【文章內(nèi)容簡介】 平固定剪叉式結(jié)構(gòu)。hmax由于采用了雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)液壓升降平臺，在設(shè)備安裝時避免了挖地坑，不僅節(jié)省了費用，還給以后了設(shè)備維護和檢修帶來方便。綜上所述，氣液動雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)液壓升降平臺整體尺寸較小，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，節(jié)省投資；可獲得缸體二倍以上的升降形成；非常適合于空間尺寸小、升降行程大的場合，是一種值得推薦使用的升降機構(gòu)。圖 25 兩種結(jié)構(gòu)計算結(jié)果對比 雙鉸接剪叉式升降平臺機構(gòu)中兩種液壓缸布置方式的分析比較剛剛我們已經(jīng)簡單的分析并討論了雙鉸接剪叉式液壓升降平臺機構(gòu)與其他兩種機構(gòu)的區(qū)別以及在實際應(yīng)用中所存在的利和弊，但是在考慮各方面條件如單作用柱塞式液壓缸、雙鉸連接、雙支撐桿、相同的升降平臺等都不改變的基礎(chǔ)之上，能否將設(shè)計進行進一步的優(yōu)化呢？為證明這一點，我們可以從該機構(gòu)的布置方式考慮，將結(jié)構(gòu)略改動一下。從直觀的角度分析考慮，如下圖： 桿 1桿 2圖 26 液壓缸工作示意圖我們可以從圖上看出，液壓缸的尾部是連接在右側(cè)支撐桿活動的區(qū)域的，液壓缸的頭部是連接在桿 1 的右端（偏向桿 1 的活動鉸連接） 。因此，我們針對實際升降臺剪叉機構(gòu)中液壓缸常用的布置方式存在的問題，提出了另一種相對布置方式，將13 / 54液壓缸布置在與之相對稱的左側(cè)，即與剪叉機構(gòu)的固定支點在同一側(cè)，來進一步分析討論。利用瞬時速度中心法和虛位移原理，推導(dǎo)出這兩種布置方式液壓缸活塞運動速度與臺面升降速度的關(guān)系式及活塞推力與臺面荷重的關(guān)系式，并對兩種布置方式進行了分析比較，指出了它們各自的優(yōu)缺點以及適用場合。根據(jù)升降臺剪叉機構(gòu)的工程實例做了幾何、運動和動力參數(shù)的對比計算和液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理選擇。 問題的提出：液壓缸驅(qū)動的剪叉機構(gòu)再各種升降臺中廣泛應(yīng)用，因安裝的空間不同，其折合后的高度也必然就不同，所以液壓缸在剪叉機構(gòu)內(nèi)的布置要受到折合后高度的約束。根據(jù)文獻《甘肅大學(xué)學(xué)報》的有關(guān)液壓缸驅(qū)動剪叉機構(gòu)的運動學(xué)及動力學(xué)分析一章，得知在這種布置方式的情況下，如圖：圖 27 液壓缸布置在左側(cè)液壓缸活塞運動速度與臺面升降速度的關(guān)系式為 （1） 2cos2in()yalv vl???????活塞推力與臺面荷重的關(guān)系式為 （2） 2cossin()i()lPWa????式中， 111,tan[t],sin(i)hlal d???? ????。以上兩式的推導(dǎo)基于工程中常用的液壓缸布置方式，即液壓缸下支點與剪叉機構(gòu)的固定支點在同一側(cè)，如上圖。這種布置方式的優(yōu)點是液壓缸的有效行程比較短，這在臺面升程范圍比較大的場合較為適用。存在的問題是在剪叉機構(gòu)折合后的高度h 較小的情況下（即 角較?。?，所需液壓缸的推力將大大增加。在液壓缸最高工作?壓力限定的情況下，這將使得所用的液壓缸的直徑增大，以致在折合后的剪叉機構(gòu)中難以布置；或采用兩個直徑較小的液壓缸取代一個大直徑的液壓缸，不過這將增加一對液壓缸的支座，同時帶來機械加工、液壓缸安裝以及液壓系統(tǒng)的復(fù)雜性，加大了整個裝置的成本。 兩種布置方式的分析和比較：為了解決以上提出的問題，可考慮將液壓缸反向布置（即采用第一種設(shè)計方案） ，計算一下該方案的有關(guān)參數(shù)再將兩者作以比較。如圖：圖 28 液壓缸布置在右側(cè)這里仍用瞬時速度中心法來求解活塞運動速度。桿ＦＤ上Ｄ點、Ａ點的瞬時轉(zhuǎn)動中心為 F 點，D 點、A 點的速度為：2()Avla???臺面升降速度： cos2csyDvl?Ａ點的運動速度： ()2cosyAlav??活塞運動速度：（３）()sin()2coAlv????15 / 54式中， 11()sinsin,ta2cohllL???????依據(jù)虛位移原理有：（４）()0ixixixpypWFFzP???????由圖２分析可得： cos,sin()()i,2sinxyppwPPlalayl?????經(jīng)變分后：i()cos2pwyl?????代入式（４） ，整理后得活塞推力：（５）cos()in()lPWa???式（３）和式（５）的正確性可以用機械能守恒原理來證明，即 yv將式（５）與式（２）進行比較，再 各參數(shù)都相同的條件下，顯,ylaWv??然，液壓缸布置再右側(cè)時的推力較液壓缸布置在左側(cè)時??；而式（３）與式（１）比較，則液壓缸布置在右側(cè)時的活塞速度較液壓缸布置在左側(cè)時高?？梢?，活塞推力的減小是以活塞速度的提高為代價換來的。液壓缸布置在剪叉機構(gòu)的右側(cè)，使得液壓缸的活塞推力減小，這就可以選用直徑較小的液壓缸，有利于液壓缸在剪叉機構(gòu)中的布置；帶來的問題是液壓缸的有效行程較長，如果臺面升程范圍不大，液壓缸行程的增加也是有限的。 實例計算根據(jù)以上分析結(jié)果，結(jié)合實例進行對比計算，實例結(jié)構(gòu)簡圖如圖所示，其中左右兩側(cè)分別為兩種布置情況。圖 29 剪叉機構(gòu)實例結(jié)構(gòu)簡圖剪叉機構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸：h=400~1 200mm, =2 000mm, =535mm, =770mm, =要參數(shù)計算結(jié)果見下表：參 數(shù) 液壓缸布置在左側(cè) 液壓缸布置在右側(cè)桿 FD 傾角 ?1sin2hl? 1sin2hl?液壓缸傾角 ?1()sintacole??1()sintacofl??起始角 /( )0?? 起始角 /( )? yv 終止角 /( )max?? 終止角 /( )? 活塞有效行程L/mm253 365從統(tǒng)計表中的數(shù)值比較可以看出，液壓缸在剪叉機構(gòu)中的布置方式對其運動參17 / 54數(shù)和動力參數(shù)有著較明顯的差異。當(dāng)起始角為最小值 、 時，活塞推力為最大值0??。在臺面荷重 W 相同的情況下，液壓缸布置在右側(cè)時的推力明顯小于液壓缸布置0P在左側(cè)時的情況，兩者的比值為 ，而活塞的有效行程 L 則是液壓缸布置在右側(cè)時較長，比在左側(cè)時增加了 112mm。如果載荷量不是很大的話（即載荷量W） ，這時可以考慮采用左側(cè)的布置方案，因為這樣可以縮短液壓缸的伸長長度。如果伸長度過大的話，不僅在材料上會有所浪費，而且在長期承受載荷的同時也會相應(yīng)的增大液壓缸及活塞部分的彎曲應(yīng)力。綜合以上考慮，可以初步設(shè)想采用液壓缸布置在左側(cè)的方案。而在該方案中活塞起始的速度小于液壓缸布置在右側(cè)時的速度，兩者比值 =。為了彌補在速度方面的不足，以及減小舉升及整體/v左 右的體積，可以考慮采用雙級支撐桿共同舉升平臺以達到提升速度的目的。如圖所示：圖 210 機構(gòu)各項參數(shù)其轉(zhuǎn)換過程如圖 211 所示,將兩根支撐桿的右側(cè)部分折合到左側(cè)，產(chǎn)生四根相對比較短的支撐桿，即可達到目的。圖 211 參數(shù)轉(zhuǎn)化過程那么首先我們就要計算一下這樣的設(shè)計方案所采用的液壓缸的各項參數(shù)，然后再根據(jù)已求得的各項參數(shù)來具體確定一下此方案是否合理。下面按照本設(shè)計的基本要求，進一步選擇合適的布置方案。為了使舉升機使用范圍廣泛，載荷更具有代表性，本設(shè)計首先建立了一個轎車模型，它的有關(guān)參數(shù)是：車自重 , 寬 ,高 ,軸距 。在載荷方面沒有超出允許的范圍內(nèi)，是可以采用該方案的。為了工作安全起見，要求舉升機在各高度上工作時都應(yīng)自鎖，完工后可原速或緩速下降，在空載時也可實現(xiàn)快速下降，這在下面的液壓系統(tǒng)回路分析中會探討到。為了便于維修人員在升降臺底部維修，不僅要在升降高度方面要加以合理化，還要留有維修人員站立維修的位置。為此，可以選擇采用雙升降臺同步舉升并采用共同底板的方式以滿足要求，此布置方案需要兩個液壓缸，16 根支撐桿舉升。為了19 / 54增強其安全可靠性，可以設(shè)其總承載量為 ，???總升降臺的承載量為 。由于這樣平均每個液壓缸承受的臺面載荷僅2980W/N?總為 9800N，所以采用左側(cè)布置液壓缸是完全可以的。第 三 章 液 壓 傳 動 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 計 算 明確設(shè)計要求 制定基本方案：設(shè)計之前先確定設(shè)計產(chǎn)品的基本情況，再根據(jù)設(shè)計要求制定基本方案。以下列出了本設(shè)計——剪式液壓升降臺的一些基本要求：1) 主機的概況：主要用途用于家用小型重型設(shè)備的起升，便于維修，占地面積小，適用于室外，總體布局簡潔；2) 主要完成起升與下降重物的動作，速度較緩，液壓沖擊??；3) 最大載荷量定為 2 噸，采用單液壓缸控制聯(lián)接組合叉桿機構(gòu)進行升降動作。最大起升高度略大于一人高度；4) 運動平穩(wěn)性好；5) 人工控制操作，按鈕啟動控制升降；6) 工作環(huán)境要求：不宜在多沙石地面、木板磚板地面等非牢固地面進行操作，不宜在有坡度或有坑洼的地面進行操作，不宜在過度寒冷的室外進行操作；7) 性能可靠，成本低廉，便于移動，無其他附屬功能及特殊功能； 制定液壓系統(tǒng)的基本方案 確定液壓執(zhí)行元件的形式液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸或液壓泵。前者實現(xiàn)直線運動，后者完成回轉(zhuǎn)運動，二者的特點及適用場合見下表。名 稱 特 點 適 用 場 合雙活塞桿液壓缸 雙向?qū)ΨQ 雙作用往復(fù)運動單活塞桿液壓缸 有效工作面積大、雙向不對稱往返不對稱的直線運動，差動連接可實現(xiàn)快進，A1=2A2 往返速度相等柱塞缸 結(jié)構(gòu)簡單 單向工作，靠重力或其他外力返回擺動缸 單葉片式轉(zhuǎn)角小于360 度雙葉片式轉(zhuǎn)角小于小于 360 度的擺動小于 180 度的擺動21 / 54180 度齒輪泵 結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜高轉(zhuǎn)速低扭矩的回轉(zhuǎn)運動葉片泵 體積小，轉(zhuǎn)動慣量小高轉(zhuǎn)速低扭矩動作靈敏的回轉(zhuǎn)運動擺線齒輪泵 體積小，輸出扭矩大低速，小功率，大扭矩的回轉(zhuǎn)運動軸向柱塞泵 運動平穩(wěn)、扭矩大、轉(zhuǎn)速范圍寬大扭矩的回轉(zhuǎn)運動徑向柱塞泵 轉(zhuǎn)速低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輸出大扭矩低速大扭矩的回轉(zhuǎn)運動注：A1——無桿腔的活塞面積 A2——有無桿腔的活塞面積對于本設(shè)計實現(xiàn)單純并且簡單直線及回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)，可以采用齒輪式液壓泵及雙活塞桿液壓缸，這樣不僅簡化液壓系統(tǒng)降低設(shè)備成本，而且能改善運動機構(gòu)的性能和液壓執(zhí)行元件的載荷狀況。常用的擴程機構(gòu)有如下二種形式： 鏈 輪鏈 條柱 塞 缸（a） (b)圖 31 擴程機構(gòu)它們同時也可以實現(xiàn)增速，常用于電梯的升降、高低位升降臺等液壓設(shè)備。還有一種運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)，小角度的回轉(zhuǎn)運動用液壓缸來實現(xiàn)，其運動比較平穩(wěn)，長行程的直線運動可以用液壓馬達來完成。本設(shè)計要完成的剪叉式液壓升降臺綜合了擴程、回轉(zhuǎn)這兩種工作形式。 確定液壓缸的類型工程液壓缸主要用于工程機械、重型機械、起重運輸機械及礦山機械的液壓系統(tǒng)。根據(jù)主機的運動要求，按表 3775 選擇液壓缸的類型為：直線運動單活塞桿雙作用緩沖式液壓缸。其特點：活塞雙向運動產(chǎn)生推、拉力?；钊谐探K了時減速制動，減速值不變。 確定液壓缸的安裝方式工程液壓缸均為雙作用單活塞式液壓缸，安裝方式多采用耳環(huán)型。由于本設(shè)計中液壓缸在作用過程中是一端固定，一端在垂直面上自由擺動的形式，因此根據(jù)表3776 選擇液壓缸的安裝方式為：尾部耳環(huán)聯(lián)接。 缸蓋聯(lián)接的類型按缸蓋與缸體的聯(lián)接方式，可分為外螺紋聯(lián)接式、內(nèi)卡鍵聯(lián)接式及法蘭聯(lián)接式三種。這里采用法蘭聯(lián)接。型號說明：P37180 擬訂液壓執(zhí)行元件運動控制回路液壓執(zhí)行元件確定之后，其運動方向和運動速度的控制是擬訂液壓回路的核心問題。方向控制用換向閥或是邏輯控制單元來實現(xiàn)。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多數(shù)通過換向閥的有機組合實現(xiàn)所要求的動作。對于高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥于先導(dǎo)控制閥的組合來實現(xiàn)。本設(shè)計剪叉式液壓升降臺其特點：起升壓力大，運行緩慢、平穩(wěn)，能人工控制起升至某一固定高度時并保持該高度自鎖。 液壓源系統(tǒng)液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源提供，液壓源的核心是液壓泵。在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)過溢流閥回油箱，溢流閥同時起到開展并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。為節(jié)省能源并提高效率，液壓泵的供油量要盡量于系統(tǒng)所需流量相匹配。對在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況下，則采用多泵供油或變量泵供油。對于本設(shè)計，由于工作周期短，循環(huán)次數(shù)少，供油量可以適當(dāng)減少以節(jié)省能源，采用單泵供油即可，不需蓄能器儲存能量。對于油液的凈化：油液的凈化裝置在液壓源中是必不可少的。一般泵的入口要裝有粗濾油器，進入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護元件的要求，通過相應(yīng)的精濾油器再次23 / 54過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁過濾或其他形式濾油器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，它們是設(shè)計液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。壓力決定于外載荷。流量取決于液壓執(zhí)行元件的運動速度和結(jié)構(gòu)尺寸。 載荷的組成與計算：首先，需要確定液壓缸處于最大工作壓力時的位置，通過上述的討論，得知當(dāng)液壓缸與地面夾角 為最小值時，也即支撐桿與地面夾角 為最小值時，液壓缸處??于最大的工作壓力狀態(tài)下。根據(jù)軸距 ，將支撐桿的長度選定 。當(dāng)液壓缸下降至最低高度時（設(shè)此時支撐桿與地面夾角 = ） = ，根據(jù)上述公式a05?得 = 。1tan[t]l?????0?9.?圖 32 機構(gòu)各參數(shù)現(xiàn)在 值還是一個未知量，但 值的大小必須在 之內(nèi)，初步設(shè)定 。aa/2l /4al?根據(jù)活塞推力與臺面荷重量關(guān)系式 得出 P=。若cossin()i()PWl?????設(shè) 的話，就得出 P=。通過二者比較， 時，活塞的最大推力 P 要/3al? /3a?小于 時。即在 值不變的條件下， 與 P 是成反比的。但考慮到活塞桿與支4?撐桿的鉸接點 A 又不能太靠近兩支撐桿的鉸接點 B，否則將會在兩處鉸接點產(chǎn)生很大的應(yīng)