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可四輪定位四柱式汽車舉升機(jī)設(shè)計(jì)
摘 要
隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展,汽車維修工業(yè)也迅速壯大。特別是改革開放以來(lái),我國(guó)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(guó)的新興行業(yè)并不斷發(fā)展壯大。作為汽車維修用必備之一的各種汽車舉升機(jī)設(shè)備如雨后春筍般的涌現(xiàn)。但符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的不多,中高檔層次的舉升機(jī)沒有。
本設(shè)計(jì)結(jié)合汽車技術(shù)的發(fā)展要求及汽車維修作業(yè)的實(shí)際需要,設(shè)計(jì)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的、液壓驅(qū)動(dòng)及可四輪定位的四柱式汽車舉升機(jī)。四柱式舉升機(jī)有四根立柱、兩根橫梁、用于支撐汽車的兩個(gè)臺(tái)板。本設(shè)計(jì)只采用一個(gè)液壓缸,其他立柱通過(guò)鋼絲繩連接以實(shí)現(xiàn)同步舉升。舉升前,汽車很容易正確無(wú)誤的駛上四柱舉升機(jī)的臺(tái)板。其具有承載穩(wěn)定、支承載荷受力簡(jiǎn)單、應(yīng)力較低等優(yōu)點(diǎn),具有較高的使用價(jià)值。
對(duì)于汽車維修企業(yè)來(lái)說(shuō)，汽車舉升機(jī)可能是除廠房外的最重要的投資,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)。
關(guān)鍵詞: 四輪定位，四柱式，液壓驅(qū)動(dòng)，同步舉升
ABSTRACT
Along with automobile industry rapid development, the automobile service industry also rapidly expands. Since the specially reform and open policy, our country automobile service industry have had a great development, the vehicle maintenance equipment industry has become an emerging industry in China and will continue to grow and develop. As one of the essential maintenance equipment, each kind of automobile lift like the emergence of the mushrooming. But little of them can conforms to the international standard.
This design combine with automobile technology development request and automobile service work actual needs, designed in line with international standards, four-wheel hydraulic drive, and the positioning of the frame of vehicle lift. Four-post lift has four posts, two beams and two plates. This design only uses one hydraulic cylinder, other columns realize synchronization through the cable. Before lifting, the automobile is very easy to be correctly driven onto the plate of the lift. It has the load bearing stably, the supporting load stress simple, the stress is lower and so on the merit, which has the higher use value.
For the vehicle maintenance enterprises, the vehicle lift is the most important investment in addition to plants outside, because it has the function which very important and cannot be substituted, even directly affects prosperity and decline of the automobile service. The automobile lift is one of important equipment in automobile maintenance, Let us produce more, better and more popular with users of the automobile lifts for vehicle maintenance service.
Key words: four-wheel positioning，four-post，hydraulic actuate，synchronous raise
可四輪定位四柱式汽車舉升機(jī)設(shè)計(jì)
0 引言
由于我國(guó)汽車維修檢測(cè)設(shè)備行業(yè)起步晚、起點(diǎn)低，整體上仍然相當(dāng)落后。舉升機(jī)制造企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小、經(jīng)濟(jì)技術(shù)力量薄弱、各自為政、缺乏專業(yè)分工和廣泛合作；技術(shù)吸收、運(yùn)用、開發(fā)、創(chuàng)新能力不強(qiáng)；抄襲、偽造現(xiàn)象和短期行為嚴(yán)重；市場(chǎng)營(yíng)銷及服務(wù)水平低等問(wèn)題還普遍存在，致使全行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量差、結(jié)構(gòu)不合理、總量增長(zhǎng)受到限制?！笆晃濉币?guī)劃的發(fā)展思路和目標(biāo)是：建立和完善一整套適應(yīng)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)要求的汽車維修檢測(cè)設(shè)備行業(yè)管理體制；密切結(jié)合汽車技術(shù)的發(fā)展要求及汽車維修作業(yè)的實(shí)際需要，力爭(zhēng)在產(chǎn)品質(zhì)量提高、品種配套、高新技術(shù)含量增大等三個(gè)方面，使汽車舉升機(jī)整體上接近國(guó)際先進(jìn)水平。
1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀
1.1 國(guó)外的情況和發(fā)展趨勢(shì)
汽車舉升機(jī)在世界上已經(jīng)有了80多年的歷史。1925年在美國(guó)生產(chǎn)的第一臺(tái)汽車舉升機(jī),它是一種由氣動(dòng)控制的單柱舉升機(jī),如圖1.1所示。由于當(dāng)時(shí)采用的氣壓較低,因而缸體較大,同時(shí)采用皮革進(jìn)行密封,因而壓縮空氣驅(qū)動(dòng)時(shí)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(guó)以外的其它地方開始被采用。
圖 1.1 單柱舉升機(jī)
1937年美國(guó)另外一家公司生產(chǎn)出第一臺(tái)四柱舉升機(jī),隨后在美國(guó)一家公司也生產(chǎn)出類似的舉升機(jī),如圖1.2所示。這兩種舉升機(jī)均由螺旋驅(qū)動(dòng),
圖 1.2 四柱舉升機(jī)
其方案是:每一立柱內(nèi)均有一螺母及螺桿,由裝在地面上的鏈條串連起來(lái)以實(shí)現(xiàn)同步驅(qū)動(dòng),此四柱舉升機(jī)在市場(chǎng)上并未獲得成功,而單柱舉升機(jī)卻繼續(xù)得到更大的普及。1948年Joseph Bardbury & Sohs (即現(xiàn)在的TI Bardbury)生產(chǎn)出該公司的第一舉升機(jī),其方案是:在四柱舉升機(jī)的一個(gè)主柱內(nèi)裝有一套螺旋驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),舉升臺(tái)板的其它三個(gè)角落通過(guò)鋼絲繩與動(dòng)力主柱相連。1950年Bardbury將機(jī)械式螺旋驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)改為液壓機(jī)構(gòu),只采用一個(gè)液壓缸,其他立柱通過(guò)鋼絲繩連接以實(shí)現(xiàn)同步舉升,由于當(dāng)時(shí)的液壓壓力尚未超過(guò)35～40Kg/cm2因而第一臺(tái)液壓舉升機(jī)的缸體直徑較大。五十年代初單柱舉升機(jī)在歐洲市場(chǎng)上的銷路急劇下降,而四柱舉升機(jī)卻躍居主導(dǎo)地位;但是在美國(guó)單柱舉升機(jī)卻繼續(xù)受到人們的喜愛。1956年Borg Warner 和Plessey生產(chǎn)液壓壓力能達(dá)到140～175Kg/cm2的液壓齒輪泵;借助于此, Bardbury又生產(chǎn)出雙功能舉升機(jī),這在舉升機(jī)的設(shè)計(jì)上是一個(gè)突破性進(jìn)展。此舉升機(jī)可以用兩種方式支撐汽車:車輪支撐型;車輪自由型。此發(fā)明在市場(chǎng)上很受歡迎。到1960年在英國(guó)的市場(chǎng)上占有率竟達(dá)75%。1961年Bardbury生產(chǎn)出四柱舉升機(jī)改進(jìn)后的車輪自由系統(tǒng),并在全世界17個(gè)國(guó)家獲得了專利。但在南美洲仍然喜愛單柱舉升機(jī),只是現(xiàn)在已將其改為液壓傳動(dòng)。
1966年,一家德國(guó)公司生產(chǎn)出第一臺(tái)雙柱舉升機(jī),如圖1.3所示。這是
圖 1.3 雙柱舉升機(jī)
舉升機(jī)設(shè)計(jì)上的又一個(gè)突破性進(jìn)展,但是直到1977年這種舉升機(jī)才在德國(guó)以外的其它國(guó)家出現(xiàn)?，F(xiàn)在雙柱舉升機(jī)在市場(chǎng)上已占據(jù)牢固的地位,其銷量還在繼續(xù)增長(zhǎng)。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(jiǎn)要說(shuō)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(dòng)式舉升機(jī)方面也有幾項(xiàng)成功設(shè)計(jì),如簡(jiǎn)式舉升機(jī)上、菱架式舉升機(jī)等。但這類舉升機(jī)仍存在兩個(gè)主要問(wèn)題:接近汽車下部較難,在車間移動(dòng)舉升機(jī)時(shí)難逾越地面上的障礙物。當(dāng)然,可移動(dòng)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(chǎng)廣泛采用,而移動(dòng)式舉升機(jī)卻相對(duì)要少得多。
最初設(shè)計(jì)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(chǎng)上仍然繼續(xù)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,不會(huì)成為維修車間的障礙物;汽車可在舉升機(jī)上轉(zhuǎn)動(dòng)。但美國(guó)卻受到了責(zé)難,主要是舉升機(jī)的旋轉(zhuǎn)會(huì)帶來(lái)撞擊操作人員的危險(xiǎn)。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(gè)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(shí)難于接近汽車下部的一些重要檢修區(qū)域。舉升機(jī)用的主油缸潛藏在地下也給維修帶來(lái)兩大問(wèn)題:第一是檢修這些零部件頗為困難;其次是油缸所處的環(huán)境條件差,容易生銹,特別是地下水位較高時(shí)更是如此。
雙柱舉升機(jī)(包括液壓式和機(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車輛,因而拆卸車輪時(shí)不需要其它輔助性的舉升措施;第三,結(jié)構(gòu)緊湊,專地面積小。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(shí)的要求非常嚴(yán)格,否則在舉升過(guò)程中容易搖晃或顛覆;第二,由于此舉升機(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。
如圖1.2所示,四柱舉升機(jī)有四根立柱、兩根橫梁、用于支撐汽車的兩個(gè)臺(tái)板。舉升前,汽車很容易正確無(wú)誤的駛上四柱舉升機(jī)的臺(tái)板。由于臺(tái)板內(nèi)側(cè)設(shè)備有凸緣,當(dāng)汽車駛上臺(tái)板時(shí)也不致于墜入其間的空隙中,車輪支承型四柱舉升機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是:第一,舉升機(jī)裝載汽車時(shí)勿需較高的技術(shù),操作又很簡(jiǎn)單;第二,承載時(shí)非常穩(wěn)定;第三，支承載荷受力簡(jiǎn)單,應(yīng)力較低,從而延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命;第四,由于具有較高的使用價(jià)值,從經(jīng)濟(jì)上來(lái)看也是合算的;第五,易于維修;第六,在車間現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝也較方便，只要地面平坦,其混凝土厚度能夠牢固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,占地面積較大,對(duì)汽車檢修區(qū)域的可接近性差。
1.2 國(guó)內(nèi)的情況和發(fā)展趨勢(shì)
由于我國(guó)汽車維修檢測(cè)設(shè)備行業(yè)起步晚、起點(diǎn)低，整體上仍然相當(dāng)落后。舉升機(jī)制造企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小、經(jīng)濟(jì)技術(shù)力量薄弱、各自為政、缺乏專業(yè)分工和廣泛合作；技術(shù)吸收、運(yùn)用、開發(fā)、創(chuàng)新能力不強(qiáng)；抄襲、偽造現(xiàn)象和短期行為嚴(yán)重；市場(chǎng)營(yíng)銷及服務(wù)水平低等問(wèn)題還普遍存在，致使全行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量差、結(jié)構(gòu)不合理、總量增長(zhǎng)受到限制?！笆晃濉币?guī)劃的發(fā)展思路和目標(biāo)是：建立和完善一整套適應(yīng)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)要求的汽車維修檢測(cè)設(shè)備行業(yè)管理體制；密切結(jié)合汽車技術(shù)的發(fā)展要求及汽車維修作業(yè)的實(shí)際需要，力爭(zhēng)在產(chǎn)品質(zhì)量提高、品種配套、高新技術(shù)含量增大等三個(gè)方面，使汽車舉升機(jī)整體上接近國(guó)際先進(jìn)水平。
有人說(shuō):對(duì)于汽車維修企業(yè)來(lái)說(shuō)，汽車舉升機(jī)可能是除廠房外的最重要的投資,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)。
2 課題分析
2.1 設(shè)計(jì)技術(shù)要求
最大舉升質(zhì)量4000公斤；最大舉升高度1700毫米；可用于四輪定位的四柱式舉升機(jī)；符合汽車舉升機(jī)行業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)。
2.2 設(shè)計(jì)特點(diǎn)
2.2.1舉升機(jī)臺(tái)板降到下位時(shí),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(tái)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(tái)板的斜面長(zhǎng)度盡可能短,節(jié)約車間的占地。在條件許可時(shí)舉升機(jī)臺(tái)板(或橫梁)應(yīng)選擇專用型鋼或用鋼板折彎成形。
2.2.2 正確選擇傳動(dòng)方式
采用機(jī)械傳動(dòng)(螺母、絲螺)或液壓傳動(dòng)(油缸),均用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。機(jī)械傳動(dòng)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(dòng)的能耗為液壓傳動(dòng)所需能耗的兩倍(在舉升載荷、舉升時(shí)間均相同的條件下)。機(jī)械示舉升機(jī)的螺母、螺栓磨損較快,而液壓示舉升機(jī)的維修量卻相對(duì)要小些。雖然液壓示舉升機(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(gòu)或外協(xié),當(dāng)然一定要選用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。
2.2.3 鋼絲繩的選擇
為了減少滑輪直徑從而縮小舉升機(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(guó)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。滑輪和鋼絲繩的直徑比為18比1。滑輪通常用鋼材制成,而該公司采用的玻璃釬維與尼龍混合制成(50%的玻璃釬維、50%的尼龍)。這樣,不僅價(jià)格便宜,還能減輕鋼絲繩的磨損,延長(zhǎng)其使用壽命。
2.2.4 汽車舉升機(jī)的安全保證措施
今天全世界都對(duì)在危險(xiǎn)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(xiǎn),因?yàn)槿藗円谄湎旅婀ぷ?，?dāng)其升降時(shí)如不小心,也會(huì)碰傷手足。近年來(lái)不少國(guó)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應(yīng)從兩方面著手:一方面應(yīng)從設(shè)計(jì)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(guò)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)下正確的運(yùn)行。
3 方案論證
3.1純機(jī)械結(jié)構(gòu)
設(shè)想由齒輪——齒條結(jié)構(gòu)做主動(dòng)力結(jié)構(gòu)，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪與固結(jié)在升降板上的齒條嚙合，帶動(dòng)齒條上下運(yùn)動(dòng) 從而達(dá)到舉升的目的。簡(jiǎn)單示意圖如圖3.1，具體過(guò)程如圖3.2所示。
圖3.1 結(jié)構(gòu)示意圖
汽車
升降板
齒條
齒輪
電動(dòng)機(jī)
限位開關(guān)
圖 3.2 系統(tǒng)框圖
此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，傳動(dòng)精度高，響應(yīng)快等等，但也存在著十分巨大的問(wèn)題：第一，由于是四柱舉升，按照上面結(jié)構(gòu)，勢(shì)必要在每個(gè)柱上都設(shè)計(jì)此結(jié)構(gòu)，并可能需配置4個(gè)電動(dòng)機(jī)，不僅增加額外重量，而且經(jīng)濟(jì)性也不好，同時(shí)對(duì)同步舉升存在缺陷。第二，由于是齒輪——齒條嚙合的舉升，所以汽車的重量都由輪齒間的嚙合力平衡，對(duì)齒輪齒條的剛度要求很高，而且長(zhǎng)期負(fù)載，容易產(chǎn)生疲勞失效。
3.2 液壓結(jié)構(gòu)
設(shè)想由液壓結(jié)構(gòu)帶動(dòng)剛索伸縮運(yùn)動(dòng)，剛索的另端經(jīng)過(guò)滑輪固結(jié)在柱上，液壓缸固結(jié)在平板上，由于剛索的伸縮，產(chǎn)生反作用力，舉升汽車。具體過(guò)程如圖3.3所示。
上升
剛索
上限位開關(guān)
升降板
液壓結(jié)構(gòu)
下降
下限位開關(guān)
圖3.3 系統(tǒng)框圖
PLC程序
優(yōu)點(diǎn)：
（1）液壓傳動(dòng)可在運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速方便且調(diào)速范圍大。
（2）在相同功率的情況下，液壓傳動(dòng)裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。
（3）液壓傳動(dòng)工作比較平穩(wěn)、反應(yīng)快、換向沖擊,能快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁換向。
（4）液壓傳動(dòng)的控制調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單，操作方便、省力，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，當(dāng)其與電氣控制結(jié)合，更易實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)。
（5）液壓傳動(dòng)易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，液壓元件能夠自行潤(rùn)滑，故使用壽命較長(zhǎng)。
（6）由于液壓元件已實(shí)現(xiàn)了系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，過(guò)制造、使用和維護(hù)都比較方便。
主要缺點(diǎn)：
（1）由于流體流動(dòng)的阻力損失和泄漏較大,所以效率較低。如果處理不當(dāng),泄漏不僅污染場(chǎng)地,而且還可能引起火災(zāi)和爆炸事故。
（2）工作性能易受溫度變化的影響,因此不宜在很高或很低的溫度條件下工作
通過(guò)綜合考慮和對(duì)比，利用液壓結(jié)構(gòu)在汽車舉升機(jī)構(gòu)中具有明顯優(yōu)勢(shì)。
4 機(jī)械部件設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1 舉升機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程原理
本四柱舉升機(jī)由液壓驅(qū)動(dòng)，通過(guò)滑輪與鋼絲繩傳遞應(yīng)力，具體運(yùn)動(dòng)流程見圖4.1：
電動(dòng)機(jī)
液壓缸
鋼絲繩
平 板
圖4.1 簡(jiǎn)單示意流程圖
在上述流程中，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，液壓缸排液，與鋼絲繩連接的液壓桿縮回，通過(guò)滑輪的變向，使平板受到向上的的舉升力，平板被向上舉升。同樣的，當(dāng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，液壓缸注液，掖壓桿伸出，此時(shí)平板仍然受向上的力，只是鋼絲繩在伸長(zhǎng)，平板受重力作用自動(dòng)下降。
簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)示意圖見下圖4.2：
圖4.2 簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)示意圖
由以上結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖可見：
（1）由于平板的舉升、下降是由液壓桿的伸縮運(yùn)動(dòng)控制，所以平板的最大舉升高度主要受液壓桿初始長(zhǎng)度的影響，安裝的時(shí)候液壓桿初始長(zhǎng)度1米的話，最大舉升高度也為1米。
（2） 立柱內(nèi)固定點(diǎn)實(shí)則為立柱蓋上與鋼絲繩連接的一結(jié)構(gòu)，在安裝時(shí)可以調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，（示意圖上為上移或下移固定點(diǎn)）使得被四個(gè)立柱支撐的平板在同一水平面內(nèi)。
4.2 立柱設(shè)計(jì)計(jì)算
此設(shè)計(jì)為四柱舉升機(jī)，共有四根立柱，呈對(duì)稱布置，故只分析設(shè)計(jì)其中一根即可。立柱承受主要的應(yīng)力，因此有較高的強(qiáng)度要求。
由于立柱可簡(jiǎn)化為一端固定，一端自由的壓桿，所以主要從穩(wěn)定性方面考察立柱的工作形式。立柱的簡(jiǎn)化圖如圖4.3：
圖4.3 立柱受力分析圖
由材料力學(xué)的知識(shí)可得，壓桿失穩(wěn)時(shí)桿件上的平均壓應(yīng)力稱為臨界應(yīng)力，也即我們要討論的應(yīng)力。
細(xì)長(zhǎng)壓桿的臨界應(yīng)力為：
…………………………………………………………(4.1)
為長(zhǎng)度系數(shù)。對(duì)于不同的受壓形式桿件有不同的數(shù)值。在本例中=2.0
E 為彈性模量 ，
I 為慣性矩，
A 為截面面積，
L 為壓桿長(zhǎng)度，mm
若引入截面的慣性半徑 i ：
…………………………………………………………………………（4.2）
再引入柔度因子：
…………………………………………………………………………（4.3）
那么臨界應(yīng)力可表示為：
…………………………………………………………………… （4.4）
現(xiàn)確定截面的慣性矩。截面尺寸見下圖4.4：
圖4.4 立柱截面圖
圖中：
a = 10 立柱壁厚，mm
b = 180 立柱去除壁厚后的寬度，mm
B = 200 立柱的寬度，mm
h = 130 立柱去除壁厚后的高度，mm
H = 150 立柱的高度，mm
L = 40 立柱緣的寬度，mm
計(jì)算如下：
截面形心的縱坐標(biāo)：
所以各分截面對(duì)形心軸的慣性矩為：
所以 截面對(duì)Z軸的慣性矩為：
因?yàn)椴牧蠟镼235，查手冊(cè)可得
所以此桿屬于小柔度桿。
應(yīng)用公式：
…………………………………………………（4.5）
由手冊(cè)可得Q235的
所以
即可承受壓應(yīng)力值。
由于設(shè)計(jì)舉升重量為4t 假設(shè)最大舉升機(jī)重量為3t
則每根立柱實(shí)際最大承重P=17.25KN 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于
所以滿足強(qiáng)度要求。
4.3 梁設(shè)計(jì)計(jì)算
梁力學(xué)上可簡(jiǎn)化為下圖4.5：
圖4.5 梁受力圖
圖中：
L——梁的有效長(zhǎng)度，mm
G——梁的自重，N
a——梁的支架到承受橋上重力一端的距離，mm
c——架在梁上，橋與梁接觸的有效寬度，mm
由設(shè)計(jì)過(guò)程，可得：
a = 250mm
c = 500mm
L = 3000mm
q = 20N/mm
G = 842.4N
由計(jì)算來(lái)看，自重相對(duì)于梁上所受外力很少，為簡(jiǎn)化后面計(jì)算，忽略自重，對(duì)最終計(jì)算結(jié)果基本無(wú)影響。
現(xiàn)計(jì)算過(guò)程如下：
由梁的平衡條件可得：
由梁的受力情況繪出梁上的剪力及彎矩圖，如圖4.6
圖4.6 彎矩圖
由圖得：
——梁上最大剪力
——梁上最大彎矩
4.3.1 強(qiáng)度校核
梁的截面尺寸如圖4.7：
圖4.7 梁截面圖
由設(shè)計(jì)過(guò)程可得：
所以：
所以截面對(duì)形心軸的慣性矩
由于45#
所以此梁滿足強(qiáng)度要求。
4.3.2 剛度校核
在q的作用下，梁產(chǎn)生的最大擾度為于中點(diǎn)，則
……………………………（4.6）
其中：
E=210Mpa 材料的彈性模量
b = a+c/2
所以
符合剛度要求。
4.4 橋身設(shè)計(jì)計(jì)算
橋身力學(xué)上可簡(jiǎn)化為下圖4.8：
圖4.8 橋身受力圖
其中 C ，D兩點(diǎn)視為車輪與橋身的接觸點(diǎn)
橋身與梁的接觸面簡(jiǎn)化為A ，B兩點(diǎn)
由設(shè)計(jì)過(guò)程得：
L1=2500mm
L2=1025mm
L=4550mm
G=10000N 單個(gè)車輪上的車重
由平衡條件可得梁對(duì)橋升的反力：
由橋身的受力情況繪出橋身上的剪力及彎矩圖，如圖4.9：
圖4.9 彎矩圖
由圖得：
——梁上最大剪力
——梁上最大彎矩
4.4.1 強(qiáng)度校核
橋身的截面尺寸如圖4.10：
圖4.10 橋身截面圖
由設(shè)計(jì)過(guò)程可得：
所以：
所以截面對(duì)形心軸的慣性矩
由于45#
所以此梁滿足強(qiáng)度要求。
4.4.2 剛度校核
在q的作用下，梁產(chǎn)生的最大擾度位于中點(diǎn)，則由公式4.6
其中：
E=210Mpa 材料的彈性模量
b = a+c/2
所以
符合剛度要求。
4.5 鋼絲繩強(qiáng)度校核
表4.1鋼絲繩類型（GB/T8918-1996)
組別
類別
分類原則
典型結(jié)構(gòu)
直徑范圍/mm
鋼絲繩
股繩
1
圓股鋼絲繩
6×7
6個(gè)圓股，每股外層絲可到7根，中心絲(或無(wú))外捻制1～2層鋼絲，鋼絲等捻距
6×7
(6+1)
2～36
6×9W
(3/3+3)
14～36
2
6×19(a)
6個(gè)圓股，每股外層絲8～12根，中心絲外捻制2～3層鋼絲，鋼絲等捻距
6×19S
(9+9+1)
9～36
6×19W
(6/6+6+1)
8～40
6×25Fi
(12+6F+6+1)
14～44
6×26SW
(10+5/5+5+1)
13～40
6×31SW
(12+6/6+6+1)
12～46
3
6×37(a)
6個(gè)圓股，每股外層絲14～18根，中心絲外捻制3層或3層以上的鋼絲，鋼絲等捻距
6×36SW
(14+7/7+7+1)
12～52
6×41SW
(16+8/8+8+1)
32～48
6×49SWS
(16+8/8+8+8+1)
36～40
6×55SWS
(18+9/9+9+9+1)
36～64
4
8×19
8個(gè)圓股，每股外層絲8～12根，中心絲外捻制2～3層鋼絲，鋼絲等捻距
8×19S
(9+9+1)
11～44
8×19W
(6/6+6+1)
10～48
8×25Fi
(12+6F+6+1)
18～52
8×26SW
(10+5/5+5+1)
16～48
8×31SW
(12+6/6+6+1)
14～56
5
8×37
8個(gè)圓股，每股外層絲14～18根，中心絲外捻制3層或3層以上的鋼絲，鋼絲等捻距
8×36SW
(14+7/7+7+1)
14～60
8×41SW
(16+8/8+8+1)
40～56
8×49SWS
(16+8/8+8+8+1)
44～64
8×55SWS
(18+9/9+9+9+1)
44～64
6
17×7
鋼絲繩中有17或18個(gè)圓股，在纖維芯或鋼芯外捻制2層股
17×7
(6+1)
6～36
18×7
(6+1)
6～36
18×19W
(6/6+6+1)
14～44
7
34×7
鋼絲繩中有34或36個(gè)圓股，在纖維芯或鋼芯外捻制3層股
34×7
(6+1)
16～44
36×7
(6+1)
16～44
8
6×24
6個(gè)圓股，每股外層絲12～16根，股纖維芯外捻制2層鋼絲
6×24
(15+9+FC)
8～40
6×24S
(12+12+FC)
10～44
6×24W
(8/8+8+FC)
10～44
9
6×19(b)
6個(gè)圓股，每股外層絲12根，中心絲外捻制2層鋼絲
6×19
(12+6+1)
3～7
10
6×37(b)
6個(gè)圓股，每股外層絲18根，中心絲外捻制3層鋼絲
6×37
(18+12+6+1)
5～11
11
異型股鋼絲繩
6V×7
6個(gè)三角形股，每股外層絲7～9根，三角形股芯外捻制一層鋼絲
6V×18
(9+/3×2+3/)
20～36
12
6V×19
6個(gè)三角形股，每股外層絲10～14根，三角形股芯或纖維芯外捻制2層鋼絲
6V×21
(12+9+FC)
11～36
6V×33
(12+12+/3×2+31)
28～44
13
6V×37
6個(gè)三角形股，每股外層絲15～18根，三角形股芯外，捻制2層鋼絲
6V×36
(15+12+/3×2+3/)
32～52
6V×37S
(15+12+/1×7+3/)
32～52
6V×39
(18+12/3×2+3/)
52～58
6V×43
(18+15+/1×7+3/)
52～58
14
4V×39
4個(gè)扇形股，每股外層絲15～18根，纖維股芯外捻制3層鋼絲
4V×39S
(15+15+9+FC)
8～36
4V×48S
(18+18+12+FC)
20～40
15
6Q×19+6V×21
鋼絲繩中有12～14個(gè)股，在6個(gè)三角形股外，捻制6～8個(gè)橢圓形股
6Q×19+6V×21
外股(14+5)
40～58
內(nèi)股(12+9+FC)
6Q×33+6V×21
外股(1513+5)
內(nèi)股(12+9+FC)
參考上表，考慮舉升機(jī)的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)考慮采用圓股6X7型鋼絲繩。查機(jī)械手冊(cè)可得，
單根10.3mm鋼絲繩的
本設(shè)計(jì)中舉升機(jī)加上汽車重量為5t，由四根立住，即四根鋼絲繩舉升，
所以每根鋼絲繩的所受應(yīng)力
得鋼絲繩安全系數(shù)為
符合要求。
4.6 滑輪軸承的選用及校核
下表4.2是截取的一段深溝球軸承的尺寸參數(shù)
在本設(shè)計(jì)中，舉升機(jī)的舉升重量為5T，共有四個(gè)立柱內(nèi)滑輪分別承受1.25T的重量。所以在選用軸承時(shí)擬選用6406這一型號(hào)。
6406具體參數(shù)如下：
名稱＝深溝球軸承
標(biāo)準(zhǔn)=GB/T276-1994
軸承代號(hào)=6406
基本尺寸\d(mm)=30
基本尺寸\D(mm)=90
基本尺寸\B(mm)=23
安裝尺寸\damin(mm)=39
安裝尺寸\Damax(mm)=81
安裝尺寸\rasmax(mm)=1.5
基本額定載荷\Cr(kN)=47.5
基本額定載荷\Cor(kN)=24.5
極限轉(zhuǎn)速\脂(r/min)=8000
極限轉(zhuǎn)速\油(r/min)=10000
重量(kg)=0.71
軸承額定載荷：
每個(gè)軸承實(shí)際載荷：
安全系數(shù)為：
符合要求。
表2 深溝球軸承的尺寸參數(shù)
5 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算
設(shè)計(jì)要求：
額定舉升重量：G1=4000 kg
液壓缸有效工作行程：L2=1500 mm
全行程上升時(shí)間： t1<=60s
全行程下降時(shí)間： t2>=20s
液壓缸參數(shù)：
選用“HCS-80-拉”型液壓缸，主要尺寸：
缸體外徑 D=95 mm
活塞直徑 d1=80 mm
活塞桿直徑 d2=30mm
活塞最大行程 Lm=1750 mm
液壓缸工作壓力計(jì)算：
液壓泵流量選擇：
升降速度：
上升速度
下降速度 由限流閥調(diào)節(jié)
升降時(shí)間：
上升時(shí)間
下降時(shí)間 由限流閥調(diào)節(jié)
液壓缸動(dòng)力單元功率計(jì)算：
…………………………………………………（5.1）
其中 為液壓泵的總效率 本設(shè)計(jì)中取 0.7
所以 P=0.973KW
所以選定電動(dòng)機(jī)功率為=1.1KW 可選用型號(hào) Y802-2
活塞缸強(qiáng)度驗(yàn)算
根據(jù)活塞桿只受拉力作用的工作情況，演算公式為：
…………………………………………………（5.2）
其中：=530MPa 材料抗拉強(qiáng)度
n = 5 安全系數(shù)
所以，
活塞實(shí)際直徑 滿足強(qiáng)度要求。
6 電氣控制原理
舉升機(jī)是通過(guò)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，這必然要涉及電氣控制。本設(shè)計(jì)采用繼電器控制原理，通過(guò)繼電器和幾個(gè)開關(guān)元件達(dá)到簡(jiǎn)單控制的目的。由于舉升機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，這種控制比較適合。
下圖6.1即為所設(shè)計(jì)的控制原理圖，現(xiàn)簡(jiǎn)單闡述如下：
圖為電機(jī)正反轉(zhuǎn)按鈕控制電路，從主電路看，接觸器KM1與KM2主觸頭接法不同，因此當(dāng)KM2主觸頭閉合時(shí)，引入電機(jī)的電源線左，右兩相交換，從而改變了相序而使得電機(jī)轉(zhuǎn)向改變。
再分析，電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，按下SB2使得KM1得電并自鎖。此時(shí)按下SB3也不能使接觸器KM2得電。電機(jī)要反轉(zhuǎn)時(shí)，必須先按下停止按鈕SB1，使得KM1失電，其常閉觸頭閉合，然后在按下SB3，KM2才能得電，電機(jī)反轉(zhuǎn)。
圖6.1 電氣控制原理示意圖
安全控制機(jī)構(gòu)的控制原理是基于如下圖6.2結(jié)構(gòu)的：
圖6.2 安全裝置
KM3是電磁鐵繼電器，結(jié)構(gòu)上就安裝在 1 處。初始電磁鐵不得電，結(jié)構(gòu)處于圖示狀態(tài)，當(dāng)SB4閉合，繼電器得電，電磁鐵吸引活動(dòng)擋板向左移動(dòng)，彈簧推動(dòng)安全板也向左移動(dòng)，與凸臺(tái)接觸或者擱置于凸臺(tái)上，安全機(jī)構(gòu)起作用。當(dāng)KM3失電，電磁鐵失去吸引力，活動(dòng)擋板向左移動(dòng)，回到初始位置，安全斑與凸臺(tái)分離，安全機(jī)構(gòu)失去作用，舉升機(jī)可下降。
7 結(jié)論
（1）計(jì)算結(jié)果表明預(yù)定方案基本可行。
（2）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求。
（3）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理、尺寸緊湊、容易制造、生產(chǎn)成本低、容易組織生產(chǎn)。
（4）所選液壓缸的行程、強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求，且整個(gè)行程上升時(shí)間小于60s。
（5）電氣控制設(shè)計(jì)使舉升機(jī)簡(jiǎn)單易操作。
（6）預(yù)定的技術(shù)路線是成功的，設(shè)計(jì)步驟是合理的。
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附 錄
1 四柱式汽車舉升機(jī)UG三維視圖
2 汽車舉升機(jī)交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
45