統(tǒng)外的侵入，液壓油中難免會(huì)存在這樣或那樣的污染物，這些污染物的顆粒不僅會(huì)加速液壓元件的磨損，而且會(huì)堵塞閥件的小孔，卡住閥芯，劃傷密封件，使液壓閥失靈，系統(tǒng)產(chǎn)生故障。因此，必須對(duì)液壓油中的雜質(zhì)和污染物的顆粒進(jìn)行清理。目前，控制液壓油清潔程度的最有效方法就是采用過(guò)濾器。過(guò)濾器的主要功用就是對(duì)液壓油進(jìn)行過(guò)濾，控制油的潔凈程度。（3）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。4.2 液壓系統(tǒng)的選擇4.2.1 汽車舉升機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求汽車舉升機(jī)液壓系統(tǒng)，除要求能在一定的范圍內(nèi)從汽車兩側(cè)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)。以便不同身高的工人，在維修不同位置時(shí)可以任意調(diào)整高度，最方便的進(jìn)行維修。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，一但液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，舉升機(jī)舉升臂在汽車重力的作用下會(huì)迅速下滑，可能會(huì)對(duì)車下維修工人的生命安全造成威脅，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)械鎖裝置。機(jī)械鎖由分別安裝在舉升油缸外側(cè)和活塞桿頂部與舉升臂相聯(lián)的銷軸上的兩根鋸齒形齒條組成。安裝在油缸外側(cè)的齒條固定不動(dòng)，而安裝在銷軸上的齒條則隨活塞桿上下移動(dòng)，并且能繞銷軸做一定角度的擺動(dòng)，已實(shí)現(xiàn)兩根齒條的分離和嚙合。當(dāng)舉升臂處于定位狀態(tài)或液壓系統(tǒng)出現(xiàn)障礙、油壓低于一定數(shù)值時(shí)，動(dòng)齒條就會(huì)在自身重力和彈簧力的作用下與靜齒條嚙合，機(jī)械鎖鎖死，使舉升臂不會(huì)下滑，這樣就確保維修工人和汽車不會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)。4.2.2液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要保證汽車被水平舉起而不發(fā)生側(cè)偏，兩側(cè)舉升機(jī)上升過(guò)程中必須始終保持同一高度，活塞的運(yùn)行速度必須時(shí)刻保持相等。舉升機(jī)液壓回路必須同步。 舉升機(jī)的液壓回路如圖4.2所示，主要有兩部分組成：機(jī)械鎖回路、升降回路16。圖4.2 汽車舉升機(jī)液壓控制回路1.左機(jī)械鎖液壓缸 2.右機(jī)械鎖液壓缸3. 兩位三通電磁閥4.液壓泵 5.溢流閥6.三位四通電磁閥 7.普通調(diào)速閥 8.比例調(diào)速閥 9. .左升降缸 10.右升降缸1、機(jī)械鎖回路機(jī)械鎖回路由油缸1、油缸2和兩位三通電磁閥3組成。當(dāng)電磁閥YA1得電時(shí)，兩位三通電磁閥3左位工作，壓力油進(jìn)入液壓缸1、2下腔，驅(qū)動(dòng)活塞向上移動(dòng)，將機(jī)械鎖打開(kāi)，此時(shí)舉升臂可自由上升或下降。當(dāng)YA1失電時(shí)，兩位三通閥處于右位工作時(shí)，油缸下腔與郵箱直接相通，腔內(nèi)油壓為零時(shí)，油缸活塞在缸內(nèi)彈簧和機(jī)械鎖動(dòng)齒條自重的作用下收回，機(jī)械鎖閉合，舉升臂被鎖住，不能移動(dòng)。此時(shí)工人可以進(jìn)行各種維修工作。2 、升降回路升降回路由三位四通閥6、普通調(diào)速閥7、比例調(diào)速閥8、左升降液壓缸9、右升降液壓缸10組成。當(dāng)三位四通閥6的YA2得電時(shí)，YA3失電時(shí)，油液上升，通過(guò)調(diào)速閥到達(dá)缸9、10。當(dāng)YA2失電時(shí)，YA3得電時(shí)，兩油缸下降。汽車舉升機(jī)液壓控制回路是用電液比例調(diào)速閥控制的同步回路，回路中使用了一個(gè)普通調(diào)速閥7和一個(gè)比例調(diào)速閥8.它們裝在由多個(gè)單向閥組成的橋式回路中，并分別控制著液壓缸9、10的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)兩個(gè)活塞出現(xiàn)位置誤差時(shí)，檢測(cè)裝置就會(huì)發(fā)出信號(hào)，調(diào)節(jié)比例調(diào)速閥的開(kāi)度，使液壓缸10的活塞跟上液壓缸9的運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)同步。這種回路的同步精度較高位置精度可達(dá)0.5mm，費(fèi)用低，系統(tǒng)對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。下面是剪刀式舉升機(jī)液壓控制回路進(jìn)行總結(jié)后的工作行程表4.1。表4.1 工作行程表電磁鐵舉升機(jī)上升舉升機(jī)下降YA1+YA2+-YA3-+剪刀式液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞，將直接影響舉升的性能和效率。剪刀式舉升機(jī)液壓系統(tǒng)主要是舉升液壓系統(tǒng)。本次剪刀式舉升機(jī)的設(shè)計(jì)主要偏重于機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與ANSYS分析，而其液壓系統(tǒng)所采用的液壓泵、液壓缸、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 液壓缸的計(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?，其缸體長(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25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。4.3.1 液壓缸的安裝位置由第三章對(duì)舉升機(jī)力學(xué)結(jié)構(gòu)模型的分析與建立，我們已經(jīng)大致確定出液壓缸的安裝位置。d為液壓缸下安裝點(diǎn)與舉升臂中心銷孔距離(平行于舉升臂) , f為上安裝點(diǎn)與舉升臂端銷孔的距離, d= 250mm, f = 500mm。舉升臂與水平面的夾角為，液壓缸與水平方向之間的夾角為 由tan=舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)，舉升重量均勻分布在平臺(tái)上。但當(dāng)舉升機(jī)開(kāi)始工作向上舉升時(shí)，左側(cè)滑輪向內(nèi)側(cè)移動(dòng)，上升過(guò)程舉中舉升重量不變，但相對(duì)舉升機(jī)向上作用力方向，舉升重物的質(zhì)心前移，舉升機(jī)向前傾，為防止發(fā)生前翻狀況，液壓缸活塞桿端作用在滑動(dòng)輪一側(cè)的上方舉升臂上。4.3.2 舉升機(jī)液壓缸推力及行程的確定由前面的計(jì)算可知，液壓缸所需的最大的推力為 P=324.08KN。液壓缸行程的確定 ：我們所設(shè)計(jì)的舉升機(jī)從最低位置300mm升高到2000mm，實(shí)際上升行程為1700mm。因舉升機(jī)活塞桿與水平方向夾角與有如下關(guān)系：，當(dāng)舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)液壓缸的長(zhǎng)度。當(dāng)舉升機(jī)達(dá)到1500mm時(shí)， tan= 經(jīng)計(jì)算得液壓缸總長(zhǎng)度為 ，則液壓缸活塞桿伸長(zhǎng)量為560mm，取600mm。（Hg=1900mm f=500mm d=170mm L=1306mm Lb=896mm） 4.3.3 液壓缸的選型根據(jù)上述計(jì)算的液壓缸安裝距Sc和液壓缸所需的最大推力P=324.08KN，查閱資料9舉升機(jī)構(gòu)液壓缸選用雙作用單級(jí)活塞桿缸HSG-L-180/901450-E2831-600-455。這種工程用液壓缸主要用于各種工程機(jī)械、起重機(jī)械及礦山機(jī)械等的液壓傳動(dòng)。4.4 液壓泵的計(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1635MPa），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，重型舉升機(jī)構(gòu)常采用柱塞泵。4.4.1 液壓泵工作壓力的計(jì)算 （4.1）液壓泵的最大工作壓力 （N/m2）；1液壓缸的最大工作壓力，（Mpa）； Mpa （4.2）式中： 油缸最大作用力，（N）；油缸橫截面積，（m2）。由式（4.2）解得 MPa為液壓泵的出油口到缸進(jìn)油口處的壓力損失。用調(diào)速閥及管路復(fù)雜的系統(tǒng)這里取,則=13.741.5mPa。4.4.2 液壓泵功率的計(jì)算當(dāng)忽略輸送管路及液壓缸中的能量損失時(shí)，液壓泵的輸出功率應(yīng)等于液壓缸的輸入功率又等于液壓缸的輸出功率。但在實(shí)際工作中，機(jī)械損失和能量損失是不可避免的，在計(jì)算中，我們必須要考慮。液壓泵的輸出功率為： （4.3） 式中： 0 液壓泵的輸出功率（W） Pg液壓缸的輸出功率 (W) V液壓缸勻速伸長(zhǎng)的速度 (m/s)液壓泵輸出到液壓缸的端的機(jī)械損失，取0.75液壓缸中及管路能量損失，取0.7舉升時(shí)間，(s)，取t=60s；由式（4.3）得 =6.17kW液壓泵的輸入功率 （4.4）P液壓泵的輸入功率液壓泵的總效率 因我們所設(shè)計(jì)的舉升機(jī)屬于中輕型舉升機(jī)，選擇齒輪泵即可。齒輪泵的總效率一般為0.60.7，這里取0.65