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1000kg液压升降平台设计说明书.doc

1000kg液压升降平台设计--剪叉式升降台【7张CAD图纸和毕业论文】

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关键词：: 全套CAD图纸和毕业论文 kg 液压升降平台设计剪叉式升降台全套 cad 图纸以及毕业论文

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摘要

升降平台是一种将人或者货物升降到某一高度的升降设备。在工厂、自动仓库等物流系统中进行垂直输送时，升降平台上往往还装有各种平面输送设备，作为不同高度输送线的连接装置。一般采用液压驱动，故称液压升降平台。

本次本是对液压升降平台进行设计，首先确定了该液压升降平台结构的结构；接着调查货物尺寸建立货物模型以确定升降平台的整体结构尺寸；其次建立了升降平台构的力学模型并对升降平台构不同位置状态进行了受力分析及校核杆件、销轴、螺栓的强度是否满足要求；然后对该剪式液压升降平台的液压系统及电气控制系统进行了设计；最后采用AutoCAD软件绘制了该液压升降平台的装配图及主要零部件图。

通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了起重机械产品的设计方法并能够熟练使用AutoCAD软件，对今后的工作于生活具有极大意义。

关键词：液压；升降平台；剪式；设计

Abstract

Lifting platform is a lifting device that elevate people or goods to a certain height. In the vertical transportation of the logistics system such as factories and automatic warehouses, a variety of plane transport equipment is often installed on the lifting platform as a connecting device for different height conveyer lines. Hydraulic drive is commonly used, so it is called hydraulic lifting platform.

This is the design of the hydraulic lifting platform, first determine the structure of the hydraulic lifting platform structure, and then investigate the size of the goods to establish the cargo model to determine the overall structure size of the lifting platform; secondly, the mechanical model of the lifting platform is established and the stress analysis of the different positions of the lifting platform is carried out. Check the strength of the rod, pin and bolt to meet the requirements; then the hydraulic system and electrical control system of the shear hydraulic lifting platform are designed. Finally, the assembly drawing and main parts drawing of the hydraulic lifting platform are drawn by AutoCAD software.

Through this design, we have consolidated the professional knowledge of the University, such as mechanical principle, mechanical design, material mechanics, tolerance and interchangeability theory, mechanical drawing and so on. It has mastered the design method of lifting machinery products and can use AutoCAD software skillfully, which is of great significance for the future work in life.

Key words: Hydraulic; Lifting platform; Scissors; Design

摘要 I

Abstract II

引言 1

第1章绪论 2

1.1研究背景及意义 2

1.1.1研究背景 2

1.1.2研究意义 2

1.2升降平台概述 3

1.2.1升降平台定义 3

1.2.2液压升降平台的作用 3

1.2.3液压升降平台的特点 3

1.3国内外研究现状 3

1.3.1国外 4

1.3.2国内 4

第2章总体结构方案及参数选定 6

2.1 升降平台结构确定 6

2.2 确定各结构尺寸 7

2.3初定电机功率 9

2.4平台与叉杆的设计计算 10

2.4.1确定平台的结构材料及尺寸 10

2.4.2确定叉杆的结构材料及尺寸 11

第3章受力分析与校核计算 15

3.1位置参数计算 15

3.2动力参数计算 17

3.3液压缸布置方式的分析 18

3.4强度校核计算 21

3.4.1叉杆 21

3.4.2横轴 24

3.4.3连接螺栓的校核 25

第4章液压、电气系统的设计 28

4.1液压系统设计 28

4.1.1液压系统设计要求 28

4.1.2液压系统原理图的设计 28

4.2液压缸的计算与选型 30

4.2.1 液压缸的安装位置 30

4.2.2液压缸推力及行程的确定 31

4.2.3液压缸的选型 31

4.3液压泵的计算与选型 31

4.3.1 液压泵工作压力的计算 31

4.3.2 液压泵功率的计算 32

4.3.3 油泵流量的计算 33

4.3.4 油泵的选型 33

4.4电气系统设计 33

4.4.1 电气系统控制设计 33

4.4.2电动机的选择与验算 35

总结 37

参考文献 38

致谢 39

引言

升降平台随着人们对垂直运送的需求而出现，与人类的文明一样久远。原始的升降平台使用基本的动力方式如人力、畜力和水力来提升重量；古希腊时，阿基米德开发了经过改进的升降装置，用绳子和滑轮操作；18世纪，世界步入第一次工业革命，机械力作为一种更为便利和高效的动力开始被广泛应用于升降平台，这为以后升降平台的发展起到了重要的铺垫作用，随着人们对机械的深入研究，各种新式升降平台陆续被研发，为人类生活提供了诸多便利。

其中，剪叉式升降平台近几年来发展迅猛，是一款应用于各行各业的新型升降设备。剪叉式升降平台按其运动方式可以划分为固定式、牵引式和自行式三大类。采用剪叉机构能确保起升之后有较高的稳定性。结构简单、操作方便、宽大的作业平台和较高的承载能力等诸多特性，使其应用范围更佳广泛。

升降机在国外已有几十年的历史，技术上相对娴熟，且已广泛地应用在工业、航空、造船、商业、仓库、码头等场所。当前阶段，国外专家与学者对剪叉式液压升降机的研究主要集中在结构的创新上。美国专家Hachem等人结合其特性，提出“并联连接剪叉臂”的结构形式，不仅可以增加工作面积，还大大增加其稳定性；C.Gantes根据剪叉臂的受力情况，对于双层剪叉臂起升机构的模型推导出一个系统的设计和计算标准；W.Shan甚至利用分析软件Matlab通过试算的方法对剪叉臂进行了尺寸优化。

我国此行业起步较晚，对于剪叉式液压升降平台的设计，大致经历了仿制国外产品，自行设计开发以及引进消化提高等几个阶段。值得庆幸的是，随着近年来的技术引进和科研成果，我国自主研发水平也得到了显著提高。目前，国内剪叉升降机多应用于高空作业以及生产流水线中配套使用，但因地铁、体育场所等地人员过于密集，使用上仍存在一定限制。

第1章绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1研究背景

升降平台随着人们对垂直运送的需求而出现，与人类的文明一样久远。

原始的升降平台使用基本的动力方式如人力、畜力和水力来提升重量；古希腊时，阿基米德开发了经过改进的升降装置，用绳子和滑轮操作；18世纪，世界步入第一次工业革命，机械力作为一种更为便利和高效的动力开始被广泛应用于升降平台，这为以后升降平台的发展起到了重要的铺垫作用。随着人们对机械的深入研究，各种新式升降平台陆续被研发，为人类生活提供了诸多便利。

剪叉式液压升降台具有结构简单、承载量大、安装空间小、自动化程度高且易于实现集中控制等特点，因此在现代物流、航空、自动化生产线等场合中得到广泛应用[17]。剪叉式升降平台是应用非常广泛的一种升降装置，剪叉式升降平台的结构决定了其功能和特点，具有结构稳固、运行可靠、安全高效、故障率低、维护方便等一系列优点，因此广泛用于车站、码头、桥梁、大厅、厂房、室内外机械安装、设备维修、建筑保养等场合。

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内容简介：: - I - 本科毕业设计（论文）论文题目：1000kg 液压升降平台设计专业：班级：学生姓名：学号：指导教师：答辩日期：2018 年 5 月 12 日 - II - 本科毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：日期：2018 年月日 - I - 摘要升降平台是一种将人或者货物升降到某一高度的升降设备。在工厂、自动仓库等物流系统中进行垂直输送时，升降平台上往往还装有各种平面输送设备，作为不同高度输送线的连接装置。一般采用液压驱动，故称液压升降平台。本次本是对液压升降平台进行设计，首先确定了该液压升降平台结构的结构；接着调查货物尺寸建立货物模型以确定升降平台的整体结构尺寸；其次建立了升降平台构的力学模型并对升降平台构不同位置状态进行了受力分析及校核杆件、销轴、螺栓的强度是否满足要求；然后对该剪式液压升降平台的液压系统及电气控制系统进行了设计；最后采用 AutoCAD 软件绘制了该液压升降平台的装配图及主要零部件图。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了起重机械产品的设计方法并能够熟练使用 AutoCAD 软件，对今后的工作于生活具有极大意义。关键词：液压；升降平台；剪式；设计 - II - Abstract Lifting platform is a lifting device that elevate people or goods to a certain height. In the vertical transportation of the logistics system such as factories and automatic warehouses, a variety of plane transport equipment is often installed on the lifting platform as a connecting device for different height conveyer lines. Hydraulic drive is commonly used, so it is called hydraulic lifting platform. This is the design of the hydraulic lifting platform, first determine the structure of the hydraulic lifting platform structure, and then investigate the size of the goods to establish the cargo model to determine the overall structure size of the lifting platform; secondly, the mechanical model of the lifting platform is established and the stress analysis of the different positions of the lifting platform is carried out. Check the strength of the rod, pin and bolt to meet the requirements; then the hydraulic system and electrical control system of the shear hydraulic lifting platform are designed. Finally, the assembly drawing and main parts drawing of the hydraulic lifting platform are drawn by AutoCAD software. Through this design, we have consolidated the professional knowledge of the University, such as mechanical principle, mechanical design, material mechanics, tolerance and interchangeability theory, mechanical drawing and so on. It has mastered the design method of lifting machinery products and can use AutoCAD software skillfully, which is of great significance for the future work in life. Key words: Hydraulic; Lifting platform; Scissors; Design - III - 目录摘要 .I ABSTRACT .II 引言 1 第 1 章绪论 2 1.1 研究背景及意义 2 1.1.1 研究背景 .2 1.1.2 研究意义 .2 1.2 升降平台概述 3 1.2.1 升降平台定义 .3 1.2.2 液压升降平台的作用 .3 1.2.3 液压升降平台的特点 .3 1.3 国内外研究现状 3 1.3.1 国外 .4 1.3.2 国内 .4 第 2 章总体结构方案及参数选定 6 2.1 升降平台结构确定 6 2.2 确定各结构尺寸 7 2.3 初定电机功率 9 2.4 平台与叉杆的设计计算 10 2.4.1 确定平台的结构材料及尺寸 .10 2.4.2 确定叉杆的结构材料及尺寸 .11 第 3 章受力分析与校核计算 15 3.1 位置参数计算 15 3.2 动力参数计算 17 3.3 液压缸布置方式的分析 18 3.4 强度校核计算 21 3.4.1 叉杆 .21 - IV - 3.4.2 横轴 .24 3.4.3 连接螺栓的校核 .25 第 4 章液压、电气系统的设计 28 4.1 液压系统设计 28 4.1.1 液压系统设计要求 .28 4.1.2 液压系统原理图的设计 .28 4.2 液压缸的计算与选型 30 4.2.1 液压缸的安装位置 30 4.2.2 液压缸推力及行程的确定 .31 4.2.3 液压缸的选型 .31 4.3 液压泵的计算与选型 31 4.3.1 液压泵工作压力的计算 31 4.3.2 液压泵功率的计算 32 4.3.3 油泵流量的计算 33 4.3.4 油泵的选型 33 4.4 电气系统设计 33 4.4.1 电气系统控制设计 33 4.4.2 电动机的选择与验算 .35 总结 37 参考文献 38 致谢 39 - 1 - 引言升降平台随着人们对垂直运送的需求而出现，与人类的文明一样久远。原始的升降平台使用基本的动力方式如人力、畜力和水力来提升重量；古希腊时，阿基米德开发了经过改进的升降装置，用绳子和滑轮操作；18 世纪，世界步入第一次工业革命，机械力作为一种更为便利和高效的动力开始被广泛应用于升降平台，这为以后升降平台的发展起到了重要的铺垫作用，随着人们对机械的深入研究，各种新式升降平台陆续被研发，为人类生活提供了诸多便利。其中，剪叉式升降平台近几年来发展迅猛，是一款应用于各行各业的新型升降设备。剪叉式升降平台按其运动方式可以划分为固定式、牵引式和自行式三大类。采用剪叉机构能确保起升之后有较高的稳定性。结构简单、操作方便、宽大的作业平台和较高的承载能力等诸多特性，使其应用范围更佳广泛。升降机在国外已有几十年的历史，技术上相对娴熟，且已广泛地应用在工业、航空、造船、商业、仓库、码头等场所。当前阶段，国外专家与学者对剪叉式液压升降机的研究主要集中在结构的创新上。美国专家 Hachem 等人结合其特性，提出 “并联连接剪叉臂 ”的结构形式，不仅可以增加工作面积，还大大增加其稳定性； C.Gantes 根据剪叉臂的受力情况，对于双层剪叉臂起升机构的模型推导出一个系统的设计和计算标准；W.Shan 甚至利用分析软件 Matlab 通过试算的方法对剪叉臂进行了尺寸优化。我国此行业起步较晚，对于剪叉式液压升降平台的设计，大致经历了仿制国外产品，自行设计开发以及引进消化提高等几个阶段。值得庆幸的是，随着近年来的技术引进和科研成果，我国自主研发水平也得到了显著提高。目前，国内剪叉升降机多应用于高空作业以及生产流水线中配套使用，但因地铁、体育场所等地人员过于密集，使用上仍存在一定限制。 - 2 - 第 1 章绪论 1.1 研究背景及意义 1.1.1 研究背景升降平台随着人们对垂直运送的需求而出现，与人类的文明一样久远。原始的升降平台使用基本的动力方式如人力、畜力和水力来提升重量；古希腊时，阿基米德开发了经过改进的升降装置，用绳子和滑轮操作；18 世纪，世界步入第一次工业革命，机械力作为一种更为便利和高效的动力开始被广泛应用于升降平台，这为以后升降平台的发展起到了重要的铺垫作用。随着人们对机械的深入研究，各种新式升降平台陆续被研发，为人类生活提供了诸多便利。其中，剪叉式升降平台近几年来发展迅猛，是一款应用于各行各业的新型升降设备。剪叉式升降平台按其运动方式可以划分为固定式、牵引式和自行式三大类。采用剪叉机构能确保起升之后有较高的稳定性。结构简单、操作方便、宽大的作业平台和较高的承载能力等诸多特性，使其应用范围更佳广泛。剪叉式液压升降台具有结构简单、承载量大、安装空间小、自动化程度高且易于实现集中控制等特点，因此在现代物流、航空、自动化生产线等场合中得到广泛应用17。剪叉式升降平台是应用非常广泛的一种升降装置，剪叉式升降平台的结构决定了其功能和特点，具有结构稳固、运行可靠、安全高效、故障率低、维护方便等一系列优点，因此广泛用于车站、码头、桥梁、大厅、厂房、室内外机械安装、设备维修、建筑保养等场合。 1.1.2 研究意义升降平台不论是在工业生产还是我们的日常生活中都有着非常重要的作用。给我们带来许多便捷、便利。升降平台有许多特色的功能，电梯在我们生活中的好多地方都会用到，升降平台就如电梯的性能大同小异，我们在升降平台的使用过程中也可以针对自己的需求对升降平台的具体参数进行设置。升降平台在我们生产中的应用非常普遍，可见升降平台在我们的生活中的重要性。然而在我们生产中升降平台也有着非常重要的作用，尤其是货物高空操作。 - 3 - 1.2 升降平台概述 1.2.1 升降平台定义升降平台是一种将人或者货物升降到某一高度的升降设备。在工厂、自动仓库等物流系统中进行垂直输送时，升降平台上往往还装有各种平面输送设备，作为不同高度输送线的连接装置。一般采用液压驱动，故称液压升降平台。除作为不同高度的货物输送外，广泛应用于高空的安装、维修等作业。升降平台包括：固定升降平台、牵引式升降平台、车载式升降平台、导轨式升降平台和特殊形式的升降平台等。 1.2.2 液压升降平台的作用液压升降平台广泛适用于货物、集装箱、模具制造，木材加工，化工灌装等各类工业企业及生产流水线，满足不同作业高度的升降需求，同时可配装各类台面形式（如滚筒、转盘、转向、倾翻、伸缩），配合各种控制方式（分动、联动、防爆），具有升降平稳准确、频繁启动、载重量大等特点，有效解决工业企业中各类升降作业难点，使生产作业轻松自如。 1.2.3 液压升降平台的特点升降平台升降系统是靠液压驱动的，所以叫做液压升降台。是一种多功能的装卸机械设备。它主要广泛适用于模具制造，化工罐装以及集装箱，货物之类的各种工厂企业及生产流水线。液压升降平台可以满足于不同作业高度的升降需求，配装各类台面形式，采用合适的控制方式，使得升降是平稳准确，可以频繁启动，且承载量大，从而能够有效的解决工业企业中各类升降作业时的难题，方便生产。 1.3 国内外研究现状升降平台在世界上已经有了 70 年历史。1925 年在美国生产的第一台升降平台，它是一种由气动控制的单柱升降平台，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 年这种单柱升降平台才在美国以外的其它地方开始采用。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。其中剪式升降平台使用方便，占地空间较小，受到很多实力雄厚的特约维修站的欢迎，这也是未来升降平台的发展方向。在市场上可以 - 4 - 看到的型式各异、尺寸不同的升降平台中，有一些特别适合于从事特殊类型的维修作业，也有少数的升降平台适合进行一些其它的维修作业。 1.3.1 国外当前国外制造升降平台的国家比较多，如意大利、芬兰、美国、英国等国家。国外升降平台生产在有的国家已有几十年的历史，升降平台在机械产品中占有相当大的比重。根据叉臂的数量分单节和多节升降平台，还有固定式（图 1.1）、超低式（图 1.2）、移动式（图 1.3）等各种型式。目前升降平台的驱动力多用液压驱动，在仓库、航空、工业、码头等场所广泛运用。特别在高空作业升降平台及商业货物平台中己形成系列化的生产，如英国起重有限公司，他们根据各类仓库的装卸需求，生产适应商业货物系统方面不同型号的升降平台，大部分高空作业搬运作业其技术先进。还有 Geda 公司的 Multilift 系列施工升降平台，这台施工升降平台可以通过电子显示装置对“ 高度预定控制系统 ”进行操作。通过该系统，要使升降平台轻松地停靠在不同高度，操作员只需简单的按钮操作就可。该升降平台配有嵌入式的控制装置，使升降平台的急停急走不再发生。美国专家 Hashem 等根据剪叉式液压升降平台的特点提出采用并联连接剪叉臂的结构形式，之前的升降平台主要是串联连接剪叉臂，串联连接限制了其工作台面的增加，并联连接不仅可以增加工作面积，还能够大大增加其稳定性1-2 。 1.3.2 国内随着中国城镇化的扩展，道路，桥梁等基础设施的建设不断增多，需求不断扩大，升降平台以及升降平台的种类需求也不断增加。而且近几年，液压升降平台发展正处在一个发展的高峰期，并且逐步向产业化和集群模式发展。现在不管是在建筑工地、市政施工、企业、工业、工厂、装潢、酒店还是私家庭院，升降平台以及是到处可见，使用也是非常广泛。因此，升降平台市场发展前景广阔。我国升降平台市场进入高速发展阶段，有望保持高速发展态势。目前国外生产升降平台比较知名的企业有爱知公式、JLG 公司和 Alter 公司等。在国内主要有山东济阳和江苏镇江两大生产基地。比较知名的国内企业有徐州重工，浙江定力和京城重工等企业 6。国内的升降平台的制造起步比国外的晚，但是近几年的发展相对较为迅速，主要表现在产品种类的不断增加。如沈阳北方交通中共集团研制了 54m 的高空消防救援车。目前，徐州重型机械有限公司正在研发 80m 的高空消防车，在此之前， - 5 - 它已经成功研制了 22-68m 的高空消防救援车。杭州爱知公司也研发完成了绝缘型高空作业车。在剪叉机构的强度、刚度方面的研究，郭克希等人通过对剪叉式机构的演变方式的分析对比，得到了变异剪叉结构，并对该结构进行了研究，通过对该空间展开式剪叉机构的强度分析，得出了该机构的关键结构尺寸，从而设计出一种新型的能够广泛应用于各种特殊的场合的机动平台9。胡小舟等人分析了剪叉式升降平台的受力，建立了其力学模型，然后利用 Matlab 软件进行分析，研究了影响油缸最大推力的关键参数10 。张荣敏等人对剪叉机构的结构参数进行了分析，并利用 ANSYS /APDL 的优化设计模块对剪叉臂进行结构优化分析，得出剪叉臂的最优参数11。邓宏光等人根据剪叉式升降平台的结构特征，建立了起升结构的力学方程，并确定了起升结构的关键参数12。 - 6 - 第 2 章总体结构方案及参数选定 2.1 升降平台结构确定初步设计方法：通过资料了解，一般的剪叉升降平台升降机构基本大同小异，最大的区别就在于升降平台的动力装置，如液压传动（图 2-1）和电力传动（图 2- 2）。图 2-1 液压传动升降平图 2-2 电力传动升降平台根据要求我所设计的升降平台通过液压传动驱动，此次设计所要举升的重量为 1t 以下的货物，所以采用小剪式液压驱动升降平台就完全可以。对地基没有过多要求，地面安装即可。整体结构形式如图 2.1 所示。 - 7 - 图 2.1 液压升降平台整体结构形式剪切式液压平板升降平台由机架、液压系统、电气三部分组成。设置限位装置、升程自锁保护装置等以保证升降平台安全使用，保障维修工人的生命安全。剪切式升降平台有两组完全相同的升降平台构，分别放于左右两侧车轮之间，因两侧结构完全相同，可以左右互换。升降平台由电气系统控制，由液压系统输出液压油作为动力驱动活塞杆伸缩，带动两侧举升臂同时上升、下降、锁止2。升降平台一侧上下端为固定铰支座，举升臂由销连接固定在铰支座上。另一侧上下端为滑轮滑动，举升臂通过轴与滑轮连接。升降平台在工作过程中，以固定铰支座一侧为支点，滑轮向内或向外滑动，使升降平台上升下降，当达到适当的举升位置时，利用液压缸上的机械锁锁止。剪切式升降平台使用方便，结构简单，占地面积小，适用于大多数货物、货物的检测、维修及保养，安全可靠3。 2.2 确定各结构尺寸（1）选定本次设计的升降平台主要技术参数如表 2.2 所示表 2.2 主要技术参数技术数据数值单位 - 8 - 举升重量 1 t 举升高度 3502000 Mm 提升时间 60 S 要求升降平台的提升速度是经 1min 时间内升降平台能升高到 1m，实际升高 1.65m，并且升降平台在各高度工作时，都能自锁。设计过程中参考了广力牌 GL3.0/A 小剪式升降平台，上海繁宝剪式升降平台， Jumbo Lift NT 剪式举升平台的外形及运动形式。（2）升降平台各部分尺寸（a）支撑平台尺寸根据该级别升降平台使用较广的升降平台尺寸大小取平台外型长 1600mm。平台宽一般为 500mm600mm 左右，我们取平台宽为 Bp=550mm。举升时，重量作用在整个平台上，力并不集中，所以平台不宜过厚，增加升降平台重量，取外型高为 70mm，实厚为 15mm，只在四周加工凸台边缘，平台尺寸如图 2.2 所示。图 2.2 平台尺寸（b）举升臂尺寸因平台长 La=1600mm，固定铰支座和滑动滚轮分别放于平台下，降低到最低点时举升臂不能超出平台边缘，与货物相干涉，所以固定铰支座和滑动滚轮要与平台有一定的距离，取支座距平台边缘的距离为 150mm。则固定铰支座与滑动滚轮之间距离。Lb=160-52130 m 升降平台压缩到最低位置时，升降平台高为 350mm,(底座到平台面的距离)。如图 2.3 所示底座厚为 15mm，滚轮直径 D=50mm ，滚轮处轴径 Dz=24mm ，为了避免滚轮直接磨损底座，设计时，加工滚轮滑道，滑道厚为 10mm，滑道宽 35mm，滑道长为 750mm。上下两滚轮之间的距离为根据勾股定理求举升臂长 L , 求得Hd=350-12=50 m 2250=b() L=1306mm，举升臂宽 110mm，厚为 20mm。 - 9 - 图 2.3 升降平台压缩到最低点时的状态（3）升降平台升高到 1m 时尺寸变化升降平台向上举升时，滑轮向内侧滚动，液压系统向上伸缩，固定铰支座和滑动铰支座之间距离缩短，平台与底座之间距离越来越大。升降平台升高到 1m 时，升降平台上下两滑轮之间的距离为，因举升臂长Hg=20-1532=190m L=1306mm，固定铰接处与滑轮之间的距离为 Lb,由勾股定理得，则 Lb=896.15mm，滑动轮滑动距离 Lx=1300- 22190Lb=() 896.15=403.75mm。升降平台升高到 1m 时，结构状态如图 2.4 所示。图 2.4 升高到 1m 时升降平台主视图和左视图因我们的举升臂宽为 110mm，所以连接处螺栓轴径适当取 Ds=30mm，滑动滚轮处 - 10 - 轴径取 Dz=24mm，滑轮总宽为 30mm，与滑道实际接触尺寸为 25mm，另外 5mm 为阶梯凸台,直接与举升臂接触，减小摩擦。 2.3 初定电机功率剪切式升降平台举升重量 1t，升降平台自身及其附件的重量再加上一部分的余量为 0.5t，所以取 W=1.5t 。初定电机功率，不考虑工作过程损失。举升平台上方放有货物时，设计上升速度为 Vw = t S （2.2） S=2000-350 =1650 (mm) 由公式（2.2）得 Vw= =0.0275m/s=1.65m/min 1.650 载车板上升功率 Pw= 60 FwV （2.3） Fw=m g （ 2.4）其中 m=4.6kg，g=10N/kg 由公式（2.4） Fw =3.8 10 =38 KN Vw 取 1.65 m/min 由公式（2.3）得 Pw= =1.04（KW）取 381.6501.WPK 整理前面计算的数据如表 2.4。表 2.4 升降平台主要技术参数举升重量 1000kg 举升高度 5001400mm 实际上升高度 1650mm 总宽 2000mm 总长 2060mm 平台长/宽 1600/550mm 举升臂长 1306mm 平台间宽 900mm 上升时间 50s - 11 - 下降时间 40s 电机功率 1.1KW 电源 220V/380V/50Hz 额定油压 18MPa 整机重量 500kg 滑轮移动距离 896.15mm 2.4 平台与叉杆的设计计算 2.4.1 确定平台的结构材料及尺寸平台位于升降台的最上部，是支撑件的组成部分。货物能够在升降台上平稳的停放就是平台起了关键的作用。在进行维修作业之前首先得驶上平台。需要说明的是平台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 2-1。图 2-1 下底板结构简图材料采用热轧钢板。其形状见图纸。需要说明的是平台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 2-2 所示。图 2-2 叉杆的外形图 - 12 - 2.4.2 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 2-3：图 2-3 支撑叉杆受力分析图对于杆 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。525678maxWlcoscosMl.Nm - 13 - 当升降台处于最高位置，时，轴向力最大，如图30 ，（正值为拉力，负值为压力）。 1254DBWNsinN125BAN 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：，可得 423Ax PWllFlsinlcoscsin() = -110.1N。AxF 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： - 14 - 图 2-4 杆 1 弯矩图由此图可知，杆 1 的最大弯矩在 C 点。经计算当时，有最大值，即拥5cR 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（P 与 W 的关系值根据上述的公式求得）代入以上各式，求得的值如下图： 2cossin()i()lPa 则。 215236maxABM(R)lNm 计算轴向力，同样将杆 1 的受力分析图再转化为轴向力图分析，如图：经分析计算，CD 段受到的轴向压缩力最大，。由于刚刚计算出5492CDTN 的杆 3 与杆 4 的最大弯矩和最大轴向力都小于杆 1 的值，故不对杆 3 杆 4 计算工作 - 15 - 应力。计算杆 1 该状态下的工作应力，设叉杆横截面积 A=bh,如图：则该状态下的工作应力为 max22651649,C sNhMbhAbn 其中，叉杆实际工作应力 , 材料许用应力，材料的极限应力，对于 45 号钢，为 340Mpa s n安全系数,一般为大于 1 的值，这里取 n=2。根据经验初选 h=0.1m。由此式可以看出弯矩对工作应力的影响较轴向力要显著的多，所以在计算时应以最大弯矩为主要计算对象。杆 1 所承受的最大工作应力。杆 1 的 C 截面拥有最大弯矩，即可以认为 C 截面拥有最大的工作应力。我们按照最大工作应力来选取合适的叉杆截面。将 h=0.1m 代入上式：最大工作应力。这里取，即叉杆 36517021.3.MPabmb25bm 的横截面为 100 25 。h2m - 16 - 第 3 章受力分析与校核计算 3.1 位置参数计算由图 3-1 可知图 3-1 位置参数示意图（1） 21/sin(cos),CLHll （2） 22()co;T 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；l T机架长度（A 到 G 点的距离）；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。（3） 221/()HLTCll 设代入（3）式得00/,/,H - 17 - 。（4） 221/200()HTClLlC 在（4）式中，升降平台的初始高度；0 液压缸初始长度。双铰接剪叉式升降平台机构的运动参数计算：图 3-2 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；VV1 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：1 21112,sin()sin(),coscs,in()FBllVLl （5）1i() LVl。在（5）式中，液压缸活塞平均相对运动速度；1 升降平台升降速度；2 支撑杆与水平线的夹角。 - 18 - 以下相同。 3.2 动力参数计算图 3-3 动力参数示意图图中，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（过程省略）得出：升降平台上升时 coscosincostantan()( )sin()22icosLfLbfbbfl （6）升降平台下降时 coscosincostantan()( )sin()22icosQLfLbfbPbfl （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 的作用线到上平板左铰支点 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： - 19 - 。（8） cosin()PLQl 3.3 液压缸布置方式的分析从直观的角度分析考虑，如下图：杆 1杆 2 图 3-4 液压缸工作示意图我们可以从图上看出，液压缸的尾部是连接在右侧支撑杆活动的区域的，液压缸的头部是连接在杆 1 的右端（偏向杆 1 的活动铰连接）。因此，我们针对实际升降台剪叉机构中液压缸常用的布置方式存在的问题，提出了另一种相对布置方式，将液压缸布置在与之相对称的左侧，即与剪叉机构的固定支点在同一侧，来进一步分析讨论。（1）问题的提出液压缸驱动的剪叉机构再各种升降台中广泛应用，因安装的空间不同，其折合后的高度也必然就不同，所以液压缸在剪叉机构内的布置要受到折合后高度的约束。根据文献甘肃大学学报的有关液压缸驱动剪叉机构的运动学及动力学分析一章，得知在这种布置方式的情况下，如图： - 20 - 图 3-5 液压缸布置在左侧液压缸活塞运动速度与台面升降速度的关系式为（1） 2cos2in()yalv vl 活塞推力与台面荷重的关系式为（2） ssin()i()lPWa 式中， 111,tant,sin(i)2hlal d 。以上两式的推导基于工程中常用的液压缸布置方式，即液压缸下支点与剪叉机构的固定支点在同一侧，如上图。这种布置方式的优点是液压缸的有效行程比较短，这在台面升程范围比较大的场合较为适用。存在的问题是在剪叉机构折合后的高度 h 较小的情况下（即角较小），所需液压缸的推力将大大增加。在液压缸最高工作压力限定的情况下，这将使得所用的液压缸的直径增大，以致在折合后的剪叉机构中难以布置；或采用两个直径较小的液压缸取代一个大直径的液压缸，不过这将增加一对液压缸的支座，同时带来机械加工、液压缸安装以及液压系统的复杂性，加大了整个装置的成本。（2）两种布置方式的分析和比较为了解决以上提出的问题，可考虑将液压缸反向布置（即采用第一种设计方案），计算一下该方案的有关参数再将两者作以比较。如图： - 21 - 图 3-6 液压缸布置在右侧这里仍用瞬时速度中心法来求解活塞运动速度。杆上点、点的瞬时转动中心为 F 点， D 点、A 点的速度为：2()DAvla 台面升降速度： coscsyDvl 点的运动速度： ()2csyAla 活塞运动速度：（） ()sin()o2coAlv 式中， 11sini,ta()cohllL 依据虚位移原理有：（） ()0ixixixpypWFFzP 由图分析可得： cos,sin()()i,2sinxyppwPPlalayl - 22 - 经变分后： ()sinco2pwxlayl 代入式（），整理后得活塞推力：（） cos()in()lPWa 式（）和式（）的正确性可以用机械能守恒原理来证明，即 yv 将式（）与式（）进行比较，再各参数都相同的条件下，显,ylaWv 然，液压缸布置再右侧时的推力较液压缸布置在左侧时小；而式（）与式（）比较，则液压缸布置在右侧时的活塞速度较液压缸布置在左侧时高。可见，活塞推力的减小是以活塞速度的提高为代价换来的。液压缸布置在剪叉机构的右侧，使得液压缸的活塞推力减小，这就可以选用直径较小的液压缸，有利于液压缸在剪叉机构中的布置；带来的问题是液压缸的有效行程较长，如果台面升程范围不大，液压缸行程的增加也是有限的。 3.4 强度校核计算 3.4.1 叉杆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 - 23 - 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。5225678maxWlcoscosMl.Nm 当升降台处于最高位置，时，轴向力最大，如图30 ，（正值为拉力，负值为压力）。 1254DBWNsinN125BAN 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 - 24 - 对 D 点做力矩分析：，可得 423Ax PWllFlsinlcoscsin() = -110.1N。AxF 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： - 25 - 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5cR 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（P 与 W 的关系值根据上述的公式求得）代入以上各式，求得的值如下图： 2cossin()i()lPa 则。 215236maxABM(R)lNm 计算轴向力，同样将杆 1 的受力分析图再转化为轴向力图分析，如图：经分析计算，CD 段受到的轴向压缩力最大，。由于刚刚计算出5492CDTN 的杆 3 与杆 4 的最大弯矩和最大轴向力都小于杆 1 的值，故不对杆 3 杆 4 计算工作应力。计算杆 1 该状态下的工作应力，设叉杆横截面积 A=bh,如图：则该状态下的工作应力为 max22 651649,C sNhMbhAbn 其中，叉杆实际工作应力 , 材料许用应力，材料的极限应力，对于 45 号钢，为 340Mpa s n安全系数,一般为大于 1 的值，这里取 n=2。 - 26 - 根据经验初选 h=0.1m。由此式可以看出弯矩对工作应力的影响较轴向力要显著的多，所以在计算时应以最大弯矩为主要计算对象。杆 1 所承受的最大工作应力。杆 1 的 C 截面拥有最大弯矩，即可以认为 C 截面拥有最大的工作应力。我们按照最大工作应力来选取合适的叉杆截面。将 h=0.1m 代入上式：最大工作应力。这里取，即叉杆 36517021.3.MPabmb25bm 的横截面为 100 25 。h2m 3.4.2 横轴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5 568402ABPRN P 是均匀分布的，分布距离为 60mm，故集度为：，截 613.910/.qm 面 O 上的最大弯矩为，截面 C 和 D 上的剪 0.0.83542AMq 力（这里没有考虑剪力与弯矩的正负）。56840AQRN 其弯曲应力为 3 254.16Mpad - 27 - 剪应力 225684031.QMPad 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，这里就不一一校核了。 3.4.3 连接螺栓的校核螺栓在升降平台中起连接作用，主要承受剪切变形。校核时只考虑剪切变形就可以。以下是对图 2.4 中的 1、3、4 处的螺栓进行强度校核。螺栓材料为 Q235-A 钢，许用剪切应力 =98MPa。（1）1 处螺栓受的剪切力如图 3.15 所示图 3.15 1 处螺栓所受剪切力图（a）升降平台在最低点时螺栓剪切力强度计算水平方向承受的应力为 31284.1059.62QkFMPaAd 竖直方向承受的应力为 32228.105.74Qkad 根据第三强度理论 = 53.89MPa1298MP 满足强度要求。（b）举升到 1m 时螺栓剪切力强度计算水平方向承受的应力为 312216.01.84QkFPaAd - 28 - 竖直方向承受的应力为 32221604.54QkFMPaAd 根据第三强度理论 12.87.698 经计算满足强度要求。（2）3 处螺栓受的剪切力如图 3.16 所示图 3.16 3 处螺栓所受剪切力图（a）升降平台在最低点时螺栓剪切力强度计算水平方向承受的应力为 3122684.1059.6QkFMPaAd 竖直方向承受的应力为 22504QkPad 根据第三强度理论 1259.698M 经计算满足强度要求（b）举升到 1m 时螺栓剪切力强度计算水平方向承受的应力为 3122104.54QkFPaAd 竖直方向承受的应力为 2253.814QkMad 根据第三强度理论 120.9P 经计算满足强度要求。 - 29 - （3）5 处螺栓受的剪切力如图 3.17 所示图 3.17 5 处螺栓所受的剪切力图（a）升降平台在最低点时螺栓剪切力强度计算水平方向承受的应力为 312284.1059.6QkFMPaAd 竖直方向承受的应力为 2276.54Qkad 根据第三强度理论 123.0798MP 经计算满足强度要求（b）举升到 1m 时螺栓剪切力强度计算水平方向承受的应力为 312285.10.84QkFPaAd 竖直方向承受的应力为 32227.510.4QkMad 根据第三强度理论 12.598Pa 经计算满足强度要求。校核后的结果表明螺栓材料为 Q235 钢是符合要求的。 - 30 - 第 4 章液压、电气系统的设计 4.1 液压系统设计 4.1.1 液压系统设计要求液压升降平台液压系统，除要求能在一定的范围内从货物两侧将货物同步举升和下降外，还要求其能使货物在任意高度停止并保持不动。以便不同身高的工人，在维修不同位置时可以任意调整高度，最方便的进行维修。因此，液压系统必须具有定位保持功能。另外，因货物的重量较大，一但液压系统出现故障，升降平台举升臂在货物重力的作用下会迅速下滑，可能会对车下维修工人的生命安全造成威胁，升降平台上面的货物也有被摔坏的危险。所以，为了防止这样的情况发生，升降平台必须具有机械锁装置。机械锁由分别安装在举升油缸外侧和活塞杆顶部与举升臂相联的销轴上的两根锯齿形齿条组成。安装在油缸外侧的齿条固定不动，而安装在销轴上的齿条则随活塞杆上下移动，并且能绕销轴做一定角度的摆动，已实现两根齿条的分离和啮合。当举升臂处于定位状态或液压系统出现障碍、油压低于一定数值时，动齿条就会在自身重力和弹簧力的作用下与静齿条啮合，机械锁锁死，使举升臂不会下滑，这样就确保维修工人和货物不会出现危险。 4.1.2 液压系统原理图的设计在设计过程中，要保证货物被水平举起而不发生侧偏，两侧升降平台上升过程中必须始终保持同一高度，活塞的运行速度必须时刻保持相等。升降平台液压回路必须同步。升降平台的液压回路16如图 4.1 所示，主要有两部分组成：机械锁回路、升降回路。 - 31 - 1.左机械锁液压缸 2.右机械锁液压缸 3. 两位三通电磁阀 4.滤油器 5.液压泵 6.溢流阀 7.三位四通电磁阀 8.普通调速阀 9.比例调速阀 10. 左升降缸 11.右升降缸图 4.1 液压升降平台液压控制回路（1）机械锁回路机械锁回路由油缸 1、油缸 2 和两位三通电磁阀 3 组成。当电磁阀 YA1 得电时，两位三通电磁阀 3 左位工作，压力油进入液压缸 1、2 下腔，驱动活塞向上移动，将机械锁打开，此时举升臂可自由上升或下降。当 YA1 失电时，两位三通阀处于右位工作时，油缸下腔与邮箱直接相通，腔内油压为零时，油缸活塞在缸内弹簧和机械锁动齿条自重的作用下收回，机械锁闭合，举升臂被锁住，不能移动。此时工人可以进行各种维修工作。（2）升降回路升降回路由三位四通阀 7、普通调速阀 8、比例调速阀 9、左升降液压缸 10、右升降液压缸 11 组成。当三位四通阀 7 的 YA2 得电时，YA3 失电时，油液上升，通过调速阀到达缸 10、11。当 YA2 失电时，YA3 得电时，两油缸下降。液压升降平台液压控制回路是用电液比例调速阀控制的同步回路，回路中使用了一个普通调速阀 8 和一个比例调速阀 9.它们装在由多个单向阀组成的桥式回路中，并分别控制着液压缸 10、11 的运动，当两个活塞出现位置误差时，检测装置就会发出信号，调节比例调速阀的开度，使液压缸 11 的活塞跟上液压缸 10 的运动而实现同步。这种回路的同步精度较高位置精度可达 0.5mm，费用低，系统对环境适应 - 32 - 性强。下面是剪切式升降平台液压控制回路进行总结后的工作行程表 6.1。表 4.1 工作行程表电磁铁升降平台上升升降平台下降 YA1 + + YA2 + - YA3 - + 4.2 液压缸的计算与选型油缸是液压系统执行元件，也是升降平台构

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