剪叉式液压升降机设计.docx

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剪叉式液压升降机设计

1.前言

1.1课题研究的目的和意义

升降机是一种升降性能好，适用范围广的货物举升机构，可用于生产流水线高度差设备之间的货物运送，物料上线，下线，共件装配时部件的举升，大型机库上料，下料，仓储装卸等场所，与叉车等车辆配套使用，以及货物的快速装卸等。

它采用全液压系统控制，采用液压系统有以下特点：

（1）在同等的体积下，液压装置能比其他装置产生更多的动力，在同等的功率下，液压装置的体积小，重量轻，功率密度大，结构紧凑，液压马达的体积和重量只有同等功率电机的12%。

（2）液压装置工作比较平稳，由于重量轻，惯性小，反应快，液压装置易于实现快速启动，制动和频繁的换向。

（3）液压装置可在大范围内实现无级调速，（调速范围可达到2000），还可以在运行的过程中实现调速。

（4）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解或控制。

（5）液压装置易于实现过载保护。

（6）液压元件以实现了标准化，系列化，通用化，压也系统的设计制造和使用都比较方便。

当然液压技术还存在许多缺点，例如，液压在传动过程中有较多的能量损失，液压传动易泄露，不仅污染工作场地，限制其应用范围，可能引起失火事故，而且影响执行部分的运动平稳性及正确性。

对油温变化比较敏感，液压元件制造精度要求较高，造价昂贵，出现故障不易找到原因，但在实际的应用中，可以通过有效的措施来减小不利因素带来的影响。

1.2国内研究状况及发展前景

我国的液压技术是在新中国成立以后才发展起来的。

自从1952年试制出我国第一个液压元件——齿轮泵起，迄今大致经历了仿制外国产品，自行设计开发和引进消化提高等几个阶段。

进年来，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，我国的液压技术已经能够为冶金、工程机械、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，我国的液压技术在产品品种、数量及技术水平上，与国际水品以及主机行业的要求还有不少差距，每年还需要进口大量的液压元件。

今后，液压技术的发展将向着一下方向：

（1）提高元件性能，创制新型元件，体积不断缩小。

（2）高度的组合化，集成化，模块化。

（3）和微电子技术结合，走向智能化。

总之，液压工业在国民经济中的比重是很大的，他和气动技术常用来衡量一个国家的工业化水平。

2.工艺参数及工况分析

2.1升降机的工艺参数

本设计升降机为全液压系统，相关工艺参数为：

额定载荷：

2500kg最低高度：

500mm最大起升高度：

1500mm

最大高度：

1700mm平台尺寸：

4000x2000mm电源：

380v,50Hz

2.2工况分析

本升降机是一种升降性能好，适用范围广的货物举升机构，和用于生产流水线高度差设备之间的货物运送，物料上线、下线。

工件装配时调节工件高度，高出给料机运送，大型部件装配时的部件举升，大型机库上料、下料。

仓储，装卸场所，与叉车等装运车辆配套使用，即货物的快速装卸等。

该升降台主要有两部分组成：

机械系统和液压系统。

机械机构主要起传递和支撑作用，液压系统主要提供动力，他们两者共同作用实现升降机的功能。

3.升降机机械机构的设计和计算

3.1升降机机械结构形式和运动机理

根据升降机的平台尺寸

，参考国内外同类产品的工艺参数可知，该升降机宜采用单双叉机构形式：

即有两个单叉机构升降台合并而成，有四个同步液压缸做同步运动，以达到升降机升降的目的。

其具体结构形式

图3.1

图3.1所示即为该升降机的基本结构形式，其中1是工作平台，2是活动铰链，3为固定铰链，4为支架，5是液压缸，6为底座。

在1和6的活动铰链处设有滑道。

4主要起支撑作用和运动转化形式的作用，一方面支撑上顶板的载荷，一方面通过其铰接将液压缸的伸缩运动转化为平台的升降运动，1与载荷直接接触，将载荷转化为均布载荷，从而增强局部承载能力。

下底架主要起支撑和载荷传递作用，它不仅承担着整个升降机的重量，而且能将作用力传递到地基上。

通过这些机构的相互配合，实现升降机的稳定和可靠运行。

两支架在0点铰接，支架4上下端分别固定在平台和底座上，通过活塞杆的伸缩和铰接点0的作用实现货物的举升。

3.2升降机的机械结构和零件设计

3.2.1升降机结构参数的选择和确定

根据升降台的工艺参数和他的基本运动机理来确定支架4的长度和截面形状,升降台达要求高度时铰链a、b的距离其液压缸的工作行程。

设ab=x（

），则4支架的长度可以确定为

即支架和地板垂直时的高度应大于

这样才能保证其最大升降高度达到

，其运动过程中任意两个位置的示意图表示如下：

图3.4

设支架都在其中点处绞合，液压缸顶端与支架绞合点距离中点为t,根据其水平位置的几何位置关系可得：

.

下面根据几何关系求解上述最佳组合值：

初步分析：

值范围为

取值偏小，则工作平台ab点承力过大，还会使支架的长度过长，造成受力情况不均匀。

X值偏小，则会使液压缸的行程偏大，并且会造成整个机构受力情况不均匀。

在该设计中，可以选择几个特殊值：

=0.4m,

=0.6m,

=0.8m，分别根据数学关系计算出h和t。

然后分析上下顶板的受力情况。

选取最佳组合值便可以满足设计要求。

（1）

=0.4

支架长度为h=2-x/2=1.8m

=h/2=0.9m

液压缸的行程设为l,升降台上下顶板合并时，根据几何关系可得到：

l+t=0.9

升降台完全升起时，有几何关系可得到：

=

联合上述方程求得：

t=0.355m

l=0.545m

即液压缸活塞杆与2杆绞合点与2杆中心距为0.355m.活塞行程为0.545m

（2）

=0.6

支架长度为=2-x/2=1.7m

=h/2=0.85m

液压缸的行程设为l,升降台上下顶板合并时，根据几何关系可得到：

l+t=0.9

升降台完全升起时，有几何关系可得到：

=

联合上述方程求得：

t=0.32m

l=0.53m

即液压缸活塞杆与2杆绞合点与2杆中心距为0.32m.活塞行程为0.53m

（3）

=0.8

支架长度为=2-x/2=1.6m

=h/2=0.8m

液压缸的行程设为l,升降台上下顶板合并时，根据几何关系可得到：

l+t=0.9

升降台完全升起时，有几何关系可得到：

=

联合上述方程求得：

t=0.284m

l=0.516m

即液压缸活塞杆与2杆绞合点与2杆中心距为0.284m.活塞行程为0.516m

现在对上述情况分别进行受力分析：

（4）x=0.4m,受力图如下所示：

（5）x=0.6m,受力图如下所示

（6）x=0.8m,受力图如下所示

比较上述三种情况下的载荷分布状况，x 取小值，则升到顶端时，两相互绞合的支架间的间距越大，而此时升降台的载荷为均布载荷，有材料力学理论可知，此时两支架中点出所受到的弯曲应力为最大，可能会发生弯曲破坏，根据材料力学中提高梁的弯曲强度的措施

知，合理安排梁的受力情况，可以降低

值，从而改善提高其承载能力。

分析上述x=0.4m.x=0.6m,x=0.8m时梁的受力情况和载荷分布情况，可以选择第二种情况，即x=0.6m时的结构作为升降机a的最终值，由此便可以确定其他相关参数如下：

t=0.32m.l=0.53m,h=1.7m

3.2.2升降机支架和下底板结构的确定3.2.2.1上顶板结构和强度校核

上顶板和载荷直接接触，其结构采用由若干根相互交叉垂直的热轧槽钢通过焊接形式焊接而成，然后在槽钢的四个侧面和上顶面上铺装4000x2000x3mm的钢板，其结构形式大致如下所示：

图3.7

沿平台的上顶面长度方向布置4根16号热轧槽钢，沿宽度方向布置6根10号热轧槽钢，组成上图所示的上顶板结构。

在最外缘延长度方向加工出安装上下支架的滑槽。

以便上下支架的安装。

滑槽的具体尺寸根据上下支架的具体尺寸和结构而定。

沿长度方向的4根16号热轧槽钢的结构参数为

=

截面面积为

，理论重量为

，抗弯截面系数为

。

沿宽度方向的6根10号热轧槽钢的结构参数为

=

截面面积为

，理论重量为

，抗弯截面系数为

。

其质量分别为：

4根16号热轧槽钢的质量为：

6根10号热轧槽钢的质量为：

菱形钢板质量为：

3.2.2.2强度校核

升降台上顶板的载荷是作用在一平台上的，可以认为是一均布载荷，由于该平板上铺装汽车钢板，其所受到的载荷为额定载荷和均布载荷之和，其载荷密度为：

F钢板和额定载荷重力之和。

单位N

l载荷的作用长度。

单位m,沿长度方向为16m,宽度方向为12m.

其中

带入数据得：

F=29604N

沿长度方向有：

带入数据有：

分析升降机的运动过程，可以发现在升降机刚要起升时和升降机达到最大高度时，会出现梁受弯矩最大的情况，故强度校核只需要分析该状态时的受力情况即可，校核如下：

其受力简图为：

该升降台有8个支架，共有8个支点，假设每个支点所受力为N，则平很方程可列为：

即

将

N带入上式中：

根据受力图，其弯矩图如下所示：

AB段：

=1850-925

（

）

BC段：

=3700x-3145-925

（

）

CD段与AB段对称。

由弯矩图可知该过程中的最大弯矩为：

根据弯曲强度理论：

即梁的最大弯曲应力应小于其许用弯曲应力。

式中：

W抗弯截面系数

沿长度方向为16号热轧槽钢

钢的屈服极限

n安全系数n=3

代入数据：

=

由此可知，强度符合要求。

升降台升到最高位置时，分析过程如下：

与前述相同：

弯矩如下：

FA段：

（

）

=925

AB段：

（

）

=

　BC段：

（

）

　　　　　　　　=

CD段与AB段对称，AF段和DE段对称.

由弯矩图可知该过程中的最大弯矩为：

根据弯曲强度理论：

即梁的最大弯曲应力应小于其许用弯曲应力。

式中：

W抗弯截面系数单位

沿长度方向为16号热轧槽钢

钢的屈服极限

n安全系数n=3

代入数据：

=

由计算可知，沿平台长度方向上4根16号热轧槽钢完全可以保证升降台的强度要求。

同样分析沿宽度方向的强度要求：

均布载荷强度为：

F钢板及16号槽钢与载荷重力

l载荷作用长度2x6=12m

带入相关数据，

受力图和弯矩图如下所示：

（

）

=

由弯矩图知：

最大弯曲应力为：

故宽度方向也满足强度要求。

3.2.2.3支架的结构

支架由8根形状基本相同的截面为矩形的钢柱组成，在支架的顶端和末端分别加工出圆柱状的短轴，以便支架的安装。

支架在升降机结构中的主要功能为载荷支撑和运动转化，将液压缸的伸缩运动，通过与其铰合的支点转化为平台的升降运动，支架的结构除应满足安装要求外，还应保证有足够的刚度和强度，一时期在升降运动中能够平稳安全运行。

每根支架的上顶端承受的作用力设为N.则有等式：

求得：

N=3848N

分析支架的运动形式和受力情况，发现支架在运动过程中受力情况比较复杂，它与另一支架铰合点给予底座的固定点的受里均为大小和方向为未知的矢量，故该问题为超静定理论问题，已经超出本文的讨论范围，本着定性分析和提高效率的原则，再次宜简化处理，简化的原则时去次留主，即将主要的力和重要的力在计算中保留，而将对梁的变形没有