雙鉸接剪叉式液壓升降臺(tái)的設(shè)計(jì)【4張圖紙】

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緒 論11.1 舉升機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史11.2 汽車舉升機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)21.3 汽車舉升機(jī)的安全保證措施31.3.1 設(shè)計(jì)制造方面的安全保證措施31.3.2 使用維護(hù)方面的安全保證措施4第二章 剪叉式升降臺(tái)的應(yīng)用及其受力分析的討論52.1剪叉式升降平臺(tái)的三種結(jié)構(gòu)形式52.2 雙鉸接剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)的位置參數(shù)計(jì)算62.3 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82.4 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92.5 針對(duì)性比較小實(shí)例：92.6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122.6.1問題的提出：132.6.2兩種布置方式的分析和比較：142.6.3實(shí)例計(jì)算15第三章液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算203.1明確設(shè)計(jì)要求 制定基本方案：203.2制定液壓系統(tǒng)的基本方案203.2.1確定液壓執(zhí)行元件的形式203.2.2 確定液壓缸的類型223.2.3 確定液壓缸的安裝方式223.2.4 缸蓋聯(lián)接的類型223.2.5擬訂液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路223.2.6液壓源系統(tǒng)223.3確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)233.3.1載荷的組成與計(jì)算：233.3.2初選系統(tǒng)壓力253.3.3計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸263.3.4確定液壓泵的參數(shù)283.3.5管道尺寸的確定303.3.6油箱容量的確定 313.4液壓缸主要零件結(jié)構(gòu)、材料及技術(shù)要求313.4.1缸體313.4.2活塞323.4.3活塞桿333.4.4活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵333.4.5液壓缸的排氣裝置343.4.6液壓缸安裝聯(lián)接部分的型式及尺寸353.4.7繪制液壓系統(tǒng)原理圖35第四章 臺(tái)板與叉桿的設(shè)計(jì)計(jì)算394.1確定叉桿的結(jié)構(gòu)材料及尺寸394.2橫軸的選取43結(jié) 論44致 謝45參考文獻(xiàn)46第一章 緒 論汽車舉升機(jī)是現(xiàn)代汽車維修作業(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。舉升機(jī)的從上世紀(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。本章就從舉升機(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 舉升機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史汽車舉升機(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)汽車舉升機(jī)，它是一種由氣動(dòng)控制的單柱舉升機(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年這種單柱舉升機(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)雙柱舉升機(jī)，這是舉升機(jī)設(shè)計(jì)上的又一突破性進(jìn)展，但是直到1977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)上以占據(jù)牢固的地位，其銷量還在持續(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)，如剪式舉升機(jī)、菱架式舉升機(jī)等。但這類舉升機(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)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，不致成維修車間的障礙物；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。雙柱舉升機(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。雙柱舉升機(jī)的缺點(diǎn)是：第一為確保安全，安置舉升機(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。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)誤地駛上四柱舉升機(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)也不致墜入其間的空隙中。車輪支撐型四柱舉升機(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。四柱舉升機(jī)的缺點(diǎn)是：和雙柱舉升機(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。各種舉升機(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，汽車舉升機(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)。1.2 汽車舉升機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)（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)械式舉升機(jī)的螺母、螺栓磨損較快，而液壓式舉升機(jī)的維修量卻相對(duì)要小些。雖然液壓式舉升機(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)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。滑輪通常用鋼材制成，而該公司采用玻璃纖維與尼龍混合制成（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)下正確地運(yùn)行。現(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)制造舉升機(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)舉升機(jī)普遍采用的安全措施。（1）舉升機(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)舉升機(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，即舉升機(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)使舉升機(jī)墜或上升所造成非常危險(xiǎn)的局面。（4）所有的舉升機(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）所有舉升機(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，包括舉升機(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。雖然汽車舉升機(jī)已有70年的歷史，其設(shè)計(jì)原理并無(wú)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舉升機(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)舉升機(jī)時(shí)普遍應(yīng)當(dāng)注意的事項(xiàng)說明于后。（1）使用中的舉升機(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)采用該舉升機(jī)的制造廠所提供的配件，不得隨意代替或自制。（2）舉升機(jī)不得超載使用。每臺(tái)舉升機(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）安置汽車和使用舉升機(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。舉升機(jī)升降和使用時(shí)，顧客和無(wú)關(guān)人員應(yīng)遠(yuǎn)離舉升機(jī)。（5）舉升機(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)汽車駛上舉升機(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，以防損壞舉升機(jī)或汽車。（7）在舉升機(jī)上承載汽車時(shí)應(yīng)仔細(xì)操作。將舉升機(jī)的支撐器安置到汽車制造廠推薦的舉升機(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)密后才能將舉升機(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）舉升機(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。要降下舉升機(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)將舉升機(jī)提升到足夠的高度，以便鎖緊裝置嚙合。第2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 （1） （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）式代入（1）式，并整理得。 （3）設(shè)代入（3）式得。 （4）在（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： （5）在（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)； （6）升降平臺(tái)下降時(shí)（6）、（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?。╢=0.01）,為簡(jiǎn)化計(jì)算，或忽略不計(jì)，由（6）、（7）式簡(jiǎn)化為：。 （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（5）和（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0050kg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 mmsHhP/Qh/s013.1814.2028104.084019.6719.83414.8133.82.852.358024.8323.46517.6236.62.342.9612029.3826.05604.7323.72.042.7016033.5927.96681.8400.81.822.5120037.5629.93751.3470.31.662.3524041.3930.45814.9533.91.522.2228045.1131.21873.2592.21.402.1232048.7731.74926.8645.81.292.02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 mmSHHP/Qh/s013.828104.274019.74416.4135.42.793.398024.67514.4233.42.182.9212028.80593.8312.81.822.6116032.45661.3380.31.572.3720035.77720.4439.41.392.2024038.84772.9491.91.242.0528041.71820.1539.11.121.9332044.44862.9581.91.021.82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 （1） 活塞推力與臺(tái)面荷重的關(guān)系式為 （2） 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?。枰簤焊椎耐屏⒋蟠笤黾?。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。桿上點(diǎn)、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：點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度：活塞運(yùn)動(dòng)速度：（）式中，依據(jù)虛位移原理有：（）由圖分析可得：經(jīng)變分后：代入式（），整理后得活塞推力：（）式（）和式（）的正確性可以用機(jī)械能守恒原理來證明，即將式（）與式（）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)?。欢剑ǎ┡c式（）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?？梢姡钊屏Φ臏p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=4001 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/()5.7395.739起始角/()20.23620.236起始活塞速度0.1850.279起始活塞推力5.42W3.58W終止角/()17.45817.458終止角/()50.47322.262活塞有效行程L/mm253365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W1.5kN），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。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：圖2-10 機(jī)構(gòu)各項(xiàng)參數(shù)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。圖2-11 參數(shù)轉(zhuǎn)化過程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。為了使舉升機(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，要求舉升機(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)底部維修，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)其安全可靠性，可以設(shè)其總承載量為，則平均每個(gè)升降臺(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(wú)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。表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?cái)[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)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(wú)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：P37-1803.2.5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(wú)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=0.10.5s，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=0.51.5s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0.900.95，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MPa0.80.23528810101820323.3.3計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸液壓缸的相關(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)?；钊麠U受壓時(shí)活塞桿受拉時(shí) 式中無(wú)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 md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)0.20.5回油帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.40.6回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)0.51.5用補(bǔ)油泵的閉式回路0.81.5回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械1.23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翟诒驹O(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MPa5.05.07.07.0d/D0.50.530.620.70.7按速度比要求確定d/D（）1.251.331.460.1612d/D0.40.50.550.620.71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。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)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0.20.5Mpa；管路復(fù)雜，進(jìn)油口有調(diào)速閥的，取0.51.5 Mpa。這里取0.5Mpa。即確定液壓泵的流量 K系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取1.11.3，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2560%。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-1040162018002400鋁合金殼體，可作雙聯(lián)泵榆次液壓件廠確定液壓泵的驅(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0.60.70.650.800.600.750.800.85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v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0.51.5，一般取1以下液壓系統(tǒng)壓油管道36，壓力高，管道粘度小取大值液壓系統(tǒng)回油管道1.52.6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12245761210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。缸體焊接后可能變形，且內(nèi)徑不易加工。所以在加工時(shí)應(yīng)小心注意。主要用于柱塞式液壓缸。2. 缸體的材料（45號(hào)鋼）液壓缸缸體的常用材料為20、35、45號(hào)無(wú)縫鋼管。因20號(hào)鋼的機(jī)械性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應(yīng)用較少。當(dāng)缸筒與缸底、缸頭、管接頭或耳軸等件需要焊接時(shí)，則應(yīng)采用焊接性能比較號(hào)的35號(hào)鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下，均采用45號(hào)鋼，并應(yīng)調(diào)質(zhì)到241285HB。缸體毛坯可采用鍛剛，鑄鐵或鑄鐵件。鑄剛可采用ZG35B等材料，鑄鐵可采用HT200HT350之間的幾個(gè)牌號(hào)或球墨鑄鐵。特殊情況可采用鋁合金等材料。3. 缸體的技術(shù)要求缸體內(nèi)徑采用H8、9配合。表面粗糙度：當(dāng)活塞采用橡膠密封圈時(shí)，Ra為