《一套汽车升降专用的液压升降平台的结构设计》14000字（论文）

第1章绪论网络拓扑自动生成、网络流量监测和网络故障检测的研究与实现PAGE10第五章关键部件设计和其有限元分析5.1确定叉杆的结构和有限元分析5.1.1叉杆的结构确定和受力分析叉杆是升降平台系统中最主要支撑部件和主要的受力机构。设计的成功取决了整个设计工作的成功。由于45号钢的性能最好所以叉杆选材45号钢。其中与液压缸横轴相接的叉杆的外形图如图5-1所示，叉杆全长2100mm,其两侧和中心分别有一个35mm的孔用来与其他叉杆铰接，两侧孔距为2030mm,外端倒圆半径为35mm，两侧倾角为25°。在叉杆全长的三分之一处有个50mm的孔与横轴配合，其余叉杆则没有此孔。图5-1叉杆的外形图首先根据布局和载荷对叉杆进行受力分析，图5-2是支撑叉杆的受力分析简图，根据图5-2可知杆一是叉杆中与其他零件接触最多的，有三个受力接触面，其受力也最多，下面主要分析杆一的受力情况，杆一满足情况则所有叉杆均满足情况。图5-2各叉杆的受力简图如图5-3所示，杆一的受力主要在四个部分，分别是两头固定部位、中间铰接部分和三分之一液压缸铰接处。首先将ɑ=5°，θ=10°，W=Q=9800N，P=11.6Q代入公式求得每部分的具体受力大小。图5-3杆一受力分析图设叉杆横截面积A=b×h，如图5-4，根据经验初选h=0.1m，b=25mm并对其进行分析。图5-4叉杆横截面积5.1.2叉杆的静力学分析有限元分析是一种虚拟的受力分析方式，它可以将元件划分成多个微小部分，方便人们直观的感受到力的存在和变化是一种有效的设计验证方法。下面我将使用SolidWorks在绘制出叉杆三维图的基础上对其进行有限元受力分析，首先对其三个孔面进行固定，把叉杆的三个受力孔分别一分为二，将叉杆固定后，把5-3中的各力代入，受力如5-5所示：图5-5叉杆的外部载荷在添加过载荷以后，首先需要生成网格形式最后应力分析结果如图5-6所示：图5-6叉杆的应力结果图图中叉杆材料的屈服力为5.3×108N/m2取安全系数1.1进行校核，计算得允许应力为5.3×108/1.1=4.81×108N/m2。叉杆的受力最大处屈服力为5.657×107N/m2远远小于材料的允许屈服力，此设计合理。5.2底板的选取底板位于整个装置最下部，支撑着整个系统，其上有滑道。根据设计要求，初步选取底板的长为2560mm,宽为1700mm，厚度为20mm，为防止设备跑出底板，底板两侧加高，两侧突出高度为80mm。滑道内侧底板的长度2560mm,宽度为1500mm，滑道高度为25mm,宽度25mm。材料选用45号钢。结构如图5-7所示：图5-7下底板的结构首先对底板的底面进行固定，底板的受力大小等于系统的受力即为F，F作用在底板上，作用面积为2560mm×1500mm=3.84m2所受压力为119568/3.84=31137.5Pa。把上述力加载完成后，对底板进行静力学应力分析，结果如5-8所示：图5-8底板的应力结果图由图可知底板材料45号钢的屈服力为5.3×108N/m2安全系数取1.1进行校核，计算得允许应力为5.3×108/1.1=4.81×108N/m2。底板的最大屈服力为2.371×104N/m2远远小于材料的允许屈服力，此设计合理。5.3台板的选取台板位于升降平台的顶部，是与载重直接接触受力的部分。车辆可以平稳地停在升降平台上，这是台板的关键作用。在开始任何维护工作之前需要先让汽车驶入台板。需要注意的是，台板不仅仅是一块支撑板，也是升降平台的滑道，因为在升降台的叉板上有滑轮。台板的下部设计了滑道，滑道的作用是让滑轮在里面来回滑动，以保证升降台滑轮的滑动和提高后备动作速度。根据上述汽车尺寸参数，初步确定台板的长度为两千六百毫米，宽度为四百五十毫米，两侧高度为80mm，厚度为20mm,滑道长度为2560mm,宽度为25mm,厚度为25mm。材料选用性能最好的45号钢。图5-9台板的结构如图5-9所示，因为台板与负载直接接触，负载的大小为两吨，根据上文计算结果，台板的受力大小为Q，由选择的长度和宽度最后算得力的作用面积为2600mm×450mm=1.17m2，则台板所受压力为Q/1.17=9800/1.17=7607Pa。在对台板加载好受力后，对其进行静力学分析，结果如5-10所示：图5-10台板的应力结果由图可知台板材料45号钢的屈服力为5.3×108N/m2安全系数取1.1进行校核，计算得允许应力为5.3×108/1.1=4.81×108N/m2。台板的最大屈服力为7.738×104N/m2远远小于材料的允许屈服力，此设计合理。5.4横轴的选取横轴是液压油缸活塞杆端部耳环与叉杆的连接部分，每个液压缸连接一个，一共有两个根据整体布局结构，需要横轴长度为220mm，由于是单耳环连接，由于单耳环内径为50mm，横轴外径也应为50mm，但考虑到两者的配合不能过紧，以减少横轴的磨损。横轴外径应略小于50mm，最后确定其为49mm。材料选取45号钢。当叉杆和底板夹角为5°时，P=113680N，因为单耳环的宽度为60mm,P作用于横轴上的力均匀分布的，因此压力为P除60mm,压力为1.89MPa。图5-11横轴受力图如图5-11，由于液压缸与横轴的主要接触面长度为60mm,因此只需要分析这段横轴的力，把压力为1.89MPa代入，应力分析结果如图5-12：图5-12横轴的应力结果由图可知横轴材料45号钢的屈服力为5.3×108N/m2安全系数取1.1进行校核，计算得允许应力为5.3×108/1.1=4.81×108N/m2。横轴的最大屈服力为3.38×106N/m2远远小于材料的允许屈服力，此设计合理。5.5整体2D图展示如图5-13所示，在非标件整体设计完成后，将这些非标件与液压缸装配。此装配体共使用16根叉杆，每个升降平台使用8个，两两交叉，每四个叉杆为一组，接触两板的叉杆端一端铰接在两板上，另外一端铰接滚轮板上滑动，叉板各孔经开口销连接。液压缸一端铰接在底板上，另外一端套在与叉杆相配合的横轴上。图5-13整体图第六章总结与展望6.1课题总结通过对此次液压升降平台的设计，我掌握了液压系统设计的基本步骤和一些注意事项，学习了液压缸选型的基本计算过程和计算方法。最后学会了基于Solidworks的静力学分析。在整个设计过程中，首先要对设计工况进行模拟，提出设计要求，将双铰接剪叉式升降平台的参数与具体要求相结合，通过简单的计算，首先选择液压执行器型号，主要参数为具体要求计算选择。然后我们设计了整个液压系统的回路，并简要介绍了回路中使用的主要部件。最后对升降平台所需的非标件进行设计，并通过有限元分析进行受力分析，确定设计的可行性，最终完成整体设计。6.2进一步开发的展望双铰剪式升降平台的研发已取得阶段性成果，整个课题还可以进一步研发，主要包括：(1)如何设计一款升降机，使负载很大时，其所需要的叉杆和底板之间的举升夹角较小，举升液压缸需要的力也减小；(2)液压缸放置时，如何使其力发挥到最大，占地面积也更小；(3)解决减小活塞推力的同时稳定提升速度的问题。参考文献马建,孙守增,芮海田,王磊,马勇,张伟伟,张维,刘辉,陈红燕,刘佼,董强柱.中国筑路机械学术研究综述·2018[J].中国公路学报,2018,31(06):1-164.[2]《中国公路学报》编辑部.中国汽车工程学术研究综述·2017[J].中国公路学报,2017,30(06):1-197.[3]廖海峰.LS环保公司发展战略研究[D].广西大学,2018.[4]齐文虎.液压缸双梁铰接式剪叉升降平台布置方式优化设计[D].兰州理工大学,2011.[5]丁智平.气液动剪叉式升降平台运动受力分析及其应用[J].株洲工学院学报,1999,33(06):49-52.[6]林奎.新型客梯车叉架结构参数优化设计及分析[D].武汉理工大学,2013.[7]曹宪周,任曼曼,杨振和,高燕.剪叉式升降机构在粮食进出仓设备中的应用[J].粮食科技与经济,2013,38(04):52-54.[8]王卫芳.剪叉式升降平台的优化设计[J].硅谷,2008,21(16):41.[9]王兆权.不同力装置布局的双层剪叉式升降平台的比较分析[J].闽江学院学报,2021,42(05):25-34.[10]石桐宁.剪叉式升降机构稳定性分析与结构优化[D].哈尔滨理工大学,2017.[11]西庆坤,杨德辉,李兴慧.二级剪叉式液压升降机液压缸布置方式研究[J].机械制造,2020,58(04):15-18.马建,孙守增,芮海田,王磊,马勇,张伟伟,张维,刘辉,陈红燕,刘佼,董强柱.中国筑路机械学术研究综述·2018[J].中国公路学报,2018,31(06):1-164.[13]张玮,唐金玲,高晓国.弧形对开闸门液压放料装置在太平矿业公司的应用[J].黄金,2021,42(02):55-58.[14]刘磊.基于多目标规划的机电产品绿色优化设计研究[D].天津科技大学,2015.[15]范帅.一类空间并联机器人刚度建模与刚度缺陷辨识、修复研究[D].电子科技大学,2020.贾祥云,赵彤.工程机械液压系