四柱液压式汽车举升机的设计【含5张CAD图纸、SW三维模型】
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含5张CAD图纸、SW三维模型
四柱液压式汽车举升机的设计【
设计含SW三维
5张CAD图纸
四柱液压式汽车举升机的设计【含CAD图纸】
四柱液压式汽车举升机的设计【含CAD图纸
式汽车举升机设计
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届毕业设计四柱液压式汽车举升机的设计学生姓名学 号所属学院专 业班 级指导老师 日 期机械电气化工程学院制 前 言由于我国汽车维修检测设备行业起步晚、起点低，整体上仍然相当落后。举升机制造企业生产规模小、经济技术力量薄弱、各自为政、缺乏专业分工和广泛合作；技术吸收、运用、开发、创新能力不强；抄袭、伪造现象和短期行为严重；四柱式液压举升在现代维修中占有越来越重要的地位，市场需求也大。 本设计是四柱液压汽车举升机的结构设计，首先对题目进行分析，再结合现有的汽车举升机的结构和液压系统，加上对汽车举升机的深入研究，然后对其中的方案进行拟定选择，我们采用单缸进行拉动钢缆进行上升和下降，并且对其中的重要零部件进行设计校核，并且画出装配图及零件图，从而将四柱液压汽车举升机设计完成。关键词： 汽车维修；四柱；液压缸；举升机 目 录1引言1 1.1 该机的用途11.2 该机的工作原理11.3 举升机的设计要求21.4该机的要求的设计参数22总体方案的确定32.1.机械装置的确定32.2联动装置的确定62.3.驱动方案的确定62.4液压传动方案的确定72.5安全保险装置73.主要部件的设计计算和校核83.1立柱的截面的分析计算83.2对底板进行设计计算93.3升降架的设计计算113.4传动部分的设计133.5液压缸的设计和校核143.6液压泵的选择154.本设计的经济成本核算以及使用说明16总 结17致 谢18参考文献191引言随着时代的不断进步，经济的发展，汽车在整个社会中占据着举足轻重的地位，但随着汽车的不断增加汽车维修也是必不可少的。在现在的汽车维修中机械师总在考虑怎样提升工作效率和维修的便利性，比如把汽车举升到空中，从而可以在其下面工作，举升机的发展史告诉我们第一台举升机的设计的灵感来自理发师的椅子因为他可以快速升降和旋转以适应不同的顾客。早期的单柱式液压举升机功能就比古老的千斤顶和台架结构的要好的多。 随着工业的发展，单柱举升机设计上的局限性就很快显露出来，这种举升机只适用于在车辆四周进行检测维修，但是这种举升机的起重臂和中央立柱会影响维修师傅的操作，针对这类举升机的不足，设计师已经设计了很多方案进行了许多改进工作，有地基式，剪式，平行四边行式，便携式，单柱，双柱式，四柱式，驱动式对称，非对称，小行程，大行程等等。有些举升机可能同时具有其中几个特点，同样举升机根据汽车被举升部位的不同可分为车轮举升设备，车桥举升设备和车架举升设备。四柱式举升机是一种汽车修理和保养单位常用的举升设备,广泛用于轿车等小型车的维修和保养。它是一种把整车装备重量不大于3吨的各种轿车、面包车、工具车等举升到一定高度内供汽车维修和安全检查作业的保修设备。由于升举的同时，两个同步液压缸的设计不可能完全一样，将导致升举的同时车会发生倾斜，故采用钢丝绳平稳系统，以消除该影响。 在满足上述要求的同时，尽量结构简单，操作方便，适用于整体或解体搬运尽量做到标准化，通用化，系列化。1.1 该机的用途在工作时由电动四柱举升机的主要用途用于汽车的维修，但也可用于汽车的停放。1.2 该机的工作原理该设备由电机提供原动力驱动液压泵工作，液压泵输出的液压油经过一些液压阀的控制进到液2压缸，驱动液压缸推动活塞杆运动，从而推动钢丝绳运动，带动升降架的移动，最终可将要维修的汽车举升到一定高度，以便维修，提高效率。1.3举升机的设计要求在我国的规定中讲到举升机的设备安装电器系统的绝缘、耐压和保护电路的连续性都要符合有关规定。而在欧美地区同样也有其相应的明文规定。举升机的设计中液压系统的设计也是至关重要的。在欧洲地区液压缸、气缸、管路及接头受调压阀设定的最大压力的限制。他们至少应承受该压力的2倍（采用液压驱动时）或是该压力的3倍（采用气压驱动时）并且要没有永久变形。软管、气袋、膜盒的尺寸在设计时应使之承受至少3倍的调压阀设定的最大压力值的爆破压力。我国对举升机的性能要求也比较繁多，例如：（1）举升机应设有限制行程限位装置，如有需要则该装置应动作灵敏、安全 ，可靠。（2）液压系统工作应平稳、无振动、无爬行现象。（3）液压式举升机除液压系统能自锁外还应没有机械锁止装置。（4）机械式举升机任意时刻都能安全自锁。（5）举升机正常运行时的噪音不得超过80dB。（6）举升机工作环境温度为040，全行程连续举升额定质量20次，油温不得高于 60。（7）在试验台上对液压系统施高150%的额定使用压力，维持2min，不允许有永久变 形、漏油及其他异常现象。 (8) 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。1.4该机的要求的设计参数 设计的四柱举升机应该能够满足所有小型汽车的重量，同时也适合一些稍大型的汽车。举升机在升降过程中以及在停留时都要保证平稳和锁紧，重要部件和关键部位必须进行相应的校核和验算液压系统的工作要可靠，而且要操作方便。举升重量4T ，长度综合各类汽车的长度取立柱之间的长度为4300mm，高度取立柱高度为2500mm，柱宽取柱宽为280mm,采用槽钢 举升高度1800mm，底盘宽度480mm到地面的高度为110-180mm，底盘长度4100mm举升行程为1680mm，升降架长度2600mm，材料为空心型钢上升时间50-70s，取50s,下降时间20-60s取45s。2总体方案的确定举升机的机构通常由以下几部分组成，举升机形式，机械装置，驱动部分，联动装置，保险装置等部分组成。四柱举升机有四根立柱、两根横梁、用于支撑汽车的两个台板。举升前，汽车很容易正确无误的驶上四柱举升机的台板。由于台板内侧设备有凸缘，当汽车驶上台板时也不致于坠入其间的空隙中，车轮支承型四柱举升机的优点是：第一，举升机装载汽车时勿需较高的技术，操作又很简单；第二，承载时非常稳定；第三，支承载荷受力简单，应力较低，从而延长了设备的使用寿命；第四，由于具有较高的使用价值，从经济上来看也是合算的；第五，易于维修；第六，在车间现场进行安装也较方便，只要地面平坦，其混凝土厚度能够牢固立柱的地脚螺栓即可。四柱举升机的缺点是:和双柱举升机相比，占地面积较大，对汽车检修区域的可接近性差。2.1.机械装置的确定机械装置包括纯机械机构，液压结构，气压结构等，各类结构由不同的结构形式组成，同时也有不同的优缺点，根据所需形式和设计选择要求而选择不同的结构形式。2.1.1纯机械机构设想由齿轮齿条结构做主动力结构或者丝杆驱动等等，由电动机带动齿轮转动，齿轮与固结在升降板上的齿条啮合，带动齿条上下运动 从而达到举升的目的。此结构的优点是结构简单，易于操作，传动精度高，响应快等等，但也存在着十分巨大的问题：第一，由于是四柱举升，按照上面结构，势必要在每个柱上都设计此结构，并可能需配置4个电动机，不仅增加额外重量，而且经济性也不好，同时对同步举升存在缺陷。第二，由于是齿轮齿条啮合的举升，所以汽车的重量都由轮齿间的啮合力平衡，对齿轮齿条的刚度要求很高，而且长期负载，容易产生疲劳失效还会出现自动下降等现象，在给微修人员当中是十分危险的。2.1.2气压传动气压传动，是以压缩空气为工作介质进行能量传递和信号传递的一门技术。气压传动的工作原理是利用空压机把电动机或其它原动机输出的机械能转换为空气的压力能，然后在控制元件的作用下，通过执行元件把压力能转换为直线运动或回转运动形式的机械能，从而完成各种动作，并对外做功。一、气压传动系统和液压传动系统类似，也是由四部分组成的，它们是： (1)气源装置 是获得压缩空气的装置。其主体部分是空气压缩机，它将原动机供给的机械能转变为气体的压力能； (2)控制元件 是用来控制压缩空气的压力、流量和流动方向的，以便使执行机构完成预定的工作循环，它包括各种压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀等； (3)执行元件 是将气体的压力能转换成机械能的一种能量转换装置。它包括实现直线往复运动的气缸和实现连续回转运动或摆动的气马达或摆动马在等； (4)辅助元件 是保证压缩空气的净化、元件的润滑、元件间的连接及消声等所必须的，它包括过滤器、油雾器、管接头及消声器等。2、 气压传动的优缺点 气动技术在国外发展很快，在国内也被广泛应用于机械、电子、轻工、纺织、食品、医药、包装、冶金、石化、航空、交通运输等各个工业部门。气动机械手、组合机床、加工中心、生产自动线、自动检测和实验装置等已大量涌现，它们在提高生产效率、自动化程度、产品质量、工作可靠性和实现特殊工艺等方面显示出极大的优越性。这主要是因为气压传动与机械、电气、液压传动相比有以下特点：1、 气压传动的优点(1)工作介质是空气，与液压油相比可节约能源，而且取之不尽、用之不竭。气体不易堵塞流动通道，用之后可将其随时排人大气中，不污染环境；(2)空气的特性受温度影响小。在高温下能可靠地工作，不会发生燃烧或爆炸。且温度变化时，对空气的粘度影响极小，故不会影响传动性能；(3)空气的粘度很小(约为液压油的万分之一)，所以流动阻力小，在管道中流动的压力损失较小，所以便于集中供应和远距离输送； (4)相对液压传动而言，气动动作迅速、反应快，一般只需00203s就可达到工作压力和速度。液压油在管路中流动速度一般为15ms，而气体的流速最小也大于10ms，有时甚至达到音速，排气时还达到超音速； (5)气体压力具有较强的自保持能力，即使压缩机停机，关闭气阀，但装置中仍然可以维持一个稳定的压力。液压系统要保持压力，一般需要能源泵继续工作或另加蓄能器，而气体通过自身的膨胀性来维持承载缸的压力不变； (6)气动元件可靠性高、寿命长。电气元件可运行百万次，而气动元件可运行20004000万次； (7)工作环境适应性好，特别是在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣环境中，比液压、电子、电气传动和控制优越； (8)气动装置结构简单，成本低，维护方便，过载能自动保护。2、气压传动的缺点(1)由于空气的可压缩性较大，气动装置的动作稳定性较差，外载变化时，对工作速度的影响较大；(2)由于工作压力低，气动装置的输出力或力矩受到限制。在结构尺寸相同的情况下，气压传动装置比液压传动装置输出的力要小得多。气压传动装置的输出力不宜大于1040kN；(3)气动装置中的信号传动速度比光、电控制速度慢，所以不宜用于信号传递速度要求十分高的复杂线路中。同时实现生产过程的遥控也比较困难，但对一般的机械设备，气动信号的传递速度是能满足工作要求的；(4)噪声较大，尤其是在超音速排气时要加消声器。2.1.3 液压结构设想由液压结构带动固定在立柱上的滑轮，而钢索又随着滑轮进行滚动进而伸缩运动，我们设想液压缸固结在地板上，由于液压缸的收缩和伸长，拉动钢索，产生反作用力，举升汽车。其优点如下： （1）液压传动可在运行过程中进行无级调速，调速方便且调速范围大。（2）在相同功率的情况下，液压传动装置的体积小、重量轻、结构紧凑。（3）液压传动工作比较平稳、反应快、换向冲击,能快速启动、制动和频繁换向。（4）液压传动的控制调节简单，操作方便、省力，易实现自动化，当其与电气控制结合，更易实现各种复杂的自动工作循环。（5）液压传动易实现过载保护，液压元件能够自行润滑，故使用寿命较长。（6）由于液压元件已实现了系列化、标准化和通用化，过制造、使用和维护都比较方便。主要缺点：（1）由于流体流动的阻力损失和泄漏较大,所以效率较低。如果处理不当,泄漏不仅污染场地,而且还可能引起火灾和爆炸事故。 （2）工作性能易受温度变化的影响,因此不宜在很高或很低的温度条件下工作通过综合考虑和对比，利用液压结构在汽车举升机构中具有明显优势。2.2联动装置的确定 联动装置的作用是将举升托架的升降运动传递给支撑立柱，保证两举升托架的同步运动。四柱举升机构的联动装置有许多，如螺母丝杆传动，齿轮链条传动装置，钢丝绳联动装置。而能适合液压传动的传动装置有齿轮链条传动和钢丝绳传动装置，对于两种传动装置各有优缺点，齿轮链条传动装置能比较精确的保证传动同步，但是链条的使用寿命比较短，而且造价高， 对钢丝绳传动不仅能够精确的同步举升，使用寿命也长，而且造价比较低，并且能够调整钢丝绳的长度。对两种机构的优缺点进行比较，对于该机构而言钢丝绳传动装置比较合适，钢丝绳联动装置主要由钢丝绳、滑轮、螺套和螺杆等组成。钢丝绳滑轮利用滑轮轴安装在升降架上，钢丝绳的端部固定在螺套中，并且用螺母安装在立柱的顶板上，螺母可以用来调节钢丝绳的长短，以使承重托架保持水平。2.3.驱动方案的确定驱动机构是液压举升机的执行元件，他主要是驱动钢丝绳运动，从而带动升降架上下运动，驱动元件主要由液压缸组成，驱动方式主要有两种，一是拉动钢丝绳运动，另外是推动钢丝绳运动，由于举升机的行程很大，这就需很长的活塞杆，而且对活塞杆的刚度要求也很高，所以采用在活塞杆的顶部安装一个动滑轮以缩短活塞杆的长度和刚度要求。2.4液压传动方案的确定 当启动电机时，液压泵运作吸油，从而推动液压缸的运动，继而使升降架运动，液压系统主要包括以下几部分，油箱，液压泵，液压阀，液压缸等。液压系统的工作原理和工作示意图：1.油箱 2.过滤器 3.叶片泵4溢流阀 5压力表 6单向阀 7电磁换向阀8.节流阀 9.液压缸图2.2液压原理图 2.5安全保险装置由于汽车维修要在托架下进行，所以对举升设备的安全要求很严格，对于钢丝绳传动装置要采用一些锁紧装置，以保证安全，通常采用继电器得电把卡板弹出，然后立柱上有凸台，卡板可以卡在立柱上的凸台上，达到锁紧的目的，继电器不得电，卡板弹回，从而达到下降功能。我们继电器得电通常由人工操作，大概图纸如下：3.主要部件的设计计算和校核3.1立柱的截面的分析计算主立柱是举升机的主要承力部件，举升机的主立柱在工作时受来自保险锁紧机构处的因承重的压力和升降滑台作用在立柱上的弯矩。因此，立柱在两种力的作用下有向内弯的趋势，底部的焊口在拉力的作用下有被拉伸的迹象，故在立柱底座处加加强筋，厚度30mm。对立柱采用Q235钢，其弹性模量E=206GPa 1 =200MPa惯性矩=527.124 截面面积A=24.48由公式 由于立柱一端固定，所以立柱的长度因素所以惯性半径由于故采用欧拉公式 .(4).(5)N10所以安全稳定系数适合3.2对底板进行设计计算 前面参数说明底板的长度为4200mm，由钢板和槽钢焊接而成，截面如图所示 图3.3托臂截面图 图3.4由 .(1) =（2*23.0+12.15）*9.8 =569.87N/m又因.(2) 对于AB段（0x0.77m)BC段（0.77x3.17m）在CD段（3.17x3.94m）其间剪力图和弯矩图如下所示 图3.5托臂剪力图和弯矩图由弯矩图上可以看出弯曲应力最大点为E点（其中x=1.969m） =10922.6*1.969-569.87*1.969*1.969/2-9800(1.969-0.7=7547N*m因此，所要承受的弯曲应力 考虑到维修工作时在托臂下面进行。为保人身安全将安全系数取为K=10 所以将要选取的才料应满足查工程材料手册得选取Q235（A）其抗弯强度为375-500mpa3.3升降架的设计计算 由前面的参数可知升降架的长度为2600mm，使用材料为空心型钢，初选型钢型的变长A=200mm B=200mm 壁厚t=8mm 理论重量为 截面系数为W=138.56 轮距的最小值取1400mm 因此其受力如图所示， 升降架受力图由于 又因 其中 =10939.7+275.3408*2.6/2=11297.64304N所以在AB段（0x0.6m） 在BC段（0.6x2.0m） 对CD段（2.0x2.6m） 由图可看出危险点为E点及x=1.30m处。其中 =6796.4517MPA因此所要承受的最大弯曲应力 弯矩图和受力图由于要在其下面进行维修工作，故可将安全稳定系数取大一点将会更安全，取K=10所以 查工程材料手册2，机械工程材料3得出选择Q275钢 其抗弯强度3.4传动部分的设计 举升机构的运动是由电机驱动液压缸从而带动举升部分的运动，其中起传动作用的是钢丝绳，当电机启动驱动液压缸运动，在钢丝绳的作用下，升降架开始运动，是因为靠液压缸推动活塞杆，从而绞盘开始转动，钢丝绳运动，带动升降架和托架运动。 3.5液压缸的设计和校核 3.5.1 液压缸设计点的注意事项 液压缸的设计和使用正确与否，直接影响到它的性能和是否发生故障。在这方面，经常碰到的是液压缸安装不当。活塞缸安装不当、活塞杆承受偏载、液压缸或活塞下垂以及活塞杆的压杆失稳等问题。所以，在设计液压缸时，必须注意如下几点：1尽量使活塞杆在受拉状态下承受最大负载，或在受液压状态下具有良好的纵向稳定性；2考虑液压缸行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题。缸内如无缓冲装置和排气装 置，系统中需有相应的措施。3正确确定液压缸的安装、固定方式。液压缸各部分的结构需根据推荐的结构形式和设计标准进行设计，尽可能做到结构简单、紧凑，加工、装配和维修方便。3.5.2工作原理通过高压液体对活塞有效面积的作用，把液压能转化成机械能对外载作功。3.5.3液压缸主要尺寸的确定 由公式得式子中F为推力，p为工作压力。已知：F工=45.12234776 KN，p=4.5mpa ，则F=F工/0.97=46.52KN所以 由 得出 D=114.77mm根据GB/T 2348中液压缸应符合的缸内直径应符合的值，选取D=125mm.中、低压液压缸活塞杆直径推荐值 活塞杆直径推荐值 受拉伸受压缩，工作压力p55p7p7活塞杆直径d（0.30.5）D(0.50.55)D(0.60.7)D0.7D由于p=4.5mpa,所以d=0.55*D=68.75mm 查表GB2348-93活塞杆的参考值，取d=70mm液压缸壁厚的选取，取壁厚为=10mm.液压缸参数的设定3.6液压泵的选择液压泵是一种能量转换装置，他把驱动电机的机械能转换成输到系统中取的油液的压力能，供液压系统使用。液压泵按其在单位时间内能输出油液体积可分为定量泵和变量泵两类，结构形式可分为齿轮泵、叶片泵和柱塞泵三大类。液压泵的工作压力是指泵实际工作时的压力，泵的压力是指他的输出压力。液压泵的几何排量用（V）表示，是指泵轴每转一转由其密封容腔几何尺寸变化所算的排液体的体积，数值上等于在无泄漏的情况下其转一转所排出的液体体积，液压泵的几何流量是指泵在单位时间内密封容腔几何尺寸变化计算而得出的排出液体体积，数值上等于在无泄漏情况下单位时间内所能排出的液体体积，泵的转速为n时泵的几何流量：由参考文献6由设计参数可知，举升机上升的时间是50s 4.本设计的经济成本核算以及使用说明在网上查询制造该机械所需的材料和零件，其价格如下表3：举升机的成本核算立柱型材（Q235槽钢）升降架（Q275）托架（Q235和钢板）油箱（矩形边长36cm）电机Y100L2-4型液压泵NB内啮合齿轮泵850元600元1800元220元825元2250元液控单向阀（s系列）电磁换向阀液压缸活塞杆钢丝绳6*19a16mm滑轮310*2450+230元1150元450元40元120*元溢流阀（DB式）附件合计（元）286元1500元11551该机构的使用说明根据参考文献10列出该机构的使用说明 该机器主要用于举升各类质量不大于4000kg的汽车，适用于汽车维修企业汽车检修，维修等。该机器的控制箱为电气控制部分，地基要求为混凝土425#，干燥7天以上且，混凝土厚度要大于等于150mm，混凝土强度不低于21mpa,水平度应小于10mm,必须离墙600mm以外安装,连接至控制箱柱位的电源为380v或220v15A，机器的运行环境，工作环境温度为5-40摄氏度，工作环境湿度为30-95%，当安装完成后当进行各个部分的调试，主机调试，接通电源后应注意触电的危险，启动主立柱上的电源开关当上升至1000mm距离的时候压下回油阀手柄，观察保险机构是否落位和可靠。保险的调节，当升降架升到1000mm按下降将保险保险条同一层孔内，调节完毕后紧固螺母和螺栓，钢丝绳的水平调节，升起平台约1000mm时，观察水平线上下调节四立柱内钢丝绳头螺杆螺母，调节完毕后紧固。当调试完毕后需进行自己的空载和负载测试。 操作程序： 将不超过该机器额定重量的汽车，以较小的车速开上举升平台，举升时价格汽车刹车拉紧，垫上防滑三角木等防滑装置，启动电源按上升按钮当平台上升至200-300mm时检查平台是否同步和其他异状，继续按上升安钮，将汽车举升至所需高度，在升降过程中随时观察举升机平台是否同步，若发现异常要及时停机并检查和排除故障。维修作业结束按下降按钮和压下回油阀放下平台，维修完毕。开走汽车。总 结本文首先对所有的汽车举升机的情况进行了简单的的阐述，并介绍了各类汽车举升机的结构特点，对汽车举升机有了初步的认识。然后在根据各类汽车举升机的各种使用要求，结合前人设计的举升机的各类结构，按照自己所要设计的举升机的要求对汽车举升机进行了结构方面的设计，液压系统的设计，安全机构的设计等完成本次设计。 本次所设计的举升机是采用以液压驱动，液压缸为举升装置以及钢丝绳为同步装置的普通液压四柱式汽车举升机 该设计所有材料均为型材，降低了一些不必要的加工成本，使总体降低，同时该机构采用了液压结构，液压传动可在运行过程中进行无级调速，调速方便且调速范围大。在相同功率的情况下，液压传动装置的体积小、重量轻、结构紧凑，液压传动工作比较平稳、反应快、
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