毕业设计（论文）-高空作业剪叉式液压升降机设计

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1、 高空作业剪叉式液压升降机设计摘要高空作业剪叉式液压升降机作为一种典型的高空作业设备，具有结构紧凑、机动灵活、操作方便、价格低廉等优势，因此普遍应用于机场码头、建筑维修、电气安装、广告装潢等场合。目前，国内生产企业的产品大都采用单液压缸驱动的方案，但随着工作高度和承受载荷的增加，一些企业开始采用上下平行配置的双液压缸同步驱动的方案。两根液压缸的引入使高空作业剪叉式液压升降机的动态特性变得更加复杂，而国内对这方面的研究还停留在探索阶段。本文以双液压缸驱动的高空作业剪叉式液压升降机为研究对象，对其进行受力分析与设计。主要工作内容如下：（1） 对高空作业剪叉式液压升降机进行结构分析并建立双液压缸驱动

2、的液压升降机的数学模型；（2） 设计双液压缸驱动的升降机的液压系统；（3） 对高空作业剪叉式液压升降机整体的稳定性进行分析。关键词：高空作业剪叉式液压升降机；结构分析；双液压缸驱动；液压系统；稳定性分析。全套图 纸加扣 3012250582Scissors type hydraulic elevator for high altitude operationABSTRACTAs a typical aerial working equipment, Scissors type hydraulic elevator for high altitude operation has lots of

3、advantages such as compact structure, flexibility, convenient operation, low cost and so on ,so it is widely used in airport terminals, constructions maintenance, electrical installation, advertising, decoration and other occasions, Currently, the domestic enterprise mostly adopts the scheme driven

4、by a single hydraulic cylinder, but with the increasing working height and load, some enterprises begin to adopt dual hydraulic cylinders synchronous driving scheme which uses upper and lower hydraulic cylinder arranged in parallel. Introducing dual hydraulic cylinders makes the dynamic characterist

5、ics of scissors type hydraulic elevator for high altitude operation more complex, the domestic research in this area is still in the exploratory stage.Taking scissors type hydraulic elevator for high altitude operation driven by dual hydraulic cylinders as the object of research, the stress analysis

6、 is carried on. The main contents are as follows:(1) The scissors type hydraulic elevator for high altitude operation structure analysis and to establish the mathematical model of the double cylinder hydraulic drive lift；(2) The design of hydraulic system of hydraulic elevator； (3) The high-altitude

7、 shear fork type hydraulic lift overall stability analysis.Key Words: Scissors type hydraulic elevator for high altitude operation; Structural analysis; Double hydraulic cylinders drive; Hydraulic system; Stability analysis.目录高空作业剪叉式液压升降机设计I第一章 绪论11.1课题研究的目的和意义11.2高空作业剪叉式液压升降机简介11.3剪叉式液压升降机的研究现状31.3

8、.1国外研究现状31.3.2国内研究现状41.4本论文的主要研究内容4第二章 高空作业剪叉式液压升降机数学模型的建立52.1高空作业剪叉式液压升降机整机分析52.1.1高空作业剪叉式液压升降机结构分析52.1.2建立高空作业剪叉式液压升降机数学模型52.2剪叉机构铰点受力分析62.3工作平台速度与液压缸活塞杆速度关系分析82.4液压缸行程92.5章节小结10第三章 高空作业剪叉式液压升降机液压系统的设计113.1液压系统简介113.2拟定液压系统原理图113.3液压缸的初步分析133.4液压缸参数分析133.5液压元件的选择153.6阀类元件与其它元件的选择163.6.1阀类元件的选择163.

9、6.2其它元件的选择173.7液压系统的安装193.8章节小结20第四章 高空作业剪叉式液压升降机整体稳定性的分析214.1对工作平台的分析214.2对底盘的分析214.3对臂架的分析224.3.1剪叉臂受压承载能力分析224.3.2剪叉臂受弯矩能力分析234.3.3升降机受风载能力分析244.4本章小结24第五章 结论与展望255.1结论255.2展望25参考文献26致 谢27III第一章 绪论1.1课题研究的目的和意义 高空作业剪叉式液压升降机作为现今典型的高空作业设备，具有结构简单、工作平稳、机动灵活、维护方便及价格低廉等优势，被广泛应用于建筑工地、电气安装、广告装潢、机场码头、厂房维修

10、等场合。在最近几年，由于建筑行业的飞速发展，剪叉式液压升降机的需求量也随之急剧增加，引起了人们对它更高的重视。 剪叉式机构是一种折叠结构，它包括收缩和展开两种工作状态，在不使用的时候可以使升降机处于收缩状态，这样在运输和储存的时候都比较方便，在需要的时候就打开，这样缩短了搭建的时间，提高了工作效率。由于剪叉式升降机的这种优越特性，使得它在大厅装修、路灯维修和设备安装等多种领域有着广泛的应用【1】。 而液压升降机也有很多的缺陷，我国现阶段的剪叉式液压升降机主要是以别人生产的样本进行简单的模仿，没有形成企业自身的创新设计理念，所以如何对升降机进行优化和改进至今没有一个统一的标准。在设计液压升降机时

11、，作图法或类比法是最传统的方法，计算机只作为辅助工具用来绘制二维图，在设计中未被得到充分的应用，这样既耗费了设计工时，加长了设计周期，并且由此设计的产品机械性能低，产品笨重、成本高。1.2高空作业剪叉式液压升降机简介 近几年来，高空作业平台的市场前景越来越广阔。高空作业平台主要利用臂架的伸缩或者折叠将工作人员、工具和材料送到高空指定位置并完成相关作业，根据其结构不同可划分为:铝合金式升降机、套缸式升降机、剪叉式升降机、曲臂式升降机和导轨链条式升降机等【2】，如图1.1所示。 （a）铝合金式 （b）套缸式 （c）剪叉式 （d）曲臂式 （e）导轨链条式图1.1 各类型高空作业平台 剪叉式高空作业平

12、台是最典型高空作业平台的一种，主要由底盘、剪叉式升降机构和工作平台三大部件组成，如图1.2。按照运动方式又可分为固定式、牵引式和自行走式三大类。它的起升部分采用剪叉机构，能够确保升降机起升后保持较高稳定性和一定承载能力。为了增大工作范围，升降机的工作平台常采用可伸缩设计，并与剪叉式升降机构通过滑轨进行连接。一些起升载荷较大、工作范围较广的剪叉式高空作业平台多在底盘上增加固定支腿以保持升降机作业时的平衡性。 与其它结构的高空作业平台相比，剪叉式高空作业平台具有以下特点：（1） 整机结构紧凑，具有良好的机动性和通用性；（2） 工作平台宽阔，作业范围大，工作效率高，适合多人作业；（3） 工作平台只做

13、垂直升降运动，具有较高的稳定性和承载能力；（4） 液压和电气控制系统简单，不需要复杂的臂架控制方案；（5） 操作方便，制造维修方便，价格成本低，施工费用低【3】。图1.2高空作业剪叉式液压升降机 虽然高空作业剪叉式液压升降机有诸多优点，但是由于其工作高度大多在20m以下，仍属较低高度，因此高空作业剪叉式液压升降机被广泛应用在厂房仓库、园林剪修、广告装潢、建筑维修、机场码头、电气安装、大型设备制造与维护等场合，代替费力费时又不安全的脚手架。1.3剪叉式液压升降机的研究现状1.3.1国外研究现状 国外升降平台的生产和研发已经长达几十年之久，升降平台在机械产品中占据了相当大的比重，许多专家对液压升降

14、平台都有一定的研究： HS Packman对升降台油缸驱动力新的计算方法进行了简单的介绍，设计人员通过利用这种新的算法对升降平台的驱动设计时，能够更好地计算出驱动力的大小以及驱动力需要安放的位置【4】。W.Shan利用分析软件Matlab通过试算的方法对剪叉臂进行了尺寸优化，首先通过约束剪叉臂的载荷等条件，然后根据剪叉臂的许用应力采用刚度矩阵进行重复计算截面尺寸，从而得到最优的截面尺寸【5】。M.Petru等对剪叉式升降平台进行了试验分析，获取平台的速度、加速度以及铰点的受力，然后将几何模型导入ANSYS中进行动力学分析，通过与实验数据进行对比，验证了仿真分析方法的可行性【6】。美国专家Hac

15、hem等根据剪叉式液压升降机的特点提出采用并联连接检查臂的结构形式，之前的升降机主要是串联连接剪叉臂，串联连接限制了其工作平台面的增加，并联连接不仅可以增加工作面积，还能大大增加其稳定性【7,8】。Travis Langbecker通过运用几何分析法，并且以剪叉式升降平台的基本检查结构为单元进行研究，从而获得了该基本结构单元的运动方程【9】。B.P.Nagaraj等通过对三、四棱柱单元和基本结构单元等对象的研究，进而得出剪叉式伸展机构的运动学约束方程【10】。C.Gantes根据剪叉臂的受力情况提出了一套新的理论，对于双层剪叉臂起升机构的模型推导出了一个系统的设计和计算标准【11】。1.3.2

16、国内研究现状 虽然国内对液压升降机研究的起步较晚，但我国的专家学者仍对升降机的发展做出了巨大贡献： 李鄂民教授对升降设备的剪叉机构实施了运动学和动力学的研究分析，并且运用瞬时速度中心法及虚功原理，推导出活塞运行速度与工作台升降速度的关系式以及活塞推力大小与剪叉臂载重关系式，同时还给出了实例与计算结果【12】。曾武平将不同类型的剪叉机构进行模块划分，推导出通用的理论计算公式，并采用Visual C+进行编程，开发出剪叉机构的设计与仿真系统【13】。李增双、李永波等人利用计算机辅助设计软件Pro/E建立了剪叉式液压升降台的三维实体建模，并且运用ANSYS有限元分析软件建立了压力机的虚拟样机，同时还

17、对关键零部件进行了静力学受力分析，最后验证了剪叉式液压升降台满足了设计要求【14】。卫良保、陶元芳等人运用有限元分析法对液压升降设备的剪叉机构进行了分析，同时还计算出相对危险的单元结点的变形及应力情况【15】。太原科技大学的曾午平等人将剪叉式升降平台的剪叉机构划分为三种，并对每一种运动特性进行了分析，根据其起升特点推导出了升降机在运动过程中的各铰点瞬间位置的计算公式【16】。哈尔滨林机厂研究所的侯宇航通过对双剪式升降台进行受力分析，从而得出液压油缸的最大推力以及相关参数的确定，为以后剪叉式升降台的研究和发展奠定了良好的基础【17】。齐文虎对剪叉式升降平台进行了动力学和运动学分析，以减小液压缸最

18、大推力和提高作业平台速度稳定性为目标，编写了Matlab优化程序，并达到了期望效果【18】。张荣敏采用Visual C+和Pro/E软件设计出了一款能够实现剪叉式升降平台自动化建模的计算机辅助设计系统，并可用来进行零部件的干涉检查和运动分析【19】。此外，国内还有兰州理工大学、山东轻工业学院、北京工业大学、广州铁道学院等单位对剪叉式液压升降机有过研究。 综上所述,国内外许多专家学者都对剪叉式液压升降机进行了深入的研究和探索,并形成了一系列的行为准则。同时，随着全球范围内升降平台生产制造企业对升降设备研究力度的加大，尤其是在某些技术领域取得的突破和发展，使得剪叉式液压升降机的发展迎来了前所未有的

19、繁荣景象。1.4本论文的主要研究内容 本文主要对双液压缸驱动的高空作业剪叉式液压升降机进行设计分析，主要内容如下：（1） 对高空作业剪叉式液压升降机进行结构分析并建立双液压缸驱动的液压升降机的数学模型；（2） 设计双液压缸驱动的升降机的液压系统；（3） 对高空作业剪叉式液压升降机整体的稳定性进行分析。第二章 高空作业剪叉式液压升降机数学模型的建立2.1高空作业剪叉式液压升降机整机分析2.1.1高空作业剪叉式液压升降机结构分析 本论文对12m高空作业剪叉式液压升降机进行设计，其整机主要由工作平台、剪叉式升降机构和底盘构成，如图2.1所示。图2.1高空作业剪叉式液压升降机整体结构 工作平台位于升降

20、机的最上部，主要是为工作人员提供操作环境，并承受一定的载荷，四周装有护栏，下部有臂架支撑，该升降机载荷为300kg，可承载正常体重4人携带工具进行作业。该液压升降机的起升机构由两根液压缸和五副剪叉臂组成，液压缸采用两根相同的双作用单杆活塞式液压缸，在升降机内侧相互平行安装，剪叉臂由内臂和外臂组成，通过销轴相连接。它们决定了升降机的稳定性、工作高度以及升降速度。在使用时，两根液压缸在升降机起升时提供驱动力，在作业时提供支撑力，而升降机的剪叉机构保证了工作平台始终与地面保持平行。本文主要对液压升降机的起升机构进行研究。底盘位于升降机最下面，其整体结构包括支撑部分，可分为固定式、牵引式和自行走式。该

21、升降机采用四点牵引式底盘，工作时首先用将底盘上的四个轮子锁死，然后撑起所有支腿以使升降机能够平稳工作；在移动时，由外力进行牵引驱动。该底盘流动性强，成本较低，能满足大部分作业需求。2.1.2建立高空作业剪叉式液压升降机数学模型已知该高空作业剪叉式液压升降机最大高度L=12m，选取升降机最低高度为1700mm，则垂直行程=10300mm，选用Q235方形钢管，则打开时最大起升角度为55度，剪叉臂长度为由于该升降机对台面无特殊要求，所以初步选定台面尺寸为2650mm1500mm。本文主要对液压升降机的起升机构进行研究，为了方便，对剪叉机构进行以下假定：(1) 剪叉臂和液压缸视为刚体，在运动过程中不

22、会发生弹性变形；(2) 建模时将双侧对称机构的剪叉臂简化为单侧剪叉臂结构；(3) 不考虑环境影响，忽略铰接处的摩擦；(4) 剪叉臂的重心都处在其中心铰点处，液压缸质量可叠加到相邻剪叉臂上，不考虑偏载问题。建立如图2.2所示的直角坐标系，以铰点A为坐标原点，AB为x轴，AK为Y轴，AW为剪叉机构各铰点或连接点。SN为下起升液压缸，WU为上起升液压缸，下起升液压缸推力作用于S、N两点，上起升液压缸的推力作用于W、U两点。图2.2 双液压缸推动五副剪叉臂图中，剪叉臂与水平方向的夹角；液压缸与水平方向的夹角；a活塞杆铰点与剪叉臂铰点沿剪叉臂轴线的距离；b活塞杆铰点与剪叉臂轴线的垂直距离；c缸筒铰点与剪

23、叉臂铰点沿剪叉臂轴线的距离；d缸筒铰点与剪叉臂轴线的垂直距离；l剪叉臂的长度。2.2剪叉机构铰点受力分析高空作业剪叉式液压升降机在起升过程中,由于液压缸速度较慢,各剪叉臂的角加速度和质心的加速度小,因此它们产生的惯性力和惯性力矩非常小,在计算各个铰点的受力时,完全可以忽略不计。在计算铰点受力时，可以单独对一个剪叉臂的受力进行分析，列出力和力矩的平衡方程，联立可求解【20,21】。对力的方向做出以下设定：铰点受力向右为正，向左为负，向上为正，向下为负，求得正解则与设定的受力方向相同，负解则与设定的受力方向相反。液压升降机单侧剪叉机构的整体受力情况如图2.3所示，在剪叉机构升降过程中，各剪叉臂的重

24、心始终处于剪叉机构的对称中心线上，假设工作平台与载荷的重心始终处于工作平台的中心，则剪叉机构起升的过程中，其重心位置将偏离升降机的对称中心线。图2.3 剪叉机构受力简图图中，P为工作平台重力载荷P的一半，Pi为剪叉臂重力载荷Pi的一半。对单侧剪叉机构整体进行受力分析可得 （2.1）铰点A力矩 （2.2）式中， 为剪叉臂与水平方向的初始夹角。 联立式（2.1）和（2.2）可求得 （2.3） （2.4）图2.4所示为剪叉机构最下面一层的剪叉臂AD和剪叉臂BC的受力简图,图中为的1/2，为液压缸推力的一半。剪叉臂AD的X方向力的平衡方程为 （2.5）Y方向力的平衡方程为 （2.6）对A点分析的力矩平

25、衡方程 （2.7） 图2.4 剪叉臂受力简图剪叉臂BC的X方向力的平衡方程 （2.8）Y方向力的平衡方程为 （2.9）对B点分析得力矩平衡方程为 （2.10）联立式（2.3）（2.10）即可求得铰点A、B、C、D及的受力值。依据最底层剪叉臂所求得的铰点力，逐步代入上一层剪叉臂的静力平衡方程中，便可求得剪叉机构各个铰点受力，为剪叉臂强度和销轴强度的校核工作提供数据。2.3工作平台速度与液压缸活塞杆速度关系分析 高空作业剪叉式液压升降机工作平台的速度主要取决于液压缸活塞杆的速度，而活塞杆的速度又由整个液压系统液压油的流量决定。在使用定量泵或流量控制阀来控制整个液压系统的流量时，液压系统提供的是恒流

26、量，从而保持液压缸活塞杆的速度为匀速。在分析高空作业剪叉式液压升降机时，可将液压缸活塞杆速度定义为已知量，两液压缸保持同步，所以只需分析一个液压缸的速度和位移即可。由剪叉机构整体参数可得：工作平台的位置方程 （2.11）活塞杆铰点和缸筒铰点间距离 （2.12）若为自变量，对时间求导可得：工作平台速度的速度为 （2.13）液压缸活塞杆的速度为 （2.14）将式（2.13）与（2.14）联立可得液压缸活塞杆速度与工作平台速度关系式： （2.15）剪叉机构在升降过程中，由于与为非线性关系，所以工作平台速度与液压缸活塞杆速度v也为非线性关系，且它们的对应关系是时刻变化的，从而导致了工作平台的速度计算较

27、为复杂，并且引起了速度的波动。2.4液压缸行程液压缸的行程是由缸筒和液压缸活塞杆两铰点N、S间的距离确定的,根据图2.2可确定N、S两点的坐标方程：N点坐标方程为 （2.16）S点坐标方程为 （2.17）将式（2.12）、（2.16）及（2.17）联立即可得到液压缸行程： （2.18）式中，剪叉臂与水平方向的初始夹角； 剪叉臂与水平方向的最终夹角。由于液压缸行程过长，在工作中容易因受到压力而弯曲，故在两根液压缸缸筒外部设置连接，既能保证液压缸的稳定性，使之不易弯曲，又能进一步保证两根液压缸同步工作。2.5章节小结 本章通过对高空作业剪叉式液压升降机的结构进行分析，确定了升降机的额定载荷、起升高

28、度、起升方式以及移动方式，并建立了两根液压缸推动五副剪叉臂的剪叉机构数学模型，通过对单侧剪叉臂受力的分析推导出了各个铰点受力的计算公式，对工作平台速度分析以及液压缸活塞杆速度分析，从而求得两者的关系式，并最终推导出了液压缸行程的计算公式。第三章 高空作业剪叉式液压升降机液压系统的设计3.1液压系统简介液压传动是主要利用液体压力能的液体传动。液压传动和气压传动称为流体传动，是根据十七世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理发展起来的新兴技术，在工农业生产中得到了广泛的应用。如今，流体传动技术水平的高低已称为一个国家工业发展水平的重要标志。液压传动的基本原理是在密闭容器内，利用有压力的油液作为工作介质来

29、实现能量转换和动力传递，油液一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。液压系统主要由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件以及工作介质五部分组成。其结构简单，布局灵活，可实现无极调速，工作平稳，反应快，冲击小，控制简单且易实现系列化、标准化、通用化，因此得到了广泛的发展。而液压系统同样存在着不可忽视的缺点，液压油作为工作介质，易泄露，可被压缩，受温度影响且对污染敏感，致使传动精度不高甚至出现故障；液压元件制造精度、安装、调整和维护要求较高，导致成本较高；传动需要单独的能源，不适合远距离传动，出现故障时不易查出原因。但总体来说，液压传动的有点仍大于缺点，所以液压系统更

30、能胜任剪叉式升降机的传动机构。本文设计的高空作业剪叉式液压升降机采用的是双液压缸剪叉机构，为了保持两液压缸同步运动，液压系统采用机械连接同步回路，用剪叉机构的运动关系迫使两液压缸能够同步运动，即使当液压缸受到进油或泄漏影响致使活塞杆有不同步趋势时，剪叉机构的强制作用仍保持两活塞杆同步运动，动力单元采用电动机驱动单向变量液压泵的方式，通过液压泵改变单位时间内输出流量，从而控制液压缸运动速度。当液压缸活塞伸出时，剪叉机构带动工作平台升起，而工作平台通过自重、外负载以及液压系统的节流减速来实现下降。3.2拟定液压系统原理图一、首先选择高空作业剪叉式液压升降机液压系统的类型。液压传动系统包括闭式系统和

31、开式系统，它们的具体特点如下：（1） 开式液压系统,泵直接从油箱中吸取液压油，供给给执行系统，低压油直接返回油箱，系统简单，散热条件好。（2） 闭式液压系统，油泵进油管直接与执行机构的排油管相互连通，形成一个闭合回路，回油直接去泵的进油口。其优点是油箱容积小；管路中有一定压力，空气很难进入。本文选用开式液压系统。二、然后来选取液压系统用到的平衡回路：平衡回路的作用在于使执行元件的回油路上始终保持一定的背压力，以平衡执行机构的重力负载对液压执行元件的作用力，使之不会因自重而产生下滑现象，确保液压系统工作平稳、可靠。平衡回路主要有以下几种：（1） 采用单向顺序阀作为平衡回路，此种平衡回路适用于工作

32、负载固定且对液压缸锁定定位要求不高的场合。（2） 采用液控单向阀的平衡回路：其闭锁性能较好，能够保持活塞较长时间停滞不动，但有强烈的噪音、振动和冲击产生。（3） 采用远控平衡阀的平衡回路，此回路具有良好的密封性，能对活塞起到长时间的闭锁定位作用，且阀口开口大小可以自动适应不同载荷对背压压力的要求，保证活塞下降速度不受载荷变化影响。由于高空作用剪叉式液压升降机是作为临时高空作业平台使用，工作时间不会太长，出于对经济因素的考虑，选择应用单项顺序阀的平衡回路。三、确定平衡阀后，对液压系统的锁紧回路进行选择：高空作业剪叉式液压升降机作业时需要在某个位置停留，为了防止在工作时由于受力情况发生移动，可以采

33、用锁紧回路。锁紧回路主要有两种：（1）O型或M型的三位电磁换向阀的锁紧回路，当阀芯处于中间位置时，液压缸的进、出口都处于封闭状态，从而将活塞锁紧。但由于受到泄露的影响，锁紧效果并不是太好。（2）采用液控单向阀的锁紧回路，在液压缸的进、回油路中都串接液控单向阀，活塞即可在行程中的任一位置锁紧。锁紧的精度只受液压缸内很少的内泄露的影响，锁紧的精度较高。本文设计的液压系统由于使用了平衡回路，所以可使用采用O型或M型机能的三位电磁换向阀的锁紧回路。四、最后来确定该液压系统的换向回路：由锁紧回路，可确定使用电磁换向阀，中位使液压缸停止，左位使液压缸下降，右位使液压缸上升，即采用三位四通电磁换向阀。综上所

34、述，可初步拟定液压系统原理图：图3.1液压系统原理图图中 1- 过滤器 2- 交流电动机及液压泵 3- 溢流阀 4-节流阀 5- 三位四通电磁换向阀 6- 平衡阀 7- 液压缸液压系统的工作原理（1） 液压缸上升：电磁换向阀右侧通电，电动机驱动液压泵，使液压油经过滤油器、节流阀，分成两路进入电磁换向阀，通过背压阀进入液压缸无杆腔，推动液压缸上升，有杆腔液压油经过换向阀回油箱。（2） 液压缸下降：电磁换向阀左侧通电，电动机驱动液压泵，使液压油经滤油器、节流阀，分成两路进入液压缸有杆腔，推动液压缸下降，无杆腔液压油通过背压阀及换向阀回油箱。（3） 液压缸停止：在液压缸上升或下降过程中，将电磁换向阀

35、两端均断电，则液压缸保持静止状态，液压泵泵送的液压油直接回油箱。3.3液压缸的初步分析根据现实生活中额定载荷300kg起升高度12m的高空作业剪叉式液压升降机，可确定每根液压缸工作压力约为 （3.1）其摩擦力为 （3.2）惯性负载不计，取液压缸机械效率为，则每根液压缸的负载为 （3.3）两根液压缸的总负载为 （3.4） 高空作业剪叉式液压升降机工作状态可分为三种：上升、锁紧、下降。初设上升速度为0.09m/s，下降速度为0.08m/s。3.4液压缸参数分析查液压缸最大负载值表3.1，可取液压缸工作压力为P=1MPa表3.1液压缸最大负载值与工作压力关系表负载F/KN55-1010-2020-3

36、030-50工作压力p/MPa90808.2（3）电动机的选择：由已知，液压泵的最大工作压力为2.375MPa，流量为160L/min，取液压泵驱动电动机所需的功率为： （3.14）根据上述计算数据，此系统可选择Y160M-4型交流电动机，其具体参数见表3.6。表3.6交流电动机参数产品类型额定电压额定功率转速三相异步电动机220v11kw1460r/min图3.4 Y112M-4交流电动机3.6阀类元件与其它元件的选择3.6.1阀类元件的选择根据液压原理图以及上述流量及压力计算结果，对液压系统原理图中的各类阀类元件及辅助元件进行选择。对于靠近液压缸的单向顺序阀，由于顺序阀在液压缸下行时起到背

37、压阀的作用，所以顺序阀调定压力应该比背压值大至少0.5MPa。根据表3.7可选用XD3F-B20H1型单向顺序阀，图3.5。表3.7阀类元件技术技术参数表元件名称型号额定流量L/min最高使用压力MPa压力调整范围MPa平衡阀XD3F-B20H110031.50.6-1.6溢流阀MBP-06B200250.7-7电磁换向阀4WE6D618035节流阀MG20G1.220031.5图3.5 XD3F-B20H1型单向顺序阀查询资料选定溢流阀MBP-06B，参数如表3.7，实物如图3.6。图3.6 MBP-06B溢流阀查询资料选用4WE6D61型三位四通电磁换向阀，参数如表3.7，实物如图3.7。

38、查询资料选用MG20G1.2型节流阀，参数见表3.7，实物如图3.8。图3.7 4WE6D61型三位四通电磁换向阀图3.8 MG20G1.2型节流阀3.6.2其它元件的选择（1）过滤器的选择过滤器的选择应满足一下标准：1）过滤器精度满足要求；2）通油能力满足设计系统要求；3）滤芯应有足够的强度，不至于因油液压力而破坏；4）在一定稳定下，有一定的耐久性；5）能抵抗滤油的侵蚀；6）容易清洗和更换滤芯；7）成本较低，价格低廉。由于在液压系统中对液压油的要求较高，所以液压油的过滤过程尤为重要，因此滤油器的选择非常的重要。按照过滤器的流量至少是液压泵总流量的2倍原则，取液压泵流量的2.4倍，即 （3.1

39、5）因此选用通用性WU系列网式滤油器，型号确定为WU-400180F-J,参数如下表表3.8 过滤器技术参数型号过滤精度um压力损失MPa流量L/min通径mm联接方式WU-400180F-J1800.0140065法兰式图3.9 WU-400180F-J型过滤器（2）油管的选择单根液压缸上升与下降时输入流量都是160/2=80L/min。上升时排出流量 （3.16）下降时排出流量 （3.17）上升时运动速度为 （3.18）下降时运动速度为 （3.19）根据推荐值，当油液在压力管中流速取3m/s时，可计算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为 （3.20） （3.21） （3.22）按照

40、国家标准，无杆腔可选用公称直径为27.9mm的钢管或高压油管，有杆腔可选用23.8mm的钢管或高压油管。与泵相连的油管可选公称直径33.6mm的高压油管。（3）油箱的设计油箱的基本功能是：储存工作介质；散发系统工作中产生的热量；分离油液中混入的空气；沉淀污染物及杂质。其设计要点如下1） 油箱必须有足够大的容积以满足散热并容纳停机时因重力作用而返回油箱的压油，操作时油面要保持适当高度；2） 油箱底部要有适当的斜度，并设置放油塞，箱底应朝向清洗孔和放油塞倾斜，油箱底部至少离开地面150，以便放油和搬运；3） 从构造上应考虑清洗换油方便，便于清洗污物；4） 箱壁上需装油面指示器，油箱上应装有温度计；

41、5） 油箱上应有带空气滤清器的通气孔，有时注油孔与通气孔可兼用；6） 吸油管和回油管应尽量分隔开，吸油管离箱底距离应大于二倍的管径，矩箱边大于三倍的管径，回油管插入最低油面一下，防止回油时带入空气；7） 吸油侧和回油侧要用隔板隔开，用以分离回油带来的气泡和脏物。隔板高度不低于油面到管底高度的3/4；8） 油箱内壁应选用较好的耐油涂料，以防止生锈和凝水。查资料可知，v=m*q,低压m=2-4，中压m=5-10，高压m=6-15，本设计取m=3，v=3*160=480L。由于高空作业剪叉式液压升降机不需要频繁的工作，所以该设计没有安装温度计及冷却器，在这种情况下，油箱的长：宽：高为1：1：1到3:

42、2:1，油面高度达到油箱的80%，从而确定油箱长为1100mm，宽为820mm，高为550mm。3.7液压系统的安装液压系统各个原件参数表如下：表3.9液压元件表序号名称型号数量参数（mm）是否为标准件1滤油器WU-400180F-J1是2电动机Y160M-41是3液压泵CB-B1601是4溢流阀MBP-06B1是5换向阀4WE6D612是6平衡阀XD3F-B20H12是7节流阀MG20G1.21是8液压缸2D=125,d=63否9油箱11100820550否10无杆腔油管2内径27.5否11有杆腔油管2内径23.5否12液压泵油管1内径33.6否该液压系统采用叠加阀式连接，即按系统要求，将相

43、同规格的各种功能的叠加阀按一定次序叠加起来，组成叠加阀式液压装置。其最下面一般为底块，底块上开有进油口P、回油口T以及通往执行元件的进油口A、B。一个叠加阀组一般控制一个执行元件。若系统中有几个执行元件需要集中控制，可将几个垂直叠加阀组并排安排在多联底板上。用叠加阀组成的液压系统，元件间的连接不使用管子，也不使用其它形式的连接体，因而结构紧凑，体积小，系统的泄露损失及压力损失较小，尤其是液压系统更改较方便、灵活。叠加阀为标准化元件，设计中仅需绘出叠加阀式液压系统原理图，即可进行组装，因而设计工作量小，应用广泛。在绘制原理图时，应注意以下几点：（1） 主换向阀、叠加阀、底板块之间的运程连接尺寸应

44、一致；（2） 主换向阀在顶端，兼做盖板，叠加阀布置在主换向阀与底板块之间；（3） 回油路上的流量阀应布置在紧靠主换向阀，尽量减少回油路压力损失；（4） 一般情况下，一组叠加阀只控制一只油缸，如多缸工作系统，可透过底板块连接出多路叠加阀。图3.10叠加式液压原理图3.8章节小结本章对高空作业剪叉式液压升降机的液压系统进行了设计，根据数据并切合实际的拟定了液压系统原理图，通过对负载的分析并查询了大量资料，确定了液压缸的参数以及液压系统中流量与压强等工作数据，从而选定液压系统中液压泵及其动力源电动机的型号，在分析了液压泵与电动机的工作能力并查阅大量的液压相关资料后，确定了系统中阀类元件以及其它元件的

45、型号及参数，保证了液压系统的工作能力，从而使高空作业剪叉式液压升降机能够正常工作。第四章 高空作业剪叉式液压升降机整体稳定性的分析高空作业剪叉式液压升降机作为近年来最典型的高空作业设备之一，其整机工作稳定性至关重要，这不仅关系到工作的完成效率，更关系到操作人员的人身安全，因此对高空作业剪叉式液压升降机的稳定性进行分析必不可少。4.1对工作平台的分析工作平台是托起工作人员或货物的支撑板，在使用中工作平台保持水平，稳定载物，不能出现倾翻，否则常常会造成严重事故。因此，将上滚轮轨道做成槽形的形状，同时设计防翻板，从而有效的防止侧翻现象发生。高空作业剪叉式液压升降机对工作的安全与稳定性要求较高，所以台

46、面四周边均要设置安全边。工作平台常处于运动状态，一旦安全边碰上周围的操作者或障碍物，工作平台立刻停止运动，保护现场工作人员的安全。工作平台台面四周需设置防护栏，确定人与工具的安全活动范围，同时需警示操作人员在升降过程中将头、手、脚等伸出护栏范围，以防安全事故的发生。同时需在地面与工作平台上各设置一套控制装备，并设置切换钮，使用更加方便的同时从源头上杜绝隐患，防止人在作业时，地面上其他人员操作控制按钮发生险情。图4.1 升降机工作平台4.2对底盘的分析 该高空作业剪叉式液压升降机采用四点牵引式底盘，它具有结构简单、流动性强、适应能力强等优点，得到了广泛应用。出于对设备工作稳定性以及人员安全性的考

47、虑，在工作时需将四轮锁死，防止在工作时由于地形或外力等原因使升降机移动致使事故的发生。同时需在底盘两侧各安装两支腿，以保证升降机在工作时有足够的抗倾覆能力。图4.2 牵引式升降机底盘4.3对臂架的分析4.3.1剪叉臂受压承载能力分析 均布载荷直接作用于水平的操作平台上，力再通过操作平台传递到升降机的剪叉臂上，在这样的情况下，剪叉臂成了主要的受力部件。剪叉臂承受载荷的能力直接影响着整个升降机的稳定性，提高剪叉臂的承载能力直接影响着升降机的提升性能。这样就需要在设计剪叉臂时，对其进行强度、刚度和稳定性进行分析计算。图4.3 升降机剪叉臂（1） 剪叉臂受压强度分析 在某些极端情况下，例如当升降机起升

48、到极限时，剪叉臂与地面所成的角度将接近90度，这时载荷作用于剪叉臂的端面的力可以认为是垂直加载到其截面上，所以可以将剪叉臂简化为二力杆件，认为剪叉臂是两端受压的状况22，受力如图4.2所示。图4.4 剪叉臂受力简图因只有压力作用，可得： （4.1）在单向应力状态下： （4.2）式（4.2）就是剪叉臂只有压力时的强度校核公式，根据该式可以推得整个升降机的承载能力，如式（4.3）： （4.3）（2） 剪叉臂受压刚度和稳定性分析在轴向压力的作用下，剪叉臂会发生一定的变形，根据胡克定律可以推导出它的变形量的求解公式： 式中E 为剪叉臂材料的弹性模量，对于 Q235，取值为200Gpa23，L为剪叉臂的

49、原长,A 为剪叉臂的截面积。在受压状态下，如果剪叉臂受到的轴向载荷较小，它只会发生微小的压缩变形，在横向载荷的干扰下，它就会发生弯曲变形，去除干扰就会恢复原来的状态而保持稳定。也就是说，剪叉臂不仅有直线形式的平衡，也有弯曲状态下的平衡。剪叉臂受压状态下的稳定性可以通过求解它的临界载荷值 Ncr 的方法来判断，如果求得的 Ncr 小于剪叉臂轴向载荷 F，剪叉臂就会因为发生屈服而失稳，如果求得的 Ncr大于剪叉臂的轴向载荷 F，剪叉臂就能保持平衡状态。4.3.2剪叉臂受弯矩能力分析（1）剪叉臂受弯强度分析 对剪叉臂进行受力分析，根据实际的工作情况我们将剪叉臂作为细长杆，细长杆所受到弯矩引起的形变要

50、比它受到压力所引起的形变要远大的多，所以我们要充分考虑分析剪叉臂的受弯矩的能力，尤其是当载荷垂直作用在剪叉臂上时，这时弯矩最大，而且剪叉臂只承受弯矩的作用，由上述公式我们可以计算出剪叉臂能承受的最大弯矩： （4.4）这是剪叉臂所受到垂直载荷作用时能够承受的最大弯矩，如果实际弯矩超过这个极限值，那么剪叉臂就会屈服失效，所以设计的剪叉臂要满足这种极端情况。图4.5受弯矩示意图 （2）剪叉臂受弯刚度与稳定性分析对剪叉臂受力分析就是要求解出剪叉臂的最大挠度和最大的转角，用来对剪叉臂进行刚度设计。在对平台的剪叉臂进行实际受力分析时，把剪叉臂的轴线作为 x 轴，垂直剪叉臂轴线方向上的轴定义为 Y 轴。剪叉

51、臂在Y 轴方向上的位移变化称为挠度，横截面积转过的角度称为截面转角。在前面的分析中，对剪叉臂稳定性的分析是在理想的状况下进行的，只考虑了剪叉臂轴向受到压力的作用，没有考虑横向载荷的作用，即在初始的状态下剪叉臂是没有弯曲变形的。而在实际的情况下，剪叉臂不仅轴向受压，还受到横向载荷的作用。在这两种载荷的作用下剪叉臂肯定会发生弯曲变形，而且随着弯矩 的增大中心处的弯矩也会增大。剪叉臂的承载能力也会发生明显的下降。进而使整个升降机的承受载荷能力也降低。4.3.3升降机受风载能力分析考虑到高空作业剪叉式液压升降机在一些特殊的情况下会被用到，例如在抗震救灾、野外拓展等情况下，在这些情况下环境一般都是比较恶

52、劣的，会对升降机产生很大的影响。例如升降机在高海拔地区或者在沿海的地区进行作业，都会面对风力对其产生的影响，风力所产生的载荷对升降机会有很大的影响。在风力比较小的气象条件下，升降机的使用比较灵活，但当面对大风天气时，风力载荷会很大，随着起升高度的增加，载荷会越来越大，当载荷达到一定的极限时，升降机会面对平台发生倾覆、结构构件塑性屈服失效等危险，为了避免这种情况的发生，在设计升降机的时候，应对升降机承受风载的能力进行分析。图4.6受风载示意图风在行进的过程中，通常会遇到很多阻碍，在克服阻碍运动的过程中，就会对阻碍体产生力的作用，这种压力成为风压。风压在工程中十分的常见的侧向载荷，要在工程中对风力

53、进行分析，就要具体问题具体对待，根据工程所在地的实际情况进行分析，根据当地的风力资料，来确定所要考虑的风压24。风压的影响因素很多，其中风压会随着高度的增加而发生变化、地貌等特征对风压都有很大的影响。4.4本章小结 本章主要通过对高空作业剪叉式液压升降机的工作平台、底盘以及剪叉臂的分析，得出工作平台与底盘需安装的安全性装置，以及在进行设计时，对剪叉臂受压力、弯矩和风载等方面的考虑。第五章 结论与展望5.1结论本文对双液压缸驱动的高空作业剪叉式液压升降机进行设计，分析了液压升降机总体结构，建立了剪叉机构数学模型，设计了双液压缸驱动的液压系统并对整机进行了稳定性分析，主要工作如下：（1）通过高空作

54、业剪叉式液压升降机的结构特点，建立其数学模型，并推导出了液压缸与工作平台速度关系、铰点受力以及液压缸行程的计算公式。（2）设计了液压系统，根据升降机承载能力及起升高度要求，确定双液压缸的参数，查阅资料计算出液压系统的工作流量及压力，从而确定液压元件型号。计算出了液压油管内径并设计出油箱。（3）结合实际情况分析工作平台与底盘，保证升降机工作时稳定性，提高其安全性。 （4）对剪叉臂受压力、弯矩以及风载能力分析，考虑剪叉臂在各种条件下受力的情况，以了解设计时需考虑的因素。5.2展望 虽然本文对高空作业剪叉式液压升降机的起升机构作了一定的分析研究，但还需要在以下几个方面作进一步的拓展和深入研究：（1）没有进行电路方面的设计；（2）没有分析一副液压缸推动更多副剪叉臂的可能，需要今后对其进行进一步分析研究。（3）没有