剪叉式液压上升旋转舞台设计

河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 1 摘摘 要要 双铰接剪叉式升降台是在原由的剪叉式升降台的基础上 运用现在的灵 活性 安全性 经济性等指标 依其结构的灵活性能满足现代的物流 人们生活娱乐的需要等要求变形设计而成 通过对双铰接剪叉式升降台机构位置参数和动力参数技术的分析计 算 结合具体实例 对双铰接剪叉式和水平固定剪叉式结构的分析选出 双铰接结构 通过对机构中良种液压缸布置方式分析比较 并根据要求 对液压传动系统个部分进行设计计算最终确定液压执行元件 液压缸 对叉杆的各项受力分析确定台板与叉杆的载荷要求 最终完成剪叉式液 压升降台的设计 关键字 升降台 剪叉式 液压 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 2 Abstract Abstract Double hinged scissors lifts in the design of the previously scissors lifts on the basis of the present application flexibility security economic and other indicators structural flexibility to meet higher requirements of vehicle maintenance the need for premise and the response by different models to meet Fu jian logistics vehicle maintenance and other performance requirements Through the double hinged scissors lifts Position parameter and the dynamic parameters of technology combined with specific examples the scissors and the level of fixed scissor structure analysis selected double hinged structure Based on the mechanism of hydraulic cylinder arrangement analysis and comparison of varieties according to the requirements of the hydraulic transmission system parts design ultimately determine the hydraulic actuator hydraulic cylinder The fork rod stress analysis to determine the plate and the fork rod load requirements the final completion of scissors hydraulic lifts the design requirements KeyKey WordWords Cage assembly Scissors forks are dyadic Hydraulic pressure 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 1 目目 录录 1 绪论 1 1 1 升降机在生产和生活中的作用和意义 1 1 2 升降机国内外的研究发展情况 2 1 2 1 国内发展情况 2 1 2 2 世界升降机发展现状和升降机发展趋向 6 1 2 3 国外工程升降机行业的联合风潮 7 2 剪叉式升降台的应用及其受力分析的讨论 9 2 1 剪叉式升降平台的三种结构形式 9 2 2 双铰接剪叉式升降平台机构的位置参数计算 10 2 3 双铰接剪叉式升降平台机构的动力参数计算 13 2 4 剪叉式升降平台机构设计时应注意的问题 14 2 5 针对性比较小实例 15 2 6 双铰接剪叉式升降平台机构中液压缸两种布置方式 17 2 6 1 问题的提出 18 2 6 2 两种布置方式的分析和比较 19 2 6 3 实例计算 21 3 液压传动系统的设计计算 25 3 1 明确设计要求 制定基本方案 25 3 2 制定液压系统的基本方案 25 3 2 1 确定液压执行元件的形式 25 3 2 2 确定液压缸的类型 27 3 2 3 确定液压缸的安装方式 27 3 2 4 缸盖联接的类型 28 3 2 5 拟订液压执行元件运动控制回路 28 3 2 6 液压源系统 28 3 3 确定液压系统的主要参数 29 3 3 1 载荷的组成与计算 29 3 3 2 初选系统压力 32 3 3 3 计算液压缸的主要结构尺寸 33 3 3 4 确定液压泵的参数 36 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 2 3 3 5 管道尺寸的确定 38 3 3 6 油箱容量的确定 39 3 4 液压缸主要零件结构 材料及技术要求 40 3 4 1 缸体 40 3 4 2 活塞 41 3 4 3 活塞杆 42 3 4 4 活塞杆的导向 密封和防尘 43 3 4 5 液压缸的排气装置 44 3 4 6 液压缸安装联接部分的型式及尺寸 45 3 4 7 绘制液压系统原理图 46 第四章 台板与叉杆的设计计算 51 4 1 确定叉杆的结构材料及尺寸 52 4 1 1 对支撑叉杆进行受力分析 52 5 总结 57 致 谢 58 参考文献 59 附录 60 外文资料与中文翻译 60 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 1 1 绪论 1 1 升降机在生产和生活中的作用和意义 液压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 我们生产力的不断加大 生活的不断改善 对升降机的需求也就在 不断的增多 生活中的每个角落升降机的应用都会给我们带来客观的利 益 液压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 液压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平 台 我们在高空作业的时候可以给我们的安全提供保障 液压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 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 2 重要的 1 2 升降机国内外的研究发展情况 1 2 1 国内发展情况 改革开放三十年以来 我国城市建设发展突飞猛进 有利的带动了 我国升降机产业的发展 升降机做为人们出行的垂直交通工具已经随处 可见 1 引进外资 合作办厂 1978 年 党的十一届三中全会作出了实行改革开放的重大决策 我们从独立研发 生产 安装升降机阶段发展到引进外资开办升降机厂 大批合资升降机企业拔地而起 如 1980 年 7 月 4 日创建的中国迅达 升降机有限公司 是由中国建筑机械总公司 瑞士迅达股份有限公司 香港怡和迅达 远东 股份有限公司 3 方合资组建 这是我国改革开放 以来机械行业第一家合资企业 该公司的建立在中国升降机行业相继掀 起了引进外资的热潮 1984 年 12 月 1 日 天津市升降机公司 中国国 际信托投资公司与美国奥的斯升降机公司合资组建的天津奥的斯升降机 有限公司正式开业 引进外资 合作办厂不仅有利于我国本地升降机行业的进一步发展 对于推动我国城市发展建设也有重大深远的影响 从自 1979 年至今升 降机的产量有了飞速的增长 不仅如此产品的结构也发生了明显的变化 老的直流升降机已被淘汰 交流双速梯 acvv 交流调速梯逐渐被 vvvf 交流变频变压调速升降机所取代 控制系统已在大量采用 plc 和微电脑 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 3 控制技术 最高梯速已达到 4m s 行业出现了翻天覆地的变化 升降 机企业的生产条件 员工素质 管理水平有了极大的改善与提高 为什 么我们的科技能够提高的那么快 这不能不归功于党的十一届三中全会 确定的以经济建设为中心的总方针 没有大规模的经济建设 就没有今 天的升降机市场 自然就没有今天的升降机行业 其次 不能不归功于 改革开放的政策 改革开放后 党中央和国务院开放了上海 宁波 温 州 福州 广州 等多个城市特区 从 1985 年起 又相继在长江三角 洲 珠江三角洲 闽东南地区和环渤海地区开辟经济开放区 根据升降 机行业的特殊性 这些地区也必将成为我国升降机行业发展集中地 随着大批升降机企业的创建 我国升降机行业在技术 管理也不断 规范 1984 年 6 月 中国建筑机械化协会建筑机械制造协会升降机分 会成立大会在西安市召开 升降机分会为三级协会 也就是现在中国升 降机协会的前身 1986 年 1 月 1 日 中国建筑机械化协会建筑机械制 造协会升降机分会 更名为 中国建筑机械化协会升降机协会 升降 机协会升级为二级协会 这是升降机行业发展史上的一个里程碑 从此 升降机行业第一次有了自己的行业组织 1987 年 国家标准 GB 7588 87 升降机制造与安装安全规范 发布 该标准等同采用欧洲标准 EN81 1 升降机制造与安装安全规范 1985 年 12 月修订版 该标准 对保障升降机的制造与安装质量有十分重要的意义 改革开放的第一个十年是我国升降机行业的萌芽期 升降机产业链 形成的初级阶段 2 稳步发展 不断创新 改革开放后的第二个十年可以说是中国升降机行业稳步发展 不断 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 4 创新的十年 经过改革开放第一个十年 我国升降机行业在吸收国际升 降机新技术的同时 相关的管理体制也在不断的完善 1990 年 1 月 16 日由中国质量管理协会用户委员会等单位组织的全 国首次国产升降机质量用户评价新闻发布会在北京召开 会议发布了产 品质量较好的企业和服务质量较好的企业的名单 评价范围是全国 28 个省 市 自治区 1986 年以来安装使用的国产升降机 1150 家用户参 与了评价 1991 年 3 月升降机标准制订修订协调会在廊坊市中国建研院机械 化所召开 会议确定 1991 年将制订国家标准 升降机产品型号编制办 法 自动扶梯分类 自动扶梯技术条件 自动扶梯试验方法 自动扶梯安装验收规程 修订国家标准 GB7588 87 升降机制造与 安装安全规范 GB10060 88 升降机安装与验收规范 另外还将制 订 3 项行业标准 船用升降机 液压升降机 升降机导轨检验规 则 1992 年 3 月 23 24 日升降机协会第 2 届理事会工作会议在杭州市 举行 会议承办单位是上钢三厂工贸总公司 20 名理事和 2 名名誉理 事出席了会议 杜宗翰理事长作了 升降机行业目前形势 的报告 任 天笑副理事长兼秘书长作了 中国升降机协会报批情况及有待研究的几 个问题 的报告 会议指出 升降机协会在社团清理整顿后经建设部 1991 751 号文批准 并经民政部审查予以登记 于 1991 年 12 月 22 日获得了中华人民共和国社会团体登记证 社证字第 0866 号 从而成 为中国升降机协会 一级协会 这是升降机界的一大喜事 改革开放政策实施以来 我国城市建设发展突飞猛进 更有利的带 动了我国升降机产业的发展 1997 年取得了升降机总产量与上年持平 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 5 总产值继续增长的好成绩 由此证明我国升降机行业更加成熟 适应市 场变化和把握机遇的能力已大大提高 1998 年 苏州江南升降机有限 公司民族品牌的升降机 自动扶梯和自动人行道已销售到马来西亚 泰 国 菲律宾 印度尼西亚 新加坡 孟加拉国 阿联酋 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 腊等近 20 个国家及台湾 澳门地区 我国升降机产量突破 3 02 万台 3 迅猛发展 日新月异 随着我国经济的快速发展 城市化建设的不断完善 升降机已不只 存在于高档商务写字楼 大酒店 商城普及到高层住宅楼 同时也走进 人们生活的多个角落 成为城市建筑中不可缺少的垂直交通工具 中国升降机行业之所以迅猛发展 日新月异 其根本的原因就是党 的十一届三中全会推出的改革开放的大政方针 改革开放加快了中国发 展的步伐 但由于经济发展不平衡 造成我国升降机行业发展的区域性 升降 机生产中心主要在华东和华南地区 华东地区以上海为中心 辐射苏州 杭州 无锡 宁波一带长江三角洲 华南地区以广州为中心辐射东莞 中山 佛山一带珠江三角洲 华东是中国升降机产业的发源地 华南区 域的升降机产业起步较晚 很多企业是随着广州改革开放的发展兴起 各主要中心省市相比 江浙一带市场容量更大 升降机产业发展势头更 猛 特别是苏州 苏州整梯年产量占国内升降机市场的三分之一 而配 件产品中 扶梯零配件年产量占全国市场的三分之一以上 升降机零配 件的年产量也已经超过四分之一 苏州已经成为中国最集中的升降机生 产制造基地之一 在中国升降机行业发展过程中具有举足轻重的地位 我国有 13 亿人口 在用升降机的人均拥有量是世界平均数的 1 3 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 6 是发达国家的 1 10 巨大的升降机市场吸引了全世界几乎所有升降机企 业的关注 2007 年中国政府出台了一系列经济政策 加强宏观调控力 度 使升降机市场逐步走向稳健和规范轨道 中国大陆升降机市场在健 康发展的同时稳步攀升 升降机产销量达到了 21 6 万台 比上年净增 4 8 万台 增幅为 28 这是在我国升降机产量持续走高的基础上又一次创 造了历史新高 超过了全世界升降机产量的一半 据统计 2007 年我 国安装验收升降机 146999 台 同比增长 24 截止 2007 年底 全国在 用升降机达 917313 台 中国已经成为全球最大的升降机市场 到 2008 年底 我国在用升降机量已超过 100 万台 中国目前不但是全球 最大的升降机生产基地和消费市场 也是拥有升降机最多的国家之一 现在我国升降机生产力不断提高 质量也被国际市场所认可 不但 能够满足国内市场需求 国际市场的供应能力也在加强 1 2 2 世界升降机发展现状和升降机发展趋向 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 75 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 60 70 年代世界市 场中占有的主导地位正逐步受 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 7 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 1 2 3 国外工程升降机行业的联合风潮 升降机制造业中的联合之风与汽 车业很相似 在汽车行业中 通 用汽车 福特 雷诺 宝马 梅赛德斯 大众等大公司都走上了联合之 路 这两个行业的世界市场已日趋一体 化 欲在成熟的世界市场获取 市场份额并保持增长 捷径是购买竞争对手 其长期目标是争夺世界市 场的支配地位 在升降机行业 某种意义 上 打入世界市场即意味着 进入北美 日本 亚洲 和欧洲三大市场 世界顶级公司都对世界市场 具有强大影响力 但迄今还没有一 家公司在上述三大市场取得主导地 位 有 4 家公司已在两大市场建立了根据地 格鲁夫和特雷克斯在北美 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 8 与欧洲 多田野在亚洲和欧洲 住友建 机在亚洲及北美 格鲁夫 特雷克斯和多田野公司是通过收购竞争对手进入欧洲市 场的 格鲁夫先是在 1984 年吞并了英国柯尔斯 而 后在 1995 年购入 德国克虏伯 特雷克斯公司于 1995 年兼并了法国 PPM 和意大利 Bendini 公司之后 近几年又收购了其他一些欧美公司 多田野在 1990 年吞并了德国法恩公司 住友公司在 1986 年收购了美国林克 贝尔特公 司 利勃海尔和德马泰克公司都向美洲和亚洲出口升降机 加藤公司 也将产品出售到欧洲 但升降机升降平台生产本地化要比依赖当地代理 商创造更多机会 多田野和加藤这两家公司产品相似 汽车升降台机底 盘也相同 但多田野海外投资多于加藤公司 因而在增加出口 改善国 内 市场萎缩带来的困境方面处于更有利的位置 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 IHI 履带式升降机升降平台 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 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 9 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 成为首先将液压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 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 10 2 剪叉式升降台的应用及其受力分析的讨论 2 1 剪叉式升降平台的三种结构形式 本讨论的目的通过分析气液动类的剪叉式升降平台机构特点 论述 了设计时应注意的问题及其应用范围 气液动剪叉式升降平台具有制造 容易 价格低廉 坚实耐用 便于维修保养等特点 在民航 交通运输 冶金 汽车制造等行业逐渐得到广泛应用 本设计中主要侧重于小型家 用液压式的升降平台 在设计气液动剪叉式升降平台的过程中 一般我 们会考虑如下三种设计方案 如简图 2 1 所示 图 2 1 三种剪叉式升降台结构简图 图中表示气液动剪叉式升降平台的三种结构形式 长度相等的两根 支撑杆 AB 和 MN 铰接于二杆的中点 E 两杆的 M A 端分别铰接于平 板和机架上 两杆的 B N 端分别与两滚轮铰接 并可在上平板和机架 上的导向槽内滚动 图中的三种结构形式的不同之处在于驱动件液压缸 的安装位置不同 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 11 图 a 中的驱动液压缸的下不固定在机架上 上部的活塞杆以球头与 上平板球窝接触 液压缸通过活塞杆使上平板铅直升降 图 b 中的卧式液压缸活塞杆与支撑杆 MN 铰接于 N 处 液压缸驱 动活塞杆控制平台铅直升降 图 c 中的液压缸缸体尾部与机架铰接于 G 处 活塞杆头部与支撑杆 AB 铰接于 F 处 液压缸驱动活塞杆可控制平台铅直升降 按照液压缸的安装形式 称图 a 的形式为直立固定剪叉式结构 图 b 的形式为水平固定剪叉式 图 c 的形式为双铰接剪叉式结构 直立固定剪叉式结构 液压缸的行程等于平台的升降行程 整体结 构尺寸庞大 且球铰链加工负载 在实际种应用较少 水平固定剪叉式机构 通过分析计算可知 平台的升降行程大于液 压缸的行程 在应用过程中可以实现快速控制升降的目的 但不足之处 是活塞杆受到横向力的作用 影响密封件的使用寿命 而且活塞杆所承 受的载荷力要比实际平台上的载荷力要大的多 所以实际也很少采用 双铰接剪叉式结构避免了上述缺点 结构比较合理 平台的升降行 程可以达到液压缸行程的二倍以上 因此 在工程实际中逐渐得到广泛 的应用 本设计就重点对双铰接剪叉式结构形式加以分析 论述 2 2 双铰接剪叉式升降平台机构的位置参数计算 由图 2 2 可知 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 12 图 2 2 位置参数示意图 1 21 2 sin 1 cos CLCL H ll 2 222 cos 2 TCl TC 上式中 H 任意位置时升降平台的高度 C 任意位置时铰接点 F 到液压铰接点 G 的距离 L 支撑杆的长度 支撑杆固定铰支点 A 到铰接点 F 的距离 l T 机架长度 A 到 G 点的距离 活塞杆与水平线的夹角 以下相同 将 2 式代入 1 式 并整理得 3 222 2 1 2 2 HLTCl l ClTC 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 13 设代入 3 式得 00 C CH H 4 222 1 2 00 00 2 2 HTClL l ClT C 在 4 式中 升降平台的初始高度 0 H 液压缸初始长度 0 C 双铰接剪叉式升降平台机构的运动参数计算 图 2 3 运动参数示意图 图中 是 F 点的绝对速度 是 B 点绝对速度 是 AB 支撑 F V B V 1 杆的速度 是液压缸活塞平均相对速度 是升降平台升降速度 由图 2 3 1 V 2 V 可知 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 14 1 11 1 1 1 2 sin sin sin cos cos sin F F B B Vl VVl V L VL l V L VV l 5 2 1 cos sin VL Vl 在 5 式中 液压缸活塞平均相对运动速度 1 V 升降平台升降速度 2 V 支撑杆与水平线的夹角 以下相同 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 15 2 3 双铰接剪叉式升降平台机构的动力参数计算 图 2 4 动力参数示意图 图中 P 是由液压缸作用于活塞杆上的推力 Q 是升降平台所承受 的重力载荷 通过分析机构受力情况并进行计算 过程省略 得出 升降平台上升时 coscossincostan tan sin 222cossincos QLfLbfbb Pbfb lf 6 升降平台下降时 coscossincostan tan sin 222cossincos QLfLbfbb Pbfb lf 6 7 式中 P 液压缸作用于活塞杆的推力 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 16 Q 升降平台所承受的重力载荷 f 滚动摩擦系数 b 载荷 Q 的作用线到上平板左铰支点 M 的水平距离 由于滚动轮与导向槽之间为滚动摩擦 摩擦系数很小 f 0 01 为 简化计算 或忽略不计 由 6 7 式简化为 8 cos sin PL Ql 2 4 剪叉式升降平台机构设计时应注意的问题 由式 5 和 8 可知 当 增大时 值随之减小 当 21 VV 减小时 P Q 值随之增大 在确定整体结构值随之减小 当 减小时 P Q 值随之增大 在液压缸行程不变的情况下 升降平台升 降行程会减小 反之 则会使液压缸行程受力增大 因此设计时应综合 考虑升降行程与液压缸受力两个因素 在满足升降行程及整体结构尺寸 的前提下 选取较高的 初始值 而且在整个机构中 AB 支撑杆是 主要受力杆件 承受有最大的弯矩 所以应重点对其进行强度校核 液压缸可采用单作用缸也可以采用双作用缸 不过要看具体情况 一般我们都采用单作用柱塞缸 因为采用这样的缸比较经济 而且总体 泄漏量少 密封件寿命长 采用单作用柱塞缸时考虑到在空载荷时 上 平板的自重应能克服液压缸活塞与缸体间的密封阻力 否则 会导致升 降平台降不下来 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 17 2 5 针对性比较小实例 如某自动生产线上 需设计一种升降平台 要求升降平台最大升 降行程应大于 620mm 升降平台面最低高度应小于 300mm 最大承重 载荷 0050kg 根据实际使用要求 我们选取了单作用柱塞缸式液压缸 液压缸初 始长度 595mm 最大行程 320mm 升降太机构尺寸 升降台 0 C max S 面最低高度 281mm 机架长度 T 1 200 支撑杆长度 L 1 230 5mm 0 H 按照上述尺寸 结合以上公式分别对双铰接剪叉式和水平固定剪叉 式两种结构形式进行了计算 计算结果见表 1 表 2 和统计图 2 5 其 中滚动摩擦忽略不计 水平固定剪叉式结构公式如下 22 1 2 2 tancos HLTS Plfb QL 其中 S 液压缸的实际行程 T 机架长度 A 点到 G 点的距离 表 1 双铰接剪叉式结构计算结果 mm s HhP Qh s 013 1814 2028104 08 4019 6719 83414 8133 82 852 35 8024 8323 46517 6236 62 342 96 12029 3826 05604 7323 72 042 70 16033 5927 96681 8400 81 822 51 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 18 20037 5629 93751 3470 31 662 35 24041 3930 45814 9533 91 522 22 28045 1131 21873 2592 21 402 12 32048 7731 74926 8645 81 292 02 表中 S 液压缸的实际行程 H 升降台实际行程 以下相同 表 2 水平固定剪叉式结构计算结果 mm HH P Q h s 1 3 8 2 81 0 4 27 4 0 1 9 74 4 16 4 1 35 4 2 79 3 39 8 0 2 4 67 5 14 4 2 33 4 2 18 2 92 1 20 2 8 80 5 93 8 3 12 8 1 82 2 61 1 60 3 2 45 6 61 3 3 80 3 1 57 2 37 2 00 3 5 77 7 20 4 4 39 4 1 39 2 20 2 40 3 8 84 7 72 9 4 91 9 1 24 2 05 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 19 2 80 4 1 71 8 20 1 5 39 1 1 12 1 93 3 20 4 4 44 8 62 9 5 81 9 1 02 1 82 从计算结果可以看出 在整体结构尺寸相同 液压缸行程相同的前 提下 作用在液压缸活塞杆上的最大推力 水平固定剪叉式结构大于 m ax P 双铰接剪叉式结构 升降台最大行程 双铰接剪叉式结构大于水平hm ax 固定剪叉式结构 由于采用了双铰接剪叉式结构液压升降平台 在设备安装时避免了 挖地坑 不仅节省了费用 还给以后了设备维护和检修带来方便 综上所述 气液动双铰接剪叉式结构液压升降平台整体尺寸较小 结构简单 紧凑 节省投资 可获得缸体二倍以上的升降形成 非常适 合于空间尺寸小 升降行程大的场合 是一种值得推荐使用的升降机构 2 6 双铰接剪叉式升降平台机构中液压缸两种布置方式 刚刚我们已经简单的分析并讨论了双铰接剪叉式液压升降平台机构 与其他两种机构的区别以及在实际应用中所存在的利和弊 但是在考虑 各方面条件如单作用柱塞式液压缸 双铰连接 双支撑杆 相同的升降 平台等都不改变的基础之上 能否将设计进行进一步的优化呢 为证明这一点 我们可以从该机构的布置方式考虑 将结构略改动 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 20 一下 从直观的角度分析考虑 如下图 2 6 所示 杆1 杆2 图 2 6 液压缸工作示意图 我们可以从图上看出 液压缸的尾部是连接在右侧支撑杆活动的区 域的 液压缸的头部是连接在杆 1 的右端 偏向杆 1 的活动铰连接 因此 我们针对实际升降台剪叉机构中液压缸常用的布置方式存在的问 题 提出了另一种相对布置方式 将液压缸布置在与之相对称的左侧 即与剪叉机构的固定支点在同一侧 来进一步分析讨论 利用瞬时速度 中心法和虚位移原理 推导出这两种布置方式液压缸活塞运动速度与台 面升降速度的关系式及活塞推力与台面荷重的关系式 并对两种布置方 式进行了分析比较 指出了它们各自的优缺点以及适用场合 根据升降 台剪叉机构的工程实例做了几何 运动和动力参数的对比计算和液压缸 结构参数的合理选择 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 21 2 6 1 问题的提出 液压缸驱动的剪叉机构再各种升降台中广泛应用 因安装的空间不 同 其折合后的高度也必然就不同 所以液压缸在剪叉机构内的布置要 受到折合后高度的约束 根据文献 4 的有关液压缸驱动剪叉机构的运动 学及动力学分析一章 得知在这种布置方式的情况下 如图 2 7 图 2 7 液压缸布置在左侧 液压缸活塞运动速度与台面升降速度的关系式为 1 22 2cos2sin 2 cos y alal vv l 活塞推力与台面荷重的关系式为 2 2 cos sin sin l PW al 式中 111 sin tan tan sin sin2 2 hlaa llad 以上两式的推导基于工程中常用的液压缸布置方式 即液压缸下支 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 22 点与剪叉机构的固定支点在同一侧 如上图 2 7 这种布置方式的优点 是液压缸的有效行程比较短 这在台面升程范围比较大的场合较为适用 存在的问题是在剪叉机构折合后的高度 h 较小的情况下 即角较小 所需液压缸的推力将大大增加 在液压缸最高工作压力限定的情况下 这将使得所用的液压缸的直径增大 以致在折合后的剪叉机构中难以布 置 或采用两个直径较小的液压缸取代一个大直径的液压缸 不过这将 增加一对液压缸的支座 同时带来机械加工 液压缸安装以及液压系统 的复杂性 加大了整个装置的成本 2 6 2 两种布置方式的分析和比较 为了解决以上提出的问题 可考虑将液压缸反向布置 即采用第一 种设计方案 计算一下该方案的有关参数再将两者作以比较 如图 2 8 图 2 8 液压缸布置在右侧 这里仍用瞬时速度中心法来求解活塞运动速度 杆 上 点 点的瞬时转动中心为 F 点 D 点 A 点的速度为 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 23 2 D A vl vla 台面升降速度 cos2cos yD vvl 点的运动速度 2 cos y A la v v l 活塞运动速度 sin cos 2 cos A la vv l 式中 11 sin sin tan 2 cos hla lLla 依据虚位移原理有 0 0 ixiixiixi xpypW FxFyFz PxPyWy 由图 分析可得 cos sin cos sin 2 sin xy ppw PPPP xlaylayl 经变分后 sin cos 2 cos p p w xla yla yl 代入式 整理后得活塞推力 2 cos sin l PW la 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 24 式 和式 的正确性可以用机械能守恒原理来证明 即 y vPv W 将式 与式 进行比较 再各参数都相同的 y l aW v 条件下 显然 液压缸布置再右侧时的推力较液压缸布置在左侧时小 而式 与式 比较 则液压缸布置在右侧时的活塞速度较液压 缸布置在左侧时高 可见 活塞推力的减小是以活塞速度的提高为代价 换来的 液压缸布置在剪叉机构的右侧 使得液压缸的活塞推力减小 这就 可以选用直径较小的液压缸 有利于液压缸在剪叉机构中的布置 带来 的问题是液压缸的有效行程较长 如果台面升程范围不大 液压缸行程 的增加也是有限的 2 6 3 实例计算 根据以上分析结果 结合实例进行对比计算 实例结构简图如图 2 9 所示 其中左右两侧分别为两种布置情况 图 2 9 剪叉机构实例结构简图 剪叉机构的结构尺寸 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 25 h 400 1 200mm 2 000mm 535mm 770mm 3210mm 两种laef 布置方式主要参数计算结果见下表 2 1 表 2 1 两种布置方式主要参数计算结果 参 数液压缸布置在左侧液压缸布置在右侧 杆 FD 倾角 1 sin 2 h l 1 sin 2 h l 液压缸倾角 1 sin tan cos la lae 1 sin tan cos la fla 起始角 0 5 7395 739 起始角 0 20 23620 236 起始活塞速度 0 v0 185 y v0 279 y v 起始活塞推力 0 P5 42W3 58W 终止角 max 17 45817 458 终止角 max 50 47322 262 活塞有效行程 L mm 253365 从统计表中的数值比较可以看出 液压缸在剪叉机构中的布置方式 对其运动参数和动力参数有着较明显的差异 当起始角为最小值 0 时 活塞推力为最大值 在台面荷重 W 相同的情况下 液压缸布 0 0 P 置在右侧时的推力明显小于液压缸布置在左侧时的情况 两者的比值为 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 26 0 66 而活塞的有效行程 L 则是液压缸布置在右侧时较长 比在左侧时 增加了 112mm 如果载荷量不是很大的话 即载荷量 W 1 5kN 这时 可以考虑采用左侧的布置方案 因为这样可以缩短液压缸的伸长长度 如果伸长度过大的话 不仅在材料上会有所浪费 而且在长期承受载荷 的同时也会相应的增大液压缸及活塞部分的弯曲应力 综合以上考虑 可以初步设想采用液压缸布置在左侧的方案 而在该方案中活塞起始的 速度小于液压缸布置在右侧时的速度 两者比值 0 66 为了弥 vv 左右 补在速度方面的不足 以及减小举升及整体的体积 可以考虑采用双级 支撑杆共同举升平台以达到提升速度的目的 如图 2 10 所示 图 2 10 机构各项参数 其转换过程如图 2 11 所示 将两根支撑杆的右侧部分折合到左侧 产生四根相对比较短的支撑杆 即可达到目的 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 27 图 2 11 参数转化过程 那么首先我们就要计算一下这样的设计方案所采用的液压缸的各项 参数 然后再根据已求得的各项参数来具体确定一下此方案是否合理 下面按照本设计的基本要求 进一步选择合适的布置方案 重物 1 5t 在载荷方面没有超出允许的范围内 是可以采用该方案的 为了 工作安全起见 要求举升机在各高度上工作时都应自锁 完工后可原速 或缓速下降 在空载时也可实现快速下降 这在下面的液压系统回路分 析中会探讨到 可以选择采用双液压缸同步举升并采用共同底板的方式 以满足要求 则需要两个液压缸 8 根支撑杆举升 为了增强其安全可 靠性 可以设其总承载量为 则这样平均21000 9 819600Wt N 总 每个液压缸承受的台面载荷仅为 9800N 所以采用左侧布置液压缸是完 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 28 全可以的 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 29 3 液压传动系统的设计计算 3 1 明确设计要求 制定基本方案 设计之前先确定设计产品的基本情况 再根据设计要求制定基本方 案 以下列出了本设计 剪式液压升降台的一些基本要求 1 主机的概况 主要用途用于家用小型重型设备的起升 便于维 修 占地面积小 适用于室外 总体布局简洁 2 主要完成起升与下降重物的动作 速度较缓 液压冲击小 3 最大载荷量定为 2 吨 采用单液压缸控制联接组合叉杆机构进 行升降动作 最大起升高度略大于一人高度 4 运动平稳性好 5 人工控制操作 按钮启动控制升降 6 工作环境要求 不宜在多沙石地面 木板砖板地面等非牢固地 面进行操作 不宜在有坡度或有坑洼的地面进行操作 不宜在 过度寒冷的室外进行操作 7 性能可靠 成本低廉 便于移动 无其他附属功能及特殊功能 3 2 制定液压系统的基本方案 3 2 1 确定液压执行元件的形式 液压执行元件大体分为液压缸或液压泵 前者实现直线运动 后者 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 30 完成回转运动 二者的特点及适用场合见下表 3 1 对于本设计实现单纯并且简单直线及回转运动的机构 可以采用齿 轮式液压泵及双活塞杆液压缸 这样不仅简化液压系统降低设备成本 而且能改善运动机构的性能和液压执行元件的载荷状况 表 3 1 各执行元件的特点 名 称特 点适 用 场 合 双活塞杆液压缸双向对称双作用往复运动 单活塞杆液压缸 有效工作面积大 双向 不对称 往返不对称的直线运动 差动连接可实现快进 A1 2A2 往返速度相等 柱塞缸结构简单 单向工作 靠重力或其 他外力返回 摆动缸 单叶片式转角小于 360 度 双叶片式转角小于 180 度 小于 360 度的摆动 小于 180 度的摆动 齿轮泵结构简单 价格便宜 高转速低扭矩的回转运 动 叶片泵体积小 转动惯量小 高转速低扭矩动作灵敏 的回转运动 摆线齿轮泵体积小 输出扭矩大 低速 小功率 大扭矩 的回转运动 轴向柱塞泵运动平稳 扭矩大 转大扭矩的回转运动 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 31 速范围宽 径向柱塞泵 转速低 结构复杂 输 出大扭矩 低速大扭矩的回转运动 注 A1 无杆腔的活塞面积 A2 有杆腔的活塞面积 常用的扩程机构有如下图 3 1 二种形式 链轮 链条 柱塞缸 图 3 1 扩程机构 它们同时也可以实现增速 常用于电梯的升降 高低位升降台等液 压设备 还有一种运动转换机构 小角度的回转运动用液压缸来实现 其运动比较平稳 长行程的直线运动可以用液压马达来完成 本设计要 完成的剪叉式液压升降台综合了扩程 回转这两种工作形式 3 2 2 确定液压缸的类型 工程液压缸主要用于工程机械 重型机械 起重运输机械及矿山机 械的液压系统 根据主机的运动要求 按表 37 7 5 选择液压缸的类型为 直线运动单活塞杆双作用缓冲式液压缸 其特点 活塞双向运动产生推 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 32 拉力 活塞行程终了时减速制动 减速值不变 3 2 3 确定液压缸的安装方式 工程液压缸均为双作用单活塞式液压缸 安装方式多采用耳环型 由于本设计中液压缸在作用过程中是一端固定 一端在垂直面上自由摆 动的形式 因此根据表 37 7 6 选择液压缸的安装方式为 尾部耳环联接 3 2 4 缸盖联接的类型 按缸盖与缸体的联接方式 可分为外螺纹联接式 内卡键联接式及 法兰联接式三种 这里采用法兰联接 型号说明 P37 180 3 2 5 拟订液压执行元件运动控制回路 液压执行元件确定之后 其运动方向和运动速度的控制是拟订液压 回路的核心问题 方向控制用换向阀或是逻辑控制单元来实现 对于一 般中小流量的液压系统 大多数通过换向阀的有机组合实现所要求的动 作 对于高压大流量的液压系统 现多采用插装阀于先导控制阀的组合 来实现 本设计剪叉式液压升降台其特点 起升压力大 运行缓慢 平 稳 能人工控制起升至某一固定高度时并保持该高度自锁 3 2 6 液压源系统 液压系统的工作介质完全由液压源提供 液压源的核心是液压泵 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 33 在无其他辅助油源的情况下 液压泵的供油量要大于系统的需油量 多 余的油经过溢流阀回油箱 溢流阀同时起到开展并稳定油源压力的作用 容积调速系统多数是用变量泵供油 用安全阀限定系统的最高压力 为节省能源并提高效率 液压泵的供油量要尽量于系统所需流量相 匹配 对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况下 则采用 多泵供油或变量泵供油 对于本设计 由于工作周期短 循环次数少 供油量可以适当减少以节省能源 采用单泵供油即可 不需蓄能器储存 能量 对于油液的净化 油液的净化装置在液压源中是必不可少的 一般 泵的入口要装有粗滤油器 进入系统的油液根据被保护元件的要求 通 过相应的精滤油器再次过滤 为防止系统中杂质流回油箱 可在回油路 上设置磁过滤或其他形式滤油器 根据液压设备所处环境及对温升的要 求 还要考虑加热 冷却等措施 3 3 确定液压系统的主要参数 液压系统的主要参数是压力和流量 它们是设计液压系统 选择液 压元件的主要依据 压力决定于外载荷 流量取决于液压执行元件的运 动速度和结构尺寸 3 3 1 载荷的组成与计算 首先 需要确定液压缸处于最大工作压力时的位置 通过上述的讨 论 得知当液压缸与地面夹角为最小值时 也即支撑杆与地面夹角 为最小值时 液压缸处于最大的工作压力状态下 根据轴距 2 4m 河南理工大学万方 科技学院本科毕业设计论文 34 将支撑杆的长度选定 2 1m 根 当液压缸下降至最低高度时 设此时支 撑杆与地面夹角 根据上述公式得a 0 a 0 a5 1 tan tan la la 0 9 9 图 3 2 机构各参数 现在a值还是一个未知量 但a值的大小必须在 2l 之内 初步设 定 4al 根据活塞推力与台面荷重量关系 2 cos sin sin l PW al 得出 P 13 3W 若设 3al 的话 就得 出 P 11 6W 通过二者比较 3al 时 活塞的