0325-兼容残疾人座椅的中型客车轮椅升降机构设计【CAD图+说明书】
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摘 要
随着人口老龄化问题的日益严重，老年人和残疾人的出行，在任何国家都会是一个问题。对这个问题解决的程度如何，反映着一个社会从科技水平到人文关怀等各方面的发达程度。但一直以来，现代许多工业化国家的交通运输部门对这种现状的重视程度还是不够——即在交通工具上没有安装方便有行动障碍人士上下车的设施，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。而在公交车上布置专用的残疾人蹬车门，并在此基础上装配残疾人轮椅升降系统具有方便行动不便人士上车的显著优点。例如:安全性好、机构简单、占地小、机械效率高、保密性好（指动力单元中液压元件）、寿命长、成本较低等。这些优点能够极大地反映着一个社会从科技水平到人文关怀等各方面的发达程度。
实现行动不便人士蹬车无障碍化，并实现通过司乘人员，以及经过专门培训的人员对此套机构的简单辅助操作。首先应该从机构的可行性方案上进行深入讨论，通过对动力单元研究着手，然后经过反复细致的可行性，安全性分析以及对整个系统的运动校核，功能分析，而得到并形成系统的整体的结构，并且针对本系统的特点，来选择最适合的系统方案。
因此，本文首先就方案的选择进行了研究。于设计者掌握的专业基础知识，互联网上的相关资料以及国内外已有的设计种类的现状，经过详细的方案调查，为本次毕业设计设计出了一套实用的兼用残疾人轮椅升降系统。本系统使用液压回路中的锁紧机构作为动力单元，采用十字叉式举升机构。
论文方案选择的论证开始，详细介绍了方案分析、设计流程和计算流程，并进行了必要的动力系统总体结构设计、传力机构的设计校核等。主要用于实现对市内交通工具为满足行动不便的人士的升降平台的设计，实现对其能顺利上下车，进一步体现人文关怀。
关键词： 兼用残疾人轮椅升降系统，升降平台，系统计算校核
- 内容简介：
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共 24 页 第 1 页 装 订 线 第一章 前言 残疾人（无劳动能力，如肢体、智力、精神残疾）是社会弱势群体中最弱的群体，关爱他们，切实解决他们的困境和改善他们及其家庭生活状况，是提高社会文明程度和构建和谐社会的重要内容，也是体现现代社会文明进步和公平正义和谐相处的重要标志之一。 近年来，各级政府和相关职能部门为残疾人的康复、教育、就业培训、劳动就业做了大量的工作，残疾人事业发展取得了可喜得成绩。但是，残疾人事业的发展状况与经济社会发展的总体水平仍然存在较大差距 。 老年人和残疾人的出行，在任何国家都会是一个问题。对这个问题解决的程度如何，反映着 一个社会从科技水平到人文关怀等各方面的发达程度。设计者从一些国外技术杂志以及互联网上了解到，在一些发达国家如美国，日本其公交服务体现出的人文关怀，特别是为老年人和残疾人的出行提供的巨大方便感触颇深。在每个高峰使用的公交上，都装有方便行动迟缓老年人上下车的装置以及方便残疾人上下车的轮椅升降平台。海外的交通服务人员 从司机，售票员一直到专门经过培训的服务人员都纷纷提倡 “ 耐心是一种美德 ” ，倡导 “ 尊重人权，方便社会不同阶层群体 ” 的服务宗旨。 1993 年 12 月 20日联合国大会第四十八届会议通过的第 48/96 号决议 残疾人机会均等标准规则规则 “ 各国应采取措施，消除物质环境中影响参与的障碍。此种措施应包括制定标准和准则，并考虑颁布立法，确保社会中各个方面实现无障碍环境，例如确保住房、楼房、公共交通服务和其它交通工具、街道和其它室外环境的无障碍。 ”“ 各国应确保为残疾人发展和提供支助服务，包括辅助性器材，帮助他们提高日常生活方面的独立能力和行使他们的权利。 ” “ 各国应支持研制、生产、销售和维修各种辅助性器材并传播与其有关的知识。 有这么一个故事，是个残疾人在国外的亲身经历：北京我出门办事，一定要在家里和公司 里先方便够了，因为一般的公厕极少有适合残疾人用的便座，即使有也非常脏。而在美国则全无这种担心，无论商场还是餐馆，都设有残疾人专用便座，一般健全人不得使用，所以都很干净。一次在曼哈顿的中国餐馆吃完午饭，又喝了不少的饮料，没过一会就觉得肚子有些难受，而且越来越疼，我想，坏了，这曼哈顿连个停车的地方都没有，哪找厕所呢？便让司机赶快往回开，刚走了一半的路程就无法继续坚持了。忽然看到路边有个加油站，就问司机里面会不会有厕所？司机也不答话，一打方向盘把车开了过去。我的眼睛一亮，哈哈，还真有厕所。但是不是也有便座呢？等推 开门一看，所有的担心都是多余的了，解放之后我才有了感慨的闲情，这发达国家的确把人的需要想到家了啊。 其实，只是这些外在的设施问题，我们如果从上到下加以重视的话也是不难解决的。最让我 共 24 页 第 2 页 装 订 线 感慨不已的是这里的人对于残疾人态度出乎意料地充满热情和友善，我们每到一处，人们都自觉地让出道来，有的甚至为自己没有发现身后的轮椅而抱歉。在环球影视城观看水上世界表演之前，几个演员和观众打水仗，热闹非凡，很大面积的观众席都被水淋湿了， 独我们残疾人的专门座位区没有受到丝毫的 “ 袭击 ” ，可见管理者考虑之周到。我几乎不能自己在外面单独坐着轮 椅行走或者停留，总不时会走过来一个个先生或女士向你询问： 参观白宫时，我越过排出一里多地的长队，被径直请到前面，并由一名总统的侍卫官带领，深入到总统的厨房，我指着刚刚爆好的玉米花问他是给谁吃的，他告诉我，是晚上总统和幕僚们在小影院看片子时吃的。我和他开玩笑：有没有你的份呢？他自嘲道：我可没那个命。 在费城参观独立宣言签署旧址时，负责解说的美国小伙子发现了前排坐在轮椅上的我，便马上走过来几乎双膝着地俯下身，为的是与我的视线保持平行，他说：一会儿你可以从那个门先出去。仅仅是这个简 单的动作和这句简单的话语便使我深深地感动了。所谓无障碍，就是道路平坦，利于残疾人轮椅通过，但刚才那个平视的目光难道不也是一种无障碍吗？美国确实有很多美好的东西和美好的人原来我一直以为较之刻板的英国人，美国人一定是比较活跃和弹性的。也确实是这样，在进入纽约海底隧道交费时，一个美国混血姑娘一边随着乐曲扭动着身躯，一边从我们的手里接过钱。我和同行的伙伴说，这是美国一景啊，北京可看不到的。但是当我们跟着司机把租来的汽车还掉，准备搭乘大巴士去机场时，不料想却遭到了拒绝，一个手持话机的车辆调度对我说：我不能让您乘坐这种 普通的巴士，您必须坐那种承载轮椅的专用车。尽管我说我可以上普通的巴士，得到的回答是：我不想因为这事受到处罚。为了不使这位坚持原则的好心人因为我们而受罚，我只好看着一辆又一辆大巴从眼前开过去，一直到十几分钟后，开来一辆带升降机的专用车把我和轮椅一起搭上去。在休斯顿与一个国内来此定居的残疾朋友聊天时，他对我说：美国绝对是个残疾人生活非常方便的国家，你真应该来这里发展。我知道我在国内还有很多干不完的事情，而且这些事情大都与残疾人的事业紧密相连。我也知道国内的无障碍建设和整个社会文明的提高，尚需要一个相当长的过程。 但我已经看到了这个过程的开始，我只是希望尽可能地加快这个进程。光咱们北京就有 40多万的残疾人，他们盼望着实现全面的无障碍。如今相应的法律法规已经出台，但实施起来还有相当的难度。比如怎样协调划分残疾人专用停车位，如果有人违章占用这些停车位，又应该由哪个部门来进行什么样的处罚？在我们国家尚不允许残疾人驾驶汽车的情况下，如何区分残疾人所乘车辆和非残疾人所乘车辆？还有什么样规模的餐厅和公共设施要建有适合残疾人的厕所等等，这是一个非常复杂的系统工程，在美国也是用了近十年的时间才告基本完成。我在华盛顿就看到一个很有年头 的博物馆正在新建无障碍通道。我建议我们的政府，我们的残联组织，多多参考借鉴发达国家无障碍建设方面的先进 共 24 页 第 3 页 装 订 线 经验，从最简单的无障碍设施一个一个做起，协调和动员全社会都来参与这件事情。因为这决不仅仅是一个公共设施的改造问题，它代表了我们社会文明的发展程度，而且在改造物质世界的同时必将带动精神世界的变革。 东京的地铁大多车站都设有残疾人专用的升降电梯，每次车都有残疾人用的车厢，里面有可固定轮椅的装置。如果没有升降机的出入口，通常设有按钮，按一下按钮地铁的工作人员就会出来将残疾人连同轮椅抬上车厢。在上海的地铁我几乎看 不到专为残疾人设置的设施，也许对整个弱势人群的关怀，是我们当下最缺少的东西在地铁的设计中也可以看 出。 本的无障碍公交车 2006年12月2日，在巴西首都巴西利亚举行的纪念 “ 国际残疾人日 ” 活动中，巴西总统卢拉（前左一）等政府官员在观看一名残疾人试用残疾人专用汽车乘降装置。当天，卢拉签署了两项行政命令：今后凡是关系到通信、住房和公共交通的事业活动都必须考虑到残疾人的利益和需要；巴西全国各城市中的 辆公交车 10 年内都要装备便于 2600万残疾人乘车的装置。 共 24 页 第 4 页 装 订 线 图 西专用残疾人升降装置 1992年 1月 26日，美国政府颁布实施了美国残疾人法案（ 这部法案涵盖了各种生活细节，例如，规定餐馆不可因残疾人可能打扰其他客人而拒绝其进入；杂货店的货架高度要使坐在轮椅上的顾客可自由取下货物，否则要调低货架高度或由商店雇员提供协助服务；银行不得只认可驾驶执照作为身份证明，因为盲人没有驾照。这项法案对公共场所的规定尤 为具体，大型公共服务机构门口有台阶的地方必须有轮椅通道，在进门的地方，如果不是自动感应式开门或专人开门，就必须安装残疾人专用开门器，让坐在轮椅上的人一按墙上的按钮，门就自动打开；公共厕所必须有可供残疾人使用的厕所，这些厕所比一般卫生间更宽大且有扶手；公共汽车上必须设有残疾人专用座位，且车门口必须有供残疾人上车用的升降梯等。如果违反这些规定遭到投诉，商家往往要赔上一大笔钱。不过，该法案在罗列了一大堆惩罚条款后，也规定因提供残疾人无障碍设施而导致成本增加，可以申请减税，最高年度减税额是 坦福大学就 曾为一名高位截瘫的大学新生大施土木，改建教学楼和校园中的其它设施，这其中固然包含着校方的一片爱心，但也是法律规定使然。时至今日，美国的残疾人团体还在不断呼吁和努力，让自己的权利受到法律更明确的保护。在法律规定之外，很多部门还特别设置了一些照顾残疾人生活的措施。如大商店门口都备有电动购物车，供残疾人和老年人使用；纽约等地新建机场的候机楼里，饮水机加装了自动感应装置，人只要靠近它，喷嘴就自动喷出水来，以满足那些手脚不便的人使用。 总之，我们在社会主义和谐社会的建设过程中，必须贯彻以人为本这一思路，服务公共生活中 的所有群体，进一步体现我国中国特色社会主义制度的优越性。 具体到社会的实践环节，我国在人文关怀方面取得的进步是令人欣慰的： 在首都北京， 从今年年底开始， 100辆无障碍公交大巴的上路行驶将带着轮椅上的残疾人飞奔。从此，坐着轮椅也能 “ 上下车 ” 了。在北京市京华客车公司，记者看到了即将陆续上路的低地板新型客车。这几款车型都是公司最新研制的，长度分别为 18米、 12米、 11米，适合城市不同区域、不同用途的各种公共交通的需要。编号为 8米大客车 ： 这是国内首辆国产超低地板绞接式客车，车底距地面只有 280毫米， 并配有电脑控制的空气悬挂装置，在进站后车体可向站台倾斜，乘客可直接迈步进入车内，无须再抬脚登踏板。同时车门下有可自动伸缩 共 24 页 第 5 页 装 订 线 的钢板，便于残疾人乘坐轮椅进入车内，车内还设有专为轮椅设计的空间和安全带，更方便了残疾人乘车。在车内，记者还发现了专门为固定轮椅而安装的挂钩。据专家介绍，我国之所以限制使用地板高于 900毫米以上的公交车，是为了方便老弱病残孕乘客上下车，体现 “ 以人为本 ” 的公共服务理念。同时，地板和通道高度在 400毫米以下的低地板、低入口厢体客车将成为推广使用的新型公交车。这类车辆的特点是，发动机后置，可设置 残疾人轮椅和无障碍上下车装置。其中，低地板公交车车厢，至少有两个乘客门为一级台阶。此外，地板降低还可增加车辆平均运输速度，提高运营效率。据京华客车公司介绍， 008年奥运客运市场需要而专门设计的，并将融入北京无障碍公共交通系统工程。 不关是在平时日常的交通条件下下功夫，努力提高人文关怀的层次外，在即将到来的北京奥运会（奥运会后紧接着就是残疾人运动会）前，首都交通规划部门也联手我国许多客车大中型企业推出了便于行动不便人士出行的公交车。昨天上午，在位于北京郊区的公交集团 第 6分公司，残运会轮椅专用大巴现场展示了其独特的设计及服务性能。中门前 6个轮椅区，前端和后方共计 25个皮革面座椅，车内空间宽敞而紧凑。与普通大巴不同，轮椅专用大巴的前后门采用一级踏步上车，停靠公交站台时，整辆车可由驾驶员操作沉降，并向车门一侧倾斜，与站台持平后。电动伸缩导板可供轮椅乘客自主上下大巴。轮椅区相互留有安全距离，并安装有固定轮椅的拉杆扣件、安全带、报警按钮等安全装置。“轮椅专用大巴底盘低、转弯半径大，对道路平整度的要求较高。整体而言，这种专用车辆在设计上非常人性化，它完全能够满足残运会用车的需要。 ”公交集团生产经营部 经理李峻介绍说。而昨天到现场体验乘坐的残疾人龙女士也表示，上下车简单方便，坐在车里感觉很舒适，“我去得最远的地方是景山公园，如果将来能够开通轮椅大巴的公交线，我们出行不但能够省钱，还能去得更远。”残运会开幕期间，包括管理人员、驾驶员、修理工、厂家售后服务人员计 80余人的保障车队向投入到后勤接送工作。而据公交集团负责人讲，残运会结束后， 60辆轮椅专用大巴将转为民用，在北京市的一级路面运营，而票价将保持不变。 再看看我国最大的商埠城市 天津的进展情况： 据新华社天津 3月 30日电（白敏怡 刘金 升） 2005年上半年，首批残疾人无障碍公交车将亮相天津。即将投入使用的残疾人无障碍公交车，将通过定线定点发车的运营班次满足残疾乘客的乘车需要，同时解决残疾人轮椅上下台阶以及车内固定轮椅等难题。据介绍，此次投入使用的无障碍公交车内将全部新添 “ 空气悬挂 ” 系统。此外，低踏板的设计，也能让乘客轻松步入宽敞的大通道车厢内。除了常见的车载数字电视，无障碍公交车内还将增设轮椅安置专区，并配有专门的固定轮椅装置。乘坐轮椅的乘客可以通过下车门新增的残疾人踏板，轻松地通过滑行上下公交车 。 而 充分体现改革开放成果的深圳 深圳市 残联消息：记者从有关部门获悉：我市正在施工中的地铁一期工程的 17个站台，全部设有肢残人使用的直升电梯、盲人使用的导向带、弱智人士的专用色彩符号，这些专业的配置使地铁建成后 50年都不落后。而仅此一项，深圳地铁投资追加资金 1个亿。目前的火车站、机场和海关联检大楼，都修建了坡道或残疾人专用电梯；博物馆，体育馆，大剧院等设置了残疾人专用通道；各大酒店建有方便残疾人使用的客房和洗手间；公 园，旅游区除在设计上保证残疾人能观赏到主要景点外，还备有轮椅等设备；越来越多的住宅区拥有了无障碍环境；中心区六大重点工程，国际会展 中心和地铁的建设，也全部实施了无障碍化。走在深圳主要干道上，细心的行人会发现，人行道上有一排特殊的地砖延伸到远方 优质花岗岩地砖上精心雕刻着圆点和长条，不少外地的观光者好奇地询问这排地砖的作用。原来，这是专门为盲人出行方便铺 共 24 页 第 6 页 装 订 线 设的盲道，失明人士只要用拐杖敲打地面，就会有非常明显的方向感，顺着路走还可顺利到达目的地。早在 80年代初，深圳就拉开了无障碍环境建设的序幕，为残疾人、老人等行动不便的人群提供尽可能的便利。市政府 1987年就发出有关文件，对在建的国际商场、环球商场、金融中心、深圳大剧院等重点项目提出了 具体的无障碍建设的要求，由此全面带动了深圳的无障碍建设。目前，在深圳的主要道路、旅游景点、住宅小区都修建了盲道、残疾人专用卫生间、残疾人专用电梯、可供轮椅自由通过的坡道；为使盲人安全横穿马路，深南大道、火车站至国贸中心一带的主要路口安装了由市公安交管局的研究所自行研发制造、每个造价达 5000元的蜂鸣器。循着有规律、有节奏的嗒嗒声，盲人和弱视人士便能安全地过马路了。 同样，作为汽车设计研发部门，也应该在设计方面体现人性化设计因素： 以公交客车为例来看我国客车设计的发展趋势，在人性化设计方面需要加强。比如，方便残 疾人出行、采用客车 “ 跪式服务 ” （指停靠时将车身稍微向站台一侧倾斜，使入口与站台齐平）等。北京的一些低地板公交客车虽然具备这些功能，但由于乘客较多，相关服务基本没有开展。今后，更多的公交车将具备这些人性化的服务功能，相关服务也会逐渐得到应用。 残疾人需要什么样的车呢？ 随着社会经济的蓬勃发展，我们国家正以空前的速度进入了汽车时代。社会的发展进步，也给残疾人融入社会施展才干创造了更多的机会。他们也越来越多的参与正常的社会生活，交通的问题也越来越突出了。下肢残疾的残疾人很多需要以轮椅代步，普通的交通工具对于他们来说 是难以上下的。因为下肢运动障碍，普通的汽车也无法驾驶。这就要求公共交通工具能够提供轮椅登车机构，而对有条件自驾车的残疾人可以通过加装手操纵装置，实现驾车梦想。 图 辰金杯轮椅升降客车 当然还有更高档的残疾人专用车，通过轮椅升降装置直接连人带轮椅送进驾驶位，就坐在轮椅上驾驶。这是东京车展上丰田公司的一款残疾人专用汽车的概念车。 共 24 页 第 7 页 装 订 线 图 残疾人专用驾驶汽车 这次毕业设计设计者有幸抽到这种创新机构设计题目，经过两个星期的毕业实习，懂得了 许多关于大客车的知识，也在实习带队老师的讲解之下 了解了大客车的相关构造，也在不知不觉中明白了这样一个基本准则 设计就是不 断协调矛盾的过程。 概念性的创新也来源与生活，一切生活素材的整合才能有好的创新成果，概念成型后，经过实际的修正和 实践的检验，必将诞生独特的发明 这也是作为一个工程技术人员努力的最高境界。本次设计设计者也从互联网上看到了一些 相关的图片，在看到效果图以后自己反复探究其构造，努力整合良好的设计因素， 拚弃不利于设计者的结构因素来展开整个设计过程。 由于设计者是学习车辆工程专业的学生，尤其对其中的残疾人轮椅升降系统感兴趣，现利用毕业设计这一锻炼四年所学知识的机会接到了 兼用残疾人轮椅升降系统这一题目，利用一个多月的 时间设计了一套轮椅升降机，该装置上有一放置轮椅的平台，平台前后各有一翻板，平台和前后翻板用来使轮椅从地面进入平台，进而进入车内。前后翻板还可防止轮椅在平台在升降过程中从平台前后方向滑落。该升降机由轮椅乘坐者或经过培训的服务员、司机操作。该系列升降机具有电动液压工作动力单元，动力单元内有一手动备用泵，在升降机断电或电控系统出现故障的情况下，可以通过手动装置的操作实现升降机的各种使用功能。 作为新世纪的一名大学生，本着服务社会的基本原则，设计者愿为我国和谐社会建设，人文关怀氛围的营造献出自己的绵薄之力！ 共 24 页 第 8 页 装 订 线 第二章 系统开发设计方案说明 料搜集及方案比较） 本次毕业设计的题目为 兼容残疾人轮椅升降装置的城市客车，因为这个题目比较新颖，而且国内兼容残疾人轮椅升降装置的城市客车并没有大批量生产，所以认为是个创新设计。 但创新工作的一切一切都是由基础知识所赋予的，整套设备的设计也不例外。 首先，其机构的动作就是要使残疾人顺利蹬车，下车的升降平台。在国内目前的升降装置的有螺旋传动升降机构，、液压升降机构等。而液压升降机 构以其安全性好，传动效率高，运行柔和稳定，寿命长的特点，已得到了升降台设计者的一致认可。 设计之初的想法是，借鉴剪叉式液压升降机的原理，设计了十字叉式升降机构，整体动作为出 下降 提升至中位 举升 残疾人蹬车 下降至中位 机构收回等一系列动作，但这种设计的缺陷是，要实现预期动作的话，在升降机运动到中位的时候，必然涉及死点问题。所以整套机构过死点的问题也不好解决，想要绕开死点如果要实现，机构的复杂性是不言而喻的。 如图所示： 图 椅升降平台方案 共 24 页 第 9 页 装 订 线 图 为本次设计的 兼用残疾人轮椅升 降系统属于机构创新设计借助国外相关资料看看，首先设计者找到如图的资料： 图 臂式 轮椅升降平台 这种单臂式的升降装置第一不能保证机构的强度，第二吊臂必须要垂直，此套机构的优点是，平板在收起的时候是借助了一套平行四边形机构，并且此套平行四边形机构也承担平板的部分载荷，避免单一的由垂直吊臂的挡块来受力，此套机构对减少吊臂所受的剪力和弯矩有利，还有就是在升降平台的前翻版上安装有一套所谓的 “ 天线机构 ” 通过运动协调与校核，使机构举升到中位以后残疾人可以顺利蹬车，而在此过程中人力所要做的将翻板翻过则大大省 略了。但是重要的和液压缸体外侧所铰接并和吊臂铰接的杆的设计则在现有的工具和实验条件下是难以确定的（传统的运动校核方法有图解法，解析法，实验法）。 第二种所寻找的法案就是江淮汽车的升降装置，如图所示： 图 淮汽车轮椅升降装置 此套方案的优点是，可以按照总布置的要求：协调好以下矛盾：在车门尺寸方面可以合理进行尺寸分配，且机构可以在残疾人蹬车以后自动收起，不与车门冲突；设计载荷 150用双吊臂结构，可以保证选用材料经强度校核后安全可靠 ;吸取方案二的平行四边形机构举升作为其举升的基本机构；仍然采 用方案二所示的平行四边形收起机构，并像上图所示的在平行四边形上加上扶手，以便于残疾人自身主动保证安全。本套机构自身的吊臂上是弯曲的机构其空间上与汽车垂向的夹角与车内铰接点的连线与垂向的夹角相等，在加之设计者自己完善的平行四边形机构，保证了吊臂始终垂直（因为吊臂的弯曲部分始终方向不变，牵连的使吊臂垂直）。在对角线采用液压动力单元作为举升机构，所以整套机构和谐，轻便，安全并且在技术上可行。 但是机构的缺点在于，机构安装在车身内部，势必要占据车内空间，牵扯到 共 24 页 第 10 页 装 订 线 最大的一个问题就是，残疾人轮椅在上 升到车门位置的时候，如何进入总布置布置的区域，而与升降机构不发生碰撞和摩擦，由于关系到乘员的安全问题，所以排除了此套方案。 到毕业设计的中期，根据进一步分析前期的设计方法，设计者又回到最初的构想方案如下：，把双向运动的十字叉结构，改成单向运动的形式避免了在中位的时候过死点的技术难题，只需要完成伸出 下降 提升 残疾人蹬车 机构收回几个简单的动作，很大程度上简化了设计问题。 见下图： 图 字叉式轮椅升降装置 此机构的优点在于，四杆机构能很好的分担平板的载荷，保证了机构的安全性。各个挡板及导板 由专业操作人员手动展开，可以配合残疾人的上车动作。由于本机构是安装在地板和车架之间的，不占用车身内部的任何空间，使残疾人轮椅在上车后，可以很方便的移动到 专门布置的区域，经过几种方案的比较，设计者最终决定采用这种方案。 2 2 需要进行的任务 (1)整套机构的受力分析，运动校核，基本尺寸的确定； (2)动力单元液压元器件的计算和设计校核； (3)材料强度，刚度的校核； (4)装配可行性的分析，说明，装配偶件，连接件的选择，强度刚度校核； (5)明细表的指定。 共 24 页 第 11 页 装 订 线 第三章 总体设 计 力分析以及强度校核 下图是根据总布置所分配的基本尺寸（车地板高 900高 1500做的机构运动校核图，根据运动校核的方法（分为图解法，试验法和解析法），本次运动校核采用图解法和实验法相结合的方法来做机构运动校核。此套机构为举升机构的最基本机构 曲柄滑块 机构 ，有三个运动副，包括两个主动杆和四根从动杆 。机构的自由度为 F=3p1+3 45=2 所以机构有 2个自由度，一是垂直运动，一是水平运动。 图 构两个运动 方向示意图 图示为机构的两种运动，上升和下降。主动杆的两端都为滑块机构，当液压缸带动活塞杆推动主动杆做水平运动时，由于从动杆一端固定在底板上，所以主动杆两端的两个滑块是做的相向运动，因而带动与主动杆下端滑块在同一轴线上的从动杆 2的滑块 一起运动，由此可以得知，当活塞杆推动主动杆时 机构做 下降运动，而当活塞杆拉动主动杆时，机构做上升运动，上升的极限位置就是当 所有的杆件重合时的水平位置，可以很明显的看出，机构在升降的同时不会与任何外部组件发生运动干涉。 图 机构运动校核图 上图所示为升降装置的三个升降步 骤，可以由次方便的算出杆件在中位，低位的夹角。 因为本次设计属于概念性质的设计，所以 滑块机构的基本尺寸 都是从图解法和实验法的运动校核中反复画图，反复实验，并最终实现到不与车门 侧边框碰撞 ， 共 24 页 第 12 页 装 订 线 产生运动干涉而 得出的。 机构运动的可能性分析 ，下面进行机构运动的可能性分析，因为此次设计属于机构创新性质的设计， 如何让机构运动是设计者考虑的首要因素，而要动作，必须有力的作用才能保证运动 ，下面就就本套机构在几个典型位置的受力情况（启动，液压缸处于水平位置，以及 过了水平位置以后）来证明此套设计能够运动。 构结构分析 本机构中受力作用的就是主动杆和从动杆，其都为直杆，而且只受拉力无弯矩和扭矩。 受拉力的大小 F=1500N 杆件 采用的是 许用应力 s =160拉伸应力 F/A=1500/40 107. 5以总的应力 中a x p 2 1 4 0 N 8 0 . 8 2 3 5 M P a = 1 8 8 M P 1 . 4 s 轾 = ? = = ?犏臌+桫 则( ) ( )0 61 2 611 . 2 2 1 4 0 2 5 6 8 1 0 . 4 80 . 3 5 2 0 . 1 5 0 . 1 2 0 . 0 8 0 . 2 4 5 K T N m N mF k Nf r r r m ? = = =+ + + 创 +又预紧力 0p m a x 236 1 0 . 4 8 2 1 4 0 3 1 8 80 . 0 2 1 1 1 . 4 k N N m M P a M P m m ? = + = + 地基接合面在受载前由于预紧力而产生的挤压应力0 26 1 0 . 4 830 . 0 1p zF P = = = 则有 m a x m a x 6 8 a 1 7 1 M P a 1 8 8 M P ap p p M P a M Ps s s s= + D = + = ?所以连接强度是足够的。 再 验 算 螺 栓 的 强 度 ， 则 有 ： 21 4 1 . 3 4 1 . 3 1 0 . 4 8 0 . 0 0 6 2 8 6 . 2 8440F m m ap s p 创? = =选用 关于前后翻版的连接方式的设计出发点和创新：设计者借鉴在普通家用门上固定的和荷叶件，见右图示： 共 24 页 第 15 页 装 订 线 图 页 此部 的上半页（相对与图所说）用浅螺钉上在帆板上 ，下半页也用浅螺钉上在平板上，类似与家常用的门，此机构轻松解决了翻版和平板的连接问题，同样，后翻版也采用了此套连接结构（只是中间轴加粗致使上下两页距离增大，使其张开角度变大使后翻版可以按预定的轨迹搭在地面，方便残疾人连同轮椅一道登上平板。 另外，关于残疾人登上平板以后 翻版的固定问题，设计者也借鉴了在车门设计中的挂钩的作用（在车门后面设置挂钩是为了防止残疾人在平板举升的过程中用手碰到专用门，而使门体碰上升降板，一方面对专用门的内蒙皮有损坏，一方面对残疾人的安全也带来一点隐患，所以同组的专用门设计者便在专用门的 外蒙皮上安装了一个挂钩，并且通过车门运动轨迹校核，在车厢外蒙皮的对应位置设置了挂钩环）。在后翻版上装了一个挂钩，同样通过运动校核定下了挂钩的长度和挂钩环的位置，具体校核过程这里从略。 一 开始起重轮椅的时候垂直吊臂受力最大，依据受力分析为 50F=6200N. 根据载荷 F，依据其选择液压执行原件的工作压力 为本系统属于中低亚或轻载节流调速系统，选取背压为 1=2,而活塞杆直径 D成 d=此有： 222 6m 1 2262000 4( ) 0 2 1 0458m m = =- 创=（ 1 . 6 2 - 0 . 3 5 ）即主要尺寸已经确定进一步可以确定 d=1选择基本回路，由于不存在负载制动过程，故不需要平衡回路及制动回路。 因为设计的平板要承载残疾人与轮椅，所以系统的安全应该是第一位的，升降机构应该在任何位置都可以自锁，所以自然想到液压基本回路中的锁紧回路，原理图见下 ： 共 24 页 第 16 页 装 订 线 图 液压机构原理图 图示为使用液控单向阀（又称双向液压锁）的锁紧回路。当换向阀作为接入时，压力油经左边液控单向阀进入液压缸左腔，同时通过控制口打开右边液控单向阀，使液 压缸右腔的回油可经右边液控单向阀及换向阀流回油箱，活塞向右运动。反之，活塞向左运动。到了需要停留的位置，只要使换向阀处于中位，因为阀的中位为 所以两个液控单向阀均关闭，使活塞双向锁紧，回路中由于液控单向阀的密封性好，泄露极少，锁紧的精度主要取决于液压缸的泄露。这种回路被广泛应用于工程机械，起重运输机械等有锁紧要求的场合（在本设计中刚刚合适）。 本回路的实际应用以在设计者学习液压与气压传动时通过实验实现过，具体见下图： 共 24 页 第 17 页 装 订 线 图 液压元件实物联结图 三选择液压原件： （一）液 压缸 液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为 果取进油路上的压力损失为 使压力继电器能可靠工作，小流量液压泵的最大工作压力为 ( 1 . 6 2 + 0 . 8 + 0 . 5 ) M P a = 2 . 9 2 M P a；大流量液压泵在快进，快速运动时才向液压缸输油，大流量阀的最高工作压力为 : ( 1 . 5 + 0 . 5 ) M P a = 2 M P a，则由工况图可知： 最大流量为 系统比较简单，所以取泄露系数为 ，则两个液压泵的实际流量为 1 . 0 5 1 7 . 6 4 / m i n 1 8 . 5 2 2 L/L/工进时输入液压缸的流量为 小流量液压泵单独供油，所以小液压泵的流量规格最少应为 根据以上压力和流量的数值查阅产品样本，最后确定选取 6型双连叶片液压泵，其小液压泵和大液压泵的排量分别为 6ml/6ml/r,当液压泵的转速 9 4 0 / m 时该液压泵的理论流 量为 ，由于液压缸在工进时输入功率最大，这是液压泵工作压力为 2量为 ，则液压泵驱动电动机所需的功率为： 2 2 7 . 1 1 . 26 0 0 . 7 5k W K = =根据此数值查阅电动机产品样本选取额定功率为 ，额定转速 9 4 0 / m 共 24 页 第 18 页 装 订 线 图 塞杆 缸体、活塞和活塞杆的材料 1)缸体： 机床 当压力超过 8用无缝钢管。 工程机械 5钢和 45钢无缝钢管。压力高时，可采用 275钢锻造。 2）活塞： 整体式活塞 5钢和 45钢。 装配式活塞 磨铸铁、铝合金等，特殊需要的可在钢活塞坯外面装上青铜、黄铜和尼龙耐磨套。 3)活塞杆： 一般采用 35钢和 45钢，当液压缸的冲击振动很大时，可使用 55钢或 40（二）阀类原件及辅助原件： 1） 单向阀 单向阀分成两类 :有普通单向阀和液控单向阀 液控单向阀既有普通单向阀的功能 ,并且只要在远程控制口通以一定压力的控制油液 ,液流反向也能通过 共 24 页 第 19 页 装 订 线 图 向阀 液控单向阀可作为单向闭锁和保压使用。它用于液压系统中，阻止油液反向流动，起到普通单向阀作用；但可利用控制压力油，通过控制活塞打开单向阀芯，使油液实现反向流动。液控单向阀可用在需要严格封闭的油路中，进行单向闭锁，起到 保压作用 。 对单向阀的要求： 1、对于正向开启压力为 用时不允许阀芯锥面垂直向上方安装。 2、管接头连接处，禁止用油漆、麻丝、聚四氟乙烯密封带，可用密封胶。 3、对于外泄式结构的液控单向阀，控制活塞部分的泄漏油应从 2） 溢流阀 图示为球阀式直动型溢流阀。它也有一个阻尼活塞，但与锥阀式结构不同，活塞与球阀之间不是刚性连接，而是通过阻尼弹簧使活塞与球阀接触（活塞两端的液压力平衡）。由于活塞的阻尼作用，可使始终与活塞相连接的球阀运动平稳。 当压力油自进油口经环形槽进 入油腔时，同时液压油经油道进入阀芯右面腔。当油口处压力升高到作用在阀芯右侧的力超过弹簧力的时候。阀芯左移，阀口处于某一开度，油腔和回油环形槽接通，油液从回油口排出，这时压力油作用在阀心上的力就和开度下作用在阀芯上的弹簧力保持平衡： P A=Fs=k( x) 由于阀芯位移量 以 P A=Fs=k( x) =F/A= k( x)/A =常数 即压力也就基本稳定在 共 24 页 第 20 页 装 订 线 图 流阀 3） 三位四通 换向 阀 由 阀体和阀芯组成。阀体圆孔内有 5条环形槽，分别对应 P、 A、 B、 芯上有三个凸台。 图 三位四通换向阀 4 液压泵 当齿轮旋转时，在 A 腔，由于轮齿脱开使容积逐渐增大，形成真空从油箱吸油，随着齿轮的旋转充满在齿槽内的油被带到 B 腔，在 B 腔，由于轮齿啮合，容积逐渐减小，把液压油排出、 利用齿和泵壳形成的封闭容积的变化，完成泵的功能，不需要配流装置，不能变量结构最简单、价格低、径向载荷大 共 24 页 第 21 页 装 订 线 图 压泵 （三）油管： 各原件间连接轨道的规格按液压原件接口处的尺寸决定，液压 缸进，出油管则按输入、排出的最大流量计算。由于液压泵选定之后液压缸在各个工作阶段的进、出流量已与原定数值不同，所以需要重新计算。 按照经验值推荐去油液在压油管的流速 v=3m/s,则算得与液压缸无杆腔及有杆腔相 连 的 油 管 内 径 分 别 为6
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