摩托车专用升降平台设计.doc

1、南昌航空大学科技学院学士学位论文11 绪论1.1 升降台的发展现状升降台是一种当前应用广泛，发展良好的将人或货物升降到某一高度的设备。我国目前正处于建设的发展阶段，升降台的研制，开发虽然在一定的程度上得到发展成熟，但是有些地方还需要完善和改进，还需要进一步的研究。升降台种类丰富，类型繁多，总的来讲，按照升降结构的不同，可分为剪叉式升降台、升缩式升降台、套筒式升降台、升缩臂式升降台及折臂式升降台等。按移动的方法不同分：固定式升降台、拖拉式升降台、车载式升降台、可驾驶式升降台等。根据液压升降台的工作原理可分为：剪式举升台（非叉式） 、移动式液压举升台、剪叉式固定液压升降台以及直桶式液压升降台等。剪

2、叉式升降台又可以分为电动剪叉式和液压剪叉式。根据其传动系统的不同又可分为：液压传动、链条传动、蜗轮蜗杆传动、齿轮齿条驱动、大螺旋驱动等。车载式升降台是为了提高升降台的机动性，将升降台固定在电瓶搬运车或货车上，它接取汽车引擎动力，实现车载式升降台的升降功能，以适应厂区内外的高空作业。车载式升降台适用范围广泛应用宾馆，大厦，机场，车站，车间，仓库等场所的高空作业等，也可作为临时性的高空照明，广告宣传等。液压传动是机械设备中发展最快的技术之一，特别是近年来随着机电一体化技术的发展，与微电子、计算机技术相结合，液压与气压传动进入了一个新的发展阶段。现今，采用液压传动的程度也成为衡量一个国家工业水平的重

3、要标志之一。如发达国家的生产的 95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动。目前使用比较成熟，效果较好的液压缸斜置驱动的剪叉式升降台，具有机构紧凑、运行平稳、噪声小、频响快、传递功率大、易于操作等优点。但在实际使用中也存在一些不足， 比如负载不能太大、起重动力矩与负载的比偏大，起始高度较高，有时液压升降平台还会因为长时间的负载而引起漏油，有些升降台体积较大，占用空间等。1.2 升降台的发展前景升降台是现代机械行业不可缺少的基本设备，为了满足不同的升降高度，升降台分为单级，双级以及多级；为了满足不同的功能要求，台面有滚道式，旋转式和翻转式等。随着科技的发展，为了更

4、好的控制升降台的升降速度，引入计算机控制系统代替开关液压阀的形式控制液压系统，运用计算机的智能处理能力，根据需要同时控制升降台的位置和速度，既能保证速度均匀稳定，又能更准确的定位。液压南昌航空大学科技学院学士学位论文2升降台正朝着人体化，智能化、集成型和环保节能的方向发展，逐渐运用在各个领域。1.3 摩托车升降台的设计特点随着摩托车使用量的迅速增加，社会对摩托车维修工具和设备的工作效率也越来越高。由此原因，设计一种维修设备，它可根据摩托车维修部位的不同而随时调整摩托车的高度位置，方便维修，减轻维修人员的劳动负荷从而提高工作效率，就成为必然需要。具有结构紧凑，占地面积小，安装和拆卸操作方便，故障

5、率低，常见故障易处理，维护方便等优点的摩托车升降平台，就可以满足摩托车维修对提高工作效率的要求。总体来说，摩托车升降台的设计特点就是安全、可靠、经济、方便。1.4 摩托车升降台的安全要求由于摩托车升降台容易产生的危险如下：a)机械危险；b)电气危险；c)在设计时由于忽略了人类工效学产生的危险；d)由于能源失效、机械零件损坏或其他功能故障产生的危险；e)由于安全措施错误或不正确的定位产生的危险。因此，在设计和制造摩托车升降台及其他方面应满足一定的安全要求。1.4.1设计的安全要求设计时，金属结构的布置应便于检查、维修，且金属结构应达到国家标准要求的安全系数。在确定安全系数时，设计应力必须是当升降

6、台置放在水平面上，工作台均匀承受最大载重量，按使用说明书使用时构件中产生的最大应力。安全系数 n 按式(1.1)计算： .（1.1）21)(fn式中： 塑性材料的屈服极限脆性材料的强度极限（Pa） ；结构自重引起的应力（ Pa） ；1承受最大载重量时结构构件内增加的应力（Pa） ；2应力集中系数；1f动载荷系数。 2南昌航空大学科技学院学士学位论文3注： 和 的值可以在样机上通过试验分析得出。如果不采用试验结构 和 的值1f2 1f2分别不得小于1.10和1.25。 a)升降台承载构件(不包括脆性材料)按式(1.1)求得的安全系数 n不得小于2；b)脆性材料(如铸铁等)制成的升降台承载构件其材

7、料按式(1.1)求得的安全系数 n不得小于5；1.4.2其他安全要求1.摩托车升降台的稳定性升降台的稳定系数为：.(1.2)21MK式中： 总抗倾覆力矩；1总倾覆力矩， 。2 4.12升降台的工作台若伸出,必须使工作台伸至极限位置,在伸出部分均布 130%该部承受的最大载重量,在最大起升高度处应稳定。在承受偏载荷时，升降台置于水平面上，支腿伸出且使底盘保持水平，将最大载重量以集中载荷放置在距工作台周边为工作台的长或宽的1/3处的任一位置，在最大起升高度处应稳定。升降台在升降过程中自然偏摆量不得大于 0.5%的最大起升高度。升降台要设有防止支腿回缩装置，在工作台承受最大载重量停留 15min 时

8、，支腿的回缩量不得大于 3mm。2.工作台升降安全保护装置a)在动力、油路等出现故障时，要有能防止工作台失控下降的安全装置（允许有控下降）；b)若工作台能水平延伸超过升降台底架且在工作台下方有障碍物，则在油路等出现故障时，要有防止工作台下降的装置；c)工作台上升至最大起升高度时（升降机构中采用一活塞式油缸的升降台除外）,上升极限位置限制器必须自动切断工作台上升动力源。南昌航空大学科技学院学士学位论文4南昌航空大学科技学院学士学位论文52 摩托车升降台的总体设计2.1 设计参数及要求基本参数：额定载荷为 500kg，自重 200kg，升降台的最大高度为 700-850mm，升降台最小高度为 20

9、0mm 左右，平台尺寸为 2200mm 700mm。要求升降台通过脚踏式液压泵提起货物，且后轮固定，设置过载安全阀，确保操作者安全，刹车可靠，可在升程内任意位置停止升降。2.2 摩托车升降台机构设计时应注意的问题摩托车升降台机构设计时应注意以下几个的问题：a)摩托车的质心最好接近升降台的支撑中心；b)当有适当偏载时，机构运动仍能运行顺畅；c)升降台的安装平面平行于固定点在轨迹圆上上下极限位置所确定的弦；d)运动干涉检查（可用 ug 运动分析模块） ；e)验证机构内部是否利于液压系统的安装。2.3 摩托车升降台的两种机构形式图 2-1 机构一图 2-2 机构二南昌航空大学科技学院学士学位论文6摩

10、托车升降台的两种机构形式如图 2-1 和图 2-2 所示，它们只是两侧相同机构的一侧。由以上两图可看出，机构一（图 2-1）是全部为固定铰支座的两平行杆同步运动的结构，机构二（图 2-2）是两固定铰支座和两个滑动铰支座的剪叉式结构。这两种机构都可以实现上板台面升降的运动，但相比较之下，机构一有三点不足：a) 机构一在升降过程中上板不仅有竖直方向的位移变化，而且还有水平方向的位移变化，而机构二的上板在升降过程中只有竖直方向的位移变化。这样，在总体尺寸一样的情况下，机构二升降时所需的空间较小。b) 机构一在升降的过程中，摩托车的质心相对升降台的支撑中心的变化很大，这样就要求更大的动力，即要求推力更

11、大的液压缸。结果会增加安装尺寸和生产成本。c) 机构一的稳定性没有机构二的对角双三角的结构稳定性好。综上所述，机构二较机构一更合理。所以，在结构上选择机构二。2.4 摩托车升降台机构中三种液压缸布置方式的分析比较2.4.1 问题的提出液压缸的布置方式主要包括液压缸对机构的作用力（动力）点位置及液压缸的起始安装角度等。在机构确定的情况下，动力的作用点是关系所需动力大小的关键。而摩托车升降台的动力由液压缸提供，因此，作用点的位置直接关系液压缸的选择。此外，液压缸的安装起始角度也对所需动力大小有较大影响。总之，液压缸的布置方式是设计的一个重要环节，是设计成功与否的关键之一。那么液压缸究竟选择怎样的布

12、置方式？2.4.2 三种方案的分析和比较以下是液压缸的三种布置方式，如图 2-3，图 2-4，图 2-5 所示，基于剪叉式机构的优点，它们都是采用剪叉式机构，可以看做三种方案：方案一（图 2-3）：液压缸的一端在底座的固定铰支座上，另一端支撑在支架1 上靠近滚动铰支座的位置。当两支架几乎处于水平位置时，液压缸与底座的夹角很小，这时要把台面升起就需要液压缸提供很大的推力，甚至不能把台面升起。此外，液压缸的布置需要在底座长度比支架还更长的基础上额外地加长底座，这样就需要跟多的底座材料。方案二（图 2-4）：液压缸的一端在底座的固定铰支座上，另一端支撑在支架1 与支架 2 的铰支轴上。当两支架几乎处

13、于水平位置时，液压缸与底座的夹角 也2南昌航空大学科技学院学士学位论文7很小，这时要把台面升起也需要液压缸提供很大的推力。虽然液压缸推动支架的力臂会随着台面的升起而迅速增大，从而使所需的液压缸的推力迅速减小。然而，同时也使液压缸的行程增加迅速增加，最终就需要大行程的液压缸，而液压缸的布置需要更大的长度空间，可能在液压缸完全收缩时支架仍不能完全收回，造成台面的高度过高。方案三（图 2-5）：液压缸的一端在底座的固定铰支座上，另一端支撑在与支架 2 成一定角度且同固定铰支座的杆上。这样，当两支架处于水平位置时，液压缸与底座仍有一定夹角 ，且 ，这时要把台面升起所需要液压缸提供的推3321力就会比前

14、两种布置的推力小很多。虽然液压缸推动支架的力臂随着台面的升起而增大幅度没有方案二的快，即使所需的液压缸的推力减小更平缓。然而，同时液压缸的行程增加也比较平缓，最终所需要的液压缸行程也不会很大，布置液压缸的空间也是足够的。因此，在稍微增加了液压缸推力的同时获得了更多的优点。图 2-3 方案一南昌航空大学科技学院学士学位论文8图 2-4 方案二图 2-5 方案三综上所述，方案三是摩托车专用升降台设计的最佳方案（如图 2-5 所示） 。2.5 总体方案确定及总体设计由 2.4.2 可知，摩托车专用升降台的最佳总体方案为：机构二形式和液压缸布置三的方式相结合。总体结构示意图如图 2-6 所示图 2-6

15、 总体机构示意图1-搭板 2-固定脚轮 3-底架梁 4-液压缸 5-油管 6-液压泵 7-转向刹车脚轮 8-脚踏杆 9-外剪叉臂 10-内剪叉臂 11-推车扶手柄 12-摩托车前轮固定架 13-上台板梁 14-台面南昌航空大学科技学院学士学位论文9南昌航空大学科技学院学士学位论文103 摩托车专用升降台的受力分析计算3.1 实例分析3.1.1 摩托车专用升降台的结构简化升降台的简化结构如图 3-1 所示图 3-1 液压升降台的简化结构升降台 b、d 点为固定铰支座，a、c 两点分别可沿升降台底架轨道及工作台下方轨道水平移动，a 、c 两点采用同样的支撑结构时，其摩擦阻力系数皆为 。faed，ceb 杆件长度皆为 ，且设为无重杆件，e 铰接点位于上述两杆件的中点。fgL为液压缸推力的作用线，其一端与底架铰接于 f 点，另一端与 aed 杆铰接于 g 点。aed，ceb 与水平面得夹角为 ，fg 线与水平面得夹角为 ，且gde = 。升降台面与所载工件重量合为 ，其作用线距 b 点为 ，显然，现在升降台升降过程中 值GPP不变。3.1.2 升降台受力分析1.以整体作为研究对象，如图 3-2 所示