普通-式雙柱汽車舉升機設計,普通,式雙柱,汽車,舉升機,設計 畢業(yè)設計（畢業(yè)論文）任務書 學 院 機械工程學院 專 業(yè) 機械工程及自動化 班 級 學 生 指導教師 題 目 普通式雙柱汽車舉升機設計 任務規(guī)定 進行日期 自 2005 年 2 月 28 日起，至 2005 年 7 月 1 日止 一、題目來源、目的、意義 本課題來源于科技股份有限公司與本校合作項目——汽車舉升機 設計科研項目。盡管國內有不少舉升機生產單位，其產品占有了國內一定的市 場份額，但總體質量有待提高。經市場調研、分析，本設備預計有一定的國外 市場需求，有較好的國內外應用前景，價格適中，適合在國內外推廣應用。雙 柱式舉升機是一種廣泛用于轎車等小型車維修用的舉升設備。隨著轎車工業(yè)的 發(fā)展和轎車等小型車的使用日趨普及，此種型式的舉升機需求量也會日益增大。 課題緊貼當前的制造業(yè)領域，為學生提供了一種專業(yè)訓練的形式。 二、主要工作內容 課題的主要工作內容以機械結構設計為主，使學生在接觸實際科研項目中， 學會如何解決實際問題，如何綜合運用所學的理論知識，設計出規(guī)范化、標準 化的圖紙用于加工生產。 主要內容：在參考國內外各種舉升機結構的基礎上，考慮到由于QJY04-02 型（含B型）舉升機，具有結構緊湊、外形美觀、操作簡便等特點，適用于各 種汽車修理和保養(yǎng)單位，故針對QJY04-02（含B型）型普通雙柱式舉升機，分 析其結構的合理性，并進行校核驗算。通過對普通式雙柱汽車舉升機結構設計 與計算，保證所設計的舉升機滿足工作使用要求。 三、主要技術指標（或主要論點） 雙柱式舉升機的結構型式有多種，QJY04-02型（含B型）舉升機系指液 壓驅動的雙柱式舉升機。舉升機構的傳動系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)驅動和控制，由兩立 柱內安裝的液壓油缸實現上下運動，推動連接立柱與滑臺的鏈條，使滑臺上安 裝的大滾輪沿立柱滾動，實現滑臺的上下移動。 本機主要技術性能指標為：額定舉升載荷4噸；電動機功率2.2 KW；舉 升臂在最低位置時的舉升高度為120mm，最大舉升高度為1850mm，工作行程為 1730mm，總高為2630mm，總寬為3254mm。 四、進度計劃 第1周~第3周：查閱資料，翻譯要求字數的英文資料，調研市場上幾種主要 的舉升機，并進行方案論證，寫出開題報告。 第4周~第6周：參考一些樣機結構，進行結構設計與計算。 第7周~第9周：結構分析與驗算，滿足技術性能指標和使用要求。 第10周~第14周：計算機繪制結構設計圖紙，包括裝配圖和零件圖。 第15周~第16周：編寫畢業(yè)設計說明書。 第17周~第18周：評審、答辯。 五、主要參考資料（外文資料至少一篇） [1] 孔紅梅，等.液壓舉升機同步系統(tǒng)[J] .液壓氣動與密封，2000,(1):20~23. [2] 劉敏杰,等.幾種舉升機構的結構與性能分析[J].專業(yè)汽車，1999,(2):23~25. [3] 王惠.舉升機液壓系統(tǒng)的設計[J].機械設計，1996,(4)：25~27. [4] 鄭國慶.DJ2-2.5型雙柱汽車舉升機雙安全系統(tǒng)設計[J].設備與使用，1995,(3):20~23. [5] 胡均安,等.汽車舉升機立柱結構的神經網絡模型建立[J]. 湖北工學院學報，2001,(4):56~58. [6] 高鳳林. QJJ2.5-2汽車舉升機及其使用與維護[J]. 中國汽車保修設備，1999,(5):20~23. [7] Dianel.M..2D DEM Verification: Load Behavior and Force on a Lifer Bar[J].Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy. V99n2 1999, (2)：93-96. 六、系審批意見 系主任（簽名）: 七、院領導審核意見 院領導（簽名）: 八、學生實際完成日期 九、同組設計（論文）者 4 成都電子機械高等專科學校畢業(yè)設計 開題報告 題 目：行星輪越障機器人 院 校：成都電子機械高等?？茖W校 專 業(yè)：機電一體化技術 姓 名：張 偉 班 級：05415 班 指導老師：李剛俊 2008年3月25日 畢業(yè)設計（論文） 開題報告 1 課題分析 1.1 常用汽車舉升機的結構類型 目前，全國生產汽車舉升機的廠家較多，生產的型式也較繁多。有雙柱式、四柱式、剪式、組合移動汽車式等。 其中各類舉升機從不同的方面又可分成好幾類： 單從舉升機的外型來分類的基本形式有：普通雙柱、龍門雙柱、四立柱、剪式、移動式和單立柱式等（分別如下列各圖所示1.1～1.6）。 圖1.1普通雙柱式汽車舉升機 圖1.2 龍門雙柱式汽車舉升機 圖1.3 四立柱式汽車舉升機 圖1.4 剪式汽車舉升機 圖1.5 組合移動式汽車舉升機 圖1.6單立柱式汽車舉升機 各種形式各有千秋，適用于不同的場合。最常用的形式是前四種，即：普通雙柱式、龍門雙柱式、四立柱式和剪式。剪式舉升機分為大剪（子母式）、小剪（單剪式）舉升機。 雙柱式舉升機分又分為機械式和液壓式舉升機。機械式舉升機曾流行于1992-1998年間，該舉升機特點是同步性好，但由于機械磨損維護成本高（經常需要更換銅鑼母以及軸承），每年一臺舉升機的維修更換需要1000元左右，因此目前不生產此舉升機，使用者們最終會將該產品更換為維護成本小的液壓舉升機。 1.2 各類汽車舉升機的使用情況 從調研的情況來看，雙立柱結構形式的汽車舉升機為最多，其次是四立柱式，同時還有少些的剪式舉升機。 汽車舉升機生產廠的市場占有率如表1.1和圖1.7，其中永紅和寶得寶生產的舉升機市場占有率最高，分別為34.1%和28.5%。國產和進口的百分比分別為：77.1%和22.9% 。進口的舉升機大部分是比較早期的產品。另外，未被統(tǒng)計的大部分小廠都是擁有國產的舉升機。 表1.1舉升機主要生產廠的市場占有率 總臺數 編號 生產廠 臺數 百分比 1 寶得寶 61 28.5% 2 永紅 73 34.11% 舉升機總數 214 3 中大 8 3.74% 4 序達 9 4.21% 5 其他 41 19.16% 6 進口 49 22.90% 圖1.7汽車舉升機主要生產廠的市場占有率百分比圖 1.3 汽車舉升機的主要參數 普通雙立柱式、龍門雙立柱式、和四立柱式這三種目前市場上主要的汽車舉升機主要技術參數統(tǒng)計如表1.2，1.3，1.4所示。 表1.2普通雙立柱式汽車舉升機主要參數 額定舉升質量 最大舉升高度 盤距地高度 全程上升時間 全程下降時間 2.5-3.5 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec 表1.3龍門雙立柱式汽車舉升機主要參數 額定舉升質量 最大舉升高度 盤距地高度 全程上升時間 全程下降時間 2.5-3.5 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec 表1.4四立柱式汽車舉升機主要參數 額定舉升質量 最大舉升高度 盤距地高度 全程上升時間 全程下降時間 2.5-3.5 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec 2 舉升機的方案擬定 2.1 主要結構及其結構形式 舉升機的結構形式主要有：（1）整體結構形式；（2）舉升方式；（3）驅動方式；（4）平衡方式；（5）保險與保護方式；（6）托盤結構。 常用的幾種舉升機整體結構形式包括有普通式、龍門式、四柱式、剪式、移動式和單立柱式六種。 目前市場上最常見的是普通式和龍門式。普通式舉升機的結構形式比較簡單，制作成本相對于龍門式稍低。但從整個機器的強剛度的角度去考慮，龍門式就占優(yōu)勢了，簡單地說就等于是在普通式的基礎上再多加了橫梁，于是便形成了龍門式，但也因此增加了它的制作成本。 四柱式的定位非常穩(wěn)固，但一般用于比小轎車稍大的車型的維修和保養(yǎng)，制作成本不低。 剪式舉升機又分為大剪（子母式）和小剪（單剪）舉升機。但由于不是批量，所以價格偏高。 對于體積可以說是龐大的大型客車來說，使用以上幾種舉升機就比較困難。因此，又有了組合移動式舉升機。既可以是雙柱式的，也可以是四柱式。這樣的組合方便地適用于各種車型，但一般僅在給大型車進行維修或保養(yǎng)的時候才使用。 單立柱式舉升機占地面積小，適用于小型汽車使用。由于是單柱，較大型車就無法使用，就降低了它的使用價值。 常用的幾種舉升機整體結構形式的主要特點如下表2.1所示： 表2.1各類汽車舉升機結構的主要特點 結構形式 主 要 特 點 普通雙柱 結構簡單成本低、使用方便，但對地基要求較高。 龍門雙柱 強度比普通雙柱的高、但成本也有所提高。 四立柱 能作四輪定位用。 剪式 能隱藏與地面水平，不占空間，對地基要求低。 移動式 能雙柱、四柱或多柱聯動，方便地適應于各種車型。 單立柱式 占地小，適用于小型汽車。 2.2 驅動、舉升及同步方式 舉升機的驅動方式主要有：電機驅動和液壓驅動。液壓驅動方式通常有鏈條傳動舉升和液壓缸直接舉升方式。液壓式舉升機維護成本低，油缸的油封為進口的話一般使用5——10年沒問題。其中電機驅動又分單電機和多電機，液壓驅動又分單液壓缸和多液壓缸等多種驅動方式。單缸舉升機也分為兩種，一直被業(yè)內人士稱作老單缸和新單缸。單缸的優(yōu)點是：同步性好，不存在顛簸現象，有底板，舉升機得扭力靠底板抵消，安全性好，是目前最理想得舉升機。雙缸舉升機也分有兩種：龍門式舉升機和無地板舉升機。但由于是雙缸，所以同步性問題難以解決，往往要靠兩根鋼絲繩來平衡。油缸以及鋼絲繩只要調整得松緊一致，舉升機就可以同步運作。雙缸的優(yōu)點是：沒有底板，為了最大得節(jié)省材料，去掉底板，使得立柱得扭力靠地面來抵消，所以對地基要求很高。 如果驅動是單液壓缸，則升降運動采用機械方式同步。如果采用多個液壓缸驅動，則升降運動既可以采用機械同步（如，鋼絲繩同步），也可以采用同步液壓缸或副缸隨同主缸同步升降。 常用的舉升方式有：絲杠螺母方式舉升、鋼絲繩或鏈條傳動舉升方式和液壓缸直接舉升等方式。 從液壓和機械兩種舉升方式來看，機械方式和液壓方式各占一半，但機械的略多有些，如圖2.1所示： 圖2.1汽車舉升機舉升方式百分比圖 1——液壓；2——機械 絲杠螺母傳動的舉升方式一般采用電機驅動。如用單電機驅動，則各柱的升降運動，一般應用機械同步方式；若用多電機驅動，則采用機械同步或采用電氣方式同步進行升降運動。在電氣方式同步時，副柱上的升降是隨同主柱的升降運動同步進行的。 鋼絲繩或鏈條傳動舉升方式可采用電機驅動或液壓缸驅動，一般采用鋼絲繩平衡同步舉升。 上述各種方式各有特點：絲杠螺母方式傳動的自鎖性好，安全性也較好。而且采用電機驅動，維護保養(yǎng)均較方便，傳遞比較清潔，沒有液壓油，但制造工藝性差。而液壓驅動舉升方式則工作平穩(wěn)，加工制造方便，但是需要液壓系統(tǒng)。與機械系統(tǒng)相比，液壓回路容易產生故障，維護保養(yǎng)工作較多。 相比液壓缸舉升機產生成本比絲杠螺母舉升形式的要低。液壓缸的產生遠比絲杠螺母機構簡單，容易組織產生。且使用壽命比絲杠螺母要長。所以本次設計所采用的是液壓舉升方式。 2.3 舉升機的結構設計 此次將舉升機的結構形式設計為普通式雙柱汽車舉升機。普通式汽車舉升機的總體結構如圖2.3所示： 圖2.3普通式二柱汽車舉升機的總體結構 （1）舉升機構 舉升機構是由液壓系統(tǒng)以及電器系統(tǒng)組成的。通過電器系統(tǒng)來控制液壓單元，油液通過進出液壓缸并通過滑臺鏈條來帶動整個設備的舉升動作，如圖2.4所示： 圖2.4舉升機構示意圖 （2）立柱與支撐機構 舉升機的立柱包括左、右兩個主立柱，中間放置滑臺和液壓系統(tǒng)。舉升機的支撐機構是托臂。當汽車進入到舉升機的范圍里時，就是通過改變搖臂的角度或方向來改變托臂的整個工作范圍的寬度。 （3）平衡機構 由于舉升機在上升或下降時必須有強制性平衡裝置以確保汽車整體的水平位置，所以本次設計采用了左右對稱的鋼絲繩走向，可以通過改變鋼絲繩的張力來使左右兩邊的滑臺在抬升的過程中保持平衡。 （4）保險機構與保護 汽車舉升機是一種安全性能要求特別高設備。通常設有多種保險裝置和保護措施：液壓回路的保壓、機械鎖止保險裝置、機械自鎖裝置、舉升過載保護、沖頂保護、防滑等等。 本次設計中電磁鐵安全鎖機構的組成是：兩個滑臺上均有安裝安全卡位條，在汽車升起后，卡位條與電磁鐵連接的支撐板構成機械自鎖機構。 3 普通式雙柱汽車舉升機方案的確定 通過對舉升機的了解，確定了本次設計采用的方案。本次設計所采用的是液壓驅動的普通式雙柱汽車舉升機。此舉升機構的傳動系統(tǒng)是由液壓系統(tǒng)驅動和控制的，由兩邊兩個立柱里安裝的液壓油缸來推動連接立柱與滑臺的鏈條，使滑臺上安裝的大滾輪沿立柱滾動，實現滑臺的上下移動。用鋼絲繩作為同步裝置來保持整個舉升機的同步性。托臂與立柱內的滑臺相連，當滑臺上下移動時就帶動托臂一起移動。 參考文獻 [1] 孔紅梅，等.液壓舉升機同步系統(tǒng)[J].液壓氣動與密封，2000,(1):20--23. [2] 劉敏杰,等.幾種舉升機構的結構與性能分析[J].專業(yè)汽車，1999,(2):23--25. [3] 王惠.舉升機液壓系統(tǒng)的設計[J].機械設計，1996,(4)：25--27. [4] 胡均安,等.汽車舉升機立柱結構的神經網絡模型建立[J].湖北工學院學報，2001,(4):56--58. [5] 陳耀華.重型自卸汽車多級缸式液壓舉升系統(tǒng)的設計計算[J].汽車研究與開發(fā),1994年03期. [6] 王國彪,楊占敏.液壓舉升機構定位尺寸的分析[J].礦山機械,1995年04期. [7] 林晨.新型液壓汽車舉升機[J].林產化工通訊,1995年02期. [8] 文嘉性,馮克良,章武烈.QJ─2型汽車舉升機的設計與制造[J].陜西汽車,1995年03期. [9] 王惠.舉升機液壓系統(tǒng)的設計[J].機械設計,1996年04期. [10] 王琪.汽車舉升機絲桿螺母機構的安全設計[J].機械設計與制造工程,1999年06期. [11] 張子健.機械舉升機雙回路保護裝置及電路原理[J].汽車維修,1999年08期. [12] 雷翔.單柱雙節(jié)液壓舉升機[J].汽車維修,1999年06期. [13] 鄭國慶.DJ2-2.5型雙柱汽車舉升機雙安全系統(tǒng)設計[J].設備與使用，1995,(3):20--23. [14] 高鳳林. QJJ2.5-2汽車舉升機及其使用與維護[J].中國汽車保修設備，1999,(5):20--23. [15] 鐘裕榮,莊清溪,張弋于,黎保新. YFJ-50移動式氣液舉升機的研制[J].機電工程技術,2004年08期. 11 普通式雙柱汽車舉升機設計 目 錄 摘要………………………………………………………………………… 1 1 舉升機的方案擬定……………………………………………………… 1 1．1 舉升機的基本情況 ………………………………………………… 1 1．1．1 常用汽車舉升機的結構類型…………………………………… 1 1．1．2 汽車舉升機的主要參數………………………………………… 1 1．2 汽車舉升機的主要結構與要求…………………………………… 2 1．2．1舉升裝置的要求………………………………………………… 2 1．3 普通式雙柱汽車舉升機結構方案的確定 ………………………… 2 2 普通式雙柱汽車舉升機的結構設計 ………………………………… 3 2．1 舉升裝置…………………………………………………………… 3 2．2 立柱………………………………………………………………… 4 2．3 支撐機構…………………………………………………………… 5 2．4 平衡機構…………………………………………………………… 6 2．5 保險機構…………………………………………………………… 6 3 普通式雙柱汽車舉升機的強剛度分析與驗算………………………… 7 3．1 普通式雙柱舉升機立柱的結構分析和驗算……………………… 7 3．1．1 主立柱的截面特性分析與計算………………………………… 7 3．1．2 主立柱的強度分析與驗算……………………………………… 9 3．1．3 主立柱的剛度計算……………………………………………… 15 3.2 托臂的強度校核……………………………………………………… 15 3．2．1 托臂的截面特性………………………………………………… 15 3．2．2 托臂的強度核算………………………………………………… 16 3．2．3 從托臂處考慮撓度情況………………………………………… 18 4 液壓系統(tǒng)………………………………………………………………… 19 4．1 液壓系統(tǒng)工作原理………………………………………………… 19 4．2 液壓缸活塞桿受壓校核…………………………………………… 20 4．2．1 液壓缸活塞桿強度驗算………………………………………… 20 4．2．2 液壓缸活塞桿受壓穩(wěn)定性校核………………………………… 20 5 結論……………………………………………………………………… 21 參考文獻…………………………………………………………………… 21 摘 要：雙柱式汽車舉升機是一種汽車修理和保養(yǎng)單位常用的舉升設備，廣泛應用于轎車等小型車的維修和保養(yǎng)。目前，全國生產汽車舉升機的廠家較多，生產的舉升機的形式也比較繁多，有雙柱式舉升機、四柱式舉升機、剪式舉升機、組合移動汽車式舉升機等。本文較全面地介紹了舉升機的分類，在確定了所要設計的舉升機的方案之后，即針對舉升機的結構及其特點要求進行了設計與說明，同時對舉升機設計過程中所涉及到的工藝性問題進行補充說明。然后分析了普通式雙柱汽車舉升機主立柱的截面特性，并對主立柱的強剛度和托臂的強度進行了校核驗算。對液壓缸活塞桿強度以及受壓桿的穩(wěn)定性也進行了驗算，以保證所設計的舉升機滿足使用要求。 本課題所設計的是液壓驅動的普通式雙柱汽車舉升機。它的特點是：①性能可靠，低能耗，操作方便；②無橫梁，結構簡單；③非對稱托臂可伸縮，保證了安全性；④托腳的最低位置低，使得車輛的底盤可以比較低，對各種車輛的適應性擴大了；⑤與螺桿式的舉升機相比，使用壽命較長；⑥價格低廉，擁有的市場份額較大。 關鍵詞：普通式，雙柱舉升機，結構特點，非對稱式，機械結構設計，液壓驅動，截面特性 1 舉升機的方案擬定 1.1 舉升機的基本情況 1.1.1 常用汽車舉升機的結構類型 目前，全國生產汽車舉升機的廠家較多，生產的舉升機的形式也比較繁多，有雙柱式舉升機、四柱式、剪式、組合移動汽車式等。 僅從舉升機的外型來分類的基本形式就有：普通雙柱式、龍門雙柱式、四立柱式、剪式、移動式和單立柱式等汽車舉升機 按照舉升機的舉升裝置的形式分類也有很多種，包括絲杠螺母舉升式、鏈條傳動舉升式、液壓缸舉升式、齒輪齒條舉升式等舉升機。 從舉升機的驅動方式分，主要有：電機驅動式舉升機和液壓驅動式舉 升機。 1.1.2 汽車舉升機的主要參數 普通式雙柱舉升機、龍門式雙柱舉升機和四立柱式舉升機這三種目前市場上主要的汽車舉升機的主要技術參數統(tǒng)計如表1.2所示。 表1.2汽車舉升機的主要參數 額定舉升質量 最大舉升高度 盤距地高度 全程上升時間 全程下降時間 普通式雙柱 2.5-4 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec 龍門式雙柱 2.5-4 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec 四立柱式 2.5-4.5 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec 1.2 汽車舉升機的主要結構與要求 舉升機的結構形式主要有：（1）整體結構形式；（2）舉升方式；（3）驅動方式；（4）平衡方式；（5）保險與保護方式；（6）托盤結構。 1.2.1 舉升裝置的要求 在我國的規(guī)定中講到舉升機的設備安裝電器系統(tǒng)的絕緣、耐壓和保護電路的連續(xù)性都要符合GB5226的有關規(guī)定。而在歐美地區(qū)同樣也有其相應的明文規(guī)定。 舉升機的設計中液壓系統(tǒng)的設計也是至關重要的。在歐洲地區(qū)液壓缸、氣缸、管路及接頭受調壓閥設定的最大壓力的限制。他們至少應承受該壓力的2倍（采用液壓驅動時）或是該壓力的3倍（采用氣壓驅動時）并且要沒有永久變形。軟管、氣袋、膜盒的尺寸在設計時應使之承受至少3倍的調壓閥設定的最大壓力值的爆破壓力。 我國對舉升機的性能要求也比較繁多，例如： （1）舉升機應設有限制行程限位裝置，如有需要則該裝置應動作靈敏、安全可靠。 （2）液壓系統(tǒng)工作應平穩(wěn)、無振動、無爬行現象。 （3）液壓式舉升機除液壓系統(tǒng)能自鎖外還應沒有機械鎖止裝置。 （4）機械式舉升機任意時刻都能安全自鎖。 （5）舉升機正常運行時的噪音不得超過80dB。 （6）舉升機工作環(huán)境溫度為0—40℃，全行程連續(xù)舉升額定質量20次，油溫不得高于60℃。 （7）在試驗臺上對液壓系統(tǒng)施高150%的額定使用壓力，維持2min，不允許有永久變形、漏油及其他異?，F象。 （8）在無故障工作基礎上，機械式舉升機的使用繼續(xù)進行到3000次，則液壓舉升機可以繼續(xù)進行到9000次，以安全可靠為前提，檢查零部件損壞程度，允許更換損壞件，允許添加潤滑劑。 1.3 普通式雙柱汽車舉升機結構方案的確定 通過對汽車舉升機的結構的認識和了解，確定了本次設計的舉升機的總體方案。如下圖1.10所示： 圖1.10普通式雙柱舉升機的結構示意圖 本次設計的是由液壓驅動的QJY04-02B型普通式雙柱汽車舉升機。它的結構主要包括以下幾個部分：舉升裝置、同步驅動裝置、立柱和托臂。QJY04-02B型普通式雙柱汽車舉升機的舉升機構的傳動系統(tǒng)是由液壓系統(tǒng)來驅動和控制的，由兩邊兩個立柱里安裝的液壓油缸來推動連接立柱與滑臺的鏈條，使滑臺上安裝的大滾輪沿立柱滾動，實現滑臺的上下移動。用鋼絲繩作為同步裝置來保持整個舉升機的同步性。托臂與立柱內的滑臺相連，當滑臺上下移動時就帶動托臂一起移動。 2 普通式雙柱汽車舉升機的結構設計 2.1 舉升裝置 本次設計的舉升機的舉升裝置是由液壓系統(tǒng)以及電箱組成的。通過電箱的開關啟動電動機來控制液壓單元，液壓油進出液壓缸，并通過鏈條連接液壓缸和滑臺來帶動整個設備的舉升動作，如圖2.1所示： 圖2.1驅動舉升裝置示意圖 圖2.1是本次設計的普通式雙柱汽車舉升機的驅動裝置及舉升裝置的示意圖，從圖中可以看到左右兩邊立柱內的兩個舉升裝置是通過液壓軟管來連接的，它的一個不足的地方就是左右兩個液壓缸在開始舉升時有一個時間差，這會導致因左右兩邊的舉升速度不一樣而舉升不平衡。因此，我們在液壓舉升的基礎上增加了鋼絲繩的同步裝置，用這樣的同步裝置來彌補液壓缸帶來的缺點。圖2.2是普通式雙柱汽車舉升機的舉升裝置的結構圖： 圖2.2普通式雙柱汽車舉升機的舉升裝置結構圖 從圖中可以看到，普通式雙柱汽車舉升機的舉升裝置是將鏈條鑲嵌在滑輪槽內來帶動液壓桿達到舉升的目的。 2.2 立柱 普通式雙柱汽車舉升機的立柱有兩個，分別是左、右兩邊各一個立柱。圖2.3是左邊立柱的俯視圖。整個舉升機的重量幾乎都是由立柱來支撐的，因此它必須要有一定的強度和剛度。（強剛度的設計計算在第四章）。立柱中間的空間是用來放置舉升裝置以及滑臺部件的。整個立柱部分的行位公差要求也比較高，如圖水平方向的立柱臂和垂直方向的立柱壁要求要保持一定的直線度和平行度，立柱內外表面還要有一定的粗糙度等。 圖2.3左立柱的俯視圖 2.3 支撐機構 托臂部分是屬于舉升機的支撐機構。當汽車進入到舉升機的范圍里時，整個支撐機構就通過改變搖臂的角度或方向來改變托臂的整個工作范圍的寬度。本次設計的支撐機構是非對稱式的托臂，這樣設計增加了托臂的寬度，實質就等于增加了托臂的工作范圍，而且左右兩側的托臂的臂長都是有一定的伸縮性的。如圖2.4所示： 圖2.4非對稱式托臂的工作范圍示意圖 1—托臂原始工作位置，2—托臂伸長后的工作位置 其中，圖中方格陰影部分就是托臂的工作范圍。托臂未伸長前的工作范圍按照軌跡1來運動；托臂伸長后的工作范圍按照軌跡2來運動；而且，圖中的軌跡1和2是托臂的兩個極限位置，在1和2的范圍內，托臂的長度是可以伸縮的。但是由于托臂屬于支撐機構，它是要承受一定的重量的，所以本次設計采用非對稱式的結構就更能保證托臂的強剛度了。非對稱式托臂的詳細結構如下圖2.5所示： 圖2.5非對稱式托臂的結構圖 2.4 平衡機構 由于舉升機在上升或下降時必須要采用強制性的平衡裝置來確保汽車整體的水平位置保持一致，所以本次設計采用了鋼絲繩來作為整個舉升機的平衡機構。本次設計所采用的是在單個立柱內安裝兩副左右對稱的鋼絲繩，但是在這個單個立柱里面的鋼絲繩的走向確是兩個相反的方向，用戶可以通過改變鋼絲繩的張力來使左右兩邊的滑臺在抬升的過程中保持平衡。要注意的是兩邊確定的鋼絲繩的張力必須一致，這樣才能真正的平 衡。單個立柱里的鋼絲繩的走向如圖2.6所示： 圖2.6單個立柱內鋼絲繩的走向示意圖 2.5 保險機構 汽車舉升機是一種對安全性能要求特別高的舉升設備。通常設有多種保險裝置和保護措施：液壓回路的保壓、機械鎖止保險裝置、機械自鎖裝置、舉升過載保護、沖頂保護、防滑等等。機械自鎖是指失去驅動力后，利用機械機構的重力（被驅動物體的阻力）來自動阻礙其運動的保護[10]。 本次設計中電磁鐵安全鎖機構的組成是：在兩個滑臺上均有安裝安全卡位條，當汽車升起后，卡位條與電磁鐵連接的支撐板構成機械自鎖機構，由于兩個立柱上均裝有電磁鐵安全鎖，如圖2.7所示，并且這兩個安全鎖所裝的位置不在同一直線上而是互相錯開在對角線上，起到雙保險的作用[7]。 圖2.7電磁鐵安全鎖 1—電磁鐵，2—保險孔板，3—保險孔支撐座 作為保險裝置的電磁鐵安全鎖是由好幾個零件組成的。其中主要的幾個零件包括：保險孔板、保險孔支撐座和電磁鐵。當電磁鐵得電將保險孔支撐座吸住時，它和鎖緊板之間沒有接觸，此時的舉升機處于保險打開狀態(tài)，整個滑臺可以自由地上下移動。當電磁鐵失電時，保險孔支撐座處于圖示狀態(tài)，此時的保險孔支撐座將與滑臺上的鎖緊板互相頂住，使滑臺固定在一個位置而不能上下移動，起到保險的作用。 3 普通式雙柱汽車舉升機的強剛度分析與驗算 雙柱式汽車舉升機的結構形式有多種，QJY04-02B型舉升機系是指液壓驅動的雙柱舉升機。此類舉升機構的傳動系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)驅動和控制的，通過兩立柱內安裝的液壓油缸實現上下運動，推動連接立柱與滑臺的鏈條，使滑臺上安裝的大滾輪沿立柱滾動，實現滑臺的上下移動。舉升設備的主要部分有：舉升機構、支承機構、平衡機構和電磁鐵安全鎖機構。 本次設計的舉升機的主要性能參數為：額定舉升載荷4噸；在載重4噸情況下，由最低位置舉升到最高位置需50秒；當拉下操縱桿使溢流閥接通，4噸轎車由最高位置降到最低位置所需時間不小于50秒；電動機功率2.2 KW；舉升臂在最低位置時的舉升高度為120mm，最大舉升高度為1850mm，工作行程為1730mm。 3.1 普通式雙柱舉升機立柱的結構分析和驗算 3.1.1 主立柱的截面特性分析與計算[5] 主立柱體是舉升機主要的受力承重部件。舉升機立柱在工作時受來自于保險鎖機構處因承重的壓力和升降滑臺滾輪作用在立柱上的彎矩。因此，立柱在這兩種力的作用下，有向內彎的變形趨勢，底部焊口在拉壓應力的作用下有開裂的傾向，故立柱底部與底座處焊有加強筋。 立柱殼體用鋼板整體壓制成形，其內部相應位置焊有保險裝置支承板，用于鎖定狀態(tài)時受力和承重，下部與底座焊接。其中一個立柱體上還裝有液壓泵站和電氣控制箱。主立柱作為主要的承重部件，先對其截面特征進行分析，主要是確定立柱截面形心的位置和截面的慣性矩。 3.1.1.1 確定立柱截面形心和中性軸的位置 將整個截面分為A1、A2、A3三個部分，取與截面底邊互相重合的Z′軸為參考軸（見圖4.1舉升機主立柱橫截面示意圖），Z1、Z2、Z3分別為三個組合截面的中性軸，則三個截面的面積及其形心至Z＇軸的距離分別為： 圖4.1舉升機主立柱橫截面示意圖 ∴重心C到相應邊的距離e： [19] ………………(4.1) 整個截面形心C在對稱軸Y上的位置則為： …(4.2) 3.1.1.2 確定慣性矩 設三截面的形心分別為C1、C2、C3，其形心軸為Z1、Z2、Z3（圖4.1），它們距Z軸的距離分別為： 由平行移軸公式，三截面對中性軸Z的慣性矩分別為： …………(4.3) 、、為三截面對各自心軸Z1、Z2、Z3的慣性矩，將三截面對中性軸Z的慣性矩相加，可得立柱整個截面對中性軸Z的慣性矩： 3.1.1.3 立柱靜矩S的計算： （1）立柱整個截面上半部分的靜矩S1： ………………(4.4) 其中、、分別為三截面各自的靜矩，所以立柱整個截面上半部分的靜矩S為： （2）立柱整個截面下半部分的靜矩S2： 3.1.2 主立柱的強度分析與驗算 舉升機工作時，其托臂將汽車舉升至一定高度后鎖定，舉升機直接承載處位于托臂端部，故應先對滑臺部件進行受力分析（見圖4.2滑臺部件受力情況示意圖）： 在分析之前，對滑臺部件進行了調查。其中本次設計的滑臺部件的組成之一是大滑輪，滑輪的種類形狀有很多，有“兩個大圓柱滾輪型”、“四個頂角處是采用四個小滾輪型”、還有最原始的“四個角用四個橡膠滑塊”或是“用兩個滑塊代替兩個大圓柱滾輪”，但是用的較多的是“采用兩個大圓柱滾輪”的形式，如果采用其他類型的滾輪例如用滑塊來代替滾輪，那么整個滑臺就不容易鎖定，容易滑動；除此之外就是同步性的問題也不容易解決。 圖4.2滑臺部件受力情況示意圖 3.1.2.1 滑臺部件受力情況分析 滑臺部件自身重量近似估算如下： 滑臺組合件尺寸：采用160×160方鋼，壁厚8 mm，高800mm 滑臺體積： 搖臂座尺寸：采用100×100方鋼，壁厚8 mm，長440mm 搖臂座體積： 托臂近似尺寸：采用100×100方鋼，壁厚8 mm，長（800＋310）＝1110mm 托臂體積： 鋼材比重選取： 所以，滑臺部件、搖臂座和托臂的重量為 將滑臺、搖臂座和托臂一起考慮 圖4.2中，單側托臂受到的最大載荷為2噸，加上自重，托臂端部受力為2066.37kg,F1和F2是立柱通過滾輪給予的反力，FBX和FBY為保險支承板給予的支承力，B處為支承點，假定自重全部集中在負載處，有： ……………………………(4.5) ……………………………(4.6) ……………………………………………………(4.7) 由式4.7得，，代入式4.6 假定 則由式4.5得： 綜上所述，考慮滑臺部件中滑臺、搖臂座和托臂的總自重，假定自重全部集中在負載處，近似估算值為66.37kg。單側托臂受到的最大載荷為2000kg，加上滑臺部件的自重，托臂端部受力大小為2066.37kg，F1和F2是立柱通過滾輪給予的反力，F1=F2，FBX和FBY為保險支承板給予的支承力，B處是支承點位置，則： 。 3.1.2.2 舉升機主立柱受力情況分析 主立柱受力情況（見圖4.3普通式雙柱舉升機主立柱受力情況示意圖），F1和F2是滑臺通過滾輪作用在立柱上的力（圖示為最高位置），FBX和FBY為滑臺作用在立柱上的支承力（壓力），RHX、RHY和MH為底部支座反力。針對立柱受力情況，經計算得： 圖4.3普通式雙柱舉升機主立柱受力情況示意圖 RHX=0 RHY=FBY=2066.37kg 3.1.2.3 普通式雙柱舉升機主立柱強度校核計算 從圖4.3看出，整個立柱體相當于一個懸臂梁，可畫出立柱的彎矩圖和剪力圖。 由F1引起的彎矩圖和剪力圖見圖4.4： 圖4.4立柱上F1作用力及其彎矩圖和剪力圖 l=2600mm b=2415mm a=185mm 由F2引起的彎矩圖和剪力圖見圖4.5： 圖4.5 立柱上F2作用力及其彎矩圖和剪力圖 l=2600mm b=1890mm a=710mm 由FBY產生的M引起的彎矩圖見圖4.6： 圖4.6立柱上M作用力及其彎矩圖 綜上所述，立柱受力的合成彎矩圖和合成剪力圖如圖4.7所示。 圖4.7立柱受力的合成彎矩圖和合成剪力圖 從圖中可以得出 在截面C處，剪力最大（QC=5234.804kg），彎矩最大（MC=2748272.1kg）,所以此處是危險截面。前面計算已經得到，抗彎截面模數為： ………………………………………(4.8) 截面上半部分靜矩S＝171.24cm3， …………(4.9) 以下進行強度校核： （1）校核正應力強度： ………………(4.10) 許用應力選： …………………………(4.11) ，滿足強度條件。 （2）校核剪應力強度： …………………(4.12) 選，而許用應力………(4.13) ，滿足強度條件。 （3）折算應力強度校核： 主立柱橫截面上的最大正應力產生在離中性軸最遠的邊緣處，而最大剪應力則產生在中性軸上，雖然通過上面的校核說明在這兩處的強度都是滿足要求的，但是因為在截面C處，M和Q都具有最大值，正應力和剪應力都比較大，因此這里的主應力就比較大，有必要根據適當的強度理論進行折算應力校核，取該截面邊緣處某點K進行計算： ……………………(4.14) ………………………………(4.15) 由于點K處在復雜應力狀態(tài)，立柱體材料采用的30鋼是塑性材料，可以采用第四強度理論[20]，將 的數值代入，用統(tǒng)計平均剪應力理論對此應力狀態(tài)建立的強度條件為： …………………(4.16) 所以 即 …………………………………………………(4.17) ∴按第四強度理論所算得的折算應力也滿足許用強度要求。 3.1.3 主立柱的剛度計算 用迭加法： （1） 由F2引起的繞度： （往外彎）用式 ………………………………………(4.18) E：彈性模量的選擇： 碳鋼?。?96－206Gpa 取201Gpa=20.1×106N/cm2 = = …………(4.19) （2） （往內彎）由F1引起的繞度： （3）由M引起的繞度： ………………………(4.20) （往外彎）此植可忽略不計。 實際往內彎的繞度 3.2 托臂部分的強度校核 3.2.1 托臂部分截面特性 托臂部分截面屬于變截面，以下先計算截面特性數據： （1）小臂截面尺寸：70×70方鋼，壁厚8mm，a=70,b=54 慣性矩： …………………………(4.21) ……………………………(4.22) 靜矩計算： （2）大臂截面尺寸：92×92方鋼，壁厚8mm，a=92,b=76 慣性矩： 3.2.2 托臂部分強度核算 圖示為左后托臂部件圖： 圖4.9左后托臂部件圖 圖中的A、B、C、D分別對應著托臂示意圖中的A、B、C、D四個截面： 下圖是托臂示意圖： 圖4.10托臂示意圖 按照A,B,C,D幾個典型截面進行分析，各個截面的截面圖如下： (a) A-A截面 (b) B-B截面（同D-D截面） (c) C-C截面 圖4.10典型截面示意圖 （1）A截面： 慣性矩：I=129.225cm4 ；Wx=36.92cm3 保險系數較小可滿足強度要求。 （2）B截面：92*92方鋼 A1=80×15=1200mm2 yA1=92+15/2=99.5mm A2=92×92-76×76=8464-5776=2688mm2 yA2=92/2=46mm YC=(1200×99.5+2688×46)/(1200+2688)=243048/3888=62.51mm IA1=80×153/2+(99.5-62.51)2×1200=1664412.12mm4 IA2=(924-764)/12+(62.51-46)2×2688=392.46cm4 所以cm4 W=89.41cm3 保險系數較小可滿足強度要求。 （3）C截面： A1=12cm2 yA1=92+15/2+60=15.95cm A2=26.88cm2 yA2=4.6cm A3=60×10=6cm2 yA3=92+60/2=12.2cm yC=(12×15.95+26.88×4.6+6×12.2)/(12+26.88+6)=8.56cm IA1=50×153/2+(15.95-8.56)2×12=641.73cm4 IA2=(924-764)/12+(8.56-4.6)2×16.88=759.875cm4 IA3=1*63/12+(12.2-8.56)2×6=183.615cm4 所以IA總=IA1+IA2+IA3=1585.22cm4 W=I總/8.65=1585.22/8.65=183.26cm3 MC=2066.37×94=194238.78kgcm 滿足強度要求。 （4）D截面： 慣性矩：I=318.976cm4 ； W=69.342cm3 MD=2066.37×53=109517.61kgcm ,保險系數較小可滿足強度要求。 3.2.3 從托臂處考慮撓度情況 托臂亦相當于一個懸臂梁，端部受力P＝2066.37kg，托臂部件由大臂和小臂組成，將從大臂和小臂處分別考慮： 小臂端部處撓度： …（4.23） 大臂端部處撓度：經受力分析，大臂端部受一個力P＝2066.37kg和一個彎矩 M＝2066.37×70＝144645.9kgcm； …………………………（4.24） 因載荷引起的撓度為： 因托臂的大小臂之間有1mm間隙，由此產生撓度： 主立柱的彎曲繞度使滑臺產生轉動，滑臺的轉動又使托臂有一定的下沉量，經計算，。 故托臂端部總下沉量為： 在舉升機行業(yè)標準中，此值滿足距立柱最遠點的托臂支承面下沉量要求。 4 液壓系統(tǒng) 4.1 液壓系統(tǒng)工作原理 啟動電動機按鈕后電機起動并帶動油泵從油箱中吸入壓力油送到舉升缸中使活塞桿移動，此時安全溢流閥關閉。此閥的壓力在出廠前已經調好，以保證起重的額定載荷的要求。當系統(tǒng)中壓力超過極限時，自動溢流卸油閥松開，起動按鈕停止供油，提升結束，開始作業(yè)工作。如果拉動滑臺上兩個機械安全鎖后再按手動式下降閥便開始卸油下降，其工作原理圖見圖5.1： 圖5.1液壓系統(tǒng)工作原理圖 1-齒輪泵，2-電動機，3-濾油器，4-單向閥，5-溢流閥，6-手動式下降閥， 7-伺服限流閥，8-軟管，9-防油管爆裂閥，10-舉升缸，11-液位計，12-空氣濾清 4.2 液壓缸活塞桿受壓校核 4.2.1 液壓缸活塞桿強度驗算 根據活塞桿只受壓力的工作情況，強度驗算公式為： d≥35.7（F/[σ]）1/2mm ……………………………………………………(5.1) 式中：F—載荷力KN。 這里 F=1/2G=(4000/2)×g=2000Kgf=19.62KN …………………………………(5.2) [σ]—活塞桿材料應用應力MPa [σ]=σs/n ………………………………………………………………………(5.3) 其中：σs—材料屈服極限，n=安全系數。取σs =315MPa，n=3，[σ]=105MPa。 則 d≥35.7（19.62/105）1/2 =15.432 mm 實際采用之活塞桿直徑d=38mm＞＞15.432mm，所以符合受壓強度要求。 4.2.2 液壓缸活塞桿受壓穩(wěn)定性校核 液壓缸壓桿安裝形式如下圖示： 圖5.2液壓缸壓桿安裝圖 已知：缸體長度 L=1078mm 工作行程 l=914mm 活塞桿直徑 d=38mm 計算長度 l′=L+l=1992mm 活塞桿截面積 A=（π/4）×d2 活塞桿轉動慣量 J=（π/64）×d4 活塞桿回轉半徑 K=（J/A）1/2=d/4 柔性系數 m=85 末端條件系數 n=2 則 l′/K=4×l′/d=4×1992/38=209.684 m×n1/2=85×21/2=120.21 由于 l′/K＞ m×n1/2，則可按下列公式計算臨界載荷 PK=π2nEJ/L′2……………………………………………………………………(5.4) 式中：E—材料彈性模量，取E=2.1×105 MPa，J—mm4，l′—mm 則：PK=[3.14162×2×2.1×1011×（3.1416/64）×0.0384]/19922=106924.616N 取安全系數nK=3, 臨界穩(wěn)定載荷PK/ nK=106924.616/3=35641.539N 實際工作載荷F=1/2G=2000Kgf=19620N F=1/2G=2000Kgf=19620N＜PK/ nK，所以滿足壓桿穩(wěn)定條件。 5 結論 本文首先對所有的汽車舉升機的情況進行了簡單的闡述，并介紹了各類汽車舉升機的結構特點，對汽車舉升機有了初步了認識。然后再根據各類汽車舉升機的各種使用要求，結合前人設計的舉升機的各種結構，按照自己所要設計的舉升機的要求對汽車舉升機進行了結構方面的設計。 本次所設計的舉升機是采用以液壓驅動、液壓缸為舉升裝置以及鋼絲繩為同步裝置的普通式雙柱汽車舉升機。液壓驅動是由液壓系統(tǒng)以及電箱組成的。整個舉升機的外形是雙柱式的，同時它的支撐機構是非對稱式的托臂。通過電磁鐵安全鎖將立柱內的滑臺固定住，起到保護的作用。 總結這次普通式雙柱汽車舉升機的設計，大體可以歸納為以下幾點： ⑴通過市場調查，首先了解了汽車舉升機種類，并熟悉了各類汽車舉升機的外形以及它們的功能特點、使用要求等。在對汽車舉升機有了一定的了解后，將各類汽車舉升機的裝配結構作了對比，最終確定了本次設計的普通式雙柱汽車舉升機的設計方案。 ⑵在確定了設計方案之后，就對普通式雙柱汽車舉升機的結構進行了設計。在設計過程中通過參考其它形式的舉升機的結構特點，再結合了自己的設計思想，最終把此次普通式雙柱汽車舉升機的結構設計成由舉升裝置、立柱、支撐機構、平衡機構和保險機構五大部分組成。 ⑶由于汽車舉升機是一種將汽車抬升到一定高度后用于汽車維修或保養(yǎng)的舉升設備。因此，在工作的情況下它必須要承受一定的載荷。所以，在設計了汽車舉升機的結構之后，還對它的強度、剛度進行驗算，以保證舉升機有足夠的承載能力來安全有效地工作。 ⑷除了對普通式雙柱汽車舉升機的機械結構進行設計、驗算外，還進行了液壓部分的驗算。因為本次設計的普通式雙柱汽車舉升機的驅動系統(tǒng)采用的是液壓驅動，而且它的舉升裝置采用了液壓缸舉升。而液壓缸受壓的活塞桿是屬于細長桿，所以設計時必須要考慮到細長桿的穩(wěn)定性，所設計的方案必須要通得過驗算。 參考文獻 [1] 孔紅梅，等.液壓舉升機同步系統(tǒng)[J].液壓氣動與密封，2000,(1):20--23. 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