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. 子母剪式舉升機設(shè)計 [摘要]本設(shè)計在考慮典型的汽車舉升機的結(jié)構(gòu)形式和實際工況條件基礎(chǔ)上，依據(jù)有限元、虛擬裝配技術(shù)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計等理論，建立舉升機Pro/E三維實體模型，CAD作圖，并進行虛擬裝配，獲得舉升機在載荷工況作用下的應(yīng)力、應(yīng)變及變形狀況，進一步提高舉升機的穩(wěn)定性及安全性。 [關(guān)鍵詞]子母剪式舉升機 Pro/E CAD Shear type elevator machine design Authors: Chu Bin （Grade 07,Class1,Major machine design manufacture and autormation，school of Mechanical Engineering，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723003，Shaanxi） Tutor: He Ya Juan Abstract：The design of the car lift in considering the structure of the typical form and on the basis of actual working conditions, based on finite element method, structural optimization of virtual assembly technology and design theory, the Lift Pro / E three-dimensional solid model, CAD Mapping, and the virtual assembly, access to lift the load under conditions of stress, strain and deformation conditions, to further improve the stability and safety of lift. Key words：Picture Scissor Lift Pro / E CAD  目錄 第1章 緒 論 1 1.1 選擇背景、研究目的及意義 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 1.2.1 舉升機的發(fā)展歷史 2 1.2.2 國內(nèi)外研究狀況 2 1.3研究內(nèi)容及研究方法 3 1.3.1 研究內(nèi)容 3 1.3.2 研究方法 3 第2章 剪刀式舉升機結(jié)構(gòu)設(shè)計 4 2.1 舉升機結(jié)構(gòu)確定 4 2.1.1 舉升機整體結(jié)構(gòu)形式及基本組成 4 2.1.2 舉升機各零部件之間的連接關(guān)系 5 2.2 確定剪刀式舉升機的各結(jié)構(gòu)尺寸 5 2.2.1 建立轎車模型 5 2.2.2子母剪式舉升機主要結(jié)構(gòu)尺寸確定 6 2.4 電機的選用 8 2.5 剪刀式舉升機各部件重量 8 2.6 本章小結(jié) 10 第3章 剪式舉升機機構(gòu)建模 11 3.1 剪刀式舉升機構(gòu)力學(xué)模型 11 3.1.1 舉升機構(gòu)力學(xué)模型建立與分析 11 3.1.2計算液壓缸的推力 12 3.2 舉升機的力學(xué)分析與計算 12 3.2.1 舉升機最低狀態(tài)時，各臂受力情況 13 3.2.2 舉升機舉升到最高位置時，各臂受力情況 14 3.2.3 剪刀式舉升機構(gòu)主要受力桿件強度校核計算 14 3.2.4 連接螺栓的校核 18 3.3 結(jié)構(gòu)加強措施 21 3.4 本章小結(jié) 21 第4章 液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的選擇 23 4.1液壓系統(tǒng) 23 4.1.1 液壓系統(tǒng)組成 23 4.2 液壓系統(tǒng)的選擇 25 4.2.1 汽車舉升機液壓系統(tǒng)設(shè)計要求 25 4.2.2液壓系統(tǒng)的設(shè)計 26 4.3 液壓缸的計算與選型 27 4.3.1 液壓缸的安裝位置 27 4.3.2 舉升機液壓缸推力及行程的確定 28 4.3.3 液壓缸的選型 28 4.4 液壓泵的計算與選型 28 4.4.1 液壓泵工作壓力的計算 29 4.4.2 液壓泵功率的計算 29 4.4.3 油泵流量的計算 30 4.4.4 油泵的選型 30 4.5 電氣系統(tǒng)設(shè)計 31 4.5.1電氣系統(tǒng)組成 31 4.5.2 電氣系統(tǒng)控制設(shè)計 32 4.5.3 電動機類型的選擇 34 4.5.4 功率 34 4.5.5 電動機的選擇與驗算 35 第5章 結(jié) 論 37 致 謝 38 參考文獻 39 . 第1章 緒 論 1.1 選擇背景、研究目的及意義 近年來，我國汽車業(yè)蓬勃發(fā)展,尤其是轎車行業(yè)，多年來轎車進入普通家庭的夢想已經(jīng)成為現(xiàn)實，汽車維修行業(yè)也隨之得到大力發(fā)展，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，無論整車大修，還是小修保養(yǎng)，都離不開它。在規(guī)模各異的維修養(yǎng)護企業(yè)中，無論是維修多種車型的綜合類修理廠，還是經(jīng)營范圍單一的街邊店（如輪胎店），幾乎都配備有舉升機。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。舉升機的重要性和普及性，決定了它是一種備受專業(yè)人士和經(jīng)營管理者重視的設(shè)備。 舉升機一般有柱式、剪式的，其驅(qū)動方式有鏈條傳動，液壓傳動，氣壓傳動等。目前，使用的汽車剪刀式舉升機可能發(fā)生汽車墜落的原因較多，有安裝基礎(chǔ)不牢、自鎖裝置失效、舉升臂變形、兩側(cè)舉升臂上升速度不等、液壓油路爆裂、汽車拖墊打滑等，經(jīng)過對失效的剪刀式舉升機進行檢測分析發(fā)現(xiàn),這些事故的主要原因往往是設(shè)計上存在著缺陷，如果做工不好或者設(shè)計不好就容易導(dǎo)致臺面不平、導(dǎo)致單邊升降等危險發(fā)生，因此，進一步提高剪刀式舉升機產(chǎn)品的性能與可靠性，是國內(nèi)舉升機任重道遠(yuǎn)且亟需改進的地方。 本設(shè)計采用計算機CAD/CAE 對剪刀式舉升機進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高產(chǎn)品的綜合性能和安全可靠性。計算機CAD/CAE技術(shù)是一種嶄新的產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)，是國際上20世紀(jì)80年代隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展的一項計算機輔助工程技術(shù)。該技術(shù)一出現(xiàn)，立即受到了工業(yè)發(fā)達國家的有關(guān)科研機構(gòu)和企業(yè)公司的極大重視，許多著名的制造廠商紛紛將計算機仿真技術(shù)引入各自的產(chǎn)品開發(fā)，取得了良好的經(jīng)濟效益。 計算機CAD/CAE技術(shù)在一些發(fā)達國家,如美國、德國、日本等已得到廣泛應(yīng)用,應(yīng)用領(lǐng)域極廣，如汽車制造業(yè)、工程機械、航空航天業(yè)、造船業(yè)、機械電子工業(yè)、國防工業(yè)、醫(yī)學(xué)及工程咨詢等多方面。目前,計算機CAD/CAE技術(shù)已在我國得到了應(yīng)用與推廣,主要在汽車、航天航空、武器制造、機械工程等方面。而從我國目前的情況來看,計算機CAD/CAE技術(shù)主要在汽車制造業(yè)和武器裝備制造業(yè)中應(yīng)用較為廣泛,但只停留在初步應(yīng)用階段?，F(xiàn)今，在我國利用CAD/CAE技術(shù)對汽車舉升機進行設(shè)計研究還尚未見成果發(fā)表。只有將汽車舉升機的工程實踐和計算機CAD/CAE技術(shù)結(jié)合起來，才能真正加快汽車舉升機產(chǎn)品的發(fā)展歷程，為此，本課題基于計算機CAD/CAE技術(shù)平臺，利用當(dāng)前CAD/CAE領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的三維軟件Pro/E、有限元軟件ANSYS進行汽車舉升機的強度、剛度、穩(wěn)定性及動態(tài)特性等方面的計算機有限元分析與研究，可以代替剪刀式舉升機物理樣機的前期試驗，為我國汽車舉升機產(chǎn)品的設(shè)計、技術(shù)開發(fā)方面提供更多的理論參考，進一步提高國產(chǎn)汽車舉升機的穩(wěn)定性和可靠性，提高產(chǎn)品的市場競爭力。該設(shè)計的研究方法，也可應(yīng)用于汽車舉升機及其他新產(chǎn)品的研究開發(fā)中，可以縮短新產(chǎn)品研制周期，減少研制經(jīng)費，提高設(shè)計精度和效率，對于國內(nèi)舉升機的發(fā)展具有重大的現(xiàn)實意義。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1 舉升機的發(fā)展歷史 汽車舉升機在世界上已經(jīng)有了將近90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(yán)重且又不穩(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。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。其中剪式舉升機使用方便，占地空間較小，受到很多實力雄厚的特約維修站的歡迎，這也是未來舉升機的發(fā)展方向。在市場上可以看到的型式各異、尺寸不同的舉升機中，有一些特別適合于從事特殊類型的維修作業(yè)，也有少數(shù)的舉升機適合進行一些其它的維修作業(yè)。 1.2.2 國內(nèi)外研究狀況 目前，發(fā)達國家（如美國）生產(chǎn)的汽車舉升機質(zhì)量較好、性能較穩(wěn)定、設(shè)備操作簡單，在經(jīng)銷商中口碑良好。我國的汽車舉升機是20世紀(jì)90年代依據(jù)國外的產(chǎn)品技術(shù)生產(chǎn)的，國內(nèi)最早研究剪式舉升機的是上海寶得寶，1999年開始，寶得寶機型比較笨重，主要的質(zhì)量問題集中在油管易爆和平臺不同步，2000年后質(zhì)量有了改進。但由于不是批量，所以價格偏高。到現(xiàn)在舉升機市場已經(jīng)擁有近百個中外品牌，產(chǎn)品系列成百上千。然而國內(nèi)汽車舉升機雖然也相對定型，但很多產(chǎn)品性能還不夠穩(wěn)定，故障多，可靠性差，外觀不夠美觀，在產(chǎn)品設(shè)計、技術(shù)開發(fā)等方面都還有很多地方有待改進。 剪刀式舉升機是一個使用較廣的舉升機，在最近幾年所有新銷售的舉升機中，至少二分之一都是這種類型的。這種設(shè)計之所以很流行，有幾方面的原因的：一就是這種舉升機安裝起來很快，不需要大范圍的開挖，也不需要對維修廠的整體布局進行一些永久性的變動。二是功能的多樣性，它適用于大多數(shù)轎車的維修和保養(yǎng)。三是剪式舉升機使用方便，占地空間較小。四是經(jīng)濟實惠，剪式舉升機較為精密。 無論是維修多種車型的綜合類修理廠，還是經(jīng)營范圍單一的街邊店（如輪胎店）都適用。 1.3研究內(nèi)容及研究方法 1.3.1 研究內(nèi)容 本設(shè)計在考慮典型的汽車舉升機的結(jié)構(gòu)形式和實際工況條件基礎(chǔ)上，依據(jù)有限元、虛擬裝配技術(shù)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計等理論，建立舉升機Pro/E三維實體模型，并進行虛擬裝配，將關(guān)鍵零部件模型導(dǎo)入ANSYS軟件進行有限元分析，獲得舉升機在載荷工況作用下的應(yīng)力、應(yīng)變及變形狀況，進一步提高舉升機的穩(wěn)定性及安全性。設(shè)計中我們研究的主要內(nèi)容如下： （1）子母剪式舉升機工作原理與結(jié)構(gòu)形式的研究與分析； （2）子母剪式舉升機二維結(jié)構(gòu)設(shè)計； 1.3.2 研究方法 資料收集及總體方案制定→舉升機工作原理與結(jié)構(gòu)形式分析→舉升機二維結(jié)構(gòu)設(shè)計（對各個機構(gòu)零件進行強度分析）→整機虛擬裝配→撰寫設(shè)計說明書 第2章 剪刀式舉升機結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1 舉升機結(jié)構(gòu)確定 2.1.1 舉升機整體結(jié)構(gòu)形式及基本組成 此次課題設(shè)計的內(nèi)容為子母剪式舉升機，剪刀式舉升機的發(fā)展較迅速，種類也很齊全。按照剪刀的大小分為大剪式舉升機（又叫子母式），還有小剪（單剪）舉升機 ；按照驅(qū)動形式又可分為機械式、液壓式、氣液驅(qū)動式；按照安裝形式又可以分為藏地安裝，地面安裝。因為此次設(shè)計所要舉升的重量為4.5t以下的轎車 ，所以采用子母剪式液壓驅(qū)動舉升機就完全可以。為了適合大小維修廠，對地基沒有過多要求，地面安裝即可。整體結(jié)構(gòu)形式如圖2.1所示。 圖2.1子母剪式舉升機整體結(jié)構(gòu)形式 子母剪式液壓平板舉升機由機架、液壓系統(tǒng)、電氣三部分組成。設(shè)置限位裝置、升程自鎖保護裝置等以保證舉升機安全使用，保障維修工人的生命安全。舉升機由電氣系統(tǒng)控制，由液壓系統(tǒng)輸出液壓油作為動力驅(qū)動活塞桿伸縮，帶動舉升臂上升、下降、鎖止。 舉升機一側(cè)上下端為固定鉸支座，舉升臂由銷連接固定在鉸支座上。另一側(cè)上下端為滑輪滑動，舉升臂通過軸與滑輪連接。舉升機在工作過程中，以固定鉸支座一側(cè)為支點，滑輪向內(nèi)或向外滑動，使舉升機上升下降，當(dāng)達到適當(dāng)?shù)呐e升位置時，利用液壓缸上的機械鎖鎖止。子母剪式舉升機使用方便，結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，適用于大多數(shù)轎車、汽車的檢測、維修及保養(yǎng)，安全可靠。 2.1.2 舉升機各零部件之間的連接關(guān)系 舉升機的工作是靠液壓缸活塞桿的運動實現(xiàn)舉升下降的。液壓缸固定在下外側(cè)舉升臂上通過軸連接，活塞桿作用在上端軸上，軸直接連接兩舉升臂。如圖2.1所示，活塞桿向外伸出時，帶動舉升臂向上運動。各舉升臂必須相互聯(lián)系，采用螺栓連接，圖中左側(cè)用軸連接，因各鉸接處均有摩擦，所以采用潤滑脂潤滑。舉升臂向上運動時，通過軸帶動滑輪滑動，舉升臂、軸與滑輪之間需使用鍵進行周向固定，力才能相互傳遞，滑輪軸上還放有套筒，并采用鎖止螺釘進行軸向固定，軸兩端用彈性擋圈固定，防止臂和滑輪外移；連接螺栓處用止動墊圈固定鎖止；固定鉸支座處用銷鏈接，銷通過鎖止螺釘鎖止；底座通過地腳螺栓固定于地面上；這樣舉升機才能正常工作。 2.2 確定剪刀式舉升機的各結(jié)構(gòu)尺寸 子母剪式舉升機主要結(jié)構(gòu)尺寸確定 1、子母剪式舉升機已知的主要技術(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 4.5 T 舉升高度 265~2000 mm 提升時間 60 S 設(shè)上升時間為1min。實際升高1.15m，并且舉升機在各高度工作時，都能自鎖。 2、 舉升機壓縮到最低位置時各部分尺寸 1）支撐平臺尺寸 大剪舉升平臺 由于車身全部停于平臺臺面，所以平臺尺寸應(yīng)大于汽車軸距，根據(jù)一般轎車軸距為2.6m左右，轎車輪胎直徑一般不超過700mm，故取3000mm合適，外型高為70mm，實厚為15mm。 小剪舉升平臺 根據(jù)轎車軸距為2.6m，轎車輪胎直徑一般不超過700mm，為避免干涉，舉升機小剪平臺兩端與輪胎邊緣要有一定距離，取平臺邊距輪胎邊緣之間距離為150mm，則平臺外型長。平臺寬一般為600mm左右，我們?nèi)∑脚_寬為Bp=610mm。舉升時，重量作用在整個平臺上，力并不集中，所以平臺不宜過厚，增加舉升機重量，取外型高為50mm，實厚為10mm，只在四周加工凸臺邊緣。 2）舉升臂尺寸 大剪舉升臂 因大剪平臺長La=3000mm，固定鉸支座和滑動滾輪分別放于平臺下，降低到最低點時舉升臂不能超出平臺邊緣，取支座距平臺邊緣的距離為150mm。則固定鉸支座與滑動滾輪之間距離Lb=3000-150*2=2700mm 舉升機壓縮到最低位置時，舉升機高為265mm,(底座到平臺面的距離)。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)計時，加工滾輪滑道，滑道厚為10mm，滑道寬35mm，滑道長為750mm。上下兩滾輪之間的距離為Hd=300-15*2-10-50*2=160mm根據(jù)勾股定理求舉升臂長L ,求得L=2705mm，設(shè)舉升臂寬110mm，厚為20mm。 小剪舉升臂 因為小剪平臺La=1600mm，固定鉸支座和滑動滾輪分別放于平臺下，大剪平臺內(nèi)，降至最低點時，內(nèi)嵌于大剪平臺內(nèi)，固定鉸支座和滑動滾輪要與平臺有一定的距離，取支座距平臺邊緣的距離為150mm。則固定鉸支座與滑動滾輪之間距離。 舉升機壓縮到最低位置時，舉升機高度為300mm,底座厚10mm，滾輪直徑D=30mm，設(shè)計時，加工滾輪滑道，滑道厚為2mm，滑道寬35mm，滑道長為750mm。上下兩滾輪之間的距離為Hd=300-10x2-17x2=246mm,根據(jù)勾股定理求舉升臂長L ,求得L=1306mm，設(shè)臂寬90mm，厚為15mm。 3、舉升機升高到2.0m時尺寸變化 舉升機向上舉升時，滑輪向內(nèi)側(cè)滾動，液壓系統(tǒng)向上伸縮，固定鉸支座和滑動鉸支座之間距離縮短，平臺與底座之間距離越來越大。舉升機升高到2.0m時，大剪舉升機升高1300mm，大剪舉升機上下兩滑輪之間的距離為Hg=1300-15*2-50*2-10=1160mm 因舉升臂長L=2705mm，固定鉸接處與滑輪之間的距離為Lb,由勾股定理得Lb=2444mm。 因為我們的舉升臂寬為110mm，所以連接處螺栓軸徑適當(dāng)取Ds=30mm，滑動滾輪處軸徑取Dz=15mm，滑輪總寬為30mm，與滑道實際接觸尺寸為25mm，另外5mm為階梯凸臺,直接與舉升臂接觸，減小摩擦。 2.3 舉升機在地面上安裝尺寸 考慮到維修廠的地面情況，剪刀式舉升機平放于地面就可以，采用地腳螺栓固定，舉升機兩端各焊接一三角臺，便于汽車上升。根據(jù)轎車寬為1.75m，前后輪距平均為1.5m，左右兩輪臺內(nèi)側(cè)邊緣之間的距離為800mm，舉升機之間要有一定的距離供維修工人走動，為了滿足以上尺寸要求，舉升機平臺之間的距離取900 mm ,平臺長1600mm ，舉升機左右結(jié)構(gòu)完全相同，設(shè)備控制箱可以左右互換。如果舉升機平臺直接與汽車底盤接觸，對汽車底盤磨損嚴(yán)重,所以平臺上端放硬質(zhì)橡膠，硬質(zhì)橡膠塊距邊緣為20mm,則硬質(zhì)橡膠長Lj=510mm， 寬Bj=150mm。舉升機在地面安裝情況如圖2.5所示。 圖2.5 舉升機占地情況及安裝示意圖 2.4 電機的選用 子母剪式舉升機舉升重量4.5t，舉升機自身及其附件的重量再加上一部分的余量為0.7t，所以取 W=5.2t 。 舉升平臺上方放有汽車時，設(shè)計上升速度為 Vw = （2.1） S=2000-265=1735 (mm) 由公式（2.1）得 Vw=1.7-/60=0.0283m/s=1.70m/min 載車板上升功率: Pw= FwVw /60 （2.2） Fw=mg （2.3） 其中m=4.2t，g=10N/kg 由公式（3.3） Fw =4.210 =42KN Vw取1.70 m/min 由公式（2.2）得 Pw= 421.70/60=1.190（KW） 2.5 剪刀式舉升機各部件重量 查《工程材料手冊》所知，舉升、起重機械的板形材料多用Q275鋼。Q275鋼的材料性能如下： 表2.3 Q275鋼材料性能 彈性模量 泊松比 抗拉強度 密度 200-220/GPa 0.3 490—610/MPa 7.85g/cm3 質(zhì)量基本計算公式[9]： （2.4） 式中： W（kg）——表示鋼的理論質(zhì)量 F（mm2）——型鋼截面積 L（m）——鋼材的長度 ρ（g/cm3）——所用材料鋼的密度 1、平臺的質(zhì)量 Wp=7.85*3.0*15*550/1000=194Kg 因平臺加工有較薄的邊緣，所以計算時數(shù)據(jù)較多，取1.5倍余量，則實際質(zhì)量Wp=194*1.5=290kg。 2、舉升臂的質(zhì)量 Wb=7.85*2.7*110*20/1000=51.81kg 在實際運用中，連接處都加工有加強肋，連接處還攜帶一些附件所以取舉升臂質(zhì)量為51.81kg。左側(cè)和右側(cè)舉升機完全相同，每側(cè)共有四個舉升臂，則舉升臂重量和為 Wbz=51.81*4=207.24Kg，取整Wbz=210Kg 3、底座重量 在實圖中舉升機底座并非實體，但為了計算方便，我們按實體計算，則 Wd=7.85*3*15*550/1000=194.29kg，我們?nèi)〉鬃亓繛閃d=195kg。舉升機總重Wz=2* (Wp+Wb+Wd)=1390kg。整理前面計算的數(shù)據(jù)如表2.4 表2.4 剪刀式舉升機主要技術(shù)參數(shù) 舉升重量 4500kg 舉升高度 265—2000mm 實際上升高度 1735mm 總寬 2250mm 總長 5548mm 平臺長/寬 4800/610mm 舉升臂長 2705mm 平臺間寬 1030mm 上升時間 60s 下降時間 40s 電機功率 1.19KW 電源 380V/50Hz 額定油壓 18MPa 整機重量 1390kg 滑輪移動距離 260mm 2.6 本章小結(jié) 本章主要將剪刀式舉升機的外型尺寸，各部分結(jié)構(gòu)尺寸，各結(jié)構(gòu)的安裝位置確定出來，為后續(xù)的設(shè)計工作做好準(zhǔn)備。在設(shè)計過程中我們參考了廣力牌GL3.0/A小剪式舉升機，上海繁寶剪式舉升機， Jumbo Lift NT 剪式舉升平臺的設(shè)計，并根據(jù)現(xiàn)今社會上使用普遍的轎車種類的車身結(jié)構(gòu)尺寸，確定了我所設(shè)計的剪刀式舉升機的組成結(jié)構(gòu)，包括控制機構(gòu)、傳動機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)，還有所需的零部件。本章還敘述了剪刀式舉升機是如何運動的，實現(xiàn)舉升，將車舉到我們希望的高度。 第3章 剪式舉升機機構(gòu)建模 3.1 剪刀式舉升機構(gòu)力學(xué)模型 剪刀式舉升機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、承載量大、通過性強和操控性好的特點,因此在現(xiàn)代物流、航空裝卸、大型設(shè)備的制造與維護中得到廣泛應(yīng)用。剪刀式舉升機構(gòu)作為舉升平臺鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組成部分,其力學(xué)特性對平臺性能產(chǎn)生直接影響。對于剪刀式舉升機構(gòu)來說,影響其力學(xué)性能的關(guān)鍵因素是舉升油缸的安裝位置。計算、分析剪刀式起升機構(gòu)的傳統(tǒng)方法通常為手工試算或整體有限元分析方法。但手工試算法精度不高,效率低;整體有限元分析法較適用于后期的驗算分析,但在設(shè)計分析初期,存在建模困難和較難快速調(diào)整模型參數(shù)的問題。在建立力學(xué)模型時，我們利用MATLAB 軟件所具有的強大矩陣計算功能,對影響剪刀式起升機構(gòu)力學(xué)特性的關(guān)鍵參數(shù)展開研究,從而得到剪刀式舉升機構(gòu)的力學(xué)模型[5]。 3.1.1 舉升機構(gòu)力學(xué)模型建立與分析 舉升機之所以斜置，是因為舉升機右側(cè)為固定鉸支座，左側(cè)為滑動鉸支座，平臺上放有荷載，舉升機上升過程中，荷載重心相對前移，在高空中容易前翻，對工作人員十分危險，斜置安裝可以抵制荷載前翻的情況。 為計算剪刀式舉升機構(gòu)內(nèi)每個支架鉸接點的內(nèi)力和油缸推力,以研究該機構(gòu)各內(nèi)力、油缸推力與α角之間的關(guān)系,并找出其最惡劣工況,我們將該機構(gòu)拆分為4個獨立的隔離體,分別對應(yīng)該機構(gòu)從上到下的各段剪叉桿[5],如圖3.4所示。 圖 3.4 各剪桿受力分析圖 3.1.2計算液壓缸的推力 1、 舉升機升高到2m時液壓缸的推力 舉升機升高到2m時，tanα=得α=46.675o由式（3.1）得 舉升機的重心不變 F3和F4之間的距離為1103mm ，由式（3.2）和（3.3）求得F3 =11.705KN，則F4=4.45KN。將f=500mm 、d=250mm、α=46.675o、、F= F3 =11.7509KN代入式（3.4）中，我們得到P=136.643KN。 2、舉升機在最低點時液壓缸的推力 根據(jù)圖（3.3）所示的舉升機結(jié)構(gòu)尺寸，可求出α角度 , tanα= 再根據(jù)式（3.1）， 解得 將α=5.49、θ=16.22、L=1306mm、f=500mm 、d=250mm代入到式（3.4）中，解得 液壓缸的最大推力為 P=324.08 KN。 由前面分析可知，舉升機在最低點時，此時液壓缸的推力是整個舉升過程中所需推力最大值，選擇液壓系統(tǒng)時根據(jù)推力最大值確定。 3.2 舉升機的力學(xué)分析與計算 剪刀式舉升機是一種可以廣泛用于維修廠的舉升機，具有結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀、操作簡便等特點，只需用此種安全可靠的舉升設(shè)備將汽車舉升到一定的高度，即可實現(xiàn)對汽車的發(fā)動機、底盤、變速器等進行養(yǎng)護和維修功能。隨著我國私家車保有量越來越大，此種型式的舉升機需求量也會日益增大。本機主要性能參數(shù)為：額定舉升載荷4.5t；在載重3.5t情況下，由最低位置舉升到最高位置需60s；當(dāng)按下下降按鈕使三位四通閥右位接通，車輛由最高位置降到最低位置需40s；電動機功率1.02kW；舉升機在最低位置時的舉升高度為350mm，最大舉升高度為1500 mm，工作行程為1150 mm。 剪刀式舉升機的結(jié)構(gòu)型式有多種，本設(shè)計中的舉升機結(jié)構(gòu)系指液壓驅(qū)動的小剪式舉升機構(gòu)。舉升機構(gòu)的傳動系統(tǒng)為液壓系統(tǒng)驅(qū)動和控制，由舉升臂內(nèi)安裝的液壓油缸實現(xiàn)上下運動，推動連接兩側(cè)舉升臂的軸，使安裝在上下位置的滑輪沿滑道滾動，實現(xiàn)舉升機的上下移動。設(shè)備的主要部分有：控制機構(gòu)、傳動機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)、平衡機構(gòu)和安全鎖機構(gòu)。 分析剪式舉升機不同舉升高度的受力情況可知，在給定載荷下,舉升機舉升到不同高度時，所需油缸推力不同，各舉升臂與軸所受的力也不同。為分析方便，在計算過程中，我們只分析舉手機最低點和舉升到最高位置的受力情況即可。 3.2.1 舉升機最低狀態(tài)時，各臂受力情況 1、與平臺接觸處的兩鉸接點的力學(xué)分析與計算 由前一節(jié)分析可知，舉升機在最低點時，舉升機重量均勻的分布在平臺上，平臺鋼結(jié)構(gòu)和平臺有效載荷之和Wz1所產(chǎn)生的重力直接作用在滑動鉸支座和固定鉸支座上。在最低點時，舉升臂并不水平放置。存在一很小的角度α。 tanα= 因α很小，所以計算過程中我們可以將Wz1 近似看成作用在平臺中心位置，Wz1為舉升重量與平臺重量之和，即 WZ1=（3.5t+Wp ）g=（3.5+0.292）10=37.9kN g取10 N/kg 因舉升重量和平臺質(zhì)量之和由兩側(cè)舉升機共同承受，所以代入式（3.2）和（3.3）中的W1只是Wz1的一半，W1=19.0kN 解得F3=F4=9.5KN 2、 計算各舉升臂的受力 圖3.5 舉升臂受力圖 圖3.5為桿1的受力情況，F(xiàn)3 作用處為滑動鉸支座，根據(jù)受力分析圖列力和力矩平衡方程。方程如下: F3*1350+F5*1350=K6*80 K1=9.5-K5 F3*1350+K2*80=K1*1350 解得 K2=16.9*K5-160.6 K2+K6=0 K5=K5 K1+K5=F3 K6=160.6-16.9*K5 分析計算結(jié)果，我們可以看到，k1,k2,k6三個未知量都與k5有關(guān)，只要確定出k5，其他就都能解出。觀察圖3-1 力學(xué)方案示意圖，我們能夠很快分析出，舉升重量全部作用在平臺上，在舉升機起升瞬間，k5鉸接孔處豎直方向分力很小，幾乎為零，對桿件只起連接作用，我們將k5取0 N。 3.2.2 舉升機舉升到最高位置時，各臂受力情況 舉升機升高到2.0m時，舉升機向內(nèi)滑動260mm，兩腳支座之間的距離為896.15mm。上下兩滑輪之間的距離為1160mm。舉升臂與水平方向夾角為α=46.675o、液壓缸與水平方向夾角為，液壓缸推力P=136.643KN。 分析和計算方法同上。解得F3=13.5 F3*1350+F5*1350=K6*580 K1=13.5-K5 F3*1350+K2*580=K1*1350 解得 K2=2.3 *K5-31.4 K2+K6=0 K5=K5 K1+K5=F3 K6=31.4-2.3*K5 因舉升到2.0m時，舉升臂與水平方向夾角為α=46.675o，所以豎直方向力和水平方向力應(yīng)近似相等。取。則K1=13.5 K2=-34.1 3.2.3 剪刀式舉升機構(gòu)主要受力桿件強度校核計算 1、位于上端的滑輪軸的強度校核 滑輪軸通過滑輪與平臺接觸，作用在滑動端的力F3均勻作用在兩個滑動輪上?；瑒拥膬奢喼g距離為405mm?；瑒虞喭鈧?cè)與舉升臂接觸。舉升機最低點時，對于滑輪軸而言，與舉升臂接觸處，相當(dāng)于固定支點，即被約束。圖3.9是滑輪軸的受力圖、剪力圖、彎矩圖。由圖可知，滑輪軸只受豎直方向力，沒有水平方向的力，所以滑輪軸不發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。我們從剪力圖和彎矩圖中還可分析出，在長度為405mm的線段內(nèi)橫街面上的剪力FQ=0，而彎矩M為一常數(shù)，這種只有彎矩的的情況，稱為純彎曲。所以長度為405mm的線段內(nèi)只發(fā)生彎曲變形，而沒有發(fā)生剪切變形。是彎曲理論中最簡單的一種情況。由上面的計算可以知道，上滑輪軸在舉升機升高到2.0m時，受力最大，F(xiàn)3=13.5，所以我們只校核舉升機升到2.0m時的滑輪軸強度即能說明軸的強度是否合格。 圖3.9 滑輪軸的剪力圖與彎矩圖 對滑輪軸進行強度校核，軸的材料為45鋼，抗拉強度 彈性模量E為 ， 一般取 。軸的直徑d=24mm。查《機械設(shè)計手冊》。 （1）軸的彎矩圖如圖3.9所示。 由圖可知 ，最大正彎矩 M= （2）軸的強度校核 式中：M——為橫截面上的彎矩 W——軸的抗彎截面系數(shù) 經(jīng)校核可以看出，軸的截面強度足夠。 2位于下端的滑輪軸的強度校核 最下端軸的校核和最上端軸的校核方法一樣，下端滑輪軸最低點和最高點時受 力情況一樣。受力圖、剪力圖、彎矩圖如圖3.10所示。 圖3.10 下滑輪軸的剪力圖與彎矩 下滑輪軸的材料也是45鋼，抗拉強度。下滑輪軸受的力為： F5/2= ，軸的直徑d=24mm。 （1）彎矩圖如圖3.10所示 由圖可知 最大彎矩 (2 )下滑輪軸的強度校核 校核后可得出軸的強度足夠。 3、對舉升臂進行強度校核 圖3.11 舉升臂1的剪力圖與彎矩圖 因舉升臂為板材，近似梁。所以分析過程中，我們按梁的強度校核方法來分析舉升臂。由圖3.11舉升臂的受力圖可以看到，舉升臂既有水平方向的力，又有豎直方向的力，并且兩個方向的力在同一平面， 屬拉伸（壓縮）與彎曲組合變形[11]。我們將力進行分解，沿舉升臂軸線方向和垂直軸線方向。 舉升臂的受力圖、剪力圖、彎矩圖、軸力圖如圖3.11所示。由圖所知，舉升臂在中間截面組合變形最大[11]。舉升臂的材料為Q275鋼 ,抗拉強度 , 彈性模量 E=200~220GPa ，L為舉升臂長L=2700mm 。舉升臂在最低狀態(tài)時（），校核過程如下： 1）舉升臂的彎矩圖如圖3.11所示 舉升臂最大負(fù)彎矩 2）確定舉升臂1中性軸的位置 截面形心距底邊為 因舉升臂1結(jié)構(gòu)可近似一方鋼，所以通過截面中心的中心線Z即為中性軸 3）截面對中性軸的慣鉅 4）舉升臂的最大彎曲應(yīng)力為 5）最大軸向正應(yīng)力 截面積為，則正應(yīng)力為 6）校核舉升臂的強度 兩種變形產(chǎn)生的總應(yīng)力 結(jié)果表明最大彎矩處截面強度足夠。 舉升機升高到1.5m時的強度校核情況：（α=46.675o） 最大彎曲應(yīng)力為 軸力為： 最大正應(yīng)力為 總應(yīng)力為 強度充分滿足條件 （3）主推力軸校核 圖3.14 活塞桿推力軸彎矩圖和剪力圖 因此軸只承受液壓缸推力，推力垂直于軸線方向，為示圖方便，我們將力豎直作用到軸上，兩端固定處為支座處。因軸只受推力作用，屬于純彎曲情況，所以軸只發(fā)生彎曲變形。受力如圖3.14所示: 軸的材料為40Cr，抗拉強度 ，軸徑為60mm。舉升機在最低點時,推力最大只校核此刻強度即可。 （1）軸的彎矩圖如圖3.13所示。 由圖可知 ，最大正彎矩 M= (2) 軸的強度校核 經(jīng)校核軸的強度足夠，加工加強肋合理。 3.2.4 連接螺栓的校核 螺栓在舉升機中起連接作用，主要承受剪切變形。校核時只考慮剪切變形就可以。以下是對圖2.4中的1、3、4處的螺栓進行強度校核。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 （1）舉升機在最低點時螺栓剪切力強度計算 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)第三強度理論 =53.89MPa 滿足強度要求。 （2）舉升到2.0m時螺栓剪切力強度計算 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)第三強度理論 經(jīng)計算滿足強度要求 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 （1）舉升機在最低點時螺栓剪切力強度計算 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)第三強度理論 經(jīng)計算滿足強度要求 （2）舉升到2.0m時螺栓剪切力強度計算 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)第三強度理論 經(jīng)計算滿足強度要求。 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 （1）舉升機在最低點時螺栓剪切力強度計算 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)第三強度理論 經(jīng)計算滿足強度要求 （2）舉升到2.0m時螺栓剪切力強度計算 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)第三強度理論 經(jīng)計算滿足強度要求。校核后的結(jié)果表明螺栓材料為Q235鋼是符合要求的。 3.3 結(jié)構(gòu)加強措施 由前面的力學(xué)模型中，我們能夠看到，舉升臂鉸接孔處都受水平和豎直方向的力，這些力將對舉升臂的強度造成嚴(yán)重影響。因舉升臂無論是在最低位置還是在最高位置，都與水平方向成一定角度。分析時，我們沿舉升臂軸線方向和垂直舉升臂軸線方向進行力的分解，垂直舉升臂軸線方向的力使舉升臂產(chǎn)生彎矩變形（正應(yīng)力）沿舉升臂軸線方向的力使舉升臂產(chǎn)生拉伸或壓縮變形（拉或壓）。兩種應(yīng)力變形使舉升臂的彎曲強度受到嚴(yán)重影響。通過結(jié)構(gòu)加強措施提高舉升臂的彎曲強度。 經(jīng)前面的計算可知，舉升臂鉸接點處彎曲強度較集中，磨損嚴(yán)重，對結(jié)構(gòu)進行改進。 （1）可以在載荷作用點處，加一厚度為3mm的青銅襯套，套在鉸接軸上，可有效地減小最大彎矩值，提高鉸接點的強度，減小摩擦； （2）在鉸接孔處加工凸臺，使舉升臂厚度加厚，增大舉升臂的橫截面積，減小舉升臂壓縮變形或拉伸變形。提高彎曲強度； （3）液壓缸作用處不直接作用到舉升臂上，中間通過焊接加強肋進行補償。液壓缸下端固定處軸上放有套筒，這樣可以減小軸的磨損； （4）放置軸處的舉升臂加工凸臺，加厚舉升臂尺寸，增大承載面積，并加工加強肋 3.4 本章小結(jié) 通過分析剪刀式舉升機的結(jié)構(gòu)特點,建立剪刀舉升機機構(gòu)的力學(xué)模型,并通過該模型對決定起升油缸最大推力的關(guān)鍵參數(shù)進行研究,得到合理的結(jié)果。本章還通過對各舉升臂、主受力軸的受力分析與強度計算，來校核設(shè)計內(nèi)容是否合理。并提出一些加強措施，使結(jié)構(gòu)強度剛度充分滿足條件。以上的計算與分析對提高剪刀式舉升機系列化設(shè)計的效率和質(zhì)量有明顯的效果。 第4章 液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的選擇 4.1液壓系統(tǒng) 4.1.1 液壓系統(tǒng)組成 液壓系統(tǒng)是舉升機的動力裝置。它具有傳遞動力大、運動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊的特點。液壓系統(tǒng)主要由液壓發(fā)生機構(gòu)、液壓執(zhí)行機構(gòu)、液壓控制調(diào)節(jié)機構(gòu)和輔助裝置等四大部分組成。 1、液壓發(fā)生機構(gòu)—液壓泵 它是由液壓系統(tǒng)中供給有壓力油的裝置和壓力傳動的機械動力。它的作用是將原動機輸入的機械能轉(zhuǎn)換為流動液體的壓力能。液壓發(fā)生機構(gòu)在液壓系統(tǒng)中的位置和作用如圖4.2所示。 2、液壓執(zhí)行機構(gòu)—液壓缸 液壓缸主要有缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置[8]。 它是液壓傳動的執(zhí)行機構(gòu)又稱液壓機，其作用是將液能變?yōu)闄C械能的轉(zhuǎn)換裝置，這種裝置有兩種。此剪式舉升機所采用的是液體壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運動機械能的單作用推力油缸。它既能節(jié)省動力、又能頻繁地進行換向。 液壓發(fā)生裝置 泵 液壓執(zhí)行機構(gòu) 缸——活塞 液壓控制裝置 方向閥 壓力閥 圖4.1 液壓系統(tǒng)方框圖像 3、液壓控制調(diào)節(jié)裝置——各種液壓控制閥 它是由來控制和調(diào)解液壓系統(tǒng)中液油流動，方向、壓力、流量和滿足工況要求的裝置。根據(jù)用途和特點控制可分為三類。方向控制閥用來控制液壓系統(tǒng)中的油流方向和經(jīng)由路徑；根據(jù)實際情況利用單向閥或換向閥的作用來改變執(zhí)行機構(gòu)的運動方向和工作順序；壓力控制閥（包括溢流閥、減壓閥和順序閥等）用來控制液壓系統(tǒng)的壓力以滿足執(zhí)行機構(gòu)所需要的動力或?qū)σ簤合到y(tǒng)起安全保護作用；流量控制閥（包括節(jié)流閥、調(diào)速閥、分流和集流閥），用來控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中的流量，以滿足執(zhí)行機構(gòu)工作時運動速度的要求。由于液壓系統(tǒng)控制閥種類很多，為使用方便和結(jié)構(gòu)緊湊，在設(shè)計時合理的將各種閥類元件組合在一起構(gòu)成組合閥。 （1）單向閥 單向閥是用以防止液流倒流的元件。按控制方式不同，單向閥可分為普通單向閥和液控單向閥兩類。 普通單向閥又稱止回閥，其作用是使液體只能向一個方向流動，反向截止。液控單向閥又稱單向閉鎖閥，其作用是使液流有控制的單向流動。液控單向閥分為普通型和卸荷型兩類。 液控單向閥的主要以下兩種作用。 1）保壓作用 當(dāng)活塞向下運動完成工件的壓制任務(wù)后，液壓缸上腔仍需保持一定的高壓，此時，液控單向閥靠其良好的單向密封性短時保持缸上腔的壓力。 2）支撐作用 當(dāng)活塞以及所驅(qū)動的部件向上抬起并停留時，由于重力作用，液壓缸下腔承受了因重力形成的油壓，使活塞有下降的趨勢。此時，在油路串一液控單向閥，以防止液壓缸下腔回流，使液壓缸保持在停留位置，支撐重物不致于落下。 （2）溢流閥 溢流閥是節(jié)流閥與溢流閥并聯(lián)而成的組合閥，它能補償因負(fù)載變化而引起的流量變化。使用溢流閥的系統(tǒng)效率較高。因為采用溢流閥的系統(tǒng)，泵的供油壓力隨負(fù)載的增大而增加，能量損失小，系統(tǒng)發(fā)熱少。 （3）節(jié)流閥 流量控制閥是通過改變節(jié)流口面積的大小，改變通過閥流量的閥。在液壓系統(tǒng)中，流量閥的作用是對執(zhí)行元件的運動速度進行控制。常見的流量控制閥有節(jié)流閥、調(diào)速閥、溢流閥等。 溢流閥是結(jié)構(gòu)最為簡單的流量閥，常與其它形式的閥相結(jié)合，形成單向節(jié)流閥或行程節(jié)流閥。 4、輔助裝置——管道、油箱、過濾器及控制儀表 （1）液壓管道 液壓管道是連接液壓泵和液壓動力機的通道，它們對液壓機械的使用性能有很大的影響，在工藝安裝過程上，除了進行細(xì)致的檢查外，對管道布局必須平行垂直正齊。對液壓系統(tǒng)中的任何一段管道或管件要求都能自由拆裝，也必須按照其工藝過程和技術(shù)要求進行。 關(guān)于壓力控制回路和速度控制回路，是由液壓元件所組成，可起到完成運動速度調(diào)節(jié)壓力等特定作用。任何一種液壓機械，不論其結(jié)構(gòu)怎樣復(fù)雜，它都是由基本回路構(gòu)成的液壓系統(tǒng)，只要熟悉和掌握這些基本回路，才能正確的使用和分析事故及故障發(fā)生的原因。 關(guān)于液壓油的選擇，一般液壓傳動系統(tǒng)都是選用普通液壓油。常用的是20#機油，當(dāng)氣溫低于-15oC時，應(yīng)采用25#變壓油或有條件的可選用14#稠化液壓油。 （2）濾油器 在液壓系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)內(nèi)的形成或系統(tǒng)外的侵入，液壓油中難免會存在這樣或那樣的污染物，這些污染物的顆粒不僅會加速液壓元件的磨損，而且會堵塞閥件的小孔，卡住閥芯，劃傷密封件，使液壓閥失靈，系統(tǒng)產(chǎn)生故障。因此，必須對液壓油中的雜質(zhì)和污染物的顆粒進行清理。目前，控制液壓油清潔程度的最有效方法就是采用過濾器。過濾器的主要功用就是對液壓油進行過濾，控制油的潔凈程度。 （3）油箱 油箱的主要功用是儲存油液，同時箱體還具有散熱、沉淀污物、析出油液中滲入的空氣以及作為安裝平臺等作用。 油箱屬于非標(biāo)準(zhǔn)件，在實際情況下常根據(jù)需要自行設(shè)計。油箱設(shè)計時主要考慮油箱的容積、結(jié)構(gòu)、散熱等問題。 4.2 液壓系統(tǒng)的選擇 4.2.1 汽車舉升機液壓系統(tǒng)設(shè)計要求 汽車舉升機液壓系統(tǒng)，除要求能在一定的范圍內(nèi)從汽車兩側(cè)將汽車同步舉升和下降外，還要求其能使汽車在任意高度停止并保持不動。以便不同身高的工人，在維修不同位置時可以任意調(diào)整高度，最方便的進行維修。因此，液壓系統(tǒng)必須具有定位保持功能。另外，因汽車的重量較大，一但液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，舉升機舉升臂在汽車重力的作用下會迅速下滑，可能會對車下維修工人的生命安全造成威脅，舉升機上面的汽車也有被摔壞的危險。所以，為了防止這樣的情況發(fā)生，舉升機必須具有機械鎖裝置。機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，而安裝在銷軸上的齒條則隨活塞桿上下移動，并且能繞銷軸做一定角度的擺動，已實現(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，動齒條就會在自身重力和彈簧力的作用下與靜齒條嚙合，機械鎖鎖死，使舉升臂不會下滑，這樣就確保維修工人和汽車不會出現(xiàn)危險。 4.2.2液壓系統(tǒng)的設(shè)計 在設(shè)計過程中，要保證汽車被水平舉起而不發(fā)生側(cè)偏，兩側(cè)舉升機上升過程中必須始終保持同一高度，活塞的運行速度必須時刻保持相等。舉升機液壓回路必須同步。 舉升機的液壓回路如圖4.2所示，主要有兩部分組成：機械鎖回路、升降回路[16]。 圖4.2 汽車舉升機液壓控制回路 1.左機械鎖液壓缸 2.右機械鎖液壓缸3. 兩位三通電磁閥4.液壓泵 5.溢流閥 6.三位四通電磁閥 7.普通調(diào)速閥 8.比例調(diào)速閥 9. .左升降缸 10.右升降缸 1、機械鎖回路 機械鎖回路由油缸1、油缸2和兩位三通電磁閥3組成。當(dāng)電磁閥YA1得電時，兩位三通電磁閥3左位工作，壓力油進入液壓缸1、2下腔，驅(qū)動活塞向上移動，將機械鎖打開，此時舉升臂可自由上升或下降。 當(dāng)YA1失電時，兩位三通閥處于右位工作時，油缸下腔與郵箱直接相通，腔內(nèi)油壓為零時，油缸活塞在缸內(nèi)彈簧和機械鎖動齒條自重的作用下收回，機械鎖閉合，舉升臂被鎖住，不能移動。此時工人可以進行各種維修工作。 2 、升降回路 升降回路由三位四通閥6、普通調(diào)速閥7、比例調(diào)速閥8、左升降液壓缸9、右升降液壓缸10組成。當(dāng)三位四通閥6的YA2得電時，YA3失電時，油液上升，通過調(diào)速閥到達缸9、10。當(dāng)YA2失電時，YA3得電時，兩油缸下降。 汽車舉升機液壓控制回路是用電液比例調(diào)速閥控制的同步回路，回路中使用了一個普通調(diào)速閥7和一個比例調(diào)速閥8.它們裝在由多個單向閥組成的橋式回路中，并分別控制著液壓缸9、10的運動，當(dāng)兩個活塞出現(xiàn)位置誤差時，檢測裝置就會發(fā)出信號，調(diào)節(jié)比例調(diào)速閥的開度，使液壓缸10的活塞跟上液壓缸9的運動而實現(xiàn)同步。這種回路的同步精度較高位置精度可達0.5mm，費用低，系統(tǒng)對環(huán)境適應(yīng)性強。下面是剪刀式舉升機液壓控制回路進行總結(jié)后的工作行程表4.1。 表4.1 工作行程表 電磁鐵 舉升機上升 舉升機下降 YA1 + + YA2 + - YA3 - + 剪刀式液壓系統(tǒng)設(shè)計的好壞，將直接影響舉升的性能和效率。剪刀式舉升機液壓系統(tǒng)主要是舉升液壓系統(tǒng)。本次剪刀式舉升機的設(shè)計主要偏重于機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計與ANSYS分析，而其液壓系統(tǒng)所采用的液壓泵、液壓缸、液壓閥等液壓系統(tǒng)元件均為高度標(biāo)準(zhǔn)化、系列化與通用化且由專業(yè)化液壓件廠集中生產(chǎn)供應(yīng)。因此在本設(shè)計中只需要進行液壓元件計算選型。其主要內(nèi)容包括油缸的直徑與行程、油泵工作壓力、流量、功率以及各種相關(guān)控制閥的選型等。 4.3 液壓缸的計算與選型 油缸是液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件，也是舉升機構(gòu)的直接動力來源。通常油缸分為活塞式和浮拄式兩類?；钊骄鶠閱蜗蜃饔?，其缸體長度大而伸縮長度小、使用油壓低（一般不超過14MPa）。浮拄式為多級伸縮式油缸，一般有2～5個伸縮節(jié)，其結(jié)構(gòu)緊湊，并具有短而粗、伸縮長度大、使用油壓高（可達35MPa），易于安裝布置等優(yōu)點。浮拄式油缸又分為單向作用式與雙向作用式。雙向作用式用油壓輔助車廂降落，因此工作平穩(wěn)，降落速度快。直推式傾卸機構(gòu)多采用單作用多級油缸；而桿系組合式傾卸機構(gòu)多采用單作用單級油缸。 4.3.1 液壓缸的安裝位置 由第三章對舉升機力學(xué)結(jié)構(gòu)模型的分析與建立，我們已經(jīng)大致確定出液壓缸的安裝位置。d為液壓缸下安裝點與舉升臂中心銷孔距離(平行于舉升臂) , f為上安裝點與舉升臂端銷孔的距離, 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= 舉升機在最低點時，舉升重量均勻分布在平臺上。但當(dāng)舉升機開始工作向上舉升時，左側(cè)滑輪向內(nèi)側(cè)移動，上升過程舉中舉升重量不變，但相對舉升機向上作用力方向，舉升重物的質(zhì)心前移，舉升機向前傾，為防止發(fā)生前翻狀況，液壓缸活塞桿端作用在滑動輪一側(cè)的上方舉升臂上。 4.3.2 舉升機液壓缸推力及行程的確定 由前面的計算可知，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)計的舉升機從最低位置300mm升高到2000mm，實際 上升行程為1700mm。因舉升機活塞桿與水平方向夾角θ與α有如下關(guān)系：，當(dāng)舉升機在最低點時液壓缸的長度。當(dāng)舉升機達到1500mm時， tanα== 經(jīng)計算得液壓缸總長度為 ，則液壓缸活塞桿伸長量為560mm，取600mm。（Hg=1900mm f=500mm d=170mm L=1306mm Lb=896mm） 4.3.3 液壓缸的選型 根據(jù)上述計算的液壓缸安裝距Sc和液壓缸所需的最大推力P=324.08KN，查閱資料[9]舉升機構(gòu)液壓缸選用雙作用單級活塞桿缸HSG-L-180/901450-E2831-600-455。這種工程用液壓缸主要用于各種工程機械、起重機械及礦山機械等的液壓傳動。 4.4 液壓泵的計算與選型 舉升機構(gòu)常用油泵分為齒輪油泵與柱塞泵兩類。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，固可縮短舉升時間。中輕型舉升機構(gòu)上多采用齒輪泵，重型舉升機構(gòu)常采用柱塞泵。 4.4.1 液壓泵工作壓力的計算 （4.1） ——液壓泵的最大工作壓力 （N/m2）； 1——液壓缸的最大工作壓力，（Mpa）； Mpa （4.2） 式中： ——油缸最大作用力，（N）； ——油缸橫截面積，（m2）。 由式（4.2）解得 MPa 為液壓泵的出油口到缸進油口處的壓力損失。用調(diào)速閥及管路復(fù)雜的系統(tǒng) 這里取,則=13.741.5mPa。 4.4.2 液壓泵功率的計算 當(dāng)忽略輸送管路及液壓缸中的能量損失時，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。但在實際工作中，機械損失和能量損失是不可避免的，在計算中，我們必須要考慮。液壓泵的輸出功率為： （4.3） 式中： 0 ——液壓泵的輸出功率（W） Pg——液壓缸的輸出功率 (W) V——液壓缸勻速伸長的速度 (m/s) ——液壓泵輸出到液壓缸的端的機械損失，取0.75 ——液壓缸中及管路能量損失，取0.7 ——舉升時間，(s)，取t=60s； 由式（4.3）得 =6.17kW 液壓泵的輸入功率 （4.4） P——液壓泵的輸入功率 ——液壓泵的總效率 因我們所設(shè)計的舉升機屬于中輕型舉升機，選擇齒輪泵即可。齒輪泵的總效率一般為0.6~0.7，這里取0.65