双铰接剪叉式液压升降台的研究与设计.docx

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双铰接剪叉式液压升降台的研究与设计

双铰接剪叉式液压升降台的研究与设计

摘要：

液压升降工作台具有载重量大，结构坚固，升降平稳，操作简单，维护方便等特点。

适用于工厂，仓库，车站，搬运的场所等。

通过对双铰接剪叉式升降平台机构的研究，进行相关位置参数和动力参数的计算，从而分析出升降平台机构设计时所要注意的问题。

并根据要求选择合适的标准的液压元件，绘制出升降台液压系统的液压原理图及其电气原理图，通过对叉杆的各项受力分析确定台板与叉杆的载荷要求，最终完成剪叉式液压升降台的设计要求。

关键字：

升降台剪叉式液压

Doublehingedscissorhydraulicliftplatformofresearchanddesign

Abstract：

Hydraulicelevatorwithloadforthebig,firmstructure,smoothlift,simpleoperation,convenientmaintenanceetc.Characteristics.Applytofactory,warehouse,thestation,handlingplaces,etc.Throughtothedoublehingedscissorliftplatformagencystudies,relativepositionparametersandthecomputationofdynamicparameters,andchoosetheappropriatestandardsaccordingtotherequirementsofthehydrauliccomponents,renderingtheliftplatformhydraulicsystemofhydraulicprinciplediagramanditselectricaldiagram,throughtotheforkofthemechanicalanalysistodeterminethestemofthestemandforkbedplateloadrequirements,finallycompletescissorhydraulicliftplatformdesignrequirements.

KeyWords:

Liftplatformscissorhydraulicpressure

前言

液压升降台主要应用在现代汽车维修作业中，是一个必不可少的设备。

它的主要作用就是为发动机、底盘、变速器等养护和维修提供方便。

举升机的从上世纪20年代开始使用，发展至今经历了许多的变化改进，种类也比较多，一般有柱式、剪式，其驱动方式有链条传动，液压传动，气压传动等。

汽车举升机在世界上已经有了70年历史。

1925年在美国生产的第一台汽车举升机，它是一种由气动控制的单柱举升机，由于当时采用的气压较低，因而缸体较大；同时采用皮革进行密封，因而压缩空气驱动时的弹跳严重且又不稳定。

直到10年以后，即1935年这种单柱举升机才在美国以外的其它地方开始采用。

1966年，一家德国公司生产出第一台双柱举升机，这是举升机设计上的又一突破性进展，但是直到1977年这种举升机才在德国以外的其它国家出现。

现在双柱举升机在市场上以占据牢固的地位，其销量还在持续增长。

它和四柱举升机相比，既有优点，也有缺点，以下将作一简要说明。

我们所见到的绝大多数举升机均采用固定安装方式。

在举升前汽车必须驶上举升机。

在移动式举升机方面也有几项成功设计，如剪式举升机、菱架式举升机等。

但这类举升机仍存在两个主要问题，接近汽车下部较难；在车间移动举升机时难逾越地面上的障碍物。

当然，可移动性是这类举升机的突出优点。

现在固定安装的单柱、双柱、四柱举升机已在维修现场广泛采用，而移动式举升机却相对要少得多。

解放后，特别是改革开放以来，我国的汽车维修行业有了很大的发展，为之服务的汽车维修设备行业已成为我国的新兴行业不断发展壮大。

各种举升机设备如雨后春笋，不断涌现，质量不断提高，销量逐年增加。

有人说，对于汽车维修企业来说，汽车举升机可能是除厂房而外的最重要的投资，因为它具有至关重要和不可替代的作用，甚至直接影响到汽车维修业务的兴衰。

汽车举升机是汽车维修设备行业的支柱设备之一，生产出更多、更好、更受用户欢迎的汽车举升机，为汽车维修企业服务。

第一章液压系统的概述

1.1液压系统的简介

一个完整的液压系统由五部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。

动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。

液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。

执行元件（如液压缸和液压马达）的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。

控制元件（即各种液压阀）在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。

辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、快换接头、高压球阀、胶管总成、测压接头、压力表、油位油温计等。

液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。

1.2液压传动原理

液压传动的原理：

液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件（液压缸或马达）把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。

其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。

在液压传动中，液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理。

1.3液压元件的分类

液压元件中可分为动力元件和控制元件以及执行元件三大类。

尽管都是液压元件，它们的自身功能和安装装使用的技术要求也不尽相同，现分别介绍如下：

一、动力元件：

动力元件指的是各种液压泵。

1.齿轮油泵和串联泵（包括外啮合与内啮合）两种结构型式。

2.叶片油泵（包括单级泵、变量泵、双级泵、双联泵）。

3.柱塞油泵，又分为轴向柱塞油泵和径向柱塞油泵，轴向柱塞泵有定量泵、变量泵、（变量泵又分为手动变量与压力补偿变量、伺服变量等多种）从结构上又分为端面配油和阀式配油油两种配油方式，而径向柱塞泵的配油型式，基本上为阀式配油。

二、控制元件：

各种液压阀都属于控制元件。

1.压力控制阀

（1）压力控制阀有：

溢流阀、电磁溢流阀、卸荷溢流阀、单向溢流阀和减压阀、单向减压阀以及顺序阀和单向顺序阀等。

（2）顺序阀的范围中又分为直控顺序阀、远控顺序阀、卸荷阀、直控单向顺序阀、远控单向顺序阀、直控平衡阀和远控平衡阀等七种，还有压力继电器，以及各种压力控制阀，在各类液压传动系统中，按不同使用条件和特性要求，用于各类液压系统中。

2.方向控制阀

方向控控制阀包括单向阀、液控单向阀、电磁换向阀、电磁球阀、电磁换向阀和手动换向阀以及手动旋转阀等多种。

3.流量控制阀

流量控制阀有：

节流阀、单向节流阀、调速阀、单向调速阀和行程节流阀以及单向行程节流阀、单向行程调速阀等。

三、执行元件：

执行元件有液压缸和液压马达。

1.液压缸

车辆用油缸、单作用油缸、液压机油缸、摆动油缸、单作用多级油缸（套筒油缸）还有双作用多级油缸以及弹簧复位油缸等多种。

2.液压马达

液压马达，有齿轮马达、叶片马达、柱塞马达等，就是说几乎定量油泵在理论上均可作为马达作用。

3.低速大扭矩液压马达

（1）内啮合摆线马达。

（2）内曲线液压马达，分轴转和壳转两种型式。

（3）双料盘轴向柱塞马达。

（4）径向柱塞式液压马达。

（5）球塞式低速大扭矩液压马达。

（6）静力平衡低速大扭矩低液压马达。

第二章双铰接剪叉式升降台结构分析与设计

2.1双铰接剪叉式升降平台结构形式

剪叉式升降平台有三种结构形式，根据驱动件液压缸的安装位置不同，分为直立固定剪叉式结构升降台，水平固定剪叉式机构升降台，双铰接剪叉式结构升降台。

如图2-1结构形式为双铰接剪叉式升降台结构简图，它的驱动件液压缸安装位置为，液压缸缸体尾部与机架铰接于G处，活塞杆头部与支撑杆AB铰接于F处。

液压缸驱动活塞杆可控制平台铅直升降。

长度相等的两根支撑杆AB和MN铰接于二杆的中点E，两杆的M、A端分别铰接于平板和机架上，两杆的B、N端分别与两滚轮铰接，并可在上平板和机架上的导向槽内滚动。

图2-1双铰接剪叉式升降台结构简图

直立固定剪叉式结构，液压缸的行程等于平台的升降行程，整体结构尺寸庞大，且球铰链加工负载，在实际种应用较少。

水平固定剪叉式机构，通过分析计算可知，平台的升降行程大于液压缸的行程，在应用过程中可以实现快速控制升降的目的，但不足之处是活塞杆受到横向力的作用，影响密封件的使用寿命。

而且活塞杆所承受的载荷力要比实际平台上的载荷力要大的多。

所以实际也很少采用。

双铰接剪叉式结构避免了上述缺点。

结构比较合理，平台的升降行程可以达到液压缸行程的二倍以上。

因此，在工程实际中逐渐得到广泛的应用。

本设计就重点对双铰接剪叉式结构形式加以分析、论述。

2.2双铰接剪叉式升降平台机构的位置参数计算

图2-2为双铰接剪叉式升降平台机构的位置参数示意图。

图2-2位置参数示意图

由图2-2可知：

式

（1）

式

（2）

上式中：

H——任意位置时升降平台的高度；

C——任意位置时铰接点F到液压铰接点G的距离；

L——支撑杆的长度；

——支撑杆固定铰支点A到铰接点F的距离；

T——机架长度（A到G点的距离）；

——支撑杆与水平线的夹角；

——活塞杆与水平线的夹角。

以下相同。

将

（2）式代入

（1）式，并整理得

。

式（3）

设

代入（3）式得

。

式（4）

在（4）式中，

——升降平台的初始高度；

——液压缸初始长度。

2.3双铰接剪叉式升降平台机构的运动参数计算

图2-3为双铰接剪叉式升降平台机构的运动参数示意图。

图2-3运动参数示意图

图中，

是F点的绝对速度；

是B点绝对速度；

是AB支撑杆的速度；

是液压缸活塞平均相对速度；

是升降平台升降速度。

由图3可知：

式（5）

在（5）式中，

——液压缸活塞平均相对运动速度；

——升降平台升降速度。

2.4双铰接剪叉式升降平台机构的动力参数计算

图2-4中，P是由液压缸作用于活塞杆上的推力，Q是升降平台所承受的重力载荷。

通过分析机构受力情况并进行计算得出：

图2-4动力参数示意图

升降平台上升时

式（6）

升降平台下降时

式（7）

（6）、（7）式中，

P——液压缸作用于活塞杆的推力；

Q——升降平台所承受的重力载荷；

f——滚动摩擦系数；

b——载荷Q的作用线到上平板右铰支点M的水平距离。

由于滚动轮与导向槽之间为滚动摩擦，摩擦系数很小（f=0.01）,为简化计算，或忽略不计，由（6）、（7）式简化为：

。

式（8）

2.5剪叉式升降平台机构设计时应注意的问题

由式（5）和（8）可知：

当α、β增大时，V2/V1值随之减小；当α、β小时，P/Q值随之增大。

在确定整体结构值随之减小；当α、β减小时，P/Q值随之增大，在液压缸行程不变的情况下，升降平台升降行程会减小；反之，则会使液压缸行程受力增大。

因此设计时应综合考虑升降行程与液压缸受力两个因素。

在满足升降行程及整体结构尺寸的前提下，选取较高的

、

初始值。

而且在整个机构中AB支撑杆是主要受力杆件，承受有最大的弯矩，所以应重点对其进行强度校核。

第三章双铰接剪叉式升降台液压、电气系统设计

3.1液压系统原理图绘制

整机的液压系统图由各自拟订好的控制回路及液压源组合而成。

各回路相互组合时去掉重复多余的元件，力求系统结构简单。

注意各元件间的联锁关系，避免误动作发生。

要尽量减少能量损失环节，提高系统的工作效率。

液压泵从油泵吸油，推动油缸中的活塞，顶升交叉臂架垂直上升，下降时，压力油在限速阀和流量调节阀的监控下，通过电磁阀流回油箱。

油缸过载时，油泵输出的压力油通过溢流阀直接流回油箱。

为了防止油管破裂发生失控下降事故，每个油缸进油回油的管路上，设有单向限速阀，即使在油管破裂的情况下，也能保证以正常的下降速度下降。

根据此设计要求设计出液压系统图见图3-1。

图3-1液压系统原理图

3.2液压系统主要元件选择

3.2.1齿轮油泵选择

齿轮油泵适用于输送各种有润滑性的液体,温度不高于70℃，如需高温200℃，可配用耐高温材料即可。

齿轮泵不适用于输送腐蚀性的、含硬质颗粒或纤维的、高度挥发或闪点低的液体，如汽油、笨等。

本设计所选用齿轮泵型号为CB-E310。

图为3-2。

图3-2CB-E310齿轮泵

其工作原理为，当齿轮泵主动齿轮转动，吸油腔齿轮脱开啮合，齿轮的轮齿退出齿间，使密封容积增大，形成局部真空，油箱中的油液在外界大气压的作用下，经吸油管路、吸油腔进入齿间。

随着齿轮转动，吸入齿间的油液被带到另一侧，进入压油腔。

这是齿轮进入啮合，使密封性逐渐减小，齿轮间部分的油液被挤出，形成了齿轮的压油过程。

齿轮啮合时齿向接触线把吸油腔和压油腔分开，起配油作用。

当齿轮泵的主动齿轮有电机带动不断转动时，齿轮脱开啮合一侧，由于密封容积变大，则不断从油箱中吸油，轮齿进入啮合的一侧，由于密封容积减小则不断地排油，形成一个不断循环的过程。

3.2.2液压缸选择

根据设计，液压缸可采用单作用缸柱塞缸，因为采用这样的缸比较经济，而且总体泄漏量少，密封件寿命长。

采用单作用柱塞缸时考虑到在空载荷时，上平板的自重应能克服液压缸活塞与缸体间的密封阻力。

否则，会导致升降平台降不下来。

液压缸最重要部件为活塞杆，常用的活塞材料为耐磨铸铁、灰铸铁（HT300、HT350）、钢及铝合金等。

3.3.3压力表选择

液压油由齿轮泵形成一定的压力，经滤油器，液控单向阀进入液压缸，使液压活塞向上运动，提升重物，电磁阀动作时，回油经换向阀，节流阀，回到油箱，重物下降。

此过程中，齿轮泵额定压力通过溢流阀进行调整，这就需要压力表观察示数读取数值从而进行调整。

本设计采用压力表为Y-60。

如图3-2。

图3-2Y-60压力表

3.3双铰接剪叉式升降台电气系统设计

3.3.1电气系统原理图设计

用以驱动油泵的电动机，由断路器，限位开关等串联控制。

设计出本设计电气系统原理图，如图3-3。

图3-3电气系统原理图

3.3.2电气系统控制过程

如图3-3，主电路部分使用强电，控制电路通过变压器和桥式整流实现控制电路为低压直流电。

其控制过程为，接通电源后，打开断路器QF，打开电源SA，待指示灯HL1亮后，按SB1，KA1线圈吸合，主电路部分常开触头接通使KM线圈得电，KM主触头接通电机得电，带动齿轮泵工作，实现点动上升。

当上升到最大行程时，SQ1断开，KAI线圈失电，升降台将无法再上升。

按SB2，电磁阀YV1得电，液压系统中换向阀将动作，切换压力油流向，使液压缸运动方向相反，由于回路中的节流阀调节流量作用，从而实现升降台慢速连续下降。

达到最大行程，升降台停止运动。

第四章台板与叉杆的设计计算

台板位于升降台的最上部，是支撑件的组成部分。

汽车能够在升降台上平稳的停放就是台板起了关键的作用。

在进行维修作业之前首先得驶上台板。

需要说明的是台板并不是一个简单的钢板，而是在下面有滑道，因为升降台叉杆臂上有滑轮，滑道的作用就是使滑轮在滑道内来回滑动，使升降台完成举升和回落动作。

下底板也如此，如下图。

根据上面汽车尺寸参数，确定台板的长度为2600mm，宽度450mm，材料采用热轧钢板。

需要说明的是台板并不是一个简单的钢板，而是在下面有滑道，因为升降台叉杆臂上有滑轮，滑道的作用就是使滑轮在滑道内来回滑动，使升降台完成举升和回落动作。

叉杆是升降台最主要的举升部件，是主要的受力机构。

对其设计的成功与否关系到整个设计工作的成败，选材45号钢，热轧钢板。

叉杆的外形图如图所示。

4.1确定叉杆的结构材料及尺寸

对支撑叉杆进行受力分析

首先定义每根杆的名称编号，如图：

对于杆3、杆4的活动铰联接在水平方向上除了摩擦力没有其它外力，所以可以忽略不计，现在只考虑其竖直方向上的受力就可以了。

经过分析杆3的受力情况如图：

计算其最大弯矩及轴向力：

经力学分析，当升降台处于最低位置，

时，所受弯矩最大，如图。

当升降台处于最高位置，

时，轴向力最大，如图

（正值为拉力，负值为压力）。

杆4受力情况同杆3。

下面再分析一下杆1,对杆1作受力分析，如图

对D点做力矩分析：

，式中

=30°，P=11.6W（P与W的关系值根据上述的公式

求得），可得

=-110.1N。

计算弯矩，由上图可转化成下图来分析：

根据以上条件画弯矩图，如下：

由此图可知，杆1的最大弯矩在C点。

经计算当

时，

有最大值，即拥有最大弯矩，同样此时也拥有最大的轴向力。

首先将

，W=9800N，P=11.6W，代入以上各式，求得的值如下图：

则

。

4.2横轴的选取

选取套联在活塞杆端部的横轴，根据总体结构布局确定横轴长度需要220mm，由于是单耳环联接，其内径CD=50，横轴的外径也应为50mm,但考虑到二者需要相对滑动，应使横轴的外径略小于50mm,这里取d=48mm。

单耳环的宽度值EW=60mm。

将叉杆要联接到横轴处的孔进行加长处理，使两者接触面积适当的增大以减小弯曲应力及及剪应力。

因此可按下图分析横轴所受应力：

当

时，P=113680N，可求得

。

作用于横轴上的力P是均匀分布的，分布距离为60mm，故集度为：

，截面O上的最大弯矩为

，截面C和D上的剪力

（这里没有考虑剪力与弯矩的正负）。

其弯曲应力为

剪应力

对于其它几个销轴，由于所受的应力都小于上述值，在不改变材料的基础上选择直径各为35mm、40mm是完全可以的。

结束语

通过此次毕业设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来液压传动及其PLC相结合的发展方向，使自己在专业知识方面有了质的飞跃。

毕业设计是我们作为学生在学习阶段的最后一个环节，是对所学基础知识和专业知识的一种综合应用，是一种综合的再学习、再提高的过程，这一过程对学生的学习能力和独立思考及工作能力也是一个培养，是我们步入社会参与实际工作的一次极好的演示，也是对我们自学能力和解决问题能力的一次考验，是学校生活与社会生活的过渡。

在完成毕业设计的时候，我尽量把实践与理论相结合，这样更有利于自己能力的提高。

在整个设计中我懂得了许多东西，从中收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己的判断能力，懂得了许多以前不知道的公式，对我专业知识和专业基础知识的实际检验和巩固，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，同时也是走向工作岗位前的一次热身。

相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。

在创造过程中充分体会到了探索的艰难和成功的喜悦。

虽然这个设计做的也不太好，但是在整个过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。

任何事物都是一分为二的，在毕业设计过程中发现了自己在专业基础上的很多不足之处，例如，对知识综合运用的技巧的缺乏，对程序了解的不够透彻，等等。

感觉自己所学习的只是冰山一角，面对稍微复杂的东西还是没能得心应手，再一次体会到了学无止境的意义。

此外，还得出一个结论：

知识必须通过应用才能实现其价值！

有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正用的时候才是真的学会了。

致谢

毕业设计是对我们的一次综合训练，在此过程中，不但需要我们独立设计思考，而且也需要老师和同学的关心帮助。

从一开始本人就很重视毕业设计，也在此次设计中有很大的收获。

此次设计将近一个学期，从无从下手到所有任务的完成，培养了我们独立进行设计的能力，查找资料、搜集材料的能力，提高了对液压控制系统及系统参数分析计算的能力。

在设计过程中，李鸣亚老师无私的挤出时间来细心的指导我们的毕业设计，耐心的告所我们设计中的错误。

并借阅给我们很多有关设计课题的书籍资料。

使我能较顺利的完成毕业设计。

同时感谢同组的同学们，在设计攻关时帮助我借书并一起探讨设计方案，在每次有关于毕业设计的通知或消息时，都及时的告所我。

在此表示感谢。

诚挚祝福他们身体健康，万事如意。

同时，感谢大学期间各位教师的悉心教导。

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