剪叉式液壓升降臺

1、無目目 錄錄1 緒論.11.1 升降平臺的簡介.11.2升降平臺分類.11.3 液壓升降臺的工作原理.21.4液壓缸驅動的剪叉升降平臺的國內外產品現(xiàn)狀.32 剪叉式液壓升降平臺機構位置參數(shù).92.1 剪叉式液壓起落平臺位置參數(shù)剖析.92.2 剪叉式液壓升降平臺具體分析.52.2.1 本課題采用基本參數(shù)如下：.52.2.2 剪叉桿的校核.63 剪叉式升降平臺模型建立.93.1UG 簡介.93.2剪叉式液壓升降臺模型的建立.93.3 剪叉式液壓升降臺模型的仿真.143.3.1 運動仿真模塊簡介.143.3.2 創(chuàng)建連桿.144 剪叉式液壓升降臺零部件選擇.184.1 液壓缸主要結構、材料及技術要求

2、.184.1.1 缸體端部聯(lián)接方式.184.2 活塞.184.2.1 活塞與活塞桿的聯(lián)接.194.2.2 密封結構.194.2.3 活塞的材料.194.2.4 活塞的技術要求.174.3 液壓系統(tǒng)原理圖.18致謝.19參考文獻.22無剪叉式液壓升降臺剪叉式液壓升降臺1 1 緒論緒論1.1 升降平臺的簡介升降平臺是一種將人或貨物升降到某個高度的機械設備，一種結構相對簡單的起重設備機械，它擁有舉升力大、升降面積大、升降平穩(wěn)、噪音低、操作方便、維修簡便、并能夠停在升降范圍內的任意位置上。被廣泛的應用在倉庫、碼頭、自動化生產線等多個行業(yè)，可以作為一種比較好使用在人員登高工作和貨物垂直運輸起重機械。升降

3、平臺隨著人類對垂直運送設備的需求而出現(xiàn)， 與人類的發(fā)展文明一樣長久，最初的升降平臺采用最基本的動力方式如人力、畜力等提升重量。在工業(yè)革命時代之前，這些動力方式常常被升降裝置廣泛采用?，F(xiàn)在升降臺多采用液壓式和氣壓式兩種方式，其中液壓式因為升降平穩(wěn)，占體積小，提供動力大等優(yōu)勢被廣泛使用，使用該設備多采用剪叉式升降臂，設備占體積小， 移動方便， 工作環(huán)境限制小， 如今的升降臺更加添加了許多輔助設備，如安全防護裝置目前世界升降臺的最高成就應該是非瑞士格勞賓登州正在建設的 “圣哥達隧道”上的一部大型升降平臺莫屬了。 “圣哥達隧道”是一條從阿爾卑斯山滑雪勝地通往歐洲其他國家的地下較長的鐵路隧道，總長57公

4、里。位于距離地面大約在八百米的“阿爾卑斯”高速列車站，打算要建設一部直接到達地面上的升降臺。建成完工后，將會成為現(xiàn)今世界上升降總距離最長的一臺升降平臺設備了。游客登上升降平臺后利用升降臺到達地面，時間更短，更加方便，就可以登上阿爾卑斯冰河觀光快速列車，在經(jīng)過兩個時辰后就能夠到達山頂?shù)亩燃俅辶?，就可以享受舒適的生活了。1.2升降平臺分類按照移動的方方式分為：固定式、拖拉式、自行式、車載式、可駕駛式。固定式：這種方式是盛機械升降穩(wěn)定性好，適用范圍的產品，他主要用在車間生產線的高度差之間貨物，運輸貨物，材料，裝配線，工件使用裝配時候調節(jié)工件與設備高度等。車載式：是為提高升降平臺的機動移動性，將升降平

5、臺固定車上，由汽車引2擎提供動力，無需外接額外動力設備，實現(xiàn)車載式升降平臺的升降功能。這種方式可以適應工廠區(qū)內外的高空作業(yè)任務。液壓式：液壓式是廣泛應用于汽車制造，集裝箱裝卸，模具制造等各種場合和工廠的生產線， 可以用在不同的海拔高度， 同時， 可配備各種類型的表面形式，具有多種控制方式，具有升降平穩(wěn)，準確，頻繁啟動的優(yōu)點，承載能力大和其他應用程序，可以有效地解決工業(yè)工廠中各種困難的升降工作。曲臂式高空作業(yè)平臺：曲柄能懸，工作臂可伸縮，可以在多點起吊點跨越一定高度的障礙物或工作；在這個平臺上，承載能力大，可以同時提供兩個以上的人的工作，并會帶來一定的設備，可在一個360度旋轉一定的半徑，升降平

6、臺是移動方便。筒式：套筒液壓升降平臺廣泛應用于多級液壓缸垂直升降，高強度的材料和材料的機械性能的高標準的使用，塔體壯結構的使用，可使升降平臺具有較高的穩(wěn)定性?？神{駛式：又名車載式，由升降平臺和汽車兩部分配套改裝組成的。它使用汽車引擎動力，實現(xiàn)升降平臺的升降功能。1.3 液壓升降臺的工作原理升降機由行走機構，液壓機構，電動控制機構，支撐機構組成的一種升降機設備。液壓油由葉片泵形成一定的壓力，經(jīng)過濾油器、隔爆型電磁換向閥、節(jié)流閥、液控單向閥、平衡閥進入液缸下端，使液缸的活塞向上運動，提升重物，液缸上端回油經(jīng)隔爆型電磁換向閥回到油箱，其額定壓力通過溢流閥進行調整，通過壓力的表觀察壓力表的讀數(shù)值。液壓

7、升降平臺的剪叉機械結構，使升降機起升有較高的穩(wěn)定性，寬大的作業(yè)平臺和較高的承載能力，使高空作業(yè)范圍更大、并適合多人同時作業(yè)。它使高空作業(yè)效率更高，安全更保障。用戶可根據(jù)自己的使用范圍選用動力方式及配置：1. 動力系統(tǒng)：電瓶直流供電、單相或三相電源，柴油機，液壓泵。2. 行走：輔助自行式、兩輪牽引式、自駕式、以及汽車改裝式。3. 支腿：機械支腿、液壓支腿、普通手搖支腿、抽拉式支腿。4. 控制系統(tǒng)：防爆式電控系統(tǒng)、遙控式控制系統(tǒng)、PIC 控制系統(tǒng)。無1.4液壓缸驅動的剪叉升降平臺的國內外產品現(xiàn)狀更多的海外生產下降平臺的狀態(tài)，如日本、德國、美國、英國。起落臺已經(jīng)在國外發(fā)展很久了，多節(jié)單節(jié)段，移動，固

8、定的，在工業(yè)，航空，船舶，商業(yè)應用廣泛，倉庫碼頭。國外設計升降設備較早，擁有豐富的經(jīng)驗，他們在不斷開發(fā)新的產品，并且應用在新的工作環(huán)境中，耐用度比國內大多數(shù)升降臺好。升降平臺目前廣泛采用的是基于雙鉸接剪叉結構的發(fā)展，經(jīng)過長時間的發(fā)展，改進，升降平臺，形成不同的功能特性，比如：固定式、自行走式、高空作業(yè)式等。1.5課題研究的目的意義通過研究剪叉式升降臺可以了解零部件設計過程，整機裝配的設計標準，三維模塊化建立，讓學習零散知識模塊化，規(guī)范化。運動仿真是 UG/CAE(Computer Aided Engineering) 模塊中的主要組成部分，他能把許多復雜的運動分析，動態(tài)分析和二維或者三維的機制

9、。利用 UG 建模功能建立一個三維模型，利用 UG運動的三維模型的每個組件的功能提供了一個動態(tài)數(shù)據(jù)，之間建立相應的連接組件之間可以建立一個仿真模型。UG/Modeling的功能能夠對運動機構進行大量的裝配分析工作、運動性合理分析工作等，得到很多運動機構的運動數(shù)據(jù)。運動學和動力學的運動是運動的仿真模型，驗證了該機制的設計是合理的分析，改變和可以使用圖形輸出部件的位移，加速度，速度和力量的協(xié)調。1.6課題研究的主要內容1.對剪叉式升降臺工藝結構的設計2.剪叉式升降平臺 2 部分應用 UG 軟件建模3.UG 軟件實現(xiàn)剪叉式升降臺的裝配4.UG 實現(xiàn)剪叉式升降臺運動的仿真綜上所述，本研究的重點是基于剪

10、叉式升降平臺 UG 三維建模，完成設計和基于 UG 軟件過程模型的建模，實現(xiàn)運動仿真。在這基礎上。對相應的機構進行結構分析，認識并了解相應的結構功能，并確定模型總體的參數(shù)及機構型式，定位方式和驅動方式，對模型工作部件的設計和計算。42 2 剪叉式液壓升降平臺機構位置參數(shù)剪叉式液壓升降平臺機構位置參數(shù)2.1 剪叉式液壓起落平臺位置參數(shù)剖析本設計設計升降平臺起升最大高度大約在九米，使用六組剪叉，為固定式液壓升降平臺，平臺上表面尺寸24501350mm，載重300kg，采用矩形鋼。提升的一組最大的剪叉臂機構與上平臺連接式固定鉸鏈連接，另一端鉸接滑塊，平臺提升/下降，滑靴在滑槽內的鋼平臺腳，可以適應剪

11、叉機構變變化。經(jīng)設計篩選四個液壓缸作為動力，機構受力如下圖，設計相關尺寸數(shù)據(jù)圖 2-1結構圖sin)(cos)(cos)(sin)(tan2121hhhhsffsL（2-1）列虛功方程：0sincossincossincossincosyxyxyxyxyHHGGIIJJPFFFFFFFFP無2-2 結構受力圖H 和 J J 為下端液壓缸上下耳環(huán)兩點G 和 I 為上端液壓缸上下耳環(huán)兩點為剪叉桿與水平線之間的角度為耳環(huán)與相固定的剪叉臂之間的固定角度l為耳環(huán)自身兩孔中心距離a為耳環(huán)下端中心孔到剪叉交叉中心孔距離P 為負載L 為剪叉桿兩端連接孔圓心的距離由以上公式代入得力 F 為：)sin(sinco

12、s)sin( 2cos3lLaPLF（2-2）2.2 剪叉式液壓升降平臺具體分析2.2.1 本課題采用基本參數(shù)如下：6本設計設計升降平臺起升最大高度大約在九米，使用六組剪叉，剪叉臂升到最大高度之間角度成九十度， 由升降高度和使用剪叉組數(shù)以及最大高度剪叉桿之間的角度計算得升降臂的長度 L 應為 2150mm，耳環(huán)中心距l(xiāng)取值 200mm，a值選取985mm，載重 300kg，安全系數(shù)取 2，角度取 30 度，升降平臺重量取值 200kg，由安全系數(shù)取 2 時，P 應取值 10000N，但是剪叉升降平臺由對稱兩部分組成，所以計算時只計算一半，所以 P 取值還是 5000N，具體取值數(shù)據(jù)如下：215

13、0L，a=985，l=200，=5-45 度 ，P=5000N首先計算液壓缸與水平線之間角度變化范圍，由公式（2-1）可以計算得到，式中fs ，L=2150，由 5 度變化到 45 度，所以可以計算得到5度時4 .13；45時，4 .55，將 2.1 中公式代入虛功方程中可以得到如下公式：)sin(sincos)sin( 2cos3lLaPLF（2-3）將以上數(shù)據(jù)代入可以得到當5時 F=18850N；當45時 F=5000N。升降臺在 50s 升到規(guī)定的九米高度，所以上升的速度tsv/，速度為 0.18m/s.剪叉桿各點具體受力數(shù)據(jù)引用公式組（2-2）得到具體結果如下因為5時桿受力較大，計算此

14、時各點的力，此時NP18850，5，NF2500，4 .13，195s，187a，2142l，由以上數(shù)據(jù)求得如下結果：F1=2712;F2=3500;F3=-4580;F4=5232;F5=212;F6=-13104;F7=3191;F8=57910;F9=-2980;F10=-44806;F11=-1389;F12=-63143;F13=3257;F14=44082.2.2 剪叉桿的校核與液壓缸連接的的剪叉桿受力最大，受力情況如下：無圖 2-3 液壓頂桿受力圖受力在 X 軸受力投影如上圖：在受力 F1 處受扭矩最大，sin3maxPyxFM分析軸向力的作用，先計算桿的橫截面對 Z 軸慣性矩I

15、z，dAyIZ2并且知道 z 的變化為2)2)2- (2-hahahh到和（到；y 的變化為2)2b)2(2baabb到和（到由以上可以求得ahMIyMz2maxmaxmaxmax128圖 2-4剪叉桿界面又ANcahM2max12, ,ns其中為剪叉桿實際工作應力s為質料的極限應力，關于 45 號鋼材為 340Mpan 為安全系數(shù)，一般大于 1，這里取 2，經(jīng)計算所設計符合要求。無3 剪叉式升降平臺模型建立3.1UG 簡介UG（Unigraphics NX）是 Siemens PLM Software 公司編制的一款為解決產品工程方案的應用軟件。 用戶可以使用它的數(shù)字化造型和驗證手段來了解產

16、品設計及加工過程。Unigraphics NX 給予用戶的虛擬產品設計和工藝設計提供了經(jīng)過實踐驗證的解決方案。UG 成功是因為為客戶提供無與倫比的解決方案的成功經(jīng)驗，這些 UG 提供的解決方案可以全面完善地改善設計過程的效率，削減成本，并剪短產品完成的時間。UG 軟件使用范圍隨著 PC 硬件的發(fā)展和個人用戶的快速增長，在 PC 上的應用取得了較快的增長，現(xiàn)今已經(jīng)成為模具行業(yè)三維設計的一個主流應用。UG 主要功能：工業(yè)設計NX 為那些培養(yǎng)創(chuàng)造性和產品技術革新的工業(yè)設計和風格提供了強有力的解決方案。利用 NX 建模功能，復雜的產品形狀和機構能被工業(yè)設計師迅速地建立和改進， 并且使用先進的渲染和可視

17、化工具來最大限度地滿足設計概念的審美要求。產品設計NX 包含了世界上最強大、最廣泛的產品設計應用模塊。 NX 擁有高性能的機械設計和制圖功能，為機械制造與設計提供了便利性和靈活性，以滿足工業(yè)中設計任何復雜產品的需要。仿真、確認和優(yōu)化在 NX 環(huán)境中，使用者可以以數(shù)字化的方式仿真、確認和優(yōu)化產品及其開發(fā)過程。 生產商可以通過在開發(fā)設計過程中較早地運用數(shù)字化仿真性能來改善產品質量，同時減少甚至可以去掉用于實驗樣機的昂貴耗時的設計、構思，以及對變更周期的依賴。NC 加工UG NX 環(huán)境中的加工基礎模塊為聯(lián)接 UG 所有加工模塊提供基礎框架，該模塊為 UG NX 的所有加工模塊提供一個相同并且操作界面

18、簡潔的圖形化窗口環(huán)境，使用者可以在圖形方式下觀測刀具沿軌跡運動的實際情況并且可以對其進行圖形化修改。模具設計UG 是現(xiàn)在較為流行的一款模具設計軟件，主要是因為其功能強大。模具設計過程復雜， ，但其中分模是其中關建的一步。分模有兩種方式：一種是自動分模，另一種是手動分模，當然也不是純粹的手動，也要用到自動分模10工具條的指令，即模具導向。MoldWizard（注塑模向導）是基于 NX 開發(fā)研究的，用戶可以利用注塑模具設計的專業(yè)模塊，模塊中配有常用的模架庫和標準件，來根據(jù)自己的需要方便的進行調整，還可以開發(fā)標準件，很大程度上提高了模具設計的效率。MoldWizard（注塑模向導）模塊提供了整個模具

19、設計流程，包括產品裝載、排位布局、分型、模架加載、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及工程制圖等。整個設計過程非常直觀、快捷，它的應用設計讓普通設計者也能完成一些中、高難度的模具設計。3.2剪叉式液壓升降臺模型的建立利用 UG 軟件建立了剪叉式升降平臺的模型。具體模型效果如圖：圖 3-3 平臺組成圖無起升工作臂外臂使用矩形鋼，打孔加軸套，減少摩擦力，連接孔大小為26，中間連接架孔大小為40，總長度為 2250mm中間用鋼管聯(lián)接，使用沿管道掃描建模圖 3-5支撐管建模圖為了使推力更好的推動剪叉臂的伸縮，采用了支架軸上加耳環(huán)的設計，耳環(huán)使用草圖，建模拉伸而成具體草圖及效果如下：圖 3-6耳環(huán)草圖與液壓缸鏈接的是

20、內部支架，由較粗的鋼管作支撐，加上偏置的位置，形成運動的扭矩。液壓缸的設計采用活塞，分別建模組裝12圖 3-9活塞桿圖 3-10液壓缸圖 3-11端蓋液壓缸采用一個油道，雙液壓缸用一條油路，使用螺旋鏈接接頭，液壓桿使用實心鋼材，油管與液壓缸借口連接，使用螺紋緊固，防止油液泄露，油路如下無建模：圖 3-13油管剪叉機構支撐臂使用由兩個鋼管連接的矩形鋼材組成， 鋼管用沿管道掃描建成，鋼材臂使用已經(jīng)建模好的，組裝形成內部支撐臂，保證結構牢固性。內臂架如下建模：圖 3-14內支撐桿底座與工作臂由小腳鏈接，滑動摩擦，能夠調節(jié)工作臂菱形形狀的變化圖 3-15滑腳上剪叉桿與上頂通過如下機構聯(lián)接，鉸接14圖

21、3-16上頂連接架最后將建好的各個部件進行裝配，使用約束條件將各個部件定位，必須保證不能過約束，并且盡量保證約束正確性，因為后期的運動仿真是基于前期裝配約束的。建模至此已完成，建模使用的數(shù)據(jù)均采用本身設計尺寸，由建模效果可以肯定設計的數(shù)據(jù)基本正確，可以保證結構實現(xiàn)升降功能。3.3 剪叉式液壓升降臺模型的仿真3.3.1 運動仿真模塊簡介UG NX 機構運動仿真分析模塊 Motion 提供機構仿真分析功能，可以在 UG運動仿真環(huán)境中定義機構，包括定義連桿、定義鉸鏈、定義彈簧、定義阻尼、定義初始運動條件，添加驅動阻力等等，直接在 UG 仿真環(huán)境中進行相應分析，仿真定義機構運動情況，得到機構的位移、速

22、度、加速度、力和力矩等。得到的分析結果可以用來指導修改結構設計，可以優(yōu)化機構設計方案。還可以和運動分析軟件 ADAMS 連接。3.3.2 創(chuàng)建連桿1機構升降平臺的運動仿真需要首先定義運動的連桿2. 底座作為第一連桿，設定為固定連桿3. 支撐框架、液壓桿連接桿、上頂架及護欄分別為一連桿4. 上移動腳輪、下移動腳輪分別為一連桿5. 液壓缸、活塞分別為一連桿3.3.3 創(chuàng)建運動副無轉動副 所有剪叉臂之間、液壓缸與機架、輪子與剪叉臂等，共有個 33 個旋轉副滑動副 輪子與底架、輪子與上頂、液壓缸與液壓桿共有 7 個滑動副固定副 底架作為固定連桿，共有 1 個固定副將液壓缸內液壓桿與鋼筒滑動副作為主動件

23、，滑動使用運動函數(shù)內的 STEP 函數(shù)3.3.4 運動仿真結果經(jīng)過仿真模擬可以實現(xiàn)升降平臺的起落，已經(jīng)能實現(xiàn)功能。164 4 剪叉式液壓升降臺零部件選擇剪叉式液壓升降臺零部件選擇4.1 液壓缸主要結構、材料及技術要求4.1.1 缸體端部聯(lián)接方式使用簡單的焊接形式，特點是結構簡單、尺寸小、重量輕，使用廣泛。氣缸的焊后變形又很多原因，包括以下幾種：一是與內直徑不容易制成的過程這樣的過程中需要注意的地方很多，因此，焊接方式的使用主要用于柱塞式液壓缸。還有其他的聯(lián)接方式也可以實現(xiàn)此過程。4.1.2 缸體材料液壓缸使用的材料有很多種，但是常見的就是那么幾種，液壓缸經(jīng)常使用的原料有 35 號無縫隙鋼制管、

24、20 號無縫隙鋼制管，還有 45 號無縫隙鋼制管材料，由于 20 號鋼制原料的機械性能略低，且不可以調質的緣故，通常她在使用過程中應用較少。使用焊接性能相對更好一些的 35 號無縫隙鋼制管材料焊接缸筒、缸底、缸頭管接頭、耳軸這些零部件時，需要在粗加工后調質，效果會更好一些。對于其他零部件的焊接來說通常用到 45 號無縫隙鋼制管材料，而且在粗加工后應調質到 240-285HB。 氣缸體鍛鋼，鑄鐵， 鑄鋼可用于 zg35b 和其他材料，鑄鐵可 ht200-ht350 幾種類型或球墨鑄鐵之間，特殊情況下可采用合金材料。4.1.3 缸體技術要求液壓缸內孔表面粗糙度由 H8 / 9，如果采用橡膠密封圈，

25、R 0.1-0.4um，如果使用活塞環(huán)密封活塞，RA 0.2-0.4um，并且都需要衍磨。缸體內徑圓度公差值取 10 級，圓柱度公差值應為 8 級。液壓缸端面的垂直度公差按 7 級精度篩選。如果氣缸體和氣缸蓋的螺紋，公制螺紋 6 級精度。為了防止腐蝕，提高氣缸的使用壽命，氣缸壁表面應鍍鉻層厚度 30-40，鍍鉻完成珩磨和拋光。4.2 活塞4.2.1 活塞與活塞桿的聯(lián)接整體聯(lián)接工作壓力和活塞的直徑和較小的情況下，整體連通性無這里使用螺紋聯(lián)接。4.2.2 密封結構依照作業(yè)時候的壓強因素、溫度因素、介質因素等各種因素的不一樣而不一樣，密封結構的分類也會不同，但是，人們通常使用較為頻繁的密封結構如下：

26、間隙密封主要用于低壓系統(tǒng)中液壓缸活塞的密封活塞環(huán)密封當工作條件為室內或者室外的溫度變化的太大的時候適用于溫度變化范圍較大，而且需要要求的摩擦力很小的時候，大多數(shù)較為頻繁使用壽命長的活塞環(huán)密封O 型密封圈密封密封性能良好，摩擦系數(shù)小，安裝空間小，廣泛使用于固定密封和運動密封件Y 型密封圈密封當工作條件是在 20MPa 往復運動的 Y 型密封環(huán)，和高速液壓缸密封此處采用 O 型密封圈密封。4.2.3 活塞的材料由于液壓缸活塞為經(jīng)常頻繁使用的， 因此這時需要采用更為常見的原料來制成，而耐磨鑄鐵、灰鑄鐵、鋼、以及鋁合金等原料是較為頻繁被使用的，也很常見，因此液壓缸活塞通常采用這些原材料，而在這里我們通常運用這里 45 號鋼無縫隙鋼制管材料4.2.4 活塞的技術要求活塞直徑 D 的徑向孔 D1 跳動公差值的 7，8 級精度端面 T 對內孔 D1 軸線度工藝值采納 7 級精度選購螺紋聯(lián)接常用的聯(lián)接方式半環(huán)聯(lián)接對于工作壓力的半環(huán)連接，機械振動的條件184.3 液壓系統(tǒng)原理圖各個液壓元件使用國產標準件， 在圖中按國家標準規(guī)定的液壓元件智能符號的常態(tài)位置繪制，對于自行設計的非標準元件可以采用結構原理圖繪制以來說明。為了方便液壓系統(tǒng)的維護和監(jiān)測， 在液壓系統(tǒng)的主要路段裝設必要的監(jiān)測元件，例如壓力表、溫度計等。在這采用升降臺回落時采用活塞桿的自重和一端施加的外力使液壓缸回油，省去一些機械