普通式双柱汽车举升机设计文档格式.docx
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摘要：
双柱式举升机是汽车修理和保养单位常用的举升设备，广泛应用于轿车等小型车的维修和保养。
目前，全国生产汽车举升机的厂家较多，成产的举升机的形式也比较繁多，有双柱式举升机、四柱式举升机、剪式举升机、组合移动汽车式举升机等。
本文较全面的介绍了举升机的分类，在确定了所要设计的举升机的方案后，即针对举升机结构及其特点要求进行了设计和说明，同时对举升机设计过程中所涉及到的工艺性问题进行补充说明。
然后分析了普通双柱式汽车举升机主立柱的截面特性，并对主立柱的强度和托臂的强度进行了校核验算。
对液压缸活塞杆强度以及受压杆的稳定性也进行了验算，以保证所设计的举升机满足使用要求。
本课题所设计的是液压驱动的普通双柱式汽车举升机。
它的特点是：
1.性能可靠、低能耗、操作方便；
2.无横梁、结构简单；
非对称托臂可伸缩，保证了安全性；
4.托脚的最低位置低，使得车辆的地盘可以比较低，对各种车辆的适应性扩大了；
5.与螺杆式的举升机相比，使用寿命较长；
6.价格低廉，拥有的市场份额较大。
关键词：
普通式，双柱举升机，结构特点，非对称式，机械结构设计，液压驱动，截面特性。
1举升机的方案拟定
1.1举升机的基本情况
1.1.1常用汽车举升机的结构类型
目前，全国生产汽车举升机的厂家较多，生产的举升机的形式也比较繁多，有双柱式举升机、四柱式、剪式、组合移动汽车式等。
仅从举升机的外型来分类的基本形式就有：
普通双柱式、龙门双柱式、四立柱式、剪式、移动式、和单立柱式等汽车举升机。
按照举升机的举升装置的形式分类也有很多种，包括丝杠螺母举升式、链条传动举升式、液压缸举升式、齿轮齿条举升式等举升机。
从举升机的驱动方式分，主要有：
电机驱动式举升机和液压驱动式举升机。
1.1.2汽车举升机的主要参数
普通式双柱举升机、龙门双柱式举升机、四立柱式举升机这三种目前市场是主要的汽车举升机的主要技术参数统计如表1.2所示。
表1.2汽车举升机的主要参数
额定举升质量
最大举升高度
盘距地高度
全程上升时间
全程下降时间
普通式双柱
2.5-4T
1700-1800mm
110-180mm
50-70Sec
20-60Sec
龙门式双柱
50-70Sec
四立柱式
2.5-4.5T
1.2汽车举升机的主要结构与要求
举升机的结构形式主要有：
（1）整体结构形式；
（2）举升方式；
（3）驱动方式；
（4）平衡方式；
（5）保险与保护方式；
（6）托盘结构。
1.2.1举升装置的要求
在我国的规定中讲到举升机的设备安装电路系统绝缘、耐压和保护电路的连续性要符合GB5226的有关规定。
在欧美地区同样也有相应的明文规定。
举升机的设计中液压系统的设计也是至关重要的。
在欧洲地区液压缸、气缸、管路及接头受调压阀的最大压力的限制。
它们应至少承受该压力的2倍或是该压力的3倍并且要没有永久变形。
软管、气袋、膜盒的尺寸在设计时应使之承受至少3倍的调压阀设定的最大压力值的爆破压力。
我国对举升机的性能要求也比较繁多，例如：
1举升机应设有限制行程限位装置，如有需要该装置应动作灵敏、安全可靠。
2液压系统工作应平稳、无振动、无爬行现象。
3液压式举升机除液压系统能自锁外还应设有机械锁止装置。
4机械式举升机任意时刻都能安全自锁。
5举升机正常运行时的噪音不得超过80dB。
6举升机工作环境温度为0—40摄氏度，全行程连续举升额定质量20次，油温不得高于60摄氏度。
7在试验台上对液压系统试高150%额定使用压力，维持2分钟，不允许有变形、漏油及其它不良现象。
8在无故障工作基础上，机械式举升机的使用继续到进行到3000次，则液压举升机可以继续进行到9000次，以安全可靠为前提，检查零部件损坏程度，允许更换损坏件，允许添加润滑剂。
1.3普通式双柱汽车举升机结构方案的确定
通过对汽车举升机结构的认识和了解，确定了本次设计的举升机的总体方案。
如下图1.10所示：
：
图1.10普通式双柱举升机的结构示意图
本次设计的是由液压驱动的QJY04-02B型普通式双柱汽车举升机。
它的结构主要包括以下几个部分：
举升装置、同步驱动装置、立柱和托臂。
QJY04-02B型普通式双柱汽车举升机的举升机构的传动系统是由液压系统来驱动和控制的，由两边两个立柱里安装的液压油缸来推动链接立柱和滑台的链条，使滑台上安装的的大滚轮沿立柱滚动，实现滑台的上下移动。
用钢丝绳作为同步装置来保持整个举升机的同步性。
托臂与立柱内的滑台相连，当滑台上下移动时带动托臂一起运动。
2普通式双柱汽车举升机的结构设计
2.1举升装置
本次设计的举升机的举升装置是由液压系统以及电阻箱组成的。
通过电箱的开关启动电动机来控制液压单元，液压油进出液压缸，并通过链条链接液压缸和滑台来带动整个设备的举升动作，如图2.1所示：
图2.1驱动举升装置示意图
图2.1是本次设计的普通式双柱汽车举升机的驱动装置及举升装置的示意图，从图中可以看到左右两边立柱内的两个举升装置是通过液压软管来连接的，它的一个不足的地方就是左右两个液压缸在开始举升时有一个时间差，这会导致因左右两边的举升速度不一样而举升不平横。
因此，我们在液压举升的基础上增加了钢丝绳的同步装置，用这样的同步装置来弥补液压缸带来的缺点。
图2.2是普通式双柱举升机的举升装置的结构图。
图2.2普通式双柱举升机的举升装置结构图
从图中可以看到，普通式双柱汽车举升机举升装置是将链条镶嵌在滑轮槽内来带动液压杆达到举升的目的。
2.2立柱
普通式双柱汽车举升机的立柱有两个，分别是左、右两边个一个立柱。
图2.3是左边立柱的俯视图。
整个举升机的重量几乎都是由立柱来支持的，因此他们必须要有一定的强度和刚度。
立柱中间的空间是用来放置举升装置以及滑台部件的。
整个立柱部分的行位公差要求也比较高，如图水平方向的立柱臂和垂直方向的立柱臂要求要保持一定的直线度和平行度，立柱内外表面还要有一定的粗糙度等。
图2.3左立柱的俯视图
2.3支撑机构
托臂部分是属于举升机的支撑机构。
当汽车进入到举升机的范围时，整个支撑机构就通过改变摇臂的角度或方向来改变托臂的整个工作范围的宽度。
本次设计的支撑机构是非对称式的托臂，这样设计增加的托臂的宽度，实质就等于增加了托臂的工作范围，而且左右两侧的托臂的臂长都是有一定的伸缩性的。
如图2.4所示：
图2.4非对称式托臂的工作范围示意图
1——托臂原始工作位置2——托臂伸长后的工作位置
其中，图中方格阴影部分就是托臂的工作范围，托臂未伸长前的工作范围按照轨迹1来运动；
托臂伸长后工作范围按照轨迹2来运动；
而且，图中1和2是托臂的两个极限位置，在1和2的范围内，托臂的长度是可以伸缩的。
但是由于托臂属于支撑机构，它是要承受一定的重量的，所以本次设计采用非对称式的结构就更能保证托臂的强刚度了。
非对称式托臂的详情结构如下图2.5所示：
图2.5非对称式托臂的结构图
2.4平衡机构
由于举升机在上升和下降时必须要采用强制性的平衡装置来确保汽车的整体的水平位置保持一致，所以本次设计采用了钢丝绳来作为整个举升机的平衡机构。
本次设计所采用的是在单个立柱内安装两副左右对称的钢丝绳，但是在这个单个立柱里面的钢丝绳的走向确是两个相反的方向，用户可以通过改变钢丝绳的张力来使左右两边的滑台在抬升的过程中保持平衡。
要注意的是两边确定的钢丝绳的张力必须一致，这样才能真正的平衡。
单个立柱里的钢丝绳的走向如图2.6所示：
图2.6单个立柱内钢丝绳的走向示意图
2.5保险机构
汽车举升机是一种对安全性能要求特别高的举升设备。
通常设有多种保险装置和保护措施：
液压回路的保压、机械锁止保险装置、机械自锁装置、举升过载保护、冲顶保护、防滑等等。
机械自锁是指失去驱动力后，利用机械机构的重力来自动阻碍其运动的保护。
本次设计电磁铁安全锁机构的组成是：
在两个滑台上均有安装安全卡位条，当汽车生气后，卡位条与电磁铁连接的支撑板构成机械自锁机构，由于两个立柱上均装有电磁铁安全锁，如图2.7所示，并且这两个安全锁所装的位置不在同一直线上而且是相互错开在对角线上，起到双保险的作用。
图2.7电磁铁安全锁
1——电磁铁，2——保险孔板，3——保险孔支撑座
作为保险装置的电磁铁安全锁是由好几个零件组成的。
其中主要的几个零件包括：
保险孔板、保险孔支撑座、电磁铁。
当电磁铁得电将保险孔支撑座吸住时，它和锁紧板之间没有接触，此时的举升机处于保险打开状态，整个滑台可以自由地上下移动。
当电磁铁失电时保险孔支撑座处于图示状态，此时保险孔支撑座将与滑台上的锁紧板互相顶住，使滑台固定在一个位置上而不能上下移动，起到保险的作用。
3普通式双柱汽车举升机的强刚度分析与验算
双柱式汽车举升机的结构形式有多种，QJY04-02B型举升机系是指液压驱动的双柱举升机。
此类举升机构的传统系统由液压系统驱动和控制的，通过两立柱内安装的液压油缸实现上下滚动，实现滑台的上下移动。
举升设备的主要部分有：
举升机构、支撑机构、平衡机构和电磁铁安全锁机构。
本次设计的举升机的主要性能参数为：
额定举升载荷4吨；
在载重4吨情况下，由最低位置举升到最高位置需要50秒；
当拉下操纵杆使溢流阀接通，4吨轿车由最高位置降到最低位置所需时间不小于50秒；
电动机功率2.2KW；
举升臂在最低位置时的举升高度为120mm，最大举升高度为1850mm，工作行程为1730mm.
3.1普通式双柱举升机立柱的结构分析和验算
3.1.1主立柱的截面特性分析与计算
主立柱体是举升机主要的受力承重部件。
举升机立柱在工作时受来自保险锁机构处因承重的压力和升降滑台滚轮作用在立柱上的弯矩。
因此，立柱在这两种力的作用下，有向内弯的变形趋势，底部焊口在拉压应力的作用下有开裂的倾向，故立柱底部与底座处焊接有加强筋。
立柱壳体用钢板整体压制成形，其内部相应位置焊有保险装置支撑板，用于锁定状态时受力和承重，下部与底座焊接。
其中一个立柱体上还装有液压泵站和电气控制箱。
主立柱作为主要的承重部件，先对其截面特性进行分析，主要是确定立柱截面形心的位置和截面的惯性矩。
3.1.1.1确定立柱截面形心和中性轴的位置
将整个截面分为A1,A2,A3三个部分，取与截面底边相互重合的Z轴为参考轴（见图4.1举升机主立柱横截面示意图），Z1,Z2,Z3分别为三个组合截面的中性轴，则三个截面的面积及其形心至Z’轴的距离分别为：
图4.1举升机主立柱横截面示意图
重心C到相应边的距离e:
整个截面形心为C在对称轴Y上的位置则为:
3.1.1.2确定惯性矩
设截面形心分别为C1,C2,C3,其形心轴为Z1,Z2,Z3,（图4.1），它们距Z轴的距离分别为：
为三截面对各自心轴Z1,Z2,Z3,的惯性矩，将三截面对中性轴Z的惯性矩相加，可得立柱整个截面对中性轴Z的惯性矩：
3.1.2主立柱的强度分析和验算
举升机工作时，其托臂将汽车举升至一定高度后锁定，举升机直接承载处位于托臂端部，故应先对滑台部件进行受力分析（见图4.2滑台部件受力情况示意图）
在分析之前，对滑台部件进行了调整。
其中本次设计的滑台的组成之一是大滑轮，滑轮的种类形状有很多种，有“两个大圆柱滚轮型”、“四个顶角处是采用四个小滚轮型”、还有最原始的“四个角用四个橡胶滑块“或是“用两个滑块代替两个大圆柱滚轮”，但是用的较多的是“采用两个大圆柱滚轮”的形式，如果是采用其他类型的滚轮例如用滑块来代替滚轮，那么整个滑块就不容易锁定，容易滑动；
除此之外就是同步性的问题也不容易解决。
图4.2滑台部件受力情况示意图
3.1.2.1滑台部件受力情况分析
滑台部件自身重量近似估算如下：
滑台组合件尺寸：
采用160X160方钢，壁厚8mm,高8mm
滑台体积：
V1=16X16X80-14.4X14.4X80=3891.2（cm3）
摇臂座尺寸：
采用100X100方钢，壁厚8mm,长440mm
摇臂座体积：
V2=10X10X44-8.4X8.4X44=1295.36（cm3）
摇臂近似尺寸：
采用100X100方钢，壁厚8mm,长（800+310）=1110mm
托臂体积：
V3=10X10X111-8.4X8.4X1113267.84（cm3）
钢材比重选取：
7.85t/m3（kg/dm3,g/cm3）
所以，滑台部件、摇臂座和托臂的重量为：
将滑台、摇臂座、托臂座一起考虑
图4.2中，单侧托臂受到的最大载荷为2吨，加上自重，托臂端部受力为2066.37kg,F1与F2是立柱通过滚轮给予的反力，F和F为保险支撑板给予的支撑力，B处为支撑点，假定自重全部集中在负载处，有：
综上所述，考虑滑台部件中滑台、摇臂座和托臂的总自重，假定自重全部集中在负载处，近似估算值为66.37kg.单侧托臂受到的最大载荷为2000kg，加上滑台部件的自重，托臂端部受力大小为2066.37kg,F1和F2是立柱通过滚轮给予的反力，F1=F2,F和F为保险支撑板给予的支撑力，B处为支撑点位置，则：
3.1.2.2举升机主立柱受力情况分析
主立柱受力的情况（见图4.3普通式双柱举升机立柱受力情况示意图）F1和F2是滑台通过滚轮作用在立柱上的力（图示为最高位置），
为滑台作用在立柱上的支撑力，R、R和M为底部支座反力。
针对立柱受力情况，经计算得：
图4.3普通式双柱举升机立柱受力情况示意图
3.1.3主立柱的刚度计算
用迭加法：
3.2.1托臂部分强度核算
图示为左后托臂部件图：
图4.9左后托臂部件图
图中的A、B、C、D、分别对应着托臂示意图中的A、B、C、D、四个截面：
下图是托臂示意图：
图4.10托臂示意图
按照A,B,C,D几个典型截面进行分析，各个截面图如下：
（a）A-A截面（b）B-B截面（c）C-C截面
图4.10典型截面示意图
4液压系统
4.1液压系统工作原理
启动电动机按钮后电机启动并带动油泵从油箱中吸入压力油送到举升缸中使活塞杆移动，此时安全溢流阀关闭。
此阀的压力在出厂前已经调好，以保证起重的额定载荷的要求。
当系统中压力超过极限时，自动溢流卸油阀松开，启动按钮停止供油，提升结束，开始作业工作。
如果拉动滑台上两个机械安全锁后再按手动式下降阀便开始卸油下降，其工作原理见图5.1
图5.1液压系统工作原理图
1-齿轮泵，2-电动机，3-滤油器，4-单向阀，5-溢流阀，6-手动式下降阀，7-伺服限流阀，8-软管，9-防油管爆裂阀，10-举升缸，11-液位计，12-空气滤清
4.2液压缸活塞杆受压校核
4.2.1液压缸活塞杆强度验算
根据活塞杆只受压力的工作情况，强度验算公式为：
4.2.2液压缸活塞杆受压稳定性校核
液压缸压杆安装形式如下图示：
图5.2液压缸压杆安装图
已知：
缸体长度
工作行程
活塞杆直径
计算长度
活塞杆截面积
活塞杆转动惯量
活塞杆回转半径
柔性系数
末端条件系数
5结论
本文首先对所有的汽车举升机的情况进行了简单的阐述，并介绍了各类汽车举升机的结构特点，对汽车举升机有了初步的认识。
然后再根据各类举升机的各种使用要求，结合前人设计的举升机的各种结构，按照自己所要设计的举升机的要求对汽车举升机进行了结构方面的设计。
本次所设计的举升机是采用以液压驱动、液压缸为举升装置以及钢丝绳为同步装置的普通式双柱汽车举升机。
液压驱动是由液压系统以及电箱组成的。
整个举升机的外形是双柱式的，同时它的支撑机构是非对称式的托臂。
通过电磁铁安全锁将立柱内的滑台固定住，起到保护的作用。
总结这次普通式双柱汽车举升机的设计，大体可以归纳为以下几点：
（1）通过市场调查，首先了解汽车举升机种类，并熟悉了各类汽车举升机的外形以及它们的功能特点、使用要求等。
在对汽车举升机有了一定的了解后，将各类汽车举升机的装配结构作了对比，最终确定了本次设计的普通式双柱汽车举升机的设计方案。
（2）在确定了设计方案之后，就对普通式双柱汽车举升机的结构进行了设计。
在设计过程中通过参考其它形式的举升机的结构特点，再结合了自己的设计思想，最终把此次普通式双柱汽车举升机的结构设计成由举升装置、支柱、支撑机构、平衡机构和保险机构五大部分组成。
（3）由于汽车举升机是一种将汽车抬升到一定高度后用于汽车维修或保养的举升设备。
因此，在工作的情况下它必须要承受一定的载荷。
所以，在设计了汽车举升机的结构之后，还对它的强度、刚度进行验算，以保证举升机有足够的承载能力来安全有效的工作。
（4）除了对普通式双柱汽车举升机的机械结构进行设计、验算外、还进行了液压部分的核算。
因为本次设计的普通式双柱汽车举升机的驱动系统采用的是液压驱动，而且它的举升机装置采用了液压缸举升。
而液压缸受压的活塞杆是属于细长杆，所以设计时必须要考虑到细长杆的稳定性，所设计的方案必须通得过核算。
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