家用可移式升降平台设计
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毕 业 设 计（论 文）
设计(论文)题目： 一种家用可移式升降平台的结构设计
学生姓名： 指导教师：
二级学院： 专 业：
班 级： 学 号：
提交日期： 20xx年05月06日 答辩日期： 20xx年05月14日
摘 要
随着我国的城市化迅速发展，城市面积迅速减少，人均住房面积降低，人们对房间的利用率也跟着上升，房屋的室内高处也被充分地利用。越来越多的人们选择在高处储物，装饰，物品的高处放置及装修成为日常生活的一大难题。为了解决这一问题，便需要一种家用可移式升降平台，能够代替梯子，通过起升方便安全的帮助人们完成一些诸如安装电灯泡、刷墙等高空作业；并且可以做到运送物品的作用。
升降机应用广泛，本课题将研究设计可移式升降平台，解决人们日常装修、物品安放问题。设计出一个具有一定刚度和强度，起升高度可调的结构。由于该项目适用于家庭生活的研究，所以设计应符合经济合理的要求，遵循轻、实用、经济、美观的原则。本次设计的重点是将升降结构简化和驱动的优化，将采用剪叉式升降机构，降低复杂性，力求简单明了。升降结构由主动杆，连杆组成，通过伺服电机驱动液压缸，从而主动杆转动,带动连杆转动,进而实现工作平台的升降。升降系统采用液压回路，去除多余原件，降低能量的耗损。同时装配小车，便于移动。
关键词：升降机构；可移动；自锁；液压
Abstract
With the rapid development of urbanization in china, the urban area is decreasing rapidly, the per capital housing area is reduced, and the utilization rate of the room is also rising.More people choose to put on the high places of storage, decoration, objects and decoration become a major problem in daily life.In order to solve the issue, we need a household portable lifting platform, which can replace the ladder, by lifting the convenient and safe installation to help people accomplish such as light bulbs, paint and other high-altitude operations; and it can move
materials.
Elevators are widely used. This paper will study the design of movable lifting platform to solve the problems of people's daily decoration,to design a height adjustable structure with a certain stiffness and strength.Because the project is applied to the study of family life, so the design should be economic and reasonable, follow the roles of light, practical, economic, aesthetic .The focus of this design is to simplify the structure of the lift and drive optimization, the use of scissors type lifting mechanism, reduce complexity, and to strive to be concise and clear..The lifting structure is composed of an active rod and a connecting rod, and the hydraulic cylinder is driven by a servo motor, so that the driving rod rotates and drives the connecting rod to rotate. Lifting system uses hydraulic circuit, to remove redundant original,and reduce energy lose。The lifting platform assembles the car, easy to move.
Key words: lifting platform movable self-locking type hydraulic
2
目录
摘 要 V
Abstract VI
1 绪 论 1
1.1 研究目的及意义 1
1.2 国内外升降机构的发展背景、现状和方向 1
1.2.1发展背景 1
1.2.2发展现状 2
1.2.3 发展趋势和方向 2
1.3液压升降机特点 2
1.4 课题研究内容与创新 3
2 可移式升降机构的总体设计 4
2.1 升降台整体的介绍及选择 4
2.2 升降机结构介绍 5
3 升降机构的受力分析 6
3.1总参数的确定 6
3.2主体结构受力分析 6
3.2.1 AB-CD层剪臂受力情况 7
3.2.2 CD-EF层剪臂受力情况 8
4 升降结构的设计计算 10
4.1 确定结构材料 10
4.1.1 材料的性能分析 10
4.2 结构的强度校核 10
4.2.1 剪臂抗弯强度校核的计算 10
4.2.2 连接螺栓的抗剪强度计算 12
4.3 结构尺寸的设计 13
4.3.1 吊篮设计 13
4.4底座的设计 14
4.4.1 底座尺寸设计 14
4.4.2轮子设计 15
4.4.3支撑腿设计 16
4.5导轨设计 18
4.6 自锁机构的设计 19
5 液压系统的设计 20
5.1 液压系统的基本方案 20
5.2 执行元件的设计计算 20
5.2.1计算液压缸的压力 22
5.2.2 液压缸行程的计算 22
5.2.3 液压缸的确定 23
5.3 动力原件的确定 23
5.4控制与执行元件与辅助的选择 25
5.5运动参数计算 27
5.6 液压系统的工作简图 27
6 控制电路设计 30
6.1 总电路图的设计 30
总 结 31
参考文献 32
摘 要
随着我国的城市化迅速发展，城市面积迅速减少，人均住房面积降低，人们对房间的利用率也跟着上升，房屋的室内高处也被充分地利用。越来越多的人们选择在高处储物，装饰，物品的高处放置及装修成为日常生活的一大难题。为了解决这一问题，便需要一种家用可移式升降平台，能够代替梯子，通过起升方便安全的帮助人们完成一些诸如安装电灯泡、刷墙等高空作业；并且可以做到运送物品的作用。
升降机应用广泛，本课题将研究设计可移式升降平台，解决人们日常装修、物品安放问题。设计出一个具有一定刚度和强度，起升高度可调的结构。由于该项目适用于家庭生活的研究，所以设计应符合经济合理的要求，遵循轻、实用、经济、美观的原则。本次设计的重点是将升降结构简化和驱动的优化，将采用剪叉式升降机构，降低复杂性，力求简单明了。升降结构由主动杆，连杆组成，通过伺服电机驱动液压缸，从而主动杆转动,带动连杆转动,进而实现工作平台的升降。升降系统采用液压回路，去除多余原件，降低能量的耗损。同时装配小车，便于移动。
关键词：升降机构；可移动；自锁；液压
Abstract
With the rapid development of urbanization in china, the urban area is decreasing rapidly, the per capital housing area is reduced, and the utilization rate of the room is also rising.More people choose to put on the high places of storage, decoration, objects and decoration become a major problem in daily life.In order to solve the issue, we need a household portable lifting platform, which can replace the ladder, by lifting the convenient and safe installation to help people accomplish such as light bulbs, paint and other high-altitude operations; and it can move
materials.
Elevators are widely used. This paper will study the design of movable lifting platform to solve the problems of people's daily decoration,to design a height adjustable structure with a certain stiffness and strength.Because the project is applied to the study of family life, so the design should be economic and reasonable, follow the roles of light, practical, economic, aesthetic .The focus of this design is to simplify the structure of the lift and drive optimization, the use of scissors type lifting mechanism, reduce complexity, and to strive to be concise and clear..The lifting structure is composed of an active rod and a connecting rod, and the hydraulic cylinder is driven by a servo motor, so that the driving rod rotates and drives the connecting rod to rotate. Lifting system uses hydraulic circuit, to remove redundant original,and reduce energy lose。The lifting platform assembles the car, easy to move.
Key words: lifting platform movable self-locking type hydraulic
II
目录
摘 要 V
Abstract VI
1 绪 论 1
1.1 研究目的及意义 1
1.2 国内外升降机构的发展背景、现状和方向 1
1.2.1发展背景 1
1.2.2发展现状 2
1.2.3 发展趋势和方向 2
1.3液压升降机特点 2
1.4 课题研究内容与创新 3
2 可移式升降机构的总体设计 4
2.1 升降台整体的介绍及选择 4
2.2 升降机结构介绍 5
3 升降机构的受力分析 6
3.1总参数的确定 6
3.2主体结构受力分析 6
3.2.1 AB-CD层剪臂受力情况 7
3.2.2 CD-EF层剪臂受力情况 8
4 升降结构的设计计算 10
4.1 确定结构材料 10
4.1.1 材料的性能分析 10
4.2 结构的强度校核 10
4.2.1 剪臂抗弯强度校核的计算 10
4.2.2 连接螺栓的抗剪强度计算 12
4.3 结构尺寸的设计 13
4.3.1 吊篮设计 13
4.4底座的设计 14
4.4.1 底座尺寸设计 14
4.4.2轮子设计 15
4.4.3支撑腿设计 16
4.5导轨设计 18
4.6 自锁机构的设计 19
5 液压系统的设计 20
5.1 液压系统的基本方案 20
5.2 执行元件的设计计算 20
5.2.1计算液压缸的压力 22
5.2.2 液压缸行程的计算 22
5.2.3 液压缸的确定 23
5.3 动力原件的确定 23
5.4控制与执行元件与辅助的选择 25
5.5运动参数计算 27
5.6 液压系统的工作简图 27
6 控制电路设计 30
6.1 总电路图的设计 30
总 结 31
参考文献 32
V
第1章 绪论
1 绪 论
1.1 研究目的及意义
近些年来，我国经济发展迅速，城市可用的住房面积迅速减少，人们对房间的利用率也跟着上升，房屋的室内高处也被充分地利用。越来越多的人们选择在高处储物，装饰，物品的高处放置及装修成为日常生活的一大难题。一般家庭中并没有升降梯装置，普遍采用搭凳子或普通梯子来完成这些工作。但是弊端也是十分明显的。首先，凳子的搭叠不稳定，人站在梯子上也难以保持自身的平稳，存在很大的安全隐患。其次，现代人们的家具和地板都比较名贵，凳子和梯子都难以避免造成破损。为了解决这一问题，设计一种家用可移式升降平台，能够代替梯子，通过起升方便安全的帮助人们完成一些诸如安装电灯泡、刷墙等高空作业；并且可以做到运送物品的作用。
但目前市场上的家用升降机构大都为固定式或者单向移动式，且体积较大，不便于实际的应用。因此，设计一个具有简单结构、占用面积小、运动方便的家用升降机构便成了一个重点。
1.2 国内外升降机构的发展背景、现状和方向
1.2.1发展背景
以水为介质液压机诞生于1845年。Elisha Otis于1852年为其发明一种安全机构，保障了升降机构的安全性。配备有安全装置的应用于客运的升降机首次使用于美国纽约。此后，升降机迅速发展并被人们广为接受。升降机起初的动力装置为蒸汽机，因此需要配备笨重、低效率的锅炉。二次工业革命后，电技术快速发展，Ernst Werner von Siemens发明了第一部以电力为能源的升降机，现代意义上的升降机就此诞生。
1907年，中国上海装配了首部升降机。20多年后，中国台湾两大百货也相继装配升降机，且保存至今。
国内目前可生产不同高度的升降机，可提升高度4-100米不等。现代升降机构一般由升降台、泵站系统和剪臂组成，并做到自锁和防爆。如今的升降机广泛应用于工业、运输、航空、物流等方面。
美国是升降机构的主要产地，也是应用最广泛的地方，但80年代后，随着德日技术的飞速发展，与美国共分升降机构市场。
1.2.2发展现状
改革开放后，随着技术的改进，国内升降机市场发展迅速，人们、企业对升降平台的需求逐渐增多。
近年来国内对升降机构已有大量研究，通过技术引进和产品攻关，取得了骄人的成绩。陈四华、周果、邓忠凯设计的升降机构具有结构简洁、剪叉式的主体承受载荷大、体积小，便于安装，而且能更好的做到集中控制等特点,该装置主要由平台，导向柱，吊臂，机架，液压单元和电气控制柜，各部分的结构设计，采用网格结构的平台，应用广泛。
武汉理工众人在传统的剪式升降机构的基础上分析，并对机构主体进行了一系列简化措施。并对升降平台的运动过程进行了分析；通过举升机构的受力分析,剪叉杆的强度校核和举升油缸的位置的调整,提出优化方案,优化不仅使稳定性得以提高,同时低推力的要求也大大降低。
陈余庆将传一般的由液压泵驱动升降机构改为机械剪式驱动。为了使螺母移动，采用制动减速电机带动丝杠的方法，带动推杆和水平杆达到提升的目的。同时采用的丝杠螺母传动机具有很强的自锁性，提高了定位精度。此方案具有简单的结构。组装便利，加工容易，便于维修护理等优势。
赵英俊等人设计的升降机构具有高移速、承载大、成本低等特点。
目前，升降机发展区间明朗，既有大型百米升降平台，又有小型家用升降机构，应用广泛。但国内与国际仍有巨大的差距，在一些关键零件上仍然依赖于进口。
1.2.3 发展趋势和方向
(1) 逐渐缩小体积，形成模块，做到高度集成。
(2) 绿色节能化，不仅要做到机械结构、零件的材料环保，做到低能耗，低排放，尽量使用电力等清洁能源。
(3) 机械与电子的结合，将机电技术应用驱动和控制系统，使驱动和控制更加灵敏和精确。运动更加平稳，拥有更高的智能，是升降机构发展的必定趋势。
1.3液压升降机特点
液压升降机广泛应用于货物运输的举升机构，通常应用于物料的举升和装卸。具有以下特点：
优点：（1）液力传动具有大小适中、质量轻便、构造紧凑等优点。
（2）调速范围广，运动平稳，能传递较大的力与转矩。
（3）更容易做到过载保护。
缺点：（1）高温和难以保证清洁的地方不便使用
（2）不适合远距离传动
（3）工作介质为液体，泄漏后会导致运动不精确。
考虑到本次设计是应用于家庭方面，优点远大于缺点。所以采用液压升降机构。
1.4 课题研究内容与创新
升降机应用广泛，本文将研究家用小型的升降结构，同时将剪叉式升降结构与小车结合。解决固定升降机构应用面狭窄和导轨式升降结构占地面积大的问题。由于该项目适用于家庭生活的研究，所以设计应符合经济合理的要求，遵循轻、实用、经济、美观的原则。本次设计的重点是将升降结构简化和驱动的优化。因此本次设计方向为以液压为动力的剪式升降机构。
19
第2章 可移式升降机构的总体设计
2 可移式升降机构的总体设计
2.1 升降台整体的介绍及选择
易制造、低价格、易保养、不易损坏是液压剪叉式升降台的特点，在运输，航空等方面有较多的应用，本文着重介绍家用升降机构。液压升降平台按工作的方式分为曲臂式、剪叉式、直臂式。大部分液压升降机由平台、剪臂结构和底座、起升油缸组成。剪臂结构为主体部分，由油缸推动剪叉机构划分，简化升降机构数学模型。剪叉式拥有多种结构形式。从液压驱动布置位置上，分为立式剪叉式、双铰剪叉式和水平剪叉式，如图所示，MN、AB为等长度杆，铰接于E点，B、N通过滚轮与上下底板铰接。不同之处在于起升油缸的放置，如图2.1
图2.1 三种驱动布置
图a的起升油缸竖直安置在底板上，液压缸的杆部与横杆铰接。液压缸推动活塞杆实现上下的起落。这种直立式升降机构的优点便是结构较为简单，即升降机的起升高度便是液压缸的行程，计算较为简便。缺点也极为明显，即当升降机构升降高度要求大时，直立剪叉式升降机构需要占用很大体积，不适合实际生活的应用。
图b起升油缸水平放置在下地板上，通过活塞杆推动支撑杆N处，带动支撑杆MN运动，实现升降。采用水平剪式举升机构，实现了提升高度的扩大化的优点，分析清楚地表明，举升机构的高度远高于液压缸的行程。但缺点是，液压缸所承受载荷明显增大，且受到水平的力的作用，很容易使密封元件受损。
图c起升油缸与下底板在G点连接起来，与剪臂的连接杆于F点相连接。双铰接剪叉式升降机构既做到了扩大升降机构升降高度，同时也尽量减小了液压缸所承受载荷，使得升降机构的体积得以缩小，达到轻便要求。
2.2 升降机结构介绍
图2.2 升降机构整体介绍
1、 升降平台 2、滑块 3、横杆 4、剪臂 5、连接轴 6、底座/7
7、轮子 8、支撑脚 9 、自锁机构和液压泵
图（2.2）为升降机构的基本结构设计。承载物品放置于升降平台上，平台底板将所承受局限于一处的重力转化为均布载荷，使得局部承载能力得以提高。底座不仅起到支撑和传递载荷的作用，还要做到安置液压泵、油箱、蓄电池和控制装置的作用。叉杆铰接，液压缸的活塞杆伸缩作用于剪臂结构，实现整体结构的起落。
第3章 升降机构的受力分析
3 升降机构的受力分析
3.1总参数的确定
本升降机应用于家用，因此应满足轻便，小型化。一般房屋高度为2.5-3.5米。除去人体平均身高1.6米，升降机应满足最大起升高度不低于1500mm，最低起升高度500mm。考虑到剪叉臂结构的稳定性，剪叉臂与平台的角度应小于等于45°。初步分析，剪叉臂的长度应该位于600-1500mm范围之内，若臂长过大则接触点的承受力增加而且过长会导致设剪叉臂受力不均匀；过短会使剪叉结构过多，结构不稳定。假设长度为1200，厚度为20mm。则上升高度为1200*0.707*2，大约为1700mm，小车底座高度为500mm，则最大上升高度为2200mm。加上人体平均高度1600mm，总高度可达3800mm，满足要求。
相关工艺参数为：
额定载荷：200kg 高度范围：500-1700mm
底座高度：500mm 最高高度：2200mm
3.2主体结构受力分析
起升机构处于最低位置为其极限状态，处于承受最大载荷的状态，如图3.1所示为升降机构的受力图
图3.1 整体受力分析
首先进行整体受力分析：
(3.1)
3.2.1 AB-CD层剪臂受力情况
如图（3.2.1）为升降机AB-CD剪臂的总体受力情况,平台在和会分布于铰点A、B处。平台，杆BC 、AD受力分析如图（3.2.2），θ为平台和剪臂的夹角，α为液压缸和平台的夹角（和水平线的夹角）进行力的平衡分析：
(3.2)
（3.3）
C点力矩的平衡分析
(3.5)
（3.5）式知：
(3.6)
此次设计，升降平台最大承载重量为200kg。考虑自重及安全问题。提高最大承载重量至300kg（W=3000N），同时也需要考虑到，当所升高度不高时，一对剪臂承受所有重量的情况。即
通过Creo的仿真，得出升降平台的极限状态，杆BC落在支座上，经计算，平台和剪臂的夹角最小值为4°。为液压缸活塞推力，经分析可知，当升降平台位于最低点时所受到的力最大。根据文献[17]的有关液压缸驱动剪叉机构的运动学及动力学分析，得知（l为剪臂长度、a为剪臂与活塞杆铰接处与最近的铰接点的距离），经计算分析可得，α的角度为6°。已知F、和α，通过上式计算处AB-CD层剪臂的受力情况，得：
(3.7)
(3.8)
的最大值为：
(3.9)
图3.2.1 AB-CD层受力情况
3.2.2 CD-EF层剪臂受力情况
图3.2.1为升降机构CD-EF层剪臂的总体受力分析情况，对DE杆、CF杆单独受力分析，如图3.2.2。计算出各铰接点处的力：
图3.2.2 CD-EF层受力情况
第4章 升降机构的设计计算
4 升降结构的设计计算
4.1 确定结构材料
4.1.1 材料的性能分析
材料的选择对于机械的零件设计非常重要，需要做到在满足设计强度要求和预期的功能的前提下做到性能好、成本低等要求。目前实际工程对零件要求逐渐提升和材料技术的不断进步，有效的选择合理的材料可以明显的提高机构的性能、降低成本。本次设计应用于家庭，因此要要满足轻便，体积小的原则。初步选择铝合金材料，虽然铝合金的密度较钢底，但其强度较高，一般大于等于优质钢。铝合金材料的优点还有：1、质量轻便 2、外观好 3、具有良好的抗腐蚀性能4、具有良好可塑性。满足这些条件的是5A06铝合金材料。
表4.1 5A06性能参数
5A06方铝棒每米长重量G/kg.m
G= 式中a为单位为mm的方铝边长
4.2 结构的强度校核
4.2.1 剪臂抗弯强度校核的计算
细长杆的稳定问题需要重点考虑，当剪臂失去稳定时，些微的压力提升就会导致整体弯曲变形的增大，严重会使剪臂失去承载的能力整个机构损坏。因此强度校核是重要部分。极限应力是材料被破坏时的应力，强度极限是脆性材料断裂应力。一般对脆性材料为极限应力。塑性材料出现明显变形时的应力值称为屈服点，所以，塑性材料得极限应力（或）就是其屈服点。
构件正常工作需要满足强度条件，需要材料许用应力大于其最大的工作应力，即强 度条件强度条件—— （4.1）
许用应力——，为安全因数
若机构安全工作，需要满足：
（4.2）
当直杆轴向拉伸时，式（4.1）可写为
（4.3）
因此，剪臂截面的设计可由强度条件得出：
（4.4）
本机构的设计参数为承重200KG,底座加剪臂和工作平台的重量为100KG。剪臂
长度为1200mm，许用应力。叉杆受最大的力为28700KN，则单个剪臂承 受弯矩方向上的力为14350N。
计算如图（4.1）
（4.5）
只考虑强度准则时
(4.6)
因此
= (4.7)
图 4.1受力分析
又 （4.8）
我们选用的方铝，许用应力314MPa
校核计算如下：
（4.9）
（4.10）
满足要求。
每根叉杆质量为
4.2.2 连接螺栓的抗剪强度计算
升降平台的起升，两个剪臂通过螺栓连接形成剪叉式，才能达到起升效果，但是连接的螺栓的杆部会和剪臂的孔壁之间无间隙结合，接触面受到严重相互压力，结合面处，螺栓受剪切力作用，液压缸所作用的连接杆与剪臂之间也存在剪切力。最大剪切力便出现在此处.J计划使用直径20mm的螺栓。受力分析并校核计算如下：
得 （4.11）
表4.1知 165MPa, , （4.12）
（4.13）
（4.14）
（4.15）
根据GB/T 41-2000，因此可选用D=20mm。
则将剪臂连接起来的连接杆直径为d=30mm，长度L为540mm，伸出螺纹长度l为42mm，螺纹公称直径D=20mm。
参数： 外六角螺栓：D=20mm ，L=80mm
连接杆： D=20，l=42mm，L=540mm，d=30mm
4.3 结构尺寸的设计
4.3.1 吊篮设计
为保护使用者安全，本设计采用吊篮，初步设计尺寸为1300*600*300（长宽高）
底部为吊篮最重要部分，要在满足承载能力足够的情况下保证轻便可采用中空设计，采用镂空空心铝铝板，采用空心铝框。，框架使用空心铝管。吊篮底部配有长度500mm，上底25mm，下50mm的等腰梯形导轨，导轨做到光滑无毛刺，粗糙度Ra1.6。
（1）空心方铝强度的校核计算：
根据（GB/T3191-1988）可取取a=25mm。
承重和自重约为220kg,因此，采用A=7mm符合要求 。
（4.18）
（4.19）
计算得，可取20mm，结构如图，=20mm，a=25mm，L=80mm
没有合适的解，可取，满足所需要求。结构简图如图4.2。a=25mm
图4.2 方铝尺寸
（2）护栏的选择
护栏作为防掉落的装置，不需要太高强度。现采用空心铝管。
参数为：D=20mm,d=16mm，L=300mm
D——铝管外径
d——铝管内径
L——铝管长度
吊篮整体结构如图（4.3）
图4.3 吊篮结构
4.4底座的设计
4.4.1 底座尺寸设计
本次设计是可移动式升降机，底部配有滚轮，同时担任着放置电动机和液压泵的作用。为保证结构强度和底部重量，采用铝合金5A06。吊篮底部配有长度500mm，上底50mm，下25mm的等腰梯形导轨，导轨做到光滑无毛刺，粗糙度Ra1.6。底座上部中间铸有油缸支座。高45mm，长100mm，宽20mm，孔直径为30mm。使用M30螺栓，与液压缸连接。
结构参数为1300mm*600mm*300mm，结构如图（4.4）所示
图4.4 底座结构
4.4.2轮子设计
轮子采用轮子采用两个可锁定万向轮和两个定脚轮，双刹万向脚轮保证底部小车可以停止固定且可以多方向移动，定脚轮保证普通刹车时万向脚轮的稳定。保证升降机构位置确定时而不滚动，轮子如图（4.5）：
图4.5 万向轮
表4.2优质高弹天然橡胶万向轮性能参数
此次采用的2个规格为直径80mm，最大载荷100kg的刹车万向轮，总承重200
Kg，和两个个同等规格的定向轮。
4.4.3支撑腿设计
由于升降平台的底盘较轻，仅靠底座和搭载的液压泵站的重量难以使升降平台的一平稳，又依靠轮子着地，很容易造成倾斜现象，难以保障作业人员的安全性。因此，我们需要支撑腿结构，是的升降机构起落过程中，底部的支撑范围更大，提高安全性。
本次设计的承载重量为200kg，为保证安全性，提升至300KG，即升降机整体结构重约为100KG，其中剪臂结构和吊篮的重量为70KG,.已知升降机构空座跨度为1200mm，许用应力，现选用截面尺寸为的方铝。通常机械的承载重量是远远大于其自身重量。因此，在零件质量未知的情况下，我们可将其忽略。因此预设受力为，确定尺寸结构，再加上其自身质量校核。结构校核计算如下：
图（4.6）为在力F作用下的图，最大弯矩为：
只考虑弯矩的强度条件为
所以
又
选择截面方铝是满足要求的
由
又由上知
需要满足
空心方铝的实际截面尺寸为800，满足要求
图 4.6 支撑杆受力分析
结构如图4.7
图4.7 支撑杆结构
4.5导轨设计
部分剪叉杆在上下底座上为活动链接，为保证滑动的平稳性，采用燕尾导轨，制造于上下底座，设计滑块进行连接，滑块内部做到光滑无毛刺，粗糙度Ra1.6，耳环长50mm，宽17mm，高45mm，孔直径为20mm，左右滑块使用直径为30mm，长665mm的连接轴连接，连接轴伸出螺纹距离为42mm结构如图（4.8）
图4.8 滑块结构
4.6 自锁机构的设计
图4.9 自锁结构
液压缸在工作时难免会导致一定的泄露，使用久了还会有油管老化而爆炸的现象发生。如图（4.9）为避免液压缸油泄漏导致的不稳定状况，保证人员作业的安全性，设计一个自锁机构，此为一个齿条啮合结构，1、电磁铁2、杠杆3、壳体，着重介绍下降情况，将1通电，电磁铁产生电磁力作用于2，通过2利用杠杆原理带动3壳体的上升，解除自锁状况。上升时通过齿型可发现，不会发生自锁情况。当升降机构停止上升时，壳3会通过重力而下降，形成自锁。
第5章 液压系统的设计
5 液压系统的设计
5.1 液压系统的基本方案
（1）组成：液压传动系统是由如下部分构成：
1、动力元件：液压泵是液压传动系统的动力装置，一般由电机驱动，把
输入的能量转换成油压再进入到系统之中，是最重要的元件。
2、执行元件：执行元件一般为缸或马达，将液体的压力能转化为机械
能并将其输出。
3、控制与调节元件：控制与调节元件一般指各种阀，功能是控制和调节流体的
流动方向、压力和流量。
4、辅助元件：一般有油箱、过滤器、管件等
5、工作介质
（2） 液压系统的工作原理
液力传动是利用液体的压力传递能量，根据其工作特性又称为液压传动的容积。
液压系统采用液体内部压力相等的这一特点来工作。使用泵这一动力元件输送具有内部压力的介质（一般为油），通过管道输送到执行元件。这一过程中产生压强，作用于一定面积上行程作用力，实现我们所需要的运动。
（3）基本要求
1、本次设计应用于家用小型升降机构，需要占地面积小，升降回路简单即可。
2、最大承载量为200kg，为保证安全，增加至300kg。最大提升高度1700mm。
3、升降平台适用于灯泡安装、粉刷墙面和装潢等工作中，要求做到运动平稳可靠。
4、为保障安全性，需要做到停止升降时做到稳定的自锁。
5.2 执行元件的设计计算
液压系统的执行元件大致分为缸和马达，缸主要输出的是直线运动和力，而马达则是持续输出旋转运动和扭矩。因此本次只讨论液压缸。如表5.1，对各种执行元件的分析
表5.1
活塞缸的缸筒内因有活塞及密封件在其中频繁的运动，要求其内控的形状和尺寸精度要求很高，并且要求表面光滑。这种要求对于大型的或者长行程的液压缸有时不以实现，在这种情况下一般采用柱塞缸，本次选用柱塞缸。
图5.1意图
5.2.1计算液压缸的压力
如图5.1，为单作用柱塞缸。流量为q的液压油进入无杆腔，活塞以速度右移、产生推力
由公式得
（5.1）
（5.2）
已知最大工作压力为===28700N。
根据表5.2判断液压缸的工作压力P=5MPa
表5.2 液压缸负载-工作压力
由公式，的D=87.7mm，
因此，根据液压手册得，可取结构D=90mm，d=80mm，外径为100mm
5.2.2 液压缸行程的计算
当液压缸位于最低处时，角度为6°，这时的液压缸为完全收缩状态，长度为
当液压缸位于最高处时，角度为45°，这时的液压缸为完全展开状态，长度为
则行程L=1265-813=452mm，查表得液压缸实际长度需大于
a——液压缸与叉杆的铰接点与叉杆间铰接点的最小距离，a=1/3l
l——叉杆的长度
——液压缸与水平位置夹角
5.2.3 液压缸的确定
目前生产液压缸的厂家很多，本设计采用常州某液压厂的液压缸，参数如表5.3
表5.3 液压缸参数
由以上计算得，我们选用额定工作压力为10MPa，行程500mm，长度为820mm，缸内径90mm，杆径80mm的液压缸。
5.3 动力原件的确定
液压系统的动力元件通常是液压泵，本机构一般在室内使用，采用交流液压泵。但考虑到也可应用于户外，因此可以再加上直流液压泵。本设计着重于液压泵举升机构的设计，液压泵站不再设计，目前已经发展的非常成熟，它具有体积小、结构紧凑、重量轻、成本低、操作简单等优点，现选取某工厂液压泵站。
（1）交流液压泵的选择
图5.2
本设计采用扬州某厂的液压泵站，此液压泵站配有不同规格的齿轮泵和电机，本次选用KCB650型齿轮泵，配有功率为3KW的Y160M-4的电机。如图（5.2）。通过电磁阀卸荷定位，电动举升。同时回油口装备节流阀，保证无冲击。参数如表（5.4）
表5.4 液压泵站参数
此次选择工作压力10MPa，220v的工作电压，3kw的电机功率，2.5ml/r的额定排量，水平放置，油箱采用20L，工作条件为S2=20，M14x1.5的出油尺寸。
（2）直流液压泵的选用
型号参数如表（5.5）
表5.5 液压泵站参数
此次选择工作压力10MPa,额定排量为2.5ml/r，48v的工作电压，3kw的电机功率为，水平放置，油箱采用20L，工作条件为S3=10，M14x1.5的出油尺寸.
5.4控制与执行元件与辅助的选择
5.4.1 阀的选择
本设计采用的是柱塞泵，下降时依靠重力，因此选用三位三通的电磁阀，参数范围
如表5.6。
表5.6 电磁阀参数
本次选用参数如表5.7
表5.7 选用电磁阀参数
5.4.2 油管的选择
本次设计不在自行专门设计，5.3已选择了油泵的出油口尺寸M14mm，校核计算如下；油管内径应满足
Q——管内流量l/min
V——管内油液的流速m/s。一般吸油管取0.5-1.5m/s，出油管取1.5-2.5m/s。此处取v=1m/s
计算得
本次选择河北某厂的钢丝编织油管，具有承受压力高，优越的脉冲性能，不易变形等优点。根据所给规格选择合适油管，参数如表5.8
表5.8 油管参数
5.5运动参数计算
本设计中直流的液压泵参数较大，选择直流泵来进行计算。
直流泵的参数为：工作压力10MPa,额定排量为2.5ml/r，48v的工作电压，3kw的电机功率为，水平放置，油箱采用20L，工作条件为S3=10，M14x1.5的出油尺寸.
排量q：
上升高度H：
液压缸的半径：40mm
行程：450mm
达到最高时位置所需时间T:
则上升的平均速度v为：
5.6 液压系统的工作简图
开式系统和闭式系统是主要的两种液压回路
1、 闭式系统：闭式系统是一个闭合回路，油泵的进油管联通执行元件的出油管，执行元件的回油进入泵的进油口而不是回油箱之中。需要一个辅助油泵来给系统中的泄露做补偿。
2、 开式系统 ：在开式系统中，油直接被油泵从油箱中吸出进入执行元件，液压油自出油管直接进入油箱之中。
两种系统的优势劣势如表5.9
表5.9 开式闭式液压系统比较
图5.3
根据升降机构需要简便的要求，我们选择开式系统
液压系统如图（5.3），液压泵3、4是由电机驱动的，液压油从油箱1中通过过滤器的2，机内电磁换向阀中，途中含有溢流阀6，起过载时保护系统的作用。7为平衡阀，起自锁作用。当升降机处于上升状态时，换向阀进油口处于右端，出油口处于中间部位。使液压缸推动活塞杆上升。当升降机处于停止状态时。进、出油口皆处于中间部位。使得平台稳定。当升降机下降时，进油口处于中间部位，出油口处于左边部位，液压油经调速阀9进入油箱中。
32
第6章 控制电路设计
6 控制电路设计
6.1 总电路图的设计
1、控制电路的设计
图6.1
如图6.1，交流模式的开关为SQ1，充电模式的开关为SQ2，直流模式的开关为SQ3，上升下降的控制开关分别为KM1、KM2，KM3为自锁机构的控制开关，SB5的3个档位控制起升，锁紧和下落。
工作原理：接通1，KM1启动，升降梯上升并自锁。
接通2，升降机锁紧
接通3，KM2启动,KM3停止，自锁机构关闭，升降机构下落。
2、蓄电池的充电电路不在自行设计。使用48V电动车充电器。
总结
总 结
我的课题是家用可移式升降机构的设计，本设计在原有液压式升降机的基础上，进行优化和再设计。提高了实用性、灵活性和轻便性。为保证升降机构的安全性，专门为其设计了一个机械自锁机构，并做到价格低廉，便于操作。
剪叉式和液压缸是一个完美的组合。剪叉式提供了液压缸难以拥有的长距离行程。液压缸给予剪叉机构更大的推力。本次设计过程大致如下，对几种液压缸的布置方式进行了比较、对机构的主体部分进行力的分析、对剪臂和底座等结构进行尺寸设计及计算、设计了简单的液压系统，可以实现间的的升降运动。
本次设计的重点在于保证升降的安全性的前提下，尽量做到轻便。机械自锁机构的设计保证了在液压油泄露的情况下，也能做到作业人员的安全性。
当然，设计也暴露出了了一些问题。如，电路的设计不是很擅长，只能保证简单的控制，所以设计不够细致严谨，需要在这方面多加练习。
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