子母剪式举升机Word文档下载推荐.docx

1、该设计的研究方法，也可应用于汽车举升机及其他新产品的研究开发中，可以缩短新产品研制周期，减少研制经费，提高设计精度和效率，对于国内举升机的发展具有重大的现实意义。1.2 国内外研究现状1.2.1 举升机的发展历史汽车举升机在世界上已经有了将近90年历史。1925年在美国生产的第一台汽车举升机，它是一种由气动控制的单柱举升机，由于当时采用的气压较低，因而缸体较大；同时采用皮革进行密封，因而压缩空气驱动时的弹跳严重且又不稳定。直到10年以后，即1935年这种单柱举升机才在美国以外的其它地方开始采用。发展至今经历了许多的变化改进，种类也比较多，一般有柱式、剪式，其驱动方式有链条传动，液压传动，气压传

2、动等。其中剪式举升机使用方便，占地空间较小，受到很多实力雄厚的特约维修站的欢迎，这也是未来举升机的发展方向。在市场上可以看到的型式各异、尺寸不同的举升机中，有一些特别适合于从事特殊类型的维修作业，也有少数的举升机适合进行一些其它的维修作业。1.2.2 国内外研究状况目前，发达国家（如美国）生产的汽车举升机质量较好、性能较稳定、设备操作简单，在经销商中口碑良好。我国的汽车举升机是20世纪90年代依据国外的产品技术生产的，国内最早研究剪式举升机的是上海宝得宝，1999年开始，宝得宝机型比较笨重，主要的质量问题集中在油管易爆和平台不同步，2000年后质量有了改进。但由于不是批量，所以价格偏高。到现在

3、举升机市场已经拥有近百个中外品牌，产品系列成百上千。然而国内汽车举升机虽然也相对定型，但很多产品性能还不够稳定，故障多，可靠性差，外观不够美观，在产品设计、技术开发等方面都还有很多地方有待改进。剪刀式举升机是一个使用较广的举升机，在最近几年所有新销售的举升机中，至少二分之一都是这种类型的。这种设计之所以很流行，有几方面的原因的：一就是这种举升机安装起来很快，不需要大范围的开挖，也不需要对维修厂的整体布局进行一些永久性的变动。二是功能的多样性，它适用于大多数轿车的维修和保养。三是剪式举升机使用方便，占地空间较小。四是经济实惠，剪式举升机较为精密。 无论是维修多种车型的综合类修理厂，还是经营范围单

4、一的街边店（如轮胎店）都适用。1.3研究内容及研究方法1.3.1 研究内容本设计在考虑典型的汽车举升机的结构形式和实际工况条件基础上，依据有限元、虚拟装配技术及结构优化设计等理论，建立举升机Pro/E三维实体模型，并进行虚拟装配，将关键零部件模型导入ANSYS软件进行有限元分析，获得举升机在载荷工况作用下的应力、应变及变形状况，进一步提高举升机的稳定性及安全性。设计中我们研究的主要内容如下： （1）子母剪式举升机工作原理与结构形式的研究与分析； （2）子母剪式举升机二维结构设计； 1.3.2 研究方法资料收集及总体方案制定举升机工作原理与结构形式分析举升机二维结构设计（对各个机构零件进行强度分

5、析）整机虚拟装配撰写设计说明书 第2章 剪刀式举升机结构设计2.1 举升机结构确定2.1.1 举升机整体结构形式及基本组成此次课题设计的内容为子母剪式举升机，剪刀式举升机的发展较迅速，种类也很齐全。按照剪刀的大小分为大剪式举升机（又叫子母式），还有小剪（单剪）举升机 ；按照驱动形式又可分为机械式、液压式、气液驱动式；按照安装形式又可以分为藏地安装，地面安装。因为此次设计所要举升的重量为4.5t以下的轿车 ，所以采用子母剪式液压驱动举升机就完全可以。为了适合大小维修厂，对地基没有过多要求，地面安装即可。整体结构形式如图2.1所示。图2.1子母剪式举升机整体结构形式 子母剪式液压平板举升机由机架、

6、液压系统、电气三部分组成。设置限位装置、升程自锁保护装置等以保证举升机安全使用，保障维修工人的生命安全。举升机由电气系统控制，由液压系统输出液压油作为动力驱动活塞杆伸缩，带动举升臂上升、下降、锁止。举升机一侧上下端为固定铰支座，举升臂由销连接固定在铰支座上。另一侧上下端为滑轮滑动，举升臂通过轴与滑轮连接。举升机在工作过程中，以固定铰支座一侧为支点，滑轮向内或向外滑动，使举升机上升下降，当达到适当的举升位置时，利用液压缸上的机械锁锁止。子母剪式举升机使用方便，结构简单，占地面积小，适用于大多数轿车、汽车的检测、维修及保养，安全可靠。2.1.2 举升机各零部件之间的连接关系举升机的工作是靠液压缸活

7、塞杆的运动实现举升下降的。液压缸固定在下外侧举升臂上通过轴连接，活塞杆作用在上端轴上，轴直接连接两举升臂。如图2.1所示，活塞杆向外伸出时，带动举升臂向上运动。各举升臂必须相互联系，采用螺栓连接，图中左侧用轴连接，因各铰接处均有摩擦，所以采用润滑脂润滑。举升臂向上运动时，通过轴带动滑轮滑动，举升臂、轴与滑轮之间需使用键进行周向固定，力才能相互传递，滑轮轴上还放有套筒，并采用锁止螺钉进行轴向固定，轴两端用弹性挡圈固定，防止臂和滑轮外移；连接螺栓处用止动垫圈固定锁止；固定铰支座处用销链接，销通过锁止螺钉锁止；底座通过地脚螺栓固定于地面上；这样举升机才能正常工作。2.2 确定剪刀式举升机的各结构尺寸

8、子母剪式举升机主要结构尺寸确定1、子母剪式举升机已知的主要技术参数如表2.2所示表2.2 主要技术参数技术数据数值单位举升重量4.5T举升高度2652000mm提升时间60S设上升时间为1min。实际升高1.15m，并且举升机在各高度工作时，都能自锁。2、 举升机压缩到最低位置时各部分尺寸 1）支撑平台尺寸大剪举升平台由于车身全部停于平台台面，所以平台尺寸应大于汽车轴距，根据一般轿车轴距为2.6m左右，轿车轮胎直径一般不超过700mm，故取3000mm合适，外型高为70mm，实厚为15mm。 小剪举升平台根据轿车轴距为2.6m，轿车轮胎直径一般不超过700mm，为避免干涉，举升机小剪平台两端与

9、轮胎边缘要有一定距离，取平台边距轮胎边缘之间距离为150mm，则平台外型长。平台宽一般为600mm左右，我们取平台宽为Bp=610mm。举升时，重量作用在整个平台上，力并不集中，所以平台不宜过厚，增加举升机重量，取外型高为50mm，实厚为10mm，只在四周加工凸台边缘。2）举升臂尺寸 大剪举升臂因大剪平台长La=3000mm，固定铰支座和滑动滚轮分别放于平台下，降低到最低点时举升臂不能超出平台边缘，取支座距平台边缘的距离为150mm。则固定铰支座与滑动滚轮之间距离Lb=3000-150*2=2700mm举升机压缩到最低位置时，举升机高为265mm,（底座到平台面的距离）。底座厚为15mm，滚轮

10、直径D=50mm ，滚轮处轴径Dz=24mm ，为了避免滚轮直接磨损底座，设计时，加工滚轮滑道，滑道厚为10mm，滑道宽35mm，滑道长为750mm。上下两滚轮之间的距离为Hd=300-15*2-10-50*2=160mm根据勾股定理求举升臂长L ,求得L=2705mm，设举升臂宽110mm，厚为20mm。小剪举升臂因为小剪平台La=1600mm，固定铰支座和滑动滚轮分别放于平台下，大剪平台内，降至最低点时，内嵌于大剪平台内，固定铰支座和滑动滚轮要与平台有一定的距离，取支座距平台边缘的距离为150mm。则固定铰支座与滑动滚轮之间距离举升机压缩到最低位置时，举升机高度为300mm,底座厚10mm

11、，滚轮直径D=30mm，设计时，加工滚轮滑道，滑道厚为2mm，滑道宽35mm，滑道长为750mm。上下两滚轮之间的距离为Hd=300-10x2-17x2=246mm,根据勾股定理求举升臂长L ,求得L=1306mm，设臂宽90mm，厚为15mm。3、举升机升高到2.0m时尺寸变化举升机向上举升时，滑轮向内侧滚动，液压系统向上伸缩，固定铰支座和滑动铰支座之间距离缩短，平台与底座之间距离越来越大。举升机升高到2.0m时，大剪举升机升高1300mm，大剪举升机上下两滑轮之间的距离为Hg=1300-15*2-50*2-10=1160mm 因举升臂长L=2705mm，固定铰接处与滑轮之间的距离为Lb,由

12、勾股定理得Lb=2444mm。 因为我们的举升臂宽为110mm，所以连接处螺栓轴径适当取Ds=30mm，滑动滚轮处轴径取Dz=15mm，滑轮总宽为30mm，与滑道实际接触尺寸为25mm，另外5mm为阶梯凸台,直接与举升臂接触，减小摩擦。2.3 举升机在地面上安装尺寸考虑到维修厂的地面情况，剪刀式举升机平放于地面就可以，采用地脚螺栓固定，举升机两端各焊接一三角台，便于汽车上升。根据轿车宽为1.75m，前后轮距平均为1.5m，左右两轮台内侧边缘之间的距离为800mm，举升机之间要有一定的距离供维修工人走动，为了满足以上尺寸要求，举升机平台之间的距离取900 mm ,平台长1600mm ，举升机左右

13、结构完全相同，设备控制箱可以左右互换。如果举升机平台直接与汽车底盘接触，对汽车底盘磨损严重,所以平台上端放硬质橡胶，硬质橡胶块距边缘为20mm,则硬质橡胶长Lj=510mm， 宽Bj=150mm。举升机在地面安装情况如图2.5所示。图2.5 举升机占地情况及安装示意图2.4 电机的选用子母剪式举升机举升重量4.5t，举升机自身及其附件的重量再加上一部分的余量为0.7t，所以取 W=5.2t 。举升平台上方放有汽车时，设计上升速度为 Vw = （2.1）S=2000-265=1735 （mm） 由公式（2.1）得 Vw=1.7-/60=0.0283m/s=1.70m/min 载车板上升功率: P

14、w= FwVw /60 （2.2）Fw=mg （2.3）其中m=4.2t，g=10N/kg 由公式（3.3）Fw =4.210 =42KNVw取1.70 m/min由公式（2.2）得 Pw= 421.70/60=1.190（KW）2.5 剪刀式举升机各部件重量 查工程材料手册所知，举升、起重机械的板形材料多用Q275钢。Q275钢的材料性能如下： 表2.3 Q275钢材料性能弹性模量泊松比抗拉强度密度200-220/GPa0.3490610/MPa7.85g/cm3质量基本计算公式9： （2.4）式中： W（kg）表示钢的理论质量 F（mm2）型钢截面积 L（m）钢材的长度 （g/cm3）所用

15、材料钢的密度 1、平台的质量Wp=7.85*3.0*15*550/1000=194Kg因平台加工有较薄的边缘，所以计算时数据较多，取1.5倍余量，则实际质量Wp=194*1.5=290kg。 2、举升臂的质量Wb=7.85*2.7*110*20/1000=51.81kg在实际运用中，连接处都加工有加强肋，连接处还携带一些附件所以取举升臂质量为51.81kg。左侧和右侧举升机完全相同，每侧共有四个举升臂，则举升臂重量和为 Wbz=51.81*4=207.24Kg，取整Wbz=210Kg 3、底座重量在实图中举升机底座并非实体，但为了计算方便，我们按实体计算，则 Wd=7.85*3*15*550/

16、1000=194.29kg，我们取底座重量为Wd=195kg。举升机总重Wz=2* （Wp+Wb+Wd）=1390kg。整理前面计算的数据如表2.4表2.4 剪刀式举升机主要技术参数4500kg2652000mm实际上升高度1735mm总宽2250mm总长5548mm平台长/宽4800/610mm举升臂长2705mm平台间宽1030mm上升时间60s下降时间40s电机功率1.19KW电源380V/50Hz额定油压18MPa整机重量1390kg滑轮移动距离260mm2.6 本章小结本章主要将剪刀式举升机的外型尺寸，各部分结构尺寸，各结构的安装位置确定出来，为后续的设计工作做好准备。在设计过程中我

17、们参考了广力牌GL3.0/A小剪式举升机，上海繁宝剪式举升机， Jumbo Lift NT 剪式举升平台的设计，并根据现今社会上使用普遍的轿车种类的车身结构尺寸，确定了我所设计的剪刀式举升机的组成结构，包括控制机构、传动机构、执行机构，还有所需的零部件。本章还叙述了剪刀式举升机是如何运动的，实现举升，将车举到我们希望的高度。第3章 剪式举升机机构建模3.1 剪刀式举升机构力学模型剪刀式举升机构具有结构紧凑、承载量大、通过性强和操控性好的特点,因此在现代物流、航空装卸、大型设备的制造与维护中得到广泛应用。剪刀式举升机构作为举升平台钢结构的关键组成部分,其力学特性对平台性能产生直接影响。对于剪刀式

18、举升机构来说,影响其力学性能的关键因素是举升油缸的安装位置。计算、分析剪刀式起升机构的传统方法通常为手工试算或整体有限元分析方法。但手工试算法精度不高,效率低;整体有限元分析法较适用于后期的验算分析,但在设计分析初期,存在建模困难和较难快速调整模型参数的问题。在建立力学模型时，我们利用MATLAB 软件所具有的强大矩阵计算功能,对影响剪刀式起升机构力学特性的关键参数展开研究,从而得到剪刀式举升机构的力学模型5。3.1.1 举升机构力学模型建立与分析举升机之所以斜置，是因为举升机右侧为固定铰支座，左侧为滑动铰支座，平台上放有荷载，举升机上升过程中，荷载重心相对前移，在高空中容易前翻，对工作人员十

19、分危险，斜置安装可以抵制荷载前翻的情况。为计算剪刀式举升机构内每个支架铰接点的内力和油缸推力,以研究该机构各内力、油缸推力与角之间的关系,并找出其最恶劣工况,我们将该机构拆分为4个独立的隔离体,分别对应该机构从上到下的各段剪叉杆5,如图3.4所示。图 3.4 各剪杆受力分析图3.1.2计算液压缸的推力1、举升机升高到2m时液压缸的推力举升机升高到2m时，tan=得=46.675o由式（3.1）得举升机的重心不变 F3和F4之间的距离为1103mm ，由式（3.2）和（3.3）求得F3 =11.705KN，则F4=4.45KN。将f=500mm 、d=250mm、=46.675o、F= F3 =

20、11.7509KN代入式（3.4）中，我们得到P=136.643KN。2、举升机在最低点时液压缸的推力根据图（3.3）所示的举升机结构尺寸，可求出角度 , tan= 再根据式（3.1）， 解得将=5.49、=16.22、L=1306mm、f=500mm 、d=250mm代入到式（3.4）中，解得液压缸的最大推力为 P=324.08 KN。由前面分析可知，举升机在最低点时，此时液压缸的推力是整个举升过程中所需推力最大值，选择液压系统时根据推力最大值确定。3.2 举升机的力学分析与计算剪刀式举升机是一种可以广泛用于维修厂的举升机，具有结构紧凑、外形美观、操作简便等特点，只需用此种安全可靠的举升设备

21、将汽车举升到一定的高度，即可实现对汽车的发动机、底盘、变速器等进行养护和维修功能。随着我国私家车保有量越来越大，此种型式的举升机需求量也会日益增大。本机主要性能参数为：额定举升载荷4.5t；在载重3.5t情况下，由最低位置举升到最高位置需60s；当按下下降按钮使三位四通阀右位接通，车辆由最高位置降到最低位置需40s；电动机功率1.02kW；举升机在最低位置时的举升高度为350mm，最大举升高度为1500 mm，工作行程为1150 mm。剪刀式举升机的结构型式有多种，本设计中的举升机结构系指液压驱动的小剪式举升机构。举升机构的传动系统为液压系统驱动和控制，由举升臂内安装的液压油缸实现上下运动，推

22、动连接两侧举升臂的轴，使安装在上下位置的滑轮沿滑道滚动，实现举升机的上下移动。设备的主要部分有：控制机构、传动机构、执行机构、平衡机构和安全锁机构。分析剪式举升机不同举升高度的受力情况可知，在给定载荷下,举升机举升到不同高度时，所需油缸推力不同，各举升臂与轴所受的力也不同。为分析方便，在计算过程中，我们只分析举手机最低点和举升到最高位置的受力情况即可。3.2.1 举升机最低状态时，各臂受力情况 1、与平台接触处的两铰接点的力学分析与计算由前一节分析可知，举升机在最低点时，举升机重量均匀的分布在平台上，平台钢结构和平台有效载荷之和Wz1所产生的重力直接作用在滑动铰支座和固定铰支座上。在最低点时，

23、举升臂并不水平放置。存在一很小的角度。 tan=因很小，所以计算过程中我们可以将Wz1 近似看成作用在平台中心位置，Wz1为举升重量与平台重量之和，即WZ1=（3.5t+Wp ）g=（3.5+0.292）10=37.9kN g取10 N/kg因举升重量和平台质量之和由两侧举升机共同承受，所以代入式（3.2）和（3.3）中的W1只是Wz1的一半，W1=19.0kN 解得F3=F4=9.5KN2、计算各举升臂的受力 图3.5 举升臂受力图图3.5为杆1的受力情况，F3 作用处为滑动铰支座，根据受力分析图列力和力矩平衡方程。方程如下:F3*1350+F5*1350=K6*80 K1=9.5-K5F3

24、*1350+K2*80=K1*1350 解得 K2=16.9*K5-160.6K2+K6=0 K5=K5K1+K5=F3 K6=160.6-16.9*K5 分析计算结果，我们可以看到，k1,k2,k6三个未知量都与k5有关，只要确定出k5，其他就都能解出。观察图3-1 力学方案示意图，我们能够很快分析出，举升重量全部作用在平台上，在举升机起升瞬间，k5铰接孔处竖直方向分力很小，几乎为零，对杆件只起连接作用，我们将k5取0 N。3.2.2 举升机举升到最高位置时，各臂受力情况举升机升高到2.0m时，举升机向内滑动260mm，两脚支座之间的距离为896.15mm。上下两滑轮之间的距离为1160mm。举升臂与水平方向夹角为=46.675o、液压缸与水平方向夹角为，液压缸推力P=136.643KN。分析和计算方法同上。解得F3=13.5F3*1350+F5*1350=K6*580 K1=13.5-K5F3*1350+K2*580=K1*1350 解得 K2=2.3 *K5-31.4K1+K5=F3 K6=31.4-2.3*K5 因举升到2.0m时，举升臂与水平方向夹角为=46.675o，所以竖直方向力和水平方向力应近似相等。取则K1=13.5 K2=-34.13