100KG手動液壓升降平臺的設計含proe三維及8張CAD圖

100KG手動液壓升降平臺的設計含proe三維及8張CAD圖,kg,手動液壓,升降,平臺,設計,proe,三維,cad 100KG手動液壓升降平臺的設計 電子商務的發(fā)展促使物流業(yè)發(fā)展迅速，貨倉物品的整理和輸送需要輕巧靈活、操作輕便的機械裝備來完成。手動式液壓升降平臺車正是其中的一種，其結構緊湊，外觀簡潔，省力高效，維護使用靈活、方便，廣泛適用于工廠、企業(yè)、倉庫、商務樓、超市、物流配送中心等行業(yè)的移動搬運。其工作簡圖如下： 技術參數(shù)和設計要求： 設計一款反剪叉式手動液壓升降平臺車。主要性能參數(shù)與性能要求如下：承載力Fl=100kg；最低使用高度300mm，最高起升高度1000mm，平臺尺寸400mm*300mm，平臺車自重20kg。 主要設計內(nèi)容： 利用液壓傳動的基本原理，擬定出合理的液壓系統(tǒng)圖，確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，根據(jù)參數(shù)選用液壓元件的規(guī)格，并設計液壓升降平臺車的整體結構。 任務： 1、 設計說明書一份 2、 液壓系統(tǒng)原理圖一張 3、 手動液壓升降平臺車總車裝配圖及零件圖一套。 4、 三維建模。 1、 液壓原理 見上圖，手動壓1（類似于手動壓水井或者你理解成打針的注射器），液壓油會被吸入油缸后部手動泵油腔，并背推入液壓油缸前部的無桿腔把活塞桿推出從而頂起升降平臺，其中手動泵油時單向閥3及油缸內(nèi)部的單向閥使得液壓油只能單向流入。 升降平臺下降是通過手動推動液壓閥使得液壓油從有缸內(nèi)流入油箱從而活塞桿下降，升降平臺下降。 2、 工作過程： 液壓缸分兩部分，下部分為手動泵油腔，上部分才為升降液壓缸。 3. 那個液壓缸的內(nèi)徑，活塞桿直徑，液壓缸缸體長度是怎么確定的？ 答：通過計算舉起1000Kg的重物過程中最大負載（最大負載出現(xiàn)在最低點），有了最大負載后就可以根據(jù)通常手動泵油壓力算出活塞直徑，有了活塞直徑就可以選擇液壓缸桿直徑，長度是用CAD作圖法模擬平臺從最低點升到最高點需要的最大行程來決定，再結合液壓缸的安裝點位置用CAD作圖匹配得到。 -I- 摘 要 手 動 式 液 壓 升 降 平 臺 結 構 緊 湊 ， 外 觀 簡 潔 ， 省 力 高 效 ， 維 護 使 用 靈 活 、 方 便 ， 廣 泛 適 用 于 工 廠 、 企 業(yè) 、 倉 庫 、 商 務 樓 、 超 市 、 物 流 配 送 中 心 等 行 業(yè) 的 移 動 搬 運 。 本 次 本 是 對 手 動 液 壓 升 降 平 臺 進 行 設 計 ， 首 先 確 定 了 該 手 動 液 壓 升 降 平 臺 結 構 的 結 構 ； 接 著 調(diào) 查 貨 物 尺 寸 建 立 貨 物 模 型 以 確 定 升 降 平 臺 的 整 體 結 構 尺 寸 ； 其 次 建 立 了 升 降 平 臺 構 的 力 學 模 型 并 對 升 降 平 臺 構 不 同 位 置 狀 態(tài) 進 行 了 受 力 分 析 及 校 核 桿 件 、 銷 軸 、 螺 栓 的 強 度 是 否 滿 足 要 求 ； 然 后 對 該 手 動 液 壓 升 降 平 臺 的 液 壓 系 統(tǒng) 及 進 行 了 設 計 ； 最 后 采 用 AutoCAD 軟 件 繪 制 了 該 手 動 液 壓 升 降 平 臺 的 裝 配 圖 及 主 要 零 部 件 圖 ， 并 構 建 了 Pro/E 的 三 維 模 型 。 通 過 本 次 設 計 ， 鞏 固 了 大 學 所 學 專 業(yè) 知 識 ， 如 ： 機 械 原 理 、 機 械 設 計 、 材 料 力 學 、 公 差 與 互 換 性 理 論 、 機 械 制 圖 等 ； 掌 握 了 起 重 機 械 產(chǎn) 品 的 設 計 方 法 并 能 夠 熟 練 使 用 AutoCAD、 Pro/E 機 械 設 計 軟 件 ， 對 今 后 的 工 作 于 生 活 具 有 極 大 意 義 。 關 鍵 詞 ： 手 動 ； 液 壓 ； 升 降 平 臺 ； 剪 叉 式 -II- Abstract The manual hydraulic lifting platform has the advantages of compact structure, simple appearance, labor saving and high efficiency, flexible and convenient maintenance and use. It is widely used in the mobile transportation of factories, enterprises, warehouses, business buildings, supermarkets, logistics distribution centers and other industries. This is the design of the manual hydraulic lifting platform. Firstly, the structure of the manual hydraulic lifting platform is determined; secondly, the cargo size is investigated and the cargo model is established to determine the overall structural size of the lifting platform; secondly, the mechanical model of the lifting platform is established, and the stress analysis and strength check of the members, pins and bolts are carried out for different positions of the lifting platform Finally, the assembly drawing and main parts drawing of the manual hydraulic lifting platform are drawn by using AutoCAD software, and the three-dimensional model of Pro / E is constructed. Through this design, we have consolidated the professional knowledge learned by the University, such as: mechanical principle, mechanical design, material mechanics, tolerance and interchangeability theory, mechanical drawing, etc.; we have mastered the design method of hoisting machinery products and can skillfully use AutoCAD and Pro / E mechanical design software, which has great significance for our work and life in the future. Key words: manual; hydraulic; lifting platform; scissor type -III- 目 錄 摘 要 ..............................................................................................................................................I ABSTRACT ..................................................................................................................................II 第 1 章 緒 論 .................................................................................................................................1 1.1 研究背景及意義 ...................................................................................................................1 1.1.1 研究背景 ........................................................................................................................1 1.1.2 研究意義 ........................................................................................................................1 1.2 升降平臺概述 .......................................................................................................................1 1.2.1 升降平臺定義 ................................................................................................................1 1.2.2 手動液壓升降平臺的作用 ............................................................................................2 1.2.3 手動液壓升降平臺的特點 ............................................................................................2 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ...................................................................................................................2 1.3.1 國外 ................................................................................................................................2 1.3.2 國內(nèi) ................................................................................................................................3 第 2 章 總體結構方案及參數(shù)選定 ...............................................................................................4 2.1 設計要求 ...............................................................................................................................4 2.2 升降平臺結構確定 ...............................................................................................................4 2.2 確定各結構尺寸 ...................................................................................................................5 2.4 平臺與叉桿的設計計算 .......................................................................................................6 2.4.1 確定平臺的結構材料及尺寸 ........................................................................................6 2.4.2 確定叉桿的結構材料及尺寸 ........................................................................................7 第 3 章 受力分析與校核計算 .....................................................................................................11 3.1 位置參數(shù)計算 .....................................................................................................................11 3.2 動力參數(shù)計算 .....................................................................................................................13 3.3 液壓缸布置方式的分析 .....................................................................................................14 3.4 強度校核計算 .....................................................................................................................17 3.4.1 叉桿 ..............................................................................................................................17 3.4.2 橫軸 ..............................................................................................................................20 3.4.3 連接螺栓的校核 ..........................................................................................................21 -IV- 第 4 章 液壓系統(tǒng)設計 .................................................................................................................24 4.1 液壓系統(tǒng)設計要求 .............................................................................................................24 4.2 液壓系統(tǒng)的設計 .................................................................................................................24 4.3 液壓缸的計算 .....................................................................................................................25 4.3.1 液壓缸的安裝位置 .....................................................................................................25 4.3.2 液壓缸推力及行程的確定 ..........................................................................................25 第 5 章 基于 PRO/E 的三維設計 ...............................................................................................27 5.1 PRO/E 軟件概述 ..................................................................................................................27 5.2 三維模型設計 .....................................................................................................................28 5.2.1 底座 ..............................................................................................................................28 5.2.2 平臺 ..............................................................................................................................29 5.2.3 支架 ..............................................................................................................................29 5.2.4 其他 ..............................................................................................................................30 5.3 三維裝配設計 .....................................................................................................................30 結 論 ...........................................................................................................................................31 參 考 文 獻 .................................................................................................................................32 致 謝 .......................................................................................................................................33 -1- 第 1章 緒 論 1.1研 究 背 景 及 意 義 1.1.1 研 究 背 景 電子商務的發(fā)展促使物流業(yè)發(fā)展迅速，貨倉物品的整理和輸送需要輕巧靈活、操作 輕便的機械裝備來完成。手動式液壓升降平臺車正是其中的一種，其結構緊湊，外觀簡 潔，省力高效，維護使用靈活、方便，廣泛適用于工廠、企業(yè)、倉庫、商務樓、超市、 物流配送中心等行業(yè)的移動搬運。其工作簡圖 1.1 如下： 圖 1.1 手動式液壓升降平臺 剪叉式升降平臺是應用非常廣泛的一種升降裝置，剪叉式升降平臺的結構決定了其 功能和特點，具有結構穩(wěn)固、運行可靠、安全高效、故障率低、維護方便等一系列優(yōu)點， 因此廣泛用于車站、碼頭、橋梁、大廳、廠房、室內(nèi)外機械安裝、設備維修、建筑保養(yǎng) 等場合。 1.1.2 研 究 意 義 升降平臺不論是在工業(yè)生產(chǎn)還是我們的日常生活中都有著非常重要的作用。給我們 帶來許多便捷、便利。升降平臺有許多特色的功能，電梯在我們生活中的好多地方都會 用到，升降平臺就如電梯的性能大同小異，我們在升降平臺的使用過程中也可以針對自 己的需求對升降平臺的具體參數(shù)進行設置。升降平臺在我們生產(chǎn)中的應用非常普遍，可 見升降平臺在我們的生活中的重要性。然而在我們生產(chǎn)中升降平臺也有著非常重要的作 用，尤其是貨物高空操作。 -2- 1.2升 降 平 臺 概 述 1.2.1 升 降 平 臺 定 義 升降平臺是一種將人或者貨物升降到某一高度的升降設備。在工廠、自動倉庫等物 流系統(tǒng)中進行垂直輸送時，升降平臺上往往還裝有各種平面輸送設備，作為不同高度輸 送線的連接裝置。一般采用液壓驅動，故稱手動液壓升降平臺。除作為不同高度的貨物 輸送外，廣泛應用于高空的安裝、維修等作業(yè)。升降平臺包括：固定升降平臺、牽引式 升降平臺、車載式升降平臺、導軌式升降平臺和特殊形式的升降平臺等。 1.2.2 手 動 液 壓 升 降 平 臺 的 作 用 手動液壓升降平臺廣泛適用于貨物、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、轉盤、轉向、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、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。 1.2.3 手 動 液 壓 升 降 平 臺 的 特 點 升降平臺升降系統(tǒng)是靠液壓驅動的，所以叫做液壓升降臺。是一種多功能的裝卸機 械設備。它主要廣泛適用于模具制造，化工罐裝以及集裝箱，貨物之類的各種工廠企業(yè) 及生產(chǎn)流水線。手動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國 內(nèi) 外 研 究 現(xiàn) 狀 1.3.1 國 外 當前國外制造升降平臺的國家比較多，如意大利、芬蘭、美國、英國等國家。國外 升降平臺生產(chǎn)在有的國家已有幾十年的歷史，升降平臺在機械產(chǎn)品中占有相當大的比重。 根據(jù)叉臂的數(shù)量分單節(jié)和多節(jié)升降平臺，還有固定式（圖 1.2） 、超低式（圖 1.3） 、移動 式（圖 1.4）等各種型式。 圖 1.2 固定式升降平臺 圖 1.3 超 低式升降平臺 圖 1.4 移動式升降平臺 -3- 目前升降平臺的驅動力多用液壓驅動，在倉庫、航空、工業(yè)、碼頭等場所廣泛運用。 特別在高空作業(yè)升降平臺及商業(yè)貨物平臺中己形成系列化的生產(chǎn)，如英國起重有限公司， 他們根據(jù)各類倉庫的裝卸需求，生產(chǎn)適應商業(yè)貨物系統(tǒng)方面不同型號的升降平臺，大部 分高空作業(yè)搬運作業(yè)其技術先進。還有 Geda 公司的 Multilift 系列施工升降平臺，這臺 施工升降平臺可以通過電子顯示裝置對“高度預定控制系統(tǒng)”進行操作。通過該系統(tǒng)， 要使升降平臺輕松地?？吭诓煌叨?，操作員只需簡單的按鈕操作就可。該升降平臺配 有嵌入式的控制裝置，使升降平臺的急停急走不再發(fā)生。美國專家 Hashem 等根據(jù)剪叉式 手動液壓升降平臺的特點提出采用并聯(lián)連接剪叉臂的結構形式，之前的升降平臺主要是 串聯(lián)連接剪叉臂，串聯(lián)連接限制了其工作臺面的增加，并聯(lián)連接不僅可以增加工作面積， 還能夠大大增加其穩(wěn)定性1.2。 圖 1.5 剪叉式手動液壓升降平臺 1.3.2 國 內(nèi) 隨著中國城鎮(zhèn)化的擴展，道路，橋梁等基礎設施的建設不斷增多，需求不斷擴大， 升降平臺以及升降平臺的種類需求也不斷增加。而且近幾年，手動液壓升降平臺發(fā)展正 處在一個發(fā)展的高峰期，并且逐步向產(chǎn)業(yè)化和集群模式發(fā)展。 現(xiàn)在不管是在建筑工地、市政施工、企業(yè)、工業(yè)、工廠、裝潢、酒店還是私家庭院， 升降平臺以及是到處可見，使用也是非常廣泛。因此，升降平臺市場發(fā)展前景廣闊。我 國升降平臺市場進入高速發(fā)展階段，有望保持高速發(fā)展態(tài)勢。 目前國外生產(chǎn)升降平臺比較知名的企業(yè)有愛知公式、JLG 公司和 Alter 公司等。在 國內(nèi)主要有山東濟陽和江蘇鎮(zhèn)江兩大生產(chǎn)基地。比較知名的國內(nèi)企業(yè)有徐州重工，浙江 定力和京城重工等企業(yè) 6。 國內(nèi)的升降平臺的制造起步比國外的晚，但是近幾年的發(fā)展相對較為迅速，主要表 現(xiàn)在產(chǎn)品種類的不斷增加。如沈陽北方交通中共集團研制了 54m 的高空消防救援車。目 -4- 前，徐州重型機械有限公司正在研發(fā) 80m 的高空消防車，在此之前，它已經(jīng)成功研制了 22-68m 的高空消防救援車。杭州愛知公司也研發(fā)完成了絕緣型高空作業(yè)車。 圖 1.6 高空升降平臺（高空消防救援車） 在剪叉機構的強度、剛度方面的研究，郭克希等人通過對剪叉式機構的演變方式的 分析對比，得到了變異剪叉結構，并對該結構進行了研究，通過對該空間展開式剪叉機 構的強度分析，得出了該機構的關鍵結構尺寸，從而設計出一種新型的能夠廣泛應用于 各種特殊的場合的機動平臺9。胡小舟等人分析了剪叉式升降平臺的受力，建立了其力 學模型，然后利用 Matlab 軟件進行分析，研究了影響油缸最大推力的關鍵參數(shù)10。 張榮敏等人對剪叉機構的結構參數(shù)進行了分析，并利用 ANSYS /APDL 的優(yōu)化設計模塊對 剪叉臂進行結構優(yōu)化分析，得出剪叉臂的最優(yōu)參數(shù)11。鄧宏光等人根據(jù)剪叉式升降平 臺的結構特征，建立了起升結構的力學方程，并確定了起升結構的關鍵參數(shù)12。 圖 1.8 空間展開式剪叉機構升降平臺 -5- 第 2章 總 體 結 構 方 案 及 參 數(shù) 選 定 2.1 設 計 要 求 設計一款反剪叉式手動液壓升降平臺車。主要性能參數(shù)與性能要求如下：承載力 Fl=100kg；最低使用高度 300mm，最高起升高度 1000mm，平臺尺寸 400mm*300mm，平臺車 自重 20kg。 2.2升 降 平 臺 結 構 確 定 剪切式升降平臺的發(fā)展較迅速，種類也很齊全。按照剪切的大小分為大剪式升降平 臺（又叫子母式） ，還有小剪（單剪）升降平臺 ；按照驅動形式又可分為機械式、液壓 式、氣液驅動式；按照安裝形式又可以分為藏地安裝，地面安裝。通過前述對圖 1.11.8 各種類型升降平臺的特點進行對比，因此次設計的升降平臺為適用于工廠、企業(yè)、倉庫、 商務樓、超市、物流配送中心等行業(yè)的貨物移動搬運，因此選定本次為剪切式手動液壓 升降平臺，根據(jù)本次設計尺寸要求：最低使用高度 300mm，最高起升高度 1000mm，平臺 尺寸 400mm*300mm，因此采用 3 個以上剪叉才能滿足要求，其整體結構形式如圖 2.1 所示。 -6- 圖 2.1 手動液壓升降平臺整體結構形式 剪切式液壓平板升降平臺由機架、液壓系統(tǒng)兩部分組成。設置限位裝置、升程自鎖 保護裝置等以保證升降平臺安全使用，保障維修工人的生命安全。剪切式升降平臺有兩 組完全相同的升降平臺構，分別放于左右兩側車輪之間，因兩側結構完全相同，可以左 右互換。升降平臺由電氣系統(tǒng)控制，由液壓系統(tǒng)輸出液壓油作為動力驅動活塞桿伸縮， 帶動兩側舉升臂同時上升、下降、鎖止2。 升降平臺一側上下端為固定鉸支座，舉升臂由銷連接固定在鉸支座上。另一側上下 端為滑輪滑動，舉升臂通過軸與滑輪連接。升降平臺在工作過程中，以固定鉸支座一側 為支點，滑輪向內(nèi)或向外滑動，使升降平臺上升下降，當達到適當?shù)呐e升位置時，利用 液壓缸上的機械鎖鎖止。 2.2 確 定 各 結 構 尺 寸 （1）升降平臺降低到 0.3m 時 升降平臺壓縮到最低位置時，升降平臺高為 300mm (底座到平臺面的距離)。如圖 2.3 所示底座厚為 10mm，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，設計時，加工滾輪滑道，滑道厚為 10mm，滑道寬 35mm，滑道長為 200mm。上 下兩滾輪之間的距離為 ,兩支撐點之間水平距離Hd=30-125-6=1 m 根據(jù)勾股定理求舉升臂長 L：Ld=340m225b()3 求得 L=344.4mm，舉升臂寬 50mm，厚為 15mm。 （2）升降平臺升高到 1m 時尺寸變化 升降平臺向上舉升時，滑輪向內(nèi)側滾動，液壓系統(tǒng)向上伸縮，固定鉸支座和滑動鉸 支座之間距離縮短，平臺與底座之間距離越來越大。升降平臺升高到 1m 時，升降平臺上 下兩滑輪之間的距離為 ，因舉升臂長 L=344.4mm，固定Hg=10-25-6=8m 鉸接處與滑輪之間的距離為 Lb,由勾股定理得 22Lb()3 則 Lb=182.8mm，滑動輪滑動距離 Lx=340-182.8=157.2mm。升降平臺升高到 1m 時， 結構狀態(tài)如圖 2.2 所示。 -7- 圖 2.2 升高到 1m 時升降平臺主視圖 因我們的舉升臂寬為 50mm，所以連接處螺栓軸徑適當取 Ds=24mm，滑動滾輪處軸徑 取 Dz=24mm，滑輪總寬為 30mm，與滑道實際接觸尺寸為 25mm，另外 5mm 為階梯凸臺,直接 與舉升臂接觸，減小摩擦。 2.4平 臺 與 叉 桿 的 設 計 計 算 2.4.1 確 定 平 臺 的 結 構 材 料 及 尺 寸 平臺位于升降臺的最上部，是支撐件的組成部分。貨物能夠在升降臺上平穩(wěn)的放置 就是平臺起了關鍵的作用。需要說明的是平臺并不是一個簡單的鋼板，而是在下面有滑 道，因為升降臺叉桿臂上有滑輪，滑道的作用就是使滑輪在滑道內(nèi)來回滑動，使升降臺 完成舉升和回落動作。下底板也如此，如下圖 2-3。 圖 2-3 下底板結構簡圖 根據(jù)上面貨物尺寸參數(shù)，確定平臺的長度為 400mm，寬度 300mm，材料采用熱軋鋼板。 -8- 其形狀見圖紙。需要說明的是平臺并不是一個簡單的鋼板，而是在下面有滑道，因為升 降臺叉桿臂上有滑輪，滑道的作用就是使滑輪在滑道內(nèi)來回滑動，使升降臺完成舉升和 回落動作。 叉桿是升降臺最主要的舉升部件，是主要的受力機構。對其設計的成功與否關系到 整個設計工作的成敗，選材 45 號鋼，熱軋鋼板。叉桿的外形圖如圖 2-4 所示。 圖 2-4 叉桿的外形圖 2.4.2 確 定 叉 桿 的 結 構 材 料 及 尺 寸 對支撐叉桿進行受力分析： 首先定義每根桿的名稱編號，如圖 2-5： 圖 2-5 支撐叉桿受力分析圖 對于桿 3、桿 4 的活動鉸聯(lián)接在水平方向上除了摩擦力沒有其它外力，所以可以忽略 不計，現(xiàn)在只考慮其豎直方向上的受力就可以了。經(jīng)過分析桿 3 的受力情況如圖： 計算其最大彎矩及軸向力： 經(jīng)力學分析，當升降臺處于最低位置， 時，所受彎矩最大，如圖。5 -9- 225678maxWlcoscosMl.Nm 當升降臺處于最高位置， 時，軸向力最大，如圖30 ， （正值為拉力，負值為壓力） 。 1254DBWNsinN125BAN 桿 4 受力情況同桿 3。 下面再分析一下桿 1,對桿 1 作受力分析，如圖 對 D 點做力矩分析： ，可得 = -423Ax PWllFlsinlcoscsin()AxF 110.1N。 計算彎矩，由上圖可轉化成下圖來分析： 根據(jù)以上條件畫彎矩圖，如下： 圖 2-6 桿 1 彎矩圖 -10- 由此圖可知，桿 1 的最大彎矩在 C 點。經(jīng)計算當 時， 有最大值，即擁有最大5cR 彎矩，同樣此時也擁有最大的軸向力。首先將 ，W=9800N，P=11.6W（P 與 W 的關系 值根據(jù)上述的公式 求得）代入以上各式，求得的值如下圖： 2cossin()i()lPWa 則 。 215236maxABM(R)lNm 計算軸向力，同樣將桿 1 的受力分析圖再轉化為軸向力圖分析，如圖： 經(jīng)分析計算，CD 段受到的軸向壓縮力最大， 。由于剛剛計算出的桿 35492CDTN 與桿 4 的最大彎矩和最大軸向力都小于桿 1 的值，故不對桿 3 桿 4 計算工作應力。計算 桿 1 該狀態(tài)下的工作應力，設叉桿橫截面積 A=bh,如圖： 則該狀態(tài)下的工作應力為 max22651649,C sNhMbhAbn 其中， 叉桿實際工作應力 , 材料許用應力， 材料的極限應力，對于 45 號鋼，為 340Mpa s -11- n安全系數(shù),一般為大于 1 的值，這里取 n=2。 根據(jù)經(jīng)驗初選 h=0.1m。 由此式可以看出彎矩對工作應力 的影響較軸向力要顯著的多，所以在計算時應以 最大彎矩為主要計算對象。桿 1 所承受的最大工作應力。桿 1 的 C 截面擁有最大彎矩， 即可以認為 C 截面擁有最大的工作應力。我們按照最大工作應力來選取合適的叉桿截面。 將 h=0.1m 代入上式： 最大工作應力 。這里取 ，即叉桿的橫截 36157021.3.MPabmb25bm 面為 100 25 。hb2m -12- 第 3章 受 力 分 析 與 校 核 計 算 3.1位 置 參 數(shù) 計 算 在進行校核計算時為簡化力學模型，只對最底下的一個剪叉進行校核即可，其余剪 叉受力情況相同，因此計算時按照單剪叉結構的力學模型進行。 由圖 3-1 可知 圖 3-1 位置參數(shù)示意圖 （1） 21/sin(cos),CLHll （2） 22()co;T 上式中： H任意位置時升降平臺的高度； C任意位置時鉸接點 F 到液壓鉸接點 G 的距離； L支撐桿的長度； 支撐桿固定鉸支點 A 到鉸接點 F 的距離；l T機架長度（A 到 G 點的距離） ； 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） 221/()HLTCll 設 代入（3）式得00/,/,H -13- 。 （4） 221/200()HTClLlC 在（4）式中， 升降平臺的初始高度；0 液壓缸初始長度。 雙鉸接剪叉式升降平臺機構的運動參數(shù)計算： 圖 3-2 運動參數(shù)示意圖 圖中， 是 F 點的絕對速度； 是 B 點絕對速度； 是 AB 支撐桿的速度；VV1 是液壓缸活塞平均相對速度； 是升降平臺升降速度。由圖 3 可知：1 21112,sin()sin(),,coscs,in()FBllVLl （5）1si() LVl。 在（5）式中， 液壓缸活塞平均相對運動速度；1 升降平臺升降速度；2 支撐桿與水平線的夾角。 以下相同。 -14- 3.2動 力 參 數(shù) 計 算 圖 3-3 動力參數(shù)示意圖 圖中，P 是由液壓缸作用于活塞桿上的推力，Q 是升降平臺所承受的重力載荷。通過 分析機構受力情況并進行計算（過程省略）得出： 升降平臺上升時 ； coscosincostantan()( )sin()22icosLfLbfbbfl （6） 升降平臺下降時 （ coscosincostantan()( )sin()22icosQLfLbfbPbfl 6） 、 （7）式中， P液壓缸作用于活塞桿的推力； Q升降平臺所承受的重力載荷； f滾動摩擦系數(shù)； b載荷 Q 的作用線到上平板左鉸支點 M 的水平距離。 由于滾動輪與導向槽之間為滾動摩擦，摩擦系數(shù)很?。╢=0.01）,為簡化計算，或忽 略不計，由（6） 、 （7）式簡化為： 。 （8） cosin()PLl 3.3液 壓 缸 布 置 方 式 的 分 析 從直觀的角度分析考慮，如下圖： -15- 圖 3-4 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支撐桿活動的區(qū)域的，液壓缸的 頭部是連接在桿 1 的右端（偏向桿 1 的活動鉸連接） 。因此，我們針對實際升降臺剪叉機 構中液壓缸常用的布置方式存在的問題，提出了另一種相對布置方式，將液壓缸布置在 與之相對稱的左側，即與剪叉機構的固定支點在同一側，來進一步分析討論。 （1）問題的提出 液壓缸驅動的剪叉機構再各種升降臺中廣泛應用，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構內(nèi)的布置要受到折合后高度的約束。根據(jù)文 獻甘肅大學學報的有關液壓缸驅動剪叉機構的運動學及動力學分析一章，得知液壓 缸布置在左側。 液壓缸活塞運動速度與臺面升降速度的關系式為 （1） 2cos2in()yalv vl 活塞推力與臺面荷重的關系式為 （2） cssin()i()lPWa 式中， 111,tant,sin(i)2hlal d 。 以上兩式的推導基于工程中常用的液壓缸布置方式，即液壓缸下支點與剪叉機構的 -16- 固定支點在同一側，如上圖。這種布置方式的優(yōu)點是液壓缸的有效行程比較短，這在臺 面升程范圍比較大的場合較為適用。存在的問題是在剪叉機構折合后的高度 h 較小的情 況下（即 角較?。?，所需液壓缸的推力將大大增加。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構中難以布置；或采用 兩個直徑較小的液壓缸取代一個大直徑的液壓缸，不過這將增加一對液壓缸的支座，同 時帶來機械加工、液壓缸安裝以及液壓系統(tǒng)的復雜性，加大了整個裝置的成本。 （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，計算一下該方案的有關參數(shù) 再將兩者作以比較。 如圖： 圖 3-6 液壓缸布置在右側 這里仍用瞬時速度中心法來求解活塞運動速度。桿上點、點的瞬時轉動中 心為 F 點，D 點、A 點的速度為：2()vla 臺面升降速度： cos2csyDvl 點的運動速度： ()2cosyAlav -17- 活塞運動速度： （） ()sin()cos2coAlav 式中， 11sini,t()cohlalL 依據(jù)虛位移原理有： （） ()0ixixixpypWFFzP 由圖分析可得： cos,sin()()i,2sinxyppwPPlalayl 經(jīng)變分后： i()cos2pwyl 代入式（） ，整理后得活塞推力： （） cos()in()lPWa 式（）和式（）的正確性可以用機械能守恒原理來證明，即 yv 將式（）與式（）進行比較，再 各參數(shù)都相同的條件下，顯然，液,,ylaWv 壓缸布置再右側時的推力較液壓缸布置在左側時?。欢剑ǎ┡c式（）比較，則液 壓缸布置在右側時的活塞速度較液壓缸布置在左側時高。可見，活塞推力的減小是以活 塞速度的提高為代價換來的。 液壓缸布置在剪叉機構的右側，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構中的布置；帶來的問題是液壓缸的有效行程較長， 如果臺面升程范圍不大，液壓缸行程的增加也是有限的。 3.4強 度 校 核 計 算 3.4.1 叉 桿 對支撐叉桿進行受力分析 首先定義每根桿的名稱編號，如圖： -18- 對于桿 3、桿 4 的活動鉸聯(lián)接在水平方向上除了摩擦力沒有其它外力，所以可以忽略 不計，現(xiàn)在只考慮其豎直方向上的受力就可以了。經(jīng)過分析桿 3 的受力情況如圖： 計算其最大彎矩及軸向力： 經(jīng)力學分析，當升降臺處于最低位置， 時，所受彎矩最大，如圖。5225678maxWlcoscosMl.Nm 當升降臺處于最高位置， 時，軸向力最大，如圖30 -19- ， （正值為拉力，負值為壓力） 。 1254DBWNsinN125BAN 桿 4 受力情況同桿 3。 下面再分析一下桿 1,對桿 1 作受力分析，如圖 對 D 點做力矩分析： ，可得 = -423Ax PWllFlsinlcoscsin()AxF 110.1N。 計算彎矩，由上圖可轉化成下圖來分析： 根據(jù)以上條件畫彎矩圖，如下： -20- 由此圖可知，桿 1 的最大彎矩在 C 點。經(jīng)計算當 時， 有最大值，即擁有最大5cR 彎矩，同樣此時也擁有最大的軸向力。首先將 ，W=9800N，P=11.6W（P 與 W 的關系 值根據(jù)上述的公式 求得）代入以上各式，求得的值如下圖： 2cossin()i()lPWa 則 。 215236maxABM(R)lNm 計算軸向力，同樣將桿 1 的受力分析圖再轉化為軸向力圖分析，如圖： 經(jīng)分析計算，CD 段受到的軸向壓縮力最大， 。由于剛剛計算出的桿 35492CDTN 與桿 4 的最大彎矩和最大軸向力都小于桿 1 的值，故不對桿 3 桿 4 計算工作應力。計算 桿 1 該狀態(tài)下的工作應力，設叉桿橫截面積 A=bh,如圖： -21- 則該狀態(tài)下的工作應力為 max22 651649,C sNhMbhAbn 其中， 叉桿實際工作應力 , 材料許用應力， 材料的極限應力，對于 45 號鋼，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)驗初選 h=0.1m。 由此式可以看出彎矩對工作應力 的影響較軸向力要顯著的多，所以在計算時應以 最大彎矩為主要計算對象。桿 1 所承受的最大工作應力。桿 1 的 C 截面擁有最大彎矩， 即可以認為 C 截面擁有最大的工作應力。我們按照最大工作應力來選取合適的叉桿截面。 將 h=0.1m 代入上式： 最大工作應力 。這里取 ，即叉桿的橫截 36157021.3.MPabmb25bm 面為 100 25 。hb2m 3.4.2 橫 軸 選取套聯(lián)在活塞桿端部的橫軸，根據(jù)總體結構布局確定橫軸長度需要 220mm，由于是 單耳環(huán)聯(lián)接，其內(nèi)徑 CD=50，橫軸的外徑也應為 50mm,但考慮到二者需要相對滑動，應使 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 處的孔進行加長處理，使兩者接觸面積適當?shù)脑龃笠詼p小彎曲應力及及剪應力。因此可 按下圖分析橫軸所受應力： -22- 當 時，P=113680N，可求得 。作用于橫軸上的力 P 是均勻5 568402ABPRN 分布的，分布距離為 60mm，故集度為： ，截面 O 上的最大彎 613.91/.qm 矩為 ，截面 C 和 D 上的剪力 （這 0.30.8542.AMRqNm 56840AQRN 里沒有考慮剪力與彎矩的正負） 。 其彎曲應力為 3 0.16Mpad 剪應力 225684.QP 對于其它幾個銷軸，由于所受的應力都小于上述值，在不改變材料的基礎上選擇直 徑各為 35mm、40mm 是完全可以的，這里就不一一校核了。 3.4.3 連 接 螺 栓 的 校 核 螺栓在升降平臺中起連接作用，主要承受剪切變形。校核時只考慮剪切變形就可以。 以下是對圖 2.4 中的 1、3、4 處的螺栓進行強度校核。螺栓材料為 Q235-A 鋼，許用剪切 應力 =98MPa。 （1）1 處螺栓受的剪切力如圖 3.15 所示 圖 3.15 1 處螺栓所受剪切力圖 （a）升降平臺在最低點時螺栓剪切力強度計算 水平方向承受的應力為 31284.1059.62QkFMPaAd 豎直方向承受的應力為 32228.105.74Qkad 根據(jù)第三強度理論 = 53.89MPa1298MP -23- 滿足強度要求。 （b）舉升到 1m 時螺栓剪切力強度計算 水平方向承受的應力為 312216.901.84QkFMPaAd 豎直方向承受的應力為 3222604.54Qkad 根據(jù)第三強度理論 12.87.698MP 經(jīng)計算滿足強度要求。 （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）升降平臺在最低點時螺栓剪切力強度計算 水平方向承受的應力為 3122684.1059.6QkFMPaAd 豎直方向承受的應力為 22504QkPad 根據(jù)第三強度理論 1259.698M 經(jīng)計算滿足強度要求 （b）舉升到 1m 時螺栓剪切力強度計算 水平方向承受的應力為 31226104.54QkFPaAd -24- 豎直方向承受的應力為 2253.814QkFMPaAd 根據(jù)第三強度理論 120.9 經(jīng)計算滿足強度要求。 （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）升降平臺在最低點時螺栓剪切力強度計算 水平方向承受的應力為 312284.1059.6QkFMPaAd 豎直方向承受的應力為 2276.54Qkad 根據(jù)第三強度理論 123.0798MP 經(jīng)計算滿足強度要求 （b）舉升到 1m 時螺栓剪切力強度計算 水平方向承受的應力為 312285.910.84QkFPaAd 豎直方向承受的應力為 32227.510.4QkMad 根據(jù)第三強度理論 12.598Pa 經(jīng)計算滿足強度要求。校核后的結果表明螺栓材料為 Q235 鋼是符合要求的。 -25- 第 4章 液 壓 系 統(tǒng) 設 計 4.1液 壓 系 統(tǒng) 設 計 要 求 手動液壓升降平臺液壓系統(tǒng)，除要求能在一定的范圍內(nèi)從貨物兩側將貨物同步舉升 和下降外，還要求其能使貨物在任意高度停止并保持不動。以便不同身高的工人，在維 修不同位置時可以任意調(diào)整高度，最方便的進行維修。因此，液壓系統(tǒng)必須具有定位保 持功能。另外，因貨物的重量較大，一但液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，升降平臺舉升臂在貨物重 力的作用下會迅速下滑，可能會對車下維修工人的生命安全造成威脅，升降平臺上面的 貨物也有被摔壞的危險。所以，為了防止這樣的情況發(fā)生，升降平臺必須具有機械鎖裝 置。機械鎖由分別安裝在舉升油缸外側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。安裝在油缸外側的齒條固定不動，而安裝在銷軸上的齒條則隨活塞桿上下 移動，并且能繞銷軸做一定角度的擺動，已實現(xiàn)兩根齒條的分離和嚙合。當舉升臂處于 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，動齒條就會在自身重力和彈簧力 的作用下與靜齒條嚙合，機械鎖鎖死，使舉升臂不會下滑，這樣就確保維修工人和貨物 不會出現(xiàn)危險。 4.2液 壓 系 統(tǒng) 的 設 計 升降平臺的液壓回路16如圖 4.1 所示，主要由手動泵油部分和手動泄油部分組成： -26- 圖 4.1 手動液壓升降平臺液壓控制回路 4.3液 壓 缸 的 計 算 油缸是液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件，也是升降平臺構的直接動力來源。通常油缸分為活塞式 和浮拄式兩類?；钊骄鶠閱蜗蜃饔茫涓左w長度大而伸縮長度小、使用油壓低（一般 不超過 14MPa） 。浮拄式為多級伸縮式油缸，一般有 25 個伸縮節(jié)，其結構緊湊，并具有 短而粗、伸縮長度大、使用油壓高（可達 35MPa） ，易于安裝布置等優(yōu)點。剪切式升降平 臺多采用活塞式液壓缸，動力源直接輸送。 4.3.1 液 壓 缸 的 安 裝 位 置 由第三章對升降平臺力學結構模型的分析與建立，設計中已經(jīng)大致確定出液壓缸的 安裝位置。d 為液壓缸下安裝點與舉升臂中心銷孔距離(平行于舉升臂) , f 為上安裝點 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 水平方向之間的夾角為 由 tan= 12530.49 o506317tantan5.496.oo 升降平臺在最低點時，舉升重量均勻分布在平臺上。但當升降平臺開始工作向上舉 -27- 升時，左側滑輪向內(nèi)側移動，上升過程中舉升重量不變，但相對升降平臺豎直向上的作 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輪 所在一側的上方舉升臂上。左側也為轎車的車頭方向。升降平臺在最低位置時，液壓缸 的安裝如圖 4.2 所示。 圖 4.2 液壓缸的安裝方向 4.3.2 液 壓 缸 推 力 及 行 程 的 確 定 由前面的計算可知，液壓缸所需的最大的推力為 P=324.08KN。 液壓缸行程的確定 ：我們所設計的升降平臺從最低位置 350mm 升高到 2000mm，實際 上升行程為 1650mm。因升降平臺活塞桿與水平方向夾角 與 有如下關系： ，當升降平臺在最低點時液壓缸的長度 2tantanLfdf 。當升降平臺達到 2000mm 50si(6.5170si)94.0837.2iSc m 時， t