剪叉式液压举升机的结构设计与优化机械制造专业.doc

剪叉式液压升降机的结构设计与优化 摘 要 剪叉式液压举升机作为一种上下运输的装置，主要用于抬升重物，在很多领域都有应用。由于其结构简单、工作稳定和维修方便等优点，被广泛应用于车站、机场等设施的维修中，但目前缺乏完整的理论分析方法。 本课题主要对其特点进行理论分析、结构设计，液压缸的布置，液压系统设计，主要参数的确定，对其关键部位进行计算与校核。对其部件进行设计计算和强度校核，通过优化结构设计来验证结构设计的合理性。 关键词：剪叉式，液压升降机，结构设计，优化 V Abstract As a kind of device for up and down transportation, the hydraulic lifter is mainly used for lifting heavy objects, which has been used in many fields. Due to its advantages of simple structure, stable work and convenient maintenance, it has been widely used in the maintenance of stations, airports and other facilities, but there is no complete theoretical analysis method at present. This project mainly carries out theoretical analysis, structural design, layout of hydraulic cylinder, design of hydraulic system, determination of main parameters, calculation and verification of its key parts. The design calculation and strength check of the components are carried out to verify the rationality of the structural design by optimizing the structural design. Key Words: Shear fork type, hydraulic lift, structural design, optimization 目 录 摘 要 II Abstract III 目 录 IV 第1章 绪 论 1 1.1升降机在生产和生活中的作用和意义 1 1.2升降机国内研究发展情况 1 1.3 升降机国外发展现状和发展趋向 3 1.4 课题来源 4 第2章 剪切式液压升降机的结构设计方案……………………………………………….6 2.1剪切式液压升降机的概述及组成 4 2.1.1剪切式液压升降机的概述 8 2.1.1剪切式液压升降机的组成 8 2.3剪切式液压升降机的特点及应用 4 2.2.剪切式液压升降机的原理 4 2.4剪叉式液压升降机的结构设计方案 4 2.4.1升降机结构的设计 4 2.4.2剪叉式液压升降机的结构设计方案 4 2.4.3 升降机机构中液压缸布置方式 4 2.5本章小结 4 第3章 液压传动系统的设计计算 29 3.1液压系统设计的要求 29 3.1制定液压系统的基本方案 29 3.1.1确定液压执行元件的形式[14] 29 3.1.2 确定液压缸的类型 31 3.1.3 确定液压缸的安装方式 31 3.1.4 缸盖联接的类型 31 3.1.5拟订液压执行元件运动控制回路 31 3.2确定液压系统的主要参数[15] 32 3.2.1载荷的组成与计算： 32 3.2.2初选系统压力 34 3.2.3计算液压缸的主要结构尺寸 34 3.2.4确定液压泵的参数[18] 36 3.2.5管道尺寸的确定 38 3.2.6油箱容量的确定 38 3.3液压缸主要零件结构、材料及技术要求 38 3.3.1缸体 38 3.3.2活塞 39 3.3.3活塞杆 40 3.3.4活塞杆的导向、密封和防尘 41 3.3.5液压缸的排气装置 41 3.436液压缸安装联接部分的型式及尺寸 42 3.4 本章小结 44 第4章 剪叉式升降机结构设计计算 6 4.1 升降机构的设计 6 4.1.1 升降机构形式的选择 6 4.1.2 直接推动式升降机构 6 4.1.3 连杆组合式升降机构 6 4.2 升降机的两种机构形式 8 4..3 升降机机构中三种液压缸布置方式的分析比较 9 4.3.1问题的提出 9 4.3.2三种方案的分析和比较 10 4.4 剪叉式升降机结构分析 11 4.5 剪叉式升降机的运动分析 12 4.6 剪叉式升降机的动力分析 15 4.7 剪叉式升降机参数的确定 16 4.7.1基本几何尺寸的确定 16 4.7.2 液压缸推力T及行程S的确定 16 4.8剪叉式升降机的校核 17 4.8.1各铰接点的受力分析 17 4.8.2各铰接点销的选择与校核 19 4..8.3油缸作用处杆件尺寸的确定与校核 20 4.9 强度校核 21 4.9.1 剪叉臂的强度校核 21 4.9.2 液压缸底架固定横梁的强度校核 24 4.10 轴的强度校核 27 4.10.1 内剪叉臂固定端销轴的强度校核 27 4.10.2 液压缸缸体尾部销轴的强度校核 27 4.10.3 液压缸活塞杆头部支撑轴的强度校核 28 4.11本章小结 27 第5章 剪叉式升降机结构设计的优化 45 5.1位移、速度及加速度分析 46 5.2本章小结 46 总结 50 参考文献 51 致 谢 52 第1章 绪 论 1.1课题研究的作用和意义 经济与技术飞速发展，物质财富极大丰富，人们对物质的需求层次不断提高。各行各业竞争激烈，各个企业为应对生存必须对自己的产品有更高的要求。在大环境下的影响下，使用者对举升机有着更高的要求。在当今的市场上升降机的种类是非常多的，需求也是非常大的。升降机最大的特点就是不用多个劳动力就能将重物轻儿易举地将举上去。由此可见升降机对我们作用是相当的大。升降机如今应用在各行各业中，特别是建筑行业，在此行业中它发挥着巨大的作用。 由于人类的数量增多，对地球地表的空间需求越来越大，而地表的空间有限，人们不得瞄准高空的空间资源，从而引起对升降的机构需求越来多。很大的便利。升降机作为一种登高的设备，它应用比较广泛，比如在影院、宾馆、工厂等等场所需要登高的地方都会用到举升机，小到清洁、灯具维修换修，大到设备的调试安装维护及保养。虽然升降机的种类多，但市场上很常见的是液压升降机和链条式升降机。其中剪叉式液压升降机应用最广泛，市场最大。在国内它的设计理论还不是很成熟，所以对其研究是很有必要的。 1.2剪叉式液压升降机在国内的研究发展情况 剪叉式液压升降机在国内的生产起步较晚，但发展较快。从1979以来，升降机的更新越来越快，不仅在产品的结构发生了显著的变化，而且在驱动的方式上、控制方式也发生了变化。原有的基础功能的旧式子升降机已经逐渐无法满足人们的生活和工作要求，越来越丰富和多样功能的升降机正在成为迫切的需要。创新程度不断加深，新的技术正应运而生，老式的升降机已不占优势。由最初的调压调速交流调速梯到VVVF交流变频调速来控制系统平台，再到采用 PLC和微机控制技术，现如今梯形的速度最高可以达到4m/s；升降机出现了翻天覆地的变化。 虽然在国内升降机的研究很多，但剪叉式液压升降机的研究并不多。剪叉式液压升降机按运动方式主要分为牵引式、移动式、固定式。每种类型都要对它进行设计，在国内还没有一家进行过专业的理论验算设计的公司。所以国内还没有一家品牌级的升降机厂家。在国内生产这个的厂家主要上海序达、济南天正泰、徐州三一重工。在国内设计人员拿着国外进口仿造绘制，没有进行理论计算和分析，国内对其的研究文献少知又少。 缺少理论设计依据会造成材料、成本和物力的浪费。由于建筑行业的兴起，升降机的需求越来越多，剪叉式举升机的需要越来越大。目前它的结构形式比较单一，研究它是很有商用价值的。 1.3 剪叉式液压升降机国外研究现状和发展趋向 升降机最初是源于希腊，六七十年代出现皱型。经过十几年生产，很成熟了。但对于剪叉式液压升降机还有待研究。对于建筑行业的火热造成升降机的需求增加。对其研究很有必要。他们的主要研究重心放在剪叉式升降机的结构设计和创新上。通过剪叉式升降机的特点来判断其它的需求，利用三维软件进行绘制，并用有限元分析部件的受力情况。通过不断地改变其结构、零部件尺寸，来优化其结构。 当前国外生产这种的国家比较多，如美国、德国、日本、英国等等，W.Shan利用软件通过计算剪叉臂进行优化，采用刚度矩阵进行计算截面尺寸，要进行优化。它的市场非常大，剪叉式液压的研究才开始。它应用在流水线上的研究较多。在这方面它有更高的商业价值。剪叉式液压又是这些研究者首选的结构。 1.4 课题来源及研究内容 1.4.1课题来源 随着升降机的需求增加，所需功能增加，剪叉式液压式升降机的理论设计还不成熟，国内的产品又没有形成一个品牌效应。根据现在国家的号召各行各业开始走信息化、网络化，绿色环保化的道路，各行业开始提升自己的设计、生产能力，对各方面都有更高的要求。升降机作为一种常见的高空运输的装备，必须有更高的要求。目前剪叉式液压升降机的功能还不能满足市场上的要求，适用范围小，现需要开发出更高品质的、更有保障、更加经济、更加安全的升降机。为使它的适用范围广，功能全，能满足市场上的需求。对其研究就迫在眉睫。此课题就这样由此产生了。 1.4.2课题研究内容 （1）剪叉式升降平台组成、原理、特点及应用； （2）剪叉式升降平台结构设计方案； （3）液压系统设计计算 （4）关键部件设计计算及强度校核 （5）结构设计的优化 47 Rec 第2章 升降机的结构方案设计 2.1剪叉式液压升降机的概述及组成 2.1.1.剪叉式液压升降机的概述 剪叉式液压升降机可分为固定式、移动式。而移动式又可分为牵引式、人工自行走牵引式、全自动牵引式。剪叉固定式一般用在专用的场合下，一般与墙体围墙一起安装在一个地方，它是长时间固定在一处，使用寿命比较长，升降平台升起后有较高的稳定性，作业面积大，承载能力高，适合多个人同时作业，常用在机场候车楼、舞台、码头、厂矿和仓库车间。而牵引式底座底座安装有柴油机或驱动装置和车轮，它可以随处移动，一般用在消防和建筑工地比较多。人工自行走式它可以移动但它到达目的地时它的四个脚开始张开，它就变成固定式，它运行最稳定，平台地基基础好稳固，承载能力高，但它需要人来控制它，比较吃力。全自动牵引式相对牵引式多加了一些装置，它很快速、方便移动，操作也比较容易，例如登高救护车、地矿登高车经常采用这种结构。剪叉式液压升降机与其它的升降机相比，他的高空作业运行速度最快，效率高，承载能力强，安全系数高。剪叉式举升机由高强度锰钢矩形管制作而成，内设有防超载安全装置、安全保护阀和在停电情况下的应急下降装置。它的剪叉式结构，可以让它自由的收缩，它所占用的空间比较少。它适用于各个行业的高空作业。它们的结构相对其它升降机来说比较简单，所占空间比较少，在停电或无电源场所下，通过加装手动装置也能使升降机正常工作。它是目前应用最广，是最理想的高空作业设备。 2.1.2.剪叉式液压升降机的组成 剪切式液压升降机主要是由轻型钢结构所围成剪切式四杆机构并用液压驱