液压升降台的设计毕业设计(编辑修改稿)

液压升降台的设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

的讨论 剪叉式升降平台的三种结构形式 本讨论的目的通过分析气液动类的剪叉式升降平台机构特点，论述了设计时应注意的问题及其应用范围。 气液动剪叉式升降平台具有制造容易、价格低廉、坚实耐用、便于维修保养等特点。 在民航、交通运输、冶金、汽车制造等行业逐渐得到广泛应用。 本设计中主要侧重于小型家用液压式的升降平台。 在设计气液动剪叉式升降平台的过程中，一般我们会考虑如下三种设计方案，如简图 21 所示： 图 21 三种剪叉式升降台结构简图 图中表示气液动剪叉式升降平台的三种结构形式。 长度相等的两根支撑杆 AB 和 MN 铰接于二杆的中点 E，两杆的 M、 A 端分别铰接于平板和机架上，两杆的 B、 N 端分别与两滚轮铰接，并可在上平板和机架上的导向槽内滚动。 图中的三种结构形式的不同之处在于驱动件液压缸的安装位置不同。 图 a 中的驱动液压缸的下不固定在机架上，上部的活塞杆以球头与上平板球窝接触。 液压缸通过活塞杆使上平板铅直升降。 图 b 中的卧式液压缸活塞杆与支撑杆 MN 铰接于 N 处。 液压缸驱动活塞杆控制平台铅直升降。 图 c 中的液压缸缸体尾部与机架铰接于 G 处，活塞杆头 部与支撑杆 AB 铰接于 F 处。 液压缸驱动活塞杆可控制平台铅直升降。 按照液压缸的安装形式，称图 a 的形式为直立固定剪叉式结构，图 b 的形式为水平固定安徽工业大学继续教育学院毕业设计 7 剪叉式，图 c 的形式为双铰接剪叉式结构。 直立固定剪叉式结构，液压缸的行程等于平台的升降行程，整体结构尺寸庞大，且球铰链加工负载，在实际种应用较少。 水平固定剪叉式机构，通过分析计算可知，平台的升降行程大于液压缸的行程，在应用过程中可以实现快速控制升降的目的，但不足之处是活塞杆受到横向力的作用，影响密封件的使用寿命。 而且活塞杆所承受的载荷力要比实际平台上的载荷力要大的多。 所以实际也很少采用。 双铰接剪叉式结构避免了上述缺点。 结构比较合理，平台的升降行程可以达到液压缸行程的二倍以上。 因此，在工程实际中逐渐得到广泛的应用。 本设计就重点对双铰接剪叉式结构形式加以分析、论述。 双铰接剪叉式升降平台机构的位置参数计算 由图 22 可知 图 23位置参数示意图 2 1 / 2si n (1 c os ) ,C L C LH ll （ 1） 2 2 2()c o s。 2T C lTC  （ 2） 上式中： H—— 任意位置时升降平台的高度； 安徽工业大学继续教育学院毕业设计 8 C—— 任意位置时铰接点 F 到液压铰接点 G 的距离； L—— 支撑杆的长度； l —— 支撑杆固定铰支点 A 到铰接点 F 的距离； T—— 机架长度（ A 到 G 点的距离）；  —— 活塞杆与水平线的夹角。 以下相同。 将（ 2）式代入（ 1）式，并整理得 2 2 2 2 1 / 2[ ( ) ]2H L T C llC l T C。 （ 3） 设 00/ , / ,C C H H代入（ 3）式得 2 2 2 1 / 200()[ ( ) 2 ]2H T C lL lC l T C。 （ 4） 在（ 4）式中， 0H —— 升降平台的初始高度； 0C —— 液压缸初始长度。 双铰接剪叉式升降平台机构的运动参数计算： 图 24 运动参数示意图 图中， FV 是 F 点的绝对速度； BV 是 B 点绝对速度； 1 是 AB 支撑杆的速度； 1V 是液压缸活塞平均相对速度； 2V 是升降平台升降速度。 由图 23 可知： 安徽工业大学继续教育学院毕业设计 9 1111112,si n( ) si n( ) ,si n( )c osc os ,si n( )FFBBVlV V lVLVLlVLVVl        21cossin( )V LVl  。 （ 5） 在（ 5）式中， 1V —— 液压缸活塞平均相对运动速度； 2V —— 升降平台升降速度；  —— 支撑杆与水平线的夹角。 以下相同。 双铰接剪叉式升降平台机构的动力参数计算 图 25动力参数示意图 图中， P 是由液压缸作用于活塞杆上的推力， Q 是升降平台所承受的重力载荷。 通过分析机构受力情况并进行计算（过程省略）得出： 升降平台上升时 c os c os sin c os ta n[ ta n ( ) ( ) ]sin( ) 2 2 2 c os sin c osQ L f L b fb bP b fblf             ； 安徽工业大学继续教育学院毕业设计 10 （ 6） 升降平台下降时 c os c os sin c os ta n[ ta n ( ) ( ) ]sin( ) 2 2 2 c os sin c osQ L f L b fb bP b fblf             （ 6）、（ 7）式中， P—— 液压缸作用于活塞杆的推力； Q—— 升降平台所承受的重力载荷； f—— 滚动摩擦系数； b—— 载荷 Q 的作用线到上平板左铰支点 M 的水平距离。 由于滚动轮与导向槽之间为滚动摩擦，摩擦系数很小（ f=） ,为简化计算，或忽略不计，由（ 6）、（ 7）式简化为： cossin( )PLQl  。 （ 8） 剪叉式升降平台机构设计时应注意的问题 由 式（ 5）和（ 8）可知：当  、  增大时， 21/VV值随之减小；当  、  减小时， P/Q 值随之增大。 在确定整体结构值随之减小；当  、  减小时， P/Q 值随之增大，在 液压缸行程不变的情况下，升降平台升降行程会减小；反之，则会使液压缸行程受力增大。 因此设计时应综合考虑升降行程与液压缸受力两个因素。 在满足升降行程及整体结构尺寸的前提下，选取较高的  、  初始值。 而且在整个机构中 AB 支撑杆是主要受力杆件，承受有最大的弯矩，所以应重点对其进行强度校核。 液压缸可采用单作用缸也可以采用双作用缸，不过要看具体情况。 一般我们都采用单作用柱塞缸，因为采用这样的缸比较经济，而且总体泄漏量 少，密封件寿命长。 采用单作用柱塞缸时考虑到在空载荷时，上平板的自重应能克服液压缸活塞与缸体间的密封阻力。 否则，会导致升降平台降不下来。 针对性比较小实例： 如某自动生产线上， 需设计一种升降平台，要求升降平台最大升降行程应大于 620mm，升降平台面最低高度应小于 300mm，最大承重载荷 0050kg 根据实际使用要求，我们选取了单作用柱塞缸式液压缸。 液压缸初始长度 0C =595mm；最大行程 maxS =320mm。 升降太机构尺寸：升降台面最低高度 0H =281mm。 机架长度 T=1 200。 安徽工业大学继续教育学院毕业设计 11 支撑杆长度 L=1 . 按照上述尺寸，结合以上公式分别对双铰接剪叉式和水平固定剪叉式两种结构形式进行了计算。 计算结果见表 表 2 和统计图 25（其中滚动摩擦忽略不计）。 水平固定剪叉式结构公式如下： 2 2 1 / 2[ ( ) ]。 2ta n c osH L T SP l fbQL  。 其中， S—— 液压缸的实际行程， T—— 机架长度（ A 点到 G 点的距离）。 表 1 双铰接剪叉式结构计算结果 mm s   H h P/Q h/s 0 281 0 40 80 120 160 200 240 280 320 表中 : S 液压缸的实际行程 . H – 升降台实际行程 ,以下相同 . 表 2 水平固定剪叉式结构计算结果 mm S  H H P/Q h/s 0 281 0 40 80 120 160 200 240 280 安徽工业大学继续教育学院毕业设计 12 320 从计算结果可以看出：在整体结构尺寸相同、液压缸行程相同的前提下，作用在液压缸活塞杆上的最大推力 maxP ,水平固定剪叉式结构大于双铰接剪叉式结构；升降台最大行程 hmax ，双铰接剪叉式结构大于水平固定剪叉式结构。 由于采用了双铰接剪叉式结构液压升降平台，在设备安装时避免了挖地坑，不仅节省了费用，还给以后了设备维护和检修带来方便。 综上所述，气液动双铰接剪叉式结构液压升降平台整体尺寸较小，结构简单、紧凑，节省投资；可获得缸体二倍以上的升降形成；非常适合于空间尺寸小、升降行程大的场合，是一种值得推荐使用的升降机构。 图 26 两种结构计算结果对比 双铰接剪叉式升降平台机构中两种液压缸布置方式的分析比较 刚刚我们已经 简单的分析并讨论了双铰接剪叉式液压升降平台机构与其他两种机构的区别以及在实际应用中所存在的利和弊，但是在考虑各方面条件如单作用柱塞式液压缸、双铰连接、双支撑杆、相同的升降平台等都不改变的基础之上，能否将设计进行进一步的优化呢。 为证明这一点，我们可以从该机构的布置方式考虑，将结构略改动一下。 从直观的角度分析考虑，如下图 26 所示： 安徽工业大学继续教育学院毕业设计 13 杆1杆2 图 26液压缸工作示意图 我们可以从图上看出，液压缸的尾部是连接在右侧支撑杆活动的区域的，液压缸的头部是连接在杆 1 的右端（偏向杆 1 的活动铰连接）。 因此，我们针对实际升降台剪叉机构中液压缸常用的布置方式存在的问题，提出了另一种相对布置方式，将液压缸布置在与之相对称的左侧，即与剪叉机构的固定支点在同一侧，来进一步分析讨论。 利用瞬时速度中心法和虚位移原理，推导出这两种布置方式液压缸活塞运动速度与台面升降速度的关系式及活塞推力与台面荷重的关系式，并对两种布置方式进行了分析比较，指出了它们各自的优缺点以及适用场合。 根据升降台剪叉机构的工程实例做了几何、运动和动力参数的对比计算和液压缸结构参数的合理选择。 问题的提出 ： 液压缸驱动的剪叉机构再各种升降台中广泛应用，因安装的空间不同，其折合后的高度也必然就不同，所以液压缸在剪叉机构内的布置要受到折合后高度的约束。 根据文献 [4]的有关液压缸驱动剪叉机构的运动学及动力学分析一章，得知在这种布置方式的情况下，如图 27： 图 27 液压缸布置在左侧 安徽工业大学继续教育学院毕业设计 14 液压缸活塞运动速度与台面升降速度的关系式为 22 2 c o s 2 s i n ( )2 c o sya l a lvvl        （ 1） 活塞推力与台面荷重的关系式为 2 c ossi n( ) si n( )lPWal        （ 2） 式中， 1 1 1s in , ta n [ ta n ] , s in ( s in 2 )2h l a al l a d        。 以上两式的推导基于工程中常用的液压缸布置方式，即液压缸下支点与剪叉机构的固定支点在同一侧，如上图 27。 这种布置方式的优点是液压缸的有效行程比较短，这在台面升程范围比较大的场合较为适用。 存在的问题是在剪叉机构折合后的高度 h 较小的情况下（即  角较小），所需液压缸的推力将大大增加。 在液压缸最高工作压力限定的情况下，这将使得所用的液压缸的直径增大，以致在 折合后的剪叉机构中难以布置；或采用两个直径较小的液压缸取代一个大直径的液压缸，不过这将增加一对液压缸的支座，同时带来机械加工、液压缸安装以及液压系统的复杂性，加大了整个装置的成本。 两种布置方式的分析和比较 ： 为了解决以上提出的问题，可考虑将液压缸反向布置（即采用第一种设计方案），计算一下该方案的有关参数再将两者作以比较。 如图 28： 图 28液压缸布置在右侧 这里仍用瞬时速度中心法来求解活塞运动速度。 杆ＦＤ上Ｄ点、Ａ点的瞬时转动中心为F 点， D 点、 A 点的速 度为 ： 安徽工业大学继续教育学院毕业设计 15 2()DAvlv l a 台面升降速度： c o s 2 c o syDv v l   Ａ点的运动速度： ()2 cos yA l a vv l  活塞运动速度： ( ) s in ( )c o s 2 c o sA lavv l   （３） 式中， 11 (。