剪叉式升降机设计应用卸碱装置【三维PROE】【10张cad图纸+说明书完整资料】

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[4]液压传动与控制，机械设计手册单行本[M].北京：机械工业出版社，2007 [5]刘娜、王万方，张静祥。中华人民共和国机械行业标准JB/T9229.2-1999.剪叉式升降台 技术条件[S]。国家机械工业局，1999. [6]张占宽。卸碱装置升降平台动态受力分析[J].林业机械与木工设备，1997，(7):16-18 [7] 西南交大版液压传动教材 [8]孙心青。重型单片液压升降台的设计与研制[J]。机械研究与应用，2005，（6）：75-76 [9]王东升，高洪平，卸碱装置升降平台的安全设计[J]。物流技术与应用，2007,（6）：90-92 [10]王金诺，于蓝方，黄宏中。铁路救援起重机箱形伸缩臂的优化设计[J]。起重运输机械，2000(1):1-4 [11]张志文，于何迁，王金诺，等。其中机械设计手册[M]。北京:中国铁道部出版社，1998. [12]康海波。基于ANSYS的大吨位回转铁路起重机吊臂结构分析与研究[D]。成都，西南交大出版社，2004 [13]王立斌，碰培英，金辉，等。铁路起重机伸缩臂模糊可靠性分析[J].起重运输机械，2003(9):12-15 [14]刘永。NS100GT型100T伸缩臂式铁路起重机的设计[J].铁道车辆，2005，43（9）。 [15] 牛书宝 剪式液压升降台的相似设计及油缸推力的确定[J]。木材加工机械，1999，（3）：19-22 主要参考资料 [1] 路甬祥主编.液压气动技术手册.北京.机械工业出版社.2002 [2] 雷天觉主编.液压工程手册.北京.机械工业出版社.1990 [3] 张利平主编.现代液压技术应用220例.北京.化学工业出版社.2004 [4] 赵如福.金属机械加工工艺人员手册.上海：上海科学技术出版社,1990 [5] 张耀宸.机械加工设计手册.北京：航空工业出版社,1987 [6] 东北大学.机械零件设计手册（上、下册）.北京：冶金工业出版社,1994 [7] 机械夹具零件及部件.北京：技术标准出版社,1983 [8] 龚定安，蔡建国.机床夹具设计原理.西安：陕西科学技术出版社,1990 [9] 机床夹具结构图册（上、下册）.贵阳：贵州人民出版社,1983 3.1国外升降台的发展 13世纪初到1850年以前卸碱装置升降平台主要以绞车为动力。1850年，美国出现了以蒸汽为动力的卸碱装置升降平台，用以送货物。1852年E.G.OTIS在总结前人经验的基础上制成了第一家安全卸碱装置升降平台。20世纪初，在英国出现了以水为介质的液压升降台。随着液压技术的进步，20世纪30年代以油液为介质大型升降台首次出现在美国的航母上用于甲板的升降。二战后，随着欧美国家的经济回复，卸碱装置升降平台在建筑行业得到广泛应用。近几年来液压传动与控制技术的快速发展，一批一液压马达逐渐代替了原来以电机为动力的的新式升降台开始在机场、码头、工厂及大型歌剧院崭露头角。目前升降台已成为其国民经济建设中不可或缺的一门新的产品。 3.2国内升降台的发展 我国的卸碱装置升降平台构是在建国以后才发展起来的，1952年在苏联引进几台以电机为动力的卸碱装置升降平台起，迄今大致经历了仿制国外产品，自行设计开发和引进消化提高等几个阶段。近年来，通过技术引进和科研攻关，产品水平也得到了提高，研制和生产出了一些具先进水平的产品。目前，我国液压升降技术已经能够为冶金、机床、化工、机械、纺织机械等部门提供品种比较齐全的产品。但是，我国的升降技术在产品品种、数量及技术水平上，与国际水平以及主要行业的要求还有不少的差距，每年还需要进口大量的卸碱装置升降平台构元件。 2.2液压升降台的优点 普通卸碱装置升降平台，在采用全液压控制后具有以下特点：(1)在同等体积下，液压升降台能比普通升降台产生更多的动力，在同等的功率下，液压升降台重量轻，结构紧凑。（2）液压升降台工作比较平稳，由于全液压控制后，升降台变得反应快，易实现快速启动，制动和频繁换向。（3）液压传动易于实现自动化，他对液体压力，流量和流动方向易于进行调节和控制，这样便于对升降台实现速度调节。（4）液压装置易于实现过载保护，所以液压升降台在过载后不会出现大的伤害。（5）液压元件以实现了标准化，系列化，通用化，液压系统的设计制造和使用都比较方便，这样升降台的维护变得简单。 毕业设计（论文） 零泄漏卸碱装置设计 题 目 零泄漏卸碱装置 系 部 机电工程系 专 业 机械工程及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 毕设地点 2015年 4 月 2 日 摘 要 卸碱装置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重要的作用。给我们带来的利益是非常的多。卸碱装置升降平台的功能特色是非常多的，在我们生活中我们在很多的商务大厦都会用到电梯，卸碱装置升降平台就如电梯的性能大同小异，我们在使用卸碱装置升降平台的时候也可以针对自己的需求对卸碱装置升降平台进行设置。 根据本课题的研究是适用于高处物料升降运送。根据实际需求拟采取如下：选择液压缸为动力，以为传动形式，主体机构采用结构设计。对卸碱装置升降平台关键零部件进行设计计算与校核，经过验证能实现预期的设计目标和要求。 关键词：卸碱装置，物料升降，，卸碱装置升降平台，结构设计 V Abstract Lifting platform in the industrial production and our daily life plays an important role. The benefit which brings to us is very much. The functional characteristics of the lifting platform is very much, in our lives we in many commercial buildings will be used in the lift, lifting platform as the elevator performance very much the same, we can also according to their own needs for lifting platform settings when using a lifting platform. According to the research on this topic is applicable to high material elevator. According to the actual demand to be taken are as follows: the selection of hydraulic cylinder as the power, the scissor transmission form, scissor structure design of the main mechanism. Design calculation and checking of scissors elevating platform of key parts and components, after the design objectives and requirements verification can achieve the desired. Key Words: Lifting platform, material lift, scissor, lifting platform, structure design 目 录 摘 要 II Abstract III 目 录 IV 第1章 绪 论 1 1.1卸碱装置升降平台在生产和生活中的作用和意义 1 1.2卸碱装置升降平台国内研究发展情况 1 1.3 卸碱装置升降平台国外发展现状和发展趋向 3 1.4零泄漏卸碱装置题目背景 4 第2章 卸碱装置升降平台结构设计计算 7 2.1 升降机构的设计 7 2.1.1 升降机构形式的选择 7 2.1.2 直接推动式升降机构 7 2.1.3 连杆组合式升降机构 7 2.2 卸碱装置升降平台的两种机构形式 9 2.3 卸碱装置升降平台机构中三种液压缸布置方式的分析比较 10 2.3.1问题的提出 10 2.3.2三种方案的分析和比较 11 2.4 卸碱装置升降平台结构分析 12 2.5 卸碱装置升降平台的运动分析 13 2.6 卸碱装置升降平台的动力分析 16 2.7 卸碱装置升降平台参数的确定 17 2.7.1基本几何尺寸的确定 17 2.7.2 液压缸推力T及行程S的确定 17 2.8卸碱装置升降平台的校核 18 2.8.1各铰接点的受力分析 18 2.8.2各铰接点销的选择与校核 20 2.8.3油缸作用处杆件尺寸的确定与校核 21 2.9 强度校核 22 2.9.1 剪叉臂的强度校核 22 2.9.2 液压缸底架固定横梁的强度校核 25 2.10 轴的强度校核 28 2.10.1 内剪叉臂固定端销轴的强度校核 28 2.10.2 液压缸缸体尾部销轴的强度校核 28 2.10.3 液压缸活塞杆头部支撑轴的强度校核 29 第3章 液压传动系统的设计计算 30 3.1明确设计要求 制定基本方案 30 3.2制定液压系统的基本方案 30 3.2.1确定液压执行元件的形式[14] 30 3.2.2 确定液压缸的类型 32 3.2.3 确定液压缸的安装方式 32 3.2.4 缸盖联接的类型 32 3.2.5拟订液压执行元件运动控制回路 32 3.2.6液压源系统 32 3.3确定液压系统的主要参数[15] 33 3.3.1载荷的组成与计算： 33 3.3.2初选系统压力 35 3.3.3计算液压缸的主要结构尺寸 35 3.3.4确定液压泵的参数[18] 37 3.3.5管道尺寸的确定 39 3.3.6油箱容量的确定 39 3.4液压缸主要零件结构、材料及技术要求 39 3.4.1缸体 39 3.4.2活塞 40 3.4.3活塞杆 41 3.4.4活塞杆的导向、密封和防尘 42 3.4.5液压缸的排气装置 42 3.4.6液压缸安装联接部分的型式及尺寸 43 3.5 本章小结 45 总结 46 参考文献 47 致 谢 48 第1章 绪 论 1.1卸碱装置升降平台在生产和生活中的作用和意义 卸碱装置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重要的作用。给我们带来的利益是非常的多。卸碱装置升降平台的功能特色是非常多的，在我们生活中我们在很多的商务大厦都会用到电梯，卸碱装置升降平台就如电梯的性能大同小异，我们在使用卸碱装置升降平台的时候也可以针对自己的需求对卸碱装置升降平台进行设置。可见卸碱装置升降平台对我们作用是相当的大。 卸碱装置升降平台在我们生产中的应用已经非常的普遍了，而且在我们生产中有着重要的作用，尤其是货物高空操作。 现在经济不断的发展，顺应社会的需求，生产力不断的加大，而且现在高空操作也是比较多的，所以卸碱装置升降平台在我们进行高空操作的时候就给我们带来的重要的作用。 卸碱装置升降平台就是上下操作，而且可以给我们提供一个安全稳定的平台。我们在高空作业的时候可以给我们的安全提供保障。 卸碱装置升降平台不仅在生产中有着重要的作用，在我们生活中的应用也是非常的重要的，而且非常的普及。在酒店、宾馆、影院等等公共休闲娱乐场所我们都知道干净舒适是第一，所以保持干净是我们必须的。卸碱装置升降平台在这里清洁、灯具维修换修、设备的调试安装维护保养都是非常的重要的。 1.2卸碱装置升降平台国内研究发展情况 自改革开放三十年，中国的城市建设和发展的突飞猛进，在中国的卸碱装置升降平台产业的良性发展，卸碱装置升降平台做为人们的出行的垂直运输工具已经随处可见。引进外资，合作办厂在1978，十一的第三次全体会议上的一项重大决策和改革开放。我公司自主研发，生产，卸碱装置升降平台的发展阶段，外国资本运行卸碱装置升降平台厂引进安装卸碱装置升降平台，从合资企业大量。如：成立于1980年7月4日中国迅达电梯卸碱装置升降平台的有限公司，是由中国建设机械总公司，股份有限公司，香港怡和迅达瑞士迅达（远东）股份有限公司3的合资企业，这是中国机械行业的第一家合资企业自改革开放以来。公司在中国设立的卸碱装置升降平台行业掀起了1984年12月1日的繁荣，引进外资；天津市平台公司，中国国际信托投资公司和美国美国奥的斯电梯卸碱装置升降平台公司合资组建的天津奥的斯电梯卸碱装置升降平台有限公司正式成立。 引进外资，合作办厂，不仅有利于中国地方卸碱装置升降平台产业的进一步发展，也为中国的城市的发展产生重大而深远的影响。从1979以来，卸碱装置升降平台，生产已越来越快：不仅如此，产品结构也发生了显著的变化：直流卸碱装置升降平台老已被淘汰，交流双速电梯，调压调速交流调速梯逐渐取代VVVF交流变频调速电梯控制系统平台，已在PLC和微机控制技术的采用，最高的梯形速度已达到4m/s；行业出现了翻天覆地的变化：企业生产条件的卸碱装置升降平台，员工的素质，管理水平有了很大的提高。为什么我们的技术提高很快，这不能不归功以经济建设为确定在第三届十一中心的一般原则。没有大规模的经济建设，没有卸碱装置升降平台市场的今天，就不会有今天的自然卸碱装置升降平台产业。其次，由于改革开放政策。改革开放后，党中央和国家在上海，宁波，温州，福州，广州，委员会，作为一个城市区。自1985以来，先后在长江三角洲，珠江三角洲，福建东南部和渤海地区开辟经济开放区。根据卸碱装置升降平台产业的特殊性，这些地区将成为中国工业发展集中卸碱装置升降平台。 随着大量的卸碱装置升降平台企业的建立，中国卸碱装置升降平台产业在技术，管理规范了。1984六月，中国建筑机械制造商协会卸碱装置升降平台分公司工程机械协会成立大会在西安市举行的三个分会，卸碱装置升降平台，也是中国现在卸碱装置升降平台会的前身。1986年1月1日，“中国卸碱装置升降平台”建设机械制造商协会建设机械协会更名为“中国工程机械工业协会卸碱装置升降平台，升降协会”的两级协会平台会升级，这是在卸碱装置升降平台业发展史上的里程碑。从举升平台行业有自己的行业组织。1987，国家标准GB 7588-87”提升的建造和安装的安全规则”平台发行。标准欧洲标准EN81-1”提升为建筑安装“平台安全规定（1985修订版，十二月）。本标准的意义是对制造和安装质量与卸碱装置升降平台的保护很重要。改革的第一个十年对外开放是提升产业的萌芽时期的卸碱装置升降平台的初级阶段，产业链形成的平台。稳步发展，创新改革开放的第二到十年可以说是中国提升产业发展平台后，十年的创新。改革开放后的第一个十年内，中国的卸碱装置升降平台产业的同时吸收新技术国际卸碱装置升降平台，相关的管理系统也在不断的完善。 改革开放以来，我国的城市建设和发展的突飞猛进，更加有利于推动我国的卸碱装置升降平台产业的发展，已在1997的平面与上一年总产出的卸碱装置升降平台，良好的结果的持续增长，总产值，这证明了我们的卸碱装置升降平台产业比较成熟，有能力适应市场变化，抓住机遇，有了很大的提高。1998，卸碱装置升降平台，苏州江南卸碱装置升降平台有限，国家的自动扶梯和自动人行道的品牌已销往马来西亚，泰国，菲律宾，印度尼西亚，新加坡，阿拉伯联合酋长国，孟加拉国，埃及，叙利亚，土耳其，阿根廷，澳大利亚，德国，英国，荷兰，意大利，葡萄牙，希腊和其他近20个国家和我国台湾澳门地区，卸碱装置升降平台，生产超过30200台。迅速改变随着我国经济的快速发展，城市建设的不断完善，卸碱装置升降平台不仅在高档商务写字楼，大酒店商场存在，蔓延到高层住宅楼，一个角落也走进了人们的生活，成为城市建设中不可缺少的垂直交通工具中国有1300000000人口，与卸碱装置升降平台的人均量的1／3的世界平均水平的1/10，发达。卸碱装置升降平台巨大的市场吸引了几乎所有的卸碱装置升降平台的业务关系。2007，中国政府颁布了一系列的经济政策，加强宏观调控，卸碱装置升降平台市场逐渐趋于稳定和规范化的轨道。 1.3 卸碱装置升降平台国外发展现状和发展趋向 近20年世界工程卸碱装置升降平台行业发生了很大变化。RT(越野轮胎卸碱装置升降平台)和AT(全地面卸碱装置升降平台)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，导致世界工程卸碱装置升降平台市场进一步趋向一体化。目前世界工程卸碱装置升降平台年销售额已达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。美国既是工程卸碱装置升降平台的主要生产国，又是最大的世界市场之一。但由于日本、德国卸碱装置升降平台工业的迅速发展及RT和AT产品的兴起，美国厂商曾在20世纪60～70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，特雷克斯卸碱装置升降平台公司的崛起即是例证。特雷克斯卸碱装置升降平台公司前身是美国科林卸碱装置升降平台厂。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年代起成为工程卸碱装置升降平台生产大国，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。自1992年以来，由于受日元升值、国内基建投资下降和亚洲金融危机影响，年产量呈下降趋势。目前日本市场年需求量为3000台左右。欧洲是潜力很大的市场，欧洲各工业国既是工程卸碱装置升降平台的出口国，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。 多数厂商在争夺上述市场的同时，还努力扩大产品系列。格鲁夫公司的汽车卸碱装置升降平台和RT产品具有竞争优势，购买克虏伯公司后，在AT产品方面也颇具实力，该公司还准备生产履带式卸碱装置升降平台。马尼突沃克公司已在履带式卸碱装置升降平台行业居支配地位，但也希望在其他卸碱装置升降平台产品领域取得相同影响力。以往卸碱装置升降平台厂商的某些合作，大多集中于营销协定或许可证贸易协定。许可证贸易要比全面并购方式开展早，风险也小，在行业中已有先例。但按许可证协定进行制造,往往在期满后因产权争议而告终。特雷克斯与日本IHI公司有历史联系，至今特雷克斯还提供涂装AmericanCrane公司产品标志的IHI履带式卸碱装置升降平台卸碱装置升降平台。有人会将特雷克斯与IHI的合作看作许可证贸易行得通的例证。但此类协定难以持久，其结果无非是特雷克斯要求加强对IHI公司的控制，或者谋求独立生产履带式卸碱装置升降平台。IHI目前尚未建立北美市场份额，仅起分承包商作用。英国格鲁夫公司从1999年开始销售神钢履带式卸碱装置升降平台和城市型卸碱装置升降平台。多田野和日立建机公司 在 1978年签订的相互提供产品、扩展双方产品系列的合作协议，收效不大。在国内市场萎缩情况下，日立建机于1999年2月宣布，将再次考虑 扩大流动式卸碱装置升降平台生产与销售领域与多田野的合作。而多田野公司则希望能拥有一家美国制造基地，但目前时机尚未成熟。拥有多种类型产品可使收入多样化。特雷克斯公司既经营采矿设备又经营起重搬运设备，起重搬运设备包括AT和RT产品、汽车卸碱装置升降平台、履带式卸碱装置升降平台、塔机等。林克•贝尔特公司基于其生产挖掘机的经验，成为首先将技术应用于桁架臂式 卸碱装置升降平台的厂商之一。但目前住友公司已将其在日本和美国的卸碱装置升降平台与挖掘机企业(包括林克•贝尔特)分开，其依据是卸碱装置升降平台和挖掘机属于不同行业。利勃海尔既生产挖掘机，也生产流动式卸碱装置升降平台和塔式卸碱装置升降平台，还在爱尔兰生产集装箱搬运卸碱装置升降平台，其旗下各企业均为单独实体。 1.4零泄漏卸碱装置题目背景 30%的商品液碱（NaOH水溶液）具有强腐蚀性，而运送的槽车基本是不带动力（泵），一般用离心泵卸车时当卸车完毕后，拆卸管道时管道内的残留液会流至地面，需及时冲洗且冲洗水导致污染；同时离心泵本身易发生泄漏，导致喷溅，影响安全，如何实现零泄漏将其卸车至高6米的储碱罐中。 题目要求： 设计卸碱装置，实现零泄漏将液碱卸车至高6米的储碱罐中。 条件： 1. 碱储罐一般设置在地面上，高度为6米； 2. 液碱槽车一般不带泵，仅留有带截止阀的泄水口，泄水口高度为1米； 3. 要求卸碱过程安全可靠，卸完碱后无残留液流至地面。 4. 卸碱过程示意如下图。 卸碱装置升降平台在现代物流、航空装卸、大型设备的制造与维护等场合广泛应用。随着经济的发展，科学技术的进步，社会竞争也越来越激烈，为了提高企业生产速度，减轻工人的劳动强度，并且实现生产过程的自动化，人们设计了可以减少人力物力并且能够出色完成任务的卸碱装置升降平台。卸碱装置升降平台的种类比较繁多，根据不同的用途、卸碱装置升降平台的结构、动力传递形式以及规格会有不同的选择和设计。 机械传动方式的特点是零件加工相对要求不高、结构较简单、加工容易、维修方便、适应环境能力强、抗冲击性能好、可实现准确到位，并有自锁功能、不污染环境。研制安全、可靠的电机驱动的卸碱装置升降平台，将有利于保证高空作业的安全，具有一定的实用价值。 具体研究内容及要求包括： 1. 查找相关文献，分析卸碱装置升降平台的研究现状和发展趋势。 2. 设计卸碱装置升降平台的机械结构，并根据设计要求选用元器件和校核结构件强度。 3. 对卸碱装置升降平台进行进行运动学和动力学分析。 主要技术指标： 1. 完成卸碱装置升降平台的机械结构设计及运动分析。 2. 完成卸碱装置升降平台的元器件选型。 3. 卸碱装置升降平台升降高度 (最终达到5米的总高)，承载重量6.5吨。 47 第2章 卸碱装置升降平台结构设计计算 2.1 升降机构的设计 2.1.1 升降机构形式的选择 升降机构分为两大类：直推式和连杆组合式，它们均采用液体压力作为升降动力。 直推式升降机构利用液压油缸直接升降车厢倾卸。该机构布置简单、结构紧凑、升降效率高。但由于液压油缸工作行程长，故一般要求采用单作用的2级或3级伸缩式套筒油缸。 2.1.2 直接推动式升降机构 油缸直接作用在车厢底板上的升降机构称为直接推动式升降机构，简称直推式升降机构。按升降点在车厢底板下表面的位置，该类升降机构又可分为油缸中置(图2-1a)和油缸前置(图2-1b)两种型式。前者油缸支在车厢中部，油缸行程较小，油缸的升降力较大，多采用双缸双柱式油缸；后者的油缸支在车厢前部，油缸的升降力较小，油缸行程较大，一般用于重型卸碱装置升降平台上，油缸则通常采用多级伸缩油缸。 图2-1 直接推送式升降机构 Fig.2-1 The lifting mechanism of direct-push model 2.1.3 连杆组合式升降机构 油缸与车厢底板之间通过连杆机构连接的升降结构称为连杆组合式升降机构。生产实践表明，连杆组台式升降机构具有很大的优越性。根据油缸的安装特点，连杆组台式升降机构又可分为油缸前推(后推)连杆放大式、油缸前推(后推)杠杆平衡式、油缸浮动等多种结构型式。 （1）油缸前推连杆放大式(马勒里式)升降机构 该种升降机构(图2-2所示)通过三角板与车厢底板相连，车厢的升降支点较靠近车厢的前部，故车厢受力状况较好；当达到最大升降角度时，油缸几乎处于垂直状态，车厢上升到最置不易倾下，稳定性好；油缸最大推力较小，油压特性好。但整个机构较庞大，油缸在升降过程中的摆角较大，工作行程较大。 图2-2 前推连杆放大式升降机构 Fig.2-2The lifting mechanism of lever magnify model from the forward （2）油缸前推杠杆平衡式升降机构 该种升降机构(图2-3所示)通过拉杆与车厢底板相连，升降支点较靠近车厢的前部，故车厢受力状况较好；初始时拉杆几乎是垂直顶起车厢，因此机构运动性能好。但该机构三角形连杆的几何尺寸较大，结构不紧凑，油缸摆角较大，工作行程较大，液压管路不易布置。 图2-3前推杠杆平衡式升降机构 Fig.2-3The lifting mechanism of lever balance model from the front （3）油缸后推连杆放大式(加伍德式)升降机构 该种升降机构(图2-4所示)通过三角板与车厢底板相连推动车厢，启动性能较好，并能承受较大的偏置载荷；升降支点在车厢几何中心附近，车厢受力状况较好。但该机构升降力系数较大，工作效率较低。 图2-4 后推连杆放大式升降机构 Fig.2-4 The lifting mechanism of lever magnitude model from the behind （4）油缸后推杠杆平衡式升降机构 该种升降机构(图2-5所示)的油缸下铰点、三角板的固定铰点、车厢翻转铰点几乎均匀分布在副车架上，减少了车架后部的集中载荷；同时，这种三点支承方式有利于改善机构的整体横向刚性。升降过程中油缸摆角小，机构的工作效率也较高，但机构升降力系数较大，使相同升降质量所需升降力较其他升降机构大。 图2-5 后推杠杆平衡式升降机构 Fig.2-5The lifting mechanism of lever balance model from the behind （5）油缸浮动式升降机构 图2-6 油缸浮动式升降机构 Fig.2-6 The lifting mechanism of float model 该种机构(图2-6所示)油缸的一端直接与车厢底板相连，另一端不是固定在车架上，而是可以随着车厢的翻转而运动，故称为油缸浮动式升降机构 该机构的拉杆也与车厢底板直接相连，升降支点较靠近车厢的前部，故车厢受力状况较好，工作效率较高。但该机构几何尺寸较大，结构不紧凑,升降过程中油缸摆角较大，使得液压管路难于布置。 由以上分析可知，现在的液压升降机构有多种型式，每种型式的性能各有千秋，要因车而异，合理选用，选用的原则是:首先必须充分考虑车辆的使用条件和环境；其次要考虑制造工艺；最后要兼顾成本。 2.2 卸碱装置升降平台的两种机构形式 图2-1 机构一 图2-2 机构二 卸碱装置升降平台的两种机构形式如图2-1和图2-2所示，它们只是两侧相同机构的一侧。由以上两图可看出，机构一（图2-1）是全部为固定铰支座的两平行杆同步运动的结构，机构二（图2-2）是两固定铰支座和两个滑动铰支座的结构。这两种机构都可以实现上板台面升降的运动，但相比较之下，机构一有三点不足： a) 机构一在升降过程中上板不仅有竖直方向的位移变化，而且还有水平方向的位移变化，而机构二的上板在升降过程中只有竖直方向的位移变化。这样，在总体尺寸一样的情况下，机构二升降时所需的空间较小。 b) 机构一在升降的过程中，所载物体的质心相对机构的支撑中心的变化很大，这样就要求更大的动力，即要求推力更大的液压缸。结果会增加安装尺寸和生产成本。 c) 机构一的稳定性没有机构二的对角双三角的结构稳定性好。 综上所述，机构二较机构一更合理。所以，在结构上选择机构二。 2.3 卸碱装置升降平台机构中三种液压缸布置方式的分析比较 2.3.1问题的提出 液压缸的布置方式主要包括液压缸对机构的作用力（动力）点位置及液压缸的起始安装角度等。 在机构确定的情况下，动力的作用点是关系所需动力大小的关键。而卸碱装置升降平台的动力由液压缸提供，因此，作用点的位置直接关系液压缸的选择。此外，液压缸的安装起始角度也对所需动力大小有较大影响。 总之，液压缸的布置方式是设计的一个重要环节，是设计成功与否的关键之一。那么液压缸究竟选择怎样的布置方式？ 2.3.2三种方案的分析和比较 以下是液压缸的三种布置方式，如图2-3，图2-4，图2-5所示，基于机构的优点，它们都是采用机构，可以看做三种方案： 方案一（图2-3）：液压缸的一端在底座的固定铰支座上，另一端支撑在支架1上靠近滚动铰支座的位置。当两支架几乎处于水平位置时，液压缸与底座的夹角很小，这时要把台面升起就需要液压缸提供很大的推力，甚至不能把台面升起。此外，液压缸的布置需要在底座长度比支架还更长的基础上额外地加长底座，这样就需要跟多的底座材料。 方案二（图2-4）：液压缸的一端在底座的固定铰支座上，另一端支撑在支架1与支架2的铰支轴上。当两支架几乎处于水平位置时，液压缸与底座的夹角也很小，这时要把台面升起也需要液压缸提供很大的推力。虽然液压缸推动支架的力臂会随着台面的升起而迅速增大，从而使所需的液压缸的推力迅速减小。然而，同时也使液压缸的行程增加迅速增加，最终就需要大行程的液压缸，而液压缸的布置需要更大的长度空间，可能在液压缸完全收缩时支架仍不能完全收回，造成台面的高度过高。 方案三（图2-5）：液压缸的一端在底座的固定铰支座上，另一端支撑在与支架2成一定角度且同固定铰支座的杆上。这样，当两支架处于水平位置时，液压缸与底座仍有一定夹角，且>>，这时要把台面升起所需要液压缸提供的推力就会比前两种布置的推力小很多。虽然液压缸推动支架的力臂随着台面的升起而增大幅度没有方案二的快，即使所需的液压缸的推力减小更平缓。然而，同时液压缸的行程增加也比较平缓，最终所需要的液压缸行程也不会很大，布置液压缸的空间也是足够的。因此，在稍微增加了液压缸推力的同时获得了更多的优点。 图2-3 方案一 图2-4 方案二 图2-5 方案三 综上所述，方案三是卸碱装置升降平台设计的最佳方案（如图2-5所示）。 2.4 卸碱装置升降平台结构分析 为了保证操作人员在工作平台上更加安全，剪叉臂与水平的最大允许角度为45°。因此，每一层上升的最大高度为1.25m，要使升降机能够上升到5m的高度，至少需要4层剪叉臂，1.254=5m,这样就达到了5m的高度（原先起初有1m,上升的高度有5m,升高后可达到6m）。 如图4.1所示，臂AE、CE、BD、BF均相等，剪叉臂AE和BF通过H点铰接，臂BD和CE通过G点铰接，臂AE和CE通过E点铰接，臂BD和BF通过B点铰接；F点与副车架铰接，C点与托架铰接；铰接点A在液压缸N的作用下能够在水平滑槽中移动，另外铰接点D也能水平移动，且与A点的运动方向相反。由于点A和D的移动，从而车厢在垂直面内升降并伴随有少量水平位移。 2.5 卸碱装置升降平台的运动分析 在车厢举升过程中油缸以一定的速度推动滑快A向后移动，A点的速度为νA；由于A点的水平移动带动双级剪式机构运动，从而使得∠BFA发生变化，即由初始位置的φ0变为φ1=φ0+θ；因为剪式机构的运动带动点D同时向上和向前移动，所以台面DF在整个过程中向上向后移动（为货物的倾斜做准备）。其中点B和点H的瞬时速度分别为νB和νH；点D的水平和垂直速度分别为νDx和νDy；车厢支撑台面的水平和垂直平移速度分别为νX和νY。 杆BF上B点、H点的瞬时转动中心都为F点，从而可求得（取车厢移动的方向为正方向，即水平向右和垂直向上为正向），其运动简图如图4.2所示。 B点的运动速度νB： （4-1） 图4.2卸碱装置升降平台运动分析简图 （4-2） 点H分别相对于点A、F以相同的角速度ω转动，其中点A又以速度νA水平移动,而点F静止不动，于是可得： H点相对于点F的运动速度νHF： （4-3） （4-4） H点相对于点A以角速度ω运动的速度νHA： （4-5） （4-6） 则点H的水平和垂直速度和: （4-7） （4-8） 且， 则： （4-9） D点相对于B点以角速度ω转动，则D点速度: （4-10） （4-11）将式（4-1）、（4-2）代入上式可得： （4-12） D点的升降速度与车厢支撑台面的升降速度一致，因此台面上升速度ν （4-13） 由于等臂双级剪式机构的运动特点—点A、B、C始终在一条垂直线上，同样点D、E、F也始终在同一铅垂线上。从上述计算中可以发现，在车厢被举升的整个过程中，点D、E、F没有发生位移，即D、E、F三点只在垂直方向上有位移；那么车厢在举升过程中的水平移动量只取决于点A的水平移动量，则台面的水平运动速度： 又因为滑快A由油缸Ⅰ直接水平推动，所以油缸Ⅰ活塞的运动速度： 则： （4-14） （4-15） （4-16） 2.6 卸碱装置升降平台的动力分析 剪式卸碱装置升降平台，不计剪式机构的重力和各种摩擦力，则该质点系具有理想约束，因此可以用虚位移原理求解其所受各力的相互关系。 虚位移原理：又称分析静力学的原理是所有作用在质点系上的主动力对其作用点的虚位移所作的虚功之和为零。对n个质点组成的质点系，其数学表达式为： （4-17） 式中Fi和δri分别表示第i个力和它的虚位移。图4.3中双级剪式卸碱装置升降平台所受的主动力为重力G（包括装载质量me，车厢质量m1，车厢支撑台面质量m2）和水平油缸的水平推力FN。 由虚位移原理可得 （4-18） 上式中两虚位移的关系 则： （4-19） 由式（4-19）可知，在一定装载质量的情况下，油缸活塞对滑块A的水平推力随角度θ（θ为杆BF绕点F转过的角度）变化而变化。根据设计要求的荷重和剪叉机构的结构尺寸，可求出在整个升程范围内油缸活塞的推力，以此作为油缸选择设计的依据。 2.7 卸碱装置升降平台参数的确定 2.7.1基本几何尺寸的确定 如图4.4所示，AE、CE、BD、BF为杆长相等的四杆，AE与BF，CE与BD铰接与中点H、G、A、D为滑动铰接。 设，初始位置，当到达最大升程时；由几何关系可得： （4-20） （4-21） 为了使整个卸碱装置升降平台不超过底部安装空间，需满足： （4-22） （4-23） 取，联立（4-20）、（4-21）、（4-22）、（4-23）求解并圆整得： 2.7.2 液压缸推力T及行程S的确定 考虑到超载的因素，因此计算台面荷重应有一定的安全系数，即台面荷重： N 由式（4-19）得： N 由于液压缸的作用力同时作用在两等距离的内剪叉臂上，所以油缸对单侧内剪叉臂的作用力P为： N （4-24） Smm 2.8卸碱装置升降平台的校核 本次设计的双级剪式卸碱装置升降平台各铰接点均采用同型号的双头螺纹销连接，因此在对该机构进行校核的时候，除了要对剪叉臂进行强度校核外，还要对各铰接点的销轴进行强度校核。由于在该机构的运动过程中各铰接点的受力在不断变化，只需最大受力点进行校核。 2.8.1各铰接点的受力分析 结合双级剪式卸碱装置升降平台的结构和运动特点，对其进行整体受力分析，如图4.5所示。设货物重心与C点的距离K，A、D点的滑动摩擦系数为f，不计双级剪式机构的自身重力和内部摩擦力。 ①将货物对该机构的作用力分解到C、D两点上 根据力学定理可得： （4-25） （4-26） （4-27） ②将剪式机构看作一个整体，根据力学定理可得A、F点的受力情况： （4-28） （4-29） （4-30） （4-31） ③对臂AHE及CGE隔离受力分析，如图4.6所示，根据力学定理可得： 图4.6 剪叉臂受力简图（a） 则： （4-32） 则： （4-33） 联立式（4-32）和（4-33），得 （4-34） 对E点取矩， （4-35） 将式（4-25）、（4-26）、（4-28）、（4-29）及（4-34）代入式（4-35），则： （4-36） （4-37） （4-38） ④以臂BGD为隔离研究对象，如图4-7所示。 图4.7 剪叉臂受力简图（b） 则： （4-39） 2.8.2各铰接点销的选择与校核 考虑到整体布局需要，以及结合装配草图，根据摩擦副的特性，取。 对上述各铰接点在任意角度时的计算公式的分析计算，可知H点承受的作用力最大，且当时作用在H点的力最大。 由式（4-37）知，当时 KN KN 销轴均用45钢制造，作调质处理，其屈服强度[]=355MPa，选择安全系数为2，其许用剪切应力[]=0.5[]=177.5MPa。考虑到生产制造的方便、节省制造工时，在使用材料允许的条件下，该机构交接的双头螺纹销均采用同一直径，取mm。 MPa 因此，该机构所有铰接点选用的销均满足强度要求。 2.8.3油缸作用处杆件尺寸的确定与校核 考虑到该杆件所受的作用力比剪式机构铰接点处的力大，经比较后取mm。 MPa 经校核可知，该杆件满足使用的强度要求。 为了使工作台面下降至最低位置时滚轮不至于脱离滑道，剪叉臂的长度应该比底座的长度b小一些，一般可取 .............................(3.20) 由设计参数可知：，，。初选底座长度，系数为0.8，则根据式(3.20)可得剪叉臂的长度 。 2.液压缸安装位置的确定 由图3-4可知 ...............................(3.21) 则 所以， 即 而 初选 ，，,,，。 而液压机构的有效垂直升降高度为 .....................(3.22) 根据，液压缸上下交接点g、f的距离S（即液压缸的瞬时长度）为 ............................(3.23) 液压缸两交接点之间的最大距离和最小距离分别为 设液压缸的有效行程为，为了使液压缸两铰接点之间的距离为最小值时，柱塞不抵到液压缸缸底，并考虑液压缸结构尺寸和（如图3-6所示），一般应取 ...............................(3.24) 同样，为了使液压缸两铰接点之间的距离为最大值时，柱塞不会脱离液压缸中的导向套，一般应取 ..............................(3.25) 式（3.24）和式（3.25）中的和根据液压缸的具体结构决定。 图3-6 液压缸结构尺寸 2.9 强度校核 整个机构，受力较大的零部件有内剪叉臂，液压缸的支撑横梁，销轴等，所以进行校核时，只需对这些受力较大的零件校核即可。 2.9.1 剪叉臂的强度校核 由图3-9和图3-10可知，内剪叉臂aed受力要远大大于外剪叉臂bec，所以这里只校核外臂。外剪叉臂受力如图3-1所示。又由图4-8可知，的角度越小，则推力的值越大。若取最大值时满足强度要求，则该剪叉臂即满足强度要求。当机构在最低位置时，的值最小，即值最大。参照图3-1，剪叉臂所受的力都与剪叉臂有一定的夹角，为方便受力分析，将所有的力都按沿剪叉臂方向和垂直剪叉臂方向分解，有下列式子： ...................................................................(7.1) ...................................................................(7.2) ...................................................................(7.3) ...................................................................(7.4) ............................................................................(7.5) .............................................................................(7.6) ...................................................................(7.7) .................................................................(7.8) 图3-1 内剪叉臂aed受力图 各力分解后的受力图如图3-2(a)所示，弯矩图见图3-2(c) 图3-2 内剪叉臂aed的轴向及径向分解受力图 剪叉臂的g处由于是有一个肋板作用，可看作力作用在剪叉臂上为均布载荷。由图3-2（c）中可知，最大弯矩发生在k点处，但需校核e、k两点处的强度，且图中有，，。又已知剪叉臂的横截面宽和高分别为，，，如图3-3所示，图3-3（a）是e点处的截面图，图3-3（b）是k点处的截面图。 e点处的抗弯截面系数为 k点处的抗弯截面系数为 图3-3 剪叉臂e、k两点处的截面图 因为当时，此时e、k两点的弯矩最大，且由式（7.8）得， ，则 选择材料为，参照参考文献[1]，，所以是安全的。 2.9.2 液压缸底架固定横梁的强度校核 液压缸底架固定横梁（如图3-4所示）选择的是60号方钢，其受力情况如图3-5所示；已知60号钢的边长为60mm，液压缸推力作用点到坐标系O的距离为65mm，，分别为推力在X，Y轴上的分力，且，。 当液压缸在最小角度，即工作台在最低位置时，液压缸推力最大，虽然此时最小，即,，分力最大，所以由式(3.19)可得，则。 当液压缸在最大角度，即工作台在最置时，虽然液压缸推力最大，此时最 大，即,，分力最大，所以由式(3.19)可得，则。 图3-4 液压缸与底架连接的横梁 图3-5 液压缸与底架连接的横梁截面图 把它们平移到O点后，有 （1） 对于X轴方向，其受力如图3-6所示 图3-6 横梁X轴方向的受力图 因为梁的抗弯截面系数， 所以 （2）对于Y轴方向，液压缸固定横梁受力如图3-7 图3-7 横梁Y轴方向的受力图 又梁的抗弯截面系数， 则 （3）当作用点平移到O点时，会产生一个扭矩，该扭矩的大小为 又，其中，此时，该扭矩对横梁截面产生的剪切力为 参照参考文献[7]，又由第四强度理论 带入并化简： 又选材料为，参照参考文献[7]， 取安全系数为2，则，所以是安全的。 2.10 轴的强度校核 由图分析可知，剪叉臂受力最大的地方为g点和d点，所以只需校核该两处的销轴即可。 2.10.1 内剪叉臂固定端销轴的强度校核 因为销轴较短，所以只受切应力。依图3-2可知，剪叉臂固定端（即d点）销轴所受的力为。当机构面处于最低位置，即时，销轴受到的剪力最大，根据式(7.7)得。 又销轴的直径为，导油孔直径为，则其横截面积为 又销轴受力情况见图3-8，从图中可知销轴受剪力为双剪切，又参照参考文献[7]， 销轴的材料为35钢，经表面热处理，参照参考文献[7]，35钢的许用应力。取安全系数为2，则有，所以满足要求。 2.10.2 液压缸缸体尾部销轴的强度校核 液压缸尾部销轴的受的力即为液压缸的推力，如图3-8所示，因为销轴较短，所以只受切应力。又销轴的直径为，导油孔的直径为，则销轴的横截面积为 图3-8 尾部销轴的受力图 参照3.2.2节，有 选择销轴材料为35，又35钢的许用应力，取安全系数为2，则有 ，所以设计的销轴满足要求。 2.10.3 液压缸活塞杆头部支撑轴的强度校核 依图3-2可知，液压缸头部支撑轴（即g点）所受的力为。当机构面处于最低位置，即时，液压缸受到的推力最大，即。又销轴的直径为，导油孔直径为，则其抗弯截面系数为 又销轴受力情况见图3-9，参照参考文献[7]，校核轴的弯曲强度为 图3-9 头部支承轴的受力图 轴的材料为钢，经表面热处理，参照参考文献[7]，钢的许用应力。所以满足要求。 第3章 液压传动系统的设计计算 3.1明确设计要求 制定基本方案 设计之前先确定设计产品的基本情况，再根据设计要求制定基本方案。以下列出了本设计——剪式液压升降台的一些基本要求： （1）主机的概况：主要用途用于家用小型重型设备起升，便于维修，占地面积小，适用于室外，总体布局简洁； （2）主要完成起升与下降重物的动作，速度较缓，液压冲击小； （3）最大载荷量定为6.5吨，采用单液压缸控制联接组合叉杆机构进行升降动作。最大起升高度略大于一人高度； （4）运动平稳性好； （5）人工控制操作，按钮启动控制升降； （6）工作环境要求：不宜在多沙石地面、木板砖板地面等非牢固地面进行操作，不宜在有坡度或有坑洼的地面进行操作，不宜在过度寒冷的室外进行操作； （7）性能可靠，成本低廉，便于移动，无其他附属功能及特殊功能； 3.2制定液压系统的基本方案 3.2.1确定液压执行元件的形式[14] 液压执行元件大体分为液压缸或液压泵。前者实现直线运动，后者完成回转运动，二者的特点及适用场合见下表。 表3.1 液压缸与液压泵特点比较 名 称 特 点 适 用 场 合 双活塞杆液压缸 双向对称 双作用往复运动 单活塞杆液压缸 有效工作面积大、双向不对称 往返不对称的直线运动，差动连接可实现快进，A1=2A2往返速度相等 柱塞缸 结构简单 单向工作，靠重力或其他外力返回 续表3.1 液压缸与液压泵特点比较 摆动缸 单叶片式转角小于360度 双叶片式转角小于180度 小于360度的摆动 小于180度的摆动 齿轮泵 结构简单，价格便宜 高转速低扭矩的回转运动 叶片泵 体积小，转动惯量小 高转速低扭矩动作灵敏的回转运动 摆线齿轮泵 体积小，输出扭矩大 低速，小功率，大扭矩的回转运动 轴向柱塞泵 运动平稳、扭矩大、转速范围宽 大扭矩的回转运动 径向柱塞泵 转速低，结构复杂，输出大扭矩 低速大扭矩的回转运动 注：A1—无杆腔的活塞面积 A2—有无杆腔的活塞面积 对于本设计实现单纯并且简单直线及回转运动的机构，可以采用齿轮式液压泵及双活塞杆液压缸，这样不仅简化液压系统降低设备成本，而且能改善运动机构的性能和液压执行元件的载荷状况。 常用的扩程机构有如图3.1所示二种形式： （a） (b) 图3.1 扩程机构 它们同时也可以实现增速，常用于电梯的升降、高低位升降台等液压设备。还有一种运动转换机构，小角度的回转运动用液压缸来实现，其运动比较平稳，长行程的直线运动可以用液压马达来完成。本设计要完成的液压升降台综合了扩程、回转这两种工作形式。 3.2.2 确定液压缸的类型 工程液压缸主要用于工程机械、重型机械、起重运输机械及矿山机械的液压系统。根据主机的运动要求，选择液压缸的类型为：直线运动单活塞杆双作用缓冲式液压缸。其特点：活塞双向运动产生推、拉力。活塞行程终了时减速制动，减速值不变。 3.2.3 确定液压缸的安装方式 工程液压缸均为双作用单活塞式液压缸，安装方式多采用耳环型。由于本设计中液压缸在作用过程中是一端固定，一端在垂直面上自由摆动的形式，因此选择液压缸的安装方式为：尾部耳环联接。 3.2.4 缸盖联接的类型 按缸盖与缸体联接方式，可分为外螺纹联接式、内卡键联接式及法兰联接式三种。这里采用法兰联接。 3.2.5拟订液压执行元件运动控制回路 液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度控制是拟订液压回路的核心问题。方向控制用换向阀或是逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多数通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对于高压大流量的液压系统，现多采