可四轮定位四柱式汽车举升机设计正文.docx

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可四轮定位四柱式汽车举升机设计正文

摘要

随着汽车工业的迅速发展,汽车维修工业也迅速壮大。

特别是改革开放以来,我国的汽车维修行业有了很大的发展，为之服务的汽车维修设备行业已成为我国的新兴行业并不断发展壮大。

作为汽车维修用必备之一的各种汽车举升机设备如雨后春笋般的涌现。

但符合国际标准的不多,中高档层次的举升机没有。

本设计结合汽车技术的发展要求及汽车维修作业的实际需要,设计符合国际标准的、液压驱动及可四轮定位的四柱式汽车举升机。

四柱式举升机有四根立柱、两根横梁、用于支撑汽车的两个台板。

本设计只采用一个液压缸,其他立柱通过钢丝绳连接以实现同步举升。

举升前,汽车很容易正确无误的驶上四柱举升机的台板。

其具有承载稳定、支承载荷受力简单、应力较低等优点,具有较高的使用价值。

对于汽车维修企业来说，汽车举升机可能是除厂房外的最重要的投资,因为它具有至关重要和不可替代的作用，甚至直接影响到汽车维修业务的兴衰。

汽车举升机是汽车维修设备行业的支柱设备之一,让我们生产出更多、更好、更受用户欢迎的汽车举升机,为汽车维修企业服务。

关键词:

四轮定位，四柱式，液压驱动，同步举升

ABSTRACT

Alongwithautomobileindustryrapiddevelopment,theautomobileserviceindustryalsorapidlyexpands.Sincethespeciallyreformandopenpolicy,ourcountryautomobileserviceindustryhavehadagreatdevelopment,thevehiclemaintenanceequipmentindustryhasbecomeanemergingindustryinChinaandwillcontinuetogrowanddevelop.Asoneoftheessentialmaintenanceequipment,eachkindofautomobileliftliketheemergenceofthemushrooming.Butlittleofthemcanconformstotheinternationalstandard.

Thisdesigncombinewithautomobiletechnologydevelopmentrequestandautomobileserviceworkactualneeds,designedinlinewithinternationalstandards,four-wheelhydraulicdrive,andthepositioningoftheframeofvehiclelift.Four-postlifthasfourposts,twobeamsandtwoplates.Thisdesignonlyusesonehydrauliccylinder,othercolumnsrealizesynchronizationthroughthecable.Beforelifting,theautomobileisveryeasytobecorrectlydrivenontotheplateofthelift.Ithastheloadbearingstably,thesupportingloadstresssimple,thestressislowerandsoonthemerit,whichhasthehigherusevalue.

Forthevehiclemaintenanceenterprises,thevehicleliftisthemostimportantinvestmentinadditiontoplantsoutside,becauseithasthefunctionwhichveryimportantandcannotbesubstituted,evendirectlyaffectsprosperityanddeclineoftheautomobileservice.Theautomobileliftisoneofimportantequipmentinautomobilemaintenance,Letusproducemore,betterandmorepopularwithusersoftheautomobileliftsforvehiclemaintenanceservice.

Keywords:

four-wheelpositioning，four-post，hydraulicactuate，synchronousraise

可四轮定位四柱式汽车举升机设计

0引言

由于我国汽车维修检测设备行业起步晚、起点低，整体上仍然相当落后。

举升机制造企业生产规模小、经济技术力量薄弱、各自为政、缺乏专业分工和广泛合作；技术吸收、运用、开发、创新能力不强；抄袭、伪造现象和短期行为严重；市场营销及服务水平低等问题还普遍存在，致使全行业产品质量差、结构不合理、总量增长受到限制。

“十一五”规划的发展思路和目标是：

建立和完善一整套适应社会主义市场经济要求的汽车维修检测设备行业管理体制；密切结合汽车技术的发展要求及汽车维修作业的实际需要，力争在产品质量提高、品种配套、高新技术含量增大等三个方面，使汽车举升机整体上接近国际先进水平。

1国内外现状

1.1国外的情况和发展趋势

汽车举升机在世界上已经有了80多年的历史。

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,如图1.1所示。

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被采用。

图1.1单柱举升机

1937年美国另外一家公司生产出第一台四柱举升机,随后在美国一家公司也生产出类似的举升机,如图1.2所示。

这两种举升机均由螺旋驱动,

图1.2四柱举升机

其方案是:

每一立柱内均有一螺母及螺杆,由装在地面上的链条串连起来以实现同步驱动,此四柱举升机在市场上并未获得成功,而单柱举升机却继续得到更大的普及。

1948年JosephBardbury&Sohs（即现在的TIBardbury）生产出该公司的第一举升机,其方案是:

在四柱举升机的一个主柱内装有一套螺旋驱动机构,举升台板的其它三个角落通过钢丝绳与动力主柱相连。

1950年Bardbury将机械式螺旋驱动机构改为液压机构,只采用一个液压缸,其他立柱通过钢丝绳连接以实现同步举升,由于当时的液压压力尚未超过35～40Kg/cm²因而第一台液压举升机的缸体直径较大。

五十年代初单柱举升机在欧洲市场上的销路急剧下降,而四柱举升机却跃居主导地位;但是在美国单柱举升机却继续受到人们的喜爱。

1956年BorgWarner和Plessey生产液压压力能达到140～175Kg/cm²的液压齿轮泵;借助于此,Bardbury又生产出双功能举升机,这在举升机的设计上是一个突破性进展。

此举升机可以用两种方式支撑汽车:

车轮支撑型;车轮自由型。

此发明在市场上很受欢迎。

到1960年在英国的市场上占有率竟达75%。

1961年Bardbury生产出四柱举升机改进后的车轮自由系统,并在全世界17个国家获得了专利。

但在南美洲仍然喜爱单柱举升机,只是现在已将其改为液压传动。

1966年,一家德国公司生产出第一台双柱举升机,如图1.3所示。

这是

图1.3双柱举升机

举升机设计上的又一个突破性进展,但是直到1977年这种举升机才在德国以外的其它国家出现。

现在双柱举升机在市场上已占据牢固的地位,其销量还在继续增长。

它和四柱举升机相比,既有优点,也有缺点,以下将作一简要说明。

我们所见到的绝大多数举升机均采用固定安装方式,在举升前汽车必须驶上举升机。

在移动式举升机方面也有几项成功设计,如简式举升机上、菱架式举升机等。

但这类举升机仍存在两个主要问题:

接近汽车下部较难,在车间移动举升机时难逾越地面上的障碍物。

当然,可移动性是这类举升机的突出优点。

现在固定安装的单柱、双柱、四柱举升机已在维修现场广泛采用,而移动式举升机却相对要少得多。

最初设计单柱举升机外,车辆较大,其底盘也能明显辨认,因而汽车检修区远远大于举升器件。

而今绝大多数汽车均为“紧凑型”或“半紧凑型”,导致汽车检修区域接近主要举升机器件而不便操作。

但在南美洲却属例外,那里仍然采用较大的车辆,这可能是单柱举升机在该地区的市场上仍然继续受到欢迎的重要原因。

单柱举升机有两大优点:

当其下降后,不会成为维修车间的障碍物;汽车可在举升机上转动。

但美国却受到了责难,主要是举升机的旋转会带来撞击操作人员的危险。

单柱举升机的主要缺点是:

第一,它需要在车间的地面挖掘一个相当大的坑穴后才能安装;其次,它只能为使用提供车轮支撑方式;第三,使用时难于接近汽车下部的一些重要检修区域。

举升机用的主油缸潜藏在地下也给维修带来两大问题:

第一是检修这些零部件颇为困难;其次是油缸所处的环境条件差,容易生锈,特别是地下水位较高时更是如此。

双柱举升机（包括液压式和机械式）,均具有以下优点:

第一,检修汽车下部具有很高的可接近性（几乎达到100%）;其次,采用车轮自由型的方式支撑车辆,因而拆卸车轮时不需要其它辅助性的举升措施;第三,结构紧凑,专地面积小。

双柱举升机的缺点是:

第一,为确保安全,安置举升机时的要求非常严格,否则在举升过程中容易摇晃或颠覆;第二,由于此举升机常采用车轮自由型的方式支撑汽车,如需采取车轮支撑型的方式维修汽车则甚感不便,如检查悬挂系统、检查转向机构间隙或进行车轮定位检验等;第三,由于举升臂和立柱承受悬臂或载荷所产生的巨大应力,其承力件易于磨损。

因而双柱举升机的安全工作寿命一般要比四柱举升机低。

如图1.2所示,四柱举升机有四根立柱、两根横梁、用于支撑汽车的两个台板。

举升前,汽车很容易正确无误的驶上四柱举升机的台板。

由于台板内侧设备有凸缘,当汽车驶上台板时也不致于坠入其间的空隙中,车轮支承型四柱举升机的优点是:

第一,举升机装载汽车时勿需较高的技术,操作又很简单;第二,承载时非常稳定;第三，支承载荷受力简单,应力较低,从而延长了设备的使用寿命;第四,由于具有较高的使用价值,从经济上来看也是合算的;第五,易于维修;第六,在车间现场进行安装也较方便，只要地面平坦,其混凝土厚度能够牢固立柱的地脚螺栓即可。

四柱举升机的缺点是:

和双柱举升机相比,占地面积较大,对汽车检修区域的可接近性差。

1.2国内的情况和发展趋势

由于我国汽车维修检测设备行业起步晚、起点低，整体上仍然相当落后。

举升机制造企业生产规模小、经济技术力量薄弱、各自为政、缺乏专业分工和广泛合作；技术吸收、运用、开发、创新能力不强；抄袭、伪造现象和短期行为严重；市场营销及服务水平低等问题还普遍存在，致使全行业产品质量差、结构不合理、总量增长受到限制。

“十一五”规划的发展思路和目标是：

建立和完善一整套适应社会主义市场经济要求的汽车维修检测设备行业管理体制；密切结合汽车技术的发展要求及汽车维修作业的实际需要，力争在产品质量提高、品种配套、高新技术含量增大等三个方面，使汽车举升机整体上接近国际先进水平。

有人说:

对于汽车维修企业来说，汽车举升机可能是除厂房外的最重要的投资,因为它具有至关重要和不可替代的作用，甚至直接影响到汽车维修业务的兴衰。

汽车举升机是汽车维修设备行业的支柱设备之一,让我们生产出更多、更好、更受用户欢迎的汽车举升机,为汽车维修企业服务。

2课题分析

2.1设计技术要求

最大举升质量4000公斤；最大举升高度1700毫米；可用于四轮定位的四柱式举升机；符合汽车举升机行业安全标准。

2.2设计特点

2.2.1举升机台板降到下位时,与地面应尽可能在同一平面上

为达到此目的,虽然可在地面上挖掘凹坑,但需增加投资费用,也破坏了车间地面的平整性。

为此,在保证强度和刚度的前提下,应尽可能降低举升机台板和横梁的高度;这样既便于汽车驶上举升机,又使驶上台板的斜面长度尽可能短,节约车间的占地。

在条件许可时举升机台板（或横梁）应选择专用型钢或用钢板折弯成形。

2.2.2正确选择传动方式

采用机械传动（螺母、丝螺）或液压传动（油缸）,均用电动机驱动。

机械传动的成本较高,耗能较多，但安全性较好。

经验证明:

机械传动的能耗为液压传动所需能耗的两倍（在举升载荷、举升时间均相同的条件下）。

机械示举升机的螺母、螺栓磨损较快,而液压示举升机的维修量却相对要小些。

虽然液压示举升机的技术难度较大,但多数零部件（液压泵、液压缸、阀门、密封元件等）均可外购或外协,当然一定要选用优质产品。

2.2.3钢丝绳的选择

为了减少滑轮直径从而缩小举升机立柱的断面尺寸,应该选用高柔度的钢丝绳。

钢丝绳应有较高的安全系数,一般应达8。

为此,应增加钢丝绳钢丝的数目。

如英国某公司3t系列的举升机所采用的钢丝绳的直径为9mm,两根并列,每根37股,每股6根钢丝。

滑轮和钢丝绳的直径比为18比1。

滑轮通常用钢材制成,而该公司采用的玻璃钎维与尼龙混合制成（50%的玻璃钎维、50%的尼龙）。

这样,不仅价格便宜,还能减轻钢丝绳的磨损,延长其使用寿命。

2.2.4汽车举升机的安全保证措施

今天全世界都对在危险作业环境下工作的人们的安全寄予极大的关注。

汽车举升机具有潜在的危险,因为人们要在其下面工作，当其升降时如不小心,也会碰伤手足。

近年来不少国家还制定了专门性法规,以防止或至少使安全事故的可能性降低到最低限度。

汽车举升机的安全保证措施主要应从两方面着手:

一方面应从设计制造方面采取措施,好提高汽车举升机的安全技术特性;另一方面则应在使用维修过程中遵循严格的操作规程,保证汽车举升机能在良好的技术状态下正确的运行。

3方案论证

3.1纯机械结构

设想由齿轮——齿条结构做主动力结构，由电动机带动齿轮转动，齿轮与固结在升降板上的齿条啮合，带动齿条上下运动从而达到举升的目的。

简单示意图如图3.1，具体过程如图3.2所示。

图3.1结构示意图

汽车

升降板

齿条

齿轮

电动机

限位开关

图3.2系统框图

此结构的优点是结构简单，易于操作，传动精度高，响应快等等，但也存在着十分巨大的问题：

第一，由于是四柱举升，按照上面结构，势必要在每个柱上都设计此结构，并可能需配置4个电动机，不仅增加额外重量，而且经济性也不好，同时对同步举升存在缺陷。

第二，由于是齿轮——齿条啮合的举升，所以汽车的重量都由轮齿间的啮合力平衡，对齿轮齿条的刚度要求很高，而且长期负载，容易产生疲劳失效。

3.2液压结构

设想由液压结构带动刚索伸缩运动，刚索的另端经过滑轮固结在柱上，液压缸固结在平板上，由于刚索的伸缩，产生反作用力，举升汽车。

具体过程如图3.3所示。

上升

刚索

上限位开关

升降板

液压结构

下降

下限位开关

图3.3系统框图

PLC程序

优点：

（1）液压传动可在运行过程中进行无级调速，调速方便且调速范围大。

（2）在相同功率的情况下，液压传动装置的体积小、重量轻、结构紧凑。

（3）液压传动工作比较平稳、反应快、换向冲击,能快速启动、制动和频繁换向。

（4）液压传动的控制调节简单，操作方便、省力，易实现自动化，当其与电气控制结合，更易实现各种复杂的自动工作循环。

（5）液压传动易实现过载保护，液压元件能够自行润滑，故使用寿命较长。

（6）由于液压元件已实现了系列化、标准化和通用化，过制造、使用和维护都比较方便。

主要缺点：

（1）由于流体流动的阻力损失和泄漏较大,所以效率较低。

如果处理不当,泄漏不仅污染场地,而且还可能引起火灾和爆炸事故。

（2）工作性能易受温度变化的影响,因此不宜在很高或很低的温度条件下工作

通过综合考虑和对比，利用液压结构在汽车举升机构中具有明显优势。

4机械部件设计计算

4.1举升机运动过程原理

本四柱举升机由液压驱动，通过滑轮与钢丝绳传递应力，具体运动流程见图4.1：

图4.1简单示意流程图

在上述流程中，电动机正转，液压缸排液，与钢丝绳连接的液压杆缩回，通过滑轮的变向，使平板受到向上的的举升力，平板被向上举升。

同样的，当电动机反转，液压缸注液，掖压杆伸出，此时平板仍然受向上的力，只是钢丝绳在伸长，平板受重力作用自动下降。

简单的结构示意图见下图4.2：

图4.2简单结构示意图

由以上结构简图可见：

（1）由于平板的举升、下降是由液压杆的伸缩运动控制，所以平板的最大举升高度主要受液压杆初始长度的影响，安装的时候液压杆初始长度1米的话，最大举升高度也为1米。

（2）立柱内固定点实则为立柱盖上与钢丝绳连接的一结构，在安装时可以调节结构，（示意图上为上移或下移固定点）使得被四个立柱支撑的平板在同一水平面内。

4.2立柱设计计算

此设计为四柱举升机，共有四根立柱，呈对称布置，故只分析设计其中一根即可。

立柱承受主要的应力，因此有较高的强度要求。

由于立柱可简化为一端固定，一端自由的压杆，所以主要从稳定性方面考察立柱的工作形式。

立柱的简化图如图4.3：

图4.3立柱受力分析图

由材料力学的知识可得，压杆失稳时杆件上的平均压应力称为临界应力，也即我们要讨论的应力。

细长压杆的临界应力为：

…………………………………………………………（4.1）

为长度系数。

对于不同的受压形式杆件有不同的数值。

在本例中

=2.0

E为弹性模量，

I为惯性矩，

A为截面面积，

L为压杆长度，mm

若引入截面的惯性半径i：

…………………………………………………………………………（4.2）

再引入柔度因子

：

…………………………………………………………………………（4.3）

那么临界应力可表示为：

……………………………………………………………………（4.4）

现确定截面的惯性矩。

截面尺寸见下图4.4：

图4.4立柱截面图

图中：

a=10立柱壁厚，mm

b=180立柱去除壁厚后的宽度，mm

B=200立柱的宽度，mm

h=130立柱去除壁厚后的高度，mm

H=150立柱的高度，mm

L=40立柱缘的宽度，mm

计算如下：

截面形心的纵坐标：

所以各分截面对形心轴的惯性矩为：

所以截面对Z轴的惯性矩为：

因为材料为Q235，查手册可得

所以此杆属于小柔度杆。

应用公式：

…………………………………………………（4.5）

由手册可得Q235的

所以

即可承受压应力值。

由于设计举升重量为4t假设最大举升机重量为3t

则每根立柱实际最大承重P=17.25KN远远小于

所以满足强度要求。

4.3梁设计计算

梁力学上可简化为下图4.5：

图4.5梁受力图

图中：

L——梁的有效长度，mm

G——梁的自重，N

a——梁的支架到承受桥上重力一端的距离，mm

c——架在梁上，桥与梁接触的有效宽度，mm

由设计过程，可得：

a=250mm

c=500mm

L=3000mm

q=20N/mm