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摘 要
當(dāng)前在汽車維修中所使用的液壓同步升降平臺(tái)在汽車的維修方面發(fā)揮著重要的作用，通過對(duì)同步升降平臺(tái)的各種液壓閥、液壓缸、液壓泵站的創(chuàng)新改進(jìn)，使得液壓同步升降平臺(tái)擁有運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲低、響應(yīng)速度快、同步精度高等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于在我國(guó)汽車的維修與保養(yǎng)中起著不可替代的作用，應(yīng)用前景廣泛。
4S店汽車維修專用升降機(jī)是雙鉸接剪叉式升降機(jī)，它是在原由的剪叉式升降機(jī)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用現(xiàn)在的靈活性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)；結(jié)構(gòu)以能夠滿足靈活性要求較高的汽車維修需要為前提而設(shè)計(jì)的。
通過對(duì)雙鉸接剪叉式升降機(jī)機(jī)構(gòu)位置參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)的分析，結(jié)合具體實(shí)例，對(duì)機(jī)構(gòu)中兩種液壓缸布置方式分析比較，并根據(jù)要求對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)各部分進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算最終確定液壓執(zhí)行元件-液壓缸，通過對(duì)叉桿的各項(xiàng)受力分析確定臺(tái)板與叉桿的載荷要求，最終完成剪叉式液壓升降機(jī)的設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵字：升降臺(tái)；剪叉式；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；液壓
III
Abstract
Hydraulic synchronizing lifting platform currently used in automobile repair plays an important role in automobile repair, by improving the innovation of various hydraulic valves, synchronous lifting platform hydraulic cylinder, hydraulic station, hydraulic synchronizing lifting platform with the smooth running, low noise, fast response speed, synchronous precision, it plays an irreplaceable role in the repair and maintenance of cars in China, extensive application prospect.
Double-hinged scissors lifts in the design of the previously scissors lifts on the basis of the present application flexibility, security, economic and other indicators, structural flexibility to meet higher requirements of vehicle maintenance the need for premise, and the response by different models to meet vehicle maintenance, and other performance requirements.
Through the double-hinged scissors lifts Position parameter and the dynamic parameters of technology, combined with specific examples, the agency improved in the hydraulic cylinder layout analysis and comparison, and in accordance with the requirements of part of a hydraulic system design and calculation of final Pressure implementation components - hydraulic cylinder, through analysis of the fork-defined plate and fork-load requirements, the final completion of scissors hydraulic lifts the design requirements.
Key Words： lifting platform ；scissors forks ；configuration design ； hydraulic pressure
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
第一章 緒 論 1
1.1 升降機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史 1
1.2 汽車升降機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 2
1.3 汽車升降機(jī)的安全保證措施 2
1.3.1 設(shè)計(jì)制造方面的安全保證措施 3
1.3.2 使用維護(hù)方面的安全保證措施 3
第二章 剪叉式升降臺(tái)的應(yīng)用及其受力分析的討論 5
2.1 剪叉式升降平臺(tái)的三種結(jié)構(gòu)形式 5
2.2 雙鉸接剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)的位置參數(shù)計(jì)算 6
2.3 雙鉸接剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 8
2.4 剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題 9
2.5 針對(duì)性比較小實(shí)例： 9
2.6雙鉸接剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)中兩種液壓缸布置方式的分析比較 11
2.6.1問題的提出： 11
2.6.2兩種布置方式的分析和比較： 12
2.6.3實(shí)例計(jì)算 14
第三章 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 17
3.1明確設(shè)計(jì)要求 制定基本方案： 17
3.2制定液壓系統(tǒng)的基本方案 17
3.2.1確定液壓執(zhí)行元件的形式 17
3.2.2 確定液壓缸的類型 18
3.2.3 確定液壓缸的安裝方式 18
3.2.4 缸蓋聯(lián)接的類型 19
3.2.5擬訂液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路 19
3.2.6液壓源系統(tǒng) 19
3.3確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 19
3.3.1載荷的組成與計(jì)算： 19
3.3.2初選系統(tǒng)壓力 22
3.3.3計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 22
3.3.4確定液壓泵的參數(shù) 25
3.3.5管道尺寸的確定 26
3.3.6油箱容量的確定 27
3.4 液壓缸主要零件結(jié)構(gòu)、材料及技術(shù)要求 27
3.4.1缸體 27
3.4.2 活塞 28
3.4.3 活塞桿 29
3.4.4活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵 29
3.4.5液壓缸的排氣裝置 30
3.4.6 液壓缸安裝聯(lián)接部分的型式及尺寸 30
3.4.7 繪制液壓系統(tǒng)原理圖 31
第四章 臺(tái)板與叉桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 34
4.1確定叉桿的結(jié)構(gòu)材料及尺寸 34
4.2橫軸的選取 37
第五章 總結(jié) 39
參考文獻(xiàn) 41
4S店汽車維修專用升降機(jī)的設(shè)計(jì)
第一章 緒 論
汽車升降機(jī)是4S店汽車維修作業(yè)中必不可少的設(shè)備，它的主要作用就是為發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、變速器等養(yǎng)護(hù)和維修提供方便。升降機(jī)是從上世紀(jì)20年代開始使用，發(fā)展至今經(jīng)歷了許多的變化改進(jìn)，種類也比較多，一般有柱式、剪式，其驅(qū)動(dòng)方式有鏈條傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)，氣壓傳動(dòng)等。本章就從升降機(jī)的產(chǎn)生、發(fā)展以及制造工藝等方面進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。
1.1 升降機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史
汽車升降機(jī)在世界上已經(jīng)有了70年歷史。1925年在美國(guó)生產(chǎn)的第一臺(tái)汽車升降機(jī)，它是一種由氣動(dòng)控制的單柱升降機(jī)，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年這種單柱升降機(jī)才在美國(guó)以外的其它地方開始采用。
1966年，一家德國(guó)公司生產(chǎn)出第一臺(tái)雙柱升降機(jī)，這是升降機(jī)設(shè)計(jì)上的又一突破性進(jìn)展，但是直到1977這種升降機(jī)才在德國(guó)以外的其它國(guó)家出現(xiàn)?，F(xiàn)在雙柱升降機(jī)在市場(chǎng)上以占據(jù)牢固的地位，其銷量還在持續(xù)增長(zhǎng)。它和四柱升降機(jī)相比，既有優(yōu)點(diǎn)，也有缺點(diǎn)，以下將作簡(jiǎn)要說明。
我們所見到的絕大多數(shù)升降機(jī)均采用固定安裝方式。在舉升前汽車必須駛上升降機(jī)。在移動(dòng)式升降機(jī)方面也有幾項(xiàng)成功設(shè)計(jì)，如剪式升降機(jī)、菱架式升降機(jī)等。但這類升降機(jī)仍存在兩個(gè)主要問題，接近汽車下部較難；在車間移動(dòng)升降機(jī)時(shí)難逾越地面上的障礙物。當(dāng)然，可移動(dòng)性是這類升降機(jī)的突出優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)在固定安裝的單柱、雙柱、四柱升降機(jī)已在維修現(xiàn)場(chǎng)廣泛采用，而移動(dòng)式升降機(jī)卻相對(duì)要少得多。
最初設(shè)計(jì)單柱升降機(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)域接近主要升降機(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，這可能是單柱升降機(jī)在該地區(qū)的市場(chǎng)上仍然受到歡迎的重要原因。單柱升降機(jī)有兩大優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)其下降后，不致成維修車間的障礙物；汽車可在升降機(jī)上轉(zhuǎn)動(dòng)。但美國(guó)卻受到了責(zé)難，主要是升降機(jī)的旋轉(zhuǎn)會(huì)帶來撞擊操作人員的危險(xiǎn)。單柱升降機(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。舉升用的油缸潛藏在地下也給維修帶來兩大問題：第一是檢修這些零部件頗為困難；其次是由于油缸所處的環(huán)境條件差，容易生銹，特別是地下水位較高時(shí)更是如此。
雙柱升降機(jī)（包括液壓式或機(jī)械式），均具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，檢修汽車下部具有很高的可接近性（幾乎達(dá)到100%）；其次，采用車輪自由型的方式支撐汽車，因而拆卸車輪時(shí)不需要其它輔助性的舉升措施；第三，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面小。雙柱升降機(jī)的缺點(diǎn)是：第一為確保安全，安置升降機(jī)時(shí)要求非常嚴(yán)格，否則在舉升過程中容易搖晃或顛覆；第二，由于升降機(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，因而雙柱升降機(jī)的安全工作壽命一般要比四柱升降機(jī)低。
四柱升降機(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，汽車很容易正確無誤地駛上四柱升降機(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)也不致墜入其間的空隙中。車輪支撐型四柱升降機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：第一，升降機(jī)裝載汽車時(shí)勿需較高的技術(shù)，操作也很簡(jiǎn)便；第二，承載時(shí)非常穩(wěn)定；第三，支撐載荷受力簡(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，其混凝土厚度能夠固牢立柱的地腳螺栓即可。四柱升降機(jī)的缺點(diǎn)是：和雙柱升降機(jī)相比，戰(zhàn)地面積教大，對(duì)汽車檢修區(qū)域可接近性較差。
解放后，特別是改革開放以來，我國(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)不斷發(fā)展壯大。各種升降機(jī)設(shè)備如雨后春筍，不斷涌現(xiàn)，質(zhì)量不斷提高，銷量逐年增加。
有人說，對(duì)于汽車維修企業(yè)來說，汽車升降機(jī)可能是除廠房而外的最重要的投資，因?yàn)樗哂兄陵P(guān)重要和不可替代的作用，甚至直接影響到汽車維修業(yè)務(wù)的興衰。汽車升降機(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升降機(jī)，為汽車維修企業(yè)服務(wù)。
1.2 汽車升降機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
（1）升降機(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)盡可能降低升降機(jī)臺(tái)板和橫梁的高度；這樣，既便于汽車駛上升降機(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)，升降機(jī)臺(tái)板（或橫梁）應(yīng)選擇專用型鋼或用鋼板拆彎成形。
（2）正確選擇傳動(dòng)方式。采用機(jī)械傳動(dòng)（螺母、螺桿）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)械式升降機(jī)的螺母、螺栓磨損較快，而液壓式升降機(jī)的維修量卻相對(duì)要小些。雖然液壓式升降機(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)資產(chǎn)品。
（3）絲繩的選擇。為了減少滑輪直徑從而縮小寄生機(jī)立柱的斷面尺寸，應(yīng)該選用高柔度的鋼絲繩。鋼絲繩應(yīng)有較高的安全系數(shù)，一般應(yīng)達(dá)8。為此，應(yīng)增加鋼絲繩鋼絲的數(shù)目。如英國(guó)某公司3t系列的升降機(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?；喭ǔＳ娩摬闹瞥桑摴静捎貌ＡЮw維與尼龍混合制成（50%的玻璃纖維、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。
1.3 汽車升降機(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。汽車升降機(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。
汽車升降機(jī)的安全保證措施主要從兩方面著手：一方面從設(shè)計(jì)制造方面采取措施，好提高汽車升降機(jī)的安全技術(shù)特性；另一方面則應(yīng)在使用維修過程中遵循嚴(yán)格的操作規(guī)程，保證汽車升降機(jī)能在良好的技術(shù)狀態(tài)下正確地運(yùn)行?，F(xiàn)分別說明與后。
1.3.1 設(shè)計(jì)制造方面的安全保證措施
當(dāng)今世界上的許多先進(jìn)技術(shù)，如自動(dòng)控制\光電開關(guān)等，已廣泛應(yīng)用到各種安全裝置的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，因而在設(shè)計(jì)制造升降機(jī)時(shí)，應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品的特點(diǎn)，積極采用先進(jìn)可靠實(shí)用的現(xiàn)代安全技術(shù)。以下僅列舉多數(shù)升降機(jī)普遍采用的安全措施。
（1）升降機(jī)應(yīng)能經(jīng)受超負(fù)荷試驗(yàn)(包括舉升和支撐)，一般應(yīng)為最大舉升能力的125%此時(shí)升降機(jī)的構(gòu)件不得有任何永久性的變形和損壞。
（2）所有的操作控制機(jī)構(gòu)均采用“雙重保險(xiǎn)”，以防誤操作，即升降機(jī)運(yùn)行前必需操作兩個(gè)控制機(jī)構(gòu)(或按鈕開關(guān))后才能驅(qū)動(dòng)。
（3）所有的控制電路均采用失效保護(hù)，即任何單個(gè)元件失效，也不會(huì)使升降機(jī)墜或上升所造成非常危險(xiǎn)的局面。
（4）所有的升降機(jī)器件均應(yīng)有第二支撐系統(tǒng)。原有的提升系統(tǒng)失效時(shí)，它能自動(dòng)進(jìn)行有效的支撐。
（5）所有的柔性提升手段，如鋼絲繩，鏈條等，均應(yīng)有足夠的安全系數(shù)，并在制造廠設(shè)置的保護(hù)罩內(nèi)傳動(dòng)。
（6）所有的運(yùn)動(dòng)零件均應(yīng)有防護(hù)裝置，以免撞擊操作人員的任何部位，特別是手，足，衣服等。
（7）所有升降機(jī)的設(shè)計(jì)均應(yīng)把舉升重物滑移的可能性降低到最低限度。
1.3.2 使用維護(hù)方面的安全保證措施
使用維護(hù)方面的安全保證措施涉及的范圍很廣，包括升降機(jī)有使用前的準(zhǔn)備工作，舉升汽車時(shí)應(yīng)該注意的事項(xiàng)，承載時(shí)的穩(wěn)定性，降下汽車時(shí)的注意事項(xiàng)，日常和定期維修檢查工作等。雖然汽車升降機(jī)已有70年的歷史，其設(shè)計(jì)原理并無多大改變;但如果忽視安全要求，超載使用，疏忽大意，仍然會(huì)造成嚴(yán)重事故，甚至發(fā)生人身傷亡。因此安全問題一定要引起使用單位和操作人員的高度重視。首先，應(yīng)選購(gòu)那些安全性能良好的汽車升降機(jī)，另外，還應(yīng)認(rèn)真學(xué)習(xí)和理解說明書中的各項(xiàng)安全注意事項(xiàng)并認(rèn)真貫切執(zhí)行。這里僅就使用維護(hù)升降機(jī)時(shí)普遍應(yīng)當(dāng)注意的事項(xiàng)說明于后。
（1）使用中的升降機(jī)每天都應(yīng)進(jìn)行檢查。發(fā)現(xiàn)有效故障或零部件損壞時(shí)，不得再使用。維修時(shí)應(yīng)采用該升降機(jī)的制造廠所提供的配件，不得隨意代替或自制。
（2）升降機(jī)不得超載使用。每臺(tái)升降機(jī)的額定載荷均注明在設(shè)備的銘牌上。特別要注意防止偏載，即整機(jī)雖未超載而某一舉升臂確已超過允許的額定載荷。故欲舉升那些前后軸載荷嚴(yán)重分配不均的汽車時(shí)應(yīng)特別注意，能滿足要求的才能裝載使用。
（3）安置汽車和使用升降機(jī)均應(yīng)由經(jīng)過培訓(xùn)并經(jīng)考核合格的人員操作。
（4）舉升汽車時(shí)，車內(nèi)不得有人。升降機(jī)升降和使用時(shí)，顧客和無關(guān)人員應(yīng)遠(yuǎn)離升降機(jī)。
（5）升降機(jī)區(qū)域內(nèi)不得有任何障礙物，如油脂、廢物、瓦礫等。
（6）當(dāng)汽車駛上升降機(jī)前，應(yīng)清除通道，不得駛過或撞擊舉升臂，連接器，車軸支撐器等，以防損壞升降機(jī)或汽車。
（7）在升降機(jī)上承載汽車時(shí)應(yīng)仔細(xì)操作。將升降機(jī)的支撐器安置到汽車制造廠推薦的升降機(jī)逞力接觸點(diǎn)。只有當(dāng)支撐器與汽車上的承力點(diǎn)接觸嚴(yán)密后才能將升降機(jī)升起;對(duì)其接觸的嚴(yán)密性進(jìn)行認(rèn)真檢查后，才能將汽車舉升到需要的工作高度。
（8）要注意某些汽車上的零部件由于移動(dòng)或安裝位置的不同會(huì)引起重心的急劇變化，從而導(dǎo)致舉升汽車時(shí)的不穩(wěn)定。
（9）升降機(jī)降下前，應(yīng)將汽車下面的工具箱，臺(tái)架及其它設(shè)備全部移開。要降下升降機(jī)前，還必須松開鎖緊裝置。
注意:如欲在汽車下面進(jìn)行維修作業(yè)時(shí)，應(yīng)將升降機(jī)提升到足夠的高度，以便鎖緊裝置嚙合。
43
第二章 剪叉式升降臺(tái)的應(yīng)用及其受力分析的討論
2.1 剪叉式升降平臺(tái)的三種結(jié)構(gòu)形式
本討論的目的通過分析氣液動(dòng)類的剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，論述了設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題及其應(yīng)用范圍。氣液動(dòng)剪叉式升降平臺(tái)具有制造容易、價(jià)格低廉、堅(jiān)實(shí)耐用、便于維修保養(yǎng)等特點(diǎn)。在民航、交通運(yùn)輸、冶金、汽車制造等行業(yè)逐漸得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)中主要側(cè)重于小型家用液壓式的升降平臺(tái)。在設(shè)計(jì)氣液動(dòng)剪叉式升降平臺(tái)的過程中，一般我們會(huì)考慮如下三種設(shè)計(jì)方案，如簡(jiǎn)圖2-1所示：
圖2-1 三種剪叉式升降臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
圖2-1中表示氣液動(dòng)剪叉式升降平臺(tái)的三種結(jié)構(gòu)形式。長(zhǎng)度相等的兩根支撐桿AB和MN鉸接于二桿的中點(diǎn)E，兩桿的M、A端分別鉸接于平板和機(jī)架上，兩桿的B、N端分別與兩滾輪鉸接，并可在上平板和機(jī)架上的導(dǎo)向槽內(nèi)滾動(dòng)。圖中的三種結(jié)構(gòu)形式的不同之處在于驅(qū)動(dòng)件液壓缸的安裝位置不同。
圖a中的驅(qū)動(dòng)液壓缸的下不固定在機(jī)架上，上部的活塞桿以球頭與上平板球窩接觸。液壓缸通過活塞桿使上平板鉛直升降。
圖b中的臥式液壓缸活塞桿與支撐桿MN鉸接于N處。液壓缸驅(qū)動(dòng)活塞桿控制平臺(tái)鉛直升降。
圖c中的液壓缸缸體尾部與機(jī)架鉸 接于G處，活塞桿頭部與支撐桿AB鉸接于F處。液壓缸驅(qū)動(dòng)活塞桿可控制平臺(tái)鉛直升降。
按照液壓缸的安裝形式，稱圖a的形式為直立固定剪叉式結(jié)構(gòu)，圖b的形式為水平固定剪叉式，圖c的形式為雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)。
直立固定剪叉式結(jié)構(gòu)，液壓缸的行程等于平臺(tái)的升降行程，整體結(jié)構(gòu)尺寸龐大，且球鉸鏈加工負(fù)載，在實(shí)際種應(yīng)用較少。
水平固定剪叉式機(jī)構(gòu)，通過分析計(jì)算可知，平臺(tái)的升降行程大于液壓缸的行程，在應(yīng)用過程中可以實(shí)現(xiàn)快速控制升降的目的，但不足之處是活塞桿受到橫向力的作用，影響密封件的使用壽命。而且活塞桿所承受的載荷力要比實(shí)際平臺(tái)上的載荷力要大的多。所以實(shí)際也很少采用。
雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)避免了上述缺點(diǎn)。結(jié)構(gòu)比較合理，平臺(tái)的升降行程可以達(dá)到液壓缸行程的二倍以上。因此，在工程實(shí)際中逐漸得到廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)就重點(diǎn)對(duì)雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)形式加以分析、論述。
2.2 雙鉸接剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)的位置參數(shù)計(jì)算
由圖2-2可知
圖2-2位置參數(shù)示意圖
(2.1)
(2.2)
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（2.2）式代入（2.1）式，并整理得
。 （2.3）
設(shè)代入（2.3）式得
（2.4）
在（2.4）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2-3 運(yùn)動(dòng)參數(shù)示意圖
圖2-3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2-3可知：
（2.5）
在（2.5）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。
2.3 雙鉸接剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
圖2-4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。通過分析機(jī)構(gòu)受力情況并進(jìn)行計(jì)算（過程省略）得出：
升降平臺(tái)上升時(shí)
（2.6）
升降平臺(tái)下降時(shí)
（2.7）
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)很小（f=0.01）,為簡(jiǎn)化計(jì)算，或忽略不計(jì)，由（2.6）、（2.7）式簡(jiǎn)化為：
（2.8）
2.4 剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題
由式（2.5）和（2.8）可知：當(dāng)、增大時(shí)，值隨之減??；當(dāng)、減小時(shí)，P/Q值隨之增大。在確定整體結(jié)構(gòu)值隨之減??；當(dāng)、減小時(shí)，P/Q值隨之增大，在液壓缸行程不變的情況下，升降平臺(tái)升降行程會(huì)減??；反之，則會(huì)使液壓缸行程受力增大。因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮升降行程與液壓缸受力兩個(gè)因素。在滿足升降行程及整體結(jié)構(gòu)尺寸的前提下，選取較高的、初始值。而且在整個(gè)機(jī)構(gòu)中AB支撐桿是主要受力桿件，承受有最大的彎矩，所以應(yīng)重點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。
液壓缸可采用單作用缸也可以采用雙作用缸，不過要看具體情況。一般我們都采用單作用柱塞缸，因?yàn)椴捎眠@樣的缸比較經(jīng)濟(jì)，而且總體泄漏量少，密封件壽命長(zhǎng)。采用單作用柱塞缸時(shí)考慮到在空載荷時(shí)，上平板的自重應(yīng)能克服液壓缸活塞與缸體間的密封阻力。否則，會(huì)導(dǎo)致升降平臺(tái)降不下來。
2.5 針對(duì)性比較小實(shí)例：
如某自動(dòng)生產(chǎn)線上， 需設(shè)計(jì)一種升降平臺(tái)，要求升降平臺(tái)最大升降行程應(yīng)大于620mm，升降平臺(tái)面最低高度應(yīng)小于300mm，最大承重載荷10050kg
根據(jù)實(shí)際使用要求，我們選取了單作用柱塞缸式液壓缸。液壓缸初始長(zhǎng)度=595mm；最大行程=320mm。升降太機(jī)構(gòu)尺寸：升降臺(tái)面最低高度=281mm;機(jī)架長(zhǎng)度T=1 200;支撐桿長(zhǎng)度L=1 230.5mm.
按照上述尺寸，結(jié)合以上公式分別對(duì)雙鉸接剪叉式和水平固定剪叉式兩種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算結(jié)果見表1、表2和統(tǒng)計(jì)圖2-5（其中滾動(dòng)摩擦忽略不計(jì)）。水平固定剪叉式結(jié)構(gòu)公式如下：
其中，S—液壓缸的實(shí)際行程，T—機(jī)架長(zhǎng)度（A點(diǎn)到G點(diǎn)的距離）。
表1 雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果 mm
s
H
h
P/Q
h/s
0
13.18
14.20
281
0
4.08
0
40
19.67
19.83
414.8
133.8
2.85
2.35
80
24.83
23.46
517.6
236.6
2.34
2.96
120
29.38
26.05
604.7
323.7
2.04
2.70
160
33.59
27.96
681.8
400.8
1.82
2.51
s
H
h
P/Q
h/s
200
37.56
29.93
751.3
470.3
1.66
2.35
240
41.39
30.45
814.9
533.9
1.52
2.22
280
45.11
31.21
873.2
592.2
1.40
2.12
320
48.77
31.74
926.8
645.8
1.29
2.02
表中: S - 液壓缸的實(shí)際行程. H – 升降臺(tái)實(shí)際行程,以下相同.
表2 水平固定剪叉式結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果 mm
S
H
h
P/Q
h/s
0
13.8
281
0
4.27
0
40
19.74
416.4
135.4
2.79
3.39
80
24.67
514.4
233.4
2.18
2.92
120
28.80
593.8
312.8
1.82
2.61
160
32.45
661.3
380.3
1.57
2.37
200
35.77
720.4
439.4
1.39
2.20
240
38.84
772.9
491.9
1.24
2.05
280
41.71
820.1
539.1
1.12
1.93
320
44.44
862.9
581.9
1.02
1.82
從計(jì)算結(jié)果可以看出：在整體結(jié)構(gòu)尺寸相同、液壓缸行程相同的前提下，作用在液壓缸活塞桿上的最大推力,水平固定剪叉式結(jié)構(gòu)大于雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)；升降臺(tái)最大行程，雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)大于水平固定剪叉式結(jié)構(gòu)。
由于采用了雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)液壓升降平臺(tái)，在設(shè)備安裝時(shí)避免了挖地坑，不僅節(jié)省了費(fèi)用，還給以后了設(shè)備維護(hù)和檢修帶來方便。
綜上所述，氣液動(dòng)雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)液壓升降平臺(tái)整體尺寸較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，節(jié)省投資；可獲得缸體二倍以上的升降形成；非常適合于空間尺寸小、升降行程大的場(chǎng)合，是一種值得推薦使用的升降機(jī)構(gòu)。
圖2-5 兩種結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果對(duì)比
2.6雙鉸接剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)中兩種液壓缸布置方式的分析比較
剛剛我們已經(jīng)簡(jiǎn)單的分析并討論了雙鉸接剪叉式液壓升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)與其他兩種機(jī)構(gòu)的區(qū)別以及在實(shí)際應(yīng)用中所存在的利和弊，但是在考慮各方面條件如單作用柱塞式液壓缸、雙鉸連接、雙支撐桿、相同的升降平臺(tái)等都不改變的基礎(chǔ)之上，能否將設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化呢？
為證明這一點(diǎn)，我們可以從該機(jī)構(gòu)的布置方式考慮，將結(jié)構(gòu)略改動(dòng)一下。
從直觀的角度分析考慮，如下圖2-6所示：
圖2-6液壓缸工作示意圖
我們可以從圖上看出，液壓缸的尾部是連接在右側(cè)支撐桿活動(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)稱的左側(cè)，即與剪叉機(jī)構(gòu)的固定支點(diǎn)在同一側(cè)，來進(jìn)一步分析討論。利用瞬時(shí)速度中心法和虛位移原理，推導(dǎo)出這兩種布置方式液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)速度與臺(tái)面升降速度的關(guān)系式及活塞推力與臺(tái)面荷重的關(guān)系式，并對(duì)兩種布置方式進(jìn)行了分析比較，指出了它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用場(chǎng)合。根據(jù)升降臺(tái)剪叉機(jī)構(gòu)的工程實(shí)例做了幾何、運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的對(duì)比計(jì)算和液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理選擇。
2.6.1問題的提出：
液壓缸驅(qū)動(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)[4]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2-7：
圖2-7 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
（2.9）
活塞推力與臺(tái)面荷重的關(guān)系式為
（2.10）
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2-7。這種布置方式的優(yōu)點(diǎn)是液壓缸的有效行程比較短，這在臺(tái)面升程范圍比較大的場(chǎng)合較為適用。存在的問題是在剪叉機(jī)構(gòu)折合后的高度h較小的情況下（即角較?。?，所需液壓缸的推力將大大增加。在液壓缸最高工作壓力限定的情況下，這將使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，不過這將增加一對(duì)液壓缸的支座，同時(shí)帶來機(jī)械加工、液壓缸安裝以及液壓系統(tǒng)的復(fù)雜性，加大了整個(gè)裝置的成本。
2.6.2兩種布置方式的分析和比較：
為了解決以上提出的問題，可考慮將液壓缸反向布置（即采用第一種設(shè)計(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2-8：
圖2-8液壓缸布置在右側(cè)
這里仍用瞬時(shí)速度中心法來求解活塞運(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：
(2.11)
式中，
依據(jù)虛位移原理有：
(2.12)
由圖2分析可得：
經(jīng)變分后：
代入式 (2-12)，整理后得活塞推力：
(2.13)
式(2.11)和式(2.13)的正確性可以用機(jī)械能守恒原理來證明，即
將式(2.13)與式(2.10)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(2.11)與式(2.9)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?，活塞推力的減小是以活塞速度的提高為代價(jià)換來的。
液壓缸布置在剪叉機(jī)構(gòu)的右側(cè)，使得液壓缸的活塞推力減小，這就可以選用直徑較小的液壓缸，有利于液壓缸在剪叉機(jī)構(gòu)中的布置；帶來的問題是液壓缸的有效行程較長(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。
2.6.3實(shí)例計(jì)算
根據(jù)以上分析結(jié)果，結(jié)合實(shí)例進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，實(shí)例結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-9所示，其中左右兩側(cè)分別為兩種布置情況。
圖2-9剪叉機(jī)構(gòu)實(shí)例結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
剪叉機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸：
h=400~1 200mm,=2 000mm,=535mm,=770mm,=3210mm.兩種布置方式主要參數(shù)計(jì)算結(jié)果見下表2-1：
表2-1兩種布置方式主要參數(shù)計(jì)算結(jié)果
參 數(shù)
液壓缸布置在左側(cè)
液壓缸布置在右側(cè)
桿FD傾角
液壓缸傾角
起始角/()
5.739
5.739
起始角/()
20.236
20.236
起始活塞速度
0.185
0.279
起始活塞推力
5.42W
3.58W
參 數(shù)
液壓缸布置在左側(cè)
液壓缸布置在右側(cè)
終止角/()
17.458
17.458
終止角/()
50.473
22.262
活塞有效行程L/mm
253
365
從統(tǒng)計(jì)表中的數(shù)值比較可以看出，液壓缸在剪叉機(jī)構(gòu)中的布置方式對(duì)其運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)有著較明顯的差異。當(dāng)起始角為最小值、時(shí)，活塞推力為最大值。在臺(tái)面荷重W相同的情況下，液壓缸布置在右側(cè)時(shí)的推力明顯小于液壓缸布置在左側(cè)時(shí)的情況，兩者的比值為0.66，而活塞的有效行程L則是液壓缸布置在右側(cè)時(shí)較長(zhǎng)，比在左側(cè)時(shí)增加了112mm。如果載荷量不是很大的話（即載荷量W<1.5kN），這時(shí)可以考慮采用左側(cè)的布置方案，因?yàn)檫@樣可以縮短液壓缸的伸長(zhǎng)長(zhǎng)度。如果伸長(zhǎng)度過大的話，不僅在材料上會(huì)有所浪費(fèi)，而且在長(zhǎng)期承受載荷的同時(shí)也會(huì)相應(yīng)的增大液壓缸及活塞部分的彎曲應(yīng)力。
圖2-10 機(jī)構(gòu)各項(xiàng)參數(shù)
圖2-11 運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化過程
綜合以上考慮，可以初步設(shè)想采用液壓缸布置在左側(cè)的方案。而在該方案中活塞起始的速度小于液壓缸布置在右側(cè)時(shí)的速度，兩者比值=0.66。為了彌補(bǔ)在速度方面的不足，以及減小舉升及整體的體積，可以考慮采用雙級(jí)支撐桿共同舉升平臺(tái)以達(dá)到提升速度的目的。如圖2-10所示：
其轉(zhuǎn)換過程如圖2-11所示,將兩根支撐桿的右側(cè)部分折合到左側(cè)，產(chǎn)生四根相對(duì)比較短的支撐桿，即可達(dá)到目的。
那么首先我們就要計(jì)算一下這樣的設(shè)計(jì)方案所采用的液壓缸的各項(xiàng)參數(shù)，然后再根據(jù)已求得的各項(xiàng)參數(shù)來具體確定一下此方案是否合理。
下面按照本設(shè)計(jì)的基本要求，進(jìn)一步選擇合適的布置方案。為了使升降機(jī)使用范圍廣泛，載荷更具有代表性，本設(shè)計(jì)首先建立了一個(gè)轎車模型，它的有關(guān)參數(shù)是：車自重1.5t, 寬1.42m,高1.4m,軸距2.4m。在載荷方面沒有超出允許的范圍內(nèi)，是可以采用該方案的。為了工作安全起見，要求升降機(jī)在各高度上工作時(shí)都應(yīng)自鎖，完工后可原速或緩速下降，在空載時(shí)也可實(shí)現(xiàn)快速下降，這在下面的液壓系統(tǒng)回路分析中會(huì)探討到。
為了便于維修人員在升降臺(tái)維修，不僅要在升降高度方面要加以合理化，還要留有維修人員站立維修的位置。為此，可以選擇采用雙升降臺(tái)同步舉升并采用共同底板的方式以滿足要求，此布置方案需要兩個(gè)液壓缸，16根支撐桿舉升。為了增強(qiáng)安全可靠性，可以設(shè)其總承載量為，則平均每個(gè)臺(tái)的承載量為。由于這樣平均每個(gè)液壓缸承受的臺(tái)面載荷僅為9800N，所以采用左側(cè)布置液壓缸是完全可以的。
第三章 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)備的起升，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2噸，采用單液壓缸控制聯(lián)接組合叉桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行升降動(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)，無其他附屬功能及特殊功能；
3.2制定液壓系統(tǒng)的基本方案
3.2.1確定液壓執(zhí)行元件的形式
液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸或液壓泵。前者實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，后者完成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，二者的特點(diǎn)及適用場(chǎng)合見下表3-1:
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。
3-1 各執(zhí)行元件的特點(diǎn)
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
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)
名 稱
特 點(diǎn)
適 用 場(chǎng) 合
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——無桿腔的活塞面積 A2——有桿腔的活塞面積
常用的擴(kuò)程機(jī)構(gòu)有如下圖3-1二種形式：
（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，按表37-7-5選擇液壓缸的類型為：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?；钊谐探K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)中液壓缸在作用過程中是一端固定，一端在垂直面上自由擺動(dòng)的形式，因此根據(jù)表37-7-6選擇液壓缸的安裝方式為：尾部耳環(huán)聯(lián)接。
3.2.4 缸蓋聯(lián)接的類型
按缸蓋與缸體的聯(lián)接方式，可分為外螺紋聯(lián)接式、內(nèi)卡鍵聯(lián)接式及法蘭聯(lián)接式三種。這里采用法蘭聯(lián)接。型號(hào)說明：P37-180
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)速度的控制是擬訂液壓回路的核心問題。方向控制用換向閥或是邏輯控制單元來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多數(shù)通過換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動(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)控制閥的組合來實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)剪叉式液壓升降臺(tái)其特點(diǎn)：起升壓力大，運(yùn)行緩慢、平穩(wěn)，能人工控制起升至某一固定高度時(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。在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)過溢流閥回油箱，溢流閥同時(shí)起到開展并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。
為節(jié)省能源并提高效率，液壓泵的供油量要盡量于系統(tǒng)所需流量相匹配。對(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，循環(huán)次數(shù)少，供油量可以適當(dāng)減少以節(jié)省能源，采用單泵供油即可，不需蓄能器儲(chǔ)存能量。
對(duì)于油液的凈化：油液的凈化裝置在液壓源中是必不可少的。一般泵的入口要裝有粗濾油器，進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過相應(yīng)的精濾油器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁過濾或其他形式濾油器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對(duì)溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。
3.3確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)
液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，它們是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。壓力決定于外載荷。流量取決于液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度和結(jié)構(gòu)尺寸。
3.3.1載荷的組成與計(jì)算：
首先，需要確定液壓缸處于最大工作壓力時(shí)的位置，通過上述的討論，得知當(dāng)液壓缸與地面夾角為最小值時(shí)，也即支撐桿與地面夾角為最小值時(shí)，液壓缸處于最大的工作壓力狀態(tài)下。根據(jù)軸距2.4m，將支撐桿的長(zhǎng)度選定2.1m/根。當(dāng)液壓缸下降至最低高度時(shí)（設(shè)此時(shí)支撐桿與地面夾角=）=，
根據(jù)上述公式得=。
圖3-2機(jī)構(gòu)各參數(shù)
現(xiàn)在值還是一個(gè)未知量，但值的大小必須在之內(nèi)，初步設(shè)定。根據(jù)活塞推力與臺(tái)面荷重量關(guān)系式得出P=13.3W。若設(shè)的話，就得出P=11.6W。通過二者比較，時(shí)，活塞的最大推力P要小于時(shí)。即在值不變的條件下，與P是成反比的。但考慮到活塞桿與支撐桿的鉸接點(diǎn)A又不能太靠近兩支撐桿的鉸接點(diǎn)B，否則將會(huì)在兩處鉸接點(diǎn)產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中，以致降低疲勞強(qiáng)度。因此，應(yīng)選比較合適。這時(shí)將代入公式得 ，
當(dāng)平臺(tái)處于最低位置時(shí)，液壓缸荷重P最大，P=11.6W=11.69800=113680N。下面就根據(jù)載荷量來選取合適的液壓缸。
圖3-3液壓缸
圖3-3表示一個(gè)以液壓缸為執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖。各有關(guān)參數(shù)標(biāo)注于圖上，其中是作用在活塞桿上的外部載荷， 是活塞與缸壁以及活塞桿與導(dǎo)向套之間的密封阻力。作用在活塞桿是的外部載荷包括工作載荷 ，導(dǎo)軌的摩擦力和由于速度變化而產(chǎn)生的慣性力。
（1）工作載荷
常見的工作載荷有作用于活塞桿上軸線的重力、切削力、擠壓力等，這些作用力的方向與活塞的運(yùn)動(dòng)方向相同為負(fù)，相反為正。在實(shí)際工作過程中，由于載荷量較大，活塞自身的重力可以忽略不計(jì)，切削力與擠壓力共同組成的外力即為工作載荷，在圖3中，=P。由于本設(shè)計(jì)按最大載荷量定為2噸來計(jì)算，所以每個(gè)液壓缸=P=113680N。
（2）導(dǎo)軌摩擦載荷
對(duì)于直動(dòng)型安裝的液壓缸一般都附有活塞導(dǎo)軌以固定其運(yùn)動(dòng)方向，導(dǎo)軌摩擦相對(duì)于總載荷可以忽略不計(jì)，因此=0。
（3）慣性載荷
，。
——速度變化量m/s
——起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間，s。一般機(jī)械=0.1~0.5s，對(duì)輕度載荷低速運(yùn)動(dòng)部件取小值，對(duì)重載荷高速部件取大值。行走機(jī)械一般取=0.5~1.5s
——加速度
初步選定速度變化量=0.16m/s，=0.6s，則==0.27，
以上三種載荷之和稱為液壓缸的外載荷， 。
起動(dòng)加速時(shí) ， 穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí) ， 減速制動(dòng)時(shí) 。
工作載荷并非每階段都存在，如該階段沒有工作，則=0。但在計(jì)算和校核時(shí)，應(yīng)按照最大值取。
除了外載荷外，作用于活塞上的載荷F還包括液壓缸密封處的摩擦阻力，由于各種液壓缸的密封材質(zhì)和密封形式不同，密封阻力難以精確計(jì)算，一般估算為 式中——液壓缸的機(jī)械效率，一般取0.90~0.95，這里取0.95，
3.3.2初選系統(tǒng)壓力
液壓缸的選擇要遵循系統(tǒng)壓力的大小，要根據(jù)載荷的大小和設(shè)備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況等限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢(shì)必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對(duì)某些設(shè)備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不是很經(jīng)濟(jì)；反之，壓力選的太高，對(duì)泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設(shè)備成本。一般來說，對(duì)于固定尺寸不太受限的設(shè)備，壓力可選低一些，行走機(jī)械重載設(shè)備壓力要選的高一些。按下表3-2初步選取15Mpa。
表3-2 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力
機(jī)械類型
機(jī) 床
農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械建筑機(jī)械
液壓機(jī)大中型挖掘機(jī)重型機(jī)械
磨床
組合
機(jī)床
龍門
刨床
拉床
工作壓力MPa
0.8~0.2
3~5
2~8
8~10
10~18
20~32
3.3.3計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸
⑴液壓缸的相關(guān)參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸
液壓缸有關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)見圖3-4所示：
圖3-4 液壓缸設(shè)計(jì)參數(shù)
圖a為液壓缸活塞桿工作在受壓狀態(tài)，圖b表示活塞桿受拉狀態(tài)。
活塞桿受壓時(shí)
活塞桿受拉時(shí)
式中
——無桿腔活塞有效工作面積
——有桿腔活塞有效工作面積
——液壓缸工作腔壓力 Pa
——液壓缸回油腔壓力 Pa，其值根據(jù)回路的具體情況而定，一般可以按照下表3-3估算
D——活塞直徑 m
d——活塞桿直徑 m
表3-3 執(zhí)行元件背壓力表
系 統(tǒng) 類 型
背 壓 力 MPa
簡(jiǎn)單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)
0.2~0.5
回油帶調(diào)速閥的系統(tǒng)
0.4~0.6
回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)
0.5~1.5
用補(bǔ)油泵的閉式回路
0.8~1.5
回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械
1.2~3
回油路較短，可直接回油路
可忽略不計(jì)
在這里我們?nèi)”硥毫χ?
在本設(shè)計(jì)中，液壓缸不存在受拉的狀態(tài)，所以只考慮其收壓。一般液壓缸在收壓狀態(tài)下工作時(shí)，其活塞面積為：
用運(yùn)此公式須事先確定與的關(guān)系，或是活塞桿徑d與活塞直徑D的關(guān)系，令桿徑比=d/D，其比值可按下表選取。
按工作壓力選取d/D
工作壓力MPa
5.0
5.0~7.0
7.0
d/D
0.5~0.53
0.62~0.7
0.7
按速度比要求確定d/D
（）
1.25
1.33
1.46
0.161
2
d/D
0.4
0.5
0.55
0.62
0.71
注：速度比 ，為活塞兩側(cè)有效面積與之比。即
如按工作壓力應(yīng)選取d/D=0.7，則相應(yīng)的速度比=2，由于活塞不受拉力作用，所以活塞桿收縮時(shí)可以適當(dāng)提高其速度， =2也是完全可以的。
運(yùn)用直徑求法公式
，可以求出d=71.8mm。液壓缸的直徑D和活塞桿徑d的計(jì)算值要按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓缸的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整，如與標(biāo)準(zhǔn)液壓缸參數(shù)相近，最好選用國(guó)產(chǎn)液壓缸，免于自行設(shè)計(jì)加工。按照機(jī)械手冊(cè)中工程液壓缸的技術(shù)規(guī)格表37-7-7可以選擇圓整后的參數(shù)：缸徑100mm，活塞桿70mm,速度比=2，工作壓力16Mpa，推力125.66kN。
⑵計(jì)算活塞桿的行程
當(dāng)平臺(tái)處于最低位置時(shí)，此時(shí)活塞桿應(yīng)處于完全收縮狀態(tài),液壓缸的長(zhǎng)度為最小值，=1320mm。平臺(tái)的高度。
再計(jì)算一下平臺(tái)上升的最大高度，這里設(shè)上升至最大高度的，計(jì)算得出最大高度H=2.1m。此時(shí)活塞桿伸長(zhǎng)至。
當(dāng)活塞桿處于完全收縮狀態(tài)時(shí)，液壓缸的長(zhǎng)度就等于，選定液壓缸長(zhǎng)度為1320mm。計(jì)算其行程： 。
,查表37-7-9可以查得液壓缸長(zhǎng)度不得小于，實(shí)際長(zhǎng)度滿足要求。
3.3.4確定液壓泵的參數(shù)
⑴確定液壓泵的最大工作壓力 Pa，
式中——液壓缸最大工作壓力，根據(jù)可以求出
——從液壓泵出口到液壓缸入口之間的總的管路損失。初算可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選?。汗苈泛?jiǎn)單、流速不大的取0.2~0.5Mpa；管路復(fù)雜，進(jìn)油口有調(diào)速閥的，取0.5~1.5 Mpa。這里取0.5Mpa。
即
⑵確定液壓泵的流量
K——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取1.1~1.3，這里取1.2
——液壓缸的最大流量，對(duì)于在工作中用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，還需加上溢流閥的最小溢流量，一般取
在前面已經(jīng)初步選定臺(tái)面速度變化量=0.16m/s， 我們就設(shè)定臺(tái)面起升的最大速度，則活塞的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)用公式
，（這是在臺(tái)面剛剛起升狀態(tài)時(shí)，）
所以
⑶選擇液壓泵的規(guī)格
根據(jù)以上求得的和值，按系統(tǒng)中擬訂的液壓泵的形式，從手冊(cè)中選擇相應(yīng)的液壓泵產(chǎn)品。為使液壓泵油一定的壓力儲(chǔ)備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25~60%。
查找手冊(cè)P37-135選擇CB-型齒輪泵，其參數(shù)如下表3-4
表3-4 CB-型齒輪泵的各參數(shù)值
型號(hào)
排量
壓 力
轉(zhuǎn) 速
特點(diǎn)
生產(chǎn)廠
額定
最高
額定
最高
CB-
10~40
16
20
1800
2400
鋁合金殼體，可作雙聯(lián)泵
榆次液壓件廠
⑷確定液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率
在工作中，如果液壓泵的壓力和流量比較恒定，則
，其中——液壓泵的總效率，參考下表3-5選擇=0.7
表3-5 各液壓泵的總效率
液壓泵類型
齒輪泵
螺桿泵
葉片泵
柱塞泵
總效率
0.6~0.7
0.65~0.80
0.60~0.75
0.80~0.85
則，據(jù)此可選擇合適的電機(jī)型號(hào)。
3.3.5管道尺寸的確定
在液壓、氣壓傳動(dòng)及潤(rùn)滑的管道中常用的管子有鋼管、銅管、膠管等，鋼管能承受較高的壓力，價(jià)廉，但安裝時(shí)的彎曲半徑不能太小，多用在裝配位置比較方便的地方。這里我們采用鋼管連接。
管道內(nèi)徑計(jì)算
m
式中 :Q—通過管道內(nèi)的流量
—管道內(nèi)允許流速 ，取值見下表3-6：
允許流速推薦值
表3-6 允許流速推薦值
油液流經(jīng)的管道
推薦流速 m/s
液壓泵吸油管道
0.5~1.5，一般取1以下
液壓系統(tǒng)壓油管道
3~6，壓力高，管道粘度小取大值
液壓系統(tǒng)回油管道
1.5~2.6
取=0.8m/s，=4m/s, =2m/s.分別應(yīng)用上述公式得=20.2mm,=10.7mm,=15.2mm 。根據(jù)內(nèi)徑按標(biāo)準(zhǔn)系列選取相應(yīng)的管子。按表37-9-1經(jīng)過圓整后分別選取=20mm，=10.7mm, =15mm。對(duì)應(yīng)管子壁厚。
3.3.6油箱容量的確定
在確定油箱尺寸時(shí)，一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排油時(shí)，油箱不能溢出，以及系統(tǒng)最大可能充滿油時(shí)，油箱的油位不低于最低限度。初設(shè)計(jì)時(shí)，按經(jīng)驗(yàn)公式 選取。
式中——液壓泵每分鐘排出壓力油的容積
——經(jīng)驗(yàn)系數(shù),按下表3-7取 =4：
表3-7 各系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)
系統(tǒng)類型
行走機(jī)械
低壓系統(tǒng)
中壓系統(tǒng)
鍛壓系統(tǒng)
冶金機(jī)械
1～2
2～4
5～7
6～12
10
則。
3.4 液壓缸主要零件結(jié)構(gòu)、材料及技術(shù)要求
3.4.1缸體
1. 缸體端部聯(lián)接模式
采用簡(jiǎn)單的焊接形式，其特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，重量輕，使用廣泛。缸體焊接后可能變