1、南昌航空大学学士学位论文 1 汽车自动液压千斤顶 摘要： 在汽车自动千斤顶领域，人们常用的是机械式千斤顶。这种千斤顶尺寸小，重量轻，价格低，同时千斤顶效率也低。随着工业的迅速发展，设计一种自动高效价廉的自动液压千斤顶势在必行。 本文通过对多种方案进行比较，结合对中小企业经济承受能力的调查，设计了一台符合中小企业的自动液压千斤顶。该千斤顶采用液压作为介质，由微型直流电动机做高速转动。通过减速装置带动偏心轮，然后偏心轮带动连杆，连杆带动增压装置，把油挤向活塞。活塞杆往返运动采用液压驱动，本文对该千斤顶机械、液压、两方面做了全面设计 计算。机械方面包括电动机的选择、螺纹螺杆的设计、变速传动机构的设计
2、。液压方面包括液压缸的设计、活塞杆的设计、轴的设计。并绘制了设计过程中相应的图纸。 本文还包括设计结论，设计总结和致谢。 关键词： 千斤顶 增压 卸荷 自动 液压 活塞 液压缸 油箱 Automatic hydraulic jacks 南昌航空大学学士学位论文 2 Abstract: In the area of Automatic Jack. People are commonly used mechanical jacks, This jack has small size, light weight, low price. At the same time Jack efficiency
3、 is low. With the rapid development of industry, Design a low cost efficient automatic hydraulic jack is imperative. Based on a variety of programmes, with the economic sustainability of the SME survey, designed a line with SMEs automatic hydraulic jacks. The hydraulic jack used as a medium, from mi
4、cro-to high-speed DC motor rotation. Deceleration devices driven by eccentric round, and then driven round eccentric link, connecting rod driven supercharger installations, oil Jixiang of the Pistons. Rod from the use of hydraulic-driven campaign, the paper of the jack mechanical, hydraulic, the two
5、 have done a comprehensive design calculations. Electrical machinery, including in the choice of screw thread design, the design of Transmission. Hydraulic Cylinder include the design, the piston rod design, shaft design. And the mapping of the design process in the corresponding drawings This artic
6、le also includes the design conclusions, designed to sum up and thank. Keyword: Jack 、 Turbocharged、 Unloading、 Automatic 、 hydraulic、 piston 、hydraulic cylinder fuel、 tank. 南昌航空大学学士学位论文 3 1.绪论 1.1 选题的依据 在汽车维修时，例如车胎的修补、调换，常用千斤顶支 撑，现有千斤顶可分为手动和电动。手动千斤顶工作费力，有时遇到车底下作业就需要蹲伏车底或弯腰操作，非常困难和不方便，特别是在路边作业，预警性差，
7、常会发生意外事故。已有电动千斤顶是采用机械系传动机构 ，主要由齿轮、齿条的连接关系，存在缺点有：一是只能传递电机的动力，无增压机构设计，所以支撑力有限；二是机械传动容易卡死，可靠性差；三是自锁性能差。 汽车自动千斤顶就是属于液压千斤顶一类，它具有携带方便使用方便，利用汽车电瓶电源驱动直流电动机，通过减速器带动伺服变量泵工作，向液压自动增压器输送压力油。通过三位四通电磁换向 阀和液控二位四通换向阀控制液压自动增压器和液控单向阀工作，使顶升装置顶升和下落，改变了操作者钻入车架下手动操作千斤顶的方法，减轻了操作者的劳动强度。如某些时候方便力气不是很大的女性司机使用。 1.2 千斤顶的 起源 、 发
8、展 和分类 千斤顶起源于 20 世纪初的英、美、德等国家，在逐步发展中工艺逐渐成熟，因其具有抗腐蚀、耐高温，强度高、表面精美、百分之百可回收等无与伦比的良好性能，被广泛应用于建筑、交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域，逐渐被人们所接受，也越来越多地走进寻常百姓的日常生活。 1.2.1 中 国千斤顶的发展状况 中国千斤顶产业实现了快速发展 ， 我国千斤顶产业发展进步较晚，建国以来到改革开放前，我国千斤顶的需求主要是以工业和国防尖端使用为主。改革开放后，国民经济的快速发展，人民生活水平的显著提高，拉动了千斤顶的需求。 进入上世纪九十年代后 ，我国千斤顶产业进入快速发展期，千斤顶需
9、求的增速远高于全球水平 。 1990 年以来 ， 全球千斤顶表观消费量以年均 6%的速度增长，而九十年代的十年间，我国千斤顶表观消费量年均增长率达到 17.73%，是世界年均增长率的 2.9 倍。进入二十一世纪，我国千斤顶产业高速增长。 2000 年 2004 年，我国千斤顶消费量从 188 万吨增长到 447 万吨，增加了 2.3 倍，年平均增长率在 27%以上。南昌航空大学学士学位论文 4 其中， 2001 年，我国千斤顶表观消费量达到 225 万吨，超过美国成为世界第一千斤顶消费大国。同时，千斤顶进口也大幅度增加。 1998 年，我国千斤顶进口 100万吨，由此成为世界上最大的千斤顶进口
10、国。 2004 年与 1998 年比，千斤顶进口增长幅度年均达到 27.14%。预计 2005 年，中国千斤顶表观消费量将达到 500 万吨，进口仍将保持在 300 万吨左右。 伴随着千斤顶市场的快速发展，我国千斤顶产量也结束了长 期徘徊的局面，实现了高速增长。我国千斤顶产量从 2000 年的 46 万吨增长到 2004 年的 236 万吨，年平均增长率在 82.6%，占国内市场需求的比重也由 2000 年的 24.47%提高到 2004年的 52.80%。而同期，世界千斤顶产量则仅以 6%左右的速度增长。 从九十年代后期起，我国太钢、宝钢以及宝新、张浦等国有和合资企业通过引进和技术改造，先后
11、建成了一系列千斤顶生产线，千斤顶工艺技术装备达到国际先进水平，千斤顶生产初具规模。千斤顶品种结构也发生了积极的变化，千斤顶产品质量迅速提高。特别是国内千斤顶冷轧板 增长迅速， 2003 年，国内冷轧板产量达到170 万吨，首次超过进口量 ,自给率达到 66%； 2004 年，国内冷轧板产量达到 200 万吨，自给率达到 70%以上。从 2004 年底到 2005 年底，国内冷轧千斤顶产能将增加约150 万吨，基本满足国内市场需求。到 2007 年，我国将成为千斤顶的净出口国 。 从总体上看，我国千斤顶正在经历由规模小、水平低、品种单一、严重不能满足需求到具有相当规模和水平、品种质量显著提高和初
12、步满足国民经济发展要求的深刻转变，千斤顶需求将逐步实现自给。 1.2.2 世界千千斤顶品种发展方向研究 千 斤顶 品种的质量发展方向将围绕着高耐蚀性千斤顶、高成形性千斤顶、高强度和高硬度千斤顶、耐热和抗氧化千斤顶、高氮千斤顶等千斤顶品种展开。 （ 1） 高耐蚀性千斤顶 最新的高耐蚀性千斤顶可分为两类：一类称为超级千斤顶，以新日铁的YUS270(20Cr-18Ni-6Mo-N)为代表，其耐蚀性与钛相当。 YUS270 的铬 和钼含量较高，可有效 的 利用氮来改善耐蚀性， YUS270 的热膨胀系数介于奥氏体千斤顶和铁素体千斤顶之间。它可以应用于海水净化装置、化工厂、沿海氯化钠腐蚀严重的建筑等。铁
13、素体千斤顶 SUS447J1(30Cr-2Mo)也是一种超级千斤顶。另一类是高洁净度的铁素体千斤顶。通过增加铬和钼的含量，降低碳和氮含量，可改善耐蚀性和成形性。典型的高洁净度铁素体千斤顶有新日铁的 YUS220M(22Cr-1.5Mo-Ti-Nb)、 YUS190 和南昌航空大学学士学位论文 5 YUS190L(19Cr-2Mo) ，其它千斤顶 铬 和 钼 含 量 略 有 变 化 。YUS260(20Cr-15Ni-3Mo-Cu-N) 、 YUS110M(18Cr-12Ni-2Si-Mo-Cu) 和YUS27A-M(17Cr-7Ni-2Cu-2Si)是最新开发的高耐蚀性千斤顶。 复合添加钛和铌
14、可以阻止作为腐蚀源 的非金属夹杂物析出，促使 形成 钛 氧化物钝化膜，从而改善耐蚀性。新日铁已经在 YUS190 和 YUS220M 中采用此技术。据报道，复合添加 Ti、 Nb和 A1 可以提高耐蚀性。而且发现传统上认为有害的元素 S 可以提高低铬千斤顶的抗晶间腐蚀能力，其作用与氮改善奥氏体千斤顶的耐蚀性的作用相同。未来改善耐蚀性的研究将主要集中在夹杂物的控制和表面防护涂镀层上。 （ 2） 高成形性千斤顶 铁素体千斤顶的塑性较差。而奥氏体千斤顶的强度虽高，但是具有高的热膨胀系数，不利于包括焊接在内的成形加工。 降低碳含量和氮含量可以明显改善成形性，在 一定条件下可以改善深冲性能。例如， SU
15、S430 的 r=1.0，而低碳的 SUS430D 的 r=1.6，同时可以将延伸率稳定在 30%以上。连轧 YUS436S 的 r 值明显改善，特别是经大直径辊的轧制后，与 SUS304 不同，在适当的冲压条件下，上述这些新型铁素体千斤顶可以超深冲加工。超高洁净度 Fe-Cr合金具有较好的成形性，在铬含量达 18%的千斤顶中可以得到大于 36%的延伸率。 伴随着千斤顶盘圆产量的增长，加工方法由切削变为锻造，开发具有优良冷锻性能的新型千斤顶 SUSMX7。还开发了添加 S、 Pb、 Se 的易切削千斤顶和临界 压缩比改进钢。 近来正在研究可润滑千斤顶薄钢板。在表面涂上有机涂层的钢板可以在没有润
16、滑油或保护层的情况下成形，在改善工作环境和降低生产成本的要求下可望有许多用途。新日铁与 Tokai 钢厂合作开发了名为“Guardooat” 的有机涂层，应用于千斤顶。 （ 3） 高强度和高硬度千斤顶 为铁路车厢开发的 SUS301L 改型千斤顶可以作为高强度和高硬度的结构材料，如汽车的垫片和压力板。对于公共工程和建筑构件，开发了具有良好耐蚀性的马氏体千斤顶 YUS550(13Cr-2Ni-2Mo)，它可应用于水泥冲孔而无需钻孔。在 SUS316 基础上添加氮的 SUS316FR(16Cr-12Ni-2Mo-0.09N)可用于快速增殖反应堆，并有望应用于需要高温强度和蠕变强度的场合。添加铌的铁
17、素体千斤顶 YUS180H(19Cr-0.8Nb)和YUS340-MS(14Cr-0.5Mo-0.3Nb-Ti)具有高的高温强度，可用于汽车排气系统。 （ 4） 耐热和抗氧化千斤顶 高铬千斤顶具有耐热和抗氧化性。添加 Al和 Si 可以进一步改善高铬千斤顶的耐热性和抗氧化性。 YUS710(25Cr-13Ni-2Si-Mo-N)和 YUS731(19Cr-13Ni-3Si-0.7Cu)南昌航空大学学士学位论文 6 是耐热和抗氧化的奥氏体千斤顶，缺点是高温下出现膨胀。对此，新日铁开发了低膨胀的 HOM125(15Cr-4Al)和 YUS415S(12Cr-2Si-Al)铁素体千斤顶。添加了 Cr
18、、Al 和稀土元素的 YUS205-M1(20Cr-5Al-REM)千斤顶用于汽车排气净化装置，在温度高达 950 摄氏度下具有耐热性和抗氧化性。涂有耐热树脂的千斤顶已经商业化并用于耐热温度约为 260 摄氏度的灶具等。微波炉的内衬要求采用耐热温度为 550 至 600 摄氏度的耐热预涂层材料。针对此类用途，未来需要开发既耐热又有良 好成形性的千斤顶。 （ 5） 高氮千斤顶 添加氮可以提高千斤顶的强度和韧性，改善耐蚀性。从 1988 年到 1998 年的10 年间已经召开了五次相关议题的国际会议。采用 AOD 冶炼的高锰奥氏体千斤顶中的氮含量最高达 0.5%，如 Carpenter 的 18-
19、18plus；采用加压 ESR 法可以将氮含量提高到 1%左右，如 JSW 的 18-18N。在 Ni-Cr 千斤顶中氮的溶解度相对小一些，采用加压 ESR 法冶炼的奥氏体千斤顶的氮含量在 0.5%左右，如 RS561。氮在马氏体千斤顶中的溶解度最小。目前，不仅需要研究千斤顶中氮的溶解 度对性能的影响，更需要研究向千斤顶中添加氮的既经济又有效的方法 方便力气不是很大的女性司机使用。 就拿最近的汶川大地震救援来说吧，大批房屋倒塌，水泥钢筋压在伤者身上，这时，就需要千斤顶来顶起大块的水泥物体。千斤顶的作用，在国民生活的各个角落都 体现出来了。 2.备选的一种方案设计 设计出汽车千斤顶有很多种方案，
20、 下面介绍一种可行的自动千斤顶方案，如图 1，它是汽车电动液压千斤顶的结构图。 利用汽车自备电源驱动直流电动机，通过减速器带动伺服变量泵工作，向液压自动增压器送压 力油，通过三位四通电磁换向阀和液控二位四通换向阀控制液压自动增压器和液控单向阀工作，使顶升装置顶升和下落，改变了操作者钻入车架下手动操作千斤顶的方法，减轻了操作者的劳动强度，同时由于操作者不需钻入车架下操作， 从而避免了车架在顶升和下落时，易失稳而滑落使操作者受伤的事故。 南昌航空大学学士学位论文 7 图 2，它是汽车电动液压千斤顶的液压原理图 图 3，它是汽车电动液压千斤顶的供电装置电路图。 图中： 1、顶升装置； 2、液压自动增
21、压器； 3、液控二位四通换向阀； 4、三位四通电磁换向阀； 5、压力表； 6、伺服变量 泵； 7、减速器； 8、直流电动机； 9、液控单向阀； 10、底座； 11、接线夹头； 12、直流电动机开关； 13、三位四通电磁换向阀转换开关。 参照图 1 可见 顶升装置在底座 10 上的一侧。直流电动机 8、减速器 7、伺服变量泵 6、液压自动增压器 2、从上到下依次装置在底座 10 上的另一侧。所述直流电动机 8 与减速器 7 联轴。所以减速器 7与伺服变量泵 6 联轴。液控二位四通换向阀 3、三位四通电磁换向阀 4、压力表 5、液控单向阀 9 均装置在液压自动增压器 2上。接线夹头11、直流电动机
22、开关 12、三位四通电磁换向阀转换开关 13 为直流电动机 8和三位四通电磁换向阀 4 的供电装置。 参照图 3可见；接线夹头 11、直流电动机开关 12、三位四通电磁换向阀转换开关 13 为直流电动机 8、三位四通电磁换向阀 4 并联连接。 南昌航空大学学士学位论文 8 参照图 2和图 3 可见；三位四通电磁 换向阀 3处于中位，此时伺服变量泵 6输出油路被堵。此时闭合直流电动机开关 12，直流电动机 8 运转，通 过减速器 7带动伺服变量泵 6 工作，使伺服变量泵 6 出 口油压达到所需压力。 此时再闭合三位四通电磁换向阀转换开关 13 至 1CT 位置，使三位四通电磁换向阀 4 内的电磁
23、铁 1CT 吸，于是伺服变量泵 6 内的压力油通过三位四通电磁换向阀 4进 入液控二位四通换向阀 3，到达液压自动增压器 2 的油口（ e）处，液压自动增压器 2 右端增压，通过液压自动增压器 2 内的单向阀（ a） ,经油口 (k)把压力油打入顶升装置 1。当液压自动增压器 2 向右移动一段距离后，油口（ e） -(g)j 接通，压力经油口 (e)-(g)-(i),推动液控二位四通换向阀 3向左移动，液压自动增压器 2左端增压，南昌航空大学学士学位论文 9 把压力油经液压自动增压器 2 内的单向阀（ c） ,油口（ k）打入顶升装置 1。液压自动增压器 2 向左移动一段距离后， 油口（ f）
24、 -（ h）接通，压力油经（ f） -(h)-(j)推动液控二位四通换向阀 3 向右移动 ，液压自动增压器 2 右端又增压，通过液压自动增压器 2 内的单向阀（ a）经油口（ k），把压力油打入顶升装置 1。这样周而复始，自动连续不断的把压力油打入顶升装置 1，顶升装置 1 就徐徐上升。 顶升装置 1 需要下落时 ，切断直流电动机开关 12。伺服变量泵 6 停止工作。再把三位四通电磁换向阀转换开关 13 由 1CT 位置转换到 2CT 位置，液控单向阀 9 打开，顶升装置 1 在车架重力作用下即缓缓下落。 此方案设计的千斤顶携带不方便，经济性不高。 3.具体 方案与 设计 3.1 所采用的 原
25、理 方案 简介 图 1 是千斤顶构造示意图，图 2是千斤顶增压装置结构 示意图，图 3 是千斤顶卸荷装置结构示意图。 1、 机座； 2、油箱； 3、液压缸（固定在机座上）； 4、大活塞； 5、 6、小活塞组件； 7、自动回位弹簧； 8、紧固件； 9、手动调节螺杆； 10、油箱回油口； 11、液压缸出油口； 12、液压缸进油口； 13、增压阀进油口（油箱出油口）； 14、一级从动齿轮； 15、二级主动齿轮； 16、一级从动齿轮轴； 17、二级从动齿轮； 18、二级齿轮轴；19、偏心轮； 20、连接轴（在实际产品中可将二级齿轮轴 18 和偏心轮 19 及连接轴20 制成一体）； 21、连杆； 22
26、、增压活塞； 23、调节螺钉； 24、调节螺 钉； 25、出油单向阀； 26、进油单向阀； 27、动铁芯行程间隙； 28、电磁线圈； 29、动铁芯； 30、失电按钮； 31、 横杆； 32、调节杆； 33、顶杆； 34、弹簧； 35、卸荷单向阀。 如图 1 所示，有一个机座，机座 1 上安装油箱 2 和液压缸 3，液压缸中有大活塞（一级活塞） 4，小活塞组件（二级活塞） 5、 6，活塞杆上连接手动调节螺钉 9，活塞有自动回位装置，可采用弹簧 7和紧固件 8等组成，在油箱 2 与液压缸的进油口之间连接增压装置，在液压缸的 出油口与油箱之间连接卸荷装置，其所述地 增压装置如图 2 所示，为 安装在机座 1 上 一组由电机带动的变速传动机构，传动机构的技术方案很多 ，如图 2所示是一个实施，传动机构带动增压活塞 22，在机座 1 中制有增压油缸，增压活塞 22 与增压油缸相配合，在 增压油缸相通的输油孔中安装进油单南昌航空大学学士学位论文 10 向阀 26 和出油单向阀 25，各单向阀有调节螺 钉 24、 23，进油单向阀 26 连接油箱 2
