剪叉式物流液壓升降臺(tái)的設(shè)計(jì)含6張CAD圖.zip
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剪叉式物流液壓升降臺(tái)的設(shè)計(jì)
SCISSOR-TYPE LOGISTICS HYDRAULIC LIFT PLATFORM DESIGN
摘要
當(dāng)人們進(jìn)入到 21 世紀(jì)，隨著民航、汽車、交通、冶金、制造等領(lǐng)域的發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域的維修行業(yè)也隨之蓬勃成長(zhǎng)，對(duì)于各種升降臺(tái)的要求也變得越來(lái)越高。而剪叉式升降臺(tái)由于具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，承載力大，操縱方便等特點(diǎn)，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(shè)計(jì)了剪叉式物流液壓升降臺(tái)。
然而，當(dāng)前針對(duì)剪叉式液壓升降臺(tái)，特別是其起升機(jī)構(gòu)的學(xué)說(shuō)人們還沒(méi)能總結(jié)出一整套完整的要領(lǐng)，這使得設(shè)計(jì)人員只能依靠經(jīng)驗(yàn)去進(jìn)行設(shè)計(jì)。而這在很大程度上限制了升降機(jī)的發(fā)展。除此之外，人們對(duì)于剪叉式液壓升降機(jī)的安全要求也越來(lái)越高，而且現(xiàn)在升降臺(tái)的安全保證措施的范圍也涉及的很廣，包括升降機(jī)運(yùn)用前的籌備，提升時(shí)要當(dāng)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(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)主要采用泵傳動(dòng)和液壓缸傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)升降機(jī)的上升和下降工作， 而整個(gè)的液壓系統(tǒng)油路圖則由各種控制回路和液壓源構(gòu)成，此外設(shè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也要盡可能的簡(jiǎn)單。除此以外，為了能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行必要的檢測(cè)，可以在回路中安裝一些檢測(cè)元件。
關(guān)鍵詞 液壓；剪叉式；升降機(jī)
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(tái)的簡(jiǎn)介 1
1.2 升降機(jī)的研究現(xiàn)狀 1
1.2.1 升降機(jī)的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 1
1.2.2 升降機(jī)的國(guó)外研究現(xiàn)狀 2
1.3 升降機(jī)的安全保障措施 2
1.3.1 設(shè)計(jì)制作的安全保障 2
1.3.2 使用維護(hù)方面的安全保障 2
2 剪叉式升降臺(tái)的分析 4
2.1 剪叉式升降臺(tái)的結(jié)構(gòu) 4
2.2 升降臺(tái)位置參數(shù)計(jì)算 5
2.3 升降臺(tái)動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 6
2.4 升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)的注意點(diǎn) 7
2.5 一些針對(duì)性實(shí)例 8
2.6 升降臺(tái)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(yàn)證計(jì)算 13
3 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 16
3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)計(jì)劃方案 16
3.2 液壓系統(tǒng)基本設(shè)計(jì) 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(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)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(shù) 18
3.3.1 載荷的分析計(jì)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(jié)構(gòu)尺寸 20
3.3.4 液壓泵的參數(shù) 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(jié)構(gòu)和技術(shù) 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(jì)算 26
3.4.6 液壓系統(tǒng)原理圖 26
4 臺(tái)板與叉桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 29
4.1 叉桿的結(jié)構(gòu)材料及尺寸 29
4.2 橫軸的選取 33
結(jié)論 35
致謝 36
參考文獻(xiàn) 37
1 緒論
現(xiàn)在剪叉式升降臺(tái)重點(diǎn)是用在搬運(yùn)、舉升、裝卸等物流作業(yè)，因此它的應(yīng)用場(chǎng)合十分的廣泛，例如倉(cāng)庫(kù)、車站、機(jī)場(chǎng)、碼頭、廠房等等。另外升降臺(tái)的歷史也是十分的悠久， 下面就從升降臺(tái)的出現(xiàn)、成長(zhǎng)以及安全等方向作一下簡(jiǎn)介。
1.1 升降臺(tái)的簡(jiǎn)介
人們對(duì)筆直輸送的要求其實(shí)與人的文化同樣長(zhǎng)遠(yuǎn)，早前的起落臺(tái)是通過(guò)運(yùn)用水力、人力和畜力來(lái)運(yùn)輸。這樣一直到產(chǎn)業(yè)革命，起落臺(tái)一向都是用這些動(dòng)力方法。至于說(shuō)當(dāng)代的起落臺(tái)則是蒸汽機(jī)被創(chuàng)造出來(lái)后的產(chǎn)品。
剪叉式升降臺(tái)可根據(jù)其運(yùn)動(dòng)分成牽引式、固定式和自推進(jìn)式。如果升降臺(tái)的升降部位采取剪叉機(jī)構(gòu)，那么在將重物舉起后，可以保證其具有高穩(wěn)定性、較強(qiáng)的承接能力和寬廣的工作平臺(tái)。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(shí)工作，而這大大提高了工作效率。
剪叉式起落臺(tái)現(xiàn)在發(fā)展的非常靈活，它不僅可以移動(dòng)，而且每當(dāng)施工條件變化時(shí)，它的驅(qū)動(dòng)方式也可以進(jìn)行手動(dòng)變化。此外由于它擁有手動(dòng)控制設(shè)置，這使得它能夠在停電時(shí)照常進(jìn)行作業(yè)。
具體而言，剪叉式升降臺(tái)擁有以下幾個(gè)特征：
（1）升降平臺(tái)垂直上下移動(dòng)，此外，還可加裝伸縮平臺(tái)，在平臺(tái)高度不夠時(shí)延伸至所需位置。
（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，平臺(tái)的承載能力強(qiáng)大，操作方便。
（3）升降平臺(tái)的制造成本低，制造簡(jiǎn)單。
（4）易于維修且安裝十分的方便。
有人說(shuō)，對(duì)于物流行業(yè)和其他需要高空連續(xù)作業(yè)的企業(yè)來(lái)說(shuō)，升降機(jī)是一項(xiàng)重要的投資，因?yàn)樗兄捌渲匾挠锰?，更有甚者能直接影響公司業(yè)務(wù)的興衰。
1.2 升降機(jī)的研究現(xiàn)狀
1.2.1 升降機(jī)的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
目前，本國(guó)的剪叉式升降臺(tái)大都是基于仿照，就是照著別人的樣品來(lái)設(shè)計(jì)出產(chǎn)自己的升降機(jī)。我們的公司基本上都沒(méi)有自己的最新設(shè)計(jì)理念，因此對(duì)于如何改善升降平臺(tái)至今在行業(yè)內(nèi)還沒(méi)有達(dá)成共識(shí)。在設(shè)計(jì)起落平臺(tái)時(shí)，設(shè)計(jì)師們經(jīng)常采用的是拉深或類推這種最傳統(tǒng)的方式。計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)中也沒(méi)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(shè)計(jì)周期和設(shè)計(jì)工時(shí)比外國(guó)長(zhǎng)，但設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品卻沒(méi)有別人好， 我們的產(chǎn)品機(jī)械性能比較低，重量比較重，成本還高。當(dāng)然隨著我國(guó)國(guó)內(nèi)升降臺(tái)的需求的增加，人們對(duì)其也是更加重視。目前在市面上，剪叉式升降臺(tái)的升起高度主要在 4m 到 18m
9
之間，負(fù)載也在 300kg 到 1000kg 之間[1]。
1.2.2 升降機(jī)的國(guó)外研究現(xiàn)狀
目前國(guó)外的科研人員專家學(xué)者主要都在研究剪叉式升降臺(tái)的構(gòu)造創(chuàng)新。根據(jù)剪叉式升降機(jī)的特征，哈希姆提出了剪叉臂平行并聯(lián)的構(gòu)造。因?yàn)橐郧暗纳蹬_(tái)的串聯(lián)連接會(huì)限定作業(yè)面積的增長(zhǎng)，而并聯(lián)連接的話，首先它的作業(yè)面積會(huì)變大，其次它的安穩(wěn)特性也會(huì)得到加強(qiáng)。此外 C. Gantes 針對(duì)雙層剪叉臂舉升組織設(shè)計(jì)出了一個(gè)全新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算規(guī)范。這個(gè)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)會(huì)大大優(yōu)化目前的計(jì)算系統(tǒng)[2]。
1.3 升降機(jī)的安全保障措施
今天人們對(duì)于生命是越來(lái)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(guān)注。剪叉式液壓升降臺(tái)也不例外，因?yàn)楫?dāng)升降臺(tái)上升時(shí)，有人需要在他的下方工作，而且升降臺(tái)上面的人的安全也需要得到保障。而我們目前的起落臺(tái)的機(jī)械機(jī)構(gòu)一般都由臂架，底盤和工作臺(tái)三部分構(gòu)成。那么如何在制造各部分的時(shí)候保證它們的質(zhì)量成為了我們目前首要的問(wèn)題。當(dāng)然，日常使用時(shí)也要注意它們的維護(hù)保養(yǎng)，畢竟現(xiàn)在的大部分安全事故都不是質(zhì)量問(wèn)題造成的，而是因?yàn)槭褂貌灰?guī)范造成的。
1.3.1 設(shè)計(jì)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(qiáng)度。此外底盤的下滾輪的計(jì)算行程要比它的實(shí)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(qiáng)度外，還要保證它的活動(dòng)范圍，另外在壁板上要安裝足夠的定位孔。工作臺(tái)的安全除了它本身的材料問(wèn)題外，還要設(shè)置防翻板，安全邊，滾輪軌道，鉸耳，面板等。當(dāng)然除了這些之外，還有一些升降機(jī)普遍的安全措施需要注意：
（1）無(wú)論是在上升還是下降過(guò)程中，升降機(jī)都要能承受的起過(guò)載試驗(yàn)，一般為超載
25%，而此時(shí)其部件不可有任何永久的扭曲和破損。
（2）所有的主控機(jī)構(gòu)都要上雙保障，即所有的主控機(jī)構(gòu)都要按兩個(gè)按鈕才能運(yùn)行。
（3）要保證在升降臺(tái)的某個(gè)零件損壞時(shí)，不會(huì)影響到整個(gè)升降臺(tái)的上升或下降，以免造成升降機(jī)下墜。
（4）所有的繩索，鏈條都要有足夠的強(qiáng)度，以防止斷裂。
（5）升降臺(tái)要有安全防墜系統(tǒng)，以防止系統(tǒng)損壞后升降機(jī)墜落。
（6）電氣系統(tǒng)的安全也要保證，比如用來(lái)驅(qū)動(dòng)油泵的電動(dòng)機(jī)，要用斷路開(kāi)關(guān)，限位開(kāi)關(guān)，熱繼電器串聯(lián)來(lái)保護(hù)[3]。
1.3.2 使用維護(hù)方面的安全保障
近年來(lái)由于我國(guó)的剪叉式液壓升降臺(tái)的使用管理的不到位，比如忽視安全要求，超載使用，導(dǎo)致了全國(guó)各地已經(jīng)有多起升降臺(tái)的安全事故發(fā)生，為此，我們一定要重視升降臺(tái)
的安全問(wèn)題。所以當(dāng)我們購(gòu)買了安全的剪叉式液壓升降臺(tái)后，我們要去仔細(xì)閱讀說(shuō)明書中的各項(xiàng)安全注意事項(xiàng)并去落實(shí)執(zhí)行。這樣在操作升降臺(tái)時(shí)，我們的人身安全才有保障。下面是幾條注意事項(xiàng)需要我們?nèi)ダ斡洝?
（1）首先，我們應(yīng)該購(gòu)買質(zhì)量?jī)?yōu)異的升降臺(tái)，同時(shí)，在購(gòu)買的時(shí)候要注意對(duì)方的證件是否齊全，不要買到假貨。
（2）其次，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有升降臺(tái)有損壞是，要及時(shí)找正規(guī)廠家報(bào)修，以免使用損壞的升降臺(tái)而導(dǎo)致出現(xiàn)人員傷亡。
（3）每個(gè)升降臺(tái)都有其額定載荷，所以在裝載時(shí)不得超載，同時(shí)還要注意一種情況， 就是不得出現(xiàn)偏載現(xiàn)象，就是總體上重量沒(méi)有超過(guò)，但是某一條舉升臂的負(fù)重量超過(guò)了。
（4）當(dāng)剪叉式液壓上講臺(tái)使用時(shí)，升降臺(tái)上面的人員和周圍人員要注意安全，無(wú)關(guān)人員要遠(yuǎn)離，以免出現(xiàn)誤傷。
（5）安置和駕駛升降臺(tái)都要有專業(yè)人員來(lái)操作。
（6）升降臺(tái)下降前，要把升降臺(tái)下面的器材及其它裝備全部拿走，同時(shí)還必需打開(kāi)鎖緊設(shè)置。
總而言之，安全問(wèn)題不容小覷，我們要時(shí)刻注意到這點(diǎn)。否則等到出現(xiàn)人員傷亡時(shí)， 則悔之晚矣。
2 剪叉式升降臺(tái)的分析
2.1 剪叉式升降臺(tái)的結(jié)構(gòu)
本章主要是研究剪叉式起落平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)特性，并探討設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題，還有就是講述一下剪叉式升降平臺(tái)的構(gòu)造和運(yùn)用。眾所周知，液壓起降平臺(tái)是把人或貨品提升到相對(duì)高度的提升裝置，主要用來(lái)人的爬升下降和垂直輸送物品。根據(jù)升降機(jī)構(gòu)的類型，起落臺(tái)可分為
4 種。即剪叉式起落平臺(tái)、桁架式起落平臺(tái)、多級(jí)液壓缸垂直起落平臺(tái)和懸臂起落平臺(tái)。然而由于剪叉式升降臺(tái)擁有使用方便等優(yōu)異特性，因而在現(xiàn)實(shí)生活中擁有了廣泛的運(yùn)用。
剪叉式升降機(jī)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(lái)提升動(dòng)力。它主要由底盤，臂架和承載平臺(tái)構(gòu)成。當(dāng)然由于我們?cè)O(shè)計(jì)的剪叉式升降臺(tái)是在家庭中使用，所以只需要設(shè)計(jì)小型的即可。因此在設(shè)計(jì)氣液剪叉式起落平臺(tái)時(shí)，我們通常會(huì)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
上面顯示的是氣液剪叉式起落臺(tái)的三種構(gòu)造。在兩個(gè)桿的中點(diǎn) E 上鉸接等長(zhǎng)的兩個(gè)支撐桿 AB 和 MN。其中 AB 桿的 A 端接于機(jī)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(jī)架的導(dǎo)向槽內(nèi)移動(dòng)。至于說(shuō)它們的區(qū)別在于液壓缸安裝的地方不一樣。
a 中的驅(qū)動(dòng)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(guò)驅(qū)動(dòng)活塞桿向上運(yùn)動(dòng)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(guò)液壓缸提供的動(dòng)力來(lái)使平臺(tái)垂直起降。
c 中的液壓缸的尾部在 G 處與機(jī)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(guò)液壓缸提供的動(dòng)力來(lái)使平臺(tái)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(jī)構(gòu)， 把圖 b 叫做固定水平剪叉式，把圖 c 叫做雙鉸接剪叉式機(jī)構(gòu)。
其中固定直立剪叉機(jī)構(gòu)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(huì)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(duì)其使用的也很少。
而雙鉸接剪叉式機(jī)構(gòu)就沒(méi)有以上的不好之處。首先它本身?yè)碛羞m合的結(jié)構(gòu)，而且上面的平臺(tái)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(jī)構(gòu)。
2.2 升降臺(tái)位置參數(shù)運(yùn)算
圖 2-2 為位置參數(shù)示意圖[4]：
圖 2-2 位置參數(shù)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(tái)的高度C - -任意位置時(shí)F到G的間隔L - -支撐桿的長(zhǎng)度；
l - -固定點(diǎn)A到F的間隔；
(T 2 + C 2 - l 2 ) 2TC
（2-2）
T - -機(jī)架長(zhǎng)度（A到G點(diǎn)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(shè)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(tái)的初始高度；
C0 - -液壓缸的初始長(zhǎng)度。
圖 2-3 是起落臺(tái)的參數(shù)運(yùn)算圖：
圖 2-3 運(yùn)動(dòng)參數(shù)示意圖
圖中，VF 代表了 F 點(diǎn)的絕對(duì)速度；VB 代表了 B 點(diǎn)的絕對(duì)速度；w1 則代表了支撐桿 AB
的速度；
此外V1 是活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)的均勻相對(duì)速度；V2 是升降平臺(tái)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(duì)平均運(yùn)動(dòng)速度
V2 - -升降平臺(tái)升降速度；
a- -支撐桿與水平線的夾角。
2.3 升降臺(tái)動(dòng)力參數(shù)運(yùn)算
圖 2-4 是起落臺(tái)動(dòng)力參數(shù)圖，其中 P 點(diǎn)表示的是在活塞桿上由液壓缸產(chǎn)生的推力。Q 則代表了起落臺(tái)所經(jīng)受的重力載荷。最后進(jìn)行分析并對(duì)此進(jìn)行計(jì)算可以得出：
圖 2-4 動(dòng)力參數(shù)示意圖
升降平臺(tái)上升時(shí)
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(tái)下降時(shí)
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(tái)所承受的重力載荷
f - -滾動(dòng)摩擦系數(shù)；
b - -Q的作用線到M的水平距離。
因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)輪與導(dǎo)向槽之間是滾動(dòng)摩擦，所以為了讓運(yùn)算簡(jiǎn)化，可以對(duì)其忽視，所以
（2-10）、（2-11）式可以簡(jiǎn)化為：
2.4 升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)的注意點(diǎn)
P = L cosa Q l sin(a+ b)
（2-12）
由前面的公式我們可以得到：當(dāng)a、b變大時(shí)，V2 /V1 值隨之變?。划?dāng)a、b變小時(shí)， P/Q 值隨之變大。此外，當(dāng)a、b變小，P/Q 變大，如果液壓缸行進(jìn)距離沒(méi)有變化，升降臺(tái)起落距離反而能變?。坏且簤焊椎男谐淌芰蜁?huì)變大。所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)要學(xué)會(huì)去全面考量起落行程和液壓缸受力兩個(gè)要素。另外，在起落距離和總體機(jī)構(gòu)大小都達(dá)到的條件下，挑選較大的a、b開(kāi)始的值會(huì)好一點(diǎn)。此外，在全部結(jié)構(gòu)中，AB 桿是首要受力構(gòu)件， 遭受最大彎矩，所以我們要對(duì)它的強(qiáng)度和硬度著重校驗(yàn)[5]。
通常來(lái)說(shuō)，我們使用單作用活塞缸，因?yàn)槭褂眠@種氣缸是最省錢的，而且它的泄漏量
很小，密封件的使用時(shí)間也很長(zhǎng)。但是在沒(méi)有負(fù)荷的情況下，運(yùn)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(shí)的阻力。不然的話，可能起落平臺(tái)會(huì)墜下去。
除此之外，我們還要進(jìn)行一些其他的設(shè)計(jì)，比如抗搖擺設(shè)計(jì)，抗腐蝕設(shè)計(jì)。在進(jìn)行抗搖擺設(shè)計(jì)時(shí)，我們可以在起落平臺(tái)上安裝 4 個(gè)導(dǎo)向裝備，導(dǎo)向裝備可以沿導(dǎo)軌上下滑動(dòng)， 以防止平臺(tái)傾斜。在進(jìn)行抗腐蝕設(shè)計(jì)時(shí)，我們可以在平面上進(jìn)行涂層防腐，在一些零件上如滾輪，可以進(jìn)行鍍層防腐。
另外還有幾點(diǎn)也要注意：
（1）升降機(jī)上面的平板降到最低位置時(shí)，要盡量接近地面，為此，我們可以在確保機(jī)構(gòu)本身的強(qiáng)度和硬度的條件下，降低起落臺(tái)平板的高度。
（2）要選擇合適的傳動(dòng)方法，比如機(jī)械傳動(dòng)。因?yàn)闄C(jī)械傳動(dòng)雖然價(jià)格比較貴，需要用到的能量也多，但是勝在安全。而現(xiàn)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(zhì)量，我們挑選的鋼絲繩的鋼絲數(shù)量要多，這樣它的質(zhì)量才更好。
2.5 一些針對(duì)性實(shí)例
例如在某個(gè)工作車間內(nèi)，需要一起落臺(tái)，對(duì)于這個(gè)起落臺(tái)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(qiáng)承受負(fù)荷為 50kg。
基于這個(gè)需求，我們選用柱塞缸式液壓缸去作為輸出動(dòng)力。液壓缸剛開(kāi)始時(shí)的長(zhǎng)度
C0 =595mm，最大運(yùn)動(dòng)距離 Smax =320mm。起落臺(tái)的結(jié)構(gòu)尺寸：起落臺(tái)的最低高度
H 0 =281mm，機(jī)架的尺寸長(zhǎng)度為 T=1200，支撐桿的尺寸長(zhǎng)度 L=1230.5mm。
我們根據(jù)那個(gè)工作車間的要求，同時(shí)根據(jù)上面我們給出的公式，各自針對(duì)雙鉸接剪叉式以及固定水平剪叉式這兩種機(jī)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算。其結(jié)果如表 2-1、表 2-2 和統(tǒng)計(jì)圖所示。固定水平剪叉式結(jié)構(gòu)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(shí)際工作中液壓缸的行程，
T - -我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)架的長(zhǎng)短（A到G的間距）。滾動(dòng)摩擦不進(jìn)行計(jì)算。
具體數(shù)值參見(jiàn)表格。表 2-1 是雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)，表 2-2 是水平固定剪叉式。
表 2-1 雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)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(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)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(jīng)過(guò)計(jì)算，我們可以得出這樣的結(jié)論：在同樣的整體機(jī)構(gòu)大小、一樣的液壓缸前進(jìn)距離的條件下，在水平固定剪叉式機(jī)構(gòu)中，活塞桿上產(chǎn)生的最大推力 Pmax 要比在雙鉸接剪叉式機(jī)構(gòu)中的大；然而雙鉸接剪叉式機(jī)構(gòu)起落臺(tái)的最大前進(jìn)距離hmax 要比水平固定剪叉式機(jī)構(gòu)大。
另外因?yàn)槲覀兪褂昧穗p鉸接剪叉式機(jī)構(gòu)升降臺(tái)，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(dòng)雙鉸接剪叉式機(jī)構(gòu)起落平臺(tái)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(chǎng)合。
下圖是兩種計(jì)算結(jié)果之比。其中曲線 1 是表 2-1 計(jì)算結(jié)果，曲線 2 是表 2-2 計(jì)算結(jié)果。
圖 2-5 兩種結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果對(duì)比
2.6 升降臺(tái)的液壓缸放置
如上所述，我們已經(jīng)簡(jiǎn)略闡述了雙鉸接剪叉式起落臺(tái)結(jié)構(gòu)和其他兩種結(jié)構(gòu)的不同之處以及它們?cè)诂F(xiàn)實(shí)運(yùn)用中所存在的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，然而通過(guò)考量各個(gè)方面要求如雙鉸連接、支撐桿、起落臺(tái)等都不發(fā)生變動(dòng)的情形，是否可以將設(shè)計(jì)作更好的改善呢？
為了進(jìn)一步證實(shí)這個(gè)，我們可以討論將它的結(jié)構(gòu)方式改善，看能否得到更好的結(jié)果。先從直觀的角度進(jìn)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(dá)的那樣，液壓缸的末端鉸接在了右側(cè)支撐桿移動(dòng)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(jìn)行鉸連接。一般來(lái)說(shuō)，在現(xiàn)實(shí)生活中我們?cè)诓贾靡簤焊椎臅r(shí)候，經(jīng)常將它放置在右側(cè)，因?yàn)檫@樣的話，液壓缸的活塞的推進(jìn)力會(huì)小一點(diǎn)，而我們因而能夠選擇尺寸小一點(diǎn)的液壓缸，而這會(huì)讓液壓缸在機(jī)構(gòu)中的放置變的簡(jiǎn)單。但我們也可以嘗試一下另外一個(gè)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(jī)構(gòu)的固定支點(diǎn)在同一邊，對(duì)此我們?cè)賮?lái)探討一下。我們可以通過(guò)運(yùn)用瞬時(shí)速度中心法和虛位移原理，來(lái)計(jì)算出在使用這兩種放置方法的情況下，液壓缸活塞的運(yùn)動(dòng)速率與平臺(tái)起落速率的關(guān)聯(lián)式以及活塞的推進(jìn)力與平臺(tái)負(fù)荷的關(guān)聯(lián)式，然后就可以通過(guò)算出來(lái)的公式對(duì)這兩種放置方式進(jìn)行比較，得出它們各自的利弊點(diǎn)和運(yùn)用場(chǎng)所。最后可以根據(jù)升降臺(tái)剪叉機(jī)構(gòu)在現(xiàn)實(shí)中的例子對(duì)這兩種方式作最后的探討研究來(lái)得出合適的液壓缸的參數(shù)[6]。
2.6.1 兩種放置方法的分析和比較
在現(xiàn)實(shí)生活中，液壓缸在剪叉結(jié)構(gòu)中的放置要受到高度的束縛。根據(jù)相關(guān)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(cè)
19
液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)速度與平臺(tái)起落速度的關(guān)聯(lián)式
v =
活塞推進(jìn)力與平臺(tái)負(fù)荷的關(guān)聯(lián)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(xiàn)實(shí)生活中常用的液壓缸放置方法的基礎(chǔ)上的，即液壓缸下面的支撐點(diǎn)與剪叉結(jié)構(gòu)的固定支撐點(diǎn)在相同的一面，就如上圖顯示的那樣。這個(gè)放置方法的好處是液壓缸的有效行進(jìn)距離會(huì)短一點(diǎn)，而這使得它在平臺(tái)行進(jìn)距離大的場(chǎng)合會(huì)較為好用。當(dāng)然也留有一些問(wèn)題那就是在剪叉結(jié)構(gòu)合攏后的高度 h 小一點(diǎn)的情形下（即a角?。簤焊椎耐七M(jìn)力的需求會(huì)大幅度增長(zhǎng)。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(yīng)變大，結(jié)果在合攏后的剪叉結(jié)構(gòu)中很難放置；當(dāng)然也可以使用兩個(gè)尺寸小一點(diǎn)的液壓缸代替一個(gè)大尺寸的液壓缸，不過(guò)這會(huì)增添一些鋼鐵底座，同時(shí)增加了加工、裝配和液壓系統(tǒng)的繁瑣程度，成本也會(huì)上漲。
對(duì)于如何解決上面提出的疑問(wèn)，我們可以嘗試使用第一種設(shè)計(jì)方法，去運(yùn)算一下該方法的有關(guān)數(shù)據(jù)最后再拿兩者進(jìn)行比對(duì)。
如 2-8 圖所示：
圖 2-8 液壓缸布置在右側(cè)
在這里使用上面的瞬時(shí)速度中心法來(lái)算出活塞的活動(dòng)速率。其中桿 FD 上 D、A 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)。平臺(tái)起落速度：
（2-17）
（2-18）
A 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度：
vy = vD cosa= 2wl cosa
（2-19）
活塞運(yùn)動(dòng)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(tái)上下臺(tái)板之間的距離，a是桿 FB 與臺(tái)板 FC 之間的夾角，b是液壓缸與臺(tái)板 FC 之間的夾角。
依據(jù)虛位移原理有：
由圖分析可得：
經(jīng)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(jìn)力：
P = 2l cosa W
(l + a) sin(q+a)
（2-26）
其中（2-21）與（2-26）的準(zhǔn)確我們能夠用機(jī)械能守恒原理來(lái)證實(shí)，即
vP = vyW
（2-28）
將公式（2-26）與公式（2-16）舉行對(duì)比，很明確當(dāng)l, a,q,a,W , vy 一樣的情況下，液壓缸放置在右邊的推進(jìn)力比放在液壓缸左邊時(shí)小一點(diǎn)；而對(duì)公式（2-21）和公式（2-15） 進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)覺(jué)液壓缸放在右邊的活塞的速度比液壓缸放在左邊時(shí)高。由此可知，活塞的推進(jìn)力和速度是成反比的。
所以如果液壓缸放置在剪叉結(jié)構(gòu)的右邊，這會(huì)讓液壓缸的活塞推進(jìn)力變小，同時(shí)產(chǎn)生的問(wèn)題是液壓缸的有用行進(jìn)距離會(huì)很長(zhǎng)，若平臺(tái)上升范疇較小，液壓缸有用行進(jìn)距離的增長(zhǎng)也同樣是很小的。
2.6.2 兩種放置方法的驗(yàn)證計(jì)算
經(jīng)過(guò)上面的分析運(yùn)算，我們可以再通過(guò)案例來(lái)舉行驗(yàn)證，案例的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
剪叉機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)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(shù)計(jì)算結(jié)果如下表所示：
表 2-3 兩種放置方法的主要參數(shù)
參數(shù) 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(jìn)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(jīng)過(guò)我們對(duì)表中的數(shù)字進(jìn)行對(duì)比，液壓缸的放置方法對(duì)其運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和動(dòng)力數(shù)據(jù)產(chǎn)生很大的影響。當(dāng)起始角為a0 、q0 ，活塞的推進(jìn)力為 P0 。在平臺(tái)負(fù)荷 W 都一樣的情形下，液 壓缸放置在右邊的推進(jìn)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(shí)活塞的有用行進(jìn)距離L 比放置在左邊增長(zhǎng)了112mm。如果負(fù)載不是很大（即負(fù)載小于 1.5 kN），那么可以思量在左邊放置，因?yàn)檫@會(huì)縮小液壓缸的伸長(zhǎng)尺寸。因?yàn)槿绻扉L(zhǎng)量過(guò)大的話，不但空耗原料，而且由于長(zhǎng)久遭受負(fù)荷能增加液壓缸及活塞部位的彎曲應(yīng)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(bǔ)償速度
的不夠和縮小起落臺(tái)的整個(gè)體積，我們可以商討使用兩級(jí)支撐桿一起提升平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)足夠速度的目標(biāo)。如圖 2-10 所示：
圖 2-10 機(jī)構(gòu)各項(xiàng)參數(shù)
其轉(zhuǎn)變進(jìn)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(dá)了。當(dāng)然，在我們折疊的過(guò)程中，我們也要注意到鉸接的問(wèn)題。因?yàn)檫@樣折疊會(huì)要求支撐桿更高的強(qiáng)度和需要鉸接的更加的牢固。
圖 2-11 參數(shù)轉(zhuǎn)化過(guò)程
最后，我們必須計(jì)算這個(gè)計(jì)劃中使用到的液壓缸的數(shù)據(jù)，然后依照所獲得的數(shù)據(jù)來(lái)檢驗(yàn)該計(jì)劃是否可以。
為了使起落臺(tái)的運(yùn)用規(guī)模廣闊，負(fù)載更有一般性。本次設(shè)計(jì)首先建立了一個(gè)汽車模型。其相關(guān)參數(shù)為：車輛重量 1.5T、寬度 1.42m、高度 1.4m、軸間距 2.4m。當(dāng)然為了安全，要求起落臺(tái)在所有高度工作時(shí)都要進(jìn)行自鎖。工作完成后，升降臺(tái)可以以相同的速度或緩慢的速度下降，當(dāng)然在空載時(shí)可以快速降落。我們將在下邊繼續(xù)探索。
另外因?yàn)榫S修人員要在起落臺(tái)的底部進(jìn)行修理，為了保證他們的安全，我們要注意起落臺(tái)的起落距離，給維修人員一個(gè)站立的空間。對(duì)此我們可以選用兩座升降機(jī)一起提升， 并使用共同的踏板來(lái)滿足需要。但這種布置要 2 個(gè)液壓缸和 16 個(gè)支撐桿。所以考慮到它的安全性，我們假設(shè)它的總體裝載量一共是W總 = 2t ′1000 ′ 9.8 = 19600N ，那么均勻下來(lái)一
個(gè)起落臺(tái)的裝載量為W = W總 / 2 = 9800N 。因?yàn)檫@樣均勻下來(lái)一個(gè)液壓缸承擔(dān)的平臺(tái)負(fù)荷
為 9800N，所以采取左邊放置液壓缸是合適的[7]。
3 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)計(jì)劃方案
眾所周知，傳動(dòng)系統(tǒng)要讓升降臺(tái)能夠進(jìn)行平穩(wěn)的運(yùn)行、停留以及當(dāng)出現(xiàn)過(guò)載時(shí)能夠保護(hù)人員的安全。所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)要能夠明白產(chǎn)品的要求然后去進(jìn)行設(shè)計(jì)，下面列出一些本文的基本設(shè)計(jì)要求[8]：
（1）總體情況：我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要是需要滿足提升小型設(shè)備的動(dòng)力需求，此外要方便維修，體積也要小一點(diǎn)。
（2）設(shè)計(jì)時(shí)要考慮它的傳動(dòng)速度，不能太快，另外要考慮它的沖擊力。
（3）我們?cè)O(shè)計(jì)的是載重為 2 噸的升降臺(tái)，提升高度為 2 米；
（4）平臺(tái)在運(yùn)行時(shí)不能出現(xiàn)傾斜或搖晃；
（5）為了實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的安全可靠，我們對(duì)其實(shí)行人工控制；
（6）我們?cè)O(shè)計(jì)的平臺(tái)的作業(yè)環(huán)境是在平整的室內(nèi)和室外，不能在沙地或者高低不平的地方工作；
（7）價(jià)格便宜，移動(dòng)方便；
3.2 液壓系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)
3.2.1 液壓執(zhí)行元件
現(xiàn)在市場(chǎng)上實(shí)現(xiàn)升降臺(tái)的上升下降基本都是靠液壓缸和液壓泵來(lái)一起提供動(dòng)力。但是這兩者還是有差別的，下面作一些簡(jiǎn)單舉例：
表 3-1 液壓執(zhí)行元件特點(diǎn)
名字 結(jié)構(gòu) 使用說(shuō)明
單作用液壓缸 不對(duì)稱 單向運(yùn)動(dòng)，反向要靠外力
雙活塞桿液壓缸 雙向運(yùn)動(dòng)
頭部或尾部
兩活塞同時(shí)向相反方向 運(yùn)動(dòng)，輸出速度和力相當(dāng)
頭部法蘭型裝配時(shí)，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(jī)械
葉片泵
徑向載荷小，噪聲低流量脈動(dòng)小
通過(guò)插入轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的葉片間容積變化完成泵的作用
螺桿泵 不能變量，無(wú)流量脈動(dòng)
利用螺桿槽內(nèi)容積的移動(dòng)產(chǎn)生泵作用
由于本次設(shè)計(jì)只要平臺(tái)做直線回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以可以使用齒輪泵或雙活塞桿液壓缸。此外本次設(shè)計(jì)還要用到擴(kuò)程機(jī)構(gòu)，常見(jiàn)的擴(kuò)程機(jī)構(gòu)有兩種，如圖 3-1 所示：
(a) (b)
圖 3-1 擴(kuò)程機(jī)構(gòu)
它們能夠讓速度增加，使運(yùn)行更加的平穩(wěn)。所以，本次設(shè)計(jì)中可能會(huì)用到這種機(jī)構(gòu)。
3.2.2 液壓缸的選擇
為了滿足各種機(jī)械的不同用途，液壓缸也變的種類繁多，根據(jù)上面計(jì)算的平臺(tái)要求， 我們選擇雙活塞桿液壓缸[9]。
其特點(diǎn)：雙作用液壓缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)由液壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，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(jù)需要，我們?cè)趯?shí)際工作當(dāng)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(diǎn)是液壓缸在垂直面內(nèi)可以晃動(dòng)，裝配時(shí)，活塞桿受彎曲作用較大。
3.2.4 缸體和缸蓋的連接
根據(jù)需要，缸體和缸蓋的連接采用法蘭連接。
3.2.5 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)回路
現(xiàn)代裝置所用的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)雖然龐大，但還是由一些基本回路構(gòu)成，我們此次設(shè)計(jì)也不例外。其中我們用換向閥來(lái)決定液壓系統(tǒng)的方向，用控制閥來(lái)決定傳動(dòng)系統(tǒng)的通斷， 用節(jié)流閥來(lái)調(diào)節(jié)。我們也可以改變他的工作介質(zhì)的循環(huán)方式等等。我們液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是使升降臺(tái)能夠穩(wěn)定運(yùn)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(zhuǎn)換構(gòu)件。它能夠把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能。此外我們?cè)诮o液壓泵供油時(shí)，要盡量保證和系統(tǒng)本身需要的油量一樣， 如果產(chǎn)生多的可經(jīng)過(guò)溢流閥回到油箱。當(dāng)然最好還能夠裝一個(gè)油液凈化裝置來(lái)減少油液中的雜質(zhì)。
3.3 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)
通過(guò)學(xué)過(guò)的知識(shí)可以明白液壓執(zhí)行構(gòu)件在作業(yè)中的速度和載荷決定了傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力和流量。
3.3.1 載荷的分析運(yùn)算
最開(kāi)始，本文要確定什么時(shí)候傳動(dòng)系統(tǒng)會(huì)去承受最大的工作載荷，根據(jù)前文對(duì)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(shí)，即a最小時(shí)，此時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)要承受最大的載荷。因?yàn)槲覀兩厦婕僭O(shè)的軸距是 2.4m，所以我們選支撐桿每根長(zhǎng) 2.1m。當(dāng)
升降臺(tái)降到最低時(shí)（這時(shí)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(shí)的機(jī)構(gòu)參數(shù)：
0
0
q = 9.9°
（3-1）
圖 3-2 機(jī)構(gòu)參數(shù)
暫時(shí)我們還不知道a值是多少，但是a值肯定小于l / 2 ，因?yàn)闂U長(zhǎng)為l 。我們?cè)O(shè)a= l / 3， 依照活塞推力和平臺(tái)載荷的關(guān)聯(lián)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(jīng)過(guò)對(duì)比，a= l / 3 時(shí)，活塞的推進(jìn)力 P 比
a= l / 4 時(shí)小。所以我們可以得出結(jié)論a和 P 成反比。但顧慮到液壓缸與桿的連接點(diǎn) B 不能和 A 太靠近，因?yàn)闀?huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中。所以，選a= l / 3。我們把a(bǔ)= 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(shí)，傳動(dòng)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(lái)選擇適合的液壓缸。
下圖是一個(gè)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算圖：
圖 3-3 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)
其中： Fa ：因速度變動(dòng)產(chǎn)生的慣性力
Ff ：導(dǎo)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(dǎo)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?cè)O(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)檩d重較重，其自身的重力就不用計(jì)算了。我們要算的就是切削力和擠壓力，如圖 3-3 中，F(xiàn)g =P。因?yàn)槲覀冊(cè)谏衔闹屑僭O(shè)的重量為 2 噸，所以液壓缸 Fg =P=113680N。
（2）導(dǎo)軌上的摩擦力 Ff
因?yàn)槲覀兊囊簤焊子袑ｉT的活塞導(dǎo)軌去固定它，所以導(dǎo)軌摩擦不用計(jì)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(dòng)或制動(dòng)時(shí)間，單位 s。通常Dt =0.1~0.5s，對(duì)輕負(fù)重低運(yùn)動(dòng)物件取小值，相反取大值。
假設(shè)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(jīng)過(guò)上面的計(jì)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(shù)值得 Fw =113680+0+270=113950N
（3-5）
其中起動(dòng)加速時(shí)穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)減速制動(dòng)時(shí)
Fw = Fg + Ff + Fa Fw = Fg + Ff
Fw = Fg + Ff - Fa
（3-6）
(3-7)
(3-8)
如果在工作中沒(méi)有工作載荷就取 0。但是我們?cè)谛：藭r(shí)，按最大值取。
算完外負(fù)荷 Fw ，我們還要計(jì)算液壓缸密封處的摩擦力 Fm ，但是因?yàn)槊芊獠牧虾蜆邮蕉疾灰粯?，所以我們只能?duì)此進(jìn)行估算，通常為
29
Fm = (1-hm )P
其中hm ——液壓缸的機(jī)械效率，我們?nèi)?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?cè)谶x擇壓力的時(shí)候要依照載荷的情形以及設(shè)備類型。故按下表我們初步選取
15Mpa。
表 3-2 機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力
機(jī)床
種類
磨床 組合機(jī)床 龍門刨床 拉床
農(nóng)業(yè)機(jī)器
小型工程機(jī)器建筑機(jī)器
重型機(jī)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(jié)構(gòu)尺寸
⑴液壓缸的主要數(shù)據(jù)
液壓缸的主要設(shè)計(jì)參數(shù)：
圖 3-4 液壓缸設(shè)計(jì)參數(shù)
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(wú)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(jiǎn)單輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)
回油帶調(diào)速閥系統(tǒng)回油路有背壓閥系統(tǒng)有補(bǔ)油泵的閉式回路
回油路較復(fù)雜的工程機(jī)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?nèi)”硥毫χ?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(shè)計(jì)中，不存在受拉情況。
我們還可以用此公式來(lái)算活塞兩側(cè)有效面積 A1 和 A2 的聯(lián)系，或者 d 和 D 的聯(lián)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(duì)應(yīng)的F =2，因?yàn)榛钊挥贸惺芾?，所以適當(dāng)提高速度是完全合適的。
運(yùn)用直徑求法公式
計(jì)算得 D =
D =
= 101.1mm
（3-14）
同理可得 d=71.8mm。此外我們要對(duì)液壓缸直徑 D 與活塞桿直徑 d 按國(guó)標(biāo)進(jìn)行圓整， 如果和國(guó)標(biāo)接近，我們就選擇國(guó)產(chǎn)液壓缸，這樣節(jié)省時(shí)間去自己設(shè)計(jì)。最后根據(jù)機(jī)械手冊(cè)選取圓整后的數(shù)據(jù)：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(shù)
(1)液壓泵在作業(yè)時(shí)的最大瞬時(shí)壓力：
pp 3 p1 + ? Dp
其中 p1 ——液壓缸作業(yè)時(shí)的最大瞬時(shí)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(jìn)的地方之間的液壓缸的總壓力損失。我們?cè)陂_(kāi)始時(shí)可照經(jīng)驗(yàn)選擇：管道簡(jiǎn)易、流速較緩的取 0.2~0.5Mpa；管道繁雜但有調(diào)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(shù)，通常取1.1 ~ 1.3, 我們?nèi)?.2
m3 / s
(3-17)
Qmax ——液壓缸的最大流量，如果
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