3477 水果便攜式采摘升降臺(tái)

3477 水果便攜式采摘升降臺(tái),水果,生果,瓜果,便攜式,采摘,升降臺(tái) 12 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)水果便攜式采摘升降臺(tái)設(shè)計(jì)說明書學(xué)生姓名 史高昆 學(xué) 號(hào) 8031208220 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化 班 級 12-2 指導(dǎo)教師 安 靜 日 期 2012. 6 塔里木大學(xué)教務(wù)處制前 言我國是世界果樹種植大國，在水果生產(chǎn)中以蘋果、梨、柑橘為大宗，其中蘋果434.4萬噸，梨472.1萬噸，柑橘256萬噸。這些水果主要以鮮食為主。采摘過程若收到損傷，將大大縮短保鮮時(shí)間，降低果品品質(zhì)。使用采摘機(jī)械不僅提高采摘效率，而且降低了損傷率，節(jié)省了人工成本，提高了果農(nóng)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，提高采摘作業(yè)機(jī)械化程度有重要的意義。本文著重介紹水果便攜式采摘升降臺(tái)的設(shè)計(jì)，該裝置不僅方便在果園間的移動(dòng)及升降，而且可以作為水果采摘頭的固定裝置，彌補(bǔ)我國在便攜式小型升降臺(tái)和機(jī)械化水果采摘方面的空白。目 錄1.緒論 ...........................................................................................................................................11.升降機(jī)機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ..............................................................................................................41.1 工藝參數(shù) .........................................................................................................................................41.2 升降機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)動(dòng)機(jī)理 ................................................................................................41.2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)形式 .....................................................................................................................41.2.2 升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)理 ............................................................................................................42 升降臺(tái)的機(jī)械計(jì)算和零件設(shè)計(jì) ..................................................................................................52.1 液壓缸位置的確定和液壓缸推力的計(jì)算 .....................................................................................52.2 升降零件的設(shè)計(jì) .............................................................................................................................72.2.1 上頂板結(jié)構(gòu) ..........................................................................................................................72.2.2 強(qiáng)度校核 .............................................................................................................................72.3 支架設(shè)計(jì) .........................................................................................................................................72.3.1 支架的結(jié)構(gòu) ..........................................................................................................................72.3.2 支架的受力分析 ..........................................................................................................................82.4 支架間的連接及計(jì)算 ...................................................................................................................132.5 升降臺(tái)底座的設(shè)計(jì)和校核 ...........................................................................................................143.升降臺(tái)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ............................................................................................................163.1 液壓系統(tǒng)的總體規(guī)劃 ...................................................................................................................163.2 執(zhí)行元件類型、數(shù)量和安裝位置 ...............................................................................................163.2.1 液壓缸類型選擇 ................................................................................................................163.3 確定的液壓缸及安裝 ..................................................................................................................183.3.1 驅(qū)動(dòng)液壓缸的選擇 ............................................................................................................183.3.2 主動(dòng)液壓缸 ........................................................................................................................193.3.3 安裝位置 ............................................................................................................................193.4 速度和載荷計(jì)算 ...........................................................................................................................19參考文獻(xiàn) .....................................................................................................................................20致 謝 ............................................................................................................................................21水果便攜式采摘升降臺(tái)1.緒論本文著重介紹水果便攜式采摘升降臺(tái)的設(shè)計(jì)，該裝置不僅方便在果園間的移動(dòng)及升降，而且可以作為水果采摘頭的固定裝置，彌補(bǔ)我國在便攜式小型升降臺(tái)和機(jī)械化水果采摘方面的空白。論文選題的意義：采摘作業(yè)所用勞動(dòng)力占整個(gè)生產(chǎn)過程所用勞動(dòng)力的33% ～ 50% [1]，采摘作業(yè)比較復(fù)雜，季節(jié)性很強(qiáng)，若使用人工采摘，不僅效率低、勞動(dòng)量大，而且容易造成果實(shí)的損傷。使用采摘機(jī)械不僅提高采摘效率，而且降低了損傷率，節(jié)省了人工成本，提高了果農(nóng)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，提高采摘作業(yè)機(jī)械化程度有重要的意義。隨著農(nóng)業(yè)從業(yè)者的減少及老齡化趨勢不斷加大,采摘機(jī)械的開發(fā)利用具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的市場前景。升降機(jī)國內(nèi)外現(xiàn)狀分析（1）國內(nèi)研究現(xiàn)狀及分析 [2]：改革開放三十年以來,我國城市建設(shè)發(fā)展突飛猛進(jìn)，有利的帶動(dòng)了我國升降機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,升降機(jī)做為人們出行的垂直交通工具已經(jīng)隨處可見。1978 年，黨的十一屆三中全會(huì)作出了實(shí)行改革開放的重大決策。隨著大批升降機(jī)企業(yè)的創(chuàng)建，我國升降機(jī)行業(yè)在技術(shù)、管理也不斷規(guī)范。1987 年，國家標(biāo)準(zhǔn) GB 7588-87《升降機(jī)制造與安裝安全規(guī)范》發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)對保障升降機(jī)的制造與安裝質(zhì)量有十分重要的意義。改革開放后的第二個(gè)十年可以說是中國升降機(jī)行業(yè)穩(wěn)步發(fā)展,不斷創(chuàng)新的十年。經(jīng)過改革開放第一個(gè)十年，我國升降機(jī)行業(yè)在吸收國際升降機(jī)新技術(shù)的同時(shí)，相關(guān)的管理體制也在不斷的完善。1991 年 3 月升降機(jī)標(biāo)準(zhǔn)制訂修訂協(xié)調(diào)會(huì)在廊坊市中國建研院機(jī)械化所召開。會(huì)議確定 1991年將制訂國家標(biāo)準(zhǔn)《升降機(jī)產(chǎn)品型號(hào)編制辦法》，《自動(dòng)扶梯分類》，《自動(dòng)扶梯技術(shù)條件》，《自動(dòng)扶梯試驗(yàn)方法》、《自動(dòng)扶梯安裝驗(yàn)收規(guī)程》；修訂國家標(biāo)準(zhǔn) GB7588-87《升降機(jī)制造與安裝安全規(guī)范》，GB10060-88《升降機(jī)安裝與驗(yàn)收規(guī)范》，另外還將制訂 3 項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：《船用升降機(jī)》，《液壓升降機(jī)》，《升降機(jī)導(dǎo)軌檢驗(yàn)規(guī)則》。 隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、城市化建設(shè)的不斷完善，升降機(jī)已不只存在于高檔商務(wù)寫字樓、大酒店、商城普及到高層住宅樓，同時(shí)也走進(jìn)人們生活的多個(gè)角落，成為城市建筑中不可缺少的垂直交通工具 [3]。我國有 13 億人口，在用升降機(jī)的人均擁有量是世界平均數(shù)的 1/3，是發(fā)達(dá)國家的 1/10。巨大的升降機(jī)市場吸引了全世界幾乎所有升降機(jī)企業(yè)的關(guān)注。2007 年中國政府出臺(tái)了一系列經(jīng)濟(jì)政策，加強(qiáng)宏觀調(diào)控力度，使升降機(jī)市場逐步走向穩(wěn)健和規(guī)范軌道。中國大陸升降機(jī)市場在健康發(fā)展的同時(shí)穩(wěn)步攀升，升降機(jī)產(chǎn)銷量達(dá)到了 21.6 萬臺(tái)，比上年凈增 4.8 萬臺(tái)，增幅為 28%，這是在我國升降機(jī)產(chǎn)量持續(xù)走高的基礎(chǔ)上又一次創(chuàng)造了歷史新高，超過了全世界升降機(jī)產(chǎn)量的一半。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2007 年我國安裝驗(yàn)收升降機(jī) 146999 臺(tái)，同比增長 24%。截止 2007 年底，全國在用升降機(jī)達(dá)917313 臺(tái)。中國已經(jīng)成為全球最大的升降機(jī)市場 [4]。 到 2008 年底，我國在用升降機(jī)量已超過100 萬臺(tái)。中國目前不但是全球最大的升降機(jī)生產(chǎn)基地和消費(fèi)市場，也是擁有升降機(jī)最多的國家之一?，F(xiàn)在我國升降機(jī)生產(chǎn)力不斷提高，質(zhì)量也被國際市場所認(rèn)可，不但能夠滿足國內(nèi)市場需求，國際市場的供應(yīng)能力也在加強(qiáng)。（2）國外研究現(xiàn)狀及分析：近 20 年世界工程升降機(jī)行業(yè)發(fā)生了很大變化。RT(越野輪胎升降機(jī))和 AT(全地面升降機(jī))產(chǎn)品的迅速發(fā)展，打破了原有產(chǎn)品與市場格局，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展及市場激烈競爭沖擊下，導(dǎo)致世界工程升降機(jī)市場進(jìn)一步趨向一體化 [5]。目前世界工程升降機(jī)年銷售額已達(dá) 75 億美元左右。主要生產(chǎn)國為美國、日本、德國、法國、意大利等，世界頂級公司有 10 多家，主要集中在北美、日本（亞洲）和歐洲。美國既是工程升降機(jī)的主要生產(chǎn)國，又是最大的世界市場之一。但由于日本、德國升降機(jī)工業(yè)的迅速發(fā)展及RT和AT產(chǎn)品的興起，美國廠商曾在20世紀(jì)60～70年代世界市場中占有的主導(dǎo)地位正逐步受到削弱，從而形成美國、日本和德國三足鼎立之勢。近幾年美國經(jīng)濟(jì)回升，市場活躍，外國廠商紛紛參與競爭。 美國制造商的實(shí)力也有所增強(qiáng)，特雷克斯升降機(jī)公司的崛起即是例證。特雷克斯升降機(jī)公司前身是美國科林升降機(jī)廠。1995年以來，其通過一系列的兼并活動(dòng)，已發(fā)展成為世界頂級公司之一。日本從20世紀(jì)70年代起成為工程升降機(jī)生產(chǎn)大國，產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量提高很快，已出 口到歐美市場，年總產(chǎn)量居世界第一 [6]。 歐洲是潛力很大的市場，歐洲各工業(yè)國既是工程升降機(jī)的 出口國，也是重要的進(jìn)口國。德國是最大的歐洲市場，其次為英國、法國、意大利等國。在德國AT產(chǎn)品市場份額中，利勃海爾占53%，格魯夫占 16%，德馬泰克占14%，多田野和特雷克斯各占10%和5%左右。升降機(jī)制造業(yè)中的聯(lián)合之風(fēng)與汽車業(yè)很相似，在汽車行業(yè)中，通用汽車、福特、雷諾、寶馬、梅賽德斯、大眾等大公司都走上了聯(lián)合之路，這兩個(gè)行業(yè)的世界市場已日趨一體化。欲在成熟的世界市場獲取市場份額并保持增長，捷徑是購買競爭對手，其長期目標(biāo)是爭奪世界市場的支配地位。在升降機(jī)行業(yè)，某種意義 上，打入世界市場即意味著進(jìn)入北美、日本（亞洲）和歐洲三大市場。通過對國內(nèi)外發(fā)展情況看，用于建筑、汽車行業(yè)業(yè)的升降臺(tái)已經(jīng)相當(dāng)成熟。但是用于農(nóng)業(yè)、特別是用于水果采摘的升降臺(tái)在國內(nèi)外都是空白。因此設(shè)計(jì)適合水果采摘的升降臺(tái)是彌補(bǔ)空白的當(dāng)務(wù)之急。近20年世界工程升降機(jī)行業(yè)發(fā)生了很大變化。RT(越野輪胎升降機(jī))和AT(全地面升降機(jī))產(chǎn)品的迅速發(fā)展，打破了原有產(chǎn)品與市場格局，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展及市場激烈競爭沖擊下，導(dǎo)致世界工程升降機(jī)市場進(jìn)一步趨向一體化。目前世界工程升降機(jī)年銷售額已達(dá)75億美元左右。主要生產(chǎn)國為美國、日本、德國、法國、意大利等，世界頂級公司有10多家，主要集中在北美、日本（亞洲）和歐洲。美國既是工程升降機(jī)的主要生產(chǎn)國，又是最大的世界市場之一。但由于日本、德國升降機(jī)工業(yè)的迅速發(fā)展及RT和AT產(chǎn)品的興起，美國廠商曾在20世紀(jì)60～70年代世界市場中占有的主導(dǎo)地位正逐步受到削弱，從而形成美國、日本和德國三足鼎立之勢。近幾年美國經(jīng)濟(jì)回升，市場活躍，外國廠商紛紛參與競爭。 美國制造商的實(shí)力也有所增強(qiáng)，特雷克斯升降機(jī)公司的崛起即是例證。特雷克斯升降機(jī)公司前身是美國科林升降機(jī)廠。1995年以來，其通過一系列的兼并活動(dòng)，已發(fā)展成為世界頂級公司之一。日本從20世紀(jì)70年代起成為工程升降機(jī)生產(chǎn)大國，產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量提高很快，已出 口到歐美市場，年總產(chǎn)量居世界第一。 歐洲是潛力很大的市場，歐洲各工業(yè)國既是工程升降機(jī)的 出口國，也是重要的進(jìn)口國。德國是最大的歐洲市場，其次為英國、法國、意大利等國。在德國AT產(chǎn)品市場份額中，利勃海爾占53%，格魯夫占 16%，德馬泰克占14%，多田野和特雷克斯各占10%和5%左右 [7]。升降機(jī)制造業(yè)中的聯(lián)合之風(fēng)與汽車業(yè)很相似，在汽車行業(yè)中，通用汽車、福特、雷諾、寶馬、梅賽德斯、大眾等大公司都走上了聯(lián)合之路，這兩個(gè)行業(yè)的世界市場已日趨一體化。欲在成熟的世界市場獲取市場份額并保持增長，捷徑是購買競爭對手，其長期目標(biāo)是爭奪世界市場的支配地位。在升降機(jī)行業(yè)，某種意義 上，打入世界市場即意味著進(jìn)入北美、日本（亞洲）和歐洲三大市場 [8]。通過對國內(nèi)外發(fā)展情況看，用于建筑、汽車行業(yè)業(yè)的升降臺(tái)已經(jīng)相當(dāng)成熟。但是用于農(nóng)業(yè)、特別是用于水果采摘的升降臺(tái)在國內(nèi)外都是空白。因此設(shè)計(jì)適合水果采摘的升降臺(tái)是彌補(bǔ)空白的當(dāng)務(wù)之急。本設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問題的解決:(1)動(dòng)力的問題：升降臺(tái)的動(dòng)力問題一直是困擾國內(nèi)外的專家的難題，升降平臺(tái)均以電能或內(nèi)燃機(jī)做動(dòng)力，也有手、電兩用型，以備無電使用，用手壓動(dòng)液壓缸升降平臺(tái)，升降時(shí)間長，操作費(fèi)力，以電源做動(dòng)力時(shí)，在施工現(xiàn)場，升降平臺(tái)頻繁移動(dòng)，電源線不能無限延長。還有使用車輛內(nèi)燃機(jī)作升降平臺(tái)的動(dòng)力，車輛必須相隨作業(yè)，在一個(gè)地點(diǎn)往往停留時(shí)間長，使用成本高。因該課題是水果便攜式采摘升降臺(tái)設(shè)計(jì)，所以突出便攜式。決定采用以腳踏為動(dòng)力，為液壓缸提供壓力，從而驅(qū)動(dòng)升降臺(tái)的升降。該裝置靈活輕便，不受沒有電源及使用內(nèi)燃機(jī)的高成本限制。(2)選擇常用升降機(jī)構(gòu)的問題：升降機(jī)構(gòu)的選擇對升降臺(tái)的影響非常大。升降臺(tái)按其工作原理可分為液壓升降臺(tái)、垂直絲杠升降臺(tái)、水平絲杠升降臺(tái)、鏈條式升降臺(tái)、螺旋器升降臺(tái)等。以上升降臺(tái)，各有優(yōu)缺，通過按其工況及實(shí)際使用情選定出最合適的一種。因?yàn)楸狙b置需在果園間不斷移動(dòng)，應(yīng)具有便攜性?？紤]到升降行程只需3-5米即可，要求裝置本身質(zhì)量輕、體積小、成本低、對精度要求不高、上升高度需任意可調(diào)。決定采用以液壓為驅(qū)動(dòng)，以剪式結(jié)構(gòu)為裝置支承的特殊機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)能兼顧以上常見機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)、克服不利因素。1.升降機(jī)機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)1.1 工藝參數(shù)本設(shè)計(jì)升降機(jī)為全液壓系統(tǒng)，相關(guān)工藝參數(shù)為：額定載荷：200kg最低高度：500 mm最大起升高度：1300 mm最大高度：1800mm平臺(tái)尺寸：1000x500mm1.2 升降機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)動(dòng)機(jī)理 1.2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)形式根據(jù)升降機(jī)的平臺(tái)尺寸 1000X500mm，參考國內(nèi)外同類產(chǎn)品的工藝參數(shù)可知 [9]，該升降機(jī)宜采用雙雙叉機(jī)構(gòu)形式：即有兩個(gè)雙叉機(jī)構(gòu)升降臺(tái)合并而成，有一個(gè)液壓缸做同步運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到升降機(jī)升降的目的。其具體結(jié)構(gòu)形式為：圖 1-1 升降機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式圖 1.1 中 1、2、3、4、5、6、7、8 為支架，主要起支撐作用和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化形式的作用，一方面支撐上頂板的載荷，一方面通過其鉸接將液壓缸的繩縮運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為平臺(tái)的升降運(yùn)動(dòng)，上頂板與載荷直接接觸，將載荷轉(zhuǎn)化為均布載荷，從而增強(qiáng)局部承載能力。下底架主要起支撐和載荷傳遞作用，它不僅承擔(dān)著整個(gè)升降機(jī)的重量，而且能將作用力傳遞到地基上。通過這些機(jī)構(gòu)的相互配合，實(shí)現(xiàn)升降機(jī)的穩(wěn)定和可靠運(yùn)行。1.2.2 升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)理升降機(jī)的基本運(yùn)動(dòng)機(jī)理如下圖所示： 圖 1-2 升降臺(tái)運(yùn)動(dòng)分析 1、2、3、4 支架圖中 1、2、3、4 支架在 O 點(diǎn)鉸接，支架 1、2、3、4 上下端分別固定在上、下板面上，通過活塞桿的伸縮和鉸接點(diǎn) O 的作用實(shí)現(xiàn)貨物的舉升。根據(jù)以上分析，升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)過程可以敘述如下：支架 1、2 為升降機(jī)機(jī)構(gòu)中的固定支架，他們與底板的鉸接點(diǎn) 做不完整的圓周運(yùn)動(dòng)，支架 3、4 為活動(dòng)支架，他們在液壓缸的作用下由23,最初的幾乎水平狀態(tài)逐漸向后來的傾斜位置運(yùn)動(dòng)，在通過支架之間的絞合點(diǎn)帶動(dòng) 3、4 也不斷向傾斜位置運(yùn)動(dòng)，以使升降機(jī)升降。 初態(tài)時(shí)，上下底板處于合閉狀態(tài)，支架 1、2、3、4 可近似看作為水平狀態(tài)，隨著液壓油不斷的輸入到液壓缸中，活塞桿外伸，將支架 2 頂起，支架 2 上升時(shí)，由于絞合點(diǎn) O 的作用使支架 1運(yùn)動(dòng)，1、2 的運(yùn)動(dòng)通過鉸接點(diǎn)帶動(dòng) 3、4 運(yùn)動(dòng)通過一系列的相互運(yùn)動(dòng)和作用，使上頂板上升，當(dāng)上升到指定高度時(shí)，液壓缸停止運(yùn)動(dòng)，載荷便達(dá)到指定高度。2 升降臺(tái)的機(jī)械計(jì)算和零件設(shè)計(jì)2.1 液壓缸位置的確定和液壓缸推力的計(jì)算為了方便研究各部件間的受力情況僅選取下半部分進(jìn)行分析圖 2-1 受力分析示剪叉機(jī)構(gòu)的液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)速度與臺(tái)面升降速度的關(guān)系式為 [10] 2-12cos2in()ralav vl???????液壓缸推力與臺(tái)面荷重的關(guān)系式為2-2cssin()i()lPWa????式中， ??111sini,ta,isin22colhal d???? ???????????液壓缸運(yùn)動(dòng)速度： 2-3??sins2coAylvv??式中， ??11isin,ta.2slhalL??????液壓缸推力： 2-4cos()in()PWl?為便于計(jì)算及工況要求取 L=500mm W=2000N Hmin=500mm Hmax=1800mm上頂板及下底座總高度為 100mm 可得兩幅剪叉板高度變化范圍 400mm 至 1700mm 由此可計(jì)算出角度 α 和 θ 值由 h 取最小值時(shí)得 α 和 θ 最小值110.2sini3'2l???????1statan0.2187'co?????????????????????=0.52al?由 h 取最大值時(shí)得 α 和 θ 最大值110.85sini'2l???????1statan.6927'co?????????????????????=0.52al?上式可得 13'582'???8''??液壓缸推力與臺(tái)面荷重的關(guān)系式為2-5????cossininlpwa?????由上式及 α 和 θ 的取值范圍可以確定當(dāng)臺(tái)面載荷一定時(shí)，液壓缸推力的最小值及 a 的值：已知 在 范圍內(nèi)是遞減的 在 范圍內(nèi)是遞增的 13'5812'???cos?sin?L=0.5 代入上式可知 在 取最小值時(shí)所受推力最大????2cossininpwal?????1.96i3'05si13'???由 1'82'??827'69'???得結(jié)論 a 的值越大液壓缸所受推力越小 結(jié)合各部件尺寸綜合考慮取 a= 12l由上述及結(jié)合圖形得 取最小值時(shí) 取得最小值??31'?得： 考慮到人在上平臺(tái)移動(dòng)是有可能走到一邊的剪叉支架上所以取 5.7pw? max0WN?因此 （支架受力分析時(shí)選用此值）max10N一般情況下 所以W570pN?2.2 升降零件的設(shè)計(jì)2.2.1 上頂板結(jié)構(gòu)上頂板和載荷直接接觸，其結(jié)構(gòu)采用由若干根相互交叉垂直的鋼管通過焊接形式焊接而成，然后在槽鋼的四個(gè)側(cè)面和上頂面上鋪裝 1000x500x1mm 的汽車板，其結(jié)構(gòu)形式大致如下所示：圖 2-2 上頂板沿平臺(tái)的長度方向布置 2 根鋼管，沿寬度方向布置 1 根鋼管，組成上圖所示的上頂板結(jié)構(gòu)。在最外緣延長度方向加工出安裝上下支架的滑槽。以便上下支架的安裝?；鄣木唧w尺寸根據(jù)上下支架的具體尺寸和結(jié)構(gòu)而定。 2.2.2 強(qiáng)度校核升降臺(tái)上頂板的載荷是作用在一平臺(tái)上的，可以認(rèn)為是一均布載荷，由于該平板上鋪裝鋼板2.3 支架設(shè)計(jì)2.3.1 支架的結(jié)構(gòu)支架由 8 根形狀基本相同的截面為矩形的鋼柱組成，在支架的頂端和末端分別加工出圓孔，以便支架的安裝。支架在升降機(jī)結(jié)構(gòu)中的主要功能為載荷支撐和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化，將液壓缸的伸縮運(yùn)動(dòng)，通過與其鉸合的支點(diǎn)轉(zhuǎn)化為平臺(tái)的升降運(yùn)動(dòng)，支架的結(jié)構(gòu)除應(yīng)滿足安裝要求外，還應(yīng)保證有足夠的剛度和強(qiáng)度，一時(shí)期在升降運(yùn)動(dòng)中能夠平穩(wěn)安全運(yùn)行。分析支架的運(yùn)動(dòng)形式和受力情況，發(fā)現(xiàn)支架在運(yùn)動(dòng)過程中受力情況比較復(fù)雜，它與另一支架鉸合點(diǎn)給予底座的固定點(diǎn)的受里均為大小和方向?yàn)槲粗氖噶?，故該問題為超靜定理論問題，本著定性分析和提高效率的原則，再次宜簡化處理，簡化的原則時(shí)去次留主，即將主要的力和重要的力在計(jì)算中保留，而將對梁的變形沒有很大影響的力忽略不計(jì)，再不改變其原有性質(zhì)的情況下可以這樣處理。對支架所受的力進(jìn)行分析，可以看出與液壓缸頂桿聯(lián)結(jié)點(diǎn)的力為之所受到的最主要的力，它不僅受液壓缸的推力，而且還將受到上頂班所傳遞的作用力，因此，與液壓缸頂桿相連接的支架所收到的上頂板的力為它所受到的最主要的力，在此，將其他的力忽略，只計(jì)算上頂板承受的由載荷和自重所傳遞的載荷力。 2.3.2 支架的受力分析整個(gè)機(jī)架受力情況還未確定出，因此機(jī)架用的材料尺寸和重量。先假設(shè)整個(gè)機(jī)架的重量為 m 。 解出機(jī)架受力情況后反代入再求得 m 值。計(jì)算圖如下所示：圖 2-3 整體受力分析由整體列關(guān)系式， 2-60F??w+mFy67=0HD 支架受力分析， 2-7xx124， 2-8y=0F?y1+2F4=0， 2-9??G????cosincos4in0xlyFxl?????:::EI 支架受力分析， 2-10x0F3+2=0F， 2-11y=y， 2-12??0E????cos2cos2in0lFxl????:::EC 支架受力分析， 2-13??BF???6csin4cosin0yxlyxl??:， 2-14x0?3+8F5=0， 2-15y=yy7FD 支架受力分析， 2-16??0CF?????3cosin5cosin0yFxlyFxl?????:::， 2-17x6+54=0， 2-18y=0yF在以上式子中 Fy 和 Fy1 是已知的 ，其余為未知。以上有 13 個(gè)未知數(shù)和 13 個(gè)等式，可解出所有未知數(shù)。因?yàn)橐簤焊淄屏? 所以構(gòu)成機(jī)架的桿件中與液壓缸直接接觸的桿為受力最大支架150pN?（支架 EC） ，把支架 EC 單獨(dú)分析：圖 2-4 大支架受力分析由上述方程組中可解的 =1000N ； =-1000N 途中 P=11500N 是已知。用直角坐標(biāo)系解3'Fy7y得；8'cos()FxP????:；'iny；3''s10cosN:''iinFx??:（方向向下）7'cossy?'in10i同理可計(jì)算出與之絞合的另一副支架圖 2-5 下剪叉板受力分析；6'sin10siFxN???:；'cocoy:；4''sisin4''cos10cosFyN???::圖 2-6 大支架受力分析3'8'57'0FyyF??510sin()???2cosi()2lMlP?::由 與 的關(guān)系式????1inta,cosl???解得 時(shí) 此時(shí) M 取得最大值24?658'max37.MN當(dāng) ， 時(shí)：???'?'91.5807'3.FyN??畫出該支架的剪力與彎力圖：圖 2-7 彎矩圖該支架材料選用碳素結(jié)構(gòu)鋼 截面形狀為結(jié)構(gòu)用冷彎矩形空心型鋼235Q的 235Q235SMPa??2-19??maxsWn?式中： 支架上所受到的彎矩 a 378.6Nm:M 除連接液壓缸支架以外支架所受彎矩 456.8MNm?:安全系數(shù) 取中等沖擊 1.5n2-20??maxsW???:533ax2.41024.cm??2-21??sMn??:632.910Wc?查下表在滿足強(qiáng)度要求的前提下為減輕質(zhì)量和節(jié)省材料，與液壓缸連接的支架邊長與寬分別為壁厚 即可滿足使用要求。理論重量8,,AmB?5.0tm? 19.6kgm?:其余支架邊長與寬分別為 壁厚 即可滿足使用要求。理論重,3,AB2.5t?量 12.7kg?:圖 2-8 結(jié)構(gòu)用冷彎矩形空心型鋼 GB6728-86表 2-1 結(jié)構(gòu)用冷彎矩形空心型鋼尺寸系列 [11]邊長mm尺寸允許偏差mm慣性矩cm4回轉(zhuǎn)半徑cm截面模數(shù)cm3 扭轉(zhuǎn)常數(shù)A B 普通精度 較高精度壁厚mm理論重量kg/m截面面積cm2 IX IY rx ry WX WY It,cm4 Wt,cm31.2 1.338 1.705 5.502 1.875 1.796 1.048 2.200 1.500 4.534 2.780251.5 1.650 2.102 6.653 2.253 1.779 1.035 2.661 1.082 5.519 3.4062.5 2.817 3.589 11.296 5.050 1.774 1.186 4.518 3.366 11.666 6.4703.0 3.303 4.208 12.827 5.696 1.745 1.163 5.130 3.797 13.401 7.50950 ±1.00 ±0.504.0 4.198 5.347 15.239 6.682 1.638 1.117 6.095 4.455 16.244 9.3202.5 3.209 4.089 17.933 5.998 2.094 1.211 5.977 3.998 15.054 7.8453.0 3.774 4.808 20.496 6.794 2.064 1.188 6.832 4.529 17.335 9.129304.0 4.826 6.147 24.691 8.045 2.004 1.143 8.230 5.363 21.141 11.4002.5 3.602 4.589 22.069 11.734 2.192 1.599 7.356 5.867 25.045 10.7203.0 4.245 5.408 25.374 13.436 2.166 1.576 8.458 6.718 29.121 12.5496040±1.20 ±0.604.0 5.454 6.947 30.974 16.269 2.111 1.530 10.324 8.134 36.298 15.8802.4 支架間的連接及計(jì)算支架間采用銷軸連接，材料為 45 號(hào)鋼工作面的抗壓強(qiáng)度： 銷與拉桿有相對轉(zhuǎn)動(dòng)則以許用擠壓壓強(qiáng) 代替許用2ppFad??? pP擠壓應(yīng)力 計(jì)算 2-22p銷軸的抗剪強(qiáng)度： 2-2324ppd?????銷軸的抗彎強(qiáng)度： 2-24??30.541bpFabd??????式中：d 銷軸直徑，mma 連桿頭尺寸，mmb 另一兩岸頭尺寸，mm算出 2-22，2-23，2-24 式中最大直徑：41323.097.dm???銷軸的最大直徑為 3.10m???與液壓缸支架連接的銷軸取公稱直徑 10mm、長度 、材料為 45 鋼、熱處理硬度 、表面氧化處理l?283HRC:的 B 型銷軸：銷軸 /GT10?與之配合的開口銷公稱規(guī)格為 3.2mm、公稱長度 、材料為 Q235、不經(jīng)表面處理的開口銷：16lm?銷 /93.22.5 升降臺(tái)底座的設(shè)計(jì)和校核升降機(jī)底座在整個(gè)機(jī)構(gòu)中支撐著平臺(tái)的全部重量，并將其傳遞到地基上，他的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是滿足強(qiáng)度要求即可，保證在升降機(jī)升降過程中不會(huì)被壓潰即可，不會(huì)發(fā)生過大變形，其具體參數(shù)見裝配圖。升降臺(tái)上頂板的設(shè)計(jì)：結(jié)構(gòu)如圖圖 2-9 上頂板1 正方形空心鋼 2.長方形空心鋼 3.安裝扶手架 4,5.槽鋼在右側(cè)對稱安裝槽鋼為帶小輪支架移動(dòng)的移動(dòng)提供導(dǎo)軌， 槽鋼尺寸 長方形60315m?空心鋼采用 空心方鋼，正方形空心鋼選用尺寸 ，為方便采摘及5032.m? 2.移動(dòng)時(shí)有抓扶的地方在上頂板安裝扶手架，并在扶手上方安裝節(jié)流閥，便于控制下降速度，根據(jù)人體工程資料扶手架尺寸為 。在整個(gè)上頂板上層鋪一層鋼板。208m?3.升降臺(tái)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 液壓系統(tǒng)的總體規(guī)劃液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在本升降臺(tái)的設(shè)計(jì)中主要是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，它與主機(jī)的設(shè)計(jì)是緊密相關(guān)的，往往要同時(shí)進(jìn)行，所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)應(yīng)符合主機(jī)的拖動(dòng)、循環(huán)要求。還應(yīng)滿足組成結(jié)構(gòu)簡單，工作安全可靠，操縱維護(hù)方便，經(jīng)濟(jì)性好等條件。本升降臺(tái)對液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求可以總結(jié)如下：升降臺(tái)的升降運(yùn)動(dòng)采用液壓傳動(dòng)，升降機(jī)的升降運(yùn)動(dòng)由液壓缸的伸縮運(yùn)動(dòng)經(jīng)轉(zhuǎn)化而成為平臺(tái)的起降，其工作負(fù)載變化范圍為 0~~~200Kg，負(fù)載平穩(wěn)，工作過程中無沖擊載荷作用，運(yùn)行速度較低，液壓執(zhí)行元件有兩組液壓缸實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)，要求其工作平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)合理，安全性優(yōu)良，使用于多種不同場合，工作精度要求低. 圖 3-1 液壓圖1. 驅(qū)動(dòng)液壓缸 2.底輪 3.單向閥 4.踏板 5.節(jié)流閥 6.扶手架 7. 主動(dòng)液壓缸 8.油管 9.油箱3.2 執(zhí)行元件類型、數(shù)量和安裝位置3.2.1 液壓缸類型選擇執(zhí)行元件類型為活塞缸，再根據(jù)其運(yùn)動(dòng)要求進(jìn)一步選擇液壓缸類型為單作用單活塞桿無緩沖式液壓缸，其符號(hào)為：圖 3-2 液壓缸符號(hào)數(shù)量：該升降平臺(tái)為雙雙叉結(jié)構(gòu)，故其采用的液壓缸數(shù)量為 2 個(gè)完全相同的液壓缸，其運(yùn)動(dòng)完全是同步的，但其精度要求不是很高。3.2.2 液壓缸的參數(shù)確定液壓缸包括兩個(gè)驅(qū)動(dòng)液壓缸和一個(gè)主動(dòng)液壓缸：主動(dòng)液壓缸形式采用杠桿加力，如圖：圖 3-3 加力杠桿1.支架 2.主動(dòng)液壓缸 3.踏板通過杠桿原理將人體提供的 500N 壓力增加到 1500N根據(jù)受力分析及運(yùn)動(dòng)分析可得出：壓力 行程150zpN?0.1mzS?驅(qū)動(dòng)液壓缸壓力 行程7q .364q主動(dòng)液壓缸與驅(qū)動(dòng)液壓缸直徑比 570.81zpN??表 3-1 兩液壓缸內(nèi)徑的選用：液壓缸內(nèi)徑（缸徑）尺寸系列8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 360 400 500 取主動(dòng)液壓缸內(nèi)徑 40mm、驅(qū)動(dòng)液壓缸 80mm驅(qū)動(dòng)液壓缸壓強(qiáng) 35701.4.26qpNPMPA????驅(qū)動(dòng)液壓缸最大壓強(qiáng) max32.875.0qq?根據(jù)驅(qū)動(dòng)液壓缸直徑和壓強(qiáng)確定主動(dòng)液壓缸直徑： 因?yàn)?qzP?所以 31.250zqpA??符合主動(dòng)液壓缸與驅(qū)動(dòng)液壓缸直徑比0.4zdm1:2液壓缸壁厚的確定：根據(jù)液壓氣動(dòng)系統(tǒng)及元件的公稱壓力系列( 2346-1988)選擇/GBTmax2.5qPM?主動(dòng)液壓缸壓力zp驅(qū)動(dòng)液壓缸壓力q驅(qū)動(dòng)液壓缸行程S主動(dòng)液壓缸行程z主動(dòng)液壓缸有效面積A驅(qū)動(dòng)液壓缸有效面積q液壓缸壁厚由結(jié)構(gòu)和工藝要求等確定，一般按照薄壁筒計(jì)算，壁厚由下式確定： ??2YPD???式中： D 液壓缸內(nèi)徑缸體壁厚液壓缸最高工作壓力 一般取 =（1.2-1.3）YPYPmaxp缸體材料的許用應(yīng)力 鋼材取 ?????10MP???代入數(shù)據(jù)： ??1.23.5.8.2.0MP???:考慮到液壓缸的加工要求，將其壁厚適當(dāng)加厚，取壁厚 。3m?3.3 確定的液壓缸及安裝3.3.1 驅(qū)動(dòng)液壓缸的選擇驅(qū)動(dòng)液壓缸選擇輕型拉桿式液壓缸，該液壓缸有系列產(chǎn)品，系列號(hào)：撫順液壓機(jī)械廠；安裝形式：前端耳軸式；密封材料：丁晴橡膠；油缸內(nèi)經(jīng)：80mm ；活塞桿形式：輕型；額定工作壓力：低壓；緩沖形式：無緩沖；油口位置：向上，標(biāo)準(zhǔn)型；3.3.2 主動(dòng)液壓缸主動(dòng)液壓缸選擇輕型拉桿式液壓缸，該液壓缸有系列產(chǎn)品，系列號(hào)：撫順液壓機(jī)械廠；安裝形式：前端耳軸式；密封材料：丁晴橡膠；油缸內(nèi)經(jīng)：40mm ；活塞桿形式：輕型；額定工作壓力：低壓；緩沖形式：無緩沖；油口位置：向上，標(biāo)準(zhǔn)型 [12]；3.3.3 安裝位置驅(qū)動(dòng)液壓缸的安裝方式活塞桿為雙耳環(huán)型，缸體采用前端耳軸式，主動(dòng)液壓缸活塞桿采用單耳軸式，其位置為上頂板。3.4 速度和載荷計(jì)算如果人以每秒鐘兩次的頻率踩主動(dòng)液壓缸 ，產(chǎn)生的液壓油體積20.42()10.5dmvl????:液壓油輸送給每個(gè)驅(qū)動(dòng)液壓缸的體積 120.5.12lvl?驅(qū)動(dòng)液壓缸運(yùn)動(dòng)速度為 12..486/0.5/8LVdmssd??????????:而驅(qū)動(dòng)液壓缸的行程是 3.64dm所以升降臺(tái)升降全程需要時(shí)間 3.641.502tsd??驗(yàn)算人是否能提供足夠的功率：在 15s 內(nèi)人所做功需將 2000N 重量提升 1.3m人做功為 201.37/5NmpWss???人所做的功滿足升降臺(tái)所需。參考文獻(xiàn)[1]黃宏甲,黃誼,王積偉.液壓與氣壓傳動(dòng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001:98～142.[2]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.24 ～115.[3]楊可楨,程光蘊(yùn),李仲圣.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2008:6～17.[4]許福玲,陳堯明.液壓與氣壓傳動(dòng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007:7～137.[5]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2008:155～213.[6] 李成華,楊世鳳,袁洪印.機(jī)電一體化技術(shù)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,2008:9～-161.[7] 孟兆明,常德功.機(jī)械最優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008:116～164.[8] 王裕清,韓成石.液壓傳動(dòng)與控制技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出社,1997:6～11.[9] 廖嘉璞.液壓傳動(dòng)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1997:2～8.[10] 魏發(fā)孔.水平驅(qū)動(dòng)剪刀撐樂池升降機(jī)的動(dòng)力性能研究[C].甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1997:5～9.[11]陽憲惠.現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用[D].北京:清華大學(xué)出版社,1999:11～17.[12]吳軍主編.液壓氣動(dòng)工程手冊[M].北京:國防工業(yè)出版社,1995:24～56.致 謝 歷時(shí)十幾周的畢業(yè)設(shè)計(jì)在緊張有序中即將結(jié)束，回憶這個(gè)過程這段經(jīng)歷，感覺收益多多。當(dāng)我初涉設(shè)計(jì)時(shí)，主、客觀問題層出不窮，按著設(shè)計(jì)計(jì)劃，設(shè)計(jì)思路有序地進(jìn)行，圍繞升降機(jī)該題目，既了解了升降機(jī)的有關(guān)規(guī)范，又涉及到了專業(yè)知識(shí)，加強(qiáng)了自己的專業(yè)，拓寬了知識(shí)面。當(dāng)無數(shù)次的奔波于圖書館，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不僅僅是設(shè)計(jì)，還包括了實(shí)踐、耐心、耐力、毅力。這也是學(xué)校、老師讓我們設(shè)計(jì)的目的所在。設(shè)計(jì)即將結(jié)束了，體會(huì)了、學(xué)到了。在此我感謝學(xué)校給與我的培育之恩，老師的教育之情，更由衷地感謝，我本次設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師——安靜老師，感謝安靜的細(xì)心指導(dǎo)