液压升降机的三维实体设计

液压升降机的三维实体设计班级 概述 液压升降机是由行走机构、液压机构、电动控制机构、支撑机构组成的一种可升降的机械设备。 液压升降机主要是通过液压油的压力传动从而实现升降的功能,它的剪叉机械结构，使升降机起升有较高的稳定性，宽大的作业平台和较高的承载能力，使高空作业范围更大、并适合多人同时作业。它使高空作业效率更高，安全更保障。大多数机型采用单向油缸，上升时，液压泵输出高压油通过一系列控制阀及管路进入油缸下部，推动油缸上行，带动平台举升；下降时，液压泵停止，控制阀打开泄油回路，平台在自重作用下缓慢下降，油缸中的液压油被挤出泄油。 此次设计的剪叉式（折叠式）液压升降机是一种性能良好，适用范围广泛的货物举升机构，主要用于车辆工厂和立体车库汽车的举升以便于其运输和存储，以及仓库，装卸场所中货物的快速装卸。 这次的液压升降机主要由两部分组成：机械系统和液压系统。机械结构（工作平台、支架、铰链、底座等）主要起到传递和支撑作用，液压系统（液压缸预计 4 个、电机、控制阀、油箱、液压泵等）主要提供动力，他们两者共同作用从而实现升降机的功能。1、主要研究内容 （1） 分析确定液压升降机在实际生产中的工作场合和作用，确定并且计算工作参数及零件尺寸。 （2） 机械结构的设计计算和液压系统的选取。 （3） 对所设计的液压升降机的安全性和液压系统性能进行验算。 （4） 根据所设计的液压升降机的机械结构尺寸进行三维建模。2、主要研究方法本设计中液压升降机的相关工艺参数有：额定载荷：2500kg起始高度：300 mm最大升起高度：1700mm最大高度：1800mm平台尺寸：5000x2500mm电源：380v,50Hz机械结构的确定：此次设计的液压升降机采用单双叉机构形式：即有两个单叉机构升降台合并而成，有四个同步液压缸做同步的运动，从而达到升降机升降的目的。为简化设计采用估算的方法进行设计，多数零件( 销钉、液压缸等) 采用标准件，该升降机结构简图如下： 根据升降机的结构参数及设计要求，其中 1.2.3.4.为支架，主要起支撑和运动转化形式的作用，一方面支撑上顶板载荷，另一方面通过其铰接从而将液压缸的绳缩运动转化为平台的升降运动，上顶板直接接触载荷，将载荷转化为均布载荷，以增强其局部承载能力。下底架的作用主要是支撑和载荷传递，它不仅承担整个升降机的重量，而且可将作用力传递到地基上。这些机构通过互相配合，实现了升降机的稳定和可靠运行性。 两支架在 O 点处铰接，支架 1 上下两端分别固定于上、下板面上，通过活塞杆的伸缩和铰接点 O 的作用以实现货物的举升。根据以上分析，升降机的运动过程为：支架 2、3 是升降机机构中的固定支架，它们与底板铰接点做不完整圆周运动，支架 1、4 为活动支架，它们在液压缸 5、6作用下从最初的几乎水平状态逐渐向后来倾斜的位置运动，在通过支架 间的绞合点带动支架 2、3 也不断向 倾斜位置运动，使升降机升降。初态时，上下底板 为合闭状态，支架 1、2、3、4 可近似看作是水平状态，随着液压油不断输入到液压缸中，活塞杆向外伸，将支架 2 顶起，当支架 2 上升时 ，因铰合点 O 的作用使支架 1 运动，支架 1 与液压缸相连，所以液压缸也开始运动，通过一系列的相互运动和相互作用，使上顶板上升，当达到指定高度 时，液压缸停止运动，载荷便可达到指定高度。 根据升降机的工艺参数和其基本运动机理来确定如图 3.2 所示支架 1、2、3、4 的长度、截面形状、之间的距离以及液压缸的工作行程。设：则 1、2、3、4 支架的长度可以确定为： 设支架 1、2 和 3、4 都在其中点处绞合，液压缸顶端与支架绞合点的距离为 t，初步分析：x 取值范围为 0x1.6,x 值偏小，会使上 顶板 O2、O3 点承力过大，还会使支架长度过长，造成受力情况的不均匀。x 值 偏小，会使活塞的行程偏大，并会造成整个机构受力情况的不均匀。在设计中，可选取几个特殊值： x=0.8m, x=1.0m，x=1.2m，设活塞的行程设为 l,分别根据数学关系计算出 h 水平和 t。然后再分析上下顶板的受力情况。选取最佳的组合值便可满足设计要求。经几何关系计算和受力分析，选取 x=1.0m，得到 t=0.425ml=0.575,h=2m.升降机平台的确定：升降机平台直接接触载荷，其结构采用由若干根互相交叉垂直的热轧槽刚通过焊接的形式焊接而成，然后在槽钢四个侧面和上顶面上铺装 5000x2500x3mm 的汽车板。升降机上顶板的载荷是由一平台所承受的，可认为是一均布载荷，由于该平板上要铺装汽车钢板，其所受到的 载荷应为额定载荷和均布载荷之和，其载荷密度为：F 汽车钢板和额定载荷重力之和。l 载荷的作用长度，沿长度方向为 20m,宽度方向为 15m。沿长度方向有：假设该升降台载荷分给了四个板，每个板都有四个支点，则每个支点所受的力为 N，于是平衡方程可列为：即得AB 段：则BC 段：则CD 段与 AB 段对称。其受力图和弯矩图如下：计算可知该过程中最大弯矩为 ：根据弯曲强度理论有：即梁的最大弯曲应力应该小于其许用弯曲应力。式中：W抗弯截面系数（ ）；钢的屈服极限（MPa）；N安全系数，取 n=3；长度方向为 16 号热轧槽钢代入数据：由此可知，在初始位置时其强度符合要求。同理对平台在最高位置处和宽度方向上对其进行强度校核。支架结构的确定：支架由 8 根形状基本相同，截面为矩形的钢柱组成，在支架的顶端和末端分别加工圆柱状的短轴，以便于支架的安装。支架在升降机结构中的主要功能是载荷支撑和运动转化，将液压缸的伸缩运动通过与其铰合的支点从而转化为平台的升降运动，支架结构除应满足安装要求外，还应该保证足够的强度和刚度，使其在升降运动中能够平稳安全的运行。每根支架上顶端承受的作用力设为 N 则有：（G 为载荷）求得： N=3848N对支架所受的力进行分析，可看出和液压缸顶杆联结点的力是支架所受到的最主要的力，它不仅受到液压缸的推力，而且还受到上顶板所传递的作用力，所以可认为与液压缸的顶杆相连接的支架所受到的上顶板的力是它所受到的最主要的力，在此可将其它的力忽略，只需计算上顶板承受的由载荷及自重所传递的载荷力。所产生的弯矩为： （Nm）；每个支架的支点对其上顶板的作用力（N ）；L液压缸与支架的 铰合点距支点之 间的距离（m）。代入数据：假定该支架为截面为长为 a,宽为 b 的长方形， 则其强度应该满足的要求是：M支架上所受的弯矩（N m）；W截面分别为 a、b 的长方形抗弯截面系数 ；校核公式，取安全系数所选择材料为碳素结构钢 其中将数据代入有：上式表明：截面为 a、b 的长方形只要满足条件便可满足强度要求，取 ，则其符合强度的要求。 支架结构还应该考虑到装配要求，液压缸活塞杆顶端和支架采用耳环结构连接，故应在两支架之间加装支撑杆，以便满足动力传递要求 。通过以上计算可求确定支架截面长宽高分别为 a=5cm,b=3.5cm,h=2m，进而确定了支架的结构。液压元件的选取：在液压系统设计方面通过对液压缸所受总负载的计算确定单个液压缸需克服阻力为 10KN，根据文献 9表 4.2 确定其工作 压力为 2MPa，经公式 计算取活塞杆直径（缸筒内经）D=90mm，同时又液压缸的内径，活塞外径需取标注值是由于活塞和活塞杆还要有其它零件的相互配合，如密封圈等，而这些零件已标准化，故活塞和液压缸的内径也应标准化，以便于选用标准件。液压泵的选取主要是根据其额定流量和额定压力来选取。泵的流量要满足执行元件的最高速度要求，因此泵的输出流量应该根据系统所需的最大流量和泄漏量来进行确定：泵的输出流量K系 统泄漏系数，一般取 K=1.11.3；液压缸实际需要的最大流量n执行元件个数代入数据确定泵的工作压力应根据液压缸的工作压力进行确定，即：泵的工作压力（Pa）；执行元件的最高工作压力（Pa）；进油路和回油路总的压力损失 。代入数据：由于考虑到液压系统的动态压力和油泵的使用寿命，通常选择油泵时，其额定压力比工作压力要大25%60%，即 泵的额定压力应为 3.1254.0，取额定压力为 4 。 因为液压泵会存在容积损失和机械损失， 为了满足液压泵向系统输出所需的的流量和压力，液压泵的输入功率必须要大于其输出功率，液压泵的实际输入功率为：P液 压泵的实际最高工作压力（Pa）；q液压泵 的 实际流量液压泵的输入功率液压泵向系统输出的理论流量液压泵的总效率；液压泵的机械效率；换算系数。代入数据：液压泵的功率确定后便可确定电机的功率，以技术手册的数据为标准，所以取电机的功率为 4 。液压系统应尽可能的使用标准液压控制元件，液压控制元件的选择主要是根据通过阀的最大实际流量及该阀所在的油路的最大工作压力来进行选定的。液压系统原理图代号 名 称 型 号 个数1 油箱 12 过滤器 SU2B-F70X16 13 温度计 WNG-11 14 液位计 YWZ-80 15 电动机 Y-112M-2 16 液压泵 YB1-10 17 溢流阀 DBDS6G10 18 压力表 Y-60 19 分流阀 FL-B10 211 电磁换向阀 4WE5E5OF 212 单向分流阀 FDL-B10H 413 节流阀 L-10B 214 液压缸 90*10*600-2MPA 4 该液压系统中主要要使用分流阀和单向分流阀两种流量控制阀。分流阀的作用是使液压系统中由同一个油源向两个以上执行元件（液压缸）供应相同的流量( 等量分流 )，或按一定比例向两个执行元件（液压缸）供应流量( 比例分流 )，以实现两个执行元件（液压缸）的速度保持同步或定比关系。3、主要研究 结果该液压升降机经 UG 软件绘图如下：运动效果:参考文献 1周士昌液压系统设计图集 M北京：机械工 业出版社，2003 2杨培元，朱福元液压系统设计简明手册 M北京：机械工业出版社， 1999 3成大先机械设计手册 M第三版第三卷 化学工业出版社，2001 4成大先机械设计手册 M第四版第四卷 化学工业出版社，2002 5成大先机械设计手册 M第三版第五卷 化学工业出版社，2002 6孙新青 重型单片液压升降台的的设计与研制 J机械研究与应用， 2005 7黄宏甲，黄谊，王积伟剪叉式汽车举升机 J林业机械与木工设备， 2001 8张利平，邓钟明液压气动系统设计手册 M北京：机械工业出版社， 1997 9 王心 单柱双 节液压升降机 J东方机械集团，2003 10卢秉恒，赵万华，洪军机械制造技术基础 M北京：机械工业出版社，2009 11向雪梅，马振利，欧忠文四杆式液压升降机机构设计与实现 J机械设计，2014 12范钦珊，殷雅俊，虞伟建材料力学 M北京：清华大学出版社，2008 13谢力