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1、無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書
第一章 緒 論
汽車舉升機是現(xiàn)代汽車維修作業(yè)中必不可少的設備,它的主要作用就是為發(fā)動機、底盤、變速器等養(yǎng)護和維修提供方便。舉升機的從上世紀20年代開始使用,發(fā)展至今經(jīng)歷了許多的變化改進,種類也比較多,一般有柱式、剪式,其驅(qū)動方式有鏈條傳動,液壓傳動,氣壓傳動等。本章就從舉升機的產(chǎn)生、發(fā)展以及制造工藝等方面進行簡單的介紹。
1.1 舉升機的發(fā)展簡史
汽車舉升機在世界上已經(jīng)有了70年歷史。1925年在美國生產(chǎn)的第一臺汽車舉升機,它是一種由氣動控制的單柱舉升機,由于當時采用的氣壓較低,因而缸體較大;同時采用皮革進行密封,因而壓縮空氣驅(qū)動時的彈跳嚴重且又
2、不穩(wěn)定。直到10年以后,即1935年這種單柱舉升機才在美國以外的其它地方開始采用。
1966年,一家德國公司生產(chǎn)出第一臺雙柱舉升機,這是舉升機設計上的又一突破性進展,但是直到1977這種舉升機才在德國以外的其它國家出現(xiàn)。現(xiàn)在雙柱舉升機在市場上以占據(jù)牢固的地位,其銷量還在持續(xù)增長。它和四柱舉升機相比,既有優(yōu)點,也有缺點,以下將作一簡要說明。
我們所見到的絕大多數(shù)舉升機均采用固定安裝方式。在舉升前汽車必須駛上舉升機。在移動式舉升機方面也有幾項成功設計,如剪式舉升機、菱架式舉升機等。但這類舉升機仍存在兩個主要問題,接近汽車下部較難;在車間移動舉升機時難逾越地面上的障礙物。當然,可移動性是這類舉升
3、機的突出優(yōu)點?,F(xiàn)在固定安裝的單柱、雙柱、四柱舉升機已在維修現(xiàn)場廣泛采用,而移動式舉升機卻相對要少得多。
最初設計單柱舉升機外,車輛較大,其底盤也能明顯辨認,因而汽車檢修區(qū)遠遠大于舉升器件。而今絕大多數(shù)汽車均為“緊湊型”或“半緊湊型”,導致汽車檢修區(qū)域接近主要舉升機器件而不便操作。但在南美洲卻屬例外,那里仍然采用較大的車輛,這可能是單柱舉升機在該地區(qū)的市場上仍然受到歡迎的重要原因。單柱舉升機有兩大優(yōu)點:當其下降后,不致成維修車間的障礙物;汽車可在舉升機上轉(zhuǎn)動。但美國卻受到了責難,主要是舉升機的旋轉(zhuǎn)會帶來撞擊操作人員的危險。單柱舉升機的主要缺點是:第一,它需要在車間的地面挖掘一個相當大的坑穴后才
4、能安裝;其次,它只能為使用提供車輪支撐方式;第三,使用時難于接近汽車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兩大問題: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更是如此。
雙柱舉升機(包括液壓式或機械式),均具有以下優(yōu)點:第一,檢修汽車下部具有很高的可接近性(幾乎達到100%);其次,采用車輪自由型的方式支撐汽車,因而拆卸車輪時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。雙柱舉升機的缺點是:第一為確保安全,安置舉升機時要求非常嚴格,否則在舉升過程中容易搖晃或顛覆;第二,由于舉升機常采用車輪自由型的方式支撐汽車,如需
5、采取車輪支撐型的方式維修汽車則甚感不便,如檢查懸掛系統(tǒng)、檢查轉(zhuǎn)向機構(gòu)間隙或進行車輪定位檢驗等;第三,由于舉升臂和立柱承受懸臂或載荷所產(chǎn)生的巨大應力,其承力件易于磨損,因而雙柱舉升機的安全工作壽命一般要比四柱舉升機低。
四柱舉升機有四根立柱、兩根橫梁、用于支撐汽車的兩個臺板。舉升前,汽車很容易正確無誤地駛上四柱舉升機的臺板。由于臺板內(nèi)側(cè)設備有凸緣,當汽車駛上臺板時也不致墜入其間的空隙中。車輪支撐型四柱舉升機的優(yōu)點是:第一,舉升機裝載汽車時勿需較高的技術,操作也很簡便;第二,承載時非常穩(wěn)定;第三,支撐載荷受力簡單,應力較低,從而延長了設備的使用壽命;第四,由于具有較高的使用價值,從經(jīng)濟上來看也是
6、合算的;第五,易于維修;第六,在車間現(xiàn)場進行安裝也較方便,只要地面平坦,其混凝土厚度能夠固牢立柱的地腳螺栓即可。四柱舉升機的缺點是:和雙柱舉升機相比,戰(zhàn)地面積教大,對汽車檢修區(qū)域可接近性較差。
解放后,特別是改革開放以來,我國的汽車維修行業(yè)有了很大的發(fā)展,為之服務的汽車維修設備行業(yè)已成為我國的新興行業(yè)不斷發(fā)展壯大。各種舉升機設備如雨后春筍,不斷涌現(xiàn),質(zhì)量不斷提高,銷量逐年增加。
有人說,對于汽車維修企業(yè)來說,汽車舉升機可能是除廠房而外的最重要的投資,因為它具有至關重要和不可替代的作用,甚至直接影響到汽車維修業(yè)務的興衰。汽車舉升機是汽車維修設備行業(yè)的支柱設備之一,讓我們生產(chǎn)出更多、更好、更受
7、用戶歡迎的汽車舉升機,為汽車維修企業(yè)服務。
1.2 汽車舉升機的設計特點
(1)舉升機臺板降到下位時,與地面應盡可能在同一平面上,為達到此目的,雖然可在地面上挖掘凹坑,但需增加投資費用,也破壞了車間地面的平整性。為此,在保證強度和剛度的前提下,應盡可能降低舉升機臺板和橫梁的高度;這樣,既便于汽車駛上舉升機,又使駛上臺板的斜面長度盡可能短,節(jié)約車間的占地。在條件許可時,舉升機臺板(或橫梁)應選擇專用型鋼或用鋼板拆彎成形。
(2)正確選擇傳動方式。采用機械傳動(螺母、螺桿)或液壓傳動(油缸),均
用電動機驅(qū)動。機械傳動的成本較高,耗能較多,但安全性較好。經(jīng)驗證明:機械傳動的能耗為液壓傳動所
8、需能耗的兩倍(在舉升載荷、舉升時間均相同的條件下)。機械式舉升機的螺母、螺栓磨損較快,而液壓式舉升機的維修量卻相對要小些。雖然液壓式舉升機的技術難度較大,但多數(shù)零部件(液壓泵、液壓缸、閥門、密封元件等)均可外購或外協(xié),當然一定要選用優(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立柱的斷面尺寸,應該選用高柔度的鋼絲繩。鋼絲繩應有較高的安全系數(shù),一般應達8。為此,應增加鋼絲繩鋼絲的數(shù)目。如英國某公司3t系列的舉升機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。滑輪通常用鋼材制成,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,不僅價格
9、便宜,還能減輕鋼絲繩的磨損,延長其使用壽命。
1.3 汽車舉升機的安全保證措施
今天全世界都對在危險作業(yè)環(huán)境下工作的人們的安全寄予極大的關注。汽車舉升機具有潛在的危險,因為人們要在其下面工作;當其升降時如不小心,也會碰傷手足。近年來不少國家還制定了專門性法規(guī),以防止或至少使安全事故的可能性降低到最低限度。
汽車舉升機的安全保證措施主要從兩方面著手:一方面從設計制造方面采取措施,好提高汽車舉升機的安全技術特性;另一方面則應在使用維修過程中遵循嚴格的操作規(guī)程,保證汽車舉升機能在良好的技術狀態(tài)下正確地運行。現(xiàn)分別說明與后。
1.3.1 設計制造方面的安全保證措施
當今世界上的許多先進技
10、術,如自動控制\光電開關等,已廣泛應用到各種安全裝置的設計領域,因而在設計制造舉升機時,應結(jié)合產(chǎn)品的特點,積極采用先進可靠實用的現(xiàn)代安全技術。以下僅列舉多數(shù)舉升機普遍采用的安全措施。
(1)舉升機應能經(jīng)受超負荷試驗(包括舉升和支撐),一般應為最大舉升能力的125%此時舉升機的構(gòu)件不得有任何永久性的變形和損壞。
(2)所有的操作控制機構(gòu)均采用“雙重保險”,以防誤操作,即舉升機運行前必需操作兩個控制機構(gòu)(或按鈕開關)后才能驅(qū)動。
(3)所有的控制電路均采用失效保護,即任何單個元件失效,也不會使舉升機墜或上升所造成非常危險的局面。
(4)所有的舉升機器件均應有第二支撐系統(tǒng)。原有的提升系統(tǒng)失效
11、時,它能自動進行有效的支撐。
(5)所有的柔性提升手段,如鋼絲繩,鏈條等,均應有足夠的安全系數(shù),并在制造廠設置的保護罩內(nèi)傳動。
(6)所有的運動零件均應有防護裝置,以免撞擊操作人員的任何部位,特別是手,足,衣服等。
(7)所有舉升機的設計均應把舉升重物滑移的可能性降低到最低限度。
1.3.2 使用維護方面的安全保證措施
使用維護方面的安全保證措施涉及的范圍很廣,包括舉升機有使用前的準備工作,舉升汽車時應該注意的事項,承載時的穩(wěn)定性,降下汽車時的注意事項,日常和定期維修檢查工作等。雖然汽車舉升機已有70年的歷史,其設計原理并無多大改變;但如果忽視安全要求,超載使用,疏忽大意,仍然會造成
12、嚴重事故,甚至發(fā)生人身傷亡。因此安全問題一定要引起使用單位和操作人員的高度重視。首先,應選購那些安全性能良好的汽車舉升機,另外,還應認真學習和理解說明書中的各項安全注意事項并認真貫切執(zhí)行。這里僅就使用維護舉升機時普遍應當注意的事項說明于后。
(1)使用中的舉升機每天都應進行檢查。發(fā)現(xiàn)有效故障或零部件損壞時,不得再使用。維修時應采用該舉升機的制造廠所提供的配件,不得隨意代替或自制。
(2)舉升機不得超載使用。每臺舉升機的額定載荷均注明在設備的銘牌上。特別要注意防止偏載,即整機雖未超載而某一舉升臂確已超過允許的額定載荷。故欲舉升那些前后軸載荷嚴重分配不均的汽車時應特別注意,能滿足要求的才能裝載
13、使用。
(3)安置汽車和使用舉升機均應由經(jīng)過培訓并經(jīng)考核合格的人員操作。
(4)舉升汽車時,車內(nèi)不得有人。舉升機升降和使用時,顧客和無關人員應遠離舉升機。
(5)舉升機區(qū)域內(nèi)不得有任何障礙物,如油脂、廢物、瓦礫等。
(6)當汽車駛上舉升機前,應清除通道,不得駛過或撞擊舉升臂,連接器,車軸支撐器等,以防損壞舉升機或汽車。
(7)在舉升機上承載汽車時應仔細操作。將舉升機的支撐器安置到汽車制造廠推薦的舉升機逞力接觸點。只有當支撐器與汽車上的承力點接觸嚴密后才能將舉升機升起;對其接觸的嚴密性進行認真檢查后,才能將汽車舉升到需要的工作高度。
(8)要注意某些汽車上的零部件由于移動或安裝位置的
14、不同會引起重心的急劇變化,從而導致舉升汽車時的不穩(wěn)定。
(9)舉升機降下前,應將汽車下面的工具箱,臺架及其它設備全部移開。要降下舉升機前,還必須松開鎖緊裝置。
注意:如欲在汽車下面進行維修作業(yè)時,應將舉升機提升到足夠的高度,以便鎖緊裝置嚙合。
第2章 剪叉式升降臺的應用及其受力分析的討論
2.1剪叉式升降平臺的三種結(jié)構(gòu)形式
本討論的目的通過分析氣液動類的剪叉式升降平臺機構(gòu)特點,論述了設計時應注意的問題及其應用范圍。氣液動剪叉式升降平臺具有制造容易、價格低廉、堅實耐用、便于維修保養(yǎng)等特點。在民航、交通運輸、冶金、汽車制造等行業(yè)逐漸得到廣泛應用。本設計中主要側(cè)重于小型
15、家用液壓式的升降平臺。在設計氣液動剪叉式升降平臺的過程中,一般我們會考慮如下三種設計方案,如簡圖2-1所示:
圖2-1 三種剪叉式升降臺結(jié)構(gòu)簡圖
圖中表示氣液動剪叉式升降平臺的三種結(jié)構(gòu)形式。長度相等的兩根支撐桿AB和MN鉸接于二桿的中點E,兩桿的M、A端分別鉸接于平板和機架上,兩桿的B、N端分別與兩滾輪鉸接,并可在上平板和機架上的導向槽內(nèi)滾動。圖中的三種結(jié)構(gòu)形式的不同之處在于驅(qū)動件液壓缸的安裝位置不同。
圖a中的驅(qū)動液壓缸的下不固定在機架上,上部的活塞桿以球頭與上平板球窩接觸。液壓缸通過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
16、缸驅(qū)動活塞桿控制平臺鉛直升降。
圖c中的液壓缸缸體尾部與機架鉸接于G處,活塞桿頭部與支撐桿AB鉸接于F處。液壓缸驅(qū)動活塞桿可控制平臺鉛直升降。
按照液壓缸的安裝形式,稱圖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)。
直立固定剪叉式結(jié)構(gòu),液壓缸的行程等于平臺的升降行程,整體結(jié)構(gòu)尺寸龐大,且球鉸鏈加工負載,在實際種應用較少。
水平固定剪叉式機構(gòu),通過分析計算可知,平臺的升降行程大于液壓缸的行程,在應用過程中可以實現(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際平臺上的載荷力要大的多。
17、所以實際也很少采用。
雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)避免了上述缺點。結(jié)構(gòu)比較合理,平臺的升降行程可以達到液壓缸行程的二倍以上。因此,在工程實際中逐漸得到廣泛的應用。本設計就重點對雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)形式加以分析、論述。
2.2 雙鉸接剪叉式升降平臺機構(gòu)的位置參數(shù)計算
由圖2-2可知
圖2-2位置參數(shù)示意圖
(1)
(2)
上式中:
H——任意位置時升降平臺的高度;
C——任意位置時鉸接點F到液壓鉸接點G的距離;
L——支撐桿的長度;
——支撐桿固定鉸支點A到鉸接點F的距離;
T——機架長度(A到G點的距離);
——
18、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)
設代入(3)式得
。 (4)
在(4)式中,
——升降平臺的初始高度;
——液壓缸初始長度。
雙鉸接剪叉式升降平臺機構(gòu)的運動參數(shù)計算:
圖2-3 運動參數(shù)示意圖
圖中,是F點的絕對速度;是B點絕對速度;是AB支撐桿的速度;
是液壓缸活塞平均相對速度;是升降平臺升降速度。由圖2-3可知:
(5)
在(5)式中,
——液壓缸活塞平均相對運動速度;
——升降平臺升降速度;
——支撐桿與水
19、平線的夾角。
以下相同。
2.3 雙鉸接剪叉式升降平臺機構(gòu)的動力參數(shù)計算
圖2-4動力參數(shù)示意圖
圖中,P是由液壓缸作用于活塞桿上的推力,Q是升降平臺所承受的重力載荷。通過分析機構(gòu)受力情況并進行計算(過程省略)得出:
升降平臺上升時
; (6)
升降平臺下降時
(6)、(7)式中,
P——液壓缸作用于活塞桿的推力;
Q——升降平臺所承受的重力載荷;
f——滾動摩擦系數(shù);
b——載荷Q的作用線到上平板左鉸支點M的水平距離。
由于滾動輪與導向槽之間為滾動摩擦,摩擦系數(shù)很?。╢=0.01),為簡化計算,或忽略不計,由(6)、(7)式簡化為:
。 (8)
9