毕业论文(设计)双柱式液压举升机设计.docx
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诚信声明
本人郑重声明:
本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的,在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。
本人签名:
年月日
毕业设计任务书
设计题目:
双柱式液压举升机设计
系部:
机械工程系专业机械设计制造及其自动化学号:
112011409
学生:
指导教师(含职称):
(讲师)
1.课题意义及目标
全面介绍举升机的分类,确定所要设计的方案。
针对举升机的结构及特点要求进行设计与说明。
对汽车举升机立柱的截面特性,并对主立柱的强度和托臂的强度进行了校核验算。
设计并对液压缸活塞杆强度以及受压杆的稳定性也进行了验算,以及对链条和钢丝绳等的选择计算,以保证设计的举升机满足使用要求。
2.主要任务
(1)了解机械产品的设计方法。
(2)完成举升机工作的设计。
(3)完成相应的工程图。
(4)撰写毕业设计说明书。
结构完整,层次分明,语言顺畅;避免错别字和错误标点符号;格式符合机械工程系学位论文格式的统一要求。
3.主要参考资料
[1]潘骏,段福斌,杨文华,吴立军.机械设计基础[M].南京大学出版社,2007.05.
[2]孔红梅.液压举升机同步系统[J].液压气动与密封,2000,
(1):
20--23.
[3]王惠.举升机液压系统的设计[J].机械设计,1996,(4):
25--27.
[4]闻邦椿.机械设计手册[M].机械工业出版社,2010
[5]王国彪.液压举升机构定位尺寸的分析[J].矿山机械,1995,(4):
39--41
4.进度安排
设计各阶段名称
起止日期
1
查阅文献,了解研究目的意义,完成开题报告
2014.12.01至2014.12.31
2
了解液压举升机的结构形式
2015.01.01至2015.03.10
3
完成双柱式液压举升机设计
2015.03.11至2015.04.30
4
完成相应的工程图设计说明书等整体设计
2015.05.01至2015.05.15
5
撰写毕业设计说明书,准备答辩
2015.05.16至2015.06.10
审核人:
年月日
双柱式液压举升机设计
摘要:
汽车举升机是广泛应用于汽车维修与保养行业的一种设备,它可以将汽车托举到一定高度便于维修与保养,是汽车维修行业必不可少的设备,汽车举升机种类很多,有单柱式、双柱式、四柱式、剪式等,而双柱式液压举升机较其他类型举升机而言,有其独特的优势,如它占地空间小、适用范围广、操作简单、安全可靠等优点。
本文详细的阐述了举升机的种类以及特点,之后拟定出了所要设计的双柱式液压举升机的方案,然后对所设计的举升机的结构特点进行了详细的阐述,并且针对举升机的立柱截面特性进行了分析与计算,对立柱、托臂的强度和刚度进行了校核验算,对所设计的液压系统的液压缸活塞杆强度和受压杆的稳定性进行了验算,最后也涉及到了链条与钢丝绳的选择与计算。
从而保证所设计的双柱式液压举升机满足设计要求的同时能够安全稳定高效的运行。
关键字:
举升机双柱式截面特性液压系统强度
Doublecolumntypehydraulicliftingmachinedesign.
Abstract:
Autoliftmachineisakindofequipmentwidelyusedintheautomobileindustries,whichcanliftthecartoacertainheightforrepairandmaintenance,andistheessentialequipmentinvehiclemaintenanceindustry.Therearemanytypesofautoliftingmachines,includingsingle-columntype,doublecolumntype,four-columntype,scissorstypeandsomeothers.Comparingwithothertypes,thedoublecolumntypehasitsuniqueadvantages:
smalloccupationofspace,wideapplicability,easytooperate,safeandreliable.Thispaperillustratesthetypesandcharacteristicsofliftingmachinesindetail,designingadoublecolumntypehydraulicliftingmachineasproposed.Then,itdescribesthestructurecharacteristicsoftheliftingmachine,analyzingandcalculatingthefeaturesofitscolumnsection,accountingthestrengthandstiffnessofitscolumnsandarms,checkingthestrengthofhydrauliccylinderpistonrodandthestablenessofthecompressedrod,andthecalculationandselectionofchainssteelwireropefollowsinthelast.Alloftheseworksaretoensurethatthedesigneddoublecolumntypehydraulicliftingmachinecanfunctionsafely,steadilyandeffectively,onthepremiseofmeetingdesignrequirements.
Keywords:
CarLiftingMachine,Doublecolumntype,Sectionproperties,Hydraulicsystem,Strength
目录
1绪论 1
1.1举升机的现状 2
1.2举升机的发展趋势 2
2举升机的方案拟定 3
2.1举升机的分类 3
2.1.1常用汽车举升机的结构类型 3
2.1.2汽车举升机的主要参数 3
2.2汽车举升机的主要结构 3
2.3双柱式液压举升机结构方案的确定 3
3液压式双柱汽车举升机的结构设计 5
3.1举升装置 5
3.2立柱 6
3.3支撑机构 7
3.4平衡机构 8
3.5保险机构 9
4双柱液压举升机的强刚度分析与验算 11
4.1双柱式液压举升机立柱的结构分析和验算 11
4.1.1主立柱的截面特性分析与计算 11
4.1.2主立柱的强度分析与验算 13
4.2托臂部分的强度校核 19
4.2.1托臂部分截面特性 19
4.2.2托臂部分强度核算 20
4.2.3从托臂处考虑挠度情况 23
5液压系统 24
5.1液压系统工作原理 24
5.2液压缸活塞杆受压校核 25
5.2.1液压缸活塞杆强度验算 25
5.2.2液压缸活塞杆受压稳定性校核 25
6钢丝绳和链条的选择计算 27
6.1钢丝绳的计算 27
6.2钢丝绳的选择 27
6.3链条的选择 28
7结论 29
参考文献 30
致谢 32
IV
太原工业学院毕业设计
1绪论
双柱式液压举升机是一种在汽车领域里维修和保养的举升器材,在轿车等小型车辆的维护和保养领域里有较广泛的应用。
生产汽车举升机的厂家在全国范围内比较多,各厂家生产的举升机的种类也比较多,有双柱式汽车举升机、四柱式汽车举升机、剪式汽车举升机等。
文章全面地介绍了汽车举升机的分类,拟定出本课题所要设计的双柱式液压举升机的方案,并且针对所设计的双柱式液压举升机的结构及特点加以说明。
对汽车举升机立柱的截面特性进行分析,并对主立柱的强度和托臂的强度进行了校核验算。
设计并对液压缸活塞杆强度以及受压杆的稳定性也进行了验算,以及对链条和钢丝绳等的选择计算,以保证设计的举升机满足使用要求。
本课题所设计的是双柱式液压举升机,它的特点是:
(1)操作简单,性能稳定,消耗较低;
(2)托脚的最低位置很低,较低底盘的车辆也可以使用,扩大了车辆的适用范围;(3)非对称托臂可以伸缩,提高了可靠性与安全性;(4)有较长的使用寿命。
通过查阅资料以及市场调研了解到在汽车维修领域里汽车举升机的使用频率越来越高,因此,汽车举升机的销售前景非常好,而应用于室内维修的汽车举升机所占的比例最高,所以最终确立了以下方案:
一、在汽车维修与保养领域里大多数的工作都是在室内完成,所以必须考虑所设计的汽车举升机占用空间面积要少,因此决定采用双柱式。
二、本课题要求使用液压系统驱动,且液压系统驱动较其他驱动方式有其质量小、体积轻、调速范围大,运动平稳、使用寿命长等优点,因此决定采用液压驱动的方式。
三、由于液压油进入两个液压油缸会有时间差,这样会导致液压举升机在工作中会使被举升的汽车发生倾斜,因此引入钢丝绳作为平衡装置,从而使汽车在举升过程中始终保持平衡状态。
四、在符合设计要求的基础上,所设计的结构要简单,易于操作,并且整体移动要方便。
随着经济的发展,人民的生活水平不断提高,拥有汽车的人越来越多,汽车市场越来越火爆,从而使得汽车维修与保养行业也在逐渐扩大,而作为汽车维修行业里必不可少的设备之一,汽车举升机的应用给维修与保养服务人员提供了巨大的方便,通过举升汽车解决了轿车底部维修不方便的问题,并且在安全方面
2
也很有保障,因此举升机很受汽车维修行业的欢迎,而占地空间小,适合于室内作业的汽车举升机更是备受青睐。
1.1举升机的现状
汽车举升机是一种能够固定汽车某一部位将汽车托举到一定高度用于检测与维修的设备。
汽车举升机以其操作简单,使用安全可靠且经济的特点在汽车维修与保养等行业有着较为广泛的应用。
随着经济的发展,汽车数量增长的速度也随之加快,汽车的维修与保养店的数量也跟着增长。
用于汽车维修与保养的举升机的数量增长十分迅速。
根据调研,绝大多数的汽车维修店都配备汽车举升机,汽车举升机已经成为了汽车维修与保养行业不可缺少的设备。
1.2举升机的发展趋势
在国内,随着人们生活质量的日益提高,汽车市场日益火爆,从而是使得汽车维修与保养市场随之兴起,对汽车举升机的需求量也日益加大,国内生产汽车举升机的厂家也很多,并且占据着一部分市场,但总体质量层次不齐,有待进一步提高。
家用轿车的数量急剧增长,使得占地面积少,操作简便,性能可靠,在室内操作的双柱式液压举升机设计以其独特的优势受到了各汽车维修店的亲睐,因此其需求量逐渐增长,有很好的市场前景。
2举升机的方案拟定
2.1举升机的分类
2.1.1常用汽车举升机的结构类型
随着科技的发展,常用汽车举升机的类型越来越多,生产汽车举升机的厂家也越来越多,所生产的各种类型的汽车举升机的结构样式也有所不同,有单柱式、双柱式、四柱式、剪式、龙门式、子母大剪式、超薄双剪式、地藏剪式、移动式等。
按照举升机的驱动方式有机械驱动式、液压驱动式、电机驱动式等。
2.1.2汽车举升机的主要参数
目前,国内市场上主要的汽车举升机有:
普通双柱式举升机、龙门双柱式举升机和四柱式举升机。
这三种汽车举升机的所需要的技术参数如表1.2所示。
表1.2汽车举升机的主要参数
2.2汽车举升机的主要结构
举升机的结构主要有:
(1)立柱;
(2)举升装置;(3)驱动装置;(4)平衡装置;(5)保险装置;(6)支撑装置。
2.3双柱式液压举升机结构方案的确定
经过一段时间对各类型汽车举升机的结构和工作原理的了解,通过查阅资料借鉴其它汽车举升机的结构特点结合任务说明书,拟定出了本课题所需要设计举升机结构的方案如图2.1所示:
图2.1双柱式液压举升机的结构示意图
本课题设计的是双柱式液压举升机。
其整体结构包含:
(1)立柱;
(2)举升装置;(3)驱动装置;(4)平衡装置;(5)保险装置;(6)支撑装置。
整个举升机是由液压系统来驱动举升装置实现汽车的举升与下降,左右两边立柱各安装一个液压油缸,通过链条连接立柱和滑台,当举升机工作时,液压油缸推动链条使得滑台可以上下移动,同时钢丝绳作为平衡装置保证左右两边立柱内的滑台能够同步移动,举升装置与滑台相连,从而实现举升动作的完成。
3液压式双柱汽车举升机的结构设计
3.1举升装置
本课题举升机所设计的举升装置是由液压系统和电箱构成,开启电箱中的开关,通过启动电动机实现控制液压单元,通过与液压缸和滑台连接的链条去带动举升装置实现举升机的升起与下降。
如图3.1所示:
图3.1驱动举升装置示意图
图3.1是本课题所设计的双柱式液压举升机的驱动装置和举升装置的示意图,从示意图中可以直观的观察到通过液压胶管去连接左右两个立柱内的两个举升装置,从示意图中可以看到,当两个液压缸工作的时候会出现一个时间差,这种情况会导致左右两边的举升速度不同步,从而产生举升不平衡的现象,所以,必须在液压举升的同时增加钢丝绳来平衡左右两边举升速度不同步的现象,使其实现左右两边能够同步举升.从而消除左右两边举升不平衡的现象。
图3.2是双柱式液压举升机的举升装置结构图:
图3.2双柱式液压举升机的举升装置结构图
从上图中可以观察到,双柱式液压举升机的举升装置是通过液压杆去带动镶嵌在滑轮槽内的链条从而达到举升的目的。
3.2立柱
双柱式液压举升机左右两边各有一个立柱。
图3.3是左边立柱的俯视图。
举升机的所有重量都是由左右两个立柱支撑的,所以立柱必须要有足够的刚度和强度,举升装置和滑台部件被分别安装在两个立柱的中间空余部分,所以对立柱部分的行为公差要求很高,如图所示水平方向的立柱臂和垂直方向的立柱壁要保持一定的平行度和直线度,立柱的内表面和外表面还必须要有一定的粗糙度。
图3.3左立柱的俯视图
3.3支撑机构
本课题所设计的举升机的支撑机构是托臂,当需要维修的汽车到达举升机的工作区域之后,举升机的支撑机构可以根据改变摇臂的角度和方向去改变支撑机构的工作范围,从而达到举升不同类型车辆的目的。
本课题为了扩大举升机的适用性,同时也扩大其适用范围,设计了非对称式托臂,并且两侧托臂的臂长可以自由伸长或缩短。
如图3.4所示:
图3.4非对称式托臂的工作范围示意图
1—托臂未伸长时的工作位置,2—托臂伸长后的工作位置
示意图中托臂的工作范围是阴影部分。
托臂在伸长之前按轨迹1运动;托臂伸长后按轨迹2运动;轨迹1和轨迹2之间的空余部分可以通过调节托臂的长度去调节其工作区域。
由于托臂是用于支撑车辆的,所以其必须能够承受相当的重量,而且必须保证其刚度和强度达到要求。
下图3.5所示的是非对称式托臂的结构。
图3.5非对称式托臂的结构图
3.4平衡机构
举升机的举升装置在升起或者下降过程中必须保证被托举的汽车保持平衡,所以本课题在非对称托臂的基础上增加了钢丝绳作为双柱式液压举升机的平衡机构。
在左右两个立柱之内分别安装两套对称的钢丝绳,并且确保这两套钢丝绳在运动的时候方向相反,同时我们可以通过调节钢丝绳的张力使得支撑装置在升起或者下降的过程中保持平衡,因此,所选用的四套钢丝绳必须是同一规格且具有一定的张力。
每一个立柱里的钢丝绳运动方向如图3.6所示:
图3.6单个立柱内钢丝绳的走向运动方向示意图
3.5保险机构
汽车举升机在举升过程中要防止被举升的汽车掉落出现安全事故,所以对汽车举升机的安全性能要求比较高。
一般都有多种保护措施,比如有冲顶保护,防滑、机械锁等。
本课题采用了电磁安全锁如图3.7所示,把安全卡位条分别安装在两个滑台上,汽车被举升之后,卡位条与电磁铁连接的支撑板构成机械自锁机构,左右立柱都装有电磁安全锁,而且所装的位置不在同一条水平线上,从而达到双保险的目的。
图3.7电磁铁安全锁
1—电磁铁,2—保险孔板,3—保险孔支撑座
如图3.7所示:
电磁安全锁主要包括电磁铁、保险孔板、保险孔支撑座。
电磁铁通电时,把保险孔支撑座吸住,它和锁紧板不接触,此刻保险打开,滑台可以运动,电磁铁断电后,保险孔支撑座与锁紧板相互顶在一起,此刻滑台固定在一个位置不能自由运动。
4双柱液压举升机的强刚度分析与验算
本课题所设计的双柱式液压举升机的主要性能参数为:
额定举升载荷4吨;当载重量为4吨时,举升装置从最低点举升到最高点所需要50秒,从最高点下降到最低点所需要的时间不低于50秒,电动机功率设定为2.2kw,举升臂在最低点的高度为120mm,在最高点的高度为1850mm,工作行程为1730mm。
4.1双柱式液压举升机立柱的结构分析和验算
4.1.1主立柱的截面特性分析与计算
双柱式液压举升机最主要的受力部位是主立柱,举升机处于工作状态时,主力柱会受到保险机构的承重压力与升降滑台滚轮作用在立柱上的弯矩。
主立柱作为主要的承重部件,对主力柱的截面特性进行分析,主要是确定立柱截面形心的位置和截面的惯性矩。
确定立柱截面形心和中性轴的位置:
如图4.1所示,把立柱截面分为A1、A2、A3三个部分,把Z′轴作为参考轴,则Z1、Z2、Z3分别作为三个组合截面的中性轴,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:
(式4.1)
(式4.2)
(式4.3)
(式4.4)
整个截面形心C在对称轴Y上的位置则为:
(式4.5)
确定截面的惯性矩:
设截面的形心为、截面的形心为、截面的形心为,截面的形心轴为、截面的形心轴为、截面的形心轴为,如图4.1所示,它们距Z轴的距离分别为:
(式4.6)
(式4.7)
(式4.8)
三个截面对中性轴Z的惯性矩分别为:
(式4.9)
(式4.10)
(式4.11)
为的惯性矩、为的惯性矩、为的惯性矩,将、、相加,就能求得整个截面对中性轴Z的惯性矩:
(式4.12)
立柱静矩S的计算:
(1)立柱整个截面上半部分的静矩S1:
(式4.13)
(式4.14)
(式4.15)
其中为截面的静矩、为截面的静矩、为截面的静矩,因此立柱上半部分的整个截面的静矩S为:
(式4.16)
(2)立柱整个截面下半部分的静矩S2:
(式4.17)
(式4.18)
(式4.19)
4.1.2主立柱的强度分析与验算
当汽车举升机处于工作状态时,举升机的举升装置将被维修的汽车上升到相应高度之后,此时,汽车的重量直接集中在举升机的托臂端部,所以首先应该对滑台部件进行受力分析,受力情况如图4.2所示:
图4.2滑台部件受力情况示意图
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160×160方钢,壁厚8mm,高800mm
滑台体积:
(式4.20)
摇臂座尺寸:
采用100×100方钢,壁厚8mm,长440mm
摇臂座体积:
(式4.21)
托臂近似尺寸:
采用100×100方钢,壁厚8mm,长(800+310)=1110mm
托臂体积:
(式4.22)
钢材比重选取:
所以,滑台部件、摇臂座和托臂的重量为
将滑台、摇臂座和托臂一起考虑
(式4.23)
图4.2中,一侧的托臂受到的最大载荷为2吨,加上自身重量,托臂端部所受到的力为2066.37kg,和是滑台部件受到来自于立柱通过滚轮所给的作用力,和是滑台部件受到保险支撑板的支撑力,B点为支承点,假设托臂自重全部集中在负载处,则:
(式4.24)
(式4.26)
(式4.26)
(式4.27)
由式4.7得,,代入式4.6
(式4.28)
假定,
则由式4.5得:
综上所述,
举升机主立柱受力情况分析:
主立柱受力情况如下图4.3所示,和是立柱受到来自于滑台通过滚轮的作用力,和是滑台作用在立柱上的力,、和为底部支座反力。
通过立柱受力情况分析计算得:
图4.3双柱式液压举升机主立柱受力情况示意图
(式4.29)
(式4.30)
(式4.31)
(式4.32)
双柱举升机主立柱强度校核计算:
看图4.3,由引起的弯矩图和剪力图如图4.4所示:
图4.4F1的作用力、弯矩图、剪力图
l=2600mmb=2415mma=185mm
(式4.33)
(式4.34)
由引起的弯矩图和剪力图见图4.5:
图4.5F2作用力、弯矩图、剪力图
l=2600mmb=1890mma=710mm
(式4.35)
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