快递载运推送装置设计-本科毕业论.docx

35 / 38 毕业设计（论文）题目 快递载运推送装置设计 学生姓名 学号 专业 机械设计制造及其自动化 班级 班指导教师 评阅教师 完成日期2016 年5月20日学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。（宋体小4号）作者签名： 年 月 日 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密，在_年解密后适用本授权书。2、不保密R。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 年 月 日导师签名： 年 月 日目 录摘要1一、前言21.1课题的目的和意义21.2剪叉式手动液压升降小推车适用范围21.3剪叉式手动液压升降小推车的发展状况3二、剪叉式手动液压小推车设计步骤6三、剪叉式升降机构的模型建立和力学分析73.1油缸布置方式73.1.1剪叉式支撑梁参数设定73.1.2剪叉式升降平台载荷分析93.1.3剪叉式升降机构随高度变化的载荷123.2剪叉式支撑梁的力学分析133.2.1各点坐标分析133.2.2各铰点力计算133.3升降机支架和上顶板结构的确定153.4起升机构及承载机构各处轴的设计163.5支撑架的承载能力分析和强度校核173.5.1内支撑梁EC强度校核183.5.2内支撑梁BD强度校核21四、手动液压系统的设计244.1液压系统的组成244.2手动液压泵的选用264.3.液压缸的选用与参数计算274.3.1液压缸的选择274.3.2液压缸的计算284.4小结31致 谢33参考文献34快递载运推送装置设计学 生： 指导老师： 机械与动力学院摘 要：剪叉式手动液压升降小推车可以完成快递货物的载运和装卸的过程，是一个无污染手动力的便携机械装置，该装置具有结构紧凑、运输方便、操作简单、转向灵活、定向灵敏、升降平稳、升降范围宽等特点。本文主要内容是通过对剪叉式手动液压升降小推车整体尺寸、平台升降机构、手动液压泵和液压缸进行设计和强度计算，然后以最佳的方式布置升降机构和动力机构,得出各部分零件的精确尺寸，然后利用ProE画出各零件图和相应的总装配图。关键字：剪叉式；手动液压升降小推车；机构设计；强度计算；总装配图Abstract：The scissorsassemblyhydrauliccylinder liftable loader can load and carry the goods, the said device is a manual and pollution-free portable device, This device haveadvantagesin that: compact-sized, easytransportation, simpleoperation, flexiblesteering, directional sensitive, stablelifting, wide lifting range. Themainpointofthe paperisto combine liftingequipment with power mechanismin optimalways, obtain exact dimensions of all the parts and use ProE to draw each part drawing and the corresponding general assembly drawings through calculate the corresponding the force bearing situation and design the overallsize of device, the lifting mechanism of platform, the manual hydraulic pump and the hydrauliccylinder.Keywords: forked type; manual hydraulic lifting trolley; mechanismdesign; strengthcalculation; generalassembly一、前言1.1课题的目的和意义随着运输业的发展，服务质量的逐渐提升，运输、保管、包装等已经达到了相当程度的完善，而装卸搬运这一重要环节却大多停留在人工上，现在很多的物流企业都不能很好地利用重力进行装卸搬运，严重消耗了劳动力和其他能量，装卸搬运是使劳动对象产生垂直或水平位移，随着生产力的发展和科学技术的进步，装卸搬运机械化程度有了很大的提高，少数工厂和仓库向着装卸搬运自动化迈进。本课题的目的在于设计出一个助力装置，该装置作用于在装卸搬运时应尽可能消除货物重力的不利影响，同时，尽可能利用重力进行装卸搬运以减轻劳动力和其他能量的消耗。而且要结构紧凑简单，占用空间小，而且操作简单，方便携带，能耗低，这样就有助于普及，使用范围更为广泛。在设计中，为实现手动液压搬运车的功能，我们应尽量满足产品的在运动过程中平稳的要求，应选择加速度小，没有冲击性的机构。其次，选择合理的外形和尺寸，尽量节省材料。同时，使产品操作简单，省力。剪叉式液压升降机构是一种结构比较简单，但举升力大、升降平稳、噪音低、操作方便、维修简便。并可以停留在升降范围内的任意位置上的一种升降平台。它目前广泛地应用在各行各业，是一种货物装卸流通领域中较为理想合理的新颖机具。如果剪叉式手动液压升降小推车能够设计出来并且应用于市场的话，将可以很好地融入快递搬运环节中去，这样便可以提高工作效率，减少人力，减少搬运成本和劳力损耗，使搬运过程更人性化，还能减少物流中的人力资源以达到降低物流成本,并且在作业中有效地消除了重力给装卸搬运带来的不利影响，同时还能减少“野蛮装卸”的现象，不会出现将货物从几米高的车上直接往下扔的以及“一脚蹬”的情况，在物料装卸搬运作业中，可以保证物料的完好无损，保障作业人员人身安全，坚持文明搬运。具有良好的发展前景。1.2剪叉式手动液压升降小推车适用范围 剪叉式手动液压搬运车是一种小体积液压装置，身小、自重轻、能在狭窄通道中作并能满载进入电梯。手动液压搬运车主要应用于需要水平搬运而地方拥挤的场合因其车体紧凑、移动灵活、自重轻和环保性能好而广泛应用于工厂、车间、车站、码头、仓库等需要水平搬运的场合。对于那些有防火，防爆要求的场地（如印刷车间，油库，码头，仓库等）更为适用。根据其升降结构，则适用于搬运、装卸等物流行业，若配合托盘装箱，集装箱等及可实现单元化运输，有效减少了零部件的碰撞，划伤和堆放面积，减少搬运工作量，提高搬运效率。1.3剪叉式手动液压升降小推车的发展状况该装置的核心部分是剪叉式升降机构和手动液压动力系统，古往今来，升降设备被看成一种重要起升重物的机械设备之一，由于现代都是用液压缸作为升降设备的主要驱动装置，因此绝大多数升降设备都会被称为液压升降设备或液化升降平台。人们认为剪叉式机构的结构简单，工程性太强，理论研究没有深度等原故，对其展开深入研究的研究人员不多，所收集到的研究文献也偏少，东南大学的刘树青、王兴松等人设计了一种剪式结构并对该机构进行了模态分析与仿真，其文献为刘树青，王兴松，朱正龙发表的一种剪式可展结构设计与动力学分析，机械设计，2011，28(10)：55-60 ；昆明理工大学的孙东明等人对所研制对称驱动的重载剪叉式机构进行了受力和承载能力分析，由孙东明，董为民，李珊发表的对称驱动的重载剪叉式升降平台的设计机械设计与制造，2006，(6)：23-24 ；兰州理工大学郑玉巧等人对剪叉式液压升降台的液压缸的位置进行了参数优化设计，由郑玉巧，张堆学，毛建军等发表的剪叉式升降台液压缸位置参数优化设计。手动液压小推车的的发展现况呈上升趋势，在市场上的销售商家逐渐增多，但小推车的用途却局限于工厂的生产车间和仓库等室内场所，现在市面上所见到的小推车由几种不同形式的升降机构，如下图所示：型号zw51552 单剪额定载重（kg）3001000台面最高高度1000mm台面最低高度280410mm小车自重（kg）65113整车尺寸10701350mm优点：体积小，运动灵活方便缺点：起升高度范围小）图（1）型号TF40额定载重（kg）400台面起升高度11001500mm台面最低高度90mm整车自重（kg）90110优点：起升高度范围大，轻便缺点：占用空间大，不方便携带图（2）名称户外搬运车额定载重（kg）1500货叉最高高度740mm货叉最低高度240mm整车自重（kg）192整车尺寸（mm）1378*1605*1270优点：越野能力强，适合户外搬运缺点：体积大，起升高度范围小，笨重图（3）型号QSDA额定载重（kg）3001500货叉起升高度800mm货叉最低高度85mm整车自重（kg）105125整车总长1515mm优点：货叉可下降到最低高度，方便卸载缺点：前轮太小，只适合平整地面运输图（4）型号ZW51582 双剪额定载重（kg）3501000台面最高高度13001700mm台面最低高度390500mm小车自重（kg）175334图（5）二、剪叉式手动液压小推车设计步骤载荷300kg快递货物一般密度小，重量轻，所以额定载荷一般只需300kg台面尺寸（长*宽）1245*700mm2根据快递员卸货情况和杂乱的场合，需要小推车活动灵活，所以要窄一点，为了一次性运输更多的货物，台面稍微长一点，另一方面是根据剪叉式支撑架的长度设计垂直行程950mm在从物流货车当卸载货物时需要将平台升高，需要几乎与物流货车平齐，所以这个垂直行程是根据货车的货箱高度确定的最低高度135mm最低高度越低越有利于从小推车上卸载货物，但是考虑到小车前轮高度，所以最低只能是 前轮直径高一定啊。内支架长度1150mm支架长度根据起升高度而定，宽度根据平台宽度确定外支架长度1150mm前轮和后轮直径125mm采用市场上销售的聚氨酯橡胶车轮，耐磨、耐油、硬度适中、行驶无噪声，而且直径较大有助于室外凸凹不平地面的行驶和运输，具备一定越野功能三、剪叉式升降机构的模型建立和力学分析3.1油缸布置方式3.1.1剪叉式支撑梁参数设定由液压缸驱动的剪叉式升降平台主要构件有：升降平台、支撑梁、液压缸、滚轮和通轴。剪叉式升降机液压缸布置方式是将液压缸的活塞杆及缸底分别铰接在内外剪叉式支撑梁上，当活塞杆伸出时，两个剪叉式支撑梁的夹角增大，使剪叉梁上端靠拢并使平台上升，从而可以达到推动载运平台上升的目的。首先剪叉升降平台的液压缸的缸径需要通过平台载荷计算来确定，在调试过程中通过手动增大液压系统的油压来增大液压缸的活塞推动力，直到能够顶起上文中所规定的载荷。图1 剪叉式升降平台结构简图如图1所示此装配方式适用于液压缸布置空间狭小的剪叉式机构，且可以在很大程度上降低剪叉式机构的初始高度，有利于装卸货物，接下来的任务就是根据两个支撑架的尺寸以及上文提供的额定载荷确定液压缸的精确位置和液压缸的推力，从而确定液压缸的缸径和手动液压泵的相应参数，以及对支撑架进行力学分析确定支撑架的具体尺寸和材料。（1）剪叉式升降平台载荷为W=2940 N（2）两个剪叉式支撑梁中间位置用铰链联接，在分析过程中为已知条件，为了方便计算，用l来表示剪叉式支撑梁长度的一半。（3）液压缸在剪叉式支撑梁的布置位置 将液压缸活塞杆与剪叉支撑梁 EC 的铰链联接位置 A 与两个剪叉式支撑梁铰接中心位置O的距离设为a ，将液压缸底铰链与剪叉式支撑梁 BD铰链联接位置 G 与两个剪叉式支撑梁铰链联接中心位置 O 的距离设为 k 。（4）剪叉式支撑梁与水平方向的夹角 设剪叉式支撑梁与水平方向的夹角为。 =sin-1h2l （1） 图2 剪叉式机构参数（6）液压活塞缸与水平方向夹角 设液压活塞缸与水平方向夹角为。过A点和G点分别作垂直和水平放向的辅助线，可以得出：tan=（k+a）sin（k-a）cos（2）=tan-1（k+ak-atan）（3）（7）活塞杆铰链联接点A与剪叉式支撑梁滚轮D连线AD与剪叉式支撑梁BD的夹角设活塞杆铰链联接点A与剪叉式支撑梁滚轮D连线AD与剪叉式支撑梁BD的夹角定义为。过A点和剪叉式支撑梁BD作垂直辅助线，可以得出：sin=asin2d（4）=sin-1（adsin2）（5）（8）A点的实际运动方向与A点活塞杆速度方向的夹角 设A点的实际运动方向与A点活塞杆速度方向的夹角为，由图2分析可得：=2-（+-）（6）（9）剪叉式支撑梁滚轮D与活塞杆铰链联接点A连线AD的长度 设剪叉式支撑梁滚轮D与活塞杆铰链联接点A连线AD的长度为d，在三角形ODA中，由余弦定理可得：d=2alcos2+a2+l2（7）小结：在此节中所推倒的公式中将用于3.1.3节中的计算，因为在在公式中角度为未知数，只由通过3.1.3节的分析才能确定这个角度3.1.2剪叉式升降平台载荷分析 图3 剪叉式支撑梁机构动力学分析 如图3分析可得，先假设整个剪叉式机构处于平衡状态，而且假设铰链和滚轮的约束处于理想条件。台面载荷W为已知条件，液压缸活塞杆的推力P和液压缸尾部对剪叉式支撑梁的压力F为整个系统的主动力，另外，推力P与F互为作用力与反作用力。根据虚位移定理：作用于质点系的所有主动力在任何虚位移中所作虚功的和等于零。1 如下：（Fxixi+Fyiyi+FziFzi）=0(8)由上图所示，以A点为原点建立直角坐标系，则有：PxXp+PyYp-FxXF-FyYF-WYW=0(9)由图中分析可知：Px=Pcos, Py=PsinFx= Pcos, Fy= PsinXp=l-acos, Yp=(l+a) sin YW=2l sin XF=l-kcos, YF=(l-k) sin 偏微分运算后可得Xp=（a-l）sin Yp=l+acosYW=2lcosXF=-(l-k) sin YF=l-kcos将上式代入式中整理后可得P=2Wlcos(a-k)cos sin +(a+k)sincos（10）=2Wlcosasin+ksin(-)(11)在这个剪叉式支撑梁中液压缸的布置方式的课题上兰州理工大学的齐文虎对液压缸驱动的剪叉式升降平台液压推力缸布置方式和位置从多个方面和角度进行了设计和优化2，我参考了其优化方案，他分别从升降平台起升速度的平稳性、载运平台的起升高度和范围的角度进行了优化分析，根据其优化结果选择了最佳的油缸布置方式，确定了a和k的值，这样便能确定油缸所需的最大推力，从而可以确定液压缸的尺寸和手动液压泵的相关参数，从优化结果分析后，选择a=10mm，k=35mm，则设液压缸尾部与剪叉式支撑梁的夹角为，由图中关系可得=sin-1asin2a2+k2-2akcos2根据(11)式就是活塞推力与平台载荷的关系式，在平台载荷W不变的情况下液压活塞杆推力P与、角度有关，其主要关系就是随着h的变化而随之变化，另外，液压缸与支撑梁装配的位置a、k的大小也会对活塞杆的推力产生一定的影响。由上述推论结果知，可以通过改变液压缸与支撑梁的铰接位置来改变活塞推动力。由计算公式(11)可以得出，而且代入W=2.94KN，l=1150mm，a=110mm，k=396mm即可得到： F=1150P0cos110sin+396sin(-) (12)其中：P0=0.5P1+0.5P2 P1举升载荷 P2平台自重 F作用于A、G两销轴的油缸推力小结：由 3.1.3节中的分析可知当=8.5，=19=7.5，且P0=2940N，将这些数据代入(12)式中计算F=11502940cos8.5110sin19+8.5+396sin(19-8.5)=27100N(13)则液压缸所需最大推力为27100N3.1.3剪叉式升降机构随高度变化的载荷 当载荷一定的情况下，载运平台在不同高度下所需液压缸的推力也不同，但是在正常情况下很难测的，而且条件不允许，但是为了选择合理的参数便能选择最佳的液压缸布置方式，如果选择软件来模拟本次试验便能得出想要的数据，根据查阅的资料，兰州大学的齐文虎通过动力学分析得出了剪叉式升降机构随高度增加与所需液压缸推力的相应的系，然后求出函数关系式，应用MATLAB软件，根据编写的程序，模拟出了在整个升程范围内不同高度时所需液压缸的不同推力，并且描绘了曲线2，由图中可以得出，无论液压缸布置情况如何，这几条曲线都有一个共同的规律，随着载运平台的高度不断升高，所需的液压缸驱动力就不断变小，这样就可以根据曲线来确定所需推力最大时的和的值，就可以根据公式(13)求出F的最大值，随后就可以确定液压缸尺寸和手动液压泵的相关参数，如下图a所示图a观察图a中曲线可知，当载运平台处于最低位置时所需液压缸推动力最大，所以，根据这个结论可以计算出最低位置时的和的值，=8.5，=19=7.5将角度代入公式(12)，可以得出F=27.1 KN3.2剪叉式支撑梁的力学分析 这个机构在升降运行中，液压油缸为主动件。先对剪叉式支撑梁进行具体的机构分析，整个升降机构很简单，是一个级杆组。该机构没有局部自由度和虚约束，杆组拆分如图4所示 3.2.1各点坐标分析 油缸举升角度的函数需要根据各点坐标确定，一下是各点的坐标：（1）用（XB，YB）（XG，YG）来表示B、G点的坐标（2）油缸GA长度，以及B、G的位置已知则可以用（XA，YA）（XE，YE）（XC，YC）来表示A、E、C的坐标。 XA =XG+GAcos（+） YA=YG+GAsin（+） XE=XB YE=YB+BDsin XC=XB+ BDcos YC=YB小结：此过程所推导的公式主要用于3.2.2节中的个铰点力计算。因为在在此式中存在未知数，需要进行下一步的分析和计算才能得出。3.2.2各铰点力计算为了方便计算，作如下简化，认为支撑梁的重力作用点在对称中心O上，油缸本身重量忽略，惯性力的影响忽略，偏载忽略。 由式(12)可以得到油缸的推力，对各个构件进行分析，并列出力和力矩平衡方程，各方程联立求解就和以得到个铰点的受力情况。规定向上和向右为正方向，则根据求得结果的情况，若求得结果为正则与假定方向相同，若为负值，则与假定方向相反。如图5所示：FBy=FCy=P4 FEy=FDy=P4 对EC杆进行受力分析：X方向平衡方程为：-FEx+Fcos（+）+FOx=0Y方向平衡方程为：FCy+Fsin（+）-FOx-FEy=0对O点去矩：M（O）=0 FCy OCcos+FExOEsin-Fcos（+）OAsin -Fsin（+）OAcos+ FEyOEcos=0 联立求得： FOx=FEx-Fcos（+） FOy=FCy+Fsin（+）-FEy 由条件的P=2940N，则FEy=735N，由FOx=FEx-Fcos（+）=-2087N（负号代表方向与假定正方向相反）FOy=FCy+Fsin（+）-FEy=810.3N小结：在此节中的出了O点铰点所受的力，竖直方向承受力FOy=810.3N，水平方向承受力FOx=2087N。3.3升降机支架和上顶板结构的确定从剪叉式升降机构整体结构初步观察，A、G、O、E处的销轴受到的剪切力较大，从上面的计算来看，A、G销轴承受的最大剪切力为Q=F=27.1KN，整个载运平台设4个剪叉式支撑梁，左右各两个对称安装，支撑梁的材料定为40*20的Q235槽钢，型号16A，根据结构分析可得出，剪叉式支撑梁的支撑点将载运平台等分为三段，每段约长415mm，则对载运平台的校核可以转化为跨度为415mm的简支梁刚度校核，简支梁截面两侧承受以集中载荷P（=2.94KN）和一分布载荷q，如图下所示 两根侧立槽钢，惯性矩I=316.7cm4，E=2.0*6105MPa。 先简单的认为2.94KN的载荷全部单独作用在简支梁上，则C点的下移量为Yc1，：当作用力为单独分布载荷q时，C点下移量为Yc2：当两种载荷同时作用是，可得C点总下移量是Yc= Yc1 +Yc23。 Yc1=PL348EI0.6cm Yc1=5qL4384EI0.045cm Yc= Yc1 +Yc2=0.645cm=6.45mm 根据3.1.3节结果，依然去载运平台在最低位置时进行计算，外支架受横向力加大，外支撑架的上段重点的横向位移如下图7所示。 由于D出存在反作用力NC，则外支撑梁会产生下移，其值为YK1；同样，在油缸产生推力的时候，K点会产生上移，其值为YK2；根据两个力的作用，K点产生的总下移量为YK=YK1-YK2。 YK1=NCL3128EI=PL3cos512EI=0.11cm YK2=Fasin(+)48EI(34l2-4a2)=0.06cm YK=YK1-YK2=0.11-0.06=0.05cm=0.5mm 由上式结果可以看出，40*20的Q235槽钢，型号16A作为支撑梁是有足够刚度承担最大载荷的。3.4起升机构及承载机构各处轴的设计手推液压升降车最大载荷为300kg，则单个货叉的承重量为150kg。则其铰接出说承受的载荷为： G=150*9.8=1470N.其作用力对材料作用的性质为：剪切应力。交接轴的材料：选正火回火处理的45号钢，查机械设计表151，得硬度为：170217HBS,剪切疲劳极限为： =140MPa 查起重机械表411，得： 最小安全储备系数为：n1=1.45.材料安全系数为：n2=1.1 根据公式的安全系数：n=n1n2=1.6 根据公式4nGd2可以推出公式d4nG 代入数据可得： d41.614703.14140=4.6为了方便，取 d=10mm3.5支撑架的承载能力分析和强度校核结构物和机械机构中的各个构件通常会受到各种外力的作用，也就是载荷，受到的载荷分为静载荷和动载荷，静载荷的大小和方向不会随着时间的变化而变化，比如：小推车的载运平台相对于机架静止时，重物对小车各个构件所施加的载荷就是静载荷；动载荷的大小和施加时间会随着时间变化而变化，例如，当小推车剪叉式升降台在升降过程中，重物对小推车个构件所施加的载荷就是动载荷，在选择材料过程中主要考虑的是钢材，虽然钢材在载荷作用力之下有一定的抵抗破坏力能力，但是这种能力是有限的，当载荷超过构件所能承受的范围之外时，构建就会遭到破坏，整个机构就会被破坏，这样容易导致搬运货物损伤或者人身安全事故，所以对支撑架的承载能力分析是一个非常重要的过程，需要对设计的支撑架进行强度校核，这一过程保证了结构的安全性，同时也要保证构件在正常使用情况下具有良好的工作性能，构件不会再载荷作用下产生过大变形，这是保证了材料选择的适用性。构件在正常适用和维护的情况下，能持久适用而不发生应长期使用而导致的变形和严重侵蚀而影响小推车的使用寿命，这也是考虑的因素之一耐久性。上面所讲的的安全性、适用性、和耐久性总称为机构的可靠性。同时也不能忽略选用材料的经济性，通常情况下可靠性和经济性会产生相互矛盾，所以，在结构经济型和可靠性之间力求达到一个最佳平衡是机械设计要解决的根本问题，力求以最经济的途径与适当的可靠度满足各种预定的功能要求4，在尺寸设计上，应当在保证支撑架和各个构件在保证充分满足功能要求和强度需求的基础上节省材料，所以要以小推车额定载荷作为条件进行，对下推车剪叉式支撑梁进行受力分析，结合机械工程材料5中所选的材料，然后根据材料性能和材料力学6分析计算出能承受额定载荷的临界值，然后根据这个值来确定构件尺寸以保证结构安全性，这样就可以得到既安全又经济的方案，而且小推车升降机构还考虑到升降高度受到支撑架横截面积的影响，要是支撑架的横截面积越小，则下降高度越低，对装卸过程更有利。综上所述，只要根据支撑梁所受的剪切力和弯矩对支撑梁从材料力学方面进行强度分析和校核就能选择合理的尺寸。3.5.1内支撑梁EC强度校核剪叉式支撑梁的材料选用为40*20的Q235槽钢，型号16A，查阅机械手册可以得到：I=1984cm4 ,W=214.844cm 3由上式可得FOx=FEx-Fcos（+）=-2087N负号代表方向与假定正方向相反。FOy=FCy+Fsin（+）-FEy=810.3N其中FOx=F7 , FOy=F8 , FCy=F1, FEy=F4 , FEx=F6根据图中分析得到：将数据代入上式中可得：由上式解得图9 支撑梁EC简力图将平行于支撑梁EC和垂直于EC的正交方向作为坐标系，并且将力沿着这两个放向分解，得到图9中的简力图，由图可知，对EC产生强度影响的只由垂直于EC的力。在CO段内，分析剪力和弯矩得到的方程分别是：在OE段内，所得结果为：EC的弯矩图和剪力图如下所示：图10 EC的弯矩图和剪力图 由3.1.3步的图中分析可以得出结论：当载运平台处于最低位置的时候剪叉式支撑梁会产生最大弯矩，通过上述的计算得到：Mmax=3087750Nmm=3.087750KNm，则=MmaxW=3.087750214.844=14.372MPa=235MPa 则剪叉梁EC满足强度要求。 3.5.2内支撑梁BD强度校核剪叉式支撑梁的材料选用为40*20的Q235槽钢，型号16A，查阅机械手册可以得到：I=1984cm4 ,W=214.844cm 3由上式可得FOx=FEx-Fcos（+）=-2087N负号代表方向与假定正方向相反。FOy=FCy+Fsin（+）-FEy=810.3N各力的大小为： 将平行于支撑梁EC和垂直于EC的正交方向作为坐标系，并且将力沿着这两个放向分解，得到图12中的简力图，由图可知，对EC产生强度影响的只由垂直于EC的力。图11 支撑梁EC受力分析图图12 支撑梁EC简力图 在AO段内，分析剪力和弯矩得到的方程分别是：在OB段内，所得结果为：BD的弯矩图和剪力图如下所示:图13 AD的弯矩图和剪力图由3.1.3步的图中分析可以得出结论：当载运平台处于最低位置的时候剪叉式支撑梁会产生最大弯矩，通过上述的计算得到：Mmax= Nmm= KNm，则=MmaxW=214.844=21.89MPa=235MPa则剪叉梁BD满足强度要求。四、手动液压系统的设计 手动液压泵系统是整个剪叉式升降系统的原动机部分，动力来源为手动力，而液压缸是升降机构的执行系统，以液体为工作介质，通过手动力驱动装置将人体生物能转化为液压泵的液体压力能，液体通过管道，液压控制原件等装置借助执行装置，这里执行装置是液压缸活塞杆，将液体的压力能转化为机械能，驱动剪叉式支撑梁受力点使升降机构按照之前设计的轨迹运动7，来实现驱动负载克服重力做功。这一节的主要任务就是设计出手动液压泵机构以及根据负载所需的动力计算出具体的参数尺寸，而且设计出合理的液压缸尺寸，既要保证能驱动额定载荷的重物，还要保证占用空间小，因为液压缸的安装在剪叉式支撑梁的侧面，载运平台在下降到最低位置时会影响平台的最低高度，所以液压缸的直径要设置合理才能不影响卸载货物。同时还要满足强度要求，因为在升降机构中液压缸也承受着载荷，所以对液压缸的材料和厚度也有要求，在这个过程中要借助液压传动基础等资料来参考，方能进行合理的设计和计算。4.1液压系统的组成一部完整的完整、能够正常工作的液压系统，根据本次设计包括以下五个部分：能源装置（动力原件）：手动液压泵中动力元件是手压杆，通过人输入动力，给液压系统提供压应力油，将手动生物能转化为液压能。执行装置（执行元件）：在这个简单的液压系统中，执行元件是液压缸以及活塞杆，主要作用是将液压油传递的液压能转化为机械能，驱动剪叉机构的支撑梁运动从而使载运平台向上运动。控制装置（控制元件）：手动液压泵结构简单，这里的控制元件只有单向阀和卸荷阀，单向阀只允许经过阀门的液压油沿着一个放向流动，图中为由下向上流动；卸荷阀的作用是卸载液压油中的压力，是液压油中的压力能逐渐变小，主要用于升降平台的下降过程，在这一过程中，载运平台上有重物，则会对平台施加载荷，相应的剪叉结构会承受到载荷，此时会对液压缸中的液压油产生压力，则液压油中储存来自重物的压力能，只要通过手动打开卸荷阀，液压油就会在压力的作用下回到油箱中，载运平台降低，方便卸货，在此过程中不需要消耗任何能量，这就是适用手动液压系统作为原动机的最大受益之处。（4）辅助装置（辅助元件）：在手动液压系统中包括油箱、滤油器、油管及接头、密封圈等装置，油箱负责储存液压油，在系统运转过程中液压缸中的液压油量会发生变化，油箱可负责中转过程，油管的作用是液压油的通道以便传递液压能。（5）工作介质，它是指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。在液压油的选择有液压油的类型和黏度，液压油的黏度选择主要取决于液压泵的类型、工作压力、工作温度等因素，首选的是专用液压油。以上五个装置都是需要在以下计算和分析中确定的，根据额定载荷和其他工作条件计算出具体参数，然后通过ProE画出个零件图和装配图。图14 手动液压系统中的控制元件符号图b图c为此机构的手动液压系统的原理图，其中1为油箱，2和5为单项阀，3小活塞，4为操作手柄，6为液压缸，7为卸荷阀液压系统的循环回路：当操作手柄4向上提起，带动活塞3向上运动，单项阀2会被打开油液会通过单向阀进入小活塞缸中，下压操作手柄，单向阀2关闭，单向阀5被打开，油液通过液压管进入液压缸6中，此时机械能转化为油液的压力能，油液随着管道向液压缸流动，此时油液压力能转化为机械能，推动液压缸活塞向上运动，活塞杆会推动剪叉式支撑梁向上运动，载运平台向上运动 ，方便从货车上把货物装在小车上，当需要从小车上卸载货物时，打开卸荷阀7，油液在压力作用回到油箱，液压缸活塞杆向下运动，液压缸活塞收缩，支撑梁向下运动，载运平台向下运动，完成油液循环过程。4.2手动液压泵的选用 手动油泵、脚踏油泵体积小，重量轻，结构紧凑，操作简单，超高压，小排量，配有低压泵以提高工作效率。可直接对压力容器进行压力试验，配备油缸及机具可以进行 起重、顶升、弯曲、校直、拉伸、冲孔、铆接、拆装等作业。型号工作压力(MPa)最大排量(mL/次)最大手摇力(N)油箱容量(L)出口螺纹公制外形尺寸(mm)重量(Kg)高压低压高压低压SYB-1631.52.312.55000.7M16X1.5600x100x1509SDB-1/0.7631.52.314.55000.7M16X1.5600x100x1508SDB-1/3631.52.314.55003M16X1.5620x160x15010SDB-2/0.7631.52.314.55000.7M14X1.5620x150x1509.5SDB-2/3631.52.314.55003M14X1.5620x190x15011.5SSB-163255001M14X1.5150x120x1809表1 技术参数 根据液压缸容量和手动液压泵的外形尺寸，选择SYB-1型的手动液压泵，而且该液压泵属于小型，操作方便，适合用于手推车上，通过在网站上查询可知，由多出厂家销售型号手动液压泵，而且价格优惠平均240600元一台，而且网上直销，随时可以订购图c4.3执行机构液压缸的选用与参数计算4.3.1液压缸的类型、数量、安装位置液压缸是升降机构的执行元件，在选择的时候要考虑一下几个因素：（1）液压缸的工作环境，工作环境条件不同液压缸的结构和参数设计也不同，但在本次设计中，小推车是在正常工作环境下，负载相对较小而且比较稳定，工作环境比较清洁，所以不用考虑不利因素带来的影响。（2）液压缸大小和外部负载情况液压缸的安装方式是耳轴式，而且小推车的要求是方便携带，所以液压缸的形状和大小要设计合理才能保证小推车的体型轻便，而且要在能承载额定载荷的情况下减小液压缸的尺寸。（3）液压缸的运动形式和安装约束条件根据剪叉式升降机构的中液压缸的工作形式来确定液压缸的最大和最小行程，从而确定液压缸的长度和活塞杆的长度，既要保证液压缸推动升降平台达到最高位置，又要保证液压缸能够收缩使载运平台下降到对位置以便方便卸载，保证平台上下活动灵活，所以设计合理的长度尤为重要。（4）液压缸的受力情况 要充分考虑液压缸的承载能力，若液压缸收到侧向力或者偏心力的时候容易发生损坏，因为液压缸受到侧向剪力的时候容易发生弯曲，所以在安装的时候应当尽量避免这种情况，最好使液压杆只受拉力和压力，另外考虑到小推车的使用寿命，选择液压缸的时候液压考虑这个因素，液压缸的耐用性是小车耐用的基础。为了安全考虑。 按照液压缸按结构形式分类为: 活塞式液压缸、柱塞式液压缸、摆动式液压缸。 活塞式液压缸：将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。 柱塞式液压缸：结构比较简单，成本低，制造方便，柱塞常做成空心的，单柱塞缸只能有一个方向的运动，所以多成对使用。 一般用在行程比较长的场合，比如：龙门刨床、液压机、导轨磨、大型拉床等。摆动式液压缸：输出扭矩并实现往复运动的执行元件，也称摆动式液压马达。有单叶片和双叶片两种形式。定子块固定在缸体上，而叶片和转子连接在一起。根据进油方向， 叶片将带动转子作往复摆动。液压缸数量：为了保证左右平衡，所以液压缸的安装数量为左右各一个安装位置：在步骤3.1中通过计算和分析得出了具体的方案，通过铰链与支撑梁铰接，其中内支架的铰接点距剪叉中心为k=396mm，外支架的铰接点距剪叉中心a=110mm。小结：根据各种液压缸的性能和特点，这里选择活塞式液压缸，才能满足升降机构的需要，为剪叉机构提供推力，并且承受剪叉式支撑梁的压力。4.3.2液压缸的计算（1）液压缸作用力和内径的确定已知条件为液压缸所需的最大推动力F=27.1KN，然后根据这个条件和参考资料上的公式来计算液压缸的内径D和活塞杆直径d，在计算过程中将密封阻力的因素计算到液压缸的机械效率中去，则液压缸的机械效率为0.92，液压缸被压P0=1MPa，液压缸行程S=220mm，液压缸额定压力P=13MPa。 根据资料活塞杆直径d和工作压力的关系为：得d=0.7D，则：D=4FP-P0m-P0d2P-P0根据条件求得D=48.2mm，则相应的可以求得d=33.7mm图15 液压缸计算简图 根据国家标准GB/T 2338-93，取标准直径D=50mm，d=35mm(2)活塞杆直径的确定和校核 F液压缸的负载力材料许用应力（45钢） 活塞杆材料的抗拉强度 640mpa安全系数 则d4F=4271002.14457=8.69mm满足要求（3）工作速比=12=D2D2-d2=1.96（4）缸筒壁厚的计算根据以下计算式图16 缸筒壁厚公式根据缸径查手册预取=3此时D=350=0.060.08 满足使用薄壁缸筒计算式的要求，下面利用上式来计算： 最高允许压力一般是额定压力的1.5倍，根据给定参数P=13MP，所以：Pmax=131.5=19.5MPa许用应力在选取材料的时候给出： =sn=3605=720MPa根据式23.33得到壁厚： =3.33mm为了保证安全，去壁厚为5mm。确定了壁厚则可以确定液压缸外径D1=60m（5）缸体长度的确定 根据剪叉式升降机构确定液压缸的最小总长度为287mm，液压缸的最大长度为455mm，则液压缸最大行程L=168mm，分别为液压缸缸体内部的长度应等于活塞的行程与活塞宽度的和。缸体外部尺寸还要考虑到两端端盖的厚度，一般液压缸缸体的长度不应大于缸体内径D的20-30倍。缸体长度（2030）D=（10001500）mm 即：缸体内部长度为168+35+6.25=209.25mm 取210mm， 根据缸体内部长度确定缸体长度为219.5mm（6）最小导向长度确定 当活塞杆全部外伸是，从活塞支撑面中点到缸盖滑动支撑面中点距离为H，称为最小导向长度。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性，因此在设计时必须保证有一定的最小导向长度。对一般的液压缸，最小导向长度H应满足：HL20+D2=22020+502=26mm式中：L液压缸的最大行程（mm） D液压缸内径（mm）（7）活塞厚度的确定 活塞厚度一般去内径D的0.61.0倍 即活塞厚度范