液压升降机设计

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液压升降台设计 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 ）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 素带来的影响。

液压升降台设计

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 送，大型部件装配时的部件举升，大型机库上料、下料 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。 。仓储，装卸场所，与叉车等

3. 升 降 机 机 械 机 构 的 设 计 和 计 算 -2-

液压升降台设计 3.1

升降机机械结构形式和运动机理

，参考国内外同类产品的工艺参数可知， 根据升降机的平台尺寸 4000 × 2000mm 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 1 2 3 0 4 6 5 a 图3.1 b

图 3.1 所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 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。 -3-

液压升降台设计

设ab=x ( 0 < x < 1m ) ，则 4 支架的长度可以确定为 h = 2 ? 架和地板垂直时的高度应大于 1.5m

x , (h > 1.5m) 2 , 即支

, 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 M B1 B M1 O1 C1 C O2 A

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： 0 < t < 4? x 4

.

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 0 < x < 1 x , 取值偏小，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 O2C

=h/2=0.9m -4-

液压升降台设计

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：

1.82 + 0.9952 ? 1.52 cos α = 2 ×1.8 × 0.995 联合上述方程求得： t=0.355m l=0.545m (0.9 + t ) 2 + 0.9552 + (2l ) 2 = 2 × (0.9 + t ) × 2l

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 O2C

=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：

1.7 2 + 0.82 ? 1.52 cos α = 2 × 1.7 × 0.8 联合上述方程求得： t=0.32m l=0.53m (0.85 + t ) 2 + 0.82 ? (2l ) 2 = 2 × 0.8 × (0.85 + t )

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 -5-

液压升降台设计 O2C

=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： cos α =

1.62 + 0.557 2 ? 1.52 2 × 1.6 × 0.557 =

(0.8 + t )2 + 0.557 2 ? (2l ) 2 2 × (0.8 + t ) × 0.557

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0.516m 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 -6-

液压升降台设计 （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

M max ≤ [σ ] w 知，合理安排梁的受力情况，可以降低 M max 值，从而改善提高其承载能力。分析上述 σ max =

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 -7-

液压升降台设计

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。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 h × b × d × t × r × r1 = 160 × 65 × 8.5 × 10 ×10.0 × 5.0mm 论重量为 19.752kg / m ，抗弯截面系数为 117cm 3

, 截面面积为 25.162cm 2 ，理

。沿宽度方向的 6 根10号热轧槽钢的 , 截面面积为

结构参数为 h × b × d × t × r × r1 = 100 × 48 × 5.3 × 8.5 × 8.5 × 4.2mm

12.784cm 2 ，理论重量为 10.007 kg / m ，抗弯截面系数为 39.7cm3 。 其质量分别为： 4 根16号热轧槽钢的质量为： m1 = 4 × 4 × 19.752 = 316kg 6 根10号热轧槽钢的质量为： m2 = 6 × 2 × 10.007 = 120kg 菱形钢板质量为： m3 = 4 × 2 × 25.6 = 204.8kg 3.2.2.2