畢業設計（論文）-雙柱式汽車舉升機設計

雙柱式汽車舉升機設計摘要：隨著我國汽車行業的蓬勃發展，汽車修理行業也迎來了巨大的市場需求。因此，汽修行業急需各種效率高、針對性強的汽修設備和工具。在汽修量4000公斤，最大舉升高度1700毫米，符合汽車舉升機國家安全標準。通過正確的零件結構設計圖紙及工藝要求，能夠方便的投入到生產。結構緊湊、外形美觀，是一種高效率的汽Abstract:Withthegreatdevelopmentoftheautomobileindustry,automobilerepairneedsalargebusiness.Thebusinessneedsmanykindsofequipmentandtoolswhichiseffectiveandsuitable.Intheautomobilerepairindustry,2posttypeisoneofthemostacceptableanduseablekind.Bythestatisticsofthesalesaboutthehoistintheseyears,wefoundthatalmost2/3ofthehoistmarkethasbeenoccupiedby2posthoist.Thistimeonecylinderisthedrivekindofthe2posthoistdesignedbyme.Itcanmakethetwoliftingarminthesamestepbythesteelwire.Themaxweightofthehoistis4000kgandthemaxheightofthehoistis1700mm.ThemachineisfullyaccordwiththeChinaHoistSafetyStandard.Withtheaccuratelydrawingsandmaturetechnics,itiseasytomanufacturethiskindhoist.Andthedevicehasabeautifulfiguratcompactconstruction.Keywords:2posthoist;Synchronouslifting;liftingequipment1前言舉升機在汽車維修養護中發揮著至關重要的作用，無論整車大修，還是小修保養，都離不開它。在規模各異的維修養護企業中，無論是維修多種車型的綜合類修理廠，還是經營范圍單一的街邊店(如輪胎店),幾乎都配備有舉升機。舉升機的重要性和普及性，決定了它是一種備受專業人士和經營管理者重視的設從而可以在其下面工作?"舉升機的發展史告訴我們，發明第一臺自動舉升機的靈感來自理發師的椅子，因為它可以快速升降和旋轉，以適應于不同身高和胖瘦的顧客。早期的單柱地基式液壓舉升機，大大地提高了比它問世還早的千斤頂和臺架的功能，這種早期舉升機的旋轉功能可以在舉起汽車以后，將其旋轉360°。也許你經常去的一個汽車維修廠，現在仍然利用這種舉升機為客戶提供日常的汽車維修服務，這種舉升機大多已經工作了75年了。隨著汽車工業的發展，單柱式舉升機設計上的局限性很快就顯露出來了。如果只是在汽車四周進行檢測維修工作的話，這種舉升機也就足夠了，但是這種舉升機的起重臂和中央立柱會妨礙進入汽車底部的大部分區域。針對單柱式舉升機的這些局限性，工程師已經提出了很多舉升機的設計方案并作了許多改進工作?，F在，舉升機的選擇范圍很大，有地基式、托舉式、剪式、平行四邊形式、便攜式、單柱式、雙柱式、四柱式、驅動式、接觸車架式、對稱式、非對稱式、小行程、大升程、隊列式以及其它的各種舉升機設計方案。某些舉升機可能同時具有這些設計方案中的幾個特點。其中雙柱式汽車舉升機以其簡單的結構、可靠的性能、簡單的維護以及價格的優勢已近占領了汽車修理行業的一大部分市場。2研究背景與課題分析便攜式、單柱式、雙柱式、四柱式、驅動式、接觸車架式、對稱式、非對稱式、小行程、大升程、隊列式以及其它的各種舉升機。在歐美和日韓，由于汽車工業的發達，相對應的在汽車舉升機的設計、制造及安全性和易操作性方面比較完備，在生產和售后等方面都領先于國內。并且就其產品的完善性和性能優越性以及新技術的利用方面也是遠遠超過內相同行業。在許許多多不同類型的舉升機中，技術最成熟、應用最廣泛雙，同樣也是結構最簡單的雙柱式汽車舉升機其實已經是國外市場的主流了。其中，澳大利亞的汽車舉升機制造商tecalemit是比較著名的廠家。Tecalemit公司生產的雙柱式汽車舉升機無論在外形、結構、操作性等方面都有十分出色的表現。也是本案雙柱式汽車舉升設備的很好借鑒。圖1Tecalemit公司的雙柱式汽車舉升機隨著汽車工業的發展，工程師門提出了很多舉升機的設計方案并作了許多改進工作?，F在，舉升機的選擇范圍很大。某些舉升機可能同時具有幾種設計方案的幾個特點。舉升機在設計方面越來越智能化和人性化，將會向遙控、電腦控制方向發展。隨著汽車保有量的不斷增多，私人購買成為購車的主流，售后市場也將得到蓬勃發展，舉升機在未來的需求量也將不斷增加，據業內專家預測，在未來三年內，舉升機市場將維持在8%～12%的增長率。2.2國內概況對大多數國內品牌來說，無論產品設計、技術開發還是售后服務，都還有很多地方有待改進。產品雖然也相對定型，但國內很多產品性能還不夠穩定，故障多，不重視外觀，影響了國產品牌的口碑。國內著名舉升機品牌的競爭力主要體現在健全的分銷網絡、服務體系和較高的性價比。舉升機在汽車維修養護中發揮著至關重要的作用，無論整車大修，還是小修保養，都離不開它。在規模各異的維修養護企業中，無論是維修多種車型的綜合類修理廠，還是經營范圍單一的街邊店(如輪胎店),幾乎都配備有舉升機。舉升機的重要性和普及性，決定了它是一種備受專業人士和經營管理者重視的設隨著中國汽車保有量的不斷增多，私人購買成為購車的主流，售后市場也將得到蓬勃發展，舉升機在未來的需求量也將不斷增加，據業內專家預測，在未來三年內，舉升機市場將維持在8%～12%的增長率。并且舉升機在設計方面越來越智能化和人性化，將會向遙控、電腦控制方向發展。同時隨著技術的不斷成熟，其標準也將逐步統一化。技術先進、質量穩定的產品將占領市場。不同的維修企業根據財力、維修項目、車間大小的不同，舉升機需求類型也不僅相同。雙柱舉升機是當前被廣泛采用的主流舉升機，是73%的經銷商銷量最大的舉升機類型。對于國內使用較為普遍的一些雙柱舉升機品牌而言，國產的價位約在0.6~1.4萬元，進口的約在1.8萬～2.8萬元。這種舉升機安裝起來很快，不需要大范圍地開挖，也不需要對維修廠的整體布局進行一些永久性的變動。雙柱舉升機噪聲較小，升降平穩，可調整不同車型的支撐部位。這種舉升機適用于舉升中小汽車進行維修及裝配工作。主要用戶為以總成大修為主的修理廠及4S店。四柱舉升機國產設備的價位在1.0～3.5萬元，進口品牌在1.8～4.5萬元，價格隨著舉升噸位的提高而增加。可適用于大多數車型。但是四柱舉升機寬大的支承裝置往往會妨礙工人干活。主要用戶為快速保養為主的小型企業，因為快速保養業務需要車輛能夠快速起降，如果購買雙柱舉升機則需要在車輛起降過程中花費一些時間。同時4S店對四柱舉升機也有很大的需求。剪式舉升機使用方便，不用時不占空間，受到很多實力雄厚的特約維修站的歡迎，這也是未來舉升機的發展方向。一般國產設備價位在1.0～4.0萬元，進口產品在1.5～4.5萬元。但剪式舉升機較為精密，做工不好或者設計不好就容易導致臺面不平、單對汽車服務行業而言，舉升機一定要安全可靠、維護簡單，否則在一定程度上會影響工作效率。而傳統的機械式舉升機安全性較差，所需的維護工作較多，被液壓式舉升機取代也是大勢所趨。根據慧聰的調查，訪談舉升機生產廠商，全部轉向了當前主流產品即液壓式舉升機，它具有安全性能好、維護周期長以及工作效率高等優點。2.3.1設計技術要求(1)最大舉升質量4000公斤。(2)最大舉升高度1700毫米。(3)符合汽車舉升機國家安全標準。2.3.2設計特點(1)舉升機兩托臂上升和下降嚴格同步。(2)舉升機舉升升程內有效自鎖，保證使用安全。(3)形成放大機構達到舉升設計要求高度。3.3.3設計技術路線(1)確定小車的舉升結構，要滿足任務書要求的最大舉升高度。(2)舉升機通過機械自鎖、液壓回路自鎖和電氣回路自鎖三方面來確保設備和使用人員的安全。(3)通過滑輪和鏈條的行程放大機構來實現舉升機的行程放大。該機構結構緊湊、體積較小，已普遍在各種起重設備中得到應用。本舉升機液壓缸行程選擇1300mm,舉升高度1700。(4)通過鋼絲繩來實現舉升托臂的同步。(5)小車舉升的汽車類型不盡相同，所以其舉升托臂的長度也需要設計一定的伸縮范圍。(6)小車采用液壓舉升方式，所以要合理選擇液壓頂缸，液壓泵，管路等。(7)在滿足最大舉升質量的前提下，確保安全性并控制成本，合理用料，合理設計機械結構，合理選擇部件。3總體方案設計得出以下4個方案。下面詳細比較了各個方案的優缺點，并確定了最終方案：(1)在單邊支架上安裝絲杠機構，由電機驅動絲杠來帶動平臺實現上升和下降。通過鋼絲繩和一些滑輪機構帶動另一邊的平臺上升和下降，同時可以保持同步。通過液壓自鎖回路、機械自鎖保護、電氣急停保護等措施來保證使用安全。優點：傳動平穩可靠。缺點：需要較長的絲杠，成本較高，安裝不便。(2)電機放置于龍門架中間，兩邊托臂通過鋼絲繩同時和電機連接。再通過一些滑輪機構把電機的旋轉運動轉變成鋼絲繩的上下運動。以次來實現托臂的上升和下降，同時可以保持同步。通過液壓自鎖回路、機械自鎖保護、電氣急停保護等措施來保證使用安全。優點：結構簡單、傳動平穩可靠。缺點：由于需要較大扭矩來實現舉升功能，故需要較大功率電機和大速比減速箱。電機和減速箱安裝位置較高，安裝和維修不便.(3)兩邊支架同時安裝液壓缸，通過液壓分配閥來實現上升和下降的同步。通過液壓自鎖回路、機械自鎖保護、電氣急停保護等措施來保證使用安全。優點：傳動平穩可靠。缺點：需要購置兩個液壓缸，成本較高，缺乏市場競爭力。(4)在單邊支架安裝液壓缸，液壓缸帶動托臂實現上升和下降功能。通過鋼絲繩和一些滑輪機構帶動另一邊的平臺上升和下降，同時可以保持同步。通過液壓自鎖回路、機械自鎖保護、電氣急停保護等措施來保證使用安全。優點：傳動平穩可靠，成本較低。缺點：需要較大剛度的支架來保證舉升機的可靠運作。經過綜合考慮以上方案，并通過查詢了相關資料，最終選用技術比較成熟可靠的4號方案。下圖是該舉升機構的示意圖。圖2雙柱式汽車舉升機外形示意圖3.2電氣控制部件設計方案雙柱式汽車舉升機的電氣控制部分相對簡單：舉升機的控制單元內設置電源、開關回路、限位開關回路以及電氣急停回路。以上器件和液壓泵聯結，構成雙柱式汽車舉升機的電氣控制部分。結構簡單，運行穩定，操作簡便，安全可靠。結構圖詳見下文電氣布置設計。3.3液壓部件設計方案液壓回路由液壓油箱、液壓泵、液壓管路、液壓頂缸、溢流閥、單向閥構成。液壓泵工作，驅動液壓油路。通過撥桿式液壓閥來控制油路的通斷，以次來實現液壓缸的動作。擬定如下方案實現以上功能。普通兩位兩通閥配以控制回路，示意圖如下：圖3.雙柱式汽車舉升機液壓方案示意圖該方案的優點是結構簡單，可以方便的實現舉升機所要求達到的功能。缺點本設計選用下圖所示液壓回路，示意圖如下圖4液壓方案示意圖該方案選用撥桿式三位四通閥來控制液壓回路。該方案的優點是三位四通閥中間位置通過兩個單項閥起到自鎖功能，達到舉升機自鎖保護功能。撥動三位四通閥撥桿，舉升機托臂上升。當舉升機上升到要求高度時，觸動位置開關。位置開關控制油路驅動三位四通閥閥門切換，切換到中間自鎖位置，實現自鎖保護。當完成作業后，再次撥動三位四通閥撥桿，液壓缸下降，帶動舉升托臂下降。完成作業。綜上所述，系統方案擬定如下。在單邊支架安裝液壓缸，液壓缸帶動托臂實現上升和下降功能。通過鋼絲繩和一些滑輪機構帶動另一邊的平臺上升和下降，同時可以保持同步。舉升機的電氣控制單元內設置電源、開關回路、限位開關回路以及電氣急?；芈?。以上器件和液壓泵聯結，構成雙柱式汽車舉升機的電氣控制部分。液壓部分選用撥桿式三位四通閥來控制液壓回路。三位四通閥中間位置舉升機托臂上升。當舉升機上升到要求高度時，觸動位置開關。位置開關控制油路驅動三位四通閥閥門切換，切換到中間自鎖位置，實現自鎖保護。當完成作業后，再次撥動三位四通閥撥桿，液壓缸下降，帶動舉升托臂下降。完成作業。結構簡單，運行穩定，操作簡便，安全可靠。不可隨意改變本機參數，如預先設定好的額定壓力、上升、下降速度等。不能超過最大舉升重量3噸進行超負荷使用。使用前應將導軌及各轉動部位涂上潤滑脂及注少許機油。開機前用戶應檢查各油管、接頭、鏈條、鋼絲繩等是否連接可靠、正常。舉重物之前應先空載試舉3-5次，以確保本機正常。環境溫度不得低于-10℃,舉升機應安裝室內，如安裝室外必須有防雨措施。更換油箱內液壓油時，應將油全部倒掉，徹底清洗油箱，然后加入約10升L-HM32專用液壓油。用戶每月至少應對舉升機滑動及轉動部位潤滑一次。當兩邊舉升臂不同步或不水平時，可調整鋼絲繩松緊度。在確保電源電壓、接線及電機旋轉方向無誤后，即可打開控制面板上的電源開關，按上升按扭舉升機即上升；按下降按鈕舉升機上升約200毫米后下降。(從下往上看電機應順時針旋轉)。舉車前應將舉升機下降至地面。將轉臂分開，車輛開進舉升機中間合適部位，即車輛重心應處于舉升臂支撐范圍內。調整支撐臂至汽車底部合適部位，上升少許，讓支撐腳支撐在汽車上。注：應根據汽車結構確定舉升部位有足夠的剛度，防止損壞汽車。確保支撐可靠后，即可按上升按鈕。將汽車舉至合適高度，然后松開按鈕，舉升機即停在您所需高度。修理汽車前應檢查舉升情況是否正常，安全爪是否落下，然后關掉電源(防止誤動作或其他人員誤操作)即可進行汽車修理作業。作業完畢，接通電源，按下降按鈕將舉升機下降至地面，然后移開支撐臂，即可將車開走。緊急情況下的手動下降操作：在下列情況下可進行手動下降操作：電源故障或斷電時。液壓系統回路異常，不能下降時。下降前應移開舉升機下障礙物，關閉電源，任何情況下，修理人員禁止進入舉升機下面。將安全爪支起，如安全爪已壓死，應另外用千斤頂將舉升機支起10厘米左右。松開電磁閥上的固定螺帽，即可看見下降旋轉鈕，用手緩慢逆時針旋轉，當舉升機開始下降時，即停止。注：不可突然旋轉手動旋鈕，以防車輛突然下降，造成車輛損壞或事故。下降完成后，應將手動旋鈕旋回初始位置，鎖緊。4機械部件設計計算4.1.1結構工作原理該舉升機通過液壓泵驅動液壓缸，液壓缸帶動托臂實現上升和下降功能。通過齒輪嚙合機構方便的實現托臂轉動后的定位。圖6雙柱式汽車舉升機托臂旋轉鎖定機構通過滑輪機構來實現行程放大。通過該機構可以放大液壓缸的行程為原來的兩倍。本設計液壓缸選用行程為1300mm,故舉升高度最大可為2600mm。舉升高度設計要求為1700mm,所以該機構能夠滿足設計要求。圖7舉升機行程放大機構Fig7Lifttravelamplificationmechan通過鋼絲繩和一些滑輪機構帶動另一邊的平臺上升和下降，同時可以保持同圖8舉升機滑輪機構機械部分的自鎖機構是通過類似棘輪機構的擋塊實現的。當舉升機托臂向上移動時，棘齒與鎖定塊通向。當舉升機托臂向下移動時，棘齒與鎖定塊反向，阻止舉升機托臂向下移動，起到鎖定功能。以上是該雙柱式汽車舉升機各部件的工作原理，工作過程請見下圖。到達要求高度到達要求高度觸動位傳感器四通閥至中間自鎖位置托臂自鎖維持該高度汽修作業結束后撥動四通閥撥桿液壓杠桿縮回撥動四通閥撥桿液壓杠桿伸出液壓缸回歸零位托臂上升托臂下降圖9雙柱式汽車舉升機工作過程示意圖舉升機支架、舉升機托臂等組件用型材焊接而成，材料選用45。給部分緊固件選用強度為高強度8.8級的內六角螺釘。各轉軸，銷軸材料選用Cr12,在經過調質處理，保證足夠的剛度。鋼絲繩選用10mm直徑的高強度鋼絲繩，額定舉升重量為5000kg,滿足使用要求。上述結構、材料均能滿足強度要求，具體計0753算詳見下文校核部分。0753蟲中。圖11雙柱式汽車舉升機外形結構示意圖4.2驅動功率確定本雙柱式汽車舉升機的動力來源是電機，主要傳動部件是液壓缸。當舉升機工作時，單邊支架可看作為典型的懸臂梁，所有應力都集中在舉升托臂導向輪和支架的接觸點上。故此處材料的選用必須滿足強度和剛度的要求。本雙柱式汽車舉升機選用龍門式。龍門部件不但能夠安裝鋼絲繩，而且還能連接兩支架。更是大大加強了整個舉升機的強度。圖12舉升機導向輪與支架接觸點4.2.2電機功率的選擇確定驅動電機的選擇首先要確定電機工作點的力矩大小，以及在這個力矩下需要的電機額定轉速。依此可以確定需要多大尺寸的電機能滿足這個要求。電機的額定轉速和額定力矩決定了電機的輸出功率。兩臺尺寸相同的電機，由于轉速不同和力矩不同，所以輸出功率也不同。力矩大、轉速高的電機，其輸出功率就大，輸出功率的計算方法如下：N--負載轉速單位：瓦(W)單位：克/厘米(g/cm)單位：轉/分(rpm)伺服電機的選擇應該滿足如下幾個方面：(1)最大轉矩：結合負載情況，根據負載動作要求。(2)平均轉矩：根據負載周期性的轉矩要求，繪制轉矩與時間曲線，得出平均轉矩。(3)熱載荷校驗滿足：根據負載工作曲線，得出電機的有效轉矩和平均速度。如果該點位于所選伺服電機s1曲線下方，則該選型滿足電機的工作能力。即使端事超載，總體來講也不會影響電機性能而導致電機過熱、燒壞等故障。(4)檢驗轉動慣量：需校驗外部轉動慣量。需要計算出電機的輸出軸端與電機靜態轉動慣量的比值。比值應該小于10才能夠滿足選型條件，達到實用要求。4.3強度校核此設計為雙柱式舉升機，兩根支架為對稱布置，故只分析設計其中一根即可。因為立柱承受主要的應力，所以需要有較高的強度要求。由于立柱可簡化為一端固定，一斷自由的壓桿，所以主要從穩定性方面計算支架的工作形式，下面取其一段分析。由F?引起的彎矩圖和剪力圖見下圖：1=2600mmb=2415mma=185mmMx=P(l-a)=2640.5×(2600-185)=6376807.5(kgmm)由F?引起的彎矩圖和剪力圖：)曰圖14立柱上F2作用力及其彎矩圖和剪力圖A圖15立柱上M作用力及其彎矩圖M=Fy×71.119=75839.2kgMx=-M=-Fy×(83.119-12)=-75839.2(kgmm)綜上所述，立柱受力的合成彎矩圖和合成剪力圖如圖所示。A合成剪力圖A合成彎矩圖從圖中可以得出Mmx=-M=-Fgy×(83.119-12)=-75839.2(kgmm)M,=1386262.5-75839.2=1310423.3(kgmm)截面上半部分靜矩S=171.24cm3,以下進行強度校核：(1)校核正應力強度：(2)校核剪應力強度：滿(3)折算應力強度校核：主立柱橫截面上的最大正應力σm產生在離中性軸最遠的邊緣處，而最大剪應力rmax則產生在中性軸上，雖然通過上面的校核說明在這兩處的強度都是滿足因此這里的主應力就比較大，有必要根據適當的強度理論進行折算應力校核，取該截面邊緣處某點K進行計算：由于點K處在復雜應力狀態，立柱體材料采用的30鋼是塑性材料，可以采∴按第四強度理論所算得的折算應力也滿足許用強度要求，經過計算本次設計中支架強度滿足雙柱式汽車舉升機的設計要求。為防止軸產生過大的扭轉變形，以免在運動中引起振動造成軸與孔之間加劇磨損而失效，因而軸應有足夠的扭轉剛度。,5電氣控制部件設計計算5.1電氣部件控制邏輯設計圖13舉升機控制回路示意圖電源選用參數：三相380V,50Hz,伺服電機選用參數：功率3kw。6液壓部件設計計算1-過濾器元件2-齒輪泵3-溢流閥4-單向閥5-三位四通閥6-過濾器7-節流閥8-液壓缸圖14雙柱式汽車舉升機的控制回路從中可以看到該設備的液壓控制回路。該回路由過濾器、齒輪泵、溢流閥、單向閥、三位四通閥、節流閥、液壓缸組成。選用撥桿式三位四通閥來控制液壓回路。三位四通閥中間位置通過兩個單項閥起到自鎖功能，達到舉升機自鎖保護功能。撥動三位四通閥撥桿，舉升機托臂上升。當舉升機上升到要求高度時，觸動位置開關。位置開關控制油路驅動三位四通閥閥門切換，切換到中間自鎖位置，實現自鎖保護。當完成作業后，再次撥動三位四通閥撥桿，液壓缸下降，帶動舉升托臂下降，回到初始位置。根據本題設計要求：選用“HCS-80-拉”型液壓缸，主要尺寸：升降速度：上升速度t?=L?/V?=33.2s液壓缸動力單元功率計算：P=q,×p/612×n,d≥35.7(F/[o])12,[o]=o?/n畢業設計是展現我們過去所學知識的實踐，也是今后的工作的練兵。因此這次畢業設計對我們有很深刻的意義。使我對設計工作有了進一步的了解，對設計的思想方法和具體的操作步驟有了清楚的認識。整個設計工作首先得由明確設計要求、實現其功能和滿足其指標為前提出發，這是完成設計工作的第一部。接著針對每一個細節問題進行分析、計算，期間可以參考大量的同類設計，比較優缺點，最后確定方案，落實設計方案。經過這次畢業設計，基本掌握了相關的三維設計軟件和平面繪圖軟件，如ProE和AutoCAD等軟件。這些軟件對本次畢業設計的幫助是十分巨大的。在完成設計任務的同時掌握了兩種十分有用的軟件的運用，感覺收益匪淺。另外，通過本次設計使我是我對機械、液壓及電氣等方面的知識有了更加深刻的了解和認識。不但溫習了課本上的知識，而且能夠運用到實際。這比以前有[1]王忠志主編.精密研磨[M].北京：中國計量出版社，1989.[2]李虹.砂帶磨削[OL].中國機床網，2006-9-16.[3]唐金松主編.簡明機械設計手冊(第二版)