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黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計
摘 要
雙柱式舉升機是一種汽車修理和保養(yǎng)單位常用的舉升設備,廣泛用于轎車等小型車的維修和保養(yǎng)。它是一種把整車裝備重量不大于4噸的各種轎車、面包車、工具車等舉升到一定高度內供汽車維修和安全檢查作業(yè)的保修設備。
本文通過對我國汽車舉升機現(xiàn)狀的調查、研究、分析，參考國內外解決舉升機安全與穩(wěn)定性問題的解決措施，對幾種舉升機進行了分析，并結合我國舉升機存在的實際情況，提出了適合我國汽車修理行業(yè)的雙柱式汽車舉升機設計方案。
本文首先闡述了雙柱式汽車舉升機設計的目的和意義、發(fā)展狀況以及應用前景。分析論證了一種舉升承載質量為3.2t的雙柱式汽車舉升機總體設計方案，進行了舉升機構的機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等主要機構的方案分析和選擇，并對機械部分進行了運動分析以及強度和剛度的校核計算，對液壓系統(tǒng)進行了設計和計算。本課題基于計算機仿真平臺，應用當前CAD/CAE領域應用比較廣泛的二維軟件AutoCAD進行繪圖。
關鍵詞： 升舉機；CAD繪圖；液壓系統(tǒng)；液壓系統(tǒng)；計算校核
ABSTRACT
Double column type elevator machine is a car repair and maintenance units of the commonly used lifting device, widely used in cars compact car repair and maintenance. It is a vehicle weight is not more than four tons of equipment of all kinds of cars, vans, such as vehicle lifting to a certain height for cars in maintenance and safety inspection of homework maintenance equipments.
This article through to our country auto lift machine, the investigation of the present situation of research, analysis, reference to solve lifting machine at home and abroad with the stability safety measures to resolve the problem of several lifting machine is analyzed, and in combination with the lifting of the machine are the actual situation, proposed the suitable for China's car repair industry double column type auto lift machine design.
This paper expounds the double column type auto lift machine design of purpose and meaning, development situation and application prospect. The paper analysis the bearing quality for a lifting of the 3.2 t double column type auto lift machine, the overall design scheme of lifting mechanism of mechanical system, hydraulic system, electrical system, the main institution of the scheme and options, and analysis of the mechanical parts of the movement analysis and the strength and stiffness of the hydraulic system to check calculation, the design and calculation. This subject is based on the computer simulation platform, the application of the current CAD/CAE field is widely 2 d software for drawing AutoCAD.
Key words: Rise for machine; CAD drawing; Hydraulic system; Mechanical system; Check calculation
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第1章 緒 論
1.1 選題背景
近年來,我國汽車市場十分活躍, 2002年之后,中國汽車工業(yè)的增長一直在以2位數(shù)的速度攀升。預計未來的10多年里,中國的汽車需求量仍將保持以10%～15%的增幅攀升。隨著我國城市化的發(fā)展,汽車保有量迅速增加。而加速研究開發(fā)和生產(chǎn)擁有自主知識產(chǎn)權的產(chǎn)品和品牌，將我國建成世界級汽車制造基地和銷售基地，并逐步建立起汽車一條龍售后服務體系，關鍵是從生產(chǎn)技術含量高的汽車零部件和汽車維修保養(yǎng)工具做起。開發(fā)研制汽車舉升機產(chǎn)品適應了這種形勢的需要。舉升機在汽車維修養(yǎng)護中發(fā)揮著至關重要的作用，無論整車大修，還是小修保養(yǎng)，都離不開它。在規(guī)模各異的維修養(yǎng)護企業(yè)中，無論是維修多種車型的綜合類修理廠，還是經(jīng)營范圍單一的汽車維修店，幾乎都配備有舉升機。雙柱托舉接觸車架式舉升機是一個被廣泛采納的舉升機，在最近幾年所有新銷售的舉升機中，至少三分之二都是這種類型的。這種設計之所以很流行的原因：一就是這種舉升機安裝起來很快，不需要大范圍的開挖，也不需要對維修廠的整體布局進行一些永久性的變動。二是功能的多樣性，一臺雙柱托舉接觸車架式舉升機幾乎可以用來進行所有汽車的維修作業(yè)。這種舉升機的懸臂和接觸襯墊的布局，使得維修工能夠很容易地進入汽車的整個底部，進行車底的維修操作。雙柱型汽車維修液壓同步升降平臺作為一種液壓技術新產(chǎn)品開發(fā)設計研究 ,是利用現(xiàn)代液壓技術和計算機控制技術來改善日益興旺發(fā)達的汽車維修產(chǎn)業(yè)界勞動者的工作條件,降低勞動強度和維修成本, 提高汽車維修保養(yǎng)整體服務質量。
現(xiàn)代汽車工業(yè)隨著科學技術的飛速發(fā)展而日新月異，新工藝、新材料、新技術廣泛運用，特別是電子技術、液壓技術在汽車上的應用，使當今的汽車是集各種先進技術的大成，新穎別致的汽車時時翻新。而現(xiàn)代汽車的故障診斷不再是眼看、耳聽、手摸，汽車維修也不再是師傅帶徒弟的一門手藝，而是利用各種新技術的過程。隨著汽車技術的快速發(fā)展，日益呈現(xiàn)出汽車維修的高科技特征，與其同時汽車維修理念也不斷更新。
隨著汽車技術的發(fā)展，維修設備也隨之產(chǎn)生了質的變化。汽車保修設備的生產(chǎn)，也不再是多以機具類為主。20世紀90年代以來，一批批先進的進口汽車檢測設備和儀器涌入國門。四輪定位儀、解碼器、汽車專用示波器、汽車專用電表、汽車專用示波器、汽車專用電表、發(fā)動機分析儀、尾氣測試儀及電腦平衡機等，這些昔日人們十分陌生的檢測設備，已經(jīng)成為現(xiàn)代維修企業(yè)的必備工具。而這些檢測設備，本身就是高科技化的產(chǎn)品，是電子檢測技術、電腦技術的高級集成物。要熟練地操作使用這些檢測設備，技術人員需要經(jīng)過嚴格的培訓，并掌握外語和電腦技術，才能掌握正確的使用方法，充分發(fā)揮檢測設備的各項功能。這種高科技化的現(xiàn)代汽車檢測設備，使現(xiàn)代汽車維修的科技含量大為提高。
加入WTO對中國汽車維修業(yè)的影響是巨大的。為了適應售后服務的要求，國外汽車維修業(yè)將相繼進入中國市場，國外汽車維修業(yè)的介入給中國汽車維修市場提供了一個較為先進的高效的國際技術環(huán)境，對促進國內汽車維修業(yè)的更新改造、加速汽車維修業(yè)技術進步的進程，將起到良好的推動作用。
傳統(tǒng)的汽車維修方式、維修制度以及經(jīng)營模式必然被現(xiàn)代汽車維修方式所代替。以往的汽車維修往往就維修談維修，現(xiàn)代汽車維修是汽車銷售、零件銷售、資訊銷售及售后服務四位一體緊密結合。汽車維修的新趨勢是維修對象的高科技化、維修設備現(xiàn)代化、維修咨詢網(wǎng)絡化、維修診斷專家化、維修管理電腦化及服務對象的社會化。國外汽車維修企業(yè)以汽車服務貿(mào)易的形式進入國內市場，使我國汽車維修行業(yè)將面臨嚴峻形勢，而在汽車維修企業(yè)發(fā)展要素中，起主導作用的因素將是:管理、技術、裝配和信息。倡導汽車維修行業(yè)的服務優(yōu)質化、品牌化、現(xiàn)代化，勢在必行。
隨著中國經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，小客車將逐步進入中國的家庭市場。鑒于中國市場的廣闊性，及其中國基礎設施的滯后性，給小客車維修帶來了不便，特別是轎車底部的維修，給維修師傅帶來很多不便，浪費人力物力，還有占地面積，為了解決上述的所有問題，為未來社會的發(fā)展帶來方便，舉升機應運而生。
1.2 舉升機的發(fā)展方向與前景
汽車舉升機在世界上已經(jīng)有了80多年的歷史。1925年在美國生產(chǎn)的第一臺汽車舉升機，它是一種由氣動控制的單柱舉升機，由于我國汽車維修檢測設備行業(yè)起步晚、起點低，整體上仍然相當落后。舉升機制造企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小、經(jīng)濟技術力量薄弱、各自為政、缺乏專業(yè)分工和廣泛合作;技術吸收、運用、開發(fā)、創(chuàng)新能力不強；抄襲、偽造現(xiàn)象和短期行為嚴重；市場營銷及服務水平低等問題還普遍存在，致使全行業(yè)產(chǎn)品質量差、結構不合理、總量增長受到限制?！笆晃濉币?guī)劃的發(fā)展思路和目標是：建立和完善一整套適應社會主義市場經(jīng)濟要求的汽車維修檢測設備行業(yè)管理體制；密切結合汽車技術的發(fā)展及汽車作業(yè)的實際需要，力爭在產(chǎn)品質量提高、品種配套、高新技術含量增大等三個方面，使汽車舉升機整體上接近國際水平。
各種形式各有千秋，適用于不同的場合。最常用的形式是前四種，即：普通雙柱式、龍門雙柱式、四立柱式和剪式 。剪式舉升機分為大剪、小剪舉升機。
雙柱式舉升機又分為機械式和液壓式舉升機。機械式舉升機曾流行于1992—1998年間，該舉升機特點是同步性好，但由于機械磨損維護成本高（經(jīng)常需要更換銅鑼母以及軸承），每年一臺舉升機的維修更換需要1000元左右，因此目前不生產(chǎn)此舉升級，使用者們最終會將該產(chǎn)品更換為維護成本小的液壓舉升機。
對汽車維修保養(yǎng)行業(yè)而言，舉升機一定要安全可靠、維護簡單，否則在一定程度上會影響工作效率。而傳統(tǒng)的機械式舉升機安全性較差，所需的維護工作較多，已基本被液壓式舉升機取代。它具有安全性能好、維護周期長以及工作效率高等優(yōu)點。
國內汽車舉升機品牌繁多，質量高低參差不齊，除少數(shù)大型專業(yè)化企業(yè)具有較強的研發(fā)隊伍、完備地制造設施、完善地質量監(jiān)控手段外，大多數(shù)生產(chǎn)廠場地狹小、制造設施落后、監(jiān)控手段單一。
國內舉升機結構上大同小異，在安全保護上也比較雷同。主要零部件有立柱、升降臂、液壓動力單元、油缸、保險。在安全保護裝置上，不能做到在任何時候都能起到作用。在智能化、人性化上涉及較少。
國外舉升機在結構、選材上比國內有優(yōu)勢外，在安全性上有比較明顯的優(yōu)勢。國外舉升機在鋼絲繩斷裂、油管爆裂、下降過程意外情況等可能情況的安全研究和應用都有涉足。
隨著汽車技術開發(fā)的日新月異，舉升機在設計方面越來越智能化和人性化，將會向遙控、電腦控制方向發(fā)展。同時隨著技術的不斷成熟，其標準也將逐步統(tǒng)一化。技術先進、質量穩(wěn)定的產(chǎn)品將占領市場。
1.3 設計內容
一.基本方案：由液壓驅動的普通式雙柱舉升機；
二.液壓系統(tǒng)的傳動計算；
（1）載荷的組成和計算
（2）初選系統(tǒng)工作壓力
（3）計算液壓缸的主要結構尺寸
（4）繪制液壓系統(tǒng)工況圖
三.制定基本方案和繪制液壓系統(tǒng)圖
（1）制定基本方案
（2）繪制液壓系統(tǒng)圖
四.液壓元件的選擇與專用件設計：（1）液壓泵的選擇（2）液壓閥的選擇（3）管道尺寸的確定（4）液壓缸主要零件的結構、材料及技術要求（5）液壓缸結構參數(shù)的計算（6）活塞桿穩(wěn)定性校核；
五．機械部件的校核計算。
第2章 雙柱式汽車舉升機的方案確定
2.1 雙柱式舉升機概述
2.1.1 常用汽車舉升機的結構類型
目前，全國生產(chǎn)汽車舉升機的廠家較多，生產(chǎn)的舉升機的形式也比較繁多，有雙柱式舉升機、四柱式、剪式、組合移動汽車式等。
僅從舉升機的外型來分類的基本形式就有：普通雙柱式、龍門雙柱式、四立柱式、剪式、移動式和單立柱式等汽車舉升機
按照舉升機的舉升裝置的形式分類也有很多種，包括絲杠螺母舉升式、鏈條傳動舉升式、液壓缸舉升式、齒輪齒條舉升式等舉升機[12]。
從舉升機的驅動方式分，主要有：電機驅動式舉升機和液壓驅動式舉升機。
2.1.2 汽車舉升機的主要參數(shù)
雙柱式舉升機、龍門式雙柱舉升機和四立柱式舉升機這三種目前市場上主要的汽車舉升機的主要技術參數(shù)統(tǒng)計如表2.1所示。
表2.1 汽車舉升機的主要參數(shù)
額定舉升質量
最大舉升高度
盤距地高度
全程上升時間
全程下降時間
普通式雙柱
2.5-4 T
1700-1800mm
110-180mm
50-70 Sec
20-60 Sec
龍門式雙柱
2.5-4 T
1700-1800mm
110-180mm
50-70 Sec
20-60 Sec
四立柱式
2.5-4.5 T
1700-1800mm
110-180mm
50-70 Sec
20-60 Sec
雙柱式汽車舉升機的結構形式有多種，本次設計的舉升機是指液壓驅動的雙柱舉升機[13]。此類舉升機構的傳動系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)驅動和控制的，通過兩立柱內安裝的液壓油缸實現(xiàn)上下運動，推動連接立柱與滑臺的鏈條，使滑臺上安裝的大滾輪沿立柱滾動，實現(xiàn)滑臺的上下移動。舉升設備的主要部分有：舉升機構、支承機構、平衡機構和電磁鐵安全鎖機構。
本次設計的舉升機的主要性能參數(shù)為：舉升重量3200kg，舉升高度1700mm，總高度3450mm，總寬3350mm，立柱內寬2800mm，上升時間60s,下降時間30s,電源220v或380v50Hz?；钊麠U上的工作阻力為36000N，行程850mm，活塞上升速度 =14.2mm/s(0.0142m/s),下降速度=28.3mm/s(0.0283m/s)。
2.2 雙柱式汽車舉升機的主要結構與要求
雙柱式舉升機的結構形式主要有：（1）整體結構形式；（2）舉升方式；（3）驅動方式；（4）平衡方式；（5）保險與保護方式；（6）托盤結構。
2.2.1 舉升裝置的要求
舉升機的設計中液壓系統(tǒng)的設計也是至關重要的。在歐洲地區(qū)液壓缸、氣缸、管路及接頭受調壓閥設定的最大壓力的限制。他們至少應承受該壓力的2倍（采用液壓驅動時）或是該壓力的3倍（采用氣壓驅動時）并且要沒有永久變形。軟管、氣袋、膜盒的尺寸在設計時應使之承受至少3倍的調壓閥設定的最大壓力值的爆破壓力。
我國對舉升機的性能要求也比較繁多，例如：
（1）舉升機應設有限制行程限位裝置，如有需要則該裝置應動作靈敏、安全可靠。
（2）液壓系統(tǒng)工作應平穩(wěn)、無振動、無爬行現(xiàn)象。
（3）液壓式舉升機除液壓系統(tǒng)能自鎖外還應沒有機械鎖止裝置。
（4）機械式舉升機任意時刻都能安全自鎖。
（5）舉升機正常運行時的噪音不得超過80dB。
（6）舉升機工作環(huán)境溫度為0—40℃，全行程連續(xù)舉升額定質量20次，油溫不得高于60℃。
（7）在試驗臺上對液壓系統(tǒng)施高150%的額定使用壓力，維持2min，不允許有永久變形、漏油及其他異?，F(xiàn)象。
（8）在無故障工作基礎上，機械式舉升機的使用繼續(xù)進行到3000次，則液壓舉升機可以繼續(xù)進行到9000次，以安全可靠為前提，檢查零部件損壞程度，允許更換損壞件，允許添加潤滑劑。
2.3 雙柱式汽車舉升機結構方案的確定
通過對汽車舉升機的結構的認識和了解，確定了本次設計的舉升機的總體方案。本次設計的是由液壓驅動的雙柱式汽車舉升機。它的結構主要包括以下幾個部分：舉升裝置、同步驅動裝置、立柱和托臂。普通式雙柱汽車舉升機的舉升機構的傳動系統(tǒng)是由液壓系統(tǒng)來驅動和控制的，由兩邊兩個立柱里安裝的液壓油缸來推動連接立柱與滑臺的鏈條，使滑臺上安裝的大滾輪沿立柱滾動，實現(xiàn)滑臺的上下移動。用鋼絲繩作為同步裝置來保持整個舉升機的同步性。托臂與立柱內的滑臺相連，當滑臺上下移動時就帶動托臂一起移動。
2.4 舉升裝置
本次設計的雙柱式舉升機的舉升裝置是由液壓系統(tǒng)以及電箱組成的。通過電箱的開關啟動電動機來控制液壓單元，液壓油進出液壓缸，并通過鏈條連接液壓缸和滑臺來帶動整個設備的舉升動作，左右兩邊立柱內的兩個舉升裝置是通過液壓軟管來連接的，它的一個不足的地方就是左右兩個液壓缸在開始舉升時有一個時間差，這會導致因左右兩邊的舉升速度不一樣而舉升不平衡。因此，我們在液壓舉升的基礎上增加了鋼絲繩的同步裝置，用這樣的同步裝置來彌補液壓缸帶來的缺點。
2.5 立柱
雙柱式汽車舉升機的立柱有兩個，分別是左、右兩邊各一個立柱。整個舉升機的重量幾乎都是由立柱來支撐的，因此它必須要有一定的強度和剛度。立柱中間的空間是用來放置舉升裝置以及滑臺部件的。整個立柱部分的行位公差要求也比較高，如圖水平方向的立柱臂和垂直方向的立柱壁要求要保持一定的直線度和平行度，立柱內外表面還要有一定的粗糙度等。
2.6 支撐機構
托臂部分是屬于舉升機的支撐機構。當汽車進入到舉升機的范圍里時，整個支撐機構就通過改變搖臂的角度或方向來改變托臂的整個工作范圍的寬度。
2.7 平衡機構
由于雙柱式舉升機在上升或下降時必須要采用強制性的平衡裝置來確保汽車整體的水平位置保持一致，所以本次設計采用了鋼絲繩來作為整個舉升機的平衡機構。本次設計所采用的是在單個立柱內安裝兩副左右對稱的鋼絲繩，用戶可以通過改變鋼絲繩的張力來使左右兩邊的滑臺在抬升的過程中保持平衡。要注意的是兩邊確定的鋼絲繩的張力必須一致，這樣才能真正的平衡。
2.8 保險機構
汽車舉升機是一種對安全性能要求特別高的舉升設備。通常設有多種保險裝置和保護措施：液壓回路的保壓、機械鎖止保險裝置、機械自鎖裝置、舉升過載保護、沖頂保護、防滑等等。機械自鎖是指失去驅動力后，利用機械機構的重力（被驅動物體的阻力）來自動阻礙其運動的保護。本次設計采用的是電磁鐵安全鎖機構。
2.9 本章小結
本章主要進行雙柱式汽車舉升機設備總體方案的選擇，通過將現(xiàn)有舉升機構的結構形式、驅動方式以及傳動機構進行了對比，最終選定采用雙柱結構的舉升類設備，通過液壓驅動，工作平穩(wěn)，操作方便，噪聲低，內部設有升程自鎖保護保險裝置，安全可靠，占地空間小，是舉升機的理想設備。
第3章 機械部件的計算
3.1鏈條的計算與選擇
因速度1700/30=56mm/s<1m/s，選用片式關節(jié)鏈，安全系數(shù)，取，N (3.1)
鏈條承重108000N,依選，公稱節(jié)距P=25.4,板數(shù)組合，極限載荷129KN，鏈板厚4.09mm，鏈板孔徑9.56mm，銷軸直徑9.54 mm, 鏈條通過高度24.38mm，鏈板高度24.13mm，每米重量3.8kg/m。
端接頭： ，
節(jié)數(shù)，取。
鏈條總長mm， (3.2)
鏈條質量kg。
3.2槽輪的設計
槽輪直徑mm,
輪緣間寬mm,
輪緣直徑mm,
式中：p—公稱節(jié)距
—鏈條通過高度
—銷軸直徑
輪緣厚取10mm，槽輪內孔直徑為100mm.，內孔與軸承采用過盈配合。
3.3槽輪座和槽輪軸的設計
槽輪座孔與槽輪軸直徑相同，槽輪軸材料采用45號鋼。由，得軸的半徑 R=0.01596m，取軸直徑32mm，因柱塞桿得螺紋長63mm。
圖3.1槽輪座
槽輪軸直徑32mm，長為90 mm。軸與座孔采用過盈配合軸與軸承采用間隙配合。
3.4軸承得計算與選擇
因受得徑向載荷大，軸向載荷小因此選用深溝球軸承，要求軸承壽命為20000小時。根據(jù) (3.3)
查手冊得，，，，求得C=137.349KNKN，選d=35mm，D=100mm，B=25mm，KN,選6407型軸承。
3.5鋼絲繩的計算與選擇
根據(jù)鋼絲繩選用原則（《起重工機具》[8]），本設計宜采用線接觸鋼絲繩6X(19)，6W(19)，8X(19)，8W(19)等（GB1102—74）。本雙柱式汽車舉升機采用鋼絲繩起吊方式提升動力端，所以選用619—11.0—1850類型鋼絲繩。
鋼絲繩的允許拉力 S= （3.4）
鋼絲繩的破斷拉力 =52 （3.5）
式中：
d—鋼絲繩直徑，mm;
——鋼絲公稱抗拉強度；
由于本雙柱式舉升機絲繩提升過程與起重機相似，所以屬起重機械，由于工作載荷不大，所以是輕級機械。根據(jù)《起重工機具》[8]
鋼絲繩上的破斷拉力由式（3.42）得 =52
=52
=6847.17kg
起重時，安全系數(shù)k=5,則許用拉力由式（3.42）得
S=
=
而實際鋼絲繩承重（以主立柱為準）1166Kg
所以選用619—11.0—1850類型鋼絲繩合理[8]。
3.7 本章小結
本次設計以市場上常用的雙柱式舉升器為參考，通過對液壓傳動、機械設計、互換性和機械制造基礎等知識的運用，完成了雙柱式液壓舉升器的設計。
本次設計的舉升器優(yōu)點：采用雙液壓缸舉升，比單液壓缸舉升的舉升重量大且在長期使用可延長同步鋼絲繩的壽命。鋼絲繩同步機構保證兩舉升臂同步上升，可防止車輛舉升過程中某液壓缸突然壓力失效而導致的車輛傾翻。
通過本次設計了解了舉升器的結構特點及設計的常規(guī)思路，學會了靈活運用AutoCAD制圖軟件及如何參考運用畫圖中常用的標準。
第4章 雙柱式舉升機液壓控制系統(tǒng)設計
4.1 雙柱式舉升機液壓控制系統(tǒng)工作原理
上升時，閥在C位壓力油進入液壓缸壓力增大柱塞上升舉升車輛；
停止時，閥在B位泵出的油直接流回油箱柱塞保持原位停止上升；
下降時，閥在A位液壓缸與油箱接通柱塞下降。
1液壓缸 2手動閥 3液壓泵 4先導式溢流閥 5濾清器 6油箱
圖4.1液壓系統(tǒng)圖
選用4 WMM10T型手動閥，工作壓力31.5兆帕，通徑10毫米；型先導式溢流閥，壓力范圍0.6到35兆帕，額定流量60到600升每分鐘，公稱通徑10毫米。
4.2 液壓系統(tǒng)組成
4.2.1 液壓系統(tǒng)組成
液壓系統(tǒng)主要由液壓發(fā)生機構、液壓執(zhí)行機構、液壓控制調節(jié)機構和輔助裝置等四大部分組成[13]。
1、液壓發(fā)生機構—油泵
它是由液壓系統(tǒng)中供給有壓力油的裝置和壓力傳動的機械動力。它的作用是將原動機輸入的機械能轉換為流動液體的壓力能[10]。
2、液壓執(zhí)行機構—油缸
它是液壓傳動的執(zhí)行機構又稱液壓機，其作用是將液能變?yōu)闄C械能的轉換裝置，這種裝置有兩種。此雙柱式舉升機所采用的是液體壓力能轉變?yōu)橹本€往復運動機械能的單作用推力油缸。它既能節(jié)省動力、又能頻繁地進行換向[10]。
液壓控制裝置
方向閥壓力閥
液壓發(fā)生裝置
泵
液壓執(zhí)行機構
缸——活塞
圖4.2 液壓系統(tǒng)方框圖像
3、液壓控制調節(jié)裝置——各種液壓控制閥
它是由來控制和調解液壓系統(tǒng)中液油流動，方向、壓力、流量和滿足工況要求的裝置。根據(jù)用途和特點控制可分為三類。方向控制閥用來控制液壓系統(tǒng)中的油流方向和經(jīng)由路徑；根據(jù)實際情況利用單向閥或換向閥的作用來改變執(zhí)行機構的運動方向和工作順序；壓力控制閥（包括溢流閥、減壓閥和順序閥等）用來控制液壓系統(tǒng)的壓力以滿足執(zhí)行機構所需要的動力或對液壓系統(tǒng)起安全保護作用；流量控制閥（包括節(jié)流閥、調速閥、分流和集流閥），用來控制和調節(jié)液壓系統(tǒng)中的流量，以滿足執(zhí)行機構工作時運動速度的要求。
由于液壓系統(tǒng)控制閥種類很多，為使用方便和結構緊湊，在設計時合理的將各種閥類元件組合在一起構成組合閥[10]。
4.2.2 油箱
油箱的主要功用是儲存油液，同時箱體還具有散熱、沉淀污物、析出油液中滲入的空氣以及作為安裝平臺等作用。
油箱屬于非標準件，在實際情況下常根據(jù)需要自行設計。油箱設計時主要考慮油箱的容積、結構、散熱等問題。
雙柱式汽車舉升機液壓系統(tǒng)設計的好壞，將直接影響舉升的性能和效率。雙柱式汽車舉升機液壓系統(tǒng)主要是舉升液壓系統(tǒng)。
4.3 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的計算
4.3.1初步估算系統(tǒng)工作壓力
液壓缸的有效工作壓力可以根據(jù)下表確定：
表4.1 液壓缸牽引力與工作壓力之間的關系
牽引力F（能）
<5
5～10
10～20
20～30
30～50
>50
工作壓P(MPa）
<0.8～10
1.5～2
2.5～3
3～4
4～5
>5～7
表4.2各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力
機床類型
機床
農(nóng)業(yè)機械
液壓機
小型工程機械
大型挖掘機械
磨床
組合機床
龍門機床
拉床
建筑工程
重型機械
液壓鑿巖機
起重運輸機械
工作壓\MPa
0.8～2
3～5
2～8
8～10
10～18
20～32
由于該液壓缸的推力即牽引力為10KN，根據(jù)上面兩個表，可以初步確定液壓缸的工作壓力為：p=2MPa。
液壓執(zhí)行元件的主要參數(shù)
4.3.2液壓缸的作用力
液壓缸的作用力及時液壓缸的工作是的推力或拉力，該升降臺工作時液壓缸產(chǎn)生向上的推力，因此計算時只取液壓油進入無桿腔時產(chǎn)生的推力[4]：
F=
式中：
p—液壓缸的工作壓力 Pa 取p=
D— 活塞內徑 m ，0.09m
—液壓缸的效率，0.95
代入數(shù)據(jù):
F =
F = 10.3KN
即液壓缸工作時產(chǎn)生的推力為10.3KN。
4.3.3缸筒內徑的確定
該液壓缸宜按照推力要求來計算缸筒內經(jīng)，計算式如下：
要求活塞無桿腔的推力為F時，其內徑為：
式中：
D —活塞桿直徑 缸筒內經(jīng) m
F —無桿腔推力，N
P —工作壓力，MPa
—液壓缸機械效率，0.95
代入數(shù)據(jù)：
D= =0.083m
D= 83mm 取圓整值為 D=90mm
液壓缸的內徑，活塞的的外徑要取標注值是因為活塞和活塞桿還要有其它的零件相互配合，如密封圈等，而這些零件已經(jīng)標準化，有專門的生產(chǎn)廠家，故活塞和液壓缸的內徑也應該標準化，以便選用標準件。
4.3.4活塞桿直徑的確定
（1）活塞桿上的工作阻力為36000N，行程850mm，活塞上升速度=14.2mm/s,
下降速度=28.3mm/s, 速比.柱塞直徑mm，選63mm。
（2）活塞桿的強度計算
活塞桿在穩(wěn)定情況下，如果只受推力或拉力，可以近似的用直桿承受拉壓載荷的簡單強度計算公式進行：
式中：
F—活塞桿的推力，N
d—活塞桿直徑，m
—材料的許用應力，MPa 活塞桿用45號鋼
代入數(shù)據(jù)：
=6.3MPa <
故活塞桿的強度滿足要求。
（3）穩(wěn)定性校核
該活塞桿不受偏心載荷，按照等截面法，將活塞桿和缸體視為一體，其細長比為：
時，
在該設計及安裝形式中，液壓缸兩端采用鉸接，其值分別為：
將上述值代入式中得：
故校核采用的式子為：
式中：
n=1 安裝形式系數(shù)
E—活塞桿材料的彈性模量，鋼材取
J—活塞桿截面的轉動慣量，
L—計算長度，1.06m，
代入數(shù)據(jù)：
=371KN
其穩(wěn)定條件為：
式中：
—穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取=2—4 取=3
F—液壓缸的最大推力 ， N
代入數(shù)據(jù)： =123KN
故活塞桿的穩(wěn)定性滿足要求。
4.3.5確定缸筒壁厚，油口直徑，缸底厚度，缸頭等厚度
1.由前面的計算可知內徑D=90mm，活塞桿直徑mm，活塞行程850mm，流量m2/s。
（1）液壓缸儲油量L (4.1)
液壓缸行程850mm,液壓缸作用面積。
油箱容積為儲油量的3-5倍，雙液壓缸因此為10.8的3-5倍，取40L符合要求。
（2）液壓缸輸出功率：kw (4.2)
N液壓缸輸出功率KW,F液壓缸輸出力KN，液壓缸輸出速度m/s。
液壓缸結構參數(shù)的計算
液壓缸結構參數(shù)包括缸筒壁厚，油口直徑，缸底厚度，缸頭厚度等[4]。
（1）缸筒壁厚計算
按中等壁厚計算：
(4.3)
取mm。
式中：
—缸筒壁厚
—試驗壓力MPa，因工作壓力P=14MPa<16MPa取MPa
—缸體材料許用應力鋼管MPa，取110MPa
—強度系數(shù)，無縫鋼管
C—計入壁厚公差及腐蝕的附加厚度
檢驗：因滿足中等壁厚。
（2）缸體外徑的計算
mm
缸體外徑mm，選108mm，同時確定mm。
（3）液壓缸油口直徑的計算
液壓缸油口直徑應根據(jù)活塞最高運動速度及油口最高液流速度而定mm (4.4)
取mm。
式中：
—液壓缸油口直徑m
—液壓缸內徑0.09m
—液壓缸最大輸出速度1.698m/s
—油口液流速度5m/s
（3）缸底厚度的計算
平行缸底有油孔則厚度
(4.5)
式中：
—缸底厚度m
—液壓缸內徑0.09m
—試驗壓力MPa
—缸體材料許用應力選鑄鋼100MPa
（4）缸頭厚度的計算
采用整體法蘭式缸頭， (4.6)
(4.7)
式中：
—螺紋孔分布圓直徑0.122m
—法蘭根部直徑0.108m
—密封環(huán)內徑0.09m
—系統(tǒng)工作壓力14MPa
—缸頭材料許用應力60MPa
mm
選密封圈 (4.8)
內徑90.0mm，外徑90+2*2.65=95.3mm。
（5）缸蓋的計算
直徑=90mm，=64mm，=95.3mm，圓柱度公差選9級。
，與的同軸度公差值為0.03mm。
端面A,B與直徑軸心線的垂直度公差值按7級精度選取。
導向孔的表面粗糙度為m。
缸體端部連接采用焊接。
液壓缸缸體采用對焊時焊縫的拉應力為
(4.9)
式中：
F—液壓缸輸出的最大推力N
N
式中：
—液壓缸內徑0.09m
—系統(tǒng)最大工作壓力14MPa
—液壓缸外徑0.108m
—焊接效率取
—焊縫底徑
mm
Pa
缸頭采用角焊，則焊縫應力為
MPa (4.10)
2.活塞與柱塞桿尺寸的確定
活塞寬度為外徑的0.6-1.0倍，取0.8則活塞寬度為0.8D=72mm,
活塞內孔徑為55mm，
活塞材料為耐磨鑄鐵。
柱塞桿尺寸的確定，
采用實心桿，端部采用外螺紋結夠，柱塞桿采用45號鋼。
柱塞桿總長63+2+72+850+50+48.21+2+63=1150.21mm。
3.活塞與柱塞桿連接的計算
活塞與柱塞桿連接采用螺紋連接
(1)柱塞桿危險截面處的拉應力
MPa (4.11)
N
切應力為
MPa (4.12)
MPa= (4.13)
因為柱塞桿材料的許用應力在100-120MPa滿足要求。
拉應力Pa，螺紋擰緊系數(shù)，按動載，螺紋內摩擦系數(shù)0.12，螺紋外徑0.048，螺紋內徑0.045835m，D液壓缸內徑0.09m，P液壓系統(tǒng)壓力14MPa，活塞桿直徑0.063m，液壓缸輸出拉力N, 活塞桿材料的許用應力。
(2)活塞桿與活塞肩部表面的壓應力。
(4.14)
材料強度滿足要求。
式中：
—活塞上的孔徑55mm，
C—活塞上孔的倒角尺寸0.002m，
—活塞桿材料的許用壓應力450MPa。
3.柱塞桿未定性驗算
計算長度mm=2.03046m
桿徑63mm。
當柱塞桿的計算長度與桿徑之比大于10，應校核柱塞桿的穩(wěn)定性。
(4.15)
當按歐拉公式計算臨界載荷
(4.16)
實心桿45號鋼，柱塞桿縱向彎曲破壞的臨界載荷，
KN (4.17)
臨界載荷97.4KN。
因，。安全系數(shù)應在2-4之間，滿足要求。
柱塞桿縱向彎曲破壞的臨界載荷N, 末端條件系數(shù)，一端固定一端自由取1/4，E柱塞桿材料彈性模量，鋼取Pa，J柱塞桿截面的轉動慣量，實心桿m4，柱塞桿直徑，柱塞桿計算長度，柱塞桿斷面回轉半徑，柔性系數(shù)鍛鋼取110。
4.3.6計算液壓缸所需流量
m2/s （4.18）
式中：
—液壓缸有效作用面積
—工作速度。
4.3.6.1液壓泵的選擇
①當液壓泵的壓力和流量比較衡定時，所需功率為：p=pBqB/103ηB (kW).
式中：pB為液壓泵的最大工作壓力(N/m2)；qB為液壓泵的流量(m3/s)；ηB為液壓泵的總效率，各種形式液壓泵的總效率可參考表4.3估取，液壓泵規(guī)格大，取大值，反之取小值，定量泵取大值，變量泵取小值[16]。
表4.3 液壓泵的總效率
液壓泵的類型
齒輪泵
螺桿泵
葉片泵
柱塞泵
總效率
0.6～0.7
0.65～0.8
0.6～0.75
0.8～0.85
②在工作循環(huán)中，泵的壓力和流量有顯著變化時，可分別計算出工作循環(huán)中各個階段所需的驅動功率，然后求其平均值，即
p=
式中：t1，t2，…，tn為一個工作循環(huán)中各階段所需的時間(s)；P1，P2，…，Pn為一個工作循環(huán)中各階段所需的功率(kW)。
按上述功率和泵的轉速，可以從產(chǎn)品樣本中選取標準電動機，再進行驗算，使電動機發(fā)出最大功率時，其超載量在允許范圍內。
③電機的功率也可以根據(jù)技術手冊找，根據(jù)《機械設計手冊》第三版，第五卷，可以查得電機的驅動功率為4KW，本設計以技術手冊的數(shù)據(jù)為標準 ，取電機的功率為4KW
根據(jù)上面所計算的最大壓力pB和流量qB，查液壓元件產(chǎn)品樣本，選擇與PB和qB相當?shù)囊簤罕玫囊?guī)格型號。
上面所計算的最大壓力pB是系統(tǒng)靜態(tài)壓力，系統(tǒng)工作過程中存在著過渡過程的動態(tài)壓力，而動態(tài)壓力往往比靜態(tài)壓力高得多，所以泵的額定壓力pB應比系統(tǒng)最高壓力大25%～60%，使液壓泵有一定的壓力儲備。若系統(tǒng)屬于高壓范圍，壓力儲備取小值；若系統(tǒng)屬于中低壓范圍，壓力儲備取大值。根據(jù)上述計算最終選取三螺桿泵：
液壓泵為三螺桿泵，其參數(shù)如下：
規(guī)格：
標定粘度： 10
轉速： 2900
壓力： 4
流量： 26.6
功率： 4
吸入口直徑： mm 25
排出口直徑： mm 20
重量： Kg 11
允許吸上真空高度： m() 5
制造廠： 上海機床廠
說明： 三螺桿泵的使用、安裝、維護要求。
使用要求：一般用于液壓傳動系統(tǒng)中的三螺桿泵多采用20號液壓油或40號液壓油，其粘度范圍為之間。
安裝要求：電機與泵的連接應用彈性連軸器，以保證兩者之間的同軸度要求，（用千分表檢查連軸器的一個端面，其跳動量不得大于0.03mm，徑向跳動不得大于0.05mm.）,當每隔轉動連軸器時，將一個聯(lián)軸節(jié)作徑向移動時應感覺輕快。泵的進油管道不得過長，彎頭不宜過多，進油口管道應接有過濾器，其濾孔一般可用40目到60目過濾網(wǎng)，過濾器不允許露出油面，當泵正常運轉后，其油面離過濾器頂面至少有100mm,以免吸入空氣，甭的吸油高度應小于500mm[15]。
維護要求：為保護泵的安全，必須在泵的壓油管道上裝安全閥（溢流閥）和壓力表。
4.3.6.2管道尺寸的確定
管路按其在液壓系統(tǒng)中的作用可以分為：
主管路：包括吸油管路，壓油管路和回油管路，用來實現(xiàn)壓力能的傳遞。
泄油管路：將液壓元件泄露的油液導入回油管或郵箱.
控制管路：用來實現(xiàn)液壓元件的控制或調節(jié)以及與檢測儀表相連接的管路。
本設計中只計算主管路中油管的尺寸。
（1）吸油管尺寸
油管的內徑取決于管路的種類及管內液體的流速，油管直徑d由下式確定：
式中：
d—油管直徑，mm
Q—油管內液體的流量，
—油管內的允許流速，
對吸油管，取 ，本設計中?。?
代入數(shù)據(jù)：
取圓整值為：
（2）回油管尺寸
回油管尺寸與上述計算過程相同：，取為
代入數(shù)據(jù)：
取圓整值為：
（3）壓力油管
壓力油管： ，本設計中取為：
代入數(shù)據(jù)：
取圓整值為：
（4）油管壁厚：
舉升機系統(tǒng)中的油管可用橡膠軟管和尼龍管作為管道，橡膠軟管裝配方便，能吸收液壓系統(tǒng)中的沖擊和振動，尼龍管是一種很有發(fā)展前途的非金屬油管，用于低壓系統(tǒng)，壓力油管采用的橡膠軟管其參數(shù)如下：
內徑： 10mm
外徑： 型，17.5-19.7mm
工作壓力：型，16
最小彎曲半徑：130mm
4.3.6.3油箱容量的確定
由經(jīng)驗公式 L (4.19)
液壓泵每分鐘排出壓力油的容積，L/min，經(jīng)驗系數(shù)，本系統(tǒng)屬中壓系統(tǒng)在3-5之間取。
根據(jù)液壓泵站的油箱公稱容量系列選40L。
4.4執(zhí)行元件類型、數(shù)量和安裝位置
類型選擇：
表4.4 執(zhí)行元件類型的選擇
運動形式
往復直線運動
回轉運動
往復擺動
短行程
長行程
高速
低速
擺動液 壓馬達
執(zhí)行元件的類型
活塞缸
柱塞缸
液壓馬達和絲杠螺母機構
高速液壓馬達
低速液壓馬達
根據(jù)上表選擇執(zhí)行元件類型為活塞缸，再根據(jù)其運動要求進一步選擇液壓缸類型為雙作用單活塞桿無緩沖式液壓缸。
數(shù)量：故其采用的液壓缸數(shù)量為2個完全相同的液壓缸，其運動完全是同步的，但其精度要求不是很高。
安裝位置：在舉升機的一側。
4.5選擇電機
根據(jù)上述計算過程，現(xiàn)在可以進行電機的選取，本液壓系統(tǒng)為一般液壓系統(tǒng)，通常選取三相異步電動機就能夠滿足要求，初步確定電機的功率和相關參數(shù)如下：
型號：
額定功率：4
滿載時轉速：
電流：
效率： 85.5%
凈重： 45Kg
額定轉矩：
電機的安裝形式為 型，其參數(shù)為：
基座號：112M 極數(shù)：4 國際標準基座號：
4.6控制閥的選用
液壓系統(tǒng)應盡可能多的由標準液壓控制元件組成，液壓控制元件的主要選擇依據(jù)是閥所在的油路的最大工作壓力和通過該閥的最大實際流量，下面根據(jù)該原則依次進行壓力控制閥，流量控制閥和換向閥的選擇。
4.6.1壓力控制閥
壓力控制閥的選用原則
壓力：壓力控制閥的額定壓力應大于液壓系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最高壓力，以保證壓力控制閥正常工作。
壓力調節(jié)范圍：系統(tǒng)調節(jié)壓力應在法的壓力調節(jié)范圍之內。
流量：通過壓力控制閥的實際流量應小于壓力控制閥的額定流量。
結構類型：根據(jù)結構類性及工作原理，壓力控制閥可以分為直動型和先導型兩種，直動型壓力控制閥結構簡單，靈敏度高，但壓力受流量的變化影響大，調壓偏差大，不適用在高壓大流量下工作。但在緩沖制動裝置中要求壓力控制閥的靈敏度高，應采用直動型溢流閥，先導型壓力控制閥的靈敏度和響應速度比直動閥低一些，調壓精度比直動閥高，廣泛應用于高壓，大流量和調壓精度要求較高的場合。
此外，還應考慮閥的安裝及連接形式，尺寸重量，價格，使用壽命，維護方便性，貨源情況等。
根據(jù)上述選用原則，可以選擇直動型壓力閥，再根據(jù)發(fā)的調定壓力及流量和相關參數(shù)，可以選擇DBD式直動式溢流閥，相關參數(shù)如下：
型號：DBDS6G10 最低調節(jié)壓力：5MPa
流量： 40L/min 介質溫度：
4.6.2流量控制閥
流量控制閥的選用原則如下：
壓力：系統(tǒng)壓力的變化必須在閥的額定壓力之內。
流量：通過流量控制閥的流量應小于該閥的額定流量。
測量范圍：流量控制閥的流量調節(jié)范圍應大于系統(tǒng)要求的流量范圍，特別注意，在選擇節(jié)流閥和調速閥時，所選閥的最小穩(wěn)定流量應滿足執(zhí)行元件的最低穩(wěn)定速度要求。
該升降機液壓系統(tǒng)中所使用的流量控制閥有分流閥和單節(jié)分流閥，單節(jié)分流閥的規(guī)格和型號如下：
型號： FDL-B10H 公稱通徑：10mm
公稱流量: P,O口 40L/min A，B口 20L/min
連接方式：管式連接 重量：4Kg
分流閥的型號為：FL-B10
其余參數(shù)與單節(jié)分流閥相同。
4.6.3方向控制閥
方向控制閥的選用原則如下：
壓力：液壓系統(tǒng)的最大壓力應低于閥的額定壓力
流量：流經(jīng)方向控制閥最大流量一般不大于閥的流量。
滑閥機能：滑閥機能之換向閥處于中位時的通路形式。
操縱方式：選擇合適的操縱方式，如手動，電動，液動等。
方向控制閥在該系統(tǒng)中主要是指電磁換向閥，通過換向閥處于不同的位置，來實現(xiàn)油路的通斷。所選擇的換向閥型號及規(guī)格如下：
型號：4WE5E5OF 額定流量：15L/min
消耗功率：26KW 電源電壓：
工作壓力：A.B.P腔 T腔： 重量：1.4Kg
4.7液壓系統(tǒng)性能驗算
液壓系統(tǒng)性能估算的目的在于評估設計質量。估算內容一般包括：系統(tǒng)壓力損失，系統(tǒng)效率，系統(tǒng)發(fā)熱與溫升，液壓沖擊等。對于大多數(shù)要求一般的系統(tǒng)來講，只采用一些簡化公式進行驗算，定性說明情況。
4.7.1系統(tǒng)壓力損失驗算
系統(tǒng)壓力損失包括管道內沿程損失和局部損失以及法類元件的局部損失之和，計算時不同的工作階段要分開來計算[7]，回油路上的壓力損失要折算到進油路上去，因此某一階段的系統(tǒng)總的壓力損失為：
式中：
—系統(tǒng)進油路的壓力總損失
—系統(tǒng)回油路的壓力總損失
現(xiàn)在根據(jù)上式計算液壓系統(tǒng)工作過程中壓力損失。
液壓油在管內的流速：
根據(jù)油管尺寸的計算項目，取
則雷諾數(shù)：
可見液流為層流。
摩擦阻力系數(shù)：
管子當量長度及總長度：標準彎頭2個
所以：
進油路的壓力損失為：
各閥的壓力損失為：
分流閥： 0.6
換向閥為：0.04
油路的總壓力損失為：
由此得出液壓系統(tǒng)泵的出口壓力為：
油箱中油液的溫度一般推薦為30-50，最高不超過65，最低不低于15，對于工具機及其它裝置，工作溫度允許在40-55。
4.7.2 計算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率
（1）液壓泵的功率損失：
式中：
P—液壓泵的輸入功率，KW
—液壓泵的實際輸出壓力，Pa
—液壓泵的實際輸出流量，
—液壓泵的效率，該系統(tǒng)中為螺桿泵，
代入數(shù)據(jù)：
（2） 閥的功率損失
其中以泵的流量流經(jīng)溢流閥時的損失為最大：
式中：
P—溢流閥的調整壓力，Pa
q—經(jīng)過溢流閥流回油箱的流量，
代入數(shù)據(jù)：
（3） 管路及其它功率損失
此項損失包括很多復雜因素，由于其值較小，加上管路散熱等原因，在計算時常予以忽略，一般可取全部能量的0.03-0.05，即
取
（4）系統(tǒng)的總功率損失為：
4.8 本章小結
本次設計的舉升機，主要用于舉升汽車。液壓舉升機的液壓系統(tǒng)完成一個完整的工作循環(huán)上升、停止、下降、停止的工作過程，實現(xiàn)2個液壓缸同步運行。本設計采用等量分流閥與單項節(jié)流閥串聯(lián)，從而提高了2個液壓缸同步的精度，滿足維修工人對舉升機的使用要求。
第5章 雙柱式汽車舉升機校核計算
5.1 雙柱式舉升機立柱的結構分析和驗算
5.1.1 主立柱的截面特性分析與計算
主立柱體是舉升機主要的受力承重部件。舉升機