四柱液压式举升机的设计

云南农业大学工程技术学院毕业设计说明书

毕业设计说明书

四柱液压式举升机的设计

摘 要

由于我国汽车维修检测设备行业起步晚、起点低，整体上仍然相当落后。举升机制造企业生产规模小、经济技术力量薄弱、各自为政、缺乏专业分工和广泛合作；技术吸收、运用、开发、创新能力不强；抄袭、伪造现象和短期行为严重；四柱式液压举升在现代维修中占有越来越重要的地位，市场需求也大。本设计是四柱液压汽车举升机的结构设计，首先对题目进行分析，再结合现有的汽车举升机的结构和液压系统，加上对汽车举升机的深入研究，然后对其中的方案进行拟定选择，并且对其中的重要零部件进行设计校核，并且画出装配图及零件图，从而将四柱液压汽车举升机设计完成。

关键词： 汽车维修 四柱 液压 举升机

I

云南农业大学工程技术学院毕业设计说明书

The Design of Hydraulic Four-Column Lift

Mou liang yong Abstract

As China's Auto Service Equipment industry started late, the low starting point, on the whole are still very backward.Lift the small scale manufacturing enterprises, economic and technological strength is weak, fragmented, lack of specialization and extensive cooperation; technology absorption, utilization, development, innovation ability; plagiarism, forgery of phenomena and short-term serious; Four-column Hydraulic LiftingIn modern maintenance plays an increasingly important role, the market demand is also large.The four-post design is the structural design of hydraulic car lift, the first analysis of the subject, combined with the existing structure of the car lift and hydraulic systems, plus in-depth research on the car lift, which thenpreparation program options, and one of the important parts of the design verification, and draw assembly drawings and part drawings, which will complete the four-post design of hydraulic car lift.

Key Words: Vehicle Maintenance，Four-Post，Hydraulic，Lift

II

云南农业大学工程技术学院毕业设计说明书

目录

摘 要 ..................................................................................................................................... I Abstract ...................................................................................................................................... II 目录 ...........................................................................................................................................III 图目录 ........................................................................................................................................V 表目录 ...................................................................................................................................... VI 符号及计量单位 ..................................................................................................................... VII 前言 .............................................................................................................................................1 1．设计要求 ...............................................................................................................................2

1.1．该机的用途 ................................................................................................................2 1.2．该机的工作原理 ........................................................................................................2 1.3. 举升机的设计要求 .....................................................................................................2 1.4 该机的主要参数 ..........................................................................................................3 2．总体方案的确定 ...................................................................................................................3

2.1.举升机形式 ...................................................................................................................4

2.1.1单柱式举升机 ....................................................................................................4 2.1.2四柱式举升机 ....................................................................................................5 2.1.3双柱式举升机 ....................................................................................................6 2.1.5地沟式举升机 ....................................................................................................7 2.2.机械装置的确定 .........................................................................................................10

2.2.1纯机械结构 ......................................................................................................10 2.2.2气压传动 ..........................................................................................................10 2.2.3液压结构。 ......................................................................................................12 2.3联动装置的确定 .........................................................................................................13 2.4.驱动方案的确定 .........................................................................................................13

III

云南农业大学工程技术学院毕业设计说明书

2.5液压传动方案的确定 .................................................................................................13 2.6安全保险装置 .............................................................................................................14 3.主要部件的设计计算和校核 ................................................................................................15

3.1机械部分的设计计算 .................................................................................................15

3.1.1主立柱的截面的分析和计算 ..........................................................................15 3.1.2对托臂进行设计计算 ......................................................................................17 3.1.3升降架的设计计算 ..........................................................................................19 3.2传动部分的设计计算 .................................................................................................21

3.2.1钢丝绳的设计计算： ......................................................................................22 3.2.2滑轮转轴的设计计算 ......................................................................................22 3.3液压传动部分部件的选择和校核 .............................................................................27

3.3.1液压缸的设计和校核 ......................................................................................27 3.3.1.6 液压缸的校核 ..............................................................................................29 3.3.1.6.1液压缸活塞杆的强度校核 ........................................................................29 3.3.1.6.2活塞杆稳定性校核 ....................................................................................30 3.3.1.6.3缸壁强度校核 ............................................................................................31 3.3.2液压泵的选择 ..................................................................................................32 3.3.3 液压阀的选择 .................................................................................................33 3.3.4油箱的选择 ......................................................................................................34

4.安全保险装置的设计计算和校核 ........................................................................................35

4.1 锁紧机构的设计计算 ................................................................................................35

4.1.1 棘爪的设计计算 .............................................................................................37 4.1.2 棘爪转轴的设计计算 .....................................................................................39

5.绘制有关零件图和装配图 ....................................................................................................41 6本设计的经济成本核算以及使用说明 ................................................................................41 总结 ...........................................................................................................................................42 参考文献 ...................................................................................................................................43 致谢 ...........................................................................................................................................44

IV

云南农业大学工程技术学院毕业设计说明书

图目录

图1.1单柱举升机??????????????????????????? 3 图1.2四柱举升机??????????????????????????? 3

图1.3双柱举升机 ?????????????????????????? 5 图1.4剪式举升机??????????????????????????? 5 图1.5地沟式举升机?????????????????????????? 6 图2.1液压系统工作原理图??????????????????????? 10 图3.1立柱主要尺寸?????????????????????????? 11 图3.2立柱受力图??????????????????????????? 12 图3.3托臂截面图????????????????????????? ? 13

图3.4 托臂受力图????????????????????????? 13 图3.5托臂剪力图和弯矩图??????????????????????? 14 图3.5 升降架受力图????????????????????????? 15 图3.6升降架剪力图和弯矩图?????????????????????? 16 图3.7滑轮转轴受力图????????????????????????? 18 图3.8 滑轮转轴剪力和弯矩图?????????????????????? 18 图3.9 滑轮转轴受力图????????????????????????? 19 图3.10 剪力图和弯矩图????????????????????????? 19 图3.11 滑轮转轴受力图????????????????????????? 20 图3.12 弯矩图和受力图????????????????????????? 21 图4.1锁紧装置简图?????????????????????????? 28 图4.2锁紧机构示意图??????????????????????????29 图4.3棘爪受力图 ??????????????????????????? 30 图4.4棘爪剪力图和弯矩图??????????????????????? 31 图4.5凸轮转轴受力图????????????????????????? 33

V

云南农业大学工程技术学院毕业设计说明书

由弯矩图上可以看出弯曲应力最大点为E点（其中x=1.969m）

=10922.6*1.969-569.87*1.969*1.969/2-9800(1.969-0.7=7547N*m 因此，所要承受的弯曲应力

W2*152*10

考虑到维修工作时在托臂下面进行。为保人身安全将安全系数取为K=10 所以将要选

M?FN1*x?12*q*x?F1*(x?0.77)2?max?M?7547?6?24.8MPa取的才料应满足?min??max*K?(24.8*10MPa)?248mpa 查工程材料手册得选取Q235（A）其抗弯强度为375-500mpa

3.1.3升降架的设计计算

由前面的参数可知升降架的长度为2600mm，使用材料为空心型钢，初选型钢型的变长A=150mm B=100mm 壁厚t=8mm 理论重量为??28.096kg/m 截面系数为W=138.56cm 轮距的最小值取1400mm 因此其受力如图所示，

3

图3.6 升降架受力图

由于

.3408N/m q??*g?28.096*9.8?275又因

FN1?FN2?F1?F2?q*lFN1?FN2 19

云南农业大学工程技术学院毕业设计说明书

其中

F1?F2?14(M汽?M托架)*g

F1?F2?14(M汽?M托架)*g1?（4000?2*3.94*58.15）*9.84?10939.74N

FN1?FN2?(F1?F2?ql)/2 =10939.7+275.3408*2.6/2=11297.64304N

所以在AB段（0

FS?FN1?q*x?11297.6430?275.3408*xM?FN1*x?122

12*275.3408*x2q*x?11297.6430*x?

在BC段（0.6

FS?FN1?q*x?F1M?FN1*x?1q*x?F1(x?0.6)?11297.6430*x?2

*275.3408*x?10939.74*(x?0.6)2122

对CD段（2.0

FS?FN2?q*(l?x)?11297.6430?275.3408*(2.6?x)NM?FN2*x?12q*(l?x)?11297.6430*(2.6?x)?2

212*275.3408*(2.6?x)N.m

由以上方程画出受力图和弯矩图如图3.7所示

20

云南农业大学工程技术学院毕业设计说明书

由图可看出危险点为E点及x=1.30m处。其中

M?FN1*x?12q*x?F1(x?0.6)?11297.6430*x?212*275.3408*x?10939.74*(x?0.6)2

=6796.4517MPA

因此所要承受的最大弯曲应力

?max?MW?6796.4517138.56*10-6?49.05MPA

图3.7弯矩图和受力图

由于要在其下面进行维修工作，故可将安全稳定系数取大一点将会更安全，取K=10 所以

?min???max*10?490.5mpa[2]

查工程材料手册，机械工程材料得出选择 Q275钢 其抗弯强度?min3.2传动部分的设计计算

?490mpa?610mpa[3]

举升机构的运动是由电机驱动液压缸从而带动举升部分的运动，其中起传动作用的是钢丝绳，当电机启动驱动液压缸运动，在钢丝绳的作用下，升降架开始运动，是因为靠液压缸推动活塞杆，从而绞盘开始转动，钢丝绳运动，带动升降架和托架运动。

21

云南农业大学工程技术学院毕业设计说明书

3.2.1钢丝绳的设计计算：

每根立柱都由一根钢丝绳在液压泵的运作下由活塞杆推动钢丝绳从而带动升降架的运动，每根钢丝的受力为 ：

F??1414(m汽?2m托架?2m升降架)*g...................................(1)(4000?2*58.15*3.94?2*58.096*2.6)*9.8 ?11679.88

初选钢丝绳的型号为6*19s,安全系数取10，钢丝绳强度等级为104kg/100m，计算得钢丝绳的直径d=17mm,查机械设计手册

[4]

机械设计师手册

[5]

选钢丝绳的直径为

d=16mm,选择钢丝芯钢丝绳，公称抗拉强度为1470KN/mpa，钢丝绳最小破坏拉力为133kn

所以每一根钢丝所要承受的拉应力为：

??FA....................................................(2)

??FA?11679.88?D42?58.12MPa

安全系数取为k=10,

?max?k??581.2mpa?1470mpa

Fmax?kF?10*11679.88N?116798.8N?133KN

因此所选钢丝绳适合。

3.2.2滑轮转轴的设计计算

初选材料为45钢，其弯曲强度为600mpa. 1.活塞杆顶部的滑轮轴的设计计算 其长度为160mm其受力如下所示：

F?2*4*F钢丝绳?2*4*11679.88?93439.04N

22

云南农业大学工程技术学院毕业设计说明书

图3.8 滑轮转轴受力图

剪力图和弯矩图如下

图3.9 滑轮转轴剪力和弯矩图

在AB段的剪力方程和弯矩方程为：

Fs(x)? M(x)?F2F2 (0?x?80 mm )x (0?x?80mm )在CB段的剪力方程和弯矩方程为：

Fs(x)?M(x)?F2F2?F (80 mm?x?160mmF2(160?x)

x?F(x?80)? (80 mm?x?160mm根据弯矩图可知B点所受的弯矩为最大，其值为：

由公式

M(X)?F2X?93439.042*0.08?3737.561*6MN

?max?Wmin?MmaxWMMAX..............................................................................(2)

?3737.5616600*106??6.23*10?6m3

23

云南农业大学工程技术学院毕业设计说明书

取安全系数为k=5,

W??D323..........................................(3)?6

W?6.23*10W?*5?31.15*10?6?6m3?D3233?31.15*1032Wdmin???68mm

取d=68mm

2.有两根钢丝绳绕过的转轴

其长度为160mm，受力分析如下所示：

图3.10滑轮转轴受力图

F拉?2Fsin45?2*11679.8822?33040.7N

其剪力图和弯矩图如下：

图3.11 剪力图和弯矩图

24

云南农业大学工程技术学院毕业设计说明书

在AB段的剪力方程和弯矩方程为：

Fs(x)? M(x)?在CB段的剪力方程和弯矩方程为：

Fs(x)?F2F2 (0?x?80 mm )x (0?x?80mm )F?F (80 mm?x?160mm2 M(x)?Fx?Fx(?80?)F22(?1x60 由图可知，在B点所受弯矩最大，

M(X)?F.72X?3304020.08?1321.628MPa由公式

?maxmax?MW

得出

WMmax?6min???1321.628600*106?2.203*10m3

取安全系数为10，则 W?KW?6m3min?22.03*10

由公式

W??D332

得出

d?332W3.14?60.7mm

取d=61mm

3.有一根钢丝绳绕过的滑轮转轴

其长度为160mm，受力分析如下所示：

25

()80mm?x?160mm

云南农业大学工程技术学院毕业设计说明书

图3.12 受力图

F拉?Fsin45?11679.8822?16520.34N

其剪力图和弯矩图如下所示：

图3.13 弯矩图和受力图

在AB段的剪力方程和弯矩方程为：

Fs(x)?F2 (0?x?80 mm )F2x M(x)?在CB段的剪力方程和弯矩方程为：

Fs(x)?M(x)?F2 (0?x?80mm )F2?F (80 mm?x?160mmF2(160?x)x?F(x?80)? (80mm?x?160mm)

根据弯矩图可知B点所受的弯矩为最大，其值为：

26

云南农业大学工程技术学院毕业设计说明书

M(X)?F2X?16520.3420.08?660.8136MPa

由公式

?max?MmaxW

得出

Wmin?Mmax??660.8136600*106?1.101356*10?6?6m3

取安全系数为10， 由式

W?KWmin?10.101356*10m3

W??D323

得出

d?332W3.14?46.9mm

取d=47mm

3.3液压传动部分部件的选择和校核

3.3.1液压缸的设计和校核

3.3.1.1液压缸设计时点的注意事项

液压缸的设计和使用正确与否，直接影响到它的性能和是否发生故障。在这方面，经常碰到的是液压缸安装不当。活塞缸安装不当、活塞杆承受偏载、液压缸或活塞下垂以及活塞杆的压杆失稳等问题。所以，在设计液压缸时，必须注意如下几点：

1,尽量使活塞杆在受拉状态下承受最大负载，或在受液压状态下具有良好的纵向稳定性； 2考虑液压缸行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题。缸内如无缓冲装置和排气装 置，系统中需有相应的措施。 3正确确定液压缸的安装、固定方式。

液压缸各部分的结构需根据推荐的结构形式和设计标准进行设计，尽可能做到结构简单、紧凑，加工、装配和维修方便。 3.3.1.2液压油缸的类型和工作原理

27

云南农业大学工程技术学院毕业设计说明书

3.3.1.3液压缸的分类 液压缸主要包括以下几种：

①活塞缸 它又包括双杆活塞缸和单杆活塞缸 ②柱塞缸

③其他液压缸 包括增压缸和伸缩缸

常用的油缸有三种：双作用单伸杆活塞式油缸，伸缩式套筒油缸，单叶片摆动油缸。 3.3.1.4工作原理

通过高压液体对活塞有效面积的作用，把液压能转化成机械能对外载作功。 3.3.1.5液压缸主要尺寸的确定 1、液压缸的主要尺寸

液压缸的主要尺寸包括：缸筒内径、活塞缸直径、缸筒长度以及缸筒壁厚等。 2、主要尺寸的确定

液压缸的工作压力为托架和横梁以及举升重量的综合 即：

F=G车+G托架+G横梁=4000*9.8+2*3.94*58.15*9.8+2*28.096*2.6*9.8

=45122.34776 N

根据负载选择执行元件工作压力 表1：

工作压力选择表

负载F/kN 工作压力p/MPa <5 <0.8~1 5~10 1.5~2 10~20 2.5~3 20~30 3~4 30~50 4~5 >50 >5~7

选择工作压力为 p=4.5mpa. 由公式

F?A*P

得

A?FP

式子中F为推力，p为工作压力。

已知：F工=45.12234776 KN，p=4.5mpa ，则F=F工/0.97=46.52KN 所以

28

云南农业大学工程技术学院毕业设计说明书

由

A?FP?46.52*104.5*1063?10.34*10?3m2

得出 D=114.77mm

A??D42?10.34*10?3m2

根据GB/T 2348中液压缸应符合的缸内直径应符合的值，选取D=125mm.中、低压液压缸活塞杆直径推荐值

表2：

活塞杆直径推荐值

活塞杆受力情况 受拉伸 活塞杆直径d （0.3~0.5）D 受压缩，工作压力p/MPa p≤5 (0.5~0.55)D 5＜p≤7 (0.6~0.7)D p＞7 0.7D

由于p=4.5mpa,所以d=0.55*D=68.75mm 查表GB2348-93活塞杆的参考值，取d=70mm 液压缸壁厚的选取，取壁厚为?=10mm. 液压缸参数的设定 通过计算出初定参数为：

缸体长度： l=1700mm 工作行程： i=1680mm 活塞杆直径：d=70mm

计算长度： l'=1700+1680=3380mm 柔性系数: m=85 末端条件系数：n=2 液压缸内径 D=125mm

3.3.1.6 液压缸的校核

3.3.1.6.1液压缸活塞杆的强度校核

根据活塞杆只受压力的工作情况，用液压传动课本液压机的设计与应用以及毕业设

[6]

[7]

29

云南农业大学工程技术学院毕业设计说明书

计指导活塞直径校核公式为

[8]

.............................................(1)

式中，F为活塞杆上的作用力，[?]为活塞杆材料的许用应力

........................................ (2)

?b为材料的抗拉强度，n为安全系数，一般取n=1.4

?b?420mpa活塞杆选用Q235钢，其抗拉强度为375-460mpa, 取则：

[?]?

?b1.4?4201.4?300mpa

已知 F=45122.34776 N

d?4F?4*45112.347763.14*300*106?[?]?13.85mm

实际使用的活塞杆d=70mm>>13.85mm, 所以符合强度要求。

3.3.1.6.2活塞杆稳定性校核

活塞杆受轴向压缩负载时，其值F超过某一临界值FK，就会失去稳定。所需进行稳定性校核。

活塞杆直径 d=70mm 计算长度 l'=3380mm

活塞杆截面积.................................................................................(1)

活塞杆转动惯量 ............................................................................(2)

30

云南农业大学工程技术学院毕业设计说明书

活塞杆回转半径 柔性系数: 末端条件系数：

.............................................................(3)

l'

rk?l'*4d?3380*470?193.1

?1*2?85*2?120.2

由于

l'rk??1*2

可按下列公式计算临界载荷

其中取E=210 MPa

...................................................(4)

2*?*210*10*Fk?(3380*10?329?*d6424)?426989N

取安全系数n=5,则临界稳定载荷为Fk/n=426989/5=85397.8 N，而液压缸的工作压力为F=45112.34776 N

F

3.3.1.6.3缸壁强度校核

因为?/D?0.08,所以采用下面的公式来进行校核

.................(1)

31

云南农业大学工程技术学院毕业设计说明书

....................................(2)

其中取安全系数 n=5, ?b?420mpa，则，

??p*D2*[?]?4.5*10*125*102*84*1066?3?3.35mm

10mm>3.35mm,所以壁厚强度符合要求。

3.3.2液压泵的选择

液压泵是一种能量转换装置，他把驱动电机的机械能转换成输到系统中取的油液的压力能，供液压系统使用。

液压泵按其在单位时间内能输出油液体积可分为定量泵和变量泵两类，结构形式可分为齿轮泵、叶片泵和柱塞泵三大类。

液压泵的工作压力是指泵实际工作时的压力，泵的压力是指他的输出压力。液压泵的几何排量用（V）表示，是指泵轴每转一转由其密封容腔几何尺寸变化所算的排液体的体积，数值上等于在无泄漏的情况下其转一转所排出的液体体积，液压泵的几何流量t是指泵在单位时间内密封容腔几何尺寸变化计算而得出的排出液体体积，数值上等于在无泄漏情况下单位时间内所能排出的液体体积，泵的转速为n时泵的几何流量：由参考文献[6]

qt?Vnq

由设计参数可知，举升机上升的时间是50s 泵电机的选择：

取整个系统的机械效率为0.95，已知举升机的最大承受力为4000kg托架的质量为462kg升降架的质量为302kg,所以总的质量为4764kg，上升时间为50s.则上升速度为v=0.0336m/s所需电机功率

P=F*v/(1000*n)............................................................................(1)

(机械设计课程设计12页)

32

[9]

云南农业大学工程技术学院毕业设计说明书

P=F*v/(1000*n)=4764*9.8*0.0336/(1000*0.95)

=1.65kw

所以选择Y100L2-4型异步电机，额定功率为2kw,同步转速为1500r/min质量为34kg. 已知液压缸的工作压力为p=4.5mpa,取系统的泄漏系数K=1.3由Pp>=K pmax=5.85mpa,所以只只要泵的额定压力大于等于5.85mpa就可以了。 几何流量的确定：

将电机直接与液压泵连接，得出液压泵的转速为1500r/min.则每转一转所需的时间为0.4s，计算出活塞杆的运行距离为L=0.04*0.0336=0.001344m则，液压缸的体积变化为：

V???D42L23.14*0.12540.0013443?0.000016485m

则几何流量

qt?Vn.......................................................(2)

（液压传动第四章62页）

qt?Vn?0.000016485*1500?0.0247275/mmin3[6]

取安全系数K=1.1则

?24.7275/Lmin

qp?kqt?1.1*24.7275?27.2L/min

由于上升时间为50s所以液压泵的额定流量取为 23L/min。

确定泵的额定压力，泵的工作压力根据液压缸的最高工作压力来确定，已知液压缸的最高工作压力为4.5mpa,考虑到液压泵到液压缸管路中压力损失取系数K=1.4，则Pp=KPmax,Pmax为执行元件的最高工作压力，所以Pp=1.3*4.5=5.85mpa，根据流量和压力选择 NB型内啮合齿轮泵排量为10-250ml/r，额定压力25mpa转速为1500-2000r/min

3.3.3 液压阀的选择

液压阀的选择主要液是根据液压系统的压力进行选择，查机械设计手册，液压控制阀一章，首先是溢流阀的选择，根据液压泵的最大压力Pp选择先导式溢流阀为DB

33

[4]

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/16y6.html