摩托车专用升降平台设计.docx

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1、1绪论1.1升降台的发展现状升降台是一种当前应用广泛，发展良好的将人或货物升降到某一高度的设备。我 国目前正处于建设的发展阶段，升降台的研制，开发虽然在一定的程度上得到发展成 熟，但是有些地方还需要完善和改进，还需要进一步的研究。升降台种类丰富，类型 繁多，总的来讲，按照升降结构的不同，可分为剪叉式升降台、升缩式升降台、套筒 式升降台、升缩臂式升降台及折臂式升降台等。按移动的方法不同分：固定式升降台、 拖拉式升降台、车载式升降台、可驾驶式升降台等。根据液压升降台的工作原理可分 为：剪式举升台（非叉式）、移动式液压举升台、剪叉式固定液压升降台以及直桶式 液压升降台等。剪叉式升降台又可以分为电动剪

2、叉式和液压剪叉式。根据其传动系统 的不同又可分为：液压传动、链条传动、蜗轮蜗杆传动、齿轮齿条驱动、大螺旋驱动 等。车载式升降台是为了提高升降台的机动性，将升降台固定在电瓶搬运车或货车上， 它接取汽车引擎动力，实现车载式升降台的升降功能，以适应厂区内外的高空作业。 车载式升降台适用范围广泛应用宾馆，大厦，机场，车站，车间，仓库等场所的高空 作业等，也可作为临时性的高空照明，广告宣传等。液压传动是机械设备中发展最快的技术之一，特别是近年来随着机电一体化技术 的发展，与微电子、计算机技术相结合，液压与气压传动进入了一个新的发展阶段。 现今，采用液压传动的程度也成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。

3、如发达国 家的生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传 动。目前使用比较成熟，效果较好的液压缸斜置驱动的剪叉式升降台，具有机构紧凑、 运行平稳、噪声小、频响快、传递功率大、易于操作等优点。但在实际使用中也存在 一些不足，比如负载不能太大、起重动力矩与负载的比偏大，起始高度较高，有时 液压升降平台还会因为长时间的负载而引起漏油，有些升降台体积较大，占用空间等。 1.2升降台的发展前景升降台是现代机械行业不可缺少的基本设备，为了满足不同的升降高度，升降台 分为单级，双级以及多级；为了满足不同的功能要求，台面有滚道式，旋转式和翻转 式等。随着科技的发展，为了更好

4、的控制升降台的升降速度，引入计算机控制系统代 替开关液压阀的形式控制液压系统，运用计算机的智能处理能力，根据需要同时控制 升降台的位置和速度，既能保证速度均匀稳定，又能更准确的定位。液压升降台正朝 着人体化，智能化、集成型和环保节能的方向发展，逐渐运用在各个领域。1.3摩托车升降台的设计特点随着摩托车使用量的迅速增加，社会对摩托车维修工具和设备的工作效率也越来 越高。由此原因，设计一种维修设备，它可根据摩托车维修部位的不同而随时调整摩 托车的高度位置，方便维修，减轻维修人员的劳动负荷从而提高工作效率，就成为必 然需要。具有结构紧凑，占地面积小，安装和拆卸操作方便，故障率低，常见故障易 处理，维

5、护方便等优点的摩托车升降平台，就可以满足摩托车维修对提高工作效率的 要求。总体来说，摩托车升降台的设计特点就是安全、可靠、经济、方便。1.4摩托车升降台的安全要求由于摩托车升降台容易产生的危险如下：a）机械危险；b）电气危险；c）在设计时由于忽略了人类工效学产生的危险；d）由于能源失效、机械零件损坏或其他功能故障产生的危险；e）由于安全措施错误或不正确的定位产生的危险。因此，在设计和制造摩托车升降台及其他方面应满足一定的安全要求。1.4.1设计的安全要求设计时，金属结构的布置应便于检查、维修，且金属结构应达到国家标准要求的 安全系数。在确定安全系数时，设计应力必须是当升降台置放在水平面上，工作

6、台均匀承受 最大载重量，按使用说明书使用时构件中产生的最大应力。安全系数n按式（1.1）计（1.1）8n =(8 +8 )ff121 2式中：8 塑性材料的屈服极限脆性材料的强度极限（Pa）；81 结构自重引起的应力（Pa）；82 承受最大载重量时结构构件内增加的应力（Pa）；f应力集中系数；1f2动载荷系数。注：f和f的值可以在样机上通过试验分析得出。如果不采用试验结构f和f的值1212分别不得小于1.10和1.25。a）升降台承载构件（不包括脆性材料）按式（1.1）求得的安全系数n不得小于2； b）脆性材料（如铸铁等）制成的升降台承载构件其材料按式（1.1）求得的安全系数n不 得小于5；1

7、.4.2其他安全要求1.摩托车升降台的稳定性升降台的稳定系数为:(1.2)式中：M 1总抗倾覆力矩；M总倾覆力矩，M2 1.4。升降台的工作台若伸出，必须使工作台伸至极限位置，在伸出部分均布130%该 部承受的最大载重量，在最大起升高度处应稳定。在承受偏载荷时，升降台置于水平面上，支腿伸出且使底盘保持水平，将最大 载重量以集中载荷放置在距工作台周边为工作台的长或宽的1/3处的任一位置，在 最大起升高度处应稳定。升降台在升降过程中自然偏摆量不得大于0.5%的最大起升高度。升降台要设有防止支腿回缩装置，在工作台承受最大载重量停留15min时，支 腿的回缩量不得大于3mm。2.工作台升降安全保护装置

8、a）在动力、油路等出现故障时，要有能防止工作台失控下降的安全装置（允 许有控下降）；3若工作台能水平延伸超过升降台底架且在工作台下方有障碍物，则在油路 等出现故障时，要有防止工作台下降的装置；c）X作台上升至最大起升高度时（升降机构中采用一活塞式油缸的升降台除 外），上升极限位置限制器必须自动切断工作台上升动力源。2摩托车升降台的总体设计2.1设计参数及要求基本参数：额定载荷为500kg，自重 200kg，升降台的最大高度为700-850mm, 升降台最小高度为300mm左右，平台尺寸为2200mmx 700mm。要求升降台通过脚踏式液压泵提起货物，且后轮固定，设置过载安全阀，确保操 作者安全

9、，刹车可靠，可在升程内任意位置停止升降。2.2摩托车升降台机构设计时应注意的问题摩托车升降台机构设计时应注意以下几个的问题：a）摩托车的质心最好接近升降台的支撑中心；b）当有适当偏载时，机构运动仍能运行顺畅；c）升降台的安装平面平行于固定点在轨迹圆上上下极限位置所确定的弦；d）运动干涉检查（可用ug运动分析模块）；e）验证机构内部是否利于液压系统的安装。2.3摩托车升降台的两种机构形式图2-1机构一图2-2机构二摩托车升降台的两种机构形式如图2-1和图2-2所示，它们只是两侧相同机构的 一侧。由以上两图可看出，机构一（图2-1）是全部为固定铰支座的两平行杆同步运 动的结构，机构二（图2-2）是

10、两固定铰支座和两个滑动铰支座的剪叉式结构。这两 种机构都可以实现上板台面升降的运动，但相比较之下，机构一有三点不足：a）机构一在升降过程中上板不仅有竖直方向的位移变化，而且还有水平方向的 位移变化，而机构二的上板在升降过程中只有竖直方向的位移变化。这样， 在总体尺寸一样的情况下，机构二升降时所需的空间较小。b）机构一在升降的过程中，摩托车的质心相对升降台的支撑中心的变化很大， 这样就要求更大的动力，即要求推力更大的液压缸。结果会增加安装尺寸和 生产成本。c）机构一的稳定性没有机构二的对角双三角的结构稳定性好。综上所述，机构二较机构一更合理。所以，在结构上选择机构二。2.4摩托车升降台机构中三种

11、液压缸布置方式的分析比较2.4.1问题的提出液压缸的布置方式主要包括液压缸对机构的作用力（动力）点位置及液压缸的起 始安装角度等。在机构确定的情况下，动力的作用点是关系所需动力大小的关键。而摩托车升降 台的动力由液压缸提供，因此，作用点的位置直接关系液压缸的选择。此外，液压缸 的安装起始角度也对所需动力大小有较大影响。总之，液压缸的布置方式是设计的一个重要环节，是设计成功与否的关键之一。 那么液压缸究竟选择怎样的布置方式？2.4.2三种方案的分析和比较以下是液压缸的三种布置方式，如图2-3，图2-4，图2-5所示，基于剪叉式机 构的优点，它们都是采用剪叉式机构，可以看做三种方案：方案一（图2-

12、3）：液压缸的一端在底座的固定铰支座上，另一端支撑在支架1 上靠近滚动铰支座的位置。当两支架几乎处于水平位置时，液压缸与底座的夹角a很1小，这时要把台面升起就需要液压缸提供很大的推力，甚至不能把台面升起。此外， 液压缸的布置需要在底座长度比支架还更长的基础上额外地加长底座，这样就需要跟 多的底座材料。方案二（图2-4）:液压缸的一端在底座的固定铰支座上，另一端支撑在支架1 与支架2的铰支轴上。当两支架几乎处于水平位置时，液压缸与底座的夹角a 2也很 小，这时要把台面升起也需要液压缸提供很大的推力。虽然液压缸推动支架的力臂会 随着台面的升起而迅速增大，从而使所需的液压缸的推力迅速减小。然而，同时

13、也使 液压缸的行程增加迅速增加，最终就需要大行程的液压缸，而液压缸的布置需要更大 的长度空间，可能在液压缸完全收缩时支架仍不能完全收回，造成台面的高度过高。方案三（图2-5）：液压缸的一端在底座的固定铰支座上，另一端支撑在与支架2 成一定角度且同固定铰支座的杆上。这样，当两支架处于水平位置时，液压缸与底座 仍有一定夹角气，且气a2 a 1，这时要把台面升起所需要液压缸提供的推力就会比 前两种布置的推力小很多。虽然液压缸推动支架的力臂随着台面的升起而增大幅度没 有方案二的快，即使所需的液压缸的推力减小更平缓。然而，同时液压缸的行程增加 也比较平缓，最终所需要的液压缸行程也不会很大，布置液压缸的空

14、间也是足够的。 因此，在稍微增加了液压缸推力的同时获得了更多的优点。图2-3方案一综上所述，方案三是摩托车专用升降台设计的最佳方案（如图2-5所示）。2.5总体方案确定及总体设计由2.4.2可知，摩托车专用升降台的最佳总体方案为：机构二形式和液压缸布置 三的方式相结合。总体结构示意图如图2-6所示图2-6总体机构示意图1-搭板2-固定脚轮3-底架梁4-液压缸5-油管6-液压泵7-转向刹车脚轮8-脚踏杆9-外剪叉臂10-内剪叉臂11-推车扶手柄12-摩托车前轮固定架13-上台板梁14-台面3摩托车专用升降台的受力分析计算3.1实例分析3.1.1摩托车专用升降台的结构简化升降台的简化结构如图3-1

15、所示G/2 f图3-1液压升降台的简化结构升降台b、d点为固定铰支座，a、c两点分别可沿升降台底架轨道及工作台下方 轨道水平移动，a、c两点采用同样的支撑结构时，其摩擦阻力系数皆为f。aed，ceb 杆件长度皆为乙，且设为无重杆件，e铰接点位于上述两杆件的中点。fg为液压缸推 力的作用线，其一端与底架铰接于f点，另一端与aed杆铰接于g点。aed，ceb与水 平面得夹角为a，fg线与水平面得夹角为P，且Zgde= Y o升降台面与所载工件重量 合为g，其作用线距b点为P，显然，现在升降台升降过程中P值不变。3.1.2升降台受力分析1. 以整体作为研究对象，如图3-2所示图3-2整体受力分析图将

16、G/2分解到a、b两端，则有Fay(3.1)(3.2)G P2 Lcosa 广 G L cos a-PF = 一 by 2L cos a=20-(3-3) GPfb广 Fa广 2LC0S7(3.4)F技 Fcy f(3.5)式中：fa点所受水平方向上的力；Faya点所受竖直方向上的力；Fbxb点所受水平方向上的力；Fbyb点所受竖直方向上的力；Fc点所受水平方向上的力；Fc C点所受竖直方向上的力。2. 分别以aed及ceb杆为研究对象，如图3-2和图3-3所示图3-2 aed杆受力分析图图3-3 ceb杆受力分析图 列平衡方程式，有当d点力矩平衡即跚广。时则TTL .sin B l cos(

17、a+y) + cos B l sin(a+y) + F 一 sin a2121ex 2+ F 匕 cos a - F L sin a - F L cos a= 0ey 2axay(3.6)当b点力矩平衡，即S M广0时，则yF 土 sin a - F 土 cos a + F L sin a ex 2ey 2ex+ F L cos a = 0又aed及ceb杆的水平与竖直方向受力平衡，即有SX =0和Y = 0,当 X =0时，有(3.7)TF +一 cos p + F - F = 0dx 2ex ax(3.8)F - F - Fex= 0(3.9)当 Y = 0时，有 T八F + cos B+

18、 F - F = 0(3.10)Fyyf=整理解得：(3.11)GL cos2 a + 2GLf sin aT =l (f sin a + cos a) sin(a + p +y)(3.12)【静态时：T =GL cos a11 - sin(a + P +y)(3.13)Fcx=Fy - f = Gf P - L cos a2L( f sin a + cos a)(3.14)厂GP - GL cos aF =cy 2L( f sin a + cos a)(3.15)(3.16)(3.17)(3.18)F _ Gf Pf sin a + L cos2 a e2L cos a (f sin a +

19、 cos a)F g Pf sin a + 2P cos a - 2L cos2 a - Lf sin a cos aF _ F - F - T cos Pdx ax ex 2F _ F - F - sin pdy ay ey 2式中：t 一液压缸的推力；心d点所受水平方向上的力;Fdy d点所受竖直方向上的力;Fex e点所受水平方向上的力;Fey e点所受竖直方向上的力。3. 确定p角与a角的函数关系P角与a角的几何关系见图3-1tan p_血（5）l l cos（a +y）即 P _ arctan sin(a+)_(3.19)12 -l1cos(a+y)4. 受力分析结论（1）各铰点处的

20、受力（包括油缸推力）与载荷G成正比；（2）F、F、F、F、F、F”值随a值的增大而增大，在1值确定时，这些ax ay bx cx cy dx力又与P值成正比；而Fby、F值随a值的增大而减小，在1值确定时，它们随P值得减小而增大；(3) 在计算油缸推力r时，动态值比静态值增大了2巧加*- ；I f sin a + cos a )sin(a + p +y)(4) 油缸的推力T与/值成反比；(5) 力Fdx、尸打随T值的增大而增大。3.2实例计算y3.2.1剪叉臂长度及液压缸安装位置的确定1. 剪叉臂的长度确定升降台的运动原理如图3-4所示图3-4升降台的运动原理图为了使工作台面下降至最低位置时滚

21、轮不至于脱离滑道，剪叉臂的长度L应该比 底座的长度b小一些，一般可取L = (0.8 0.9)5(3.20)由设计参数可知：a = 2200mm，h 5000N。初选底座长度 b = 1500mm，系数为0.8，则根据式(3.20)可得剪叉臂的长度L = 1200mm。2. 液压缸安装位置的确定由图 3-4 可知h = L sin a(3.21)所以则。h = L sin amaxmaxhmin = L sin * minsin amax = 851 = 0.56667L 1500a任 34.5。而 a = 0初选y = 20。，= 300mm，匕=540mm, G = 5500N, P =

22、600mm，f = 0.01。而液压升降台的有效垂直升降高度Ah为Ah = h - h =乙(sin a sin a )(3.22)根据仞，液压缸上下交接点g、f的距离S(即液压缸的瞬时长度)为S = 12 +12-2ll cos(a+Y)(3.23)121 2可知，行程S是关于a的变量函数，代入数值则有如图3-5所示曲线S(mm)450400300250200图3-5 S-a关系曲线液压缸两交接点之间的最大距离和最小距离分别为S = ?2 +12 - 2l l cos(a +Y) max121 2maxS =、，l2 +12 - 2ll cos(a +Y) min1 21 2min设液压缸的

23、有效行程为AS，为了使液压缸两铰接点之间的距离为最小值时，柱塞不抵到液压缸缸底，并考虑液压缸结构尺寸、和K2 (如图3-6所示)，一般应取S . % + K2 +AS(3.24)同样，为了使液压缸两铰接点之间的距离为最大值时，柱塞不会脱离液压缸中的导向套，一般应取S 295mm又由式(3.23)，当a = a max时，即工作台升至最高点，液压缸的安装尺寸达到 最大，计算得S = 407.17mm 1130 J mm（6.2）v式中：Q 液体流量，（m3/s）；V 一流速（m/s），推荐流速：对于压油管v 36m/s （压力高、管道短 或油粘度小的情况取大值，反之取小值，局部或特殊情况可取v

24、1130 X63X10-6mm q 4mm 0.5参照参考文献5，压油管选择外径413mm的胶管。油管里所需的油量为V =吃-1 = lfi x 1000mm3 牝 0.0126L244所需油量为 V = V + V2 = 0.331L + 0.0126L = 0.3436L b，所以是安全的。7.3轴的强度校核e由图分析可知，剪叉臂受力最大的地方为g点和d点，所以只需校核该两处的销 轴即可。7.3.1内剪叉臂固定端销轴的强度校核因为销轴较短，所以只受切应力。依图7-2可知，剪叉臂固定端(即d点)销 轴所受的力为Fd1。当升降台面处于最低位置，即a= 6时，销轴受到的剪力最大，根 据式(7.7)得 F =14888.44N。d 1又销轴的直径为425，导油孔直径为巾4,则其横截面积为总 478.31 x 10-6m2A =兀(D 2一 d2)=脂(252 -42) x 106 m 244又销轴受力情况见图7-8,从图中可知销轴受剪力为双剪切，又参照参考文献7，1maxF=d1 =2 A14888.442 x 301.59 x10-6Pa 总 24.68MPa销轴的材料为35钢，经表面热处理，参照参考文献7，35钢的许用应力1 = 100MPa。取安全系数为 2，则有21 = 2x24.68MPa = 49.36MPa 1，所以满足 要求。7