剪叉式液压升降机设计讲解.docx

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1、剪叉式液压升降机设计讲解 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）

2、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

3、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 - 1 - 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

4、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：500 mm 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

5、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 - 2 - - 3 - 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40002000mm ，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21 3 4 560 b a 图3.1 图3.1所

6、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

7、 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。 - 4 - 设ab=x (01x m ,即支架和地板垂直时的高度应大于1.5m ,这样才能保证其最大升降高度达到1.5m ，其运动过程中任意两个位置的示意图表示如下： N1 N M1 M O1 B1B C1C A O2 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：404 x t - . 下面根据几何关系求解上述最佳组合值： 初步分析：x 值范围为01x x ,取值偏

8、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：x =0.4m, x =0.6m, x =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） x =0.4 支架长度为h=2-x/2=1.8m 2O C =h/2=0.9m - 5 - 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： 222 1.80.995 1.5cos 2 1.80.

9、995 +-=?=222(0.9)0.955(2)2(0.9)2t l t l +?+? 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） x =0.6 支架长度为=2-x/2=1.7m 2O C =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： 222 1.70.8 1.5cos 2 1.70.8 +-=?=222(0.85)0.8(2)20.8(0.85) t l t +-?+ 联合上述方程求得： t=0.

10、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） x =0.8 支架长度为=2-x/2=1.6m - 6 - 2O C =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： 222 1.60.557 1.5cos 2 1.60.557 +-=?=222(0.8)0.557(2)2(0.8)0.557 t l t +-?+? 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0.5

11、16m 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 - 7 - （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 max max M w = 知，合理安排梁的受力情况，可以降低max M 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

12、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 - 8 - 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

13、。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 1h b d t r r ?=160658.51010.0 5.0mm ?,截面面积为225.162cm ，理论重量为19.752/kg m ，抗弯截面系数为3117cm 。沿宽度方向的6根10号热轧槽钢的 结构参数为1h b d t r r ?=10048 5.38.58.5 4.2mm ?,截面面积为212.784cm ，理论重量为10.007/kg m ，抗弯截面系数为339.7cm 。 其质量分别为： 4根16号热轧槽钢的质量为： 14419.752316m kg =?= 6根10号热轧槽钢

14、的质量为： 26210.007120m kg =?= 菱形钢板质量为： 34225.6204.8m kg =?= 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 - 9 - 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 q l = 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12F=(m )m g G +额载 带入数据得：F=29604N 沿长度方向有：F q l = 带入数据有：29604185044 q N =? 分析升降机的运动过程，可以发现在

15、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： 0Y = 即 80N F -= 将29604 2F =N 带入上式中：1850N N = 根据受力图，其弯矩图如下所示： - 10 - AB 段： ()2 q M x Nx x =- =1850-9252x （0 1.7x m ） BC 段： 2()( 1.7)2q M x Nx N x x =+- =3700x-3145-9252x （1.7 2.3x m ） CD 段与AB

16、 段对称。 由弯矩图可知该过程中的最大弯矩为 ：max 1850Nm = 根据弯曲强度理论： max max max s M W n = 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 3m 沿长度方向为16号热轧槽钢 6311710W m -=? S 钢的屈服极限 255s MPa = n 安全系数 n=3 代入数据： max 6185015.811710s MPa n -=?=85MPa - 11 - 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：1850N N = 弯矩如下： FA 段： 2()2 q M x x = (0 1.7x m

17、) =9252x AB 段：2()(0.9)2q M x N x x =- (0.9 1.7x m ) =218501665925x x - BC 段： 2()(0.9)( 1.7)2q M x N x N x x =-+- (1.7 2.3x m ) =237004810925x x - 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 ：max 1193.5Nm = 根据弯曲强度理论： max max s M W n = 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3m 沿长度方向为16号热轧槽钢 6311710W m -=? S 钢的屈服极限 255s MPa =