汽车二柱举升机的设计.docx
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汽车二柱举升机的设计
1绪论1
1.1举升机的发展概况.1
1.2举升机设计的典型方案.2
1.3小结.4
2举升机设计总体方案的拟定5
2.1举升机设计要求.5
2.2设计中的技术难点.8
2.3举升机设计方案的对比.9
2.3.1举升方式9
2.3.2同步方式10
2.3.3保险和保护10
2.4方案设计的确定.11
2.4.1驱动举升方式11
2.4.2同步方式11
2.4.3保险和保护12
2.5创新点.12
2.6小结.12
3结构设计.13
3.1二柱举升机的主要结构.13
3.2举升装置.13
3.2.1链和链轮的选择15
3.2.2链的强度校核15
3.3立柱.16
3.3.1立柱受力分析17
3.3.2立柱强度计算20
3.3.3主立柱的刚度计算21
3.4支撑机构.22
3.4.1托臂的截面特性23
3.4.2托臂的强度核算23
3.4.3从托臂处考虑挠度情况26
3.5平衡机构.26
3.6保险机构27
3.6.1活动臂锁定装置28
3.6.2活动架安全装置28
3.7小结.29
4液压系统.31
4.1液压系统的设计要求.31
4.2液压系统工作原理.31
4.3液压系统的计算.32
4.3.1设计参数32
4.3.2液压缸选用32
4.3.3液压缸活塞杆强度验算33
4.3.4液压缸工作压力计算34
4.3.5液压泵选择34
4.3.6液压动力单元液压泵驱动电机选用35
4.4其他液压元件的选用.35
4.5小结.36
5电气系统的设计.37
5.1电气系统方案的设计要求.37
5.1.1起动方案的确定37
5.1.2制动方案的确定38
5.1.3电气控制方案的确定38
5.2电气系统原理图的设计.38
5.3电气元件的选用.39
5.3.1接触器的选用40
5.3.2熔断器的选用40
5.3.3热继电器的选用41
5.4小结.41
6总结.42
参考文献44
1绪论
1.1举升机的发展概况
20世纪20年代发明的第一台自动举升机的灵感来自理发师的椅子，因为它可以快速升降和旋转，以适应于不同身高和胖瘦的顾客。
早期的单柱地基式液压举升机，大大地提高了比它问世还早的千斤顶和台架的功能，这种早期举升机的旋转功能可以在举起
汽车以后，将其旋转360。
。
现在仍然有些汽车修理厂利用这种举升机为客户提供日常的汽车维修服务。
随着汽车工业的发展，单柱式举升机设计上的局限性很快就显露出来了。
如果只是在汽车四周进行检测维修工作的话，这种举升机也就足够了，但是这种举升机的起重臂和中央立柱会妨碍进入汽车底部的大部分区域⑴。
针对单柱式举升机的这些局限性，工程师已经提出了很多举升机的设计方案并作了许多改进工作，随后设计出了机械式二柱举升机，解决了单柱式举升机设计上的局限性，但是随后又出现了问题，机械式举升机因为零件多，故障也多，维修不方便。
液压驱动式举升机应运而生了。
现在，举升机的选择范围很大，有地基式、托举式、剪式、平行四边形式、便携式，立柱式有单柱式、双柱式、四柱式，驱动式、接触车架式、对称式、非对称式、小行程、大升程、队列式以及其它的各种举升机设计方案。
某些举升机可能同时具有这些设计方案中的几个特点［2］。
机械式举升机流行于1992-1998年间［2］，该举升机特点是同步性好，但由于机械磨损维护成本高（经常需要更换铜锣母以及轴承）。
在后来，双柱式液压举升机出现了。
该型举升机能够使维修人员对汽车底盘区域的任何故障进行方便的维修。
在1979年.BenW
Il公司首发向维修店主们提供了一种“清洁地板的屋顶式举升机”利用这种屋顶式举升机能够实现更太的空间利用率。
在这种情况下，维修技师以及他使用的维修设备就可以在车底下自由地移动最新式的举升机使用了电子设备来控制它们的举升动作，同时这
些举升机的设计方案也使技师们具有执行各种维修操作的能力。
另外，它们也应用了多种成熟的安全保障措施。
Becker公司生产的四柱液压地下举升装置，设计中为了防止车辆在下降的过程中突然出现压力下降而导致严重后果，特地进行了专业化的设计。
一旦停止阀或油缸发生任何泄漏，通过导杆和横杆可降负债力转移到另外一个油缸上。
这种液压安全装置采用压力传感装置来探测液压的突然和反常的变化，如果线路出现故障，也可以用单向阀和其它装置来防止液压油的流失和压力的下降，这种设计使得举升机的运行更为安全有效。
在我国，烟台大学机电汽车工程学院的李宝顺教授对液压举升机的同步器进行了深入研究，采用三齿轮结构形式和其各支路流量均等的原理，设计、研制的双液压缸使用的液压同步器⑶。
该液压同步器设计原理巧妙、结构简练、安装方便，经实验测试证明其各项性能指标均优良，同步精度完全达到和超过了使用要求。
1994年我国交通部发布了JT/T155—1994《中国人民共和国交通行业标准汽车举升机技术条件》⑷，对举升机进行了规范化，该标准规定了汽车举升机的术语、产品分类、技术要求、试验方法、检验规则以及标志、包装、运输和贮存等。
2004年交通部在JT/T155—1994基础上进行了进一步的改进，发布了JT/T155—2004汽车举升机技术条件⑸，进一步的对举升机进行了规范，对术语和定义、产品分类、产品安全性能、整机性能、项目的试验方法进行了改进，增加了安全标志和图形。
1.2举升机设计的典型方案
目前，在众多的举升机设计方案中，典型的主要有单柱式举升机、双柱式举升机、四柱式举升机、剪式举升机和地沟式举升机等。
单柱式举升机是将停放在地面上的轿车等交通工具举升到一定的高度进行维修的专用设备，是一种典型的用于汽车及工程车辆的局部举升，以便更换车轮轮胎或对车辆底盘进行各种维修作业的机具。
单柱举升机操作容易、美观、不占用空间便能将重物方便省力的举起。
具有省时省力的效果，不用时完全放置于地面，方便汽车倒车和放置物品,是汽车修理不可缺少的机具。
单柱车辆举升机分可移动式的和固定式的两种型号。
单柱移动式举升机适用于室内外场地，单柱固定式举升机适用于室内面积较为紧凑的场所。
双柱式举升机是一种广泛用于轿车等小型车维修用的举升设备，是汽车维修企业中
常见的保修设备之一，它具有结构紧凑、外形美观、操作简便等特点，适用于汽车修理和保养单位，使修理人员不必钻到空间狭窄的汽车底部，只需用此种安全可靠的举升设备
将汽车举升到一定的高度，即可快捷地对汽车底部的零部件进行检修。
设备的主要部分有：
举升机构、支承机构、同步机构和电磁铁安全锁机构⑹。
举升机的传动系统由液压系统驱动和控制，由两立柱内安装的液压油缸实现上下运动，推动连接立柱与滑台的链条，使滑台上安装的大滚轮沿立柱滚动，实现滑台的上下移动。
双柱托举接触车架式举升机是一个被广泛采纳的举升机，在最近几年所有新销售的举升机中，至少三分之二都是这种类型的。
这种设计之所以很流行，有几方面的原因的：
一就是这种举升机安装起来很快，不需要大范围的开挖，也不需要对维修厂的整体布局进行一些永久性的变动。
二是功能的多样性，一台双柱托举接触车架式举升机几乎可以用来进行所有汽车的维修作业。
这种举升机的悬臂和接触衬垫的布局，使得维修工能够很容易地进入汽车的整个底部，进行车底的维修操作。
四柱式汽车举升机是一种大吨位汽车或货车修理和保养单位常用的专用机械举升设备，四柱式汽车举升机也很适合于四轮定位用，因为一般四柱式汽车举升机都有一四轮定位档位，可以调整，可以确保水平⑺。
四柱举升机按其结构又分为上油缸式以及下油缸式两种。
上油缸式四柱举升机其油缸置于立柱顶部（带横梁），下油缸式的油缸置于平板下面。
上油缸式四柱举升机主要依靠四根链条拉起四个角，拉力油缸置于顶部，这种结构简单，但自重增加。
多数上油缸式四柱举升机二次举升为手动或气动，修理工需要跑到底下操作，这对于经常使用二次举升的用户不方便和不安全。
保险装置为气动装置，若没有气源则比较麻烦。
下油缸四柱举升机主要依靠四根粗钢索拉起四角，拉力油缸置于平板下面，通过六个圆盘将力传达四面。
这种结构比较紧凑，自重降低。
二次举升一般为电动液压，和主泵连接在一起，只要转动转换阀即可，升降速度快，保险装置为楔块式，四个楔块利用拉杆联动，扳动拉杆就可打开保险装置，方便耐用。
剪式液压举升机目前广泛用于大型车辆维修⑹。
在大型车辆维修中，由于车辆大,吨位重，一般是采用固定车坑与举升机相结合的方式来将待修车辆举高，进行车辆维修。
在公共汽车修理领域,车型相对固定，工作强度大，要求举升机的举升速度适中且不占用车坑位置，剪式液压举升机满足了对大型车辆维修的要求。
剪式举升机使用方便，不用时不占空间，受到很多实力雄厚的特约维修站的欢迎，这也是未来举升机的发展方向。
但剪式举升机较为精密，做工不好或者设计不好就容易导致台面不平、单边升降等危险发生，如果利用剪式举升机作四轮定位仪的平台，要求就更加严格。
地沟式举升机是大型客车维修的理想设备，对空间较低的厂房更为实用，且物美价
廉。
地沟式汽车举升机，安装于地沟上面两沿边轨道上，一般采用电动驱动方式，蜗杆、蜗轮减速，从而带动丝杆、举升大梁升降。
这种设计方式使得地沟式举升机移动更灵活，举升力更大，升降平稳，操作安装极为方便，是各种针对大客车、货车进行维修的维修企业最为理想的举升设备。
地沟跑道式四轮定位举升机前轮转角盘（选购件）位置可调，
加长后轮滑板，适合各种车型定位测量。
1.3小结
本章通过介绍汽车举升机的发展概况，对举升机的产生由来，发展的过程，现在还存在的缺陷，可改进的部分，我国对汽车举升机的行业标准都进行了详细的申述。
分析了汽车举升机设计的典型方案：
单柱式，双柱式，四柱式，剪式和地沟式举升机。
并对这几种方案的结构特点，可适用范围，现在市场使用状况，优缺点进行比较分析说明。
2举升机设计总体方案的拟定
2.1举升机设计要求
根据我国交通行业标准JT/T155—2004汽车举升机的技术条件［5］，主要零部件的要求有：
1、升降台
（1）升降台的强度和刚度应符合国家标准。
（2）当升降台面对角线为L时，升降台两对角线的差值不大于0.002L。
2、液压传动系统
（1）液压系统设计、安装应符合GB/T3766的有关规定。
（2）金属油管及管接头连接处尺寸应符合GB/T5653和GB/T3765的规定。
3、机械传动系统
（1）钢丝绳举升用钢丝绳应符合GB/T8918和GB/T5972的规定或品质在同等标准以上的制品，推荐使用线接触钢丝绳，其安全系数应为最大静拉力的七倍以上，钢丝绳端和钢丝绳端固定装置的破断拉力值应为最大静拉力的七倍以上。
（2）滑轮滑轮直径与钢丝绳直径的比值应大于18,滑轮应有防止钢丝绳跳出绳槽的装置。
4、整机性能
（1）同步装置具有两个以上升降台，托臂的举升机应设有保持同步升降的装置，
在升降的有效工作行程范围内举升机上升和下降的不同步性应小于3mm/10s。
（2）电气系统举升机的电气系统应根据负荷的大小装有断路器，电机控制应有过载，断相保护装置，升降台、托臂、上升、下降到最大行程的位置时，应具有自动停机装置。
（3）安全装置举升应设有正常工作时防止被举升车辆自然下降的安全装置，液压式举升机应设有钢丝绳及链条突然断裂，油管突然爆裂是保险装置，且该装置应安全可靠，液压式举升机除液压系统能自锁外，还应设有机械锁止装置。
另外，举升机其他方面的性能要求，例如：
（1）液压系统工作应平稳、无振动、无爬行现象。
（2）操作装置、安全装置动作应有效、灵敏、安全可靠。
（3）举升机正常运行时的噪音不得超过80dB
（4）举升机工作环境温度为0—40C,全行程连续举升额定质量20次，油温不得高于60°C。
（5）在试验台上对液压系统施高150%勺额定使用压力，维持2min,不允许有永久变形、漏油及其他异常现象。
（6）在无故障工作基础上，机械式举升机的使用继续进行到3000次，则液压举升机可以继续进行到9000次，以安全可靠为前提，检查零部件损坏程度，允许更换损坏
件，允许添加润滑剂。
（表1）为国家标准汽车举升机的技术条件，（表2）为国内外轿车有关数据
表1JT/T155—2004汽车举升机的技术条件
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二柱式举升机的结构型式有多种，根据国家JT/T155—2004汽车举升机的技术条件选定本课题设计参数和国内外轿车有关数据。
本次设计的举升机型号为QJ-Y-30-2型，
Y代表是液压驱动，2代表为柱式，30代表为举升质量3000kg。
本课题的设计主要包括以下几个方面的设计：
结构方面的设计，立柱和托臂的强度校核，液压系统的设计，电气系统的设计。
确定本次设计的举升机的主要性能参数为：
额定举升重量3吨；；最大举升高度为
1920mm工作行程为1800mm总高为2600mm在载重3吨情况下，由最低位置举升到最高位置需40秒；当拉下操纵杆使溢流阀接通，3吨轿车由最高位置降到最低位置所需时间大于18秒小于45秒。
同时为满足各种典型车辆的重量和外形尺寸的要求，确定总宽为3150mm车道宽为2450mm举升臂在最低位置时的举升高度为120mm前托臂回转角度90度，后托臂回转角度90度。
结构示意图（如图2.1）
起动按钮
图2.1二柱举升机结构示意图
2.2设计中的技术难点
（1）冲击载荷问题
安全是汽车举升机设计中要考虑的重要问题之一，当钢丝绳或链条断裂时举升机主
体、锁止装置、以及地脚螺钉和地基都将受到巨大的冲击载荷。
因此，在这些零件的设计计算中必须考虑到这个载荷的的大小。
（2）非等截面的压杆稳定问题
汽车举升机在上升时，上升的推力由液压缸活塞杆或丝杠产生，它们都是细长杆，因此，必须计算细长杆的压杆稳定性。
如一旦进入（或超过）临界状态，则平衡必然被破坏。
而液压缸在伸出时是非等截面杆（指液压缸体和活塞杆的横截面的惯性矩）的压杆稳定问题。
（3）升降时的平衡问题
举升机在上升或下降时必须有强制性平衡装置以确保汽车整体的水平位置。
（4）装配、安装与调试问题
由于举升机一般均为就地装配、安装与调试。
因此，在设计中必须考虑到这些问题,使举升机在部件的装配、整体的就地安装和调试过程中的所有工作都十分简单和方便。
（5）液压缸
由于液压缸的行程较长，因此缸体和活塞杆都成为细长性质，都是加工的零件。
由于液压缸内压力较大，密封也将成为制造中的技术难点。
（6）对地基的要求
不同的汽车举升机对地基有不同的要求，四柱式的举升机对地基的要求最低，普通
二柱式对地基的要求最高。
二柱式地基受力除压力外，还有向内的力矩，并且只有两立
柱下的地基分担。
（如图2.2）
图2.2二柱举升机地基受力分析图
2.3举升机设计方案的对比
2.3.1举升方式
汽车举升机的常用的驱动形式有电机驱动和液压驱动。
而举升方式有：
丝杠螺母方式举升、钢丝绳或链条传动举升方式和液压缸直接举升等方式。
液压缸举升方式又可以有单液压缸，多液压缸等举升方式。
机械式驱动举升方式就是采用螺母丝杠传动结构，实现举升驱动的。
这种举升方式的特点是举升机构即使发生故障，螺母丝杠传动机构的自锁特性不易下跌而发生事故。
安全性也较好。
而且，可采用电机驱动，维护保养均较方便。
传动机构较清洁，没有液压油，但制造工艺性差。
液压驱动方式，通常有链条传动举升和液压缸直接举升方式。
由于液压缸可以购买，
组织制造生产比较方便。
液压举升工作平稳，加工制造方便，但需要液压系统。
但液压站或油管一旦爆裂，举升中的汽车将迅速下跌，安全性问题要采取一定的措施，而且也会对环境造成一定程度的污染。
与上述的机械系统相比，液压回路容易产生故障，维护保养工作较多⑺。
汽车维修厂的抽样调研情况来看，机械和液压举升驱动方式各占一半，但液压式的略多有些。
232同步方式
常用的同步方式有：
钢丝绳机械平衡方式、液压缸同步平衡方式、电机同步平衡方式等多种⑺。
丝杠螺母传动的举升方式中一般采用电机驱动。
如用单电机驱动，则各柱的升降运动，一般应用机械同步方式；若采用多电机驱动，则可采用机械同步也可采用电气方式同步进行升降运动。
在电气方式同步时，副柱上的升降是随同主柱的升降运动同步进行的。
如果采用多个液压缸驱动，则升降运动可采用机械同步（如，钢丝绳同步），也可采用同步液压缸，副缸随同主缸同步升降，但还需考虑到液压缸之间的同步问题。
如果是单液压驱动，则升降运动可采用机械方式同步。
233保险和保护
汽车举升机是一种安全性能要求特别高设备，因工作人员是在举升了后的车底下进行作业工作，必须很注重工作人员的人身安全的问题，所必须要安装多种保险和保护的设备。
常用的保险措施有：
在举升过程中的钢丝绳断裂瞬时保险、工作位置的机械锁止保险、液压回路的防爆裂措施、电气回路的防过载保护、冲顶保护、汽车放在举升台上时的防滑等等⑹。
工作位置的机械锁止保险：
当举升机处于工作状态时，为防止由于各种因素而造成的不安全情况（如突然下降或渐渐回落的情况），而设置的较为可靠的机械式锁止保险。
液压回路的防爆裂措施：
为防止系统的液压回路在长时间工作后，温度升高而放生爆裂或由于其所承受压力过大而发生爆裂的突发事故而采取的保险措施。
电气回路的防过载保护：
为防止系统的电气回路由于过载而造成的断路而采取的保险措施。
为了工作的安全性，以避免事故的发生，一般还有多种保护措施:
机械自锁是指失去驱动力后，利用机械机构的重力（被驱动物体的阻力）来自动阻碍其运动的保护。
液压保压是指液压回路在失去液压泵产生的压力后，仍然能在液压缸内保持足够压
力的一种措施。
过载保护是指防止被举升物体（汽车）质量超载的保护装置。
冲顶保护是指，举升时，一旦到达举升机的极限位置时限制举升滑台继续往上升而破坏举升机的保护装置。
此外，托臂要有锁紧装置或自锁机构⑺。
2.4方案设计的确定
241驱动举升方式
机械驱动举升方式能方便地组成双柱的举升系统：
一个立柱为主系统，另一立柱为
副系统（从动系统）的组合。
因此，容易组织产生，容易构成系列产品。
它的主要特点是：
自锁性好，安全性也较好。
而且，采用电机驱动，维护保养均较方便。
传递比较清洁，没有液压油，但对制造者来说，由于机械驱动举升方式主要依靠丝杆螺母实现，而举升机所需的丝杠需要冷挤压加工，且丝杆螺母长度较长，对制造者的要求较高，无疑将增加对制造设备的要求，从而增加了制造成本，且工艺性差。
液压缸举升机产生成本比丝杠螺母举升形式的要低，液压缸的产生远比丝杠螺母机
构简单，容易组织产生。
工作平稳，加工制造方便，液压控制简单容易实现。
且使用寿命比丝杠螺母要长。
但同时液压系统中，需要液压回路，易产生漏油问题，密封件易老化而失效，因此，使用时易产生小故障，必须定期维护保养，维护保养工作较多。
建议密封件要用进口的，以减少此类故障⑹。
在比较两种驱动举升方式的优缺点后，综合各种因素，确定用液压驱动举升方式。
2.4.2同步方式
钢丝绳机械同步方式，自锁性好，传递比较清洁，没有液压油。
同时，一般只要达到一定的强度刚度要求，注意摩擦的损耗，其使用寿命较长，安全性也较好。
维护保养均较方便。
发现不平衡时，可以通过调整钢丝绳进行调整。
电机同步平衡方式，可通过改变输入的电压/电流，或者励磁电压/电流来调速。
但
自身的结构复杂，制造成本高
液压缸同步平衡方式，工作平稳，加工制造方便。
但需要液压缸数目较多，经济性比较差。
而且较前种平衡方式较复杂，维护保养工作多，不如钢丝绳机械方式可靠。
因此，三种较常用的方式比较之下，确定使用钢丝绳机械平衡方式。
243保险和保护
在发生故障时，如突然停电、突然失去油压都有锁止装置使举升机上的汽车在发生上述的突发事件时，不至于坠落。
故而，保险和保护措施在举升机的系统中是必不可少的。
并且，至少有两道以上的保险措施。
故本设计米取保险措施：
如液压回路的保压、机械锁止保险装置、机械自锁装置、举升过载保护、冲顶保护等等⑺，具体设计在各结
构设计中体现。
2.5创新点
设计创新点是针对现在市面上的二柱举升机的托臂没有锁止机构，在托臂上增加了
锁止机构，当托臂上升到一定位置时自动锁止，增加举升时的安全性。
安全机械锁采用液压式，可以泄压和解锁同时进行，增加了使用的方便性。
在主立柱上装有冲顶保护装置（限位开关），当活动架上升到极限位置时，油缸活塞杆上端的铁板（即撞块）碰到装
在主立柱上的限位开关切断电源，使电动机停止工作。
2.6小结
本章通过以上对汽车举升机结构的认识和了解，经过各种方案的对比，严格按照国家行业标准，符合举升机设计技术要求，确定了本次设计的举升机的总体方案：
本次设计的是由液压驱动的普通二柱举升机，它的结构包括以下几个部分：
举升装置，同步装置，立柱,支撑装置（托臂），安全装置及保险装置。
3结构设计
3.1二柱举升机的主要结构
支承机构：
本课题设计的汽车举升机采用二立柱与地面连接的支撑形式，两立柱与
四托臂为汽车载荷主要承载体，需要对立柱进行强度校核。
举升机在工作时，托臂必须有足够的刚度和强度，使汽车在举升后，能支撑住，工作人员能在车下进行安全工作。
提升机构：
分别在二立柱内安装有液压缸，当液压泵将液压油压进油缸有杆腔时，活塞杆收缩，通过链条拉动滑块和托臂向上移动。
平衡机构：
在汽车升降过程中，为保持平衡，由二根钢丝绳将两立柱互联，强制举升机支撑机构同步升降，如果出现左右托臂不在同一平面上，应调节钢丝绳端头螺母，使汽车处于同一平面位置上，此时钢丝绳一定要拉紧，否则不能保证同步。
安全保险机构：
在二根立柱上安装有齿板，
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