剪叉式液压举升机的结构设计与优化机械制造专业

1、剪叉式液压升降机的结构设计与优化摘 要剪叉式液压举升机作为一种上下运输的装置，主要用于抬升重物，在很多领域都有应用。由于其结构简单、工作稳定和维修方便等优点，被广泛应用于车站、机场等设施的维修中，但目前缺乏完整的理论分析方法。本课题主要对其特点进行理论分析、结构设计，液压缸的布置，液压系统设计，主要参数的确定，对其关键部位进行计算与校核。对其部件进行设计计算和强度校核，通过优化结构设计来验证结构设计的合理性。关键词：剪叉式，液压升降机，结构设计，优化VAbstractAs a kind of device for up and down transportation, the hydrauli

2、c lifter is mainly used for lifting heavy objects, which has been used in many fields. Due to its advantages of simple structure, stable work and convenient maintenance, it has been widely used in the maintenance of stations, airports and other facilities, but there is no complete theoretical analys

3、is method at present.This project mainly carries out theoretical analysis, structural design, layout of hydraulic cylinder, design of hydraulic system, determination of main parameters, calculation and verification of its key parts. The design calculation and strength check of the components are car

4、ried out to verify the rationality of the structural design by optimizing the structural design. Key Words: Shear fork type, hydraulic lift, structural design, optimization目 录摘 要IIAbstractIII目 录IV第1章 绪 论11.1升降机在生产和生活中的作用和意义11.2升降机国内研究发展情况11.3 升降机国外发展现状和发展趋向31.4 课题来源4第2章 剪切式液压升降机的结构设计方案.62.1剪切式液压升降机的

5、概述及组成42.1.1剪切式液压升降机的概述82.1.1剪切式液压升降机的组成82.3剪切式液压升降机的特点及应用42.2.剪切式液压升降机的原理42.4剪叉式液压升降机的结构设计方案42.4.1升降机结构的设计42.4.2剪叉式液压升降机的结构设计方案42.4.3 升降机机构中液压缸布置方式42.5本章小结4第3章 液压传动系统的设计计算293.1液压系统设计的要求293.1制定液压系统的基本方案293.1.1确定液压执行元件的形式14293.1.2 确定液压缸的类型313.1.3 确定液压缸的安装方式313.1.4 缸盖联接的类型313.1.5拟订液压执行元件运动控制回路313.2确定液压

6、系统的主要参数15323.2.1载荷的组成与计算：323.2.2初选系统压力343.2.3计算液压缸的主要结构尺寸343.2.4确定液压泵的参数18363.2.5管道尺寸的确定383.2.6油箱容量的确定383.3液压缸主要零件结构、材料及技术要求383.3.1缸体383.3.2活塞393.3.3活塞杆403.3.4活塞杆的导向、密封和防尘413.3.5液压缸的排气装置413.436液压缸安装联接部分的型式及尺寸423.4 本章小结44第4章 剪叉式升降机结构设计计算64.1 升降机构的设计64.1.1 升降机构形式的选择64.1.2 直接推动式升降机构64.1.3 连杆组合式升降机构64.2

7、 升降机的两种机构形式84.3 升降机机构中三种液压缸布置方式的分析比较94.3.1问题的提出94.3.2三种方案的分析和比较104.4 剪叉式升降机结构分析114.5 剪叉式升降机的运动分析124.6 剪叉式升降机的动力分析154.7 剪叉式升降机参数的确定164.7.1基本几何尺寸的确定164.7.2 液压缸推力T及行程S的确定164.8剪叉式升降机的校核174.8.1各铰接点的受力分析174.8.2各铰接点销的选择与校核194.8.3油缸作用处杆件尺寸的确定与校核204.9 强度校核214.9.1 剪叉臂的强度校核214.9.2 液压缸底架固定横梁的强度校核244.10 轴的强度校核27

8、4.10.1 内剪叉臂固定端销轴的强度校核274.10.2 液压缸缸体尾部销轴的强度校核274.10.3 液压缸活塞杆头部支撑轴的强度校核284.11本章小结27第5章 剪叉式升降机结构设计的优化455.1位移、速度及加速度分析465.2本章小结46总结50参考文献51致 谢52第1章 绪 论1.1课题研究的作用和意义经济与技术飞速发展，物质财富极大丰富，人们对物质的需求层次不断提高。各行各业竞争激烈，各个企业为应对生存必须对自己的产品有更高的要求。在大环境下的影响下，使用者对举升机有着更高的要求。在当今的市场上升降机的种类是非常多的，需求也是非常大的。升降机最大的特点就是不用多个劳动力就能将

9、重物轻儿易举地将举上去。由此可见升降机对我们作用是相当的大。升降机如今应用在各行各业中，特别是建筑行业，在此行业中它发挥着巨大的作用。 由于人类的数量增多，对地球地表的空间需求越来越大，而地表的空间有限，人们不得瞄准高空的空间资源，从而引起对升降的机构需求越来多。很大的便利。升降机作为一种登高的设备，它应用比较广泛，比如在影院、宾馆、工厂等等场所需要登高的地方都会用到举升机，小到清洁、灯具维修换修，大到设备的调试安装维护及保养。虽然升降机的种类多，但市场上很常见的是液压升降机和链条式升降机。其中剪叉式液压升降机应用最广泛，市场最大。在国内它的设计理论还不是很成熟，所以对其研究是很有必要的。1.

10、2剪叉式液压升降机在国内的研究发展情况 剪叉式液压升降机在国内的生产起步较晚，但发展较快。从1979以来，升降机的更新越来越快，不仅在产品的结构发生了显著的变化，而且在驱动的方式上、控制方式也发生了变化。原有的基础功能的旧式子升降机已经逐渐无法满足人们的生活和工作要求，越来越丰富和多样功能的升降机正在成为迫切的需要。创新程度不断加深，新的技术正应运而生，老式的升降机已不占优势。由最初的调压调速交流调速梯到VVVF交流变频调速来控制系统平台，再到采用 PLC和微机控制技术，现如今梯形的速度最高可以达到4m/s；升降机出现了翻天覆地的变化。虽然在国内升降机的研究很多，但剪叉式液压升降机的研究并不多

11、。剪叉式液压升降机按运动方式主要分为牵引式、移动式、固定式。每种类型都要对它进行设计，在国内还没有一家进行过专业的理论验算设计的公司。所以国内还没有一家品牌级的升降机厂家。在国内生产这个的厂家主要上海序达、济南天正泰、徐州三一重工。在国内设计人员拿着国外进口仿造绘制，没有进行理论计算和分析，国内对其的研究文献少知又少。缺少理论设计依据会造成材料、成本和物力的浪费。由于建筑行业的兴起，升降机的需求越来越多，剪叉式举升机的需要越来越大。目前它的结构形式比较单一，研究它是很有商用价值的。1.3 剪叉式液压升降机国外研究现状和发展趋向升降机最初是源于希腊，六七十年代出现皱型。经过十几年生产，很成熟了。

12、但对于剪叉式液压升降机还有待研究。对于建筑行业的火热造成升降机的需求增加。对其研究很有必要。他们的主要研究重心放在剪叉式升降机的结构设计和创新上。通过剪叉式升降机的特点来判断其它的需求，利用三维软件进行绘制，并用有限元分析部件的受力情况。通过不断地改变其结构、零部件尺寸，来优化其结构。当前国外生产这种的国家比较多，如美国、德国、日本、英国等等，W.Shan利用软件通过计算剪叉臂进行优化，采用刚度矩阵进行计算截面尺寸，要进行优化。它的市场非常大，剪叉式液压的研究才开始。它应用在流水线上的研究较多。在这方面它有更高的商业价值。剪叉式液压又是这些研究者首选的结构。1.4 课题来源及研究内容1.4.1

13、课题来源随着升降机的需求增加，所需功能增加，剪叉式液压式升降机的理论设计还不成熟，国内的产品又没有形成一个品牌效应。根据现在国家的号召各行各业开始走信息化、网络化，绿色环保化的道路，各行业开始提升自己的设计、生产能力，对各方面都有更高的要求。升降机作为一种常见的高空运输的装备，必须有更高的要求。目前剪叉式液压升降机的功能还不能满足市场上的要求，适用范围小，现需要开发出更高品质的、更有保障、更加经济、更加安全的升降机。为使它的适用范围广，功能全，能满足市场上的需求。对其研究就迫在眉睫。此课题就这样由此产生了。1.4.2课题研究内容 （1）剪叉式升降平台组成、原理、特点及应用；（2）剪叉式升降平台

14、结构设计方案；（3）液压系统设计计算（4）关键部件设计计算及强度校核（5）结构设计的优化 49Rec 第2章 升降机的结构方案设计2.1剪叉式液压升降机的概述及组成 2.1.1.剪叉式液压升降机的概述剪叉式液压升降机可分为固定式、移动式。而移动式又可分为牵引式、人工自行走牵引式、全自动牵引式。剪叉固定式一般用在专用的场合下，一般与墙体围墙一起安装在一个地方，它是长时间固定在一处，使用寿命比较长，升降平台升起后有较高的稳定性，作业面积大，承载能力高，适合多个人同时作业，常用在机场候车楼、舞台、码头、厂矿和仓库车间。而牵引式底座底座安装有柴油机或驱动装置和车轮，它可以随处移动，一般用在消防和建筑工

15、地比较多。人工自行走式它可以移动但它到达目的地时它的四个脚开始张开，它就变成固定式，它运行最稳定，平台地基基础好稳固，承载能力高，但它需要人来控制它，比较吃力。全自动牵引式相对牵引式多加了一些装置，它很快速、方便移动，操作也比较容易，例如登高救护车、地矿登高车经常采用这种结构。剪叉式液压升降机与其它的升降机相比，他的高空作业运行速度最快，效率高，承载能力强，安全系数高。剪叉式举升机由高强度锰钢矩形管制作而成，内设有防超载安全装置、安全保护阀和在停电情况下的应急下降装置。它的剪叉式结构，可以让它自由的收缩，它所占用的空间比较少。它适用于各个行业的高空作业。它们的结构相对其它升降机来说比较简单，所

16、占空间比较少，在停电或无电源场所下，通过加装手动装置也能使升降机正常工作。它是目前应用最广，是最理想的高空作业设备。 2.1.2.剪叉式液压升降机的组成剪切式液压升降机主要是由轻型钢结构所围成剪切式四杆机构并用液压驱动油缸顶起平台。其主要组成部分为:升降机构、底座、驱动、液压系统、平台、电气及辅助部分。(1) 驱动部分:减速电机、皮带、皮带轮；(2) 底座：钢结构底盘、连接件；(3) 升降机构：内臂架、外臂架、销轴等；(4) 液压部分: 油泵、液压管件、油箱、节流阀、调速阀、单向阀、电磁换向阀；(5) 电气部分:配电箱、照明灯等装置组成；(6) 平台部分:承载重物的钢结构平台，联接升降剪叉形钢

17、架:(7) 辅助部分:压力表和安全阀、紧急开关、电气短路保护装置等组成:2.2剪叉式液压升降机的原理升降机启动时，油泵开始工作，电磁阀处于左位，液压缸的活塞向上运动，剪叉臂向上张开，平台托起重物向上升起，当电磁阀处于右位，由于液压缸的活塞向下运动，液压油直接流入油箱中，平台由于自身重力作用下向下运动，剪叉架就进行收缩，使得升降机向下下降。其运动原理简图如下： 图2-1剪叉架两支架臂在O点处铰接，支架2、4分别固定在上、下板面上，通过液压活塞杆的伸缩和铰接点A点的作用下实现货物的举升。液压缸杆向左伸杆2下端往右运动，杆2上端往下运动，紧随着杆3上端向下运动，杆3带动平台4往下动。从而就使得平台往

18、下运动。若液压缸杆向右运动，杆2下端往左运动，同杆传力使得杆2上端往右端运动。杆2带动平台4使得向上动，从而使平台向上运动。 2.3剪叉式液压升降机的特点及应用 1.剪叉式升降机运行速度较快，操作方便，运行行程范围大；2.结构紧凑，制作简单，成本较低，人；3.承载能力高，工作较稳定，安全系数高；4. 可适应高频率连续运转；5.它升降稳定性好，运行安全，可满足不同工况的要求。剪叉式液压升降机是升降机中理想的一款机构，它可以任意放置，不限地域的限制，另外他还有自动收缩和展开功能，可节约立体空间。它安装、维护简单，是实用型的货物输送设备。2.4剪叉式液压升降机的结构方案设计 由上文中可知剪叉式液压升

19、降机按固定方式可分为固定式和移动式。尽管剪叉式液压升降机的规格较多但是其基本组成结构是相似的，基本是由底座、起升机构和承重平台组成的 。固定式剪叉升降机与移动式剪叉式升降机最大的不同就是底座，固定式剪叉升降机其底座就只需安装导轨和槽钢就行，移动式则有柴油机或者驱动器、四个轮子等部件。他们共同点都是起升机构由剪叉臂组成，通过销轴相连接。承重平台则是由护栏和钢结构平台组成。升降机的种类的不同之处就是液压缸的布置位置和升降机构的种类和结构方式。本论文中着重介绍此结构的设计。2.4.1液压升降机结构设计方案（1） 液压缸连接方式 液压缸连接方式可分为直接推动式、连杆组合式、油缸前推杠杆平衡式。 a)直

20、接推动式 图2-2 直接推送式升降机构直接推动式升降机构油缸行程较小，油缸的升降力较大，一般用于重型升降机上。b)连杆组合式连杆组台式可分为油缸前（后）推连杆放大式组合、油缸浮动式组合、油缸前(后)推杠杆平衡式组合，等等形式的组合。1）前推(后推)连杆放大式 图2-3 前推杆放大式升降机构 该结构具有极佳的稳定性质，在列车车体向上升起时候，不容易发生倾倒，车体油缸具有压力小、油压稳定性强等优势，但是另一方面，整个结构比较臃肿，体积大，占据了较大的空间。 2）油缸前推(后推)杠杆平衡式 图2-4 前推连杆放大式该连接方式的机构运动性能好，工作行程大，结构不紧凑，液压管路不易布置，油缸摆角较大。3

21、）油缸后推连杆放大式(加伍德式)图2-5油缸后推连杆放大式(加伍德式) 4）油缸后推杠杆平衡式 图2-6油缸后推杠杆平衡式 该连接方式在升降过程中整个结构的运行十分省力，同时与之前的结构组合相比具有更加高效的作业状态。升降机油缸的摆角度小，所对应的升降力度大、系数高。这就造成这结构的升降机结构大，质量上也更加重。由以上分析可知，现在的液压缸连接方式有多种型式，每种形式都有它的特点，这就根据其功能决定，不同的功能要合理选择，按要求连接。选取合适连接方式的基本准则就是在综合考察车辆的运用环境后，按照工艺和成本最优的原则进行。做到“因才施策、精准选择：”。本文中选择直接推动式。2.4.2 剪叉式臂的

22、布置方式 剪叉架的布置方式分为单架式、双架式。 图2-7 单架式 图2-8双架式 单架式结构在实际工作中，升起和降落时候，承重点在承载重物的时候，机构所承载重物的质心与机构的重要支持中心的相对运动幅度和变化都是随机的，并通常较大，那么这就需要机构液压缸的推动力足够强大，这样才能够支撑起重物的升降。较大推力的液压缸和较强承载力的机构需要不断地增加安装尺寸，因此安装尺寸通常需要足够大。单它结构简单、制作、安装容易。双架式固定铰支座的两平行杆同步运动，运行平稳，能承载能力较大，但它安装较困难，多一套液压系统，成本较高。综上所述，考虑成本、使用条件及环境，选用单架式较为合适。2.4.3 升降机机构中液

23、压缸布置方式液压缸的布置位置主要考虑作用点位置、液压缸的安装角度问题。以下是液压缸的三种布置方式，如下图所示：第一种方案，如图2-9所示：底座与液压缸的一端通过铰链相互连接起来，液压缸另一端与支架1相互连接，需要注意，连接点要靠近铰支座大约五分之一的地方。液压缸的活塞杆与支杆1成一定的角度，若想把平台升起，液压缸需要提供很大力才可以将平台顶起，或者液压缸所提供的力臂长要足够长。当平台收缩时液压缸则在很短的时间内将平台降下，但交叉臂不一定达到指定的位置。第二种方案，如图2-10所示：液压缸一端同底座铰支座紧紧相连，液压缸的另外一侧同两个支架的铰支点串接起来，液压缸活塞杆与底座平面成2角度。若要把

24、平台升起，液压缸需要提供的是重物的重力加两剪叉架的重量的重力。此重力非常大。若平台下降时，液压缸需要给它拉力使得平台往下伸缩。则支架的力臂需要更大的力。这种方案则需要量剪叉液压机构的两臂同时运动。而且这种结构所需的液压缸行程要很长，缸径比较大 。这种会造成举升机的尺寸变大。若液压升降机需要所收缩时，液压的支架不一定完全能收回。第三种方案，如图2-11所示：把液压缸带有活塞杆的一侧牢牢与底座的铰链固定住，另外的一侧固定在铰链杆2上。活塞杆的铰链点放置在两铰链杆的中间部位上。活塞杆与底座平面呈度，且使>>，若将平台升起时，液压缸所需的推力相对方案一方案二要小，因为方案一的活塞杆杆长较短

25、，而方案二活塞杆的杆长比方案三的杆长长。虽然方案三中支架所受的力臂比方案二中支架所受的力臂大。但行程则比方案二的短，运行更平缓。它所用的液压缸的尺寸和规格相对来说比较小。布局所需的空间相对方案二的要小，所以它是三个方中最合理的方式。图2-9 第一套方案图2-10 第二套方案图2-11 第三套方案根据以上的分析可知，选择第三套方案是最优的，因此选择方案三（见图）。第3章 液压传动系统的设计计算3.1 液压系统的设计要求液压系统的设计要求：（1） 需要完成基本的升降工作，并且液压起升和降落的速度最好能控制在合理范围，应当和缓，对液压的冲击力尽量降低。（2）液压机最大载荷量控制在3.5t。升降的机构

26、选取单液压缸控制的联接组合式剪叉机构。剪叉机构至少应当可以起升2.3M。（3）整体系统应当符合平稳、便捷的特征。（4）液压系统要求在平坦、牢固、开阔的地面进行安装和操作。诸如砂石地面、木板砖地面是不符合工作环境要求的，不符合安装的基本条件。另外，具有坡度的或者坑坑洼洼的地面存在较大的安全隐患，也应避免。所以，应严格遵循基本工作环境要求，不宜在低温环境中进行操作；（5）价格低，所需费用少，质量有保证，没有多余的功能；3.2制定液压系统的基本方案3.2.1液压执行元件的形式的确定在液压传动系统中我们最普遍应用的是液压缸以及液压泵。这两类执行元件使用最广泛最多。其中液压缸主要负责线性运动功能，液压泵

27、在曲线的尤其是回旋运动上表现良好。下表描述了这两类执行元件的最普遍特征和使用环境：表3.1 液压泵与液压缸特征对比表部 件部件特点可使用的范围两侧对称两侧可以同时工作，保持两侧不对称、需要作用的范围大两侧不能够同时工作，需要一侧在两边同时往返，通过差动快速的连接，使得来回的速度保持一致部件的内部构造简单不能双向工作，只能单向，依靠外界力量做反复运动续表3.1 液压泵与液压缸的特点单叶的转动角度小于双叶的转动角度小于摆动的幅度大小以下摆动的幅度大小以下齿轮泵价格经济、结构明快高转速低扭矩的回转运动在转动过程中的惯性不高、体积不大扭矩不高、转动速度高、动作快、反复运动体积不大、向外输出的扭矩高工作

28、的功率小、速度慢、反复运动运动过程中可以保持稳定，转动的速度大扭矩很大、反复运动转动的速度不高、内部构造繁杂、向外输出的扭矩高扭运转的速度低、进行反复运动注释：代表的是没有杆腔活塞，所占用的面积大小；代表的意义相反，是指有杆腔活塞，所占用的面积大小本实验要满足，第一要能够做出线性及回旋的往复运动。因此最好选取双活塞杆液压缸与齿轮式液压泵相结合的组合结构，这样既可以大大节约经济成本又能减少液压系统设备的成本。此外采用二者相结合的组合，可以达到油画运动机构性能降低液压执行元件载荷的目的。 下图表现的是两类最普遍的工作原理：（a） (b)图3.1 工作原理图上面的图表示两种机构可以在同一时间提高运转

29、速度，经常用于实际生活中，如电梯或者升降台以及其他的升降装置。同时还存在一类可以在运动过程中转换的装置，能够使用液压装置来完成小角度运动，在运动的过程中可以保持非常平稳的进行，而且可以使用液压马达来完成长距离的运动。这个实验结合了回转运动以及扩程运动这两种工作原理。3.2.2液压缸的类型在中型和重型液压的体系中，经常会用到液压缸。根据上升和下降的运动规定以及和特征，进行多方面的考虑，本次所选择的液压缸的特征是直线型、单活塞、具有缓冲性能。3.2.3 液压缸安装方式在实际应用中，通常使用使用耳环型方式来安装单活塞式双作用液压缸。这次设计的液压缸总作用原理是：机构一端自由摆动，一端固定不动。所以最

30、佳连接连接方法是在液压缸的后侧将耳环连在一起，我们在实际情况中就是这样操作。3.2.4 缸盖联接的类型将缸和盖结合在一起，通常来说一共有三种方法：（1）使用法兰联接法 （2）使用外螺纹联接法（3）使用内卡键联接法。本次设计中采用第一种联接方式，即利用法兰联接法。3.2.5拟订液压执行元件运动控制回路在规定好启动液压装置的元件后，需要设计液压回路。液压回路的设计最重要的考虑因素是:首先是液压系统的运动方向，其次要控制好液压系统的运行速度速。在处理流量不大的液压装置时，通常利用换向阀多种排列结合来达到所规定的动作，通过换向阀或是逻辑控制单元来实现方向控制。装置工作的速度过慢，升高和降低的重力过大，

31、工作平稳，而且能够进行人为的操控，达到指定的位置，并且能高度自锁，是本设计剪叉式液压升降机的要求特点。3.3液压系统主要参数的选取液压体系的参考数据主要有两个，分别是液压体系的压力大小以及液压体系的流量值，根据这两个数据可以选择合适的液压元件完成设计。元件的运行速度、结构和尺寸决定了系统的流量，系统的外载荷决定了系统的压力值。3.3.1系统载荷组成： 1、 将举升机的高度提升至，此时液压缸可以产生的推力大小将举升机的高度提升至， 根据式，能够计算出，如果举升机不发生位置的移动，或者之间的距离等于，通过式或者式可以算出。将、代入公式内，可以得到。2、 举升机在最低点时液压缸的推力根据图可以得到举

32、升机的部件大小，然后计算出结构尺寸大小，可求出大小 ,再通过公式可知， 得到把代入到公式中，计算得出液压缸能够产生的推力极限，求出。根据上述的讨论可知：在全程的升举中，液压缸在最低点推力为313.08KNN，这也是全程需要的最大推力。这个最大值是我们在液压系统的选取时候需要考量的重要指标。如果将平台的位置放在最低点，使得，那么液压缸可以达到最大负荷。利用选择的载荷量来计算液压缸相关数值。图3.2 液压缸工作原理图上面的工作图是启动液压体系的工作原理图，代表的含义是活塞杆上的最大外力， 代表的含义是液压缸内壁各个原件之间可以产生的阻力。代表的含义是活塞杆正常工作的负荷量，代表的含义是导轨与液压缸

33、部件之间通过摩擦而产生的阻力，代表的含义是因速度的大小改变而发生的惯力改变。（1）通常情况下，工作载荷的类型有很多，通常有以下几种，分别是切削力、重力、等等，这种力的产生方向如果和活塞的方向保持一致，那么就为负值。同理，这种力的产生方向如果和活塞的方向相反，那么就为正值。通常情况下，因为工作的负荷过大，所以活塞自己受到的地球引力就可以不加计算，切削力和挤压力同时产生的外部作用力就是工作的负荷。因为本次试验规定的等于一吨，因此所有的液压缸都满足。（2）使用直线型的液压缸，一般都附带了用以固定运动方向的活塞导轨。其中我们不考虑导轨摩擦力，只考虑总载荷，故为零。（3）， 表示速度的变化量，单位m/s

34、表示起动或制动时间，单位s。（一般机械的启动制动时间为0.10.5s，行走机械介于0.51.5s之间)表示加速度，单位初步选定速度变化量=0.16m/s，=0.6s，则=0.27，用上述惯性载荷、工作载荷、导轨摩擦载荷构成总的液压缸的外载荷。 =108040+0+270=108310N。起动加速时 ， 稳态运动时 ， 减速制动时 。工作载荷并非每阶段都存在，该阶段没有工作，则=0。但在计算和校核时，应按照最大值取。 除了外载荷外，作用于活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的摩擦阻力，由于各种液压缸的密封材质和密封形式不同，密封阻力难以精确计算，一般估算为 （3.2） 式中表示液压缸的机械效率，效率

35、值一般取0.900.95，这里取0.95， 。3.3.2液压系统压力初选液压缸的选择要综合系统压力的大小、载荷的大小以及设备类型而定，此外，还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等限制条件。按表3.2所示初步选取15Mpa。表3.2各种机械常用的系统工作压力机械类型机 床农业机械小型工程机械建筑机械液压机大中型挖掘机重型机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力MPa0.80-0.203.0-5.02.0-8.08.0-10.010.0-18.20.0-32.03.3.3液压缸的主要结构尺寸计算（1）液压缸相关参数和结构尺寸15图3.3表现的是液压缸有关的设计参数：图3.3 液压缸设计参

36、数上图3.3a表示的是液压缸活塞杆在受压时候的状态，图3.3b则是活塞杆再受拉时候的状态。a液压缸活塞杆在受压状态时， （3.3）b液压缸活塞杆在受拉状态时， （3.4）在上面式子中，表示的是，无杆腔活塞有效工作面积（）。表示的是，有杆腔活塞有效工作面积（）。表示的是，液压缸工作腔压力（Pa）。表示的是，液压缸回油腔压力（Pa），压力值由回路决定，下表是估算参考值；D表示的是，活塞直径（m）。D表示的是，活塞杆直径（m）。表3.3 执行元件背压力系 统 类 型背 压 力 MPa简单系统或轻载节流调速系统0.20-0.50回油带调速阀的系统0.40-0.60回油路设置有背压阀的系统0.50-1.

37、50用补油泵的闭式回路0.80-1.50回油路较复杂的工程机械1.20-3.00回油路较短，可直接回油路-文章选取作为压力值。在这具体设计中，液压缸只有一种状态，即受压工作状态，受拉的工作状态并没有体现，因此，我们只需要计算前者的相关系数和指标。根据公式，液压缸在受压状态的活塞面积，表示为： （3.5）在（3.5）式子的实际应用时候，要事前明确和二者之间的联系性，以及液压缸的活塞杆径d和活塞直径D的联系，假设，让活塞杆和径的比例为：=d/D，那么比值按照下表3.4给出的标准选择。按工作压力选取d/D表3.4工作压力MPa5.05.07.07.0d/D0.50-0.530.62-0.700.7根

38、据速度比的基本要求 ，确定好d/D的值表3.5（）1.251.331.460.1612.0d/D0.400.500.550.620.71注，上述速度比 ，是与的比值即系统活塞两端面积之比。表示为 （3.6）如按工作压力应选取d/D=0.7，则相应的速度比=2，由于活塞不受拉力作用，所以活塞杆收缩时可以适当提高其速度， =2也可。运用直径求法公式，可以求出d=71.8mm。液压缸的直径D和活塞杆径d的计算值要按国家标准规定的液压缸的有关标准进行圆整，如与标准液压缸参数相近，最好选用国产液压缸，免于自行设计加工。按照机械手册中工程液压缸技术规格,可以选择圆整后的参数：缸径为100mm，活塞杆为70

39、mm,速度比=2，工作压力16Mpa，推力125.66kN。（2）计算活塞杆的行程当平台处于最低位置时，此时活塞杆应处于完全收缩状态,液压缸的长度为最小值，=1320mm。再计算一下平台上升的最大高度，这里设上升至最大高度的，计算得出最大高度H=2.1m。此时活塞杆伸长至。当活塞杆完全收缩时，液压缸的长度就等于，选定液压缸长度为1320mm。计算其行程： 。可以查得液压缸长度不得小于，实际长度满足要求。3.3.4液压泵的参数的确定18（1）根据公式，液压泵的最大工作压力为 ， Pa，上述式子中，表示液压缸可以承受的最大压力，根据可以求出从液压泵出口到液压缸入口之间的总的管路损失。初算可按经验数

40、据选取：管路简单、流速不大的取0.20.5Mpa；管路复杂，进油口有调速阀的，一般取0.51.5 Mpa。这里取0.5Mpa。即（2）确定液压泵的流量 K系统泄漏系数，一般取1.11.3，这里取1.2液压缸的最大流量，对于在工作中用节流调速的系统，还需加上溢流阀的最小溢流量，一般取在前面已经初步选定台面速度变化量=0.16m/s， 本文就设定台面起升的最大速度，则活塞的运动速度应用公式，（这是在台面刚刚起升状态时，）所以（3）选择液压泵的规格 由以上求得的数值以初定的液压泵的形式，在手册中选择相应的液压泵产品。一般情况下，所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大2560%，这样可以为液压泵油储备

41、一定的压力。查找手册选择CB-型齿轮泵，3.6是其参数值。表3.6 CB-型齿轮泵型号排量压 力转 速特点生产厂额定最高额定最高CB-10.0-40.016.020.01800.02400.0壳体为铝合金、可双联泵榆次液压件厂（4）确定液压泵的驱动功率实际的应用中，若液压泵的压力以及流量都相对稳定，那么有，公式中的，表示的是液压泵的总效率。表3.7中选取，=0.7。表3.7 液压泵效率液压泵类型齿轮泵螺杆泵叶片泵柱塞泵总效率0.60-0.700.65-0.800.60-0.750.80-0.85那么有，根据此结果选取适合的机型。3.3.5确定管道尺寸在液压、气压传动及润滑的管道中经常使用一些诸

42、如：钢材质管道、铜材质管道、胶材质管道。这些不同材质的管道中，承压能力最强的当属钢管，钢材可以承受较大压力，并且价廉多用在装配位置比较方便的地方，这里本文采用钢管连接。管道内径的计算 （3.7）上述式子中 Q表示的是，管内流量，单位是V表示的是，管内允许流速，单位是 。表3.8是上述管道值取值范围。表3.8 管道尺寸油液流经的管道推荐流速 m/s液压泵吸油管道0.50-1.50，一般小于1液压系统压油管道3.0-6.0压力高、管道粘度小取大值液压系统回油管道1.50-2.60取=0.8m/s，=4m/s, =2m/s.利用（3.7）中的式子，解得=20.2mm,=10.7mm,=15.2mm，

43、按照相关标准，通过综合分析，选出的罐子内经为=20mm，=10.7mm, =15mm，管壁的厚度为。3.3.6油箱容量的确定邮箱的尺寸需要综合考虑以下因素：首先要满足系统供油要求，还要保证执行元件全部排油时，油箱不能溢出；其次，要求系统最大可能充满油时，油箱的油位不低于最低限度。初设计时，按式 选取。式中：表示的是，每分钟排出压力油容积； 表示的是经验系数，根据下表3.9，选择=4作为参数。表3.9 油箱容量系统类型行走机械低压系统中压系统锻压系统冶金机械1.0-2。02.0-4.05.0-7.06.0-12.010.0则。3.4液压缸主要的零件结构和材料及技术的要求3.4.1缸体要求1、 缸

44、体的材料（选取45号钢）液压缸通常在缸体选取上，用的是20号无缝钢管、35号无缝钢管以及45号无缝钢管。更多的情况是，使用45号无缝钢管，并应调质到241285HB。缸体毛坯可采用锻刚，铸铁或铸铁件。铸刚可采用ZG35B等材料，铸铁可采用HT200HT350之间材料类型。在一些特别场合，也使用铝合金作为缸体材料。2、 缸体设计技术要求（1）缸体内径采用H8、9配合。表面粗糙度的范围表述：当活塞采用橡胶密封圈时，Ra为0.10.4，当活塞用活塞环密封时，Ra为0.20.4。且均需衍磨。（2）缸体内径D的圆度公差值可按9、10或11级精度选取，圆柱度公差值应按8级精度选取。（3）缸体端面T的垂直度

45、公差可按7级精度选取。（4）当缸体与缸头采用螺纹联接时，螺纹应取为6级精度的公制螺纹。（5）当缸体带有耳环或销轴时，孔径或轴径的中心线对缸体内孔轴线的垂直公差值应按9级精度选取。（6）为了防止腐蚀和提高寿命，缸体内表面应镀以厚度为3040的铬层，镀后进行衍磨或抛光。3.4.2活塞1、 活塞与活塞杆的联接型式活塞与活塞杆的联接形式见表3.10所示，这里采用螺纹联接。表3.10 联接形式联接方式备注说明整体联接用于工作压力较大、并且活塞直径较小时螺纹联接常用的联接方式半环联接用于工作压力、机械振动较大时2、 活塞与缸体的密封结构活塞的密封结构和缸体的密封结构不是一成不变的，在工作压力改变，环境温度

46、变化，或者出现不同介质的情况下，密封的方式和材料通常会发生相应变化，下图3-11就是通常见到的密封形式。18。表3.11 密封形式密封形式备注说明间隙密封用于低压系统中、的密封活塞环密封用于温度变化大，要求摩擦力小、寿命长的活塞密封O型密封圈密封用于密封性能好，摩擦系数小；安装空间小，广泛用于固定密封和运动密封Y型密封圈密封用在20MPa下、往复运动速度较高的液压缸密封结合本设计所需要求，采用O型密封圈密封比较合适。3、 活塞的材料耐磨铸铁、灰铸铁（HT300、HT350）、钢及铝合金等为液压缸常用的活塞材料，这里采用45号钢。3.4.3活塞杆1、 端部结构活塞杆端部结构分为外螺纹、内螺纹、单

47、耳环、双耳环、球头、柱销等多种形式。为了便于拆卸维护，根据本设计的结构，可选用内螺纹结构外接单耳环。2、 端部尺寸按照本设计要求，选用直径螺距-螺纹长=。3、 活塞杆结构活塞杆有实心和空心两种。实心活塞杆的材料为35、45号钢；空心活塞杆材料为35、45号无缝钢管。本设计采用实心活塞杆，选用45号钢。3.4.4液压缸的排气装置液压气缸的排气阀作用是排除缸体内空气的出口。液压气缸的排气装置需要保证系统的运行顺畅，因此通常选取缸体两端设置排气口。这样的双设计，可以使之平稳工作，保证其安全和顺畅的作业。下图3.4表示双排气阀结构。图3.4 排气阀结构3.4.6液压系统的设计只有两侧举升机上升过程中，

48、始终保持同一高度，活塞的运行速度时刻保持相等，才能保证小车被水平举起而不发生侧偏。即：举升机液压回路必须同步。 举升机的液压回路18如图3.5所示，主要有两部分组成：机械锁回路、升降回路。第1，左侧机械锁液压缸,；第2，右侧机械锁液压缸；第3， 两位三通电磁阀 ；第4滤油器 ；第5，液压泵；第6，溢流阀；第7，三位四通电磁阀；第8，普通调速阀；第9，比例调速阀 ；第10，左升降缸；第11，右升降缸。图3.5 汽车举升机液压控制回路1、机械锁回路机械锁回路由油缸1、油缸2和两位三通电磁阀3组成。当电磁阀YA1得电时，两位三通电磁阀3左位工作，压力油进入液压缸1、2下腔，驱动活塞向上移动，将机械锁

49、打开，此时举升臂可自由上升或下降。当YA1失电时，两位三通阀处于右位工作时，油缸下腔与邮箱直接相通，腔内油压为零时，油缸活塞在缸内弹簧和机械锁动齿条自重的作用下收回，机械锁闭合，举升臂被锁住，这时候难以正常活动。这时候机械检修工，便可以趁此机会进行机械维修与排检。2 、升降回路升降回路由三位四通阀7、普通调速阀8、比例调速阀9、左升降液压缸10、右升降液压缸11组成。当三位四通阀7的YA2得电时，YA3失电时，油液上升，通过调速阀到达缸10、11。当YA2失电时，YA3得电时，两油缸下降。汽车举升机液压控制回路是用电液比例调速阀控制的同步回路，回路中使用了一个普通调速阀8和一个比例调速阀9.它

50、们装在由多个单向阀组成的桥式回路中，并分别控制着液压缸10、11的运动，当两个活塞出现位置误差时，检测装置就会发出信号，调节比例调速阀的开度，使液压缸11的活塞跟上液压缸10的运动而实现同步。这种回路的同步精度较置精度可达0.5mm，费用低，系统对环境适应性强。下面是剪刀式举升机液压控制回路进行总结后的工作行程表3.13所示表3.13 工作行程表电磁铁举升机上升举升机下降YA1信号 +信号 +YA2信号 +信号 -YA3信号 -信号 +举升机的举升性能和效率直接与其液压系统的设计合理性挂钩。剪刀式举升机液压系统主要是举升液压系统。本次剪刀式举升机的设计主要偏重于机械结构的设计分析，而其液压系统

51、所采用的液压泵、液压缸、液压阀等液压系统元件均为高度标准化、系列化与通用化，并且由专业化液压件厂集中生产供应。因此在本设计中只需要进行液压元件计算选型。其主要内容包括油缸的直径与行程、油泵工作压力、流量、功率以及各种相关控制阀的选型等19。3.5 本章小结本章对举升机液压系统进行设计，主要包括了对上升油路、下降回路、机械锁回路的油路走向等液压原理图的设计，以及对液压系统中的各组成部分的组成和功用进行了简单的介绍，也包括举升液压缸和油泵的计算、液压缸的选型、油箱、油管的尺寸规格设计等。本章结合剪叉式升降机工况主要剪叉式升降机中电气部分的工作原理图及各个部分的基本组成和功用，并且根据设计计算考虑电动机的选型。第四章 剪叉式举升机的结构及运动的分析及结构设计计算4.1剪叉式升降机结构分析设定钢平台的高度为5m,为使钢平台升到最高点时人员是安全的，则剪叉臂与水平方向的最大夹角不得超过45°。若要使平台上升到5m，则它至少需要四层剪叉臂，如4.1图所示：图4.1四层铰链图升降机的剪叉架式的剪叉架是最