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防腐涂料喷涂机

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组装式储液塔内壁防腐涂料半自动喷涂机设计（二）.zip,防腐涂料喷涂机

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一、选题依据 1、研究领域 机械设计制造及其自动化领域 2、设计工作的理论意义和应用价值 此设计主要是为储液塔内壁进行防腐涂料喷涂而设计一种半自动喷涂机。目前， 大型储液塔主要大范围用于炼油厂、油田、油库以及其他工业中主要储存包括原油及 其他石油化工产品。因为石油及其衍生产品属于易燃易爆物品，对它的存放要求比较 高，以防产生燃烧爆炸，造成严重的事故。其次，储液塔内储存的液体大都会带有腐 蚀性，会对储液塔会造成腐蚀穿孔，产生环境污染等危害，给我们带来巨大的损失。 所以，对与大型储液塔的内壁进行喷涂保护是必不可少的。 此设计的主要设计任务是组装式储液塔内壁防腐涂料半自动喷涂机的升降机构。 其主要作用是带动载有人和喷枪座的平台能够在 8 米左右的高度范围内升降，以完成 对大型储液罐的全方位喷涂。如果该设计的预期结果实现，对大型储液塔内壁防腐涂 料的喷涂效率的提高和人工成本的减低起到关键作用，而且通过改进还可以用于其他 高空作业平台垂直运动，应用前景十分的广阔。 3、目前研究的概况和发展趋势 通过查找文献和资料，了解到目前我国大型储液塔内壁的涂料基本都是人工完成的，需要人来爬梯或搭脚手架来涂刷。人工完成不仅费时费力，而且对于企业来说成 本也高，所以设计一种半自动的喷涂机可以大幅度的省时省力和减低成本。 此设计主要是实现组装式储液塔内壁防腐涂料半自动喷涂机的垂直方向的升降运 动。升降机构多用于高空作业平台，目前经过多年的发展已有多种类型的升降机构， 其中主要可分为刚性升降机构和柔性升降机构两种，其分别如下： 刚性升降机构有： （1）剪叉式升降机构 剪叉式升降机构包括驱动执行装置和剪叉装置。在驱动机构的驱动下，驱 动执行装置产生小位移行程的同时将驱动力传递给剪叉装置。剪叉装置作为剪叉式升 降机构的主体具有折叠伸展性能，它受到驱动执行装置的驱动并将驱动执行装置的小 位移行程放大成竖直方向的较大行程，从而推动升降平台的上下移动。 （2）柱塞式升降机构 柱塞式升降机构通常与液压装置配合工作，通过泵站将油压入油缸，使柱塞运动 直接作用在平台上，使升降平台向上运动，升降平台的下降则依靠平台的自重实现。 （3）齿轮齿条式升降机构 齿轮齿条机构包含齿条机构和齿轮机构，齿条设置在桩腿上，每根齿条对应有做 干个小齿轮。动力通过齿轮减速器传递给小齿轮，从而驱动平台升降。齿轮齿条式升 降机构在自升式平台领域应用极为广泛。 （4）丝杠式升降机构 丝杆升降机构主要是利用丝杆可将旋转运动转变为直线运动的特性对平台进行升 降。丝杠升降机构常用于与电驱动机构或液压驱动配套使用。滚珠丝杆升降机是一种 利用蜗杆副带动滚珠丝杠副进行升降的精密起重部件 柔性升降机构有： （1） 钢丝绳式升降机构 钢丝绳升降装置，主要由驱动电机、主动摩擦轮、从动摩擦轮、钢丝绳、吊装 装置以及安全控制装置组成。它利用驱动电机驱动主动摩擦轮旋转，与从动摩擦轮 啮合传动，钢丝绳缠绕在主从动摩擦轮上，依靠钢丝绳与两个摩擦轮之间的摩擦 力，实现整机设备沿钢丝绳的上升与下降。 （2） 链式升降机构 链条式升降机构采用链传动方式，一般将电机链轮作为驱动机构，通过联轴 器、传动轴、链轮等一系列传动实现升降平台的功能。链式升降机为链条和齿轮啮 合传动。 自 1973 年第一台国产齿轮齿条式施工升降机诞生以来，历经 30 多年的不断发 展，升降机在结构形式、功能、用途、安全装置等多个方面都有了很大的变化和发 展。但我国的施工升降机的设计、制造和使用还是一个薄弱环节,与发达国家相比, 还有较大差距。目前国内的升降平台机械设备的基础零部件配套水平较差，产品的 基础零部件配套生产厂家少，规格品种少，电气元件、液压元件、动力部件的性能 和使用可靠性还不太高，这也影响了国内产品的开发。大部分企业以自主生产为 主，专业化生产水平很低且工艺落后，劳动生产率低，小作坊式企业较多。 现在国产升降设备绝大多数还处于中低端，高端产品较少。主要表现在科技含 量低，设备品质一般，可靠性低；对于核心技术的研发不够，例如对动力系统的研 发、电控系统的研发等与国际先进水平还有较大差距。未来我国的升降机应当向模 块化、数字化、智能化、人性化、高效环保和安全可靠的方向发展。 二、论文（设计）研究的内容 1. 重点解决的问题 完成手动（液压）升降立架及其辅助装置设计，并进行强度及稳定性计算与校 核，完成手动（液压）升降立架及其辅助装置的主要零件（7 个左右）设计。 2.设计思路： （1）确定课题的研究目的，研究内容，以及目前的研究概况及其发展，通过查 找整理资料完成开题报告； （2）通过论证、讨论，开展总体方案设计； （3）完成手动（液压）升降立架及其辅助装置设计； （4）对手动（液压）升降立架强度及稳定性进行校核与计算等； （5）完成手动（液压）升降立架及其辅助装置的主要零件（7 个左右）设计； （6）设计出组装式储液塔内壁防腐涂料半自动喷涂机的整体装配图。 3.本论文（设计）预期取得的成果 （1）两张 A0 装配图（半自动喷涂机装配图及升降机构结构图），7 张左右主要 零件图； （2）开题报告； （3）毕业设计论文（包括升降机构强度校核和稳定性校核）； （4）一篇外文文献翻译。 三、论文（设计）工作安排 1.拟采用的主要研究方法（1）查阅、整理参考文献，学习掌握半自动喷涂机升降机构的工作原理，对半 自动喷涂机升降机构方案进行设计。 （2）半自动喷涂机升降机构设计、选型、校核计算 设计参数：升降高度： 8m左右；可折叠或拆卸，并能够从直径 0.8m 储液塔入口进入； 升降时间小于 40 秒。+2.论文（设计）进度计划 第 1 周：查阅相关文献资料并进行汇总。（-4 周） 第 2 周：分析文献资料并完成开题报告初稿。（-3 周） 第 3 周：修改开题报告。（-2 周） 第 4 周：完成开题报告终稿并进行总体方案论证。（-1 周） 第 5 周：完成总体方案设计初稿。（第 1 周） 第 6 周：完成总体方案设计终稿。（第 2 周） 第 7 周：完成手（电、液）动升降立架初稿设计。（第 3 周） 第 8 周：修改手（电、液）动升降立架设计图。（第 4 周） 第 10 周：完成手（电、液）动升降立架设计图。（第 5 周） 第 11 周：强度及稳定性计算与校核。（第 6 周） 第 12 周：绘制主要零件图 5-7 张。（第 7 周） 第 13 周：修改零件图并完成外文文献翻译。（第 8 周） 第 14 周：完成控制系统设计及毕业。（第 9 周） 第 15 周：完善毕业论文，准备答辩。（第 10 周） 四、需要阅读的参考文献1 徐滨士.表面工程手册（上、下）M.北京.化学工业出版社.2009 年 7 月. 2 闻邦椿.机械设计手册（1-6 册）M.北京.机械工业出版社.2014 年 3 月. 3 关慧贞.机械制造装备设计M.北京.机械工业出版社.2009 年 11 月. 4 章宏甲.液压与气压传动M.北京.机械工业出版社.2001 年 6 月. 5工程材料及其成形技术基础M.北京.北京大学出版社.2008 年 8 月. 6 廉师友.人工智能技术导论M.西安.西安电子科技大学出版社.2000 年 1 月. 7 韩建海.工业机器人M.武汉.华中科技大学出版社.2012 年 6 月. 8 谢存禧.机电一体化生产系统设计M.北京.机械工业出版社.1999 年 10 月. 9 胡占齐.数控技术M.武汉.武汉理工大学出版社.2004 年 5 月. 10机械工程师、机械工艺师、机械设计、机电控制、机械工程、化工设备类期刊。 11郑元国,徐剑芸.基于 PLC 及步进电机控制的自动喷涂机J.机械工程与自动 化,2011(06):119-120. 12陈阳国.矿用液压升降平台的设计J.机械工程师,2010(07):106-108. 13田国承.拉展上的施工升降机和新技术J.建筑机械,2017(04):19-22. 14西庆坤,杨德辉,李兴慧,廖波.二级剪叉式丝杠升降机构受力分析J.机械设计与制 造,2017(05):222-225. 15石桐宁. 剪叉式升降机构稳定性分析与结构优化D.哈尔滨理工大学,2017. 16任小鸿,梅静,陈丽.高空作业液压升降平台的结构优化与有限元分析J.重型机 械,2017(01):87-90. 17李耀明. 齿轮齿条式升降系统钢结构安装分析A. 海口市人民政府、中国产业海外发展协 会、中国海洋石油总公司.2015 年深海能源大会论文集 18T. I. Rybak, S. D. Sheruda, and V. I. Ryabikin. STRESS ANALYSIS AND OPTIMIZATION OF THE VERSIONS OF FRAMES OF SINGLE-AXLE TRAILER-TYPE MACHINES FOR SPRAYING IN CROP HUSBANDRYJ. UDC 629.11.011.001.24 19R. Bhalamurugan S. Prabhu. Performance Characteristic Analysis of Automated Robot Spray Painting Using Taguchi Method and Gray Relational AnalysisJ. Arab J Sci Eng (2015) 40:16571667 20Jonathan Konieczny. John Heckman. Gary Meyer. Mark Manyen. Automotive Spray Paint SimulationJ.ISVC 2008: Advances in Visual Computing pp 998-1007| Cite as 附：文献综述1 喷涂机国内外发展状况文献综述自动喷涂机就是将混合好的浆状物料经加压雾化后均匀地喷涂到发动机的内表面， 得到厚度均匀且质量可靠的衬层。相比人工涂刷，它改善了涂层的均匀性，提高了工 作效率，而且还避免了人工涂刷时挥发性气体对操作人员身体的伤害1。在国内，喷涂机器人起步比较晚，于 1990 年前后，北京机械工业自动化研究所 机器人中心开始了对喷涂机器人的研究，我国研究机器人是在国外研究的基础上进行 的，在此过程中还研发了不少周边技术。2000 以年来由于国内汽车发展迅速，许多制 造公司也在设计制造我国自己的喷涂机器人，在此同时国外的 MOTOMAN 公司与我国北 京首钢集团合作 ; 瑞士 ABB 公司在京沪建立分公司，以销售喷涂机器人和工业机器 人为主，目前喷涂机器人已经是我国需求最多的机器人之一，而我国在这方面相对落 后，目前来看，我国大部分都是采用的国外的喷涂机器人，有的照搬国外的生产线， 还存在维修，保养等问题，从而影响喷涂的发展。所以，设计制造出我国自己的喷涂 机器人是非常迫切和必要的2。2 升降机国内外发展状况目前，我国在大型储液塔的自动化喷涂设备方面的研发还是一片空白，要靠人工 来完成其内壁的涂抹。人工在涂抹高层建筑时，需要通过搭脚手架来完成，这样做则 会花费大量的时间和人力物力用来搭脚手架，设计一种组装式储液塔内壁防腐涂料半 自动喷涂机设计有很大的应用价值。此设计主要是实现带动喷枪座平台能够在高度 8 米左右范围内自由升降的功能， 即设计一升降机构。自上世纪七十年代以来，随着高层建筑的不断增多,为了高效地运 送施工用料、机具和作业人员,日益广泛地应用了施工升降机。随着科学技术的飞跃发 展，不断引入施工升降机领域,使施工升降机的技术日趋成熟,系列化、复合化的新机 种不断涌现,显示出强大的生命力。但我国的施工升降机的设计、制造和使用还是一个 薄弱环节,与发达国家相比,还有较大差距。3 升降机构分类升降平台作为一种起重装置，在物流、搬运、装配、城市停车系统、海上油田等 各种工作场合中得到了广泛的应用。其最主要的功能是依靠驱动机构与升降机构将物 体升至不同高度。升降机构具有刚性与柔性的性质。其中刚性机构可以分为齿轮齿条 式、剪叉式、丝杠式和柱塞式等，柔性机构可分为钢丝绳式和链条式等。（1）剪叉式升降机构剪叉式高空作业平台是一种常用的高空作业专用设备，其主要作用是将工作人员 运送到高空进行作业或垂直运送及卸载货物，广泛用于食品加工企业的设备检修及材 料运送、建筑、桥梁及公路建设、电力维修、航空航天、船舶制造等领域。其工作过 程即在液压缸驱动下剪叉机构伸展和压缩。当剪叉平台处于最低位置时，剪叉机构压 缩便于移动和存储；当平台工作时，剪叉机构能快速展开且速度平稳，拥有较高的工 作效率3。剪叉机构由两根中间用枢轴连接，可在平面内相互转动的剪杆组成，每根 剪杆又可以认为由两段一端铰接和一端固接的梁单元连接而成。剪杆作为机构折叠变 化的对象，铰点约束剪杆的变化，折叠过程既剪杆围绕铰点旋转，最后达到指定位置， 从而完成一个折叠过程4。近年来，很多学者对剪叉机构进行了研究，将二级剪叉式 液压升降机构剪叉杆的受力分解成沿剪叉杆方向和垂直剪叉杆方向分力，然后对受力 最大的铰接点进行强度校核；将三级剪叉式液压升降机构简化成二级剪叉式液压升降机构，对起升过程中受力特征进行分析；建立二级剪叉式液压升降机构的力学模型， 推导出液压缸推力与载重力和机构尺寸参数之间的关系公式；利用虚位移原理，对多 级剪叉式液压升降机构液压缸进行求解，并对剪叉杆进行受力分析和强度校核5。剪 叉式升降机构具有很多的优点，构造简单、举升力大、升降面积大、行程大、刚度高、 运行稳定、可以停在举升范围内的任意位置、停位可靠、噪声适中、自备导向、支反 力较大且安全可靠等特点，是一种结构比较简单的起重机械6，但是其在支撑喷枪座 运动的过程中较难实现匀速运动，并且行程较小。（2）柱塞式升降机构柱塞式升降机构通常与液压装置配合工作，通过泵站将油压入油缸，使柱塞运动， 直接作用在平台上，使升降平台向上运动，升降平台的下降则依靠平台的自重实现。 柱塞式升降机构即在传统平台的空心导筒内增加一液压缸，液压缸活塞杆与平台通过 螺栓连接，实现了作业平台的升降平衡。液压平台主要采用底座上固定一导筒，此导 筒采用圆柱体，在导筒内部设置一中空导柱。导柱与导筒之间采用滑动配合，间隙较 小，导柱与导筒之间进行液压润滑处理，使液压平台能自如旋转，并且在较小的间隙 条件下，能有效防止导筒变形。中空的导柱内采用液压缸作为支撑，液压缸的活塞杆 与平台底面采用铰链机构7。其能够满足运输、架设的精确性和快速性要求，大大减 少了作业的时间和人员工作量效果良好，而且结构简单、可靠性强、平稳性高、安全 性强和噪声小，但其同步精度较差，存在能耗偏大的问题。柱塞式升降机构需要有导 向套、并且定期润滑、保持油液清结但不适于高度过高的作业场所目前在高空作业平 台方面，应用还是不多。（3）齿轮齿条式升降机构齿轮齿条机构包含齿条机构和齿轮机构，齿条设置在桩腿上，每根齿条对应有做 干个小齿轮。动力通过齿轮减速器传递给小齿轮，从而驱动平台升降。齿轮齿条式升 降机构在自升式平台领域应用极为广泛，升降系统钢结构是实现平台升降的重要承载 部分，在整座自升式平台的组成中起着绝对重要的作用8。目前，齿轮齿条式升降机 构主要用于施工升降机、深海钻井平台、核电建设等中。建设施工现场广泛使用齿轮 齿条式升降机，这类升降机的关键部件之一就是实现吊笼垂直运输的齿轮齿条机构。 齿轮齿条升降机构具有工作连续、升降速度快、操作简单、同步性好等优点，但是存 在振动大、噪声大、磨损快和、力电缆粗的弊端、价格贵和制造难等缺点。且齿轮磨 损频繁需周期性更换；长期使用底部齿条磨损量大，顶部齿条磨损量小，使齿条齿顶 及齿面磨损量不等，当换工作场地再次安装时，标准安装较难达到初次使用时的顺序 和间隙，造成磨损量不等的齿条参差不齐的无序排列，这样更加速了齿轮、齿条的磨 损和噪声增大，影响提升能力9。（4）丝杆式升降机构丝杆升降机构主要是利用丝杆可将旋转运动转变为直线运动的特性对平台进行升 降。丝杠升降机构常用于与电驱动机构或液压驱动配套使用。滚珠丝杆升降机是一种 利用蜗杆副带动滚珠丝杠副进行升降的精密起重部件，具有传动效率高、体积小、控 制方便、运动平稳等优点。滚珠丝杆升降机在工作过程中主要利用滚珠丝杠副进行升 降，滚珠丝杠副不具备自锁功能，用于垂直升降传动系统时，一旦失去动力源，就会 产生逆转动，所以滚珠丝杆升降机利用具有自锁性的蜗杆副实现锁定，以防止升降物 品时丝杠下落10。蜗轮丝杠升降机，运行平稳可靠，噪声低，体积小、使用灵活、 结构紧凑、可靠、寿命长、安装方便，并且可在一定条件下实现自锁，并具备小动力 大推力传动特点11。（5）钢丝绳式升降机构钢丝绳升降装置，主要由驱动电机、主动摩擦轮、从动摩擦轮、钢丝绳、吊装装 置以及安全控制装置组成。它利用驱动电机驱动主动摩擦轮旋转，与从动摩擦轮啮合 传动，钢丝绳缠绕在主从动摩擦轮上，依靠钢丝绳与两个摩擦轮之间的摩擦力，实现 整机设备沿钢丝绳的上升与下降12。目前钢丝绳升降机构在各种场合的升降平台上被应用，且技术较为成熟，其中多用于建筑施工、矿井竖井中。钢丝绳式施工升降机以 它结构简单、强度高、安全性好、成本低、适应性强等特点。但其安全性相对较低，为了有效的控制和减少这些事故的发生，必须细致做好设备安装工作和日常安检维护 工作，如此才能最大程度上保障设备的使用性能，同时提升设备的安全性。除此之外， 钢丝绳升降机构对升降高度有一定的限制，当钢丝绳使用伸长量变大后，升降机构定 位不准确，运动平稳性变差，容易受外界负载影响、惯性大、启动及换向慢。（6）链条式升降机构链条式升降机构采用链传动方式，一般将电机链轮作为驱动机构，通过联轴器、 传动轴、链轮等一系列传动实现升降平台的功能。链式升降机为链条和齿轮啮合传动， 当速度高于 50 m/min 后，链条链结和驱动端齿轮齿的冲击和磨损加大，且运行中会 出现链条和齿轮脱开不及时导致卡滞及运行不平稳的现象13。链条提升式在低层立体 车库上应用较多。链式升降传动系统的特点是结构简单、生产成本低、安装调试方便、 使用寿命长、同步精度高、性能安全可靠但其运行平稳性较差14。4 升降机发展趋势在 2017 年 3 月 7 日举办的美国拉斯维加斯工程机械展会上没有国产施工升降机 实物参展。目前国产施工升降设备绝大多数还处于中低端，高端产品较少。主要表现 在科技含量低，设备品质一般，可靠性低；对于核心技术的研发不够，例如对动力系 统的研发、电控系统的研发等与国际先进水平还有较大差距。但田国承（中国建筑科 学研究院建筑机械化研究分院）从其他国家展出的实物分析未来升降设备发展趋势主 要体现在以下几个方面15：（1）施工升降机械将向模块化、数字化、智能化方向发展；（2）随着关键的传动技术和控制技术的进一步发展，施工设备将更加人性化、 更加高效环保、更加安全可靠。参考文献郑元国,徐剑芸.基于 PLC 及步进电机控制的自动喷涂机J.机械工程与自动化,2011(06):119-120. 刘传辉,王霞玲,袁洪印.实验室喷涂机器人的应用及发展趋势J.农业与技术,2016,36(01):35-37. 陈阳国.矿用液压升降平台的设计J.机械工程师,2010(07):106-108. 陈四华,周果,邓忠凯.剪叉式液压升降机的设计J.机电设备,2015,32(S1):7-10. 西庆坤,杨德辉,李兴慧,廖波.二级剪叉式丝杠升降机构受力分析J.机械设计与制 造,2017(05):222-225.石桐宁. 剪叉式升降机构稳定性分析与结构优化D.哈尔滨理工大学,2017. 任小鸿,梅静,陈丽.高空作业液压升降平台的结构优化与有限元分析J.重型机械,2017(01):87- 90.李耀明. 齿轮齿条式升降系统钢结构安装分析A. 海口市人民政府、中国产业海外发展协会、中国海洋石油总公司.2015 年深海能源大会论文集 涂翼民,李洪应,何平贵,王英杰,涂斗岩,魏文辉,施嵘.浅谈施工升降机的技术创新J.建筑机械 化,2006(10):32-33.苗玉刚,赵峰.滚珠丝杆升降机的一种制动结构设计与分析J.重型机械,2014(05):72-76. 陈庆为,黄国庆,李春,杨立文.蜗轮丝杆升降机优化设计J.起重运输机械,2013(06):55-57.姚贵英,毕文悦,孟君.基于 MATLAB 的爬行升降装置钢丝绳张力分析J.科技创新与应 用,2016(29):28-29.13张大彪,李利锐,李明,高海军,杨瀛涛.汽车涂装车间产能提升过程中升降机瓶颈问题的解决J.现代涂料与涂装,2014,17(04):53-55.14苗利军,王志伟,孟玲琴.高效平面移动式立体停车库设计J.起重运输机械,2014(05):24-28. 15田国承.拉展上的施工升降机和新技术J.建筑机械,2017(04):19-22.16T. I. Rybak,S. D. Sheruda, and V. I. Ryabikin. STRESSANALYSISAND OPTIMIZATIONOF THEVERSIONS OF FRAMESOF SINGLE-AXLETRAILER-TYPEMACHINESFORSPRAYINGIN CROPHUSBANDRYJ. UDC 629.11.011.001.2417R. Bhalamurugan S. Prabhu. Performance Characteristic Analysis of Automated Robot Spray Painting Using Taguchi Method and Gray Relational AnalysisJ. Arab J Sci Eng (2015) 40:1657166718Jonathan Konieczny. John Heckman. Gary Meyer. Mark Manyen. Automotive Spray Paint SimulationJISVC 2008: Advances in Visual Computing pp 998-1007| Cite as指导教师评阅意见(对选题情况、研究内容、工作安排、文献综述等方面进行评阅)印刷机走纸机构是保证套色印刷的重要结构之一，以其结构设计为题符合本专业 培养要求。王铭礼同学能结合设计任务进行相关文献的收集整理，开题报告重点突出， 设计难点及重点归纳准确，设计思路清晰，时间分配合理，格式符合规范。同意开题审教研室主任意见签字：王建维 日 期 ： 2017-01- 02核 意见同意学院教学指导委员会意见签字：李吉 日 期 ： 2017-01- 07同意开题签字：贾卫平 日期：2017-01-14公章：机械工程学院 摘 要此设计内容是组装式储液塔半自动喷涂机的升降部分，其主要功能是带动载有人和喷枪座的平台对大型储液罐的内壁进行全方位喷涂，以提高喷涂效率和减低人工成本。本文把剪叉式升降机构作为整体设计的升降部分。选择双铰接剪叉式结构的液压缸布置方式，确定液压缸和剪叉机构的位置关系，然后通过虚位移原理求出液压活塞杆的推力，并对各个剪叉杆受力分析后，进行强度和刚度校核，确保升降部分的可靠性和安全。最后进行液压系统设计，包括液压缸、泵等元件的计算设计，并且按需求查标准选择相应的规格型号后，完成液压系统原理图。此设计机构的上部和喷枪座平台连接，下部和移动机架连接，组成组装式储液罐半自动喷涂机。剪叉结构其升高可达八米左右，并可以承受较重的载荷，可以与不同的平台改装和组合，在不同的工作环境下完成不同的工作内容。关键词：喷涂机； 剪叉式升降机构； 液压驱动ABSTRACTThis design content is the assembly type liquid storage tower semi-automatic spraying machines lifting part, its main function is to drive the person and the gun seat platform to carry on the omni-directional spraying to the large liquid storage tanks interior wall, in order to raise the spraying efficiency and reduces the labor cost.In this paper, the scissor-type lifting mechanism is used as the lifting part of the whole design. Choose the arrangement of hydraulic cylinder with double hinged scissor-type structure, the position relation between the hydraulic cylinder and the shearing fork mechanism is determined, then the thrust of the hydraulic piston rod is obtained by the virtual displacement principle, and the strength and rigidity are checked to ensure the reliability and safety of the lifting part after the force analysis of each shear fork rod. Finally, the hydraulic system design, including hydraulic cylinder, pump and other components of the calculation and design, and check the Mechanical design Manual according to the standard selection of the corresponding specifications model, complete the hydraulic system schematic diagram. The upper part of the design mechanism is connected with the gun seat platform, the lower part and the movable frame are connected, and the semi-automatic spraying machine of the assembled liquid storage tank is formed.The shear fork structure can rise up to eight meters, and can withstand heavier load, can be modified and combined with different platforms, in different working environment to complete different work content.Key Words：Spraying machine；Shear fork lift mechanism；Hydraulic drive I目 录摘 要IABSTRACTII1绪论- 3 -1.1国内喷涂机发展简史- 3 -1.2 国内升降机发展简史- 3 -1.3 升降机构分类- 4 -1.4 升降机构发展趋势- 5 -2 方案设计- 6 -2.1 升降机构选择- 6 -2.2 剪叉式结构形式选择- 6 -2.3 喷涂机整体方案设计- 7 -2.4 剪叉式升降方案设计- 8 -3 零件设计- 10 -3.1 台板设计- 10 -3.2 剪叉机构和台板连接块设计- 11 -3.3 剪叉杆初步设计- 11 -3.4 销的选择- 12 -4 剪叉式机构计算校核- 13 -4.1 液压缸推力计算- 13 -4.2 计算剪叉臂铰点力- 15 -4.3 剪叉杆强度和刚度校核- 17 -5 液压系统- 21 -5.1 设计要求- 21 -5.2 液压传动系统设计- 21 -5.3 确定系统工作压力- 23 -5.4 液压缸选择和尺寸计算- 23 -5.5 确定液压泵规格和电机功率- 24 -5.6 液压系统元件选择- 26 -5.7 液压系统特点- 27 -6 结 论- 28 -参考文献- 29 -附录1：外文翻译- 30 -附录2：外文原文- 38 -致 谢- 46 -1 绪论目前，大型储液罐应用比较广泛，主要在应用在石油及其衍生产品等类似的化工行业中，用于储存原油及其化工产品。在储液罐建成以后，一般都需要在其内壁表面进行喷涂保护，其可以有效的起到防止燃烧、爆炸和腐蚀等作用。我国是世界石油需求大国，需要大量的储液塔来储存石油。但目前我国对大型的储液罐内壁的喷涂基本都是人工完成的，需要人工爬梯或搭脚手架来涂刷，缺少自动化和机械化的装置，费时费力。此次设计内容主要为此而设计一种对储液罐内壁进行特殊涂料喷涂的组装式半自动喷涂机，具有很好的应用价值和经济效益。喷涂机应有三部分组成，分别为喷枪座、升降机构和可移动机架。其中升降机构主要功能是带动载重平台到达指定的高度并且保持稳定。目前升降机构类型有很多种，其中液动剪叉式升降机构应用比较广泛，其具有行程大、升力大、工作稳定可靠等优点，且结构简单，技术成熟。1.1 国内喷涂机发展简史自动喷涂机的主要功能是将需要的涂料在一定程度的自动化下，对需要喷涂的物体表面进行均匀的喷涂，达到高质量效果涂层。相比人工涂刷，它不仅使涂层更加均匀，而且提高了喷涂工作效率，降低了成本，同时还降低了涂料产生的挥发性气体对工作人员的伤害。相比于国外，国内的自动化喷涂设备起步比较晚，目前主要应用在汽车生产线上。上个世纪九十年代前后，北京机械工业自动化研究所机器人中心首先开始进行对喷涂机器人的研究，其主要是在国外的研究基础上展开的，随着研究的进行，相关技术也有了很大的进步。2000 以年来由于国内汽车发展迅速，许多制造公司也在设计制造我国自己的喷涂机器人，在此同时国外的 MOTOMAN 公司与我国北京首钢集团合作，瑞士 ABB 公司在京沪建立分公司，以销售喷涂机器人和工业机器人为主【1】。目前，我国对喷涂机器人的需求量较大，但在这方面技术还是相对落后，大部分喷涂机器人还是要从国外进口，在后期还存在维修和保养的问题。因此，现在我们应当加快研发，要尽快设计制造出高质量的喷涂机器人。1.2 国内升降机发展简史升降机，主要功能是提升重物和运送货物，在工程施工方面应用较多。自1973年第一台国产齿轮齿条式施工升降机诞生以来，历经30多年的不断发展，升降机在结构形式、功能、用途、安全装置等多个方面都有了很大的变化和发展【2】。相对于发达国家，现阶段我国在升降机的设计、制造及使用维护方面还有一定的差距。目前，国内生产升降平台设备零部件的厂家较少，且规格型号少，液压驱动元件、电气控制元件等相关附件元件的可靠性和性能还不够高，导致了升降设备的基础部件配套水平差，使国内升降机的研发受到了一定的阻力。这些厂家中大多都是小型企业，在生产工艺和专业化方面水平较低，生产效率不高，且缺少研发能力。国产升降设备科技含量较低，品质一般，现在大多数还处于中低端设备，高端设备比较少，在国际上的竞争力还不够大。在研发方面，核心技术的研发投入力度还不够，动力系统、控制系统技术等相比国际先进水平，还有一定的差距。在引进国外先进升降机的同时，借助中国智造2025，伴随国内科学技术的快速发展，在顺应世界升降机发展方向的同时，增加创新和研发力度，使国产升降机向系列化、复合化和模块化方向不断发展。1.3升降机构分类升降平台主要作为一种运输和起重装置，在物流、城市停车、装配、海上石油开采和工程建造等领域有十分广泛的用途。其主要功能是将载重平台升举到不同高度，并可保持稳定完成工作。升降机构可以分为刚性和柔性两种，其中刚性机构有齿轮齿条式、丝杆式、柱塞式和剪叉式几种，柔性机构有钢丝绳式和链条式。下面几种机构可以作为此设计的升降部分。（1）剪叉式升降机构剪叉式升降机构是一种结构比较简单的起重设备，经常作为高空作业平台的升降部分，在生活中随处可见。其主要作用是把载有人的平台运送到指定高度进行作业，也可以用来运送货物。这种结构具有很多优点，构造简单、升举力大、运行平稳、停位安全可靠、成本低等，且技术比较成熟，应用广泛。目前广泛应用在工厂设备检测、工程建设、电力维修和船舶制造等领域。其工作过程即在液压缸驱动下剪叉机构伸展和压缩，当剪叉平台处于最低位置时，剪叉机构压缩便于移动和存储；当平台工作时，剪叉机构能快速展开且速度平稳，拥有较高的工作效率【3】。目前广泛应用在工厂设备检测、工程建设、电力维修和船舶制造等领域（2）柱塞式升降机构柱塞式升降机构以液压驱动，需要与液压系统相配合。工作原理是液压泵将液压油从油箱抽出，经过管道和各种阀之后进入液压缸，在油压的作用下，活塞杆推动升降平台实现上升，下降则可以通过平台的自重来进行。其具有运动精确度高、结构简单、平稳性好、运行安全可靠和噪声小等优点，但是缺点是使用时需要定期润滑，需保持液压油清洁，且能耗较大，升高有限，运动同步进度较差。所以柱塞式升降机构通常用在较低的作业场所，不适合应用在高度过高的作业平台方面，因此应用比较少。（3）齿轮齿条式升降机构 齿轮齿条机构由齿条部分和齿轮部分组成，其将降旋转运动变为直线运动，以带动升降平台的上升和下降。它具有运动速度快、操作简单、工作连续、精度高和同步性好等优点，缺点是振动和噪声大，加工制造和安装困难，齿轮磨损快，需要定期更换，且成本较高。一般应用在大型设备现场，如深海钻井平台、核电建设等领域。（4）丝杆式升降机构 丝杆升降机构和齿轮齿条一样，都是将旋转运动变为直线运动，它是将丝杆的旋转运动变为直线运动，以带动平台进行升降。丝杆升降机构一般与电驱动和液压驱动配套使用。滚珠丝杆升降机是一种利用蜗杆副带动滚珠丝杠副进行升降的精密起重部件，具有传动效率高、体积小、安装方便、寿命长、运动平稳等优点，并且可在一定条件下实现自锁，具备小动力大推力传动特点【4】。1.4 升降机构发展趋势通过对2017年3月在美国举办的拉斯维加斯工程机械展会上其他国家展出的升降设备实物来看，未来升降设备的发展趋势应朝着以下几个方面发展：（1） 模块化；（2） 数字化；（3） 智能化；（4） 人性化；（5） 高效环保；（6） 安全可靠；2 方案设计2.1 升降机构选择设计要求为升降高度8m左右，并能够从直径1m储液塔入口进入，所以需要设计为可拆卸型的。为了保证喷涂效果和作业人员安全，需要较良好的稳定性。因为在储液罐内部工作，所以需要控制其噪音的大小，防止对作业人员的听力造成损伤。在升降机构顶端，需要搭载喷枪座和工作人员，要求具有一定的搭载面积。综合高度、工作环境等各方面因素，此升降机构选择剪叉式升降机构。剪叉式升降机构其结构简单、行程范围广、刚度高、稳定性、升力大、噪声小、可靠性高，并且可停在举升范围内的任意高度。剪叉式目前在高空作业平台方面应用比较普及，且技术也比较成熟，在加工组装方面也较为方便，因此此设计的升降结构选择为剪叉式。2.2 剪叉式结构形式选择首先选用液动剪叉式升降机构，其制造容易，成本低，可靠性高，容易维修保养，已在各种高空作业平台中大范围使用。此剪叉式平台设计需具有一定承载量和较大范围的升降，且结构应尽量简单，整体尺寸要符合实际情况，能从1m直径的入口进入，目前相对于此设计普遍有两种结构方案选择。一种为水平固定剪叉式结构，另一种为双铰接剪叉式结构。图2.1 剪叉式两种结构方案水平固定剪叉式升降机构，如图2.1 a所示，其作业平台的升降距离范围远大于液压缸的行程，并且在工作过程中能够实现快速升降，可以节省到一定的时间。但其缺点是活塞杆在升降过程中会承受到一定的横向力，对密封件的使用寿命会有影响。且液压活塞杆承受的实际载荷力要超出平台上的总载荷，所以实际应用中采用很少【5】。双铰接剪叉式结构，如图2.1 b所示，其平台的升降范围可以是液压缸行程的二倍以上，且避免了水平固定式升降机构缺点，结构相对比较合理，因此，目前在各领域当中应用十分的广泛。所以选择双铰接剪叉式结构为此喷涂机的升降机构。2.3 喷涂机整体方案设计此次设计为组装式储液塔内壁防腐涂料半自动喷涂机，主要有喷枪座和载人平台、升降机构、可移动机架三部分组成，如图2.2，分别有三位同学完成。三部分通过台板由螺栓相连接，因为储液塔进口尺寸的限制，所以只能在进入储液塔内以后再进行组装，喷涂完成后拆卸再搬运。上部为喷枪座平台，其主要设计有台板、座椅、喷枪座和围栏组成，通过不同直径的螺栓连接。台板主要用来固定安放座椅和喷枪座，在台板的四周布置有围栏，防止人从高空坠落。台板下面安装有横梁框架，目的是为了增加台板的承重能力，并且减低平台的重量。喷枪座主要是用来支撑喷枪，并且可以控制喷射角度，以方便喷涂。中部为升降机构，选择用液动剪叉式结构。单组剪叉结构到不到要求喷涂的高度，所以由两组相同的结构由螺栓连接组合。其升高高度可以达到7.58m左右。其主要零件包括液压缸、剪叉杆、台板及剪叉机构和台板之间的连接块。液压缸为驱动源，活塞杆推动剪叉杆上升或下降，剪叉杆是主要的受力机构，剪叉杆之间用销连接。下部为可移动基架，其主要有压杆、支腿、台板和轮胎组成。机架高度有1m多，所以压杆和台板之间用铰链连接，以方便其进入储液塔内。支腿主要作用是增加机架的承载能力，设计为旋转收缩式，在进入时收缩，组装好后再打开。图2.2 喷涂机整体结构2.4 剪叉式升降方案设计按照基本要求，设计选择合适的布置方案。基本要求为升高大约在8m左右，且能够从直径1m的入口进入。为了满足基本要求，设计方案如图2.3所示：通过计算后，所需升高应在7.5左右，如果只有一组三级剪叉式升降机构则不满足所需要的升降高度，所以用两组来达到需要的升高范围。两组机构通过螺栓来连接，在升降时，可以同时升降或者一组一组先后升降，这样可以缩短升降所需要的时间。而且选用两组对喷涂机整体的稳定性和强度有很大的提升。此方案既可以满足设计所规定的基本要求，且整体结构简单，拆卸方便。在计算时，只需要对承受载荷大的下面一组进行稳定性校核即可。图2.3 升降方案设计3 零件设计3.1 台板设计台板位于剪叉机构的上部和下部，主要起到支撑及连接喷枪座平台和移动机架的作用。根据剪叉机构和喷枪座平台的尺寸，确定台板的长度为1800mm，宽度为800mm，台板材料采用35号钢。图3.1 台板台板形状如图3.1，大孔直径为30mm，通过螺栓来连接两台板；小孔直径为10mm，用来连接铰链和台板。在台板上面需要有剪叉机构的滑道，用来限制滑轮在台板上的运动轨迹，使喷枪座平台能够平稳上升和下降。台板在整个方案中只起到连接和承重的作用，所以对其加工精度要求不需要太高，铸造完成即可。滑道相对来说对升降运动的平稳有影响，其加工精度要求较高，可以通过加工中心来加工。最后台板和滑道可以通过焊接连接在一起。因为一共有两组剪叉机构，所以整体一共需要4块这样的台板。3.2 剪叉机构和台板连接块设计此连接块作用为连接剪叉机构或液压缸和台板，在其上面钻铰孔，用销来连接。其结构形状如图3.2所示。因外表面需求精度低，所以可以先通过铸造得到毛胚，然后再进行铰孔，孔的精度要求较高。图3.2 连接块3.3 剪叉杆初步设计剪叉杆是此设计重要的部件，主要的受力构件。在设计时需要对它加以重视。剪叉杆的强度和刚度，影响着喷涂机整体的安全可靠性和稳定性，因此需要需要对其进行计算校核，对其校核在下一章中。此设计的剪叉结构主要承担人和喷枪座平台的重量，其承重载荷相对较轻。因为喷涂机工作环境在储液罐内，而且是组装式的，因此不仅要限制其尺寸，而且还要对其质量加以控制，以免过重而导致搬运困难和下部的移动基架强度不够。为了减轻剪叉杆的质量，可以将其做为横截面为矩形的空心管类型。如图3.3所示。图3.3 剪叉杆设计要求储液塔高度为10m，除去上部喷枪座和下部移动基架的高度可得两组剪叉升降结构打开后高度大约为7.5左右，所以由此可得每个剪叉杆的长度。经过初步设定剪叉杆的两端铰接孔之间的距离为1.5m。查阅剪叉升降机构的相关资料，根据受到载荷的大小和设计经验，可以初步选定剪叉杆的横截面尺寸如图3.4所示，在下一章按初步选定的剪叉杆尺寸进行强度和刚度校核，看是否能够满足要求，如果不满足要求则对剪叉杆尺寸再进行改变设计。图3.4 剪叉杆横截面3.4 销的选择根据剪叉杆的初步设计需求，查机械设计手册第二卷（王文斌主编，机械工业出版社出版）表6.348选择直径为30mm的GB/T 119.1型圆柱销，其材料为不淬硬钢。4 剪叉式机构计算校核4.1 液压缸推力计算液压缸推力可以通过虚位移原理来计算。虚位移原理是指对于具有理想约束的质点系，其平衡的充分条件是：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【6】。其公式是：Fixxi+Fiyxy+Fizxz=0 (1) 式中：Xi 、Y i 、Z i 是力在 x，y，z 方向上的分量；xi 、yi 、zi 是质点系在 x，y，z 方向的虚位移；在剪叉机构中，外载荷W为剪叉机构所受的一个外力，设其虚位移为W,液压缸对剪叉臂的推力为F，其虚位移为F，根据虚位移原理可得：Ww+FF=0 (2)式中载荷 W 为已知量，只要知道外载荷的虚位移 W 和液压缸推力的虚位移 F，便可根据公式（2）求出液压缸推力 F。剪叉式升降平台结构简图如图4-1所示：图4.1 剪叉式结构简图如图所示，建立直角坐标系，其中载荷P作用于W点，W点在y方向的坐标分析得：Wy=2Lsin式中：L剪叉臂两端销孔中心距；剪叉杆与水平面夹角；经变分运算的：Wy=2Lcos 3液压杆作用点坐标表达式如下：Xs=0.5L-acos Ys=(1.5L+a)sin 经变分运算的：xs=0.5L-acos 4ys=(1.5L+a)sin 5根据式（2）对剪叉式平台使用虚位原理可得：Fcosxs+Fsinys-Pwy=0 (6)式中：液压缸轴线与水平面方向的夹角；由式（6）可得到液压缸推力表达式：F=Pywcosxs+sinys (7) 将=35，=5，a=0.375m，P=5KN带入公式7，计算得液压缸推力为8.5KN。4.2 计算剪叉臂铰点力由经验可知，当剪叉臂角最小时，液压缸推力F最大。当F最大时，各剪叉杆受力分析如图4.2所示：图4.2 剪叉杆受力分析由于各剪叉杆处于平衡状态，所以各杆所受合力和合力矩都为零。根据受力分析，列出力和力矩平衡方程如下：对AD杆受力分析：Fx=0: FOx+FDx-FAx=0 (8)Fy=0: FAy+FOy-FDy=0 (9)MO=0: -FAyL2cos+FAxL2sin+FDyL2cos-FDxL2sin=0 (10)MA=0: FOyL2cos+FOxL2sin-FDyLcos+FDxLsin=0 (11)对BC杆受力分析：Fx=0: P- FOx-FCx=0 (8)Fy=0: FB-FOy+FCy=0 (9)MO=0: -FCyL2cos-FCxL2sin+FBL2cos-PL2sin=0 (10)MC=0: -FOyL2cos+FOxL2sin+FBLcos-PLsin=0 (11)对CF杆受力分析：Fx=0: FCx-FPx-FFx=0 (12)Fy=0: -FCy+FPy-FFy=0 (13)MP=0: FCyL2cos-FCxL2sin-FFyL2cos-FFxL2sin=0 (14)MC=0: FPyL2cos-FPxL2sin-FFyLcos-FFxLsin=0 (15)对ED杆受力分析：Fx=0: FEx+FPx-FDx-FX=0 (16)Fy=0: - FEy-FPy+FDy+Fy=0 (17)MP=0: FEyL2cos+FExL2sin+FDyL2cos+FDxL2sin-Fyacos-Fxasin=0 (18)ME=0: -FPyL2cos-FPxL2sin+FDyLcos+FDxLsin+FyL2-acos+FxL2-asin =0 (19)对EH杆受力分析：Fx=0: -FEx+FQx+P=0 (20)Fy=0: FEy+FPy-FH=0 (21)MQ=0: -FEyL2cos+FExL2sin-FHL2cos+PL2sin=0 (22)ME=0: FQyL2cos-FQxL2sin-FHLcos+PLsin=0 (23)对GF杆受力分析：Fx=0: FFx-FGx-FQx=0 (24)Fy=0: -Fgy-FQy+FFy=0 (25)MQ=0: FGyL2cos-FGxL2sin-FFyL2cos+FFxL2sin=0 (26)MG=0: -FQyL2cos+FQxL2sin+FFyLcos-FFXLsin=0 (27)以上式子中： Fx=Fcos; Fy=Fsin (28)FH=P4 (29)FGx=P4cos; FGy=P4sin (30)其中，液压缸推力F和载荷P都已知，联立方程830，即可求出各支反力的大小。在对剪叉杆校核时，只需要对受力最大的一根杆进行校核即可。4.3 剪叉杆强度和刚度校核根据已知的参数，载重为5KN，剪叉杆起始角度为5，液压缸轴线与水平面夹角为55带入各杆件力平衡方程830中，利用MATLAB进行计算。根据经验和计算结果，CD杆受力最大，所以只对其进行抗拉强度和抗弯强度校核。CD杆的MATLAB计算程序如图4.3，计算结果如图4.4。图4.3 CD杆的MATLAB计算程序图4.4 CD杆的MATLAB计算结果根据机械设计手册第一卷表316选择Q235号钢，其抗拉强度为b=370500Mpa，抗弯强度为s=235Mpa。4.3.1 剪叉杆ED杆抗拉强度校核因剪叉杆刚开始与水平面的夹角较小，则可以直接把求得X轴方向的力直接作为轴向力，其各点的拉应力大小如下：FEx=-7.75KNFPx=21.64KNFDx=-9.02KNFx=-4.87KN根据轴向力做做轴力图如图4.5所示：图4.5 ED杆轴力图由轴力图可以看出SP段的轴向力最大，轴的横截面积为A=2160mm2 。则最大拉应力为：b=FNA=21640216010-6=10Mpab因材料抗拉强度为370Mpa，取安全系数为2后，ED杆也可以满足抗拉强度，所以符合强度要求。 4.3.2 剪叉杆ED抗弯强度校核ED杆所受的y方向的力即为径向力，由MATLAB求得的ED杆各点的径向力如下：FEy=7.75KNFPy=-21.60KNFDy=9.06KNFy=6.97KN由径向力计算弯矩：ES段弯矩：M=FEya=2600NmSP段弯矩：M=Fya-FPyL2=-13600Nm则剪叉杆ED弯矩图如图4.6图4.6 ED杆弯矩图由图可知，P点为最大弯矩点：Mmax=13600Nm P点出抗弯截面系数为：W=Iyy=4.0610-3 m3 则最大弯曲应力为：s=MW=3.35Mpas因材料抗弯强度为235Mpa，取安全系数为2， ED杆也可以满足抗弯强度，所以符合刚度要求。因为ED杆满足强度和刚度要求，所以其他剪叉杆也满足要求，即初步选定剪叉杆的尺寸可以满足要求。5 液压系统5.1 设计要求首先列出产品基本情况，对液压系统的基本要求如下：1)主要用于较轻载荷平台的起升，尺寸要小； 2)工作时速度较缓慢，液压冲击小；3)最大推力定位16KN； 4)运动平稳性要好好；5)升起时稳定性要好；7)性能可靠，便于移动，价格低廉； 在工厂生产及生活中，通常需要用到升降式的工作台。大多数升降式工作台用来作输送和定位的装置，而其驱动装置一般时候都选用液压缸，因为液压缸可靠性高、运动平稳、构造简单，且成本较低，比较经济实惠。5.2 液压传动系统设计5.2.1 绘制液压系统图液压系统设计是整机设计中比较重要的一部分，目前液压系统的设计主要依靠经验法。设计的液压系统，除了满足安全可靠的工作外，还需要有结构简单、经济适用、效率高和维护方便等特性。此升降部分由两组相同的剪叉式结构组成，所以在设计时可以利用对称性对其中一组进行计算设计。1.油箱 2.过滤器 3.液压泵 4.单向阀 5.溢流阀 6.调速阀7.两位四通换向阀 8.11.三位四通换向阀 9.12.单向调速阀 10.13.液压缸图5.1 液压系统图5.2.2 液压系统工作原理 如图5.1所示，剪叉式升降台在液压杆的活塞杆的作用下上升或下降。两组升降平台由一个液压泵来提供动力，通过调节8、11换向阀的置位，可以控制两组升降平台的上升和下降，在工作时可以让两组液压系统同时升降或按顺序分开升降。 工作时，电机在起动后，液压泵3开始供油。油箱1内的液压油通过过滤器2和溢流阀5后调整为需要的压力，此时换向阀7置左位，液压油会流回油箱，升降平台无动作。要想使平台上升时，则使换向阀6置右位，换向阀8置左位，换向阀11置右位，则液压油通过三个换向阀和两个单向调速阀9、12进入液压缸10、13，活塞杆则会推动剪叉式升降平台上升。当平台上升到一定位置，需要其保持其高度时，则需将换向阀6置左位，换向阀8、11置中位，液压泵抽出的油流回油箱，液压缸内停止供油，并保持一定的压力，是平台高度保持不变。当平台需要下降时，则使换向阀置7位，换向阀8置右位，换向阀11置左位即可。5.3 确定系统工作压力选择液压缸时需要考虑系统压力的大小，而设备类型、结构要求、载荷大小和技术水平决定了液压系统的工作压力。当载荷一定时，系统的工作压力低，会使执行元件的结构尺寸增大，而且也不够经济。对于此设计，其结构尺寸相对要求较高，所以压力相对不能太低。如果压力选择太高，则会使液压泵、液压阀、液压缸等元件的制造精度和密封性要求较高，所以压力选择不能够太高。根据经验和机械设计手册液压传动表20211（各类设备常用工作压力）选择中压一般系统，初步选择为15Mpa。 5.4 液压缸选择和尺寸计算5.4.1 液压缸选择 液压缸在液压系统中的作用是将液压能变为机械能。根据设计需求状况，只需要活塞做单向运动，并且在外载荷的作用下反向返回。根据机械设计手册液压传动表2061(液压缸的分类)选择单作用活塞液压缸。其结构简图如图4.2所示：图5.2 液压缸结构简图5.4.2 液压缸尺寸计算此设计中，活塞杆一直是受压的状态，无受拉的状态，由此可以得出公式：F=P1A1-P2A2式中：无杆腔活塞有效工作面积 有杆腔活塞有效工作面积 液压缸工作腔压力 Pa液压缸回油腔压力 Pa， D活塞直径 md活塞杆直径 m 为了避免因活塞杆太细而造成稳定性不好，根据机械设计手册液压传动表2063（液压缸主要技术性能参数的计算）选择活塞杆往返运动的速度之比为2，即活塞两侧无杆腔有效面积和有杆腔有效面积之比为2。为了防止升降平台下降时突然发生前冲现象，应当有一定的背压力，选背压力为0.2Mpa。计算无杆腔工作面积得：A1=FP1-0.5P2=1141mm2则活塞直径： D=4A1=38mm活塞杆直径：d=4A2=27mm 通过液压缸的直径D和活塞杆径d和国家标准规定的液压缸产品进行比较，选择液压缸，避免了自己设计加工。根据计算得结果，对数据进行圆整后，按照机械设计手册单行本第五版液压传动（化学工业出版社出版）表21631(HSG型工程用液压缸技术参数)选取：缸径50mm，活塞杆32mm，速度比2，工作压力16Mpa，推力31.42KN的液压缸。5.5 确定液压泵规格和电机功率5.5.1 确定液压泵最大工作压力液压泵最大工作压力为：+Pe式中：液压缸最大工作压力， P1=F+0.2A2A1=15Mpa 液压泵出口到液压缸入口之间的总压力管路损失。因采用调速阀进油节流调速，按经验数据选取进油路压力损失为0.5Mpa。所以计算最大工作压力为15.5Mpa。5.5.2 计算液压泵流量液压泵的流量公式：qpKqmax式中：K系统泄漏系数，根据经验一般取1.11.3，此设计取1.2；qmax液压缸最大流量目前初步设定平台的速度为0.16m/s作运动参数示意图如图5.3所示：图5.3 运动参数示意图 由图可知：VE=V2cos=VELVS=(L2+a)V1=Vscos(2-)通过以上计算公式，可得活塞杆速度：V1=0.051m/s 则单个液压缸的流量为：qp=V1A1=5.8210-4m3/s则需选取泵的流量为：Q=2Kqp=13.9710-4m3/s5.5.3 液压泵的选择在选取液压泵的时候，根据系统的工作状况来选择，其需要一定的压力储备，为保证系统正常工作运行，一般选取工作压力是额定压力的80%左右。因齿轮泵具有结构简单、重量轻、体积小、工艺性好、好维护等优点，在此设计中选择用内啮合齿轮泵为液压泵。根据机械设计手册液压传动表2056（液压泵部分产品参数）选择CBFc型号的齿轮泵。其排量为1040mL/r，额定压力为16Mpa，额定转速为3000r/min。选取齿轮泵的效率为0.7，计算液压泵的功率：P=Qp=12.5Kw由此功率为依据可以选则电机型号。5.6 液压系统元件选择5.6.1 确定油管尺寸油管的直径尺寸为：d=2qv=18.8mm按机械设计手册液压传动表2084选择公称内径为19mm的软管，其具有脉冲性能好、管体柔软等优点。5.6.2 液压阀的选择：根据液压系统的最大的实际流量和最大的工作压力，按照机械设计手册液压传动选出合适规格型号的液压阀，见表51：表51 液压元件型号序号液压件名称型号规格数量1过滤器XU8020080 L/min12单向阀CRT0650流量：85 /min最大额定压力：25Mpa33溢流阀YF320B流量：120L/min通经：20mm14调速阀FSRC T0350流量：100L/min通径：20mm35两位四通换线阀DSG032D250最大流量：120L/min最高工作压力：25Mp16三位四通换向阀DSG012D250最大流量：63L/min最高工作压力：25Mp25.7 液压系统特点根据设计要求，此液压系统主要有以下特点:1）具有良好的密封性；2）上部平台下降时,回路采用单向调速阀调速；3) 系统噪音应小；4）在液压系统不需要工作时,可直接卸载节约能耗；4) 为使整体结构简洁,可采用叠加元件，以方便安装和维护；5) 需防止发生快速下降,避免损坏设备和保证人身安全。6 结 论毕业设计是对大学所学专业知识的综合应用，是考察我们大学学习成果的一种方式。经过这次毕业设计，使我对专业知识的综合应用和实践能力有了很大的提升，相信对以后工作有很大的帮助。此次设计的剪叉式升降机构在满足要求的条件下，主要以安全可靠和经济为指标，而且并具有一定的灵活搭配性。即通过改进或改装，可以与不同的平台相搭配，在不同任务和工作环境下完成不同的工作。此设计过程主要有以下几点：通过对剪叉式升降平台机构位置和剪叉杆受力的简单计算，结合具体工作环境，对机构进行一定的安全性校核。然后再通过驱动力的计算，确定液压执行元件液压缸的尺寸规格和液压泵型号。在设计的过程中，系统主要参数的计算十分的重要，直接关系到系统的稳定性和可靠性。所以，在设计过程中应当细心，并需适当的安全系数来保证安全。由于设计经验和查阅资料不足，设计内容可能还存在一定的缺点，在实际制造和工作当中会出现一定的问题，要想达到预期的效果，还需要各位老师进行纠正。参考文献1 刘传辉,王霞玲,袁洪印.实验室喷涂机器人的应用及发展趋势J.农业与技术,2016,36(01):35-37.2 黄雀群. 基于PLC及触摸屏的液压施工升降机控制系统设计D.西南交通大学,2009.3 陈四华,周果,邓忠凯.剪叉式液压升降机的设计J.机电设备,2015,32(S1):7-10.4 西庆坤,杨德辉,李兴慧,廖波.二级剪叉式丝杠升降机构受力分析J.机械设计与制造,2017(05):222-225.5 田国承.拉展上的施工升降机和新技术J.建筑机械,2017(04):19-22.6 刘鸿文.材料力学M.北京.高等教育出版社.2012年6月. 7 闻邦椿.机械设计手册（1-6册）M.北京.机械工业出版社.2014年3月.8 石桐宁. 剪叉式升降机构稳定性分析与结构优化D.哈尔滨理工大学,2017.9 章宏甲.液压与气压传动M.北京.机械工业出版社.2001年6月.10机械工程师、机械工艺师、机械设计、机电控制、机械工程、化工设备类期刊。11郑元国,徐剑芸.基于PLC及步进电机控制的自动喷涂机J.机械工程与自动化,2011(06):119-120.12陈阳国.矿用液压升降平台的设计J.机械工程师,2010(07):106-108.13张大彪,李利锐,李明,高海军,杨瀛涛.汽车涂装车间产能提升过程中升降机瓶颈问题的解决J.现代涂料与涂装,2014,17(04):53-55.14西庆坤,杨德辉,李兴慧,廖波.二级剪叉式丝杠升降机构受力分析J.机械设计与制造,2017(05):222-225.15苗利军,王志伟,孟玲琴.高效平面移动式立体停车库设计J.起重运输机械,2014(05):24-28. 16T. I. Rybak, S. D. Sheruda, and V. I. Ryabikin. STRESS ANALYSIS AND OPTIMIZATION OF THE VERSIONS OF FRAMES OF SINGLE-AXLE TRAILER-TYPE MACHINES FOR SPRAYING IN CROP HUSBANDRYJ. UDC 629.11.011.001.2417R. Bhalamurugan S. Prabhu. Performance Characteristic Analysis of Automated Robot Spray Painting Using Taguchi Method and Gray Relational AnalysisJ. Arab J Sci Eng (2015) 40:16571667附录1：外文翻译剪叉式升降平台的驱动方式解决M.Burin，J.Havlk，Z. Folta，M. Trochta和P.Marlek摘要：剪叉平台用于负载或人员的垂直运输，以将其运达到负载设备的要求高度。 现在移动和固定的升降平台应用十分的广泛，例如在生产，存储，处理（用于装载，设备或人员运输）中。驱动装置是剪式平台的重要组成部分。 起重装置是一种将剪刀结构和平台升高到特定高度的机构。关键词：剪刀平台升降装置液压活塞伸缩式推链Serapis1介绍升降平台有很多解决方案和选项。根据三个主要标准进行设计：升降高度，举重设备和升降设备。M.Burian（）J.HavlikZ. Folta M. Trochta P.MarsalekVSB-Technical University of Ostrava，Ostrava，Czech Republic电子邮件： miroslav.burianvsb.czJ. Havlk电子邮件： jiri.havlikvsb.czZ. Folta电子邮件： zdenek.foltavsb