毕业设计（论文）-剪叉式升降机的设计（全套图纸三维）.doc

本科毕业设计 题 目： 剪叉式升降机的设计 英文题目：The Design of shear fork lift 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械制造及其自动化 姓 名： 学 号： 指导教师： 2016年3月8日摘要 随着科技和社会的发展和进步，各种各样的剪叉式升降机将会陆续出现在建筑工地的施工应用中，与此同时，随着时间的推移，随着剪叉式升降机的越来越普及，由于结构或者材料的原因暴露出来的问题越来越频繁，如果不对剪叉式升降机进行结构创新和改进，最基本的就是严重影响了建筑施工的效率，严重的导致剪叉式升降机不能正常使用，影响施工的进度和质量，在以前，我国对这种现状的重视程度还是不够，即在剪叉式升降机上有自带的维修工具，但这对于难度大点的维修工作就带来困难，如果发生故障，根本就不能够维修，而且这种现状存在着许多不和谐因素，更使群体分化加剧，社会人文关怀程度的下降。而如果能够通过合理规划设计出剪叉式升降机，这样不仅能够提高施工质量而且也能够保障人身安全，节约剪叉式升降机的成本。全套图纸，加153893706 本次设计是关于剪叉式升降机的设计，通过对传统的剪叉式升降机的结构进行了改进和优化，对它的机械结构和液压系统进行设计，使得此种类型的剪叉式升降机的使用范围更广泛，更加灵活，并且对今后的选型设计工作有一定的参考价值。关键词：机械；液压；剪叉式升降机；参考II Abstract For a lot of special places, like the risk is very big, or we are difficult to reach, such as disarm bombs, unknown corresponding domains such as detection, probing deep of more dangerous situation usually need to implement the robot.Its a main part of robot for micro pedipulator, walking robots and more than six feet, compared to the Eight Legged Robot, because of strong bearing capacity, good stability, which the meritss is simple construction, So, a large number of researchers around the world, start .This paper mainly to the four bar mechanism as the main execution elements to design of micro walking the whole scheme of the four bar mechanism. Its principle is diagonal synchronization, leg activity by the structure of the crank rocker, front leg movements around the same, it detailed performance curve characteristics of the connecting rod,when the curve trajectory diagonal straight line segment, the robot is stationary, the motion trajectory when the diagonal curve is slanting line do the walking. Keywords：Manufacturing ,Location, Clamping, ProcessII 目 录摘要IAbstractII1引言1 1.1课题的来源与研究的目的和意义1 1.2本课题研究的内容3 1.3剪叉式升降机的发展现状52剪叉式升降机总体结构的设计7 2.1剪叉式升降机的总体方案图9 2.2剪叉式升降机的总体设计11 2.2.1确定剪叉式升降机参数的原则12 2.2.2确定剪叉式升降机结构参数的内容14 2.2.3剪叉式升降机主要参数的确定15 2.2.4剪叉式升降机间距16 2.3 举升机的力学分析与计算17 2.3.1 举升机最低状态时，各臂受力情况17 2.3.2 举升机举升到最高位置时，各臂受力情况18 2.3.3 剪刀式举升机构主要受力杆件强度校核计算18 2.3.4 连接螺栓的校核19 2.4液压缸的选型计算20 2.4.1缸体壁厚的计算21 2.4.2缸底厚度的计算22 2.4.3缸筒发生完全塑性变形的压力计算3.2.4缸筒径向变形计算23 2.4.4活塞杆强度的计算23 2.4.5管路的设计243负载图和速度图254各主要零部件强度的校核26 4.1工作台的强度校核275剪叉式升降机的控制原理28结论29致谢30参考文献311 绪论1.1 课题的来源与研究的目的和意义 由于液压工程的知识总量已经远远超越个人掌握所有，一些专业知识是必不可少的。但是过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技术交流，和参加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个块的技术，提高外部条件变化的适应能力。封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在工作中协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。液压工程可以增加产量，提高劳动生产率，提高生产的经济效益为目标，并研制和发展新的液压产品。在未来，新产品的开发，降低资源消耗，清洁的可再生能源，成本的控制，减少或消除环境污染作为一个超级经济目标和任务。机器能完成人的手和脚，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任务。现代液压工程液压和液压设备创造出更多、更精美的越来越复杂，很多幻想成为过去的现实。人类现在能成为天空的上游和宇宙，潜入海洋，数十亿光年的密切观察，细胞和分子。电子计算机硬件和软件，人类的新兴科学已经开始加强，并部分代替人脑科学，这是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的作用，但在未来几年还将继续创造出不可思议的奇迹。人类智慧的增长并没有减少手的效果，而是要求越来越精致，手工制作，更复杂的工作，从而促进手功能。又一方面实践促进人脑智力。在人类的进化过程中，以及在每个人的成长过程中，大脑和手是互相促进和平行进化。 大脑和手之间的人工智能和液压工程的近似关系，唯一不同的是，智能硬件还需要使用液压制造。在过去，各种液压离不开人类的操作和控制，反应速度和运算精度的进化是非常缓慢的大脑和神经系统，人工智能将消除这种限制。相互促进，计算机科学和液压工程进展之间的平行，将在更高层次的新一轮发展的开始使液压工程。在第十九世纪，液压工程的知识总量仍然是有限的，大学在欧洲，它与一般的土木工程是一门综合性的学科，称为土木工程，下半场的第十九个世纪成为一门独立的学科。在第二十世纪，随着液压工程和知识增长的发展开始分解，液压工程专业，有分支机构。在第二十世纪中期趋势分解，在时间之前和之后的第二次世界大战结束时达到的峰值。由于液压工程的知识总量已经远远从个人掌握所有，一些专业是必不可少的。但是过度的专业知识使分割，视野狭隘，可以查看和统筹大局和全球工程和技术交流，缩小范围，新技术的进步和整个块的技术，外部条件变化的适应能力差。封闭的专业知识的专家太狭，考虑的问题太特殊，在工作协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。综合职业分化和发展知识循环过程的合成，是合理和必要的。从不同的专业和专业知识的专家，也有综合的知识了解不够，看看其他学科和项目作为一个整体，从而形成一种相互强烈的集体工作。综合和专业水平。有液压工程全面而专业的冲突；在综合性工程技术也有综合和专业问题。在人类所有的知识，包括社会科学，自然科学和工程技术，有一个更高的水平，更广泛的综合性和专业性的问题。1.2 本课题研究的内容 本次设计主要针对剪叉式升降机进行设计，从剪叉式升降机的整体方案出发，然后具体细化出具体内部结构，其具体内部结构主要包括以下几个方面：（1）到图书馆里查阅大量相关知识的资料，搜集出各类剪叉式升降机的原理及结构，挑选相关内容记录并学习。（2）分析剪叉式升降机的结构与参数。（3）确定设计总体方案。（4）确定具体设计方案（包括连杆机构的设计，液压传动的设计，控制系统的设计，液压缸，轴承等的选型设计等等）。（5）剪叉式升降机的三维图的绘制、CAD装配图、零件图的绘制。（6）说明书的编制与整理。1.3 剪叉式升降机的发展现状当今社会，随着机械和液压工业的蓬勃发展，各行各业的机械设备也在不断地更新，不断地完善，剪叉式升降机同样在发展着，传统的剪叉式升降机是采用固定的方式，这样劳动效率低，运煤效率同样低下，不适合大批量的检修汽车的场合。现代剪叉式升降机是用来代替传统的检修剪叉式升降机的一种新型的剪叉式升降机。随着机械行业的大发展，剪叉式升降机的使用也越来越广泛。如果使用传动的临时的固定式剪叉式升降机的的话，不但劳动强度大、效率低、定位精度低，而且满足不了大批量通用型的检修要求。所以使用一个专用的剪叉式升降机已成为发展趋势。剪叉式升降机的产品图片如图1-1,1-2所示： 图1-1 图1-22 剪叉式升降机总体结构的设计2.1 剪叉式升降机的总体方案图 剪叉式升降机一般用于建筑物层高间运送货物，产品主要用各种工作层间货物上下运送；立体车库和地下车库层高间汽车举升等。产品液压系统设置防坠、超载安全保护装置，各楼层和升降机工作台面均可设置操作按钮，实现多点控制。产品结构坚固，承载量大，升降平稳，安装维护简单方便，是经济实用的低楼层间替代电梯的理想货物输送设备。根据升降台的安装环境和使用要求，选择不同的可选配置，可取得更好的使用效果。其总体方案图如下图2-1所示： 2-1 剪叉式升降机总体方案图2.2.剪叉式升降机的总体设计2.2.1 确定剪叉式升降机参数的原则 1、要满足配套设备的相关要求； 2、与剪叉式升降机的工作方式(即时支护或滞后支护)相适应； 3、结构紧凑，人操作方便； 4、剪叉式升降机的工作稳定性好。2.2.2 确定剪叉式升降机结构参数的内容 1、确定正常工作条件下，剪叉式升降机与相应设备的位置关系； 2、确定剪叉式升降机总体与主要部件的布置与尺。2.2.3 剪叉式升降机主要尺寸的确定 1、剪叉式升降机高度 剪叉式升降机最小高度为：Hm=1.8m 剪叉式升降机最大高度为：Hn=20m 2、剪叉式升降机伸缩比 剪叉式升降机的伸缩比指最大与最小剪叉式升降机高度之比值为：代入数据得m=2。2.2.4 剪叉式升降机间距 所谓剪叉式升降机间距，就是相邻两剪叉式升降机中心线间的距离。按下式计算：bc=Bm+nC3；式中：bc剪叉式升降机间距（剪叉式升降机中心距）；Bm每架剪叉式升降机升降台总长度；C3相邻剪叉式升降机（或框架）升降台之间的间隙；n每架所包含的组架的组数或框架数，整体自移式剪叉式升降机。剪叉式升降机间距bc要根据剪叉式升降机型式来确定，本次设计取剪叉式升降机的中心距为1.4m。2.3 举升机的力学分析与计算剪刀式举升机是一种可以广泛用于维修厂的举升机，具有结构紧凑、外形美观、操作简便等特点，只需用此种安全可靠的举升设备将汽车举升到一定的高度，即可实现对汽车的发动机、底盘、变速器等进行养护和维修功能。随着我国私家车保有量越来越大，此种型式的举升机需求量也会日益增大。本机主要性能参数为：额定举升载荷4.5t；在载重3.5t情况下，由最低位置举升到最高位置需60s；当按下下降按钮使三位四通阀右位接通，车辆由最高位置降到最低位置需40s；电动机功率1.02kW；举升机在最低位置时的举升高度为350mm，最大举升高度为1500 mm，工作行程为1150 mm。剪刀式举升机的结构型式有多种，本设计中的举升机结构系指液压驱动的小剪式举升机构。举升机构的传动系统为液压系统驱动和控制，由举升臂内安装的液压油缸实现上下运动，推动连接两侧举升臂的轴，使安装在上下位置的支杆沿滑道滚动，实现举升机的上下移动。设备的主要部分有：控制机构、传动机构、执行机构、平衡机构和安全锁机构。分析剪式举升机不同举升高度的受力情况可知，在给定载荷下,举升机举升到不同高度时，所需油缸推力不同，各举升臂与轴所受的力也不同。为分析方便，在计算过程中，我们只分析举手机最低点和举升到最高位置的受力情况即可。 2.3.1 举升机最低状态时，各臂受力情况 1、与平台接触处的两铰接点的力学分析与计算由前一节分析可知，举升机在最低点时，举升机重量均匀的分布在平台上，平台钢结构和平台有效载荷之和Wz1所产生的重力直接作用在滑动铰支座和固定铰支座上。在最低点时，举升臂并不水平放置。存在一很小的角度。 tan=因很小，所以计算过程中我们可以将Wz1 近似看成作用在平台中心位置，Wz1为举升重量与平台重量之和，即WZ1=（3.5t+Wp ）g=（3.5+0.292）10=37.9kN g取10 N/kg因举升重量和平台质量之和由两侧举升机共同承受，所以代入式（3.2）和（3.3）中的W1只是Wz1的一半，W1=19.0kN 解得F3=F4=9.5KN1、 计算各举升臂的受力 图3.5 举升臂受力图图3.5为杆1的受力情况，F3 作用处为滑动铰支座，根据受力分析图列力和力矩平衡方程。方程如下:F3*1350+F5*1350=K6*80 K1=9.5-K5F3*1350+K2*80=K1*1350 解得 K2=16.9*K5-160.6K2+K6=0 K5=K5K1+K5=F3 K6=160.6-16.9*K5 分析计算结果，我们可以看到，k1,k2,k6三个未知量都与k5有关，只要确定出k5，其他就都能解出。观察图3-1 力学方案示意图，我们能够很快分析出，举升重量全部作用在平台上，在举升机起升瞬间，k5铰接孔处竖直方向分力很小，几乎为零，对杆件只起连接作用，我们将k5取0 N。2.3.2 举升机举升到最高位置时，各臂受力情况举升机升高到20m时，举升机向内滑动260mm，两脚支座之间的距离为896.15mm。上下两支杆之间的距离为1160mm。举升臂与水平方向夹角为=46.675o、液压缸与水平方向夹角为，液压缸推力P=136.643KN。 分析和计算方法同上。解得F3=13.5F3*1350+F5*1350=K6*580 K1=13.5-K5F3*1350+K2*580=K1*1350 解得 K2=2.3 *K5-31.4K2+K6=0 K5=K5K1+K5=F3 K6=31.4-2.3*K5 因举升到20m时，举升臂与水平方向夹角为=46.675o，所以竖直方向力和水平方向力应近似相等。取。则K1=13.5，K2=-34.1。2.3.3 剪刀式举升机构主要受力杆件强度校核计算1、位于上端的支杆轴的强度校核支杆轴通过支杆与平台接触，作用在滑动端的力F3均匀作用在两个滑动轮上。滑动的两轮之间距离为405mm。滑动轮外侧与举升臂接触。举升机最低点时，对于支杆轴而言，与举升臂接触处，相当于固定支点，即被约束。图3.9是支杆轴的受力图、剪力图、弯矩图。由图可知，支杆轴只受竖直方向力，没有水平方向的力，所以支杆轴不发生扭转变形。我们从剪力图和弯矩图中还可分析出，在长度为405mm的线段内横街面上的剪力FQ=0，而弯矩M为一常数，这种只有弯矩的的情况，称为纯弯曲。所以长度为405mm的线段内只发生弯曲变形，而没有发生剪切变形。是弯曲理论中最简单的一种情况。由上面的计算可以知道，上支杆轴在举升机升高到20m时，受力最大，F3=13.5，所以我们只校核举升机升到20m时的支杆轴强度即能说明轴的强度是否合格。图3.9 支杆轴的剪力图与弯矩图 对支杆轴进行强度校核，轴的材料为45钢，抗拉强度 弹性模量E为， 一般取 。轴的直径d=24mm。查机械设计手册。（1）轴的弯矩图如图3.9所示。由图可知 ，最大正弯矩 M=（2）轴的强度校核式中：M为横截面上的弯矩W轴的抗弯截面系数经校核可以看出，轴的截面强度足够。2位于下端的支杆轴的强度校核最下端轴的校核和最上端轴的校核方法一样，下端支杆轴最低点和最高点时受力情况一样。受力图、剪力图、弯矩图如图3.10所示。 图3.10 下支杆轴的剪力图与弯矩 下支杆轴的材料也是45钢，抗拉强度。下支杆轴受的力为：F5/2= ，轴的直径d=24mm。（1）弯矩图如图3.10所示由图可知 最大弯矩 (2 )下支杆轴的强度校核校核后可得出轴的强度足够。3、对举升臂进行强度校核图3.11 举升臂1的剪力图与弯矩图 因举升臂为板材，近似梁。所以分析过程中，我们按梁的强度校核方法来分析举升臂。由图3.11举升臂的受力图可以看到，举升臂既有水平方向的力，又有竖直方向的力，并且两个方向的力在同一平面， 属拉伸（压缩）与弯曲组合变形11。我们将力进行分解，沿举升臂轴线方向和垂直轴线方向。举升臂的受力图、剪力图、弯矩图、轴力图如图3.11所示。由图所知，举升臂在中间截面组合变形最大11。举升臂的材料为Q275钢 ,抗拉强度 , 弹性模量 E=200220GPa ，L为举升臂长L=2700mm 。举升臂在最低状态时（），校核过程如下： 1）举升臂的弯矩图如图3.11所示举升臂最大负弯矩 2）确定举升臂1中性轴的位置截面形心距底边为 因举升臂1结构可近似一方钢，所以通过截面中心的中心线Z即为中性轴 3）截面对中性轴的惯钜4）举升臂的最大弯曲应力为5）最大轴向正应力截面积为，则正应力为6）校核举升臂的强度两种变形产生的总应力结果表明最大弯矩处截面强度足够。举升机升高到1.5m时的强度校核情况：（=46.675o）最大弯曲应力为轴力为：最大正应力为 总应力为强度充分满足条件（3）主推力轴校核图3.14 活塞杆推力轴弯矩图和剪力图因此轴只承受液压缸推力，推力垂直于轴线方向，为示图方便，我们将力竖直作用到轴上，两端固定处为支座处。因轴只受推力作用，属于纯弯曲情况，所以轴只发生弯曲变形。受力如图3.14所示: 轴的材料为40Cr，抗拉强度 ，轴径为60mm。举升机在最低点时,推力最大只校核此刻强度即可。（1）轴的弯矩图如图3.13所示。由图可知 ，最大正弯矩 M= (2) 轴的强度校核经校核轴的强度足够，加工加强肋合理。2.3.4 连接螺栓的校核 螺栓在举升机中起连接作用，主要承受剪切变形。校核时只考虑剪切变形就可以。以下是对图2.4中的1、3、4处的螺栓进行强度校核。螺栓材料为Q235-A钢，许用剪切应力=98MPa。1、1处螺栓受的剪切力如图3.15所示图3.15 1处螺栓所受剪切力图（1）举升机在最低点时螺栓剪切力强度计算水平方向承受的应力为竖直方向承受的应力为根据第三强度理论 =53.89MPa满足强度要求。（2）举升到20m时螺栓剪切力强度计算水平方向承受的应力为竖直方向承受的应力为根据第三强度理论经计算满足强度要求2、3处螺栓受的剪切力如图3.16所示图3.16 3处螺栓所受剪切力图（1）举升机在最低点时螺栓剪切力强度计算水平方向承受的应力为竖直方向承受的应力为根据第三强度理论经计算满足强度要求（2）举升到20m时螺栓剪切力强度计算水平方向承受的应力为竖直方向承受的应力为根据第三强度理论经计算满足强度要求。图3.17 5处螺栓所受的剪切力图（1）举升机在最低点时螺栓剪切力强度计算水平方向承受的应力为竖直方向承受的应力为根据第三强度理论经计算满足强度要求（2）举升到20m时螺栓剪切力强度计算水平方向承受的应力为竖直方向承受的应力为根据第三强度理论经计算满足强度要求。校核后的结果表明螺栓材料为Q235钢是符合要求的。2.4液压缸的选型计算液压缸的设计计算： 由于液压执行元件与主机结构有着直接关系，因此液压缸的主要尺寸包括缸筒内径D、活塞杆直径d和缸筒长度L。表3.1 液压缸工作压力与活塞杆直径液压缸工作压力p/MPa7推荐活塞杆直径d(0.50.55)D(0.60.7)D0.7D 强度校核的项目包括缸筒壁厚、活塞杆直径d和缸盖固定螺栓的直径ds。 当D/10时为薄壁，按下式校核:式中，D-缸筒内径；当D/10时为厚壁，按下式校核:2.活塞杆直径d式中，F活塞杆上的作用力；活塞杆材料的许用应力，= b/1.4。3.缸盖固定螺栓直径ds式中，F活塞杆上的作用力；k螺纹拧紧定螺栓个数；螺栓材料的许用应力，= s/（1.222.5），s为材料的屈服点。活塞杆材料的许用应力，= b/1.4。2.4.1缸体壁厚的计算按薄壁筒计算： 按中等壁厚计算：按厚壁筒计算：缸体材料许用应力；b/n；b缸体材料的抗拉强度。对于45钢正火处理，b580Mpa；n安全系数；一般取3.55；强度系数；对于无缝钢管1；c计入管壁公差及侵蚀的附加壁厚；一般按标准圆整缸体外圆值；D缸体内径(mm); 2.4.2缸底厚度的计算平形无油孔：;平形有油孔：d0 油口直径(mm)；2.4.3缸筒发生完全塑性变形的压力计算式中：Ppl缸筒发生完全塑性变形的压力；s缸体材料的屈服强度。对于45钢正火处理，s340Mpa；D1缸体外径2.4.4缸筒径向变形计算式中：D 缸体材料在试验压力下的变形量；E缸体材料弹性模数；对于钢材E2.1105Mpa；缸体材料的泊松系数；对于钢材0.3；2.4.5活塞杆强度的计算活塞杆强度计算公式为：d1 活塞杆危险截面直径；整体式活塞杆的各种类型分别如下图所示： 1、耳环连接 2、端部铰轴连接3、中部铰轴连接4、端部法兰连接5、中部法兰连接6、底部法兰连接2.4.5 管路的设计 各元件间连接管道的规格按原件接口尺寸决定，液压缸则按输入、排出的最大流量计算。由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进、出流量已与原定数值不同，所以要重新计算，如下表所示。油液在压油管中的流速取3m/min，d2=2mm=9.3mm油液在吸油管中的流速取1m