剪叉式物流液壓升降臺的設計含6張CAD圖.zip

剪叉式物流液壓升降臺的設計含6張CAD圖.zip,剪叉式,物流,液壓,升降臺,設計,CAD 復合材料制升降平臺的新設計理念 L. Solazzi & R. Scalmana 摘要 作為一種起重設備，升降工作平臺越來越多的應用于建筑行業(yè)和維修領域。例如，風力渦輪機樞紐的維護就需要通過使用工作平臺來完成；但是因為高速公路標準的限制還有這些結構自身的高度要求很高，例如最大軸載和最大總尺寸，所以為了滿足這些要求，需要把結構的材料從經典結構鋼（S235 JR，S275 JR或S355JR）改為高強度鋼（S700至S1100或更高），這樣就可以獲得更高的比電阻。 本文的想法是使用復合材料來制作升降平臺的臂，以減少機器的整體重量。同時通過對新型平臺的分析表明，用復合材料作為臂部材料大約會降低機器部件50%的重量。當然作為可行性研究，可能仍然會存在一些問題，例如所用復合材料的機械性能（疲勞，環(huán)境影響等）。 關鍵詞 復合結構設計；碳纖維；起重平臺 1 引言 由于使用了高強度鋼材，近年來巨大的高層平臺優(yōu)化了機械特性，減輕了重量，發(fā)展的很快（圖1）；事實上，為了能夠在公路上運輸，這種特性在可移動結構中是很重要的。 圖1在風力渦輪機上工作的鋼平臺 然而，這些結構的高度還在不斷增加，使運輸的可能性達到了極限。 因此這項工作的目的是設計一個由高強度鋼和復合材料共同制成臂的工作平臺，并將其與僅由高強度鋼制成的平臺進行比較。該平臺的設計工作高度為85米;在意大利市場上，它代表了非常高的尺寸。現在不同部件的原型，比如手臂，汽缸，接頭，主要是由高強度鋼合金制成。而且現在越來越多的工作機械也是由這些合金制作而成，如[處理材料[1,2]和卡車部件[3-5]的設備 ]，但由于重量大以及平臺結構的運輸不便而表現出了很大的問題;但實際上臂的一小部分（伸縮臂的最后部分）可以由塑料材料制成，特別是在用于維護電線的平臺中，這樣還可以方便在籃中的操作者和其余部分之間引入導電絕緣體來保護操作者。 當然這項工作的最終目標是在遵守道路標準的情況下，大大減輕系統(tǒng)的重量，從而減少搬運車運輸的重量并增加系統(tǒng)的負載能力。通過水泥攪拌車，我們第一次造出了由復合材料制成的車臂;另外最近一家公司還開發(fā)了一種混凝土泵，由5個部分組成，其中最后兩部分由碳纖維制成。 但是，該機器的設計規(guī)格在工作區(qū)域和負載范圍上還是有很大的不同，例如，升降平臺中的位移沒有受到限制。 從初步的幾何設計規(guī)范開始，本文討論了所有與實現復合結構有關的主要問題[6,7]：如所需尺寸的定義，臂移動的概念和隨后的設備，尺寸臂部分的分析，動力學分析和有限元方法的失效驗證。 2 材料和方法 2.1 設計規(guī)格 由于該平臺必須與卡車連接，并且必須達到約85米的最大高度; 所以在手臂的末端有一個叫做JIB的設備，用于指揮平臺的精細運動; 平臺的工作范圍如圖2所示。 此外具有這些商業(yè)可用性特征的平臺基本上都由7個伸縮臂組成，其端部都連接了JIB結構。 2.2 負載條件 通過水泥混合器，我們第一次用碳纖維替代鋼材制作了重型車輛的工作臂，其中碳纖維用于替代傳統(tǒng)的鋼架； 但是此應用與升降平臺在負載條件和允許的行為方面存在明顯差異；主要區(qū)別是： & 對于水泥攪拌機臂來說，最大允許位移是升降平臺的一個重要參數，它具有具體的規(guī)定；另外一方面水泥攪拌機的機械臂與應力相關聯地安全系數就不那么重要了，因為這在制造時就必須做到； & 水泥攪拌機臂一旦延長，在延伸期間受到來自水泥通過連接管而產生的連續(xù) 負荷是不存在的，因為平臺此時具有相同的工作重量，可以改變因運動而產生的壓力; & 混凝土攪拌機的管道和臂結構是一起工作來增加設備的機械阻力，但在升降平臺中，所有的負載都由臂來支撐。 平臺所需考慮的負載包括結構的重量和支撐的操作員的重量以及風壓（與平臺高度有關）。另外為了評估由運動引起的動力學行為，可以使用一個特定的程序（MECAD?）來計算籃子的死值和載荷值，結果約為1.5。 圖2平臺的總運行范圍 這種類型的機器的載荷頻譜[8,9]基本上都來自臂的運動步驟，而在操作員使用停止的臂進行工作時，盡管由于操作員的移動引起了小的隨機變化，但負載卻可以被認為是恒定的。 2.3 新平臺的主要特點 該新平臺是使用復合材料（碳纖維和環(huán)氧樹脂基體）和鋼（主要用于臂接頭裝置）構成的，以此來減輕重量；其中每個臂的長度約為12米;此外起重機的支撐結構分為兩個功能組：第一組前四個伸縮臂由高強度鋼構成，第二組由四個可閉合臂組成; 這個選擇是基于以下幾個考慮因素： & 碳纖維的成本與鋼相比要高得多，但是大部分用放大特性材料做成的部件必須使用碳纖維，因為要考慮重量，當然結構中的應力不僅取決于重量，還取決于杠桿臂，當你靠近籃筐時，杠桿臂要高得多。 & 碳纖維和其他復合材料一樣，在使用滑塊時伸縮臂上的滑動阻力低，但與使用輥的鋼合金相比，接觸疲勞抗力也低，而這可能會導致手臂結構出現一些問題，例如單層的脫落。 & 該機器的纖維是長纖維，這使得復合材料能夠減少主載荷方向上的阻力; 另外因為工作需要使用特定模具來實現手臂的驅動，而短纖維具有較低的耐疲勞性 并且更難以與鋼部件接合，所以需要使用長纖維代替短纖維。 2.4 材料的性質 可閉合臂材選擇的使用材料是具有環(huán)氧基體的低模量碳纖維，這是作為材料性能和相關成本之間的最佳折衷方案; 他們的特征如表1所示。 此外每層纖維的百分比為60％; 而使用這些數據就可以計算出薄層的機械特性[7]，如表2所示。 最后選擇方向1還是方向2取決于纖維的取向，并且在圖3的報告方案之后重新定義。 表1 組成使用薄片的材料的機械特性 材料 密度ρ[kg / m3] 楊氏模量E [MPa] 剪切模量G [MPa] 泊松比 環(huán)氧樹脂 1200 4500 1600 0.4 碳纖維 1750 230000 50000 0.3 表2整個薄層的機械特性 密度 ρ[kg / m3] 彈性模量E1 （║到纖維方向) [兆帕] 彈性模量E2（┴到纖維方向)[兆帕] 剪斷系數 G12 [MPa] 重大的泊松比率ν12 次要泊松比率v21 1530 139800 10929 3817 0.34 0.026 2.5 臂的尺寸 手臂的大小取決于幾個因素，其中一些是： & 壓力的數值; & 屈曲現象; & 疊層中單層的堆疊順序; 每個復合臂都需要一個專屬的模具來建造，同時這個模具還可以制作具有可變截面的工作臂，其大小從頂部到底部增加，同時彎曲應力也增大到最大值。 通過制定一個具體的方案來計算手臂的應力，以便確定負荷圖上不同位置工作臂之間的動作;計算出最大反作用力（軸向力和彎矩）后，再考慮工作臂截面的定義以及使用有限元軟件的應力ABAQUS。 構成疊層的層的堆疊順序必須符合以下規(guī)則： & 必須根據主載荷方向選擇單層的方位角; & 每個薄片取向（0°，45°-45°，90°）應在層壓板中占據至少10％的百分比; & 提供對稱分布的層以避免剪切延伸和延伸彎曲耦合，因為這會在疊層中引起危險的彎曲; & 通過考慮它們在疊層內部成分中的搭配來保護主層 & 保證厚度逐漸變化 圖3定義纖維的取向 圖4從平臺F的集中力和分布載荷P（尺寸單位mm）開始，計算第一臂結構中的反作用力的模式 通過報告第一手臂所遵循的程序來解釋計算手臂應力的方法。 組成起重臂的第一臂在一端與籃筐連接，另一端與第二臂連接; 另外通過控制液壓缸來操作駕駛臂;此外按照圖4的方案進行反作用力的計算。 該結構的所有運動系統(tǒng)（圖5）都使用由布雷西亞大學機械工業(yè)工程系開發(fā)的MECAD?軟件來進行圖解化，該軟件可以計算每個臂和裝置中的反作用力，以及在臂打開過程中每個部分的位移，速度和加速度。MECAD? 圖5使用軟件計算復合結構中反作用力的模式 應力的計算遵循經典的二維層復合理論[10]; 所考慮的堆疊順序是（902,45，-45,04）。 在葉片上引入第一個兩軸的參考系統(tǒng)但忽略垂直于葉片平面的變形的ε3可以用下列公式來計算變形： 從彈性層的彈性常數開始計算Sij分量形式的柔度矩陣S： 為了計算開始變形時的應力，需要使用剛度矩陣Q，即柔度矩陣的倒數： 這些公式可用于與主軸方向對齊的纖維增強層，如果有相對的角度，則需要使用旋轉矩陣t： 圖6用于計算層壓板剛度特性的模式 圖7特定負載條件下臂的位移值（單位：mm） 其中c2=cos2θ，s2=sen2θ，而且： 而且用于計算通用薄層應力的表達式也變?yōu)椋? 如果是由一定數量的板組成的疊層板，就有可能計算出力和力矩： e01和kij分別表示層壓板在主要方向上的變形,彎曲和緊湊形式： 圖8第一臂的靜態(tài)安全系數值 圖9 層壓板區(qū)域中的每一層的應力趨勢 ABBD矩陣的組件可以通過以下方式進行計算： 如圖6所示，其具有該層的Zi位置 因為層疊體是平衡和對稱的，所以組件A16和A26的B矩陣的分量等于0。 現在可以使用逆ABBD矩陣來計算變形和彎曲： 圖10為不帶籃子的JIB臂的前四種振動模式：a第一模式（4.5 Hz），b第二模式（22.3 Hz），c第三模式（5.9 Hz），d第四模式（30.5 Hz） 圖11 在重合位置的整個結構的視圖 由于層的平衡和對稱布置，所以在薄層的彎曲處可以獲得等于0的相同變形;其中最大應力位于0°薄層，達到約100MPa的數值，明顯低于破壞極限;而這樣就可以確保達到令人滿意的抗疲勞強度，同時還可以看到碳纖維的優(yōu)異特性[11,12]。 在此過程之后，確定臂的所有部分，這些部分通過增加彎矩較高處的截面尺寸來優(yōu)化彎曲阻力;而這種用金屬臂很難獲得的特性對于用復合材料制成的模具來說是輕松可以達到的。 此外需要使用有限元程序執(zhí)行多個分析來評估結構的整體力學行為，其中包括全局應力、位移、屈曲系數等方面，。 2.6 有限元分析 有限元分析使用ABAQUS標準代碼進行; 其中復合材料臂被建模為殼單元而金屬零件被建模為3D零件;此外給每個臂賦予限定的層壓板的堆疊順序與每層的對應厚度;另外為了改善建模的行為給予每個手臂的局部取向，如圖7所示。 如圖8所示，一旦應力計算出來，就可能應用于結構的失效準則，如Tsai-Hill一樣。 另外也可以檢查層壓板中沿厚度變化的應力，但由于取向的變化，所建立的值對于每個薄層而言顯然不同; 如圖9所示，最大應力值可在0°薄層中找到。 圖12整個結構在主要尺寸重合位置的視圖，表明了臂的各個部分的變化趨勢（單位為毫米） 表3鋼平臺和復合平臺臂架的重量 機器 臂重量[kg] 設備重量[kg] 總重量[kg] 鋼平臺 632 160 792 復合平臺 170 180 350 百分比變化 ?73 % +12 % ?56 % 最后進行的分析計算了臂的固有振動模式，圖10中示出了JIB臂的前四種振動模式。 2.7 結構的最終面貌 最終的結構由四個可閉合的復合臂和四個可伸縮的鋼臂組成，其結構見圖11。同時為了最小化高度，鋼和復合臂以交錯的方式連接。 圖12中顯示了結構的主要尺寸，包括復合材料臂的截面尺寸。 此外所有進行的分析表明，由于材料變化（碳纖維的密度比鋼的密度低5倍），重量會減少很多;雖然結構設備的重量反而會增加，但在整體范圍內，總重量會明顯減輕，正如表3中的JIB所報告的那樣。此外重復處理復合材料中其他三個臂的數值，其重量減少量與JIB中的百分比會完全相同，達到50％。 關于成本，可以比較復合材料臂和其等同重量鋼材之間的材料成本。 用低模量碳纖維（STS纖維）和環(huán)氧基體制成的薄板的成本約為35歐元/平方米，而高強度鋼（屈服應力約為1300兆帕）的成本為4歐元/千克;但是考慮到厚度（0.63 mm）和密度（1,530 kg / m3）是可以算入每公斤材料成本的，所以最后其成本為34歐元，因此復合材料的總材料成本如表4所示。 機器的總成本其實還包括很多其他因素，例如模具成本和制造產品的數量，但這些因素目前不可計算。 3 結論 本文設計的是一個全新的平臺概念，研究了使用復合材料替代鋼臂的可能性，在進行了一系列的新型設計，分析了各種材料給出的可能性后，最后選擇了長纖維復合材料。 表4復合平臺和鋼平臺JIB的材料成本 手臂成本[€] 設備成本[€] 總費用[€] 鋼平臺 2530 640 3170 復合平臺 5780 720 6500 這使得它能夠應用于非常高大的平臺（例如尺寸變得越來越大的風力發(fā)電系統(tǒng)），而如果用鋼鐵材料的話這些平臺將不能在道路上使用和駕駛。雖然現在仍然存在一些與使用復合材料有關的問題，例如疲勞和局部屈曲以及與環(huán)境的相互作用，還有成本，與鋼鐵相比，成本明顯增加了，但是如果與不能在道路上行駛相比，優(yōu)勢還是大于劣勢的。 中期匯報表 學生姓名 XX 專 業(yè) XX 學 號 XX 設計（論文）題目 剪叉式物流液壓升降臺的設計 畢業(yè)設計（論文）前期工作小結 論文撰寫到現在，根據老師的任務書和我的開題報告，同時吸取前人的經驗教訓，我已經完成了對剪叉式升降臺位置參數和動力參數的分析計算，也完成了對液壓傳動系統(tǒng)的分析，并最終選擇液壓缸為雙活塞桿液壓缸。在圖紙上，我已經初步完成了液壓系統(tǒng)圖和一些零件圖的簡單繪制。在之后的幾個周，我還要完成對臺板和叉桿的設計計算，確定它們的材質結構。還要完成相關的零件圖紙的繪制和修改，并完成最終的裝配圖。另外也要對整篇論文作進一步的修改，尤其是計算方面，要對它們作進一步的分析研究。 指導教師意見 該生畢業(yè)設計進度符合畢業(yè)任務書要求，應能按時按量完成畢業(yè)設計。 簽名： 2018年 4月 20日 中期情況檢查表 學院名稱： 機電工程學院 檢查日期： 2018年 4月 25 日 學生姓名 XX 專 業(yè) XX 指導教師 XX 設計（論文）題目 剪叉式物流液壓升降臺的設計 工作進度情況 完成了對剪叉式升降臺位置參數和動力參數的分析計算，也完成了對液壓傳動系統(tǒng)的分析，并最終選擇液壓缸為雙活塞桿液壓缸。在圖紙上，我已經初步完成了液壓系統(tǒng)圖和一些零件圖的簡單繪制。 是否符合任務書要求進度 是 能否按期完成任務 能 工作態(tài)度情況 (態(tài)度、紀律、出勤、主動接受指導等) 態(tài)度認真，按時出勤，能夠積極主動的自主設計，不明白的也會主動詢問老師 質量 評價 (針對已完成的部分) 計算部分符合設計要求，圖紙基本可以表達結構特點 存在問題和解決辦法 說明書語言不夠嚴謹，圖紙圖線標注部分略有不標準的地方，后期根據畢業(yè)設計要求進行改正 檢查人簽名 教學院長簽名 論文答辯 Scissor typeLogisticsHydraulicLiftPlatformDesign姓名XX班級XX學號XX指導老師XX XX 剪叉式物流液壓升降臺的設計 背景和意義 背景 剪叉式物流液壓升降臺的應用場合十分廣泛 可以用在搬運 舉升 裝卸等物流作業(yè) 意義 根據我國具體的實際情況 更好的解決現有升降臺的一些問題 讓升降臺變的更有效率 升降臺結構分析 液壓傳動系統(tǒng)設計 臺板與叉桿設計 01 02 03 研究內容 升降臺結構設計 經過分析 本設計采用雙鉸接剪叉式結構 而且我們把液壓缸放置在左側 因為采用雙鉸接剪叉式結構 平臺的行程會比較大 是液壓缸行程的兩倍以上 至于把液壓缸放在左面 因為當平臺相同載重時 放在右側活塞推力較小 但活塞桿行程大 速度快 所以當載荷不大時 可以放在左側 因為這可以縮短液壓缸伸長長度 減少材料浪費 減少液壓缸和活塞部分的彎曲應力 當然可以采用雙級桿來加速 液壓缸放置在左側圖 采用雙級桿圖 液壓傳動系統(tǒng)設計 采用雙活塞桿液壓缸來驅動 因為雙活塞桿液壓缸兩端活塞桿直徑相等 所以左右兩腔有效面積相等 所以當輸入相同的壓力和流量時 它左右兩個方向上輸出的推力和速度相等 此外 工作臺的移動范圍等于活塞有效行程的三倍 至于說傳動原理簡單來說我們是通過活塞桿的移出或收回來實現起落臺的升降的 當液壓缸工作時 它上腔排油使得活塞桿伸出來推動鋼架上的滾輪向中心移動 從而使起落臺上升 反之其下腔排油時 活塞桿縮回 滾輪向外移動 起落臺下降 臺板與叉桿設計 最終本文根據在論文中假設的實例設計臺板長是2550mm 寬是1600mm 至于其材料我們選擇45號鋼 熱軋鋼板 叉桿材料也選擇45號鋼 熱軋鋼板 致謝這次的畢業(yè)設計從開始選題 到具體要研究的內容和所需解決的問題 再到研究方法和技術路線確定 最后到完成這篇論文的整個過程中都離不開田晶老師對我孜孜不倦的教誨和幫助 在此謹向尊敬的田晶老師表達我最真誠的謝意 THANKYOU 剪叉式物流液壓升降臺的設計 SCISSOR-TYPE LOGISTICS HYDRAULIC LIFT PLATFORM DESIGN 摘要 當人們進入到 21 世紀，隨著民航、汽車、交通、冶金、制造等領域的發(fā)展，各個領域的維修行業(yè)也隨之蓬勃成長，對于各種升降臺的要求也變得越來越高。而剪叉式升降臺由于具有運轉平穩(wěn)，承載力大，操縱方便等特點，因此受到了人們的廣泛歡迎，其銷量也是逐年增加。所以本文設計了剪叉式物流液壓升降臺。 然而，當前針對剪叉式液壓升降臺，特別是其起升機構的學說人們還沒能總結出一整套完整的要領，這使得設計人員只能依靠經驗去進行設計。而這在很大程度上限制了升降機的發(fā)展。除此之外，人們對于剪叉式液壓升降機的安全要求也越來越高，而且現在升降臺的安全保證措施的范圍也涉及的很廣，包括升降機運用前的籌備，提升時要當心的東西， 在惡劣環(huán)境下作業(yè)的情況如何，能否穩(wěn)定的承載等等。 本文設計的液壓系統(tǒng)主要采用泵傳動和液壓缸傳動來實現升降機的上升和下降工作， 而整個的液壓系統(tǒng)油路圖則由各種控制回路和液壓源構成，此外設計時系統(tǒng)的結構也要盡可能的簡單。除此以外，為了能夠對系統(tǒng)進行必要的檢測，可以在回路中安裝一些檢測元件。 關鍵詞 液壓；剪叉式；升降機 II Abstract After entering the 21st century, the design requirements of the lifting platforms are getting higher and higher for the developing of civil aviation, automobile, transportation, metallurgy, manufacturing and their maintenance industries. Because of its smooth operation, large bearing capacity and convenient manipulation, the shear-fork lift platform has been widely welcomed by people, and its sales volume is increasing year by year. Therefore, this paper designed a shearing fork type logistics hydraulic lift platform. However, the current doctrine for scissor lifts, especially their hoisting mechanisms, has not yet been able to summarize a complete set of essentials, which allows designers to rely on experience to design. This greatly limits the development of lifts. In addition, the safety requirements for scissor-type hydraulic lifts are getting higher and higher, and the scope of safety assurance measures for lift platforms is also very broad, including the preparations for the use of lifts, and care must be taken when upgrading, what is the situation in the harsh environment, whether it can be carried steadily, etc. The hydraulic system designed in this paper mainly uses pump transmission and hydraulic cylinder transmission to achieve the lifting and lowering of the elevator. The hydraulic system diagram of the entire hydraulic system is composed of various control loops and hydraulic sources. In addition, the structure of the system during design is also exhausted. It may be simple. In addition, in order to be able to carry out the necessary tests on the system, some detection elements can be installed in the circuit. Keywords hydraulic scissor type elevator 目 錄 摘要............................................................................................................................................... Ⅰ Abstract........................................................................................................................................ Ⅱ IV 1 緒論 1 1.1 升降臺的簡介 1 1.2 升降機的研究現狀 1 1.2.1 升降機的國內研究現狀 1 1.2.2 升降機的國外研究現狀 2 1.3 升降機的安全保障措施 2 1.3.1 設計制作的安全保障 2 1.3.2 使用維護方面的安全保障 2 2 剪叉式升降臺的分析 4 2.1 剪叉式升降臺的結構 4 2.2 升降臺位置參數計算 5 2.3 升降臺動力參數計算 6 2.4 升降平臺機構的注意點 7 2.5 一些針對性實例 8 2.6 升降臺的液壓缸放置 10 2.6.1 兩種放置方法的分析和比較 10 2.6.2 兩種放置方法的驗證計算 13 3 液壓傳動系統(tǒng)的設計 16 3.1 傳動系統(tǒng)計劃方案 16 3.2 液壓系統(tǒng)基本設計 16 3.2.1 液壓執(zhí)行元件 16 3.2.2 液壓缸的選擇 17 3.2.3 液壓缸的安裝 17 3.2.4 缸體和缸蓋的連接 17 3.2.5 液壓傳動系統(tǒng)的運動回路 17 3.2.6 液壓源系統(tǒng) 17 3.3 液壓系統(tǒng)的主要參數 18 3.3.1 載荷的分析計算 18 3.3.2 選擇系統(tǒng)的工作壓力 20 3.3.3 液壓缸的主要結構尺寸 20 3.3.4 液壓泵的參數 22 3.3.5 系統(tǒng)管道 23 3.3.6 油箱的容量 24 3.4 液壓缸零件的材料結構和技術 24 3.4.1 缸體 24 3.4.2 活塞 24 3.4.3 活塞桿 25 3.4.4 液壓缸的排氣裝置 26 3.4.5 液壓缸的連接計算 26 3.4.6 液壓系統(tǒng)原理圖 26 4 臺板與叉桿的設計計算 29 4.1 叉桿的結構材料及尺寸 29 4.2 橫軸的選取 33 結論 35 致謝 36 參考文獻 37 1 緒論 現在剪叉式升降臺重點是用在搬運、舉升、裝卸等物流作業(yè)，因此它的應用場合十分的廣泛，例如倉庫、車站、機場、碼頭、廠房等等。另外升降臺的歷史也是十分的悠久， 下面就從升降臺的出現、成長以及安全等方向作一下簡介。 1.1 升降臺的簡介 人們對筆直輸送的要求其實與人的文化同樣長遠，早前的起落臺是通過運用水力、人力和畜力來運輸。這樣一直到產業(yè)革命，起落臺一向都是用這些動力方法。至于說當代的起落臺則是蒸汽機被創(chuàng)造出來后的產品。 剪叉式升降臺可根據其運動分成牽引式、固定式和自推進式。如果升降臺的升降部位采取剪叉機構，那么在將重物舉起后，可以保證其具有高穩(wěn)定性、較強的承接能力和寬廣的工作平臺。而且由于它具有較大的工作范圍，所以可以支撐許多人同時工作，而這大大提高了工作效率。 剪叉式起落臺現在發(fā)展的非常靈活，它不僅可以移動，而且每當施工條件變化時，它的驅動方式也可以進行手動變化。此外由于它擁有手動控制設置，這使得它能夠在停電時照常進行作業(yè)。 具體而言，剪叉式升降臺擁有以下幾個特征： （1）升降平臺垂直上下移動，此外，還可加裝伸縮平臺，在平臺高度不夠時延伸至所需位置。 （2）結構簡單明了，平臺的承載能力強大，操作方便。 （3）升降平臺的制造成本低，制造簡單。 （4）易于維修且安裝十分的方便。 有人說，對于物流行業(yè)和其他需要高空連續(xù)作業(yè)的企業(yè)來說，升降機是一項重要的投資，因為它有著及其重要的用處，更有甚者能直接影響公司業(yè)務的興衰。 1.2 升降機的研究現狀 1.2.1 升降機的國內研究現狀 目前，本國的剪叉式升降臺大都是基于仿照，就是照著別人的樣品來設計出產自己的升降機。我們的公司基本上都沒有自己的最新設計理念，因此對于如何改善升降平臺至今在行業(yè)內還沒有達成共識。在設計起落平臺時，設計師們經常采用的是拉深或類推這種最傳統(tǒng)的方式。計算機在設計中也沒有得到充分的利用，基本上僅僅是作為繪制二維地圖的輔助工具。這樣我們的設計周期和設計工時比外國長，但設計出來的產品卻沒有別人好， 我們的產品機械性能比較低，重量比較重，成本還高。當然隨著我國國內升降臺的需求的增加，人們對其也是更加重視。目前在市面上，剪叉式升降臺的升起高度主要在 4m 到 18m 9 之間，負載也在 300kg 到 1000kg 之間[1]。 1.2.2 升降機的國外研究現狀 目前國外的科研人員專家學者主要都在研究剪叉式升降臺的構造創(chuàng)新。根據剪叉式升降機的特征，哈希姆提出了剪叉臂平行并聯的構造。因為以前的升降臺的串聯連接會限定作業(yè)面積的增長，而并聯連接的話，首先它的作業(yè)面積會變大，其次它的安穩(wěn)特性也會得到加強。此外 C. Gantes 針對雙層剪叉臂舉升組織設計出了一個全新的系統(tǒng)設計計算規(guī)范。這個計算標準會大大優(yōu)化目前的計算系統(tǒng)[2]。 1.3 升降機的安全保障措施 今天人們對于生命是越來越重視，也因此在高危工作區(qū)域工作的人們的安全受到了人們的廣泛關注。剪叉式液壓升降臺也不例外，因為當升降臺上升時，有人需要在他的下方工作，而且升降臺上面的人的安全也需要得到保障。而我們目前的起落臺的機械機構一般都由臂架，底盤和工作臺三部分構成。那么如何在制造各部分的時候保證它們的質量成為了我們目前首要的問題。當然，日常使用時也要注意它們的維護保養(yǎng)，畢竟現在的大部分安全事故都不是質量問題造成的，而是因為使用不規(guī)范造成的。 1.3.1 設計制作的安全保障 底盤方面的安全主要是要保證底盤本身要有充足的剛度和強度。此外底盤的下滾輪的計算行程要比它的實際行程多 10cm，還有就是底盤下滾輪的限位和端板的距離要保持好。臂架的安全除了保障它本身的剛度和強度外，還要保證它的活動范圍，另外在壁板上要安裝足夠的定位孔。工作臺的安全除了它本身的材料問題外，還要設置防翻板，安全邊，滾輪軌道，鉸耳，面板等。當然除了這些之外，還有一些升降機普遍的安全措施需要注意： （1）無論是在上升還是下降過程中，升降機都要能承受的起過載試驗，一般為超載 25%，而此時其部件不可有任何永久的扭曲和破損。 （2）所有的主控機構都要上雙保障，即所有的主控機構都要按兩個按鈕才能運行。 （3）要保證在升降臺的某個零件損壞時，不會影響到整個升降臺的上升或下降，以免造成升降機下墜。 （4）所有的繩索，鏈條都要有足夠的強度，以防止斷裂。 （5）升降臺要有安全防墜系統(tǒng)，以防止系統(tǒng)損壞后升降機墜落。 （6）電氣系統(tǒng)的安全也要保證，比如用來驅動油泵的電動機，要用斷路開關，限位開關，熱繼電器串聯來保護[3]。 1.3.2 使用維護方面的安全保障 近年來由于我國的剪叉式液壓升降臺的使用管理的不到位，比如忽視安全要求，超載使用，導致了全國各地已經有多起升降臺的安全事故發(fā)生，為此，我們一定要重視升降臺 的安全問題。所以當我們購買了安全的剪叉式液壓升降臺后，我們要去仔細閱讀說明書中的各項安全注意事項并去落實執(zhí)行。這樣在操作升降臺時，我們的人身安全才有保障。下面是幾條注意事項需要我們去牢記。 （1）首先，我們應該購買質量優(yōu)異的升降臺，同時，在購買的時候要注意對方的證件是否齊全，不要買到假貨。 （2）其次，當發(fā)現有升降臺有損壞是，要及時找正規(guī)廠家報修，以免使用損壞的升降臺而導致出現人員傷亡。 （3）每個升降臺都有其額定載荷，所以在裝載時不得超載，同時還要注意一種情況， 就是不得出現偏載現象，就是總體上重量沒有超過，但是某一條舉升臂的負重量超過了。 （4）當剪叉式液壓上講臺使用時，升降臺上面的人員和周圍人員要注意安全，無關人員要遠離，以免出現誤傷。 （5）安置和駕駛升降臺都要有專業(yè)人員來操作。 （6）升降臺下降前，要把升降臺下面的器材及其它裝備全部拿走，同時還必需打開鎖緊設置。 總而言之，安全問題不容小覷，我們要時刻注意到這點。否則等到出現人員傷亡時， 則悔之晚矣。 2 剪叉式升降臺的分析 2.1 剪叉式升降臺的結構 本章主要是研究剪叉式起落平臺的動力學特性，并探討設計中應當注意的問題，還有就是講述一下剪叉式升降平臺的構造和運用。眾所周知，液壓起降平臺是把人或貨品提升到相對高度的提升裝置，主要用來人的爬升下降和垂直輸送物品。根據升降機構的類型，起落臺可分為 4 種。即剪叉式起落平臺、桁架式起落平臺、多級液壓缸垂直起落平臺和懸臂起落平臺。然而由于剪叉式升降臺擁有使用方便等優(yōu)異特性，因而在現實生活中擁有了廣泛的運用。 剪叉式升降機擁有著多種配置，不管是從低的地方起升還是從高的地方起升，也不管它的剪叉臂有多少，由何種液壓缸來提升動力。它主要由底盤，臂架和承載平臺構成。當然由于我們設計的剪叉式升降臺是在家庭中使用，所以只需要設計小型的即可。因此在設計氣液剪叉式起落平臺時，我們通常會考以下方法，如 2-1 所示： （a）直立固定剪叉式 （b）水平固定剪叉式 （c）雙鉸接剪叉式 圖 2-1 結構簡圖 上面顯示的是氣液剪叉式起落臺的三種構造。在兩個桿的中點 E 上鉸接等長的兩個支撐桿 AB 和 MN。其中 AB 桿的 A 端接于機架上，B 端接在滾輪上面。而 MN 桿的 M 端與平板相連，N 端與滾輪相連。另外 B 端和 N 端是可以分別在上平板和機架的導向槽內移動。至于說它們的區(qū)別在于液壓缸安裝的地方不一樣。 a 中的驅動元件液壓缸的下部牢固的安裝在架子上，而上面的活塞桿的球頭則裝在上平板的球窩中。液壓缸則通過驅動活塞桿向上運動使上平板直線起落。 b 中的臥式液壓缸的活塞桿在 N 端處與 MN 桿連接。而活塞桿通過液壓缸提供的動力來使平臺垂直起降。 c 中的液壓缸的尾部在 G 處與機架相連，而活塞桿的頭部則在 F 處與撐桿 AB 連接?；钊麠U通過液壓缸提供的動力來使平臺垂直起落。 上面的三副圖由于液壓缸的安裝方法不同，我們把圖 a 叫做固定直立式剪叉式機構， 把圖 b 叫做固定水平剪叉式，把圖 c 叫做雙鉸接剪叉式機構。 其中固定直立剪叉機構可以舉起的物體重量多，本身體積也大，比較安全平穩(wěn)，但是由于其體積太大，而且安裝不便，所以我們不選。 固定水平剪叉式，由于活塞桿將會受到橫向力的作用，從而影響零件的使用壽命。所 以在日常生活中人們對其使用的也很少。 而雙鉸接剪叉式機構就沒有以上的不好之處。首先它本身擁有適合的結構，而且上面的平臺的起落距離是液壓缸行程的兩倍之多。所以，在生活中得到廣泛的使用。而本文選擇雙鉸接剪叉式機構。 2.2 升降臺位置參數運算 圖 2-2 為位置參數示意圖[4]： 圖 2-2 位置參數示意圖 H = CL sin b = L CL(1- cos2 b)1/ 2 l  （2-1） cos b= 式中： H - -任意位置升降平臺的高度C - -任意位置時F到G的間隔L - -支撐桿的長度； l - -固定點A到F的間隔； (T 2 + C 2 - l 2 ) 2TC  （2-2） T - -機架長度（A到G點的距離）； b- -活塞桿與水平線的夾角。 將（2-2）中的公式用到（2-1）中的公式之中，并歸納得到 H = L C l [l - ( T 2 + C 2 - l 2 2TC )2 ]1/ 2  (2-3) 設l= C / C0 ,q= H / H0 代入（2-3）式得 qH 0 = L T 2 + (lC )2 - l 2 0  1/ 2 lC0 [l - ( l 0 2TlC0 )2]  (2-4) 在（2-4）式中: H 0 - -升降平臺的初始高度； C0 - -液壓缸的初始長度。 圖 2-3 是起落臺的參數運算圖： 圖 2-3 運動參數示意圖 圖中，VF 代表了 F 點的絕對速度；VB 代表了 B 點的絕對速度；w1 則代表了支撐桿 AB 的速度； 此外V1 是活塞運動時的均勻相對速度；V2 是升降平臺的起落速度。另外由圖 3 可以得到： VF = w1l, V1 = VF sin(a+ b) = w1l sin(a+ b), （2-5） （2-6） VB = w1L = V1L , l sin(a+ b) （2-7） V2 = VB cosa= V1L cosa , l sin(a+ b) （2-8） V2 = V1 L cosa 。 l sin(a+ b) （2-9） 在公式中：V1 - -活塞相對平均運動速度 V2 - -升降平臺升降速度； a- -支撐桿與水平線的夾角。 2.3 升降臺動力參數運算 圖 2-4 是起落臺動力參數圖，其中 P 點表示的是在活塞桿上由液壓缸產生的推力。Q 則代表了起落臺所經受的重力載荷。最后進行分析并對此進行計算可以得出： 圖 2-4 動力參數示意圖 升降平臺上升時 P = Q [ L cosa+ b + fb tana+ ( cosa+ ? f sina )( L cosa- b + fb tana- b )] l sin(a+ b) 2 2 2 cosa- f sina cosa （2-10） 升降平臺下降時 P = Q [ L cosa+ b + fb tana+ ( cosa+ ? f sina )( L cosa- b + fb tana- b )]（2-11） l sin(a+ b) 2 2 2 cosa- f sina cosa 式中： P - -液壓缸作用在活塞桿的推力； Q - -升降平臺所承受的重力載荷 f - -滾動摩擦系數； b - -Q的作用線到M的水平距離。 因為轉動輪與導向槽之間是滾動摩擦，所以為了讓運算簡化，可以對其忽視，所以 （2-10）、（2-11）式可以簡化為： 2.4 升降平臺機構的注意點 P = L cosa Q l sin(a+ b)  （2-12） 由前面的公式我們可以得到：當a、b變大時，V2 /V1 值隨之變?。划攁、b變小時， P/Q 值隨之變大。此外，當a、b變小，P/Q 變大，如果液壓缸行進距離沒有變化，升降臺起落距離反而能變?。坏且簤焊椎男谐淌芰蜁兇?。所以我們在設計時要學會去全面考量起落行程和液壓缸受力兩個要素。另外，在起落距離和總體機構大小都達到的條件下，挑選較大的a、b開始的值會好一點。此外，在全部結構中，AB 桿是首要受力構件， 遭受最大彎矩，所以我們要對它的強度和硬度著重校驗[5]。 通常來說，我們使用單作用活塞缸，因為使用這種氣缸是最省錢的，而且它的泄漏量 很小，密封件的使用時間也很長。但是在沒有負荷的情況下，運用單作用活塞缸要確保上板的重量可以擋住液壓缸的活塞和氣缸之間密封時的阻力。不然的話，可能起落平臺會墜下去。 除此之外，我們還要進行一些其他的設計，比如抗搖擺設計，抗腐蝕設計。在進行抗搖擺設計時，我們可以在起落平臺上安裝 4 個導向裝備，導向裝備可以沿導軌上下滑動， 以防止平臺傾斜。在進行抗腐蝕設計時，我們可以在平面上進行涂層防腐，在一些零件上如滾輪，可以進行鍍層防腐。 另外還有幾點也要注意： （1）升降機上面的平板降到最低位置時，要盡量接近地面，為此，我們可以在確保機構本身的強度和硬度的條件下，降低起落臺平板的高度。 （2）要選擇合適的傳動方法，比如機械傳動。因為機械傳動雖然價格比較貴，需要用到的能量也多，但是勝在安全。而現在都是安全第一。 （3）要挑選合適的絲繩，比如我們可以挑選高柔度的鋼絲繩。此外為了確保鋼絲繩的質量，我們挑選的鋼絲繩的鋼絲數量要多，這樣它的質量才更好。 2.5 一些針對性實例 例如在某個工作車間內，需要一起落臺，對于這個起落臺的條件是它的起落距離要大于 620mm，它的高度要低于 300mm，其最強承受負荷為 50kg。 基于這個需求，我們選用柱塞缸式液壓缸去作為輸出動力。液壓缸剛開始時的長度 C0 =595mm，最大運動距離 Smax =320mm。起落臺的結構尺寸：起落臺的最低高度 H 0 =281mm，機架的尺寸長度為 T=1200，支撐桿的尺寸長度 L=1230.5mm。 我們根據那個工作車間的要求，同時根據上面我們給出的公式，各自針對雙鉸接剪叉式以及固定水平剪叉式這兩種機構進行了計算。其結果如表 2-1、表 2-2 和統(tǒng)計圖所示。固定水平剪叉式結構公式如下： H = [L2 - (T - S )2 ]1/ 2 （2-13） P = l + 2 fb 。 （2-14） Q tana L cosa 其中， S - -在實際工作中液壓缸的行程， T - -我們設計的機架的長短（A到G的間距）。滾動摩擦不進行計算。 具體數值參見表格。表 2-1 是雙鉸接剪叉式結構，表 2-2 是水平固定剪叉式。 表 2-1 雙鉸接剪叉式結構計算結果 mm S a/(°) b/(°) H h P / Q h / S 0 13.18 14.20 281 0 4.08 40 19.67 19.83 414.8 133.8 2.85 3.35 80 24.83 23.46 517.6 236.6 2.34 2.96 續(xù)表 2-1 S a/(°) b/(°) H h P / Q h / S 120 29.38 26.05 604.7 323.7 2.04 2.70 160 33.59 27.96 681.8 400.8 1.82 2.51 200 37.56 29.93 751.3 470.3 1.66 2.35 240 41.39 30.45 814.9 533.9 1.52 2.22 280 45.11 31.21 873.2 592.2 1.40 2.12 320 48.77 31.74 926.8 645.8 1.29 2.02 表 2-2 水平固定剪叉式結構計算結果 mm S a/(°) H h P / Q h / S 0 13.8 281 0 4.27 40 19.74 416.4 135.4 2.79 3.39 80 24.67 514.4 233.4 2.18 2.92 120 28.80 593.8 312.8 1.82 2.61 160 32.45 661.3 380.3 1.57 2.37 200 35.77 720.4 439.4 1.39 2.20 240 38.84 772.9 491.9 1.24 2.05 280 41.71 820.1 539.1 1.12 1.93 320 44.44 862.9 581.9 1.02 1.82 經過計算，我們可以得出這樣的結論：在同樣的整體機構大小、一樣的液壓缸前進距離的條件下，在水平固定剪叉式機構中，活塞桿上產生的最大推力 Pmax 要比在雙鉸接剪叉式機構中的大；然而雙鉸接剪叉式機構起落臺的最大前進距離hmax 要比水平固定剪叉式機構大。 另外因為我們使用了雙鉸接剪叉式機構升降臺，所以我們并不要挖地坑，這樣給我們省下了不少錢，以后裝備維修也方便。 總而言之，氣液動雙鉸接剪叉式機構起落平臺全部尺寸比較小，維修方便，花錢較少, 但卻可以獲得缸體兩倍以上的功率,因此可以用在地方比較小，但工作行程大的場合。 下圖是兩種計算結果之比。其中曲線 1 是表 2-1 計算結果，曲線 2 是表 2-2 計算結果。 圖 2-5 兩種結構計算結果對比 2.6 升降臺的液壓缸放置 如上所述，我們已經簡略闡述了雙鉸接剪叉式起落臺結構和其他兩種結構的不同之處以及它們在現實運用中所存在的優(yōu)點和缺點，然而通過考量各個方面要求如雙鉸連接、支撐桿、起落臺等都不發(fā)生變動的情形，是否可以將設計作更好的改善呢？ 為了進一步證實這個，我們可以討論將它的結構方式改善，看能否得到更好的結果。先從直觀的角度進行討論，如圖 2-6 所示： 桿2 桿1 圖 2-6 液壓缸工作示意圖 正如圖中所表達的那樣，液壓缸的末端鉸接在了右側支撐桿移動的地方，而液壓缸的上部則是接在了支撐桿 1 的右方接近三分之二處，其中桿 1 和液壓缸進行鉸連接。一般來說，在現實生活中我們在布置液壓缸的時候，經常將它放置在右側，因為這樣的話，液壓缸的活塞的推進力會小一點，而我們因而能夠選擇尺寸小一點的液壓缸，而這會讓液壓缸在機構中的放置變的簡單。但我們也可以嘗試一下另外一個和它相反的放置方法，就是把液壓缸放置在和它相反的左邊，即與剪叉機構的固定支點在同一邊，對此我們再來探討一下。我們可以通過運用瞬時速度中心法和虛位移原理，來計算出在使用這兩種放置方法的情況下，液壓缸活塞的運動速率與平臺起落速率的關聯式以及活塞的推進力與平臺負荷的關聯式，然后就可以通過算出來的公式對這兩種放置方式進行比較，得出它們各自的利弊點和運用場所。最后可以根據升降臺剪叉機構在現實中的例子對這兩種方式作最后的探討研究來得出合適的液壓缸的參數[6]。 2.6.1 兩種放置方法的分析和比較 在現實生活中，液壓缸在剪叉結構中的放置要受到高度的束縛。根據相關資料，我們可以知道在這種放置方法的情況，如 2-7 圖所示： 圖 2-7 液壓缸布置在左側 19 液壓缸活塞運動速度與平臺起落速度的關聯式 v = 活塞推進力與平臺負荷的關聯式 P = 2l cosa vy 2l cosa W  （2-15） 式中：  a= sin -1 a sin(q+a) + l sin(q-a) h ，q= tan -1[l + a tana]，g= ?  sin  -1 ( a  sin 2a) 。 （2-16） 2l l - a d 上面兩條公式的推理是建立在現實生活中常用的液壓缸放置方法的基礎上的，即液壓缸下面的支撐點與剪叉結構的固定支撐點在相同的一面，就如上圖顯示的那樣。這個放置方法的好處是液壓缸的有效行進距離會短一點，而這使得它在平臺行進距離大的場合會較為好用。當然也留有一些問題那就是在剪叉結構合攏后的高度 h 小一點的情形下（即a角?。?，液壓缸的推進力的需求會大幅度增長。但液壓缸的最大作業(yè)壓力是不變的，這讓液壓缸的直徑的尺寸只能相應變大，結果在合攏后的剪叉結構中很難放置；當然也可以使用兩個尺寸小一點的液壓缸代替一個大尺寸的液壓缸，不過這會增添一些鋼鐵底座，同時增加了加工、裝配和液壓系統(tǒng)的繁瑣程度，成本也會上漲。 對于如何解決上面提出的疑問，我們可以嘗試使用第一種設計方法，去運算一下該方法的有關數據最后再拿兩者進行比對。 如 2-8 圖所示： 圖 2-8 液壓缸布置在右側 在這里使用上面的瞬時速度中心法來算出活塞的活動速率。其中桿 FD 上 D、A 點的運動瞬間中心為 F，D、A 的快慢為： VD = 2wl VA = w(l + a) 式中：w為桿 FD 的角速度， l, a 分別是 BF 和 AB 長。平臺起落速度： （2-17） （2-18） A 點的運動速度： vy = vD cosa= 2wl cosa  （2-19） 活塞運動速度： v = (l + a)vy A 2l cosa  （2-20） 式中： v = vA cos b= (l + a) sin(q+a) 2l cosa  （2-21） a= sin -1 h ，q= tan -1 2l (l + a) sina L - (l + a) cosa 其中，h 是起落臺上下臺板之間的距離，a是桿 FB 與臺板 FC 之間的夾角，b是液壓缸與臺板 FC 之間的夾角。 依據虛位移原理有： 由圖分析可得： 經變分后： S（Fixdxi + Fixdyi + Fixdzi ) = 0 - Pxdxp + PydyP -Wdyw = 0 Px = P cosa，Py = P sina xP = (l + a) cosa, yP = (l + a) sina, yW dxP = -(l + a) sinada dyP = (l + a) cosada  = 2l sina  （2-22） （2-23） dyW = 2l cosada （2-25） 代入式（2-22），整理后得活塞推進力： P = 2l cosa W (l + a) sin(q+a)  （2-26） 其中（2-21）與（2-26）的準確我們能夠用機械能守恒原理來證實，即 vP = vyW  （2-28） 將公式（2-26）與公式（2-16）舉行對比，很明確當l, a,q,a,W , vy 一樣的情況下，液壓缸放置在右邊的推進力比放在液壓缸左邊時小一點；而對公式（2-21）和公式（2-15） 進行對比，可以發(fā)覺液壓缸放在右邊的活塞的速度比液壓缸放在左邊時高。由此可知，活塞的推進力和速度是成反比的。 所以如果液壓缸放置在剪叉結構的右邊，這會讓液壓缸的活塞推進力變小，同時產生的問題是液壓缸的有用行進距離會很長，若平臺上升范疇較小，液壓缸有用行進距離的增長也同樣是很小的。 2.6.2 兩種放置方法的驗證計算 經過上面的分析運算，我們可以再通過案例來舉行驗證，案例的結構簡圖如下圖所示， 其中下面兩邊各自是兩種放置情形。 圖 2-9 案例結構簡圖 剪叉機構的結構尺寸： h=400~1 200mm, l =2 000mm, a =535mm, e =770mm, f =3210mm.兩種放置方法主要參數計算結果如下表所示： 表 2-3 兩種放置方法的主要參數 參數 放置在左面 放置在右面 桿FD傾角a 液壓缸傾角q sin -1 h 2l tan-1  (l + a) sina sin -1 h 2l tan-1  (l + a) sina (l - a) cosa- e f - (l - a) cosa 起始角a0 5.739 5.739 起始角q0 20.236 20.236 起始活塞速度v0 0.185vy 0.279vy 起始活塞推進力P0 5.42W 3.58W 終止角amax 17.458 17.458 終止角qmax 50.473 22.262 活塞有效行程L / mm 253 365 經過我們對表中的數字進行對比，液壓缸的放置方法對其運動數據和動力數據產生很大的影響。當起始角為a0 、q0 ，活塞的推進力為 P0 。在平臺負荷 W 都一樣的情形下，液 壓缸放置在右邊的推進力顯然小于放置在左邊的情形，兩者之間的比率為 0.66，另外液壓缸放置在右邊時活塞的有用行進距離L 比放置在左邊增長了112mm。如果負載不是很大（即負載小于 1.5 kN），那么可以思量在左邊放置，因為這會縮小液壓缸的伸長尺寸。因為如果伸長量過大的話，不但空耗原料，而且由于長久遭受負荷能增加液壓缸及活塞部位的彎曲應力。所以綜上所述，我們可以先考慮把液壓缸放置在左邊的方案。另外為了補償速度 的不夠和縮小起落臺的整個體積，我們可以商討使用兩級支撐桿一起提升平臺來實現足夠速度的目標。如圖 2-10 所示： 圖 2-10 機構各項參數 其轉變進程如 2-11 所示,把兩條支撐桿的右邊部位折疊到左邊，這樣變成四條尺寸短小的支撐桿，這樣我們的目的就到達了。當然，在我們折疊的過程中，我們也要注意到鉸接的問題。因為這樣折疊會要求支撐桿更高的強度和需要鉸接的更加的牢固。 圖 2-11 參數轉化過程 最后，我們必須計算這個計劃中使用到的液壓缸的數據，然后依照所獲得的數據來檢驗該計劃是否可以。 為了使起落臺的運用規(guī)模廣闊，負載更有一般性。本次設計首先建立了一個汽車模型。其相關參數為：車輛重量 1.5T、寬度 1.42m、高度 1.4m、軸間距 2.4m。當然為了安全，要求起落臺在所有高度工作時都要進行自鎖。工作完成后，升降臺可以以相同的速度或緩慢的速度下降，當然在空載時可以快速降落。我們將在下邊繼續(xù)探索。 另外因為維修人員要在起落臺的底部進行修理，為了保證他們的安全，我們要注意起落臺的起落距離，給維修人員一個站立的空間。對此我們可以選用兩座升降機一起提升， 并使用共同的踏板來滿足需要。但這種布置要 2 個液壓缸和 16 個支撐桿。所以考慮到它的安全性，我們假設它的總體裝載量一共是W總 = 2t ′1000 ′ 9.8 = 19600N ，那么均勻下來一 個起落臺的裝載量為W = W總 / 2 = 9800N 。因為這樣均勻下來一個液壓缸承擔的平臺負荷 為 9800N，所以采取左邊放置液壓缸是合適的[7]。 3 液壓傳動系統(tǒng)的設計 3.1 傳動系統(tǒng)計劃方案 眾所周知，傳動系統(tǒng)要讓升降臺能夠進行平穩(wěn)的運行、停留以及當出現過載時能夠保護人員的安全。所以我們在設計時要能夠明白產品的要求然后去進行設計，下面列出一些本文的基本設計要求[8]： （1）總體情況：我們設計的系統(tǒng)主要是需要滿足提升小型設備的動力需求，此外要方便維修，體積也要小一點。 （2）設計時要考慮它的傳動速度，不能太快，另外要考慮它的沖擊力。 （3）我們設計的是載重為 2 噸的升降臺，提升高度為 2 米； （4）平臺在運行時不能出現傾斜或搖晃； （5）為了實現平臺的安全可靠，我們對其實行人工控制； （6）我們設計的平臺的作業(yè)環(huán)境是在平整的室內和室外，不能在沙地或者高低不平的地方工作； （7）價格便宜，移動方便； 3.2 液壓系統(tǒng)的基本設計 3.2.1 液壓執(zhí)行元件 現在市場上實現升降臺的上升下降基本都是靠液壓缸和液壓泵來一起提供動力。但是這兩者還是有差別的，下面作一些簡單舉例： 表 3-1 液壓執(zhí)行元件特點 名字 結構 使用說明 單作用液壓缸 不對稱 單向運動，反向要靠外力 雙活塞桿液壓缸 雙向運動 頭部或尾部 兩活塞同時向相反方向 運動，輸出速度和力相當 頭部法蘭型裝配時，受 法蘭型液壓缸 法蘭型安裝 拉力較大，反之相反 齒輪泵 制造方便，工作可靠 用于一般機械 葉片泵 徑向載荷小，噪聲低流量脈動小 通過插入轉子槽內的葉片間容積變化完成泵的作用 螺桿泵 不能變量，無流量脈動 利用螺桿槽內容積的移動產生泵作用 由于本次設計只要平臺做直線回轉運動，所以可以使用齒輪泵或雙活塞桿液壓缸。此外本次設計還要用到擴程機構，常見的擴程機構有兩種，如圖 3-1 所示： (a) (b) 圖 3-1 擴程機構 它們能夠讓速度增加，使運行更加的平穩(wěn)。所以，本次設計中可能會用到這種機構。 3.2.2 液壓缸的選擇 為了滿足各種機械的不同用途，液壓缸也變的種類繁多，根據上面計算的平臺要求， 我們選擇雙活塞桿液壓缸[9]。 其特點：雙作用液壓缸的往復運動由液壓來實現，它兩端都有活塞桿伸出，左右兩腔面積相等。 3.2.3 液壓缸的安裝 根據需要，我們在實際工作當中要選擇合適的液壓缸，在這里我們選擇的是尾部耳環(huán)型，其特點是液壓缸在垂直面內可以晃動，裝配時，活塞桿受彎曲作用較大。 3.2.4 缸體和缸蓋的連接 根據需要，缸體和缸蓋的連接采用法蘭連接。 3.2.5 液壓傳動系統(tǒng)的運動回路 現代裝置所用的液壓傳動系統(tǒng)雖然龐大，但還是由一些基本回路構成，我們此次設計也不例外。其中我們用換向閥來決定液壓系統(tǒng)的方向，用控制閥來決定傳動系統(tǒng)的通斷， 用節(jié)流閥來調節(jié)。我們也可以改變他的工作介質的循環(huán)方式等等。我們液壓系統(tǒng)設計的目標是使升降臺能夠穩(wěn)定運行，并且能夠在一定高度自鎖。 3.2.6 液壓源系統(tǒng) 液壓源系統(tǒng)的核心是液壓泵，而液壓泵是液壓系統(tǒng)中的能量轉換構件。它能夠把機械能轉換為液壓能。此外我們在給液壓泵供油時，要盡量保證和系統(tǒng)本身需要的油量一樣， 如果產生多的可經過溢流閥回到油箱。當然最好還能夠裝一個油液凈化裝置來減少油液中的雜質。 3.3 液壓系統(tǒng)的主要參數 通過學過的知識可以明白液壓執(zhí)行構件在作業(yè)中的速度和載荷決定了傳動系統(tǒng)的壓力和流量。 3.3.1 載荷的分析運算 最開始，本文要確定什么時候傳動系統(tǒng)會去承受最大的工作載荷，根據前文對液壓缸放置方法的分析，我們知道液壓缸和地平面夾角q最小時，即a最小時，此時傳動系統(tǒng)要承受最大的載荷。因為我們上面假設的軸距是 2.4m，所以我們選支撐桿每根長 2.1m。當 升降臺降到最低時（這時支撐桿和地面夾角a=a ）a = 5° ，依照上面式子 0 q= tan -1[l + a tana] l - a 圖 3-2 為支撐桿和地面夾角是5° 時的機構參數： 0 0 q = 9.9°  （3-1） 圖 3-2 機構參數 暫時我們還不知道a值是多少，但是a值肯定小于l / 2 ，因為桿長為l 。我們設a= l / 3， 依照活塞推力和平臺載荷的關聯式： P = 2l cosa W asin(q+a) + l sin(q-a)  （3-2） 算出 P=11.6W。如果a= l / 4 ，P=13.3W。經過對比，a= l / 3 時，活塞的推進力 P 比 a= l / 4 時小。所以我們可以得出結論a和 P 成反比。但顧慮到液壓缸與桿的連接點 B 不能和 A 太靠近，因為會產生應力集中。所以，選a= l / 3。我們把a= l / 3 代入公式算出。 P = 6 cosa sin(q+a) + 3sin(q-a) W , tanq= 2 tana （3-3） 0 綜上所述a = 5° 時，傳動系統(tǒng)的載重 P 最大，P=11.6W=11.6′9800=113680N。以下我們依照載重來選擇適合的液壓缸。 下圖是一個液壓傳動系統(tǒng)計算圖： 圖 3-3 液壓傳動系統(tǒng) 其中： Fa ：因速度變動產生的慣性力 Ff ：導軌上的摩擦力 Fg ：受到的切削力和擠壓力 FW : 活塞桿上的外載荷 Fm : 活塞和缸壁，活塞桿和導向套之間的密封阻力 （1）工作載荷 Fg 我們知道的工作載荷有活塞桿的重力、受到的壓力等等。但是我們設計時，因為載重較重，其自身的重力就不用計算了。我們要算的就是切削力和擠壓力，如圖 3-3 中，Fg =P。因為我們在上文中假設的重量為 2 噸，所以液壓缸 Fg =P=113680N。 （2）導軌上的摩擦力 Ff 因為我們的液壓缸有專門的活塞導軌去固定它，所以導軌摩擦不用計算，所以 Ff =0。 （3）慣性載荷 Fa Dv ——速度變化量 m/s F = ma ， a = Dv a Dt  （3-4） Dt ——起動或制動時間，單位 s。通常Dt =0.1~0.5s，對輕負重低運動物件取小值，相反取大值。 假設其速度變化量Dv =0.16m/s， Dt =0.6s，則 a = Dv = 0.16 =0.27 m / s2 ， F = ma =2t/2′0.27=270N Dt 0.6 a 經過上面的計算，我們通常把上面三種之和為液壓缸的外載荷 Fw Fw = Fg + Ff + Fa 代入數值得 Fw =113680+0+270=113950N  （3-5） 其中起動加速時穩(wěn)態(tài)運動時減速制動時 Fw = Fg + Ff + Fa Fw = Fg + Ff Fw = Fg + Ff - Fa （3-6） (3-7) (3-8) 如果在工作中沒有工作載荷就取 0。但是我們在校核時，按最大值取。 算完外負荷 Fw ，我們還要計算液壓缸密封處的摩擦力 Fm ，但是因為密封材料和樣式都不一樣，所以我們只能對此進行估算，通常為 29 Fm = (1-hm )P 其中hm ——液壓缸的機械效率，我們取 0.95，那么值為： F = Fw = 113590 = 119568N (3-9) hm 0.95 3.3.2 選擇系統(tǒng)的工作壓力 我們在選擇壓力的時候要依照載荷的情形以及設備類型。故按下表我們初步選取 15Mpa。 表 3-2 機械常用的系統(tǒng)工作壓力 機床 種類 磨床 組合機床 龍門刨床 拉床  農業(yè)機器 小型工程機器建筑機器  重型機器 工作壓力/ MPa 0.8 ~ 0.2 3 ~ 5 2 ~ 8 8 ~ 10 10 ~ 18 20 ~ 32 3.3.3 液壓缸的主要結構尺寸 ⑴液壓缸的主要數據 液壓缸的主要設計參數： 圖 3-4 液壓缸設計參數 a 是活塞桿受壓狀況，b 是活塞桿受拉狀況?；钊麠U受壓 h F = Fw = p A - p A 活塞桿受拉 1 1 2 2 m （3-10） F = Fw = p A - p A h 1 2 2 1 m （3-11） 式中 A = P D 2 - -無桿腔活塞有用作業(yè)面積m2 1 4 A = P (D 2 - d 2 ) - -有桿腔活塞有用作業(yè)面積m2 1 4 P1 - -液壓缸工作腔壓力Pa P2 - -液壓缸回油腔壓力Pa，即背壓力 D - -活塞直徑m d - -活塞桿直徑m 系統(tǒng)類型 表 3-3 執(zhí)行元件背壓力 背壓力MPa 簡單輕載節(jié)流調速系統(tǒng) 回油帶調速閥系統(tǒng)回油路有背壓閥系統(tǒng)有補油泵的閉式回路 回油路較復雜的工程機械 0.2 ~ 0.5 0.4 ~ 0.6 0.5 ~ 1.5 0.8 ~ 1.5 1.2 ~ 3 回油路短，直接回油箱 0 我們取背壓力值 P2 = 0.2Mpa 通常液壓缸在收壓狀況下作業(yè)，活塞面積是： A = F + p2 A1 p 1 1 （3-12） 而在我們這次設計中，不存在受拉情況。 我們還可以用此公式來算活塞兩側有效面積 A1 和 A2 的聯系，或者 d 和 D 的聯系，讓桿徑比F =d/D，其比值可在下表中選擇： 表 3-4 按工作壓力選取 d/D 工作壓力MPa d / D ￡ 5.0 0.5 ~ 0.53 5.0 ~ 7.0 0.62 ~ 0.7 3 7.0 0.7 表 3-5 按速度比要求確定 d/D F（v2 / v1 ) d / D 1.25 0.4 1.33 0.5 1.46 0.55 0.161 0.62 2 0.71 注：速度比 F = A1 A2 D2 = D2 - d 2  （3-13） 我們嘗試選取 d/D=0.7，那么對應的F =2，因為活塞不用承受拉力，所以適當提高速度是完全合適的。 運用直徑求法公式 計算得 D = D = = 101.1mm  （3-14） 同理可得 d=71.8mm。此外我們要對液壓缸直徑 D 與活塞桿直徑 d 按國標進行圓整， 如果和國標接近，我們就選擇國產液壓缸，這樣節(jié)省時間去自己設計。最后根據機械手冊選取圓整后的數據：缸徑 100mm，活塞桿 70mm,速度比F =2，工作壓力 16Mpa，推力 125.66kN[10]。 3.3.4 液壓泵的參數 (1)液壓泵在作業(yè)時的最大瞬時壓力： pp 3 p1 + ? Dp 其中 p1 ——液壓缸作業(yè)時的最大瞬時壓力依照 Pa (3-15) h F = FW = p A - p A 我們能夠算出 1 1 2 2 m (3-16) 1 p = F + 0.2 A2 = 15.3MPa A1 ? Dp ——從流出的地方到流進的地方之間的液壓缸的總壓力損失。我們在開始時可照經驗選擇：管道簡易、流速較緩的取 0.2~0.5Mpa；管道繁雜但有調速閥的，取 0.5~1.5 Mpa。 我們最終選擇 0.5Mpa。即 pp 3 15.3 + 0.5 = 15.8MPa (2)液壓泵的流量QP QP 3 KQmax K - -泄漏系數，通常取1.1 ~ 1.3, 我們取1.2 m3 / s (3-17) Qmax ——液壓缸的最大流量，如果