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北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
題 目:
液壓升降機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)和
力學(xué)分析及三維造型
英文題目:
Kinematics and mechanics analysis and
three dimensional modeling of hydraulic lift
系 :
專(zhuān) 業(yè):
班 級(jí):
學(xué) 生:
學(xué) 號(hào):
指導(dǎo)教師1:
職稱(chēng):
指導(dǎo)教師2:
職稱(chēng):
-1-
聲 明
本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得研究結(jié)果。論文在引用他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的研究成果時(shí)，已經(jīng)作了明確的標(biāo)識(shí)；除此之外，論文中不包括其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的研究成果，均為獨(dú)立完成。其它同志對(duì)本文所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說(shuō)明并表達(dá)了謝意。
學(xué)生簽名：_____________ 年 月 日
導(dǎo)師1簽名：___________ 年 月 日
導(dǎo)師2簽名：___________ 年 月 日
北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
摘 要
升降機(jī)是一種將人或者貨物升降到某一高度的升降設(shè)備。在工廠、自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)等物流系統(tǒng)中進(jìn)行垂直輸送時(shí)，升降機(jī)上往往還裝有各種平面輸送設(shè)備，作為不同高度輸送線的連接裝置。一般采用液壓驅(qū)動(dòng)，故稱(chēng)液壓升降機(jī)。
本次本是對(duì)液壓升降機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先確定了該液壓升降機(jī)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)；接著調(diào)查汽車(chē)尺寸建立汽車(chē)模型以確定升降機(jī)的整體結(jié)構(gòu)尺寸；其次建立了升降機(jī)構(gòu)的力學(xué)模型并對(duì)升降機(jī)構(gòu)不同位置狀態(tài)進(jìn)行了受力分析及校核桿件、銷(xiāo)軸、螺栓的強(qiáng)度是否滿足要求；然后對(duì)該剪式液壓升降機(jī)的液壓系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)；最后采用AutoCAD軟件繪制了該液壓升降機(jī)的裝配圖及主要零部件圖，并構(gòu)建了Pro/E的三維模型及運(yùn)動(dòng)仿真。
通過(guò)本次設(shè)計(jì)，鞏固了大學(xué)所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，如：機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、材料力學(xué)、公差與互換性理論、機(jī)械制圖等；掌握了起重機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法并能夠熟練使用AutoCAD、Pro/E機(jī)械設(shè)計(jì)軟件，對(duì)今后的工作于生活具有極大意義。
關(guān)鍵詞：液壓；升降機(jī)；剪式；三維
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Kinematics and mechanics analysis and
three dimensional modeling of hydraulic lift
Abstract
A lift is a lifting device to lift a person or goods to a height. In the factory, automatic warehouse and other logistics system for vertical transportation, the elevator is often also equipped with a variety of plane transportation equipment, as a different height of the transmission line of the connection device. It generally adopts hydraulic drive, hydraulic lift.
The design of hydraulic elevator, first determine the structure of the hydraulic elevator structure; then survey - sized car vehicle model was established to determine the overall structure and dimension of the elevator; secondly, establishing the mechanics model of the lifting mechanism and of lifting mechanism of different position state of by force analysis and checking of the bar, a pin shaft, bolt strength whether meet the requirements; then the scissors hydraulic lifts, hydraulic system and electrical control system design. Finally, the software AutoCAD to draw the assembly drawing of the hydraulic elevator and main parts figure, and the construction of the three dimensional modeling and motion simulation of Pro / E.
Through the design, the consolidation of the University of the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerance and interchangeability theories, mechanical drawing; master the design method of hoisting machinery products and be able to skillfully use AutoCAD, Pro / E mechanical design software, for future work in life is of great significance.
Key words: Hydraulic; Lift; Shear type; Three dimensional
目 錄
摘 要 1
Abstract 2
引 言 3
1 緒 論 4
1.1研究背景及意義 4
1.1.1研究背景 4
1.1.2研究意義 4
1.2升降機(jī)概述 4
1.2.1升降機(jī)定義 4
1.2.2液壓升降機(jī)的作用 4
1.2.3液壓升降機(jī)的特點(diǎn) 5
1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 5
1.3.1國(guó)外 5
1.3.2國(guó)內(nèi) 5
2總體結(jié)構(gòu)方案及參數(shù)選定 7
2.1 升降機(jī)結(jié)構(gòu)確定 7
2.2 確定各結(jié)構(gòu)尺寸 8
2.2.1 建立轎車(chē)模型 8
2.2.2主要結(jié)構(gòu)尺寸確定 8
2.3初定電機(jī)功率 10
2.4平臺(tái)與叉桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 11
2.4.1確定平臺(tái)的結(jié)構(gòu)材料及尺寸 11
2.4.2確定叉桿的結(jié)構(gòu)材料及尺寸 12
3 受力分析與校核計(jì)算 17
3.1位置參數(shù)計(jì)算 17
3.2動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 19
3.3液壓缸布置方式的分析 20
3.4強(qiáng)度校核計(jì)算 23
3.4.1叉桿 23
3.4.2橫軸 26
3.4.3連接螺栓的校核 27
4 液壓、電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與選擇 30
4.1液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與選擇 30
4.1.1液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 30
4.1.2液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 30
4.2液壓缸的計(jì)算與選型 31
4.2.1 液壓缸的安裝位置 32
4.2.2液壓缸推力及行程的確定 32
4.2.3液壓缸的選型 33
4.3液壓泵的計(jì)算與選型 33
4.3.1 液壓泵工作壓力的計(jì)算 33
4.3.2 液壓泵功率的計(jì)算 34
4.3.3 油泵流量的計(jì)算 34
4.3.4 油泵的選型 35
4.4電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 35
4.4.1 電氣系統(tǒng)控制設(shè)計(jì) 35
4.4.2電動(dòng)機(jī)的選擇與驗(yàn)算 37
5 基于Pro/E的三維設(shè)計(jì) 39
5.1 Pro/E軟件概述 39
5.2三維模型設(shè)計(jì) 40
5.2.1底座 40
5.2.2平臺(tái) 41
5.2.3支架 41
5.2.4油缸 42
5.3三維裝配設(shè)計(jì) 42
結(jié) 論 43
參 考 文 獻(xiàn) 44
致 謝 45
引 言
升降機(jī)是一種將人或者貨物升降到某一高度的升降設(shè)備。在工廠、自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)等物流系統(tǒng)中進(jìn)行垂直輸送時(shí)，升降機(jī)上往往還裝有各種平面輸送設(shè)備，作為不同高度輸送線的連接裝置。一般采用液壓驅(qū)動(dòng)，故稱(chēng)液壓升降機(jī)。除作為不同高度的貨物輸送外，廣泛應(yīng)用于高空的安裝、維修等作業(yè)。升降機(jī)包括：固定升降機(jī)、牽引式升降機(jī)、車(chē)載式升降機(jī)、導(dǎo)軌式升降機(jī)和特殊形式的升降機(jī)等。
液壓升降機(jī)廣泛適用于汽車(chē)、集裝箱、模具制造，木材加工，化工灌裝等各類(lèi)工業(yè)企業(yè)及生產(chǎn)流水線，滿足不同作業(yè)高度的升降需求，同時(shí)可配裝各類(lèi)臺(tái)面形式（如滾筒、轉(zhuǎn)盤(pán)、轉(zhuǎn)向、傾翻、伸縮），配合各種控制方式（分動(dòng)、聯(lián)動(dòng)、防爆），具有升降平穩(wěn)準(zhǔn)確、頻繁啟動(dòng)、載重量大等特點(diǎn)，有效解決工業(yè)企業(yè)中各類(lèi)升降作業(yè)難點(diǎn)，使生產(chǎn)作業(yè)輕松自如。
要是通過(guò)液壓油的壓力傳動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)升降的功能,它的剪叉機(jī)械結(jié)構(gòu)，使升降機(jī)起升有較高的穩(wěn)定性，寬大的作業(yè)平臺(tái)和較高的承載能力，使高空作業(yè)范圍更大、并適合多人同時(shí)作業(yè)。它使高空作業(yè)效率更高，安全更保障。
1 緒 論
1.1研究背景及意義
1.1.1研究背景
工程機(jī)械是我國(guó)裝備工業(yè)的重要組成部分。為了保證各種工程建設(shè)高速度、高質(zhì)量、低成本施工的進(jìn)行，工程機(jī)械是重要手段。現(xiàn)代化建設(shè)速度的快慢取決于工程建設(shè)的速度。工程機(jī)械發(fā)展水平的高低直接影響工程建設(shè)的速度，因此工程機(jī)械是世界工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的重點(diǎn)發(fā)展行業(yè)。我國(guó)的機(jī)械工業(yè)發(fā)展較晚，基礎(chǔ)較差，但是經(jīng)過(guò)多年的努力，從無(wú)到有，從模仿一般的小型機(jī)械到自主研發(fā)制造大型精密設(shè)備，我國(guó)的工程機(jī)械行業(yè)不斷地發(fā)展為一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品門(mén)類(lèi)齊全，產(chǎn)品技術(shù)具有先進(jìn)水平的工業(yè)體系[15]。
剪叉式液壓升降臺(tái)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、承載量大、安裝空間小、自動(dòng)化程度高且易于實(shí)現(xiàn)集中控制等特點(diǎn)，因此在現(xiàn)代物流、航空、自動(dòng)化生產(chǎn)線等場(chǎng)合中得到廣泛應(yīng)用[17]。剪叉式升降平臺(tái)是應(yīng)用非常廣泛的一種升降裝置，剪叉式升降平臺(tái)的結(jié)構(gòu)決定了其功能和特點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、運(yùn)行可靠、安全高效、故障率低、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛用于車(chē)站、碼頭、橋梁、大廳、廠房、室內(nèi)外機(jī)械安裝、設(shè)備維修、建筑保養(yǎng)等場(chǎng)合。
1.1.2研究意義
升降機(jī)不論是在工業(yè)生產(chǎn)還是我們的日常生活中都有著非常重要的作用。給我們帶來(lái)許多便捷、便利。升降機(jī)有許多特色的功能，電梯在我們生活中的好多地方都會(huì)用到，升降機(jī)就如電梯的性能大同小異，我們?cè)谏禉C(jī)的使用過(guò)程中也可以針對(duì)自己的需求對(duì)升降機(jī)的具體參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。升降機(jī)在我們生產(chǎn)中的應(yīng)用非常普遍，可見(jiàn)升降機(jī)在我們的生活中的重要性。然而在我們生產(chǎn)中升降機(jī)也有著非常重要的作用，尤其是貨物高空操作。
1.2升降機(jī)概述
1.2.1升降機(jī)定義
升降機(jī)是一種將人或者貨物升降到某一高度的升降設(shè)備。在工廠、自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)等物流系統(tǒng)中進(jìn)行垂直輸送時(shí)，升降機(jī)上往往還裝有各種平面輸送設(shè)備，作為不同高度輸送線的連接裝置。一般采用液壓驅(qū)動(dòng)，故稱(chēng)液壓升降機(jī)。除作為不同高度的貨物輸送外，廣泛應(yīng)用于高空的安裝、維修等作業(yè)。升降機(jī)包括：固定升降機(jī)、牽引式升降機(jī)、車(chē)載式升降機(jī)、導(dǎo)軌式升降機(jī)和特殊形式的升降機(jī)等。
1.2.2液壓升降機(jī)的作用
液壓升降機(jī)廣泛適用于汽車(chē)、集裝箱、模具制造，木材加工，化工灌裝等各類(lèi)工業(yè)企業(yè)及生產(chǎn)流水線，滿足不同作業(yè)高度的升降需求，同時(shí)可配裝各類(lèi)臺(tái)面形式（如滾筒、轉(zhuǎn)盤(pán)、轉(zhuǎn)向、傾翻、伸縮），配合各種控制方式（分動(dòng)、聯(lián)動(dòng)、防爆），具有升降平穩(wěn)準(zhǔn)確、頻繁啟動(dòng)、載重量大等特點(diǎn)，有效解決工業(yè)企業(yè)中各類(lèi)升降作業(yè)難點(diǎn)，使生產(chǎn)作業(yè)輕松自如。
1.2.3液壓升降機(jī)的特點(diǎn)
升降平臺(tái)升降系統(tǒng)是靠液壓驅(qū)動(dòng)的，所以叫做液壓升降臺(tái)。是一種多功能的裝卸機(jī)械設(shè)備。它主要廣泛適用于模具制造，化工罐裝以及集裝箱，汽車(chē)之類(lèi)的各種工廠企業(yè)及生產(chǎn)流水線。液壓升降平臺(tái)可以滿足于不同作業(yè)高度的升降需求，配裝各類(lèi)臺(tái)面形式，采用合適的控制方式，使得升降是平穩(wěn)準(zhǔn)確，可以頻繁啟動(dòng)，且承載量大，從而能夠有效的解決工業(yè)企業(yè)中各類(lèi)升降作業(yè)時(shí)的難題，方便生產(chǎn)。
1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.3.1國(guó)外
當(dāng)前國(guó)外制造升降平臺(tái)的國(guó)家比較多，如意大利、芬蘭、美國(guó)、英國(guó)等國(guó)家。國(guó)外升降平臺(tái)生產(chǎn)在有的國(guó)家已有幾十年的歷史，升降平臺(tái)在機(jī)械產(chǎn)品中占有相當(dāng)大的比重。根據(jù)叉臂的數(shù)量分單節(jié)和多節(jié)升降平臺(tái)，還有固定式（圖1.1）、超低式（圖1.2）、移動(dòng)式（圖1.3）等各種型式。目前升降平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)力多用液壓驅(qū)動(dòng)，在倉(cāng)庫(kù)、航空、工業(yè)、碼頭等場(chǎng)所廣泛運(yùn)用。特別在高空作業(yè)升降平臺(tái)及商業(yè)貨物平臺(tái)中己形成系列化的生產(chǎn)，如英國(guó)起重有限公司，他們根據(jù)各類(lèi)倉(cāng)庫(kù)的裝卸需求，生產(chǎn)適應(yīng)商業(yè)貨物系統(tǒng)方面不同型號(hào)的升降平臺(tái)，大部分高空作業(yè)搬運(yùn)作業(yè)其技術(shù)先進(jìn)。還有Geda公司的Multilift系列施工升降平臺(tái)，這臺(tái)施工升降機(jī)可以通過(guò)電子顯示裝置對(duì)“高度預(yù)定控制系統(tǒng)”進(jìn)行操作。通過(guò)該系統(tǒng)，要使升降平臺(tái)輕松地?？吭诓煌叨?，操作員只需簡(jiǎn)單的按鈕操作就可。該升降平臺(tái)配有嵌入式的控制裝置，使升降平臺(tái)的急停急走不再發(fā)生。美國(guó)專(zhuān)家Hashem 等根據(jù)剪叉式液壓升降機(jī)的特點(diǎn)提出采用并聯(lián)連接剪叉臂的結(jié)構(gòu)形式，之前的升降機(jī)主要是串聯(lián)連接剪叉臂，串聯(lián)連接限制了其工作臺(tái)面的增加，并聯(lián)連接不僅可以增加工作面積，還能夠大大增加其穩(wěn)定性[1-2]。
1.3.2國(guó)內(nèi)
隨著中國(guó)城鎮(zhèn)化的擴(kuò)展，道路，橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)不斷增多，需求不斷擴(kuò)大，升降平臺(tái)以及升降機(jī)的種類(lèi)需求也不斷增加。而且近幾年，液壓升降平臺(tái)發(fā)展正處在一個(gè)發(fā)展的高峰期，并且逐步向產(chǎn)業(yè)化和集群模式發(fā)展。
現(xiàn)在不管是在建筑工地、市政施工、企業(yè)、工業(yè)、工廠、裝潢、酒店還是私家庭院，升降機(jī)以及是到處可見(jiàn)，使用也是非常廣泛。因此，升降平臺(tái)市場(chǎng)發(fā)展前景廣闊。我國(guó)升降平臺(tái)市場(chǎng)進(jìn)入高速發(fā)展階段，有望保持高速發(fā)展態(tài)勢(shì)。
目前國(guó)外生產(chǎn)升降機(jī)比較知名的企業(yè)有愛(ài)知公式、JLG公司和 Alter 公司等。在國(guó)內(nèi)主要有山東濟(jì)陽(yáng)和江蘇鎮(zhèn)江兩大生產(chǎn)基地。比較知名的國(guó)內(nèi)企業(yè)有徐州重工，浙江定力和京城重工等企業(yè) [6]。
國(guó)內(nèi)的升降平臺(tái)的制造起步比國(guó)外的晚，但是近幾年的發(fā)展相對(duì)較為迅速，主要表現(xiàn)在產(chǎn)品種類(lèi)的不斷增加。如沈陽(yáng)北方交通中共集團(tuán)研制了 54m 的高空消防救援車(chē)。目前，徐州重型機(jī)械有限公司正在研發(fā) 80m 的高空消防車(chē)，在此之前，它已經(jīng)成功研制了 22-68m 的高空消防救援車(chē)。杭州愛(ài)知公司也研發(fā)完成了絕緣型高空作業(yè)車(chē)。
在剪叉機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度方面的研究，郭克希等人通過(guò)對(duì)剪叉式機(jī)構(gòu)的演變方式的分析對(duì)比，得到了變異剪叉結(jié)構(gòu)，并對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，通過(guò)對(duì)該空間展開(kāi)式剪叉機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度分析，得出了該機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)尺寸，從而設(shè)計(jì)出一種新型的能夠廣泛應(yīng)用于各種特殊的場(chǎng)合的機(jī)動(dòng)平臺(tái)[9]。胡小舟等人分析了剪叉式升降機(jī)的受力，建立了其力學(xué)模型，然后利用 Matlab 軟件進(jìn)行分析，研究了影響油缸最大推力的關(guān)鍵參數(shù)[10]。張榮敏等人對(duì)剪叉機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了分析，并利用 ANSYS /APDL 的優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊對(duì)剪叉臂進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析，得出剪叉臂的最優(yōu)參數(shù)[11]。鄧宏光等人根據(jù)剪叉式升降平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征，建立了起升結(jié)構(gòu)的力學(xué)方程，并確定了起升結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)[12]。
2總體結(jié)構(gòu)方案及參數(shù)選定
2.1 升降機(jī)結(jié)構(gòu)確定
此次課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容為剪切式液壓升降機(jī)，剪切式升降機(jī)的發(fā)展較迅速，種類(lèi)也很齊全。按照剪切的大小分為大剪式升降機(jī)（又叫子母式），還有小剪（單剪）升降機(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2t以下的轎車(chē) ，所以采用小剪式液壓驅(qū)動(dòng)升降機(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 液壓升降機(jī)整體結(jié)構(gòu)形式
剪切式液壓平板升降機(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)裝置等以保證升降機(jī)安全使用，保障維修工人的生命安全。剪切式升降機(jī)有兩組完全相同的升降機(jī)構(gòu)，分別放于左右兩側(cè)車(chē)輪之間，因兩側(cè)結(jié)構(gòu)完全相同，可以左右互換。升降機(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)兩側(cè)舉升臂同時(shí)上升、下降、鎖止[2]。
升降機(jī)一側(cè)上下端為固定鉸支座，舉升臂由銷(xiāo)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。升降機(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)，使升降機(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。剪切式升降機(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(chē)、汽車(chē)的檢測(cè)、維修及保養(yǎng)，安全可靠[3]。
2.2 確定各結(jié)構(gòu)尺寸
2.2.1 建立轎車(chē)模型
根據(jù)豐田和大眾轎車(chē)的車(chē)身信息確定一個(gè)使用較廣的車(chē)模：它的車(chē)身參數(shù)有車(chē)身長(zhǎng)4.7m，寬1.75m，高1.5m，軸距2.1m，前后輪距平均為1.5m，車(chē)自重1.5t，該轎車(chē)模型集豐田轎車(chē)外型，奧迪外型，大眾車(chē)系于一體，具有較廣的代表性。
2.2.2主要結(jié)構(gòu)尺寸確定
（1）剪切式升降機(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
3
T
舉升高度
350~2000
Mm
提升時(shí)間
60
S
要求升降機(jī)的提升速度是經(jīng)1min時(shí)間內(nèi)升降機(jī)能升高到1m，實(shí)際升高1.65m，并且升降機(jī)在各高度工作時(shí)，都能自鎖。
設(shè)計(jì)過(guò)程中參考了廣力牌GL3.0/A小剪式升降機(jī)，上海繁寶剪式升降機(jī)，Jumbo Lift NT 剪式舉升平臺(tái)的外形及運(yùn)動(dòng)形式。
（2）升降機(jī)各部分尺寸
（a）支撐平臺(tái)尺寸
因剪切式升降機(jī)放于兩輪胎之間的下部，所以升降機(jī)在使用過(guò)程中要保證升降機(jī)不能與輪胎發(fā)生干涉[2]。根據(jù)轎車(chē)軸距為2.6m，轎車(chē)輪胎直徑一般不超過(guò)700mm，為避免干涉，升降機(jī)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500mm~600mm左右，我們?nèi)∑脚_(tái)寬為Bp=550mm。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，增加升降機(jī)重量，取外型高為70mm，實(shí)厚為15mm，只在四周加工凸臺(tái)邊緣，平臺(tái)尺寸如圖2.2所示。
圖2.2 平臺(tái)尺寸
（b）舉升臂尺寸
因平臺(tái)長(zhǎng)La=1600mm，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，與汽車(chē)相干涉，所以固定鉸支座和滑動(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。
升降機(jī)壓縮到最低位置時(shí)，升降機(jī)高為350mm,(底座到平臺(tái)面的距離)。 如圖2.3所示底座厚為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根據(jù)勾股定理求舉升臂長(zhǎng)L , 求得L=1306mm，舉升臂寬110mm，厚為20mm。
圖2.3 升降機(jī)壓縮到最低點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)
（3）升降機(jī)升高到1m時(shí)尺寸變化
升降機(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。升降機(jī)升高到1m時(shí)，升降機(jī)上下兩滑輪之間的距離為，因舉升臂長(zhǎng)L=1306mm，固定鉸接處與滑輪之間的距離為L(zhǎng)b,由勾股定理得 ，則Lb=896.15mm，滑動(dòng)輪滑動(dòng)距離Lx=1300-896.15=403.75mm。升降機(jī)升高到1m時(shí)，結(jié)構(gòu)狀態(tài)如圖2.4所示。
圖2.4 升高到 1m 時(shí)升降機(jī)主視圖和左視圖
因我們的舉升臂寬為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=24mm，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初定電機(jī)功率
剪切式升降機(jī)舉升重量2t，升降機(jī)自身及其附件的重量再加上一部分的余量為0.8t，所以取 W=3.8t 。初定電機(jī)功率，不考慮工作過(guò)程損失。
舉升平臺(tái)上方放有汽車(chē)時(shí)，設(shè)計(jì)上升速度為 Vw = （2.2）
S=2000-350 =1650 (mm)
由公式（2.2）得 Vw= =0.0275m/s=1.65m/min
載車(chē)板上升功率 Pw= （2.3）
Fw=mg （2.4）
其中m=4.6kg，g=10N/kg 由公式（2.4）
Fw =3.810 =38 KN
Vw取1.65 m/min
由公式（2.3）得 Pw= =1.04（KW） 取
整理前面計(jì)算的數(shù)據(jù)如表2.4。
表2.4 剪切式升降機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
舉升重量
2000kg
舉升高度
350—2000mm
實(shí)際上升高度
1650mm
總寬
2000mm
總長(zhǎng)
2060mm
平臺(tái)長(zhǎng)/寬
1600/550mm
舉升臂長(zhǎng)
1306mm
平臺(tái)間寬
900mm
上升時(shí)間
50s
下降時(shí)間
40s
電機(jī)功率
1.1KW
電源
220V/380V/50Hz
額定油壓
18MPa
整機(jī)重量
800kg
滑輪移動(dòng)距離
896.15mm
2.4平臺(tái)與叉桿的設(shè)計(jì)計(jì)算
2.4.1確定平臺(tái)的結(jié)構(gòu)材料及尺寸
平臺(tái)位于升降臺(tái)的最上部，是支撐件的組成部分。汽車(chē)能夠在升降臺(tái)上平穩(wěn)的停放就是平臺(tái)起了關(guān)鍵的作用。在進(jìn)行維修作業(yè)之前首先得駛上平臺(tái)。需要說(shuō)明的是平臺(tái)并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的鋼板，而是在下面有滑道，因?yàn)樯蹬_(tái)叉桿臂上有滑輪，滑道的作用就是使滑輪在滑道內(nèi)來(lái)回滑動(dòng)，使升降臺(tái)完成舉升和回落動(dòng)作。下底板也如此，如下圖4-1。
圖4-1 下底板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
根據(jù)上面汽車(chē)尺寸參數(shù)，確定平臺(tái)的長(zhǎng)度為2600mm，寬度450mm，材料采用熱軋鋼板。其形狀見(jiàn)圖紙。需要說(shuō)明的是平臺(tái)并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的鋼板，而是在下面有滑道，因?yàn)樯蹬_(tái)叉桿臂上有滑輪，滑道的作用就是使滑輪在滑道內(nèi)來(lái)回滑動(dòng)，使升降臺(tái)完成舉升和回落動(dòng)作。
叉桿是升降臺(tái)最主要的舉升部件，是主要的受力機(jī)構(gòu)。對(duì)其設(shè)計(jì)的成功與否關(guān)系到整個(gè)設(shè)計(jì)工作的成敗，選材45號(hào)鋼，熱軋鋼板。叉桿的外形圖如圖4-2所示。
圖4-2 叉桿的外形圖
2.4.2確定叉桿的結(jié)構(gòu)材料及尺寸
對(duì)支撐叉桿進(jìn)行受力分析：
首先定義每根桿的名稱(chēng)編號(hào)，如圖4-3：
圖4-3 支撐叉桿受力分析圖
對(duì)于桿3、桿4的活動(dòng)鉸聯(lián)接在水平方向上除了摩擦力沒(méi)有其它外力，所以可以忽略不計(jì)，現(xiàn)在只考慮其豎直方向上的受力就可以了。經(jīng)過(guò)分析桿3的受力情況如圖：
計(jì)算其最大彎矩及軸向力：
經(jīng)力學(xué)分析，當(dāng)升降臺(tái)處于最低位置，時(shí)，所受彎矩最大，如圖。
當(dāng)升降臺(tái)處于最高位置，時(shí)，軸向力最大，如圖
，（正值為拉力，負(fù)值為壓力）。
桿4受力情況同桿3。
下面再分析一下桿1,對(duì)桿1作受力分析，如圖
對(duì)D點(diǎn)做力矩分析：，可得 = -110.1N。
計(jì)算彎矩，由上圖可轉(zhuǎn)化成下圖來(lái)分析：
根據(jù)以上條件畫(huà)彎矩圖，如下：
圖4-4 桿1彎矩圖
由此圖可知，桿1的最大彎矩在C點(diǎn)。經(jīng)計(jì)算當(dāng)時(shí)，有最大值，即擁有最大彎矩，同樣此時(shí)也擁有最大的軸向力。首先將，W=9800N，P=11.6W（P與W的關(guān)系值根據(jù)上述的公式求得）代入以上各式，求得的值如下圖：
則。
計(jì)算軸向力，同樣將桿1的受力分析圖再轉(zhuǎn)化為軸向力圖分析，如圖：
經(jīng)分析計(jì)算，CD段受到的軸向壓縮力最大，。由于剛剛計(jì)算出的桿3與桿4的最大彎矩和最大軸向力都小于桿1的值，故不對(duì)桿3桿4計(jì)算工作應(yīng)力。計(jì)算桿1該狀態(tài)下的工作應(yīng)力，設(shè)叉桿橫截面積A=bh,如圖：
則該狀態(tài)下的工作應(yīng)力為
其中， ——叉桿實(shí)際工作應(yīng)力,
——材料許用應(yīng)力，
——材料的極限應(yīng)力，對(duì)于45號(hào)鋼，為340Mpa
n——安全系數(shù),一般為大于1的值，這里取n=2。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初選h=0.1m。
由此式可以看出彎矩對(duì)工作應(yīng)力的影響較軸向力要顯著的多，所以在計(jì)算時(shí)應(yīng)以最大彎矩為主要計(jì)算對(duì)象。桿1所承受的最大工作應(yīng)力。桿1的C截面擁有最大彎矩，即可以認(rèn)為C截面擁有最大的工作應(yīng)力。我們按照最大工作應(yīng)力來(lái)選取合適的叉桿截面。將h=0.1m代入上式：
最大工作應(yīng)力。這里取，即叉桿的橫截面為10025。
3 受力分析與校核計(jì)算
3.1位置參數(shù)計(jì)算
由圖3-1可知
圖3-1位置參數(shù)示意圖
（1）
（2）
上式中：
H——任意位置時(shí)升降平臺(tái)的高度；
C——任意位置時(shí)鉸接點(diǎn)F到液壓鉸接點(diǎn)G的距離；
L——支撐桿的長(zhǎng)度；
——支撐桿固定鉸支點(diǎn)A到鉸接點(diǎn)F的距離；
T——機(jī)架長(zhǎng)度（A到G點(diǎn)的距離）；
——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(tái)的初始高度；
——液壓缸初始長(zhǎng)度。
雙鉸接剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算：
圖3-2 運(yùn)動(dòng)參數(shù)示意圖
圖中，是F點(diǎn)的絕對(duì)速度；是B點(diǎn)絕對(duì)速度；是AB支撐桿的速度；
是液壓缸活塞平均相對(duì)速度；是升降平臺(tái)升降速度。由圖3可知：
（5）
在（5）式中，
——液壓缸活塞平均相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度；
——升降平臺(tái)升降速度；
——支撐桿與水平線的夾角。
以下相同。
3.2動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
圖3-3動(dòng)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(tái)所承受的重力載荷。通過(guò)分析機(jī)構(gòu)受力情況并進(jìn)行計(jì)算（過(guò)程省略）得出：
升降平臺(tái)上升時(shí)
； （6）
升降平臺(tái)下降時(shí)
（6）、（7）式中，
P——液壓缸作用于活塞桿的推力；
Q——升降平臺(tái)所承受的重力載荷；
f——滾動(dòng)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(dòng)輪與導(dǎo)向槽之間為滾動(dòng)摩擦，摩擦系數(shù)很?。╢=0.01）,為簡(jiǎn)化計(jì)算，或忽略不計(jì)，由（6）、（7）式簡(jiǎn)化為：
。 （8）
3.3液壓缸布置方式的分析
從直觀的角度分析考慮，如下圖：
圖3-4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(dòng)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(dòng)鉸連接）。因此，我們針對(duì)實(shí)際升降臺(tái)剪叉機(jī)構(gòu)中液壓缸常用的布置方式存在的問(wèn)題，提出了另一種相對(duì)布置方式，將液壓缸布置在與之相對(duì)稱(chēng)的左側(cè)，即與剪叉機(jī)構(gòu)的固定支點(diǎn)在同一側(cè)，來(lái)進(jìn)一步分析討論。
（1）問(wèn)題的提出
液壓缸驅(qū)動(dòng)的剪叉機(jī)構(gòu)再各種升降臺(tái)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)《甘肅大學(xué)學(xué)報(bào)》的有關(guān)液壓缸驅(qū)動(dòng)剪叉機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析一章，得知在這種布置方式的情況下，如圖：
圖3-5 液壓缸布置在左側(cè)
液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)速度與臺(tái)面升降速度的關(guān)系式為
（1）
活塞推力與臺(tái)面荷重的關(guān)系式為
（2）
式中，
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。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(tái)面升程范圍比較大的場(chǎng)合較為適用。存在的問(wèn)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?。枰簤焊椎耐屏⒋蟠笤黾?。在液壓缸最高工作壓力限定的情況下，這將使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(gè)直徑較小的液壓缸取代一個(gè)大直徑的液壓缸，不過(guò)這將增加一對(duì)液壓缸的支座，同時(shí)帶來(lái)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(gè)裝置的成本。
（2）兩種布置方式的分析和比較
為了解決以上提出的問(wèn)題，可考慮將液壓缸反向布置（即采用第一種設(shè)計(jì)方案），計(jì)算一下該方案的有關(guān)參數(shù)再將兩者作以比較。
如圖：
圖3-6液壓缸布置在右側(cè)
這里仍用瞬時(shí)速度中心法來(lái)求解活塞運(yùn)動(dòng)速度。桿ＦＤ上Ｄ點(diǎn)、Ａ點(diǎn)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心為F點(diǎn)，D點(diǎn)、A點(diǎn)的速度為：
臺(tái)面升降速度：
Ａ點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度：
活塞運(yùn)動(dòng)速度：
（３）
式中，
依據(jù)虛位移原理有：
（４）
由圖２分析可得：
經(jīng)變分后：
代入式（４），整理后得活塞推力：
（５）
式（３）和式（５）的正確性可以用機(jī)械能守恒原理來(lái)證明，即
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，液壓缸布置再右側(cè)時(shí)的推力較液壓缸布置在左側(cè)時(shí)??；而式（３）與式（１）比較，則液壓缸布置在右側(cè)時(shí)的活塞速度較液壓缸布置在左側(cè)時(shí)高?？梢?jiàn)，活塞推力的減小是以活塞速度的提高為代價(jià)換來(lái)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(lái)的問(wèn)題是液壓缸的有效行程較長(zhǎng)，如果臺(tái)面升程范圍不大，液壓缸行程的增加也是有限的。
3.4強(qiáng)度校核計(jì)算
3.4.1叉桿
對(duì)支撐叉桿進(jìn)行受力分析
首先定義每根桿的名稱(chēng)編號(hào)，如圖：
對(duì)于桿3、桿4的活動(dòng)鉸聯(lián)接在水平方向上除了摩擦力沒(méi)有其它外力，所以可以忽略不計(jì)，現(xiàn)在只考慮其豎直方向上的受力就可以了。經(jīng)過(guò)分析桿3的受力情況如圖：
計(jì)算其最大彎矩及軸向力：
經(jīng)力學(xué)分析，當(dāng)升降臺(tái)處于最低位置，時(shí)，所受彎矩最大，如圖。
當(dāng)升降臺(tái)處于最高位置，時(shí)，軸向力最大，如圖
，（正值為拉力，負(fù)值為壓力）。
桿4受力情況同桿3。
下面再分析一下桿1,對(duì)桿1作受力分析，如圖
對(duì)D點(diǎn)做力矩分析：，可得 = -110.1N。
計(jì)算彎矩，由上圖可轉(zhuǎn)化成下圖來(lái)分析：
根據(jù)以上條件畫(huà)彎矩圖，如下：
由此圖可知，桿1的最大彎矩在C點(diǎn)。經(jīng)計(jì)算當(dāng)時(shí)，有最大值，即擁有最大彎矩，同樣此時(shí)也擁有最大的軸向力。首先將，W=9800N，P=11.6W（P與W的關(guān)系值根據(jù)上述的公式求得）代入以上各式，求得的值如下圖：
則。
計(jì)算軸向力，同樣將桿1的受力分析圖再轉(zhuǎn)化為軸向力圖分析，如圖：
經(jīng)分析計(jì)算，CD段受到的軸向壓縮力最大，。由于剛剛計(jì)算出的桿3與桿4的最大彎矩和最大軸向力都小于桿1的值，故不對(duì)桿3桿4計(jì)算工作應(yīng)力。計(jì)算桿1該狀態(tài)下的工作應(yīng)力，設(shè)叉桿橫截面積A=bh,如圖：
則該狀態(tài)下的工作應(yīng)力為
其中， ——叉桿實(shí)際工作應(yīng)力,
——材料許用應(yīng)力，
——材料的極限應(yīng)力，對(duì)于45號(hào)鋼，為340Mpa
n——安全系數(shù),一般為大于1的值，這里取n=2。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初選h=0.1m。
由此式可以看出彎矩對(duì)工作應(yīng)力的影響較軸向力要顯著的多，所以在計(jì)算時(shí)應(yīng)以最大彎矩為主要計(jì)算對(duì)象。桿1所承受的最大工作應(yīng)力。桿1的C截面擁有最大彎矩，即可以認(rèn)為C截面擁有最大的工作應(yīng)力。我們按照最大工作應(yīng)力來(lái)選取合適的叉桿截面。將h=0.1m代入上式：
最大工作應(yīng)力。這里取，即叉桿的橫截面為10025。
3.4.2橫軸
選取套聯(lián)在活塞桿端部的橫軸，根據(jù)總體結(jié)構(gòu)布局確定橫軸長(zhǎng)度需要220mm，由于是單耳環(huán)聯(lián)接，其內(nèi)徑CD=50，橫軸的外徑也應(yīng)為50mm,但考慮到二者需要相對(duì)滑動(dòng)，應(yīng)使橫軸的外徑略小于50mm,這里取d=48mm。單耳環(huán)的寬度值EW=60mm。將叉桿要聯(lián)接到橫軸處的孔進(jìn)行加長(zhǎng)處理，使兩者接觸面積適當(dāng)?shù)脑龃笠詼p小彎曲應(yīng)力及及剪應(yīng)力。因此可按下圖分析橫軸所受應(yīng)力：
當(dāng)時(shí)，P=113680N，可求得。作用于橫軸上的力P是均勻分布的，分布距離為60mm，故集度為：，截面O上的最大彎矩為，截面C和D上的剪力（這里沒(méi)有考慮剪力與彎矩的正負(fù)）。
其彎曲應(yīng)力為
剪應(yīng)力
對(duì)于其它幾個(gè)銷(xiāo)軸，由于所受的應(yīng)力都小于上述值，在不改變材料的基礎(chǔ)上選擇直徑各為35mm、40mm是完全可以的，這里就不一一校核了。
3.4.3連接螺栓的校核
螺栓在升降機(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
（a）升降機(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。
（b）舉升到1m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
（a）升降機(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
（b）舉升到1m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
（a）升降機(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
（b）舉升到1m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。
4 液壓、電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與選擇
4.1液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與選擇
4.1.1液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求
液壓升降機(jī)液壓系統(tǒng)，除要求能在一定的范圍內(nèi)從汽車(chē)兩側(cè)將汽車(chē)同步舉升和下降外，還要求其能使汽車(chē)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(chē)的重量較大，一但液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，升降機(jī)舉升臂在汽車(chē)重力的作用下會(huì)迅速下滑，可能會(huì)對(duì)車(chē)下維修工人的生命安全造成威脅，升降機(jī)上面的汽車(chē)也有被摔壞的危險(xiǎn)。所以，為了防止這樣的情況發(fā)生，升降機(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(xiāo)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(xiāo)軸上的齒條則隨活塞桿上下移動(dòng)，并且能繞銷(xiāo)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(chē)不會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)。
4.1.2液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要保證汽車(chē)被水平舉起而不發(fā)生側(cè)偏，兩側(cè)升降機(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。升降機(jī)液壓回路必須同步。 升降機(jī)的液壓回路[16]如圖4.1所示，主要有兩部分組成：機(jī)械鎖回路、升降回路。
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.濾油器 5.液壓泵 6.溢流閥
7.三位四通電磁閥 8.普通調(diào)速閥 9.比例調(diào)速閥 10. 左升降缸 11.右升降缸
圖4.1 液壓升降機(jī)液壓控制回路
（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7、普通調(diào)速閥8、比例調(diào)速閥9、左升降液壓缸10、右升降液壓缸11組成。當(dāng)三位四通閥7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10、11。當(dāng)YA2失電時(shí)，YA3得電時(shí)，兩油缸下降。
液壓升降機(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8和一個(gè)比例調(diào)速閥9.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10、11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11的活塞跟上液壓缸10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)。下面是剪切式升降機(jī)液壓控制回路進(jìn)行總結(jié)后的工作行程表6.1。
表4.1工作行程表
電磁鐵
升降機(jī)上升
升降機(jī)下降
YA1
+
+
YA2
+
-
YA3
-
+
4.2液壓缸的計(jì)算與選型
油缸是液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件，也是升降機(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(lèi)?；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2～5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)。剪切式升降機(jī)多采用活塞式液壓缸，動(dòng)力源直接輸送。
4.2.1 液壓缸的安裝位置
由第三章對(duì)升降機(jī)力學(xué)結(jié)構(gòu)模型的分析與建立，設(shè)計(jì)中已經(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(xiāo)孔距離(平行于舉升臂) , f為上安裝點(diǎn)與舉升臂端銷(xiāo)孔的距離, d= 250mm, f = 500mm。舉升臂與水平面的夾角為α，液壓缸與水平方向之間的夾角為θ 由tanα=
升降機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)，舉升重量均勻分布在平臺(tái)上。但當(dāng)升降機(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)程中舉升重量不變，但相對(duì)升降機(jī)豎直向上的作用力方向，舉升重物的質(zhì)心前移，為防止發(fā)生前翻狀況，液壓缸活塞桿端作用在滑動(dòng)輪所在一側(cè)的上方舉升臂上。左側(cè)也為轎車(chē)的車(chē)頭方向。升降機(jī)在最低位置時(shí)，液壓缸的安裝如圖4.2所示。
圖4.2 液壓缸的安裝方向
4.2.2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)的升降機(jī)從最低位置350mm升高到2000mm，實(shí)際
上升行程為1650mm。因升降機(jī)活塞桿與水平方向夾角θ與α有如下關(guān)系：，當(dāng)升降機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)液壓缸的長(zhǎng)度。當(dāng)升降機(jī)達(dá)到2000mm時(shí)， tanα== 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395mm，取400mm，即液壓缸的行程為400mm。（Hg=1900mm f=500mm d=170mm L=1306mm Lb=896mm）
4.2.3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]升降機(jī)構(gòu)液壓缸選用雙作用單級(jí)活塞桿缸HSG-L-180/90-E2231-400-337。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)。
4.3液壓泵的計(jì)算與選型
升降機(jī)構(gòu)常用油泵分為齒輪油泵與柱塞泵兩類(lèi)。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(shí)間。中輕型升降機(jī)構(gòu)上多采用齒輪泵，重型升降機(jī)構(gòu)常采用柱塞泵，此次設(shè)計(jì)選用齒輪泵。
4.3.1 液壓泵工作壓力的計(jì)算
（6.1）
式中[14]:——液壓泵的最大工作壓力 （N/m2）；
——液壓缸的最大工作壓力，（Mpa）；
Mpa （6.2）
式中：——油缸最大作用力（N）；
——油缸橫截面積（m2）。
由式（6.2）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=26.484MPa。
4.3.2 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，必須要考慮。液壓泵的輸出功率為：
（6.3）
式中：0——液壓泵的輸出功率（W）
——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[9]；
——液壓缸中及管路能量損失，取0.7[9]；
——舉升時(shí)間(s)，取t=60s。
由式（6.3）得 =12.346kW
液壓泵的輸入功率： （6.4）
式中：P——液壓泵的輸入功率
——液壓泵的總效率，因我們所設(shè)計(jì)的升降機(jī)屬于中輕型升降機(jī)，選擇齒輪泵即可。齒輪泵的總效率一般為0.6~0.7，取0.65。
則由式（6.4）得到輸入功率為。
4.3.3 油泵流量的計(jì)算
液壓泵的輸入功率與流量有如下關(guān)系
（6.5）
式中： Pp——油泵最大工作壓力，(N/m2)；
——液壓泵的流量（m3/s）；
——液壓泵的總效率,=0.65[14]。
4.3.4 油泵的選型
根據(jù)上述計(jì)算輸入的功率P、、的值，查閱資料[9]，選擇P197-G50型號(hào)的高壓齒輪泵。額定工作壓力為28MPa，最大為28 MPa，工作轉(zhuǎn)速為2400r/min，輸入功率為65.9KW,油泵排量為50ml/r,液壓泵質(zhì)量為14.3Kg。 P7600 、P5100、P3100、P237、P197型高壓齒輪泵，廣泛用于各種工程機(jī)械、升降機(jī)械、起重機(jī)械、壓路機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)。具有體積小壓力高、排量大、噪聲低、性能好、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
4.4電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)
任何復(fù)雜的控制線路，都是由一些元器件和單元電路組成。常用的控制電器有組合開(kāi)關(guān)、按鈕、交流接觸器、中間繼電器、熱繼電器、熔斷器、自動(dòng)空氣斷路器。
4.4.1 電氣系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)
電氣系統(tǒng)主要控制兩側(cè)升降機(jī)的同步上升、下降。達(dá)到所需位置后，升降機(jī)都能安全鎖止。開(kāi)關(guān)示意圖和控制電路圖如下：
圖4.3 電氣系統(tǒng)開(kāi)關(guān)示意圖
圖4.4 升降機(jī)主控制電路圖及說(shuō)明控制電路圖
表4.2 升降機(jī)主控制線路的電器元件目錄表
符號(hào)
名稱(chēng)及用途
符號(hào)
名稱(chēng)及用途
Q1
三相組合開(kāi)關(guān)
作電源引入及短路保護(hù)用
FU1
熔斷器
作短路保護(hù)作用
FR
熱繼電器
作電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)作用
KM
交流接觸器
作電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、停止用
KA1
動(dòng)合開(kāi)關(guān)
控制機(jī)械鎖的打開(kāi)與閉合
KM0
吸引線圈
SB0
總開(kāi)關(guān)按鈕
SB3
升降機(jī)下降按鈕
SB1
升降機(jī)上升按鈕
SQ
動(dòng)斷開(kāi)關(guān)
作上升限位保護(hù)用
SB2
鎖止按鈕
KT
延時(shí)開(kāi)關(guān)
機(jī)械鎖上升下降緩沖作用
C
接三相電動(dòng)機(jī)
N
接地端
M
電動(dòng)機(jī)
（1）上升
按動(dòng)上升SB1按鈕，此時(shí)電機(jī)M立即啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)械鎖打開(kāi)，平臺(tái)會(huì)立即上升。松開(kāi)上升按鈕SB1，該機(jī)將立即停止上升。
電路：總開(kāi)關(guān)SB0閉合——按下SB1 ——KA1接通機(jī)械鎖打開(kāi)—— KM01線圈通電—— KM主觸點(diǎn)閉合—— 電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn);
——升降機(jī)上升到規(guī)定位置—— SB1斷開(kāi)——按下SB2——KA1接通機(jī)械鎖閉合——KM02線圈斷電進(jìn)行鎖止。
（2）下降
當(dāng)按下下降按鈕SB3時(shí)，剪切式升降機(jī)先立即上升，等延時(shí)約1~2秒鐘自動(dòng)轉(zhuǎn)為下降(這樣可以保證在下降前將保險(xiǎn)爪從保險(xiǎn)齒條內(nèi)抬起而不被卡住)。在下降的同時(shí)，保險(xiǎn)爪將因兩位三通電磁閥YA1通電打開(kāi)而自動(dòng)抬起，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)M也同時(shí)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
電路：按下SB3按鈕——KA1接通機(jī)械鎖打開(kāi)——KM03線圈通電——KM主觸點(diǎn)閉合——電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)——升降機(jī)下降到規(guī)定位置——SB3斷開(kāi)——按下SB2——KA1接通機(jī)械鎖閉合——KM02線圈斷電進(jìn)行鎖止
4.4.2電動(dòng)機(jī)的選擇與驗(yàn)算
（1）電動(dòng)機(jī)選擇
計(jì)算升降機(jī)構(gòu)額定起重量時(shí)的靜載荷功率Nj
Nj=(Q+ G0)V/60 （6.6）
式中： Q——額定舉升重量，N；
G0——升降機(jī)構(gòu)自重，N；
V——舉升速度，m/min；
——效率=0.5。
Q=30000N ，，
得Nj=2.09 KW
根據(jù)Nj查電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品目錄選取電動(dòng)機(jī)相應(yīng)的額定功率Ne，并滿足
Nekd Nj （6.7）
式中 kd——系數(shù)，見(jiàn)表6.3所示。
我們按滿載情況算 Kd=1.0 Ne 2.09 KW
根據(jù)額定功率Ne值及液壓泵的轉(zhuǎn)速，選擇YZR132N2-6額定功率4.0，轉(zhuǎn)速為900r/min的電動(dòng)機(jī)。因升降機(jī)經(jīng)常啟動(dòng)，制動(dòng)，要求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小和過(guò)載能力大，因此選用YZR系列三相異步電動(dòng)機(jī)是符合要求的，在電動(dòng)機(jī)與液壓泵之間采用帶輪傳動(dòng)，改變傳動(dòng)比，就可以滿足液壓泵要求的轉(zhuǎn)速。
表6.3 系數(shù)kd
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
升降機(jī)工作特性及機(jī)構(gòu)工作范圍
kd
JZR2、YZR、JZRH
M1～M6級(jí)
0.75～0.85
M7級(jí)
0.85～0.95
M8級(jí)
1.0～1.1
滿載（1～3m/min），經(jīng)常滿載
0.9～1.0
JZ、YZ
M1～M6級(jí)及防爆機(jī)構(gòu)
0.9
Y
M1～M6級(jí)及某些特殊機(jī)構(gòu)
1.0
（2）電動(dòng)機(jī)可靠性的驗(yàn)算
通常升降機(jī)構(gòu)的起動(dòng)緩沖時(shí)間約為1～5s較合適，大舉升重量或速度較高時(shí)取較大值。當(dāng)計(jì)算的起動(dòng)時(shí)間小于1s，可改選小一點(diǎn)的電動(dòng)機(jī)，或者仍用原選電動(dòng)機(jī)，而采用增加起動(dòng)機(jī)電阻的方法，從電氣設(shè)計(jì)上改變電動(dòng)機(jī)的平均起動(dòng)力矩來(lái)延長(zhǎng)起動(dòng)時(shí)間。
5 基于Pro/E的三維設(shè)計(jì)
5.1 Pro/E軟件概述
Pro/Engineer操作軟件是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱(chēng)，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位。Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今主流的CA