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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計
摘 要
本文通過對我國汽車舉升機(jī)現(xiàn)狀的調(diào)查、研究、分析，參考國內(nèi)外解決舉升機(jī)安全與穩(wěn)定性問題的解決措施，對幾種舉升機(jī)進(jìn)行了分析，并結(jié)合我國舉升機(jī)存在的實(shí)際情況，提出了適合我國汽車修理行業(yè)的雙柱式汽車舉升機(jī)設(shè)計方案。
本文首先闡述了雙柱式汽車舉升機(jī)設(shè)計的目的和意義、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3.2t的雙柱式汽車舉升機(jī)總體設(shè)計方案，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，并對機(jī)械部分進(jìn)行了運(yùn)動分析以及強(qiáng)度和剛度的校核計算，對液壓系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計和計算。本課題基于計算機(jī)仿真平臺，應(yīng)用當(dāng)前CAD/CAE領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛的二維軟件AutoCAD、三維軟件Pro/E、有限元軟件ANSYS，進(jìn)行汽車舉升機(jī)二維圖紙?jiān)O(shè)計、三維實(shí)體建模、舉升機(jī)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及動態(tài)特性等方面的計算機(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)，為我國汽車舉升機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計、技術(shù)開發(fā)方面提供更多的理論參考，進(jìn)一步提高國產(chǎn)汽車舉升機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性，提高產(chǎn)品的市場競爭力。
關(guān)鍵詞：雙柱式舉升機(jī)；CAE技術(shù)；三維設(shè)計；計算機(jī)仿真；Pro/E；有限元
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, two-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 3.2t 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, 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: Two -post Type Lift; Virtual Prototyping Technology; Three-dimensional Design；Finite Element；Dynamic Simulation
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計
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 研究內(nèi)容和研究方法………………………………………………………………3
1.4.1 研究內(nèi)容……………………………………………………………………3
1.4.2 研究方法……………………………………………………………………3
第2章 雙柱式汽車舉升機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………5
2.1 雙柱式舉升機(jī)概述…………………………………………………………………5
2.1.1 常用汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)類型………………………………………………5
2.1.2 汽車舉升機(jī)的主要參數(shù)……………………………………………………5
2.2 汽車舉升機(jī)的主要結(jié)構(gòu)與要求……………………………………………………5
2.2.1 舉升裝置的要求……………………………………………………………6
2.3 雙柱式汽車舉升機(jī)結(jié)構(gòu)方案的確定………………………………………………6
2.4 舉升裝置……………………………………………………………………………7
2.5 立柱…………………………………………………………………………………9
2.6 支撐機(jī)構(gòu)……………………………………………………………………………9
2.7 平衡機(jī)構(gòu)…………………………………………………………………………10
2.8 保險機(jī)構(gòu)…………………………………………………………………………10
2.9 本章小結(jié)…………………………………………………………………………11
第3章 雙柱式汽車舉升機(jī)校核計算………………………………………………12
3.1 雙柱式舉升機(jī)立柱的結(jié)構(gòu)分析和驗(yàn)算…………………………………………12
3.1.1 立柱的截面特性分析與計算……………………………………………12
3.1.2 主立柱的強(qiáng)度分析與驗(yàn)算……………………………………………………14
3.1.3 主立柱的剛度計算………………………………………………………19
3.2 托臂部分的強(qiáng)度校核……………………………………………………………20
3.2.1 托臂部分截面特性………………………………………………………20
3.2.2 托臂部分強(qiáng)度核算………………………………………………………20
3.2.3 從托臂處考慮撓度情況…………………………………………………23
3.3 鋼絲繩的選用……………………………………………………………………24
3.3.1 鋼絲繩用途………………………………………………………………24
3.3.2 鋼絲繩材料………………………………………………………………24
3.3.3 鋼絲繩直徑的確定………………………………………………………26
3.4 本章小結(jié)…………………………………………………………………………27
第4章 雙柱式舉升機(jī)液壓控制系統(tǒng)設(shè)計…………………………………………28
4.1雙柱式舉升機(jī)液壓控制系統(tǒng)工作原理……………………………………………28
4.2 液壓系統(tǒng)組成……………………………………………………………………28
4.2.1 液壓系統(tǒng)組成……………………………………………………………28
4.2.2 油箱………………………………………………………………………29
4.3 油缸的計算與選型………………………………………………………………29
4.4 油泵的計算與選型………………………………………………………………30
4.4.1 油泵工作壓力的計算……………………………………………………30
4.4.2 油泵理論流量的計算……………………………………………………30
4.4.3 油泵排量的計算…………………………………………………………31
4.4.4 油泵功率的計算…………………………………………………………31
4.4.5 油泵的選型………………………………………………………………31
4.5 郵箱與油管的計算與選型………………………………………………………32
4.5.1 油箱容積V的計算…………………………………………………………32
4.5.2 油管內(nèi)徑d的計算…………………………………………………………32
4.6 電氣系統(tǒng)組成……………………………………………………………………32
4.6.1 電氣元件…………………………………………………………………33
4.7 電氣系統(tǒng)控制……………………………………………………………………34
4.7.1 上升電路…………………………………………………………………34
4.7.2 停止電路…………………………………………………………………35
4.8 雙柱式汽車舉升機(jī)電機(jī)的選用…………………………………………………35
4.8.1 電機(jī)類型的選擇…………………………………………………………35
4.8.2 絕緣等級…………………………………………………………………35
4.8.3 功率………………………………………………………………………36
4.8.4 電動機(jī)的選擇與驗(yàn)算……………………………………………………36
4.9 液壓缸活塞桿受壓校核…………………………………………………………37
4.9.1 液壓缸活塞桿強(qiáng)度驗(yàn)算…………………………………………………37
4.9.2 液壓缸活塞桿受壓穩(wěn)定性校核…………………………………………38
4.10 本章小結(jié)…………………………………………………………………………39
第5章 雙柱式舉升機(jī)主要零件建模及有限元分析……………………………40
5.1 Pro/E軟件簡介……………………………………………………………………40
5.2 三維建?！?1
5.3 主要零部件有限元分析…………………………………………………………43
5.4 本章小結(jié)…………………………………………………………………………50
結(jié)論………………………………………………………………………………………51
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………52
致謝………………………………………………………………………………………53
附錄………………………………………………………………………………………56
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計
第1章 緒 論
1.1 選題背景、研究目的和意義
近年來，我國汽車業(yè)蓬勃發(fā)展,尤其是轎車行業(yè)，多年來轎車進(jìn)入普通家庭的夢想已經(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，后果不堪設(shè)想。因此，對汽車舉升機(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)過對失效的舉升機(jī)進(jìn)行檢測分析發(fā)現(xiàn),這些事故的主要原因往往是設(shè)計上存在著缺陷。因此，如何提高汽車舉升機(jī)設(shè)計上的穩(wěn)定性及可靠性是擺在我們面前的一個重要研究課題。
計算機(jī)仿真技術(shù)是一種嶄新的產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)，是國際上20世紀(jì)80年代隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展的一項(xiàng)計算機(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)動特性，輔助修改設(shè)計方案。本課題研究利用計算機(jī)仿真技術(shù)，對汽車舉升機(jī)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、可靠性及動態(tài)特性等方面進(jìn)行研究與分析，修正設(shè)計上存在的缺陷，不僅可以為汽車舉升機(jī)的設(shè)計制造提供重要的理論依據(jù)，而且對于提高舉升機(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)計精度和效率，與此同時該方法還可以被同類產(chǎn)品所應(yīng)用與借鑒，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。
1.2 國內(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)也迎來巨大的市場需求。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，后果不堪設(shè)想。我國生產(chǎn)的舉升機(jī)性能還不算穩(wěn)定。舉升時存在保險不可靠、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)定性是我國舉升機(jī)行業(yè)迫切解決的問題。而本課題研究運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)對車輛舉升設(shè)備的虛擬設(shè)計，在產(chǎn)品制造之前運(yùn)用ANSYS軟件進(jìn)行仿真研究，可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計缺陷，完善設(shè)計方案，縮短開發(fā)周期，提高設(shè)計質(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，無論是維修多種車型的綜合類修理廠，還是經(jīng)營范圍單一的街邊店（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)營管理者重視的設(shè)備。目前，發(fā)達(dá)國家（如美國）生產(chǎn)的汽車舉升機(jī)質(zhì)量較好、性能較穩(wěn)定、設(shè)備操作簡單，在經(jīng)銷商中口碑良好。我國的汽車舉升機(jī)是20世紀(jì)90年代依據(jù)國外的產(chǎn)品技術(shù)生產(chǎn)的，到現(xiàn)在舉升機(jī)市場已經(jīng)擁有近百個中外品牌，產(chǎn)品系列成百上千。然而國內(nèi)汽車舉升機(jī)雖然也相對定型，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、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，是國內(nèi)舉升機(jī)任重道遠(yuǎn)且亟需改進(jìn)的地方。
計算機(jī)仿真技術(shù)在一些發(fā)達(dá)國家,如美國、德國、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)、國防工業(yè)、醫(yī)學(xué)及工程咨詢等多方面。目前,計算機(jī)仿真技術(shù)已在我國得到了應(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。但從我國目前的情況來看,計算機(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。我國對于計算機(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。計算機(jī)仿真技術(shù)在工程中的應(yīng)用是通過界面友好、功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的商業(yè)化計算機(jī)軟件來實(shí)現(xiàn)的。目前，在我國還沒有出現(xiàn)利用計算機(jī)仿真技術(shù)對汽車舉升機(jī)進(jìn)行研究，只有將汽車舉升機(jī)的工程實(shí)踐和計算機(jī)仿真技術(shù)結(jié)合起來，才能真正加快汽車舉升機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展歷程，為此，本課題基于計算機(jī)仿真平臺，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，進(jìn)行汽車舉升機(jī)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及動態(tài)特性等方面的計算機(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)，為我國汽車舉升機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計、技術(shù)開發(fā)方面提供更多的理論參考，進(jìn)一步提高國產(chǎn)汽車舉升機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性，提高產(chǎn)品的市場競爭力。
1.3 舉升機(jī)的發(fā)展方向與前景
對汽車維修保養(yǎng)行業(yè)而言，舉升機(jī)一定要安全可靠、維護(hù)簡單，否則在一定程度上會影響工作效率。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)周期長以及工作效率高等優(yōu)點(diǎn)。
國內(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)廠場地狹小、制造設(shè)施落后、監(jiān)控手段單一。
國內(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、液壓動力單元、油缸、保險。在安全保護(hù)裝置上，不能做到在任何時候都能起到作用。在智能化、人性化上涉及較少。
國外舉升機(jī)在結(jié)構(gòu)、選材上比國內(nèi)有優(yōu)勢外，在安全性上有比較明顯的優(yōu)勢。國外舉升機(jī)在鋼絲繩斷裂、油管爆裂、下降過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)計方面越來越智能化和人性化，將會向遙控、電腦控制方向發(fā)展。同時隨著技術(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。
1.4 研究內(nèi)容和研究方法
1.4.1 研究內(nèi)容
主要內(nèi)容如下。
（1）雙柱式汽車舉升機(jī)而為總體結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核；
（2）雙柱式舉升機(jī)Pro/E三維實(shí)體模型，并進(jìn)行虛擬裝配及干涉檢查；
（3）舉升機(jī)關(guān)鍵零件ANSYS有限元分析；
（4）舉升機(jī)液壓控制系統(tǒng)設(shè)計。
1.4.2 研究方法
（1）深入研究雙柱式汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)形式、工作原理及力學(xué)特性，建立雙柱式舉升機(jī)的數(shù)學(xué)模型，合理選取仿真分析的研究平臺；
（2）以三維建模軟件Pro/E為圖形平臺，建立雙柱式汽車舉升機(jī)的三維實(shí)體模型并進(jìn)行虛擬裝配及干涉檢查；
（3）將雙柱式汽車舉升機(jī)三維實(shí)體模型通過專用模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口導(dǎo)入ANSYS，獲得不同壓力場的應(yīng)力、應(yīng)變及位移分布狀況，具體流程如圖1.1所示。
通過上述研究方法，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)計提供理論參考[10]。
轉(zhuǎn)換接口
N
仿真結(jié)論分析
撰寫設(shè)計說明書
是否合理
N
N
是否合理
Y
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)計及校核
ANSYS有限元分析
Pro/E三維實(shí)體建模
圖1.1 舉升機(jī)設(shè)計流程圖
第2章 雙柱式汽車舉升機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.1 雙柱式舉升機(jī)概述
2.1.1 常用汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)類型
目前，全國生產(chǎn)汽車舉升機(jī)的廠家較多，生產(chǎn)的舉升機(jī)的形式也比較繁多，有雙柱式舉升機(jī)、四柱式、剪式、組合移動汽車式等。
僅從舉升機(jī)的外型來分類的基本形式就有：普通雙柱式、龍門雙柱式、四立柱式、剪式、移動式和單立柱式等汽車舉升機(jī)
按照舉升機(jī)的舉升裝置的形式分類也有很多種，包括絲杠螺母舉升式、鏈條傳動舉升式、液壓缸舉升式、齒輪齒條舉升式等舉升機(jī)[1]。
從舉升機(jī)的驅(qū)動方式分，主要有：電機(jī)驅(qū)動式舉升機(jī)和液壓驅(qū)動式舉升機(jī)。
2.1.2 汽車舉升機(jī)的主要參數(shù)
雙柱式舉升機(jī)、龍門式雙柱舉升機(jī)和四立柱式舉升機(jī)這三種目前市場上主要的汽車舉升機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)統(tǒng)計如表2.1所示。
表2.1 汽車舉升機(jī)的主要參數(shù)
額定舉升質(zhì)量
最大舉升高度
盤距地高度
全程上升時間
全程下降時間
普通式雙柱
2.5-4 T
1700-1800mm
110-180mm
50-70 Sec
20-60 Sec
龍門式雙柱
2.5-4 T
1700-1800mm
110-180mm
50-70 Sec
20-60 Sec
四立柱式
2.5-4.5 T
1700-1800mm
110-180mm
50-70 Sec
20-60 Sec
雙柱式汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)形式有多種，QJY04-02B型舉升機(jī)系是指液壓驅(qū)動的雙柱舉升機(jī)[13]。此類舉升機(jī)構(gòu)的傳動系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)驅(qū)動和控制的，通過兩立柱內(nèi)安裝的液壓油缸實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動，推動連接立柱與滑臺的鏈條，使滑臺上安裝的大滾輪沿立柱滾動，實(shí)現(xiàn)滑臺的上下移動。舉升設(shè)備的主要部分有：舉升機(jī)構(gòu)、支承機(jī)構(gòu)、平衡機(jī)構(gòu)和電磁鐵安全鎖機(jī)構(gòu)。
本次設(shè)計的舉升機(jī)的主要性能參數(shù)為：額定舉升載荷3.2噸；在載重3.2噸情況下，由最低位置舉升到最高位置需60秒；當(dāng)拉下操縱桿使溢流閥接通，3.2噸轎車由最高位置降到最低位置所需時間不小于60秒；電動機(jī)功率2.2 KW；舉升臂在最低位置時的舉升高度為120mm，最大舉升高度為1750mm，工作行程為1730mm。
2.2 雙柱式汽車舉升機(jī)的主要結(jié)構(gòu)與要求
雙柱式舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)形式主要有：（1）整體結(jié)構(gòu)形式；（2）舉升方式；（3）驅(qū)動方式；（4）平衡方式；（5）保險與保護(hù)方式；（6）托盤結(jié)構(gòu)。
2.2.1 舉升裝置的要求
在我國的規(guī)定中講到舉升機(jī)的設(shè)備安裝電器系統(tǒng)的絕緣、耐壓和保護(hù)電路的連續(xù)性都要符合GB5226的有關(guān)規(guī)定。而在歐美地區(qū)同樣也有其相應(yīng)的明文規(guī)定。
舉升機(jī)的設(shè)計中液壓系統(tǒng)的設(shè)計也是至關(guān)重要的。在歐洲地區(qū)液壓缸、氣缸、管路及接頭受調(diào)壓閥設(shè)定的最大壓力的限制。他們至少應(yīng)承受該壓力的2倍（采用液壓驅(qū)動時）或是該壓力的3倍（采用氣壓驅(qū)動時）并且要沒有永久變形。軟管、氣袋、膜盒的尺寸在設(shè)計時應(yīng)使之承受至少3倍的調(diào)壓閥設(shè)定的最大壓力值的爆破壓力。
我國對舉升機(jī)的性能要求也比較繁多，例如：
（1）舉升機(jī)應(yīng)設(shè)有限制行程限位裝置，如有需要則該裝置應(yīng)動作靈敏、安全可靠。
（2）液壓系統(tǒng)工作應(yīng)平穩(wěn)、無振動、無爬行現(xiàn)象。
（3）液壓式舉升機(jī)除液壓系統(tǒng)能自鎖外還應(yīng)沒有機(jī)械鎖止裝置。
（4）機(jī)械式舉升機(jī)任意時刻都能安全自鎖。
（5）舉升機(jī)正常運(yùn)行時的噪音不得超過80dB。
（6）舉升機(jī)工作環(huán)境溫度為0—40℃，全行程連續(xù)舉升額定質(zhì)量20次，油溫不得高于60℃。
（7）在試驗(yàn)臺上對液壓系統(tǒng)施高150%的額定使用壓力，維持2min，不允許有永久變形、漏油及其他異?，F(xiàn)象。
（8）在無故障工作基礎(chǔ)上，機(jī)械式舉升機(jī)的使用繼續(xù)進(jìn)行到3000次，則液壓舉升機(jī)可以繼續(xù)進(jìn)行到9000次，以安全可靠為前提，檢查零部件損壞程度，允許更換損壞件，允許添加潤滑劑。
2.3 雙柱式汽車舉升機(jī)結(jié)構(gòu)方案的確定
通過對汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)的認(rèn)識和了解，確定了本次設(shè)計的舉升機(jī)的總體方案。如下圖2.1所示：
圖2.1 雙柱式舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖
本次設(shè)計的是由液壓驅(qū)動的QJY04-02B型雙柱式汽車舉升機(jī)。它的結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個部分：舉升裝置、同步驅(qū)動裝置、立柱和托臂。QJY04-02B型普通式雙柱汽車舉升機(jī)的舉升機(jī)構(gòu)的傳動系統(tǒng)是由液壓系統(tǒng)來驅(qū)動和控制的，由兩邊兩個立柱里安裝的液壓油缸來推動連接立柱與滑臺的鏈條，使滑臺上安裝的大滾輪沿立柱滾動，實(shí)現(xiàn)滑臺的上下移動。用鋼絲繩作為同步裝置來保持整個舉升機(jī)的同步性。托臂與立柱內(nèi)的滑臺相連，當(dāng)滑臺上下移動時就帶動托臂一起移動。
2.4 舉升裝置
本次設(shè)計的雙柱式舉升機(jī)的舉升裝置是由液壓系統(tǒng)以及電箱組成的。通過電箱的開關(guān)啟動電動機(jī)來控制液壓單元，液壓油進(jìn)出液壓缸，并通過鏈條連接液壓缸和滑臺來帶動整個設(shè)備的舉升動作，如圖2.2所示：
圖2.2 驅(qū)動舉升裝置示意圖
圖2.2是本次設(shè)計的雙柱式汽車舉升機(jī)的驅(qū)動裝置及舉升裝置的示意圖，從圖中可以看到左右兩邊立柱內(nèi)的兩個舉升裝置是通過液壓軟管來連接的，它的一個不足的地方就是左右兩個液壓缸在開始舉升時有一個時間差，這會導(dǎo)致因左右兩邊的舉升速度不一樣而舉升不平衡。因此，我們在液壓舉升的基礎(chǔ)上增加了鋼絲繩的同步裝置，用這樣的同步裝置來彌補(bǔ)液壓缸帶來的缺點(diǎn)。圖2.3是雙柱式汽車舉升機(jī)的舉升裝置的結(jié)構(gòu)圖：
圖2.3 雙柱式汽車舉升機(jī)的舉升裝置結(jié)構(gòu)圖
從圖中可以看到，雙柱式汽車舉升機(jī)的舉升裝置是將鏈條鑲嵌在滑輪槽內(nèi)來帶動液壓桿達(dá)到舉升的目的。
2.5 立柱
雙柱式汽車舉升機(jī)的立柱有兩個，分別是左、右兩邊各一個立柱。圖2.4是左邊立柱的俯視圖。整個舉升機(jī)的重量幾乎都是由立柱來支撐的，因此它必須要有一定的強(qiáng)度和剛度。（強(qiáng)剛度的設(shè)計計算在第四章）。立柱中間的空間是用來放置舉升裝置以及滑臺部件的。整個立柱部分的行位公差要求也比較高，如圖水平方向的立柱臂和垂直方向的立柱壁要求要保持一定的直線度和平行度，立柱內(nèi)外表面還要有一定的粗糙度等。
圖2.4 左立柱的俯視圖
2.6 支撐機(jī)構(gòu)
托臂部分是屬于舉升機(jī)的支撐機(jī)構(gòu)。當(dāng)汽車進(jìn)入到舉升機(jī)的范圍里時，整個支撐機(jī)構(gòu)就通過改變搖臂的角度或方向來改變托臂的整個工作范圍的寬度。本次設(shè)計的支撐機(jī)構(gòu)是非對稱式的托臂，這樣設(shè)計增加了托臂的寬度，實(shí)質(zhì)就等于增加了托臂的工作范圍，而且左右兩側(cè)的托臂的臂長都是有一定的伸縮性的。如圖2.5所示：
1— 托臂原始工作位置，2—托臂伸長后的工作位置
圖2.5 非對稱式托臂的工作范圍示意圖
其中，圖中方格陰影部分就是托臂的工作范圍。托臂未伸長前的工作范圍按照軌跡1來運(yùn)動；托臂伸長后的工作范圍按照軌跡2來運(yùn)動；而且，圖中的軌跡1和2是托臂的兩個極限位置，在1和2的范圍內(nèi)，托臂的長度是可以伸縮的。但是由于托臂屬于支撐機(jī)構(gòu)，它是要承受一定的重量的，所以本次設(shè)計采用非對稱式的結(jié)構(gòu)就更能保證托臂的強(qiáng)剛度了。非對稱式托臂的詳細(xì)結(jié)構(gòu)如下圖2.6所示：
圖2.6 非對稱式托臂的結(jié)構(gòu)圖
2.7 平衡機(jī)構(gòu)
由于雙柱式舉升機(jī)在上升或下降時必須要采用強(qiáng)制性的平衡裝置來確保汽車整體的水平位置保持一致，所以本次設(shè)計采用了鋼絲繩來作為整個舉升機(jī)的平衡機(jī)構(gòu)。本次設(shè)計所采用的是在單個立柱內(nèi)安裝兩副左右對稱的鋼絲繩，但是在這個單個立柱里面的鋼絲繩的走向確是兩個相反的方向，用戶可以通過改變鋼絲繩的張力來使左右兩邊的滑臺在抬升的過程中保持平衡。要注意的是兩邊確定的鋼絲繩的張力必須一致，這樣才能真正的平衡。單個立柱里的鋼絲繩的走向如圖2.7所示：
圖2.7 單個立柱內(nèi)鋼絲繩的走向示意圖
2.8 保險機(jī)構(gòu)
汽車舉升機(jī)是一種對安全性能要求特別高的舉升設(shè)備。通常設(shè)有多種保險裝置和保護(hù)措施：液壓回路的保壓、機(jī)械鎖止保險裝置、機(jī)械自鎖裝置、舉升過載保護(hù)、沖頂保護(hù)、防滑等等。機(jī)械自鎖是指失去驅(qū)動力后，利用機(jī)械機(jī)構(gòu)的重力（被驅(qū)動物體的阻力）來自動阻礙其運(yùn)動的保護(hù)。
本次設(shè)計中電磁鐵安全鎖機(jī)構(gòu)的組成是：在兩個滑臺上均有安裝安全卡位條，當(dāng)汽車升起后，卡位條與電磁鐵連接的支撐板構(gòu)成機(jī)械自鎖機(jī)構(gòu)，由于兩個立柱上均裝有電磁鐵安全鎖，如圖2.8所示，并且這兩個安全鎖所裝的位置不在同一直線上而是互相錯開在對角線上，起到雙保險的作用。
1— 電磁鐵，2—保險孔板，3—保險孔支撐座
圖2.8 電磁鐵安全鎖
作為保險裝置的電磁鐵安全鎖是由好幾個零件組成的。其中主要的幾個零件包括：保險孔板、保險孔支撐座和電磁鐵。當(dāng)電磁鐵得電將保險孔支撐座吸住時，它和鎖緊板之間沒有接觸，此時的舉升機(jī)處于保險打開狀態(tài)，整個滑臺可以自由地上下移動。當(dāng)電磁鐵失電時，保險孔支撐座處于圖示狀態(tài)，此時的保險孔支撐座將與滑臺上的鎖緊板互相頂住，使滑臺固定在一個位置而不能上下移動，起到保險的作用。
2.9 本章小結(jié)
本章主要進(jìn)行雙柱式汽車舉升機(jī)設(shè)備總體方案的選擇，通過將現(xiàn)有舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動方式以及傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行了對比，最終選定采用雙柱結(jié)構(gòu)的舉升類設(shè)備，通過液壓驅(qū)動，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)保險裝置，安全可靠，占地空間小，是舉升機(jī)的理想設(shè)備。
第3章 雙柱式汽車舉升機(jī)校核計算
3.1 雙柱式舉升機(jī)立柱的結(jié)構(gòu)分析和驗(yàn)算
3.1.1 主立柱的截面特性分析與計算
主立柱體是舉升機(jī)主要的受力承重部件。舉升機(jī)立柱在工作時受來自于保險鎖機(jī)構(gòu)處因承重的壓力和升降滑臺滾輪作用在立柱上的彎矩。因此，立柱在這兩種力的作用下，有向內(nèi)彎的變形趨勢，底部焊口在拉壓應(yīng)力的作用下有開裂的傾向，故立柱底部與底座處焊有加強(qiáng)筋。
立柱殼體用鋼板整體壓制成形，其內(nèi)部相應(yīng)位置焊有保險裝置支承板，用于鎖定狀態(tài)時受力和承重，下部與底座焊接。其中一個立柱體上還裝有液壓泵站和電氣控制箱。主立柱作為主要的承重部件，先對其截面特征進(jìn)行分析，主要是確定立柱截面形心的位置和截面的慣性矩。
3.1.1.1 確定立柱截面形心和中性軸的位置
將整個截面分為A1、A2、A3三個部分，取與截面底邊互相重合的Z′軸為參考軸（見圖3.1舉升機(jī)主立柱橫截面示意圖），Z1、Z2、Z3分別為三個組合截面的中性軸，則三個截面的面積及其形心至Z＇軸的距離分別為[16]：
圖3.1 舉升機(jī)主立柱橫截面示意圖
∴重心C到相應(yīng)邊的距離e：
(3.1)
整個截面形心C在對稱軸Y上的位置則為：
(3.2)
3.1.1.2 確定慣性矩
設(shè)三截面的形心分別為C1、C2、C3，其形心軸為Z1、Z2、Z3（圖3.1），它們距Z軸的距離分別為：
由平行移軸公式，三截面對中性軸Z的慣性矩分別為：
(3.3)
、、為三截面對各自心軸Z1、Z2、Z3的慣性矩，將三截面對中性軸Z的慣性矩相加，可得立柱整個截面對中性軸Z的慣性矩：
3.1.1.3 立柱靜矩S的計算：
（1）立柱整個截面上半部分的靜矩S1：
(3.4)
其中、、分別為三截面各自的靜矩，所以立柱整個截面上半部分的靜矩S為：
（2）立柱整個截面下半部分的靜矩S2：
3.1.2 主立柱的強(qiáng)度分析與驗(yàn)算
舉升機(jī)工作時，其托臂將汽車舉升至一定高度后鎖定，舉升機(jī)直接承載處位于托臂端部，故應(yīng)先對滑臺部件進(jìn)行受力分析（見圖3.2滑臺部件受力情況示意圖）：
在分析之前，對滑臺部件進(jìn)行了調(diào)查。其中本次設(shè)計的滑臺部件的組成之一是大滑輪，滑輪的種類形狀有很多，有“兩個大圓柱滾輪型”、“四個頂角處是采用四個小滾輪型”、還有最原始的“四個角用四個橡膠滑塊”或是“用兩個滑塊代替兩個大圓柱滾輪”，但是用的較多的是“采用兩個大圓柱滾輪”的形式，如果采用其他類型的滾輪例如用滑塊來代替滾輪，那么整個滑臺就不容易鎖定，容易滑動；除此之外就是同步性的問題也不容易解決。
圖3.2 滑臺部件受力情況示意圖
3.1.2.1 滑臺部件受力情況分析
滑臺部件自身重量近似估算如下：
滑臺組合件尺寸：采用160×160方鋼，壁厚8 mm，高800mm
滑臺體積：
搖臂座尺寸：采用100×100方鋼，壁厚8 mm，長440mm
搖臂座體積：
托臂近似尺寸：采用100×100方鋼，壁厚8 mm，長（800＋310）＝1110mm
托臂體積：
鋼材比重選取：
所以，滑臺部件、搖臂座和托臂的重量為
將滑臺、搖臂座和托臂一起考慮
圖3.2中，單側(cè)托臂受到的最大載荷為1.6噸，加上自重，托臂端部受力為1666.37kg,F1和F2是立柱通過滾輪給予的反力，F(xiàn)BX和FBY為保險支承板給予的支承力，B處為支承點(diǎn)，假定自重全部集中在負(fù)載處，有：
(3.5)
(3.6)
(3.7)
由式3.7得，，代入式3.6
假定
則由式3.5得：
綜上所述，考慮滑臺部件中滑臺、搖臂座和托臂的總自重，假定自重全部集中在負(fù)載處，近似估算值為66.37kg。單側(cè)托臂受到的最大載荷為1600kg，加上滑臺部件的自重，托臂端部受力大小為1666.37kg，F(xiàn)1和F2是立柱通過滾輪給予的反力，F(xiàn)1=F2，F(xiàn)BX和FBY為保險支承板給予的支承力，B處是支承點(diǎn)位置，則：
。
3.1.2.2 舉升機(jī)主立柱受力情況分析
主立柱受力情況（見圖3.3普通式雙柱舉升機(jī)主立柱受力情況示意圖），F(xiàn)1和F2是滑臺通過滾輪作用在立柱上的力（圖示為最高位置），F(xiàn)BX和FBY為滑臺作用在立柱上的支承力（壓力），RHX、RHY和MH為底部支座反力。針對立柱受力情況，經(jīng)計算得：
圖3.3 普通式雙柱舉升機(jī)主立柱受力情況示意圖
RHX=0 RHY=FBY=1666.37kg
3.1.2.3 普通式雙柱舉升機(jī)主立柱強(qiáng)度校核計算
從圖3.3看出，整個立柱體相當(dāng)于一個懸臂梁，可畫出立柱的彎矩圖和剪力圖。
由F1引起的彎矩圖和剪力圖見圖3.4：
圖3.4 立柱上F1作用力及其彎矩圖和剪力圖
l=2600mm b=2415mm a=185mm
由F2引起的彎矩圖和剪力圖見圖3.5：
圖3.5 立柱上F2作用力及其彎矩圖和剪力圖
l=2600mm b=1890mm a=710mm
由FBY產(chǎn)生的M引起的彎矩圖見圖3.6：
圖3.6 立柱上M作用力及其彎矩圖
綜上所述，立柱受力的合成彎矩圖和合成剪力圖如圖3.7所示。
圖3.7 立柱受力的合成彎矩圖和合成剪力圖
從圖中可以得出
在截面C處，剪力最大（QC=5234.804kg），彎矩最大（MC=2748272.1kg）,所以此處是危險截面。前面計算已經(jīng)得到，抗彎截面模數(shù)為： (3.8)
截面上半部分靜矩S＝171.24cm3， (3.9)
以下進(jìn)行強(qiáng)度校核：
（1）校核正應(yīng)力強(qiáng)度：
(3.10)
許用應(yīng)力選： (3.11)
，滿足強(qiáng)度條件。
（2）校核剪應(yīng)力強(qiáng)度：
(3.12)
選，而許用應(yīng)力 (3.13)
，滿足強(qiáng)度條件。
（3）折算應(yīng)力強(qiáng)度校核：
主立柱橫截面上的最大正應(yīng)力產(chǎn)生在離中性軸最遠(yuǎn)的邊緣處，而最大剪應(yīng)力則產(chǎn)生在中性軸上，雖然通過上面的校核說明在這兩處的強(qiáng)度都是滿足要求的，但是因?yàn)樵诮孛鍯處，M和Q都具有最大值，正應(yīng)力和剪應(yīng)力都比較大，因此這里的主應(yīng)力就比較大，有必要根據(jù)適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度理論進(jìn)行折算應(yīng)力校核，取該截面邊緣處某點(diǎn)K進(jìn)行計算：
(3.14)
(3.15)
由于點(diǎn)K處在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，立柱體材料采用的30鋼是塑性材料，可以采用第四強(qiáng)度理論，將 的數(shù)值代入，用統(tǒng)計平均剪應(yīng)力理論對此應(yīng)力狀態(tài)建立的強(qiáng)度條件為： (3.16)
所以
即 (3.17)
按第四強(qiáng)度理論所算得的折算應(yīng)力也滿足許用強(qiáng)度要求。
3.1.3 主立柱的剛度計算
用迭加法：
（1）
由F2引起的繞度：
（往外彎）用式 (3.18)
E：彈性模量的選擇： 碳鋼?。?96－206Gpa
取201Gpa=20.1×106N/cm2
= = (3.19)
（2）
（往內(nèi)彎）由F1引起的繞度：
（3）由M引起的繞度：
(3.20)
（往外彎）此植可忽略不計。
實(shí)際往內(nèi)彎的繞度
3.2 托臂部分的強(qiáng)度校核
3.2.1 托臂部分截面特性
托臂部分截面屬于變截面，以下先計算截面特性數(shù)據(jù)：
（1）小臂截面尺寸：70×70方鋼，壁厚8mm，a=70,b=54
慣性矩： (3.21)
(3.22)
靜矩計算：
（2）大臂截面尺寸：92×92方鋼，壁厚8mm，a=92,b=76
慣性矩：
3.2.2 托臂部分強(qiáng)度核算
圖3.9為左后托臂部件圖：
圖3.9左后托臂部件圖
圖中的A、B、C、D分別對應(yīng)著托臂示意圖中的A、B、C、D四個截面：
圖3.10是托臂示意圖：
圖3.10 托臂示意圖
按照A,B,C,D幾個典型截面進(jìn)行分析，各個截面的截面如圖3.11：
(a) A-A截面 (b) B-B截面（同D-D截面） (c) C-C截面
圖3.11 典型截面示意圖
（1）A截面：
慣性矩：I=129.225cm4 ；Wx=36.92cm3
保險系數(shù)較小可滿足強(qiáng)度要求。
（2）B截面：92*92方鋼
A1=80×15=1200mm2
yA1=92+15/2=99.5mm
A2=92×92-76×76=8464-5776=2688mm2
yA2=92/2=46mm
YC=(1200×99.5+2688×46)/(1200+2688)=243048/3888=62.51mm
IA1=80×153/2+(99.5-62.51)2×1200=1664412.12mm4
IA2=(924-764)/12+(62.51-46)2×2688=392.46cm4
所以cm4
W=89.41cm3
保險系數(shù)較小可滿足強(qiáng)度要求。
（3）C截面：
A1=12cm2
yA1=92+15/2+60=15.95cm
A2=26.88cm2
yA2=4.6cm
A3=60×10=6cm2
yA3=92+60/2=12.2cm
yC=(12×15.95+26.88×4.6+6×12.2)/(12+26.88+6)=8.56cm
IA1=50×153/2+(15.95-8.56)2×12=641.73cm4
IA2=(924-764)/12+(8.56-4.6)2×16.88=759.875cm4
IA3=1*63/12+(12.2-8.56)2×6=183.615cm4
所以IA總=IA1+IA2+IA3=1585.22cm4
W=I總/8.65=1585.22/8.65=183.26cm3
MC=1666.37×94=194238.78kgcm
滿足強(qiáng)度要求。
（4）D截面：
慣性矩：I=318.976cm4 ； W=69.342cm3
MD=1666.37×53=109517.61kgcm
,保險系數(shù)較小可滿足強(qiáng)度要求。
3.2.3 從托臂處考慮撓度情況
托臂亦相當(dāng)于一個懸臂梁，端部受力P＝1666.37kg，托臂部件由大臂和小臂組成，將從大臂和小臂處分別考慮：
小臂端部處撓度： （3.23）
大臂端部處撓度：經(jīng)受力分析，大臂端部受一個力P＝2066.37kg和一個彎矩 M＝2066.37×70＝144645.9kgcm；
（3.24）
因載荷引起的撓度為：
因托臂的大小臂之間有1mm間隙，由此產(chǎn)生撓度：
主立柱的彎曲繞度使滑臺產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，滑臺的轉(zhuǎn)動又使托臂有一定的下沉量，經(jīng)計算，。
故托臂端部總下沉量為：
在舉升機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，此值滿足距立柱最遠(yuǎn)點(diǎn)的托臂支承面下沉量要求。
3.3 鋼絲繩的選用
3.3.1 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。卷揚(yáng)機(jī)的牽引繩等。用作設(shè)備運(yùn)輸時的捆綁繩，起重對象的溜繩、拖拉繩，起重設(shè)備的錨固繩。
3.3.2 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3.1 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3.2 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3.3 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，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3.4 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3.5 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
3.3.3 鋼絲繩直徑的確定
表3.6 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》[8]），本設(shè)計宜采用線接觸鋼絲繩6X(19)，6W(19)，8X(19)，8W(19)等（GB1102—74）。本雙柱式汽車舉升機(jī)采用鋼絲繩起吊方式提升動力端，所以選用619—11.0—1850類型鋼絲繩。
鋼絲繩的允許拉力 S= （3.25）
鋼絲繩的破斷拉力 =52 （3.26）
式中： d—鋼絲繩直徑，mm;
——鋼絲公稱抗拉強(qiáng)度；
由于本雙柱式舉升機(jī)絲繩提升過程與起重機(jī)相似，所以屬起重機(jī)械，由于工作載荷不大，所以是輕級機(jī)械。根據(jù)《起重工機(jī)具》
鋼絲繩上的破斷拉力由式（3.25）得 =52
=52
=6847.17kg
起重時，安全系數(shù)k=5,則許用拉力由式（3.24）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]。
3.4 本章小結(jié)
本章對雙柱式汽車舉升機(jī)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)對雙柱式舉升類設(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，對鋼絲繩做了詳細(xì)說明，鋼絲繩做了具體的選定并進(jìn)行了校驗(yàn)。
第4章 雙柱式舉升機(jī)液壓控制系統(tǒng)設(shè)計
4.1 雙柱式舉升機(jī)液壓控制系統(tǒng)工作原理
啟動電動機(jī)按鈕后電機(jī)起動并帶動油泵從油箱中吸入壓力油送到舉升缸中使活塞桿移動，此時安全溢流閥關(guān)閉。此閥的壓力在出廠前已經(jīng)調(diào)好，以保證起重的額定載荷的要求。當(dāng)系統(tǒng)中壓力超過極限時，自動溢流卸油閥松開，起動按鈕停止供油，提升結(jié)束，開始作業(yè)工作。如果拉動滑臺上兩個機(jī)械安全鎖后再按手動式下降閥便開始卸油下降，其工作原理圖見圖4.1：
圖4.1液壓系統(tǒng)工作原理圖
1-齒輪泵，2-電動機(jī)，3-濾油器，4-單向閥，5-溢流閥，6-手動式下降閥， 7-伺服限流閥，8-軟管，9-防油管爆裂閥，10-舉升缸，11-液位計，12-空氣濾清
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的機(jī)械動力。它的作用是將原動機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為流動液體的壓力能。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)—油缸
它是液壓傳動的執(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)動機(jī)械能的單作用推力油缸。它既能節(jié)省動力、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4.2 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
它是由來控制和調(diào)解液壓系統(tǒng)中液油流動，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改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方向和工作順序；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)工作時運(yùn)動速度的要求。
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)計時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存油液，同時箱體還具有散熱、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。油箱設(shè)計時主要考慮油箱的容積、結(jié)構(gòu)、散熱等問題。
雙柱式汽車舉升機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計的好壞，將直接影響舉升的性能和效率。雙柱式汽車舉升機(jī)液壓系統(tǒng)主要是舉升液壓系統(tǒng)。
本次雙柱式汽車舉升機(jī)設(shè)計主要偏重于機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計與分析，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)計中只需要進(jìn)行液壓元件計算選型。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)的直接動力來源。通常油缸分為活塞式和浮拄式兩類。活塞式均為單向作用，其缸體長度大而伸縮長度小、使用油壓低（一般不超過14MPa）。浮拄式為多級伸縮式油缸，一般有2～5個伸縮節(jié)，其結(jié)構(gòu)緊湊，并具有短而粗、伸縮長度大、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)多采用單作用多級油缸；而桿系組合式傾卸機(jī)構(gòu)多采用單作用單級油缸[15]。
4.4 油泵的計算與選型
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。
4.4.1 油泵工作壓力的計算
Mpa （4.1）
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（4.1）則：
P =
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。
4.4.2 油泵理論流量的計算
L/min （4.2）
式中：——油泵理論流量（L/min）；
——油缸最大工作容積（m3），按下式計算：
L
、、的單位均為m；
——舉升時間，(s)，取s；
——液壓泵容積效率=0.85~0.9。
由式（4.2）則：
L
4.4.3 油泵排量的計算
mL/r （4.3）
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（4.3）得
mL/r
4.4.4 油泵功率的計算
（4.4）
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（4.4）則：
KW
4.4.5 油泵的選型
根據(jù)上述計算P、、q和N的值，查閱相關(guān)資料，選擇CBB -04型號的單齒輪泵。
4.5 油箱與油管的計算與選型
4.5.1 油箱容積V的計算
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
4.5.2 油管內(nèi)徑d的計算
由
即： （4.5）
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（4.5）則：
高壓油管內(nèi)徑mm
低壓油管內(nèi)徑mm
根據(jù)管路計算結(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號機(jī)械油，夏季HJ-30號機(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)動部件大多是由電動機(jī)帶動的。因此在生產(chǎn)過程中要對電機(jī)進(jìn)行自動控制，使生產(chǎn)機(jī)械各部件的動作按順序進(jìn)行，對電動機(jī)主要是控制它的啟動、停止、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速及制動運(yùn)行。
針對雙柱式汽車舉升機(jī)，它的控制電路相對簡單。它所需要的只有啟動開關(guān)、停止按鈕、行程開關(guān)組成。其中行程控制就是當(dāng)運(yùn)動部件到達(dá)一定行程位置時采用行程開關(guān)來進(jìn)行控制。行程開關(guān)在本舉升機(jī)中的作用是當(dāng)工人師傅注意力不集中時，舉升機(jī)還在繼續(xù)上升，但舉升機(jī)舉升高度不能超過立柱頂端。這時容易使電動機(jī)燒毀，我們可在指定高度加裝行程開關(guān)，當(dāng)舉升機(jī)運(yùn)行到最大高度時觸發(fā)行程開關(guān)，使整個電路關(guān)閉，起到保護(hù)電機(jī)作用。
4.6.1 電器元件
（1）按鈕
按鈕通常用來接通或斷開控制電路（其中電流很小），從而控制電動機(jī)或其他電氣設(shè)備的運(yùn)行。
將按扭按下時，下面一對原來斷開的靜觸點(diǎn)被動觸點(diǎn)接通，以接通某一控制電路；而上面一對原來接通的靜觸點(diǎn)則被斷開，以斷開另一控制電路。
原來就接通的觸點(diǎn)，稱為動斷觸點(diǎn)或常閉觸點(diǎn)；原來就斷開的觸點(diǎn)，稱為動合觸點(diǎn)或常開觸點(diǎn)。
（2）交流接觸器（KM）
交流接觸器常用來接通和斷開電動機(jī)或其他設(shè)備的主電路，每小時可開閉千余次。
接觸器主要由電磁鐵和觸點(diǎn)兩部分組成。它是利用電磁鐵的吸引力而動作的。當(dāng)吸引線圈通電后，吸引山字形動鐵芯（上鐵芯），而使動合觸點(diǎn)閉合。
根據(jù)用途不同接觸器的觸點(diǎn)分主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)兩種。輔助觸點(diǎn)通過電流較小，常接在電動機(jī)的控制電路中；主觸點(diǎn)能通過較大電流，接在電動機(jī)的主電路中。
當(dāng)主觸點(diǎn)斷開時，其間產(chǎn)生電弧，會燒壞觸點(diǎn)，并使切斷時間拉長，因此，必須采取滅弧措施。通常交流接觸器的觸點(diǎn)都做成橋式，它有兩個斷點(diǎn)，以降低當(dāng)觸點(diǎn)斷開時加在斷點(diǎn)上的電壓，使電弧容易熄滅；并且相間有絕緣隔板，以免短路。在電流較大的接觸器中還專門設(shè)有滅弧裝置。
為了減小鐵損，交流接觸器的鐵心由硅鋼片疊成；并為了消除鐵心的顫動和噪音，在鐵心端面的一部分套有短路環(huán)。
在選用接觸器時，應(yīng)注意它的額定電流、線圈電壓及觸點(diǎn)數(shù)量等。
（3）熱繼電器
熱繼電器是用來保護(hù)電動機(jī)使之免受長期過在的危險。
熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)而動作的，熱元件是一段不大的電阻絲，接在電動機(jī)主電路中。制成上下兩層雙金屬片型，雙金屬片是由兩種具有不同膨脹系數(shù)的金屬輾壓而成。當(dāng)主電路電流超過許用值使雙金屬片受熱時，便發(fā)生彎曲，因而脫扣，從而斷開主電路。
4.7 電氣系統(tǒng)控制
表4.1 舉升機(jī)控制電路元件表
符號
名稱及用途
符號
名稱及用途
Q
自動開關(guān)作電源引入及短路保護(hù)用
FR
熱繼電器作電動機(jī)過載保護(hù)用
E
接地
KM
接觸器作電動機(jī)起動、停止用
M
電動機(jī)
SBst
啟動開關(guān)
SBstp
停止按鈕
SQ
行程開關(guān)作上升限位保護(hù)用
FU
保險絲
4.7.1 上升電路
按下SBst—— KM線圈通電——KM閉合，
自鎖——KM主觸點(diǎn)閉合—電動機(jī)正轉(zhuǎn)
橫梁板帶保險鎖上升到規(guī)定位置 —— SQ(常閉)斷開——KM線圈斷電 ——KM自鎖斷開——KM主觸點(diǎn)斷開——電動機(jī)停轉(zhuǎn)
圖4.3 雙柱式汽車舉升機(jī)主控制電路圖
4.7.2 停止電路
按下按鈕SBstp——KM線圈斷電——KM主觸點(diǎn)斷開——電動機(jī)停轉(zhuǎn)
打開保險鎖，打開泄油閥舉升機(jī)在自重作用下落到初始位置
4.8雙柱式舉升機(jī)電動機(jī)的選用
4.8.1 電動機(jī)類型的選擇
我國舉升機(jī)構(gòu)采用的直流電動機(jī)或交流電動機(jī)。
直流電動機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速范圍大、過載能力強(qiáng)、平滑的調(diào)速特性和較大的起動、制動轉(zhuǎn)矩。但存在設(shè)備費(fèi)用高、體積大和需要專用的供電電源等缺點(diǎn)。
交流發(fā)電機(jī)，其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單和供電方便。在舉升機(jī)構(gòu)中，一般采用三相交流感應(yīng)電動機(jī)和錐形轉(zhuǎn)子電動機(jī)，其工作電壓為380 V 或220V。
其中交流電動機(jī)又有：
籠式感應(yīng)電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單，操縱方便，有較高的轉(zhuǎn)差率，適用于直接啟動，價格也便宜，缺點(diǎn)是啟動電流大（達(dá)額定電流的4～6倍）和不能承受較多的起動次數(shù)。一般用在功率不大和工作不十分頻繁的工況，如用于滑車的運(yùn)行機(jī)構(gòu)。
起升機(jī)構(gòu)是舉升機(jī)構(gòu)中主要和基本的機(jī)構(gòu)。起升電動機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)是：起重時慣性載荷較小，所需的加速轉(zhuǎn)矩很小，只有滿載穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)矩的10%～20%，而電動機(jī)的平均起動轉(zhuǎn)矩通常為額定轉(zhuǎn)矩的1.6～1.8倍，使得起動時間短。電動機(jī)處于斷續(xù)周期工作制。在舉升機(jī)構(gòu)機(jī)械設(shè)計中，電動機(jī)的選擇是一項(xiàng)重要的內(nèi)容，電動機(jī)的選擇主要指電動機(jī)的絕緣等級、額定功率、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速、種類及形式、防護(hù)等級、工作制度、調(diào)速方式、接電持續(xù)率等項(xiàng)目的選擇，而其中最重要的是電機(jī)的絕緣等級、工作制度、防護(hù)等級的選擇和電機(jī)的功率計算。
4.8.2 絕緣等級
電動機(jī)運(yùn)行時，由于損耗產(chǎn)生熱量，使電動機(jī)的溫度升高。電動機(jī)允許達(dá)到的最高溫度是由電動機(jī)使用的絕緣材料的耐熱程度決定的，絕緣材料的耐熱程度稱為絕緣等級。不同的絕緣材料，其最高允許溫度是不同的，電動機(jī)常用的絕緣材料分為5個等級，其中的最高允許溫升植按環(huán)境溫度為40°C時計算。目前，我國生產(chǎn)的電機(jī)多采用E級和B級絕緣，發(fā)展趨勢是采用F級和H級絕緣，這樣可以在一定的輸出功率下，減輕電機(jī)的重量、縮小電機(jī)的體積。
電動機(jī)的使用壽命主要是其絕緣材料決定的，當(dāng)電動機(jī)的工作溫度不超過其絕緣材料的最高允許溫度時，絕緣材料的使用壽命可達(dá)20年左右，若超過最高允許溫度時，則絕緣材料的使用壽命將大大縮短。由此可見，絕緣材料的最高允許溫度是一臺電動機(jī)帶負(fù)載能力的限度，而電動機(jī)的額定功率正是這個限度的體現(xiàn)。
表4.2 電機(jī)的等級選擇
等級
絕緣材料
最高允許溫度/°C
最高允許溫升/°C
A
經(jīng)過浸漬處理的棉、絲、紙板、木材等，普通絕緣漆
105
60
E
環(huán)氧樹脂、聚脂薄膜、青瓷紙、三醋酸纖維薄膜、高強(qiáng)度絕緣漆
120
80
B
用提高了耐熱性能的有機(jī)漆做粘合劑的云母、石棉和玻璃纖維組合物
130
90
F
用耐熱優(yōu)良的環(huán)氧樹脂粘合或浸漬的云母、石棉和玻璃纖維組合物
155
115
H
用硅有機(jī)樹脂粘合或浸漬的云母、石棉和玻璃纖維組合物，硅有機(jī)橡膠
180
140
4.8.3 功率
電動機(jī)的額定功率是指在環(huán)境溫度為40°C、電動機(jī)長期連續(xù)工作，其溫度不超過絕緣材料最高允許溫度時的最大輸出功率。在舉升機(jī)構(gòu)電動機(jī)選擇中，正確選擇電動機(jī)的功率有很大的意義。功率不足，電動機(jī)將過載運(yùn)行，長期過載運(yùn)行，會使電動機(jī)過熱而縮短其使用壽命，同時也會影響到舉升機(jī)構(gòu)的效率和在滿載情況下舉升的可靠性。功率過大，電動機(jī)的容量得不到充分利用，電動機(jī)經(jīng)常處于輕載運(yùn)行，效率過低，會使設(shè)備費(fèi)用和重量增加，并對機(jī)械的工作性能和零部件的強(qiáng)度產(chǎn)生有害影響。
合理選擇電動機(jī)功率的基本要求：在給定的工作條件和額定參數(shù)下，在額定載荷下工作時可靠的起動（即起動時間合理）并在最大工作載荷作用下具有足夠的過載能力（工作中不發(fā)生停車現(xiàn)象）。
4.8.4 電動機(jī)的選擇與驗(yàn)算
1、初選電動機(jī)
計算舉升機(jī)構(gòu)額定起重量時的靜載荷功率Nj
Nj=(Q+ G0)V/60 (4.6)
式