3477 水果便携式采摘升降台

3477 水果便携式采摘升降台,水果,生果,瓜果,便携式,采摘,升降台 12 届毕业设计水果便携式采摘升降台设计说明书学生姓名 史高昆 学 号 8031208220 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业机械化及其自动化 班 级 12-2 指导教师 安 静 日 期 2012. 6 塔里木大学教务处制前 言我国是世界果树种植大国，在水果生产中以苹果、梨、柑橘为大宗，其中苹果434.4万吨，梨472.1万吨，柑橘256万吨。这些水果主要以鲜食为主。采摘过程若收到损伤，将大大缩短保鲜时间，降低果品品质。使用采摘机械不仅提高采摘效率，而且降低了损伤率，节省了人工成本，提高了果农的经济效益。因此，提高采摘作业机械化程度有重要的意义。本文着重介绍水果便携式采摘升降台的设计，该装置不仅方便在果园间的移动及升降，而且可以作为水果采摘头的固定装置，弥补我国在便携式小型升降台和机械化水果采摘方面的空白。目 录1.绪论 .11.升降机机械机构的设计 .41.1 工艺参数 .41.2 升降机机械结构形式和运动机理 .41.2.1 机械结构形式 .41.2.2 升降机的运动机理 .42 升降台的机械计算和零件设计 .52.1 液压缸位置的确定和液压缸推力的计算 .52.2 升降零件的设计 .72.2.1 上顶板结构 .72.2.2 强度校核 .72.3 支架设计 .72.3.1 支架的结构 .72.3.2 支架的受力分析 .82.4 支架间的连接及计算 .132.5 升降台底座的设计和校核 .143.升降台液压系统的设计 .163.1 液压系统的总体规划 .163.2 执行元件类型、数量和安装位置 .163.2.1 液压缸类型选择 .163.3 确定的液压缸及安装 .183.3.1 驱动液压缸的选择 .183.3.2 主动液压缸 .193.3.3 安装位置 .193.4 速度和载荷计算 .19参考文献 .20致 谢 .21水果便携式采摘升降台1.绪论本文着重介绍水果便携式采摘升降台的设计，该装置不仅方便在果园间的移动及升降，而且可以作为水果采摘头的固定装置，弥补我国在便携式小型升降台和机械化水果采摘方面的空白。论文选题的意义：采摘作业所用劳动力占整个生产过程所用劳动力的33% 50% 1，采摘作业比较复杂，季节性很强，若使用人工采摘，不仅效率低、劳动量大，而且容易造成果实的损伤。使用采摘机械不仅提高采摘效率，而且降低了损伤率，节省了人工成本，提高了果农的经济效益。因此，提高采摘作业机械化程度有重要的意义。随着农业从业者的减少及老龄化趋势不断加大,采摘机械的开发利用具有巨大的经济效益和广阔的市场前景。升降机国内外现状分析（1）国内研究现状及分析 2：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。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。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。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。改革开放后的第二个十年可以说是中国升降机行业稳步发展,不断创新的十年。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。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。 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 3。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，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 4。 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。（2）国外研究现状及分析：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 5。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6070年代世界市场中占有的主导地位正逐步受到削弱，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 6。 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。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。通过对国内外发展情况看，用于建筑、汽车行业业的升降台已经相当成熟。但是用于农业、特别是用于水果采摘的升降台在国内外都是空白。因此设计适合水果采摘的升降台是弥补空白的当务之急。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6070年代世界市场中占有的主导地位正逐步受到削弱，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。 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 7。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 8。通过对国内外发展情况看，用于建筑、汽车行业业的升降台已经相当成熟。但是用于农业、特别是用于水果采摘的升降台在国内外都是空白。因此设计适合水果采摘的升降台是弥补空白的当务之急。本设计需要重点研究的、关键的问题的解决:(1)动力的问题：升降台的动力问题一直是困扰国内外的专家的难题，升降平台均以电能或内燃机做动力，也有手、电两用型，以备无电使用，用手压动液压缸升降平台，升降时间长，操作费力，以电源做动力时，在施工现场，升降平台频繁移动，电源线不能无限延长。还有使用车辆内燃机作升降平台的动力，车辆必须相随作业，在一个地点往往停留时间长，使用成本高。因该课题是水果便携式采摘升降台设计，所以突出便携式。决定采用以脚踏为动力，为液压缸提供压力，从而驱动升降台的升降。该装置灵活轻便，不受没有电源及使用内燃机的高成本限制。(2)选择常用升降机构的问题：升降机构的选择对升降台的影响非常大。升降台按其工作原理可分为液压升降台、垂直丝杠升降台、水平丝杠升降台、链条式升降台、螺旋器升降台等。以上升降台，各有优缺，通过按其工况及实际使用情选定出最合适的一种。因为本装置需在果园间不断移动，应具有便携性。考虑到升降行程只需3-5米即可，要求装置本身质量轻、体积小、成本低、对精度要求不高、上升高度需任意可调。决定采用以液压为驱动，以剪式结构为装置支承的特殊机构。该机构能兼顾以上常见机构的优点、克服不利因素。1.升降机机械机构的设计1.1 工艺参数本设计升降机为全液压系统，相关工艺参数为：额定载荷：200kg最低高度：500 mm最大起升高度：1300 mm最大高度：1800mm平台尺寸：1000x500mm1.2 升降机机械结构形式和运动机理 1.2.1 机械结构形式根据升降机的平台尺寸 1000X500mm，参考国内外同类产品的工艺参数可知 9，该升降机宜采用双双叉机构形式：即有两个双叉机构升降台合并而成，有一个液压缸做同步运动，以达到升降机升降的目的。其具体结构形式为：图 1-1 升降机的基本结构形式图 1.1 中 1、2、3、4、5、6、7、8 为支架，主要起支撑作用和运动转化形式的作用，一方面支撑上顶板的载荷，一方面通过其铰接将液压缸的绳缩运动转化为平台的升降运动，上顶板与载荷直接接触，将载荷转化为均布载荷，从而增强局部承载能力。下底架主要起支撑和载荷传递作用，它不仅承担着整个升降机的重量，而且能将作用力传递到地基上。通过这些机构的相互配合，实现升降机的稳定和可靠运行。1.2.2 升降机的运动机理升降机的基本运动机理如下图所示： 图 1-2 升降台运动分析 1、2、3、4 支架图中 1、2、3、4 支架在 O 点铰接，支架 1、2、3、4 上下端分别固定在上、下板面上，通过活塞杆的伸缩和铰接点 O 的作用实现货物的举升。根据以上分析，升降机的运动过程可以叙述如下：支架 1、2 为升降机机构中的固定支架，他们与底板的铰接点 做不完整的圆周运动，支架 3、4 为活动支架，他们在液压缸的作用下由23,最初的几乎水平状态逐渐向后来的倾斜位置运动，在通过支架之间的绞合点带动 3、4 也不断向倾斜位置运动，以使升降机升降。 初态时，上下底板处于合闭状态，支架 1、2、3、4 可近似看作为水平状态，随着液压油不断的输入到液压缸中，活塞杆外伸，将支架 2 顶起，支架 2 上升时，由于绞合点 O 的作用使支架 1运动，1、2 的运动通过铰接点带动 3、4 运动通过一系列的相互运动和作用，使上顶板上升，当上升到指定高度时，液压缸停止运动，载荷便达到指定高度。2 升降台的机械计算和零件设计2.1 液压缸位置的确定和液压缸推力的计算为了方便研究各部件间的受力情况仅选取下半部分进行分析图 2-1 受力分析示剪叉机构的液压缸活塞运动速度与台面升降速度的关系式为 10 2-12cos2in()ralav vl液压缸推力与台面荷重的关系式为2-2cssin()i()lPWa式中， 111sini,ta,isin22colhal d 液压缸运动速度： 2-3sins2coAylvv式中， 11isin,ta.2slhalL液压缸推力： 2-4cos()in()PWl为便于计算及工况要求取 L=500mm W=2000N Hmin=500mm Hmax=1800mm上顶板及下底座总高度为 100mm 可得两幅剪叉板高度变化范围 400mm 至 1700mm 由此可计算出角度 和 值由 h 取最小值时得 和 最小值110.2sini32l1statan0.2187co=0.52al由 h 取最大值时得 和 最大值110.85sini2l1statan.6927co=0.52al上式可得 135828液压缸推力与台面荷重的关系式为2-5cossininlpwa由上式及 和 的取值范围可以确定当台面载荷一定时，液压缸推力的最小值及 a 的值：已知 在 范围内是递减的 在 范围内是递增的 135812cossinL=0.5 代入上式可知 在 取最小值时所受推力最大2cossininpwal1.96i305si13由 18282769得结论 a 的值越大液压缸所受推力越小 结合各部件尺寸综合考虑取 a= 12l由上述及结合图形得 取最小值时 取得最小值31得： 考虑到人在上平台移动是有可能走到一边的剪叉支架上所以取 5.7pw max0WN因此 （支架受力分析时选用此值）max10N一般情况下 所以W570pN2.2 升降零件的设计2.2.1 上顶板结构上顶板和载荷直接接触，其结构采用由若干根相互交叉垂直的钢管通过焊接形式焊接而成，然后在槽钢的四个侧面和上顶面上铺装 1000x500x1mm 的汽车板，其结构形式大致如下所示：图 2-2 上顶板沿平台的长度方向布置 2 根钢管，沿宽度方向布置 1 根钢管，组成上图所示的上顶板结构。在最外缘延长度方向加工出安装上下支架的滑槽。以便上下支架的安装。滑槽的具体尺寸根据上下支架的具体尺寸和结构而定。 2.2.2 强度校核升降台上顶板的载荷是作用在一平台上的，可以认为是一均布载荷，由于该平板上铺装钢板2.3 支架设计2.3.1 支架的结构支架由 8 根形状基本相同的截面为矩形的钢柱组成，在支架的顶端和末端分别加工出圆孔，以便支架的安装。支架在升降机结构中的主要功能为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转化为平台的升降运动，支架的结构除应满足安装要求外，还应保证有足够的刚度和强度，一时期在升降运动中能够平稳安全运行。分析支架的运动形式和受力情况，发现支架在运动过程中受力情况比较复杂，它与另一支架铰合点给予底座的固定点的受里均为大小和方向为未知的矢量，故该问题为超静定理论问题，本着定性分析和提高效率的原则，再次宜简化处理，简化的原则时去次留主，即将主要的力和重要的力在计算中保留，而将对梁的变形没有很大影响的力忽略不计，再不改变其原有性质的情况下可以这样处理。对支架所受的力进行分析，可以看出与液压缸顶杆联结点的力为之所受到的最主要的力，它不仅受液压缸的推力，而且还将受到上顶班所传递的作用力，因此，与液压缸顶杆相连接的支架所收到的上顶板的力为它所受到的最主要的力，在此，将其他的力忽略，只计算上顶板承受的由载荷和自重所传递的载荷力。 2.3.2 支架的受力分析整个机架受力情况还未确定出，因此机架用的材料尺寸和重量。先假设整个机架的重量为 m 。 解出机架受力情况后反代入再求得 m 值。计算图如下所示：图 2-3 整体受力分析由整体列关系式， 2-60Fw+mFy67=0HD 支架受力分析， 2-7xx124， 2-8y=0Fy1+2F4=0， 2-9Gcosincos4in0xlyFxl:EI 支架受力分析， 2-10x0F3+2=0F， 2-11y=y， 2-120Ecos2cos2in0lFxl:EC 支架受力分析， 2-13BF6csin4cosin0yxlyxl:， 2-14x03+8F5=0， 2-15y=yy7FD 支架受力分析， 2-160CF3cosin5cosin0yFxlyFxl:， 2-17x6+54=0， 2-18y=0yF在以上式子中 Fy 和 Fy1 是已知的 ，其余为未知。以上有 13 个未知数和 13 个等式，可解出所有未知数。因为液压缸推力 所以构成机架的杆件中与液压缸直接接触的杆为受力最大支架150pN（支架 EC） ，把支架 EC 单独分析：图 2-4 大支架受力分析由上述方程组中可解的 =1000N ； =-1000N 途中 P=11500N 是已知。用直角坐标系解3Fy7y得；8cos()FxP:；iny；3s10cosN:iinFx:（方向向下）7cossyin10i同理可计算出与之绞合的另一副支架图 2-5 下剪叉板受力分析；6sin10siFxN:；cocoy:；4sisin4cos10cosFyN:图 2-6 大支架受力分析38570FyyF510sin()2cosi()2lMlP:由 与 的关系式1inta,cosl解得 时 此时 M 取得最大值24658max37.MN当 ， 时：91.58073.FyN画出该支架的剪力与弯力图：图 2-7 弯矩图该支架材料选用碳素结构钢 截面形状为结构用冷弯矩形空心型钢235Q的 235Q235SMPa2-19maxsWn式中： 支架上所受到的弯矩 a 378.6Nm:M 除连接液压缸支架以外支架所受弯矩 456.8MNm:安全系数 取中等冲击 1.5n2-20maxsW:533ax2.41024.cm2-21sMn:632.910Wc查下表在满足强度要求的前提下为减轻质量和节省材料，与液压缸连接的支架边长与宽分别为壁厚 即可满足使用要求。理论重量8,AmB5.0tm 19.6kgm:其余支架边长与宽分别为 壁厚 即可满足使用要求。理论重,3,AB2.5t量 12.7kg:图 2-8 结构用冷弯矩形空心型钢 GB6728-86表 2-1 结构用冷弯矩形空心型钢尺寸系列 11边长mm尺寸允许偏差mm惯性矩cm4回转半径cm截面模数cm3 扭转常数A B 普通精度 较高精度壁厚mm理论重量kg/m截面面积cm2 IX IY rx ry WX WY It,cm4 Wt,cm31.2 1.338 1.705 5.502 1.875 1.796 1.048 2.200 1.500 4.534 2.780251.5 1.650 2.102 6.653 2.253 1.779 1.035 2.661 1.082 5.519 3.4062.5 2.817 3.589 11.296 5.050 1.774 1.186 4.518 3.366 11.666 6.4703.0 3.303 4.208 12.827 5.696 1.745 1.163 5.130 3.797 13.401 7.50950 1.00 0.504.0 4.198 5.347 15.239 6.682 1.638 1.117 6.095 4.455 16.244 9.3202.5 3.209 4.089 17.933 5.998 2.094 1.211 5.977 3.998 15.054 7.8453.0 3.774 4.808 20.496 6.794 2.064 1.188 6.832 4.529 17.335 9.129304.0 4.826 6.147 24.691 8.045 2.004 1.143 8.230 5.363 21.141 11.4002.5 3.602 4.589 22.069 11.734 2.192 1.599 7.356 5.867 25.045 10.7203.0 4.245 5.408 25.374 13.436 2.166 1.576 8.458 6.718 29.121 12.54960401.20 0.604.0 5.454 6.947 30.974 16.269 2.111 1.530 10.324 8.134 36.298 15.8802.4 支架间的连接及计算支架间采用销轴连接，材料为 45 号钢工作面的抗压强度： 销与拉杆有相对转动则以许用挤压压强 代替许用2ppFad pP挤压应力 计算 2-22p销轴的抗剪强度： 2-2324ppd销轴的抗弯强度： 2-2430.541bpFabd式中：d 销轴直径，mma 连杆头尺寸，mmb 另一两岸头尺寸，mm算出 2-22，2-23，2-24 式中最大直径：41323.097.dm销轴的最大直径为 3.10m与液压缸支架连接的销轴取公称直径 10mm、长度 、材料为 45 钢、热处理硬度 、表面氧化处理l283HRC:的 B 型销轴：销轴 /GT10与之配合的开口销公称规格为 3.2mm、公称长度 、材料为 Q235、不经表面处理的开口销：16lm销 /93.22.5 升降台底座的设计和校核升降机底座在整个机构中支撑着平台的全部重量，并将其传递到地基上，他的设计重点是满足强度要求即可，保证在升降机升降过程中不会被压溃即可，不会发生过大变形，其具体参数见装配图。升降台上顶板的设计：结构如图图 2-9 上顶板1 正方形空心钢 2.长方形空心钢 3.安装扶手架 4,5.槽钢在右侧对称安装槽钢为带小轮支架移动的移动提供导轨， 槽钢尺寸 长方形60315m空心钢采用 空心方钢，正方形空心钢选用尺寸 ，为方便采摘及5032.m 2.移动时有抓扶的地方在上顶板安装扶手架，并在扶手上方安装节流阀，便于控制下降速度，根据人体工程资料扶手架尺寸为 。在整个上顶板上层铺一层钢板。208m3.升降台液压系统的设计3.1 液压系统的总体规划液压系统的设计在本升降台的设计中主要是液压传动系统的设计，它与主机的设计是紧密相关的，往往要同时进行，所设计的液压系统应符合主机的拖动、循环要求。还应满足组成结构简单，工作安全可靠，操纵维护方便，经济性好等条件。本升降台对液压系统的设计要求可以总结如下：升降台的升降运动采用液压传动，升降机的升降运动由液压缸的伸缩运动经转化而成为平台的起降，其工作负载变化范围为 0200Kg，负载平稳，工作过程中无冲击载荷作用，运行速度较低，液压执行元件有两组液压缸实现同步运动，要求其工作平稳，结构合理，安全性优良，使用于多种不同场合，工作精度要求低. 图 3-1 液压图1. 驱动液压缸 2.底轮 3.单向阀 4.踏板 5.节流阀 6.扶手架 7. 主动液压缸 8.油管 9.油箱3.2 执行元件类型、数量和安装位置3.2.1 液压缸类型选择执行元件类型为活塞缸，再根据其运动要求进一步选择液压缸类型为单作用单活塞杆无缓冲式液压缸，其符号为：图 3-2 液压缸符号数量：该升降平台为双双叉结构，故其采用的液压缸数量为 2 个完全相同的液压缸，其运动完全是同步的，但其精度要求不是很高。3.2.2 液压缸的参数确定液压缸包括两个驱动液压缸和一个主动液压缸：主动液压缸形式采用杠杆加力，如图：图 3-3 加力杠杆1.支架 2.主动液压缸 3.踏板通过杠杆原理将人体提供的 500N 压力增加到 1500N根据受力分析及运动分析可得出：压力 行程150zpN0.1mzS驱动液压缸压力 行程7q .364q主动液压缸与驱动液压缸直径比 570.81zpN表 3-1 两液压缸内径的选用：液压缸内径（缸径）尺寸系列8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 360 400 500 取主动液压缸内径 40mm、驱动液压缸 80mm驱动液压缸压强 35701.4.26qpNPMPA驱动液压缸最大压强 max32.875.0qq根据驱动液压缸直径和压强确定主动液压缸直径： 因为 qzP所以 31.250zqpA符合主动液压缸与驱动液压缸直径比0.4zdm1:2液压缸壁厚的确定：根据液压气动系统及元件的公称压力系列( 2346-1988)选择/GBTmax2.5qPM主动液压缸压力zp驱动液压缸压力q驱动液压缸行程S主动液压缸行程z主动液压缸有效面积A驱动液压缸有效面积q液压缸壁厚由结构和工艺要求等确定，一般按照薄壁筒计算，壁厚由下式确定： 2YPD式中： D 液压缸内径缸体壁厚液压缸最高工作压力 一般取 =（1.2-1.3）YPYPmaxp缸体材料的许用应力 钢材取 10MP代入数据： 1.23.5.8.2.0MP:考虑到液压缸的加工要求，将其壁厚适当加厚，取壁厚 。3m3.3 确定的液压缸及安装3.3.1 驱动液压缸的选择驱动液压缸选择轻型拉杆式液压缸，该液压缸有系列产品，系列号：抚顺液压机械厂；安装形式：前端耳轴式；密封材料：丁晴橡胶；油缸内经：80mm ；活塞杆形式：轻型；额定工作压力：低压；缓冲形式：无缓冲；油口位置：向上，标准型；3.3.2 主动液压缸主动液压缸选择轻型拉杆式液压缸，该液压缸有系列产品，系列号：抚顺液压机械厂；安装形式：前端耳轴式；密封材料：丁晴橡胶；油缸内经：40mm ；活塞杆形式：轻型；额定工作压力：低压；缓冲形式：无缓冲；油口位置：向上，标准型 12；3.3.3 安装位置驱动液压缸的安装方式活塞杆为双耳环型，缸体采用前端耳轴式，主动液压缸活塞杆采用单耳轴式，其位置为上顶板。3.4 速度和载荷计算如果人以每秒钟两次的频率踩主动液压缸 ，产生的液压油体积20.42()10.5dmvl:液压油输送给每个驱动液压缸的体积 120.5.12lvl驱动液压缸运动速度为 12.486/0.5/8LVdmssd:而驱动液压缸的行程是 3.64dm所以升降台升降全程需要时间 3.641.502tsd验算人是否能提供足够的功率：在 15s 内人所做功需将 2000N 重量提升 1.3m人做功为 201.37/5NmpWss人所做的功满足升降台所需。参考文献1黄宏甲,黄谊,王积伟.液压与气压传动M.北京:机械工业出版社,2001:98142.2成大先.机械设计手册M.北京:化学工业出版社,2002.24 115.3杨可桢,程光蕴,李仲圣.机械设计基础M.北京:高等教育出版社,2008:617.4许福玲,陈尧明.液压与气压传动M.北京:机械工业出版社,2007:7137.5哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学M.北京:高等教育出版社,2008:155213.6 李成华,杨世凤,袁洪印.机电一体化技术M.北京:中国农业大学出版社,2008:9-161.7 孟兆明,常德功.机械最优化设计技术及其应用M.北京:机械工业出版社,2008:116164.8 王裕清,韩成石.液压传动与控制技术M.北京:煤炭工业出社,1997:611.9 廖嘉璞.液压传动M.北京:北京航空航天大学出版社,1997:28.10 魏发孔.水平驱动剪刀撑乐池升降机的动力性能研究C.甘肃工业大学学报,1997:59.11阳宪惠.现场总线技术及应用D.北京:清华大学出版社,1999:1117.12吴军主编.液压气动工程手册M.北京:国防工业出版社,1995:2456.致 谢 历时十几周的毕业设计在紧张有序中即将结束，回忆这个过程这段经历，感觉收益多多。当我初涉设计时，主、客观问题层出不穷，按着设计计划，设计思路有序地进行，围绕升降机该题目，既了解了升降机的有关规范，又涉及到了专业知识，加强了自己的专业，拓宽了知识面。当无数次的奔波于图书馆，发现设计不仅仅是设计，还包括了实践、耐心、耐力、毅力。这也是学校、老师让我们设计的目的所在。设计即将结束了，体会了、学到了。在此我感谢学校给与我的培育之恩，老师的教育之情，更由衷地感谢，我本次设计的指导老师安静老师，感谢安静的细心指导便携式水果采摘升降台设计姓 名：史高昆指导老师：安 静专 业：农业机械化及其自动化班 级：12-2学 院：机械电气化工程学院,LOGO,本设计的主要内容,1、本设计研究的目的和意义2、升降台的结构及工作过程3、升降台的主要零件设计4、结论,1、本设计研究的目的和意义 我国是世界果树种植大国，栽培历史悠久，物种资源丰富。我国在水果生产中以苹果、梨、柑橘为大宗，其中苹果434.4万吨，梨472.1万吨，柑橘256万吨。这些水果主要以鲜食为主。采摘过程若收到损伤，将大大缩短保鲜时间，降低果品品质。,水果的采摘作业所用劳动力占整个生产过程所用劳动力的33% 50%，采摘作业比较复杂，季节性很强，若使用人工采摘，不仅效率低、劳动量大，而且容易造成果实的损伤。若不及时及时采摘还会影响果品品质。,使用采摘机械不仅提高采摘效率，而且降低了损伤率，节省了人工成本，提高了果农的经济效益。因此，提高采摘作业机械化程度有重要的意义。 本设计是一种价格低廉、简单实用、高效率、体积小、便于移动的水果采摘升降台。,2、升降台的结构及工作过程 升降台结构：主体结构为剪叉式，即两块剪叉板中间通过铰接，移动两块板的水平距离实现平台的升降。剪叉机械结构具有较高的效率和稳定性、承载能力较高、安全性好。,工作过程：,工作时,人站在升降台上用脚踩脚踏板，使得主动液压缸产生压力油，从而驱动大液压缸伸长，最终转变成剪叉板的上升运动。上升到所需高度时人停止踩踏。因为有单向阀的作用即使人停止运动，升降台也能保持在一定高度上。 当需要下降是打开节流阀，使大液压缸内的压力油通过节流阀管道流回油箱，实现升降台下降过程。,3、升降台主要零件设计,升降台主要零件有主动液压缸、驱动液压缸、大小支架、上下固定板、铰接固定等零件。 设计重点是与液压缸相连的大支架的受力分析,大支架受力最复杂、最大的零件。通过计算可以确定出支架安全的最小尺寸，达到减轻质量和节省材料的目的。,液压缸是选取的产品，根据计算得到液压缸内径、压强、行程等数据，选取满足相应数据的产品。 其余零件主要为固定和铰接件，对其精度要求不高，只需满足强度和刚度要求即可。,4、结论,我国水果大多为点、片面积种植，品种多而杂，这就限制水果种植机械化的发展。 本设计结合我国水果采摘实际情况，弥补了高科技采摘装置（如采摘机器人）与原始采摘装置（如梯子、凳子等）之间的空白。为我国水果采摘实现半机械化打下基础。,由于知识量不足，难免会有考虑不到的地方 还请各位老师给予批评指正,谢 谢！, 12 届毕业设计水果便携式采摘升降台设计说明书学生姓名 史高昆 学 号 8031208220 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业机械化及其自动化 班 级 12-2 指导教师 安 静 日 期 2012. 6 塔里木大学教务处制前 言我国是世界果树种植大国，在水果生产中以苹果、梨、柑橘为大宗，其中苹果434.4万吨，梨472.1万吨，柑橘256万吨。这些水果主要以鲜食为主。采摘过程若收到损伤，将大大缩短保鲜时间，降低果品品质。使用采摘机械不仅提高采摘效率，而且降低了损伤率，节省了人工成本，提高了果农的经济效益。因此，提高采摘作业机械化程度有重要的意义。本文着重介绍水果便携式采摘升降台的设计，该装置不仅方便在果园间的移动及升降，而且可以作为水果采摘头的固定装置，弥补我国在便携式小型升降台和机械化水果采摘方面的空白。目 录1.绪论 .11.升降机机械机构的设计 .41.1 工艺参数 .41.2 升降机机械结构形式和运动机理 .41.2.1 机械结构形式 .41.2.2 升降机的运动机理 .42 升降台的机械计算和零件设计 .52.1 液压缸位置的确定和液压缸推力的计算 .52.2 升降零件的设计 .72.2.1 上顶板结构 .72.2.2 强度校核 .72.3 支架设计 .72.3.1 支架的结构 .72.3.2 支架的受力分析 .82.4 支架间的连接及计算 .132.5 升降台底座的设计和校核 .143.升降台液压系统的设计 .163.1 液压系统的总体规划 .163.2 执行元件类型、数量和安装位置 .163.2.1 液压缸类型选择 .163.3 确定的液压缸及安装 .183.3.1 驱动液压缸的选择 .183.3.2 主动液压缸 .193.3.3 安装位置 .193.4 速度和载荷计算 .19参考文献 .20致 谢 .21水果便携式采摘升降台1.绪论本文着重介绍水果便携式采摘升降台的设计，该装置不仅方便在果园间的移动及升降，而且可以作为水果采摘头的固定装置，弥补我国在便携式小型升降台和机械化水果采摘方面的空白。论文选题的意义：采摘作业所用劳动力占整个生产过程所用劳动力的33% 50% 1，采摘作业比较复杂，季节性很强，若使用人工采摘，不仅效率低、劳动量大，而且容易造成果实的损伤。使用采摘机械不仅提高采摘效率，而且降低了损伤率，节省了人工成本，提高了果农的经济效益。因此，提高采摘作业机械化程度有重要的意义。随着农业从业者的减少及老龄化趋势不断加大,采摘机械的开发利用具有巨大的经济效益和广阔的市场前景。升降机国内外现状分析（1）国内研究现状及分析 2：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。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。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。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。改革开放后的第二个十年可以说是中国升降机行业稳步发展,不断创新的十年。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。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。 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 3。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，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 4。 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。（2）国外研究现状及分析：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 5。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6070年代世界市场中占有的主导地位正逐步受到削弱，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 6。 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。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。通过对国内外发展情况看，用于建筑、汽车行业业的升降台已经相当成熟。但是用于农业、特别是用于水果采摘的升降台在国内外都是空白。因此设计适合水果采摘的升降台是弥补空白的当务之急。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6070年代世界市场中占有的主导地位正逐步受到削弱，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。 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 7。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 8。通过对国内外发展情况看，用于建筑、汽车行业业的升降台已经相当成熟。但是用于农业、特别是用于水果采摘的升降台在国内外都是空白。因此设计适合水果采摘的升降台是弥补空白的当务之急。本设计需要重点研究的、关键的问题的解决:(1)动力的问题：升降台的动力问题一直是困扰国内外的专家的难题，升降平台均以电能或内燃机做动力，也有手、电两用型，以备无电使用，用手压动液压缸升降平台，升降时间长，操作费力，以电源做动力时，在施工现场，升降平台频繁移动，电源线不能无限延长。还有使用车辆内燃机作升降平台的动力，车辆必须相随作业，在一个地点往往停留时间长，使用成本高。因该课题是水果便携式采摘升降台设计，所以突出便携式。决定采用以脚踏为动力，为液压缸提供压力，从而驱动升降台的升降。该装置灵活轻便，不受没有电源及使用内燃机的高成本限制。(2)选择常用升降机构的问题：升降机构的选择对升降台的影响非常大。升降台按其工作原理可分为液压升降台、垂直丝杠升降台、水平丝杠升降台、链条式升降台、螺旋器升降台等。以上升降台，各有优缺，通过按其工况及实际使用情选定出最合适的一种。因为本装置需在果园间不断移动，应具有便携性。考虑到升降行程只需3-5米即可，要求装置本身质量轻、体积小、成本低、对精度要求不高、上升高度需任意可调。决定采用以液压为驱动，以剪式结构为装置支承的特殊机构。该机构能兼顾以上常见机构的优点、克服不利因素。1.升降机机械机构的设计1.1 工艺参数本设计升降机为全液压系统，相关工艺参数为：额定载荷：200kg最低高度：500 mm最大起升高度：1300 mm最大高度：1800mm平台尺寸：1000x500mm1.2 升降机机械结构形式和运动机理 1.2.1 机械结构形式根据升降机的平台尺寸 1000X500mm，参考国内外同类产品的工艺参数可知 9，该升降机宜采用双双叉机构形式：即有两个双叉机构升降台合并而成，有一个液压缸做同步运动，以达到升降机升降的目的。其具体结构形式为：图 1-1 升降机的基本结构形式图 1.1 中 1、2、3、4、5、6、7、8 为支架，主要起支撑作用和运动转化形式的作用，一方面支撑上顶板的载荷，一方面通过其铰接将液压缸的绳缩运动转化为平台的升降运动，上顶板与载荷直接接触，将载荷转化为均布载荷，从而增强局部承载能力。下底架主要起支撑和载荷传递作用，它不仅承担着整个升降机的重量，而且能将作用力传递到地基上。通过这些机构的相互配合，实现升降机的稳定和可靠运行。1.2.2 升降机的运动机理升降机的基本运动机理如下图所示： 图 1-2 升降台运动分析 1、2、3、4 支架图中 1、2、3、4 支架在 O 点铰接，支架 1、2、3、4 上下端分别固定在上、下板面上，通过活塞杆的伸缩和铰接点 O 的作用实现货物的举升。根据以上分析，升降机的运动过程可以叙述如下：支架 1、2 为升降机机构中的固定支架，他们与底板的铰接点 做不完整的圆周运动，支架 3、4 为活动支架，他们在液压缸的作用下由23,最初的几乎水平状态逐渐向后来的倾斜位置运动，在通过支架之间的绞合点带动 3、4 也不断向倾斜位置运动，以使升降机升降。 初态时，上下底板处于合闭状态，支架 1、2、3、4 可近似看作为水平状态，随着液压油不断的输入到液压缸中，活塞杆外伸，将支架 2 顶起，支架 2 上升时，由于绞合点 O 的作用使支架 1运动，1、2 的运动通过铰接点带动 3、4 运动通过一系列的相互运动和作用，使上顶板上升，当上升到指定高度时，液压缸停止运动，载荷便达到指定高度。2 升降台的机械计算和零件设计2.1 液压缸位置的确定和液压缸推力的计算为了方便研究各部件间的受力情况仅选取下半部分进行分析图 2-1 受力分析示剪叉机构的液压缸活塞运动速度与台面升降速度的关系式为 10 2-12cos2in()ralav vl液压缸推力与台面荷重的关系式为2-2cssin()i()lPWa式中， 111sini,ta,isin22colhal d 液压缸运动速度： 2-3sins2coAylvv式中， 11isin,ta.2slhalL液压缸推力： 2-4cos()in()PWl为便于计算及工况要求取 L=500mm W=2000N Hmin=500mm Hmax=1800mm上顶板及下底座总高度为 100mm 可得两幅剪叉板高度变化范围 400mm 至 1700mm 由此可计算出角度 和 值由 h 取最小值时得 和 最小值110.2sini32l1statan0.2187co=0.52al由 h 取最大值时得 和 最大值110.85sini2l1statan.6927co=0.52al上式可得 135828液压缸推力与台面荷重的关系式为2-5cossininlpwa由上式及 和 的取值范围可以确定当台面载荷一定时，液压缸推力的最小值及 a 的值：已知 在 范围内是递减的 在 范围内是递增的 135812cossinL=0.5 代入上式可知 在 取最小值时所受推力最大2cossininpwal1.96i305si13由 18282769得结论 a 的值越大液压缸所受推力越小 结合各部件尺寸综合考虑取 a= 12l由上述及结合图形得 取最小值时 取得最小值31得： 考虑到人在上平台移动是有可能走到一边的剪叉支架上所以取 5.7pw max0WN因此 （支架受力分析时选用此值）max10N一般情况下 所以W570pN2.2 升降零件的设计2.2.1 上顶板结构上顶板和载荷直接接触，其结构采用由若干根相互交叉垂直的钢管通过焊接形式焊接而成，然后在槽钢的四个侧面和上顶面上铺装 1000x500x1mm 的汽车板，其结构形式大致如下所示：图 2-2 上顶板沿平台的长度方向布置 2 根钢管，沿宽度方向布置 1 根钢管，组成上图所示的上顶板结构。在最外缘延长度方向加工出安装上下支架的滑槽。以便上下支架的安装。滑槽的具体尺寸根据上下支架的具体尺寸和结构而定。 2.2.2 强度校核升降台上顶板的载荷是作用在一平台上的，可以认为是一均布载荷，由于该平板上铺装钢板2.3 支架设计2.3.1 支架的结构支架由 8 根形状基本相同的截面为矩形的钢柱组成，在支架的顶端和末端分别加工出圆孔，以便支架的安装。支架在升降机结构中的主要功能为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转化为平台的升降运动，支架的结构除应满足安装要求外，还应保证有足够的刚度和强度，一时期在升降运动中能够平稳安全运行。分析支架的运动形式和受力情况，发现支架在运动过程中受力情况比较复杂，它与另一支架铰合点给予底座的固定点的受里均为大小和方向为未知的矢量，故该问题为超静定理论问题，本着定性分析和提高效率的原则，再次宜简化处理，简化的原则时去次留主，即将主要的力和重要的力在计算中保留，而将对梁的变形没有很大影响的力忽略不计，再不改变其原有性质的情况下可以这样处理。对支架所受的力进行分析，可以看出与液压缸顶杆联结点的力为之所受到的最主要的力，它不仅受液压缸的推力，而且还将受到上顶班所传递的作用力，因此，与液压缸顶杆相连接的支架所收到的上顶板的力为它所受到的最主要的力，在此，将其他的力忽略，只计算上顶板承受的由载荷和自重所传递的载荷力。 2.3.2 支架的受力分析整个机架受力情况还未确定出，因此机架用的材料尺寸和重量。先假设整个机架的重量为 m 。 解出机架受力情况后反代入再求得 m 值。计算图如下所示：图 2-3 整体受力分析由整体列关系式， 2-60Fw+mFy67=0HD 支架受力分析， 2-7xx124， 2-8y=0Fy1+2F4=0， 2-9Gcosincos4in0xlyFxl:EI 支架受力分析， 2-10x0F3+2=0F， 2-11y=y， 2-120Ecos2cos2in0lFxl:EC 支架受力分析， 2-13BF6csin4cosin0yxlyxl:， 2-14x03+8F5=0， 2-15y=yy7FD 支架受力分析， 2-160CF3cosin5cosin0yFxlyFxl:， 2-17x6+54=0， 2-18y=0yF在以上式子中 Fy 和 Fy1 是已知的 ，其余为未知。以上有 13 个未知数和 13 个等式，可解出所有未知数。因为液压缸推力 所以构成机架的杆件中与液压缸直接接触的杆为受力最大支架150pN（支架 EC） ，把支架 EC 单独分析：图 2-4 大支架受力分析由上述方程组中可解的 =1000N ； =-1000N 途中 P=11500N 是已知。用直角坐标系解3Fy7y得；8cos()FxP:；iny；3s10cosN:iinFx:（方向向下）7cossyin10i同理可计算出与之绞合的另一副支架图 2-5 下剪叉板受力分析；6sin10siFxN:；cocoy:；4sisin4cos10cosFyN:图 2-6 大支架受力分析38570FyyF510sin()2cosi()2lMlP:由 与 的关系式1inta,cosl解得 时 此时 M 取得最大值24658max37.MN当 ， 时：91.58073.FyN画出该支架的剪力与弯力图：图 2-7 弯矩图该支架材料选用碳素结构钢 截面形状为结构用冷弯矩形空心型钢235Q的 235Q235SMPa2-19maxsWn式中： 支架上所受到的弯矩 a 378.6Nm:M 除连接液压缸支架以外支架所受弯矩 456.8MNm:安全系数 取中等冲击 1.5n2-20maxsW:533ax2.41024.cm2-21sMn:632.910Wc查下表在满足强度要求的前提下为减轻质量和节省材料，与液压缸连接的支架边长与宽分别为壁厚 即可满足使用要求。理论重量8,AmB5.0tm 19.6kgm:其余支架边长与宽分别为 壁厚 即可满足使用要求。理论重,3,AB2.5t量 12.7kg:图 2-8 结构用冷弯矩形空心型钢 GB6728-86表 2-1 结构用冷弯矩形空心型钢尺寸系列 11边长mm尺寸允许偏差mm惯性矩cm4回转半径cm截面模数cm3 扭转常数A B 普通精度 较高精度壁厚mm理论重量kg/m截面面积cm2 IX IY rx ry WX WY It,cm4 Wt,cm31.2 1.338 1.705 5.502 1.875 1.796 1.048 2.200 1.500 4.534 2.780251.5 1.650 2.102 6.653 2.253 1.779 1.035 2.661 1.082 5.519 3.4062.5 2.817 3.589 11.296 5.050 1.774 1.186 4.518 3.366 11.666 6.4703.0 3.303 4.208 12.827 5.696 1.745 1.163 5.130 3.797 13.401 7.50950 1.00 0.504.0 4.198 5.347 15.239 6.682 1.638 1.117 6.095 4.455 16.244 9.3202.5 3.209 4.089 17.933 5.998 2.094 1.211 5.977 3.998 15.054 7.8453.0 3.774 4.808 20.496 6.794 2.064 1.188 6.832 4.529 17.335 9.129304.0 4.826 6.147 24.691 8.045 2.004 1.143 8.230 5.363 21.141 11.4002.5 3.602 4.589 22.069 11.734 2.192 1.599 7.356 5.867 25.045 10.7203.0 4.245 5.408 25.374 13.436 2.166 1.576 8.458 6.718 29.121 12.54960401.20 0.604.0 5.454 6.947 30.974 16.269 2.111 1.530 10.324 8.134 36.298 15.8802.4 支架间的连接及计算支架间采用销轴连接，材料为 45 号钢工作面的抗压强度： 销与拉杆有相对转动则以许用挤压压强 代替许用2ppFad pP挤压应力 计算 2-22p销轴的抗剪强度： 2-2324ppd销轴的抗弯强度： 2-2430.541bpFabd式中：d 销轴直径，mma 连杆头尺寸，mmb 另一两岸头尺寸，mm算出 2-22，2-23，2-24 式中最大直径：41323.097.dm销轴的最大直径为 3.10m与液压缸支架连接的销轴取公称直径 10mm、长度 、材料为 45 钢、热处理硬度 、表面氧化处理l283HRC:的 B 型销轴：销轴 /GT10与之配合的开口销公称规格为 3.2mm、公称长度 、材料为 Q235、不经表面处理的开口销：16lm销 /93.22.5 升降台底座的设计和校核升降机底座在整个机构中支撑着平台的全部重量，并将其传递到地基上，他的设计重点是满足强度要求即可，保证在升降机升降过程中不会被压溃即可，不会发生过大变形，其具体参数见装配图。升降台上顶板的设计：结构如图图 2-9 上顶板1 正方形空心钢 2.长方形空心钢 3.安装扶手架 4,5.槽钢在右侧对称安装槽钢为带小轮支架移动的移动提供导轨， 槽钢尺寸 长方形60315m空心钢采用 空心方钢，正方形空心钢选用尺寸 ，为方便采摘及5032.m 2.移动时有抓扶的地方在上顶板安装扶手架，并在扶手上方安装节流阀，便于控制下降速度，根据人体工程资料扶手架尺寸为 。在整个上顶板上层铺一层钢板。208m3.升降台液压系统的设计3.1 液压系统的总体规划液压系统的设计在本升降台的设计中主要是液压传动系统的设计，它与主机的设计是紧密相关的，往往要同时进行，所设计的液压系统应符合主机的拖动、循环要求。还应满足组成结构简单，工作安全可靠，操纵维护方便，经济性好等条件。本升降台对液压系统的设计要求可以总结如下：升降台的升降运动采用液压传动，升降机的升降运动由液压缸的伸缩运动经转化而成为平台的起降，其工作负载变化范围为 0200Kg，负载平稳，工作过程中无冲击载荷作用，运行速度较低，液压执行元件有两组液压缸实现同步运动，要求其工作平稳，结构合理，安全性优良，使用于多种不同场合，工作精度要求低. 图 3-1 液压图1. 驱动液压缸 2.底轮 3.单向阀 4.踏板 5.节流阀 6.扶手架 7. 主动液压缸 8.油管 9.油箱3.2 执行元件类型、数量和安装位置3.2.1 液压缸类型选择执行元件类型为活塞缸，再根据其运动要求进一步选择液压缸类型为单作用单活塞杆无缓冲式液压缸，其符号为：图 3-2 液压缸符号数量：该升降平台为双双叉结构，故其采用的液压缸数量为 2 个完全相同的液压缸，其运动完全是同步的，但其精度要求不是很高。3.2.2 液压缸的参数确定液压缸包括两个驱动液压缸和一个主动液压缸：主动液压缸形式采用杠杆加力，如图：图 3-3 加力杠杆1.支架 2.主动液压缸 3.踏板通过杠杆原理将人体提供的 500N 压力增加到 1500N根据受力分析及运动分析可得出：压力 行程150zpN0.1mzS驱动液压缸压力 行程7q .364q主动液压缸与驱动液压缸直径比 570.81zpN表 3-1 两液压缸内径的选用：液压缸内径（缸径）尺寸系列8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 360 400 500 取主动液压缸内径 40mm、驱动液压缸 80mm驱动液压缸压强 35701.4.26qpNPMPA驱动液压缸最大压强 max32.875.0qq根据驱动液压缸直径和压强确定主动液压缸直径： 因为 qzP所以 31.250zqpA符合主动液压缸与驱动液压缸直径比0.4zdm1:2液压缸壁厚的确定：根据液压气动系统及元件的公称压力系列( 2346-1988)选择/GBTmax2.5qPM主动液压缸压力zp驱动液压缸压力q驱动液压缸行程S主动液压缸行程z主动液压缸有效面积A驱动液压缸有效面积q液压缸壁厚由结构和工艺要求等确定，一般按照薄壁筒计算，壁厚由下式确定： 2YPD式中： D 液压缸内径缸体壁厚液压缸最高工作压力 一般取 =（1.2-1.3）YPYPmaxp缸体材料的许用应力 钢材取 10MP代入数据： 1.23.5.8.2.0MP:考虑到液压缸的加工要求，将其壁厚适当加厚，取壁厚 。3m3.3 确定的液压缸及安装3.3.1 驱动液压缸的选择驱动液压缸选择轻型拉杆式液压缸，该液压缸有系列产品，系列号：抚顺液压机械厂；安装形式：前端耳轴式；密封材料：丁晴橡胶；油缸内经：80mm ；活塞杆形式：轻型；额定工作压力：低压；缓冲形式：无缓冲；油口位置：向上，标准型；3.3.2 主动液压缸主动液压缸选择轻型拉杆式液压缸，该液压缸有系列产品，系列号：抚顺液压机械厂；安装形式：前端耳轴式；密封材料：丁晴橡胶；油缸内经：40mm ；活塞杆形式：轻型；额定工作压力：低压；缓冲形式：无缓冲；油口位置：向上，标准型 12；3.3.3 安装位置驱动液压缸的安装方式活塞杆为双耳环型，缸体采用前端耳轴式，主动液压缸活塞杆采用单耳轴式，其位置为上顶板。3.4 速度和载荷计算如果人以每秒钟两次的频率踩主动液压缸 ，产生的液压油体积20.42()10.5dmvl:液压油输送给每个驱动液压缸的体积 120.5.12lvl驱动液压缸运动速度为 12.486/0.5/8LVdmssd:而驱动液压缸的行程是 3.64dm所以升降台升降全程需要时间 3.641.502tsd验算人是否能提供足够的功率：在 15s 内人所做功需将 2000N 重量提升 1.3m人做功为 201.37/5NmpWss人所做的功满足升降台所需。参考文献1黄宏甲,黄谊,王积伟.液压与气压传动M.北京:机械工业出版社,2001:98142.2成大先.机械设计手册M.北京:化学工业出版社,2002.24 115.3杨可桢,程光蕴,李仲圣.机械设计基础M.北京:高等教育出版社,2008:617.4许福玲,陈尧明.液压与气压传动M.北京:机械工业出版社,2007:7137.5哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学M.北京:高等教育出版社,2008:155213.6 李成华,杨世凤,袁洪印.机电一体化技术M.北京:中国农业大学出版社,2008:9-161.7 孟兆明,常德功.机械最优化设计技术及其应用M.北京:机械工业出版社,2008:116164.8 王裕清,韩成石.液压传动与控制技术M.北京:煤炭工业出社,1997:611.9 廖嘉璞.液压传动M.北京:北京航空航天大学出版社,1997:28.10 魏发孔.水平驱动剪刀撑乐池升降机的动力性能研究C.甘肃工业大学学报,1997:59.11阳宪惠.现场总线技术及应用D.北京:清华大学出版社,1999:1117.12吴军主编.液压气动工程手册M.北京:国防工业出版社,1995:2456.致 谢 历时十几周的毕业设计在紧张有序中即将结束，回忆这个过程这段经历，感觉收益多多。当我初涉设计时，主、客观问题层出不穷，按着设计计划，设计思路有序地进行，围绕升降机该题目，既了解了升降机的有关规范，又涉及到了专业知识，加强了自己的专业，拓宽了知识面。当无数次的奔波于图书馆，发现设计不仅仅是设计，还包括了实践、耐心、耐力、毅力。这也是学校、老师让我们设计的目的所在。设计即将结束了，体会了、学到了。在此我感谢学校给与我的培育之恩，老师的教育之情，更由衷地感谢，我本次设计的指导老师安静老师，感谢安静的细心指导