雙鉸接剪叉式液壓升降臺的設(shè)計正文.doc

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1、無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第一章 緒 論 汽車舉升機是現(xiàn)代汽車維修作業(yè)中必不可少的設(shè)備，它的主要作用就是為發(fā)動機、底盤、變速器等養(yǎng)護和維修提供方便。舉升機的從上世紀20年代開始使用，發(fā)展至今經(jīng)歷了許多的變化改進，種類也比較多，一般有柱式、剪式，其驅(qū)動方式有鏈條傳動，液壓傳動，氣壓傳動等。本章就從舉升機的產(chǎn)生、發(fā)展以及制造工藝等方面進行簡單的介紹。 1.1 舉升機的發(fā)展簡史 汽車舉升機在世界上已經(jīng)有了70年歷史。1925年在美國生產(chǎn)的第一臺汽車舉升機，它是一種由氣動控制的單柱舉升機，由于當(dāng)時采用的氣壓較低，因而缸體較大；同時采用皮革進行密封，因而壓縮空氣驅(qū)動時的彈跳嚴重且又

2、不穩(wěn)定。直到10年以后，即1935年這種單柱舉升機才在美國以外的其它地方開始采用。 1966年，一家德國公司生產(chǎn)出第一臺雙柱舉升機，這是舉升機設(shè)計上的又一突破性進展，但是直到1977這種舉升機才在德國以外的其它國家出現(xiàn)。現(xiàn)在雙柱舉升機在市場上以占據(jù)牢固的地位，其銷量還在持續(xù)增長。它和四柱舉升機相比，既有優(yōu)點，也有缺點，以下將作一簡要說明。 我們所見到的絕大多數(shù)舉升機均采用固定安裝方式。在舉升前汽車必須駛上舉升機。在移動式舉升機方面也有幾項成功設(shè)計，如剪式舉升機、菱架式舉升機等。但這類舉升機仍存在兩個主要問題，接近汽車下部較難；在車間移動舉升機時難逾越地面上的障礙物。當(dāng)然，可移動性是這類舉升

3、機的突出優(yōu)點?，F(xiàn)在固定安裝的單柱、雙柱、四柱舉升機已在維修現(xiàn)場廣泛采用，而移動式舉升機卻相對要少得多。 最初設(shè)計單柱舉升機外，車輛較大，其底盤也能明顯辨認，因而汽車檢修區(qū)遠遠大于舉升器件。而今絕大多數(shù)汽車均為“緊湊型”或“半緊湊型”，導(dǎo)致汽車檢修區(qū)域接近主要舉升機器件而不便操作。但在南美洲卻屬例外，那里仍然采用較大的車輛，這可能是單柱舉升機在該地區(qū)的市場上仍然受到歡迎的重要原因。單柱舉升機有兩大優(yōu)點：當(dāng)其下降后，不致成維修車間的障礙物；汽車可在舉升機上轉(zhuǎn)動。但美國卻受到了責(zé)難，主要是舉升機的旋轉(zhuǎn)會帶來撞擊操作人員的危險。單柱舉升機的主要缺點是：第一，它需要在車間的地面挖掘一個相當(dāng)大的坑穴后才

4、能安裝；其次，它只能為使用提供車輪支撐方式；第三，使用時難于接近汽車下部的一些重要檢修區(qū)域。舉升用的油缸潛藏在地下也給維修帶來兩大問題：第一是檢修這些零部件頗為困難；其次是由于油缸所處的環(huán)境條件差，容易生銹，特別是地下水位較高時更是如此。 雙柱舉升機（包括液壓式或機械式），均具有以下優(yōu)點：第一，檢修汽車下部具有很高的可接近性（幾乎達到100%）；其次，采用車輪自由型的方式支撐汽車，因而拆卸車輪時不需要其它輔助性的舉升措施；第三，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面小。雙柱舉升機的缺點是：第一為確保安全，安置舉升機時要求非常嚴格，否則在舉升過程中容易搖晃或顛覆；第二，由于舉升機常采用車輪自由型的方式支撐汽車，如需

5、采取車輪支撐型的方式維修汽車則甚感不便，如檢查懸掛系統(tǒng)、檢查轉(zhuǎn)向機構(gòu)間隙或進行車輪定位檢驗等；第三，由于舉升臂和立柱承受懸臂或載荷所產(chǎn)生的巨大應(yīng)力，其承力件易于磨損，因而雙柱舉升機的安全工作壽命一般要比四柱舉升機低。 四柱舉升機有四根立柱、兩根橫梁、用于支撐汽車的兩個臺板。舉升前，汽車很容易正確無誤地駛上四柱舉升機的臺板。由于臺板內(nèi)側(cè)設(shè)備有凸緣，當(dāng)汽車駛上臺板時也不致墜入其間的空隙中。車輪支撐型四柱舉升機的優(yōu)點是：第一，舉升機裝載汽車時勿需較高的技術(shù)，操作也很簡便；第二，承載時非常穩(wěn)定；第三，支撐載荷受力簡單，應(yīng)力較低，從而延長了設(shè)備的使用壽命；第四，由于具有較高的使用價值，從經(jīng)濟上來看也是

6、合算的；第五，易于維修；第六，在車間現(xiàn)場進行安裝也較方便，只要地面平坦，其混凝土厚度能夠固牢立柱的地腳螺栓即可。四柱舉升機的缺點是：和雙柱舉升機相比，戰(zhàn)地面積教大，對汽車檢修區(qū)域可接近性較差。 解放后，特別是改革開放以來，我國的汽車維修行業(yè)有了很大的發(fā)展，為之服務(wù)的汽車維修設(shè)備行業(yè)已成為我國的新興行業(yè)不斷發(fā)展壯大。各種舉升機設(shè)備如雨后春筍，不斷涌現(xiàn)，質(zhì)量不斷提高，銷量逐年增加。 有人說，對于汽車維修企業(yè)來說，汽車舉升機可能是除廠房而外的最重要的投資，因為它具有至關(guān)重要和不可替代的作用，甚至直接影響到汽車維修業(yè)務(wù)的興衰。汽車舉升機是汽車維修設(shè)備行業(yè)的支柱設(shè)備之一，讓我們生產(chǎn)出更多、更好、更受

7、用戶歡迎的汽車舉升機，為汽車維修企業(yè)服務(wù)。 1.2 汽車舉升機的設(shè)計特點 （1）舉升機臺板降到下位時，與地面應(yīng)盡可能在同一平面上，為達到此目的，雖然可在地面上挖掘凹坑，但需增加投資費用，也破壞了車間地面的平整性。為此，在保證強度和剛度的前提下，應(yīng)盡可能降低舉升機臺板和橫梁的高度；這樣，既便于汽車駛上舉升機，又使駛上臺板的斜面長度盡可能短，節(jié)約車間的占地。在條件許可時，舉升機臺板（或橫梁）應(yīng)選擇專用型鋼或用鋼板拆彎成形。 （2）正確選擇傳動方式。采用機械傳動（螺母、螺桿）或液壓傳動（油缸），均 用電動機驅(qū)動。機械傳動的成本較高，耗能較多，但安全性較好。經(jīng)驗證明：機械傳動的能耗為液壓傳動所

8、需能耗的兩倍（在舉升載荷、舉升時間均相同的條件下）。機械式舉升機的螺母、螺栓磨損較快，而液壓式舉升機的維修量卻相對要小些。雖然液壓式舉升機的技術(shù)難度較大，但多數(shù)零部件（液壓泵、液壓缸、閥門、密封元件等）均可外購或外協(xié)，當(dāng)然一定要選用優(yōu)資產(chǎn)品。 （3）絲繩的選擇。為了減少滑輪直徑從而縮小寄生機立柱的斷面尺寸，應(yīng)該選用高柔度的鋼絲繩。鋼絲繩應(yīng)有較高的安全系數(shù)，一般應(yīng)達8。為此，應(yīng)增加鋼絲繩鋼絲的數(shù)目。如英國某公司3t系列的舉升機所采用的鋼絲繩的直徑為9mm，兩根并列，每根37股，每股6根鋼絲?；喭ǔＳ娩摬闹瞥?，而該公司采用玻璃纖維與尼龍混合制成（50%的玻璃纖維、50%的尼龍）。這樣，不僅價格

9、便宜，還能減輕鋼絲繩的磨損，延長其使用壽命。 1.3 汽車舉升機的安全保證措施 今天全世界都對在危險作業(yè)環(huán)境下工作的人們的安全寄予極大的關(guān)注。汽車舉升機具有潛在的危險，因為人們要在其下面工作；當(dāng)其升降時如不小心，也會碰傷手足。近年來不少國家還制定了專門性法規(guī)，以防止或至少使安全事故的可能性降低到最低限度。 汽車舉升機的安全保證措施主要從兩方面著手：一方面從設(shè)計制造方面采取措施，好提高汽車舉升機的安全技術(shù)特性；另一方面則應(yīng)在使用維修過程中遵循嚴格的操作規(guī)程，保證汽車舉升機能在良好的技術(shù)狀態(tài)下正確地運行?，F(xiàn)分別說明與后。 1.3.1 設(shè)計制造方面的安全保證措施 當(dāng)今世界上的許多先進技

10、術(shù)，如自動控制\光電開關(guān)等，已廣泛應(yīng)用到各種安全裝置的設(shè)計領(lǐng)域，因而在設(shè)計制造舉升機時，應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品的特點，積極采用先進可靠實用的現(xiàn)代安全技術(shù)。以下僅列舉多數(shù)舉升機普遍采用的安全措施。 （1）舉升機應(yīng)能經(jīng)受超負荷試驗(包括舉升和支撐)，一般應(yīng)為最大舉升能力的125%此時舉升機的構(gòu)件不得有任何永久性的變形和損壞。 （2）所有的操作控制機構(gòu)均采用“雙重保險”，以防誤操作，即舉升機運行前必需操作兩個控制機構(gòu)(或按鈕開關(guān))后才能驅(qū)動。 （3）所有的控制電路均采用失效保護，即任何單個元件失效，也不會使舉升機墜或上升所造成非常危險的局面。 （4）所有的舉升機器件均應(yīng)有第二支撐系統(tǒng)。原有的提升系統(tǒng)失效

11、時，它能自動進行有效的支撐。 （5）所有的柔性提升手段，如鋼絲繩，鏈條等，均應(yīng)有足夠的安全系數(shù)，并在制造廠設(shè)置的保護罩內(nèi)傳動。 （6）所有的運動零件均應(yīng)有防護裝置，以免撞擊操作人員的任何部位，特別是手，足，衣服等。 （7）所有舉升機的設(shè)計均應(yīng)把舉升重物滑移的可能性降低到最低限度。 1.3.2 使用維護方面的安全保證措施 使用維護方面的安全保證措施涉及的范圍很廣，包括舉升機有使用前的準備工作，舉升汽車時應(yīng)該注意的事項，承載時的穩(wěn)定性，降下汽車時的注意事項，日常和定期維修檢查工作等。雖然汽車舉升機已有70年的歷史，其設(shè)計原理并無多大改變;但如果忽視安全要求，超載使用，疏忽大意，仍然會造成

12、嚴重事故，甚至發(fā)生人身傷亡。因此安全問題一定要引起使用單位和操作人員的高度重視。首先，應(yīng)選購那些安全性能良好的汽車舉升機，另外，還應(yīng)認真學(xué)習(xí)和理解說明書中的各項安全注意事項并認真貫切執(zhí)行。這里僅就使用維護舉升機時普遍應(yīng)當(dāng)注意的事項說明于后。 （1）使用中的舉升機每天都應(yīng)進行檢查。發(fā)現(xiàn)有效故障或零部件損壞時，不得再使用。維修時應(yīng)采用該舉升機的制造廠所提供的配件，不得隨意代替或自制。 （2）舉升機不得超載使用。每臺舉升機的額定載荷均注明在設(shè)備的銘牌上。特別要注意防止偏載，即整機雖未超載而某一舉升臂確已超過允許的額定載荷。故欲舉升那些前后軸載荷嚴重分配不均的汽車時應(yīng)特別注意，能滿足要求的才能裝載

13、使用。 （3）安置汽車和使用舉升機均應(yīng)由經(jīng)過培訓(xùn)并經(jīng)考核合格的人員操作。 （4）舉升汽車時，車內(nèi)不得有人。舉升機升降和使用時，顧客和無關(guān)人員應(yīng)遠離舉升機。 （5）舉升機區(qū)域內(nèi)不得有任何障礙物，如油脂、廢物、瓦礫等。 （6）當(dāng)汽車駛上舉升機前，應(yīng)清除通道，不得駛過或撞擊舉升臂，連接器，車軸支撐器等，以防損壞舉升機或汽車。 （7）在舉升機上承載汽車時應(yīng)仔細操作。將舉升機的支撐器安置到汽車制造廠推薦的舉升機逞力接觸點。只有當(dāng)支撐器與汽車上的承力點接觸嚴密后才能將舉升機升起;對其接觸的嚴密性進行認真檢查后，才能將汽車舉升到需要的工作高度。 （8）要注意某些汽車上的零部件由于移動或安裝位置的

14、不同會引起重心的急劇變化，從而導(dǎo)致舉升汽車時的不穩(wěn)定。 （9）舉升機降下前，應(yīng)將汽車下面的工具箱，臺架及其它設(shè)備全部移開。要降下舉升機前，還必須松開鎖緊裝置。 注意:如欲在汽車下面進行維修作業(yè)時，應(yīng)將舉升機提升到足夠的高度，以便鎖緊裝置嚙合。 第2章 剪叉式升降臺的應(yīng)用及其受力分析的討論 2.1剪叉式升降平臺的三種結(jié)構(gòu)形式 本討論的目的通過分析氣液動類的剪叉式升降平臺機構(gòu)特點，論述了設(shè)計時應(yīng)注意的問題及其應(yīng)用范圍。氣液動剪叉式升降平臺具有制造容易、價格低廉、堅實耐用、便于維修保養(yǎng)等特點。在民航、交通運輸、冶金、汽車制造等行業(yè)逐漸得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計中主要側(cè)重于小型

15、家用液壓式的升降平臺。在設(shè)計氣液動剪叉式升降平臺的過程中，一般我們會考慮如下三種設(shè)計方案，如簡圖2-1所示： 圖2-1 三種剪叉式升降臺結(jié)構(gòu)簡圖 圖中表示氣液動剪叉式升降平臺的三種結(jié)構(gòu)形式。長度相等的兩根支撐桿AB和MN鉸接于二桿的中點E，兩桿的M、A端分別鉸接于平板和機架上，兩桿的B、N端分別與兩滾輪鉸接，并可在上平板和機架上的導(dǎo)向槽內(nèi)滾動。圖中的三種結(jié)構(gòu)形式的不同之處在于驅(qū)動件液壓缸的安裝位置不同。 圖a中的驅(qū)動液壓缸的下不固定在機架上，上部的活塞桿以球頭與上平板球窩接觸。液壓缸通過活塞桿使上平板鉛直升降。 圖b中的臥式液壓缸活塞桿與支撐桿MN鉸接于N處。液壓

16、缸驅(qū)動活塞桿控制平臺鉛直升降。 圖c中的液壓缸缸體尾部與機架鉸接于G處，活塞桿頭部與支撐桿AB鉸接于F處。液壓缸驅(qū)動活塞桿可控制平臺鉛直升降。 按照液壓缸的安裝形式，稱圖a的形式為直立固定剪叉式結(jié)構(gòu)，圖b的形式為水平固定剪叉式，圖c的形式為雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)。 直立固定剪叉式結(jié)構(gòu)，液壓缸的行程等于平臺的升降行程，整體結(jié)構(gòu)尺寸龐大，且球鉸鏈加工負載，在實際種應(yīng)用較少。 水平固定剪叉式機構(gòu)，通過分析計算可知，平臺的升降行程大于液壓缸的行程，在應(yīng)用過程中可以實現(xiàn)快速控制升降的目的，但不足之處是活塞桿受到橫向力的作用，影響密封件的使用壽命。而且活塞桿所承受的載荷力要比實際平臺上的載荷力要大的多。

17、所以實際也很少采用。 雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)避免了上述缺點。結(jié)構(gòu)比較合理，平臺的升降行程可以達到液壓缸行程的二倍以上。因此，在工程實際中逐漸得到廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計就重點對雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)形式加以分析、論述。 2.2 雙鉸接剪叉式升降平臺機構(gòu)的位置參數(shù)計算 由圖2-2可知 圖2-2位置參數(shù)示意圖 （1） （2） 上式中： H——任意位置時升降平臺的高度； C——任意位置時鉸接點F到液壓鉸接點G的距離； L——支撐桿的長度； ——支撐桿固定鉸支點A到鉸接點F的距離； T——機架長度（A到G點的距離）； ——

18、活塞桿與水平線的夾角。 以下相同。 將（2）式代入（1）式，并整理得 。 （3） 設(shè)代入（3）式得 。 （4） 在（4）式中， ——升降平臺的初始高度； ——液壓缸初始長度。 雙鉸接剪叉式升降平臺機構(gòu)的運動參數(shù)計算： 圖2-3 運動參數(shù)示意圖 圖中，是F點的絕對速度；是B點絕對速度；是AB支撐桿的速度； 是液壓缸活塞平均相對速度；是升降平臺升降速度。由圖2-3可知： （5） 在（5）式中， ——液壓缸活塞平均相對運動速度； ——升降平臺升降速度； ——支撐桿與水

19、平線的夾角。 以下相同。 2.3 雙鉸接剪叉式升降平臺機構(gòu)的動力參數(shù)計算 圖2-4動力參數(shù)示意圖 圖中，P是由液壓缸作用于活塞桿上的推力，Q是升降平臺所承受的重力載荷。通過分析機構(gòu)受力情況并進行計算（過程省略）得出： 升降平臺上升時 ； （6） 升降平臺下降時 （6）、（7）式中， P——液壓缸作用于活塞桿的推力； Q——升降平臺所承受的重力載荷； f——滾動摩擦系數(shù)； b——載荷Q的作用線到上平板左鉸支點M的水平距離。 由于滾動輪與導(dǎo)向槽之間為滾動摩擦，摩擦系數(shù)很?。╢=0.01）,為簡化計算，或忽略不計，由（6）、（7）式簡化為： 。 （8） 9