3460 雙鉸接剪叉式液壓升降臺的設(shè)計

3460 雙鉸接剪叉式液壓升降臺的設(shè)計,鉸接,剪叉式,液壓,升降臺,設(shè)計 無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書1第 一 章 緒 論汽車舉升機(jī)是現(xiàn)代汽車維修作業(yè)中必不可少的設(shè)備，它的主要作用就是為發(fā)動機(jī)、底盤、變速器等養(yǎng)護(hù)和維修提供方便。舉升機(jī)的從上世紀(jì) 20 年代開始使用，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)動方式有鏈條傳動，液壓傳動，氣壓傳動等。本章就從舉升機(jī)的產(chǎn)生、發(fā)展以及制造工藝等方面進(jìn)行簡單的介紹。1.1 舉升機(jī)的發(fā)展簡史汽車舉升機(jī)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(jī)，它是一種由氣動控制的單柱舉升機(jī)，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(jìn)行密封，因而壓縮空氣驅(qū)動時的彈跳嚴(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(jī)，這是舉升機(jī)設(shè)計上的又一突破性進(jìn)展，但是直到 1977 這種舉升機(jī)才在德國以外的其它國家出現(xiàn)?，F(xiàn)在雙柱舉升機(jī)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(jī)相比，既有優(yōu)點(diǎn)，也有缺點(diǎn)，以下將作一簡要說明。我們所見到的絕大多數(shù)舉升機(jī)均采用固定安裝方式。在舉升前汽車必須駛上舉升機(jī)。在移動式舉升機(jī)方面也有幾項(xiàng)成功設(shè)計，如剪式舉升機(jī)、菱架式舉升機(jī)等。但這類舉升機(jī)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(jī)時難逾越地面上的障礙物。當(dāng)然，可移動性是這類舉升機(jī)的突出優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在固定安裝的單柱、雙柱、四柱舉升機(jī)已在維修現(xiàn)場廣泛采用，而移動式舉升機(jī)卻相對要少得多。最初設(shè)計單柱舉升機(jī)外，車輛較大，其底盤也能明顯辨認(rèn)，因而汽車檢修區(qū)遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jī)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(jī)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(jī)有兩大優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)其下降后，不致成維修車間的障礙物；汽車可在舉升機(jī)上轉(zhuǎn)動。但美國卻受到了責(zé)難，主要是舉升機(jī)的旋轉(zhuǎn)會帶來撞擊操作人員的危險。單柱舉升機(jī)的主要缺點(diǎn)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(jī)（包括液壓式或機(jī)械式） ，均具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，檢修汽車下部具有很高的可接近性（幾乎達(dá)到 100%） ；其次，采用車輪自由型的方式支撐汽車，因而拆卸車輪時不無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書2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(jī)的缺點(diǎn)是：第一為確保安全，安置舉升機(jī)時要求非常嚴(yán)格，否則在舉升過程中容易搖晃或顛覆；第二，由于舉升機(jī)常采用車輪自由型的方式支撐汽車，如需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(jī)構(gòu)間隙或進(jìn)行車輪定位檢驗(yàn)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(jī)的安全工作壽命一般要比四柱舉升機(jī)低。四柱舉升機(jī)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(jī)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(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：第一，舉升機(jī)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(jì)上來看也是合算的；第五，易于維修；第六，在車間現(xiàn)場進(jìn)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(jī)的缺點(diǎn)是：和雙柱舉升機(jī)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(jī)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(jī)可能是除廠房而外的最重要的投資，因?yàn)樗哂兄陵P(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(jī)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、更受用戶歡迎的汽車舉升機(jī)，為汽車維修企業(yè)服務(wù)。1.2 汽車舉升機(jī)的設(shè)計特點(diǎn)（1）舉升機(jī)臺板降到下位時，與地面應(yīng)盡可能在同一平面上，為達(dá)到此目的，雖然可在地面上挖掘凹坑，但需增加投資費(fèi)用，也破壞了車間地面的平整性。為此，在保證強(qiáng)度和剛度的前提下，應(yīng)盡可能降低舉升機(jī)臺板和橫梁的高度；這樣，既便于汽車駛上舉升機(jī)，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(jī)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(jī)械傳動（螺母、螺桿）或液壓傳動（油缸） ，均用電動機(jī)驅(qū)動。機(jī)械傳動的成本較高，耗能較多，但安全性較好。經(jīng)驗(yàn)證明：機(jī)械傳動的能耗為液壓傳動所需能耗的兩倍（在舉升載荷、舉升時間均相同的條件下） 。機(jī)械式舉升機(jī)的螺母、螺栓磨損較快，而液壓式舉升機(jī)的維修量卻相對要小些。雖然液壓式舉升機(jī)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)然無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書3一定要選用優(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(jī)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(dá) 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(jī)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。滑輪通常用鋼材制成，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(jī)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(jī)具有潛在的危險，因?yàn)槿藗円谄湎旅婀ぷ鳎划?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(jī)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(jī)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(yán)格的操作規(guī)程，保證汽車舉升機(jī)能在良好的技術(shù)狀態(tài)下正確地運(yùn)行。現(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(jìn)技術(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(jī)時，應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品的特點(diǎn)，積極采用先進(jìn)可靠實(shí)用的現(xiàn)代安全技術(shù)。以下僅列舉多數(shù)舉升機(jī)普遍采用的安全措施。（1）舉升機(jī)應(yīng)能經(jīng)受超負(fù)荷試驗(yàn)(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(jī)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(jī)構(gòu)均采用“雙重保險” ，以防誤操作，即舉升機(jī)運(yùn)行前必需操作兩個控制機(jī)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(hù)，即任何單個元件失效，也不會使舉升機(jī)墜或上升所造成非常危險的局面。（4）所有的舉升機(jī)器件均應(yīng)有第二支撐系統(tǒng)。原有的提升系統(tǒng)失效時，它能自動進(jìn)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(hù)罩內(nèi)傳動。（6）所有的運(yùn)動零件均應(yīng)有防護(hù)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(jī)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。無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書41.3.2 使用維護(hù)方面的安全保證措施使用維護(hù)方面的安全保證措施涉及的范圍很廣，包括舉升機(jī)有使用前的準(zhǔn)備工作，舉升汽車時應(yīng)該注意的事項(xiàng)，承載時的穩(wěn)定性，降下汽車時的注意事項(xiàng)，日常和定期維修檢查工作等。雖然汽車舉升機(jī)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，仍然會造成嚴(yán)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(jī)，另外，還應(yīng)認(rèn)真學(xué)習(xí)和理解說明書中的各項(xiàng)安全注意事項(xiàng)并認(rèn)真貫切執(zhí)行。這里僅就使用維護(hù)舉升機(jī)時普遍應(yīng)當(dāng)注意的事項(xiàng)說明于后。（1）使用中的舉升機(jī)每天都應(yīng)進(jìn)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(jī)的制造廠所提供的配件，不得隨意代替或自制。（2）舉升機(jī)不得超載使用。每臺舉升機(jī)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(jī)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(yán)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使用。（3）安置汽車和使用舉升機(jī)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(jī)升降和使用時，顧客和無關(guān)人員應(yīng)遠(yuǎn)離舉升機(jī)。（5）舉升機(jī)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(jī)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(jī)或汽車。（7）在舉升機(jī)上承載汽車時應(yīng)仔細(xì)操作。將舉升機(jī)的支撐器安置到汽車制造廠推薦的舉升機(jī)逞力接觸點(diǎn)。只有當(dāng)支撐器與汽車上的承力點(diǎn)接觸嚴(yán)密后才能將舉升機(jī)升起;對其接觸的嚴(yán)密性進(jìn)行認(rèn)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(jī)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(jī)前，還必須松開鎖緊裝置。注意:如欲在汽車下面進(jìn)行維修作業(yè)時，應(yīng)將舉升機(jī)提升到足夠的高度，以便鎖緊裝置嚙合。無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書5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(jī)構(gòu)特點(diǎn)，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(shí)耐用、便于維修保養(yǎng)等特點(diǎn)。在民航、交通運(yùn)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(diǎn) E，兩桿的 M、A 端分別鉸接于平板和機(jī)架上，兩桿的 B、N 端分別與兩滾輪鉸接，并可在上平板和機(jī)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(jī)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(jī)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，且球鉸無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書6鏈加工負(fù)載，在實(shí)際種應(yīng)用較少。水平固定剪叉式機(jī)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(shí)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(shí)際平臺上的載荷力要大的多。所以實(shí)際也很少采用。雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)避免了上述缺點(diǎn)。結(jié)構(gòu)比較合理，平臺的升降行程可以達(dá)到液壓缸行程的二倍以上。因此，在工程實(shí)際中逐漸得到廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計就重點(diǎn)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(jī)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）21/sin(cos),CLHll????（2）22()cos;T?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(diǎn) F 到液壓鉸接點(diǎn) G 的距離；L——支撐桿的長度；——支撐桿固定鉸支點(diǎn) A 到鉸接點(diǎn) F 的距離；lT——機(jī)架長度（A 到 G 點(diǎn)的距離） ；無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書7——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）221/[()]HLTCll???設(shè) 代入（3）式得00/,/,H??。 （4）221/200()[]TlLlCC?????在（4）式中，——升降平臺的初始高度；0H——液壓缸初始長度。雙鉸接剪叉式升降平臺機(jī)構(gòu)的運(yùn)動參數(shù)計算：圖 2-3 運(yùn)動參數(shù)示意圖圖中， 是 F 點(diǎn)的絕對速度； 是 B 點(diǎn)絕對速度； 是 AB 支撐桿的速度；VV1?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：1 21112,sin()sin(),,coscs,in()FBllVLl?????????無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書8（5）21cosin()VLl????。在（5）式中，——液壓缸活塞平均相對運(yùn)動速度；1——升降平臺升降速度；2V——支撐桿與水平線的夾角。?以下相同。2.3 雙鉸接剪叉式升降平臺機(jī)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(jī)構(gòu)受力情況并進(jìn)行計算（過程省略）得出：升降平臺上升時； coscosincostan[tan()( )]sin()22icosLfLbfbbfl???? ??????（6）升降平臺下降時（6） 、coscosincostan[tan()( )]sin()22icosQLfLbfbPbfl???? ??????（7）式中，P——液壓缸作用于活塞桿的推力；無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書9Q——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(diǎn) 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)很小（f=0.01）,為簡化計算，或忽略不計，由（6） 、 （7）式簡化為：。 （8）cosin()PLl????2.4 剪叉式升降平臺機(jī)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注意的問題由式（5）和（8）可知：當(dāng) 、 增大時， 值隨之減??；當(dāng) 、 減小時，P/Q??21/V??值隨之增大。在確定整體結(jié)構(gòu)值隨之減?。划?dāng) 、 減小時，P/Q 值隨之增大，在液壓缸行?程不變的情況下，升降平臺升降行程會減??；反之，則會使液壓缸行程受力增大。因此設(shè)計時應(yīng)綜合考慮升降行程與液壓缸受力兩個因素。在滿足升降行程及整體結(jié)構(gòu)尺寸的前提下，選取較高的 、 初始值。而且在整個機(jī)構(gòu)中 AB 支撐桿是主要受力桿件，承受有最大的彎??矩，所以應(yīng)重點(diǎn)對其進(jìn)行強(qiáng)度校核。液壓缸可采用單作用缸也可以采用雙作用缸，不過要看具體情況。一般我們都采用單作用柱塞缸，因?yàn)椴捎眠@樣的缸比較經(jīng)濟(jì)，而且總體泄漏量少，密封件壽命長。采用單作用柱塞缸時考慮到在空載荷時，上平板的自重應(yīng)能克服液壓缸活塞與缸體間的密封阻力。否則，會導(dǎo)致升降平臺降不下來。2.5 針對性比較小實(shí)例：如某自動生產(chǎn)線上， 需設(shè)計一種升降平臺，要求升降平臺最大升降行程應(yīng)大于620mm，升降平臺面最低高度應(yīng)小于 300mm，最大承重載荷 0050kg根據(jù)實(shí)際使用要求，我們選取了單作用柱塞缸式液壓缸。液壓缸初始長度 =595mm；0C最大行程 =320mm。升降太機(jī)構(gòu)尺寸：升降臺面最低高度 =281mm;機(jī)架長度 T=1 200;maxS 0H支撐桿長度 L=1 230.5mm.按照上述尺寸，結(jié)合以上公式分別對雙鉸接剪叉式和水平固定剪叉式兩種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了計算。計算結(jié)果見表 1、表 2 和統(tǒng)計圖 2-5（其中滾動摩擦忽略不計） 。水平固定剪叉式結(jié)構(gòu)公式如下： 221/[()];tancosHLTSPlfbQ???? 。無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書10其中，S—— 液壓缸的實(shí)際行程， T——機(jī)架長度（A 點(diǎn)到 G 點(diǎn)的距離） 。表 1 雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)計算結(jié)果 mms ??H h P/Q h/s0 13.18 14.20 281 0 4.0840 19.67 19.83 414.8 133.8 2.85 2.3580 24.83 23.46 517.6 236.6 2.34 2.96120 29.38 26.05 604.7 323.7 2.04 2.70160 33.59 27.96 681.8 400.8 1.82 2.51200 37.56 29.93 751.3 470.3 1.66 2.35240 41.39 30.45 814.9 533.9 1.52 2.22280 45.11 31.21 873.2 592.2 1.40 2.12320 48.77 31.74 926.8 645.8 1.29 2.02表中: S - 液壓缸的實(shí)際行程.H – 升降臺實(shí)際行程 ,以下相同.表 2 水平固定剪叉式結(jié)構(gòu)計算結(jié)果 mmS ?H H P/Q h/s0 13.8 281 0 4.2740 19.74 416.4 135.4 2.79 3.3980 24.67 514.4 233.4 2.18 2.92120 28.80 593.8 312.8 1.82 2.61160 32.45 661.3 380.3 1.57 2.37200 35.77 720.4 439.4 1.39 2.20240 38.84 772.9 491.9 1.24 2.05280 41.71 820.1 539.1 1.12 1.93320 44.44 862.9 581.9 1.02 1.82從計算結(jié)果可以看出：在整體結(jié)構(gòu)尺寸相同、液壓缸行程相同的前提下，作用在液壓缸活塞桿上的最大推力 ,水平固定剪叉式結(jié)構(gòu)大于雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)；升降臺最大行程 ，maxP hmax雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)大于水平固定剪叉式結(jié)構(gòu)。由于采用了雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)液壓升降平臺，在設(shè)備安裝時避免了挖地坑，不僅節(jié)省了費(fèi)用，還給以后了設(shè)備維護(hù)和檢修帶來方便。綜上所述，氣液動雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)液壓升降平臺整體尺寸較小，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，節(jié)無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書11省投資；可獲得缸體二倍以上的升降形成；非常適合于空間尺寸小、升降行程大的場合，是一種值得推薦使用的升降機(jī)構(gòu)。圖 2-5 兩種結(jié)構(gòu)計算結(jié)果對比2.6 雙鉸接剪叉式升降平臺機(jī)構(gòu)中兩種液壓缸布置方式的分析比較剛剛我們已經(jīng)簡單的分析并討論了雙鉸接剪叉式液壓升降平臺機(jī)構(gòu)與其他兩種機(jī)構(gòu)的區(qū)別以及在實(shí)際應(yīng)用中所存在的利和弊，但是在考慮各方面條件如單作用柱塞式液壓缸、雙鉸連接、雙支撐桿、相同的升降平臺等都不改變的基礎(chǔ)之上，能否將設(shè)計進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化呢？為證明這一點(diǎn)，我們可以從該機(jī)構(gòu)的布置方式考慮，將結(jié)構(gòu)略改動一下。從直觀的角度分析考慮，如下圖 2-6 所示： 桿 1桿 2圖 2-6 液壓缸工作示意圖我們可以從圖上看出，液壓缸的尾部是連接在右側(cè)支撐桿活動的區(qū)域的，液壓缸的頭部是連接在桿 1 的右端（偏向桿 1 的活動鉸連接） 。因此，我們針對實(shí)際升降臺剪叉機(jī)構(gòu)中液無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書12壓缸常用的布置方式存在的問題，提出了另一種相對布置方式，將液壓缸布置在與之相對稱的左側(cè)，即與剪叉機(jī)構(gòu)的固定支點(diǎn)在同一側(cè)，來進(jìn)一步分析討論。利用瞬時速度中心法和虛位移原理，推導(dǎo)出這兩種布置方式液壓缸活塞運(yùn)動速度與臺面升降速度的關(guān)系式及活塞推力與臺面荷重的關(guān)系式，并對兩種布置方式進(jìn)行了分析比較，指出了它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用場合。根據(jù)升降臺剪叉機(jī)構(gòu)的工程實(shí)例做了幾何、運(yùn)動和動力參數(shù)的對比計算和液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理選擇。2.6.1 問題的提出：液壓缸驅(qū)動的剪叉機(jī)構(gòu)再各種升降臺中廣泛應(yīng)用，因安裝的空間不同，其折合后的高度也必然就不同，所以液壓缸在剪叉機(jī)構(gòu)內(nèi)的布置要受到折合后高度的約束。根據(jù)文獻(xiàn)[4]的有關(guān)液壓缸驅(qū)動剪叉機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)分析一章，得知在這種布置方式的情況下，如圖2-7：圖 2-7 液壓缸布置在左側(cè)液壓缸活塞運(yùn)動速度與臺面升降速度的關(guān)系式為（1） 2cos2in()yalv vl???????活塞推力與臺面荷重的關(guān)系式為（2） 2cossin()i()lPWa????式中， 111,tan[t],sin(i)hlal d???? ????。以上兩式的推導(dǎo)基于工程中常用的液壓缸布置方式，即液壓缸下支點(diǎn)與剪叉機(jī)構(gòu)的固定支點(diǎn)在同一側(cè)，如上圖 2-7。這種布置方式的優(yōu)點(diǎn)是液壓缸的有效行程比較短，這在臺面升程范圍比較大的場合較為適用。存在的問題是在剪叉機(jī)構(gòu)折合后的高度 h 較小的情況下（即角較小） ，所需液壓缸的推力將大大增加。在液壓缸最高工作壓力限定的情況下，這將使?無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書13得所用的液壓缸的直徑增大，以致在折合后的剪叉機(jī)構(gòu)中難以布置；或采用兩個直徑較小的液壓缸取代一個大直徑的液壓缸，不過這將增加一對液壓缸的支座，同時帶來機(jī)械加工、液壓缸安裝以及液壓系統(tǒng)的復(fù)雜性，加大了整個裝置的成本。2.6.2 兩種布置方式的分析和比較：為了解決以上提出的問題，可考慮將液壓缸反向布置（即采用第一種設(shè)計方案） ，計算一下該方案的有關(guān)參數(shù)再將兩者作以比較。如圖 2-8：圖 2-8 液壓缸布置在右側(cè)這里仍用瞬時速度中心法來求解活塞運(yùn)動速度。桿ＦＤ上Ｄ點(diǎn)、Ａ點(diǎn)的瞬時轉(zhuǎn)動中心為F 點(diǎn)，D 點(diǎn)、A 點(diǎn)的速度為：2()vla???臺面升降速度： cos2csyDvl?Ａ點(diǎn)的運(yùn)動速度： ()2cosyAlav??活塞運(yùn)動速度：（３）()sin()2coAlv????式中， 11sini,ta()cohllL????依據(jù)虛位移原理有： ()0ixixixpypWFFzP???????（４）無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書14由圖２分析可得： cos,sin()()i,2sinxyppwPPlalayl???????經(jīng)變分后：i()cos2pwyl?????代入式（４） ，整理后得活塞推力：（５）cos()in()lPWa???式（３）和式（５）的正確性可以用機(jī)械能守恒原理來證明，即 yv將式（５）與式（２）進(jìn)行比較，再 各參數(shù)都相同的條件下，顯然，液壓,,ylaWv??缸布置再右側(cè)時的推力較液壓缸布置在左側(cè)時??；而式（３）與式（１）比較，則液壓缸布置在右側(cè)時的活塞速度較液壓缸布置在左側(cè)時高?？梢?，活塞推力的減小是以活塞速度的提高為代價換來的。液壓缸布置在剪叉機(jī)構(gòu)的右側(cè)，使得液壓缸的活塞推力減小，這就可以選用直徑較小的液壓缸，有利于液壓缸在剪叉機(jī)構(gòu)中的布置；帶來的問題是液壓缸的有效行程較長，如果臺面升程范圍不大，液壓缸行程的增加也是有限的。2.6.3 實(shí)例計算根據(jù)以上分析結(jié)果，結(jié)合實(shí)例進(jìn)行對比計算，實(shí)例結(jié)構(gòu)簡圖如圖 2-9 所示，其中左右兩側(cè)分別為兩種布置情況。圖 2-9 剪叉機(jī)構(gòu)實(shí)例結(jié)構(gòu)簡圖剪叉機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸：h=400~1 200mm, =2 000mm, =535mm, =770mm, =3210mm.兩種布置方式主要參數(shù)計laef算結(jié)果見下表 2-1：無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書15表 2-1 兩種布置方式主要參數(shù)計算結(jié)果參 數(shù) 液壓缸布置在左側(cè) 液壓缸布置在右側(cè)桿 FD 傾角 ?1sin2hl? 1sin2hl?液壓缸傾角 ?1()sintacole??1()sintacofl??起始角 /( )0??5.739 5.739起始角 /( )?20.236 20.236起始活塞速度0v0.185 yv0.279 yv起始活塞推力0P5.42W 3.58W終止角 /( )max??17.458 17.458終止角 /( )?50.473 22.262活塞有效行程L/mm253 365從統(tǒng)計表中的數(shù)值比較可以看出，液壓缸在剪叉機(jī)構(gòu)中的布置方式對其運(yùn)動參數(shù)和動力參數(shù)有著較明顯的差異。當(dāng)起始角為最小值 、 時，活塞推力為最大值 。在臺面荷重0??0PW 相同的情況下，液壓缸布置在右側(cè)時的推力明顯小于液壓缸布置在左側(cè)時的情況，兩者的比值為 0.66，而活塞的有效行程 L 則是液壓缸布置在右側(cè)時較長，比在左側(cè)時增加了112mm。如果載荷量不是很大的話（即載荷量 W<1.5kN） ，這時可以考慮采用左側(cè)的布置方案，因?yàn)檫@樣可以縮短液壓缸的伸長長度。如果伸長度過大的話，不僅在材料上會有所浪費(fèi)，而且在長期承受載荷的同時也會相應(yīng)的增大液壓缸及活塞部分的彎曲應(yīng)力。綜合以上考慮，可以初步設(shè)想采用液壓缸布置在左側(cè)的方案。而在該方案中活塞起始的速度小于液壓缸布置在右側(cè)時的速度，兩者比值 =0.66。為了彌補(bǔ)在速度方面的不足，以及減小舉升及整/v左 右體的體積，可以考慮采用雙級支撐桿共同舉升平臺以達(dá)到提升速度的目的。如圖 2-10 所示：無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書16圖 2-10 機(jī)構(gòu)各項(xiàng)參數(shù)其轉(zhuǎn)換過程如圖 2-11 所示,將兩根支撐桿的右側(cè)部分折合到左側(cè)，產(chǎn)生四根相對比較短的支撐桿，即可達(dá)到目的。圖 2-11 參數(shù)轉(zhuǎn)化過程那么首先我們就要計算一下這樣的設(shè)計方案所采用的液壓缸的各項(xiàng)參數(shù)，然后再根據(jù)已求得的各項(xiàng)參數(shù)來具體確定一下此方案是否合理。無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書17下面按照本設(shè)計的基本要求，進(jìn)一步選擇合適的布置方案。為了使舉升機(jī)使用范圍廣泛，載荷更具有代表性，本設(shè)計首先建立了一個轎車模型，它的有關(guān)參數(shù)是：車自重 1.5t, 寬1.42m,高 1.4m,軸距 2.4m。在載荷方面沒有超出允許的范圍內(nèi)，是可以采用該方案的。為了工作安全起見，要求舉升機(jī)在各高度上工作時都應(yīng)自鎖，完工后可原速或緩速下降，在空載時也可實(shí)現(xiàn)快速下降，這在下面的液壓系統(tǒng)回路分析中會探討到。為了便于維修人員在升降臺底部維修，不僅要在升降高度方面要加以合理化，還要留有維修人員站立維修的位置。為此，可以選擇采用雙升降臺同步舉升并采用共同底板的方式以滿足要求，此布置方案需要兩個液壓缸，16 根支撐桿舉升。為了增強(qiáng)其安全可靠性，可以設(shè)其總承載量為 ，則平均每個升降臺的承載量為2109860Wt.N???總。由于這樣平均每個液壓缸承受的臺面載荷僅為 9800N，所以采用左側(cè)298/N?總布置液壓缸是完全可以的。無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書18第 三 章 液 壓 傳 動 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 計 算3.1 明確設(shè)計要求 制定基本方案：設(shè)計之前先確定設(shè)計產(chǎn)品的基本情況，再根據(jù)設(shè)計要求制定基本方案。以下列出了本設(shè)計——剪式液壓升降臺的一些基本要求：1) 主機(jī)的概況：主要用途用于家用小型重型設(shè)備的起升，便于維修，占地面積小，適用于室外，總體布局簡潔；2) 主要完成起升與下降重物的動作，速度較緩，液壓沖擊小；3) 最大載荷量定為 2 噸，采用單液壓缸控制聯(lián)接組合叉桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行升降動作。最大起升高度略大于一人高度；4) 運(yùn)動平穩(wěn)性好；5) 人工控制操作，按鈕啟動控制升降；6) 工作環(huán)境要求：不宜在多沙石地面、木板磚板地面等非牢固地面進(jìn)行操作，不宜在有坡度或有坑洼的地面進(jìn)行操作，不宜在過度寒冷的室外進(jìn)行操作；7) 性能可靠，成本低廉，便于移動，無其他附屬功能及特殊功能；3.2 制定液壓系統(tǒng)的基本方案3.2.1 確定液壓執(zhí)行元件的形式液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸或液壓泵。前者實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動，后者完成回轉(zhuǎn)運(yùn)動，二者的特點(diǎn)及適用場合見下表 3-1:對于本設(shè)計實(shí)現(xiàn)單純并且簡單直線及回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，可以采用齒輪式液壓泵及雙活塞桿液壓缸，這樣不僅簡化液壓系統(tǒng)降低設(shè)備成本，而且能改善運(yùn)動機(jī)構(gòu)的性能和液壓執(zhí)行元件的載荷狀況。無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書19表 3-1 各執(zhí)行元件的特點(diǎn)名 稱 特 點(diǎn) 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(shí)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——無桿腔的活塞面積 A2——有桿腔的活塞面積常用的擴(kuò)程機(jī)構(gòu)有如下圖 3-1 二種形式：鏈 輪鏈 條柱 塞 缸（a） (b)圖 3-1 擴(kuò)程機(jī)構(gòu)它們同時也可以實(shí)現(xiàn)增速，常用于電梯的升降、高低位升降臺等液壓設(shè)備。還有一種運(yùn)動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，小角度的回轉(zhuǎn)運(yùn)動用液壓缸來實(shí)現(xiàn)，其運(yùn)動比較平穩(wěn)，長行程的直線運(yùn)動可以用液壓馬達(dá)來完成。本設(shè)計要完成的剪叉式液壓升降臺綜合了擴(kuò)程、回轉(zhuǎn)這兩種工作形式。無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書203.2.2 確定液壓缸的類型工程液壓缸主要用于工程機(jī)械、重型機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械及礦山機(jī)械的液壓系統(tǒng)。根據(jù)主機(jī)的運(yùn)動要求，按表 37-7-5 選擇液壓缸的類型為：直線運(yùn)動單活塞桿雙作用緩沖式液壓缸。其特點(diǎn)：活塞雙向運(yùn)動產(chǎn)生推、拉力?；钊谐探K了時減速制動，減速值不變。3.2.3 確定液壓缸的安裝方式工程液壓缸均為雙作用單活塞式液壓缸，安裝方式多采用耳環(huán)型。由于本設(shè)計中液壓缸在作用過程中是一端固定，一端在垂直面上自由擺動的形式，因此根據(jù)表 37-7-6 選擇液壓缸的安裝方式為：尾部耳環(huán)聯(lián)接。3.2.4 缸蓋聯(lián)接的類型按缸蓋與缸體的聯(lián)接方式，可分為外螺紋聯(lián)接式、內(nèi)卡鍵聯(lián)接式及法蘭聯(lián)接式三種。這里采用法蘭聯(lián)接。型號說明：P37-1803.2.5 擬訂液壓執(zhí)行元件運(yùn)動控制回路液壓執(zhí)行元件確定之后，其運(yùn)動方向和運(yùn)動速度的控制是擬訂液壓回路的核心問題。方向控制用換向閥或是邏輯控制單元來實(shí)現(xiàn)。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多數(shù)通過換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動作。對于高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥于先導(dǎo)控制閥的組合來實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計剪叉式液壓升降臺其特點(diǎn)：起升壓力大，運(yùn)行緩慢、平穩(wěn)，能人工控制起升至某一固定高度時并保持該高度自鎖。3.2.6 液壓源系統(tǒng)液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源提供，液壓源的核心是液壓泵。在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)過溢流閥回油箱，溢流閥同時起到開展并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。為節(jié)省能源并提高效率，液壓泵的供油量要盡量于系統(tǒng)所需流量相匹配。對在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況下，則采用多泵供油或變量泵供油。對于本設(shè)計，由于工作周期短，循環(huán)次數(shù)少，供油量可以適當(dāng)減少以節(jié)省能源，采用單泵供油即可，不需蓄能器儲存能量。對于油液的凈化：油液的凈化裝置在液壓源中是必不可少的。一般泵的入口要裝有粗濾油器，進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過相應(yīng)的精濾油器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁過濾或其他形式濾油器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書213.3 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，它們是設(shè)計液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。壓力決定于外載荷。流量取決于液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動速度和結(jié)構(gòu)尺寸。3.3.1 載荷的組成與計算：首先，需要確定液壓缸處于最大工作壓力時的位置，通過上述的討論，得知當(dāng)液壓缸與地面夾角 為最小值時，也即支撐桿與地面夾角 為最小值時，液壓缸處于最大的工作壓力??狀態(tài)下。根據(jù)軸距 2.4m，將支撐桿的長度選定 2.1m/根。當(dāng)液壓缸下降至最低高度時（設(shè)此時支撐桿與地面夾角 = ） = ，根據(jù)上述公式 得 = 。a05? 1tan[t]l?????0?9.?圖 3-2 機(jī)構(gòu)各參數(shù)現(xiàn)在 值還是一個未知量，但 值的大小必須在 之內(nèi)，初步設(shè)定 。根據(jù)活塞aa/2l /4al?推力與臺面荷重量關(guān)系式 得出 P=13.3W。若設(shè) 的話，2cossin()i()lPW?????3就得出 P=11.6W。通過二者比較， 時，活塞的最大推力 P 要小于 時。即在/3al /4al值不變的條件下， 與 P 是成反比的。但考慮到活塞桿與支撐桿的鉸接點(diǎn) A 又不能太靠近?a兩支撐桿的鉸接點(diǎn) B，否則將會在兩處鉸接點(diǎn)產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中，以致降低疲勞強(qiáng)度。因此，應(yīng)選 比較合適。這時將 代入公式得 ，/3l?/3al?6cossin()3in()W?????tan2t??當(dāng)平臺處于最低位置 時，液壓缸荷重 P 最大，P=11.6W=11.6 9800=113680N。05? ?下面就根據(jù)載荷量來選取合適的液壓缸。無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書22圖 3-3 液壓缸圖 3-3 表示一個以液壓缸為執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)計算簡圖。各有關(guān)參數(shù)標(biāo)注于圖上，其中 是作用在活塞桿上的外部載荷， 是活塞與缸壁以及活塞桿與導(dǎo)向套之間的密封阻力。wFmF作用在活塞桿是的外部載荷包括工作載荷 ，導(dǎo)軌的摩擦力 和由于速度變化而產(chǎn)生的慣gfF性力 。a（1）工作載荷 gF常見的工作載荷有作用于活塞桿上軸線的重力、切削力、擠壓力等，這些作用力的方向與活塞的運(yùn)動方向相同為負(fù)，相反為正。在實(shí)際工作過程中，由于載荷量較大，活塞自身的重力可以忽略不計，切削力與擠壓力共同組成的外力即為工作載荷 ，在圖 3 中， =P。gFgF由于本設(shè)計按最大載荷量定為 2 噸來計算，所以每個液壓缸 =P=113680N。（2）導(dǎo)軌摩擦載荷 fF對于直動型安裝的液壓缸一般都附有活塞導(dǎo)軌以固定其運(yùn)動方向，導(dǎo)軌摩擦相對于總載荷可以忽略不計，因此 =0。f（3）慣性載荷 a， 。aFm?vt?——速度變化量 m/sv——起動或制動時間，s。一般機(jī)械=0.1~0.5s，對輕度載荷低速運(yùn)動部件取小值，對t重載荷高速部件取大值。行走機(jī)械一般取=0.5~1.5s——加速度a2/s初步選定速度變化量 =0.16m/s， =0.6s，則 = =0.27 ，v?tvat??0.162/ms2/0.7aFmtN???以上三種載荷之和稱為液壓缸的外載荷 ， wF。13682701395wgfa N???起動加速時 ， 穩(wěn)態(tài)運(yùn)動時 ， 減速制動時 wgfaF?gfF??無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書23。wgfaF???工作載荷 并非每階段都存在，如該階段沒有工作，則 =0。但在計算和校核時，應(yīng)g gF按照最大值取。除了外載荷 外，作用于活塞上的載荷 F 還包括液壓缸密封處的摩擦阻力 ，由于各wF mF種液壓缸的密封材質(zhì)和密封形式不同，密封阻力難以精確計算，一般估算為 (1)P???式中 ——液壓缸的機(jī)械效率，一般取 0.90~0.95，這里取 0.95，m?1359068.wFN??3.3.2 初選系統(tǒng)壓力液壓缸的選擇要遵循系統(tǒng)壓力的大小，要根據(jù)載荷的大小和設(shè)備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況等限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對某些設(shè)備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不是很經(jīng)濟(jì)；反之，壓力選的太高，對泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設(shè)備成本。一般來說，對于固定尺寸不太受限的設(shè)備，壓力可選低一些，行走機(jī)械重載設(shè)備壓力要選的高一些。按下表 3-2 初步選取 15Mpa。表 3-2 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力機(jī) 床機(jī)械類型磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床農(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)械工作壓力MPa0.8~0.2 3~5 2~8 8~10 10~18 20~323.3.3 計算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸⑴液壓缸的相關(guān)參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸液壓缸有關(guān)的設(shè)計參數(shù)見圖 3-4 所示：圖 3-4 液壓缸設(shè)計參數(shù)圖 a 為液壓缸活塞桿工作在受壓狀態(tài)，圖 b 表示活塞桿受拉狀態(tài)?；钊麠U受壓時無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書2412wmFpA???活塞桿受拉時式中121wmp——無桿腔活塞有效工作面積 14AD??2m——有桿腔活塞有效工作面積 22()d?——液壓缸工作腔壓力 Pa1p——液壓缸回油腔壓力 Pa，其值根據(jù)回路的具體情況而定，一般可以按照下表 3-32估算D——活塞直徑 md——活塞桿直徑 m 表 3-3 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這里我們?nèi)”硥毫χ?20.pMPa?在本設(shè)計中，液壓缸不存在受拉的狀態(tài)，所以只考慮其收壓。一般液壓缸在收壓狀態(tài)下工作時，其活塞面積為： 211FAp?用運(yùn)此公式須事先確定 與 的關(guān)系，或是活塞桿徑 d 與活塞直徑 D 的關(guān)系，令桿徑12比 =d/D，其比值可按下表選取。?無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書25按工作壓力選取 d/D工作壓力 MPa 5.0?5.0~7.0 7.0?d/D 0.5~0.53 0.62~0.7 0.7無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書26按速度比要求確定 d/D（?21/v）1.25 1.33 1.46 0.161 2d/D 0.4 0.5 0.55 0.62 0.71注：速度比 ，為活塞兩側(cè)有效面積 與 之比。即1A2 21ADd???如按工作壓力應(yīng)選取 d/D=0.7，則相應(yīng)的速度比 =2，由于活塞不受拉力作用，所以活塞桿收縮時可以適當(dāng)提高其速度， =2 也是完全可以的。?運(yùn)用直徑求法公式，可以求出 d=71.8mm。液壓缸2 21441956810.[()][0.(.7)]FDmp?????????的直徑 D 和活塞桿徑 d 的計算值要按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓缸的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整，如與標(biāo)準(zhǔn)液壓缸參數(shù)相近，最好選用國產(chǎn)液壓缸，免于自行設(shè)計加工。按照機(jī)械手冊中工程液壓缸的技術(shù)規(guī)格表 37-7-7 可以選擇圓整后的參數(shù)：缸徑 100mm，活塞桿 70mm,速度比 =2，工?作壓力 16Mpa，推力 125.66kN。⑵計算活塞桿的行程當(dāng)平臺處于最低位置 時，此時活塞桿應(yīng)處于完全收縮狀態(tài),液壓缸的長度為最小05???值 ， =1320mm。平臺的高度0d2cos2al???。sin1in36hl m???再計算一下平臺上升的最大高度，這里設(shè)上升至最大高度的 ，計算得出最大高30???度 H=2.1m。此時活塞桿伸長至 。2cos2176mdalm???當(dāng)活塞桿處于完全收縮狀態(tài)時，液壓缸的長度就等于 ，選定液壓缸長度為 1320mm。0d計算其行程： 。01763204msd??,查表 37-7-9 可以查得液壓缸長度不得小于 ，實(shí)際長3654805XCs????度滿足要求。3.3.4 確定液壓泵的參數(shù)⑴確定液壓泵的最大工作壓力 Pa，1Ppp????式中 ——液壓缸最大工作壓力，根據(jù)1p無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書27可以求出12wmFpA???2110.5.3FApMPa??——從液壓泵出口到液壓缸入口之間的總的管路損失。初算可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取：??管路簡單、流速不大的取 0.2~0.5Mpa；管路復(fù)雜，進(jìn)油口有調(diào)速閥的，取 0.5~1.5 Mpa。這里取 0.5Mpa。即 15.30.8PpMPa???⑵確定液壓泵的流量 QmaxQK3/sK——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取 1.1~1.3，這里取 1.2——液壓缸的最大流量，對于在工作中用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，還需加上溢流閥的最小ax溢流量，一般取 430.51/s??在前面已經(jīng)初步選定臺面速度變化量 =0.16m/s， 我們就設(shè)定臺面起升的最大速度v?，則活塞的運(yùn)動速度應(yīng)用公式.16m/syv?， （這是在臺面剛剛起升狀2cos2in()yall??????0.2=.04m/sy?態(tài)時， ）5??? 343012.4785106.28/QvAs????所以 4 43max2(.510).10/PK s????⑶選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上求得的和值，按系統(tǒng)中擬訂的液壓泵的形式，從手冊中選擇相應(yīng)的液壓泵產(chǎn)品。為使液壓泵油一定的壓力儲備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大 25~60%。查找手冊 P37-135 選擇 CB- 型齒輪泵，其參數(shù)如下表 3-4AF表 3-4 CB- 型齒輪泵的各參數(shù)值A(chǔ)F壓 力 轉(zhuǎn) 速型號 排量額定 最高 額定 最高特點(diǎn) 生產(chǎn)廠CB- AF10~40 16 20 1800 2400 鋁合金殼體，可作雙聯(lián)泵榆次液壓件廠⑷確定液壓泵的驅(qū)動功率在工作中，如果液壓泵的壓力和流量比較恒定，則無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書28，其中 ——液壓泵的總效率，參考下表 3-5 選擇 =0.7310PpQkW??P P?表 3-5 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 ，據(jù)此可選擇合適的電機(jī)型號。43315.8018.0.7PpQkW?????3.3.5 管道尺寸的確定在液壓、氣壓傳動及潤滑的管道中常用的管子有鋼管、銅管、膠管等，鋼管能承受較高的壓力，價廉，但安裝時的彎曲半徑不能太小，多用在裝配位置比較方便的地方。這里我們采用鋼管連接。管道內(nèi)徑計算m4Qd/sv??式中 Q——通過管道內(nèi)的流量 3/sv——管道內(nèi)允許流速 ，取值見下表 3-6：m允許流速推薦值表 3-6 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 =0.8m/s， =4m/s, =2m/s.分別應(yīng)用上述公式得v吸 v壓 回=20.2mm, =10.7mm, =15.2mm。根據(jù)內(nèi)徑按標(biāo)準(zhǔn)系列選取相應(yīng)的管子。按表 37-9-1d吸 d壓 d回經(jīng)過圓整后分別選取 =20mm， =10.7mm, =15mm。對應(yīng)管子壁厚 。吸 壓 d回 16.m??3.3.6 油箱容量的確定在確定油箱尺寸時，一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排油時，油無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書29箱不能溢出，以及系統(tǒng)最大可能充滿油時，油箱的油位不低于最低限度。初設(shè)計時，按經(jīng)驗(yàn)公式 選取。4VPaQ?3m式中 ——液壓泵每分鐘排出壓力油的容積 ——經(jīng)驗(yàn)系數(shù),按下表 3-7 取 =4：a表 3-7 各系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)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a1～2 2～4 5～7 6～12 10則 。46095VPQL???3.4 液壓缸主要零件結(jié)構(gòu)、材料及技術(shù)要求3.4.1 缸體1. 缸體端部聯(lián)接模式采用簡單的焊接形式，其特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕，使用廣泛。缸體焊接后可能變形，且內(nèi)徑不易加工。所以在加工時應(yīng)小心注意。主要用于柱塞式液壓缸。2. 缸體的材料（45 號鋼）液壓缸缸體的常用材料為 20、35、45 號無縫鋼管。因 20 號鋼的機(jī)械性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應(yīng)用較少。當(dāng)缸筒與缸底、缸頭、管接頭或耳軸等件需要焊接時，則應(yīng)采用焊接性能比較號的 35 號鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下，均采用 45 號鋼，并應(yīng)調(diào)質(zhì)到241~285HB。缸體毛坯可采用鍛剛，鑄鐵或鑄鐵件。鑄剛可采用 ZG35B 等材料，鑄鐵可采用HT200~HT350 之間的幾個牌號或球墨鑄鐵。特殊情況可采用鋁合金等材料。3. 缸體的技術(shù)要求⑴缸體內(nèi)徑采用 H8、9 配合。表面粗糙度：當(dāng)活塞采用橡膠密封圈時， Ra 為 0.1~0.4，當(dāng)活塞用活塞環(huán)密封時，Ra 為 0.2~0.4 。且均需衍磨。m? m?⑵缸體內(nèi)徑 D 的圓度公差值可按 9、10 或 11 級精度選取，圓柱度公差值應(yīng)按 8 級精度選取。⑶缸體端面 T 的垂直度公差可按 7 級精度選取。⑷當(dāng)缸體與缸頭采用螺紋聯(lián)接時，螺紋應(yīng)取為 6 級精度的公制螺紋。⑸當(dāng)缸體帶有耳環(huán)或銷軸時，孔徑或軸徑的中心線對缸體內(nèi)孔軸線的垂直公差值應(yīng)按 9級精度選取。無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書30⑹為了防止腐蝕和提高壽命，缸體內(nèi)表面應(yīng)鍍以厚度為 30~40 的鉻層，鍍后進(jìn)行衍m?磨或拋光。3.4.2 活塞1. 活塞與活塞桿的聯(lián)接型式見下表 3-8表 3-8 活塞與活塞桿的聯(lián)接型式聯(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這里采用螺紋聯(lián)接。2. 活塞與缸體的密封結(jié)構(gòu)，隨工作壓力、環(huán)境溫度、介質(zhì)等條件的不同而不同。常用的密封結(jié)構(gòu)見下表 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 1O 型密封圈密封 密封性能好，摩擦系數(shù)?。话惭b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)合本設(shè)計所需要求，采用 O 型密封圈密封比較合適。3. 活塞的材料液壓缸常用的活塞材料為耐磨鑄鐵、灰鑄鐵（HT300、HT350） 、鋼及鋁合金等，這里采用 45 號鋼。無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書314. 活塞的技術(shù)要求⑴活塞外徑 D 對內(nèi)孔 的徑向跳動公差值，按 7、 8 級精度選取。1⑵端面 T 對內(nèi)孔 軸線的垂直度公差值，應(yīng)按 7 級精度選取。⑶外徑 D 的圓柱度公差值，按 9、10 或 11 級精度選取。畫圖3.4.3 活塞桿1. 端部結(jié)構(gòu)活塞桿的端部結(jié)構(gòu)分為外螺紋、內(nèi)螺紋、單耳環(huán)、雙耳環(huán)、球頭、柱銷等多種形式。根據(jù)本設(shè)計的結(jié)構(gòu)，為了便于拆卸維護(hù)，可選用內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)外接單耳環(huán)。2. 端部尺寸如圖，為內(nèi)螺紋聯(lián)接簡圖。查表 37-7-4，按照本設(shè)計要求，選用直徑 螺距-螺紋長=?。3245KtA????3. 活塞桿結(jié)構(gòu)活塞桿有實(shí)心和空心兩種，如下圖。實(shí)心活塞桿的材料為 35、45 號鋼；空心活塞桿材料為 35、45 號無縫鋼管。本設(shè)計采用實(shí)心活塞桿，選用 45 號鋼。4. 活塞桿的技術(shù)要求⑴活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為 229~285HB，必要時，再經(jīng)過高頻淬火，硬度達(dá) HRC45~55。在這里只需調(diào)質(zhì)到 230HB 即可。⑵活塞桿的圓度公差值，按 9~11 級精度選取。這里取 10 級精度。⑶活塞桿的圓柱度公差值，應(yīng)按 8 級精度選取。⑷活塞桿的徑向跳動公差值，應(yīng)為 0.01mm。⑸端面 T 的垂直度公差值，則應(yīng)按 7 級精度選取。⑹活塞桿上的螺紋，一般應(yīng)按 6 級精度加工（如載荷較小，機(jī)械振動也較小時，允許按7 級或 8 級精度制造） 。⑺活塞桿上工作表面的粗糙度為 Ra0.63 , 為了防止腐蝕和提高壽命，表面應(yīng)鍍以厚m?度約為 40 的鉻層，鍍后進(jìn)行衍磨或拋光。m?3.4.4 活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵1. 導(dǎo)向套⑴導(dǎo)向套的導(dǎo)向方式、結(jié)構(gòu)見下表 3-10：表 3-10 導(dǎo)向套的導(dǎo)向方式導(dǎo)向方式 備注說明缸蓋導(dǎo)向減少零件數(shù)量，裝配簡單，磨損相對較快無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書32管通導(dǎo)套 可利用壓力油潤滑導(dǎo)向套，并使其處于密封狀態(tài)可拆導(dǎo)向套容易拆卸，便于維修。適用于工作條件惡劣、經(jīng)常更換導(dǎo)向套的場合導(dǎo)向套導(dǎo)向 球面導(dǎo)向套 導(dǎo)向套自動調(diào)整位置，磨損比較均勻由于本設(shè)計——舉升機(jī)，主要用于車輛的維修，在工作過程中液壓缸伸縮的次數(shù)相對較少，所以磨損程度也相對較少。為了減少零件數(shù)量，降低成本可以采用缸蓋導(dǎo)向的導(dǎo)向方式。⑵導(dǎo)向套材料導(dǎo)向套的常用材料為鑄造青銅或耐磨鑄鐵。由于選用的是和缸蓋一體的導(dǎo)向套，所以材料和缸蓋也是相同的，都選用耐磨鑄鐵。⑶導(dǎo)向套的技術(shù)要求導(dǎo)向套的內(nèi)徑配合一般取為 H8/f9，其表面粗糙度則為