-0-摘 要汽 車 舉 升 機 是 指 汽 車 維 修 行 業(yè) 用 于 汽 車 舉 升 的 汽 保 設 備 。 舉 升 機 在 汽 車 維 修 養(yǎng) 護 中 發(fā)揮 著 至 關 重 要 的 作 用 ， 無 論 整 車 大 修 ， 還 是 小 修 保 養(yǎng) ， 都 離 不 開 它 ， 其 產 品 性 質 、 質量 好 壞 直 接 影 響 維 修 人 員 的 人 身 安 全 。本 次 本 是 對 剪 式 汽 車 舉 升 機 進 行 設 計 ， 首 先 確 定 了 該 剪 式 汽 車 舉 升 機 結 構 的 結 構 ； 接著 調 查 汽 車 尺 寸 建 立 汽 車 模 型 以 確 定 舉 升 機 的 整 體 結 構 尺 寸 ； 其 次 建 立 了 舉 升 機 構 的力 學 模 型 并 對 舉 升 機 構 不 同 位 置 狀 態(tài) 進 行 了 受 力 分 析 及 校 核 桿 件 、 銷 軸 、 螺 栓 的 強 度是 否 滿 足 要 求 ； 然 后 對 該 剪 式 汽 車 舉 升 機 的 液 壓 系 統(tǒng) 及 電 氣 控 制 系 統(tǒng) 進 行 了 設 計 ； 最后 采 用 AutoCAD 軟 件 繪 制 了 該 剪 式 汽 車 舉 升 機 的 裝 配 圖 及 主 要 零 部 件 圖 。本 次 設 計 中 所 采 用 的 研 究 思 路 與 方 法 對 今 后 各 類 剪 式 舉 升 機 的 設 計 及 改 進 均 有 較 好 的指 導 意 義 。關 鍵 字 ： 汽 車 ； 舉 升 機 ； 剪 式 ； 液 壓-1-AbstractCar Lift refers Qibaoshebei automotive repair industry for lifting the car. Lift play in the automotive repair and maintenance in a crucial role, regardless of vehicle overhaul or minor repairs and maintenance, are inseparable from it, the nature of their products, quality directly affects the safety of maintenance personnel.The car this is a scissor lift design, first determine the structure of the car scissor lift structure; then the size of the establishment survey automobile car model to determine the size of the overall structure of the lift; secondly to establish a lift mechanical model of state agencies and different positions were lifting mechanism stress analysis and checking rod, pin, bolt strength meets the requirements; then the hydraulic system and electrical control systems were scissor car Lift design; Finally, AutoCAD software to draw the scissor car lift assembly drawing and main parts diagram.Research ideas and methods used in this design for the future design of various types of scissor lifts and improvements have better guidance.Keywords: Car; Lift; Scissors; Hydraulic--目 錄摘 要 1Abstract.2引 言 .31 緒 論 .41.1 研 究 背 景 及 意 義 41.1.1 研 究 背 景 41.1.2 研 究 意 義 41.2 升 降 機 概 述 41.2.1 升 降 機 定 義 41.2.2 液 壓 升 降 機 的 作 用 .41.2.3 液 壓 升 降 機 的 特 點 .51.3 國 內 外 研 究 現(xiàn) 狀 51.3.1 國 外 51.3.2 國 內 52 總 體 結 構 方 案 及 參 數(shù) 選 定 72.1 升 降 機 結 構 確 定 .72.2 確 定 各 結 構 尺 寸 .82.2.1 建 立 轎 車 模 型 82.2.2 主 要 結 構 尺 寸 確 定 .82.3 初 定 電 機 功 率 102.4 平 臺 與 叉 桿 的 設 計 計 算 .112.4.1 確 定 平 臺 的 結 構 材 料 及 尺 寸 112.4.2 確 定 叉 桿 的 結 構 材 料 及 尺 寸 123 受 力 分 析 與 校 核 計 算 .173.1 位 置 參 數(shù) 計 算 173.2 動 力 參 數(shù) 計 算 193.3 液 壓 缸 布 置 方 式 的 分 析 .203.4 強 度 校 核 計 算 233.4.1 叉 桿 233.4.2 橫 軸 263.4.3 連 接 螺 栓 的 校 核 .27-I-4 液 壓 、 電 氣 系 統(tǒng) 的 設 計 與 選 擇 304.1 液 壓 系 統(tǒng) 設 計 與 選 擇 .304.1.1 液 壓 系 統(tǒng) 設 計 要 求 .304.1.2 液 壓 系 統(tǒng) 的 設 計 .304.2 液 壓 缸 的 計 算 與 選 型 .314.2.1 液 壓 缸 的 安 裝 位 置 324.2.2 液 壓 缸 推 力 及 行 程 的 確 定 324.2.3 液 壓 缸 的 選 型 .334.3 液 壓 泵 的 計 算 與 選 型 .334.3.1 液 壓 泵 工 作 壓 力 的 計 算 334.3.2 液 壓 泵 功 率 的 計 算 344.3.3 油 泵 流 量 的 計 算 344.3.4 油 泵 的 選 型 354.4 電 氣 系 統(tǒng) 設 計 354.4.1 電 氣 系 統(tǒng) 控 制 設 計 354.4.2 電 動 機 的 選 擇 與 驗 算 .37結 論 43參 考 文 獻 44致 謝 .45-2-引 言 升降機是一種將人或者貨物升降到某一高度的升降設備。在工廠、自動倉庫等物流系統(tǒng)中進行垂直輸送時，升降機上往往還裝有各種平面輸送設備，作為不同高度輸送線的連接裝置。一般采用液壓驅動，故稱液壓升降機。除作為不同高度的貨物輸送外，廣泛應用于高空的安裝、維修等作業(yè)。升降機包括：固定升降機、牽引式升降機、車載式升降機、導軌式升降機和特殊形式的升降機等。液壓升降機廣泛適用于汽車、集裝箱、模具制造，木材加工，化工灌裝等各類工業(yè)企業(yè)及生產流水線，滿足不同作業(yè)高度的升降需求，同時可配裝各類臺面形式（如滾筒、轉盤、轉向、傾翻、伸縮） ，配合各種控制方式（分動、聯(lián)動、防爆） ，具有升降平穩(wěn)準確、頻繁啟動、載重量大等特點，有效解決工業(yè)企業(yè)中各類升降作業(yè)難點，使生產作業(yè)輕松自如。要是通過液壓油的壓力傳動從而實現(xiàn)升降的功能,它的剪叉機械結構，使升降機起升有較高的穩(wěn)定性，寬大的作業(yè)平臺和較高的承載能力，使高空作業(yè)范圍更大、并適合多人同時作業(yè)。它使高空作業(yè)效率更高，安全更保障。-3-1 緒 論1.1 研 究 背 景 及 意 義1.1.1 研 究 背 景工程機械是我國裝備工業(yè)的重要組成部分。為了保證各種工程建設高速度、高質量、低成本施工的進行，工程機械是重要手段?，F(xiàn)代化建設速度的快慢取決于工程建設的速度。工程機械發(fā)展水平的高低直接影響工程建設的速度，因此工程機械是世界工業(yè)發(fā)達國家的重點發(fā)展行業(yè)。我國的機械工業(yè)發(fā)展較晚，基礎較差，但是經過多年的努力，從無到有，從模仿一般的小型機械到自主研發(fā)制造大型精密設備，我國的工程機械行業(yè)不斷地發(fā)展為一個機械產品門類齊全，產品技術具有先進水平的工業(yè)體系[15]。剪叉式液壓升降臺具有結構簡單、承載量大、安裝空間小、自動化程度高且易于實現(xiàn)集中控制等特點，因此在現(xiàn)代物流、航空、自動化生產線等場合中得到廣泛應用[17]。剪叉式升降平臺是應用非常廣泛的一種升降裝置，剪叉式升降平臺的結構決定了其功能和特點，具有結構穩(wěn)固、運行可靠、安全高效、故障率低、維護方便等一系列優(yōu)點，因此廣泛用于車站、碼頭、橋梁、大廳、廠房、室內外機械安裝、設備維修、建筑保養(yǎng)等場合。1.1.2 研 究 意 義升降機不論是在工業(yè)生產還是我們的日常生活中都有著非常重要的作用。給我們帶來許多便捷、便利。升降機有許多特色的功能，電梯在我們生活中的好多地方都會用到，升降機就如電梯的性能大同小異，我們在升降機的使用過程中也可以針對自己的需求對升降機的具體參數(shù)進行設置。升降機在我們生產中的應用非常普遍，可見升降機在我們的生活中的重要性。然而在我們生產中升降機也有著非常重要的作用，尤其是貨物高空操作。1.2 升 降 機 概 述1.2.1 升 降 機 定 義升降機是一種將人或者貨物升降到某一高度的升降設備。在工廠、自動倉庫等物流系統(tǒng)中進行垂直輸送時，升降機上往往還裝有各種平面輸送設備，作為不同高度輸送線的連接裝置。一般采用液壓驅動，故稱液壓升降機。除作為不同高度的貨物輸送外，廣泛應用于高空的安裝、維修等作業(yè)。升降機包括：固定升降機、牽引式升降機、車載式升降機、導軌式升降機和特殊形式的升降機等。1.2.2 液 壓 升 降 機 的 作 用液壓升降機廣泛適用于汽車、集裝箱、模具制造，木材加工，化工灌裝等各類工業(yè)企業(yè)及生產流水線，滿足不同作業(yè)高度的升降需求，同時可配裝各類臺面形式（如滾筒、轉盤、轉向、-4-傾翻、伸縮） ，配合各種控制方式（分動、聯(lián)動、防爆） ，具有升降平穩(wěn)準確、頻繁啟動、載重量大等特點，有效解決工業(yè)企業(yè)中各類升降作業(yè)難點，使生產作業(yè)輕松自如。1.2.3 液 壓 升 降 機 的 特 點升降平臺升降系統(tǒng)是靠液壓驅動的，所以叫做液壓升降臺。是一種多功能的裝卸機械設備。它主要廣泛適用于模具制造，化工罐裝以及集裝箱，汽車之類的各種工廠企業(yè)及生產流水線。液壓升降平臺可以滿足于不同作業(yè)高度的升降需求，配裝各類臺面形式，采用合適的控制方式，使得升降是平穩(wěn)準確，可以頻繁啟動，且承載量大，從而能夠有效的解決工業(yè)企業(yè)中各類升降作業(yè)時的難題，方便生產。1.3 國 內 外 研 究 現(xiàn) 狀1.3.1 國 外當前國外制造升降平臺的國家比較多，如意大利、芬蘭、美國、英國等國家。國外升降平臺生產在有的國家已有幾十年的歷史，升降平臺在機械產品中占有相當大的比重。根據(jù)叉臂的數(shù)量分單節(jié)和多節(jié)升降平臺，還有固定式（圖 1.1） 、超低式（圖 1.2） 、移動式（圖 1.3）等各種型式。目前升降平臺的驅動力多用液壓驅動，在倉庫、航空、工業(yè)、碼頭等場所廣泛運用。特別在高空作業(yè)升降平臺及商業(yè)貨物平臺中己形成系列化的生產，如英國起重有限公司，他們根據(jù)各類倉庫的裝卸需求，生產適應商業(yè)貨物系統(tǒng)方面不同型號的升降平臺，大部分高空作業(yè)搬運作業(yè)其技術先進。還有 Geda 公司的 Multilift 系列施工升降平臺，這臺施工升降機可以通過電子顯示裝置對“高度預定控制系統(tǒng)”進行操作。通過該系統(tǒng)，要使升降平臺輕松地?？吭诓煌叨龋僮鲉T只需簡單的按鈕操作就可。該升降平臺配有嵌入式的控制裝置，使升降平臺的急停急走不再發(fā)生。美國專家 Hashem 等根據(jù)剪叉式液壓升降機的特點提出采用并聯(lián)連接剪叉臂的結構形式，之前的升降機主要是串聯(lián)連接剪叉臂，串聯(lián)連接限制了其工作臺面的增加，并聯(lián)連接不僅可以增加工作面積，還能夠大大增加其穩(wěn)定性[1-2]。1.3.2 國 內隨著中國城鎮(zhèn)化的擴展，道路，橋梁等基礎設施的建設不斷增多，需求不斷擴大，升降平臺以及升降機的種類需求也不斷增加。而且近幾年，液壓升降平臺發(fā)展正處在一個發(fā)展的高峰期，并且逐步向產業(yè)化和集群模式發(fā)展。現(xiàn)在不管是在建筑工地、市政施工、企業(yè)、工業(yè)、工廠、裝潢、酒店還是私家庭院，升降機以及是到處可見，使用也是非常廣泛。因此，升降平臺市場發(fā)展前景廣闊。我國升降平臺市場進入高速發(fā)展階段，有望保持高速發(fā)展態(tài)勢。目前國外生產升降機比較知名的企業(yè)有愛知公式、JLG 公司和 Alter 公司等。在國內主要有山東濟陽和江蘇鎮(zhèn)江兩大生產基地。比較知名的國內企業(yè)有徐州重工，浙江定力和京城重工-5-等企業(yè) [6]。國內的升降平臺的制造起步比國外的晚，但是近幾年的發(fā)展相對較為迅速，主要表現(xiàn)在產品種類的不斷增加。如沈陽北方交通中共集團研制了 54m 的高空消防救援車。目前，徐州重型機械有限公司正在研發(fā) 80m 的高空消防車，在此之前，它已經成功研制了 22-68m 的高空消防救援車。杭州愛知公司也研發(fā)完成了絕緣型高空作業(yè)車。在剪叉機構的強度、剛度方面的研究，郭克希等人通過對剪叉式機構的演變方式的分析對比，得到了變異剪叉結構，并對該結構進行了研究，通過對該空間展開式剪叉機構的強度分析，得出了該機構的關鍵結構尺寸，從而設計出一種新型的能夠廣泛應用于各種特殊的場合的機動平臺[9]。胡小舟等人分析了剪叉式升降機的受力，建立了其力學模型，然后利用 Matlab 軟件進行分析，研究了影響油缸最大推力的關鍵參數(shù)[10]。張榮敏等人對剪叉機構的結構參數(shù)進行了分析，并利用 ANSYS /APDL 的優(yōu)化設計模塊對剪叉臂進行結構優(yōu)化分析，得出剪叉臂的最優(yōu)參數(shù)[11]。鄧宏光等人根據(jù)剪叉式升降平臺的結構特征，建立了起升結構的力學方程，并確定了起升結構的關鍵參數(shù)[12]。-6-2 總 體 結 構 方 案 及 參 數(shù) 選 定2.1 升 降 機 結 構 確 定此次課題設計的內容為剪切式液壓升降機，剪切式升降機的發(fā)展較迅速，種類也很齊全。按照剪切的大小分為大剪式升降機（又叫子母式） ，還有小剪（單剪）升降機 ；按照驅動形式又可分為機械式、液壓式、氣液驅動式；按照安裝形式又可以分為藏地安裝，地面安裝。因為此次設計所要舉升的重量為 2t 以下的轎車 ，所以采用小剪式液壓驅動升降機就完全可以。為了適合大小維修廠，對地基沒有過多要求，地面安裝即可。整體結構形式如圖 2.1 所示。圖 2.1 液壓升降機整體結構形式剪切式液壓平板升降機由機架、液壓系統(tǒng)、電氣三部分組成。設置限位裝置、升程自鎖保護裝置等以保證升降機安全使用，保障維修工人的生命安全。剪切式升降機有兩組完全相同的升降機構，分別放于左右兩側車輪之間，因兩側結構完全相同，可以左右互換。升降機由電氣系統(tǒng)控制，由液壓系統(tǒng)輸出液壓油作為動力驅動活塞桿伸縮，帶動兩側舉升臂同時上升、下降、鎖止[2]。升降機一側上下端為固定鉸支座，舉升臂由銷連接固定在鉸支座上。另一側上下端為滑輪滑動，舉升臂通過軸與滑輪連接。升降機在工作過程中，以固定鉸支座一側為支點，滑輪向內或向外滑動，使升降機上升下降，當達到適當?shù)呐e升位置時，利用液壓缸上的機械鎖鎖止。剪-7-切式升降機使用方便，結構簡單，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[3]。2.2 確 定 各 結 構 尺 寸2.2.1 建 立 轎 車 模 型根據(jù)豐田和大眾轎車的車身信息確定一個使用較廣的車模：它的車身參數(shù)有車身長 4.7m，寬 1.75m，高 1.5m，軸距 2.1m，前后輪距平均為 1.5m，車自重 1.5t，該轎車模型集豐田轎車外型，奧迪外型，大眾車系于一體，具有較廣的代表性。2.2.2 主 要 結 構 尺 寸 確 定（1）剪切式升降機已知的主要技術參數(shù)如表 2.2 所示表 2.2 主要技術參數(shù)技術數(shù)據(jù) 數(shù)值 單位舉升重量 3 T舉升高度 350~2000 Mm提升時間 60 S要求升降機的提升速度是經 1min 時間內升降機能升高到 1m，實際升高 1.65m，并且升降機在各高度工作時，都能自鎖。設計過程中參考了廣力牌 GL3.0/A 小剪式升降機，上海繁寶剪式升降機，Jumbo Lift NT 剪式舉升平臺的外形及運動形式。（2）升降機各部分尺寸（a）支撐平臺尺寸因剪切式升降機放于兩輪胎之間的下部，所以升降機在使用過程中要保證升降機不能與輪胎發(fā)生干涉[2] 。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，升降機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 500mm~600mm 左右，我們取平臺寬為La=260-35102=6 m?Bp=550mm。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，增加升降機重量，取外型高為 70mm，實厚為 15mm，只在四周加工凸臺邊緣，平臺尺寸如圖 2.2 所示。圖 2.2 平臺尺寸-8-（b）舉升臂尺寸因平臺長 La=1600mm，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，與汽車相干涉，所以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 。Lb=160-52130 m?升降機壓縮到最低位置時，升降機高為 350mm,(底座到平臺面的距離)。 如圖 2.3 所示底座厚為 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 根據(jù)勾股定理求舉升臂長 L , 求得Hd=350-12=50 m?2250=b()?L=1306mm，舉升臂寬 110mm，厚為 20mm。圖 2.3 升降機壓縮到最低點時的狀態(tài)（3）升降機升高到 1m 時尺寸變化升降機向上舉升時，滑輪向內側滾動，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。升降機升高到 1m 時，升降機上下兩滑輪之間的距離為 ，因舉升臂長 L=1306mm，固定鉸接處與滑輪之間的距離Hg=20-1532=190m ?為 Lb,由勾股定理得 ，則 Lb=896.15mm，滑動輪滑動距離 Lx=1300-220Lb()?896.15=403.75mm。升降機升高到 1m 時，結構狀態(tài)如圖 2.4 所示。-9-圖 2.4 升高到 1m 時升降機主視圖和左視圖因我們的舉升臂寬為 110mm，所以連接處螺栓軸徑適當取 Ds=30mm，滑動滾輪處軸徑取 Dz=24mm，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 初 定 電 機 功 率剪切式升降機舉升重量 2t，升降機自身及其附件的重量再加上一部分的余量為 0.8t，所以取 W=3.8t 。初定電機功率，不考慮工作過程損失。舉升平臺上方放有汽車時，設計上升速度為 Vw = （2.2）tSS=2000-350 =1650 (mm) 由公式（2.2）得 Vw= =0.0275m/s=1.65m/min 1.650載車板上升功率 Pw= （2.3）FwV?Fw=m g （2.4）?其中 m=4.6kg， g=10N/kg 由公式（2.4）Fw =3.8 10 =38 KN -10-Vw 取 1.65 m/min由公式（2.3）得 Pw= =1.04（KW） 取381.650?1.WPK?整理前面計算的數(shù)據(jù)如表 2.4。表 2.4 剪切式升降機主要技術參數(shù)舉升重量 2000kg舉升高度 350—2000mm實際上升高度 1650mm總寬 2000mm總長 2060mm平臺長/寬 1600/550mm舉升臂長 1306mm平臺間寬 900mm上升時間 50s下降時間 40s電機功率 1.1KW電源 220V/380V/50Hz額定油壓 18MPa整機重量 800kg滑輪移動距離 896.15mm2.4 平 臺 與 叉 桿 的 設 計 計 算2.4.1 確 定 平 臺 的 結 構 材 料 及 尺 寸平臺位于升降臺的最上部，是支撐件的組成部分。汽車能夠在升降臺上平穩(wěn)的停放就是平臺起了關鍵的作用。在進行維修作業(yè)之前首先得駛上平臺。需要說明的是平臺并不是一個簡單的鋼板，而是在下面有滑道，因為升降臺叉桿臂上有滑輪，滑道的作用就是使滑輪在滑道內來回滑動，使升降臺完成舉升和回落動作。下底板也如此，如下圖 4-1。圖 4-1 下底板結構簡圖根據(jù)上面汽車尺寸參數(shù)，確定平臺的長度為 2600mm，寬度 450mm，材料采用熱軋鋼板。-11-其形狀見圖紙。需要說明的是平臺并不是一個簡單的鋼板，而是在下面有滑道，因為升降臺叉桿臂上有滑輪，滑道的作用就是使滑輪在滑道內來回滑動，使升降臺完成舉升和回落動作。叉桿是升降臺最主要的舉升部件，是主要的受力機構。對其設計的成功與否關系到整個設計工作的成敗，選材 45 號鋼，熱軋鋼板。叉桿的外形圖如圖 4-2 所示。圖 4-2 叉桿的外形圖2.4.2 確 定 叉 桿 的 結 構 材 料 及 尺 寸對支撐叉桿進行受力分析：首先定義每根桿的名稱編號，如圖 4-3：圖 4-3 支撐叉桿受力分析圖對于桿 3、桿 4 的活動鉸聯(lián)接在水平方向上除了摩擦力沒有其它外力，所以可以忽略不計，現(xiàn)在只考慮其豎直方向上的受力就可以了。經過分析桿 3 的受力情況如圖：計算其最大彎矩及軸向力：經力學分析，當升降臺處于最低位置， 時，所受彎矩最大，如圖。5???-12-225678maxWlcoscosMl.Nm???當升降臺處于最高位置， 時，軸向力最大，如圖30?， （正值為拉力，負值為壓力） 。1254D'BWNsinN??125BA'N??桿 4 受力情況同桿 3。下面再分析一下桿 1,對桿 1 作受力分析，如圖對 D 點做力矩分析： ，可得 = -423AxPWllFlsinlcoscsin()??????AxF110.1N。計算彎矩，由上圖可轉化成下圖來分析： 根據(jù)以上條件畫彎矩圖，如下：-13-圖 4-4 桿 1 彎矩圖由此圖可知，桿 1 的最大彎矩在 C 點。經計算當 時， 有最大值，即擁有最大彎矩，5???cR同樣此時也擁有最大的軸向力。首先將 ，W=9800N，P=11.6W（P 與 W 的關系值根據(jù)上5?述的公式 求得）代入以上各式，求得的值如下圖：2cossin()i()lPWa?????則 。215236maxABM(R)lNm?????計算軸向力，同樣將桿 1 的受力分析圖再轉化為軸向力圖分析，如圖：經分析計算，CD 段受到的軸向壓縮力最大， 。由于剛剛計算出的桿 3 與桿5492CDTN?4 的最大彎矩和最大軸向力都小于桿 1 的值，故不對桿 3 桿 4 計算工作應力。計算桿 1 該狀態(tài)下的工作應力，設叉桿橫截面積 A=bh,如圖： 則該狀態(tài)下的工作應力為 max22651649[],C sNhMbhAbn?????????其中， ——叉桿實際工作應力,——材料許用應力，[]——材料的極限應力，對于 45 號s 鋼，為 340Mpa -14-n——安全系數(shù),一般為大于 1 的值，這里取 n=2。根據(jù)經驗初選 h=0.1m。由此式可以看出彎矩對工作應力 的影響較軸向力要顯著的多，所以在計算時應以最大彎?矩為主要計算對象。桿 1 所承受的最大工作應力。桿 1 的 C 截面擁有最大彎矩，即可以認為 C截面擁有最大的工作應力。我們按照最大工作應力來選取合適的叉桿截面。將 h=0.1m 代入上式：最大工作應力 。這里取 ，即叉桿的橫截36517021.3.MPabmb?????25bm?面為 100 25 。hb?2m-15-3 受 力 分 析 與 校 核 計 算3.1 位 置 參 數(shù) 計 算由圖 3-1 可知圖 3-1 位置參數(shù)示意圖（1）21/sin(cos),CLHll????（2）22()co;T?上式中：H——任意位置時升降平臺的高度；C——任意位置時鉸接點 F 到液壓鉸接點 G 的距離；L——支撐桿的長度；——支撐桿固定鉸支點 A 到鉸接點 F 的距離；lT——機架長度（A 到 G 點的距離） ；——活塞桿與水平線的夾角。?以下相同。將（2）式代入（1）式，并整理得。 （3）221/[()]HLTCll???設 代入（3）式得00/,/,H??。 （4）221/200()[]llT??-16-在（4）式中，——升降平臺的初始高度；0H——液壓缸初始長度。C雙鉸接剪叉式升降平臺機構的運動參數(shù)計算：圖 3-2 運動參數(shù)示意圖圖中， 是 F 點的絕對速度； 是 B 點絕對速度； 是 AB 支撐桿的速度；VV1?是液壓缸活塞平均相對速度； 是升降平臺升降速度。由圖 3 可知：1 21112,sin()sin(),,coscs,in()FBllVLl?????????（5）1si()LVl???。在（5）式中，——液壓缸活塞平均相對運動速度；1——升降平臺升降速度；2——支撐桿與水平線的夾角。?以下相同。-17-3.2 動 力 參 數(shù) 計 算圖 3-3 動力參數(shù)示意圖圖中，P 是由液壓缸作用于活塞桿上的推力，Q 是升降平臺所承受的重力載荷。通過分析機構受力情況并進行計算（過程省略）得出：升降平臺上升時 coscosincostan[tan()( )]sin()22icosLfLbfbbfl???? ??????； （6）升降平臺下降時 coscosincostan[tan()( )]sin()22icosQLfLbfbPbfl ??? ??????（6） 、 （7）式中，P——液壓缸作用于活塞桿的推力；Q——升降平臺所承受的重力載荷；f——滾動摩擦系數(shù)；b——載荷 Q 的作用線到上平板左鉸支點 M 的水平距離。由于滾動輪與導向槽之間為滾動摩擦，摩擦系數(shù)很小（f=0.01）,為簡化計算，或忽略不計，由（6） 、 （7）式簡化為：。 （8）cosin()PLl????-18-3.3 液 壓 缸 布 置 方 式 的 分 析從直觀的角度分析考慮，如下圖： 桿 1桿 2圖 3-4 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支撐桿活動的區(qū)域的，液壓缸的頭部是連接在桿 1 的右端（偏向桿 1 的活動鉸連接） 。因此，我們針對實際升降臺剪叉機構中液壓缸常用的布置方式存在的問題，提出了另一種相對布置方式，將液壓缸布置在與之相對稱的左側，即與剪叉機構的固定支點在同一側，來進一步分析討論。（1）問題的提出液壓缸驅動的剪叉機構再各種升降臺中廣泛應用，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構內的布置要受到折合后高度的約束。根據(jù)文獻《甘肅大學學報》的有關液壓缸驅動剪叉機構的運動學及動力學分析一章，得知在這種布置方式的情況下，如圖：圖 3-5 液壓缸布置在左側液壓缸活塞運動速度與臺面升降速度的關系式為 2cos2in()yalv vl???????（1） -19-活塞推力與臺面荷重的關系式為（2） 2cossin()i()lPWa?????式中，111,tan[t],sin(i)hlal d???? ????。以上兩式的推導基于工程中常用的液壓缸布置方式，即液壓缸下支點與剪叉機構的固定支點在同一側，如上圖。這種布置方式的優(yōu)點是液壓缸的有效行程比較短，這在臺面升程范圍比較大的場合較為適用。存在的問題是在剪叉機構折合后的高度 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構中難以布置；或采用兩個直徑較小的液壓缸取代一個大直徑的液壓缸，不過這將增加一對液壓缸的支座，同時帶來機械加工、液壓缸安裝以及液壓系統(tǒng)的復雜性，加大了整個裝置的成本。（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（即采用第一種設計方案） ，計算一下該方案的有關參數(shù)再將兩者作以比較。如圖：圖 3-6 液壓缸布置在右側這里仍用瞬時速度中心法來求解活塞運動速度。桿ＦＤ上Ｄ點、Ａ點的瞬時轉動中心為 F點，D 點、A 點的速度為：2()vla???-20-臺面升降速度： cos2csyDvl???Ａ點的運動速度： ()2cosyAla?活塞運動速度：（３）()sin()2coAlv?????式中，11sini,ta()cohllL????依據(jù)虛位移原理有：（４）()0ixixixpypWFFzP???????由圖２分析可得：cos,sin()()i,2sinxyppwPlalayl????經變分后：i()cos2pwyl?????代入式（４） ，整理后得活塞推力：（５）cos()in()lPWa???式（３）和式（５）的正確性可以用機械能守恒原理來證明，即 yv將式（５）與式（２）進行比較，再 各參數(shù)都相同的條件下，顯然，液壓缸,,ylaWv??布置再右側時的推力較液壓缸布置在左側時??；而式（３）與式（１）比較，則液壓缸布置在右側時的活塞速度較液壓缸布置在左側時高?？梢?，活塞推力的減小是以活塞速度的提高為代價換來的。液壓缸布置在剪叉機構的右側，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構中的布置；帶來的問題是液壓缸的有效行程較長，如果臺面升程范圍不大，液壓缸行程的增加也是有限的。-21-3.4 強 度 校 核 計 算3.4.1 叉 桿對支撐叉桿進行受力分析首先定義每根桿的名稱編號，如圖：對于桿 3、桿 4 的活動鉸聯(lián)接在水平方向上除了摩擦力沒有其它外力，所以可以忽略不計，現(xiàn)在只考慮其豎直方向上的受力就可以了。經過分析桿 3 的受力情況如圖：計算其最大彎矩及軸向力：經力學分析，當升降臺處于最低位置， 時，所受彎矩最大，如圖。5???225678maxWlcoscosMl.Nm???當升降臺處于最高位置， 時，軸向力最大，如圖30?-22-， （正值為拉力，負值為壓力） 。1254D'BWNsinN??125BA'N??桿 4 受力情況同桿 3。下面再分析一下桿 1,對桿 1 作受力分析，如圖對 D 點做力矩分析： ，可得 = -423AxPWllFlsinlcoscsin()??????AxF110.1N。計算彎矩，由上圖可轉化成下圖來分析： 根據(jù)以上條件畫彎矩圖，如下：-23-由此圖可知，桿 1 的最大彎矩在 C 點。經計算當 時， 有最大值，即擁有最大彎矩，5???cR同樣此時也擁有最大的軸向力。首先將 ，W=9800N，P=11.6W（P 與 W 的關系值根據(jù)上述的?公式 求得）代入以上各式，求得的值如下圖：2cossin()i()lPWa?????則 。215236maxABM(R)lNm?????計算軸向力，同樣將桿 1 的受力分析圖再轉化為軸向力圖分析，如圖：經分析計算，CD 段受到的軸向壓縮力最大， 。由于剛剛計算出的桿 3 與桿5492CDTN?4 的最大彎矩和最大軸向力都小于桿 1 的值，故不對桿 3 桿 4 計算工作應力。計算桿 1 該狀態(tài)下的工作應力，設叉桿橫截面積 A=bh,如圖： -24-則該狀態(tài)下的工作應力為 max22651649[],C sNhMbhAbn?????????其中， ——叉桿實際工作應力,?——材料許用應力，[]——材料的極限應力，對于 45 號鋼，為 340Mpa sn——安全系數(shù),一般為大于 1 的值，這里取 n=2。根據(jù)經驗初選 h=0.1m。由此式可以看出彎矩對工作應力 的影響較軸向力要顯著的多，所以在計算時應以最大彎?矩為主要計算對象。桿 1 所承受的最大工作應力。桿 1 的 C 截面擁有最大彎矩，即可以認為 C截面擁有最大的工作應力。我們按照最大工作應力來選取合適的叉桿截面。將 h=0.1m 代入上式：最大工作應力 。這里取 ，即叉桿的橫截36517021.3.MPabmb?????25bm?面為 100 25 。hb?2m3.4.2 橫 軸選取套聯(lián)在活塞桿端部的橫軸，根據(jù)總體結構布局確定橫軸長度需要 220mm，由于是單耳環(huán)聯(lián)接，其內徑 CD=50，橫軸的外徑也應為 50mm,但考慮到二者需要相對滑動，應使橫軸的外徑略小于 50mm,這里取 d=48mm。單耳環(huán)的寬度值 EW=60mm。將叉桿要聯(lián)接到橫軸處的孔進行加長處理，使兩者接觸面積適當?shù)脑龃笠詼p小彎曲應力及及剪應力。因此可按下圖分析橫軸所受應力：-25-當 時，P=113680N ，可求得 。作用于橫軸上的力 P 是均勻分5???568402ABPRN?布的，分布距離為 60mm，故集度為： ，截面 O 上的最大彎矩為13.91/0.qm?，截面 C 和 D 上的剪力 （這里0.30.8542AMRqNm???? 56840AQRN?沒有考慮剪力與彎矩的正負） 。其彎曲應力為 30.16[]Mpad????剪應力225684.QP????對于其它幾個銷軸，由于所受的應力都小于上述值，在不改變材料的基礎上選擇直徑各為35mm、40mm 是完全可以的，這里就不一一校核了。3.4.3 連 接 螺 栓 的 校 核螺栓在升降機中起連接作用，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（a）升降機在最低點時螺栓剪切力強度計算水平方向承受的應力為 31284.1059.62QkFMPaAd?????豎直方向承受的應力為 32228.105.74Qkad??根據(jù)第三強度理論 = 53.89MPa?12???[]98MPa???-26-滿足強度要求。（b）舉升到 1m 時螺栓剪切力強度計算水平方向承受的應力為 312216.901.84QkFMPaAd?????豎直方向承受的應力為 3222604.54Qkad??根據(jù)第三強度理論 12.87.6[]98MP? ??????經計算滿足強度要求。（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（a）升降機在最低點時螺栓剪切力強度計算水平方向承受的應力為 3122684.1059.6QkFMPaAd?????豎直方向承受的應力為 22504QkPad??根據(jù)第三強度理論 1259.6[]98M??????經計算滿足強度要求（b）舉升到 1m 時螺栓剪切力強度計算水平方向承受的應力為 31226104.54QkFPaAd?????-27-豎直方向承受的應力為 2253.814QkFMPaAd?????根據(jù)第三強度理論 120.[]9????經計算滿足強度要求。（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（a）升降機在最低點時螺栓剪切力強度計算水平方向承受的應力為 312284.1059.6QkFMPaAd?????豎直方向承受的應力為 2276.54Qkad??根據(jù)第三強度理論 123.07[]98MP??????經計算滿足強度要求（b）舉升到 1m 時螺栓剪切力強度計算水平方向承受的應力為 312285.910.84QkFPaAd?????豎直方向承受的應力為 32227.510.4QkMad??根據(jù)第三強度理論 12.5[]98Pa??????經計算滿足強度要求。校核后的結果表明螺栓材料為 Q235 鋼是符合要求的。