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金 華 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院
JINHUA COLLEGE OF PROFESSION AND TECHNOLOGY
畢業(yè)綜合項(xiàng)目成果
（20 屆）
物流液壓升降機(jī)設(shè)計(jì)
題 目
學(xué) 院
專 業(yè)
班 級(jí)
學(xué) 號(hào)
姓 名
指導(dǎo)教師
年 月 日
物流液壓升降機(jī)設(shè)計(jì)
**學(xué)院**專業(yè) 學(xué)生姓名
摘要：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重要的作用。給我們帶來(lái)的利益是非常的多。升降機(jī)的功能特色是非常多的，在我們生活中我們?cè)诤芏嗟纳虅?wù)大廈都會(huì)用到電梯，升降機(jī)就如電梯的性能大同小異，我們?cè)谑褂蒙禉C(jī)的時(shí)候也可以針對(duì)自己的需求對(duì)升降機(jī)進(jìn)行設(shè)置。
根據(jù)本課題的研究是適用于高處物料升降運(yùn)送。根據(jù)實(shí)際需求擬采取如下：選擇液壓缸為動(dòng)力，以剪叉式為傳動(dòng)形式，主體機(jī)構(gòu)采用剪叉式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)剪叉式升降機(jī)關(guān)鍵零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算與校核，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求。
關(guān)鍵詞：升降機(jī)，物料升降，剪叉式，升降機(jī)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5
Abstract：Lifting platform in the industrial production and our daily life plays an important role. The benefit which brings to us is very much. The functional characteristics of the lifting platform is very much, in our lives we in many commercial buildings will be used in the lift, lifting platform as the elevator performance very much the same, we can also according to their own needs for lifting platform settings when using a lifting platform.
According to the research on this topic is applicable to high material elevator. According to the actual demand to be taken are as follows: the selection of hydraulic cylinder as the power, the scissor transmission form, scissor structure design of the main mechanism. Design calculation and checking of scissors elevating platform of key parts and components, after the design objectives and requirements verification can achieve the desired.
Key Words: Lifting platform, material lift, scissor, lifting platform, structure design
金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)綜合項(xiàng)目成果
目 錄
摘要 1
1 緒論 6
1.1 升降機(jī)在生產(chǎn)和生活中的作用和意義 6
1.2 升降機(jī)國(guó)內(nèi)研究發(fā)展情況 6
1.3 升降機(jī)國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨向 8
1.4 課題條件 9
2 剪叉式升降機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 11
2.1 升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 11
2.1.1 升降機(jī)構(gòu)形式的選擇 11
2.1.2 直接推動(dòng)式升降機(jī)構(gòu) 11
2.1.3 連桿組合式升降機(jī)構(gòu) 11
2.2 升降機(jī)的兩種機(jī)構(gòu)形式 13
2.3 升降機(jī)機(jī)構(gòu)中三種液壓缸布置方式的分析比較 14
2.3.1 問(wèn)題的提出 14
2.3.2 三種方案的分析和比較 15
2.4 剪叉式升降機(jī)結(jié)構(gòu)分析 16
2.5 剪叉式升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析 17
2.6 剪叉式升降機(jī)的動(dòng)力分析 20
2.7 剪叉式升降機(jī)參數(shù)的確定 21
2.7.1 基本幾何尺寸的確定 21
2.7.2 液壓缸推力T及行程S的確定 21
2.8 剪叉式升降機(jī)的校核 22
2.8.1 各鉸接點(diǎn)的受力分析 22
2.8.2 各鉸接點(diǎn)銷(xiāo)的選擇與校核 24
2.8.3 油缸作用處桿件尺寸的確定與校核 25
2.9 強(qiáng)度校核 26
2.9.1 剪叉臂的強(qiáng)度校核 26
2.9.2 液壓缸底架固定橫梁的強(qiáng)度校核 29
2.10 軸的強(qiáng)度校核 32
2.10.1 內(nèi)剪叉臂固定端銷(xiāo)軸的強(qiáng)度校核 32
2.10.2 液壓缸缸體尾部銷(xiāo)軸的強(qiáng)度校核 32
2.10.3 液壓缸活塞桿頭部支撐軸的強(qiáng)度校核 33
3 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 34
3.1 明確設(shè)計(jì)要求 制定基本方案 34
3.2 制定液壓系統(tǒng)的基本方案 34
3.2.1 確定液壓執(zhí)行元件的形式[14] 34
3.2.2 確定液壓缸的類(lèi)型 35
3.2.3 確定液壓缸的安裝方式 36
3.2.4 缸蓋聯(lián)接的類(lèi)型 36
3.2.5 擬訂液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路 36
3.2.6 液壓源系統(tǒng) 36
3.3 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)[15] 36
3.3.1 載荷的組成與計(jì)算： 37
3.3.2 初選系統(tǒng)壓力 39
3.3.3 計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 39
3.3.4 確定液壓泵的參數(shù)[18] 41
3.3.5 管道尺寸的確定 42
3.3.6 油箱容量的確定 43
3.4 液壓缸主要零件結(jié)構(gòu)、材料及技術(shù)要求 43
3.4.1 缸體 43
3.4.2 活塞 44
3.4.3 活塞桿 45
3.4.4 活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵 46
3.4.5 液壓缸的排氣裝置 46
3.4.6 液壓缸安裝聯(lián)接部分的型式及尺寸 47
3.4.7 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 47
3.5 本章小結(jié) 49
4 剪叉式升降機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 50
4.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的簡(jiǎn)介 50
4.2 位移、速度及加速度分析 51
4.2.1 主運(yùn)動(dòng)分析 51
4.2.2 位移曲線 52
4.2.3 速度曲線 53
4.2.4 加速度曲線 53
總結(jié) 55
致 謝 56
參考文獻(xiàn) 57
1 緒論
1.1 升降機(jī)在生產(chǎn)和生活中的作用和意義
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重要的作用。給我們帶來(lái)的利益是非常的多。升降機(jī)的功能特色是非常多的，在我們生活中我們?cè)诤芏嗟纳虅?wù)大廈都會(huì)用到電梯，升降機(jī)就如電梯的性能大同小異，我們?cè)谑褂蒙禉C(jī)的時(shí)候也可以針對(duì)自己的需求對(duì)升降機(jī)進(jìn)行設(shè)置?？梢?jiàn)升降機(jī)對(duì)我們作用是相當(dāng)?shù)拇蟆?
升降機(jī)在我們生產(chǎn)中的應(yīng)用已經(jīng)非常的普遍了，而且在我們生產(chǎn)中有著重要的作用，尤其是貨物高空操作。
現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展，順應(yīng)社會(huì)的需求，生產(chǎn)力不斷的加大，而且現(xiàn)在高空操作也是比較多的，所以升降機(jī)在我們進(jìn)行高空操作的時(shí)候就給我們帶來(lái)的重要的作用。
升降機(jī)就是上下操作，而且可以給我們提供一個(gè)安全穩(wěn)定的機(jī)。我們?cè)诟呖兆鳂I(yè)的時(shí)候可以給我們的安全提供保障。
升降機(jī)不僅在生產(chǎn)中有著重要的作用，在我們生活中的應(yīng)用也是非常的重要的，而且非常的普及。在酒店、賓館、影院等等公共休閑娛樂(lè)場(chǎng)所我們都知道干凈舒適是第一，所以保持干凈是我們必須的。升降機(jī)在這里清潔、燈具維修換修、設(shè)備的調(diào)試安裝維護(hù)保養(yǎng)都是非常的重要的。
1.2 升降機(jī)國(guó)內(nèi)研究發(fā)展情況
自改革開(kāi)放三十年，中國(guó)的城市建設(shè)和發(fā)展的突飛猛進(jìn)，在中國(guó)的升降機(jī)產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展，升降機(jī)做為人們的出行的垂直運(yùn)輸工具已經(jīng)隨處可見(jiàn)。引進(jìn)外資，合作辦廠在1978，十一的第三次全體會(huì)議上的一項(xiàng)重大決策和改革開(kāi)放。我公司自主研發(fā)，生產(chǎn)，升降機(jī)的發(fā)展階段，外國(guó)資本運(yùn)行升降機(jī)廠引進(jìn)安裝升降機(jī)，從合資企業(yè)大量。如：成立于1980年7月4日中國(guó)迅達(dá)電梯升降機(jī)的有限公司，是由中國(guó)建設(shè)機(jī)械總公司，股份有限公司，香港怡和迅達(dá)瑞士迅達(dá)（遠(yuǎn)東）股份有限公司3的合資企業(yè)，這是中國(guó)機(jī)械行業(yè)的第一家合資企業(yè)自改革開(kāi)放以來(lái)。公司在中國(guó)設(shè)立的升降機(jī)行業(yè)掀起了1984年12月1日的繁榮，引進(jìn)外資；天津市機(jī)公司，中國(guó)國(guó)際信托投資公司和美國(guó)美國(guó)奧的斯電梯升降機(jī)公司合資組建的天津奧的斯電梯升降機(jī)有限公司正式成立。
引進(jìn)外資，合作辦廠，不僅有利于中國(guó)地方升降機(jī)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，也為中國(guó)的城市的發(fā)展產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響。從1979以來(lái)，升降機(jī)，生產(chǎn)已越來(lái)越快：不僅如此，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也發(fā)生了顯著的變化：直流升降機(jī)老已被淘汰，交流雙速電梯，調(diào)壓調(diào)速交流調(diào)速梯逐漸取代VVVF交流變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)機(jī)，已在PLC和微機(jī)控制技術(shù)的采用，最高的梯形速度已達(dá)到4m/s；行業(yè)出現(xiàn)了翻天覆地的變化：企業(yè)生產(chǎn)條件的升降機(jī)，員工的素質(zhì)，管理水平有了很大的提高。為什么我們的技術(shù)提高很快，這不能不歸功以經(jīng)濟(jì)建設(shè)為確定在第三屆十一中心的一般原則。沒(méi)有大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)建設(shè)，沒(méi)有升降機(jī)市場(chǎng)的今天，就不會(huì)有今天的自然升降機(jī)產(chǎn)業(yè)。其次，由于改革開(kāi)放政策。改革開(kāi)放后，黨中央和國(guó)家在上海，寧波，溫州，福州，廣州，委員會(huì)，作為一個(gè)城市區(qū)。自1985以來(lái)，先后在長(zhǎng)江三角洲，珠江三角洲，福建東南部和渤海地區(qū)開(kāi)辟經(jīng)濟(jì)開(kāi)放區(qū)。根據(jù)升降機(jī)產(chǎn)業(yè)的特殊性，這些地區(qū)將成為中國(guó)工業(yè)發(fā)展集中升降機(jī)。
隨著大量的升降機(jī)企業(yè)的建立，中國(guó)升降機(jī)產(chǎn)業(yè)在技術(shù)，管理規(guī)范了。1984六月，中國(guó)建筑機(jī)械制造商協(xié)會(huì)升降機(jī)分公司工程機(jī)械協(xié)會(huì)成立大會(huì)在西安市舉行的三個(gè)分會(huì)，升降機(jī)，也是中國(guó)現(xiàn)在升降機(jī)會(huì)的前身。1986年1月1日，“中國(guó)升降機(jī)”建設(shè)機(jī)械制造商協(xié)會(huì)建設(shè)機(jī)械協(xié)會(huì)更名為“中國(guó)工程機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)升降機(jī)，升降協(xié)會(huì)”的兩級(jí)協(xié)會(huì)機(jī)會(huì)升級(jí)，這是在升降機(jī)業(yè)發(fā)展史上的里程碑。從舉升機(jī)行業(yè)有自己的行業(yè)組織。1987，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 7588-87”提升的建造和安裝的安全規(guī)則”機(jī)發(fā)行。標(biāo)準(zhǔn)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN81-1”提升為建筑安裝“機(jī)安全規(guī)定（1985修訂版，十二月）。本標(biāo)準(zhǔn)的意義是對(duì)制造和安裝質(zhì)量與升降機(jī)的保護(hù)很重要。改革的第一個(gè)十年對(duì)外開(kāi)放是提升產(chǎn)業(yè)的萌芽時(shí)期的升降機(jī)的初級(jí)階段，產(chǎn)業(yè)鏈形成的機(jī)。穩(wěn)步發(fā)展，創(chuàng)新改革開(kāi)放的第二到十年可以說(shuō)是中國(guó)提升產(chǎn)業(yè)發(fā)展機(jī)后，十年的創(chuàng)新。改革開(kāi)放后的第一個(gè)十年內(nèi)，中國(guó)的升降機(jī)產(chǎn)業(yè)的同時(shí)吸收新技術(shù)國(guó)際升降機(jī)，相關(guān)的管理系統(tǒng)也在不斷的完善。
改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的城市建設(shè)和發(fā)展的突飛猛進(jìn)，更加有利于推動(dòng)我國(guó)的升降機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，已在1997的平面與上一年總產(chǎn)出的升降機(jī)，良好的結(jié)果的持續(xù)增長(zhǎng)，總產(chǎn)值，這證明了我們的升降機(jī)產(chǎn)業(yè)比較成熟，有能力適應(yīng)市場(chǎng)變化，抓住機(jī)遇，有了很大的提高。1998，升降機(jī)，蘇州江南升降機(jī)有限，國(guó)家的自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道的品牌已銷(xiāo)往馬來(lái)西亞，泰國(guó)，菲律賓，印度尼西亞，新加坡，阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)，孟加拉國(guó)，埃及，敘利亞，土耳其，阿根廷，澳大利亞，德國(guó)，英國(guó)，荷蘭，意大利，葡萄牙，希臘和其他近20個(gè)國(guó)家和我國(guó)臺(tái)灣澳門(mén)地區(qū)，升降機(jī)，生產(chǎn)超過(guò)30200臺(tái)。迅速改變隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市建設(shè)的不斷完善，升降機(jī)不僅在高檔商務(wù)寫(xiě)字樓，大酒店商場(chǎng)存在，蔓延到高層住宅樓，一個(gè)角落也走進(jìn)了人們的生活，成為城市建設(shè)中不可缺少的垂直交通工具中國(guó)有1300000000人口，與升降機(jī)的人均量的1／3的世界平均水平的1/10，發(fā)達(dá)。升降機(jī)巨大的市場(chǎng)吸引了幾乎所有的升降機(jī)的業(yè)務(wù)關(guān)系。2007，中國(guó)政府頒布了一系列的經(jīng)濟(jì)政策，加強(qiáng)宏觀調(diào)控，升降機(jī)市場(chǎng)逐漸趨于穩(wěn)定和規(guī)范化的軌道。
1.3 升降機(jī)國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨向
近20年世界工程升降機(jī)行業(yè)發(fā)生了很大變化。RT(越野輪胎升降機(jī))和AT(全地面升降機(jī))產(chǎn)品的迅速發(fā)展，打破了原有產(chǎn)品與市場(chǎng)格局，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展及市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)沖擊下，導(dǎo)致世界工程升降機(jī)市場(chǎng)進(jìn)一步趨向一體化。目前世界工程升降機(jī)年銷(xiāo)售額已達(dá)75億美元左右。主要生產(chǎn)國(guó)為美國(guó)、日本、德國(guó)、法國(guó)、意大利等，世界頂級(jí)公司有10多家，主要集中在北美、日本（亞洲）和歐洲。美國(guó)既是工程升降機(jī)的主要生產(chǎn)國(guó)，又是最大的世界市場(chǎng)之一。但由于日本、德國(guó)升降機(jī)工業(yè)的迅速發(fā)展及RT和AT產(chǎn)品的興起，美國(guó)廠商曾在20世紀(jì)60～70年代世界市場(chǎng)中占有的主導(dǎo)地位正逐步受到削弱，從而形成美國(guó)、日本和德國(guó)三足鼎立之勢(shì)。近幾年美國(guó)經(jīng)濟(jì)回升，市場(chǎng)活躍，外國(guó)廠商紛紛參與競(jìng)爭(zhēng)。美國(guó)制造商的實(shí)力也有所增強(qiáng)，特雷克斯升降機(jī)公司的崛起即是例證。特雷克斯升降機(jī)公司前身是美國(guó)科林升降機(jī)廠。1995年以來(lái)，其通過(guò)一系列的兼并活動(dòng)，已發(fā)展成為世界頂級(jí)公司之一。日本從20世紀(jì)70年代起成為工程升降機(jī)生產(chǎn)大國(guó)，產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量提高很快，已出口到歐美市場(chǎng)，年總產(chǎn)量居世界第一。自1992年以來(lái)，由于受日元升值、國(guó)內(nèi)基建投資下降和亞洲金融危機(jī)影響，年產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)。目前日本市場(chǎng)年需求量為3000臺(tái)左右。歐洲是潛力很大的市場(chǎng)，歐洲各工業(yè)國(guó)既是工程升降機(jī)的出口國(guó)，也是重要的進(jìn)口國(guó)。德國(guó)是最大的歐洲市場(chǎng)，其次為英國(guó)、法國(guó)、意大利等國(guó)。在德國(guó)AT產(chǎn)品市場(chǎng)份額中，利勃海爾占53%，格魯夫占 16%，德馬泰克占14%，多田野和特雷克斯各占10%和5%左右。
多數(shù)廠商在爭(zhēng)奪上述市場(chǎng)的同時(shí)，還努力擴(kuò)大產(chǎn)品系列。格魯夫公司的汽車(chē)升降機(jī)和RT產(chǎn)品具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，購(gòu)買(mǎi)克虜伯公司后，在AT產(chǎn)品方面也頗具實(shí)力，該公司還準(zhǔn)備生產(chǎn)履帶式升降機(jī)。馬尼突沃克公司已在履帶式升降機(jī)行業(yè)居支配地位，但也希望在其他升降機(jī)產(chǎn)品領(lǐng)域取得相同影響力。以往升降機(jī)廠商的某些合作，大多集中于營(yíng)銷(xiāo)協(xié)定或許可證貿(mào)易協(xié)定。許可證貿(mào)易要比全面并購(gòu)方式開(kāi)展早，風(fēng)險(xiǎn)也小，在行業(yè)中已有先例。但按許可證協(xié)定進(jìn)行制造,往往在期滿后因產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議而告終。特雷克斯與日本IHI公司有歷史聯(lián)系，至今特雷克斯還提供涂裝AmericanCrane公司產(chǎn)品標(biāo)志的IHI履帶式升降機(jī)升降機(jī)。有人會(huì)將特雷克斯與IHI的合作看作許可證貿(mào)易行得通的例證。但此類(lèi)協(xié)定難以持久，其結(jié)果無(wú)非是特雷克斯要求加強(qiáng)對(duì)IHI公司的控制，或者謀求獨(dú)立生產(chǎn)履帶式升降機(jī)。IHI目前尚未建立北美市場(chǎng)份額，僅起分承包商作用。英國(guó)格魯夫公司從1999年開(kāi)始銷(xiāo)售神鋼履帶式升降機(jī)和城市型升降機(jī)。多田野和日立建機(jī)公司 在 1978年簽訂的相互提供產(chǎn)品、擴(kuò)展雙方產(chǎn)品系列的合作協(xié)議，收效不大。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)萎縮情況下，日立建機(jī)于1999年2月宣布，將再次考慮 擴(kuò)大流動(dòng)式升降機(jī)生產(chǎn)與銷(xiāo)售領(lǐng)域與多田野的合作。而多田野公司則希望能擁有一家美國(guó)制造基地，但目前時(shí)機(jī)尚未成熟。擁有多種類(lèi)型產(chǎn)品可使收入多樣化。特雷克斯公司既經(jīng)營(yíng)采礦設(shè)備又經(jīng)營(yíng)起重搬運(yùn)設(shè)備，起重搬運(yùn)設(shè)備包括AT和RT產(chǎn)品、汽車(chē)升降機(jī)、履帶式升降機(jī)、塔機(jī)等。林克?貝爾特公司基于其生產(chǎn)挖掘機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，成為首先將技術(shù)應(yīng)用于桁架臂式 升降機(jī)的廠商之一。但目前住友公司已將其在日本和美國(guó)的升降機(jī)與挖掘機(jī)企業(yè)(包括林克?貝爾特)分開(kāi)，其依據(jù)是升降機(jī)和挖掘機(jī)屬于不同行業(yè)。利勃海爾既生產(chǎn)挖掘機(jī)，也生產(chǎn)流動(dòng)式升降機(jī)和塔式升降機(jī)，還在愛(ài)爾蘭生產(chǎn)集裝箱搬運(yùn)升降機(jī)，其旗下各企業(yè)均為單獨(dú)實(shí)體。
1.4 課題條件
升降機(jī)在現(xiàn)代物流、航空裝卸、大型設(shè)備的制造與維護(hù)等場(chǎng)合廣泛應(yīng)用。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈，為了提高企業(yè)生產(chǎn)速度，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，并且實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化，人們?cè)O(shè)計(jì)了可以減少人力物力并且能夠出色完成任務(wù)的升降機(jī)。升降機(jī)的種類(lèi)比較繁多，根據(jù)不同的用途、升降機(jī)的結(jié)構(gòu)、動(dòng)力傳遞形式以及規(guī)格會(huì)有不同的選擇和設(shè)計(jì)。
機(jī)械傳動(dòng)方式的特點(diǎn)是零件加工相對(duì)要求不高、結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、加工容易、維修方便、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)、抗沖擊性能好、可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確到位，并有自鎖功能、不污染環(huán)境。研制安全、可靠的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的剪叉式升降機(jī)，將有利于保證高空作業(yè)的安全，具有一定的實(shí)用價(jià)值。
具體研究?jī)?nèi)容及要求包括：
1. 查找相關(guān)文獻(xiàn)，分析升降機(jī)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。
2. 設(shè)計(jì)剪叉式升降機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用元器件和校核結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度。
3. 對(duì)剪叉式升降機(jī)進(jìn)行進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。
主要技術(shù)指標(biāo)：
1. 完成剪叉式升降機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)分析。
2. 完成直角坐標(biāo)機(jī)械手的元器件選型。
3. 剪叉式升降機(jī)升降高度5米，承載重量1噸。
4. 完成2張A0圖紙，并完成設(shè)計(jì)報(bào)告和資料翻譯。
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2 剪叉式升降機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
2.1 升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
2.1.1 升降機(jī)構(gòu)形式的選擇
升降機(jī)構(gòu)分為兩大類(lèi)：直推式和連桿組合式，它們均采用液體壓力作為升降動(dòng)力。
直推式升降機(jī)構(gòu)利用液壓油缸直接升降車(chē)廂傾卸。該機(jī)構(gòu)布置簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、升降效率高。但由于液壓油缸工作行程長(zhǎng)，故一般要求采用單作用的2級(jí)或3級(jí)伸縮式套筒油缸。
2.1.2 直接推動(dòng)式升降機(jī)構(gòu)
油缸直接作用在車(chē)廂底板上的升降機(jī)構(gòu)稱為直接推動(dòng)式升降機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)稱直推式升降機(jī)構(gòu)。按升降點(diǎn)在車(chē)廂底板下表面的位置，該類(lèi)升降機(jī)構(gòu)又可分為油缸中置(圖2-1a)和油缸前置(圖2-1b)兩種型式。前者油缸支在車(chē)廂中部，油缸行程較小，油缸的升降力較大，多采用雙缸雙柱式油缸；后者的油缸支在車(chē)廂前部，油缸的升降力較小，油缸行程較大，一般用于重型升降機(jī)上，油缸則通常采用多級(jí)伸縮油缸。
圖2-1 直接推送式升降機(jī)構(gòu)
Fig.2-1 The lifting mechanism of direct-push model
2.1.3 連桿組合式升降機(jī)構(gòu)
油缸與車(chē)廂底板之間通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)連接的升降結(jié)構(gòu)稱為連桿組合式升降機(jī)構(gòu)。生產(chǎn)實(shí)踐表明，連桿組臺(tái)式升降機(jī)構(gòu)具有很大的優(yōu)越性。根據(jù)油缸的安裝特點(diǎn)，連桿組臺(tái)式升降機(jī)構(gòu)又可分為油缸前推(后推)連桿放大式、油缸前推(后推)杠桿平衡式、油缸浮動(dòng)等多種結(jié)構(gòu)型式。
（1）油缸前推連桿放大式(馬勒里式)升降機(jī)構(gòu)
該種升降機(jī)構(gòu)(圖2-2所示)通過(guò)三角板與車(chē)廂底板相連，車(chē)廂的升降支點(diǎn)較靠近車(chē)廂的前部，故車(chē)廂受力狀況較好；當(dāng)達(dá)到最大升降角度時(shí)，油缸幾乎處于垂直狀態(tài)，車(chē)廂上升到最置不易傾下，穩(wěn)定性好；油缸最大推力較小，油壓特性好。但整個(gè)機(jī)構(gòu)較龐大，油缸在升降過(guò)程中的擺角較大，工作行程較大。
圖2-2 前推連桿放大式升降機(jī)構(gòu)
Fig.2-2The lifting mechanism of lever magnify model from the forward
（2）油缸前推杠桿平衡式升降機(jī)構(gòu)
該種升降機(jī)構(gòu)(圖2-3所示)通過(guò)拉桿與車(chē)廂底板相連，升降支點(diǎn)較靠近車(chē)廂的前部，故車(chē)廂受力狀況較好；初始時(shí)拉桿幾乎是垂直頂起車(chē)廂，因此機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)性能好。但該機(jī)構(gòu)三角形連桿的幾何尺寸較大，結(jié)構(gòu)不緊湊，油缸擺角較大，工作行程較大，液壓管路不易布置。
圖2-3前推杠桿平衡式升降機(jī)構(gòu)
Fig.2-3The lifting mechanism of lever balance model from the front
（3）油缸后推連桿放大式(加伍德式)升降機(jī)構(gòu)
該種升降機(jī)構(gòu)(圖2-4所示)通過(guò)三角板與車(chē)廂底板相連推動(dòng)車(chē)廂，啟動(dòng)性能較好，并能承受較大的偏置載荷；升降支點(diǎn)在車(chē)廂幾何中心附近，車(chē)廂受力狀況較好。但該機(jī)構(gòu)升降力系數(shù)較大，工作效率較低。
圖2-4 后推連桿放大式升降機(jī)構(gòu)
Fig.2-4 The lifting mechanism of lever magnitude model from the behind
（4）油缸后推杠桿平衡式升降機(jī)構(gòu)
該種升降機(jī)構(gòu)(圖2-5所示)的油缸下鉸點(diǎn)、三角板的固定鉸點(diǎn)、車(chē)廂翻轉(zhuǎn)鉸點(diǎn)幾乎均勻分布在副車(chē)架上，減少了車(chē)架后部的集中載荷；同時(shí)，這種三點(diǎn)支承方式有利于改善機(jī)構(gòu)的整體橫向剛性。升降過(guò)程中油缸擺角小，機(jī)構(gòu)的工作效率也較高，但機(jī)構(gòu)升降力系數(shù)較大，使相同升降質(zhì)量所需升降力較其他升降機(jī)構(gòu)大。
圖2-5 后推杠桿平衡式升降機(jī)構(gòu)
Fig.2-5The lifting mechanism of lever balance model from the behind
（5）油缸浮動(dòng)式升降機(jī)構(gòu)
圖2-6 油缸浮動(dòng)式升降機(jī)構(gòu)
Fig.2-6 The lifting mechanism of float model
該種機(jī)構(gòu)(圖2-6所示)油缸的一端直接與車(chē)廂底板相連，另一端不是固定在車(chē)架上，而是可以隨著車(chē)廂的翻轉(zhuǎn)而運(yùn)動(dòng)，故稱為油缸浮動(dòng)式升降機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)的拉桿也與車(chē)廂底板直接相連，升降支點(diǎn)較靠近車(chē)廂的前部，故車(chē)廂受力狀況較好，工作效率較高。但該機(jī)構(gòu)幾何尺寸較大，結(jié)構(gòu)不緊湊,升降過(guò)程中油缸擺角較大，使得液壓管路難于布置。
由以上分析可知，現(xiàn)在的液壓升降機(jī)構(gòu)有多種型式，每種型式的性能各有千秋，要因車(chē)而異，合理選用，選用的原則是:首先必須充分考慮車(chē)輛的使用條件和環(huán)境；其次要考慮制造工藝；最后要兼顧成本。
2.2 升降機(jī)的兩種機(jī)構(gòu)形式
圖2-1 機(jī)構(gòu)一
圖2-2 機(jī)構(gòu)二
升降機(jī)的兩種機(jī)構(gòu)形式如圖2-1和圖2-2所示，它們只是兩側(cè)相同機(jī)構(gòu)的一側(cè)。由以上兩圖可看出，機(jī)構(gòu)一（圖2-1）是全部為固定鉸支座的兩平行桿同步運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，機(jī)構(gòu)二（圖2-2）是兩固定鉸支座和兩個(gè)滑動(dòng)鉸支座的剪叉式結(jié)構(gòu)。這兩種機(jī)構(gòu)都可以實(shí)現(xiàn)上板臺(tái)面升降的運(yùn)動(dòng)，但相比較之下，機(jī)構(gòu)一有三點(diǎn)不足：
a) 機(jī)構(gòu)一在升降過(guò)程中上板不僅有豎直方向的位移變化，而且還有水平方向的位移變化，而機(jī)構(gòu)二的上板在升降過(guò)程中只有豎直方向的位移變化。這樣，在總體尺寸一樣的情況下，機(jī)構(gòu)二升降時(shí)所需的空間較小。
b) 機(jī)構(gòu)一在升降的過(guò)程中，所載物體的質(zhì)心相對(duì)機(jī)構(gòu)的支撐中心的變化很大，這樣就要求更大的動(dòng)力，即要求推力更大的液壓缸。結(jié)果會(huì)增加安裝尺寸和生產(chǎn)成本。
c) 機(jī)構(gòu)一的穩(wěn)定性沒(méi)有機(jī)構(gòu)二的對(duì)角雙三角的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好。
綜上所述，機(jī)構(gòu)二較機(jī)構(gòu)一更合理。所以，在結(jié)構(gòu)上選擇機(jī)構(gòu)二。
2.3 升降機(jī)機(jī)構(gòu)中三種液壓缸布置方式的分析比較
2.3.1 問(wèn)題的提出
液壓缸的布置方式主要包括液壓缸對(duì)機(jī)構(gòu)的作用力（動(dòng)力）點(diǎn)位置及液壓缸的起始安裝角度等。
在機(jī)構(gòu)確定的情況下，動(dòng)力的作用點(diǎn)是關(guān)系所需動(dòng)力大小的關(guān)鍵。而升降機(jī)的動(dòng)力由液壓缸提供，因此，作用點(diǎn)的位置直接關(guān)系液壓缸的選擇。此外，液壓缸的安裝起始角度也對(duì)所需動(dòng)力大小有較大影響。
總之，液壓缸的布置方式是設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵之一。那么液壓缸究竟選擇怎樣的布置方式？
2.3.2 三種方案的分析和比較
以下是液壓缸的三種布置方式，如圖2-3，圖2-4，圖2-5所示，基于剪叉式機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，它們都是采用剪叉式機(jī)構(gòu)，可以看做三種方案：
方案一（圖2-3）：液壓缸的一端在底座的固定鉸支座上，另一端支撐在支架1上靠近滾動(dòng)鉸支座的位置。當(dāng)兩支架幾乎處于水平位置時(shí)，液壓缸與底座的夾角很小，這時(shí)要把臺(tái)面升起就需要液壓缸提供很大的推力，甚至不能把臺(tái)面升起。此外，液壓缸的布置需要在底座長(zhǎng)度比支架還更長(zhǎng)的基礎(chǔ)上額外地加長(zhǎng)底座，這樣就需要跟多的底座材料。
方案二（圖2-4）：液壓缸的一端在底座的固定鉸支座上，另一端支撐在支架1與支架2的鉸支軸上。當(dāng)兩支架幾乎處于水平位置時(shí)，液壓缸與底座的夾角也很小，這時(shí)要把臺(tái)面升起也需要液壓缸提供很大的推力。雖然液壓缸推動(dòng)支架的力臂會(huì)隨著臺(tái)面的升起而迅速增大，從而使所需的液壓缸的推力迅速減小。然而，同時(shí)也使液壓缸的行程增加迅速增加，最終就需要大行程的液壓缸，而液壓缸的布置需要更大的長(zhǎng)度空間，可能在液壓缸完全收縮時(shí)支架仍不能完全收回，造成臺(tái)面的高度過(guò)高。
方案三（圖2-5）：液壓缸的一端在底座的固定鉸支座上，另一端支撐在與支架2成一定角度且同固定鉸支座的桿上。這樣，當(dāng)兩支架處于水平位置時(shí)，液壓缸與底座仍有一定夾角，且>>，這時(shí)要把臺(tái)面升起所需要液壓缸提供的推力就會(huì)比前兩種布置的推力小很多。雖然液壓缸推動(dòng)支架的力臂隨著臺(tái)面的升起而增大幅度沒(méi)有方案二的快，即使所需的液壓缸的推力減小更平緩。然而，同時(shí)液壓缸的行程增加也比較平緩，最終所需要的液壓缸行程也不會(huì)很大，布置液壓缸的空間也是足夠的。因此，在稍微增加了液壓缸推力的同時(shí)獲得了更多的優(yōu)點(diǎn)。
圖2-3 方案一
圖2-4 方案二
圖2-5 方案三
綜上所述，方案三是升降機(jī)設(shè)計(jì)的最佳方案（如圖2-5所示）。
2.4 剪叉式升降機(jī)結(jié)構(gòu)分析
為了保證操作人員在工作機(jī)上更加安全，剪叉臂與水平的最大允許角度為45°。因此，每一層上升的最大高度為1.25m，要使升降機(jī)能夠上升到5m的高度，至少需要4層剪叉臂，1.254=5m,這樣就達(dá)到了5m的高度。
如圖4.1所示，臂AE、CE、BD、BF均相等，剪叉臂AE和BF通過(guò)H點(diǎn)鉸接，臂BD和CE通過(guò)G點(diǎn)鉸接，臂AE和CE通過(guò)E點(diǎn)鉸接，臂BD和BF通過(guò)B點(diǎn)鉸接；F點(diǎn)與副車(chē)架鉸接，C點(diǎn)與托架鉸接；鉸接點(diǎn)A在液壓缸N的作用下能夠在水平滑槽中移動(dòng)，另外鉸接點(diǎn)D也能水平移動(dòng)，且與A點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向相反。由于點(diǎn)A和D的移動(dòng)，從而車(chē)廂在垂直面內(nèi)升降并伴隨有少量水平位移。
2.5 剪叉式升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析
在車(chē)廂舉升過(guò)程中油缸以一定的速度推動(dòng)滑快A向后移動(dòng)，A點(diǎn)的速度為νA；由于A點(diǎn)的水平移動(dòng)帶動(dòng)雙級(jí)剪式機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，從而使得∠BFA發(fā)生變化，即由初始位置的φ0變?yōu)棣?=φ0+θ；因?yàn)榧羰綑C(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)點(diǎn)D同時(shí)向上和向前移動(dòng)，所以臺(tái)面DF在整個(gè)過(guò)程中向上向后移動(dòng)（為貨物的傾斜做準(zhǔn)備）。其中點(diǎn)B和點(diǎn)H的瞬時(shí)速度分別為νB和νH；點(diǎn)D的水平和垂直速度分別為νDx和νDy；車(chē)廂支撐臺(tái)面的水平和垂直平移速度分別為νX和νY。
桿BF上B點(diǎn)、H點(diǎn)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心都為F點(diǎn)，從而可求得（取車(chē)廂移動(dòng)的方向?yàn)檎较颍此较蛴液痛怪毕蛏蠟檎颍?，其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖4.2所示。
B點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度νB：
（4-1）
圖4.2剪叉式升降機(jī)運(yùn)動(dòng)分析簡(jiǎn)圖
（4-2）
點(diǎn)H分別相對(duì)于點(diǎn)A、F以相同的角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)，其中點(diǎn)A又以速度νA水平移動(dòng),而點(diǎn)F靜止不動(dòng)，于是可得：
H點(diǎn)相對(duì)于點(diǎn)F的運(yùn)動(dòng)速度νHF：
（4-3） （4-4）
H點(diǎn)相對(duì)于點(diǎn)A以角速度ω運(yùn)動(dòng)的速度νHA：
（4-5）
（4-6）
則點(diǎn)H的水平和垂直速度和:
（4-7）
（4-8）
且，
則：
（4-9）
D點(diǎn)相對(duì)于B點(diǎn)以角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)，則D點(diǎn)速度:
（4-10）
（4-11）將式（4-1）、（4-2）代入上式可得：
（4-12）
D點(diǎn)的升降速度與車(chē)廂支撐臺(tái)面的升降速度一致，因此臺(tái)面上升速度ν
（4-13）
由于等臂雙級(jí)剪式機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)—點(diǎn)A、B、C始終在一條垂直線上，同樣點(diǎn)D、E、F也始終在同一鉛垂線上。從上述計(jì)算中可以發(fā)現(xiàn)，在車(chē)廂被舉升的整個(gè)過(guò)程中，點(diǎn)D、E、F沒(méi)有發(fā)生位移，即D、E、F三點(diǎn)只在垂直方向上有位移；那么車(chē)廂在舉升過(guò)程中的水平移動(dòng)量只取決于點(diǎn)A的水平移動(dòng)量，則臺(tái)面的水平運(yùn)動(dòng)速度：
又因?yàn)榛霢由油缸Ⅰ直接水平推動(dòng)，所以油缸Ⅰ活塞的運(yùn)動(dòng)速度：
則：
（4-14）
（4-15）
（4-16）
2.6 剪叉式升降機(jī)的動(dòng)力分析
剪式剪叉式升降機(jī)，不計(jì)剪式機(jī)構(gòu)的重力和各種摩擦力，則該質(zhì)點(diǎn)系具有理想約束，因此可以用虛位移原理求解其所受各力的相互關(guān)系。
虛位移原理：又稱分析靜力學(xué)的原理是所有作用在質(zhì)點(diǎn)系上的主動(dòng)力對(duì)其作用點(diǎn)的虛位移所作的虛功之和為零。對(duì)n個(gè)質(zhì)點(diǎn)組成的質(zhì)點(diǎn)系，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
（4-17）
式中Fi和δri分別表示第i個(gè)力和它的虛位移。圖4.3中雙級(jí)剪式剪叉式升降機(jī)所受的主動(dòng)力為重力G（包括裝載質(zhì)量me，車(chē)廂質(zhì)量m1，車(chē)廂支撐臺(tái)面質(zhì)量m2）和水平油缸的水平推力FN。
由虛位移原理可得
（4-18）
上式中兩虛位移的關(guān)系
則：
（4-19）
由式（4-19）可知，在一定裝載質(zhì)量的情況下，油缸活塞對(duì)滑塊A的水平推力隨角度θ（θ為桿BF繞點(diǎn)F轉(zhuǎn)過(guò)的角度）變化而變化。根據(jù)設(shè)計(jì)要求的荷重和剪叉機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸，可求出在整個(gè)升程范圍內(nèi)油缸活塞的推力，以此作為油缸選擇設(shè)計(jì)的依據(jù)。
2.7 剪叉式升降機(jī)參數(shù)的確定
2.7.1 基本幾何尺寸的確定
如圖4.4所示，AE、CE、BD、BF為桿長(zhǎng)相等的四桿，AE與BF，CE與BD鉸接與中點(diǎn)H、G、A、D為滑動(dòng)鉸接。
設(shè)，初始位置，當(dāng)?shù)竭_(dá)最大升程時(shí)；由幾何關(guān)系可得：
（4-20）
（4-21）
為了使整個(gè)剪叉式升降機(jī)不超過(guò)車(chē)廂底部安裝空間，需滿足：
（4-22）
（4-23）
取，聯(lián)立（4-20）、（4-21）、（4-22）、（4-23）求解并圓整得：
2.7.2 液壓缸推力T及行程S的確定
考慮到超載的因素，因此計(jì)算臺(tái)面荷重應(yīng)有一定的安全系數(shù)，即臺(tái)面荷重：
N
由式（4-19）得：
N
由于液壓缸的作用力同時(shí)作用在兩等距離的內(nèi)剪叉臂上，所以油缸對(duì)單側(cè)內(nèi)剪叉臂的作用力P為：
N （4-24）
Smm
2.8 剪叉式升降機(jī)的校核
本次設(shè)計(jì)的雙級(jí)剪式剪叉式升降機(jī)各鉸接點(diǎn)均采用同型號(hào)的雙頭螺紋銷(xiāo)連接，因此在對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行校核的時(shí)候，除了要對(duì)剪叉臂進(jìn)行強(qiáng)度校核外，還要對(duì)各鉸接點(diǎn)的銷(xiāo)軸進(jìn)行強(qiáng)度校核。由于在該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各鉸接點(diǎn)的受力在不斷變化，只需最大受力點(diǎn)進(jìn)行校核。
2.8.1 各鉸接點(diǎn)的受力分析
結(jié)合雙級(jí)剪式剪叉式升降機(jī)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行整體受力分析，如圖4.5所示。設(shè)貨物重心與C點(diǎn)的距離K，A、D點(diǎn)的滑動(dòng)摩擦系數(shù)為f，不計(jì)雙級(jí)剪式機(jī)構(gòu)的自身重力和內(nèi)部摩擦力。
①將貨物對(duì)該機(jī)構(gòu)的作用力分解到C、D兩點(diǎn)上
根據(jù)力學(xué)定理可得：
（4-25）
（4-26） （4-27）
②將剪式機(jī)構(gòu)看作一個(gè)整體，根據(jù)力學(xué)定理可得A、F點(diǎn)的受力情況：
（4-28） （4-29）
（4-30） （4-31）
③對(duì)臂AHE及CGE隔離受力分析，如圖4.6所示，根據(jù)力學(xué)定理可得：
圖4.6 剪叉臂受力簡(jiǎn)圖（a）
則： （4-32）
則： （4-33）
聯(lián)立式（4-32）和（4-33），得
（4-34）
對(duì)E點(diǎn)取矩，
（4-35）
將式（4-25）、（4-26）、（4-28）、（4-29）及（4-34）代入式（4-35），則： （4-36） （4-37）
（4-38）
④以臂BGD為隔離研究對(duì)象，如圖4-7所示。
圖4.7 剪叉臂受力簡(jiǎn)圖（b）
則：
（4-39）
2.8.2 各鉸接點(diǎn)銷(xiāo)的選擇與校核
考慮到整體布局需要，以及結(jié)合裝配草圖，根據(jù)摩擦副的特性，取。
對(duì)上述各鉸接點(diǎn)在任意角度時(shí)的計(jì)算公式的分析計(jì)算，可知H點(diǎn)承受的作用力最大，且當(dāng)時(shí)作用在H點(diǎn)的力最大。
由式（4-37）知，當(dāng)時(shí)
KN
KN
銷(xiāo)軸均用45鋼制造，作調(diào)質(zhì)處理，其屈服強(qiáng)度[]=355MPa，選擇安全系數(shù)為2，其許用剪切應(yīng)力[]=0.5[]=177.5MPa。考慮到生產(chǎn)制造的方便、節(jié)省制造工時(shí)，在使用材料允許的條件下，該機(jī)構(gòu)交接的雙頭螺紋銷(xiāo)均采用同一直徑，取mm。
MPa
因此，該機(jī)構(gòu)所有鉸接點(diǎn)選用的銷(xiāo)均滿足強(qiáng)度要求。
2.8.3 油缸作用處桿件尺寸的確定與校核
考慮到該桿件所受的作用力比剪式機(jī)構(gòu)鉸接點(diǎn)處的力大，經(jīng)比較后取mm。
MPa
經(jīng)校核可知，該桿件滿足使用的強(qiáng)度要求。
為了使工作臺(tái)面下降至最低位置時(shí)滾輪不至于脫離滑道，剪叉臂的長(zhǎng)度應(yīng)該比底座的長(zhǎng)度b小一些，一般可取
.............................(3.20)
由設(shè)計(jì)參數(shù)可知：，，。初選底座長(zhǎng)度，系數(shù)為0.8，則根據(jù)式(3.20)可得剪叉臂的長(zhǎng)度 。
2.液壓缸安裝位置的確定
由圖3-4可知 ...............................(3.21)
則
所以，
即
而
初選 ，，,,，。
而液壓機(jī)構(gòu)的有效垂直升降高度為
.....................(3.22)
根據(jù)，液壓缸上下交接點(diǎn)g、f的距離S（即液壓缸的瞬時(shí)長(zhǎng)度）為
............................(3.23)
液壓缸兩交接點(diǎn)之間的最大距離和最小距離分別為
設(shè)液壓缸的有效行程為，為了使液壓缸兩鉸接點(diǎn)之間的距離為最小值時(shí)，柱塞不抵到液壓缸缸底，并考慮液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸和（如圖3-6所示），一般應(yīng)取
...............................(3.24)
同樣，為了使液壓缸兩鉸接點(diǎn)之間的距離為最大值時(shí)，柱塞不會(huì)脫離液壓缸中的導(dǎo)向套，一般應(yīng)取
..............................(3.25)
式（3.24）和式（3.25）中的和根據(jù)液壓缸的具體結(jié)構(gòu)決定。
圖3-6 液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸
2.9 強(qiáng)度校核
整個(gè)機(jī)構(gòu)，受力較大的零部件有內(nèi)剪叉臂，液壓缸的支撐橫梁，銷(xiāo)軸等，所以進(jìn)行校核時(shí)，只需對(duì)這些受力較大的零件校核即可。
2.9.1 剪叉臂的強(qiáng)度校核
由圖3-9和圖3-10可知，內(nèi)剪叉臂aed受力要遠(yuǎn)大大于外剪叉臂bec，所以這里只校核外臂。外剪叉臂受力如圖3-1所示。又由圖4-8可知，的角度越小，則推力的值越大。若取最大值時(shí)滿足強(qiáng)度要求，則該剪叉臂即滿足強(qiáng)度要求。當(dāng)機(jī)構(gòu)在最低位置時(shí)，的值最小，即值最大。參照?qǐng)D3-1，剪叉臂所受的力都與剪叉臂有一定的夾角，為方便受力分析，將所有的力都按沿剪叉臂方向和垂直剪叉臂方向分解，有下列式子：
...................................................................(7.1)
...................................................................(7.2)
...................................................................(7.3)
...................................................................(7.4)
............................................................................(7.5)
.............................................................................(7.6)
...................................................................(7.7)
.................................................................(7.8)
圖3-1 內(nèi)剪叉臂aed受力圖
各力分解后的受力圖如圖3-2(a)所示，彎矩圖見(jiàn)圖3-2(c)
圖3-2 內(nèi)剪叉臂aed的軸向及徑向分解受力圖
剪叉臂的g處由于是有一個(gè)肋板作用，可看作力作用在剪叉臂上為均布載荷。由圖3-2（c）中可知，最大彎矩發(fā)生在k點(diǎn)處，但需校核e、k兩點(diǎn)處的強(qiáng)度，且圖中有，，。又已知剪叉臂的橫截面寬和高分別為，，，如圖3-3所示，圖3-3（a）是e點(diǎn)處的截面圖，圖3-3（b）是k點(diǎn)處的截面圖。
e點(diǎn)處的抗彎截面系數(shù)為
k點(diǎn)處的抗彎截面系數(shù)為
圖3-3 剪叉臂e、k兩點(diǎn)處的截面圖
因?yàn)楫?dāng)時(shí)，此時(shí)e、k兩點(diǎn)的彎矩最大，且由式（7.8）得，
，則
選擇材料為，參照參考文獻(xiàn)[1]，，所以是安全的。
2.9.2 液壓缸底架固定橫梁的強(qiáng)度校核
液壓缸底架固定橫梁（如圖3-4所示）選擇的是60號(hào)方鋼，其受力情況如圖3-5所示；已知60號(hào)鋼的邊長(zhǎng)為60mm，液壓缸推力作用點(diǎn)到坐標(biāo)系O的距離為65mm，，分別為推力在X，Y軸上的分力，且，。
當(dāng)液壓缸在最小角度，即工作臺(tái)在最低位置時(shí)，液壓缸推力最大，雖然此時(shí)最小，即,，分力最大，所以由式(3.19)可得，則。
當(dāng)液壓缸在最大角度，即工作臺(tái)在最置時(shí)，雖然液壓缸推力最大，此時(shí)最
大，即,，分力最大，所以由式(3.19)可得，則。
圖3-4 液壓缸與底架連接的橫梁
圖3-5 液壓缸與底架連接的橫梁截面圖
把它們平移到O點(diǎn)后，有
（1） 對(duì)于X軸方向，其受力如圖3-6所示
圖3-6 橫梁X軸方向的受力圖
因?yàn)榱旱目箯澖孛嫦禂?shù)，
所以
（2）對(duì)于Y軸方向，液壓缸固定橫梁受力如圖3-7
圖3-7 橫梁Y軸方向的受力圖
又梁的抗彎截面系數(shù)，
則
（3）當(dāng)作用點(diǎn)平移到O點(diǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)扭矩，該扭矩的大小為
又，其中，此時(shí)，該扭矩對(duì)橫梁截面產(chǎn)生的剪切力為
參照參考文獻(xiàn)[7]，又由第四強(qiáng)度理論
帶入并化簡(jiǎn)：
又選材料為，參照參考文獻(xiàn)[7]，
取安全系數(shù)為2，則，所以是安全的。
2.10 軸的強(qiáng)度校核
由圖分析可知，剪叉臂受力最大的地方為g點(diǎn)和d點(diǎn)，所以只需校核該兩處的銷(xiāo)軸即可。
2.10.1 內(nèi)剪叉臂固定端銷(xiāo)軸的強(qiáng)度校核
因?yàn)殇N(xiāo)軸較短，所以只受切應(yīng)力。依圖3-2可知，剪叉臂固定端（即d點(diǎn)）銷(xiāo)軸所受的力為。當(dāng)機(jī)構(gòu)面處于最低位置，即時(shí)，銷(xiāo)軸受到的剪力最大，根據(jù)式(7.7)得。
又銷(xiāo)軸的直徑為，導(dǎo)油孔直徑為，則其橫截面積為
又銷(xiāo)軸受力情況見(jiàn)圖3-8，從圖中可知銷(xiāo)軸受剪力為雙剪切，又參照參考文獻(xiàn)[7]，
銷(xiāo)軸的材料為35鋼，經(jīng)表面熱處理，參照參考文獻(xiàn)[7]，35鋼的許用應(yīng)力。取安全系數(shù)為2，則有，所以滿足要求。
2.10.2 液壓缸缸體尾部銷(xiāo)軸的強(qiáng)度校核
液壓缸尾部銷(xiāo)軸的受的力即為液壓缸的推力，如圖3-8所示，因?yàn)殇N(xiāo)軸較短，所以只受切應(yīng)力。又銷(xiāo)軸的直徑為，導(dǎo)油孔的直徑為，則銷(xiāo)軸的橫截面積為
圖3-8 尾部銷(xiāo)軸的受力圖
參照3.2.2節(jié)，有
選擇銷(xiāo)軸材料為35，又35鋼的許用應(yīng)力，取安全系數(shù)為2，則有
，所以設(shè)計(jì)的銷(xiāo)軸滿足要求。
2.10.3 液壓缸活塞桿頭部支撐軸的強(qiáng)度校核
依圖3-2可知，液壓缸頭部支撐軸（即g點(diǎn)）所受的力為。當(dāng)機(jī)構(gòu)面處于最低位置，即時(shí)，液壓缸受到的推力最大，即。又銷(xiāo)軸的直徑為，導(dǎo)油孔直徑為，則其抗彎截面系數(shù)為
又銷(xiāo)軸受力情況見(jiàn)圖3-9，參照參考文獻(xiàn)[7]，校核軸的彎曲強(qiáng)度為
圖3-9 頭部支承軸的受力圖
軸的材料為鋼，經(jīng)表面熱處理，參照參考文獻(xiàn)[7]，鋼的許用應(yīng)力。所以滿足要求。
3 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 明確設(shè)計(jì)要求 制定基本方案
設(shè)計(jì)之前先確定設(shè)計(jì)產(chǎn)品的基本情況，再根據(jù)設(shè)計(jì)要求制定基本方案。以下列出了本設(shè)計(jì)——剪式液壓升降臺(tái)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)備起升，便于維修，占地面積小，適用于室外，總體布局簡(jiǎn)潔；
（2）主要完成起升與下降重物的動(dòng)作，速度較緩，液壓沖擊??；
（3）最大載荷量定為3.5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(dòng)作。最大起升高度略大于一人高度；
（4）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好；
（5）人工控制操作，按鈕啟動(dòng)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(guò)度寒冷的室外進(jìn)行操作；
（7）性能可靠，成本低廉，便于移動(dòng)，無(wú)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[14]
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(dòng)，后者完成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，二者的特點(diǎn)及適用場(chǎng)合見(jiàn)下表。
表3.1 液壓缸與液壓泵特點(diǎn)比較
名 稱
特 點(diǎn)
適 用 場(chǎng) 合
雙活塞桿液壓缸
雙向?qū)ΨQ
雙作用往復(fù)運(yùn)動(dòng)
單活塞桿液壓缸
有效工作面積大、雙向不對(duì)稱
往返不對(duì)稱的直線運(yùn)動(dòng)，差動(dòng)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(jiǎn)單
單向工作，靠重力或其他外力返回
續(xù)表3.1 液壓缸與液壓泵特點(diǎn)比較
擺動(dòng)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(dòng)
小于180度的擺動(dòng)
齒輪泵
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜
高轉(zhuǎn)速低扭矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
葉片泵
體積小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小
高轉(zhuǎn)速低扭矩動(dòng)作靈敏的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
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(dòng)
軸向柱塞泵
運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、扭矩大、轉(zhuǎn)速范圍寬
大扭矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
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(dòng)
注：A1—無(wú)桿腔的活塞面積 A2—有無(wú)桿腔的活塞面積
對(duì)于本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)單純并且簡(jiǎn)單直線及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(jiǎn)化液壓系統(tǒng)降低設(shè)備成本，而且能改善運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能和液壓執(zhí)行元件的載荷狀況。
常用的擴(kuò)程機(jī)構(gòu)有如圖3.1所示二種形式：
（a） (b)
圖3.1 擴(kuò)程機(jī)構(gòu)
它們同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)增速，常用于電梯的升降、高低位升降臺(tái)等液壓設(shè)備。還有一種運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，小角度的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)，其運(yùn)動(dòng)比較平穩(wěn)，長(zhǎng)行程的直線運(yùn)動(dòng)可以用液壓馬達(dá)來(lái)完成。本設(shè)計(jì)要完成的剪叉式液壓升降臺(tái)綜合了擴(kuò)程、回轉(zhuǎn)這兩種工作形式。
3.2.2 確定液壓缸的類(lèi)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(dòng)要求，選擇液壓缸的類(lèi)型為：直線運(yùn)動(dòng)單活塞桿雙作用緩沖式液壓缸。其特點(diǎn)：活塞雙向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生推、拉力。活塞行程終了時(shí)減速制動(dòng)，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(jì)中液壓缸在作用過(guò)程中是一端固定，一端在垂直面上自由擺動(dòng)的形式，因此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(lèi)型
按缸蓋與缸體聯(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。
3.2.5 擬訂液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路
液壓執(zhí)行元件確定之后，其運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度控制是擬訂液壓回路的核心問(wèn)題。方向控制用換向閥或是邏輯控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多數(shù)通過(guò)換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。對(duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)剪叉式液壓升降臺(tái)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(shí)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(wú)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(guò)溢流閥回油箱，溢流閥同時(shí)起到開(kāi)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(duì)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(duì)于本設(shè)計(jì)，由于工作周期短，