氣動(dòng)舉升運(yùn)罐小車(chē)設(shè)計(jì)【說(shuō)明書(shū)+CAD+SOLIDWORKS】

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The car of lifting the oil reservoir consists of the lifting mechanism, the car frame, the car movement organization and so on.It is used in the pneumatic transmission system control and its device is simple and safe.It is applied to the storage mechanism of workshop and warehouse for the transporting and stacking of the oil reservoir.All the company of oil storage use some small devices and they have placed great importance on the fire and explosion proof ability,and the use of pneumatic transmission control system has these advantages. Key words: the lifting device,the car of lifting the oil reservoir,the pneumatic transmission system. 第一章 緒論 1.1 舉升機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史 舉升機(jī)在世界上已經(jīng)有了70年的歷史。1925年在美國(guó)生產(chǎn)的第一臺(tái)汽車(chē)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)以外的其他地方開(kāi)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)上的又一次突破性進(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(xiāo)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)。 我們所見(jiàn)到的絕大多數(shù)舉升機(jī)均采用固定安裝方式。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)、菱形式舉升機(jī)等。但這類(lèi)舉升機(jī)仍然存在兩個(gè)主要問(wèn)題，接近車(chē)下部較難；在車(chē)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(lèi)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)確要少的多。 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(chē)間的障礙物；物件可在舉升機(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(lái)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(chē)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(chē)輪支撐方式；第三，使用時(shí)難于接近汽車(chē)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(lái)兩個(gè)問(wèn)題：第一是檢修這些零件部件頗為困難；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)（包括液氣壓式或機(jī)械式），均有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，檢修汽車(chē)下部具有很高的可接近性；其次，采用車(chē)輪自由型的方式支撐汽車(chē)，因而拆卸車(chē)輪時(shí)不需要其他輔助性的舉升措施；第三，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面小。缺點(diǎn)是：安置舉升機(jī)時(shí)要求非常嚴(yán)格，否則在舉升過(guò)程中容易搖晃或顛覆；由于舉升機(jī)采用車(chē)輪自由型的方式支撐；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、用于支撐物件的兩個(gè)臺(tái)板。舉升前，物件很容易正確移動(dòng)到四柱舉升機(jī)的臺(tái)板。由于臺(tái)板內(nèi)側(cè)設(shè)備有凸緣，當(dāng)物件移動(dòng)上臺(tái)板時(shí)也不至于墜入其間的空隙中。車(chē)輪支撐型四柱舉升機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：第一，舉升機(jī)裝載物件時(shí)勿需較高的技術(shù)，操作也簡(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(lái)看也是合算的；第五，易于維修；第六，在車(chē)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定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，占地面積較大，對(duì)物件可接近性較差。 解放后，特別是改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)全面發(fā)展，汽車(chē)維修企業(yè)和石油儲(chǔ)備企業(yè)等已成為我國(guó)的新興行業(yè)不斷發(fā)展壯大。各種舉升機(jī)如雨后春筍不斷涌現(xiàn)，質(zhì)量不斷提高，銷(xiāo)量逐年增加。當(dāng)今世界上許多先進(jìn)技術(shù)，如自動(dòng)控制\光電開(kāi)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)。大多數(shù)舉升機(jī)普遍采用的安全措施為了使用維護(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，舉升物件時(shí)應(yīng)該注意的事項(xiàng)，承載時(shí)的穩(wěn)定性，降下物件時(shí)的注意事項(xiàng)，日常和定期維修檢查工作等。 1.2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(chē)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，既便于油罐運(yùn)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(chē)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(zhuān)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）或液氣壓傳動(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)的能耗為氣壓傳動(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，而氣壓式舉升機(jī)的維修量卻相對(duì)要小些。雖然氣壓式舉升機(jī)的技術(shù)難度較大，但多數(shù)零部件（氣壓泵、氣壓缸、閥門(mén)、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?；喭ǔＳ娩摬闹瞥?，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舉升機(jī)安全保證措施 現(xiàn)在全世界都對(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。舉升機(jī)運(yùn)行時(shí)存在潛在的危險(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(lái)不少國(guó)家還制定了專(zhuān)門(mén)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。 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(chē)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(guò)程中遵循嚴(yán)格的操作規(guī)程，保證汽車(chē)舉升機(jī)能在良好的技術(shù)狀態(tài)下正確地運(yùn)行。 當(dāng)今世界上的許多先進(jìn)技術(shù)，如自動(dòng)控制\光電開(kāi)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(kāi)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。 1.4 舉升機(jī)未來(lái)的發(fā)展 （一）市場(chǎng)分析 不同的維修企業(yè)根據(jù)財(cái)力、維修項(xiàng)目、車(chē)間大小的不同，需求類(lèi)型也不僅相同。 兩柱舉升機(jī)是當(dāng)前被廣泛采用的主流，是大部分的經(jīng)銷(xiāo)商銷(xiāo)量最大的舉升機(jī)類(lèi)型。對(duì)于國(guó)內(nèi)使用較為普遍的一些兩柱舉升機(jī)品牌而言，國(guó)產(chǎn)的價(jià)位約在0.6～1.4萬(wàn)元，進(jìn)口的約在1.8萬(wàn)～2.8萬(wàn)元。這種舉升機(jī)安裝起來(lái)很快，不需要大范圍地開(kāi)挖，也不需要對(duì)維修廠的整體布局進(jìn)行一些永久性的變動(dòng)。兩柱舉升機(jī)噪聲較小，升降平穩(wěn)，可調(diào)整不同車(chē)型的支撐部位。這種舉升機(jī)適用于舉升中小汽車(chē)進(jìn)行維修及裝配工作。主要用戶為以總成大修為主的修理廠及4S店。 四柱舉升機(jī)國(guó)產(chǎn)設(shè)備的價(jià)位在1.0～3.5萬(wàn)元，進(jìn)口品牌在1.8～4.5萬(wàn)元，價(jià)格隨著舉升噸位的提高而增加?？蛇m用于大多數(shù)車(chē)型。但是四柱舉升機(jī)寬大的支承裝置往往會(huì)妨礙工人干活。主要用戶為快速保養(yǎng)為主的小型企業(yè)，因?yàn)榭焖俦ｐB(yǎng)業(yè)務(wù)需要車(chē)輛能夠快速起降，如果購(gòu)買(mǎi)兩柱舉升機(jī)則需要在車(chē)輛起降過(guò)程中花費(fèi)一些時(shí)間。同時(shí)4S店對(duì)四柱舉升機(jī)也有很大的需求。 剪式舉升機(jī)使用方便，不用時(shí)不占空間，受到很多實(shí)力雄厚的特約維修站的歡迎，這也是未來(lái)舉升機(jī)的發(fā)展方向。一般國(guó)產(chǎn)設(shè)備價(jià)位在1.0～4.0萬(wàn)元，進(jìn)口產(chǎn)品在1.5～4.5萬(wàn)元。但剪式舉升機(jī)較為精密，做工不好或者設(shè)計(jì)不好就容易導(dǎo)致臺(tái)面不平、單邊升降等危險(xiǎn)發(fā)生，如果利用剪式舉升機(jī)作四輪定位儀的平臺(tái)，要求就更加嚴(yán)格。 （二）市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì) 1、市場(chǎng)容量將不斷擴(kuò)大 隨著中國(guó)汽車(chē)保有量的不斷增多，私人購(gòu)買(mǎi)成為購(gòu)車(chē)的主流，售后市場(chǎng)也將得到蓬勃發(fā)展，舉升機(jī)在未來(lái)的需求量也將不斷增加，據(jù)業(yè)內(nèi)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，在未來(lái)三年內(nèi)，舉升機(jī)市場(chǎng)將維持在8％～12％的增長(zhǎng)率。 2、產(chǎn)品智能化將不斷提高 隨著技術(shù)開(kāi)發(fā)的日薪月異，舉升機(jī)在設(shè)計(jì)方面越來(lái)越智能化和人性化，將會(huì)向遙控、電腦控制方向發(fā)展。同時(shí)隨著技術(shù)的不斷成熟，其標(biāo)準(zhǔn)也將逐步統(tǒng)一化。技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品將占領(lǐng)市場(chǎng)。 3、售后服務(wù)貼近用戶需求 舉升機(jī)產(chǎn)品的售后服務(wù)隨著競(jìng)爭(zhēng)的激烈，從初期產(chǎn)品的安裝、到后期的維護(hù)，廠商服務(wù)將會(huì)更加貼近用戶的需求。 4、海外市場(chǎng)將是未來(lái)主要增長(zhǎng)點(diǎn) 我國(guó)大概擁有的車(chē)輛2400多萬(wàn)輛，美國(guó)約2億輛，日本8000多萬(wàn)輛，國(guó)內(nèi)的汽車(chē)數(shù)量目前只占世界7億總數(shù)的3％，對(duì)于舉升機(jī)廠商來(lái)說(shuō)，應(yīng)該將視角伸向國(guó)外的龐大市場(chǎng)。舉升機(jī)全球的市場(chǎng)規(guī)模約為100億美元，目前已經(jīng)有不少?gòu)S商，通過(guò)開(kāi)拓海外，分享到了國(guó)際市場(chǎng)的蛋糕。 我們獲取了目前該市場(chǎng)整體發(fā)展?fàn)顩r，發(fā)展?jié)摿?、市?chǎng)內(nèi)主要品牌競(jìng)爭(zhēng)力、流通渠道現(xiàn)狀及間接了解了消費(fèi)者對(duì)舉升機(jī)購(gòu)買(mǎi)行為等相關(guān)信息。我們認(rèn)為：這一市場(chǎng)發(fā)展勢(shì)頭良好，具備一定的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，但產(chǎn)業(yè)內(nèi)部總體發(fā)展還存在規(guī)模小、競(jìng)爭(zhēng)力弱等諸多問(wèn)題。對(duì)于國(guó)內(nèi)品牌來(lái)說(shuō)，提高產(chǎn)品性能與可靠性，樹(shù)立企業(yè)形象，發(fā)揮原有銷(xiāo)售渠道優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步擴(kuò)大市場(chǎng)范圍，改進(jìn)售后服務(wù)，拓展海外市場(chǎng)，這都是國(guó)內(nèi)舉升機(jī)任重道遠(yuǎn)且亟需改進(jìn)的地方。 第二章 舉升機(jī)的選擇及其受力分析 2.1舉升機(jī)結(jié)構(gòu)形式的選取及分析 舉升機(jī)種類(lèi)較多，其中剪式舉升機(jī)使用方便，不用時(shí)不占空間，受到很多實(shí)力雄厚的特約維修站的歡迎，這也是未來(lái)舉升機(jī)的發(fā)展方向。一般國(guó)產(chǎn)設(shè)備價(jià)位在1.0～4.0萬(wàn)元，進(jìn)口產(chǎn)品在1.5～4.5萬(wàn)元。但剪式舉升機(jī)較為精密，做工不好或者設(shè)計(jì)不好就容易導(dǎo)致臺(tái)面不平、單邊升降等危險(xiǎn)發(fā)生，如果利用剪式舉升機(jī)作四輪定位儀的平臺(tái)，要求就更加嚴(yán)格。 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(chē)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(guò)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(guò)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中的氣壓缸缸體尾部與機(jī)架鉸接于G處，活塞桿頭部與支撐桿AB鉸接于F處。氣壓缸驅(qū)動(dòng)活塞桿可控制平臺(tái)鉛直升降。 按照氣壓缸的安裝形式，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)，氣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(guò)分析計(jì)算可知，平臺(tái)的升降行程大于氣壓缸的行程，在應(yīng)用過(guò)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)到氣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 雙鉸接剪叉式舉升平臺(tái)機(jī)構(gòu)的位置參數(shù)計(jì)算 圖2-2位置參數(shù)示意圖 根據(jù)圖2-2，可以得到 （1） （2） 上式中： H——任意位置時(shí)舉升平臺(tái)的高度； C——任意位置時(shí)鉸接點(diǎn)F到氣壓鉸接點(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。 將（2）式代入（1）式，并整理得 （3） 設(shè)代入（3）式得 （4） 其中， ——舉升平臺(tái)的初始高度； ——?dú)鈮焊壮跏奸L(zhǎng)度。 雙鉸接剪叉式舉升平臺(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； 是氣壓缸活塞平均相對(duì)速度；是舉升平臺(tái)升降速度。 由圖2-3可知： （5） 其中， ——?dú)鈮焊谆钊骄鄬?duì)運(yùn)動(dòng)速度； ——舉升平臺(tái)升降速度； ——支撐桿與水平線的夾角。 2.3 雙鉸接剪叉式舉升平臺(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是由氣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(guò)分析機(jī)構(gòu)受力情況并進(jìn)行計(jì)算（過(guò)程省略）得出： 升降平臺(tái)上升時(shí) （6） 升降平臺(tái)下降時(shí) （7） 其中， P——?dú)鈮焊鬃饔糜诨钊麠U的推力； Q——舉升平臺(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 剪叉式舉升平臺(tái)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題 由式（5）和（8）可知：當(dāng)、增大時(shí)，值隨之減小；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，在氣壓缸行程不變的情況下，舉升平臺(tái)升降行程會(huì)減小；反之，則會(huì)使氣壓缸行程受力增大。因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮舉升行程與氣壓缸受力兩個(gè)因素。在滿足舉升行程及整體結(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。 氣壓缸可采用單作用缸也可以采用雙作用缸，不過(guò)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)能克服氣壓缸活塞與缸體間的密封阻力。否則，會(huì)導(dǎo)致舉升平臺(tái)降不下來(lái)。 2.5 針對(duì)性實(shí)例比較 在本設(shè)計(jì)中，要求設(shè)計(jì)一種舉升平臺(tái)，要求升降平臺(tái)最大升降行程應(yīng)為1000mm，升降平臺(tái)面高度應(yīng)為400mm，最大承重載荷60kg 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。氣壓缸初始長(zhǎng)度=922mm；最大行程=600mm。升降太機(jī)構(gòu)尺寸：升降臺(tái)面最低高度=400mm;機(jī)架長(zhǎng)度T=1860mm;支撐桿長(zhǎng)度L=1908mm. 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(jiàn)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——?dú)鈮焊椎膶?shí)際行程，T——機(jī)架長(zhǎng)度（A點(diǎn)到G點(diǎn)的距離）。 表2-1 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 14.20 400 0 4.08 75 19.67 19.83 607.2 207.2 2.85 2.76 150 24.83 23.46 766.2 366.2 2.34 2.44 225 29.38 26.05 901.0 501.0 2.04 2.22 300 33.59 27.96 1020.5 620.5 1.82 2.07 375 37.56 29.93 1128.1 728.1 1.66 1.94 450 41.39 30.45 1193.5 793.5 1.52 1.76 525 45.11 31.21 1316.7 916.7 1.40 1.75 600 48.77 31.74 1400.0 1000.0 1.29 1.67 表中: S - 氣壓缸的實(shí)際行程， H – 升降臺(tái)實(shí)際行程,以下相同. 表2-2 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 13.8 400 0 4.27 75 19.74 589.3 189.3 2.79 2.52 150 24.67 741.3 341.3 2.18 2.28 225 28.80 864.1 464.1 1.82 2.06 300 32.45 968.6 568.6 1.57 1.90 375 35.77 1060.2 660.2 1.39 1.76 450 38.84 1141.5 741.5 1.24 1.65 525 41.71 1214.4 814.4 1.12 1.55 600 44.44 1280.8 880.8 1.02 1.47 從計(jì)算結(jié)果可以看出：在整體結(jié)構(gòu)尺寸相同、氣壓缸行程相同的前提下，作用在氣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(lái)方便。 綜上所述，氣液動(dòng)雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)氣壓升降平臺(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雙鉸接剪叉式舉升平臺(tái)機(jī)構(gòu)中兩種氣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氣壓舉升平臺(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氣壓缸、雙鉸連接、雙支撐桿、相同的舉升平臺(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氣壓缸工作示意圖 我們可以從圖上看出，氣壓缸的尾部是連接在右側(cè)支撐桿活動(dòng)的區(qū)域的，氣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)際舉升臺(tái)剪叉機(jī)構(gòu)中氣壓缸常用的布置方式存在的問(wèn)題，提出了另一種相對(duì)布置方式，將氣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(lái)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)出這兩種布置方式氣壓缸活塞運(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)舉升臺(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)算和氣壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理選擇。 2.6.1問(wèn)題的提出 氣壓缸驅(qū)動(dòng)的剪叉機(jī)構(gòu)再各種舉升臺(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，所以氣壓缸在剪叉機(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)氣壓缸驅(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 氣壓缸布置在左側(cè) 氣壓缸活塞運(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，即氣壓缸下支點(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)是氣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(wèn)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?。?，所需氣壓缸的推力將大大增加。在氣壓缸最高工作壓力限定的情況下，這將使得所用的氣壓缸的直徑增大，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)大直徑的氣壓缸，不過(guò)這將增加一對(duì)氣壓缸的支座，同時(shí)帶來(lái)機(jī)械加工、氣壓缸安裝以及氣壓系統(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(wèn)題，可考慮將氣壓缸反向布置（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氣壓缸布置在右側(cè) 這里仍用瞬時(shí)速度中心法來(lái)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： （３） 式中， 依據(jù)虛位移原理有： （４） 由圖２分析可得： 經(jīng)變分后： 代入式（４），整理后得活塞推力： （５） 式（３）和式（５）的正確性可以用機(jī)械能守恒原理來(lái)證明，即 將式（５）與式（２）進(jìn)行比較，再各參數(shù)都相同的條件下，顯然，氣壓缸布置再右側(cè)時(shí)的推力較氣壓缸布置在左側(cè)時(shí)??；而式（３）與式（１）比較，則氣壓缸布置在右側(cè)時(shí)的活塞速度較氣壓缸布置在左側(cè)時(shí)高?？梢?jiàn)，活塞推力的減小是以活塞速度的提高為代價(jià)換來(lái)的。 氣壓缸布置在剪叉機(jī)構(gòu)的右側(cè)，使得氣壓缸的活塞推力減小，這就可以選用直徑較小的氣壓缸，有利于氣壓缸在剪叉機(jī)構(gòu)中的布置；帶來(lái)的問(wèn)題是氣壓缸的有效行程較長(zhǎng)，如果臺(tái)面升程范圍不大，氣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 400mm,=2 000mm,=535mm,=770mm,=3210mm.兩種布置方式主要參數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表2-3： 表2-3兩種布置方式主要參數(shù)計(jì)算結(jié)果 參 數(shù) 氣壓缸布置在左側(cè) 氣壓缸布置在右側(cè) 桿FD傾角 氣壓缸傾角 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 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，氣壓缸在剪叉機(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，氣壓缸布置在右側(cè)時(shí)的推力明顯小于氣壓缸布置在左側(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@樣可以縮短氣壓缸的伸長(zhǎng)長(zhǎng)度。如果伸長(zhǎng)度過(guò)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)的增大氣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)想采用氣壓缸布置在左側(cè)的方案。而在該方案中活塞起始的速度小于氣壓缸布置在右側(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(guò)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(guò)程 那么首先我們就要計(jì)算一下這樣的設(shè)計(jì)方案所采用的氣壓缸的各項(xiàng)參數(shù)，然后再根據(jù)已求得的各項(xiàng)參數(shù)來(lái)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(chē)模型，它的有關(guān)參數(shù)是：車(chē)寬0.6m,高1.5m,軸距2.4m。在載荷方面沒(méi)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(jiàn)，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，這在下面的氣壓系統(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，可以選擇采用雙舉升臺(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)氣壓缸，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)舉升臺(tái)的承載量為。由于這樣平均每個(gè)氣壓缸承受的臺(tái)面載荷僅為294N，所以采用左側(cè)布置氣壓缸是完全可以的。 第三章 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(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)——剪式氣壓舉升臺(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，氣壓沖擊?。? 3) 最大載荷量定為2噸，采用單氣壓缸控制聯(lián)接組合叉桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行舉升動(dòng)作。最大舉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(guò)度寒冷的室外進(jìn)行操作； 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確定氣壓執(zhí)行元件的形式 氣壓執(zhí)行元件大體分為氣壓缸或氣壓泵。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(jiàn)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)，可以采用齒輪式氣壓泵及雙活塞桿氣壓缸，這樣不僅簡(jiǎn)化氣壓系統(tǒng)降低設(shè)備成本，而且能改善運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能和氣壓執(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 雙活塞桿氣壓缸 雙向?qū)ΨQ 雙作用往復(fù)運(yùn)動(dòng) 單活塞桿氣壓缸 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) 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)等氣壓設(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)用氣壓缸來(lái)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)可以用氣壓馬達(dá)來(lái)完成。本設(shè)計(jì)要完成的剪叉式氣壓舉升臺(tái)綜合了擴(kuò)程、回轉(zhuǎn)這兩種工作形式。 3.2.2 確定氣壓缸的類(lèi)型 工程氣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)械的氣壓系統(tǒng)。根據(jù)主機(jī)的運(yùn)動(dòng)要求，選擇氣壓缸的類(lèi)型為：直線運(yùn)動(dòng)單活塞桿雙作用緩沖式氣壓缸。其特點(diǎn)：活塞雙向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生推、拉力。活塞行程終了時(shí)減速制動(dòng)，減速值不變。 3.2.3 確定氣壓缸的安裝方式 工程氣壓缸均為雙作用單活塞式氣壓缸，安裝方式多采用耳環(huán)型。由于本設(shè)計(jì)中氣壓缸在作用過(guò)程中是一端固定，一端在垂直面上自由擺動(dòng)的形式，因此選擇氣壓缸的安裝方式為：尾部耳環(huán)聯(lián)接。 3.2.4 缸蓋聯(lián)接的類(lèi)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。 3.2.5擬訂氣壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路 氣壓執(zhí)行元件確定之后，其運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度的控制是擬訂氣壓回路的核心問(wèn)題。方向控制用換向閥或是邏輯控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一般中小流量的氣壓系統(tǒng)，大多數(shù)通過(guò)換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。對(duì)于高壓大流量的氣壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥于先導(dǎo)控制閥的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)剪叉式氣壓舉升臺(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氣壓源系統(tǒng) 氣壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由氣壓源提供，氣壓源的核心是氣壓泵。在無(wú)其他輔助氣源的情況下，氣壓泵的供氣量要大于系統(tǒng)的需氣量，多余的氣經(jīng)過(guò)溢流閥回氣箱，溢流閥同時(shí)起到開(kāi)展并穩(wěn)定氣源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供氣，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，氣壓泵的供氣量要盡量于系統(tǒng)所需流量相匹配。對(duì)在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需氣量相差較大的情況下，則采用多泵供氣或變量泵供氣。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，采用單泵供氣即可，不需蓄能器儲(chǔ)存能量。 對(duì)于氣體的凈化：氣體的凈化裝置在氣壓源中是必不可少的。一般泵的入口要裝有粗濾氣器，進(jìn)入系統(tǒng)的氣體根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過(guò)相應(yīng)的精濾氣器再次過(guò)濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回氣箱，可在回氣路上設(shè)置磁過(guò)濾或其他形式濾氣器。根據(jù)氣壓設(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確定氣壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 氣壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，它們是設(shè)計(jì)氣壓系統(tǒng)，選擇氣壓元件的主要依據(jù)。壓力決定于外載荷。流量取決于氣壓執(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，需要確定氣壓缸處于最大工作壓力時(shí)的位置，通過(guò)上述的討論，得知?dú)庖簤焊着c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)，氣壓缸處于最大的工作壓力狀態(tài)下。根據(jù)軸距0.937m，將支撐桿的長(zhǎng)度選定0.95m/根。當(dāng)氣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(guò)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=11.6298=3456.8N。下面就根據(jù)載荷量來(lái)選取合適的氣壓缸。 圖3-3氣壓缸 圖3-3表示一個(gè)以氣壓缸為執(zhí)行元件的氣壓系統(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(jiàn)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(guò)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60千克來(lái)計(jì)算，所以每個(gè)氣壓缸=P=3456.8N。 （2）導(dǎo)軌摩擦載荷 對(duì)于直動(dòng)型安裝的氣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氣壓缸的外載荷， 。 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(méi)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還包括氣壓缸密封處的摩擦阻力，由于各種氣壓缸的密封材質(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——?dú)鈮焊椎臋C(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 氣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(lèi)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(lái)說(shuō)，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(lái)說(shuō)，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。而本設(shè)計(jì)要求氣缸工作壓力為0.7MPa。 3.3.3計(jì)算氣壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺 ⑴氣壓缸的相關(guān)參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸 氣壓缸有關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)圖3-4所示： 圖3-4 氣壓缸設(shè)計(jì)參數(shù) 圖a為氣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(wú)桿腔活塞有效工作面積 ——有桿腔活塞有效工作面積 ——?dú)鈮焊坠ぷ髑粔毫?Pa ——?dú)鈮焊谆赜颓粔毫?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(lèi) 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 回氣帶調(diào)速閥的系統(tǒng) 0.4~0.6 回氣路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng) 0.5~1.5 用補(bǔ)氣泵的閉式回路 0.8~1.5 回氣路較復(fù)雜的工程機(jī)械 1.2~3 回氣路較短，可直接回氣路 可忽略不計(jì) 在這里我們?nèi)”硥毫χ? 在本設(shè)計(jì)中，氣壓缸不存在受拉的狀態(tài)，所以只考慮其受壓。一般氣壓缸在受壓狀態(tài)下工作時(shí)，其活塞面積為： 氣缸活塞桿的推力和拉力分別為 其中，為負(fù)載率，p為氣缸工作壓力。 表3-4 負(fù)載率與氣缸工作壓力p的關(guān)系 p1/MPa 0.16 0.20 0.24 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70~1 η 0.10~0.30 0.15~0.40 0.20~0.50 0.25~0.60 0.30~0.65 0.35~0.70 0.40~0.75 0.45~0.75 負(fù)載率與氣缸工作壓力p有關(guān)，且綜合反映活塞的快速作用和氣缸的效率。表3-4列出傳輸氣缸與p的關(guān)系。對(duì)于最佳值為0.3~0.5，氣缸高速運(yùn)動(dòng)或垂直安裝時(shí)取，低速運(yùn)動(dòng)時(shí)取。對(duì)于作夾具用的夾緊氣缸取。而本設(shè)計(jì)中用到的是低速運(yùn)動(dòng)，故取。 計(jì)算活塞桿直徑d一般取d/D=0.2~0.3，必要時(shí)也可以去d/D=0.16~0.4.這里我們?nèi)/D=0.2，則，可以求出d=18.98mm。氣壓缸的直徑D和活塞桿徑d的計(jì)算值要按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的氣壓缸的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整，如與標(biāo)準(zhǔn)氣壓缸參數(shù)相近，最好選用國(guó)產(chǎn)氣壓缸，免于自行設(shè)計(jì)加工。按照機(jī)械手冊(cè)中工程氣壓缸的技術(shù)規(guī)格表可以選擇圓整后的參數(shù)：缸徑100mm，活塞桿徑22mm，工作壓力0.7Mpa，推力3713.5N。 氣缸筒壁厚的選擇。一般氣缸筒壁厚與缸徑之比小于1/10（),可按薄壁圓筒公式計(jì)算： 式中：為缸筒內(nèi)徑（m）；為試驗(yàn)壓力（Pa）,取為工作壓力p的1.5倍；為缸筒材料的許用應(yīng)力（Pa）；n為安全系數(shù)，一般取n=6~8.。本設(shè)計(jì)缸筒材料選取20號(hào)無(wú)縫鋼管，可算得缸筒內(nèi)徑為。 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),氣壓缸的長(zhǎng)度為最小值，=643mm。平臺(tái)到車(chē)面的高度。 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=1.4m。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)，氣壓缸的長(zhǎng)度就等于，選定氣壓缸長(zhǎng)度為643mm。計(jì)算其行程： 。 ,查表37-7-9可以查得氣壓缸長(zhǎng)度不得小于，實(shí)際長(zhǎng)度滿足要求。 （3） 氣缸耗氣量計(jì)算 氣缸耗氣量與其自身結(jié)構(gòu)、動(dòng)作時(shí)間以及連接管道容積等有關(guān)。一般連接管道容積比氣缸容積小得多，故可忽略。因而氣缸一個(gè)往復(fù)行程的壓縮空氣耗量q為 換算成自由空氣耗量為 式中：s為氣缸行程（m）；t為氣缸一個(gè)往復(fù)行程所需時(shí)間（s）；為氣缸容積效率，一般??；p，分別為氣缸工作壓力（MPa）和大氣壓力（MPa），。 取一個(gè)往復(fù)行程時(shí)間為t=1s，可得壓縮空氣耗量,自由空氣耗量。 選取氣壓缸，如與標(biāo)準(zhǔn)氣壓缸參數(shù)相近，最好選用國(guó)產(chǎn)氣壓缸，免于自行設(shè)計(jì)加工。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，我們氣缸選取10A-5型100×22的氣壓缸。 3.3.4確定氣壓泵的參數(shù) ⑴確定氣壓泵的最大工作壓力 Pa， 式中——?dú)鈮焊鬃畲蠊ぷ鲏毫?，根?jù)可以求出 ——從氣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。 ⑵確定氣壓泵的流量 K——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取1.1~1.3，這里取1.2 ——?dú)鈮焊椎淖畲罅髁?，?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 （3）選擇氣壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上求得的和值，按系統(tǒng)中擬訂的氣壓泵的形式，從手冊(cè)中選擇相應(yīng)的氣壓泵產(chǎn)品。為使氣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)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確定氣壓泵的驅(qū)動(dòng)功率 在工作中，如果氣壓泵的壓力和流量比較恒定，則 ，其中——?dú)鈮罕玫目傂?，參考下?-5選擇=0.7 表3-5 各氣壓泵的總效率 液壓泵類(lèi)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 式中，Q為通過(guò)管道內(nèi)的壓縮空氣流量，V為計(jì)算管道內(nèi)壓縮空氣流速 。 一般壓縮空氣在廠區(qū)管道內(nèi)的流速取8~10m/s,用氣車(chē)間流速可用10~15m/s.為了避免損失過(guò)大，限定壓縮空氣管內(nèi)流速。計(jì)算可得管道內(nèi)徑d為12mm。 管道壁厚滿足 式中：p為計(jì)算管段內(nèi)氣體的壓力（Pa）；為管材許用應(yīng)力（Pa）；為材料抗拉強(qiáng)度（Pa）；n為安全系數(shù)，一般取n=6~8。可算得管段壁厚=1.6mm。 3.3.6氣箱容量的確定 在確定氣箱尺寸時(shí)，一方面要滿足系統(tǒng)供氣的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排氣時(shí)，氣箱不能溢出，以及系統(tǒng)最大可能充滿氣時(shí)，氣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——?dú)鈮罕妹糠昼娕懦鰤毫τ偷娜莘e ——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(lèi)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氣壓缸主要零件結(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。主要用于柱塞式氣壓缸。 2. 缸體的材料（45號(hào)鋼） 氣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241~285HB。 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HT200~HT350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 ⑴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0.1~0.4，當(dāng)活塞用活塞環(huán)密封時(shí)，Ra為0.2~0.4。且均需衍磨。 ⑵缸體內(nèi)徑D的圓度公差值可按9、10或11級(jí)精度選取，圓柱度公差值應(yīng)按8級(jí)精度選取。 ⑶缸體端面T的垂直度公差可按7級(jí)精度選取。 ⑷當(dāng)缸體與缸頭采用螺紋聯(lián)接時(shí)，螺紋應(yīng)取為6級(jí)精度的公制螺紋。 ⑸當(dāng)缸體帶有耳環(huán)或銷(xiāo)軸時(shí)，孔徑或軸徑的中心線對(duì)缸體內(nèi)孔軸線的垂直公差值應(yīng)按9級(jí)精度選取。 ⑹為了防止腐蝕和提高壽命，缸體內(nèi)表面應(yīng)鍍以厚度為30~40的鉻層，鍍后進(jìn)行衍磨或拋光。 3.4.2活塞 1. 活塞與活塞桿的聯(lián)接型式見(jiàn)下表3-8 表3-8 活塞與活塞桿的聯(lián)接型式 聯(lián)接方式 備注說(shuō)明 整體聯(lián)接 用于工作壓力較大而活塞直徑又較小的情況 螺紋聯(lián)接 常用的聯(lián)接方式 半環(huán)聯(lián)接 用于工作壓力、機(jī)械振動(dòng)較大的情況下