畢業(yè)設(shè)計小型剪叉式液壓升降機.doc

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1、 武漢紡織大學(xué) 2015 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 設(shè)計（論文）題目 可控自行走式小型升降機 姓 名 學(xué) 號 院 系 機械工程與自動化學(xué)院 專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師 周星元 摘 要 在設(shè)計機

2、械結(jié)構(gòu)時，采用剪叉式結(jié)構(gòu)。剪叉式機械結(jié)構(gòu)，使升降機起升有較高的穩(wěn)定性，寬大的作業(yè)平臺，使高空作業(yè)范圍更大。它使高空作業(yè)效率更高，安全更保障。 在設(shè)計液壓系統(tǒng)時，為了能使升降機在任何情況下工作，采用雙電機帶動液壓泵，一個直流電機，工作電壓為48V；一個交流電機，工作電壓為220V。液壓泵采用柱塞泵，電磁換向閥采用三位三通閥，上升動力來源于液壓液壓泵，下降動力來源于工作人員和升降機自身的壓力。 在設(shè)計控制電路時，要有限位和自鎖裝置，并設(shè)計交直流換向開關(guān)和充電開關(guān)。 關(guān)鍵詞：剪叉式，液壓系統(tǒng)，控制開關(guān)。

3、 Abstract In the design of mechanical structure, the scissor structure. Scissor mechanical structure, make elevator lifting a higher stability, wide operation platform, make more aerial work scope. It makes aerial work more efficient, safe and more security. In the design of hydraul

4、ic system, in order to enable elevator in any case work, the two motor drive hydraulic pump, a dc motor, working voltage of 48 V; A ac motor, working voltage of 220 V. Hydraulic pump the piston pump, electromagnetic reversing valves using three three-way valve, rising power comes from the hydraulic

5、pump, drop power comes from the staff and lift their stress. In the design the control circuit, a limited and lock device since, and design ac/dc reversing switch and charging switch. Keywords: scissor, hydraulic system, control switch. 目 錄 摘 要 1 第一章 概 述 5 1.1 升降

6、機概述 5 1.1.1 什么是升降機 5 1.1.2 升降機的發(fā)展歷史 5 1.2 液壓升降機的作用和特點 6 1.2.1 液壓升降機的作用 6 1.2.2 液壓升降機的特點 6 1.3 鋁合金液壓升降機 6 1.3.1 鋁合金液壓升降機的特點 6 1.3.3 本設(shè)計的基本參數(shù) 7 1.3.4 剪叉式鋁合金液壓升降機 7 第二章 受力分析 9 2.1 結(jié)構(gòu)分析 9 2.1.1 第四層剪叉臂受力分析 10 2.1.2 第三層剪叉臂受力分析 11 2.1.3 第二層剪叉臂受力分析 12 2.1.3 第一層剪叉臂受力分析 13 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計 15 3.1 材料的

7、選用 15 3.1.1 選用材料的性能系數(shù) 15 3.2 強度校核計算 15 3.2.1 剪叉臂的抗彎強度校核計算 15 3.2.2 連接螺栓的抗剪強度計算 18 3.3 工作平臺的設(shè)計 19 3.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計 19 3.3.2 強度校核設(shè)計 19 3.4底座的設(shè)計 20 3.4.1底座的框架設(shè)計 20 3.4.2輪子的設(shè)計 21 3.4.3支撐架的設(shè)計 22 3.5導(dǎo)軌的設(shè)計 24 3.6工作狀態(tài)的鎖緊裝置 26 第四章 液壓系統(tǒng)設(shè)計 27 4.1液壓傳動簡介 27 4.2液壓傳動的組成及工作原理 27 4.3液壓泵的設(shè)計 28 4.3.1液壓

8、泵站的選用 28 4.4液壓油管的選用 32 4.4.1高壓鋼絲編織膠管介紹 33 4.5液壓控制閥 34 4.6液壓缸的設(shè)計 35 4.6.1液壓缸壓力計算（單作用柱塞缸的計算） 35 4.6.2液壓缸的行程計算 37 4.6.3液壓缸的選用 38 4.7升降機上升速度的計算 38 第五章 電路設(shè)計 40 5.1總電路圖 40 5.2 48V充電電路圖 40 參考文獻 42 致 謝 43 附 圖 44 第一章 概 述 1.1 升降機概述 1.1.1 什么是升降機 升降機是一種將人或者

9、貨物升降到某一高度的升降設(shè)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(shè)備，作為不同高度輸送線的連接裝置。一般采用液壓驅(qū)動，故稱液壓升降機。除作為不同高度的貨物輸送外，廣泛應(yīng)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(dǎo)軌式升降機和特殊形式的升降機等。 1.1.2 升降機的發(fā)展歷史 對垂直運送的需求與人類的文明一樣久遠，最早的升降機使用人力、蓄力和水力來提升重量。升降裝置直到工業(yè)革命前一直依靠這些基本的動力方式。 古希臘時，阿基米德開發(fā)了經(jīng)過改進的用繩子和滑輪操作的升降裝置，它用絞盤和杠桿把提升繩纏繞在繞線柱上。公

10、元80年，角斗士和野生動物乘坐原始的升降機到達羅馬大劇場中競技場的高度。中世紀的紀錄包括無數(shù)拉升升降裝置的人和為孤立地點進行供給的圖案。其中最著名的是位于希臘的圣巴拉姆修道院的升降機。這個修道院位于距離地面大約61米高的山頂上，提升機使用籃子或者貨物網(wǎng)，運送人員與貨物上下。 在近代我們用來升降貨物的是一種木質(zhì)梯子，用起來很不方便，攀登時比較危險。中國首個安裝液壓升降機的城市是上海。1907年，六層高的匯中飯店安裝了兩臺奧的斯液壓升降機。臺灣第一部商用液壓升降機則在日治時期1932年安裝，位于臺北市菊元百貨，當(dāng)時稱為流籠。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的液壓升降機,產(chǎn)品型號各異，提升高度有4米、6米、10米、

11、18米甚至達百米不等。選用國內(nèi)外先進液壓，馬達，泵站系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)防爆裝置和液壓自鎖裝置。具有設(shè)計新穎、結(jié)構(gòu)合理、升降平衡、操作簡單、維修方便等其他產(chǎn)品不可替代的優(yōu)點。廣泛用于廠房維護、工業(yè)安裝、設(shè)備檢修物業(yè)管理、倉庫、航空、機場、港口、車站、機械、化工、電子、電力等高空設(shè)備安裝和檢修。 1.2 液壓升降機的作用和特點 1.2.1 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(chǎn)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(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)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

12、、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(chǎn)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(jié)構(gòu)，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。 1.2.2 液壓升降機的特點 升降平臺升降系統(tǒng)是靠液壓驅(qū)動的，所以叫做液壓升降臺。是一種多功能的裝卸機械設(shè)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(chǎn)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

13、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(chǎn)。 1.3 鋁合金液壓升降機 1.3.1 鋁合金液壓升降機的特點 鋁合金液壓升降機整體采用高強度鋁型材精制而成，由于型材強度高，具有造型美觀、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、移動方便、升降平臺平穩(wěn)、操作方便、安全可靠等優(yōu)點，令高空作業(yè)更方便快捷，能夠快速、慢速行走，可調(diào)速，是現(xiàn)代企業(yè)高效安全生產(chǎn)之理想高空作業(yè)設(shè)備。主要產(chǎn)品分為單立柱鋁合金，雙立柱鋁合金，多柱鋁合金升降機。 特點：采用高強度優(yōu)質(zhì)鋁合金材料，具有造型美觀、體積小、重量輕、升降平穩(wěn)、安全可靠等優(yōu)點。它輕盈的外觀，能在極小的空間內(nèi)發(fā)揮最高

14、的舉升能力。立柱升降系統(tǒng)，具有載量大，穩(wěn)固性強，平臺面積大，推行方便等特點。 1.3.2 鋁合金液壓升降機的用途 鋁合金升降機整體采用高強度鋁型材精制而成，由于型材強度高，使升降臺的偏轉(zhuǎn)與擺動極小。載重量大，平臺面積大，穩(wěn)定性極好，運轉(zhuǎn)靈活，推行方便。它輕盈的外觀，能在極小的空間內(nèi)發(fā)揮最高的舉升能力。廣泛用于廠房、賓館、大廈、商場、車站、機場、體育場、影劇院、展覽館等?？捎米麟娏€路、照明電器、高架管道等安裝維護，高空清潔等單人工作的高空作業(yè)。配有萬向腳輪，機動靈活。兩端架垂直可調(diào)，可用于一定坡度的斜面或臺階上作業(yè)。 本設(shè)計與以上介紹的鋁合金升降機的不同之處在于，本設(shè)計的鋁合金升降機

15、的結(jié)構(gòu)是剪叉式。剪叉式鋁合金液壓升降機采用高強度優(yōu)質(zhì)鋁合金材料，具有造型美觀、體積小、重量輕、升降平穩(wěn)、安全可靠等優(yōu)點。它輕盈的外觀，能在極小的空間內(nèi)發(fā)揮最高的舉升能力。立柱升降系統(tǒng)，具有載量大，穩(wěn)固性強，平臺面積大，推行方便等特點。 1.3.3 本設(shè)計的基本參數(shù) 外形尺寸：1200mmX640mmX1200mm;(長、寬、高) 工作尺寸：2400mmX2400mmX4000mm;(長、寬、高) 承重: 150kg; 自重：150kg; 升降速度：5--10m/min; 直流電壓：48V; 交流電壓：220V。 1.3.4 剪叉式鋁

16、合金液壓升降機 剪叉式升降機（如圖1-1）：是用途廣泛的高空作業(yè)專用設(shè)備。它的剪叉機械結(jié)構(gòu)，使升降臺起升有較高的穩(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。可用作電力線路、照明電器、高架管道等安裝維護，高空清潔等單人工作的高空作業(yè)。 能夠在不同高度工作狀態(tài)下快速、慢速行走，可以在空中方便的操作平臺連續(xù)完成上下、前進、后退、轉(zhuǎn)向等工作。本設(shè)計采用優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，激光焊接電子機械手單面焊接雙面成型工藝，航天插裝閥技術(shù)，平臺裝有水平報警儀、平衡閥、自動安全板等警報裝置，平臺安全可靠耐用，作業(yè)高度可達5米，載重150公斤，圍欄可水

17、平延伸極大的擴展了作業(yè)范圍，適合工廠車間、廣場大堂機場、園區(qū)等有高空作業(yè)需求。 第2章 受力分析 2.1 結(jié)構(gòu)分析 由于本設(shè)計的外形尺寸為1200mmX640mmX1200mm，因此，剪叉臂的長度為1200mm，為了保證操作人員在工作平臺上更加安全，剪叉臂與水平的最大允許角度為45。因此，每一層上升的最大高度為0.85m，要使升降機能夠上升到4m的高度，至少需要4層剪叉臂，0.854=3.4m，再加上底座的高度和人的身高，工作人員足以對離地面5m高的設(shè)備進行維護。 根據(jù)設(shè)計要求，擬定了剪叉式液壓升降機的基本方案。升降機

18、主要由起升機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)、工作平臺和底座構(gòu)成。在本設(shè)計中，起升機構(gòu)為4層，在底座上安裝工作時的鎖緊裝置和限位傳感器。驅(qū)動裝置采用液壓傳動方式。在此結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，對升降機進行受力分析，以確定其結(jié)構(gòu)參數(shù)。 當(dāng)升降機承受最大載荷時，升降平臺處于最低位置，此條件下即為升降機的極限狀態(tài)。如圖2-1是4層結(jié)構(gòu)升降機的總體受力圖。 圖2-1 四層升降機結(jié)構(gòu) 從總體結(jié)構(gòu)受力分析可得： (2-1) 2.1.1 第四層剪叉臂受力分析 升降機第四層剪叉臂的總體受力情況如圖2-2a所示,可知：工作平臺上承受

19、的載荷將轉(zhuǎn)化至A、B鉸點處。第四層剪叉臂中工作平臺、BC桿及AD的受力狀態(tài)如圖2-2b所示，根據(jù)力的平衡原理可得： (2-2) (2-3) (2-4) 對C點做力矩平衡分析可得： (2-5) 由式（5）可得：

20、 (2-6) 本設(shè)計要求升降機所承受的最大載荷為150kg。根據(jù)實際情況、工作臺和剪叉臂自重及基于安全考慮，在本設(shè)計中最大載荷為300kg,即W=3000N，并考慮一副剪叉臂支撐所有重量的情況，即上述,同時借助三維軟件仿真升降機的極限狀態(tài)，測得剪叉臂與升降級平臺的極限夾角為6?；谝陨蟽蓚€基本參數(shù)，根據(jù)式（2-2）、式（2-3）、式（2-4）和式（2-5）計算獲得第四層剪叉臂桿的受力大小，其結(jié)果為： (2-7)

21、 (2-8) 的最大值為： (2-9) (a) 升降機第四層總體受力情況 M (b)升降機第四層結(jié)構(gòu)工作平臺、AD及BC桿受力分析 圖2-2 剪叉式升降機第四層總體受力分析 2.1.2 第三層剪叉臂受力分析 第三層剪叉臂的總體受力情況如圖2-3a所示，對其中的剪叉臂DE及CF進行單獨受力分析，如圖2-3b所示。根據(jù)平衡原理計算剪叉臂各鉸點處的受力大小，其計算式如下： (2-10) (a)升降機第三層總體受力情況

22、 (b)升降機第三層結(jié)構(gòu)CF及DE桿受力分析 圖2-3 剪叉式升降機第三層總體受力分析 2.1.3 第二層剪叉臂受力分析 第二層剪叉臂的總體受力情況如圖2-4a所示，對其中的剪叉臂EH及FG進行單獨受力分析，如圖2-4b所示。根據(jù)平衡原理計算剪叉臂各鉸點處的受力大小，其計算式如下： (2-11) 的最大值為： (2-12) (a) 升降機第二層總體受力情況 (b)升降機第二層結(jié)構(gòu)FG及EH桿受力分析 圖2-4 剪叉式升降機第二層總體受力分析 2.1.3 第一層

23、剪叉臂受力分析 第一層剪叉臂的總體受力情況如圖2-5a所示，對其中的剪叉臂GO及HI進行單獨受力分析，如圖2-5b所示。根據(jù)平衡原理計算剪叉臂各鉸點處的受力大小，其計算式如下： (2-13) (a) 升降機第一層總體受力情況 (b)升降機第一層結(jié)構(gòu)底座、GO及HI桿受力分析 圖2-5 剪叉式升降機第一層總體受力分析 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1 材料的選用 3.1.1 選用材料的性能系數(shù)

24、 本設(shè)計的突出重點在于自重輕，因此，選用的材料為鋁合金。鋁合金的外觀好、質(zhì)輕、可機加工、物理和力學(xué)性能好，且抗腐蝕性能好。 本設(shè)計選用的鋁合金材料是5A06。本設(shè)計的升降機要經(jīng)常在露天或潮濕的環(huán)境中使用，要具有抗腐蝕性強、強度高、易焊接等特點，而5A06鋁合金可以滿足這些條件。 表3-1 5A06的性能系數(shù) 抗剪強度/MPa 165 314 147 15 鋁方棒理論重量（每米長）G/kg.m (5A06方鋁) G= K=2.640 式中a為方鋁邊長，單位為mm。 3.2 強度校核計算 3.2.1 剪叉臂的抗彎強度校核計算 在本

25、設(shè)計中，選用30mm 50mm的鋁棒，機加工成如圖3-1的橫截面，長度為1200mm。每根剪叉臂的重量約為 圖3-1 選用的鋁棒的橫截面 我們把材料破壞時的應(yīng)力稱為極限應(yīng)力，用表示。脆性材料斷裂時的應(yīng)力是強度極限，因此，對于脆性材料作為極限應(yīng)力；塑性材料屈服時出現(xiàn)明顯的塑性變形，此時的應(yīng)力是屈服點，故此，對于塑性材料取屈服點為其極限應(yīng)力。 許用應(yīng)力： (3-1) 式中，大于1的因素或稱為安全因數(shù)。 為了保證構(gòu)件安全可靠地正常

26、工作，必須使構(gòu)件內(nèi)最大工作應(yīng)力不超過材料的許用應(yīng)力，即 (3-2) 稱為強度條件。對于軸向拉壓等直桿，(2-5)可簡寫為 (3-3) 強度條件是判斷構(gòu)件是否滿足強度要求的準則。 設(shè)計截面：若已知構(gòu)件所受的載荷及材料的許用應(yīng)力，則可由強度條件式，得 (3-4) 由此確

27、定出構(gòu)件所需要的橫截面面積。 本設(shè)計的承重為150KG,自重為150KG,底座部分重約80 KG,支撐和工作平臺約為70KG.所以，起重重量為 ，跨度為1.2m=1200mm,許用應(yīng)力314MPa，由第二章得剪叉臂所受的最大力為。計算簡圖如圖3-2a。 解： 由F作用而引起的圖（圖3-2b）,其最大彎矩 =8.61KNm （3-5） 只考慮此彎矩的強度條件為 (3-6) 所以 = (3-7) 圖 3-2 設(shè)計的長度為1.2m=1200mm,

28、 所以， （3-8） 但是22.85的方鋁尺寸太小，因此這里選用最小截面為的方鋁。 （3-9） 所以 （3-10） 又知，= （3-11） （3-12） 在設(shè)計時選用槽型方鋁的尺寸為， ，所以設(shè)計的強度符合要求。 3.2.2 連接螺栓的抗剪

29、強度計算 在升降機工作過程中，兩塊連接桿要用螺栓連接起來，才能構(gòu)成剪叉式，因此，連接桿受到剪切力的作用。在本設(shè)計中選用直徑為20mm的螺栓。內(nèi)六角螺栓的長度為540mm,外六角螺栓的長度為100mm。在計算中，承重為150kg,剪叉臂、液壓缸和工作平臺的重量約為70kg。校核計算如下： 螺栓受力如圖3-2所示。 得 （3-13） （3-14） 由表3-1得165MPa

30、, , （3-15） =13.3mm （3-16） （3-17） = （3-18） R=D=13mm,根據(jù)GB/T 193--2003得， 沒有D=13mm的公稱直徑， 所以，選用D=20mm的螺栓符合強度要求。 3.3 工作平臺的設(shè)計 3.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計 工作平臺是為了給工作人員提供一個作業(yè)平臺，并擺放一定質(zhì)量的工具和材

31、料，最重要的作用是保證操作人員的安全。在設(shè)計時為了保證平臺的重心，每根連桿與水平面的夾角最大值為45。所以，工作吊籃的長寬高分別為1200mm、640mm、1200mm。為了保證升降機能進入狹小空間，工作平臺護欄部分設(shè)計成可折疊式，分為兩部分，每部分高為440mm。實際結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。 圖3-3 工作吊籃結(jié)構(gòu)圖 3.3.2 強度校核設(shè)計 工作吊籃最重要的部分是底部，既要保證輕量化又要保證承重力夠，因此，采用鏤空式設(shè)計。框架采用空心方鋁，底板用鏤空鋁板，側(cè)面護欄采用空心鋁管。 （1）空心方鋁的強度校核計算： 根據(jù)圓棒、方棒和六角棒鋁材的尺寸和重量（GB/T3191-19

32、88）取a=25mm。 吊籃承重和自重總重約為170kg,小于220kg,因此，A=7mm 就滿足條件。 （3-19） 因此 （3-20） 無解，所以取20mm，就滿足條件。結(jié)構(gòu)簡圖如圖3-4。a=25mm，=20mm，L=80mm。 圖3-4 空心方鋁 （2） 空心鋁管的強度校核計算： 空心鋁管作為護欄，強度不用太大，外徑D取20mm,內(nèi)徑d取16mm。 3.4底座的設(shè)計 底座是整個升降機的支撐

33、部分和動力行走部分，底座的底部裝有四個輪子，四個輪子都可以轉(zhuǎn)向，這樣大大減小了轉(zhuǎn)彎半徑。底座上還有四個支撐架，支撐架的作用是擴大支撐面積，使升降機在工作時更加穩(wěn)固。支撐架可以伸縮，又內(nèi)外兩個部分組成。 3.4.1底座的框架設(shè)計 底座的作用是在其底部安裝輪子，在其內(nèi)部安放液壓泵、液壓油箱、蓄電池和控制電器，在其上方安裝升降部件。底座的尺寸為：長1200mm，寬600mm，高300

34、mm。結(jié)構(gòu)如圖3-5。 圖3-5 底部結(jié)構(gòu)圖 3.4.2輪子的設(shè)計 輪子選用上海家晴悅五金機電有限公司的優(yōu)質(zhì)高彈天然橡膠萬向輪如圖3-6,3-7。 圖3-6 優(yōu)質(zhì)高彈天然橡膠萬向輪 表3-2 優(yōu)質(zhì)高彈天然橡膠萬向輪性能參數(shù) 轉(zhuǎn)向 萬向腳輪 規(guī)格 2,2.5,3,4,5（寸） 厚度 32mm 適用范圍 各種行業(yè)，靜音環(huán)境 型號 天然高彈橡膠輪 用途 工業(yè)腳輪 直徑 40,65,75,100,125（mm） 最大載荷 40、65、83、112、125（kg） 材質(zhì) 橡膠 在此，我選用直徑為100mm，最大載荷為125kg

35、的橡膠萬向輪，本設(shè)計的自重為150kg,承重為150kg,125X4=500kg大于300kg,所以，輪子滿足條件。 圖3-7 剎車示意圖 3.4.3支撐架的設(shè)計 支撐架的作用是使升降機在工作時，有更大的支撐面積，從而使升降機工作更加穩(wěn)定，操作人員更加安全。 本設(shè)計的承重為150KG,自重為150KG,底座部分重約80 KG,支撐和工作平臺約為70KG.所以，起重重量為 支撐和平臺自重為,升降機工作時的跨度約為2.4m=2400mm,許用應(yīng)力314MPa。外支架選用橫截面為30mm50mm，壁厚為5mm的空心方鋁，圓角為5mm; 內(nèi)支架選用橫截面為20mm40mm，壁厚為5m

36、m的空心方鋁，圓角為5mm；內(nèi)外支架的長度為500mm。計算簡圖如圖2-8a。 解：由于在沒有確定所選用鋁合金的尺寸之前，所設(shè)計的零件的自重是未知的?？梢赃@樣來處理：只考慮到在一般機械中，零件的自重與其承受的載荷相比要小得多，因此可先按來初選截面，然后再按、、q共同作用時來校核強度。 由F作用而引起的圖（圖2-8b）,其最大彎矩 =1.8KNm （3-21） 只考慮此彎矩的強度條件為 (3-22) 所以 = (3-23) 所以，

37、 （3-24） 但是2.38的方鋁尺寸太小，因此這里用的方鋁。 （3-25） 所以 （3-26） 又知，= （3-27） 圖 3-8 （3-28） 在設(shè)計時選用空心方鋁的尺寸為，橫截面積為700。 700 所以設(shè)計的強度符合要求。 3.5導(dǎo)軌的設(shè)計 由于燕尾導(dǎo)軌具有較高

38、的穩(wěn)定性，所以在此也用燕尾導(dǎo)軌。具體設(shè)計如下。導(dǎo)軌安裝在底座和吊籃上，不考慮受力情況。簡圖如3-9,3-10和3-11。 圖3-9 底座陽導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡圖 圖3-10 底座陰導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡圖 圖3-11 底座陰導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡圖 圖3-12 吊籃底陽導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡圖 圖3-13 吊籃底陰導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡圖 3.6工作狀態(tài)的鎖緊裝置 由于液壓缸在工作時有一定的泄漏，并且長時間使用后油管老化而破裂，使升降機突然迅速下降，因此要設(shè)置鎖緊裝置。在本設(shè)計中棘輪鎖緊裝置，該裝置安裝在底座滑塊上。機構(gòu)簡圖如圖3—14。 圖3—14 棘輪鎖緊裝置機構(gòu)簡圖

39、第四章 液壓系統(tǒng)設(shè)計 4.1液壓傳動簡介 液壓傳動和機械傳動相比，具有許多優(yōu)點，因此在機械工程中，液壓傳動被廣泛采用。一個完整的液壓系統(tǒng)往往是多個不同功能的基本回路組成，去完成各執(zhí)行機構(gòu)的動作順序和工作要求。在一個工作循環(huán)中的各個工況對力、速度和方向這三個參數(shù)，不僅有量的限制，而且有質(zhì)的要求。本章將通過幾種典型液壓系統(tǒng)分析，把各種液壓元件和基本回路有機地聯(lián)系起來加以綜合應(yīng)用，并要求學(xué)會閱讀液壓系統(tǒng)原理圖和分析液壓系統(tǒng)方法。 液壓傳動與控制目前在機械制造、冶金、工程機械、航空等部門均有廣泛應(yīng)用。其液壓系統(tǒng)種類繁多，工況對液壓系統(tǒng)提出的要求也不盡相同。 液壓傳動的優(yōu)缺點表如4-

40、1。 表4-1 液壓傳動的優(yōu)缺點 優(yōu)點 缺點 傳動平穩(wěn) 液壓元件制造精度要求高 質(zhì)量輕體積小 實現(xiàn)定比傳動困難 承載能力大 油液受溫度的影響 容易實現(xiàn)無級調(diào)速 不適宜遠距離輸送動力 易于實現(xiàn)過載保護 油液中混入空氣易影響工作性能 液壓元件能夠自動潤滑 油液容易污染 容易實現(xiàn)復(fù)雜的動作 發(fā)生故障不易檢查和排除 簡化機構(gòu) 便于實現(xiàn)自動化 便于實現(xiàn)“三化”（系列化、標(biāo)準化和通用化） 4.2液壓傳動的組成及工作原理 液壓傳動中由液壓泵、液壓控制閥、液壓執(zhí)行元件(液壓缸和液壓馬達等)和液壓輔件(管道和蓄能器等)組成的液壓系統(tǒng)。液壓泵把機械能轉(zhuǎn)

41、換成液體的壓力能，液壓控制閥和液壓輔件控制液壓介質(zhì)的壓力、流量和流動方向，將液壓泵輸出的壓力能傳給執(zhí)行元件，執(zhí)行元件將液體壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，以完成要求的動作。 工作原理： 電動機帶動液壓泵從油箱吸油，液壓泵把電動機的機械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能。液壓介質(zhì)通過管道經(jīng)節(jié)流閥和換向閥進入液壓缸左腔，推動活塞帶動工作臺右移，液壓缸右腔排出的液壓介質(zhì)經(jīng)換向閥流回油箱。換向閥換向之后液壓介質(zhì)進入液壓缸右腔，使活塞左移，推動工作臺反向移動。改變節(jié)流閥的開口可調(diào)節(jié)液壓缸的運動速度。液壓系統(tǒng)的壓力可通過溢流閥調(diào)節(jié)。在繪制液壓系統(tǒng)圖時，為了簡化起見都采用規(guī)定的符號代表液壓元件，這種符號稱為職能符號。 圖4-1

42、液壓系統(tǒng)原理圖 4.3液壓泵的設(shè)計 液壓泵是液壓傳動系統(tǒng)的能源裝置部分，他把機械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能，它給液壓系統(tǒng)提供壓力油，使整個系統(tǒng)能夠動作起來。液壓泵有:齒輪泵、葉片泵和柱塞泵等。本設(shè)計的液壓系統(tǒng)圖如圖4-1。 4.3.1液壓泵站的選用 為了能在室內(nèi)和野外工作，本設(shè)計的液壓升降機采用交、直流兩個液壓泵。液壓系統(tǒng)的工作簡圖如圖4-2。 圖4-2 液壓系統(tǒng)圖 圖中1—油箱 2—過濾器 3—直流驅(qū)動液壓泵 4—交流驅(qū)動液壓泵 5—單向控制閥 6—三位三通電磁換向閥 7— 溢流閥8—單作用柱塞缸 9—調(diào)速閥 （1）直流液壓泵站的選用 由于目前設(shè)計制造液

43、壓泵站的公司很多，液壓泵站的類型也很多，在此我就不再自行設(shè)計液壓泵，直接選用現(xiàn)有的液壓泵站。下面是本人選用的揚州瑞騰機械有限公司的電瓶車用直流液壓泵站，如圖4-3和4-4所示。 圖4-3 圖4-4 該液壓泵站主要用于電瓶車及車載機械設(shè)備，為液壓缸或液壓馬達提供液壓動能的微型液壓泵站。該系列體積小，操作簡單，保壓性能好，調(diào)壓方便，可滿足水平或垂直安裝。各項性能參數(shù)如表4-2和4-3所示。 表4-2液壓泵站的性能參數(shù) 葉輪數(shù)目 單級 用途 試壓泵 泵軸位置 臥式 材料 鋁合金 類型 齒輪泵 流量 4L 型號 RMH 驅(qū)動方式 電動 重量 14.8

44、kg 原理 齒輪泵 表4-3液壓泵站的性能參數(shù) 額定壓力(MPa) 20 額定排量(ml/r) 0.6,0.75,1.0,1.6,2.0,2.5,3.3,4.0,4.8,5.8 工作電壓(V) 12,24,48 電機功率(KW) 1.5,2.2,3 負載轉(zhuǎn)速(rpm) 2500 工作條件(%) S3=10 油箱容積(L) 1.5～12 安裝方式 水平或垂直 出油口尺寸 M141.5 在此，選用額定壓力為20MPa，額定排量為1.0ml/r，工作電壓48V，電機功率3KW，負載轉(zhuǎn)速2500rpm，油箱容積12L，出油口尺寸M141.5的直流液壓泵站。

45、 （2）交流液壓泵的選用 在選用交流液壓泵時，還是選用揚州瑞騰機械有限公司的產(chǎn)品，如圖4-5。 圖 4-5 選用的交流液壓泵的個參數(shù)如表4-4和4-5所示。 表4-4 型號 RMH 適用范圍 液壓系統(tǒng) 產(chǎn)品別名 液壓泵 材料 鋁合金 適用介質(zhì) 液壓油 適用溫度 -40-50（℃） 公稱壓力 16（MPa） 安裝方式 臥式或立式 交流油泵J系列產(chǎn)品采用集成式組合液壓系統(tǒng)，是一種通過電動舉升，電磁閥（或手動）控制卸荷及定位的液壓泵站，回油口裝有內(nèi)置式節(jié)流閥，使液壓裝置下降時等速平穩(wěn)無沖擊，保壓性能好，操縱及維護方便。 表4-5

46、 1 工作壓力（MPa） 20 2 額定排量（ml/r） 0.5,1.0，1.6，2.0，2.5，3.3，4.2 3 工作壓力V 110,220,380 4 電機功率（KW） 1.5，2.2，3.0 5 負載轉(zhuǎn)速（rpm) 2800 6 工作條件（%） S2=20 7 油箱容量 4,5,6,8,10,12 8 安裝方式 水平、垂直 9 出油尺寸 M14X1.5-6H 在此，選用額定壓力為20MPa，額定排量為1.0ml/r，工作電壓220V，電機功率3.0KW，負載轉(zhuǎn)速2800rpm，油箱容積12L（與直流液壓泵共用一個油箱），出油口尺寸M

47、141.5的交流液壓泵站。 4.4液壓油管的選用 圖4-6 高壓鋼絲編織膠管 目前液壓技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，雖然在泄露方面不能做到不泄露，但是，泄漏量已經(jīng)很小了。因此，在本設(shè)計中，就不再設(shè)計液壓軟管了，而是直接選用現(xiàn)有的液壓管。下圖（圖4-6）是選用的河北九通橡塑制品有限公司的高壓鋼絲編織膠管。 4.4.1高壓鋼絲編織膠管介紹 1、 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)： 　　 鋼絲編織膠管結(jié)構(gòu)是由耐液體的合成橡膠內(nèi)膠層、中膠層、Ⅰ或Ⅱ或Ⅲ層鋼絲編織增強層、及耐天候性能優(yōu)良的合成橡膠外膠層組成。 二、產(chǎn)品用途： 　　 鋼絲增強液壓橡膠軟管主要用于礦井液壓支架、油田開采，適宜于工程建筑、起重運輸、冶金鍛

48、壓、礦山設(shè)備、船舶、注塑機械、農(nóng)業(yè)機械、各種機床以及各工業(yè)部門機械化、自動化液壓系統(tǒng)中輸送具有一定壓力和溫度的石油基（如礦物油、可溶性油、液壓油、燃油、潤滑油）液體、水基液體（如乳化液、油水乳濁液、水）、氣體等和液體傳動用。 三、工作溫度： 　　 油類-40℃—+100℃，空氣-30℃—+50 ℃，水乳液+80℃以下，超出請選用專用產(chǎn)品。 四、產(chǎn)品特點： 　　1.膠管選用特種合成橡膠配合制成，具有優(yōu)良的耐油、耐熱、耐老化性能。 2.膠管承壓力高，脈沖性能優(yōu)越。 　　3.管體結(jié)合緊密，使用柔軟，在壓力下變形小。 　　4.膠管具有優(yōu)良的耐曲繞性和耐疲勞性。 　　5.鋼絲編織

49、膠管長度大，φ32以上定尺為20米，φ25以下可連達十米甚至百米以上。 5、 注意事項： 1.彎曲半徑不應(yīng)小于給定的彎曲半徑，防止損壞膠管骨架或因過度伸張，提早損壞。 2.根據(jù)使用條件，正確選用膠管品種，規(guī)格，勿錯用或代用。 3.膠管使用時，壓力要均衡緩步調(diào)節(jié)，避免突然壓力增大而損壞管。4.工作地點變動時，應(yīng)離地搬運，不可拖地，以免劃傷外膠后，腐蝕骨架層。 5.輸送腐蝕液體，用完后內(nèi)部應(yīng)清除干凈，防止殘留物長久腐蝕管體，或選用相應(yīng)系列產(chǎn)品。 根據(jù)《附表1 鋼絲編織液壓膠管技術(shù)性能指標(biāo)》選用液壓泵站的出油尺寸，液壓管的選用如下表4-6。 表4-6

50、 層數(shù)*通經(jīng)*壓力 膠管內(nèi)徑mm 鋼絲層直徑mm 膠管外徑mm 1-13-14 130.5 19.70.8 2 +1.2 4 -0.8 工作壓力MPa 最小爆破壓力MPa 參考重量kg/m 最小彎曲半徑mm 14 42 0.64 180 4.5液壓控制閥 在本設(shè)計中，回油動力依靠壓力來實現(xiàn)，所以，液壓控制閥選用三位三通電磁閥，如圖4-7所示，三個通路分別提供進油、出油、回油。下表4-7 是三位三通電磁閥選擇參數(shù)范圍。 圖4-7 三位三通電磁閥

51、 表4-7 三位三通電磁閥選擇參數(shù)范圍 型號規(guī)格 DN0.5～DN500 適用壓力 0、0.1、0.6、1.0、1.6、2.5 .......................100MPa 適用介質(zhì) 氣、水、油、蒸汽、制冷劑、腐蝕性流體 介質(zhì)溫度 -200～+200℃ 介質(zhì)粘度 小于50CSt（大于時需定制） 防護性能 IP65 防爆標(biāo)志 ExdⅡCT5 防爆型型號中有F字母 閥門材質(zhì) 304、316、鋁合金 控制方式 一進一出 電源電壓 DC3~127V　AC36~380V 連接方式 內(nèi)螺紋、外螺紋、法蘭 泄 漏 量 零

52、在本設(shè)計中選用的具體參數(shù)如下表4-8: 表4-8 適用壓力 20MPa 適用介質(zhì) 油 介質(zhì)溫度 -10--40攝氏度 閥門材質(zhì) 鋁合金 控制方式 一進一出 電源電壓 DC48V 連接方式 內(nèi)螺紋 4.6液壓缸的設(shè)計 液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的、做直線往復(fù)運動（或擺動運動）的液壓執(zhí)行元件。它結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠。用它來實現(xiàn)往復(fù)運動時，可免去減速裝置，并且沒有傳動間隙，運動平穩(wěn)，因此在各種機械的液壓系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。液壓缸輸出力和活塞有效面積及其兩邊的壓差成正比；液壓缸基本上由缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置與排氣裝置組成。緩沖裝置與排氣裝置

53、視具體應(yīng)用場合而定，其他裝置則必不可少。 再設(shè)計液壓干的設(shè)計過程中要考慮的因素有：壓力、行程、連接形式、內(nèi)外徑等。 4.6.1液壓缸壓力計算（單作用柱塞缸的計算） 在本設(shè)計中回油壓力靠重力，因此液壓缸選用單作用柱塞缸。柱塞缸特點是：結(jié)構(gòu)比較簡單，成本低，制造方便，柱塞常做成空心的，單柱塞缸只能有一個方向的運動，所以多成對使用。其計算簡圖見圖4-8。 d 圖 4-8 單作用柱塞缸計算簡圖 當(dāng)壓力油進入無桿腔的流量為q，活塞右移速度為、輸出力為 (4-1)

54、 （4-2） 式中 進油壓力。 由第二章得，選用的額定壓力為20MPa，額定排量為4.0ml/r。在本設(shè)計中回油壓力來源于自重和吊籃的壓力，在設(shè)計時d取35mm。 所以，4.0ml/r，20MPa。===28700N。 = (4-3) 所以 ====42.8mm (4-4) 所以，D取42.8mm 為了設(shè)計方便d取60mm，D取70mm，

55、外徑取80mm。結(jié)構(gòu)簡圖如圖4-9。 圖4-9 液壓缸結(jié)構(gòu)簡圖 4.6.2液壓缸的行程計算 液壓缸壓縮時的長度為950mm，伸長后的長度為X。計算簡圖如圖4-10。 11672.6mm， （4-5） 所以，X取1200mm，液壓缸的行程1200-(1150-200)=250mm。 圖4-10 4.6.3液壓缸的選用 目前液壓技術(shù)已經(jīng)很成熟，在本設(shè)計中液壓缸就直接選用常州市通渡機械設(shè)備有限公司的工程機械專用小型柱塞式液壓缸。主要技術(shù)性能如表4-9。 表4-9 主要

56、技術(shù)性能 工作壓力 p=7--26Mpa 適應(yīng)介質(zhì) 礦物油、水一乙二醇其它介質(zhì) 介質(zhì)工作溫度范圍 -20℃~+80℃特殊溫度可提高 介質(zhì)粘貼范圍 運動強度2.8mm/s--380mm/s 運行速度 0--0.5m/s 行程 50--1000（mm） 長度 80--1400（mm） 缸徑 30-150（mm） 桿徑 20-100（mm） 速比 1.2 從表4-9中選用適合設(shè)計要求的液壓柱塞剛缸，選用的技術(shù)性能如下：工作壓力20Mpa，適應(yīng)介質(zhì)礦物油，運行速度0.01m/s,行程300mm，長度950mm，缸徑80mm，桿徑60mm。 4.7升降機上升

57、速度的計算 根據(jù)上述選用的各液壓元件計算出液壓缸的伸出速度，再轉(zhuǎn)換為升降機的升降速度。 直流液壓泵站選用額定壓力為20MPa，額定排量為1.0ml/r，工作電壓48V，電機功率3KW，負載轉(zhuǎn)速2500rpm，油箱容積12L，出油口尺寸M141.5的直流液壓泵站。 交流液壓泵選用額定壓力為20MPa，額定排量為1.0ml/r，工作電壓220V，電機功率3.0KW，負載轉(zhuǎn)速2800rpm，油箱容積12L（與直流液壓泵共用一個油箱），出油口尺寸M141.5的交流液壓泵站。 上述參數(shù)中，交流泵的數(shù)值相對要小，以直流泵的參數(shù)來計算： 液壓泵的排量q:1.0 X2800=2.8L/min

58、； 升降機的上升高度H:3.4m; 液壓缸半徑為30mm=3cm;行程為250mm=25cm; 升降機上升到最高位置所需的時間T： T===0.5min=30s; 升降機上升的平均速度V：3.4/30=0.11m/s。 第五章 電路設(shè)計 5.1總電路圖 圖5-1 電路圖 在上圖中，SB1、SB2為上升和下降開關(guān)，KM1、KM2為直流接觸器，QS1、QS2為交流和充電兩種模式開關(guān)，SB3為限位開關(guān)，SB4為解除鎖緊開關(guān)，SB5開關(guān)有3個檔位，在1位置時接通KM1線圈，在3位置時接通KM2線圈，啟動直流液壓泵。在使用時把SB5調(diào)到相應(yīng)的檔位，不用時調(diào)到2位

59、置。 5.2 48V充電電路圖 在本設(shè)計中充電器選用48V電動車充電器，電路圖如圖5-2。 圖5-2 充電電路圖 參考文獻 [1] 劉鴻文.材料力學(xué)I 第四版.高等教育出版社.2003 [2] Ferdinand p.Beer(美).材料力學(xué)（第四版）英文縮編版.清華大學(xué)出版社.2008 [3] 徐鵬.簡明材料力學(xué).電子工業(yè)出版社.2011 [4] 劉廷俊.液壓與氣動傳動 第2版.機械工業(yè)出版社.2010 [5] 劉軍營.液壓與氣動傳動.西安電子科技大學(xué)出版社.2008 [6] 濮良貴 紀名剛.機械設(shè)計 第八版.高等教育出版社.2005

60、 [7] 石端偉.機械動力學(xué).中國電力出版社.2006 [8] 聶毓琴 孟廣偉.材料力學(xué) 第2版.機械工業(yè)出版社.2008 [9] 鳳儀.金屬材料學(xué).國防工業(yè)出版社.2008 [10] 俞新陸.液壓機的設(shè)計與運用.機械工業(yè)出版社.2007 [11] 冀宏.液壓氣壓傳動與控制.華中科技大學(xué)出版社.2009 [12] 許賢良 王傳禮.液壓傳動.國防工業(yè)出版社.2006 [13] 劉國林.電工技術(shù)教程與實訓(xùn).清華大學(xué)出版社.2006 致 謝 本次設(shè)計是在我尊敬的畢濤老師悉心指導(dǎo)下完成的。畢老師嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和精

61、益求精的工作作風(fēng)使我受益匪淺。在此，我首先向?qū)煴硎菊\摯的感謝，并致以崇高的敬意! 本次畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)四年間所學(xué)知識的綜合運用，通過這次設(shè)計把這四年所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)課程作了一個總結(jié)和回顧，加深了對理論的理解，能夠掌握機械設(shè)計的全套思路，為即將走上工作崗位和以后的發(fā)展打下了一定的基礎(chǔ)。 在設(shè)計過程中，我查閱了大量的圖書資料以及網(wǎng)絡(luò)上的資料，包括機械零件、材料力學(xué)、液壓控制、幾何量公差與測量、機械制圖等等，尤其是在從對各類設(shè)計手冊的查閱中，我的知識面得到了很大的提高；通過對該課題的獨立設(shè)計，使我對機械知識有了一個更加深入的了解，對機械這門學(xué)科有了進一步的理解。也使我獨立設(shè)計的能里有了極大的提

62、高。 在設(shè)計過程中，遇到不懂的地方，我也經(jīng)常查閱資料、與同學(xué)進行討論，解決難題。感謝父母 、家人對我的教育，感謝所有關(guān)心我的朋友和老師，同時感謝昆明學(xué)院的良好的學(xué)習(xí)環(huán)境是我避免了很多的彎路。 當(dāng)然，由于本人設(shè)計水平有限、在課程中沒有接觸過系統(tǒng)的課程，實際經(jīng)驗的不足，以及時間上的限制，在設(shè)計中難免存在一些錯誤。懇請老師給予以批評以及指正。 再次表示感謝！ 殷順福 2012-05-04 附 圖 附圖1 剪叉臂 附圖2 底座 附圖3 內(nèi)支架 附圖4 外支架 附圖5 底座上的導(dǎo)軌和導(dǎo)槽 附圖6 工作欄底部導(dǎo)槽和導(dǎo)軌 附圖7 輪子 附圖8 液壓缸和液壓缸部件 附圖9 搖手柄 附圖10 裝配圖 52