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金金 华华 职职 业业 技技 术术 学学 院院 JINHUA COLLEGE OF PROFESSION AND TECHNOLOGYJINHUA COLLEGE OF PROFESSION AND TECHNOLOGY 毕业毕业综合项目综合项目成果成果 （20 届） 物流液压升降机设计 题 目 学 院 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师 年 月 日 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 物流液压升降机设计物流液压升降机设计 *学院学院*专业专业 学生姓名学生姓名 摘要摘要：升降机不论是在工业生产还是我们的日常生活中都有着重要的作用。给我们带来 的利益是非常的多。升降机的功能特色是非常多的，在我们生活中我们在很多的商务大 厦都会用到电梯，升降机就如电梯的性能大同小异，我们在使用升降机的时候也可以针 对自己的需求对升降机进行设置。 根据本课题的研究是适用于高处物料升降运送。根据实际需求拟采取如下：选择液 压缸为动力，以剪叉式为传动形式，主体机构采用剪叉式结构设计。对剪叉式升降机关 键零部件进行设计计算与校核，经过验证能实现预期的设计目标和要求。 关键词：关键词：升降机，物料升降，剪叉式，升降机，结构设计 Abstract：Lifting platform in the industrial production and our daily life plays an important role. The benefit which brings to us is very much. The functional characteristics of the lifting platform is very much, in our lives we in many commercial buildings will be used in the lift, lifting platform as the elevator performance very much the same, we can also according to their own needs for lifting platform settings when using a lifting platform. According to the research on this topic is applicable to high material elevator. According to the actual demand to be taken are as follows: the selection of hydraulic cylinder as the power, the scissor transmission form, scissor structure design of the main mechanism. Design calculation and checking of scissors elevating platform of key parts and components, after the design objectives and requirements verification can achieve the desired. Key Words: : Lifting platform, material lift, scissor, lifting platform, structure design 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 金华职业技术学院毕业综合项目成果金华职业技术学院毕业综合项目成果 目目 录录 摘要 1 1 绪论 6 1.1 升降机在生产和生活中的作用和意义 . 6 1.2 升降机国内研究发展情况 . 6 1.3 升降机国外发展现状和发展趋向 . 8 1.4 课题条件 . 9 2 剪叉式升降机结构设计计算 11 2.1 升降机构的设计 . 11 2.1.1 升降机构形式的选择 11 2.1.2 直接推动式升降机构 11 2.1.3 连杆组合式升降机构 11 2.2 升降机的两种机构形式 . 13 2.3 升降机机构中三种液压缸布置方式的分析比较 . 14 2.3.1 问题的提出 14 2.3.2 三种方案的分析和比较 15 2.4 剪叉式升降机结构分析 . 16 2.5 剪叉式升降机的运动分析 . 17 2.6 剪叉式升降机的动力分析 . 20 2.7 剪叉式升降机参数的确定 . 21 2.7.1 基本几何尺寸的确定 21 2.7.2 液压缸推力 T 及行程 S 的确定 . 21 2.8 剪叉式升降机的校核 . 22 2.8.1 各铰接点的受力分析 22 2.8.2 各铰接点销的选择与校核 24 2.8.3 油缸作用处杆件尺寸的确定与校核 25 2.9 强度校核 . 26 2.9.1 剪叉臂的强度校核 26 2.9.2 液压缸底架固定横梁的强度校核 29 2.10 轴的强度校核 . 32 2.10.1 内剪叉臂固定端销轴的强度校核 32 2.10.2 液压缸缸体尾部销轴的强度校核 32 2.10.3 液压缸活塞杆头部支撑轴的强度校核 33 3 液压传动系统的设计计算 34 3.1 明确设计要求 制定基本方案 . 34 3.2 制定液压系统的基本方案 . 34 3.2.1 确定液压执行元件的形式14 34 3.2.2 确定液压缸的类型 35 3.2.3 确定液压缸的安装方式 36 3.2.4 缸盖联接的类型 36 3.2.5 拟订液压执行元件运动控制回路 36 3.2.6 液压源系统 36 3.3 确定液压系统的主要参数15 . 36 3.3.1 载荷的组成与计算： 37 3.3.2 初选系统压力 39 3.3.3 计算液压缸的主要结构尺寸 39 3.3.4 确定液压泵的参数18 41 3.3.5 管道尺寸的确定 42 3.3.6 油箱容量的确定 43 3.4 液压缸主要零件结构、材料及技术要求 . 43 3.4.1 缸体 43 3.4.2 活塞 44 3.4.3 活塞杆 45 3.4.4 活塞杆的导向、密封和防尘 46 3.4.5 液压缸的排气装置 46 3.4.6 液压缸安装联接部分的型式及尺寸 47 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 3.4.7 液压系统的设计 47 3.5 本章小结 . 49 4 剪叉式升降机结构设计的运动学分析 50 4.1 运动学分析的简介 . 50 4.2 位移、速度及加速度分析 . 51 4.2.1 主运动分析 51 4.2.2 位移曲线 52 4.2.3 速度曲线 53 4.2.4 加速度曲线 53 总结 55 致 谢 56 参考文献 57 物流液压升降机设计毕业设计论文 1 1 绪论绪论 1.11.1 升降升降机机在生产和生活中的作用和意义在生产和生活中的作用和意义 升降机不论是在工业生产还是我们的日常生活中都有着重要的作用。给我们带来的 利益是非常的多。升降机的功能特色是非常多的，在我们生活中我们在很多的商务大厦 都会用到电梯，升降机就如电梯的性能大同小异，我们在使用升降机的时候也可以针对 自己的需求对升降机进行设置。可见升降机对我们作用是相当的大。 升降机在我们生产中的应用已经非常的普遍了，而且在我们生产中有着重要的作用，尤 其是货物高空操作。 现在经济不断的发展，顺应社会的需求，生产力不断的加大，而且现在高空操作也 是比较多的，所以升降机在我们进行高空操作的时候就给我们带来的重要的作用。 升降机就是上下操作，而且可以给我们提供一个安全稳定的机。我们在高空作业的时候 可以给我们的安全提供保障。 升降机不仅在生产中有着重要的作用，在我们生活中的应用也是非常的重要的，而 且非常的普及。 在酒店、 宾馆、 影院等等公共休闲娱乐场所我们都知道干净舒适是第一， 所以保持干净是我们必须的。升降机在这里清洁、灯具维修换修、设备的调试安装维护 保养都是非常的重要的。 1.21.2 升降升降机机国内研究发展情况国内研究发展情况 自改革开放三十年，中国的城市建设和发展的突飞猛进，在中国的升降机产业的良 性发展，升降机做为人们的出行的垂直运输工具已经随处可见。引进外资，合作办厂在 1978，十一的第三次全体会议上的一项重大决策和改革开放。我公司自主研发，生产， 升降机的发展阶段，外国资本运行升降机厂引进安装升降机，从合资企业大量。如：成 立于 1980 年 7 月 4 日中国迅达电梯升降机的有限公司，是由中国建设机械总公司，股 份有限公司，香港怡和迅达瑞士迅达（远东）股份有限公司 3 的合资企业，这是中国机 械行业的第一家合资企业自改革开放以来。公司在中国设立的升降机行业掀起了 1984 年 12 月 1 日的繁荣，引进外资；天津市机公司，中国国际信托投资公司和美国美国奥 的斯电梯升降机公司合资组建的天津奥的斯电梯升降机有限公司正式成立。 引进外资，合作办厂，不仅有利于中国地方升降机产业的进一步发展，也为中国的城市 7 的发展产生重大而深远的影响。从 1979 以来，升降机，生产已越来越快：不仅如此， 产品结构也发生了显著的变化：直流升降机老已被淘汰，交流双速电梯，调压调速交流 调速梯逐渐取代 VVVF 交流变频调速电梯控制系统机，已在 PLC 和微机控制技术的采 用， 最高的梯形速度已达到 4m/s； 行业出现了翻天覆地的变化： 企业生产条件的升降机， 员工的素质，管理水平有了很大的提高。为什么我们的技术提高很快，这不能不归功以 经济建设为确定在第三届十一中心的一般原则。没有大规模的经济建设，没有升降机市 场的今天，就不会有今天的自然升降机产业。其次，由于改革开放政策。改革开放后， 党中央和国家在上海，宁波，温州，福州，广州，委员会，作为一个城市区。自 1985 以来，先后在长江三角洲，珠江三角洲，福建东南部和渤海地区开辟经济开放区。根据 升降机产业的特殊性，这些地区将成为中国工业发展集中升降机。 随着大量的升降机企业的建立，中国升降机产业在技术，管理规范了。1984 六月，中国 建筑机械制造商协会升降机分公司工程机械协会成立大会在西安市举行的三个分会， 升 降机，也是中国现在升降机会的前身。1986 年 1 月 1 日， “中国升降机”建设机械制造 商协会建设机械协会更名为“中国工程机械工业协会升降机，升降协会”的两级协会机 会升级，这是在升降机业发展史上的里程碑。从举升机行业有自己的行业组织。1987， 国家标准 GB 7588-87”提升的建造和安装的安全规则”机发行。标准欧洲标准 EN81-1” 提升为建筑安装“机安全规定（1985 修订版，十二月） 。本标准的意义是对制造和安装 质量与升降机的保护很重要。改革的第一个十年对外开放是提升产业的萌芽时期的升降 机的初级阶段，产业链形成的机。稳步发展，创新改革开放的第二到十年可以说是中国 提升产业发展机后，十年的创新。改革开放后的第一个十年内，中国的升降机产业的同 时吸收新技术国际升降机，相关的管理系统也在不断的完善。 改革开放以来，我国的城市建设和发展的突飞猛进，更加有利于推动我国的升降机 产业的发展，已在 1997 的平面与上一年总产出的升降机，良好的结果的持续增长，总 产值，这证明了我们的升降机产业比较成熟，有能力适应市场变化，抓住机遇，有了很 大的提高。1998，升降机，苏州江南升降机有限，国家的自动扶梯和自动人行道的品牌 已销往马来西亚，泰国，菲律宾，印度尼西亚，新加坡，阿拉伯联合酋长国，孟加拉国， 埃及，叙利亚，土耳其，阿根廷，澳大利亚，德国，英国，荷兰，意大利，葡萄牙，希 腊和其他近 20 个国家和我国台湾澳门地区，升降机，生产超过 30200 台。迅速改变随 着我国经济的快速发展，城市建设的不断完善，升降机不仅在高档商务写字楼，大酒店 物流液压升降机设计毕业设计论文 商场存在，蔓延到高层住宅楼，一个角落也走进了人们的生活，成为城市建设中不可缺 少的垂直交通工具中国有 1300000000 人口，与升降机的人均量的 13 的世界平均水平 的 1/10，发达。升降机巨大的市场吸引了几乎所有的升降机的业务关系。2007，中国政 府颁布了一系列的经济政策， 加强宏观调控， 升降机市场逐渐趋于稳定和规范化的轨道。 1.3 1.3 升降升降机机国外国外发展现状和发展趋向发展现状和发展趋向 近20年世界工程升降机行业发生了很大变化。RT(越野轮胎升降机)和AT(全地面升 降机)产品的迅速发展，打破了原有产品与市场格局，在经济发展及市场激烈竞争冲击 下，导致世界工程升降机市场进一步趋向一体化。目前世界工程升降机年销售额已达7 5亿美元左右。主要生产国为美国、日本、德国、法国、意大利等，世界顶级公司有10 多家，主要集中在北美、日本（亚洲）和欧洲。美国既是工程升降机的主要生产国， 又是最大的世界市场之一。但由于日本、德国升降机工业的迅速发展及RT和AT产品的 兴起，美国厂商曾在20世纪6070年代世界市场中占有的主导地位正逐步受到削弱， 从而形成美国、日本和德国三足鼎立之势。近几年美国经济回升，市场活跃，外国厂 商纷纷参与竞争。美国制造商的实力也有所增强，特雷克斯升降机公司的崛起即是例 证。特雷克斯升降机公司前身是美国科林升降机厂。1995年以来，其通过一系列的兼 并活动，已发展成为世界顶级公司之一。日本从20世纪70年代起成为工程升降机生产 大国，产品质量和数量提高很快，已出口到欧美市场，年总产量居世界第一。自1992 年以来，由于受日元升值、国内基建投资下降和亚洲金融危机影响，年产量呈下降趋 势。目前日本市场年需求量为3000台左右。欧洲是潜力很大的市场，欧洲各工业国既 是工程升降机的出口国，也是重要的进口国。德国是最大的欧洲市场，其次为英国、 法国、意大利等国。在德国AT产品市场份额中，利勃海尔占53%，格鲁夫占 16%，德马泰克占14%，多田野和特雷克斯各占10%和5%左右。 多数厂商在争夺上述市场的同时，还努力扩大产品系列。格鲁夫公司的汽车升降 机和RT产品具有竞争优势，购买克虏伯公司后，在AT产品方面也颇具实力，该公司还 准备生产履带式升降机。马尼突沃克公司已在履带式升降机行业居支配地位，但也希 望在其他升降机产品领域取得相同影响力。以往升降机厂商的某些合作，大多集中于 营销协定或许可证贸易协定。许可证贸易要比全面并购方式开展早，风险也小，在行 业中已有先例。但按许可证协定进行制造,往往在期满后因产权争议而告终。特雷克斯 与日本IHI公司有历史联系，至今特雷克斯还提供涂装AmericanCrane公司产品标志的I 9 HI履带式升降机升降机。有人会将特雷克斯与IHI的合作看作许可证贸易行得通的例证 。但此类协定难以持久，其结果无非是特雷克斯要求加强对 IHI 公司的控制，或者谋求 独立生产履带式升降机。IHI 目前尚未建立北美市场份额，仅起分承包商作用。英国格 鲁夫公司从 1999 年开始销售神钢履带式升降机和城市型升降机。多田野和日立建机公 司 在 1978 年签订的相互提供产品、扩展双方产品系列的合作协议，收效不大。在国内 市场萎缩情况下，日立建机于 1999 年 2 月宣布，将再次考虑 扩大流动式升降机生产与 销售领域与多田野的合作。而多田野公司则希望能拥有一家美国制造基地，但目前时机 尚未成熟。拥有多种类型产品可使收入多样化。特雷克斯公司既经营采矿设备又经营起 重搬运设备，起重搬运设备包括 AT 和 RT 产品、汽车升降机、履带式升降机、塔机等。 林克贝尔特公司基于其生产挖掘机的经验，成为首先将技术应用于桁架臂式 升降机的 厂商之一。但目前住友公司已将其在日本和美国的升降机与挖掘机企业(包括林克贝尔 特)分开，其依据是升降机和挖掘机属于不同行业。利勃海尔既生产挖掘机，也生产流 动式升降机和塔式升降机，还在爱尔兰生产集装箱搬运升降机，其旗下各企业均为单独 实体。 1.1.4 4 课题条件课题条件 升降机在现代物流、航空装卸、大型设备的制造与维护等场合广泛应用。随着经济 的发展，科学技术的进步，社会竞争也越来越激烈，为了提高企业生产速度，减轻工人 的劳动强度，并且实现生产过程的自动化，人们设计了可以减少人力物力并且能够出色 完成任务的升降机。升降机的种类比较繁多，根据不同的用途、升降机的结构、动力传 递形式以及规格会有不同的选择和设计。 物流液压升降机设计毕业设计论文 机械传动方式的特点是零件加工相对要求不高、 结构较简单、 加工容易、 维修方便、 适应环境能力强、抗冲击性能好、可实现准确到位，并有自锁功能、不污染环境。研制 安全、可靠的电机驱动的剪叉式升降机，将有利于保证高空作业的安全，具有一定的实 用价值。 具体研究内容及要求包括： 1. 查找相关文献，分析升降机的研究现状和发展趋势。 2. 设计剪叉式升降机的机械结构， 并根据设计要求选用元器件和校核结构件强度。 3. 对剪叉式升降机进行进行运动学和动力学分析。 主要技术指标： 1. 完成剪叉式升降机的机械结构设计及运动分析。 2. 完成直角坐标机械手的元器件选型。 3. 剪叉式升降机升降高度 5 米，承载重量 1 吨。 4. 完成 2 张 A0 图纸，并完成设计报告和资料翻译。 11 2 2 剪叉式升降剪叉式升降机机结构结构设计设计计算计算 2.2.1 1 升降升降机构的设计机构的设计 2.2.1 1.1.1 升降升降机构形式的选择机构形式的选择 升降机构分为两大类：直推式和连杆组合式，它们均采用液体压力作为升降动力。 直推式升降机构利用液压油缸直接升降车厢倾卸。该机构布置简单、结构紧凑、升 降效率高。但由于液压油缸工作行程长，故一般要求采用单作用的 2 级或 3 级伸缩式套 筒油缸。 2.2.1 1.2.2 直接推动式直接推动式升降升降机构机构 油缸直接作用在车厢底板上的升降机构称为直接推动式升降机构，简称直推式升降 机构。按升降点在车厢底板下表面的位置，该类升降机构又可分为油缸中置(图 2-1a)和 油缸前置(图 2-1b)两种型式。前者油缸支在车厢中部，油缸行程较小，油缸的升降力较 大，多采用双缸双柱式油缸；后者的油缸支在车厢前部，油缸的升降力较小，油缸行程 较大，一般用于重型升降机上，油缸则通常采用多级伸缩油缸。 图2-1 直接推送式升降机构 Fig.2-1 The lifting mechanism of direct-push model 2.2.1 1.3.3 连杆组合式连杆组合式升降升降机构机构 油缸与车厢底板之间通过连杆机构连接的升降结构称为连杆组合式升降机构。生产 实践表明，连杆组台式升降机构具有很大的优越性。根据油缸的安装特点，连杆组台式 升降机构又可分为油缸前推(后推)连杆放大式、油缸前推(后推)杠杆平衡式、油缸浮动 等多种结构型式。 （1）油缸前推连杆放大式(马勒里式)升降机构 该种升降机构(图 2-2 所示)通过三角板与车厢底板相连， 车厢的升降支点较靠近车厢 的前部，故车厢受力状况较好；当达到最大升降角度时，油缸几乎处于垂直状态，车厢 物流液压升降机设计毕业设计论文 上升到最置不易倾下，稳定性好；油缸最大推力较小，油压特性好。但整个机构较庞大， 油缸在升降过程中的摆角较大，工作行程较大。 图2-2 前推连杆放大式升降机构 Fig.2-2The lifting mechanism of lever magnify model from the forward （2）油缸前推杠杆平衡式升降机构 该种升降机构(图 2-3 所示)通过拉杆与车厢底板相连，升降支点较靠近车厢的前部， 故车厢受力状况较好；初始时拉杆几乎是垂直顶起车厢，因此机构运动性能好。但该机 构三角形连杆的几何尺寸较大，结构不紧凑，油缸摆角较大，工作行程较大，液压管路 不易布置。 图2-3前推杠杆平衡式升降机构 Fig.2-3The lifting mechanism of lever balance model from the front （3）油缸后推连杆放大式(加伍德式)升降机构 该种升降机构(图 2-4 所示)通过三角板与车厢底板相连推动车厢， 启动性能较好， 并 能承受较大的偏置载荷；升降支点在车厢几何中心附近，车厢受力状况较好。但该机构 升降力系数较大，工作效率较低。 图2-4 后推连杆放大式升降机构 Fig.2-4 The lifting mechanism of lever magnitude model from the behind （4）油缸后推杠杆平衡式升降机构 该种升降机构(图 2-5 所示)的油缸下铰点、 三角板的固定铰点、 车厢翻转铰点几乎均 匀分布在副车架上，减少了车架后部的集中载荷；同时，这种三点支承方式有利于改善 13 机构的整体横向刚性。升降过程中油缸摆角小，机构的工作效率也较高，但机构升降力 系数较大，使相同升降质量所需升降力较其他升降机构大。 图2-5 后推杠杆平衡式升降机构 Fig.2-5The lifting mechanism of lever balance model from the behind （5）油缸浮动式升降机构 图2-6 油缸浮动式升降机构 Fig.2-6 The lifting mechanism of float model 该种机构(图 2-6 所示)油缸的一端直接与车厢底板相连，另一端不是固定在车架上， 而是可以随着车厢的翻转而运动，故称为油缸浮动式升降机构 该机构的拉杆也与车厢 底板直接相连，升降支点较靠近车厢的前部，故车厢受力状况较好，工作效率较高。但 该机构几何尺寸较大，结构不紧凑,升降过程中油缸摆角较大，使得液压管路难于布置。 由以上分析可知，现在的液压升降机构有多种型式，每种型式的性能各有千秋，要 因车而异，合理选用，选用的原则是:首先必须充分考虑车辆的使用条件和环境；其次要 考虑制造工艺；最后要兼顾成本。 2.2.2 2 升降升降机机的两种机构形式的两种机构形式 图 2-1 机构一 物流液压升降机设计毕业设计论文 图 2-2 机构二 升降机的两种机构形式如图 2-1 和图 2-2 所示，它们只是两侧相同机构的一侧。由 以上两图可看出，机构一（图 2-1）是全部为固定铰支座的两平行杆同步运动的结构， 机构二（图 2-2）是两固定铰支座和两个滑动铰支座的剪叉式结构。这两种机构都可以 实现上板台面升降的运动，但相比较之下，机构一有三点不足： a) 机构一在升降过程中上板不仅有竖直方向的位移变化，而且还有水平方向的位 移变化，而机构二的上板在升降过程中只有竖直方向的位移变化。这样，在总 体尺寸一样的情况下，机构二升降时所需的空间较小。 b) 机构一在升降的过程中，所载物体的质心相对机构的支撑中心的变化很大，这 样就要求更大的动力，即要求推力更大的液压缸。结果会增加安装尺寸和生产 成本。 c) 机构一的稳定性没有机构二的对角双三角的结构稳定性好。 综上所述，机构二较机构一更合理。所以，在结构上选择机构二。 2.2.3 3 升降升降机机机构中三种液压缸布置方式的分析比较机构中三种液压缸布置方式的分析比较 2.2.3 3.1.1 问题的提出问题的提出 液压缸的布置方式主要包括液压缸对机构的作用力 （动力） 点位置及液压缸的起始 安装角度等。 在机构确定的情况下，动力的作用点是关系所需动力大小的关键。而升降机的动力 由液压缸提供，因此，作用点的位置直接关系液压缸的选择。此外，液压缸的安装起始 角度也对所需动力大小有较大影响。 总之，液压缸的布置方式是设计的一个重要环节，是设计成功与否的关键之一。那 么液压缸究竟选择怎样的布置方式？ 15 2.2.3 3.2.2 三种方案的分析和比较三种方案的分析和比较 以下是液压缸的三种布置方式，如图 2-3，图 2-4，图 2-5 所示，基于剪叉式机构 的优点，它们都是采用剪叉式机构，可以看做三种方案： 方案一（图 2-3） ：液压缸的一端在底座的固定铰支座上，另一端支撑在支架 1 上靠 近滚动铰支座的位置。当两支架几乎处于水平位置时，液压缸与底座的夹角 1 很小，这 时要把台面升起就需要液压缸提供很大的推力，甚至不能把台面升起。此外，液压缸的 布置需要在底座长度比支架还更长的基础上额外地加长底座，这样就需要跟多的底座材 料。 方案二（图 2-4） ：液压缸的一端在底座的固定铰支座上，另一端支撑在支架 1 与支 架 2 的铰支轴上。当两支架几乎处于水平位置时，液压缸与底座的夹角 2 也很小，这时 要把台面升起也需要液压缸提供很大的推力。虽然液压缸推动支架的力臂会随着台面的 升起而迅速增大，从而使所需的液压缸的推力迅速减小。然而，同时也使液压缸的行程 增加迅速增加，最终就需要大行程的液压缸，而液压缸的布置需要更大的长度空间，可 能在液压缸完全收缩时支架仍不能完全收回，造成台面的高度过高。 方案三（图 2-5） ：液压缸的一端在底座的固定铰支座上，另一端支撑在与支架 2 成一定角度且同固定铰支座的杆上。这样，当两支架处于水平位置时，液压缸与底座仍 有一定夹角 3 ，且 3 2 1 ，这时要把台面升起所需要液压缸提供的推力就会比前两 种布置的推力小很多。虽然液压缸推动支架的力臂随着台面的升起而增大幅度没有方案 二的快，即使所需的液压缸的推力减小更平缓。然而，同时液压缸的行程增加也比较平 缓，最终所需要的液压缸行程也不会很大，布置液压缸的空间也是足够的。因此，在稍 微增加了液压缸推力的同时获得了更多的优点。 图 2-3 方案一 物流液压升降机设计毕业设计论文 图 2-4 方案二 图 2-5 方案三 综上所述，方案三是升降机设计的最佳方案（如图 2-5 所示） 。 2.4 2.4 剪叉式升降剪叉式升降机机结构分析结构分析 为了保证操作人员在工作机上更加安全， 剪叉臂与水平的最大允许角度为 45。 因 此，每一层上升的最大高度为 1.25m，要使升降机能够上升到 5m 的高度，至少需要 4 层剪叉臂，1.254=5m,这样就达到了 5m 的高度。 如图 4.1 所示，臂AE、CE、BD、BF均相等，剪叉臂AE和BF通过H点 17 铰接，臂BD和CE通过G点铰接，臂AE和CE通过E点铰接，臂BD和BF通 过B点铰接；F点与副车架铰接，C点与托架铰接；铰接点A在液压缸N的 作用下能够在水平滑槽中移动，另外铰接点D也能水平移动，且与A点的运 动方向相反。由于点A和D的移动，从而车厢在垂直面内升降并伴随有少量 水平位移。 2.5 2.5 剪叉式升降剪叉式升降机机的运动分析的运动分析 在车厢举升过程中油缸以一定的速度推动滑快A向后移动，A点的速度 为 A；由于A点的水平移动带动双级剪式机构运动，从而使得BFA发生变 化，即由初始位置的 0变为1=0+ ；因为剪式机构的运动带动点D同时 向上和向前移动，所以台面 DF 在整个过程中向上向后移动（为货物的倾斜 做准备） 。其中点B和点 H 的瞬时速度分别为 B和H；点D的水平和垂直速 度分别为 Dx和Dy；车厢支撑台面的水平和垂直平移速度分别为X和Y。 杆BF上B点、H 点的瞬时转动中心都为F点，从而可求得（取车厢移 动的方向为正方向，即水平向右和垂直向上为正向） ，其运动简图如图 4.2 所示。 B点的运动速度 B： lVB 00 sinsinlVV BBX （4-1） 物流液压升降机设计毕业设计论文 图 4.2 剪叉式升降机运动分析简图 00 coscoslVV BBY （4-2） 点H分别相对于点A、F以相同的角速度 转动，其中点A又以速度 A 水平移动,而点F静止不动，于是可得： H点相对于点F的运动速度 HF： lVHF 2 1 0 sin 2 1 lV X HF （4-3） 0 cos 2 1 lV Y HF （4-4） H点相对于点A以角速度 运动的速度 HA： lVV AHA 2 1 0 sin 2 1 lVV AHAX （4-5） 0 cos 2 1 lV Y HA （4-6） 19 则点H的水平和垂直速度 X H V和 Y H V: AHFHAH VVVV XXX （4-7） 0 coslVVV YYY HFHAH （4-8） 且 XX HAHF VV， YY HFHA VV 则： 0 sin2lVV X HFA （4-9） D点相对于B点以角速度 转动，则D点速度 D V: lVV BD 0 sinlVV XX BD （4-10） 0 coslVV YY BD （ 4-11） 将 式 （4-1） 、 （4-2）代入上式可得： 0 cos22 0 lVV V YY X BD D （4-12） D点的升降速度与车厢支撑台面的升降速度一致， 因此台面上升速度 0 cos2lVV Y DY （4-13） 由于等臂双级剪式机构的运动特点点A、B、C始终在一条垂直线上， 同样点D、E、F也始终在同一铅垂线上。从上述计算中可以发现，在车厢被 举升的整个过程中，点D、E、F没有发生位移，即D、E、F三点只在垂直方 向上有位移；那么车厢在举升过程中的水平移动量只取决于点A的水平移动 量，则台面的水平运动速度 X V： AX VV 物流液压升降机设计毕业设计论文 又因为滑快A由油缸直接水平推动，所以油缸活塞的运动速度 塞 V： 0 sinlVV A塞 则： 0 tan 2 1 Y VV塞 （4-14） 0 cot2 塞 VVY （4-15） 0 1 sin l V塞 （4-16） 2.6 2.6 剪叉式升降剪叉式升降机机的动力分析的动力分析 剪式剪叉式升降机，不计剪式机构的重力和各种摩擦力，则该质点系具 有理想约束，因此可以用虚位移原理求解其所受各力的相互关系。 虚位移原理：又称分析静力学的原理是所有作用在质点系上的主动力对 其作用点的虚位移所作的虚功之和为零。对n个质点组成的质点系，其数学 表达式为： 0 1 n i rii F （4-17） 式中Fi和 ri分别表示第 i 个力和它的虚位移。图 4.3 中双级剪式剪叉式升 降机所受的主动力为重力G（包括装载质量me，车厢质量m1，车厢支撑台面 质量m2）和水平油缸的水平推力FN。 由虚位移原理可得 0. 1 n i rii F 0 rgrfN GF （4-18） 上式中两虚位移的关系 00 00 sinsin2 coscos l l rg rf 则： 00 00 coscos sinsin 2GFN （4-19） 由式（4-19）可知，在一定装载质量的情况下，油缸活塞对滑块A的水 平推力 N F随角度 （ 为杆BF绕点F转过的角度）变化而变化。根据设计 要求的荷重和剪叉机构的结构尺寸，可求出在整个升程范围内油缸活塞的推 力，以此作为油缸选择设计的依据。 21 2.7 2.7 剪叉式升降剪叉式升降机机参数的确定参数的确定 2.72.7.1.1 基本几何尺寸的确定基本几何尺寸的确定 如图 4.4 所示，AE、CE、BD、BF为杆长相等的四杆，AE与BF，CE与BD 铰接与中点H、G、A、D为滑动铰接。 设lBDCEAE，初始位置 0 BFA，当到达最大升程时 1 BFA； 由几何关系可得： 01max sinsin2 lS （4-20） 10 coscosla （4-21） 为了使整个剪叉式升降机不超过车厢底部安装空间，需满足： d Hl 0 sin2 （4-22） Ll 0 cos （4-23） 取500sin2 0 l，联立（4-20） 、 （4-21） 、 （4-22） 、 （4-23）求解并圆整 得： 8 .21 9 . 3 256 3700 1 0 mma mml 2.72.7.2.2 液压缸推力液压缸推力 T T 及行程及行程 S S 的确定的确定 考虑到超载的因素，因此计算台面荷重应有一定的安全系数，即台面荷 物流液压升降机设计毕业设计论文 重： 646801 . 18 . 9)3007005000(gmmmG e ）（ 车厢托架 N 由式（4-19）得： 1 .567089 N FTN 由于液压缸的作用力同时作用在两等距离的内剪叉臂上， 所以油缸对单 侧内剪叉臂的作用力P为： 6 .283544 2 N F PN （4-24） S256 amm 2.82.8 剪叉式升降剪叉式升降机机的校核的校核 本次设计的双级剪式剪叉式升降机各铰接点均采用同型号的双头螺纹 销连接， 因此在对该机构进行校核的时候， 除了要对剪叉臂进行强度校核外， 还要对各铰接点的销轴进行强度校核。由于在该机构的运动过程中各铰接点 的受力在不断变化，只需最大受力点进行校核。 2.82.8.1.1 各铰接各铰接点的受力分析点的受力分析 结合双级剪式剪叉式升降机的结构和运动特点，对其进行整体受力分析，如 图 4.5 所示。设货物重心与C点的距离K，A、D点的滑动摩擦系数为f，不 计双级剪式机构的自身重力和内部摩擦力。 将货物对该机构的作用力分解到C、D两点上 根据力学定理可得： cos cos 2 l klG FCY （4-25） cos2 l kG FDY （ 4-26） f l kG fFFF DYDXCX cos2 （4-27） 将剪式机构看作一个整体，根据力学定理可得A、F点的受力情况： cos cos 2 l klG FAY （ 4-28） f l klG fFF AYAX cos cos 2 （4-29） cos2 l kG FFY （ 4-30） Pf l klG PFF AXFX cos cos 2 （4-31） 23 对臂AHE及CGE隔离受力分析，如图 4.6 所示，根据力学定理可得： 0 X F 0 0 EXAXHX EXGXCX FFFP FFF 则： AXHXEX GXCXEX FFPF FFF （4-32） 0 Y F 0 0 HYEYAY GYEYCY FFF FFF 则： AYHYEY CYGYEY FFF FFF （4-33） 联立式（4-32）和（4-33） ，得 AYCYGYHY AXGXCXHX FFFF PFFFF （4-34） 对 E 点取矩， 0M 0cos 2 sin 2 sinsincos 0sin 2 cos 2 sincos l F l FlPlFlF l F l FlFlF HYHXAXAY GXGYCXCY （4-35） 图 4.6 剪叉臂受力简图（a） 物流液压升降机设计毕业设计论文 将式（4-25） 、 （4-26） 、 （4-28） 、 （4-29）及（4-34）代入式（4-35） ，则： 24 1 cos2 4cos cos P fG l fkG F tgf G l kl GF GX GY （4-36） PfGf l klG F tgfG l kl GF HX HY 2 3 4 1 cos cos 2 4 1 cos cos （4-37） tgf G l klG F P fGF EY EX 4cos cos 2 24 1 （4-38） 以臂BGD为隔离研究对象，如图 4-7 所示。 则： tgfG G l klG F P fGF BY BX 4 1 2cos cos 2 24 1 （4-39） 2.82.8.2.2 各铰接点销各铰接点销的选择与校核的选择与校核 考 虑 到 整 体 布 局 需 要 ， 以 及 结 合 装 配 草 图 ， 根 据 摩 擦 副 的 特 性 ， 取 3 . 0f。 对上述各铰接点在任意角度时的计算公式的分析计算， 可知H点承受的 作用力最大，且当9 . 3时作用在H点的力最大。 图 4.7 剪叉臂受力简图（b） 25 由式（4-37）知，当9 . 3时 7 .416 HX FKN 9 .39 HY FKN 销轴均用 45 钢制造，作调质处理，其屈服强度 s =355MPa，选择安全 系数为 2， 其许用剪切应力=0.5 s =177.5MPa。 考虑到生产制造的方便、 节省制造工时，在使用材料允许的条件下，该机构交接的双头螺纹销均采用 同一直径，取60mm。 2 .148 103014. 3 9 .397 .416 62 22 22 R P R F MPa 因此，该机构所有铰接点选用的销均满足强度要求。 2.82.8.3.3 油缸作用处杆件尺寸的确定与校核油缸作用处杆件尺寸的确定与校核 考虑到该杆件所受的作用力比剪式机构铰接点处的力大，经比较后取 35mm。 4 .147 103514. 3 1 .567089 6222 R T R F MPa 经校核可知，该杆件满足使用的强度要求。 为了使工作台面下降至最低位置时滚轮不至于脱离滑道，剪叉臂的长度L应该比底 座的长度 b 小一些，一般可取 bL)9 . 08 . 0(.(3.20) 由设计参数可知：mma2200，mmh850，NG5000。 初选底座长度mmb1500， 系数为 0.8，则根据式(3.20)可得剪叉臂的长度 mmL1200。 2.液压缸安装位置的确定 由图 3-4 可知 sinLh .(3.21) 则 maxmax sinLh minmin sinLh 所以，56667. 0 1500 850 sin max max L h 即 5 .34 max 而 0 min 初选 20 ，mml300 1 ，mml540 2 ,NG5500,mmP600，01. 0f。 而液压机构的有效垂直升降高度h为 )sin(sin minmaxminmax Lhhh.(3.22) 物流液压升降机设计毕业设计论文 根据 dgf ，液压缸上下交接点 g、f 的距离 S（即液压缸的瞬时长度）为 )cos(2 21 2 2 2 1 l lllS(3.23) 液压缸两交接点之间的最大距离和最小距离分别为 )cos(2 max21 2 2 2 1max l lllS )cos(2 min21 2 2 2 1min l lllS 设液压缸的有效行程为S，为了使液压缸两铰接点之间的距离为最小值时，柱塞 不抵到液压缸缸底，并考虑液压缸结构尺寸 1 K和 2 K（如图 3-6 所示） ，一般应取 SKKS 21min .(3.24) 同样，为了使液压缸两铰接点之间的距离为最大值时，柱塞不会脱离液压缸中的导 向套，一般应取 SKKS2 21max (3.25) 式（3.24）和式（3.25）中的 1 K和 2 K根据液压缸的具体结构决定。 图 3-6 液压缸结构尺寸 2.92.9 强度校核强度校核 整个机构，受力较大的零部件有内剪叉臂，液压缸的支撑横梁，销轴等，所以进行 校核时，只需对这些受力较大的零件校核即可。 2.92.9.1 .1 剪叉臂的强度校核剪叉臂的强度校核 由图 3-9 和图 3-10 可知，内剪叉臂 aed 受力要远大大于外剪叉臂 bec，所以这里只 校核外臂。外剪叉臂受力如图 3-1 所示。又由图 4-8 可知，的角度越小，则推力T的 值越大。若T取最大值时满足强度要求，则该剪叉臂即满足强度要求。当机构在最低位 置时，的值最小，即T值最大。参照图 3-1，剪叉臂所受的力都与剪叉臂有一定的夹 角，为方便受力分析，将所有的力都按沿剪叉臂方向和垂直剪叉臂方向分解，有下列式 子： 27 cossin 1cxcyc FFF.(7.1) sincos 2cxcyc FFF.(7.2) coss