双级液压剪式升降机的设计大学论文.docx

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双级液压剪式升降机的设计大学论文

毕业设计论文

课题名称

双级液压剪式升降机的设计

课题来源

生产实际

专业

机械设计制造及其自动化

班级

T813-4

学号

20080130412

学生姓名

指导教师

完成日期

2010.05.20

摘要

本文主要介绍双级液压剪式升降机的设计。

它应用于天龙卡车的装配线，执行安放工件、下放工件、工件装配、提升工件，工件传送这样的循环工作过程。

通过对双级液压剪式升降机支撑杆件的动态受力分析，我们得到其几个主要设计参数的关系式，从而可以较简便求得不同工况下的最佳或最优方案。

为了实现液压多缸同步以及自动化控制，采用了PLC控制的液压系统回路，保证工作的安全、简便、高效。

关键词：

动态受力分析多缸同步自动化控制

Abstract

Thisarticlemainlyintroducesthedesignoftwo-stagehydraulicscissorlifts，whichapplyontheassemblylineoftheDragontrucks.Itisacycleprocessincludinghowtoplaceproduct,howtoassembleproduct,andhowtotransferproduct（upanddown）.Throughanalysisonforceofdynamicstateofhydraulicliftplatformindoublescissorstype,itestablishedforfunctionrelationamongafewmaindesignparameters,theneasilyobtainedthebestoroptimalsolutionindifferentconditions.Inordertoachievethesynchronizationofthehydraulicmulti-cylinderandautomaticcontrol,weuseaPLC-controlledhydraulicsystemcircuitandensuresafety,simpleandefficient.

Keywords:

DynamicstressanalysisMulti-cylinderSynchronizationAutomation

目录

第一章概论………………………………………………………………………………1

1.1本设计研究的背景………………………………………………………………1　　

1.2液压剪式升降台的原理和分类……………………………………………2

1.3本课题设计的内容及目的………………………………………………………4

1.4本章小结………………………………………………………………………4

第二章总体方案的确定………………………………………………………………5

2.1液压升降台传动方案设计………………………………………………………5

2.2液压升降台局部设计的确定…………………………………………………7

2.2.1固定底板……………………………………………………………………7

2.2.2上框架……………………………………………………………………7

2.2.3导向组件……………………………………………………………………8

2.2.3.1导向轮组件……………………………………………………………8

2.2.3.2直线导轨组件…………………………………………………………8

2.2.4滚轮轨道………………………………………………………………9

2.2.5液压系统回路……………………………………………………………9

2.3本章小结………………………………………………………………………10

第三章机械部分设计计算……………………………………………………………11

3.1设计要点…………………………………………………………………………11

3.2升降台的各部件的设计…………………………………………………………11

3.2.1铰臂的设计……………………………………………………………11

3.2.2方管的设计…………………………………………………………15

3.2.3液压缸活塞杆的设计………………………………………………………16

3.3本章小结…………………………………………………………………………17

第四章液压部分设计计算……………………………………………………………17

4.1液压缸的选择……………………………………………………………17

4.2液压阀的选择…………………………………………………………18

4.2.1溢流阀的选择…………………………………………18

4.2.2换向阀的选择…………………………………………………18

4.2.3分流集流阀的选择…………………………………………………18

4.2.4单向阀的选择……………………………………………………………19

4.2.5调速阀的选择……………………………………………………………19

4.2.6压力表开关的选择…………………………………………………………19

4.3液压回路中的电气部分…………………………………………………………20

4.3.1光敏接近开关的选择………………………………………………………20

4.3.2PLC的选择……………………………………………………………20

4.4本章小结………………………………………………………………………21

第五章结论……………………………………………………………………………22

致谢………………………………………………………………………………………23

参考文献…………………………………………………………………………………24

第一章概论

1.1本设计研究的背景

液压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，仓储装卸等场所并可与叉车等车辆配套使用。

随着液压升降机的发展，液压升降机研究的总体趋势呈现：

一：

环保。

当今世界非常清晰地认识到生存与发展的关系:

不环保就无法生存,没有生存根本谈不上发展。

绿色理念在全球已经深入人心,绿色理念是升降机发展总趋势。

发展趋势主要有:

不断改进产品的设计,生产环保型低能耗、低噪声、无漏油、无漏水、无电磁干扰、无井道导轨油渍污染的升降机。

升降机曳引采用尼龙合成纤维曳引绳,钢皮带等无润滑油污染曳引方式。

升降机装璜将采用无（少）环境污染材料。

升降机空载上升和满载下行电机再生发电回收技术。

二：

专业化、多品种而且具有通用性。

自动仓储系统、大型超市的纷纷建立，刺激了对室内搬运机械需求的增长。

高性能电动液压升降机、前移式液压升降机、窄巷道液压升降机等各类仓储液压升降机迅速发展。

为了尽可能地用机器作业替代人力劳动，提高生产效率，适应城市狭窄施工场所以及在货栈、码头、仓库、舱位、农舍、建筑物层内和地下工程作业环境的使用要求，小型及微型液压升降机有了用武之地，并得到了较快的发展，还出现了一种铰接式液压升降机，它主要用于窄巷道内物料的搬运。

三：

安全性、舒适性 。

新型液压升降机将更加注重人类功效学，提高操纵舒适性。

德国JUNGHEIRICH集团公司等都在探索进一步提高液压升降机的舒适度。

 随着国际化进程的加快，产品的安全性也变的弥足重要。

液压升降机方、尖外表正被流线圆弧形外观所取代，改善了司机的视野，提高操作安全性。

四：

电子化、智能化。

高可靠性、性能优越的产品，以及装备先进电子技术的机电一体化液压升降机市场前景看好。

计算机技术在电动液压升降机上逐步得到推广应用，并纳入信息化控制。

五：

系列化、大型化。

新一代液压升降机的维修性、可操作性将更强，显示、故障诊断系统将更加完善。

液压技术存在许多缺点。

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。

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。

例如，升降机是靠液压缸提供动力驱动工作台的升降,在工作台携带着货物和工件上升时，需要液压缸向其提供驱动力,把机械（液压）能转换成势能，而在工作台携带着工件下降时,重物的势能将被释放出来。

这种势能如果不能有效地回收利用,则会造成能量浪费，因此在设计其液压系统时,应考虑势能回收,把工作台下降过程中释放出的势能转变成液压能,并在上升时加以利用,以减少无用功的消耗,提高能量的利用效率。

对于多缸工作的升降台，为了保证升降时平稳性，需要多缸同步，为此需要设计液压系统同步回路。

本课题主要是针对东风商用车联合工厂天龙卡车装配线上的液压升降台设备。

经过调查和研究，对设计和实际应用中的主要问题进行科学整理归纳和完善，以求最佳的解决方案并形成一套完整的设计过程。

1.2液压升降台的原理和分类

液压升降机由行走机构，液压机构，电动控制机构，支撑机构组成的一种升降机设备。

液压油由叶片泵形成一定的压力，经滤油器、隔爆型电磁换向阀、节流阀、液控单向阀、平衡阀进入液缸下端，使液缸的活塞向上运动，推动支撑机构提升重物，液缸上端回油经隔爆型电磁换向阀回到油箱，其额定压力通过溢流阀进行调整，通过压力表观察压力表读数值。

液缸的活塞向下运动（即重物下降）。

液压油经防爆型电磁换向阀进入液缸上端，液缸下端回油经平衡阀、液控单向阀、节流阀、隔爆型电磁换向阀回到油箱。

为使重物下降平稳，制动安全可靠，在回油路上设置平衡阀，平衡回路、保持压力，使下降速度不受重物而变化,由节流阀调节流量，控制升降速度。

为使制动安全可靠，防止意外，增加液控单向阀，即液压锁，保证在液压管线意外爆裂时能安全自锁。

安装了超载声控报警器,用以区别超载或设备故障。

电器控制系统通过防爆按钮来控制电机的转动，隔爆型电磁换向阀的换向，以保持载荷提升或下降，且通过程序调整时间延迟量，避免电机频繁起动而影响使用寿命。

液压升降台可分为：

剪叉式、曲臂式、套缸式式、铝合金式。

按照动力输出可分为：

电力式、手动式、电瓶式、柴油机式。

按照行走方式可分为：

固定式、手动移动式、自行式、车载式。

1、剪叉式液压升降机

（1）固定式升降机

升降稳定性好、适用范围广的货物举升设备，主要用于生产流水线高度差之间货物运送；物料上线、下线；工件装配时调节工件高度；高处给料机送料；大型设备装配时部件举升；大型机床上料、下料；仓储装卸场所与叉车等搬运车辆配套进行货物快速装卸等。

根据使用要求，可配置附属装置，进行任意组合。

如固定式升降机的安全防护装置、电器控制方式、工作平台形式、动力形式等。

各种配置的正确选择，可最大限度地发挥升降机的功能，取得最佳的使用效果。

固定式升降机的可选配置有人工液压动力、方便与周边设施搭接的活动翻板、滚动或机动辊道、防止轧脚的安全触条、风琴式安全防护罩、人动或机动旋转工作台、液动翻转工作台、防止升降机下落的安全支撑杆、不锈钢安全护网、电动或液动升降机行走动力系统、万向滚珠台面。

（2）车载式升降机

车载式升降机是为提高升降机的机动性，将升降机固定在电瓶搬运车或货车上，它接取汽车引擎动力，实现车载式升降机的升降功能，以适应厂区内外的高空作业。

广泛应用于宾馆、大厦、机场、车站、体育场、车间、仓库等场所的高空作业；也可作为临时性的高空照明、广告宣传等。

2、曲臂式升降机

　　曲臂式高空作业升降车能悬伸作业、跨越一定的障碍或在一处升降可进行多点作业；平台载重量大，可供两人或多人同时作业并可搭载一定的设备；升降平台移动性好，转移场地方便；外型美观，适于室内外作业和存放。

适用于车站、码头、商场、体育场馆、小区物业、厂矿车间等大范围作业。

3、套缸式液压升降机

　　套缸式液压升降机为多级液压缸直立上升，液压缸高强度的材质和良好的机械性能，塔形梯状护架，使升降机有更高的稳定性。

即使身处20米高空，也能感受其优越的平稳性能。

适用场合：

厂房、宾馆、大厦、商场、车站、机场、体育场等主要用途：

电力线路、照明电器、高架管道等安装维护，高空清洁等单人工作的高空作业

4、导轨式升降机

　　主要用于各种工作间货物上下运送，立体车库和地下库层高间汽车举升等。

产品液压系统设置防坠、上下层门互动连锁、超载安全保护装置，各楼层和升降台工作台面均可设置操作按钮，实现多点控制。

产品结构坚固，承载量大，升降平稳，安装维修简单方便，是经济适用的低楼层间代电梯的理想货物输送设备。

根据升降台的安装环境和使用要求，选择不同的可选配置，可取得更好的使用效果。

承载能力大，实现多点控制，上下楼层互动联锁；在特殊场合无需破坏地面，在二层楼面也可安装；提升高度高，采用旁置油缸，耐用、产品寿命长；顶层无需机房，只需底层4个平方空间即可解决；停电手动下降、紧急停止按钮，方便、快捷、实用；可根据现场环境定做，价格合理，经济实用；层门可贯通，厂房内外可相互戳开，方便、节省空间；室内外都可安装，特殊情况可附带井架。

5、折臂式升降机

　　主要用于室外高空作业。

折臂结构紧凑，采用新型优质型钢。

强度高，重量轻，架设速度快，具有自动液压支腿，人工或车拖式操作简单，使用方便，作业面广，工作既可升高又可水平延伸，还可旋转，易于跨越障碍物到达工作位置。

也可采用交流电源启动，是现代理想的登高作业设备。

该系列升降机广泛用于市政、电力、路灯、公路、码头、广告、厂矿车间大范围作业。

1.3本课题设计的内容及目的

本课题是来源于东风公司专用设备厂技术部，它主要应用于东风商用车联合工厂天龙卡车装配线线。

工艺流程方案：

天龙卡车经装配线传送到双级液压剪式升降台，升降台下降到最低工作位置，工作人员进行装配，液压升降台带动产品上升，上升到工作位置停止，产品有转配线运送到下一个装配环节。

课题内容包括：

液压升降机升降节拍30S/次；载重量2t：

升降机升降范围2.4m；升降机的最低工作位置1.4m；油缸推力32846N;系统压力在7-12Mpa。

本课题研究目的：

该设备是由东风公司动力设备制造厂制造，由于当时交货时间较短，所以很多计算都是以保证能够使用或者最大值为前提来完成设计任务，并没有考虑经济性或者操作性。

本课题希望实现的结果，第一通过理论力学相关知识计算液压缸的连接位置，使液压缸能够处在受力最小和液压缸行程最小的位置，以使液压缸体积最小，从而节约成本。

第二，解决升降机升降过程中的不稳定性，防止振摆过大，造成升降机的损坏。

第三，设计中需要多个液压缸同时传动，为了保证升降机升降的平稳性，我们设计了液压系统的同步回路，而且能够实现上升下降速度的有效调节。

第四该设备需要自动化控制，故利用了PLC在液压系统中的应用，有效实现了高效率，高安全性的设备。

如果方案能够得到很好的实现，将为公司节约不少成本，当然也会增加了操作的简便性和设备的安全性，将给公司带来很好的经济效益。

1.4本章小结

本章通过介绍了本设计的研究背景，同时阐明了液压升降机的原理和分类；而后介绍了本课题的设计内容及目的。

这样的思路能够是读者清晰的了解国内外升降机的发展以及以后的趋势，并且能够很快根据不同场合选择最好的液压升降机的类型。

同时根据本课题的研究内容，也能深刻体会到本次毕业设计的重要意义。

第二章总体方案的确定

2.1液压升降台传动方案设计

（1）方案1

下滑板

上滑板

固定底板

液压缸

方案二

液压缸左

液压缸右

固定底板

下滑板

开关支架

上滑板

直线导轨组件

导向轮组件

方案3

（2）可行性分析

如上图共有三种方案。

方案一：

属于单边双缸式的双级液压剪式升降机。

该方案如强度不够或者重载变化时，会造成液压升降机在升降过程中的稳定性问题，由于铰链之间的间隙以及在横向上液压缸所施加的力较小会造成升降中的左右摆动，严重时影响机器的寿命。

方案二：

考虑到液压升降机上升中的稳定性，安装了导向轮结构能够有效防止升降机的摆动，利用双缸的原因考虑到了双重保护的目的并且能增加液压缸的使用寿命但是也增加了操作和控制上的困难，因为双缸可能会有上升高度偏差使得升降平台的水平度太差而且单边双缸能够承受负载造成浪费。

方案三综合考虑了上述问题，单边双缸使得升降效果更好而且在铰臂强度足够的情况下能够承受变化的负载。

2.2液压升降台局部设计的确定

2.2.1固定底板

如下图为固定底板的平面图。

其总体尺寸的设计原则是保证整体结构的稳定性即上端总体面积要小于下端总体面积。

根据天龙卡车的尺寸设计上框架的尺寸然后再设计出合理的固定底板尺寸长×宽1205mm×3400mm。

为了保证固定底板的强度，又加了两个方管。

固定底板通过用螺栓固定的两种类型的板来连接铰链和滑板。

为了能够实现安装的可调性，固定底板使用了可调支腿，一方面可以保证固定底板的水平度另一方面可以保证所需的工作位置。

技术要求按图零件焊接，焊缝高5-8mm，各板件焊接前校平、去飞边毛刺，焊后去焊渣飞溅。

校正，对角允差±1mm。

焊后加工各孔及面，图中零件尺寸都是精尺寸，未留余量。

油漆保护各加工面和孔。

图2.2.1固定底板二维图

2.2.2上框架的设计

上框架如图2.2.2所示。

上框架包括矩形管、方板、还有筋板等组成。

它的作用主要是安放滚床。

它的总体尺寸要略大于承载天龙卡车的滚床尺寸，从而保证承载的稳定性。

总体尺寸长×宽1160mm×2906mm。

板的作用是为了能够使得保证铰臂铰链的连接和滚轮滑槽的安装。

还设计了与导向轮组件连接装置，并为了其的强度安装了两个筋板，从而使得导向时的准确性和稳定性

图2.2.2上框架cad二维图

2.2.3导向组件

2.2.3.1导向轮组件

图2.2.3.1导向轮组件二维cad图

导向轮组件主要包括导向底板、走轮轴、导轮、卡板、油嘴、轴承、复合衬套等。

采用如下图的结构能够保证导向的正确性。

而且通过两个走轮轴的夹紧，使液压升降机在升降时，因强度不够而造成的摆动幅度很小或者无摆动幅度。

通过使用轴承和复合衬套，使得设计相对简单只要我们选取合适强度的标准件。

而且通过油嘴的使用让摩擦造成的损失降到最低。

2.2.3.2直线导轨组件

直线导轨组件包括导向轨、支撑轨合件、调整支腿等。

如图直线导轨组件的整体尺寸设计是按照液压升降台的升降范围以及东风商用车联合工厂的实际环境。

导向轨设计与导向轮的设计要相符合，做到精确（如图尺寸）。

为了保证导向轨的稳定性，设计了支撑轨合件。

既能保证导向轨的有效安装，又采用了可调节的形式。

其可调支腿的作用即一方面可以保证固定底板的水平度另一方面可以保证所需的工作位置。

还有是采用了膨胀螺栓的结构能够与地有效的固定，保证整体的稳定和安全。

图2.2.3.2直线导轨组件图

2.2.4.滚轮轨道

滚轮轨道如图2.2.3所示.其包括滚轮走板、护板、侧板。

滚轮轨道尺寸设计是根据液压升降台的最低位置时滚轮的位置和液压升降台最高位置时滚轮的位置。

其尺寸长×宽945mm×125mm。

上下轨道的要求是要保持滚轮和滚轮走板相切（即滚轮要与上滑板的上端相切，滚轮要与下滑板的下端相切）。

图2.2.4滚轮轨道图

2.2.5液压系统回路

如图液压系统回路。

其包括线隙式滤油器、液压泵、油压力表、溢流阀、换向阀、单向阀、调速阀、分流集流阀、液压缸、光敏接近开关、PLC、电机。

动作顺序：

按下开关SB、电磁阀1YA带电、调速阀、分流集流阀、液压缸上升、单向阀、换向阀、单向阀、油箱。

到达ST2时，光敏接近开关发信号、1YA失电，液压缸停止，设定时间到后、2TA带电、调速阀、分流集流阀、液压缸上升、单向阀、换向阀、单向阀、油箱。

到达ST1，停止。

该回路是PLC在液压回路中的应用。

功能：

1、能够实现液压缸的同步升降2、能够实现自动控制3、能够实现液压缸升降的速度调节。

4、能够实现液压系统的过载保护。

5、能够实现最低和最高的工作位置的精确定位。

6、能够实现停止时的稳定，即单向阀能够防止液压缸的泄漏。

图2.2.5液压系统回路图

2.3本章小结

本章先后介绍了液压升降台的传动设计，液压升降台局部构件方案的确定等内容。

在之前有过的研究背景之下，我总结了三种方案，选择比较出较好的一个传动方案，经过分析是可以实现的。

因为无论从实用性，工程经济的效率，如今的发展趋势，该方案要优越的多。

之后围绕总体方案将液压升降台每个局部设计也经过筛选确定合适的方案，在将细节部分整理完毕，整个理论上的方案初步完成。

第三章机械部分的设计计算

3.1设计要点

液压升降台是汽车等工业生产中，货物举升设备的非标设计。

设计液压升降台时，应该具备下列必须的原始数据：

1.液压升降台的载荷P；

2.台面尺寸（或天龙卡车的尺寸）；

3.垂直行程：

L行mm；

4.最低高度：

L底mm；（用户无特殊要求以常规制作）

5.起升速度：

V升米/分；（用户无特殊要求以4-6米/分设计，载荷大取小值，反之取大值）；

6.下降速度：

V降米/分；（用户无特殊要求要求V降米/分≤V升米/分）

液压升降台的设计计算包括下列程序：

1.根据已有的设计原始数据计算总体结构尺寸；

2.根据活塞杆所受载荷，选择液压缸，以及各种液压阀的选择。

3.2升降台各部件的设计

3.2.1铰臂的设计

（1）摘自机械工程手册--剪叉式升降台的设计步骤：

1、根据台面长度选铰臂中心距。

根据台面长度选臂叉中心距。

臂叉最大中心距L中=A-（C1+C2）；

C1——固定铰耳侧距离

C2——滚轮侧距离

2、根据垂直行程确定叉数

叉数n=（L行+L底）/L中*sin55（n为整数）

A=2906mmC1=227mmC2=225mm--880mm。

由公式可知L中=1800mm--2454mm

L行=2500mmL底=1148mmL中=2454mm时，经计算n=1.2》1故取2.但是为了使液压缸的行程以及受力都达到最优解，经过反复选取最后选择铰臂的尺寸2000mm。

（2）双级液压剪式升降台的动态受力分析：

1、双剪式液压升降台的结构简化

双剪式液压升降台简化结构见图1。

因结构对称,故可对其中一铰板组进行受力分析。

图1升降台简化结构图

升降台f点为固定铰支座，a、c两点分别可沿机架底座轨道及升降台面下方轨道水平移动，a、c两点采角同样支撑结构时,其摩擦阻力系数皆为f，age、eie、bgd、bif杆件长度皆为l，且设为无重杆件i，g两铰点位于上述四杆件中点，jm为油缸推力作用线，其一端与bgd杆铰接于j点，另一端bif杆铰接于f点。

Jm线与水平面夹角为β且∠jbk为γ，∠mfn为θ，各杆件与水平面夹角为α，升降台面与所载工件重量合为G，其作用线距d点为P，显见，在升降台

升降过程中P值不变。

2、双剪式升降台的受力分析

2.1以整体为研究对象（见图2