1、 1 毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 20 英尺双叉式液压升降台的设计 摘要： 进入 21世纪以后，随着经济的发展和需求的不断提高，对升降台提出了越来越高的要求，升降台越来越不仅局限应用于仓库、机场、车站、码头等，更广泛的应用于其他物流、制造系统和汽车维修等行业和部门。这对于原有的双叉式液压升降台提出了更加严格的承载能力高、运行速度快、启动停止平稳等新的要求。 过去汽车维修，大多采用地沟作业，工作空间小，沟内阴暗需要人工采光，通风不良，工人上下地沟不便，劳动条件差，土建费用高，地表空间不能充分利用，而升降台 在其升降范围内，可依照需求任意调整高度，在车下任何位置上进行维修作业，操作简
2、便，灵活可靠，工作条件大大改善。 一、升降台简史及原理 所谓升降台，就是在垂直上下通道上载运人或货物升降的平台或半封闭平台的提升机械设备或装置，是由平台以及操纵它们用的设备、马达、电缆和其它辅助设备构成的一个整体。 类似升降 台 最早的出现应追溯到古代的 中国 及欧洲各国，当时都有以辘轳等工具垂直运送人和货物。现代的升降 台 是十九世纪 蒸汽机 发明之後的产物。 1845 年，第一台 液压升降机 诞生，当时使用的液体为水。 1853 年，美国人艾利莎 奥的斯【 Elisha Otis】发明自动安全装置，大为提高钢缆曳引升降机的安全。 1857 年 3 月 23 日， 美国 纽约一家楼高五层的商
3、店安装了首部使用奥的斯安全装置的 客运升降机（如图 1） 。自此以後，升降机的使用得到了广泛的接受和高速的发展。最初的升降机是由蒸汽机推动的，因此安置的大厦必须装有锅炉房。 1880 年，德国人西门子发明使用 电力 的升降机，从此名副其实的升降机正式出现。自此以後，升降机的使用得到了广泛的接受和高速的发展。 2 图 1 奥的斯客运升降机 在近代我们用来升降货物的是一种木质梯子，用起来很不方便，攀登时比较危险。中国首个安装升降机的城市是 上海 。 1907 年，六层高的汇中饭店安装了两台奥的斯升降机。台湾第一部商用升降机则在日治时期 1932 年安装，位于台北市菊元百货，当时称为流笼。目前，国内
4、生产的升降机 ,产品型号各异，提升高度有 4 米、 6 米 、 .18 米甚至达百米不等。选用国内外先 进 液压 ，马达，泵站系统，液压系统防爆装置和液压自锁装置。具有设计新颖、结构合理、升降平衡、操作简单、维修方便等其他产品不可替代的优点。广泛用于厂房维护、工业安装、设备检修物业管理、 仓库 、航空、机场、 港口 、车站、机械、化工、医药、电子、电力等高空设备安装和检修。 升降台工作时原理 ：液压油由叶片泵形成一定的压力，经滤油器、隔爆型 电磁转向阀 、节流阀、液控单向阀、平衡阀进入液缸下端，使液缸的活塞向上运动，提升重物，液缸上端回油经隔爆型电磁换向阀回到油箱，其额定压力通过溢流阀进行调整
5、，通过压力表观察压力表读数值。 液缸的活塞向下运动（既重物下降）。液压油经防爆型电磁换向阀进入液缸上端，液缸下端回油经平衡阀、液控单向阀、节流阀、隔爆型电磁换向阀回到油箱。为使重物下降平稳，制动安全可靠，在回油路上设置平衡阀，平衡回路、保持压力，使下降速度不受重物而变化 ,由节流阀调节流量，控制升降速度。 为使制动安全可靠，防止意外，增加液控单向阀，即液压锁，保证在液压管线意外爆裂时能安全自锁。安装了超载声控报警器 ,用以区别超载或设备故障。电子控制系统可以通过防爆按钮来控制电机的转动，使隔爆型电磁换向阀的换向，以保持载荷提升或下降，且通过“LOGO”程序调整时间延迟量，避免电机频繁起动而引起
6、的升降不灵活、卡机现象，延长使用寿命。 3 二、升降台的分类 按照升降 台 结构的不同分：剪叉式升降 台 、 套缸式升降台 、铝合金（立柱）式升降 台 、曲臂式升降台 （折臂式的更新换代）。 1、 剪叉式升降 台（如图 2） 是用途广泛的 高空作业 专用设备。它的剪叉式机械结构，使 升降台 起升后有较高的稳定性，宽大的作业平台和较高的 承载能力 ，使高空作业范围更大，并适合多人同时作业。它使高空作业效率更高，更安全。是用途广泛的高空作业 升降设备 。它 适合于机场 候机楼 、飞机抢修 、 车站、 码头 、商场、 体 育馆场 、小区物业、厂矿车间等较大范围的高空连续作业。部分产品具有自动行走的功
7、能，能够在不同工作状态下，快速、慢速行走，只需一个人在空中便可操作机器连续完成上下、前进、后退、转向等动作。机器处于停止状态时，车轮始终处于制动状态，并能在 6 度坡时可靠制动。大直径超宽优质橡胶车轮使得用户地面得到有效保护的同时，增大了制动的 摩擦力 。 图 2 剪叉式升降台 2、 套缸式升降 台（如图 3） 为多级液压缸直立上升，液压缸高强度的材质和良好的机械性能，塔形梯状护架，使升降台有更高的稳定性。即使身处 20 米高空，也能感受其优越的平稳性能。主要用于电力线路、照明 电器 、高架管道等安装维护，高空清洁等单人工作的高空作业。 它 最普通的也是最实用的，登高作业也许不再是烦恼。广泛适
8、用于车站、厂房、宾馆、大厦、商场、机场、 体育场 、码头、 酒店 、机场以及各种需要登高作业的场合等。 4 图 3 套缸式升降台 3、 铝合金（立柱）式升降 台， 整体采用高强度铝型材精制而成由于型材强度高，具有造型美观、体积小、重量轻、结构紧凑、移动方便、 升降平台 平稳、操作方便、安全可靠等优点，令高空作业更方便快捷，能够快速、慢速行走，可调速，是现代企业高效安全生产之理想高空作业设备。主要产品分为单立柱铝合金，双 立柱铝合金， 多柱 铝合金升降 台。 4、 曲臂式升降台是 是 折臂式升降台 的更新换代产品。能悬伸作业、跨越一定的障碍或在一处升降可进行多点作业； 360 度旋转，平台载重量
9、大，可供两人或多人同时作业并可搭载一定的设备；升降平台移动性好，转移场地方便；外型美观，适用于车站、码头、商场、体育场馆、小区物业、厂矿车间等大范围作业。 目前我国的升降台一般分为液压升降台和机械升降台两种类型 :液压升降台主要是油缸斜置结构的剪刀撑式升降台以及油缸垂直直顶结构的油缸直顶式升降台，油缸直顶式升降台由于其要求基坑深度特别深且油缸太长、成本高 ，在国内目前还没有厂家生产这种类型的升降台 :国内液压升降台普遍采用剪刀撑式升降台，这种类型的液压升降台占用基坑浅，是中小型升降台优先选用的一种驱动形式，但由于其结构上固有的一些原因，特别在大行程要求下受到较大的限制，无法满足现代机械高速、重
10、载、大行程的要求。另外，液升降台由于受国产液压元件可靠性、稳定性的限制也影响到该类设备的应用前景。 三、 常见问题及解决方案 5 在集装箱生产线上 ,仓储装备中常用到一些大型液压升降平台 ,其工作台面长达几十米 ,起升高度最低为 0. 5 m ,最高可达 8 m 以上 ,起重量在 1 10 t 左右 ,由于台面尺寸较大 ,多采用在台面两端分别安装 双叉式 式升降机构 （ 如图 4）， 所示 ,因而要求在设计液压升降平台时必须解决好 两 个问题 :一是 双叉式 升降机构的同步问题 ;二是由于工作载荷及架体自重在运动速度变化时引起的惯性冲击问题。 图 4 结构示意 根据升程及工作要求不同 ,一般可
11、分为 两 种情况处理 : 1、 当升程小、运动速度较慢 ,惯性负载不大时 ,往往对同步及工作冲击要求较低 ,多采用较简单的双泵及手动辅助控制同步回路。因为两电机是同时启动 ,且泵的名义排量相同 ,工作负载相差不大 ,所以两升降机构基本同步。 影响同 步精度因素有 :两电机及泵制造误差 2套电机 2泵组启动误差起升负载的变化。因为生产线上同一产品其负载基本相同 ,故情况影响较小。对、情况可在安装调试中 ,通过调节两调速阀可保持基本同步。若出现累积位置误差过大时可单独启动某一组泵或支撑阀的电磁阀来调整 ,据现场使用情况看 ,基本不需要人工单独调整。 2、 当工作台面尺寸、升程大 ,运动速度较高时
12、,则必须考虑解决由惯性负载引起的冲击载荷对工作机构的影响及 双叉式 升降机构的同步精度问题。通常采用的方法有 两 种 。 一种是采用液压同步回路及防冲击 (如用缓冲缸或蓄能器吸收冲 击 ) 回路 ,或采用电液比例阀控制解决 双叉式 升降机构同步及冲击问题。该回路可按给定电控信号及位置检测反馈信号控制 双叉式 升降台同步平稳升降 ,运动特性较好 ,但系统较复杂 ,造价及维修水平较高。 另一种方法是从结构上采取机械同步的方法 ,如下图 5、 6所示。 6 图 5 固点 A和 A、 B和 B固定于一点 图 a是 将 双叉式 升降机构两杆的 A和 A、 B和 B点固接在一起 ,构成一整体再用两液压缸
13、分别驱动 (液压缸图中未画 ) 。这种结构适于中等尺寸升降平台。 但对于大尺寸升降平台 (如长度 大于 10 m 的平台 ) ,这种结构有时显得笨重 ,可考虑用连杆把升降机构移动杆上滚轮处连接在一起 ,实现机械同步 ,如图 b所示。 图 6 将两杆相连接达到同步 从运动和受力分析中不难看出 ,保持同步的连杆在工作时可能受拉也可能受压。在连接双叉式 升降机构的连杆运动方向上 ,若前面连接点动作快时 ,杆受拉 ,反之受压。当受压时 ,应考虑压杆稳定性问题。一般因杆的细长比 l/ rk ( l 为杆长 , rk 为杆横截面积最小回转半径 ) 大于临界值 ,故可选用欧拉公式。稳定临界力 F 为 : 7
14、 222 m in m in2 22( / )EJ EJF l l 式中 l 为杆实际长度 , 2/l 为杆当量长度 ,当杆两端铰接时末端系数 2 = 1 。一般由于工作台面尺寸较大 ,造成连杆 l 尺寸也较大 , 为提高临界力 , 应增大 Jmin值或减小 2/l 值 , 而增大 Jmin值会使杆截面尺寸加大 ,结构笨重 ,故应尽量减小 2/l 值。为此 ,可采用连杆中间加支撑的结构形式如图 4 , 即一端固 定另一端铰接方式 , 这样可使其 2/l = 0. 7 , 且 22( / )l 值大大缩小 ,提高了稳定临界力 F。 结束语： 近半个世纪科学技术得到了空前的繁荣和发展。二十世纪七十
15、年代，机电一体化技术产生并得到迅速发展。机电一体化不是机械装置与电子装置的简单组合，而是机械技术、电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术及软件编程技术等多种技术的相互交叉与融合。机电一体化技术要求从系统的观点出发综合机械技术和信息技术实现整体最优化 。机电一体化代表着机械工业技术革命的前沿方向。机电一体化技术己渗透到机械工业的各个领域，极大的改进了机械产品的结构和功能，促进了工业技术的发展。机电一体化技术也为机械的发展提供了思路。因此，本次设计充分汲取了电驱动垂直丝杠升降台的优点，采用电液比例控制技术，提高控制精度。并对传动链及重要零部件进行了优化设计，使设备整体性能满足现代化剧场对升
16、降台的要求。 参考文献： 1王知行，邓宗全主编 .机械原理（第二版） M.北京：高等教育出版社， 2006 2李谷音主编 .港口起重机械（第二版） M.北京：人民 交通出版社， 2009 3叶邦彦，陈统坚主编 .机械工程英语（第二版） M.北京：机械工业出版社， 2009 4龚溎义，罗圣国主编 .机械设计课程设计指导书（第二版） M.北京：高等教育出版社 5裘建新主编 .机械原理课程设计指导书 M.北京：高等教育出版社， 2005 6成大先主编 .机械设计手册（第五版） M.北京：化工工业出版社， 2009 7濮良贵，纪名刚，等主编 .机械设计 (第 8 版 )M.北京：高等教育出版社， 20
17、06 8张晟主编 .机械设计通用手册 .M北京：化学工业出版社， 2002 9宋宝玉 主编 .机械设计课程设计 .M北京：机械工业出版社， 2006 8 10范广仁 主编 .机械制图 M. 11龚桂义，潘沛霖，陈秀，严国良，等主编 .机械设计课程设计图册 (第 3 版 )M.：高等教育出版社， 2001 12 刘荣，王宣银 .并联六自由度平台的运动仿真及其可视化设计研究 J.液 压与气动，2005，（ 1）： 5-6 13吕广庶，张远明，等主编 .工程材料及成形技术基础 M .北京：高等教育出版社， 2001 14唐银启主编 .工程机械液压与液力技术 M. 北京：人民交通出版社 ， 2003
18、15佟河亭，陈维早 .关于大型液压升降平台设计中的几个问题 J.液 压与气动， 2007，（ 2）：52-53 16 刘鸿文主编 .材料力学（第四版） M.北京：高等教育出版社， 2004 17徐建平，王新程 .精通 AutoCAD 中文版 M.北京：清华大学出版社， 2006 18Kuo-Wei Liao, Christopher Ha.Application of reliability-based optimization to earth-moving machine: hydraulic cylinder components design processJ.Structural and Multidisciplinary Optimization， 2005 19S.E.Salcudean,S.Tafazoli,K.Hashtrudi-Zaad,P.D.Lawrence,C.Reboulet.Evaluation of impedance and teleoperation control of a hydraulic mini-excavatorJ.Lecture Notes in Control and Information Sciences， 2004， 40（ 1）： 51-57
