100KG手动液压升降平台的设计含proe三维及8张CAD图
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100KG手动液压升降平台的设计电子商务的发展促使物流业发展迅速,货仓物品的整理和输送需要轻巧灵活、操作轻便的机械装备来完成。手动式液压升降平台车正是其中的一种,其结构紧凑,外观简洁,省力高效,维护使用灵活、方便,广泛适用于工厂、企业、仓库、商务楼、超市、物流配送中心等行业的移动搬运。其工作简图如下:技术参数和设计要求:设计一款反剪叉式手动液压升降平台车。主要性能参数与性能要求如下:承载力Fl=100kg;最低使用高度300mm,最高起升高度1000mm,平台尺寸400mm*300mm,平台车自重20kg。主要设计内容:利用液压传动的基本原理,拟定出合理的液压系统图,确定液压系统的参数,根据参数选用液压元件的规格,并设计液压升降平台车的整体结构。任务:1、 设计说明书一份2、 液压系统原理图一张3、 手动液压升降平台车总车装配图及零件图一套。4、 三维建模。1、 液压原理见上图,手动压1(类似于手动压水井或者你理解成打针的注射器),液压油会被吸入油缸后部手动泵油腔,并背推入液压油缸前部的无杆腔把活塞杆推出从而顶起升降平台,其中手动泵油时单向阀3及油缸内部的单向阀使得液压油只能单向流入。升降平台下降是通过手动推动液压阀使得液压油从有缸内流入油箱从而活塞杆下降,升降平台下降。2、 工作过程:液压缸分两部分,下部分为手动泵油腔,上部分才为升降液压缸。 3. 那个液压缸的内径,活塞杆直径,液压缸缸体长度是怎么确定的?答:通过计算举起1000Kg的重物过程中最大负载(最大负载出现在最低点),有了最大负载后就可以根据通常手动泵油压力算出活塞直径,有了活塞直径就可以选择液压缸杆直径,长度是用CAD作图法模拟平台从最低点升到最高点需要的最大行程来决定,再结合液压缸的安装点位置用CAD作图匹配得到。 -I- 摘 要 手 动 式 液 压 升 降 平 台 结 构 紧 凑 , 外 观 简 洁 , 省 力 高 效 , 维 护 使 用 灵 活 、 方 便 , 广 泛 适 用 于 工 厂 、 企 业 、 仓 库 、 商 务 楼 、 超 市 、 物 流 配 送 中 心 等 行 业 的 移 动 搬 运 。 本 次 本 是 对 手 动 液 压 升 降 平 台 进 行 设 计 , 首 先 确 定 了 该 手 动 液 压 升 降 平 台 结 构 的 结 构 ; 接 着 调 查 货 物 尺 寸 建 立 货 物 模 型 以 确 定 升 降 平 台 的 整 体 结 构 尺 寸 ; 其 次 建 立 了 升 降 平 台 构 的 力 学 模 型 并 对 升 降 平 台 构 不 同 位 置 状 态 进 行 了 受 力 分 析 及 校 核 杆 件 、 销 轴 、 螺 栓 的 强 度 是 否 满 足 要 求 ; 然 后 对 该 手 动 液 压 升 降 平 台 的 液 压 系 统 及 进 行 了 设 计 ; 最 后 采 用 AutoCAD 软 件 绘 制 了 该 手 动 液 压 升 降 平 台 的 装 配 图 及 主 要 零 部 件 图 , 并 构 建 了 Pro/E 的 三 维 模 型 。 通 过 本 次 设 计 , 巩 固 了 大 学 所 学 专 业 知 识 , 如 : 机 械 原 理 、 机 械 设 计 、 材 料 力 学 、 公 差 与 互 换 性 理 论 、 机 械 制 图 等 ; 掌 握 了 起 重 机 械 产 品 的 设 计 方 法 并 能 够 熟 练 使 用 AutoCAD、 Pro/E 机 械 设 计 软 件 , 对 今 后 的 工 作 于 生 活 具 有 极 大 意 义 。 关 键 词 : 手 动 ; 液 压 ; 升 降 平 台 ; 剪 叉 式 -II- Abstract The manual hydraulic lifting platform has the advantages of compact structure, simple appearance, labor saving and high efficiency, flexible and convenient maintenance and use. It is widely used in the mobile transportation of factories, enterprises, warehouses, business buildings, supermarkets, logistics distribution centers and other industries. This is the design of the manual hydraulic lifting platform. Firstly, the structure of the manual hydraulic lifting platform is determined; secondly, the cargo size is investigated and the cargo model is established to determine the overall structural size of the lifting platform; secondly, the mechanical model of the lifting platform is established, and the stress analysis and strength check of the members, pins and bolts are carried out for different positions of the lifting platform Finally, the assembly drawing and main parts drawing of the manual hydraulic lifting platform are drawn by using AutoCAD software, and the three-dimensional model of Pro / E is constructed. Through this design, we have consolidated the professional knowledge learned by the University, such as: mechanical principle, mechanical design, material mechanics, tolerance and interchangeability theory, mechanical drawing, etc.; we have mastered the design method of hoisting machinery products and can skillfully use AutoCAD and Pro / E mechanical design software, which has great significance for our work and life in the future. Key words: manual; hydraulic; lifting platform; scissor type -III- 目 录 摘 要 .I ABSTRACT .II 第 1 章 绪 论 .1 1.1 研究背景及意义 .1 1.1.1 研究背景 .1 1.1.2 研究意义 .1 1.2 升降平台概述 .1 1.2.1 升降平台定义 .1 1.2.2 手动液压升降平台的作用 .2 1.2.3 手动液压升降平台的特点 .2 1.3 国内外研究现状 .2 1.3.1 国外 .2 1.3.2 国内 .3 第 2 章 总体结构方案及参数选定 .4 2.1 设计要求 .4 2.2 升降平台结构确定 .4 2.2 确定各结构尺寸 .5 2.4 平台与叉杆的设计计算 .6 2.4.1 确定平台的结构材料及尺寸 .6 2.4.2 确定叉杆的结构材料及尺寸 .7 第 3 章 受力分析与校核计算 .11 3.1 位置参数计算 .11 3.2 动力参数计算 .13 3.3 液压缸布置方式的分析 .14 3.4 强度校核计算 .17 3.4.1 叉杆 .17 3.4.2 横轴 .20 3.4.3 连接螺栓的校核 .21 -IV- 第 4 章 液压系统设计 .24 4.1 液压系统设计要求 .24 4.2 液压系统的设计 .24 4.3 液压缸的计算 .25 4.3.1 液压缸的安装位置 .25 4.3.2 液压缸推力及行程的确定 .25 第 5 章 基于 PRO/E 的三维设计 .27 5.1 PRO/E 软件概述 .27 5.2 三维模型设计 .28 5.2.1 底座 .28 5.2.2 平台 .29 5.2.3 支架 .29 5.2.4 其他 .30 5.3 三维装配设计 .30 结 论 .31 参 考 文 献 .32 致 谢 .33 -1- 第 1章 绪 论 1.1研 究 背 景 及 意 义 1.1.1 研 究 背 景 电子商务的发展促使物流业发展迅速,货仓物品的整理和输送需要轻巧灵活、操作 轻便的机械装备来完成。手动式液压升降平台车正是其中的一种,其结构紧凑,外观简 洁,省力高效,维护使用灵活、方便,广泛适用于工厂、企业、仓库、商务楼、超市、 物流配送中心等行业的移动搬运。其工作简图 1.1 如下: 图 1.1 手动式液压升降平台 剪叉式升降平台是应用非常广泛的一种升降装置,剪叉式升降平台的结构决定了其 功能和特点,具有结构稳固、运行可靠、安全高效、故障率低、维护方便等一系列优点, 因此广泛用于车站、码头、桥梁、大厅、厂房、室内外机械安装、设备维修、建筑保养 等场合。 1.1.2 研 究 意 义 升降平台不论是在工业生产还是我们的日常生活中都有着非常重要的作用。给我们 带来许多便捷、便利。升降平台有许多特色的功能,电梯在我们生活中的好多地方都会 用到,升降平台就如电梯的性能大同小异,我们在升降平台的使用过程中也可以针对自 己的需求对升降平台的具体参数进行设置。升降平台在我们生产中的应用非常普遍,可 见升降平台在我们的生活中的重要性。然而在我们生产中升降平台也有着非常重要的作 用,尤其是货物高空操作。 -2- 1.2升 降 平 台 概 述 1.2.1 升 降 平 台 定 义 升降平台是一种将人或者货物升降到某一高度的升降设备。在工厂、自动仓库等物 流系统中进行垂直输送时,升降平台上往往还装有各种平面输送设备,作为不同高度输 送线的连接装置。一般采用液压驱动,故称手动液压升降平台。除作为不同高度的货物 输送外,广泛应用于高空的安装、维修等作业。升降平台包括:固定升降平台、牵引式 升降平台、车载式升降平台、导轨式升降平台和特殊形式的升降平台等。 1.2.2 手 动 液 压 升 降 平 台 的 作 用 手动液压升降平台广泛适用于货物、集装箱、模具制造,木材加工,化工灌装等各 类工业企业及生产流水线,满足不同作业高度的升降需求,同时可配装各类台面形式 (如滚筒、转盘、转向、倾翻、伸缩) ,配合各种控制方式(分动、联动、防爆) ,具有 升降平稳准确、频繁启动、载重量大等特点,有效解决工业企业中各类升降作业难点, 使生产作业轻松自如。 1.2.3 手 动 液 压 升 降 平 台 的 特 点 升降平台升降系统是靠液压驱动的,所以叫做液压升降台。是一种多功能的装卸机 械设备。它主要广泛适用于模具制造,化工罐装以及集装箱,货物之类的各种工厂企业 及生产流水线。手动液压升降平台可以满足于不同作业高度的升降需求,配装各类台面 形式,采用合适的控制方式,使得升降是平稳准确,可以频繁启动,且承载量大,从而 能够有效的解决工业企业中各类升降作业时的难题,方便生产。 1.3国 内 外 研 究 现 状 1.3.1 国 外 当前国外制造升降平台的国家比较多,如意大利、芬兰、美国、英国等国家。国外 升降平台生产在有的国家已有几十年的历史,升降平台在机械产品中占有相当大的比重。 根据叉臂的数量分单节和多节升降平台,还有固定式(图 1.2) 、超低式(图 1.3) 、移动 式(图 1.4)等各种型式。 图 1.2 固定式升降平台 图 1.3 超 低式升降平台 图 1.4 移动式升降平台 -3- 目前升降平台的驱动力多用液压驱动,在仓库、航空、工业、码头等场所广泛运用。 特别在高空作业升降平台及商业货物平台中己形成系列化的生产,如英国起重有限公司, 他们根据各类仓库的装卸需求,生产适应商业货物系统方面不同型号的升降平台,大部 分高空作业搬运作业其技术先进。还有 Geda 公司的 Multilift 系列施工升降平台,这台 施工升降平台可以通过电子显示装置对“高度预定控制系统”进行操作。通过该系统, 要使升降平台轻松地停靠在不同高度,操作员只需简单的按钮操作就可。该升降平台配 有嵌入式的控制装置,使升降平台的急停急走不再发生。美国专家 Hashem 等根据剪叉式 手动液压升降平台的特点提出采用并联连接剪叉臂的结构形式,之前的升降平台主要是 串联连接剪叉臂,串联连接限制了其工作台面的增加,并联连接不仅可以增加工作面积, 还能够大大增加其稳定性1.2。 图 1.5 剪叉式手动液压升降平台 1.3.2 国 内 随着中国城镇化的扩展,道路,桥梁等基础设施的建设不断增多,需求不断扩大, 升降平台以及升降平台的种类需求也不断增加。而且近几年,手动液压升降平台发展正 处在一个发展的高峰期,并且逐步向产业化和集群模式发展。 现在不管是在建筑工地、市政施工、企业、工业、工厂、装潢、酒店还是私家庭院, 升降平台以及是到处可见,使用也是非常广泛。因此,升降平台市场发展前景广阔。我 国升降平台市场进入高速发展阶段,有望保持高速发展态势。 目前国外生产升降平台比较知名的企业有爱知公式、JLG 公司和 Alter 公司等。在 国内主要有山东济阳和江苏镇江两大生产基地。比较知名的国内企业有徐州重工,浙江 定力和京城重工等企业 6。 国内的升降平台的制造起步比国外的晚,但是近几年的发展相对较为迅速,主要表 现在产品种类的不断增加。如沈阳北方交通中共集团研制了 54m 的高空消防救援车。目 -4- 前,徐州重型机械有限公司正在研发 80m 的高空消防车,在此之前,它已经成功研制了 22-68m 的高空消防救援车。杭州爱知公司也研发完成了绝缘型高空作业车。 图 1.6 高空升降平台(高空消防救援车) 在剪叉机构的强度、刚度方面的研究,郭克希等人通过对剪叉式机构的演变方式的 分析对比,得到了变异剪叉结构,并对该结构进行了研究,通过对该空间展开式剪叉机 构的强度分析,得出了该机构的关键结构尺寸,从而设计出一种新型的能够广泛应用于 各种特殊的场合的机动平台9。胡小舟等人分析了剪叉式升降平台的受力,建立了其力 学模型,然后利用 Matlab 软件进行分析,研究了影响油缸最大推力的关键参数10。 张荣敏等人对剪叉机构的结构参数进行了分析,并利用 ANSYS /APDL 的优化设计模块对 剪叉臂进行结构优化分析,得出剪叉臂的最优参数11。邓宏光等人根据剪叉式升降平 台的结构特征,建立了起升结构的力学方程,并确定了起升结构的关键参数12。 图 1.8 空间展开式剪叉机构升降平台 -5- 第 2章 总 体 结 构 方 案 及 参 数 选 定 2.1 设 计 要 求 设计一款反剪叉式手动液压升降平台车。主要性能参数与性能要求如下:承载力 Fl=100kg;最低使用高度 300mm,最高起升高度 1000mm,平台尺寸 400mm*300mm,平台车 自重 20kg。 2.2升 降 平 台 结 构 确 定 剪切式升降平台的发展较迅速,种类也很齐全。按照剪切的大小分为大剪式升降平 台(又叫子母式) ,还有小剪(单剪)升降平台 ;按照驱动形式又可分为机械式、液压 式、气液驱动式;按照安装形式又可以分为藏地安装,地面安装。通过前述对图 1.11.8 各种类型升降平台的特点进行对比,因此次设计的升降平台为适用于工厂、企业、仓库、 商务楼、超市、物流配送中心等行业的货物移动搬运,因此选定本次为剪切式手动液压 升降平台,根据本次设计尺寸要求:最低使用高度 300mm,最高起升高度 1000mm,平台 尺寸 400mm*300mm,因此采用 3 个以上剪叉才能满足要求,其整体结构形式如图 2.1 所示。 -6- 图 2.1 手动液压升降平台整体结构形式 剪切式液压平板升降平台由机架、液压系统两部分组成。设置限位装置、升程自锁 保护装置等以保证升降平台安全使用,保障维修工人的生命安全。剪切式升降平台有两 组完全相同的升降平台构,分别放于左右两侧车轮之间,因两侧结构完全相同,可以左 右互换。升降平台由电气系统控制,由液压系统输出液压油作为动力驱动活塞杆伸缩, 带动两侧举升臂同时上升、下降、锁止2。 升降平台一侧上下端为固定铰支座,举升臂由销连接固定在铰支座上。另一侧上下 端为滑轮滑动,举升臂通过轴与滑轮连接。升降平台在工作过程中,以固定铰支座一侧 为支点,滑轮向内或向外滑动,使升降平台上升下降,当达到适当的举升位置时,利用 液压缸上的机械锁锁止。 2.2 确 定 各 结 构 尺 寸 (1)升降平台降低到 0.3m 时 升降平台压缩到最低位置时,升降平台高为 300mm (底座到平台面的距离)。如图 2.3 所示底座厚为 10mm,滚轮直径 D=50mm ,滚轮处轴径 Dz=24mm ,为了避免滚轮直接 磨损底座,设计时,加工滚轮滑道,滑道厚为 10mm,滑道宽 35mm,滑道长为 200mm。上 下两滚轮之间的距离为 ,两支撑点之间水平距离Hd=30-125-6=1 m 根据勾股定理求举升臂长 L:Ld=340m225b()3 求得 L=344.4mm,举升臂宽 50mm,厚为 15mm。 (2)升降平台升高到 1m 时尺寸变化 升降平台向上举升时,滑轮向内侧滚动,液压系统向上伸缩,固定铰支座和滑动铰 支座之间距离缩短,平台与底座之间距离越来越大。升降平台升高到 1m 时,升降平台上 下两滑轮之间的距离为 ,因举升臂长 L=344.4mm,固定Hg=10-25-6=8m 铰接处与滑轮之间的距离为 Lb,由勾股定理得 22Lb()3 则 Lb=182.8mm,滑动轮滑动距离 Lx=340-182.8=157.2mm。升降平台升高到 1m 时, 结构状态如图 2.2 所示。 -7- 图 2.2 升高到 1m 时升降平台主视图 因我们的举升臂宽为 50mm,所以连接处螺栓轴径适当取 Ds=24mm,滑动滚轮处轴径 取 Dz=24mm,滑轮总宽为 30mm,与滑道实际接触尺寸为 25mm,另外 5mm 为阶梯凸台,直接 与举升臂接触,减小摩擦。 2.4平 台 与 叉 杆 的 设 计 计 算 2.4.1 确 定 平 台 的 结 构 材 料 及 尺 寸 平台位于升降台的最上部,是支撑件的组成部分。货物能够在升降台上平稳的放置 就是平台起了关键的作用。需要说明的是平台并不是一个简单的钢板,而是在下面有滑 道,因为升降台叉杆臂上有滑轮,滑道的作用就是使滑轮在滑道内来回滑动,使升降台 完成举升和回落动作。下底板也如此,如下图 2-3。 图 2-3 下底板结构简图 根据上面货物尺寸参数,确定平台的长度为 400mm,宽度 300mm,材料采用热轧钢板。 -8- 其形状见图纸。需要说明的是平台并不是一个简单的钢板,而是在下面有滑道,因为升 降台叉杆臂上有滑轮,滑道的作用就是使滑轮在滑道内来回滑动,使升降台完成举升和 回落动作。 叉杆是升降台最主要的举升部件,是主要的受力机构。对其设计的成功与否关系到 整个设计工作的成败,选材 45 号钢,热轧钢板。叉杆的外形图如图 2-4 所示。 图 2-4 叉杆的外形图 2.4.2 确 定 叉 杆 的 结 构 材 料 及 尺 寸 对支撑叉杆进行受力分析: 首先定义每根杆的名称编号,如图 2-5: 图 2-5 支撑叉杆受力分析图 对于杆 3、杆 4 的活动铰联接在水平方向上除了摩擦力没有其它外力,所以可以忽略 不计,现在只考虑其竖直方向上的受力就可以了。经过分析杆 3 的受力情况如图: 计算其最大弯矩及轴向力: 经力学分析,当升降台处于最低位置, 时,所受弯矩最大,如图。5 -9- 225678maxWlcoscosMl.Nm 当升降台处于最高位置, 时,轴向力最大,如图30 , (正值为拉力,负值为压力) 。 1254DBWNsinN125BAN 杆 4 受力情况同杆 3。 下面再分析一下杆 1,对杆 1 作受力分析,如图 对 D 点做力矩分析: ,可得 = -423Ax PWllFlsinlcoscsin()AxF 110.1N。 计算弯矩,由上图可转化成下图来分析: 根据以上条件画弯矩图,如下: 图 2-6 杆 1 弯矩图 -10- 由此图可知,杆 1 的最大弯矩在 C 点。经计算当 时, 有最大值,即拥有最大5cR 弯矩,同样此时也拥有最大的轴向力。首先将 ,W=9800N,P=11.6W(P 与 W 的关系 值根据上述的公式 求得)代入以上各式,求得的值如下图: 2cossin()i()lPWa 则 。 215236maxABM(R)lNm 计算轴向力,同样将杆 1 的受力分析图再转化为轴向力图分析,如图: 经分析计算,CD 段受到的轴向压缩力最大, 。由于刚刚计算出的杆 35492CDTN 与杆 4 的最大弯矩和最大轴向力都小于杆 1 的值,故不对杆 3 杆 4 计算工作应力。计算 杆 1 该状态下的工作应力,设叉杆横截面积 A=bh,如图: 则该状态下的工作应力为 max22651649,C sNhMbhAbn 其中, 叉杆实际工作应力 , 材料许用应力, 材料的极限应力,对于 45 号钢,为 340Mpa s -11- n安全系数,一般为大于 1 的值,这里取 n=2。 根据经验初选 h=0.1m。 由此式可以看出弯矩对工作应力 的影响较轴向力要显著的多,所以在计算时应以 最大弯矩为主要计算对象。杆 1 所承受的最大工作应力。杆 1 的 C 截面拥有最大弯矩, 即可以认为 C 截面拥有最大的工作应力。我们按照最大工作应力来选取合适的叉杆截面。 将 h=0.1m 代入上式: 最大工作应力 。这里取 ,即叉杆的横截 36157021.3.MPabmb25bm 面为 100 25 。hb2m -12- 第 3章 受 力 分 析 与 校 核 计 算 3.1位 置 参 数 计 算 在进行校核计算时为简化力学模型,只对最底下的一个剪叉进行校核即可,其余剪 叉受力情况相同,因此计算时按照单剪叉结构的力学模型进行。 由图 3-1 可知 图 3-1 位置参数示意图 (1) 21/sin(cos),CLHll (2) 22()co;T 上式中: H任意位置时升降平台的高度; C任意位置时铰接点 F 到液压铰接点 G 的距离; L支撑杆的长度; 支撑杆固定铰支点 A 到铰接点 F 的距离;l T机架长度(A 到 G 点的距离) ; 活塞杆与水平线的夹角。 以下相同。 将(2)式代入(1)式,并整理得 。 (3) 221/()HLTCll 设 代入(3)式得00/,/,H -13- 。 (4) 221/200()HTClLlC 在(4)式中, 升降平台的初始高度;0 液压缸初始长度。 双铰接剪叉式升降平台机构的运动参数计算: 图 3-2 运动参数示意图 图中, 是 F 点的绝对速度; 是 B 点绝对速度; 是 AB 支撑杆的速度;VV1 是液压缸活塞平均相对速度; 是升降平台升降速度。由图 3 可知:1 21112,sin()sin(),coscs,in()FBllVLl (5)1si() LVl。 在(5)式中, 液压缸活塞平均相对运动速度;1 升降平台升降速度;2 支撑杆与水平线的夹角。 以下相同。 -14- 3.2动 力 参 数 计 算 图 3-3 动力参数示意图 图中,P 是由液压缸作用于活塞杆上的推力,Q 是升降平台所承受的重力载荷。通过 分析机构受力情况并进行计算(过程省略)得出: 升降平台上升时 ; coscosincostantan()( )sin()22icosLfLbfbbfl (6) 升降平台下降时 ( coscosincostantan()( )sin()22icosQLfLbfbPbfl 6) 、 (7)式中, P液压缸作用于活塞杆的推力; Q升降平台所承受的重力载荷; f滚动摩擦系数; b载荷 Q 的作用线到上平板左铰支点 M 的水平距离。 由于滚动轮与导向槽之间为滚动摩擦,摩擦系数很小(f=0.01),为简化计算,或忽 略不计,由(6) 、 (7)式简化为: 。 (8) cosin()PLl 3.3液 压 缸 布 置 方 式 的 分 析 从直观的角度分析考虑,如下图: -15- 图 3-4 液压缸工作示意图 我们可以从图上看出,液压缸的尾部是连接在右侧支撑杆活动的区域的,液压缸的 头部是连接在杆 1 的右端(偏向杆 1 的活动铰连接) 。因此,我们针对实际升降台剪叉机 构中液压缸常用的布置方式存在的问题,提出了另一种相对布置方式,将液压缸布置在 与之相对称的左侧,即与剪叉机构的固定支点在同一侧,来进一步分析讨论。 (1)问题的提出 液压缸驱动的剪叉机构再各种升降台中广泛应用,因安装的空间不同,其折合后的 高度也必然就不同,所以液压缸在剪叉机构内的布置要受到折合后高度的约束。根据文 献甘肃大学学报的有关液压缸驱动剪叉机构的运动学及动力学分析一章,得知液压 缸布置在左侧。 液压缸活塞运动速度与台面升降速度的关系式为 (1) 2cos2in()yalv vl 活塞推力与台面荷重的关系式为 (2) cssin()i()lPWa 式中, 111,tant,sin(i)2hlal d 。 以上两式的推导基于工程中常用的液压缸布置方式,即液压缸下支点与剪叉机构的 -16- 固定支点在同一侧,如上图。这种布置方式的优点是液压缸的有效行程比较短,这在台 面升程范围比较大的场合较为适用。存在的问题是在剪叉机构折合后的高度 h 较小的情 况下(即 角较小) ,所需液压缸的推力将大大增加。在液压缸最高工作压力限定的情况 下,这将使得所用的液压缸的直径增大,以致在折合后的剪叉机构中难以布置;或采用 两个直径较小的液压缸取代一个大直径的液压缸,不过这将增加一对液压缸的支座,同 时带来机械加工、液压缸安装以及液压系统的复杂性,加大了整个装置的成本。 (2)两种布置方式的分析和比较 为了解决以上提出的问题,可考虑将液压缸反向布置,计算一下该方案的有关参数 再将两者作以比较。 如图: 图 3-6 液压缸布置在右侧 这里仍用瞬时速度中心法来求解活塞运动速度。杆上点、点的瞬时转动中 心为 F 点,D 点、A 点的速度为:2()vla 台面升降速度: cos2csyDvl 点的运动速度: ()2cosyAlav -17- 活塞运动速度: () ()sin()cos2coAlav 式中, 11sini,t()cohlalL 依据虚位移原理有: () ()0ixixixpypWFFzP 由图分析可得: cos,sin()()i,2sinxyppwPPlalayl 经变分后: i()cos2pwyl 代入式() ,整理后得活塞推力: () cos()in()lPWa 式()和式()的正确性可以用机械能守恒原理来证明,即 yv 将式()与式()进行比较,再 各参数都相同的条件下,显然,液,ylaWv 压缸布置再右侧时的推力较液压缸布置在左侧时小;而式()与式()比较,则液 压缸布置在右侧时的活塞速度较液压缸布置在左侧时高。可见,活塞推力的减小是以活 塞速度的提高为代价换来的。 液压缸布置在剪叉机构的右侧,使得液压缸的活塞推力减小,这就可以选用直径较 小的液压缸,有利于液压缸在剪叉机构中的布置;带来的问题是液压缸的有效行程较长, 如果台面升程范围不大,液压缸行程的增加也是有限的。 3.4强 度 校 核 计 算 3.4.1 叉 杆 对支撑叉杆进行受力分析 首先定义每根杆的名称编号,如图: -18- 对于杆 3、杆 4 的活动铰联接在水平方向上除了摩擦力没有其它外力,所以可以忽略 不计,现在只考虑其竖直方向上的受力就可以了。经过分析杆 3 的受力情况如图: 计算其最大弯矩及轴向力: 经力学分析,当升降台处于最低位置, 时,所受弯矩最大,如图。5225678maxWlcoscosMl.Nm 当升降台处于最高位置, 时,轴向力最大,如图30 -19- , (正值为拉力,负值为压力) 。 1254DBWNsinN125BAN 杆 4 受力情况同杆 3。 下面再分析一下杆 1,对杆 1 作受力分析,如图 对 D 点做力矩分析: ,可得 = -423Ax PWllFlsinlcoscsin()AxF 110.1N。 计算弯矩,由上图可转化成下图来分析: 根据以上条件画弯矩图,如下: -20- 由此图可知,杆 1 的最大弯矩在 C 点。经计算当 时, 有最大值,即拥有最大5cR 弯矩,同样此时也拥有最大的轴向力。首先将 ,W=9800N,P=11.6W(P 与 W 的关系 值根据上述的公式 求得)代入以上各式,求得的值如下图: 2cossin()i()lPWa 则 。 215236maxABM(R)lNm 计算轴向力,同样将杆 1 的受力分析图再转化为轴向力图分析,如图: 经分析计算,CD 段受到的轴向压缩力最大, 。由于刚刚计算出的杆 35492CDTN 与杆 4 的最大弯矩和最大轴向力都小于杆 1 的值,故不对杆 3 杆 4 计算工作应力。计算 杆 1 该状态下的工作应力,设叉杆横截面积 A=bh,如图: -21- 则该状态下的工作应力为 max22 651649,C sNhMbhAbn 其中, 叉杆实际工作应力 , 材料许用应力, 材料的极限应力,对于 45 号钢,为 340Mpa s n安全系数,一般为大于 1 的值,这里取 n=2。 根据经验初选 h=0.1m。 由此式可以看出弯矩对工作应力 的影响较轴向力要显著的多,所以在计算时应以 最大弯矩为主要计算对象。杆 1 所承受的最大工作应力。杆 1 的 C 截面拥有最大弯矩, 即可以认为 C 截面拥有最大的工作应力。我们按照最大工作应力来选取合适的叉杆截面。 将 h=0.1m 代入上式: 最大工作应力 。这里取 ,即叉杆的横截 36157021.3.MPabmb25bm 面为 100 25 。hb2m 3.4.2 横 轴 选取套联在活塞杆端部的横轴,根据总体结构布局确定横轴长度需要 220mm,由于是 单耳环联接,其内径 CD=50,横轴的外径也应为 50mm,但考虑到二者需要相对滑动,应使 横轴的外径略小于 50mm,这里取 d=48mm。单耳环的宽度值 EW=60mm。将叉杆要联接到横轴 处的孔进行加长处理,使两者接触面积适当的增大以减小弯曲应力及及剪应力。因此可 按下图分析横轴所受应力: -22- 当 时,P=113680N,可求得 。作用于横轴上的力 P 是均匀5 568402ABPRN 分布的,分布距离为 60mm,故集度为: ,截面 O 上的最大弯 613.91/.qm 矩为 ,截面 C 和 D 上的剪力 (这 0.30.8542.AMRqNm 56840AQRN 里没有考虑剪力与弯矩的正负) 。 其弯曲应力为 3 0.16Mpad 剪应力 225684.QP 对于其它几个销轴,由于所受的应力都小于上述值,在不改变材料的基础上选择直 径各为 35mm、40mm 是完全可以的,这里就不一一校核了。 3.4.3 连 接 螺 栓 的 校 核 螺栓在升降平台中起连接作用,主要承受剪切变形。校核时只考虑剪切变形就可以。 以下是对图 2.4 中的 1、3、4 处的螺栓进行强度校核。螺栓材料为 Q235-A 钢,许用剪切 应力 =98MPa。 (1)1 处螺栓受的剪切力如图 3.15 所示 图 3.15 1 处螺栓所受剪切力图 (a)升降平台在最低点时螺栓剪切力强度计算 水平方向承受的应力为 31284.1059.62QkFMPaAd 竖直方向承受的应力为 32228.105.74Qkad 根据第三强度理论 = 53.89MPa1298MP -23- 满足强度要求。 (b)举升到 1m 时螺栓剪切力强度计算 水平方向承受的应力为 312216.901.84QkFMPaAd 竖直方向承受的应力为 3222604.54Qkad 根据第三强度理论 12.87.698MP 经计算满足强度要求。 (2)3 处螺栓受的剪切力如图 3.16 所示 图 3.16 3 处螺栓所受剪切力图 (a)升降平台在最低点时螺栓剪切力强度计算 水平方向承受的应力为 3122684.1059.6QkFMPaAd 竖直方向承受的应力为 22504QkPad 根据第三强度理论 1259.698M 经计算满足强度要求 (b)举升到 1m 时螺栓剪切力强度计算 水平方向承受的应力为 31226104.54QkFPaAd -24- 竖直方向承受的应力为 2253.814QkFMPaAd 根据第三强度理论 120.9 经计算满足强度要求。 (3)5 处螺栓受的剪切力如图 3.17 所示 图 3.17 5 处螺栓所受的剪切力图 (a)升降平台在最低点时螺栓剪切力强度计算 水平方向承受的应力为 312284.1059.6QkFMPaAd 竖直方向承受的应力为 2276.54Qkad 根据第三强度理论 123.0798MP 经计算满足强度要求 (b)举升到 1m 时螺栓剪切力强度计算 水平方向承受的应力为 312285.910.84QkFPaAd 竖直方向承受的应力为 32227.510.4QkMad 根据第三强度理论 12.598Pa 经计算满足强度要求。校核后的结果表明螺栓材料为 Q235 钢是符合要求的。 -25- 第 4章 液 压 系 统 设 计 4.1液 压 系 统 设 计 要 求 手动液压升降平台液压系统,除要求能在一定的范围内从货物两侧将货物同步举升 和下降外,还要求其能使货物在任意高度停止并保持不动。以便不同身高的工人,在维 修不同位置时可以任意调整高度,最方便的进行维修。因此,液压系统必须具有定位保 持功能。另外,因货物的重量较大,一但液压系统出现故障,升降平台举升臂在货物重 力的作用下会迅速下滑,可能会对车下维修工人的生命安全造成威胁,升降平台上面的 货物也有被摔坏的危险。所以,为了防止这样的情况发生,升降平台必须具有机械锁装 置。机械锁由分别安装在举升油缸外侧和活塞杆顶部与举升臂相联的销轴上的两根锯齿 形齿条组成。安装在油缸外侧的齿条固定不动,而安装在销轴上的齿条则随活塞杆上下 移动,并且能绕销轴做一定角度的摆动,已实现两根齿条的分离和啮合。当举升臂处于 定位状态或液压系统出现障碍、油压低于一定数值时,动齿条就会在自身重力和弹簧力 的作用下与静齿条啮合,机械锁锁死,使举升臂不会下滑,这样就确保维修工人和货物 不会出现危险。 4.2液 压 系 统 的 设 计 升降平台的液压回路16如图 4.1 所示,主要由手动泵油部分和手动泄油部分组成: -26- 图 4.1 手动液压升降平台液压控制回路 4.3液 压 缸 的 计 算 油缸是液压系统执行元件,也是升降平台构的直接动力来源。通常油缸分为活塞式 和浮拄式两类。活塞式均为单向作用,其缸体长度大而伸缩长度小、使用油压低(一般 不超过 14MPa) 。浮拄式为多级伸缩式油缸,一般有 25 个伸缩节,其结构紧凑,并具有 短而粗、伸缩长度大、使用油压高(可达 35MPa) ,易于安装布置等优点。剪切式升降平 台多采用活塞式液压缸,动力源直接输送。 4.3.1 液 压 缸 的 安 装 位 置 由第三章对升降平台力学结构模型的分析与建立,设计中已经大致确定出液压缸的 安装位置。d 为液压缸下安装点与举升臂中心销孔距离(平行于举升臂) , f 为上安装点 与举升臂端销孔的距离, d= 250mm, f = 500mm。举升臂与水平面的夹角为 ,液压缸与 水平方向之间的夹角为 由 tan= 12530.49 o506317tantan5.496.oo 升降平台在最低点时,举升重量均匀分布在平台上。但当升降平台开始工作向上举 -27- 升时,左侧滑轮向内侧移动,上升过程中举升重量不变,但相对升降平台竖直向上的作 用力方向,举升重物的质心前移,为防止发生前翻状况,液压缸活塞杆端作用在滑动轮 所在一侧的上方举升臂上。左侧也为轿车的车头方向。升降平台在最低位置时,液压缸 的安装如图 4.2 所示。 图 4.2 液压缸的安装方向 4.3.2 液 压 缸 推 力 及 行 程 的 确 定 由前面的计算可知,液压缸所需的最大的推力为 P=324.08KN。 液压缸行程的确定 :我们所设计的升降平台从最低位置 350mm 升高到 2000mm,实际 上升行程为 1650mm。因升降平台活塞杆与水平方向夹角 与 有如下关系: ,当升降平台在最低点时液压缸的长度 2tantanLfdf 。当升降平台达到 2000mm 50si(6.5170si)94.0837.2iSc m 时, t
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