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南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文
1 緒論
1.1 升降臺的發(fā)展現(xiàn)狀
升降臺是一種當(dāng)前應(yīng)用廣泛，發(fā)展良好的將人或貨物升降到某一高度的設(shè)備。我國目前正處于建設(shè)的發(fā)展階段，升降臺的研制，開發(fā)雖然在一定的程度上得到發(fā)展成熟，但是有些地方還需要完善和改進，還需要進一步的研究。升降臺種類豐富，類型繁多，總的來講，按照升降結(jié)構(gòu)的不同，可分為剪叉式升降臺、升縮式升降臺、套筒式升降臺、升縮臂式升降臺及折臂式升降臺等。按移動的方法不同分：固定式升降臺、拖拉式升降臺、車載式升降臺、可駕駛式升降臺等。根據(jù)液壓升降臺的工作原理可分為：剪式舉升臺（非叉式）、移動式液壓舉升臺、剪叉式固定液壓升降臺以及直桶式液壓升降臺等。剪叉式升降臺又可以分為電動剪叉式和液壓剪叉式。根據(jù)其傳動系統(tǒng)的不同又可分為：液壓傳動、鏈條傳動、蝸輪蝸桿傳動、齒輪齒條驅(qū)動、大螺旋驅(qū)動等。車載式升降臺是為了提高升降臺的機動性，將升降臺固定在電瓶搬運車或貨車上，它接取汽車引擎動力，實現(xiàn)車載式升降臺的升降功能，以適應(yīng)廠區(qū)內(nèi)外的高空作業(yè)。車載式升降臺適用范圍廣泛應(yīng)用賓館，大廈，機場，車站，車間，倉庫等場所的高空作業(yè)等，也可作為臨時性的高空照明，廣告宣傳等。
液壓傳動是機械設(shè)備中發(fā)展最快的技術(shù)之一，特別是近年來隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展，與微電子、計算機技術(shù)相結(jié)合，液壓與氣壓傳動進入了一個新的發(fā)展階段?，F(xiàn)今，采用液壓傳動的程度也成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。如發(fā)達國家的生產(chǎn)的95%的工程機械、90%的數(shù)控加工中心、95%以上的自動線都采用了液壓傳動。
目前使用比較成熟，效果較好的液壓缸斜置驅(qū)動的剪叉式升降臺，具有機構(gòu)緊湊、運行平穩(wěn)、噪聲小、頻響快、傳遞功率大、易于操作等優(yōu)點。但在實際使用中也存在一些不足， 比如負(fù)載不能太大、起重動力矩與負(fù)載的比偏大，起始高度較高，有時液壓升降平臺還會因為長時間的負(fù)載而引起漏油，有些升降臺體積較大，占用空間等。
1.2 升降臺的發(fā)展前景
升降臺是現(xiàn)代機械行業(yè)不可缺少的基本設(shè)備，為了滿足不同的升降高度，升降臺分為單級，雙級以及多級；為了滿足不同的功能要求，臺面有滾道式，旋轉(zhuǎn)式和翻轉(zhuǎn)式等。隨著科技的發(fā)展，為了更好的控制升降臺的升降速度，引入計算機控制系統(tǒng)代替開關(guān)液壓閥的形式控制液壓系統(tǒng)，運用計算機的智能處理能力，根據(jù)需要同時控制升降臺的位置和速度，既能保證速度均勻穩(wěn)定，又能更準(zhǔn)確的定位。液壓升降臺正朝著人體化，智能化、集成型和環(huán)保節(jié)能的方向發(fā)展，逐漸運用在各個領(lǐng)域。
1.3 摩托車升降臺的設(shè)計特點
隨著摩托車使用量的迅速增加，社會對摩托車維修工具和設(shè)備的工作效率也越來越高。由此原因，設(shè)計一種維修設(shè)備，它可根據(jù)摩托車維修部位的不同而隨時調(diào)整摩托車的高度位置，方便維修，減輕維修人員的勞動負(fù)荷從而提高工作效率，就成為必然需要。具有結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，安裝和拆卸操作方便，故障率低，常見故障易處理，維護方便等優(yōu)點的摩托車升降平臺，就可以滿足摩托車維修對提高工作效率的要求?？傮w來說，摩托車升降臺的設(shè)計特點就是安全、可靠、經(jīng)濟、方便。
1.4 摩托車升降臺的安全要求
由于摩托車升降臺容易產(chǎn)生的危險如下：
a)機械危險；
b)電氣危險；
c)在設(shè)計時由于忽略了人類工效學(xué)產(chǎn)生的危險；
d)由于能源失效、機械零件損壞或其他功能故障產(chǎn)生的危險；
e)由于安全措施錯誤或不正確的定位產(chǎn)生的危險。
因此，在設(shè)計和制造摩托車升降臺及其他方面應(yīng)滿足一定的安全要求。
1.4.1設(shè)計的安全要求
設(shè)計時，金屬結(jié)構(gòu)的布置應(yīng)便于檢查、維修，且金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)達到國家標(biāo)準(zhǔn)要求的安全系數(shù)。
在確定安全系數(shù)時，設(shè)計應(yīng)力必須是當(dāng)升降臺置放在水平面上，工作臺均勻承受最大載重量，按使用說明書使用時構(gòu)件中產(chǎn)生的最大應(yīng)力。安全系數(shù)n按式(1.1)計算：
............................（1.1）
式中：——塑性材料的屈服極限脆性材料的強度極限（Pa）；
——結(jié)構(gòu)自重引起的應(yīng)力（Pa）；
——承受最大載重量時結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)增加的應(yīng)力（Pa）；
——應(yīng)力集中系數(shù)；
——動載荷系數(shù)。
注：和的值可以在樣機上通過試驗分析得出。如果不采用試驗結(jié)構(gòu)和的值分別不得小于1.10和1.25。
a)升降臺承載構(gòu)件(不包括脆性材料)按式(1.1)求得的安全系數(shù)n不得小于2；
b)脆性材料(如鑄鐵等)制成的升降臺承載構(gòu)件其材料按式(1.1)求得的安全系數(shù)n不得小于5；
1.4.2其他安全要求
1.摩托車升降臺的穩(wěn)定性
升降臺的穩(wěn)定系數(shù)為：
...................................(1.2)
式中：——總抗傾覆力矩；
——總傾覆力矩，。
升降臺的工作臺若伸出,必須使工作臺伸至極限位置,在伸出部分均布130%該部承受的最大載重量,在最大起升高度處應(yīng)穩(wěn)定。
在承受偏載荷時，升降臺置于水平面上，支腿伸出且使底盤保持水平，將最大載重量以集中載荷放置在距工作臺周邊為工作臺的長或?qū)挼?/3處的任一位置，在最大起升高度處應(yīng)穩(wěn)定。
升降臺在升降過程中自然偏擺量不得大于0.5%的最大起升高度。
升降臺要設(shè)有防止支腿回縮裝置，在工作臺承受最大載重量停留15min時，支腿的回縮量不得大于3mm。
2.工作臺升降安全保護裝置
a)在動力、油路等出現(xiàn)故障時，要有能防止工作臺失控下降的安全裝置（允許有控下降）；
b)若工作臺能水平延伸超過升降臺底架且在工作臺下方有障礙物，則在油路等出現(xiàn)故障時，要有防止工作臺下降的裝置；
c)工作臺上升至最大起升高度時（升降機構(gòu)中采用一活塞式油缸的升降臺除外）,上升極限位置限制器必須自動切斷工作臺上升動力源。
2 摩托車升降臺的總體設(shè)計
2.1 設(shè)計參數(shù)及要求
基本參數(shù)：額定載荷為500kg，自重200kg，升降臺的最大高度為700-850mm，升降臺最小高度為200mm左右，平臺尺寸為2200mm700mm。
要求升降臺通過腳踏式液壓泵提起貨物，且后輪固定，設(shè)置過載安全閥，確保操作者安全，剎車可靠，可在升程內(nèi)任意位置停止升降。
2.2 摩托車升降臺機構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注意的問題
摩托車升降臺機構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注意以下幾個的問題：
a) 摩托車的質(zhì)心最好接近升降臺的支撐中心；
b) 當(dāng)有適當(dāng)偏載時，機構(gòu)運動仍能運行順暢；
c)升降臺的安裝平面平行于固定點在軌跡圓上上下極限位置所確定的弦；
d)運動干涉檢查（可用ug運動分析模塊）；
e)驗證機構(gòu)內(nèi)部是否利于液壓系統(tǒng)的安裝。
2.3 摩托車升降臺的兩種機構(gòu)形式
圖2-1 機構(gòu)一
圖2-2 機構(gòu)二
摩托車升降臺的兩種機構(gòu)形式如圖2-1和圖2-2所示，它們只是兩側(cè)相同機構(gòu)的一側(cè)。由以上兩圖可看出，機構(gòu)一（圖2-1）是全部為固定鉸支座的兩平行桿同步運動的結(jié)構(gòu)，機構(gòu)二（圖2-2）是兩固定鉸支座和兩個滑動鉸支座的剪叉式結(jié)構(gòu)。這兩種機構(gòu)都可以實現(xiàn)上板臺面升降的運動，但相比較之下，機構(gòu)一有三點不足：
a) 機構(gòu)一在升降過程中上板不僅有豎直方向的位移變化，而且還有水平方向的位移變化，而機構(gòu)二的上板在升降過程中只有豎直方向的位移變化。這樣，在總體尺寸一樣的情況下，機構(gòu)二升降時所需的空間較小。
b) 機構(gòu)一在升降的過程中，摩托車的質(zhì)心相對升降臺的支撐中心的變化很大，這樣就要求更大的動力，即要求推力更大的液壓缸。結(jié)果會增加安裝尺寸和生產(chǎn)成本。
c) 機構(gòu)一的穩(wěn)定性沒有機構(gòu)二的對角雙三角的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好。
綜上所述，機構(gòu)二較機構(gòu)一更合理。所以，在結(jié)構(gòu)上選擇機構(gòu)二。
2.4 摩托車升降臺機構(gòu)中三種液壓缸布置方式的分析比較
2.4.1問題的提出
液壓缸的布置方式主要包括液壓缸對機構(gòu)的作用力（動力）點位置及液壓缸的起始安裝角度等。
在機構(gòu)確定的情況下，動力的作用點是關(guān)系所需動力大小的關(guān)鍵。而摩托車升降臺的動力由液壓缸提供，因此，作用點的位置直接關(guān)系液壓缸的選擇。此外，液壓缸的安裝起始角度也對所需動力大小有較大影響。
總之，液壓缸的布置方式是設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)，是設(shè)計成功與否的關(guān)鍵之一。那么液壓缸究竟選擇怎樣的布置方式？
2.4.2三種方案的分析和比較
以下是液壓缸的三種布置方式，如圖2-3，圖2-4，圖2-5所示，基于剪叉式機構(gòu)的優(yōu)點，它們都是采用剪叉式機構(gòu)，可以看做三種方案：
方案一（圖2-3）：液壓缸的一端在底座的固定鉸支座上，另一端支撐在支架1上靠近滾動鉸支座的位置。當(dāng)兩支架幾乎處于水平位置時，液壓缸與底座的夾角很小，這時要把臺面升起就需要液壓缸提供很大的推力，甚至不能把臺面升起。此外，液壓缸的布置需要在底座長度比支架還更長的基礎(chǔ)上額外地加長底座，這樣就需要跟多的底座材料。
方案二（圖2-4）：液壓缸的一端在底座的固定鉸支座上，另一端支撐在支架1與支架2的鉸支軸上。當(dāng)兩支架幾乎處于水平位置時，液壓缸與底座的夾角也很小，這時要把臺面升起也需要液壓缸提供很大的推力。雖然液壓缸推動支架的力臂會隨著臺面的升起而迅速增大，從而使所需的液壓缸的推力迅速減小。然而，同時也使液壓缸的行程增加迅速增加，最終就需要大行程的液壓缸，而液壓缸的布置需要更大的長度空間，可能在液壓缸完全收縮時支架仍不能完全收回，造成臺面的高度過高。
方案三（圖2-5）：液壓缸的一端在底座的固定鉸支座上，另一端支撐在與支架2成一定角度且同固定鉸支座的桿上。這樣，當(dāng)兩支架處于水平位置時，液壓缸與底座仍有一定夾角，且>>，這時要把臺面升起所需要液壓缸提供的推力就會比前兩種布置的推力小很多。雖然液壓缸推動支架的力臂隨著臺面的升起而增大幅度沒有方案二的快，即使所需的液壓缸的推力減小更平緩。然而，同時液壓缸的行程增加也比較平緩，最終所需要的液壓缸行程也不會很大，布置液壓缸的空間也是足夠的。因此，在稍微增加了液壓缸推力的同時獲得了更多的優(yōu)點。
圖2-3 方案一
圖2-4 方案二
圖2-5 方案三
綜上所述，方案三是摩托車專用升降臺設(shè)計的最佳方案（如圖2-5所示）。
2.5 總體方案確定及總體設(shè)計
由2.4.2可知，摩托車專用升降臺的最佳總體方案為：機構(gòu)二形式和液壓缸布置三的方式相結(jié)合。
總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-6所示
圖2-6 總體機構(gòu)示意圖
1-搭板 2-固定腳輪 3-底架梁 4-液壓缸 5-油管 6-液壓泵 7-轉(zhuǎn)向剎車腳輪
8-腳踏桿 9-外剪叉臂 10-內(nèi)剪叉臂 11-推車扶手柄 12-摩托車前輪固定架 13-上臺板梁 14-臺面
3 摩托車專用升降臺的受力分析計算
3.1 實例分析
3.1.1摩托車專用升降臺的結(jié)構(gòu)簡化
升降臺的簡化結(jié)構(gòu)如圖3-1所示
圖3-1 液壓升降臺的簡化結(jié)構(gòu)
升降臺b、d點為固定鉸支座，a、c兩點分別可沿升降臺底架軌道及工作臺下方軌道水平移動，a、c兩點采用同樣的支撐結(jié)構(gòu)時，其摩擦阻力系數(shù)皆為。aed，ceb桿件長度皆為，且設(shè)為無重桿件，e鉸接點位于上述兩桿件的中點。fg為液壓缸推力的作用線，其一端與底架鉸接于f點，另一端與aed桿鉸接于g點。aed，ceb與水平面得夾角為，fg線與水平面得夾角為，且∠gde=。升降臺面與所載工件重量合為，其作用線距b點為，顯然，現(xiàn)在升降臺升降過程中值不變。
3.1.2升降臺受力分析
1.以整體作為研究對象，如圖3-2所示
圖3-2 整體受力分析圖
將分解到a、b兩端，則有
..........................................(3.1)
.......................................(3.2)
......................................(3.3)
........................................(3.4)
..............................................(3.5)
式中：—a點所受水平方向上的力；
—a點所受豎直方向上的力；
—b點所受水平方向上的力；
—b點所受豎直方向上的力；
—c點所受水平方向上的力；
—c點所受豎直方向上的力。
2.分別以aed及ceb桿為研究對象，如圖3-2和圖3-3所示
圖3-2 aed桿受力分析圖
圖3-3 ceb桿受力分析圖
列平衡方程式，有
當(dāng)d點力矩平衡，即時，則
............(3.6)
當(dāng)b點力矩平衡，即時，則
..........................(3.7)
又aed及ceb桿的水平與豎直方向受力平衡，即有和，
當(dāng)時，有
..................................(3.8)
...........................................(3.9)
當(dāng)時，有
................................(3.10)
..........................................(3.11)
整理解得：
...........................(3.12)
【靜態(tài)時：】
......................................(3.13)
..........................(3.14)
.............................(3.15)
.............(3.16)
.......................................(3.17)
......................................(3.18)
式中： —液壓缸的推力；
—d點所受水平方向上的力；
—d點所受豎直方向上的力；
—e點所受水平方向上的力；
—e點所受豎直方向上的力。
3.確定角與角的函數(shù)關(guān)系
角與角的幾何關(guān)系見圖3-1
即.......................................(3.19)
4.受力分析結(jié)論
（1）各鉸點處的受力（包括油缸推力）與載荷成正比；
（2）、、、、 、值隨值的增大而增大，在值確定時，這些力又與值成正比;而、值隨值的增大而減小，在值確定時，它們隨值得減小而增大；
（3）在計算油缸推力時，動態(tài)值比靜態(tài)值增大了；
（4）油缸的推力與值成反比；
（5）力、隨值的增大而增大。
3.2 實例計算
3.2.1剪叉臂長度及液壓缸安裝位置的確定
1.剪叉臂的長度確定
升降臺的運動原理如圖3-4所示
圖3-4 升降臺的運動原理圖
為了使工作臺面下降至最低位置時滾輪不至于脫離滑道，剪叉臂的長度應(yīng)該比底座的長度b小一些，一般可取
.............................(3.20)
由設(shè)計參數(shù)可知：，，。初選底座長度，系數(shù)為0.8，則根據(jù)式(3.20)可得剪叉臂的長度。
2.液壓缸安裝位置的確定
由圖3-4可知 ...............................(3.21)
則
所以，
即
而
初選 ，，,,，。
而液壓升降臺的有效垂直升降高度為
.....................(3.22)
根據(jù)，液壓缸上下交接點g、f的距離S（即液壓缸的瞬時長度）為
............................(3.23)
可知，行程S是關(guān)于的變量函數(shù)，代入數(shù)值則有如圖3-5所示曲線
圖3-5 S-關(guān)系曲線
液壓缸兩交接點之間的最大距離和最小距離分別為
設(shè)液壓缸的有效行程為，為了使液壓缸兩鉸接點之間的距離為最小值時，柱塞不抵到液壓缸缸底，并考慮液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸和（如圖3-6所示），一般應(yīng)取
...............................(3.24)
同樣，為了使液壓缸兩鉸接點之間的距離為最大值時，柱塞不會脫離液壓缸中的導(dǎo)向套，一般應(yīng)取
..............................(3.25)
式（3.24）和式（3.25）中的和根據(jù)液壓缸的具體結(jié)構(gòu)決定。
圖3-6 液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸
液壓缸鉸接點g距離工作臺面的上下導(dǎo)軌的距離分別為和，如圖3-4所示
則有 .....................................(3.26)
.................................(3.27)
由式(3.21)、(3.26)和(3.27)得 ..............(3.28)
由式(3.28)可看出，是關(guān)于的變量函數(shù)，代入數(shù)值則有如圖3-7所示曲線
圖3-7 -關(guān)系曲線
3.2.2液壓缸推力的計算及選型
將數(shù)值帶入式(3.12)中，得出隨值變化的曲線,如圖3-8所示
圖3-8 隨值變化的曲線
可看出當(dāng)時，液壓缸的推力最大。但由圖3-7可知，此時為負(fù)值，故不可取。同時我們可看出當(dāng)時，。
那么，就取，此時，由式(3.12)得
而，則
若取安全系數(shù)為1.5，則
參照參考文獻[5],選用缸徑為的桿端外螺紋桿頭耳環(huán)式液壓缸，其最小安裝連接尺寸ZM+為295mm+S，最大行程800mm。
當(dāng)時，由式(3.23)得
又由式(3.23)，當(dāng)時，即工作臺升至最高點，液壓缸的安裝尺寸達到最大，計算得，故液壓缸的行程和安裝尺寸都符合要求。
綜上所述，選擇缸徑為的桿端外螺紋桿頭耳環(huán)式液壓缸。
因此從最低到最高位置上升時，液壓缸在此過程中所需要補充的油量為
3.2.3其它力的計算
應(yīng)用Excel表格計算，并能得出力、、、與的關(guān)系曲線如圖3-9所示
圖3-9 力、、、與的關(guān)系曲線
力、、、、、與的關(guān)系曲線如圖3-10所示
圖3-10 力、、、、、與的關(guān)系曲線
4 各參數(shù)及結(jié)構(gòu)設(shè)計
4.1 升降臺主要零部件材料的選擇
4.1.1底架材料的選擇
底架主要用于支撐作用，也作為滾道使用，參照參考文獻[1]，底架梁選用熱扎普通槽鋼，型號為6.3，基本尺寸為；底架兩頭橫梁選用熱軋不等邊角鋼，型號為12.5/8，基本尺寸為。底架結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。
圖4-1 底架三維實體圖
4.1.2液壓缸缸體尾部橫梁的材料選擇
液壓缸缸體尾部橫梁由于受到的力比較大，要求要有較高的剛度，參照參考文獻[1]，選擇熱軋方鋼，型號為60。
4.1.3搭板材料的選擇
因為搭板是由骨架和鋼板焊接而成的，對于搭板的骨架，參照參考文獻[1]，選取熱扎普通槽鋼，基本尺寸為；搭板面則用扁豆形花紋鋼板，基本厚度為3mm。
4.1.4工作臺材料的選擇
工作臺包括兩根支撐梁，角鋼橫梁及臺面。支撐梁主要用于支撐作用，也作為滾道使用，參照參考文獻[1]，選用熱扎普通槽鋼，型號為6.3，基本尺寸為；參照參考文獻[1]，角鋼橫梁選用熱軋不等邊角鋼，型號為12.5/8，基本尺寸為。支撐梁的結(jié)構(gòu)如圖4-2所示
圖4-2 底架梁三維實體圖
4.2 內(nèi)外剪叉臂與底架連接的銷軸結(jié)構(gòu)設(shè)計
設(shè)計銷軸時，除了滿足連接功能外，還應(yīng)該考慮到潤滑等，銷軸的結(jié)構(gòu)如圖4-3
圖4-3 銷軸的結(jié)構(gòu)圖
4.3 軸套的結(jié)構(gòu)設(shè)計
設(shè)計軸套時，也考慮到潤滑及加工工藝等，其結(jié)構(gòu)如圖4-4
圖4-4 軸套結(jié)構(gòu)圖
4.4 滾輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計
考慮到滾輪軸垂直導(dǎo)軌面的徑向負(fù)載較大，而軸的軸向受力會較小，則采用兩個深溝球軸承的寬滾輪，滾輪、導(dǎo)軌和剪叉臂在一起的結(jié)構(gòu)如圖4-5所示
圖4-5 滾輪結(jié)構(gòu)圖
4.5 腳輪的選型
根據(jù)設(shè)計要求，本摩托車專用升降臺的額定載重為500kg，包括升降臺本身的重量，總共4個腳輪，每輪最少負(fù)重175kg。本升降臺的腳輪輪面的材料選擇為聚氨酯，其中萬向轉(zhuǎn)向輪和固定輪各兩個,萬向輪剎車方式為單輪剎擎[1]，萬向輪選擇型號為42-40170-31450，固定輪選擇的型號為42-40010-31450，輪子直徑為100mm，輪寬為50mm，安裝高度為143mm，每個輪的載重為250kg，萬向輪的旋轉(zhuǎn)半徑為90mm，底板尺寸為110mm×90mm，安裝孔距為84mm×71mm，孔徑d=11mm。腳輪結(jié)構(gòu)及主要尺寸如圖4-6所示。
圖4-6 腳輪結(jié)構(gòu)尺寸示意圖
[1]單輪剎擎：安裝在輪子軸套或輪胎表面，用手或腳操縱的剎擎裝置。
5 液壓系統(tǒng)的分析與設(shè)計
5.1 升降臺的負(fù)載分析
摩托車專用升降臺的工作過程是：當(dāng)升降臺在最低位置時，加上載荷，升降臺升起，當(dāng)?shù)竭_最大高度時，升降臺停止上升，液壓系統(tǒng)進入保壓階段；當(dāng)升降臺需要下降時，取消保壓，靠負(fù)載的作用使液壓缸回程，升降臺下降到最低點停止運動。在升降臺的整個工作過程中，在最低位置時液壓缸推力最大。隨著上平臺高度的增加，液壓缸的推力將逐漸減小。
5.2 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計
根據(jù)任務(wù)要求，摩托車專用升降臺的動力單元采用腳踏式液壓泵，執(zhí)行單元采用單作用液壓缸，其中腳踏式液壓泵自帶卸荷閥，并且其內(nèi)貯存有足夠的液壓油，其本身相當(dāng)于一個油箱。部分液壓回路已在液壓泵和液壓缸內(nèi)部機構(gòu)中，只需用油管將它們的出油口連接即可組成一個完整的液壓回路。
液壓系統(tǒng)原理圖如圖5-1所示，圖中虛線框內(nèi)的1、2、3、4、5、6為選定的腳踏式液壓泵所自帶的。1其實為腳踏式液壓泵內(nèi)部自帶一定油量的容器；2表示真正的泵的結(jié)構(gòu)；3為過載安全溢流閥，當(dāng)載荷過大時，液壓油無法到達液壓缸無桿腔內(nèi)，液壓缸就不工作；4起到保壓的作用，當(dāng)泵停工作時，使升降臺面仍能保持高度不變；5為控制卸載的手動換向閥，它在腳踏式液壓泵上；6為調(diào)速閥，與5一起工作，起到調(diào)節(jié)卸載速度的作用。
圖5—1 工作原理圖
1—油箱 2—液壓泵 3—溢流閥 4—單向閥 5—手動換向閥
6—節(jié)流閥 7—液壓缸
6 液壓系統(tǒng)的參數(shù)計算與元件選擇
6.1 液壓泵的選擇
6.1.1 液壓泵壓力的計算
設(shè)為液壓系統(tǒng)元件所承受的最大的工作壓力，為整個系統(tǒng)油路的泄露及管道壓力損失，因為油路較簡單，取，依升降臺的工作情況，最高壓力發(fā)生在最低處，即啟動時。液壓缸的推力為，則液壓系統(tǒng)的壓力P為
所以 。
6.1.2液壓泵的選擇
因為液壓缸無桿腔承受的壓力與腳踏液壓泵內(nèi)部壓力幾乎相等，即壓力均為10.632，通過單位換算，故。
根據(jù)以上要求選擇型腳踏液壓泵，其基本尺寸為L×b×h=250×140×250mm，其輸出壓力為，儲油量為升，重量為,低壓吐油量12.26cc/次，高壓吐油量2.26cc/次。
6.2 液壓缸作用時間的計算
在3.2.2中已經(jīng)選定缸徑的液壓缸，，，
，，下面計算液壓缸的作用時間。設(shè)每次液踩踏液壓泵所需時間為2s，參照參考文獻[5]，則有液壓缸的作用時間為
...................................(6.1)
式中：V—液壓缸的體積（）；
—液壓缸的流量（）；
A—液壓缸作用面積（）；
S—液壓缸的行程（m）。
不帶活塞桿的一側(cè)，，所以
當(dāng)?shù)蛪簳r，有，代入式（6.1）得
當(dāng)高壓時，當(dāng)，代入式（6.1）得
6.3 油管的選擇
液壓和氣壓傳動及潤滑系統(tǒng)的管道中常用的管子有鋼管、銅管、膠管、尼龍管和塑料管等。根據(jù)本液壓系統(tǒng)的要求及從實際工作情況考慮，選擇膠管作為該系統(tǒng)的管道。
管子內(nèi)徑d（單位：mm）的計算，參照參考文獻[5]，按流速選取，有
.................................(6.2)
式中： —液體流量，（）；
—流速()，推薦流速：對于壓油管（壓力高、管道短或油粘度小的情況取大值，反之取小值，局部或特殊情況可?。?，這里取。
應(yīng)當(dāng)代入低壓時的液體流量，數(shù)據(jù)代入式（6.2）得：
參照參考文獻[5]，壓油管選擇外徑的膠管。
油管里所需的油量為
所需油量為
故液壓泵的油量選擇是合適的。
7 強度校核
整個升降臺，受力較大的零部件有內(nèi)剪叉臂，液壓缸的支撐橫梁，銷軸等，所以進行校核時，只需對這些受力較大的零件校核即可。
7.1 剪叉臂的強度校核
由圖3-9和圖3-10可知，內(nèi)剪叉臂aed受力要遠(yuǎn)大大于外剪叉臂bec，所以這里只校核外臂。外剪叉臂受力如圖7-1所示。又由圖4-8可知，的角度越小，則推力的值越大。若取最大值時滿足強度要求，則該剪叉臂即滿足強度要求。當(dāng)升降臺在最低位置時，的值最小，即值最大。參照圖7-1，剪叉臂所受的力都與剪叉臂有一定的夾角，為方便受力分析，將所有的力都按沿剪叉臂方向和垂直剪叉臂方向分解，有下列式子：
...................................................................(7.1)
...................................................................(7.2)
...................................................................(7.3)
...................................................................(7.4)
............................................................................(7.5)
.............................................................................(7.6)
...................................................................(7.7)
.................................................................(7.8)
圖7-1 內(nèi)剪叉臂aed受力圖
各力分解后的受力圖如圖7-2(a)所示，彎矩圖見圖7-2(c)
圖7-2 內(nèi)剪叉臂aed的軸向及徑向分解受力圖
剪叉臂的g處由于是有一個肋板作用，可看作力作用在剪叉臂上為均布載荷。由圖7-2（c）中可知，最大彎矩發(fā)生在k點處，但需校核e、k兩點處的強度，且圖中有，，。又已知剪叉臂的橫截面寬和高分別為，，，如圖7-3所示，圖7-3（a）是e點處的截面圖，圖7-3（b）是k點處的截面圖。
e點處的抗彎截面系數(shù)為
k點處的抗彎截面系數(shù)為
圖7-3 剪叉臂e、k兩點處的截面圖
因為當(dāng)時，此時e、k兩點的彎矩最大，且由式（7.8）得，
，則
選擇材料為，參照參考文獻[1]，，所以是安全的。
7.2 液壓缸底架固定橫梁的強度校核
液壓缸底架固定橫梁（如圖7-4所示）選擇的是60號方鋼，其受力情況如圖7-5所示；已知60號鋼的邊長為60mm，液壓缸推力作用點到坐標(biāo)系O的距離為65mm，，分別為推力在X，Y軸上的分力，且，。
當(dāng)液壓缸在最小角度，即工作臺在最低位置時，液壓缸推力最大，雖然此時最小，即,，分力最大，所以由式(3.19)可得，則。
當(dāng)液壓缸在最大角度，即工作臺在最高位置時，雖然液壓缸推力最大，此時最
大，即,，分力最大，所以由式(3.19)可得，則。
圖7-4 液壓缸與底架連接的橫梁
圖7-5 液壓缸與底架連接的橫梁截面圖
把它們平移到O點后，有
（1） 對于X軸方向，其受力如圖7-6所示
圖7-6 橫梁X軸方向的受力圖
因為梁的抗彎截面系數(shù)，
所以
（2）對于Y軸方向，液壓缸固定橫梁受力如圖7-7
圖7-7 橫梁Y軸方向的受力圖
又梁的抗彎截面系數(shù)，
則
（3）當(dāng)作用點平移到O點時，會產(chǎn)生一個扭矩，該扭矩的大小為
又，其中，此時，該扭矩對橫梁截面產(chǎn)生的剪切力為
參照參考文獻[7]，又由第四強度理論
帶入并化簡：
又選材料為，參照參考文獻[7]，
取安全系數(shù)為2，則，所以是安全的。
7.3 軸的強度校核
由圖分析可知，剪叉臂受力最大的地方為g點和d點，所以只需校核該兩處的銷軸即可。
7.3.1 內(nèi)剪叉臂固定端銷軸的強度校核
因為銷軸較短，所以只受切應(yīng)力。依圖7-2可知，剪叉臂固定端（即d點）銷軸所受的力為。當(dāng)升降臺面處于最低位置，即時，銷軸受到的剪力最大，根據(jù)式(7.7)得。
又銷軸的直徑為，導(dǎo)油孔直徑為，則其橫截面積為
又銷軸受力情況見圖7-8，從圖中可知銷軸受剪力為雙剪切，又參照參考文獻[7]，
銷軸的材料為35鋼，經(jīng)表面熱處理，參照參考文獻[7]，35鋼的許用應(yīng)力。取安全系數(shù)為2，則有，所以滿足要求。
7.3.2 液壓缸缸體尾部銷軸的強度校核
液壓缸尾部銷軸的受的力即為液壓缸的推力，如圖7-8所示，因為銷軸較短，所以只受切應(yīng)力。又銷軸的直徑為，導(dǎo)油孔的直徑為，則銷軸的橫截面積為
圖7-8 尾部銷軸的受力圖
參照3.2.2節(jié)，有
選擇銷軸材料為35，又35鋼的許用應(yīng)力，取安全系數(shù)為2，則有
，所以設(shè)計的銷軸滿足要求。
7.3.3 液壓缸活塞桿頭部支撐軸的強度校核
依圖7-2可知，液壓缸頭部支撐軸（即g點）所受的力為。當(dāng)升降臺面處于最低位置，即時，液壓缸受到的推力最大，即。又銷軸的直徑為，導(dǎo)油孔直徑為，則其抗彎截面系數(shù)為
又銷軸受力情況見圖7-9，參照參考文獻[7]，校核軸的彎曲強度為
圖7-9 頭部支承軸的受力圖
軸的材料為鋼，經(jīng)表面熱處理，參照參考文獻[7]，鋼的許用應(yīng)力。所以滿足要求。
8 核算
8.1 重量核算
本設(shè)計有重量限制要求，即摩托車升降臺總重，故在此應(yīng)做重量核算，參考參考文獻[1]及裝配圖，大型件及非標(biāo)準(zhǔn)件的核算過程及結(jié)果如表8-1所示。
表8-1
序號
名稱
單件重量
數(shù)量
總重（kg）
1
扁豆形花紋鋼板
20.3kg/m2
1
35.728
2
工作臺槽鋼
3.256kg/m
2
14.3264
3
工作臺角鋼
11.06kg/m
1
7.7462
4
底架槽鋼
3.256kg/m
2
9.768
5
底架角鋼
11.06kg/m
2
15.4924
6
剪叉臂
9.42kg/m
4
45.216
7
支撐肋板
1kg/個
2
2
8
搭板
8.26 kg/個
1
8.26
9
扁鋼
1.96 kg/m
1
0.98
10
液壓泵
8.5kg/個
1
8.5
11
液壓缸
17kg/個
1
17
12
油管
1.5kg/m
1
1.5
13
腳輪
0.75kg/個
4
3
14
滾輪
0.35kg/個
4
1.4
15
前輪固定架
0.6kg/個
1
0.6
16
推車扶手柄
1kg/個
1
1
17
液壓缸支撐底架梁
32kg/m
1
16
總計
189.4546
其他緊固件（包括螺栓、螺釘、螺帽、墊圈等），銷軸等做大概的核算，總重大概為7.5kg。則總重量G=189.4546kg+7.5kg≈197kg，故總重量符合設(shè)計任務(wù)要求。
8.2 成本核算
8.2.1成本的概念
根據(jù)我國企業(yè)會計準(zhǔn)則的規(guī)定，成本的經(jīng)濟實質(zhì)是：生產(chǎn)經(jīng)營過程中所耗費的生產(chǎn)資料轉(zhuǎn)移的價值和勞動者創(chuàng)造的價值的貨幣表現(xiàn)。也就是企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營過程中所耗費的資金總和。例如，為生產(chǎn)產(chǎn)品需要耗費材料、磨損固定資產(chǎn)、用現(xiàn)金向職工支付工資等職工薪酬。材料、固定資產(chǎn)和現(xiàn)金都是企業(yè)的固定資產(chǎn)。這些資產(chǎn)的耗費，在企業(yè)內(nèi)部表現(xiàn)為一種資產(chǎn)轉(zhuǎn)變成另一種資產(chǎn)，是資產(chǎn)內(nèi)部的相互轉(zhuǎn)變，不會導(dǎo)致企業(yè)所有者權(quán)益的減少，不是經(jīng)濟利益流出企業(yè)，因此不是企業(yè)的費用。
8.2.2 產(chǎn)品生產(chǎn)成本項目
根據(jù)生產(chǎn)特點和管理要求，企業(yè)一般設(shè)立以下3個成本項目：
a)直接材料
直接材料是指企業(yè)在生產(chǎn)產(chǎn)品和提供勞務(wù)過程中所耗費的直接用于產(chǎn)品生產(chǎn)并購成產(chǎn)品實體店原料、主要材料、外購半成品成品以及有助于產(chǎn)品形成的輔助材料等。
b)直接人工
直接人工是指企業(yè)在生產(chǎn)產(chǎn)品和提供勞務(wù)過程中，直接參加產(chǎn)品生產(chǎn)的工人工資以及其他各種形式的職工薪酬。
c)制造費用
制造費用是指企業(yè)為生產(chǎn)產(chǎn)品和提供勞務(wù)而發(fā)生的各項間接費用，包括生產(chǎn)車間管理人員的工資等職工薪酬、折舊費、機物料消耗、勞動保護費等費用。
8.2.3 生產(chǎn)成本的核算
由8.2.2可知，生產(chǎn)成本的核算可先做以下三項核算，最后求總即可。
a）直接材料成本的核算
本摩托車專用升降臺要用到的材料有45號鋼、Q235鋼板、角鋼、6.3號槽鋼、50號方鋼、鍛鋼以及一些標(biāo)準(zhǔn)件等，在裝配過程中還要用到焊條，經(jīng)咨詢得各種材料及標(biāo)準(zhǔn)件的價格如下：
45號鋼：3650元/噸；Q235：3180元/噸；槽鋼：3450元/噸；角鋼：3480元/噸；方剛：3490元/噸；鋼板：4129元/噸；扁鋼：3110元/噸；軸承：3元/個 ；螺母，螺栓和彈簧墊片：1元/套；緊定螺釘：0.2元/個；銷軸：4元/個；腳輪:30元/只；腳踏式液壓泵：750元/臺；油管：20元/米；液壓缸：200元/臺；鋼管：3000元/噸；滾輪：15元/個。
考慮到材料因加工而造成的損耗，各種自制件的材料的價格都乘上一個系數(shù)，經(jīng)咨詢知此系數(shù)為1.2—1.4，本文取1.3，根據(jù)表8-1中各種材料的重量和標(biāo)準(zhǔn)件的個數(shù)以及裝配圖中標(biāo)注的材料得：
直接材料成本=1.3×(3110×0.004+3450×0.025+3480×0.024+4129×0.042+3180×0.046+3490×0.016+1×28+4×4+0.2×4)+30×4+750×1+20×0.5+200×1+15×4=1.3×602.548+1140≈1923.3（元)
b）直接人工成本的核算
經(jīng)咨詢得知升降臺制造行業(yè)工人的工資在大約在1000—2000元左右，本文中取1500元，該廠有100位工人，升降臺月產(chǎn)量為1000臺，則應(yīng)向每臺升降臺攤派150元；經(jīng)咨詢知工人的福利（五險一金等)250-300元左右，本文取270元，則應(yīng)向每臺升降臺攤派27元.所以直接人工成本費為177元/臺。
c）制造成本的核算
經(jīng)咨詢得知該行業(yè)管理人的工資在大約在2000—3000元左右，本文中取2500元，升降臺月產(chǎn)量為1000臺，設(shè)該廠有10位管理人員，所以每臺攤派25元；攤派折舊費按每臺100元；攤派機物料費按每臺10元；攤派勞動保護費按每臺5元；攤派水電費按每臺10元。所以直接人工成本為150元/臺。
有以上三項核算可知：生產(chǎn)成本＝直接材料成本+直接人工成本+制造成本
即得出生產(chǎn)成本=1923.3+177+150＝2250.3（元）
9 結(jié)論
在設(shè)計摩托車專用升降臺時，其相關(guān)參數(shù)的確定比較復(fù)雜。如設(shè)計剪叉桿和油缸時，要以其工作過程中最大承載力計算，其中，當(dāng)每個剪叉桿各部分受最大力時，升降臺面并不是處在同一高度位置上。所以，在設(shè)計之初，通過動態(tài)受力分析來確定每一部分的最大受力。但要得到比較合理的的參數(shù)值及各主要部件的尺寸，往往需要經(jīng)過多次反復(fù)的修改計算，但只要按照論文中的分析計算步驟和計算公式，并掌握各參數(shù)的取值原則，總會得到滿意的結(jié)果。手工計算會比較繁瑣，如果采用計算機編程進行優(yōu)化設(shè)計，則很快就可以確定各參數(shù)值。
此次摩托車專用升降臺的畢業(yè)設(shè)計沒有要求運用編程優(yōu)化設(shè)計，但我通過Excel表格處理數(shù)據(jù)，得出不同取值下的各參數(shù)值，然后進行比較優(yōu)選。盡管這樣得出的結(jié)果沒有編程優(yōu)化的合理，但比手工計算方便、輕松和合理多了，而且這種方法容易掌握。最終，本次設(shè)計的各項主要技術(shù)參數(shù)及要求均得到了設(shè)計任務(wù)書的要求。
本次畢業(yè)設(shè)計使我能綜合運用機械原理、液壓與氣壓傳動、材料力學(xué)及其它所學(xué)專業(yè)課程的知識，分析和解決機械設(shè)計問題，進一步鞏固、加深和拓寬所學(xué)的知識。通過設(shè)計實踐，逐步樹立正確的設(shè)計思想，增強創(chuàng)新意識和競爭意識，熟悉掌握機械設(shè)計的一般規(guī)律，培養(yǎng)分析問題和及解決問題的能力。通過設(shè)計計算、繪圖以及運用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、設(shè)計手冊等相關(guān)資料，進行全面的機械設(shè)計基本技能的訓(xùn)練。因此，它在我們的四年大學(xué)生活中占有重要而又獨特的的地位。
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致 謝
在袁老師的悉心指導(dǎo)下完成的，導(dǎo)師淵博的專業(yè)知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木媲缶墓ぷ髯黠L(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己，寬以待人的崇高風(fēng)范，不僅使我樹立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)，掌握了基本知識，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。
在畢業(yè)設(shè)計即將完成之際，我要非常感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師袁老師。首先，他有著豐富的工作及實踐經(jīng)驗，對我們的指導(dǎo)很注重從實踐的角度出發(fā)，比如要求我們通過網(wǎng)絡(luò)及親身調(diào)查市場，考察相關(guān)產(chǎn)品的有關(guān)參數(shù)，價格等等。我想這對即將走上工作崗位的我們盡快了解社會生產(chǎn)有著很重要的幫助。再次，在做畢業(yè)設(shè)計的過程中，他對我們嚴(yán)格要求，雖然每次見老師都有批評的聲音，但正式這一次又一次的批評把的許多錯誤指正了，把我的疑難問題迎刃解決了，同時它也是一種督促。
其次，他要求我們要能文理結(jié)合，綜合運用，這也體現(xiàn)在畢業(yè)設(shè)計當(dāng)中，比如設(shè)計任務(wù)書要求我們做成本核算，但由于成本核算較復(fù)雜，我們一時還學(xué)不太懂，他就只要求我們做個簡單的成本核算。在此我還要感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計的幾個同班同學(xué)，我們之間的互相幫助和借鑒學(xué)習(xí)，在幫助我們順利完成畢業(yè)設(shè)計上起到了重要的作用。在即將畢業(yè)時，我們有進一步加深了我們之間的友情，讓我們更加珍惜畢業(yè)前的這段時光。
最后，感想母校四年來的培養(yǎng)，給予我這么好的學(xué)習(xí)和生活得環(huán)境。讓我學(xué)到了很多知識，使我能成為對社會更有用的人。
附錄 A
基本術(shù)語及定義
A1基本術(shù)語
A1.1 可靠性
機械、零部件或裝置在規(guī)定條件下和規(guī)定期限內(nèi)執(zhí)行所要求的功能而不出現(xiàn)故障的能力。
A1.2 可維修性
根據(jù)實際情況，采用特定的方法對機械執(zhí)行所需的各種維修活動，使其實現(xiàn)或恢復(fù)預(yù)定使用條件下功能狀態(tài)的能力。
A1.3 安全性
按使用說明書規(guī)定的預(yù)定使用條件下，執(zhí)行其功能和在運輸、安裝、調(diào)整、拆卸和處理時不產(chǎn)生損傷和危害健康的能力。
A1.4 危險
有能傷害或危害健康的起源。
A1.5 危險狀態(tài)
使人面臨一種或多種危險的某一狀態(tài)。
A1.6 風(fēng)險
在危險狀態(tài)下，可能損傷或危害健康的概率和程度的綜合。
A1.7 危險區(qū)
使人面臨損傷或危害健康風(fēng)險的機械內(nèi)部或周圍的某一區(qū)域。
A1.8 防護裝置
通過物體障礙方式專門用于提供防護的機械部分。
A1.9 安全裝置
消除或減小風(fēng)險的單一裝置或防護裝置聯(lián)用的裝置。
A2 定義
A2.1 升降臺
把人或物品從某一高度升降到另一高度，或者停留在某一高度供乘載人員從事各種作業(yè)的設(shè)備。
A2.2 剪叉式升降臺
升降機構(gòu)為剪叉式結(jié)構(gòu)的升降臺。
A2.3 固定剪叉式升降臺
位置固定的剪叉式升降臺。
A2.4 移動剪叉式升降臺
不用帶行走驅(qū)動裝置而借助外力能在工作場地方便移動的剪叉式升降臺。
A2.5 工作臺
能夠容納人或放置物品的升降臺部件。
A2.6 底盤
連接臂架、行走和轉(zhuǎn)向機構(gòu)的部件。臂架：剪叉式升降臺升降部分剪叉式機構(gòu)的總稱；行走機構(gòu)：非固定式升降臺在移動中行走的機構(gòu)；轉(zhuǎn)向機構(gòu)：控制升降臺移動方向的機構(gòu)。
A2.7 底架
連接底盤上各零、部件的構(gòu)件。
A2.8 支腿
增強升降臺穩(wěn)定性，并使升降臺調(diào)至水平狀態(tài)的裝置。
A2.9 最大載重量
工作臺上的額定載荷。
A2.10 最大起升高度
工作臺起升后其承載平面與支承地面之間的最大垂直距離。
A2.11 穩(wěn)定
升降臺受到的總傾覆力矩小于總抗傾覆力矩，且升降臺一側(cè)或一端的支腿支反力大于零的狀態(tài)。
A2.12 傾覆
升降臺受到總傾覆力矩大于總抗傾覆力矩時的狀態(tài)。
A2.13 偏擺量
底盤處于水平狀態(tài)，工作臺在升降過程中，相對于其在最低位置時的水平位移量。
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