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摘 要
雙鉸接升降臺的設(shè)計是在原有剪叉式的基礎(chǔ)上，參考目前應(yīng)用的靈活性，安全性，經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)；以滿足貨物舉升需要更高的要求為前提而設(shè)計的，通過不同型號和響應(yīng)實現(xiàn)滿足物流運(yùn)輸方面的性能要求。
通過對雙鉸接剪叉升降機(jī)位置參數(shù)和動力參數(shù)的技術(shù)，結(jié)合具體實例，對兩種液壓缸布置機(jī)制的比較分析，并根據(jù)液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計和最后的液壓致動器，計算各部分的要求，液壓缸，通過確定負(fù)荷板和叉臂的分析，最終完成剪叉式液壓升降平臺的設(shè)計要求。
關(guān)鍵字：升降機(jī) 液壓系統(tǒng) 執(zhí)行元件
32
ABSTRACT
The design of double hinged scissors table is in the cause of the scissor lifts on the basis，the present application flexibility，security，economic and other indicators; structural flexibility to meet higher requirements of vehicle repair needs as the premise，and the response by different models to achieve full foot automobile repair and other performance requirements.
Through the double hinged scissors lifts position parameter and the dynamic parameters of technology，combined with specific examples，analysis and comparison of two kinds of mechanism in hydraulic cylinder arrangement，and according to the requirements of each part of the hydraulic transmission system design and calculation of final hydraulic components-hydraulic cylinder，by determining the load plate and fork analysis of force of the fork，finally completed the design requirements of scissors hydraulic lifting platform.
Keywords: Elevator hydraulic system functional element
目錄
摘 要 I
ABSTRACT II
目錄 III
第一章 緒 論 4
1.1 液壓升降臺的研究現(xiàn)狀 4
1.2 汽車升降機(jī)的設(shè)計要點 5
1.3 液壓升降臺的安全保證措施 6
第二章 升降機(jī)設(shè)計參數(shù)及總體分析 7
2.1 升降機(jī)設(shè)計要求 7
2.2工況分析 7
第三章 升降機(jī)總體設(shè)計 8
3.1 升降機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)動分析 8
3.1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)型式 8
3.1.2 升降機(jī)的運(yùn)動機(jī)理 8
3.2 升降機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和零件設(shè)計 9
3.2.1 升降機(jī)支架和下底板結(jié)構(gòu)的確定 9
第四章 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定 16
4.1制定液壓傳動方案： 16
4.2設(shè)計液壓系統(tǒng)總體方案 16
4.2.1液壓執(zhí)行元件選擇 16
4.2.2 確定液壓缸的形式 18
4.2.3 確定液壓缸的安裝方式 18
4.2.4 缸蓋連接方式 18
4.2.5選擇執(zhí)行元件運(yùn)動控制回路 18
4.3確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 18
4.3.1載荷的組成與設(shè)校核： 18
4.3.2初選系統(tǒng)壓力 21
4.3.3對液壓缸的各尺寸進(jìn)行詳細(xì)計算 21
4.3.4計算液壓泵參數(shù) 24
4.3.5管路尺寸的選擇 26
4.3.6液壓油儲存器容量的選擇 26
4.4液壓缸主要零件結(jié)構(gòu)、選擇材料及設(shè)計重點 27
4.4.1缸體 27
4.4.2活塞 27
4.4.3活塞桿 28
4.4.4活塞桿的導(dǎo)向、密封結(jié)構(gòu)和防塵方式 28
第五章 總結(jié) 30
參考文獻(xiàn) 31
致 謝 32
第一章 緒 論
液壓升降平臺開始普及從在1920年代左右，發(fā)展到現(xiàn)在經(jīng)歷了大量急需優(yōu)化的要求，發(fā)明了很多的類型，例如柱型，剪叉式，他的動力傳遞主要分為鏈條傳遞，液壓傳動，氣壓傳動。
1.1 液壓升降臺的研究現(xiàn)狀
在全球范圍內(nèi)，汽車升降機(jī)有將近70多年的發(fā)展歷程。上世紀(jì)20年代美國由此發(fā)明了一臺汽車升降機(jī)，該升降機(jī)采用氣動壓力控制，因為當(dāng)時技術(shù)不成熟，從而體積太大；同時氣缸密封性能較差，氣壓驅(qū)動力非常不平穩(wěn)。所以一直到10年以后，也就是1935年，該類型的升降機(jī)才在在美國以外的其他地方開始使用。
上世紀(jì)60年代中期，德國的一家公司研制出全球首臺雙柱升降機(jī)，這是升降機(jī)研發(fā)過程中的另一個突破，但升降機(jī)只到1977年才在世界上其他地區(qū)出現(xiàn)。如今，雙柱升降機(jī)在市場上已經(jīng)擁有了大量的用戶，成交量繼續(xù)增長。與單柱升降臺相比，既有優(yōu)點，也有缺點。
大多數(shù)升降臺我們看到的是固定的。移動式提升機(jī)也有幾個成功的設(shè)計，如剪式舉升機(jī)，鉆式提升機(jī)。但這種提升機(jī)仍然存在的問題主要有兩個，很難在車間靈活移動；移動升降臺時難避過障礙物?，F(xiàn)在固定的單柱，雙柱升降臺已被廣泛應(yīng)用在搶修現(xiàn)場。
單柱升降機(jī)，在早期被用來對重型車輛的底盤進(jìn)行舉升，所以汽車修理需要的場地遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于舉升機(jī)的場地。如今大部分的汽車屬于“緊湊型”或者“半緊湊型”，導(dǎo)致汽車修理車間靠近主升降機(jī)位置緊湊，操作非常不便。但在美國是個例外，還有使用較大的車輛，這可能是單柱舉升機(jī)仍然流行在該區(qū)域的一個主要因素。單柱升降機(jī)的主要優(yōu)點如下：升降架閉合狀態(tài)時，占用車間的空間很小。單柱升降機(jī)的主要缺點是：首先，它需要汽車維修車間地面挖出一個相當(dāng)大的凹槽用來安裝升降機(jī)；其次，它只能用來支撐車輪；該類升降機(jī)采用氣缸舉升，此類動力方式有兩大問題：第一是維修這些零件比較困難；二是由于缸內(nèi)條件差，容易生銹，特別是環(huán)境比較惡劣的時候更是如此。
雙柱舉升機(jī)，它具有以下優(yōu)點：第一，在汽車維修時具有較高的便利性；其次，通過自由輪支承汽車提升措施，不需要其他輔助和拆卸車輪；第三，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。雙柱舉升機(jī)：首先要保證升降機(jī)的安全，穩(wěn)定的要求非常嚴(yán)格，否則容易在升降或顛覆的過程中產(chǎn)生動搖；其次，由于升降機(jī)經(jīng)常支撐汽車修理，比如用于檢查汽車的底盤或者轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；第三，由于舉升支架在支撐重物時產(chǎn)生非常大的載荷，容易使軸承等零件損壞，所以雙柱升降機(jī)的使用壽命一般低于四柱升降機(jī)機(jī)。
四柱液壓升降機(jī)，在起重車，很容易把臺面抬到正確的位置。該支承式升降機(jī)的優(yōu)點是：首先，汽車升降時不需要很高的技術(shù)，人員進(jìn)行簡單培訓(xùn)一下即可上手操作；其次，當(dāng)升降機(jī)在工作時其支撐架上的載荷是很平穩(wěn)的；第三，支撐臂的負(fù)載相對較小，因此可大大延長升降機(jī)的使用年限；第四，因為從經(jīng)濟(jì)的角度來看也有很高的使用價值；第五，如若升降機(jī)發(fā)生故障，維修起來也非常方便；第六，升降機(jī)在車間安裝時也很簡單，只要保證地面平整無傾斜，即可在混凝土地面用膨脹螺栓將其固柱。
在新中國成立以后，隨著我國汽車制造業(yè)的快速發(fā)展，用于車間對汽車進(jìn)行修理的輔助設(shè)備已然成為當(dāng)時發(fā)展的一個新興行業(yè)。各式各樣的舉升設(shè)備不斷被研發(fā)出來，設(shè)備的質(zhì)量也在不斷的提升，銷售量更是節(jié)節(jié)攀升。
據(jù)不完全統(tǒng)計，對于汽車修理行業(yè)，汽車升降機(jī)已經(jīng)是除了配件之外最主要的資產(chǎn)了，原因還是因為它具有無可取代的地位，甚至如果沒有此類升降設(shè)備，汽車維修企業(yè)便無法正常運(yùn)作。汽車升降機(jī)是汽車修理行業(yè)的重要設(shè)備，因此我們?nèi)绾窝邪l(fā)更多，更好的汽車升降機(jī)，已經(jīng)成為當(dāng)下一個非常重要的課題。
1.2 汽車升降機(jī)的設(shè)計要點
（1）升降機(jī)處于不工作狀態(tài)時，其臺面應(yīng)與地面處于一個相同的水平面，為了達(dá)到該目的，即便可以在維修車間進(jìn)行挖坑處理，但此方法需要增加企業(yè)的營運(yùn)成本，同時也損壞了場地的平整度。因此，在保證升降機(jī)工作需求的前提下，應(yīng)著重把降低升降臺和梁的高度作為一個重要的研究方法。在條件許可的情況下，升降臺應(yīng)選擇特殊型鋼或鋼板折彎而成。
（2）傳動方式的正確選擇。傳動方式分為機(jī)械傳動或液壓驅(qū)動。如果采用純機(jī)械的升降方式，則成本太高，同時抬升相同的一臺汽車，該類驅(qū)動需要更多的動力，但該方式安全性更高。機(jī)械式升降機(jī)，它的各類固定用的緊固件損壞會非常嚴(yán)重，相反維修升降機(jī)主體的機(jī)會則非常少。即便液壓升降機(jī)的研發(fā)難度很大，但大部分的零件可以直接采用市場上的標(biāo)準(zhǔn)件，當(dāng)然，標(biāo)準(zhǔn)件必須要選用質(zhì)量可靠的產(chǎn)品。
1.3 液壓升降臺的安全保證措施
如今，全球的工人在崗位上工作時需要得到良好生命保護(hù)已經(jīng)引起人們高度的重視。汽車升降機(jī)在工作時，可能會對工人產(chǎn)生危險，因為在其底下操作的工人；當(dāng)機(jī)器工作時如果不注意，有可能會出現(xiàn)安全事故。最近這幾年，世界上很多國家都設(shè)定了專門的規(guī)章制度來預(yù)防此類安全事故的產(chǎn)生，或至少使此類安全事件發(fā)生的可能性降到最低。
升降平臺的安全保證措施主要從兩個方面：一方面，從設(shè)計、制造來改善安全性；另一方面在使用過程中應(yīng)遵循嚴(yán)格的規(guī)章制度，確保車輛升降功能正常情況良好。
在現(xiàn)代社會擁有許多嶄新的技術(shù)，所以在設(shè)計液壓升降機(jī)的時候，應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品的特色，采用如今最安全的技術(shù)，制造出更加安全可靠的升降機(jī)。以下列舉了平常最重要的幾項設(shè)計時應(yīng)注意的問題。
（1）提升機(jī)應(yīng)能承受過載試驗，一般應(yīng)為最大起重能力125%的載荷下，升降臺無任何永久變形和損壞。
（2）操作控制機(jī)構(gòu)都采用“雙保險”，防止誤操作，升降機(jī)運(yùn)行的兩種控制機(jī)制運(yùn)行之前需要開關(guān)驅(qū)動。
（3）所有的控制電路可以保護(hù)任何的失敗，一個元件失效，這使升降機(jī)在上升或下降時產(chǎn)生很危險的情況。
（4）升降機(jī)械零件都有備用的鎖緊裝置。一單原有的部件發(fā)生故障，它就能有效地避免事故的發(fā)生。
第二章 升降機(jī)設(shè)計參數(shù)及總體分析
2.1 升降機(jī)設(shè)計要求
本文設(shè)計的升降機(jī)采用液壓傳動，相關(guān)設(shè)計參數(shù)如下：
額定負(fù)載：5噸
閉合時的高度：1.6米
升降行程：1.3米
工作時的最大高度：2.9米
平臺尺寸：3500x1500mm
動力：380v三相電
2.2工況分析
本升降機(jī)是主要用途是對貨物進(jìn)行提升，其工作載荷大，強(qiáng)度大，適用范圍廣，可為具有高度差的生產(chǎn)線物料進(jìn)行在線輸送。調(diào)整工件的裝配高度，為大部件裝配部件吊裝，裝載等提供便利。
升降臺主要由兩部分組成：機(jī)械系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)。主傳動和支撐作用的力學(xué)機(jī)理，動力主要依靠液壓，它們之間相互配合工作，實現(xiàn)升降功能。
第三章 升降機(jī)總體設(shè)計
3.1 升降機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)動分析
3.1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)型式
由任務(wù)書可知，該升降機(jī)的臺板尺寸為，本人查閱大量文獻(xiàn)，參考如今國內(nèi)外此類設(shè)備的設(shè)計參數(shù)，最終采用了雙剪叉機(jī)構(gòu)進(jìn)行升降：雙剪叉式液壓升降臺有兩個液壓缸的同步運(yùn)動，實現(xiàn)設(shè)備的起升和下降。結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示：
圖3-1
圖3-1表示的就是該升降機(jī)的采用的基本結(jié)構(gòu)方式，其中支架主要起到一個支撐和的作用，通過鉸接油缸支撐其中的舉升臂，各舉升臂之間采用軸和軸承等連接，工作時臺面與載荷直接接觸。底部支架主要起到支撐整個設(shè)備并將臺面的載荷傳遞到地面的作用。
3.1.2 升降機(jī)的運(yùn)動機(jī)理
升降機(jī)工作機(jī)構(gòu)原理如下圖所示：
圖3-2
兩舉升臂在O點連接，舉升臂的上下兩側(cè)分別與上臺板和下臺板固定，通過液壓缸的活塞桿伸縮對舉升臂產(chǎn)生推力，經(jīng)過連接點的轉(zhuǎn)動即可實現(xiàn)設(shè)備的舉升與下降。
根據(jù)上述的研究可知，升降機(jī)工作原理可以闡述為：固定支架安裝在地面上，與工作臺面通過叉臂結(jié)構(gòu)支撐，液壓缸通過活塞桿對叉臂產(chǎn)生推力，從而帶動工作臺面上升和下降。
圖3-3
最初，上、下板處于關(guān)閉狀態(tài)，1，2，3，4可以被視為支架，與兩個液壓缸通過支撐梁連接，當(dāng)液壓油進(jìn)入缸體后，活塞桿即可伸出，從而支撐臺板實現(xiàn)起升動作，當(dāng)設(shè)備上升到設(shè)定的高度時，液壓缸工作停止并鎖止，設(shè)備達(dá)到最大工作狀態(tài)。
3.2 升降機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和零件設(shè)計
3.2.1 升降機(jī)支架和下底板結(jié)構(gòu)的確定
3.2.1.1 上頂板結(jié)構(gòu)
臺板上的直接接觸和負(fù)載，具有多個槽鋼通過焊接結(jié)構(gòu)，采用3500x1500x20mm的汽車板加工而成，其結(jié)構(gòu)如下：
圖3-4
3.2.1.2 強(qiáng)度校核
升降平臺是一種作用在屋面荷載的平臺，可以被視為具有一個統(tǒng)一的載荷，其載荷密度為：
F代表工作臺面重力和額定負(fù)載之和。
L代表負(fù)重的作用距離。m，在本此設(shè)計的液壓升降臺中，該尺寸沿長度方向為14m，寬度方向為6m。
其中
帶入數(shù)據(jù)得：F=53279N
沿長度方向有：
帶入數(shù)據(jù)有：
升降運(yùn)動過程的進(jìn)行分析后，可以發(fā)現(xiàn)在升降機(jī)到達(dá)升降的最大高度時，此時梁將受到最大的負(fù)載，要進(jìn)行強(qiáng)度校核時，只需要分析升降機(jī)處于最大工作高度時：
其受力簡圖為：
圖3-5
該舉升臺面有含有8個支架，因此具有8個支撐點，設(shè)定在每個支撐點出所受力為N，則該平衡方程可列為：
即
將與上式合并計算后得：
根據(jù)上圖研究可知，其彎矩受力情況如下所示：
AB段： （）
BC段： （）
CD段與AB段對稱。
圖3-6
圖中顯示的最大彎矩可知：
根據(jù)彎矩的計算公式可知：
舉升臂的最大彎曲應(yīng)力必須小于該舉升臂材料許用彎曲應(yīng)力。
式中： W—抗彎截面系數(shù)
—舉升臂材料的屈服極限
n—安全系數(shù)，此處取
將所有數(shù)據(jù)代入上式后得：
=
由計算結(jié)果可知，該支撐臂符合設(shè)計要求。
當(dāng)升降機(jī)處于最大工作高度時，設(shè)備的強(qiáng)度計算結(jié)果如下：
與上節(jié)計算相似：
彎矩如下：
FA段： ()
AB段：= ()
BC段：=()
圖3.9
圖中顯示的最大彎矩可知：
根據(jù)彎矩的計算公式可知：
舉升臂的最大彎曲應(yīng)力必須小于該舉升臂材料許用彎曲應(yīng)力。
式中：W代表抗彎截面系數(shù)；
—舉升臂材料的屈服強(qiáng)度
n—安全系數(shù)，此處取
將所有數(shù)據(jù)代入上式后得：
=
同樣對工作臺板另一方向強(qiáng)度進(jìn)行分析計算：
均布載荷強(qiáng)度為：
F 汽車板額定載荷重力之和
l 載荷作用長度 2x4=8m
將數(shù)據(jù)代入到上述公式中，計算可得
受力分析和彎曲力矩分析如下圖所示：
= （）
圖3.10
在圖中可以看出彎矩為：
工作時舉升臂受到的極限應(yīng)力為：
所以工作臺面在另一方向也滿足設(shè)計要求。
3.2.1.3 舉升臂結(jié)構(gòu)
舉升臂是由8根尺寸及外觀相似，在頂部和端頭支架分別加工出短軸，便于安裝軸承及連接軸?；钊麠U的伸縮功能主要是用來推動舉升臂，從而使得工作臺面進(jìn)行上升和下降，作用是將液壓缸的直線運(yùn)動轉(zhuǎn)化為通過鉸鏈支點的平臺升降運(yùn)動，該舉升臂之間的安裝方式應(yīng)滿足設(shè)備工作要求，同時還需要保證舉升臂具有足夠的安全工作能力。
每支舉升臂的上頂端所傳遞的載荷設(shè)為N。則有下列計算公式：
求得：N=3848N
對運(yùn)動和支撐力進(jìn)行分析后可知，支持力在運(yùn)動過程中發(fā)現(xiàn)更為復(fù)雜，與其他支架鉸接在未知矢量的大小和方向的固定基準(zhǔn)點，所以靜不定問題在理論上的問題，已經(jīng)超出了本文的研究范疇，臺板的重力對舉升臂的變形完全可以忽略，所以接下來將重點計算在額定載荷作用下升降機(jī)的工作狀態(tài)。根據(jù)運(yùn)動原理的分析，在圖中可以看出，對于主要力和液壓缸推桿的連接點，它不僅是通過液壓缸的推力的影響，同時也將通過對臺板的力，因此，在支架的頂力與權(quán)力的一種液壓缸推桿，最重要的是在這里，其他的力忽略不計，只計算在轉(zhuǎn)移的頂負(fù)荷和重負(fù)荷。
計算簡圖如下所示：
圖3.11
所體現(xiàn)的彎曲力矩為：
每個舉升臂的端面對工作臺板的載荷
L液壓缸與舉升臂鉸接點距離臺面支撐點之間的直線距離
將數(shù)據(jù)代入上述公式后：
假設(shè)本次設(shè)計的工作臺面為截面尺寸是長為a，寬為b的矩形，則其應(yīng)滿足的極限應(yīng)力要求是：
式中： M—舉升臂上所傳遞的彎曲力矩 Nm
W—截面尺寸分別為a，b的矩形抗彎曲截面系數(shù)
—舉升臂所選材料為Q235，則其屈服強(qiáng)度為
將數(shù)據(jù)代入上述公式后：
求得：
根據(jù)以上計算結(jié)果可知：只要截面尺寸為a，b的矩形滿足條件，就可以滿足該設(shè)備的設(shè)計要求，取，則其，符合設(shè)計要求。
這些支撐臂的重量為：
舉升臂的結(jié)構(gòu)還應(yīng)重點考慮安裝便利性，液壓缸活塞桿和鉸接結(jié)構(gòu)頂架，因此應(yīng)該在兩支架之間安裝支撐板，以滿足設(shè)備工作要求。
3.2.1.4 升降機(jī)底部臺面的計算
升降機(jī)主要通過底部臺面支撐整個設(shè)備全部重量，并將所有的載荷傳遞到水平面上，他的設(shè)計難點必須滿足剛性需求，以便在設(shè)備工作過程中，可以保證升舉升臂不會變形，所以該舉升臂的具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：
第四章 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定
4.1制定液壓傳動方案：
在對整個設(shè)備總體結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，對設(shè)備的工作情況應(yīng)該有足夠的掌握，然后根據(jù)工作狀態(tài)設(shè)計液壓系統(tǒng)的總體方案。下面闡述了一些對舉升機(jī)設(shè)計的幾點主要內(nèi)容：
1）主體機(jī)架：主要用途是用來對部分重要設(shè)備進(jìn)行升降，升降機(jī)必須可靠，不容易壞，其次所占用的空間必須小，適合于戶外，整體布局簡單；
2）主要完成起升和下降工作，工作過程必須緩慢，采用液壓傳動具有沖擊小的優(yōu)點；
3）額定負(fù)載為5噸的設(shè)計需求，采用兩側(cè)液壓缸連桿機(jī)構(gòu)控制叉車的動作連接。最大提升高度略大于身高；
4）良好的運(yùn)動穩(wěn)定性；
5）手動控制，用按鈕控制升降；
6）工作環(huán)境要求：不在沙地平面和其他非木質(zhì)磚板上運(yùn)行，不應(yīng)該在一個斜坡或不平的場地使用，不應(yīng)在有惡劣環(huán)境的室外使用；
7）設(shè)備工作可靠，制作成本便宜，轉(zhuǎn)移方便，其他并不需要額外的輔助設(shè)備和特殊要求；
4.2設(shè)計液壓系統(tǒng)總體方案
4.2.1液壓執(zhí)行元件選擇
液壓執(zhí)行元件主要包含液壓缸和液壓泵。液壓缸主要用于實現(xiàn)直線運(yùn)動，液壓泵實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，兩者的具體使用特點如下表3-1：
對于簡單的線性和旋轉(zhuǎn)機(jī)器的設(shè)計，可以選擇齒輪式液壓泵和液壓缸，這結(jié)構(gòu)可大大簡化液壓系統(tǒng)，從而降低機(jī)器的制造成本。
表4-1 各液壓元件特點
名 稱
特 點
適 用 場 合
雙活塞桿液壓缸
雙向?qū)ΨQ
雙作用往復(fù)運(yùn)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(yùn)動，差動連接可實現(xiàn)快進(jìn)，A1=2A2往返速度相等
柱塞缸
結(jié)構(gòu)簡單
單向工作，靠重力或其他外力返回
擺動缸
單葉片式轉(zhuǎn)角小于360度
雙葉片式轉(zhuǎn)角小于180度
小于360度的擺動
小于180度的擺動
齒輪泵
結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜
高轉(zhuǎn)速低扭矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動
葉片泵
體積小，轉(zhuǎn)動慣量小
高轉(zhuǎn)速低扭矩動作靈敏的回轉(zhuǎn)運(yùn)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(zhuǎn)運(yùn)動
軸向柱塞泵
運(yùn)動平穩(wěn)、扭矩大、轉(zhuǎn)速范圍寬
大扭矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動
徑向柱塞泵
轉(zhuǎn)速低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輸出大扭矩
低速大扭矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動
注：A1—無桿液壓缸的活塞截面積 A2—有桿液壓缸的活塞截面積
常用的起升機(jī)構(gòu)主要有如下圖4-1二種形式：
（a） (b)
圖4-1起升機(jī)構(gòu)
這兩種方式也可以實現(xiàn)升降的功能，高和低的用于升降液壓設(shè)備。有一個運(yùn)動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，一個與液壓缸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動來實現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)動，長行程液壓馬達(dá)可以用來完成此運(yùn)動。
4.2.2 確定液壓缸的形式
在如今工程機(jī)械中，用的最多的就是液壓缸，重型設(shè)備，運(yùn)輸設(shè)備、礦山工作用設(shè)備等均采用液壓傳動。根據(jù)液壓缸的運(yùn)動，本文選擇該類型為可實現(xiàn)直線運(yùn)動的單桿雙作用液壓緩沖缸。此優(yōu)點如下：雙向可推拉并且無極定位。
4.2.3 確定液壓缸的安裝方式
雙作用單活塞液壓缸，通過不同類型的耳環(huán)安裝。在本文設(shè)計結(jié)構(gòu)中，采用的固定方式為液壓缸一端固定，另一端可在豎直平面內(nèi)靈活轉(zhuǎn)動，因此最終選擇液壓缸固定方式為：軸耳固定。
4.2.4 缸蓋連接方式
如今缸體缸蓋安裝方式采用最多的主要有三種形式：即外螺紋安裝，內(nèi)螺紋安裝及法蘭安裝三種方式。本次設(shè)計選擇法蘭固定方式。
4.2.5選擇執(zhí)行元件運(yùn)動控制回路
選擇液壓執(zhí)行元件類型，是液壓回路中控制運(yùn)動方向和速度的關(guān)鍵問題。要解決這一關(guān)鍵問題，需要采用邏輯控制閥或方向控制元件來實現(xiàn)。對于一般的小型液壓系統(tǒng)，該閥具有最有效的結(jié)合來實現(xiàn)預(yù)期的動作。對大型設(shè)備的液壓系統(tǒng)，我們采用先導(dǎo)控制閥和插裝閥聯(lián)合實現(xiàn)。液壓剪式升降臺設(shè)計特點：升降緩慢而穩(wěn)定的運(yùn)行。
4.3確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)
4.3.1載荷的組成與設(shè)校核：
首先，需要定位載荷所支撐的位置，液壓缸鎖具有的額定負(fù)載壓力，經(jīng)過前面一系列的分析，當(dāng)液壓缸軸線與水平面的夾角為極限小角度時，即舉升臂與水平面夾角為最小狀態(tài)時，液壓缸此時為額定載荷狀態(tài)。本次設(shè)計將舉升臂的長度定為3.1m長。當(dāng)液壓缸狀態(tài)為閉合時（假定此狀態(tài)時舉升臂與水平面夾角=）=，根據(jù)上述公式得=。
圖4-2舉升機(jī)各參數(shù)
自此位置，值的具體數(shù)值還不得而知，但的數(shù)值必須限定在之內(nèi)，初步假定。根據(jù)液壓缸推力與臺面載荷公式計算可得。再次假設(shè)的話，重復(fù)上式計算得出。通過兩此計算結(jié)果對比，當(dāng)時，液壓缸的額定推力P要小于時。也就是在值不變的前提下，越大，值越小。但考慮設(shè)備的穩(wěn)定性，液壓缸與舉升臂的鉸接點A與兩舉升臂的連接點B距離不能太近，否則在兩連接處會有巨大的應(yīng)力沖擊，從而導(dǎo)致降低了設(shè)備的工作可靠性。所以，最終選擇。這時將代入上面的計算式可得 ，
當(dāng)升降機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)，也就是閉合位置時，，活塞桿的載荷最大，。接下來就可以根據(jù)計算得出的額定推力選擇合適的液壓缸。
圖4-3液壓缸
上圖是采用單個液壓缸作為動力器件的液壓系統(tǒng)計算結(jié)構(gòu)。所有相關(guān)符號都標(biāo)注在簡圖中，其中代表的是活塞桿的外部受力。則代表活塞與液壓缸體和活塞桿與導(dǎo)向套之間的密封性。代表作用在活塞桿上的外部壓力，表示導(dǎo)軌的阻力，則是由于液壓油流速變化而對活塞桿產(chǎn)生的慣性力。
（1）工作載荷
作用在活塞桿上的集中的工作載荷對活塞桿產(chǎn)生擠壓，當(dāng)工作載荷的方向與活塞運(yùn)動的方向相反時為正數(shù)。在升降機(jī)實際工作狀態(tài)下，由于負(fù)載很大，活塞本體的質(zhì)量可以選擇忽略，代表工作狀態(tài)下對活塞桿產(chǎn)生的擠壓力和切削力，在圖4-3中，=P。因為本次設(shè)計選用的額定載荷為5噸，因此各個液壓缸的工作載荷=P=113680N。
（2）導(dǎo)軌工作阻力
直接作用的液壓缸與活塞的固定方式一般是沿著導(dǎo)軌的運(yùn)動方向，此時工作阻力與載荷相比是可以忽略的，因此=0。
（3）慣性載荷
，。
——速度變化量m/s
——液壓泵開動或者停止所持續(xù)的時間，s。大部分的機(jī)械設(shè)備可選擇= 0.1~0.5s，此時載荷值較低，運(yùn)動速度也較小。當(dāng)設(shè)備為高速重載機(jī)械時，該值應(yīng)選擇大一些，一般選擇= 0.5~1.5s。
——加速度
假定選擇液壓缸動作時的加速度，，則==0.27，
上述所得出的三種負(fù)載值的合力我們將其確定為液壓缸的外部載荷， 。
當(dāng)液壓缸加速動作時，平穩(wěn)工作時，減速停止時。
除了液壓缸的外部負(fù)載，活塞體上所傳遞的載荷還應(yīng)該包括液壓缸安裝后各密封零件的摩擦阻力，不同結(jié)構(gòu)的液壓缸，它的密封材料和密封方式是有很大區(qū)別的，因此該阻力很難精確計算得出，根據(jù)經(jīng)驗一般估算為
式中—液壓缸的機(jī)械效率，通暢選擇0.90~0.95，在這里，我們選擇0.95，因此。
4.3.2初選系統(tǒng)壓力
通常來講，當(dāng)設(shè)計一個沒有很多限制條件的機(jī)器時，可以選擇液壓系統(tǒng)的壓力較低。當(dāng)機(jī)器是重大的設(shè)備時，同時工作時候要求的工作較快時，應(yīng)選擇高壓力的液壓系統(tǒng)。經(jīng)過研究，根據(jù)下表4-2初步選取15Mpa。
表4-2 各類機(jī)器常用的液壓工作壓力
機(jī)器類型
機(jī) 床
農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械建筑機(jī)械
液壓機(jī)大中型挖掘機(jī)重型機(jī)械
磨床
組合
機(jī)床
龍門
刨床
拉床
工作壓力MPa
0.8~0.2
3~5
2~8
8~10
10~18
20~32
4.3.3對液壓缸的各尺寸進(jìn)行詳細(xì)計算
⑴液壓缸的相關(guān)參數(shù)和計算
液壓缸相關(guān)的設(shè)計參數(shù)見圖4-4所示：
圖4-4 液壓缸設(shè)計參數(shù)
圖a表示液壓缸內(nèi)的活塞桿在受到壓力的作用下，圖b表示活塞桿在工作時受到拉的作用下。
當(dāng)活塞桿受到壓力作用時
活塞桿受拉時
式中
——表示無桿液壓缸體內(nèi)活塞截面的有效工作面積
——表示有桿液壓缸體內(nèi)活塞截面有效工作面積
——代表液壓缸工作時體內(nèi)受到的液體壓力
——代表液壓缸回油腔壓力，它的設(shè)計值應(yīng)該根據(jù)液壓回路的工作狀態(tài)而定，通?？梢赃x擇下表4-3估算
D——活塞的有效直徑 m
d——活塞桿的有效直徑 m
表4-3 執(zhí)行元件背壓力表
系 統(tǒng) 類 型
背 壓 力 MPa
簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)
0.2~0.5
回油帶調(diào)速閥的系統(tǒng)
0.4~0.6
回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)
0.5~1.5
用補(bǔ)油泵的閉式回路
0.8~1.5
回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械
1.2~3
回油路較短，可直接回油路
可忽略不計
在本文中，可根據(jù)情況選擇背壓力值
在本次液壓升降機(jī)的工作過程中，液壓缸不可能有受拉的情況，所以只考慮其受壓的狀態(tài)。通常液壓缸在受到壓力的作用下，它的活塞截面面積為：
如若要使用此式必須先要了解與之間關(guān)系，又或者是活塞桿直徑與活塞直徑之間的關(guān)系，假設(shè)桿徑比，其比值將在下表所列出的情況中進(jìn)行選擇。
按照動作時壓力選擇
工作壓力MPa
5.0
5.0~7.0
7.0
0.5~0.53
0.62~0.7
0.7
按照活塞的運(yùn)動速度要求選擇
（）
1.25
1.33
1.46
0.161
2
0.4
0.5
0.55
0.62
0.71
注：速度比為當(dāng)工作時，活塞它的兩側(cè)有效面積與之比。即
假設(shè)當(dāng)正常工作時，其壓力選擇，因此可得到相應(yīng)的速度比=2，由于前面所闡述的情況，液壓缸工作時不會有受拉力的情況發(fā)生，因此當(dāng)活塞桿工作時可以適當(dāng)提高其動作速度，=2當(dāng)然也是可以接受的。
根據(jù)活塞直徑計算公式
，可以求出。根據(jù)對輪液壓缸的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑值的計算，比如類似于標(biāo)準(zhǔn)液壓缸參數(shù)，國內(nèi)液壓缸的最佳選擇，從設(shè)計加工。根據(jù)技術(shù)規(guī)格表工程機(jī)械手動液壓缸可以選擇全圓參數(shù)：最終選擇液壓缸的直徑為100mm，活塞桿的直徑為70mm，動作速度比=2，液壓系統(tǒng)的壓力為16Mpa，液壓缸的額定推力則為125.66kN。
⑵計算液壓缸行程
當(dāng)升降機(jī)位于閉合狀態(tài)時，這個時候液壓缸應(yīng)處于完全縮進(jìn)狀態(tài)，液壓缸的長度為最小值，。升降機(jī)的高度。
接下來計算工作臺面上升的最大高度，此時假定當(dāng)升降機(jī)處于極限高度的，根據(jù)任務(wù)書要求此時升降機(jī)最大高度為2.9m。因此可計算出液壓缸完全伸展后。
當(dāng)液壓缸處于停止工作時，此時液壓缸的總長即為，由前面計算結(jié)果，最終選擇液壓缸的總長為1320mm。接下來計算其有效工作行程：。查參考文獻(xiàn)表37-7-9就能得出液壓缸長度不得小于，因此選擇的液壓缸實際尺寸滿足設(shè)計要求。
4.3.4計算液壓泵參數(shù)
⑴計算液壓泵的額定工作壓力，
式中—代表液壓缸的極限負(fù)載，根據(jù)能夠計算得出
——代表從液壓泵進(jìn)口位置到液壓缸之間各管路所損失的總的壓力。開始是根據(jù)經(jīng)驗選擇：當(dāng)管路結(jié)構(gòu)比較簡單，機(jī)械運(yùn)動速度不是很大時，選擇；當(dāng)管道結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，設(shè)備動作速度較快時，選擇。
即
⑵確定液壓泵的流量
K——代表整個液壓結(jié)構(gòu)的泄漏系數(shù)，通常選擇1.1~1.3，在這里我們選擇1.2。
——代表液壓缸的額定流量，為了節(jié)約系統(tǒng)壓力，我們還增加了一個極限溢流泄壓閥，通常選擇
由于在前面計算出的結(jié)果知道，本次設(shè)計選擇的工作臺板升降速度為，在這里，假定工作臺板上升的極限速度為，則活塞的動作速度計算公式為
，（此時狀態(tài)為工作臺板臨界工作狀態(tài)，）
所以
⑶選擇液壓泵的型號
前面通過計算，得到了液壓系統(tǒng)的各項參數(shù)，根據(jù)液壓泵系統(tǒng)的形成，開始手動選擇產(chǎn)品相應(yīng)的液壓泵。為了更好的儲存液壓系統(tǒng)的壓力油，我們選擇的液壓泵的極限壓力通常應(yīng)該大于系統(tǒng)極限工作壓力的25 ~ 60%。
查找液壓系統(tǒng)設(shè)計手冊P37-135選擇型齒輪泵，其各項指標(biāo)如下表4-4。
表4-4 型齒輪泵的各參數(shù)值
型號
排量
壓 力
轉(zhuǎn) 速
特點
生產(chǎn)廠
額定
最高
額定
最高
CB-
10~40
16
20
1800
2400
鋁合金殼體，可作雙聯(lián)泵
榆次液壓件廠
⑷選擇液壓泵的額定功率
在工作狀態(tài)時，通常液壓泵它所擁有的流量和受到的載荷是相對不變的，
，其中——代表液壓泵的總效率，參考下表4-5選擇=0.7
表4-5 各液壓泵的總效率
液壓泵類型
齒輪泵
螺桿泵
葉片泵
柱塞泵
總效率
0.6~0.7
0.65~0.80
0.60~0.75
0.80~0.85
則，根據(jù)這個參數(shù)就可以選擇適當(dāng)?shù)碾妱訖C(jī)。
4.3.5管路尺寸的選擇
在液壓系統(tǒng)的管道中，如果是傳遞介質(zhì)為氣體或者潤滑油，則管路材料選擇鋼管，或者銅管，因為鋼管材料屈服強(qiáng)度達(dá)，可以抵擋很高的壓力，并且購買價格相對便宜，可以有效減少設(shè)備的制造成本，但是它也有缺點，那就是鋼管裝配時，應(yīng)避免其彎曲半徑過小，同時應(yīng)安裝在裝配較為便利的方面。在本文中，我們選擇鋼管作為傳遞壓力油的輸送管道。
鋼管尺寸計算
式中 Q——代表通過鋼管內(nèi)部的液體流量
v——鋼管內(nèi)部液體額定流速 ，具體的數(shù)值按下表3-6選擇：
表4-6 允許流速推薦值
油液流經(jīng)的管道
推薦流速 m/s
液壓泵吸油管道
0.5~1.5，一般取1以下
液壓系統(tǒng)壓油管道
3~6，壓力高，管道粘度小取大值
液壓系統(tǒng)回油管道
1.5~2.6
取，，。將以上各個數(shù)值代入上頁的公式中，可以計算得出，，。依據(jù)計算出的管道內(nèi)徑按照標(biāo)準(zhǔn)鋼管尺寸選擇合適的管道。按照參考文獻(xiàn)選擇表37-9-1經(jīng)過計算后分別選擇，，。最終選擇的鋼管壁厚為。
4.3.6液壓油儲存器容量的選擇
在選擇好液壓油儲存器的大小，是滿足系統(tǒng)供應(yīng)壓力油的一個方面，同時還是保證系統(tǒng)中的所有油釋放的重要部件。初始計算時，通常根據(jù)經(jīng)驗公式計算 選取。
式中——代表液壓系統(tǒng)每分鐘釋放的液體體積
——經(jīng)驗系數(shù)，按下表3-7選擇。本次設(shè)計選擇=4：
表4-7 各系統(tǒng)經(jīng)驗系數(shù)
系統(tǒng)類型
行走機(jī)械
低壓系統(tǒng)
中壓系統(tǒng)
鍛壓系統(tǒng)
冶金機(jī)械
1～2
2～4
5～7
6～12
10
則。
4.4液壓缸主要零件結(jié)構(gòu)、選擇材料及設(shè)計重點
4.4.1缸體
1. 缸體頭部鏈接方式
本文設(shè)計的升降機(jī)采用的液壓缸頭部采取一個普遍的焊接形式，其優(yōu)點如下：安裝簡便，外形尺寸較小，零件數(shù)量少。但是在焊接時，零件容易變形，缸體頭部的直徑部分不容易制造。所以，在制造過程中應(yīng)尤其注意這些要點。
2. 缸體制造材料選擇（在這里最終選擇45號鋼作為制造材料）
毛坯可以只使用鑄鐵或鑄鐵鍛造。只是用zg35b材料如鑄鐵，可以用幾個等級或球墨鑄鐵HT200 ~ HT350之間。采用鋁合金材料等特殊情況。
4.4.2活塞
1. 活塞與活塞桿的安裝方式見下表3-8
表3-8 活塞與活塞桿的安裝方式
聯(lián)接方式
備注說明
整體聯(lián)接
用于工作壓力較大而活塞直徑又較小的情況
螺紋聯(lián)接
常用的聯(lián)接方式
半環(huán)聯(lián)接
用于工作壓力、機(jī)械振動較大的情況下
本次設(shè)計最終選擇螺紋連接的安裝方式。
2. 活塞與缸體的密封方式，液體流量，工作環(huán)境狀態(tài)，處于不同的工作介
質(zhì)和工作環(huán)境。見下表常用的密封結(jié)構(gòu)3-9
表3-9 常用的密封結(jié)構(gòu)
密封形式
備注說明
間隙密封
用于低壓系統(tǒng)中的液壓缸活塞的密封
活塞環(huán)密封
適用于溫度變化范圍大，要求摩擦力小、壽命長的活塞密封
O型密封圈密封
密封性能好，摩擦系數(shù)小；安裝空間小，廣泛用于固定密封和運(yùn)動密封
Y型密封圈密封
用在20MPa下、往復(fù)運(yùn)動速度較高的液壓缸密封
結(jié)合工作情況要求，最終選擇O型密封是最優(yōu)方案。
3. 活塞制造材料
液壓缸的活塞制造材料一般選擇為耐磨鑄鐵，鋼，鋁合金，這里我們選擇使用45號鋼。
4.4.3活塞桿
1. 端部結(jié)構(gòu)
活塞桿的頭部固定方式一般有以下幾種方式：外螺紋連接，內(nèi)螺紋連接，單耳環(huán)，雙耳環(huán)，雙球頭銷等等。根據(jù)升降機(jī)設(shè)計的結(jié)構(gòu)形式要求，同時為了使得裝配和使用較為便利，最終選擇單耳環(huán)外螺紋固定方式。
2. 端部尺寸
查液壓缸設(shè)計手冊表37-7-4，結(jié)合本次設(shè)計情況，最后選擇直徑螺距-螺紋長=。
3. 活塞桿結(jié)構(gòu)
活塞桿目前有空心和實心兩類。實心結(jié)構(gòu)的活塞桿一般采用35，45鋼；空心結(jié)構(gòu)的活塞桿材料一般選擇35，45無縫鋼管。本文選擇實心結(jié)構(gòu)的活塞桿，材料選擇45號鋼。
4.4.4活塞桿的導(dǎo)向、密封結(jié)構(gòu)和防塵方式
1. 導(dǎo)向套
⑴導(dǎo)向套它的工作方式、結(jié)構(gòu)尺寸見下表3-10：
表3-10導(dǎo)向套的工作方式
工作方式
簡述
缸蓋方式
減少部件數(shù)量，裝配簡單，磨損比較快
導(dǎo)向套導(dǎo)向
管通方式
壓力油潤滑導(dǎo)套，使其在密封狀態(tài)
可拆導(dǎo)向套工作方式
安裝便利，維護(hù)方便?？稍趷毫拥墓ぷ鳝h(huán)境中使用，導(dǎo)套的場合頻繁更換
球面導(dǎo)向套方式
自動調(diào)整導(dǎo)套的位置
本設(shè)計出于成本考慮，為了裝配方便，最終選擇導(dǎo)向套方式。
⑵導(dǎo)向套制造材料
導(dǎo)套用于鑄造青銅或鑄鐵。選擇一個導(dǎo)套與氣缸蓋和氣缸蓋，因此材料是相同的，所選擇的耐磨鑄鐵。
2. 活塞桿的嚴(yán)絲合縫結(jié)構(gòu)
這里我們還是選擇O型密封圈的密封結(jié)構(gòu)，結(jié)合薄鋼板作為防塵圈的制造材料，防塵圈與活塞桿的配合公差可按f9/H9選擇。薄鋼板選擇厚度為0.5mm。
第五章 總結(jié)
剪叉式液壓舉升機(jī)的設(shè)計是在現(xiàn)有的剪叉式液壓舉升機(jī)平臺上，設(shè)計出的一種安裝便捷、成本低廉、工作可靠安全并且可在各個場合靈活使用的設(shè)備；用于在許多場合給重型貨物進(jìn)行搬運(yùn)轉(zhuǎn)移，此設(shè)備操作簡單，可通過更換不同的標(biāo)準(zhǔn)件及安裝方式以滿足現(xiàn)如今很多工廠各式各樣的工作環(huán)境。
本文結(jié)合雙鉸接剪叉式舉升機(jī)的叉臂位置參數(shù)和工作參數(shù)進(jìn)行了合理的計算，結(jié)合實際的使用情況，對兩種液壓缸安裝方式進(jìn)行了詳細(xì)的研究，最終選擇液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用液壓缸或液壓泵來實現(xiàn)工作要求，可實現(xiàn)合理的直線運(yùn)動和簡單的線性和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)制，可以使用液壓齒輪泵和雙液壓缸活塞桿。
在整個論文完成階段，對升降機(jī)系統(tǒng)許多重要的尺寸計算是最主要的研究內(nèi)容，計算結(jié)果直接與系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能相關(guān)。
最后，簡要說明材料和液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸，從而完成液壓升降平臺的設(shè)計。
由于時間的限制，對整個設(shè)計資料的不足，還存在一些問題，尺寸不一定精確。在實際生產(chǎn)使用過程中還需要進(jìn)行不斷的改進(jìn)才能達(dá)到預(yù)想的結(jié)果，希望各位老師可以批評指出，本人將不勝感激。
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[16] 官忠范主編.液壓傳動系統(tǒng)(第3版).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1997
[17] 陸元章主編.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備設(shè)計手冊(2).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1996
[18] 許福玲，陳堯明主編.液壓與氣壓傳動.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1997
致 謝
兩個多月的設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，在這過程中，使我真正的知道了學(xué)習(xí)理論知識和實踐行動的必要性。在這期間，我不斷去圖書館查找相關(guān)文獻(xiàn)資料，將自己的課余時間大部分泡在了圖書館，并在這過程中，不斷發(fā)現(xiàn)問題，找老師幫助找出問題的解決方案，讓我充分認(rèn)識到書本知識與實際工作過程中有很大的差距。本論文很好的將兩者完美結(jié)合，讓我在進(jìn)入工作崗位之前有了一個很好的訓(xùn)練機(jī)會。同時，我也意識到很多事情，不是一個人就能解決的，必須團(tuán)隊合作，互相溝通，才能將設(shè)計完成的更加漂亮。
通過這次的畢業(yè)設(shè)計，我在自動控制理論、機(jī)械設(shè)計等領(lǐng)域，有了進(jìn)一步的理解?？傊驹O(shè)計為我們打開設(shè)計的實際應(yīng)用后，對本人以后的工作和生活起到了良好的推動作用。
衷心感謝各位老師的精心指導(dǎo)設(shè)計過程，特別是老師，他的諄諄教誨、耐心解釋每一個階段，使得我可以順利的完成此份設(shè)計。