雙鉸接剪叉式液壓升降臺(tái)的設(shè)計(jì)

1、第一章 緒 論汽車(chē)舉升機(jī)是現(xiàn)代汽車(chē)維修作業(yè)中必不可少的設(shè)備，它的主要作用就是為發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、變速器等養(yǎng)護(hù)和維修提供方便。舉升機(jī)的從上世紀(jì)20年代開(kāi)始使用，發(fā)展至今經(jīng)歷了許多的變化改進(jìn)，種類(lèi)也比較多，一般有柱式、剪式，其驅(qū)動(dòng)方式有鏈條傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)，氣壓傳動(dòng)等。本章就從舉升機(jī)的產(chǎn)生、發(fā)展以及制造工藝等方面進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。1.1 舉升機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史汽車(chē)舉升機(jī)在世界上已經(jīng)有了70年歷史。1925年在美國(guó)生產(chǎn)的第一臺(tái)汽車(chē)舉升機(jī)，它是一種由氣動(dòng)控制的單柱舉升機(jī)，由于當(dāng)時(shí)采用的氣壓較低，因而缸體較大；同時(shí)采用皮革進(jìn)行密封，因而壓縮空氣驅(qū)動(dòng)時(shí)的彈跳嚴(yán)重且又不穩(wěn)定。直到10年以后，即1935年這種單柱舉升機(jī)才在

2、美國(guó)以外的其它地方開(kāi)始采用。1966年，一家德國(guó)公司生產(chǎn)出第一臺(tái)雙柱舉升機(jī)，這是舉升機(jī)設(shè)計(jì)上的又一突破性進(jìn)展，但是直到1977這種舉升機(jī)才在德國(guó)以外的其它國(guó)家出現(xiàn)?，F(xiàn)在雙柱舉升機(jī)在市場(chǎng)上以占據(jù)牢固的地位，其銷(xiāo)量還在持續(xù)增長(zhǎng)。它和四柱舉升機(jī)相比，既有優(yōu)點(diǎn)，也有缺點(diǎn)，以下將作一簡(jiǎn)要說(shuō)明。我們所見(jiàn)到的絕大多數(shù)舉升機(jī)均采用固定安裝方式。在舉升前汽車(chē)必須駛上舉升機(jī)。在移動(dòng)式舉升機(jī)方面也有幾項(xiàng)成功設(shè)計(jì)，如剪式舉升機(jī)、菱架式舉升機(jī)等。但這類(lèi)舉升機(jī)仍存在兩個(gè)主要問(wèn)題，接近汽車(chē)下部較難；在車(chē)間移動(dòng)舉升機(jī)時(shí)難逾越地面上的障礙物。當(dāng)然，可移動(dòng)性是這類(lèi)舉升機(jī)的突出優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在固定安裝的單柱、雙柱、四柱舉升機(jī)已在維修現(xiàn)場(chǎng)

3、廣泛采用，而移動(dòng)式舉升機(jī)卻相對(duì)要少得多。最初設(shè)計(jì)單柱舉升機(jī)外，車(chē)輛較大，其底盤(pán)也能明顯辨認(rèn)，因而汽車(chē)檢修區(qū)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于舉升器件。而今絕大多數(shù)汽車(chē)均為“緊湊型”或“半緊湊型”，導(dǎo)致汽車(chē)檢修區(qū)域接近主要舉升機(jī)器件而不便操作。但在南美洲卻屬例外，那里仍然采用較大的車(chē)輛，這可能是單柱舉升機(jī)在該地區(qū)的市場(chǎng)上仍然受到歡迎的重要原因。單柱舉升機(jī)有兩大優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)其下降后，不致成維修車(chē)間的障礙物；汽車(chē)可在舉升機(jī)上轉(zhuǎn)動(dòng)。但美國(guó)卻受到了責(zé)難，主要是舉升機(jī)的旋轉(zhuǎn)會(huì)帶來(lái)撞擊操作人員的危險(xiǎn)。單柱舉升機(jī)的主要缺點(diǎn)是：第一，它需要在車(chē)間的地面挖掘一個(gè)相當(dāng)大的坑穴后才能安裝；其次，它只能為使用提供車(chē)輪支撐方式；第三，使用時(shí)難于接近汽

4、車(chē)下部的一些重要檢修區(qū)域。舉升用的油缸潛藏在地下也給維修帶來(lái)兩大問(wèn)題：第一是檢修這些零部件頗為困難；其次是由于油缸所處的環(huán)境條件差，容易生銹，特別是地下水位較高時(shí)更是如此。雙柱舉升機(jī)（包括液壓式或機(jī)械式），均具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，檢修汽車(chē)下部具有很高的可接近性（幾乎達(dá)到100%）；其次，采用車(chē)輪自由型的方式支撐汽車(chē)，因而拆卸車(chē)輪時(shí)不需要其它輔助性的舉升措施；第三，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面小。雙柱舉升機(jī)的缺點(diǎn)是：第一為確保安全，安置舉升機(jī)時(shí)要求非常嚴(yán)格，否則在舉升過(guò)程中容易搖晃或顛覆；第二，由于舉升機(jī)常采用車(chē)輪自由型的方式支撐汽車(chē)，如需采取車(chē)輪支撐型的方式維修汽車(chē)則甚感不便，如檢查懸掛系統(tǒng)、檢查轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)間

5、隙或進(jìn)行車(chē)輪定位檢驗(yàn)等；第三，由于舉升臂和立柱承受懸臂或載荷所產(chǎn)生的巨大應(yīng)力，其承力件易于磨損，因而雙柱舉升機(jī)的安全工作壽命一般要比四柱舉升機(jī)低。四柱舉升機(jī)有四根立柱、兩根橫梁、用于支撐汽車(chē)的兩個(gè)臺(tái)板。舉升前，汽車(chē)很容易正確無(wú)誤地駛上四柱舉升機(jī)的臺(tái)板。由于臺(tái)板內(nèi)側(cè)設(shè)備有凸緣，當(dāng)汽車(chē)駛上臺(tái)板時(shí)也不致墜入其間的空隙中。車(chē)輪支撐型四柱舉升機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：第一，舉升機(jī)裝載汽車(chē)時(shí)勿需較高的技術(shù)，操作也很簡(jiǎn)便；第二，承載時(shí)非常穩(wěn)定；第三，支撐載荷受力簡(jiǎn)單，應(yīng)力較低，從而延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命；第四，由于具有較高的使用價(jià)值，從經(jīng)濟(jì)上來(lái)看也是合算的；第五，易于維修；第六，在車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝也較方便，只要地面平坦，其

6、混凝土厚度能夠固牢立柱的地腳螺栓即可。四柱舉升機(jī)的缺點(diǎn)是：和雙柱舉升機(jī)相比，戰(zhàn)地面積教大，對(duì)汽車(chē)檢修區(qū)域可接近性較差。解放后，特別是改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的汽車(chē)維修行業(yè)有了很大的發(fā)展，為之服務(wù)的汽車(chē)維修設(shè)備行業(yè)已成為我國(guó)的新興行業(yè)不斷發(fā)展壯大。各種舉升機(jī)設(shè)備如雨后春筍，不斷涌現(xiàn)，質(zhì)量不斷提高，銷(xiāo)量逐年增加。有人說(shuō)，對(duì)于汽車(chē)維修企業(yè)來(lái)說(shuō)，汽車(chē)舉升機(jī)可能是除廠房而外的最重要的投資，因?yàn)樗哂兄陵P(guān)重要和不可替代的作用，甚至直接影響到汽車(chē)維修業(yè)務(wù)的興衰。汽車(chē)舉升機(jī)是汽車(chē)維修設(shè)備行業(yè)的支柱設(shè)備之一，讓我們生產(chǎn)出更多、更好、更受用戶(hù)歡迎的汽車(chē)舉升機(jī)，為汽車(chē)維修企業(yè)服務(wù)。1.2 汽車(chē)舉升機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)（1）舉升機(jī)

7、臺(tái)板降到下位時(shí)，與地面應(yīng)盡可能在同一平面上，為達(dá)到此目的，雖然可在地面上挖掘凹坑，但需增加投資費(fèi)用，也破壞了車(chē)間地面的平整性。為此，在保證強(qiáng)度和剛度的前提下，應(yīng)盡可能降低舉升機(jī)臺(tái)板和橫梁的高度；這樣，既便于汽車(chē)駛上舉升機(jī)，又使駛上臺(tái)板的斜面長(zhǎng)度盡可能短，節(jié)約車(chē)間的占地。在條件許可時(shí)，舉升機(jī)臺(tái)板（或橫梁）應(yīng)選擇專(zhuān)用型鋼或用鋼板拆彎成形。（2）正確選擇傳動(dòng)方式。采用機(jī)械傳動(dòng)（螺母、螺桿）或液壓傳動(dòng)（油缸），均用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。機(jī)械傳動(dòng)的成本較高，耗能較多，但安全性較好。經(jīng)驗(yàn)證明：機(jī)械傳動(dòng)的能耗為液壓傳動(dòng)所需能耗的兩倍（在舉升載荷、舉升時(shí)間均相同的條件下）。機(jī)械式舉升機(jī)的螺母、螺栓磨損較快，而液壓式舉升

8、機(jī)的維修量卻相對(duì)要小些。雖然液壓式舉升機(jī)的技術(shù)難度較大，但多數(shù)零部件（液壓泵、液壓缸、閥門(mén)、密封元件等）均可外購(gòu)或外協(xié)，當(dāng)然一定要選用優(yōu)資產(chǎn)品。（3）絲繩的選擇。為了減少滑輪直徑從而縮小寄生機(jī)立柱的斷面尺寸，應(yīng)該選用高柔度的鋼絲繩。鋼絲繩應(yīng)有較高的安全系數(shù)，一般應(yīng)達(dá)8。為此，應(yīng)增加鋼絲繩鋼絲的數(shù)目。如英國(guó)某公司3t系列的舉升機(jī)所采用的鋼絲繩的直徑為9mm，兩根并列，每根37股，每股6根鋼絲?；喭ǔＳ娩摬闹瞥?，而該公司采用玻璃纖維與尼龍混合制成（50%的玻璃纖維、50%的尼龍）。這樣，不僅價(jià)格便宜，還能減輕鋼絲繩的磨損，延長(zhǎng)其使用壽命。1.3 汽車(chē)舉升機(jī)的安全保證措施 今天全世界都對(duì)在危險(xiǎn)作業(yè)

9、環(huán)境下工作的人們的安全寄予極大的關(guān)注。汽車(chē)舉升機(jī)具有潛在的危險(xiǎn)，因?yàn)槿藗円谄湎旅婀ぷ?；?dāng)其升降時(shí)如不小心，也會(huì)碰傷手足。近年來(lái)不少?lài)?guó)家還制定了專(zhuān)門(mén)性法規(guī)，以防止或至少使安全事故的可能性降低到最低限度。汽車(chē)舉升機(jī)的安全保證措施主要從兩方面著手：一方面從設(shè)計(jì)制造方面采取措施，好提高汽車(chē)舉升機(jī)的安全技術(shù)特性；另一方面則應(yīng)在使用維修過(guò)程中遵循嚴(yán)格的操作規(guī)程，保證汽車(chē)舉升機(jī)能在良好的技術(shù)狀態(tài)下正確地運(yùn)行?，F(xiàn)分別說(shuō)明與后。1.3.1 設(shè)計(jì)制造方面的安全保證措施 當(dāng)今世界上的許多先進(jìn)技術(shù)，如自動(dòng)控制光電開(kāi)關(guān)等，已廣泛應(yīng)用到各種安全裝置的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，因而在設(shè)計(jì)制造舉升機(jī)時(shí)，應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品的特點(diǎn)，積極采用先進(jìn)可靠實(shí)

10、用的現(xiàn)代安全技術(shù)。以下僅列舉多數(shù)舉升機(jī)普遍采用的安全措施。（1）舉升機(jī)應(yīng)能經(jīng)受超負(fù)荷試驗(yàn)(包括舉升和支撐)，一般應(yīng)為最大舉升能力的125%此時(shí)舉升機(jī)的構(gòu)件不得有任何永久性的變形和損壞。（2）所有的操作控制機(jī)構(gòu)均采用“雙重保險(xiǎn)”，以防誤操作，即舉升機(jī)運(yùn)行前必需操作兩個(gè)控制機(jī)構(gòu)(或按鈕開(kāi)關(guān))后才能驅(qū)動(dòng)。（3）所有的控制電路均采用失效保護(hù)，即任何單個(gè)元件失效，也不會(huì)使舉升機(jī)墜或上升所造成非常危險(xiǎn)的局面。（4）所有的舉升機(jī)器件均應(yīng)有第二支撐系統(tǒng)。原有的提升系統(tǒng)失效時(shí)，它能自動(dòng)進(jìn)行有效的支撐。（5）所有的柔性提升手段，如鋼絲繩，鏈條等，均應(yīng)有足夠的安全系數(shù)，并在制造廠設(shè)置的保護(hù)罩內(nèi)傳動(dòng)。（6）所有的運(yùn)動(dòng)

11、零件均應(yīng)有防護(hù)裝置，以免撞擊操作人員的任何部位，特別是手，足，衣服等。（7）所有舉升機(jī)的設(shè)計(jì)均應(yīng)把舉升重物滑移的可能性降低到最低限度。1.3.2 使用維護(hù)方面的安全保證措施使用維護(hù)方面的安全保證措施涉及的范圍很廣，包括舉升機(jī)有使用前的準(zhǔn)備工作，舉升汽車(chē)時(shí)應(yīng)該注意的事項(xiàng)，承載時(shí)的穩(wěn)定性，降下汽車(chē)時(shí)的注意事項(xiàng)，日常和定期維修檢查工作等。雖然汽車(chē)舉升機(jī)已有70年的歷史，其設(shè)計(jì)原理并無(wú)多大改變;但如果忽視安全要求，超載使用，疏忽大意，仍然會(huì)造成嚴(yán)重事故，甚至發(fā)生人身傷亡。因此安全問(wèn)題一定要引起使用單位和操作人員的高度重視。首先，應(yīng)選購(gòu)那些安全性能良好的汽車(chē)舉升機(jī)，另外，還應(yīng)認(rèn)真學(xué)習(xí)和理解說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)

12、安全注意事項(xiàng)并認(rèn)真貫切執(zhí)行。這里僅就使用維護(hù)舉升機(jī)時(shí)普遍應(yīng)當(dāng)注意的事項(xiàng)說(shuō)明于后。（1）使用中的舉升機(jī)每天都應(yīng)進(jìn)行檢查。發(fā)現(xiàn)有效故障或零部件損壞時(shí)，不得再使用。維修時(shí)應(yīng)采用該舉升機(jī)的制造廠所提供的配件，不得隨意代替或自制。（2）舉升機(jī)不得超載使用。每臺(tái)舉升機(jī)的額定載荷均注明在設(shè)備的銘牌上。特別要注意防止偏載，即整機(jī)雖未超載而某一舉升臂確已超過(guò)允許的額定載荷。故欲舉升那些前后軸載荷嚴(yán)重分配不均的汽車(chē)時(shí)應(yīng)特別注意，能滿(mǎn)足要求的才能裝載使用。（3）安置汽車(chē)和使用舉升機(jī)均應(yīng)由經(jīng)過(guò)培訓(xùn)并經(jīng)考核合格的人員操作。（4）舉升汽車(chē)時(shí)，車(chē)內(nèi)不得有人。舉升機(jī)升降和使用時(shí)，顧客和無(wú)關(guān)人員應(yīng)遠(yuǎn)離舉升機(jī)。（5）舉升機(jī)區(qū)域內(nèi)

13、不得有任何障礙物，如油脂、廢物、瓦礫等。（6）當(dāng)汽車(chē)駛上舉升機(jī)前，應(yīng)清除通道，不得駛過(guò)或撞擊舉升臂，連接器，車(chē)軸支撐器等，以防損壞舉升機(jī)或汽車(chē)。（7）在舉升機(jī)上承載汽車(chē)時(shí)應(yīng)仔細(xì)操作。將舉升機(jī)的支撐器安置到汽車(chē)制造廠推薦的舉升機(jī)逞力接觸點(diǎn)。只有當(dāng)支撐器與汽車(chē)上的承力點(diǎn)接觸嚴(yán)密后才能將舉升機(jī)升起;對(duì)其接觸的嚴(yán)密性進(jìn)行認(rèn)真檢查后，才能將汽車(chē)舉升到需要的工作高度。（8）要注意某些汽車(chē)上的零部件由于移動(dòng)或安裝位置的不同會(huì)引起重心的急劇變化，從而導(dǎo)致舉升汽車(chē)時(shí)的不穩(wěn)定。（9）舉升機(jī)降下前，應(yīng)將汽車(chē)下面的工具箱，臺(tái)架及其它設(shè)備全部移開(kāi)。要降下舉升機(jī)前，還必須松開(kāi)鎖緊裝置。注意:如欲在汽車(chē)下面進(jìn)行維修作業(yè)時(shí)，

14、應(yīng)將舉升機(jī)提升到足夠的高度，以便鎖緊裝置嚙合。第2章 剪叉式升降臺(tái)的應(yīng)用及其受力分析的討論2.1剪叉式升降平臺(tái)的三種結(jié)構(gòu)形式本討論的目的通過(guò)分析氣液動(dòng)類(lèi)的剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，論述了設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題及其應(yīng)用范圍。氣液動(dòng)剪叉式升降平臺(tái)具有制造容易、價(jià)格低廉、堅(jiān)實(shí)耐用、便于維修保養(yǎng)等特點(diǎn)。在民航、交通運(yùn)輸、冶金、汽車(chē)制造等行業(yè)逐漸得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)中主要側(cè)重于小型家用液壓式的升降平臺(tái)。在設(shè)計(jì)氣液動(dòng)剪叉式升降平臺(tái)的過(guò)程中，一般我們會(huì)考慮如下三種設(shè)計(jì)方案，如簡(jiǎn)圖2-1所示： 圖2-1 三種剪叉式升降臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖中表示氣液動(dòng)剪叉式升降平臺(tái)的三種結(jié)構(gòu)形式。長(zhǎng)度相等的兩根支撐桿AB和MN鉸接于二桿的

15、中點(diǎn)E，兩桿的M、A端分別鉸接于平板和機(jī)架上，兩桿的B、N端分別與兩滾輪鉸接，并可在上平板和機(jī)架上的導(dǎo)向槽內(nèi)滾動(dòng)。圖中的三種結(jié)構(gòu)形式的不同之處在于驅(qū)動(dòng)件液壓缸的安裝位置不同。圖a中的驅(qū)動(dòng)液壓缸的下不固定在機(jī)架上，上部的活塞桿以球頭與上平板球窩接觸。液壓缸通過(guò)活塞桿使上平板鉛直升降。圖b中的臥式液壓缸活塞桿與支撐桿MN鉸接于N處。液壓缸驅(qū)動(dòng)活塞桿控制平臺(tái)鉛直升降。圖c中的液壓缸缸體尾部與機(jī)架鉸接于G處，活塞桿頭部與支撐桿AB鉸接于F處。液壓缸驅(qū)動(dòng)活塞桿可控制平臺(tái)鉛直升降。按照液壓缸的安裝形式，稱(chēng)圖a的形式為直立固定剪叉式結(jié)構(gòu)，圖b的形式為水平固定剪叉式，圖c的形式為雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)。直立固定剪叉

16、式結(jié)構(gòu)，液壓缸的行程等于平臺(tái)的升降行程，整體結(jié)構(gòu)尺寸龐大，且球鉸鏈加工負(fù)載，在實(shí)際種應(yīng)用較少。水平固定剪叉式機(jī)構(gòu)，通過(guò)分析計(jì)算可知，平臺(tái)的升降行程大于液壓缸的行程，在應(yīng)用過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)快速控制升降的目的，但不足之處是活塞桿受到橫向力的作用，影響密封件的使用壽命。而且活塞桿所承受的載荷力要比實(shí)際平臺(tái)上的載荷力要大的多。所以實(shí)際也很少采用。雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)避免了上述缺點(diǎn)。結(jié)構(gòu)比較合理，平臺(tái)的升降行程可以達(dá)到液壓缸行程的二倍以上。因此，在工程實(shí)際中逐漸得到廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)就重點(diǎn)對(duì)雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)形式加以分析、論述。2.2 雙鉸接剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)的位置參數(shù)計(jì)算由圖2-2可知圖2-2位置參數(shù)示意圖

17、（1） （2）上式中：H任意位置時(shí)升降平臺(tái)的高度；C任意位置時(shí)鉸接點(diǎn)F到液壓鉸接點(diǎn)G的距離；L支撐桿的長(zhǎng)度；支撐桿固定鉸支點(diǎn)A到鉸接點(diǎn)F的距離；T機(jī)架長(zhǎng)度（A到G點(diǎn)的距離）；活塞桿與水平線的夾角。以下相同。將（2）式代入（1）式，并整理得。 （3）設(shè)代入（3）式得。 （4）在（4）式中，升降平臺(tái)的初始高度；液壓缸初始長(zhǎng)度。雙鉸接剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算：圖2-3 運(yùn)動(dòng)參數(shù)示意圖圖中，是F點(diǎn)的絕對(duì)速度；是B點(diǎn)絕對(duì)速度；是AB支撐桿的速度；是液壓缸活塞平均相對(duì)速度；是升降平臺(tái)升降速度。由圖2-3可知： （5）在（5）式中，液壓缸活塞平均相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度；升降平臺(tái)升降速度；支撐桿與水平線的夾角。

18、以下相同。2.3 雙鉸接剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力參數(shù)計(jì)算圖2-4動(dòng)力參數(shù)示意圖圖中，P是由液壓缸作用于活塞桿上的推力，Q是升降平臺(tái)所承受的重力載荷。通過(guò)分析機(jī)構(gòu)受力情況并進(jìn)行計(jì)算（過(guò)程省略）得出：升降平臺(tái)上升時(shí)； （6）升降平臺(tái)下降時(shí)（6）、（7）式中，P液壓缸作用于活塞桿的推力；Q升降平臺(tái)所承受的重力載荷；f滾動(dòng)摩擦系數(shù)；b載荷Q的作用線到上平板左鉸支點(diǎn)M的水平距離。由于滾動(dòng)輪與導(dǎo)向槽之間為滾動(dòng)摩擦，摩擦系數(shù)很小（f=0.01）,為簡(jiǎn)化計(jì)算，或忽略不計(jì)，由（6）、（7）式簡(jiǎn)化為：。 （8）2.4 剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題由式（5）和（8）可知：當(dāng)、增大時(shí)，值隨之減??；當(dāng)、減小時(shí)，P/Q值隨之增