家用可移式升降平臺設計
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摘 要
隨著我國的城市化迅速發展，城市面積迅速減少，人均住房面積降低，人們對房間的利用率也跟著上升，房屋的室內高處也被充分地利用。越來越多的人們選擇在高處儲物，裝飾，物品的高處放置及裝修成為日常生活的一大難題。為了解決這一問題，便需要一種家用可移式升降平臺，能夠代替梯子，通過起升方便安全的幫助人們完成一些諸如安裝電燈泡、刷墻等高空作業；并且可以做到運送物品的作用。
升降機應用廣泛，本課題將研究設計可移式升降平臺，解決人們日常裝修、物品安放問題。設計出一個具有一定剛度和強度，起升高度可調的結構。由于該項目適用于家庭生活的研究，所以設計應符合經濟合理的要求，遵循輕、實用、經濟、美觀的原則。本次設計的重點是將升降結構簡化和驅動的優化，將采用剪叉式升降機構，降低復雜性，力求簡單明了。升降結構由主動桿，連桿組成，通過伺服電機驅動液壓缸，從而主動桿轉動,帶動連桿轉動,進而實現工作平臺的升降。升降系統采用液壓回路，去除多余原件，降低能量的耗損。同時裝配小車，便于移動。
關鍵詞：升降機構；可移動；自鎖；液壓
Abstract
With the rapid development of urbanization in china, the urban area is decreasing rapidly, the per capital housing area is reduced, and the utilization rate of the room is also rising.More people choose to put on the high places of storage, decoration, objects and decoration become a major problem in daily life.In order to solve the issue, we need a household portable lifting platform, which can replace the ladder, by lifting the convenient and safe installation to help people accomplish such as light bulbs, paint and other high-altitude operations; and it can move
materials.
Elevators are widely used. This paper will study the design of movable lifting platform to solve the problems of people's daily decoration,to design a height adjustable structure with a certain stiffness and strength.Because the project is applied to the study of family life, so the design should be economic and reasonable, follow the roles of light, practical, economic, aesthetic .The focus of this design is to simplify the structure of the lift and drive optimization, the use of scissors type lifting mechanism, reduce complexity, and to strive to be concise and clear..The lifting structure is composed of an active rod and a connecting rod, and the hydraulic cylinder is driven by a servo motor, so that the driving rod rotates and drives the connecting rod to rotate. Lifting system uses hydraulic circuit, to remove redundant original,and reduce energy lose。The lifting platform assembles the car, easy to move.
Key words: lifting platform movable self-locking type hydraulic
2
目錄
摘 要 V
Abstract VI
1 緒 論 1
1.1 研究目的及意義 1
1.2 國內外升降機構的發展背景、現狀和方向 1
1.2.1發展背景 1
1.2.2發展現狀 2
1.2.3 發展趨勢和方向 2
1.3液壓升降機特點 2
1.4 課題研究內容與創新 3
2 可移式升降機構的總體設計 4
2.1 升降臺整體的介紹及選擇 4
2.2 升降機結構介紹 5
3 升降機構的受力分析 6
3.1總參數的確定 6
3.2主體結構受力分析 6
3.2.1 AB-CD層剪臂受力情況 7
3.2.2 CD-EF層剪臂受力情況 8
4 升降結構的設計計算 10
4.1 確定結構材料 10
4.1.1 材料的性能分析 10
4.2 結構的強度校核 10
4.2.1 剪臂抗彎強度校核的計算 10
4.2.2 連接螺栓的抗剪強度計算 12
4.3 結構尺寸的設計 13
4.3.1 吊籃設計 13
4.4底座的設計 14
4.4.1 底座尺寸設計 14
4.4.2輪子設計 15
4.4.3支撐腿設計 16
4.5導軌設計 18
4.6 自鎖機構的設計 19
5 液壓系統的設計 20
5.1 液壓系統的基本方案 20
5.2 執行元件的設計計算 20
5.2.1計算液壓缸的壓力 22
5.2.2 液壓缸行程的計算 22
5.2.3 液壓缸的確定 23
5.3 動力原件的確定 23
5.4控制與執行元件與輔助的選擇 25
5.5運動參數計算 27
5.6 液壓系統的工作簡圖 27
6 控制電路設計 30
6.1 總電路圖的設計 30
總 結 31
參考文獻 32
畢 業 設 計（論 文）
設計(論文)題目： 一種家用可移式升降平臺的結構設計
學生姓名： 指導教師：
二級學院： 專 業：
班 級： 學 號：
提交日期： 20xx年05月06日 答辯日期： 20xx年05月14日
摘 要
隨著我國的城市化迅速發展，城市面積迅速減少，人均住房面積降低，人們對房間的利用率也跟著上升，房屋的室內高處也被充分地利用。越來越多的人們選擇在高處儲物，裝飾，物品的高處放置及裝修成為日常生活的一大難題。為了解決這一問題，便需要一種家用可移式升降平臺，能夠代替梯子，通過起升方便安全的幫助人們完成一些諸如安裝電燈泡、刷墻等高空作業；并且可以做到運送物品的作用。
升降機應用廣泛，本課題將研究設計可移式升降平臺，解決人們日常裝修、物品安放問題。設計出一個具有一定剛度和強度，起升高度可調的結構。由于該項目適用于家庭生活的研究，所以設計應符合經濟合理的要求，遵循輕、實用、經濟、美觀的原則。本次設計的重點是將升降結構簡化和驅動的優化，將采用剪叉式升降機構，降低復雜性，力求簡單明了。升降結構由主動桿，連桿組成，通過伺服電機驅動液壓缸，從而主動桿轉動,帶動連桿轉動,進而實現工作平臺的升降。升降系統采用液壓回路，去除多余原件，降低能量的耗損。同時裝配小車，便于移動。
關鍵詞：升降機構；可移動；自鎖；液壓
Abstract
With the rapid development of urbanization in china, the urban area is decreasing rapidly, the per capital housing area is reduced, and the utilization rate of the room is also rising.More people choose to put on the high places of storage, decoration, objects and decoration become a major problem in daily life.In order to solve the issue, we need a household portable lifting platform, which can replace the ladder, by lifting the convenient and safe installation to help people accomplish such as light bulbs, paint and other high-altitude operations; and it can move
materials.
Elevators are widely used. This paper will study the design of movable lifting platform to solve the problems of people's daily decoration,to design a height adjustable structure with a certain stiffness and strength.Because the project is applied to the study of family life, so the design should be economic and reasonable, follow the roles of light, practical, economic, aesthetic .The focus of this design is to simplify the structure of the lift and drive optimization, the use of scissors type lifting mechanism, reduce complexity, and to strive to be concise and clear..The lifting structure is composed of an active rod and a connecting rod, and the hydraulic cylinder is driven by a servo motor, so that the driving rod rotates and drives the connecting rod to rotate. Lifting system uses hydraulic circuit, to remove redundant original,and reduce energy lose。The lifting platform assembles the car, easy to move.
Key words: lifting platform movable self-locking type hydraulic
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目錄
摘 要 V
Abstract VI
1 緒 論 1
1.1 研究目的及意義 1
1.2 國內外升降機構的發展背景、現狀和方向 1
1.2.1發展背景 1
1.2.2發展現狀 2
1.2.3 發展趨勢和方向 2
1.3液壓升降機特點 2
1.4 課題研究內容與創新 3
2 可移式升降機構的總體設計 4
2.1 升降臺整體的介紹及選擇 4
2.2 升降機結構介紹 5
3 升降機構的受力分析 6
3.1總參數的確定 6
3.2主體結構受力分析 6
3.2.1 AB-CD層剪臂受力情況 7
3.2.2 CD-EF層剪臂受力情況 8
4 升降結構的設計計算 10
4.1 確定結構材料 10
4.1.1 材料的性能分析 10
4.2 結構的強度校核 10
4.2.1 剪臂抗彎強度校核的計算 10
4.2.2 連接螺栓的抗剪強度計算 12
4.3 結構尺寸的設計 13
4.3.1 吊籃設計 13
4.4底座的設計 14
4.4.1 底座尺寸設計 14
4.4.2輪子設計 15
4.4.3支撐腿設計 16
4.5導軌設計 18
4.6 自鎖機構的設計 19
5 液壓系統的設計 20
5.1 液壓系統的基本方案 20
5.2 執行元件的設計計算 20
5.2.1計算液壓缸的壓力 22
5.2.2 液壓缸行程的計算 22
5.2.3 液壓缸的確定 23
5.3 動力原件的確定 23
5.4控制與執行元件與輔助的選擇 25
5.5運動參數計算 27
5.6 液壓系統的工作簡圖 27
6 控制電路設計 30
6.1 總電路圖的設計 30
總 結 31
參考文獻 32
V
第1章 緒論
1 緒 論
1.1 研究目的及意義
近些年來，我國經濟發展迅速，城市可用的住房面積迅速減少，人們對房間的利用率也跟著上升，房屋的室內高處也被充分地利用。越來越多的人們選擇在高處儲物，裝飾，物品的高處放置及裝修成為日常生活的一大難題。一般家庭中并沒有升降梯裝置，普遍采用搭凳子或普通梯子來完成這些工作。但是弊端也是十分明顯的。首先，凳子的搭疊不穩定，人站在梯子上也難以保持自身的平穩，存在很大的安全隱患。其次，現代人們的家具和地板都比較名貴，凳子和梯子都難以避免造成破損。為了解決這一問題，設計一種家用可移式升降平臺，能夠代替梯子，通過起升方便安全的幫助人們完成一些諸如安裝電燈泡、刷墻等高空作業；并且可以做到運送物品的作用。
但目前市場上的家用升降機構大都為固定式或者單向移動式，且體積較大，不便于實際的應用。因此，設計一個具有簡單結構、占用面積小、運動方便的家用升降機構便成了一個重點。
1.2 國內外升降機構的發展背景、現狀和方向
1.2.1發展背景
以水為介質液壓機誕生于1845年。Elisha Otis于1852年為其發明一種安全機構，保障了升降機構的安全性。配備有安全裝置的應用于客運的升降機首次使用于美國紐約。此后，升降機迅速發展并被人們廣為接受。升降機起初的動力裝置為蒸汽機，因此需要配備笨重、低效率的鍋爐。二次工業革命后，電技術快速發展，Ernst Werner von Siemens發明了第一部以電力為能源的升降機，現代意義上的升降機就此誕生。
1907年，中國上海裝配了首部升降機。20多年后，中國臺灣兩大百貨也相繼裝配升降機，且保存至今。
國內目前可生產不同高度的升降機，可提升高度4-100米不等?，F代升降機構一般由升降臺、泵站系統和剪臂組成，并做到自鎖和防爆。如今的升降機廣泛應用于工業、運輸、航空、物流等方面。
美國是升降機構的主要產地，也是應用最廣泛的地方，但80年代后，隨著德日技術的飛速發展，與美國共分升降機構市場。
1.2.2發展現狀
改革開放后，隨著技術的改進，國內升降機市場發展迅速，人們、企業對升降平臺的需求逐漸增多。
近年來國內對升降機構已有大量研究，通過技術引進和產品攻關，取得了驕人的成績。陳四華、周果、鄧忠凱設計的升降機構具有結構簡潔、剪叉式的主體承受載荷大、體積小，便于安裝，而且能更好的做到集中控制等特點,該裝置主要由平臺，導向柱，吊臂，機架，液壓單元和電氣控制柜，各部分的結構設計，采用網格結構的平臺，應用廣泛。
武漢理工眾人在傳統的剪式升降機構的基礎上分析，并對機構主體進行了一系列簡化措施。并對升降平臺的運動過程進行了分析；通過舉升機構的受力分析,剪叉桿的強度校核和舉升油缸的位置的調整,提出優化方案,優化不僅使穩定性得以提高,同時低推力的要求也大大降低。
陳余慶將傳一般的由液壓泵驅動升降機構改為機械剪式驅動。為了使螺母移動，采用制動減速電機帶動絲杠的方法，帶動推桿和水平桿達到提升的目的。同時采用的絲杠螺母傳動機具有很強的自鎖性，提高了定位精度。此方案具有簡單的結構。組裝便利，加工容易，便于維修護理等優勢。
趙英俊等人設計的升降機構具有高移速、承載大、成本低等特點。
目前，升降機發展區間明朗，既有大型百米升降平臺，又有小型家用升降機構，應用廣泛。但國內與國際仍有巨大的差距，在一些關鍵零件上仍然依賴于進口。
1.2.3 發展趨勢和方向
(1) 逐漸縮小體積，形成模塊，做到高度集成。
(2) 綠色節能化，不僅要做到機械結構、零件的材料環保，做到低能耗，低排放，盡量使用電力等清潔能源。
(3) 機械與電子的結合，將機電技術應用驅動和控制系統，使驅動和控制更加靈敏和精確。運動更加平穩，擁有更高的智能，是升降機構發展的必定趨勢。
1.3液壓升降機特點
液壓升降機廣泛應用于貨物運輸的舉升機構，通常應用于物料的舉升和裝卸。具有以下特點：
優點：（1）液力傳動具有大小適中、質量輕便、構造緊湊等優點。
（2）調速范圍廣，運動平穩，能傳遞較大的力與轉矩。
（3）更容易做到過載保護。
缺點：（1）高溫和難以保證清潔的地方不便使用
（2）不適合遠距離傳動
（3）工作介質為液體，泄漏后會導致運動不精確。
考慮到本次設計是應用于家庭方面，優點遠大于缺點。所以采用液壓升降機構。
1.4 課題研究內容與創新
升降機應用廣泛，本文將研究家用小型的升降結構，同時將剪叉式升降結構與小車結合。解決固定升降機構應用面狹窄和導軌式升降結構占地面積大的問題。由于該項目適用于家庭生活的研究，所以設計應符合經濟合理的要求，遵循輕、實用、經濟、美觀的原則。本次設計的重點是將升降結構簡化和驅動的優化。因此本次設計方向為以液壓為動力的剪式升降機構。
19
第2章 可移式升降機構的總體設計
2 可移式升降機構的總體設計
2.1 升降臺整體的介紹及選擇
易制造、低價格、易保養、不易損壞是液壓剪叉式升降臺的特點，在運輸，航空等方面有較多的應用，本文著重介紹家用升降機構。液壓升降平臺按工作的方式分為曲臂式、剪叉式、直臂式。大部分液壓升降機由平臺、剪臂結構和底座、起升油缸組成。剪臂結構為主體部分，由油缸推動剪叉機構劃分，簡化升降機構數學模型。剪叉式擁有多種結構形式。從液壓驅動布置位置上，分為立式剪叉式、雙鉸剪叉式和水平剪叉式，如圖所示，MN、AB為等長度桿，鉸接于E點，B、N通過滾輪與上下底板鉸接。不同之處在于起升油缸的放置，如圖2.1
圖2.1 三種驅動布置
圖a的起升油缸豎直安置在底板上，液壓缸的桿部與橫桿鉸接。液壓缸推動活塞桿實現上下的起落。這種直立式升降機構的優點便是結構較為簡單，即升降機的起升高度便是液壓缸的行程，計算較為簡便。缺點也極為明顯，即當升降機構升降高度要求大時，直立剪叉式升降機構需要占用很大體積，不適合實際生活的應用。
圖b起升油缸水平放置在下地板上，通過活塞桿推動支撐桿N處，帶動支撐桿MN運動，實現升降。采用水平剪式舉升機構，實現了提升高度的擴大化的優點，分析清楚地表明，舉升機構的高度遠高于液壓缸的行程。但缺點是，液壓缸所承受載荷明顯增大，且受到水平的力的作用，很容易使密封元件受損。
圖c起升油缸與下底板在G點連接起來，與剪臂的連接桿于F點相連接。雙鉸接剪叉式升降機構既做到了擴大升降機構升降高度，同時也盡量減小了液壓缸所承受載荷，使得升降機構的體積得以縮小，達到輕便要求。
2.2 升降機結構介紹
圖2.2 升降機構整體介紹
1、 升降平臺 2、滑塊 3、橫桿 4、剪臂 5、連接軸 6、底座/7
7、輪子 8、支撐腳 9 、自鎖機構和液壓泵
圖（2.2）為升降機構的基本結構設計。承載物品放置于升降平臺上，平臺底板將所承受局限于一處的重力轉化為均布載荷，使得局部承載能力得以提高。底座不僅起到支撐和傳遞載荷的作用，還要做到安置液壓泵、油箱、蓄電池和控制裝置的作用。叉桿鉸接，液壓缸的活塞桿伸縮作用于剪臂結構，實現整體結構的起落。
第3章 升降機構的受力分析
3 升降機構的受力分析
3.1總參數的確定
本升降機應用于家用，因此應滿足輕便，小型化。一般房屋高度為2.5-3.5米。除去人體平均身高1.6米，升降機應滿足最大起升高度不低于1500mm，最低起升高度500mm。考慮到剪叉臂結構的穩定性，剪叉臂與平臺的角度應小于等于45°。初步分析，剪叉臂的長度應該位于600-1500mm范圍之內，若臂長過大則接觸點的承受力增加而且過長會導致設剪叉臂受力不均勻；過短會使剪叉結構過多，結構不穩定。假設長度為1200，厚度為20mm。則上升高度為1200*0.707*2，大約為1700mm，小車底座高度為500mm，則最大上升高度為2200mm。加上人體平均高度1600mm，總高度可達3800mm，滿足要求。
相關工藝參數為：
額定載荷：200kg 高度范圍：500-1700mm
底座高度：500mm 最高高度：2200mm
3.2主體結構受力分析
起升機構處于最低位置為其極限狀態，處于承受最大載荷的狀態，如圖3.1所示為升降機構的受力圖
圖3.1 整體受力分析
首先進行整體受力分析：
(3.1)
3.2.1 AB-CD層剪臂受力情況
如圖（3.2.1）為升降機AB-CD剪臂的總體受力情況,平臺在和會分布于鉸點A、B處。平臺，桿BC 、AD受力分析如圖（3.2.2），θ為平臺和剪臂的夾角，α為液壓缸和平臺的夾角（和水平線的夾角）進行力的平衡分析：
(3.2)
（3.3）
C點力矩的平衡分析
(3.5)
（3.5）式知：
(3.6)
此次設計，升降平臺最大承載重量為200kg?？紤]自重及安全問題。提高最大承載重量至300kg（W=3000N），同時也需要考慮到，當所升高度不高時，一對剪臂承受所有重量的情況。即
通過Creo的仿真，得出升降平臺的極限狀態，桿BC落在支座上，經計算，平臺和剪臂的夾角最小值為4°。為液壓缸活塞推力，經分析可知，當升降平臺位于最低點時所受到的力最大。根據文獻[17]的有關液壓缸驅動剪叉機構的運動學及動力學分析，得知（l為剪臂長度、a為剪臂與活塞桿鉸接處與最近的鉸接點的距離），經計算分析可得，α的角度為6°。已知F、和α，通過上式計算處AB-CD層剪臂的受力情況，得：
(3.7)
(3.8)
的最大值為：
(3.9)
圖3.2.1 AB-CD層受力情況
3.2.2 CD-EF層剪臂受力情況
圖3.2.1為升降機構CD-EF層剪臂的總體受力分析情況，對DE桿、CF桿單獨受力分析，如圖3.2.2。計算出各鉸接點處的力：
圖3.2.2 CD-EF層受力情況
第4章 升降機構的設計計算
4 升降結構的設計計算
4.1 確定結構材料
4.1.1 材料的性能分析
材料的選擇對于機械的零件設計非常重要，需要做到在滿足設計強度要求和預期的功能的前提下做到性能好、成本低等要求。目前實際工程對零件要求逐漸提升和材料技術的不斷進步，有效的選擇合理的材料可以明顯的提高機構的性能、降低成本。本次設計應用于家庭，因此要要滿足輕便，體積小的原則。初步選擇鋁合金材料，雖然鋁合金的密度較鋼底，但其強度較高，一般大于等于優質鋼。鋁合金材料的優點還有：1、質量輕便 2、外觀好 3、具有良好的抗腐蝕性能4、具有良好可塑性。滿足這些條件的是5A06鋁合金材料。
表4.1 5A06性能參數
5A06方鋁棒每米長重量G/kg.m
G= 式中a為單位為mm的方鋁邊長
4.2 結構的強度校核
4.2.1 剪臂抗彎強度校核的計算
細長桿的穩定問題需要重點考慮，當剪臂失去穩定時，些微的壓力提升就會導致整體彎曲變形的增大，嚴重會使剪臂失去承載的能力整個機構損壞。因此強度校核是重要部分。極限應力是材料被破壞時的應力，強度極限是脆性材料斷裂應力。一般對脆性材料為極限應力。塑性材料出現明顯變形時的應力值稱為屈服點，所以，塑性材料得極限應力（或）就是其屈服點。
構件正常工作需要滿足強度條件，需要材料許用應力大于其最大的工作應力，即強 度條件強度條件—— （4.1）
許用應力——，為安全因數
若機構安全工作，需要滿足：
（4.2）
當直桿軸向拉伸時，式（4.1）可寫為
（4.3）
因此，剪臂截面的設計可由強度條件得出：
（4.4）
本機構的設計參數為承重200KG,底座加剪臂和工作平臺的重量為100KG。剪臂
長度為1200mm，許用應力。叉桿受最大的力為28700KN，則單個剪臂承 受彎矩方向上的力為14350N。
計算如圖（4.1）
（4.5）
只考慮強度準則時
(4.6)
因此
= (4.7)
圖 4.1受力分析
又 （4.8）
我們選用的方鋁，許用應力314MPa
校核計算如下：
（4.9）
（4.10）
滿足要求。
每根叉桿質量為
4.2.2 連接螺栓的抗剪強度計算
升降平臺的起升，兩個剪臂通過螺栓連接形成剪叉式，才能達到起升效果，但是連接的螺栓的桿部會和剪臂的孔壁之間無間隙結合，接觸面受到嚴重相互壓力，結合面處，螺栓受剪切力作用，液壓缸所作用的連接桿與剪臂之間也存在剪切力。最大剪切力便出現在此處.J計劃使用直徑20mm的螺栓。受力分析并校核計算如下：
得 （4.11）
表4.1知 165MPa, , （4.12）
（4.13）
（4.14）
（4.15）
根據GB/T 41-2000，因此可選用D=20mm。
則將剪臂連接起來的連接桿直徑為d=30mm，長度L為540mm，伸出螺紋長度l為42mm，螺紋公稱直徑D=20mm。
參數： 外六角螺栓：D=20mm ，L=80mm
連接桿： D=20，l=42mm，L=540mm，d=30mm
4.3 結構尺寸的設計
4.3.1 吊籃設計
為保護使用者安全，本設計采用吊籃，初步設計尺寸為1300*600*300（長寬高）
底部為吊籃最重要部分，要在滿足承載能力足夠的情況下保證輕便可采用中空設計，采用鏤空空心鋁鋁板，采用空心鋁框。，框架使用空心鋁管。吊籃底部配有長度500mm，上底25mm，下50mm的等腰梯形導軌，導軌做到光滑無毛刺，粗糙度Ra1.6。
（1）空心方鋁強度的校核計算：
根據（GB/T3191-1988）可取取a=25mm。
承重和自重約為220kg,因此，采用A=7mm符合要求 。
（4.18）
（4.19）
計算得，可取20mm，結構如圖，=20mm，a=25mm，L=80mm
沒有合適的解，可取，滿足所需要求。結構簡圖如圖4.2。a=25mm
圖4.2 方鋁尺寸
（2）護欄的選擇
護欄作為防掉落的裝置，不需要太高強度。現采用空心鋁管。
參數為：D=20mm,d=16mm，L=300mm
D——鋁管外徑
d——鋁管內徑
L——鋁管長度
吊籃整體結構如圖（4.3）
圖4.3 吊籃結構
4.4底座的設計
4.4.1 底座尺寸設計
本次設計是可移動式升降機，底部配有滾輪，同時擔任著放置電動機和液壓泵的作用。為保證結構強度和底部重量，采用鋁合金5A06。吊籃底部配有長度500mm，上底50mm，下25mm的等腰梯形導軌，導軌做到光滑無毛刺，粗糙度Ra1.6。底座上部中間鑄有油缸支座。高45mm，長100mm，寬20mm，孔直徑為30mm。使用M30螺栓，與液壓缸連接。
結構參數為1300mm*600mm*300mm，結構如圖（4.4）所示
圖4.4 底座結構
4.4.2輪子設計
輪子采用輪子采用兩個可鎖定萬向輪和兩個定腳輪，雙剎萬向腳輪保證底部小車可以停止固定且可以多方向移動，定腳輪保證普通剎車時萬向腳輪的穩定。保證升降機構位置確定時而不滾動，輪子如圖（4.5）：
圖4.5 萬向輪
表4.2優質高彈天然橡膠萬向輪性能參數
此次采用的2個規格為直徑80mm，最大載荷100kg的剎車萬向輪，總承重200
Kg，和兩個個同等規格的定向輪。
4.4.3支撐腿設計
由于升降平臺的底盤較輕，僅靠底座和搭載的液壓泵站的重量難以使升降平臺的一平穩，又依靠輪子著地，很容易造成傾斜現象，難以保障作業人員的安全性。因此，我們需要支撐腿結構，是的升降機構起落過程中，底部的支撐范圍更大，提高安全性。
本次設計的承載重量為200kg，為保證安全性，提升至300KG，即升降機整體結構重約為100KG，其中剪臂結構和吊籃的重量為70KG,.已知升降機構空座跨度為1200mm，許用應力，現選用截面尺寸為的方鋁。通常機械的承載重量是遠遠大于其自身重量。因此，在零件質量未知的情況下，我們可將其忽略。因此預設受力為，確定尺寸結構，再加上其自身質量校核。結構校核計算如下：
圖（4.6）為在力F作用下的圖，最大彎矩為：
只考慮彎矩的強度條件為
所以
又
選擇截面方鋁是滿足要求的
由
又由上知
需要滿足
空心方鋁的實際截面尺寸為800，滿足要求
圖 4.6 支撐桿受力分析
結構如圖4.7
圖4.7 支撐桿結構
4.5導軌設計
部分剪叉桿在上下底座上為活動鏈接，為保證滑動的平穩性，采用燕尾導軌，制造于上下底座，設計滑塊進行連接，滑塊內部做到光滑無毛刺，粗糙度Ra1.6，耳環長50mm，寬17mm，高45mm，孔直徑為20mm，左右滑塊使用直徑為30mm，長665mm的連接軸連接，連接軸伸出螺紋距離為42mm結構如圖（4.8）
圖4.8 滑塊結構
4.6 自鎖機構的設計
圖4.9 自鎖結構
液壓缸在工作時難免會導致一定的泄露，使用久了還會有油管老化而爆炸的現象發生。如圖（4.9）為避免液壓缸油泄漏導致的不穩定狀況，保證人員作業的安全性，設計一個自鎖機構，此為一個齒條嚙合結構，1、電磁鐵2、杠桿3、殼體，著重介紹下降情況，將1通電，電磁鐵產生電磁力作用于2，通過2利用杠桿原理帶動3殼體的上升，解除自鎖狀況。上升時通過齒型可發現，不會發生自鎖情況。當升降機構停止上升時，殼3會通過重力而下降，形成自鎖。
第5章 液壓系統的設計
5 液壓系統的設計
5.1 液壓系統的基本方案
（1）組成：液壓傳動系統是由如下部分構成：
1、動力元件：液壓泵是液壓傳動系統的動力裝置，一般由電機驅動，把
輸入的能量轉換成油壓再進入到系統之中，是最重要的元件。
2、執行元件：執行元件一般為缸或馬達，將液體的壓力能轉化為機械
能并將其輸出。
3、控制與調節元件：控制與調節元件一般指各種閥，功能是控制和調節流體的
流動方向、壓力和流量。
4、輔助元件：一般有油箱、過濾器、管件等
5、工作介質
（2） 液壓系統的工作原理
液力傳動是利用液體的壓力傳遞能量，根據其工作特性又稱為液壓傳動的容積。
液壓系統采用液體內部壓力相等的這一特點來工作。使用泵這一動力元件輸送具有內部壓力的介質（一般為油），通過管道輸送到執行元件。這一過程中產生壓強，作用于一定面積上行程作用力，實現我們所需要的運動。
（3）基本要求
1、本次設計應用于家用小型升降機構，需要占地面積小，升降回路簡單即可。
2、最大承載量為200kg，為保證安全，增加至300kg。最大提升高度1700mm。
3、升降平臺適用于燈泡安裝、粉刷墻面和裝潢等工作中，要求做到運動平穩可靠。
4、為保障安全性，需要做到停止升降時做到穩定的自鎖。
5.2 執行元件的設計計算
液壓系統的執行元件大致分為缸和馬達，缸主要輸出的是直線運動和力，而馬達則是持續輸出旋轉運動和扭矩。因此本次只討論液壓缸。如表5.1，對各種執行元件的分析
表5.1
活塞缸的缸筒內因有活塞及密封件在其中頻繁的運動，要求其內控的形狀和尺寸精度要求很高，并且要求表面光滑。這種要求對于大型的或者長行程的液壓缸有時不以實現，在這種情況下一般采用柱塞缸，本次選用柱塞缸。
圖5.1意圖
5.2.1計算液壓缸的壓力
如圖5.1，為單作用柱塞缸。流量為q的液壓油進入無桿腔，活塞以速度右移、產生推力
由公式得
（5.1）
（5.2）
已知最大工作壓力為===28700N。
根據表5.2判斷液壓缸的工作壓力P=5MPa
表5.2 液壓缸負載-工作壓力
由公式，的D=87.7mm，
因此，根據液壓手冊得，可取結構D=90mm，d=80mm，外徑為100mm
5.2.2 液壓缸行程的計算
當液壓缸位于最低處時，角度為6°，這時的液壓缸為完全收縮狀態，長度為
當液壓缸位于最高處時，角度為45°，這時的液壓缸為完全展開狀態，長度為
則行程L=1265-813=452mm，查表得液壓缸實際長度需大于
a——液壓缸與叉桿的鉸接點與叉桿間鉸接點的最小距離，a=1/3l
l——叉桿的長度
——液壓缸與水平位置夾角
5.2.3 液壓缸的確定
目前生產液壓缸的廠家很多，本設計采用常州某液壓廠的液壓缸，參數如表5.3
表5.3 液壓缸參數
由以上計算得，我們選用額定工作壓力為10MPa，行程500mm，長度為820mm，缸內徑90mm，桿徑80mm的液壓缸。
5.3 動力原件的確定
液壓系統的動力元件通常是液壓泵，本機構一般在室內使用，采用交流液壓泵。但考慮到也可應用于戶外，因此可以再加上直流液壓泵。本設計著重于液壓泵舉升機構的設計，液壓泵站不再設計，目前已經發展的非常成熟，它具有體積小、結構緊湊、重量輕、成本低、操作簡單等優點，現選取某工廠液壓泵站。
（1）交流液壓泵的選擇
圖5.2
本設計采用揚州某廠的液壓泵站，此液壓泵站配有不同規格的齒輪泵和電機，本次選用KCB650型齒輪泵，配有功率為3KW的Y160M-4的電機。如圖（5.2）。通過電磁閥卸荷定位，電動舉升。同時回油口裝備節流閥，保證無沖擊。參數如表（5.4）
表5.4 液壓泵站參數
此次選擇工作壓力10MPa，220v的工作電壓，3kw的電機功率，2.5ml/r的額定排量，水平放置，油箱采用20L，工作條件為S2=20，M14x1.5的出油尺寸。
（2）直流液壓泵的選用
型號參數如表（5.5）
表5.5 液壓泵站參數
此次選擇工作壓力10MPa,額定排量為2.5ml/r，48v的工作電壓，3kw的電機功率為，水平放置，油箱采用20L，工作條件為S3=10，M14x1.5的出油尺寸.
5.4控制與執行元件與輔助的選擇
5.4.1 閥的選擇
本設計采用的是柱塞泵，下降時依靠重力，因此選用三位三通的電磁閥，參數范圍
如表5.6。
表5.6 電磁閥參數
本次選用參數如表5.7
表5.7 選用電磁閥參數
5.4.2 油管的選擇
本次設計不在自行專門設計，5.3已選擇了油泵的出油口尺寸M14mm，校核計算如下；油管內徑應滿足
Q——管內流量l/min
V——管內油液的流速m/s。一般吸油管取0.5-1.5m/s，出油管取1.5-2.5m/s。此處取v=1m/s
計算得
本次選擇河北某廠的鋼絲編織油管，具有承受壓力高，優越的脈沖性能，不易變形等優點。根據所給規格選擇合適油管，參數如表5.8
表5.8 油管參數
5.5運動參數計算
本設計中直流的液壓泵參數較大，選擇直流泵來進行計算。
直流泵的參數為：工作壓力10MPa,額定排量為2.5ml/r，48v的工作電壓，3kw的電機功率為，水平放置，油箱采用20L，工作條件為S3=10，M14x1.5的出油尺寸.
排量q：
上升高度H：
液壓缸的半徑：40mm
行程：450mm
達到最高時位置所需時間T:
則上升的平均速度v為：
5.6 液壓系統的工作簡圖
開式系統和閉式系統是主要的兩種液壓回路
1、 閉式系統：閉式系統是一個閉合回路，油泵的進油管聯通執行元件的出油管，執行元件的回油進入泵的進油口而不是回油箱之中。需要一個輔助油泵來給系統中的泄露做補償。
2、 開式系統 ：在開式系統中，油直接被油泵從油箱中吸出進入執行元件，液壓油自出油管直接進入油箱之中。
兩種系統的優勢劣勢如表5.9
表5.9 開式閉式液壓系統比較
圖5.3
根據升降機構需要簡便的要求，我們選擇開式系統
液壓系統如圖（5.3），液壓泵3、4是由電機驅動的，液壓油從油箱1中通過過濾器的2，機內電磁換向閥中，途中含有溢流閥6，起過載時保護系統的作用。7為平衡閥，起自鎖作用。當升降機處于上升狀態時，換向閥進油口處于右端，出油口處于中間部位。使液壓缸推動活塞桿上升。當升降機處于停止狀態時。進、出油口皆處于中間部位。使得平臺穩定。當升降機下降時，進油口處于中間部位，出油口處于左邊部位，液壓油經調速閥9進入油箱中。
32
第6章 控制電路設計
6 控制電路設計
6.1 總電路圖的設計
1、控制電路的設計
圖6.1
如圖6.1，交流模式的開關為SQ1，充電模式的開關為SQ2，直流模式的開關為SQ3，上升下降的控制開關分別為KM1、KM2，KM3為自鎖機構的控制開關，SB5的3個檔位控制起升，鎖緊和下落。
工作原理：接通1，KM1啟動，升降梯上升并自鎖。
接通2，升降機鎖緊
接通3，KM2啟動,KM3停止，自鎖機構關閉，升降機構下落。
2、蓄電池的充電電路不在自行設計。使用48V電動車充電器。
總結
總 結
我的課題是家用可移式升降機構的設計，本設計在原有液壓式升降機的基礎上，進行優化和再設計。提高了實用性、靈活性和輕便性。為保證升降機構的安全性，專門為其設計了一個機械自鎖機構，并做到價格低廉，便于操作。
剪叉式和液壓缸是一個完美的組合。剪叉式提供了液壓缸難以擁有的長距離行程。液壓缸給予剪叉機構更大的推力。本次設計過程大致如下，對幾種液壓缸的布置方式進行了比較、對機構的主體部分進行力的分析、對剪臂和底座等結構進行尺寸設計及計算、設計了簡單的液壓系統，可以實現間的的升降運動。
本次設計的重點在于保證升降的安全性的前提下，盡量做到輕便。機械自鎖機構的設計保證了在液壓油泄露的情況下，也能做到作業人員的安全性。
當然，設計也暴露出了了一些問題。如，電路的設計不是很擅長，只能保證簡單的控制，所以設計不夠細致嚴謹，需要在這方面多加練習。
參考文獻
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