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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
汽車改裝式升降臺(tái)設(shè)計(jì)
系部名稱： 汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)班級(jí)： 車輛工程 B07-2班
學(xué)生姓名： 張 磊
指導(dǎo)教師： 王 強(qiáng)
職 稱： 講 師
黑 龍 江 工 程 學(xué) 院
二○一一年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
Design of Modified Car Lifting Platform
Candidate：Zhang Lei
Specialty：Vohicle Engineering
Class： B07-2
Supervisor：Lecturer. Wang Qiang
Heilongjiang Institute of Technology
2011·06·Harbin
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
汽車改裝式升降臺(tái)是一種應(yīng)用前景很廣的機(jī)械設(shè)備，它是以液壓元件為動(dòng)力部件，以支撐桿為主要承載部件，通過在二類底盤上改裝的高空作業(yè)及運(yùn)輸?shù)膶Ｓ迷O(shè)備。汽車改裝式升降臺(tái)可用于工廠、自動(dòng)倉庫、停車場(chǎng)、市政、碼頭、建筑、裝修、物流、電力、交通，石油、化工、酒店、體育館、工礦、企業(yè)等的高空作業(yè)及維修。升降平臺(tái)升降系統(tǒng)，是靠液壓驅(qū)動(dòng)，也被稱作液壓升降平臺(tái)所以發(fā)展前景很好。
本設(shè)計(jì)應(yīng)用CATIA軟件對(duì)其進(jìn)行三維建模，在將各零部件通過CATIA與ANSYS建立的接口導(dǎo)入ANSYS軟件中進(jìn)行受力分析，最后再將整體裝配圖導(dǎo)入到ADMAS軟件中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真及干涉校核。利用上述三種軟件進(jìn)行汽車改裝式升降臺(tái)虛擬設(shè)計(jì)及仿真分析，可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計(jì)缺陷，完善設(shè)計(jì)方案，縮短開發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，為生產(chǎn)實(shí)際提供理論支持。各種軟件的應(yīng)用能夠大大縮短設(shè)計(jì)周期，也一定是以后機(jī)械行業(yè)發(fā)展的方向。
關(guān)鍵詞：升降臺(tái)；液壓；承載部件；二類底盤；專用設(shè)備；受力分析；干涉分析
ABSTRACT
Modified car lift station is a very broad application prospects of machinery and equipment, which is based on hydraulic components for the power unit to the main rod bearing parts, chassis modified by second-class high-altitude operations and transport of special equipment. Car modification can be used for factory-style lifts, automatic warehouses, car parks, municipal, port, construction, decoration, logistics, power, transportation, petroleum, chemical industry, hotels, stadiums, industrial and mining enterprises and other high-altitude operations and maintenance. Lifting platform lifting system is driven by hydraulic pressure, also known as hydraulic lift platform, so the development of good prospects.
The CATIA software application designed its three-dimensional modeling, in the various components through the establishment of CATIA and ANSYS interface into ANSYS software for mechanical analysis, the final and then the overall assembly drawing into ADMAS software simulation and the intervention school exercise nucleus. Using the three software modified car lift virtual design and simulation, you can find and correct design flaws and improve the design and shorten the development cycle, improve design quality and efficiency, provide theoretical support for the actual production. A variety of software applications can greatly shorten the design cycle, it must be the future direction of development of machinery industry.
Keywords: Lift; Hydraulic; Bearing parts; II Chassis; Special Equipment; Stress analysis; Interference analysis
II
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第1章 緒論
1.1選擇的背景、研究目的及意義
升降臺(tái)是一種多功能起重裝卸機(jī)械設(shè)備、是一種將人或者貨物升降到某一高度的升降設(shè)備。升降平臺(tái)可分為：固定式、移動(dòng)式、導(dǎo)軌式和曲臂式。固定式有：剪叉式升降貨梯、鏈條式升降機(jī)、裝卸平臺(tái)等。移動(dòng)式分為：四輪移動(dòng)式升降平臺(tái)、二輪牽引式升降平臺(tái)、手推式升降平臺(tái)、手搖式升降平臺(tái)、交直流兩用升降平臺(tái)、電瓶車載式升降平臺(tái)、 自行式升降平臺(tái)、柴油機(jī)曲臂自行式升降平臺(tái)、折臂式升降平臺(tái)、套缸式升降平臺(tái)、鋁合金升降平臺(tái)和汽車改裝式升降平臺(tái)，起升高度從1米至20米不等。鋁合金升降平臺(tái)可分為單柱鋁合金，雙柱鋁合金，三柱和四柱鋁合金。汽車改裝式升降臺(tái)可用于工廠、自動(dòng)倉庫、停車場(chǎng)、市政、碼頭、建筑、裝修、物流、電力、交通，石油、化工、酒店、體育館、工礦、企業(yè)等的高空作業(yè)及維修。升降平臺(tái)升降系統(tǒng)，是靠液壓驅(qū)動(dòng)，也被稱作液壓升降平臺(tái)。
在工廠、自動(dòng)倉庫等物流系統(tǒng)中進(jìn)行垂直輸送時(shí)，升降平臺(tái)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(dòng)，故稱液壓升降臺(tái)。除作為不同高度的以下步驟中我們驅(qū)動(dòng)將液貨物輸送外，廣泛應(yīng)用于高空的安裝、維修等作業(yè)。是一種將人或者貨物升降到某一高度的升降設(shè)備。在工廠、自動(dòng)倉庫等物流系統(tǒng)中進(jìn)行垂直輸送時(shí)，升降平臺(tái)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(dòng)，故稱液壓升降臺(tái)。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)。
目前，發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)的汽車改裝式升降臺(tái)質(zhì)量較好、性能較穩(wěn)定、設(shè)備操作簡單，在經(jīng)銷商中口碑良好。我國的汽車改裝式升降臺(tái)是20世紀(jì)90年代依據(jù)國外的產(chǎn)品技術(shù)生產(chǎn)的，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。然而汽車改裝式升降臺(tái)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)開發(fā)等方面都還有很多地方有待改進(jìn)。因此，進(jìn)一步提高產(chǎn)品性能與可靠性，是國內(nèi)汽車改裝式升降臺(tái)任重道遠(yuǎn)且亟需改進(jìn)的地方。然而目前，在我國還沒有出現(xiàn)利用虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)汽車改裝式升降臺(tái)進(jìn)行研究，只有將汽車舉升機(jī)的工程實(shí)踐和虛擬樣機(jī)技術(shù)結(jié)合起來，才能真正加快汽車舉升機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展歷程。為此，本課題基于計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)，應(yīng)用當(dāng)前CAD/CAE領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛的三維軟件CATIA、有限元軟件ANSYS及動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS，進(jìn)行汽車改裝式升降臺(tái)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)特性等方面的計(jì)算機(jī)仿真研究與分析，為我國汽車舉升機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、技術(shù)開發(fā)方面提供更多的理論參考，進(jìn)一步提高汽車舉升機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。目前國內(nèi)的高空作業(yè)平臺(tái)產(chǎn)品主要集中在車載式、剪叉式、牽引式。但無論從結(jié)構(gòu)上還是功能上都無法與國外同類產(chǎn)品相比。自行履帶式高空作業(yè)平臺(tái)目前在國內(nèi)還是空白，自行輪載式平臺(tái)也只有少數(shù)廠家在生產(chǎn)，并且存在產(chǎn)品種類少，臂型結(jié)構(gòu)單一，起升高度低，適應(yīng)場(chǎng)地能力差等不足之處，因此在功能上與國外先進(jìn)產(chǎn)品相比還有較大的差距。
隨著中國經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，舉升設(shè)備也迎來巨大的市場(chǎng)需求。在高空作業(yè)領(lǐng)域中，常以汽車改裝式升降臺(tái)作為重要工具。它的作用都是將需要升高的人或物水平提升到合適的高度，以便于維修工人對(duì)待修設(shè)備進(jìn)行維修或?qū)⒋\(yùn)物品舉升到合適的高度，正因?yàn)槿藛T要在舉升設(shè)備上工作，因此要求舉升設(shè)備一定要安全可靠，否則一旦發(fā)生危險(xiǎn)，后果不堪設(shè)想。因此，對(duì)舉升設(shè)備的安全性進(jìn)行研究將具有重大的意義。本課題研究運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)汽車改裝式升降臺(tái)的虛擬設(shè)計(jì)，在產(chǎn)品制造之前運(yùn)用ANSYS、ADAMS軟件進(jìn)行仿真研究。
CATIA是法國達(dá)索公司的產(chǎn)品開發(fā)旗艦解決方案。作為PLM協(xié)同解決方案的一個(gè)重要組成部分，它可以幫助制造廠商設(shè)計(jì)他們未來的產(chǎn)品，并支持從項(xiàng)目前階段、具體的設(shè)計(jì)、分析、模擬、組裝到維護(hù)在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計(jì)流程。
設(shè)計(jì)對(duì)象的混合建模：在CATIA的設(shè)計(jì)環(huán)境中，無論是實(shí)體還是曲面，做到了真正的互操作；變量和參數(shù)化混合建模：在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者不必考慮如何參數(shù)化設(shè)計(jì)目標(biāo)，CATIA提供了變量驅(qū)動(dòng)及后參數(shù)化能力。幾何和智能工程混合建模：對(duì)于一個(gè)企業(yè)，可以將企業(yè)多年的經(jīng)驗(yàn)積累到CATIA的知識(shí)庫中，用于指導(dǎo)本企業(yè)新手，或指導(dǎo)新車型的開發(fā)，加速新型號(hào)推向市場(chǎng)的時(shí)間。CATIA具有在整個(gè)產(chǎn)品周期內(nèi)的方便的修改能力，尤其是后期修改性，無論是實(shí)體建模還是曲面造型，由于CATIA提供了智能化的樹結(jié)構(gòu)，用戶可方便快捷的對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行重復(fù)修改，即使是在設(shè)計(jì)的最后階段需要做重大的修改，或者是對(duì)原有方案的更新?lián)Q代，對(duì)于CATIA來說，都是非常容易的事。CATIA所有模塊具有全相關(guān)性，CATIA的各個(gè)模塊基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，因此CATIA的各個(gè)模塊存在著真正的全相關(guān)性，三維模型的修改，能完全體現(xiàn)在二維，以及有限元分析，模具和數(shù)控加工的程序中。并行工程的設(shè)計(jì)環(huán)境使得設(shè)計(jì)周期大大縮短，CATIA 提供的多模型鏈接的工作環(huán)境及混合建模方式，使得并行工程設(shè)計(jì)模式已不再是新鮮的概念，總體設(shè)計(jì)部門只要將基本的結(jié)構(gòu)尺寸發(fā)放出去，各分系統(tǒng)的人員便可開始工作，既可協(xié)同工作，又不互相牽連；由于模型之間的互相聯(lián)結(jié)性，使得上游設(shè)計(jì)結(jié)果可做為下游的參考，同時(shí)，上游對(duì)設(shè)計(jì)的修改能直接影響到下游工作的刷新。實(shí)現(xiàn)真正的并行工程設(shè)計(jì)環(huán)境。
ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如CATIA, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí)CAE工具之一。ANSYS有限元軟件包是一個(gè)多用途的有限元法計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)程序，可以用來求解結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場(chǎng)及碰撞等問題。因此它可應(yīng)用于以下工業(yè)領(lǐng)域： 航空航天、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、橋梁、建筑、電子產(chǎn)品、重型機(jī)械、微機(jī)電系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)器械等。軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力； 后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件提供了100種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。該軟件有多種不同版本，可以運(yùn)行在從個(gè)人機(jī)到大型機(jī)的多種計(jì)算機(jī)設(shè)備上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。
ADAMS，即機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，該軟件是美國MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)開發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件。目前，ADAMS已經(jīng)被全世界各行各業(yè)的數(shù)百家主要制造商采用。根據(jù)1999年機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析軟件國際市場(chǎng)份額的統(tǒng)計(jì)資料，ADAMS軟件銷售總額近八千萬美元、占據(jù)了51%的份額,現(xiàn)已經(jīng)并入美國MSC公司。
軟件應(yīng)用：ADAMS軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論中的拉格郎日方程方法，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。ADAMS軟件的仿真可用于預(yù)測(cè)機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動(dòng)范圍、碰撞檢測(cè)、峰值載荷以及計(jì)算有限元的輸入載荷等。ADAMS一方面是虛擬樣機(jī)分析的應(yīng)用軟件，用戶可以運(yùn)用該軟件非常方便地對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。另一方面，又是虛擬樣機(jī)分析開發(fā)工具，其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進(jìn)行特殊類型虛擬樣機(jī)分析的二次開發(fā)工具平臺(tái)。
利用上述三種軟件進(jìn)行汽車改裝式升降臺(tái)虛擬設(shè)計(jì)及仿真分析，可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計(jì)缺陷，完善設(shè)計(jì)方案，縮短開發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，為生產(chǎn)實(shí)際提供理論支持。
1.2設(shè)計(jì)主要內(nèi)容
選取某品牌汽車改裝后的升降臺(tái)設(shè)計(jì)，要求升降臺(tái)接取汽車引擎動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)升降臺(tái)的升降功能，平臺(tái)還需具有360°旋轉(zhuǎn)功能。最大舉升高度為6000mm，最低高度為950mm，外形尺寸根據(jù)選配汽車尺寸自定，上升時(shí)間50s，額定載荷300kg，整機(jī)重量1450kg，電壓24V，電機(jī)功率1.5KW。利用AutoCAD、CATIA軟件完成升降臺(tái)二維及三維設(shè)計(jì)、利用ANSYS軟件對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性校核，利用ADMAS軟件對(duì)整機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真研究。
1.2.1 設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容
（1）升降臺(tái)總體方案設(shè)計(jì)；
（2）利用AutoCAD軟件完成升降臺(tái)二維總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及零部件設(shè)計(jì)；
（3）校核計(jì)算；
（4）利用CATIA完成升降臺(tái)三維建模及虛擬裝配；
（5）利用ANSYS完成關(guān)鍵零件的有限元分析；
（6）利用ADAMS軟件完成整機(jī)動(dòng)態(tài)仿真及分析。
N
Y
Y
Y
N
1.3 是否合理
轉(zhuǎn)換接口
ADAMS動(dòng)力學(xué)析仿真
ANSYS有限元分析
N
撰寫設(shè)計(jì)說明書
仿真結(jié)論分析
是否合理
CATIA整機(jī)裝配及干涉檢查
是否合理
轉(zhuǎn)換接口
CATIA三維實(shí)體建模
汽車改裝式舉升機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核
調(diào)研、收集資料及總體方案論證
研究采用的技術(shù)流程圖如圖1.1所示。
圖 1.1 技術(shù)流程圖
第2章 汽車改裝式升降臺(tái)舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 汽車改裝式升降臺(tái)車體選擇
汽車改裝式升降臺(tái)車體底盤按總體性能可分為通用汽車底盤、專用汽車底盤二種。通用汽車底盤指通用汽車的二類底盤。由于原汽車車架的強(qiáng)度和剛度滿足不了作業(yè)時(shí)的要求，故需要在原汽車底盤上增設(shè)副車架以實(shí)現(xiàn)對(duì)上車的支撐，所以整個(gè)高空作業(yè)車的重心較高，重量也較大，從而導(dǎo)致整機(jī)性能下降。但由于通用底盤的價(jià)格較低，在中小型的高空作業(yè)車上比較常用。
專用的汽車底盤是按高空作業(yè)車要求專門設(shè)計(jì)制造的。專用底盤軸距較長，車架剛性好，其駕駛室的布置有三種形式，一是正置駕駛室 (與通用汽車一樣)，二是側(cè)置的偏頭式駕駛室，三是前懸下沉式駕駛室。
據(jù)設(shè)計(jì)要求——最大舉升高度為6000mm，最低高度為950mm，上升時(shí)間50s，額定載荷300kg，整機(jī)重量1450kg，電壓24V，電機(jī)功率1.5KW。外形尺寸根據(jù)選配汽車尺寸自定，由已知的參數(shù)可知，待改裝式汽車可在3.5到12t之間選擇，屬于類，即屬于中型的載貨機(jī)動(dòng)車，即選用二類底盤（通用汽車底盤）。選用二類底盤不但可以縮短開發(fā)周期，而且也降低了制造的成本，再根據(jù)已知條件中給的整車整備質(zhì)量、軸數(shù)、軸距、外型尺寸等，在查取的二類底盤中選用了金杯SY1036SAS3的貨車底盤。經(jīng)調(diào)研，該金杯牌卡車，發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)：CA498，最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量3600kg，發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率62.5kw整車整備質(zhì)量1825kg，車廂廠3300mm,車廂寬1800mm，滿足使用要求。
2.2升降臺(tái)整體結(jié)構(gòu)形式及基本組成
此次課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容為剪刀式舉升機(jī)，剪刀式舉升機(jī)的發(fā)展較迅速，種類也很齊全。按照剪刀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。整體結(jié)構(gòu)形式如圖2.1所示。
圖 2.1
剪刀式液壓平板舉升機(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。剪刀式舉升機(jī)有兩組完全相同的舉升機(jī)構(gòu)，分別放于左右兩側(cè)舉升臂之間，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
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)，舉升臂通過軸與滑輪連接。舉升機(jī)在工作過程中，以固定鉸支座一側(cè)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。
2.3舉升機(jī)各零部件之間的連接關(guān)系
舉升機(jī)的工作是靠液壓缸活塞桿的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)舉升下降的。液壓缸固定在兩舉升臂內(nèi)側(cè)，通過軸連接，活塞桿作用在上端軸上，軸直接連接兩舉升臂?；钊麠U向外伸出時(shí)，帶動(dòng)舉升臂向上運(yùn)動(dòng)。各舉升臂必須相互聯(lián)系，采用螺栓連接，圖中左側(cè)用軸連接，因各鉸接處均有摩擦，所以采用潤滑脂潤滑。舉升臂向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過軸帶動(dòng)滑輪滑動(dòng)，舉升臂、軸與滑輪之間需使用鍵進(jìn)行周向固定，力才能相互傳遞，滑輪軸上還放有套筒，并采用鎖止螺釘進(jìn)行軸向固定，軸兩端用彈性擋圈固定，防止臂和滑輪外移；連接螺栓處用止動(dòng)墊圈固定鎖止；固定鉸支座處用銷鏈接，銷通過鎖止螺釘鎖止；底座通過地腳螺栓固定于地面上；這樣舉升機(jī)才能正常工作。
2.4確定剪刀式舉升機(jī)的各結(jié)構(gòu)尺寸
2.4.1剪刀式舉升機(jī)已知的主要技術(shù)參數(shù)如表2.2所示
表2.1 主要技術(shù)參數(shù)
技術(shù)數(shù)據(jù)
數(shù)值
單位
舉升重量
300
kg
舉升高度
6000
mm
提升時(shí)間
50
S
要求舉升機(jī)的提升速度是經(jīng)50mm時(shí)間內(nèi)舉升機(jī)能升高到6m ,并且舉升機(jī)在各高度工作時(shí)，都能自鎖。
2.5 舉升機(jī)各部分尺寸
2.5.1支撐平臺(tái)尺寸
因升降臺(tái)是放于金杯汽車的車廂上，所以要保證升降臺(tái)的長和寬不能超過汽車車廂的長和寬。根據(jù)車廂長為3300mm、寬1800mm，升降臺(tái)平臺(tái)前后兩端與車廂前后邊緣要有一定距離，且滿足舉升到最高處時(shí)的高度是6000mm,實(shí)際高度是6840mm，則平臺(tái)外型長為2100mm。平臺(tái)寬一般為1740mm。根據(jù)要求，工作時(shí)上部平臺(tái)可以進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)，重量作用在整個(gè)平臺(tái)上，力并不集中，所以平臺(tái)不宜過厚，設(shè)計(jì)為20mm，平臺(tái)下部設(shè)計(jì)環(huán)形滾槽，滾槽厚為20mm，平臺(tái)尺寸如圖2.2所示。
圖2.2 平臺(tái)尺寸
2.5.2 舉升臂尺寸
因平臺(tái)長2100mm，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，所以固定鉸支座和滑動(dòng)滾輪要與平臺(tái)有一定的距離。固定鉸支座與滑動(dòng)滾輪之間距離1950mm。
舉升機(jī)壓縮到最低位置時(shí)，舉升機(jī)高為880mm,(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，滑道長為750mm。上下兩滾輪之間的距離為400mm，根據(jù)勾股定理求舉升臂長L, 求得L=2050mm，舉升臂寬100mm，厚為20mm。
圖 2.3 舉升機(jī)壓縮到最低點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)
2.5.3 舉升機(jī)升高到6000mm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越大。舉升機(jī)升高到6840mm時(shí)，舉升機(jī)上下兩滑輪之間的距離為6000mm，因舉升臂長L=2000mm，固定鉸接處與滑輪之間的距離為Lb,由勾股定理得 ，則Lb=1322.88mm，滑動(dòng)輪滑動(dòng)距離Lx=2000-1322.88=677.12mm。舉升機(jī)升高到6m時(shí)，結(jié)構(gòu)狀態(tài)如圖2.4所示。
圖2.4 升高到 6m 時(shí)舉升機(jī)主視圖和左視圖
因我們的舉升臂寬為100mm，所以連接處螺栓軸徑適當(dāng)取Ds=40mm，滑動(dòng)滾輪處軸徑取Dz=40mm，滑輪總寬為40mm。
2.6 舉升機(jī)在車板上安裝尺寸
考慮到待改裝車型車板的情況，剪刀式升降臺(tái)平放于車板上就可以，采用M40的地腳螺栓固定。
根據(jù)待改裝車廂寬為1.75m，長為，舉升機(jī)上平板要有一定的空間供載人及貨物，為了滿足以上尺寸要求，升降臺(tái)兩側(cè)支撐桿之間的距離取900 mm ,平臺(tái)長1600mm ，舉升機(jī)左右結(jié)構(gòu)完全相同，設(shè)備控制箱可以左右互換。
2.7 汽車改裝式升降臺(tái)各部件重量
查《工程材料手冊(cè)》所知，舉升、起重機(jī)械的板形材料多用Q275鋼。Q275鋼的材料性能：彈性模量（GPa）為200-220；泊松比為0.3；抗拉強(qiáng)度(MPa)為490—610；密度(g/cm3)為7.85。
質(zhì)量基本計(jì)算公式
（2.1）
式中： W（kg）——表示鋼的理論質(zhì)量；
F（mm2）——型鋼截面積；
L（m）——鋼材的長度；
ρ（g/cm3）——所用材料鋼的密度。
2.7.1平臺(tái)的質(zhì)量
2.7.2滾道質(zhì)量
因平臺(tái)加工有較薄的邊緣，所以計(jì)算時(shí)數(shù)據(jù)較多，后續(xù)計(jì)算中我們?nèi)∑脚_(tái)質(zhì)量Wp=120kg
2.7.3舉升臂的質(zhì)量
在實(shí)際運(yùn)用中，左側(cè)和右側(cè)舉升機(jī)完全相同，每側(cè)共有八個(gè)舉升臂，則舉升臂重量和為
2.8 初定電機(jī)功率
汽車改裝式升降臺(tái)舉升重量0.3t，舉升機(jī)自身及其附件的重量再加上一部分的余量為0.7t，所以取 W=1t 。初定電機(jī)功率，不考慮工作過程損失。
舉升平臺(tái)上方放有待舉升物時(shí)，設(shè)計(jì)上升速度為 ：
Vw = （2.2）
將S=6000(mm)代入，由公式（2.2）得
Vw= =0.12m/s
g=10N/kg 由公式
Fw =3.710 =37 KN （2.3）
Vw取7.2 m/min
由公式（2.3）得
Pw= =4.44（KW）
取
整理前面計(jì)算的數(shù)據(jù)如表2.4。
表2.4 剪刀式舉升機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
舉升重量
300kg
舉升高度
900-6000mm
實(shí)際上升高度
6100mm
總寬
2000mm
總長
2060mm
平臺(tái)長/寬
1600/550mm
舉升臂長
2000mm
平臺(tái)間寬
900mm
上升時(shí)間
60s
下降時(shí)間
60s
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
2.9 本章小結(jié)
本章主要將汽車改裝式升降臺(tái)的外型尺寸，各部分結(jié)構(gòu)尺寸，各結(jié)構(gòu)的安裝位置確定出來，為后續(xù)的設(shè)計(jì)工作做好準(zhǔn)備。在設(shè)計(jì)過程中我們參考了廣力牌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)的設(shè)計(jì)，確定了我所設(shè)計(jì)的剪刀式舉升機(jī)的組成結(jié)構(gòu)，包括控制機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，還有所需的零部件。本章還敘述了剪刀式舉升機(jī)是如何運(yùn)動(dòng)的，實(shí)現(xiàn)舉升，將車舉到我們希望的高度。
第3章 汽車改裝式升降臺(tái)機(jī)構(gòu)建模
3.1汽車改裝式升降臺(tái)機(jī)構(gòu)力學(xué)模型
汽車改裝式升降臺(tái)機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、通過性強(qiáng)和操控性好的特點(diǎn),因此在現(xiàn)代物流、航空裝卸、大型設(shè)備的舉升與維護(hù)中得到廣泛應(yīng)用。剪刀式舉升機(jī)構(gòu)作為舉升平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組成部分,其力學(xué)特性對(duì)平臺(tái)性能產(chǎn)生直接影響。對(duì)于汽車改裝式升降臺(tái)機(jī)構(gòu)來說,影響其力學(xué)性能的關(guān)鍵因素是舉升油缸的安裝位置。計(jì)算、分析剪刀式起升機(jī)構(gòu)的傳統(tǒng)方法通常為手工試算或整體有限元分析方法。但手工試算法精度不高,效率低;整體有限元分析法較適用于后期的驗(yàn)算分析,但在設(shè)計(jì)分析初期,存在建模困難和較難快速調(diào)整模型參數(shù)的問題。在建立力學(xué)模型時(shí)，我們利用MATLAB 軟件所具有的強(qiáng)大矩陣計(jì)算功能,對(duì)影響剪刀式起升機(jī)構(gòu)力學(xué)特性的關(guān)鍵參數(shù)展開研究,從而得到剪刀式舉升機(jī)構(gòu)的力學(xué)模型。
3.1.1 汽車改裝式升降臺(tái)力學(xué)模型建立與分析
舉升機(jī)左側(cè)為固定鉸支座，右側(cè)為滑動(dòng)鉸支座，平臺(tái)上放有荷載，受力情況如圖，圖中F4 與F2 作用點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)平臺(tái)和底座的固定鉸支座位置, F5 與F3 作用點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)平臺(tái)和底座的滑動(dòng)鉸支座位置，W1為平臺(tái)所收載荷，F(xiàn)1為液壓缸推桿對(duì)剪差臂的推力。
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)有效載荷之和簡化為W1 ,剪刀式舉升機(jī)構(gòu)自重載荷為W2 ,油缸自重載荷為Wz ,根據(jù)分析,假設(shè)舉升臂機(jī)構(gòu)自重載荷為W2和 油缸自重載荷為Wz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度為L ,L=2000mm，設(shè)剪差桿與水平夾角為，液壓缸與水平面夾角為，當(dāng)升降臺(tái)處于最低位置時(shí)，由幾合運(yùn)算知
==
==
液壓缸長度
L==644.39mm
當(dāng)升降臺(tái)上升到最高位置處時(shí)
=
==
液壓缸長度
L==1145.37mm
液壓缸起升速度
V==10mm/s
活塞有效行程：500.98mm。
3.2汽車改裝式升降臺(tái)處于最低位置時(shí)的受力分析：
將對(duì)整個(gè)平臺(tái)的分析轉(zhuǎn)換為對(duì)最底部兩根舉升臂的分析，由于一共有四個(gè)支點(diǎn)共同承擔(dān)所有的重力，所以每個(gè)支點(diǎn)所承擔(dān)的重力為總重力的四分之一。
圖3.2 最低點(diǎn)時(shí)雙臂受力圖
再通過力學(xué)原理將對(duì)兩根桿的分析轉(zhuǎn)換為對(duì)一根桿的分析，如圖3.3所示。
圖3.3最低點(diǎn)時(shí)一桿的受力分析圖
3.2.1對(duì)舉升臂進(jìn)行受力分析
圖3.4舉升臂受力分析圖
F1=52.1KN
（1）
（2）
3.2.2對(duì)舉升臂（II）進(jìn)行校核
圖3.5舉升臂（II）校核圖
舉升臂的彎矩圖如圖3.11所示舉升臂最大彎矩
確定舉升臂2中性軸的位置
截面形心距底邊為：
因舉升臂2結(jié)構(gòu)可近似一方鋼，所以通過截面中心的中心線即為中性軸。
截面對(duì)中性軸的慣鉅
舉升臂的最大彎曲應(yīng)力
最大軸向正應(yīng)力
兩種變形的總應(yīng)力
經(jīng)查材料表可知45鋼的抗拉強(qiáng)度為600MPa，屈服強(qiáng)度為300Mpa。對(duì)于承受載荷較大，時(shí)間不長的情況下我們?nèi)“踩禂?shù)為1.2，所以。由于承受的總應(yīng)力310.27Mpa＜500Mpa，所以舉升臂強(qiáng)度合格。
舉升臂在最低位置時(shí)受力強(qiáng)度最大，經(jīng)校核舉升臂強(qiáng)度合格。
3.2.3對(duì)臂（I）進(jìn)行校核
圖3.6舉升臂（I）校核圖
舉升臂的彎矩圖如圖3.11所示舉升臂最大彎矩
確定舉升臂1中性軸的位置截面形心距底邊為：
因舉升臂1結(jié)構(gòu)可近似一方鋼，所以通過截面中心的中心線即為中性軸。
截面對(duì)中性軸的慣鉅
舉升臂的最大彎曲應(yīng)力
最大軸向正應(yīng)力
兩種變形的總應(yīng)力
經(jīng)查材料表可知45鋼的抗拉強(qiáng)度為600MPa，屈服強(qiáng)度為300Mpa。對(duì)于承受載荷較大，時(shí)間不長的情況下我們?nèi)“踩禂?shù)為1.2，所以。由于承受的總應(yīng)力114.34Mpa＜500Mpa，所以舉升臂強(qiáng)度合格。
舉升臂在最低位置時(shí)受力強(qiáng)度最大，經(jīng)校核舉升臂強(qiáng)度合格。
3.2.4活塞桿頂端支承軸的強(qiáng)度校核
因?yàn)榇藱M軸作為液壓缸的支承軸，推力直接作用在軸線垂線上，兩端固定在舉升臂開孔中，所以其屬于純彎曲變形，其受力如下圖3.13所示。軸材料為40Cr，許用抗拉強(qiáng)度為1000MPa ，軸徑為40mm。為了避免因彎曲過大而導(dǎo)致對(duì)軸的破壞，本設(shè)計(jì)采用雙液壓缸，分別支撐在橫軸兩端。因在剛舉升的最低點(diǎn)軸受力最大，這里只校核此種情況的安全性。
圖3.7 支撐軸的剪力圖與彎矩圖
由圖3.7可得：
式中：M——為橫截面上的彎矩；
W——軸的抗彎截面系數(shù)。
經(jīng)校核可知：829.6MPa＜1000MPa，因這個(gè)最大應(yīng)力僅在舉升瞬間存在，其余時(shí)間均小于此值，所以強(qiáng)度合格。
3.2.5連接舉升臂銷軸的強(qiáng)度校核
因銷軸是插進(jìn)兩個(gè)交錯(cuò)的舉升臂內(nèi)部孔中，所以其主要承受剪應(yīng)力，校核時(shí)只需要考慮其剪切變形即可。銷軸材料按規(guī)定為35鋼，軸徑40mm，許用剪切應(yīng)力[]=98MPa。如圖3.14所示。
圖3.8 銷軸的受力圖
1、在剛要舉升最低點(diǎn)時(shí)銷軸的強(qiáng)度計(jì)算
舉升最低點(diǎn)時(shí)銷軸承受的應(yīng)力為：
所以此軸滿足強(qiáng)度要求。
3.3 本章小結(jié)
通過分析剪刀式舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),建立剪刀舉升機(jī)機(jī)構(gòu)的力學(xué)模型,并通過該模型對(duì)決定起升油缸最大推力的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行研究,得到合理的結(jié)果。本章還通過對(duì)各舉升臂、主受力軸的受力分析與強(qiáng)度計(jì)算，來校核設(shè)計(jì)內(nèi)容是否合理。并提出一些加強(qiáng)措施，使結(jié)構(gòu)強(qiáng)度剛度充分滿足條件。以上的計(jì)算與分析對(duì)提高剪刀式舉升機(jī)系列化設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量有明顯的效果。
第4章 液壓系統(tǒng)的選擇與計(jì)算
4.1明確設(shè)計(jì)要求
液壓系統(tǒng)是主機(jī)的配套部分，設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)是首先要明確主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)提出的要求，具體包括
4.1.1主機(jī)的動(dòng)作要求
這是指主機(jī)的哪些動(dòng)作是要求用液壓傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，這些動(dòng)作間有無聯(lián)系以及要不要求完成一定自動(dòng)循環(huán)等。主機(jī)可能對(duì)液壓系統(tǒng)提出許多要求，設(shè)計(jì)者應(yīng)在了解主機(jī)用途、工作過程和總體布局的基礎(chǔ)上對(duì)這些要求做出分析。
4.1.2主機(jī)的性能要求
指主機(jī)內(nèi)采用液壓傳動(dòng)的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在力和運(yùn)動(dòng)方面的要求，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在各工作幾段所需的力和速度的大小、調(diào)速范圍、速度的平徹性以及完成一個(gè)循環(huán)的時(shí)間等方面都必須有明確的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)代化機(jī)械要求高精度、高生產(chǎn)力以及高度自動(dòng)化，這不僅要求期液壓系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)指標(biāo)，還常對(duì)其動(dòng)態(tài)指標(biāo)提出要求。
4.1.3液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境
工作環(huán)境的溫度和濕度，污染和振動(dòng)沖擊情況以及是否有腐蝕和易燃性物質(zhì)存在等問題均應(yīng)有明確答案。這涉及液壓元件和介質(zhì)的選用。必要時(shí)設(shè)計(jì)中還應(yīng)附加防護(hù)措施。
4.1.4其他要求
如液壓裝置的在重量、外形尺寸方面的限制以及經(jīng)濟(jì)性、能耗方面的要求等。
4.1.5液壓系統(tǒng)的選型
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，其缸體長度大而伸縮長度小、使用油壓低（一般不超過16MPa）。浮柱式為多級(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、伸縮長度大、使用油壓高（可達(dá)35MPa），易于安裝布置等優(yōu)點(diǎn)。剪刀式舉升機(jī)多采用活塞式液壓缸，動(dòng)力源直接輸送。其中拉塔處的液壓缸控制系統(tǒng)為氣動(dòng)，人工腳踏施力，方便靈活且安全可靠。
本次設(shè)計(jì)兩個(gè)舉升處液壓缸及四個(gè)固定車體液壓缸者均采用HSG系列工程液壓缸，其形式為單活塞桿雙作用緩沖式液壓缸。它具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、裝拆方便、易于維修，且連接方式多樣、緩沖部位任選等特點(diǎn)。適用于工程機(jī)械，礦山機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械、冶金機(jī)械及其他機(jī)械行業(yè)。
4.2液壓系統(tǒng)方案的確定
圖 4.1 液壓系統(tǒng)原理圖
如圖4.1所示，汽車改轉(zhuǎn)式升降臺(tái)液壓系統(tǒng)方案的結(jié)構(gòu)組成和工作原理如下：
結(jié)構(gòu)組成：油箱、過濾器、液壓泵、電動(dòng)機(jī)、先導(dǎo)型電磁溢流閥、調(diào)速閥、壓力表、壓力表開關(guān)、蓄能器、三位四通電液比例換向閥、單向閥、同步閥、液壓缸、三位四通電磁閥。
工作原理：液壓系統(tǒng)由一個(gè)三位四通電液比例換向閥和一個(gè)同步閥控制兩個(gè)支撐桿處的液壓缸運(yùn)動(dòng)；再有兩個(gè)三位四通電磁閥和六個(gè)換向閥共同控制八個(gè)支腿處液壓缸的運(yùn)動(dòng)，三組液壓回路可單獨(dú)控制。當(dāng)電液比例換向閥位于左位時(shí)，液壓泵供油經(jīng)電液比例換向閥、分流閥向兩個(gè)液壓缸無桿腔輸入等量的油液，兩液壓缸的活塞桿同步向外伸出，有桿腔的油液經(jīng)單向閥及電液比例換向閥流回油箱；當(dāng)電液比例換向閥右位工作時(shí)，液壓泵供油經(jīng)電液比例換向閥，分流閥向液壓缸有桿腔輸入等量的油液，兩液壓缸的活塞桿同步向內(nèi)縮回，無桿腔的油液經(jīng)單向閥及電液比例換向閥流回油箱。兩個(gè)三位四通換向閥的工作原理與三位四通電業(yè)比例換向閥的工作原理類似。
4.3液壓系統(tǒng)的計(jì)算
由上一章節(jié)的相關(guān)計(jì)算可知，兩個(gè)舉升液壓缸的最大推力均為52.1KN，參照液壓缸制造廠家的相關(guān)技術(shù)規(guī)格可知，HSG系列工程液壓缸能滿足本次設(shè)計(jì)要求的推力且為了保證其安全可靠性，及因長時(shí)間使用的消耗而降低其最大推力值，我們這里選用HSG※01-80/dE型，它的最大推力為80.42KN；四個(gè)車體固定液壓缸的最大推力約為10KN，我們選用HSG※01-40/dE型，它的最大推力為20.10KN。
4.3.1舉升處液壓缸行程的計(jì)算
圖4.2 液壓缸行程圖
參照3.2.2計(jì)算可知：舉升至最高點(diǎn)時(shí)L2=1132mm。舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)L1=645mm，即液壓缸長度約為600mm，液壓缸行程約為1100-600=500mm：
參照液壓缸的技術(shù)規(guī)格我們可以查得HSG※01-80/dE型的速比選擇1.33即可，對(duì)應(yīng)行程S≤8D=640mm。因?yàn)?82mm＜640mm，所以所選規(guī)格符合設(shè)計(jì)要求。
4.3.2舉升處液壓系統(tǒng)工作壓力的計(jì)算
由前面的計(jì)算及選型可知，缸徑D=80mm，工作壓力計(jì)算如下
因?yàn)镠SG系列工程液壓缸的最大工作壓力為16MPa，這里所選用的兩個(gè)舉升液壓缸均滿足在規(guī)定范圍內(nèi)
4.3.3支腿處液壓缸行程的選擇
為保證汽車改裝式升降臺(tái)設(shè)計(jì)在升高的過程中能夠具有足夠的穩(wěn)定與平衡，由圖4.3可知，需要液壓支腿在橫向上具有700mm的伸長量，在豎直方向上具有500mm的伸長量。
圖4.3 支腿處液壓缸行程圖
4.3.4支腿處液壓系統(tǒng)工作壓力的計(jì)算
由整車整備質(zhì)量為1825kg，升降臺(tái)部分總質(zhì)量為588kg,最大舉升重量為300kg,每個(gè)支腿分擔(dān)的重力約為7000N，參照液壓缸的技術(shù)規(guī)格我們可以查得HSG※01-120/dE型的速比選擇1.33即可，對(duì)應(yīng)行程S≤8D=960mm。因?yàn)?00mm＜960mm，所以所選規(guī)格符合設(shè)計(jì)要求。
4.4液壓動(dòng)力元件的選取
4.4.1液壓泵的選擇
計(jì)算液壓泵的最大工作壓力
（4.1）
式中 ——液壓缸的最大工作壓力，MPa；
——系統(tǒng)進(jìn)油路上的總壓力損失，[可按經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估算，簡單的系統(tǒng)取
=（0.2～0.5）×Pa]；
已知：
==10.37MP
所以
=10.37 +0.5 =10.87 MPa （4.2）
4.4.2計(jì)算液壓泵的最大流量
由于所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)有多個(gè)液壓缸，所以液壓泵的最大流量為
（4.3）
式中 ——系統(tǒng)所需流量，；
K——系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一般取1.1～1.3；
——同時(shí)動(dòng)作的液壓缸的最大流量，一般取2～3 ；
初取
K=1.2 =3 或0.05×
所以
=1.2×3=3.6 或0.06× （4.4）
4.4.3液壓泵規(guī)格的選擇
為保證液壓系統(tǒng)工作穩(wěn)定，所選液壓泵應(yīng)有較大的最大功率、容積效率和總效率，根據(jù)液壓泵的最大工作壓力和最大流量，參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第五版）第四卷 表21-5-4，最終系統(tǒng)液壓泵選擇為內(nèi)嚙合楔塊式齒輪泵。
4.4.4計(jì)算液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率并選擇電動(dòng)機(jī)
由于工作循環(huán)中，液壓泵的壓力和流量比較恒定，所以液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率應(yīng)按下式計(jì)算
（4.5）
式中 —— 液壓泵的最大流量，；
——液壓泵的最大工作壓力，MPa；
——液壓泵的總效率，齒輪泵一般取90%；
所以 41.48 W （4.6）所以電動(dòng)機(jī)初選為型號(hào)為Y801-2的直流電動(dòng)機(jī)。
4.5 液壓執(zhí)行元件的選擇
4.5.1液壓缸的選擇
根據(jù)對(duì)液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算，并結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)對(duì)液壓缸結(jié)構(gòu)及其各部件結(jié)構(gòu)的選取如下：
1.液壓缸選為單活塞桿轉(zhuǎn)向液壓缸
2.缸筒與缸蓋的連接型式選用內(nèi)螺紋連接
3.缸筒材料選用45鋼
4.活塞結(jié)構(gòu)形式選擇整體式活塞
5.活塞與活塞桿連接形式選擇卡環(huán)連接
6.活塞密封結(jié)構(gòu)選擇O型密封圈
7.活塞材料選用45優(yōu)質(zhì)碳素鋼
8.活塞桿桿體選用實(shí)心桿
9.活塞桿材料選用45優(yōu)質(zhì)碳素鋼
10.活塞桿導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)形式選用端蓋式導(dǎo)向套
11.活塞桿導(dǎo)向套材料選用灰鑄鐵
12.活塞與活塞桿的密封件選用O型密封圈加擋圈
13.活塞桿的防塵圈選用ASW型防塵圈
4.5.2液壓馬達(dá)的選擇
根據(jù)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，并結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，液壓馬達(dá)選取：
額定壓力為16～25MPa、排量為5～25mL·、轉(zhuǎn)速為500～4000r·、輸出轉(zhuǎn)矩為17～64N·m、型號(hào)為CM5，由天津液壓機(jī)械集團(tuán)公司生產(chǎn)的齒輪式液壓馬達(dá)。
4.6液壓控制閥的選擇
由圖4.1可知，液壓系統(tǒng)選擇的液壓控制閥有：
一個(gè)三位四通電液比例換向閥、兩個(gè)三位四通電磁閥、一個(gè)調(diào)速閥、兩個(gè)溢流閥、四個(gè)二位四通換向閥。
所選的液壓控制閥均選擇液壓標(biāo)準(zhǔn)件控制閥。
4.7液壓輔助元件的選擇
4.7.1油箱的選擇
整體式油箱、兩用油箱和獨(dú)立郵箱是三種常見的類型，而獨(dú)立油箱應(yīng)用最為廣泛，所以本液壓系統(tǒng)選擇獨(dú)立油箱。
油箱容量的經(jīng)驗(yàn)公式為
（4.7）
式中 V——油箱的有效容積，L；
——液壓泵的總額定流量，；
——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，對(duì)低壓系統(tǒng)，=2～4，對(duì)中壓系統(tǒng)，=5～7，對(duì)中、高壓或大功率系統(tǒng)，=6～12；
初取
=4
所以
＝10×3.6=36L （4.8）
表4.1 液壓泵站油箱公稱容量系列（JB/T 7938-1999）
液壓泵站油箱公稱量系列（JB/T 7938-1999）/L
2.5 4.0 6.3 10 16
25 40 63 100 160
油箱的有效容積的最終確定值按上表就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，所以由表5.1可知：
液壓系統(tǒng)可選擇公稱容量為40L的油箱。
4.7.2油管和油管接頭的選擇
常用的油管有硬管和軟管兩類，一般盡量選用硬管，所以本液壓系統(tǒng)選用鋼管。
管道內(nèi)徑及壁厚是管道的兩個(gè)主要參數(shù)，計(jì)算公式如下
（4.9）
（4.10）
式中 q——通過油管的最大流量，；
ｖ——油管中允許流量，；（由于系統(tǒng)所用的是高壓管，所以v取2.5）
ｄ——油管內(nèi)徑，ｍ；
——油管壁厚，ｍ；
ｐ——管內(nèi)最高工作壓力，MPa；
——管材抗壓強(qiáng)度，MPa；（由于管材是45鋼，所以=600 MPa）
ｎ——安全系數(shù)；（由于系統(tǒng)最高的工作壓力為20 MPa，大于17.5 MPa，所以n 取4）
所以 （4.11）
（4.12）
表4.2 液壓系統(tǒng)用硬管外徑系列（GB/T 2351-1993）
液壓系統(tǒng)用硬管外徑系列（GB/T 2351-1993）/mm
4、5、6、8、10、12、(14)、16、（18）、20、（22）、25、（28）、32、（34）、38、40、（42）、50
液壓系統(tǒng)用硬管外徑的最終確定值按上表就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，所以由表5.2可知：液壓系統(tǒng)可選擇外徑為6mm 的鋼制油管。
油管接頭選擇卡套式接頭。
4.7.3蓄能器的選擇
蓄能器的充氣壓力是蓄能器的重要參數(shù)，用于蓄能的充氣壓力在等溫工作過程時(shí)按下式計(jì)算
（4.13）
式中 ——充氣壓力，MPa；
——液壓系統(tǒng)最高工作壓力，MPa；
所以
=0.5×10.37=5.2 MPa （4.14）
蓄能器有彈簧加載、重力加載和氣體加載三種類型，本系統(tǒng)選擇氣體加載式的隔離型皮囊式蓄能器。蓄能器的皮囊材質(zhì)選擇標(biāo)準(zhǔn)丁清橡膠。蓄能器的液壓工作介質(zhì)選擇石油基液壓液和水。
4.7.4液壓工作介質(zhì)、過濾器和壓力表的選擇
由于本液壓系統(tǒng)中包含伺服系統(tǒng)，對(duì)液壓工作介質(zhì)要求較高，所以本系統(tǒng)選擇高粘度指數(shù)液壓油。
由于本液壓系統(tǒng)用到電液比例閥，所以本系統(tǒng)中過濾器選擇精過濾器，壓力表選擇電接點(diǎn)式壓力表。
4.8本章小結(jié)
本章主要是針對(duì)液壓系統(tǒng)的選擇與計(jì)算做了詳細(xì)的說明，液壓系統(tǒng)并非本設(shè)計(jì)的內(nèi)容范圍內(nèi)，主要是對(duì)其進(jìn)行選擇來滿足使用要求即可。在舉升裝置中所用的電控液壓系統(tǒng)是主要的選擇設(shè)備之一，我們做了結(jié)構(gòu)原理圖的分析，并且通過計(jì)算來選擇了HSG系列的具體型號(hào)。
第5章 CATIA三維建模與整機(jī)裝配
5.1 CATIA軟件簡介
CATIA是法國達(dá)索公司的產(chǎn)品開發(fā)旗艦解決方案。作為PLM協(xié)同解決方案的一個(gè)重要組成部分，它可以幫助制造廠商設(shè)計(jì)他們未來的產(chǎn)品，并支持從項(xiàng)目前階段、具體的設(shè)計(jì)、分析、模擬、組裝到維護(hù)在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計(jì)流程。
模塊化的CATIA系列產(chǎn)品旨在滿足客戶在產(chǎn)品開發(fā)活動(dòng)中的需要，包括風(fēng)格和外型設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、設(shè)備與系統(tǒng)工程、管理數(shù)字樣機(jī)、機(jī)械加工、分析和模擬。CATIA產(chǎn)品基于開放式可擴(kuò)展的V5架構(gòu)。通過使企業(yè)能夠重用產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)，縮短開發(fā)周期，CATIA解決方案加快企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的需求的反應(yīng)。自1999年以來，市場(chǎng)上廣泛采用它的數(shù)字樣機(jī)流程，從而使之成為世界上最常用的產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)。
CATIA系列產(chǎn)品已經(jīng)在七大領(lǐng)域里成為首要的3D設(shè)計(jì)和模擬解決方案：汽車、航空航天、船舶制造、廠房設(shè)計(jì)、電力與電子、消費(fèi)品和通用機(jī)械制造。
CATIA具有在整個(gè)產(chǎn)品周期內(nèi)的方便的修改能力，尤其是后期修改性，無論是實(shí)體建模還是曲面造型，由于CATIA提供了智能化的樹結(jié)構(gòu)，用戶可方便快捷的對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行重復(fù)修改，即使是在設(shè)計(jì)的最后階段需要做重大的修改，或者是對(duì)原有方案的更新?lián)Q代，對(duì)于CATIA來說，都是非常容易的事。一個(gè)產(chǎn)品僅有設(shè)計(jì)是不夠的，還必須制造出來。CATIA 擅長為棱柱和工具零件作2D/3D關(guān)聯(lián)，分析和NC ；CATIA 規(guī)程驅(qū)動(dòng)的混合建模方案保證高速生產(chǎn)和組裝精密產(chǎn)品，如機(jī)床，醫(yī)療器械、膠印機(jī)鐘表及工廠設(shè)備等均能作到一次成功。CATIA的各個(gè)模塊基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，因此CATIA的各個(gè)模塊存在著真正的全相關(guān)性，三維模型的修改，能完全體現(xiàn)在二維，以及有限元分析，模具和數(shù)控加工的程序中。CATIA 提供的多模型鏈接的工作環(huán)境及混合建模方式，使得并行工程設(shè)計(jì)模式已不再是新鮮的概念，總體設(shè)計(jì)部門只要將基本的結(jié)構(gòu)尺寸發(fā)放出去，各分系統(tǒng)的人員便可開始工作，既可協(xié)同工作，又不互相牽連；由于模型之間的互相聯(lián)結(jié)性，使得上游設(shè)計(jì)結(jié)果可做為下游的參考，同時(shí)，上游對(duì)設(shè)計(jì)的修改能直接影響到下游工作的刷新。實(shí)現(xiàn)真正的并行工程設(shè)計(jì)環(huán)境。CATIA 提供了完備的設(shè)計(jì)能力：從產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)到最終產(chǎn)品的形成，以其精確可靠的解決方案提供了完整的2D、3D、參數(shù)化混合建模及數(shù)據(jù)管理手段，從單個(gè)零件的設(shè)計(jì)到最終電子樣機(jī)的建立；同時(shí)，作為一個(gè)完全集成化的軟件系統(tǒng)，CATIA將機(jī)械設(shè)計(jì)，工程分析及仿真，數(shù)控加工和CATweb網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用解決方案有機(jī)的結(jié)合在一起，為用戶提供嚴(yán)密的無紙工作環(huán)境，特別是CATIA中的針對(duì)汽車、摩托車業(yè)的專用模塊,使CATIA擁有了最寬廣的專業(yè)覆蓋面，從而幫助客戶達(dá)到縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期、不斷地提高產(chǎn)品質(zhì)量及降低費(fèi)用的目的。
5.2 利用CATIA進(jìn)行三維建模
CAITA是基于草圖特征的三維建模軟件，CATIA通過對(duì)三維實(shí)體的精確建模及裝配來生成最終的產(chǎn)品。CAITA中裝配的模型的構(gòu)造是由各種特征來組合生成的，零件的設(shè)計(jì)過程就是特征的累積過程。下面對(duì)主要零部件做詳細(xì)的過程分析。
CATIA常用命令圖標(biāo)
5.2.1 車體建模
第一步是根據(jù)所選車型的外廓尺寸通過拉伸得到一個(gè)長方體，接下來再通過去除材料命令修整出具體的車型,再通過去除材料修整車板;通過去除材料修整汽車駕駛室：
圖5.1 拉伸得到的長方體
圖5.2 去除箱板后
圖5.3 簡單加工后的駕駛室
通過去除材料和各種倒角及打孔命令修整出整車車體，如圖5.4所示。
圖5.4 加工后的整車車體
5.2.2與車板固定的大工字鋼設(shè)計(jì)
在草圖設(shè)計(jì)界面根據(jù)計(jì)算好的尺寸會(huì)出工字鋼截面，如圖5.5所示。
圖5.5 草圖界面的工字鋼截面
通過拉伸命令拉伸出工字鋼體，再根據(jù)與車體配合的尺寸通過打孔命令繪出螺栓連接孔。
圖5.6 制作完螺栓連接孔的工字鋼
5.2.3 支腳鋼建模
按圖示進(jìn)入草圖編輯器
在草圖工作界面繪制出兩個(gè)矩形，退出草圖編輯器，通過拉伸命令拉伸出支腳鋼實(shí)體
圖5.7 草圖編輯器中的草圖 圖5.8 待拉伸矩形
再通過打孔命令繪制出與大工字鋼相配合的螺栓連接孔，如圖5.9所示。
圖5.9 支腳鋼實(shí)體
5.2.4其他零部件的建模
圖5.10 槽型鋼 圖5.11 螺母
圖5.13 滾道 圖5.12 螺栓
5.3整車裝配
將各零部件通過各種約束命令裝配到一起，如下圖所示：用到的約束命令有固定、相合、面接觸等。
圖5.14 CATIA整車裝配圖
5.4本章小結(jié)
本章首先通過CATIA對(duì)汽車改裝式升降臺(tái)的各個(gè)零部件進(jìn)行三維建模，有些重復(fù)零件不需要再次建模。在建模中用到了拉伸、旋轉(zhuǎn)、創(chuàng)建面、凹槽、肋、曲面螺紋等命令。最后為了美感及易分辨對(duì)各個(gè)零件進(jìn)行渲染。在將各個(gè)零件建完模型之后再將其進(jìn)行整機(jī)裝配，在裝配中應(yīng)用了相合約束、只能移動(dòng)、偏移距離約束、角度約束、固聯(lián)等命令。通過將汽車改裝式升降臺(tái)進(jìn)行CATIA建模，能讓設(shè)計(jì)者更好的表達(dá)相關(guān)圖形。
第 6 章 舉升機(jī)有限元分析
6.1 ANSYS有限元分析軟件介紹
ANSYS是一種應(yīng)用廣泛的通用有限元工程分析軟件[13]。開發(fā)初期時(shí)為了應(yīng)用于電力工業(yè)，現(xiàn)在其功能已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空、電子、汽車、土木工程等各個(gè)領(lǐng)域，能夠滿足各行業(yè)有限元分析的需要。ANSYS有限元分析軟件包括三個(gè)模塊：前處理模塊、分析計(jì)算模塊、和后處理模塊。功能完備的預(yù)處理器和后處理器（又稱與處理模塊和后處理模塊）使ANSYS具有多種多樣的分析能力，包括從簡單的線性靜態(tài)分析到復(fù)雜的非線性動(dòng)態(tài)分析?？捎脕砬蠼Y(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場(chǎng)及碰撞等問題的解答。它還包括優(yōu)化、估計(jì)分析等模塊將有限元分析、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合，已成為解決現(xiàn)代工程學(xué)問題必不可少的工具。
6.2 Pro/E與ANSYS接口的創(chuàng)建
利用ANSYS對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析時(shí)，通常需要將Pro/E建立的三維模型，導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行分析。所以需要將Pro/E三維實(shí)體模型通過專用的模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口導(dǎo)入到ANSYS中， Pro/E與ANSYS之間的接口技術(shù)常用的有以下兩種：
6.2.1 CATIA、Pro/E與ANSYS集成接口
CATIA中輸出的文件不能被ANSYS識(shí)別，所以得經(jīng)過Pro /E進(jìn)行中間轉(zhuǎn)換，ANSYS在默認(rèn)的情況下也不能直接對(duì)Pro /E中的prt(或asm)文件進(jìn)行直接轉(zhuǎn)換的,必須通過以下對(duì)ANSYS設(shè)置連接過程進(jìn)行激活模塊:鼠標(biāo)點(diǎn)擊“開始→程序→ANSYS10.0→Utilities→ANS_ADM IN”,出現(xiàn)如下圖5.1的對(duì)話框,選擇configuration options→OK,接下來的對(duì)話框順序選取。Configuration Connection for Pro/E→OK，ANSYSMultiphysics & WIN 32→OK。
圖6.1 設(shè)置ANSYS連接過程
完成后ANSYS提示已在自己的安裝目錄中成功生成config.anscon文件,如下圖5.2所示,記完下config.anscon的路徑。在接下來出現(xiàn)的對(duì)話框中“Pro/Engireer Installation path”選項(xiàng)后輸入Pro/E的起始安裝路徑如“C: \ Program Files \ proeWildfire3.0 ”:“Language used with Pro /Enginee提示在Pro /E目錄下建立了一個(gè)protk.dat文件。
圖6.2 Pro/E的起始安裝路徑
點(diǎn)擊確定完成配置,運(yùn)行Pro /E,工具菜單后面出現(xiàn)了ANSYS10.0,說明連接成功了。啟動(dòng)CATIA軟件，打開已經(jīng)建立好的三維零部件，之后另存為（.igs）格式，再運(yùn)行Pro/E打開某已存好的（.igs）格式零件三維模型圖，點(diǎn)擊ANSYS10.0下的ANSYSGeom按鈕(如下圖5.3所示)，則模型自動(dòng)導(dǎo)入到ANSYS中，此時(shí)ANSYS10.0軟件自動(dòng)打開，點(diǎn)擊Plot下的Volume，則模型導(dǎo)入成功。
圖6.3 導(dǎo)入界面
6.2.2通過IGES( *.igs)格式文件導(dǎo)入
首先, 在CATIA 環(huán)境下建立好零件模型或者完成零部件的裝配, 然后, 選擇主菜單【文件】下的【保存副本】子菜單, 彈出保存副本對(duì)話框后, 文件類型選擇IGES( *.igs) ,在【新名稱】框內(nèi)為模型輸入新名稱,點(diǎn)擊【確定】按鈕會(huì)彈出輸出IGES對(duì)話框, 在輸出IGES 對(duì)話框中可以設(shè)置輸出圖元的類型、參考坐標(biāo)系以及IGES 文件結(jié)構(gòu)。輸出的圖元類型有: 線框邊、曲面、實(shí)體、殼、基準(zhǔn)曲線和點(diǎn), 缺省輸出圖元是曲面, 缺省是輸出所有面組, 點(diǎn)擊【面組...】選擇特定面組輸出?？梢赃x擇多種圖元類型進(jìn)行輸出, 但是不能同時(shí)輸出曲面和實(shí)體或者曲面和殼。單擊【定制層...】按鈕設(shè)置各層的輸出特性。文件結(jié)構(gòu)類型有: 平整、一級(jí)、所有級(jí)別、所有零件, 默認(rèn)輸出為平整。平整: 將組件的所有幾何輸出到一個(gè)IGES 文件。導(dǎo)入到另一個(gè)系統(tǒng)時(shí), 該組件就擔(dān)當(dāng)一個(gè)零件的角色。應(yīng)將每一個(gè)零件分別放到一個(gè)層上, 以便在接受系統(tǒng)中能加以區(qū)別。一級(jí): 輸出一個(gè)組件的IGES 文件, 該文件只包含頂級(jí)幾何( 如組件特征) 。所有級(jí)別: 輸出一個(gè)組件的IGES 文件。用它可創(chuàng)建帶有各自的幾何和外部參照的元件零件和子組件。該選項(xiàng)支持所有層次。所有零件: 將一個(gè)組件作為多個(gè)文件輸出到IGES, 這些文件中包含所有元件和組件特征的幾何信息。零件使用相同的參照坐標(biāo)系, 使接受系統(tǒng)中的重新裝配更加容易。本次技能訓(xùn)練選擇實(shí)體特征，然后點(diǎn)擊【確定】完成。ANSYS 導(dǎo)入IGES( *.igs) 文件的方法有兩種: 一種是通過ANSYS軟件的用戶界面操作導(dǎo)入; 一種是通過輸入命令導(dǎo)入。本次技能訓(xùn)練可采用第一種方法。通過用戶界面操作導(dǎo)入IGES 的步驟是:選擇主菜單【File】下的子菜單【Import】的次級(jí)子菜單【IGES...】, 彈出導(dǎo)入IGES 屬性設(shè)置對(duì)話框, 在導(dǎo)入IGES 屬性設(shè)置對(duì)話框中可以設(shè)置: 是否導(dǎo)入所有數(shù)據(jù)，是否合并圖元, 是否創(chuàng)建實(shí)體，是否刪除小面。點(diǎn)擊【OK】按鈕彈出文件路徑選擇對(duì)話框,在文件路徑選擇對(duì)話框中選擇好所需精度, 輸入IGES 文件路徑后, 點(diǎn)擊【