機(jī)械設(shè)計(jì)大賽說明書

1、便攜式萬向千斤移設(shè)計(jì)說明書第四屆全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽決賽參賽作品 便攜式萬向千斤移設(shè)計(jì)說明書目錄 作品內(nèi)容簡介.31 研制背景及意義.32 設(shè)計(jì)方案.4 2.1 總體結(jié)構(gòu).4 2.2 “零抬起”機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).5 2.3 動(dòng)態(tài)水平支撐機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).5 2.4 可控雙向棘輪設(shè)計(jì).63 理論設(shè)計(jì)計(jì)算.6 3.1 軸的校核.6 3.2 撬頭的校核 .7 3.3 三角板連接銷校核:.84 工作原理及性能分析.8 4.1 “零抬起”工作原理.8 4.2 提升工作原理.9 4.3 動(dòng)態(tài)水平支撐工作原理.10 4.4 移動(dòng)重物工作原理可控雙向棘輪.10 4.5 性能分析.115 創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用.116 作品實(shí)

2、物照片.11 參考文獻(xiàn).12便攜式萬向千斤移設(shè)計(jì)說明書作品內(nèi)容簡介通過長期的調(diào)研、計(jì)算與實(shí)踐，我們小組設(shè)計(jì)并制造了一臺(tái)用于地震、泥石流等災(zāi)難的救援排障工具，其名稱為便攜式萬向千斤移。本作品體積小，攜帶方便，功能全面，工作效率高，主要用于排除障礙，可以將障礙物從緊貼地面抬起，而在抬起到合適的高度時(shí)可將重物進(jìn)行移動(dòng)，并且可向前、向后移動(dòng)和順時(shí)針、逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，可以很好地達(dá)到其排除障礙的目的。本作品創(chuàng)新點(diǎn)多并突出，主要體現(xiàn)在其對(duì)障礙物的“零抬起”功能及移動(dòng)旋轉(zhuǎn)障礙物功能。其實(shí)現(xiàn)功能的主要機(jī)構(gòu)為：液壓式千斤頂、可控雙向棘輪機(jī)構(gòu)、前輪鎖緊機(jī)構(gòu)、四桿穩(wěn)定平面抬起機(jī)構(gòu)以及各鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。主要零件全為標(biāo)準(zhǔn)件和常

3、用件，即降低成本又便于維護(hù)和更換。該作品主要應(yīng)用協(xié)助災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)的救援破障工作，它的便攜性使它能在災(zāi)難發(fā)生時(shí)第一時(shí)間趕赴現(xiàn)場(chǎng)，其強(qiáng)大的救援排障功能若將來普遍使用可成為營救生命的第一先鋒器械。本作品已申請(qǐng)國家專利，專利申請(qǐng)?zhí)枮椋?01020520020.9聯(lián)系人：孫學(xué)雁 聯(lián)系電話Email:sxy195510041 研制背景及意義近年來，地震、泥石流等自然災(zāi)害頻頻發(fā)生，不但造成大量的人員傷亡與房屋坍塌，同時(shí)還造成公路橋梁損壞或被障礙物阻塞，使大型的排障救援車輛和工具無法第一時(shí)間趕赴災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)，人們只能通過簡單的棍棒、鐵具甚至徒手來進(jìn)行救援與破障，其效率和安全性可想而知。據(jù)調(diào)研

4、相關(guān)資料后得知，震后20分鐘獲救的救活率達(dá)98%以上，震后一小時(shí)獲救的救活率下降到63%，震后2小時(shí)還無法獲救的人員中，窒息死亡人數(shù)占死亡人數(shù)的58%。他們不是在地震中因建筑物垮塌砸死，而是窒息死亡，如能及時(shí)救助，是完全可以獲得生命的。而唐山大地震中就有幾十萬人被埋壓在廢墟中。因此，目前我們極需一種小型便攜、能在災(zāi)難發(fā)生時(shí)第一時(shí)間出現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)的排障工具，并且需要這種工具能夠使用方便、功能全面，能夠應(yīng)用于緊急情況，提高救援效率。所以，本小組研發(fā)并制造出了“便攜式萬向千斤移”。2 設(shè)計(jì)方案 本小組經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外現(xiàn)有的普通千斤頂須在重物與地面之間存在一定距離時(shí)使用，它的局限性令其不能很好的應(yīng)用于

5、災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)。于是，為了解決現(xiàn)有普通千斤頂使用局限性的缺點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了“零抬起”機(jī)構(gòu)。并且，我們巧妙的利用了可控雙向棘輪的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了平移和旋轉(zhuǎn)重物的機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)使本作品在處理災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)的障礙物時(shí)能發(fā)揮更大的作用。除此以外，考慮到千斤頂提升重物時(shí)的平穩(wěn)性，我們?cè)O(shè)計(jì)了四桿水平提升機(jī)構(gòu)，從而使本作品能更好的處理重物的重心。2.1 總體結(jié)構(gòu) 總體由抬起機(jī)構(gòu)、提升機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)四部分組成。圖1為本作品整體結(jié)構(gòu)圖。圖1 整體結(jié)構(gòu)圖2.2 “零抬起”機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)該機(jī)構(gòu)功能的主要零件為：撬頭、曲形提扣、提升架、液壓缸和操作桿，如圖2所示。當(dāng)操作桿往復(fù)按壓液壓缸時(shí)，提升架上升，曲形提扣拉動(dòng)撬頭像上翹起

6、。圖2 抬起機(jī)構(gòu)簡圖2.3 動(dòng)態(tài)水平支撐機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)該機(jī)構(gòu)功能的主要零件有：提升輪、平衡輪、提升架、三角板和長條桿，如圖3所示。其中三角板、長條桿、提升架和機(jī)架組成的四桿機(jī)構(gòu)可使提升輪和平衡輪保持水平上升。圖3 提升機(jī)構(gòu)簡圖2.4 可控雙向棘輪設(shè)計(jì) 該設(shè)計(jì)由兩個(gè)可控制的雙向棘輪制作而成，其完成效果見圖4，通過分別控制兩棘輪方向可實(shí)現(xiàn)兩提升輪的轉(zhuǎn)向，固圖中藍(lán)色開關(guān)即為該裝置的轉(zhuǎn)向控制開關(guān)。圖4 可控雙向棘輪零件效果圖3 理論設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 軸的校核C軸(零起傳動(dòng)機(jī)構(gòu)軸)的直徑為，長度為，材料為45鋼。其承受重物重量為。做出梁的計(jì)算圖:圖5 梁計(jì)算圖 做出剪力圖和彎矩圖：圖6 剪力圖 圖7 彎

7、矩圖 得: N·mm 已知 因此 接近，所以該軸滿足強(qiáng)度條件。3.2 撬頭的校核 該機(jī)構(gòu)材料為Q345B鋼， MPa 鋼體的安全系數(shù)為St = 2.5 所以該撬頭能滿足使用要求。3.3 三角板連接銷校核:此銷軸材料為鋼，截面直徑 由動(dòng)態(tài)水平支撐機(jī)構(gòu)可知: 得: 根據(jù)切應(yīng)力計(jì)算公式得： 此銷軸合格。4 工作原理及性能分析4.1 “零抬起”工作原理將撬頭放入重物與地面之間的縫隙，如圖8所示。當(dāng)按動(dòng)操作桿令液壓缸工作推動(dòng)提升架上升時(shí)，撬頭受提升架的拉動(dòng)而往上頂起如圖9所示。此時(shí)重物一端被翹起并隨撬頭像前運(yùn)動(dòng)直至接觸提升輪，此時(shí)須停止液壓缸的操作。圖8 “零抬起”工作原理示意圖a圖9 “零抬

8、起”工作原理示意圖b4.2 提升工作原理該機(jī)構(gòu)的主要作用在于可以將“零抬起”機(jī)構(gòu)所提起的重物承接托起，進(jìn)而進(jìn)行大幅度的提升工作。具體工作原理如圖10所示。當(dāng)往復(fù)按動(dòng)插于可控雙向棘輪套筒上的操作桿時(shí)，鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)提升輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，并由于提升輪與重物底面的高摩擦促使重物向上移動(dòng)，直至落于提升輪的上方。 圖10 提升工作原理示意圖 4.3 動(dòng)態(tài)水平支撐工作原理圖11 動(dòng)態(tài)水平支撐工作原理示意圖 如圖11所示，該機(jī)構(gòu)為由提升架（桿1）、三角板（桿2)、長條桿（桿3）和機(jī)架組成的四桿機(jī)構(gòu)。其中桿1和桿3長度相等，機(jī)架上兩支點(diǎn)AE距離與桿2短邊CD長度相等，ACDE構(gòu)成了一個(gè)平行四邊形。在提升架上升的過

9、程中，由于CD永遠(yuǎn)平行于AE，因此BC將永遠(yuǎn)保持水平。4.4 移動(dòng)重物工作原理可控雙向棘輪圖12 移動(dòng)重物工作原理示意圖如圖12所示，當(dāng)重物位于提升輪上方時(shí)，通過改變兩棘輪各自的轉(zhuǎn)向即可控制分別控制兩提升輪的轉(zhuǎn)向。當(dāng)兩輪轉(zhuǎn)向相同時(shí)，重物做前移或后移動(dòng)作；當(dāng)兩輪轉(zhuǎn)向不同時(shí)，重物做原地旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。4.5 性能分析 通過計(jì)算和校核撬頭及各軸的強(qiáng)度，并對(duì)實(shí)踐進(jìn)行分析，該裝置最大能承受重量能力超過1噸。而在處理重物的過程中，能平穩(wěn)地完成提升、移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。由于制作時(shí)考慮到排障負(fù)荷大強(qiáng)度高，所以該裝置大部分零件采用了現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)件和常用件，如有損壞可方便更換。5 創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用三核心機(jī)構(gòu)成為了本作品最主要的創(chuàng)

10、新點(diǎn)。1）“零抬起”傳遞機(jī)構(gòu)：置于機(jī)構(gòu)前方的撬頭可以將緊貼地面的物體撬起，并將重物一端放到提升移動(dòng)輪上，從而進(jìn)行下一步提升工作。2）動(dòng)態(tài)水平支撐機(jī)構(gòu)：該機(jī)構(gòu)通過四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，可將重物水平放置并使其平穩(wěn)上升。3）可控雙向棘輪機(jī)構(gòu)：可控制兩側(cè)提升移動(dòng)輪的旋轉(zhuǎn)方向，從而達(dá)到可令重物前移、后移和旋轉(zhuǎn)的功能。其余，我們還采用了許多巧妙地細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。 應(yīng)用撬頭，實(shí)現(xiàn)自鎖的特性，使撬頭協(xié)助油壓缸承載重物的壓力。 裝置前輪加裝制動(dòng)螺栓，令裝置更平穩(wěn)提升重物而不前后滑動(dòng)。 兩個(gè)剎車制動(dòng)螺栓和一個(gè)油壓缸控制螺栓的松緊度可用一個(gè)操作桿來控制，使用起來更加方便，更加人性化。 裝置兩側(cè)分別是操作桿的夾套和把手，使用完便可將操作桿夾于夾套上，而把手則使整臺(tái)裝置可單手提起，便于攜帶。 本作品屬救援破障工具。目前使用在突發(fā)災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)的工作少之又少，本作品的出現(xiàn)彌補(bǔ)了該領(lǐng)域的空白，它的便攜特點(diǎn)與設(shè)計(jì)巧妙的機(jī)構(gòu)在將來必獲得廣泛的應(yīng)用。6 作品實(shí)物照片參考文獻(xiàn)1 蔡春源 主編 簡明機(jī)械零件手冊(cè) 冶金工業(yè)出版社1996.32 東北工學(xué)院機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組編寫.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)M.