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小车 液压式 机构 设计

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小车液压式横移机构的设计,小车,液压式,机构,设计

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小车液压式横移机构的设计学生：杨学敏 指导老师：岳大军(湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128) 摘 要：为将停在空间狭小的汽车横移,设计了一种将汽车原地升降并横向移动的装置通过人力式叉车原理和千斤顶举升原理再经过适用小车形状与尺寸的相关改进，合理装置液压缸举升并安装脚轮，人力推动小车实现横向移动。针对汽车横移装置的功能要求，对装置的相关部件进行了计算分析。分析结果表明该装置达到了设计要求的技术指标，并且具有成本低、装置稳定、操作简单、维护方便和安全性高的优点，具有一定的开发利用前景。 关键词：升降机构；横移；液压A Design of Cars Hydraulic Pressure Lateral Movement DeviceAuthor:Yang XueminTutor:Yue Dajun(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128) Abstract：The cars lift and traverse move in the no-steering state were designed for the traverse will be parked in the narrow space of the car.After another application of the shape and size of car-related improvements,the device is installed the caster and hydraulic cylinder lifting reasonably to realize the lateral movement by manpower ,through the principles of human forklift and jack lift. The overall design of one facility equipment for cars traverse move were introduced. Based the design of key mechanism, the strength analysis of correlative components was presented. The analysis results demonstrate that, the equipment can satisfy the design request, and low cost，have structure stability, operate in brief, maintenance convenience, high safety and advantage of unloading gearing.Key words: mechanism lift；traverse move；mechanism design1 前 言 高速发展的经济，带给我们快捷，方便的生活方式。这使汽车在我们日常生活中扮演者越来越重要的角色。自我国加入WTO后，快速增长的经济带动着汽车的高速曾张，2007年中国汽车保有量为5500万辆；2010年保有量为7000万辆，约有家庭将拥有私人轿车；到2012年，中国人均拥有量0.17辆，私家车达到8600万辆。数量如此庞大的车辆给我们生活带来了不便：触目惊心的事故，拥挤不堪的交通，居高不下的油价，日益恶化的环境，还有“千金难求”的车位。 近年来，长沙市汽车拥有量持续迅速增长，到2006年底，全市城区机动车总量为309378辆，折合小汽车当量为24.56万辆，同比2001年至2005年平均增长率为13.32%，一般来说，机动车合理的泊位（包括住宅自备车位、单位配建停车场和公共停车场）与机动车比例应当为1.2-1.5:1，其中公共停车场泊位应该是机动车总数的30，若据此计算，长沙市共需总停车泊位约29.5万个，公共停车场泊位约8.8万个。但与迅速增长的停车需求相比，停车供给严重不足，至2006年底，长沙市总停车泊位13.2万个,其中单位配建停车泊位约12.4万个,公共停车场泊位2600余个，路边咪表、桥下停车、人行道停车泊车位共5000余个，可供公共临时停车位共为7600余个，仅占需求的近1/10，由此出现大量机动车占路停放的现象。 由于停车位的不足，目前存在很多小区没有配备足够宽敞的停车场致使人们只能把小车停到通道上，排成一行。若能让车辆紧挨着停泊，停车场可以多停放近1/3的车辆。因此夹在中间的车辆就可能发生由于前后车距不够大，不能把车子移出来的情况；如若驾驶技术不佳，极可能发生刮蹭现象。为了给车主提供便利的条件，也为停车场带来更多的效益。故设计一种停车场用小车横向移动装置，实现小车横向偏移，节约停车空间，具有一定的实际应用意义。为了适用停车场这个特殊环境，此次特设计了独立与车辆以外的汽车横向移动装置，该装置并没有改变汽车原有设置，因此对汽车的性能如离地间隙等不会造成影响。本装置通过液压系统是汽车离地一段距离，再通过电动马达市汽车横移，其结构简单，操作方便，能够有效的解决汽车前后因车距不够而不能移出的问题。2 车辆横移的意义 飞速增长的中国经济带动着汽车的数量高速增长，车辆停放已经成为较大的社会问题。实际当中，车辆被夹在车位上出不来的现象十分普遍。准确进入车位或安全移出车位，需要给车辆一个最短的调车距离，但大多数车主不能准确的将车移入和移出，稍不小心，就会发生碰撞刮擦现象。因此急需一种横移辅助装置帮助泊车。 本设计提供一种使车辆横向移动的方法及其装置，通过4个升降机构将汽车托离地面，然后通过液压辅助举起车体，再使用直流电动机将车辆横向移动进入车位或移出车位。其结构是由。本设计的车辆横向移动装置和现有技术相比，具有设计新颖、结构简单、易于加工、体积小、使用方便、可随车携带等特点，是私家车必备的随车工具，具有很好的推广使用价值。3 国内外研究现状 目前国内外对于汽车横移问题，多采用建立可横移的停车场来解决，但其成本高，不易普及。专利号为200410043841.7的专利，虽然能够实现汽车横向移动，但结构相对复杂，安装使用不便，且成本较高，还不能被人们采纳和接受，难以在实际当中推广应用。现在大多解决汽车横向移动的办法就是改进停车场地的构造，如建立立体停车场，但是这受到小区停车面积、空间的局限以及费用等实际情况的局限，也有采用汽车横向移动装置的方法，目前该装置主要是有电机或液压系统驱动，造价比较高，结构复杂，不适合在各种场所使用4 常见汽车的规格尺寸 要设计汽车横向移动装置必须了解汽车的相关尺寸，这样才能设计出适合于汽车的装置，相关尺寸参见下表：表1常用汽车尺寸Table 1 Commonly used in car size汽车型号 重量 车长 车宽最小离地间隙 (Kg) (mm) (mm) （mm） 比亚迪F0 870 3460 1618 140 标致207 1091 4260 1680 120 力帆320 1140 3745 1620 135 宝马1系 1390 4324 1765 140 捷达 1091 4415 1674 137 福克斯 1282 4368 1823 135 君威 1545 4830 1856 160 沃尔沃S60 1537 4628 1865 155 雷克萨斯GS 1910 4850 1820 135 皇冠 1700 5005 1810 130 沃尔沃S80L 1882 4991 1861 125 捷豹XF 1690 4961 1877 140 从上表可知，常见汽车的重量在10002000kg重量超过2000kg的一般为SUV.本设计去汽车重量为2000kg；常见汽车车长一般在40005000mm之间，车宽一般在15002000之间；常见汽车的最小离地间隙为120170mm之间，大于170mm的为SUV或吉普车。本设计元件根据以上尺寸采用适当的尺寸。5 设计方案 根据设计要求，设计的是液压式小车横移机构，具体设计如下： 设计方案一：该方案是利用人力式叉车原理设计的小车液压横移机构。由人力将液压横移装置移动移动到车底，通过液压系统将小车举升到一定位置，并保持不动。再由人力将车横移出车位。该装置由托臂、支柱、底架、车轮总成和液压系统组成。车轮总成被圆柱销固定在底架上，车轮横移的方向与前后车轮连线方向垂直。液压装置固底部固定在支柱上，当液压柱塞向上运动时，顶起托臂带动汽车举升一定距离 设计方案二：通过四个卧式液压千斤顶将汽车顶起，这种卧式液压千斤顶为市面最常见的千斤顶，在一般的商场都可以购买。四个卧式液压千斤顶两两通过双向螺纹杆连接，汽车左右边各放置一对。每对卧式千斤顶之间通过调节双向螺纹杆来调节横向距离，以适应不同车长的汽车。6 人力推车的验证 由于两种设计方案都需要人力来推动小车，因此要验算推动小车的可能性：图1汽车受力简图Figure1 Car by the force diagram 如图所示，汽车的重量G=30KN；车轮受力 由受力平衡得牵引力 又 经查找资料可得：车轮在沥青公路上的滚动摩擦系数则 所以欲想推动车子必须用450N的力，根据人的生理机能，正常人完全可以推动车子实现车子的横向移动。所以设计采用人力推动是可行的。7 设计方案一 为了适用停车场这特殊环境，方案一特设计与汽车相独立的液压横移装置，该装置没有改变汽车原有的配置，因此对汽车的基本性能没有改变。总体的设计图如下所示 图2 叉车式汽车横向移动装置 Fig2 Forklift car lateral movement device1脚轮 2托物台 3液压控制箱 4扶手 5立柱 6底架 7滑块 8托臂 9底座板 10稳定杆 11液压缸 12支撑架8 托臂的强度校核 托臂的受力简图如下所示图3托臂的受力分析图 Fig3 Care arm of the force analysis diagram 其中L=1875 mm ,L1 = 75 mm 一般汽车重量在13吨之间，为安全起见，本假设汽车质量为 m=3000 kg做近似计算; 则F1=F2=1/4G =1/4*3000*10=7500 N =7.5 KN; 由平衡方程 Fy =0, MA=0得 FRA=F1 + F2 = 15 KN； MA= F1*L1 + F2*L =14.63 KN.m； 在AC 段内： FS（x）= FRA = 15 KN (0xL1)； M(x) = MAFRA*x = MA15*x (0xL1); 在CB段内： FS（x）= FRAF1= F2 = 7.5 KN （L1xL)； M(x) = F2 *（Lx） （L1xL)； =7.5 *（Lx） 托臂所受的剪力图和弯矩图如下：图4 托臂的受力弯矩图和剪力图 Fig4 Care arm of the bending moment diagram and shear force diagram 最大弯曲正应力 ; 其中为托臂所受最大弯矩； W 为抗弯截面系数； 因为托臂的截面形状为矩形，所以 ； 选用材料灰铸铁HT300 230MPa 满足要求。9 托臂挠度的检验为考虑举升汽车时的安全性，托臂的变形绕度不能过大，将托臂简化成悬臂梁：图5 托臂的受力示意图Fig5 Care arm of the force diagram 选取坐标如下： 由绕度曲线公式 其中 M为截面所受弯矩； E为材料的弹性模量，灰铸铁弹性模量E=120 GPa； I为材料对中性轴的惯性矩，； 得 积分得：; ; 在固定端A转角和绕度均应等于零，即 当x =0时 将其代入上式 得 以截面B横坐标x=L 代人上述两式， 得 为负表示截面B的转角是顺时针的；也为负表示B点的绕度向下。 因托臂同时受两个力 F1和F2， 由叠加法求弯曲变形得 M = M1 + M2 图6托臂的实际受力示意图Fig6 Care arm of the actual stress diagram = 0.0026 mm 根据灰铸铁HT300查表知，此绕度变化符合要求。10 支撑架的强度校核 支撑架受力简图如下： 图7 支撑架的受力示意图Fig7 Backstop of the force diagram 由上面托臂强度校核可知F1=F2=15 KN; 则F= F1+ F2 = 30KN ; 在AB段内： FS（x）= 0 (0x0.15)； M(x) = 0 (0x0.15)； 在BC段内： FS（x）= F1= 15KN; (0.15x0.7)； M(x) = F1(X0.15) =15X + 2.25 (0.15x0.7)； 在CD段内： FS（x）=（FF1） = 15KN (0.7x1.25); M(x) = F*(X0.7) F1*(X0.15) =15X18.75 (0.7x1.25); 在DE段内： FS（x）= 0 (1.25x1.4)； M(x) = 0 (1.25x1.4)； 支撑架受力剪力图和弯矩图如下图所示。 图8支撑架的受力弯矩图和剪力图Fig8 Backstop of the bending moment diagram and shear force diagram最大弯曲正应力 ; 其中 为托臂所受最大弯矩； W 为抗弯截面系数； 因为托臂的截面形状为矩形，所以 ; 支撑架选择材料为45钢，其抗拉强度 600 MPa 符合要求。11 螺栓强度的校核由下图可知此螺栓是受横向工作载荷的，其中F=30KN，其剪应力强度条件为： 其中 F横向载荷；m结合面数目，m=2;d螺杆外径,d=40mm;则 挤压应力强度条件为： 其中 F为横向载荷； d为螺杆外径,d=40mm; 为1和22 两者之最小值 ， 1=57 mm 22=70mm, 那么=70 mm; 图9螺栓的受力示意图Fig9 Schematic diagram of the bolt force12 脚轮结构设计与校核12.1 车轮材料的选择 1、计算承载重量：为了能够计算出各种脚轮需要的载重能力，必须知道运输设备自重、最大荷重和所用单轮和脚轮的数量。一个单轮或脚轮所需的载重能力计算如下： T=(E+Z)/MN： -T=单轮或脚轮所需承载重量； -E=运输设备的自重； -Z=最大荷重； -M=所用单轮和脚轮的数量； -N=安全系数（约1.31.5）。 根据本设计，取E=300kg；Z=2000kg；M=3；N=1.4 则 T=(E+Z)/MN=(1300+2000)/31.4 =1073kg2、选择车轮材质：首先考虑使用路面的大小，障碍物、使用场地上残留物质（如铁屑、油脂），所处环境状况（如高温、常温或低温）及车轮所能承载的重量等不同条件来决定选择适合的车轮材质。一般停车场干燥，清洁，因此本装置对抗腐蚀效果要求不高。3、转动灵活性：单轮越大转动就越省力，滚柱轴承能载较重的负载，转动时阻力较大：单轮安装上优质的（轴承钢）滚珠轴承，能承载较重的负荷，转动更轻便，灵活宁静。本装置要求车轮灵活，转动宁静一般。 4、温度状况：严寒和高温的场合对脚轮的影响很大，聚氨脂轮在零下45下的低温，转动灵活自如，耐高温轮在高温275下转动轻便。本装置一般在常温下工作。本设计有四个车轮，但这四个车轮不未受力均衡，后车轮所承受的压力明显不前车轮的压力大，因此要采用两种不同规格的脚轮。根据表2可知前车轮可用玻纤增强尼龙的脚轮；后车轮可用材料为铁芯包聚氨酯的脚轮。性能特点 超级人造胶 聚氨酯 塑料 尼龙 钢铁 耐高温轮 橡胶承载（KG） 27502 311905 31408 1001400 1812040 270450 55502 适用温度（）-4385 -4385 -4385 -4385 -43126 -43180 -4385 轮硬度 65(5)A 55(5)D 65(5)D 75(5)A转动灵活性 优 优 优 优 优 优 良转动宁静 优 优 一般 一般 差 良 优地板保护 优 优 一般 一般 差 良 优无轮印 无 无 无 无 无 无 差耐冲击 优 优 优 良 优 优 优耐磨损 优 优 一般 良 优 优 优防水性能 优 优 优 差 差 优 优防化学品性能 优 优 优 良 良 优 差 表2 脚轮材料分类Table2 Caster material classification12.2 车轮尺寸的选择 决定轮径大小尺寸：通常车轮直径愈大愈容易推动，荷重能力也愈大同时也较能保护地面不受损坏，轮径大小的选择首先应考虑承载的重量和荷重下搬运车的起动推力来决定。经考察明顺万向轮规格，适合本装置的后车轮的脚轮的型号为M7- 6679-979s2。其尺寸说明为：车轮直径为150mm，宽76mm，承载量为1300kg，轴承可用205轴承；适合前车轮的脚轮型号为S4-3307-351。其基本尺寸说明为：车轮直径50mm，宽46mm，承载量为550kg，滚针轴承。13 脚轮滚动阻力的校核在于车辆摆放平行的坡度上汽车横向移动装置不滚动，摩擦力为滑动摩擦力，设坡度角度为q有方程式为MgsinMgcos得到tan在路面上摩擦力一般在0.25-0.4之间得到15滚轮与托盘的链接选用抽屉式的链接旁边用销钉固定，便于拆装，减小携带时所占用的空间。14 横移液压系统的设计14.1 液压缸主要尺寸的确定 一般液压元件的实验压力远远超过额定压力，缸的设计压力的数值等于额定压力。若系统的额定压力已定，则取系统压力为设计压力；若系统的额定压力尚未确定，可参照或类比相同的主机选定缸的设计压力，如表3所示表3液压缸类型Table3 Hydraulic cylinder type 主 机 类 型 系 统 压 力 (MPa)精加工机床 0.8-2半精加工机床 3-5粗加工或重型机械 5-10农业机械，小型工程机械，工程机械的辅助装置 10-16液压机，重型机械，超重机，大中型工程机械 20-32 本装置为工程机械的辅助装置，可选P=16MPa计算液压缸内径 D和活塞杆直径 d为： 从表4和表5中选出最近的标准值得D=80mm；d=45mm表4缸筒内径D系列（GB/T 23481993）（mm ）Table4 Cylinder diameter D Series （GB/T 23481993）（mm ）8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 表5活塞杆直径d系列(GB/T 23481993) （mm） Table5 Piston rod diameter d series (GB/T 23481993) （mm）4 5 6 8 10 12 14 16 18 2022 25 28 32 36 40 45 50 56 6370 80 90 100 110 125 140 160 180 200 14.2 液压缸活塞杆强度验算 活塞杆直径d的校核 式中F活塞杆上的作用力； 活塞杆材料的许用应力，; 由此d取45mm符合要求14.3 液压缸活塞杆受压稳定性校核 活塞杆受轴向压缩负载时，其值F超过某一临界值Fk，就会失去稳定。活塞杆稳定性按下式进行校核 式中nk 为安全系数，一般取24 当活塞杆的细长比时 式中： l为安装长度，其值与安装方式有关，此时l=400mm; 为活塞杆截面最小回转半径; 为柔性系数，=80 为由液压缸支承方式决定的末端系数， ； E为活塞杆材料的弹性模量，对灰铸铁; J为活塞杆横截面惯性矩，J=142； A为活塞杆横街面积,A=45； 则： 取 =3 得 符合要求。14.4 液压回路的设计图10 小车横移液压回路图Figure10 Car traverse the hydraulic circuit diagram本装置在运行过程中要将汽车举升并保持一定时间，为防止液压系统在停止工作后，汽车在外力或自身重力下突然下落造成伤害，因此采用液压紧锁回路。如图10所示。当换向阀处于左位时，压力油经液控单向阀5 进人液压缸左腔，同时压力油也进入液控单向阀6的控制油口K，打开单向阀6，是液压缸右腔的回油经单向阀6及换向阀回油箱，活塞向右运动，将汽车举升。反之将换向阀移到右边，液压油由单向阀6进入右腔，再由单向阀5回到油箱。当换向阀处于中位是，液压泵排除的压力油利用电磁换向机能H实现卸荷。由于控制压力油的压力写出，单向阀5及单向阀6既关闭，将活塞锁紧。因为液控单向阀是锥面密封，泄露很小，所以这种锁紧回路效果好，锁紧时间长，足够将汽车移出。15 设计方案二方案二的设计如图所示图11 液压千斤顶式小车横移机构Figure 11 Hydraulic jack traversing institutions of car16 卧式液压千斤顶的基本尺寸 本装置采用的千斤顶为商场最常见的卧式液压千斤顶，体积小，价格便宜，操作简便，具有很好的实用性。卧式液压千斤顶的型号为QK-355，长450mm，宽150mm高210mm。如下图所示：图12 卧式液压千斤顶Figure12 Horizontal hydraulic jacks 基本尺寸如下表所示型号 起重 最低高度 最高高度 调整高度 净重 (TON) (mm ) (mm) (mm) (kg) QK355 2 135 350 485 8.5表6 卧式液压千斤顶的基本尺寸Table6 The basic dimensions of the horizontal hydraulic jack17 双向螺纹杆的设计 车体左右各放置一对卧式液压千斤顶，根据车辆的车型不同，车辆的长度不同，为了找到最佳的支撑点，要对每对卧式液压千斤顶之间的距离进行调节。为了灵活的调节每对卧式液压千斤顶之间的距离，将两卧式液压千斤顶用一双向螺纹杆连接。双向螺纹连杆通过螺纹底座和卧式液压千斤顶相连。只要将调节手柄向顺时针方向转动，两卧式液压千斤顶之间的距离就会变短；反之朝逆时钟方向转动调节手柄，两卧式液压千斤顶的距离就会变长。如下图所示：左右连接螺纹杆螺纹方向相反，左右螺纹杆长800mm，螺纹长度为100mm，直径为24mm。内螺纹连接套长200mm，螺纹长200mm，直径为30mm。内螺纹连接套可提供200mm的调节距。图13 双向螺纹杆Figure13 Two-way threaded rod18 调节杆的设计调节杆为2根45钢的圆型实心柱棒，其长为50mm，直径为10mm，直接对称焊接在内螺纹连接套上。如下图所示图14 调节杆Figure14 Adjustment lever19 螺纹底座的设计 螺纹底座由一块打了4个孔的底板和一根空心圆柱组成。空心圆柱长120mm，内外半径飞奔为30mm，24mm。竖直焊接在底板正中央，卧式液压千斤顶的侧面与底板相对应的铸有4个孔，通过4个螺纹将螺纹底座和卧式液压千斤顶相连接。图15 连接座Figure15 Connecting seat结论方案一适用于停车场，结构简单，操作方便，独立于小车之外，不改变汽车的基本性能，需要举升的垂直距离小，安全性能高。但装置体积较大，不利于携带，只适用与停车场；托臂的宽度和举升的高度是固定的，不一定使应于所有车型。方案二的结构设计简单，体积小，便于携带，所采用的的千斤顶可以直接买到。通过调节两卧式液压千斤顶的距离来适用不同车长的汽车，卧式液压千斤顶所能举起的最高距离超过了一般汽车的最小离地间隙，因此能适应于各种车型。但每次横移前要根据车型把四个卧式液压千斤顶两两连接，操作起来比较繁琐。将小车横移的动力来源并非液压系统或电力系统，而是通过人力来实现，比较费力。参考文献：1余志生汽车理论M第三版，北京：机械工业出版社，20062刘鸿文.材料力学 M. 第四版，北京:高等教育出版社,2004.3王望予汽车设计M第4版，北京：机械工业出版社，20054王文卿城市汽车停车场(库)设计手册中国建筑工业出版社，20025JB/T8713-1998机械式停车设备类别、型式与基本参数6缪慰时住宅区停车场建设的特点及其选型J起重运输机械，19997田杰.车辆横向移动装置P.中国专利:200820071443.X,2008-12-178张勇智.汽车横向移动装置P.中国专利:200820027013.8,2009-09-029杨金强.小型客车、轿车原点调头、转向、横向平移装置P.中国专利:CN1530272A,2004-09-2210章宏甲，黄谊.液压传动M北京：机械工业出版社，200011岳大军、赵洋.小车横向移动装置P.中国专利 ,2008.12冯华伟.汽车举升机液压系统设计 烟台.自然科学与工程版 ,2007.13王雷、王幼民、凌雪. 汽车举升机构液压系统的改进设计,2005.14周世昌主编液压系统设计图集M北京：机械工业出版社，2003.15沈兴全，吴秀玲主编液压传动与控制M北京：国防工业出版社，2005.16徐灏主编机械设计手册M第二版，北京：机械工业出版社，2000.17郑国庆.DJ225型双柱汽车举升机 南京：煤炭科学研究总院南京研究所 ,2004.18黎保新.各种形式举升机方案比较 城市公共交通 ,2008.19张义智，李建国 液压举升机构平稳性的研究 呼和浩特市:机械工业出版社 ,2007.20孙继富 液压举升机设计制造工艺的研究与应用 辽宁沈阳 ，高等教育出版社，2005.21顾橂 万向轮结构与材料的优化 天津 技术与工艺 ,2000.22钟裕荣,庄清溪,张弋于,黎保新;YFJ-50移动式气液举升机的研制J;机械工业出版社;2004年08期23Nack W.Friction induced vibration: break moan, SAE paper 951095;199524Elizabeth F. Loftus and John C. Palmer.Reconstruction of a