液压升降机设计

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 -8-

液压升降台设计

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： q= F l

单位 N

F 钢板和额定载荷重力之和。 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 F=(m1 + m2 ) g + G额载 带入数据得： F=29604N 沿长度方向有： q = 带入数据有： q = F l

29604 = 1850 N 4× 4

，故强度校核只需要分析该状态时的受力情况即可，校核

分析升降机的运动过程，可以发现在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 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：

∑Y = 0 将F = 即

8N ? F = 0 29604 2

N 带入上式中： N = 1850 N

根据受力图，其弯矩图如下所示： -9-

液压升降台设计 AB 段： M ( x) = Nx ? q x 2 2

=1850-925 x BC 段： （ 0 ≤ x ≤ 1.7 m ） M ( x) = Nx + N ( x ? 1.7) ? =3700x-3145-925 x 2

q 2 x 2

（ 1.7 ≤ x ≤ 2.3m ） CD 段与AB段对称。

由弯矩图可知该过程中的最大弯矩为 根据弯曲强度理论： ： σ max = 1850Nm σ max ≤ [σ ] σ max =

M max σ ≤ [σ ] = s 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 m3

沿长度方向为16号热轧槽钢 σS

n 代入数据：

W = 117 × 10?6 m3 钢的屈服极限 σ s = 255MPa n=3

安全系数 σ max =

σ 1850 = 15.8MPa < s ?6 117 ×10 n - 10 - = 85MPa

液压升降台设计

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： N = 1850 N 弯矩如下： FA段： M ( x) = q 2 x 2

( 0 ≤ x ≤ 1.7 m ) =925 x 2

AB段： M ( x ) = N ( x ? 0.9) ? q 2 x 2 2

( 0.9 ≤ x ≤ 1.7 m )

= 1850 x ? 1665 ? 925 x BC段： M ( x) = N ( x ? 0.9) + N ( x ? 1.7) ? = 3700 x ? 4810 ? 925 x 2

q 2 x 2

( 1.7 ≤ x ≤ 2.3m )

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 根据弯曲强度理论： ： σ max = 1193.5Nm σ max =

M max σ ≤ [σ ] = s W n 3

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 钢的屈服极限 单位 m 沿长度方向为16号热轧槽钢 W = 117 × 10?6 m3 σS

σ s = 255MPa - 11 -

液压升降台设计 n 代入数据： 安全系数

n=3 σ max =

σ 1193.25 = 10.2 MPa < s ?6 117 ×10 n = 85MPa

由计算可知，沿平台长度方向上 4 根 16 号热轧槽钢完全可以保证升降台的强度要 求。 同样分析沿宽度方向的强度要求： 均布载荷强度为： F l q= F l

2x6=12m

钢板及16号槽钢与载荷重力 载荷作用长度

带入相关数据， q = 2307 N / m 受力图和弯矩图如下所示： M ( x) = Nx ? q x 2 2

（ 0 ≤ x ≤ 2m ） = 1850 ? 1153.5x

由弯矩图知： M max = 696.5 Nm 最大弯曲应力为： σ max = M max = 17.6 MPa ≤ [σ ] W 故宽度方向也满足强度要求。 3.2.2.3支 架 的 结 构

支架由 8 根形状基本相同的截面为矩形的钢柱组成，在支架的顶端和末端分别加工 出圆柱状的短轴，以便支架的安装。支架在升降机结构中的主要功能为载荷支撑和运动 转化，将液压缸的伸缩运动，通过与其铰合的支点转化为平台的升降运动，支架的结构 除应满足安装要求外，还应保证有足够的刚度和强度，一时期在升降运动中能够平稳安 全运行。 - 12 -

液压升降台设计

每根支架的上顶端承受的作用力设为N.则有等式： 8 N = (m1 + m2 + m3 ) g + G额载 求得： N=3848N 分析支架的运动形式和受力情况，发现支架在运动过程中受力情况比较复杂，它与 另一支架铰合点给予底座的固定点的受里均为大小和方向为未知的矢量，故该问题为超 静定理论问题，已经超出本文的讨论范围，本着定性分析和提高效率的原则，再次宜简 化处理，简化的原则时去次留主，即将主要的力和重要的力在计算中保留，而将对梁的 变形没有很大影响的力忽略不计，再不改变其原有性质的情况下可以这样处理。根据甘 原则，再次对制假所收的力进行分析，可以看出与液压缸顶杆联结点的力为之家所受到 的最主要的力，它不仅受液压缸的推力，而且还将受到上顶班所传递的作用力，因此， 与液压缸顶杆相连接的支架所厚道的上顶板的力为它所受到的最主要的力，在此，将其 他的力忽略，只计算上顶板承受的由载荷和自重所传递的载荷力。 计算简图如下所示： 图3.11

N ′ 所产生的弯矩为： M ′ = N ′L N′ 每个支架的支点对上顶板的作用力 L 液压缸与支架铰合点距支点之间的距离 代入数据： M = 3848 × 0.53 = 2039 Nm 单位 N 单位 m

假定改支架为截面为长为a,宽为 b 的长方形，则其强度应满足的要求是： σ max ≤ [σ ]

σ max = σ M ≤ [σ ] = s W n

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液压升降台设计 式中： M W

支架上所受到的弯矩 单位Nm

a 2b 3 截面分别为 a,b 的长方形抗弯截面系数 W = m 6 [σ ] = σs σs n

n = 1.5

所选材料为碳素结构钢 2 Q 235

σ S = 235MPa

将数据代入有： a b ≥ 求得： 9 × 2035 235 2 3

a 2b ≥ 78cm3 a 2b = 87.5cm3 ≥ 78cm3 4 3

上式表明：只要截面为 a,b 的长方形满足条件 a b ≥ 78cm ，则可以满足强度要 求，取 a = 5cm, b = 3.5cm ，则其 符合强度要求。 这些钢柱的质量为： m4 = 8abh ρ = 8 × 3.5 × 5 × 10 × 7.9 × 10 × 1.7 = 188 Kg 支架的结构还应该考虑装配要求，液压缸活塞杆顶端与支架采用耳轴结构连接，因 此应在两支架之间加装支板，以满足动力传递要求。 3.2.2.4

升 降 机 底 座 的 设 计 和 校 核

升降机底座在整个机构中支撑着平台的全部重量，并将其传递到地基上，他的设计 重点是满足强度要求即可，保证在升降机升降过程中不会被压溃即可，不会发生过大大 变形，其具体参数见装配图。

4. 升 降 机 系 统 的 设 计 要 求

液压系统的设计在本升降台的设计中主要是液压传动系统的设计，它与主机的设计 是紧密相关的，往往要同时进行，所设计的液压系统应符合主机的拖动、循环要求。还 应满足组成结构简单，工作安全可靠，操纵维护方便，经济性好等条件。 本升降台对液压系统的设计要求可以总结如下： 升降台的升降运动采用液压传动，可选用远程或无线控制，升降机的升降运动由液 压缸的伸缩运动经转化而成为平台的起降，其工作负载变化范围为 0~~~2500Kg ，负载平 稳，工作过程中无冲击载荷作用，运行速度较低，液压执行元件有四组液压缸实现同步 运动，要求其工作平稳，结构合理，安全性优良，使用于各种不同场合，工作精度要求 一般.

5. 执 行 元 件 速 度 和 载 荷 - 14 -

液压升降台设计

5.1 执 行 元 件 类 型 、 数 量 和 安 装 位 置 类型选择： 表5.1 执行元件类型的选择 往复直线运动 运动形式 短行程 长行程 柱塞