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廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 I 摘 要 汽車舉升機(jī)是指汽車維修行業(yè)用于汽車舉升的汽保設(shè)備 舉升機(jī)在汽車維修養(yǎng)護(hù) 中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用 無(wú)論整車大修 還是小修保養(yǎng) 都離不開(kāi)它 其產(chǎn)品性質(zhì) 質(zhì)量好壞直接影響維修人員的人身安全 本次本是對(duì)剪式汽車舉升機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì) 首先確定了該剪式汽車舉升機(jī)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 接著調(diào)查汽車尺寸建立汽車模型以確定舉升機(jī)的整體結(jié)構(gòu)尺寸 其次建立了舉升機(jī)構(gòu) 的力學(xué)模型并對(duì)舉升機(jī)構(gòu)不同位置狀態(tài)進(jìn)行了受力分析及校核桿件 銷軸 螺栓的強(qiáng) 度是否滿足要求 然后對(duì)該剪式汽車舉升機(jī)的液壓系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì) 最后采用 AutoCAD 軟件繪制了該剪式汽車舉升機(jī)的裝配圖及主要零部件圖 本次設(shè)計(jì)中所采用的研究思路與方法對(duì)今后各類剪式舉升機(jī)的設(shè)計(jì)及改進(jìn)均有較 好的指導(dǎo)意義 關(guān)鍵字 汽車 舉升機(jī) 剪式 液壓 Abstract Car 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 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 II 目 錄 摘 要 I Abstract I 第一章 緒 論 1 1 1 選題背景 研究目的及意義 1 1 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1 2 1 舉升機(jī)的發(fā)展歷史 1 1 2 2 國(guó)內(nèi)外研究狀況 1 第二章 結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計(jì) 3 2 1 舉升機(jī)結(jié)構(gòu)確定 3 2 2 確定各結(jié)構(gòu)尺寸 4 2 2 1 建立轎車模型 4 2 2 2 主要結(jié)構(gòu)尺寸確定 4 2 3 初定電機(jī)功率 6 2 4 平臺(tái)與叉桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 7 2 4 1 確定平臺(tái)的結(jié)構(gòu)材料及尺寸 7 2 4 2 確定叉桿的結(jié)構(gòu)材料及尺寸 8 2 4 3 橫軸的選取 11 第三章 受力分析與校核 13 3 1 力學(xué)模型 13 3 1 1 力學(xué)模型建立與分析 13 3 1 2 關(guān)鍵參數(shù)研究與確定 15 3 2 力學(xué)分析與校核 16 3 2 1 最低狀態(tài)時(shí)各臂受力情況 16 3 2 2 最高位置時(shí)各臂受力情況 18 3 2 3 主要受力桿件強(qiáng)度校核計(jì)算 19 3 2 4 連接螺栓的校核 24 第四章 液壓 電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與選擇 28 4 1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與選擇 28 4 1 1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 28 4 1 2 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 28 4 2 液壓缸的計(jì)算與選型 29 4 2 1 液壓缸的安裝位置 29 4 2 2 液壓缸推力及行程的確定 30 4 2 3 液壓缸的選型 30 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 III 4 3 液壓泵的計(jì)算與選型 30 4 3 1 液壓泵工作壓力的計(jì)算 31 4 3 2 液壓泵功率的計(jì)算 31 4 3 3 油泵流量的計(jì)算 32 4 3 4 油泵的選型 32 4 4 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32 4 4 1 電氣系統(tǒng)控制設(shè)計(jì) 33 4 4 2 電動(dòng)機(jī)的選擇與驗(yàn)算 34 總 結(jié) 36 參考文獻(xiàn) 37 致 謝 38 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 1 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(kāi)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 選題背景 研究目的及意義 近年來(lái) 我國(guó)汽車業(yè)蓬勃發(fā)展 尤其是轎車行業(yè) 多年來(lái)轎車進(jìn)入普通家庭的夢(mèng)想 已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí) 汽車維修行業(yè)也隨之得到大力發(fā)展 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 無(wú)論整車大修 還是小修保養(yǎng) 都離不開(kāi)它 在規(guī)模各異的維修 養(yǎng)護(hù)企業(yè)中 無(wú)論是維修多種車型的綜合類修理廠 還是經(jīng)營(yíng)范圍單一的街邊店 如 輪胎店 幾乎都配備有舉升機(jī) 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)的重要性和普及性 決定了它是一種備受專業(yè)人士和經(jīng)營(yíng)管理 者重視的設(shè)備 舉升機(jī)一般有柱式 剪式的 其驅(qū)動(dòng)方式有鏈條傳動(dòng) 液壓傳動(dòng) 氣壓傳動(dòng)等 目前 使用的汽車剪切式舉升機(jī)可能發(fā)生汽車墜落的原因較多 有安裝基礎(chǔ)不牢 自 鎖裝置失效 舉升臂變形 兩側(cè)舉升臂上升速度不等 液壓油路爆裂 汽車拖墊打滑 等 經(jīng)過(guò)對(duì)失效的剪切式舉升機(jī)進(jìn)行檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn) 這些事故的主要原因往往是設(shè)計(jì)上 存在著缺陷 如果做工不好或者設(shè)計(jì)不好就容易導(dǎo)致臺(tái)面不平 導(dǎo)致單邊升降等危險(xiǎn) 發(fā)生 因此 進(jìn)一步提高剪切式舉升機(jī)產(chǎn)品的性能與可靠性 是國(guó)內(nèi)舉升機(jī)任重道遠(yuǎn) 且亟需改進(jìn)的地方 1 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 2 1 舉升機(jī)的發(fā)展歷史 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(kāi)始采用 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 其中剪式舉升機(jī)使用方便 占地空間較小 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 在市場(chǎng)上可以看到的型式各異 尺寸不同 的舉升機(jī)中 有一些特別適合于從事特殊類型的維修作業(yè) 也有少數(shù)的舉升機(jī)適合進(jìn) 行一些其它的維修作業(yè) 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 2 1 2 2 國(guó)內(nèi)外研究狀況 目前 發(fā)達(dá)國(guó)家 如美國(guó) 生產(chǎn)的汽車舉升機(jī)質(zhì)量較好 性能較穩(wěn)定 設(shè)備操作 簡(jiǎn)單 在經(jīng)銷商中口碑良好 我國(guó)的汽車舉升機(jī)是 20 世紀(jì) 90 年代依據(jù)國(guó)外的產(chǎn)品技 術(shù)生產(chǎn)的 國(guó)內(nèi)最早研究剪式舉升機(jī)的是上海寶得寶 1999 年開(kāi)始 寶得寶機(jī)型比較 笨重 主要的質(zhì)量問(wèn)題集中在油管易爆和平臺(tái)不同步 2000 年后質(zhì)量有了改進(jìn) 但由 于不是批量 所以價(jià)格偏高 到現(xiàn)在舉升機(jī)市場(chǎng)已經(jīng)擁有近百個(gè)中外品牌 產(chǎn)品系列 成百上千 然而國(guó)內(nèi)汽車舉升機(jī)雖然也相對(duì)定型 但很多產(chǎn)品性能還不夠穩(wěn)定 故障 多 可靠性差 外觀不夠美觀 在產(chǎn)品設(shè)計(jì) 技術(shù)開(kāi)發(fā)等方面都還有很多地方有待改 進(jìn) 剪切式舉升機(jī)是一個(gè)使用較廣的舉升機(jī) 在最近幾年所有新銷售的舉升機(jī)中 至 少二分之一都是這種類型的 這種設(shè)計(jì)之所以很流行 有幾方面的原因的 一就是這 種舉升機(jī)安裝起來(lái)很快 不需要大范圍的開(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) 二是功能的多樣性 它適用于大多數(shù)轎車的維修和保養(yǎng) 三是剪式 舉升機(jī)使用方便 占地空間較小 四是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠 剪式舉升機(jī)較為精密 無(wú)論是維修 多種車型的綜合類修理廠 還是經(jīng)營(yíng)范圍單一的街邊店 如輪胎店 都適用 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 3 第二章 結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計(jì) 2 1 舉升機(jī)結(jié)構(gòu)確定 此次課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容為剪切式汽車舉升機(jī) 剪切式舉升機(jī)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舉升機(jī) 又叫子母式 還有小剪 單剪 舉升機(jī) 按照驅(qū)動(dòng)形式又可分為機(jī)械式 液壓式 氣液驅(qū)動(dòng)式 按照安裝形式又可以分為藏 地安裝 地面安裝 因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)所要舉升的重量為 2t 以下的轎車 所以采用小剪式 液壓驅(qū)動(dòng)舉升機(jī)就完全可以 為了適合大小維修廠 對(duì)地基沒(méi)有過(guò)多要求 地面安裝 即可 整體結(jié)構(gòu)形式如圖 2 1 所示 圖 2 1 剪切式舉升機(jī)整體結(jié)構(gòu)形式 剪切式液壓平板舉升機(jī)由機(jī)架 液壓系統(tǒng) 電氣三部分組成 設(shè)置限位裝置 升 程自鎖保護(hù)裝置等以保證舉升機(jī)安全使用 保障維修工人的生命安全 剪切式舉升機(jī) 有兩組完全相同的舉升機(jī)構(gòu) 分別放于左右兩側(cè)車輪之間 因兩側(cè)結(jié)構(gòu)完全相同 可 以左右互換 舉升機(jī)由電氣系統(tǒng)控制 由液壓系統(tǒng)輸出液壓油作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)活塞桿伸 縮 帶動(dòng)兩側(cè)舉升臂同時(shí)上升 下降 鎖止 2 舉升機(jī)一側(cè)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(cè)上下 端為滑輪滑動(dòng) 舉升臂通過(guò)軸與滑輪連接 舉升機(jī)在工作過(guò)程中 以固定鉸支座一側(cè) 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 4 為支點(diǎn) 滑輪向內(nèi)或向外滑動(dòng) 使舉升機(jī)上升下降 當(dāng)達(dá)到適當(dāng)?shù)呐e升位置時(shí) 利用 液壓缸上的機(jī)械鎖鎖止 剪切式舉升機(jī)使用方便 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 占地面積小 適用于大 多數(shù)轎車 汽車的檢測(cè) 維修及保養(yǎng) 安全可靠 3 2 2 確定各結(jié)構(gòu)尺寸 2 2 1 建立轎車模型 為使舉升機(jī)使用范圍廣 本設(shè)計(jì)首先建立了一個(gè)轎車模型 1 根據(jù)表 2 1 所列車 身參數(shù)信息 表 2 1 參數(shù)信息 根據(jù)豐田和大眾轎車的車身信息確定一個(gè)使用較廣的車模 它的車身參數(shù)有車身 長(zhǎng) 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(jié)構(gòu)尺寸確定 1 剪切式舉升機(jī)已知的主要技術(shù)參數(shù)如表 2 2 所示 表 2 2 主要技術(shù)參數(shù) 技術(shù)數(shù)據(jù) 數(shù)值 單位 舉升重量 3 T 車身信息 車型 帕杰羅 3 0GLS 手動(dòng) 大眾勁取 車身長(zhǎng) 寬 高 mm 4830 1895 1885 4200 1650 1465 前輪距 1575 1460 后輪距 1560 1460 軸距 2775 2460 前輪規(guī)格 215 60R16 195 55R15 后輪規(guī)格 215 60R16 195 55R15 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 5 舉升高度 350 2000 Mm 提升時(shí)間 60 S 要求舉升機(jī)的提升速度是經(jīng) 1min 時(shí)間內(nèi)舉升機(jī)能升高到 1m 實(shí)際升高 1 65m 并且舉升機(jī)在各高度工作時(shí) 都能自鎖 設(shè)計(jì)過(guò)程中參考了廣力牌 GL3 0 A 小剪式舉升機(jī) 上海繁寶剪式舉升機(jī) Jumbo Lift NT 剪式舉升平臺(tái)的外形及運(yùn)動(dòng)形式 2 舉升機(jī)各部分尺寸 a 支撐平臺(tái)尺寸 因剪切式舉升機(jī)放于兩輪胎之間的下部 所以舉升機(jī)在使用過(guò)程中要保證舉升機(jī) 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(guò) 700mm 為 避免干涉 舉升機(jī)平臺(tái)兩端與輪胎邊緣要有一定距離 取平臺(tái)邊距輪胎邊緣之間距離 為 150mm 則平臺(tái)外型長(zhǎng) 平臺(tái)寬一般為L(zhǎng)a 260 35102 6 m 500mm 600mm 左右 我們?nèi)∑脚_(tái)寬為 Bp 550mm 舉升時(shí) 重量作用在整個(gè)平臺(tái)上 力并不集中 所以平臺(tái)不宜過(guò)厚 增加舉升機(jī)重量 取外型高為 70mm 實(shí)厚為 15mm 只在四周加工凸臺(tái)邊緣 平臺(tái)尺寸如圖 2 2 所示 圖 2 2 平臺(tái)尺寸 b 舉升臂尺寸 因平臺(tái)長(zhǎng) La 1600mm 固定鉸支座和滑動(dòng)滾輪分別放于平臺(tái)下 降低到最低點(diǎn)時(shí) 舉升臂不能超出平臺(tái)邊緣 與汽車相干涉 所以固定鉸支座和滑動(dòng)滾輪要與平臺(tái)有一 定的距離 取支座距平臺(tái)邊緣的距離為 150mm 則固定鉸支座與滑動(dòng)滾輪之間距離 Lb 160 52130 m 舉升機(jī)壓縮到最低位置時(shí) 舉升機(jī)高為 350mm 底座到平臺(tái)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(shè)計(jì)時(shí) 加工滾輪滑道 滑道厚為 10mm 滑道寬 35mm 滑道長(zhǎng)為 750mm 上下兩滾輪之間的距離為 根據(jù)勾股定理求舉升臂Hd 350 12 50 m 長(zhǎng) L 求得 L 1306mm 舉升臂寬 110mm 厚為 20mm 2250 b 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 6 圖 2 3 舉升機(jī)壓縮到最低點(diǎn)時(shí)的狀態(tài) 3 舉升機(jī)升高到 1m 時(shí)尺寸變化 舉升機(jī)向上舉升時(shí) 滑輪向內(nèi)側(cè)滾動(dòng) 液壓系統(tǒng)向上伸縮 固定鉸支座和滑動(dòng)鉸 支座之間距離縮短 平臺(tái)與底座之間距離越來(lái)越大 舉升機(jī)升高到 1m 時(shí) 舉升機(jī)上下 兩滑輪之間的距離為 因舉升臂長(zhǎng) L 1306mm 固定鉸Hg 20 1532 190m 接處與滑輪之間的距離為 Lb 由勾股定理得 則 Lb 896 15mm 滑 220Lb 動(dòng)輪滑動(dòng)距離 Lx 1300 896 15 403 75mm 舉升機(jī)升高到 1m 時(shí) 結(jié)構(gòu)狀態(tài)如圖 2 4 所 示 圖 2 4 升高到 1m 時(shí)舉升機(jī)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(dāng)取 Ds 30mm 滑動(dòng)滾輪處 軸徑取 Dz 24mm 滑輪總寬為 30mm 與滑道實(shí)際接觸尺寸為 25mm 另外 5mm 為階梯凸臺(tái) 直接與舉升臂接觸 減小摩擦 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 7 2 3 初定電機(jī)功率 剪切式舉升機(jī)舉升重量 2t 舉升機(jī)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(jī)功率 不考慮工作過(guò)程損失 舉升平臺(tái)上方放有汽車時(shí) 設(shè)計(jì)上升速度為 Vw 2 2 t S S 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 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(jì)算的數(shù)據(jù)如表 2 4 表 2 4 剪切式舉升機(jī)主要技術(shù)參數(shù) 舉升重量 2000kg 舉升高度 350 2000mm 實(shí)際上升高度 1650mm 總寬 2000mm 總長(zhǎng) 2060mm 平臺(tái)長(zhǎng) 寬 1600 550mm 舉升臂長(zhǎng) 1306mm 平臺(tái)間寬 900mm 上升時(shí)間 50s 下降時(shí)間 40s 電機(jī)功率 1 1KW 電源 220V 380V 50Hz 額定油壓 18MPa 整機(jī)重量 800kg 滑輪移動(dòng)距離 896 15mm 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 8 2 4 平臺(tái)與叉桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 2 4 1 確定平臺(tái)的結(jié)構(gòu)材料及尺寸 平臺(tái)位于升降臺(tái)的最上部 是支撐件的組成部分 汽車能夠在升降臺(tái)上平穩(wěn)的停 放就是平臺(tái)起了關(guān)鍵的作用 在進(jìn)行維修作業(yè)之前首先得駛上平臺(tái) 需要說(shuō)明的是平 臺(tái)并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的鋼板 而是在下面有滑道 因?yàn)樯蹬_(tái)叉桿臂上有滑輪 滑道的 作用就是使滑輪在滑道內(nèi)來(lái)回滑動(dòng) 使升降臺(tái)完成舉升和回落動(dòng)作 下底板也如此 如下圖 4 1 圖 4 1 下底板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 根據(jù)上面汽車尺寸參數(shù) 確定平臺(tái)的長(zhǎng)度為 2600mm 寬度 450mm 材料采用熱 軋鋼板 其形狀見(jiàn)圖紙 需要說(shuō)明的是平臺(tái)并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的鋼板 而是在下面有滑 道 因?yàn)樯蹬_(tái)叉桿臂上有滑輪 滑道的作用就是使滑輪在滑道內(nèi)來(lái)回滑動(dòng) 使升降 臺(tái)完成舉升和回落動(dòng)作 叉桿是升降臺(tái)最主要的舉升部件 是主要的受力機(jī)構(gòu) 對(duì)其設(shè)計(jì)的成功與否關(guān)系 到整個(gè)設(shè)計(jì)工作的成敗 選材 45 號(hào)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(jié)構(gòu)材料及尺寸 對(duì)支撐叉桿進(jìn)行受力分析 首先定義每根桿的名稱編號(hào) 如圖 4 3 圖 4 3 支撐叉桿受力分析圖 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 9 對(duì)于桿 3 桿 4 的活動(dòng)鉸聯(lián)接在水平方向上除了摩擦力沒(méi)有其它外力 所以可以忽 略不計(jì) 現(xiàn)在只考慮其豎直方向上的受力就可以了 經(jīng)過(guò)分析桿 3 的受力情況如圖 計(jì)算其最大彎矩及軸向力 經(jīng)力學(xué)分析 當(dāng)升降臺(tái)處于最低位置 時(shí) 所受彎矩最大 如圖 5 225678maxWlcoscosMl Nm 當(dāng)升降臺(tái)處于最高位置 時(shí) 軸向力最大 如圖30 正值為拉力 負(fù)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(duì)桿 1 作受力分析 如圖 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 10 對(duì) D 點(diǎn)做力矩分析 可得 423Ax PWllFlsinlcoscsin AxF 110 1N 計(jì)算彎矩 由上圖可轉(zhuǎn)化成下圖來(lái)分析 根據(jù)以上條件畫(huà)彎矩圖 如下 圖 4 4 桿 1 彎矩圖 由此圖可知 桿 1 的最大彎矩在 C 點(diǎn) 經(jīng)計(jì)算當(dāng) 時(shí) 有最大值 即擁有5 cR 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 11 最大彎矩 同樣此時(shí)也擁有最大的軸向力 首先將 W 9800N P 11 6W P 與5 W 的關(guān)系值根據(jù)上述的公式 求得 代入以上各式 求得 2cossin i lPWa 的值如下圖 則 215236maxABM R lNm 計(jì)算軸向力 同樣將桿 1 的受力分析圖再轉(zhuǎn)化為軸向力圖分析 如圖 經(jīng)分析計(jì)算 CD 段受到的軸向壓縮力最大 由于剛剛計(jì)算出的桿5492CDTN 3 與桿 4 的最大彎矩和最大軸向力都小于桿 1 的值 故不對(duì)桿 3 桿 4 計(jì)算工作應(yīng)力 計(jì) 算桿 1 該狀態(tài)下的工作應(yīng)力 設(shè)叉桿橫截面積 A bh 如圖 則該狀態(tài)下的工作應(yīng)力為 max22651649 C sNhMbhAbn 其中 叉桿實(shí)際工作應(yīng)力 材料許用應(yīng)力 材料的極限應(yīng)力 對(duì)于 45 號(hào)鋼 為 340Mpa s n 安全系數(shù) 一般為大于 1 的值 這里取 n 2 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初選 h 0 1m 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 12 由此式可以看出彎矩對(duì)工作應(yīng)力 的影響較軸向力要顯著的多 所以在計(jì)算時(shí)應(yīng) 以最大彎矩為主要計(jì)算對(duì)象 桿 1 所承受的最大工作應(yīng)力 桿 1 的 C 截面擁有最大彎 矩 即可以認(rèn)為 C 截面擁有最大的工作應(yīng)力 我們按照最大工作應(yīng)力來(lái)選取合適的叉 桿截面 將 h 0 1m 代入上式 最大工作應(yīng)力 這里取 即叉桿的橫 36517021 3 MPabmb 25bm 截面為 100 25 hb 2m 2 4 3 橫軸的選取 選取套聯(lián)在活塞桿端部的橫軸 根據(jù)總體結(jié)構(gòu)布局確定橫軸長(zhǎng)度需要 220mm 由 于是單耳環(huán)聯(lián)接 其內(nèi)徑 CD 50 橫軸的外徑也應(yīng)為 50mm 但考慮到二者需要相對(duì)滑 動(dòng) 應(yīng)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(jìn)行加長(zhǎng)處理 使兩者接觸面積適當(dāng)?shù)脑龃笠詼p小彎曲應(yīng)力 及及剪應(yīng)力 因此可按下圖分析橫軸所受應(yīng)力 當(dāng) 時(shí) P 113680N 可求得 作用于橫軸上的力 P 是5 568402ABPRN 均勻分布的 分布距離為 60mm 故集度為 截面 O 上的 613 91 qm 最大彎矩為 截面 C 和 D 上的剪力 0 30 8542 AMRqNm 這里沒(méi)有考慮剪力與彎矩的正負(fù) 564AQN 其彎曲應(yīng)力為 3 2540 16 Mpad 剪應(yīng)力 2268 4P 對(duì)于其它幾個(gè)銷軸 由于所受的應(yīng)力都小于上述值 在不改變材料的基礎(chǔ)上選擇 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 13 直徑各為 35mm 40mm 是完全可以的 這里就不一一校核了 第三章 受力分析與校核 3 1 力學(xué)模型 3 1 1 力學(xué)模型建立與分析 舉升機(jī)之所以斜置 是因?yàn)榕e升機(jī)右側(cè)為固定鉸支座 左側(cè)為滑動(dòng)鉸支座 平臺(tái) 上放有荷載 舉升機(jī)上升過(guò)程中 荷載重心相對(duì)前移 在高空中容易前翻 對(duì)工作人 員十分危險(xiǎn) 斜置安裝可以抵制荷載前翻的情況 安裝情況如圖 3 1 圖中 F4 與 F6 作用點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)平臺(tái)和底座的固定鉸支座位置 F3 與 F5 作用點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)平臺(tái)和底座 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 14 的滑動(dòng)鉸支座位置 圖 3 1 力學(xué)方案示意圖 為分析方便 我們將平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)和平臺(tái)有效載荷之和簡(jiǎn)化為 W1 剪切式舉升機(jī)構(gòu)自 重載荷為 W3 油缸自重載荷為 Wcy 根據(jù)分析 假設(shè)舉升臂機(jī)構(gòu)自重載荷為 W3 和 油缸 自重載荷為 Wcy 忽略不計(jì) 如圖所示 根據(jù)上一章所定舉升臂兩端銷孔中心連線長(zhǎng)度為 L L 1306mm 其與水平線夾角為 定義 d 為液壓缸下安裝點(diǎn)與舉升臂中心銷孔距離 平行于舉升臂 f 為上安裝點(diǎn)與舉升臂端銷孔的距離 定義上下兩鉸接點(diǎn)高度為 Hg 定 義滑動(dòng)鉸支座與固定鉸支座之間的距離為 Lb 根據(jù)幾何關(guān)系 液壓缸軸線與水平線夾角 與 有以下函數(shù)關(guān)系 3 1 2tantanLfdf 由式 3 1 可知 液壓缸軸線與水平線夾角 是 d f 的函數(shù) 而當(dāng) d f 這 2 個(gè)參數(shù) 確定時(shí) 在舉升機(jī)構(gòu)升降過(guò)程中 隨 變化 平臺(tái)和剪切式舉升機(jī)構(gòu)建立其力學(xué)模型如 圖 3 2 所示 為平臺(tái)簡(jiǎn)化模型 5 圖 3 2 平臺(tái)簡(jiǎn)化模型 假定 W1 作用于平臺(tái)中心位置 則當(dāng)平臺(tái)起升 剪切機(jī)構(gòu)變幅帶動(dòng)滑輪內(nèi)移時(shí) 則 W1 F3 F4 和 有如下關(guān)系 15 B 近似等于 L 2 3 2 341FW 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 15 3 3 3cos401FLWB 圖 3 3 剪切機(jī)構(gòu)外載情況 圖 3 2 和圖 3 3 為剪切舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)模型圖 剪叉舉升機(jī)構(gòu)外載狀況如圖 3 3 所示 為計(jì)算剪切式舉升機(jī)構(gòu)內(nèi)每個(gè)支架鉸接點(diǎn)的內(nèi)力和油缸推力 以研究該機(jī)構(gòu)各內(nèi)力 油 缸推力與 角之間的關(guān)系 并找出其最惡劣工況 我們將該機(jī)構(gòu)拆分為 4 個(gè)獨(dú)立的隔離體 分別對(duì)應(yīng)該機(jī)構(gòu)從上到下的各段剪叉桿 5 如圖 3 4 所示 圖 3 4 各剪桿受力分析圖 該圖使用的符號(hào)說(shuō)明如下 Kx 為剪叉機(jī)構(gòu)各鉸接點(diǎn)內(nèi)力 x 1 2 3 8 其中奇數(shù) 為該鉸接點(diǎn) Y 方向受力 偶數(shù)為對(duì)應(yīng)鉸接點(diǎn) X 方向受力 Fx 為作用在剪切式舉升臂 機(jī) 構(gòu)上的外力 x 3 4 5 6 P 為液壓缸的推力 據(jù)此 在不考慮摩擦力的情況下 建立力學(xué) 平衡方程如下面矩陣所示 5 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 16 010001 Lcscosin0002f 1 L1 00Lcs00sin11co2i Lss 0K1cos234s 560K7cos8FP sF 在上面的矩陣中 設(shè) 由于油缸的自重忽略不計(jì) 故設(shè) F c os n F3 F4 F5 F6 W1 4 以上矩陣給出了外載 剪切式舉升機(jī)構(gòu)幾何參數(shù)與油缸推力 及各剪切舉升臂受力的相互關(guān)系 為剪切式舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算及關(guān)鍵參數(shù)的研究提供 理論依據(jù) 通過(guò)編寫的 MATLAB 程序矩陣解以上多元方程得以下結(jié)果 3 4 4cos2sin in in LPFf L 3 1 2 關(guān)鍵參數(shù)研究與確定 分析前述剪切式舉升機(jī)構(gòu) 發(fā)現(xiàn) Pmax 和油缸軸線與支架梁之間的夾角 有較大 關(guān)系 給定載荷下 起升油缸夾角越小 則所需推力越大 由式 3 4 可知 起升油缸的最小 夾角由 d f 這 2 個(gè)關(guān)鍵的幾何參數(shù)決定 5 因此 上述 4 個(gè)關(guān)鍵參數(shù)可在一定范圍內(nèi)調(diào) 整而不產(chǎn)生干涉 經(jīng)對(duì) d f 這 2 個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的研究 結(jié)合防止機(jī)構(gòu)幾何干涉 并且不發(fā) 生死角現(xiàn)象及制造工藝方面的考慮 確定其值 d 170m f5 計(jì)算液壓缸的推力 1 升高到 1m 時(shí)液壓缸的推力 舉升機(jī)升高到 1m 時(shí) tan 由式 3 1 得 2HgLb95046 758 o72 8 o 舉升機(jī)的重心不變 F3 和 F4 之間的距離為 896mm 由式 3 2 和 3 3 求得 F3 11 7509KN 則 F4 4 45KN 將 f 500mm d 250mm F F3 11 7509KN 代入式 3 4 中 我們得46 75 o2 78 o 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 17 到 P 136 643KN 2 最低點(diǎn)時(shí)液壓缸的推力 根據(jù)圖 3 3 所示的舉升機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸 可求出 角度 tan 12530 49 再根據(jù)式 3 1 2tantanLfdf 解得 506317tant5 4916 oo 將 5 49 16 22 L 1306mm f 500mm d 250mm 代入到式 3 4 中 解得液壓缸的最大推力為 P 324 08 KN 由前面分析可知 舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí) 此時(shí)液壓缸的推力是整個(gè)舉升過(guò)程中所需 推力最大值 選擇液壓系統(tǒng)時(shí)根據(jù)推力最大值確定 3 2 力學(xué)分析與校核 本機(jī)主要性能參數(shù)為 額定舉升載荷 2t 在載重 2t 情況下 由最低位置舉升到最 高位置需 60s 電動(dòng)機(jī)功率 1 1kW 舉升機(jī)在最低位置時(shí)的舉升高度為 350mm 最大 舉升高度為 2000 mm 工作行程為 1650 mm 3 2 1 最低狀態(tài)時(shí)各臂受力情況 1 與平臺(tái)接觸處的兩鉸接點(diǎn)的力學(xué)分析與計(jì)算 由前一節(jié)分析可知 舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí) 舉升機(jī)重量均勻的分布在平臺(tái)上 平臺(tái) 鋼結(jié)構(gòu)和平臺(tái)有效載荷之和 Wz1 所產(chǎn)生的重力直接作用在滑動(dòng)鉸支座和固定鉸支座上 在最低點(diǎn)時(shí) 舉升臂并不水平放置 存在一很小的角度 tan 12530 49 因 很小 所以計(jì)算過(guò)程中我們可以將 Wz1 近似看成作用在平臺(tái)中心位置 Wz1 為舉升重量與平臺(tái)重量之和 即 g 取 10N kg 1 3 30 12 32 4WztpgNkg 因舉升重量和平臺(tái)質(zhì)量之和由兩側(cè)舉升機(jī)共同承受 所以代入式 3 2 和 3 3 中的 W1 只是 Wz1 的一半 W1 16 2kN 解得 8 1FkN 2 計(jì)算各舉升臂的受力 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 18 圖 3 5 舉升臂受力圖 圖 3 5 為桿 1 的受力情況 F3 作用處為滑動(dòng)鉸支座 根據(jù)受力分析圖列力和力矩 平衡方程 方程如下 解得 2605362 51 10kFk 18 5240 6 kk 分析計(jì)算結(jié)果 我們可以看到 k1 k2 k6 三個(gè)未知量都與 k5 有關(guān) 只要確定出 k5 其他就都能解出 觀察圖 3 1 力學(xué)方案示意圖 我們能夠很快分析出 舉升重量全 部作用在平臺(tái)上 在舉升機(jī)起升瞬間 很小 則 k5 鉸接孔處豎直方向分力很小 幾 乎為零 對(duì)桿件只起連接作用 我們將 k5 取 0 N 則 18 24 684 2kNkk 圖 3 6 舉升臂 2 受力情況 圖 3 6 為舉升臂 2 的受力圖 液壓缸的推力直接作用在連接兩側(cè)舉升臂之間的軸上 間接作用在舉升臂 2 上 k3 k4 F4x 為未知量 P 324 08 KN 列力和力矩平衡方程 41sin3cocoisicos26 510412530FkPkxffkFx 解得 74 21398 6kkNFx 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 19 通過(guò)計(jì)算結(jié)果 我們可以看出液壓缸在瞬間舉升時(shí) 水平方向的分力和固定鉸支 座處的水平方向分力都很大 所以舉升機(jī)的剛度強(qiáng)度一定要滿足要求 否則維修工人 在作業(yè)時(shí)將很危險(xiǎn) 圖 3 7 舉升臂 3 受力圖 舉升臂 3 在實(shí)際工作過(guò)程中 對(duì)整個(gè)舉升機(jī)受力情況沒(méi)有太多影響 主要起連接 件的作用 F5 和 F6 支撐上面所有的重量 式中的 12840 9218 5WzkN 0 92KN 為液壓缸重量產(chǎn)生的重力 初步確定 圖中 k7 和 k8 為未知量 列方程如下 解得 56780FWzk 569 2784 FKNk 圖 3 8 舉升臂 4 的受力圖 舉升臂 4 的力 F6 作用處是固定鉸支座 所以有兩個(gè)方向作用力 液壓缸的固定端 作用在連接舉升臂的軸上 舉升臂承受液壓缸的重力 并不承受液壓缸的推力 液壓 缸的推力有輸入的液壓油來(lái)平衡 在這個(gè)受力圖中 只有 F6x 是未知的 解得 13 9784260kKNFx 670 843FxKN 3 2 2 最高位置時(shí)各臂受力情況 舉升機(jī)升高到 1m 時(shí) 舉升機(jī)向內(nèi)滑動(dòng) 403 75mm 兩腳支座之間的距離為 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 20 896 15mm 上下兩滑輪之間的距離為 1900mm 舉升臂與水平方向夾角為 46 75 o 液壓缸與水平方向夾角為 液壓缸推力 P 136 643KN 72 8 o 分析和計(jì)算方法同上 先求舉升臂 1 的受力情況如圖 3 5 由式 3 2 和 3 3 解得 31 75FKN 4 5F 解得 2604867395148kk 23 05166 7kk 因舉升到 1m 時(shí) 舉升臂與水平方向夾角為 所以豎直方向力和水平方45 o 向力應(yīng)近似相等 取 則6kKN 16 925 3kKN 舉升臂 2 的受力情況如圖 3 6 所示 41sin3cocoisicos247518495086FPkxffkFx 解得 309 54812 6KNkFx 舉升臂 3 的受力情況如圖 3 7 解得 57680WzkF 73 25KN 85 39KN 舉升臂的受力情況如圖 3 8 解得 43 95860kNFx 628 5x 3 2 3 主要受力桿件強(qiáng)度校核計(jì)算 1 位于上端的滑輪軸的強(qiáng)度校核 滑輪軸通過(guò)滑輪與平臺(tái)接觸 作用在滑動(dòng)端的力 F3 均勻作用在兩個(gè)滑動(dòng)輪上 滑 動(dòng)的兩輪之間距離為 405mm 滑動(dòng)輪外側(cè)與舉升臂接觸 舉升機(jī)最低點(diǎn)時(shí) 對(duì)于滑輪 軸而言 與舉升臂接觸處 相當(dāng)于固定支點(diǎn) 即被約束 圖 3 9 是滑輪軸的受力圖 剪 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 21 力圖 彎矩圖 由圖可知 滑輪軸只受豎直方向力 沒(méi)有水平方向的力 所以滑輪軸 不發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形 我們從剪力圖和彎矩圖中還可分析出 在長(zhǎng)度為 405mm 的線段內(nèi)橫 街面上的剪力 FQ 0 而彎矩 M 為一常數(shù) 這種只有彎矩的的情況 稱為純彎曲 所 以長(zhǎng)度為 405mm 的線段內(nèi)只發(fā)生彎曲變形 而沒(méi)有發(fā)生剪切變形 是彎曲理論中最簡(jiǎn) 單的一種情況 由上面的計(jì)算可以知道 上滑輪軸在舉升機(jī)升高到 1m 時(shí) 受力最大 所以我們只校核舉升機(jī)升到 1m 時(shí)的滑輪軸強(qiáng)度即能說(shuō)明軸的強(qiáng)度是31 75FKN 否合格 圖 3 9 滑輪軸的剪力圖與彎矩圖 對(duì)滑輪軸進(jìn)行強(qiáng)度校核 軸的材料為 45 鋼 19 抗拉強(qiáng)度 60bMPa 彈性模量 E 為 一般取 軸的直徑35sMPa 1962GPa 21EG d 24mm 1 軸的彎矩圖如圖 3 9 所示 由圖可知 最大正彎矩 M 37 587 56 2FkNmN 2 軸的強(qiáng)度校核 3316 max 86600 24MMPabPaWd 3 2 式中 M 為橫截面上的彎矩 W 軸的抗彎截面系數(shù) 經(jīng)校核可以看出 軸的截面強(qiáng)度足夠 2 位于下端的滑輪軸的強(qiáng)度校核 最下端軸的校核和最上端軸的校核方法一樣 下端滑輪軸最低點(diǎn)和最高點(diǎn)時(shí)受 力情況一樣 受力圖 剪力圖 彎矩圖如圖 3 10 所示 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 22 圖 3 10 下滑輪軸的剪力圖與彎矩 下滑輪軸的材料也是 45 鋼 抗拉強(qiáng)度 下滑輪軸受的力為 60bMPa F5 2 軸的直徑 d 24mm 9 254 6KN 1 彎矩圖如圖 3 10 所示 由圖可知 最大彎矩 527 1 8FNm g 2 下滑輪軸的強(qiáng)度校核 33104 65max9260 MMPabPaWd 3 2 校核后可得出軸的強(qiáng)度足夠 3 對(duì)舉升臂 1 和 2 進(jìn)行強(qiáng)度校核 舉升臂 1 和 2 位于舉升機(jī)的上半部分 液壓缸的作用點(diǎn)直接作用在連接舉升臂 2 的軸上 舉升臂 2 和 1 又通過(guò)中間螺栓相連 所以 2 和 1 的受力情況比較惡劣 在校 核時(shí) 只對(duì)這兩個(gè)舉升臂進(jìn)行校核即可 1 舉升臂 1 的強(qiáng)度校核 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 23 圖 3 11 舉升臂 1 的剪力圖與彎矩圖 因舉升臂為板材 近似梁 所以分析過(guò)程中 我們按梁的強(qiáng)度校核方法來(lái)分析舉 升臂 由圖 3 11 舉升臂 1 的受力圖可以看到 舉升臂既有水平方向的力 又有豎直方 向的力 并且兩個(gè)方向的力在同一平面 屬拉伸 壓縮 與彎曲組合變形 11 我們 將力進(jìn)行分解 沿舉升臂軸線方向和垂直軸線方向 舉升臂 1 的受力圖 剪力圖 彎矩圖 軸力圖如圖 3 11 所示 由圖所知 舉升臂 在中間截面組合變形最大 11 舉升臂的材料為 Q275 鋼 抗拉強(qiáng)度 彈性模量 E 200 220GPa L 為舉升臂長(zhǎng) L 1306mm 舉升臂490 6bMPa 在最低狀態(tài)時(shí) 校核過(guò)程如下 5 49 o 舉升臂的彎矩圖如圖 3 11 所示 1 舉升臂最大負(fù)彎矩 38 1cscos5 49632 522FLNm g 確定舉升臂 1 中性軸的位置 2 截面形心距底邊為 0152ym 因舉升臂 1 結(jié)構(gòu)可近似一方鋼 所以通過(guò)截面中心的中心線 Z 即為中性軸 截面對(duì)中性軸的慣鉅 3 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 24 364201 2810Izm 舉升臂的最大彎曲應(yīng)力為 4 3362 65 27180MPa 最大軸向正應(yīng)力 5 cosin3si 84 cos5 98 1sin5 498 1sin5 49 2 72 2NkFF KN oo 截面積為 則正應(yīng)力為210Am NFA 70 MPa 校核舉升臂的強(qiáng)度 6 兩種變形產(chǎn)生的總應(yīng)力 ax19 4065 284 7490N abPa 結(jié)果表明最大彎矩處截面強(qiáng)度足夠 舉升機(jī)升高到 1m 時(shí)的強(qiáng)度校核情況 o31 75cos6cos46 5326722FMNm g 最大彎曲應(yīng)力為 36 01 8MPa 軸力為 2cos1in3si cos4 7516 9sin4 751 sin46 75 12 2NkFF KN oo 最大正應(yīng)力為 2405 6NMPaA 總應(yīng)力為 max 270 89490FabMPa 強(qiáng)度充分滿足條件 2 舉升臂 2 的強(qiáng)度校核 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 25 圖 3 12 舉升臂 2 的彎矩圖和剪力圖 軸力圖 在剪切舉升機(jī)構(gòu)中 連接舉升臂 2 的軸 要承受液壓缸的推力 推力間接作用在 舉升臂 2 上 所以舉升臂 2 的工作條件最為惡劣 要求最高 對(duì)舉升臂 2 進(jìn)行強(qiáng)度校 核 考慮到制造工藝性 所以舉升臂 2 的材料暫都選用 Q275 鋼 觀察圖 3 12 舉升臂 2 的受力情況 可以看出舉升臂 2 也受水平和豎直方向 我們 同樣將水平方向的力與豎直方向的力進(jìn)行分解 舉升臂在最低點(diǎn)時(shí)的校核情況如下從圖中可以看出中間鉸接點(diǎn)的變形最為嚴(yán)重值 最大彎矩 1 由彎矩圖可看出舉升臂 2 存在最大負(fù)彎矩和最大負(fù)彎矩情況4313 9774 21 sincos 50 sin5 cos5 9 018 722kM KNm g 確定舉升臂 2 中性軸的位置 2 截面形心距底邊為 01 ym 因舉升臂 2 結(jié)構(gòu)可近似一方鋼 所以通過(guò)截面中心的中心線 Z 即為中性軸 截面對(duì)中性軸的慣鉅 3 36014 810Izm 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 26 舉升臂的最大彎曲應(yīng)力為 4 3318 7051465 82MPa 軸向正應(yīng)力 5 cossin cos3in 179 52PPkkKN 截面積為 則正應(yīng)力為10Am NFA08 2MPa 校核舉升臂的強(qiáng)度兩種變形產(chǎn)生的總應(yīng)力 max8 5946 57 449061NFMPab 最大截面處的強(qiáng)度雖符合 Q275 鋼的強(qiáng)度要求 但從值可以看出 實(shí)際應(yīng)用時(shí)很可 能發(fā)生危險(xiǎn) 舉升臂升到 1 米時(shí)的校核情況 最大負(fù)彎矩為 433 89109 35 sincos 50 sin46 7cos46 7 5024 9222kM KNm g 最大彎曲應(yīng)力 34 1 MPa 軸向最大應(yīng)力 cossin 4cos3in 41 202PPkkKN 則正應(yīng)力為 41208 73Ma 強(qiáng)度滿足條件 max6 9 56 7610NFPabMPaA 3 2 4 連接螺栓的校核 螺栓在舉升機(jī)中起連接作用 主要承受剪切變形 校核時(shí)只考慮剪切變形就可以 以下是對(duì)圖 2 4 中的 1 3 4 處的螺栓進(jìn)行強(qiáng)度校核 螺栓材料為 Q235 A 鋼 許用剪 切應(yīng)力 98MPa 1 1 處螺栓受的剪切力如圖 3 15 所示 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 27 圖 3 15 1 處螺栓所受剪切力圖 a 舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算 水平方向承受的應(yīng)力為 31284 1059 62QkFMPaAd 豎直方向承受的應(yīng)力為 3222 704Qk 根據(jù)第三強(qiáng)度理論 53 89MPa 12 98MPa 滿足強(qiáng)度要求 b 舉升到 1m 時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算 水平方向承受的應(yīng)力為 312216 901 84QkFPaAd 豎直方向承受的應(yīng)力為 32224 50QkM 根據(jù)第三強(qiáng)度理論 12 87 6 98Paa 經(jīng)計(jì)算滿足強(qiáng)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 舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 28 水平方向承受的應(yīng)力為 3122684 1059 6QkFMPaAd 豎直方向承受的應(yīng)力為 22504QkPa 根據(jù)第三強(qiáng)度理論 1259 6 98M 經(jīng)計(jì)算滿足強(qiáng)度要求 b 舉升到 1m 時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算 水平方向承受的應(yīng)力為 31226104 54QkFPaAd 豎直方向承受的應(yīng)力為 2253 81QkM 根據(jù)第三強(qiáng)度理論 120 4 9Paa 經(jīng)計(jì)算滿足強(qiáng)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 舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算 水平方向承受的應(yīng)力為 312284 1059 6QkFMPaAd 豎直方向承受的應(yīng)力為 2276 4Qka 根據(jù)第三強(qiáng)度理論 1253 07 98MP 經(jīng)計(jì)算滿足強(qiáng)度要求 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 29 b 舉升到 1m 時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算 水平方向承受的應(yīng)力為 312285 910 84QkFMPaAd 豎直方向承受的應(yīng)力為 32227 0Qk 根據(jù)第三強(qiáng)度理論 12 5 98MPaa 經(jīng)計(jì)算滿足強(qiáng)度要求 校核后的結(jié)果表明螺栓材料為 Q235 鋼是符合要求的 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 30 第四章 液壓 電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與選擇 4 1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與選擇 4 1 1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 汽車舉升機(jī)液壓系統(tǒng) 除要求能在一定的范圍內(nèi)從汽車兩側(cè)將汽車同步舉升和下 降外 還要求其能使汽車在任意高度停止并保持不動(dòng) 以便不同身高的工人 在維修 不同位置時(shí)可以任意調(diào)整高度 最方便的進(jìn)行維修 因此 液壓系統(tǒng)必須具有定位保 持功能 另外 因汽車的重量較大 一但液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障 舉升機(jī)舉升臂在汽車重 力的作用下會(huì)迅速下滑 可能會(huì)對(duì)車下維修工人的生命安全造成威脅 舉升機(jī)上面的 汽車也有被摔壞的危險(xiǎn) 所以 為了防止這樣的情況發(fā)生 舉升機(jī)必須具有機(jī)械鎖裝 置 機(jī)械鎖由分別安裝在舉升油缸外側(cè)和活塞桿頂部與舉升臂相聯(lián)的銷軸上的兩根鋸 齒形齒條組成 安裝在油缸外側(cè)的齒條固定不動(dòng) 而安裝在銷軸上的齒條則隨活塞桿 上下移動(dòng) 并且能繞銷軸做一定角度的擺動(dòng) 已實(shí)現(xiàn)兩根齒條的分離和嚙合 當(dāng)舉升 臂處于定位狀態(tài)或液壓系統(tǒng)出現(xiàn)障礙 油壓低于一定數(shù)值時(shí) 動(dòng)齒條就會(huì)在自身重力 和彈簧力的作用下與靜齒條嚙合 機(jī)械鎖鎖死 使舉升臂不會(huì)下滑 這樣就確保維修 工人和汽車不會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn) 4 1 2 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)過(guò)程中 要保證汽車被水平舉起而不發(fā)生側(cè)偏 兩側(cè)舉升機(jī)上升過(guò)程中必 須始終保持同一高度 活塞的運(yùn)行速度必須時(shí)刻保持相等 舉升機(jī)液壓回路必須同步 舉升機(jī)的液壓回路 16 如圖 4 1 所示 主要有兩部分組成 機(jī)械鎖回路 升降回路 1 左機(jī)械鎖液壓缸 2 右機(jī)械鎖液壓缸 3 兩位三通電磁閥 4 濾油器 5 液壓泵 6 溢流閥 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 31 7 三位四通電磁閥 8 普通調(diào)速閥 9 比例調(diào)速閥 10 左升降缸 11 右升降缸 圖 4 1 汽車舉升機(jī)液壓控制回路 1 機(jī)械鎖回路 機(jī)械鎖回路由油缸 1 油缸 2 和兩位三通電磁閥 3 組成 當(dāng)電磁閥 YA1 得電時(shí) 兩位三通電磁閥 3 左位工作 壓力油進(jìn)入液壓缸 1 2 下腔 驅(qū)動(dòng)活塞向上移動(dòng) 將機(jī) 械鎖打開(kāi) 此時(shí)舉升臂可自由上升或下降 當(dāng) YA1 失電時(shí) 兩位三通閥處于右位工作時(shí) 油缸下腔與郵箱直接相通 腔內(nèi)油 壓為零時(shí) 油缸活塞在缸內(nèi)彈簧和機(jī)械鎖動(dòng)齒條自重的作用下收回 機(jī)械鎖閉合 舉 升臂被鎖住 不能移動(dòng) 此時(shí)工人可以進(jìn)行各種維修工作 2 升降回路 升降回路由三位四通閥 7 普通調(diào)速閥 8 比例調(diào)速閥 9 左升降液壓缸 10 右升 降液壓缸 11 組成 當(dāng)三位四通閥 7 的 YA2 得電時(shí) YA3 失電時(shí) 油液上升 通過(guò)調(diào) 速閥到達(dá)缸 10 11 當(dāng) YA2 失電時(shí) YA3 得電時(shí) 兩油缸下降 汽車舉升機(jī)液壓控制回路是用電液比例調(diào)速閥控制的同步回路 回路中使用了一 個(gè)普通調(diào)速閥 8 和一個(gè)比例調(diào)速閥 9 它們裝在由多個(gè)單向閥組成的橋式回路中 并分 別控制著液壓缸 10 11 的運(yùn)動(dòng) 當(dāng)兩個(gè)活塞出現(xiàn)位置誤差時(shí) 檢測(cè)裝置就會(huì)發(fā)出信號(hào) 調(diào)節(jié)比例調(diào)速閥的開(kāi)度 使液壓缸 11 的活塞跟上液壓缸 10 的運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)同步 這種 回路的同步精度較高位置精度可達(dá) 0 5mm 費(fèi)用低 系統(tǒng)對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng) 下面是剪 切式舉升機(jī)液壓控制回路進(jìn)行總結(jié)后的工作行程表 6 1 表 4 1 工作行程表 電磁鐵 舉升機(jī)上升 舉升機(jī)下降 YA1 YA2 YA3 4 2 液壓缸的計(jì)算與選型 油缸是液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件 也是舉升機(jī)構(gòu)的直接動(dòng)力來(lái)源 通常油缸分為活塞式 和浮拄式兩類 活塞式均為單向作用 其缸體長(zhǎng)度大而伸縮長(zhǎng)度小 使用油壓低 一 般不超過(guò) 14MPa 浮拄式為多級(jí)伸縮式油缸 一般有 2 5 個(gè)伸縮節(jié) 其結(jié)構(gòu)緊湊 并具有短而粗 伸縮長(zhǎng)度大 使用油壓高 可達(dá) 35MPa 易于安裝布置等優(yōu)點(diǎn) 剪切 式舉升機(jī)多采用活塞式液壓缸 動(dòng)力源直接輸送 4 2 1 液壓缸的安裝位置 由第三章對(duì)舉升機(jī)力學(xué)結(jié)構(gòu)模型的分析與建立 設(shè)計(jì)中已經(jīng)大致確定出液壓缸的 安裝位置 d 為液壓缸下安裝點(diǎn)與舉升臂中心銷孔距離 平行于舉升臂 f 為上安裝點(diǎn)與 舉升臂端銷孔的距離 d 250mm f 500mm 舉升臂與水平面的夾角為 液壓缸與水 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 32 平方向之間的夾角為 由 tan 12530 49 o506317tantan 496 oo 舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí) 舉升重量均勻分布在平臺(tái)上 但當(dāng)舉升機(jī)開(kāi)始工作向上舉升 時(shí) 左側(cè)滑輪向內(nèi)側(cè)移動(dòng) 上升過(guò)程中舉升重量不變 但相對(duì)舉升機(jī)豎直向上的作用 力方向 舉升重物的質(zhì)心前移 為防止發(fā)生前翻狀況 液壓缸活塞桿端作用在滑動(dòng)輪 所在一側(cè)的上方舉升臂上 左側(cè)也為轎車的車頭方向 舉升機(jī)在最低位置時(shí) 液壓缸 的安裝如圖 4 2 所示 圖 4 2 液壓缸的安裝方向 4 2 2 液壓缸推力及行程的確定 由前面的計(jì)算可知 液壓缸所需的最大的推力為 P 324 08KN 液壓缸行程的確定 我們所設(shè)計(jì)的舉升機(jī)從最低位置 350mm 升高到 2000mm 實(shí)際 上升行程為 1650mm 因舉升機(jī)活塞桿與水平方向夾角 與 有如下關(guān)系 當(dāng)舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)液壓缸的長(zhǎng)度 2tantanLfdf 當(dāng)舉升機(jī)達(dá)到 2000mm 50si 6 5170si 94 0837 2iSc m 時(shí) tan 經(jīng)計(jì)算得 液壓缸總長(zhǎng)度為 2HgLb946 758 o72 8 o 則液壓缸活塞桿伸長(zhǎng) 50sin 7510sin 1 03 6i9Sc mz 量為 395mm 取 400mm 即液壓缸的行程為 400mm Hg 1900mm f 500mm d 170mm L 1306mm Lb 896mm 4 2 3 液壓缸的選型 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 33 根據(jù)上述計(jì)算的液壓缸安裝距 Sc 和液壓缸所需的最大推力 P 324 08KN 查閱資 料 9 舉升機(jī)構(gòu)液壓缸選用雙作用單級(jí)活塞桿缸 HSG L 180 90 E2231 400 337 這種工 程用液壓缸主要用于各種工程機(jī)械 起重機(jī)械及礦山機(jī)械等的液壓傳動(dòng) 4 3 液壓泵的計(jì)算與選型 舉升機(jī)構(gòu)常用油泵分為齒輪油泵與柱塞泵兩類 齒輪泵多為外嚙合式 在相同體 積下齒輪泵比柱塞泵流量大但油壓低 柱塞泵最大特點(diǎn)是油壓高 油壓范圍 16 35MPa 且在最低轉(zhuǎn)速下仍能產(chǎn)生全油壓 固可縮短舉升時(shí)間 中輕型舉升機(jī)構(gòu) 上多采用齒輪泵 重型舉升機(jī)構(gòu)常采用柱塞泵 此次設(shè)計(jì)選用齒輪泵 4 3 1 液壓泵工作壓力的計(jì)算 6 1 1pP 式中 14 液壓泵的最大工作壓力 N m2 p 液壓缸的最大工作壓力 Mpa 1 Mpa 6 2 max1620FPA 式中 油缸最大作用力 N ax 油缸橫截面積 m2 由式 6 2 解得 MPa max1 26340825 401 FPA 為液壓泵的出油口到缸進(jìn)油口處的壓力損失 用調(diào)速閥及管路復(fù)雜的系統(tǒng)p 這里取 5 10 MPa 510pPaM 則 26 484MPa p 4 3 2 液壓泵功率的計(jì)算 當(dāng)忽略輸送管路及液壓缸中的能量損失時(shí) 液壓泵的輸出功率應(yīng)等于液壓缸的輸 入功率又等于液壓缸的輸出功率 但在實(shí)際工作中 機(jī)械損失和能量損失是不可避免 的 在計(jì)算中 必須要考慮 液壓泵的輸出功率為 6 3 max01212gPFv 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 34 0 6 0 1 mvsts 式中 0 液壓泵的輸出功率 W P 液壓缸的輸出功率 W gp V 液壓缸勻速伸長(zhǎng)的速度 m s 液壓泵輸出到液壓缸的端的機(jī)械損失 取 0 75 9 1 液壓缸中及管路能量損失 取 0 7 9 2 舉升時(shí)間 s 取 t 60s t 由式 6 3 得 12 346kW0 32480 12345 9 75PW 液壓泵的輸入功率 6 4 0p 式中 P 液壓泵的輸入功率 液壓泵的總效率 因我們所設(shè)計(jì)的舉升機(jī)屬于中輕型舉升機(jī) 選擇齒輪泵p 即可 齒輪泵的總效率一般為 0 6 0 7 取 0 65 則由式 6 4 得到輸入功率為 012 34695pPkW 4 3 3 油泵流量的計(jì)算 液壓泵的輸入功率與流量有如下關(guān)系 6 5 310pPQ 式中 Pp 油泵最大工作壓力 N m2 液壓泵的流量 m3 s p 液壓泵的總效率 0 65 14 p 632 48100 46 5pQPms 4 3 4 油泵的選型 根據(jù)上述計(jì)算輸入的功率 P 的值 查閱資料 9 選擇 P197 G50 型號(hào)的高p 壓齒輪泵 額定工作壓力為 28MPa 最大為 28 MPa 工作轉(zhuǎn)速為 2400r min 輸入功 廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 35 率為 65 9KW 油泵排量為 50ml r 液壓泵質(zhì)量為 14 3Kg P7600 P5100 P3100 P237 P197 型高壓齒輪泵 廣泛用于各種工程機(jī)械 舉升機(jī)械 起 重機(jī)械 壓路機(jī) 裝載機(jī) 推土機(jī) 具有體積小壓力高 排量大 噪聲低 性能好 壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn) 4 4 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 任何復(fù)雜的控制線路 都是由一些元器件和單元電路組成 常用的控制電器有組 合開(kāi)關(guān) 按鈕 交流接觸器 中間繼電器 熱繼電器 熔斷器 自動(dòng)空氣斷路器 4 4 1 電氣系統(tǒng)控制設(shè)計(jì) 電氣系統(tǒng)主要控制兩側(cè)舉升機(jī)的同步上升 下降 達(dá)到所需位置后 舉升機(jī)都能 安全鎖止 開(kāi)關(guān)示意圖和控制電路圖如下 圖 4 3 電氣系統(tǒng)開(kāi)關(guān)示意圖 圖 4 4 舉升機(jī)主控制電路圖及說(shuō)明控制電路圖