汽车双柱液压升降机

武汉理工大学毕业设计（论文）

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学院（系）：机电学院

专业班级：机制1004班

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摘要

双柱式汽车举升机是一种汽车维修和保养单位常用的举升设备，广泛硬用于轿车等小型车的维修和保养。目前，全国生产汽车举升机的厂家较多，生产的举升机的形式也比较繁多，有双柱式举升机、四柱式举升机、剪式举升机、组合动动式汽车举升机。

本文较全面地介绍了举升机的分类，在确定了所要设计的举升机的方案之后，即针对举升机的结构及其特点要求进行了设计与说明，同时对举升机设计过程中所涉及到的工艺性问题进行补充说明。然后分析了液压式双柱汽车举升机主立柱的截面特性，并对主立柱的强刚度和托臂的强度进行了校核验算。对液压缸活塞杆强度以及受压杆的稳定性也进行了验算，以保证所设计的举升机满足使用的要求。

本课题所设计的式液压驱动式的普通式双柱汽车举升机。它的特点是：（1）性能可靠，低能耗，操作方便；（2）无横梁，结构简单；(3)非对称托臂可伸缩,保证了安全性；(4)托脚的最低位置低,使得车辆的底盘可以比较低,对各种车辆的使用性扩大了；(5)与螺杆式举升机相比,使用的寿命较长；(6)价格低廉,拥有的市场份额大。

关键词：双柱举升机，结构特点，机械结构设计，液压驱动

ABSTRACT

hard for car repairs and maintenance of small cars. At present, producing more lift manufacturers, production of lift are in the form of numerous, double-column lift, four-column lift, scissor lift, combo move-car lift.

This comprehensive introduction of the classification of the lift, in determining the design for lift after the programme, that is, for structure and characteristics of lift requirement is designed and documented, at the same time on the design process involved in the process of lifting a supplementary explanation of the problem. And then analyzed for ordinary dual-cylinder vehicle lift section of the main column properties, and on the main column strength and stiffness and strength of the support arm of the checking and checking. On the strength of hydraulic cylinder piston rod as well as checking the compression Rod stability is also to ensure that the design of the lift meet the requirements of. Design of hydraulic drive-the present subject for ordinary dual-cylinder vehicle lift.

It of features is: (1) performance reliable, low energy consumption, operation convenient; (2) no beam, structure simple; (3) non-symmetric supporting arm can telescopic, guarantee has security; (4) supporting feet of minimum location low, makes vehicles of chassis can than lower, on various vehicles of using sexual expanded has; (5) and screw Rod type lift rose machine compared, using of life more long; (6) price low, has of market share large.

KEYWORDS: double column lift, structural features, design of mechanical structure, hydraulic drive

目录

第1章绪论 (1)

1.2国内外研究现状 (1)

1.3预期目标 (3)

第2章液压式双柱汽车举升机的结构设计 (4)

2.1总体装置设计 (4)

2.2 立柱 (5)

2.3支撑机构 (5)

2.4 保险机构 (6)

第3章液压系统 (8)

3.1液压系统的工作原理 (8)

3.2液压缸的设计和计算 (9)

3.2.1液压缸工作压力的确定 (9)

3.2.2液压缸缸筒的设计和计算 (9)

3.2.2.1液压缸内径D的计算 (10)

3.2.2.2缸筒壁厚及缸筒外径的计算 (10)

3.2.3液压缸工作行程S的确定 (11)

3.3活塞杆的设计与计算 (12)

3.3.1活塞杆直径的计算 (12)

3.3.2活塞杆强度校核 (12)

3.3.3液压缸活塞杆受压稳定性校核 (13)

3.4配件选择 (14)

3.4.1液压缸的选择 (14)

3.4.2液压泵的选择 (15)

3.4.2.1液压缸的流量 (15)

3.4.2.2泵的额定流量 (15)

3.4.2.3泵的最高工作压力 (16)

3.4.2.4确定驱动液压泵的功率 (16)

3.4.2.5确定液压泵的型号 (16)

3.4.3选择电机 (17)

3.4.4连轴器的选用 (18)

3.4.5确定油箱容积 (18)

第4章液压双柱汽车举升机的强刚度分析与验算 (19)

4.1 液压式双柱举升机立柱的结构分析和验算 (19)

4.1.2确定立柱截面形心和中性轴的位置 (19)

4.1.3确定惯性矩 (21)

4.1.4立柱静矩S的计算 (21)

4.2主立柱的强度与刚度分析与验算 (21)

4.2.1滑台部件受力情况分析 (22)

4.2.2举升机主立柱受力情况分析 (24)

4.2.3液压式双柱举升机主立柱强度校核计算 (25)

4.2.4折算应力强度校核： (28)

4.2.5主立柱的刚度计算 (29)

4.3 托臂的强度校核 (30)

4.3.1托臂部分截面特性 (30)

4.3.2托臂部分强度核算 (30)

4.3.3从托臂处考虑挠度情况 (33)

第5章利用SolidWorks软件进行应力分析 (35)

5.1利用SolidWorks软件建立汽车举升机的三维模型 (35)

5.2利用SolidWorks软件进行应力分析的过程 (36)

5.3对立柱进行simulation分析 (36)

5.3.1应力分析结果 (37)

5.3.2 位移结果显示 (38)

5.3.3应变结果显示 (39)

第六章结论 (40)

中外文参考文献 (41)

致谢 (42)

第1章绪论

1.1课题研究的背景、目的和意义

近年来，随着客车的使用量迅速增加，我国客车业蓬勃发展，尤其是客车行业。这使得客车维修行业的不断壮大，客车维修设备的需求迅速扩大，同时也要求在客车的维修工具和设备的要求上越来越高，客车举升机是维修厂必备的，也是最重要的维修机械设备。客车举升机的作用是将需要维修的客车，平稳提升到合适的高度，以便于维修工人在客车底盘下方对客车进行维修和检查。客车举升机一般分为立柱式和剪叉式。无论哪一种，都要求可以满足将客车同步升降，不可以发生侧偏，并且要求客车底盘下方为空的，用以方便维修工人进行维修作业这就要求升降平台同步升降，平稳运行。所以维修客车的升降平台设备一般采用液压系统进行驱动。

当前在客车维修中所使用的液压同步升降平台在客车的维修方面发挥着重要的作用，通过对同步升降平台的各种液压阀、液压缸、液压泵站的创新改进，使得液压同步升降平台拥有运行平稳、噪声低、响应速度快、同步精度高等优点，对在客车的维修与保养中起到至关重要的作用。

1.2国内外研究现状

1966年，一家德国公司生产出第一台双柱举升机，这是举升机设计上的又一突破性进展，这种举升机也比其它国家早出现了近10年。现在双柱举升机在市场上以占据牢固的地位，其销量还在持续增长。

在我国，虽然对这种液压升降同步平台的研制、生产起步较晚，但是随着我国经济的快速发展，为了适应我国在各领域所使用的液压升降同步平台发展的需求，走规模化、标准化、集约化、产品配套化、实现机、电、液一体化技术在升降同步平台上的应用。

仅从举升机的外型来分类的基本形式就有：液压双柱式、龙门双柱式、四立柱式、剪式、移动式和单立柱式等汽车举升机

按照举升机的举升装置的形式分类也有很多种，主要有：丝杠螺母举升式、链条传动举升式、液压缸举升式、齿轮齿条举升式等举升机。

从举升机的驱动方式分，主要有：电机驱动式举升机和液压驱动式举升机。

图1.1液压双柱式汽车举升机

图1.2 剪式汽车举升机

我们所见到的绝大多数举升机均采用固定安装方式。在举升前客车必须驶上举升机。在移动式举升机方面也有几项成功设计，如剪式举升机、菱架式举升机等。但这类举升机仍存在两个主要问题，接近客车下部较难；在车间移动举升机时难逾越地面上的障碍物。当然，可移动性是这类举升机的突出优点。现在固定安装的单柱、双柱、四柱举升机已在

维修现场广泛采用，而移动式举升机却相对要少得多。

1.3预期目标

本次设计的是由液压驱动的液压式双柱汽车举升机。它的结构主要包括以下几个部分：举升装置、同步驱动装置、立柱和托臂。液压式双柱汽车举升机的举升机构的传动系统是由液压系统来驱动和控制的，由两边两个立柱里安装的液压油缸来推动连接立柱与滑台的链条，使滑台上安装的大滚轮沿立柱滚动，实现滑台的上下移动。用钢丝绳作为同步装置来保持整个举升机的同步性。托臂与立柱内的滑台相连，当滑台上下移动时就带动托臂一起移动。

本次设计的举升机的主要性能参数为：额定举升载荷4吨；在载重4吨情况下，由最低位置举升到最高位置需60秒；当拉下操纵杆使溢流阀接通，4吨轿车由最高位置降到最低位置所需时间不小于60秒；电动机功率 4 KW；举升臂在最低位置时的举升高度为120mm，最大举升高度为1850mm，工作行程为1730mm。

第2章液压式双柱汽车举升机的结构设计

2.1总体方案设计

本次设计的举升机的举升装置是由液压系统以及电箱组成的。通过电箱的开关启动电动机来控制液压单元，液压油进出液压缸，并通过链条连接液压缸和滑台来带动整个设备的举升动作，如图2.1所示：

图2.1驱动举升装置示意图

图2.1是本次设计的液压式双柱汽车举升机的驱动装置及举升装置的示意图，从图中可以看到左右两边立柱内的两个举升装置是通过液压软管来连接的。

2.2立柱

液压式双柱汽车举升机的立柱有两个，分别是左、右两边各一个立柱。图3.2是左边立柱的俯视图。整个举升机的重量几乎都是由立柱来支撑的，因此它必须要有一定的强度和刚度。立柱中间的空间是用来放置举升装置以及滑台部件的。整个立柱部分的行位公差要求也比较高，如图水平方向的立柱臂和垂直方向的立柱壁要求要保持一定的直线度和平行度，立柱内外表面还要有一定的粗糙度等。

图2.2左立柱的俯视图

2.3支撑机构

托臂部分是属于举升机的支撑机构。当汽车进入到举升机的范围里时，整个支撑机构

就通过改变摇臂的角度或方向来改变托臂的整个工作范围的宽度。本次设计的支撑机构是对称式的托臂，这样设计增加了托臂的宽度，实质就等于增加了托臂的工作范围，而且左右两侧的托臂的臂长都是有一定的伸缩性的。如图2.3所示：

图2.3对称式托臂

2.4 保险机构

汽车举升机是一种对安全性能要求特别高的举升设备。通常设有多种保险装置和保护措施：液压回路的保压、机械锁止保险装置、机械自锁装置、举升过载保护、冲顶保护、防滑等等。机械自锁是指失去驱动力后，利用机械机构的重力（被驱动物体的阻力）来自动阻碍其运动的保护。

本次设计中电磁铁安全锁机构的组成是：在两个滑台上均有安装安全卡位条，当

汽车升起后，卡位条与电磁铁连接的支撑板构成机械自锁机构，由于两个立柱上均装

有电磁铁安全锁，如图3.4所示。

图2.4电磁铁安全锁

1—电磁铁，2—保险孔板，3—保险孔支撑座

作为保险装置的电磁铁安全锁是由好几个零件组成的。其中主要的几个零件包括：保险孔板、保险孔支撑座和电磁铁。当电磁铁得电将保险孔支撑座吸住时，它和锁紧板之间没有接触，此时的举升机处于保险打开状态，整个滑台可以自由地上下移动。当电磁铁失电时，保险孔支撑座处于图示状态，此时的保险孔支撑座将与滑台上的锁紧板互相顶住，使滑台固定在一个位置而不能上下移动，起到保险的作用。

第3章液压系统

3.1液压系统的工作原理

启动电动机按钮后电机起动并带动油泵从油箱中吸入压力油送到举升缸中使活塞杆移动，此时安全溢流阀关闭。此阀的压力在出厂前已经调好，以保证起重的额定载荷的要求。当系统中压力超过极限时，自动溢流卸油阀松开，起动按钮停止供油，提升结束，开始作业工作。如果拉动滑台上两个机械安全锁后再按手动式下降阀便开始卸油下降，其工作原理图见图3.1：

图3.1液压系统工作原理图

1-三螺杆泵 2-电动机 3-滤油器 4-单向阀，5-溢流阀 ，6-手动式下降阀，7-伺服限流阀，8-软管，9-防油管爆裂阀，10-举升缸，11-液位计，12-空气过虑器

9

10

8

9106

8

7

5

114

1

3

2

12

3.2液压缸的设计和计算

3.2.1液压缸工作压力的确定

液压缸所能克服的最大负载力F 与有效工作面积A 的关系为

F=AP （3.1） 式中F-----液压缸最大负载（为工作负载、摩擦力和惯性力之和）； P----液压缸工作压力；

A----液压缸活塞有效工作面积；

若系统的额定压力已确定，则取系统压力为设计压力，液压缸的工作压力课根据最大负载参照表3-1选取，选择适当的工作压力是一个很重要的问题，应从结构尺寸、经济性等方面进行全面考虑。压力选得过低，系统所需流量大，对工作平稳性、可靠性、密封性及降低噪声有利，但会使液压缸内经增大、质量增大；反之，压力选得过高，会使密封复杂化，并且对液压缸的强度、刚度要求高，同时会导致换向冲击大等缺点，对液压缸的制造精度要求提高，使容积效率降低，优点是可以减小液压缸尺寸。应综合各种因素，合理确定工作压力。

液压件的额定压力是指在指定的工作条件下液压件能够长期正常工作的压力，又称公称压力。液压缸设计压力的数值应等于额顶压力的值。

表3-1 不同负载条件下的工作压力

油缸的推力F=4000х9.8=39200KN ，参考表3-1，可知，选择液压缸的工作压力为4MPa 。

3.2.2液压缸缸筒的设计和计算

缸筒是液压缸的主体零件，它与端盖、缸底、油口等零件构成密封的容腔，用以容纳压力油，同时它还是活塞的运动轨道。设计液压缸缸筒时，应正确确定各部分的尺寸，保证液压缸有足够的输出力、运动速度和有效行程，同时还必须有一定的强度，能够承受也压力、负载力和干扰力等冲击力。另外，缸筒的内表面应具有合适的配合精度、表面粗糙度和几何精度，以保证液压缸的密封性、运动平稳性和耐用性。

负载F/KN <5

5~10

10~20 20~30 30~50 >50 液压缸的工作压力

p/MPa

<0.8~1 1.5~2

2.5~3

3~4

4~5

≥5

3.2.2.1液压缸内径D 的计算

计算液压缸内径和活塞杆直径均与设备的类型有关。例如机床类，对于较大的机床（拉床、刨床和研磨机等）一定要满足牵引力的要求，计算时以力为主；对于轻载高速的机床一定要满足速度，计算时以速度为主，而本次液压缸的内经主要以力为主来计算的。

根据液压缸的载荷力和系统工作压力计算。 P F

D 21057.3-?= （3.2）

式中 D----液压缸内经（m ）

F----液压缸推力（KN ）

P----选定的系统工作压力（MPa ）

把液压缸的推力F=40KN,选定的工作压力P=4MPa;代入上式可得: D=0.113m=113mm 圆整成标准值后，得D=125mm 。

3.2.2.2缸筒壁厚及缸筒外径的计算

对低压系统中或/D δ≥16时，缸筒壁厚δ一般按薄壁筒计算

（m ） （3.3）

[]

σ= （3.4）

式中δ---缸筒壁厚（ｍ）； D ---缸筒内径 （ｍ）；

y p

---缸筒试验压力，液压缸的额定压力Mpa P 16y ≤时的n y 5.1P P =，额定压力

Mpa P n 16 时的 []2y p D

δσ≥b

n σn

y 25.1P P =

----材料许用应力,MPa

n 为材料的抗拉强度，n 为安全系数,n=3.5～5,这里取n =5。

选用45号钢，并且调质241～２８５ＨＢ，可知４５号钢的抗拉强度b

σ=530～５９８Ｍ

Ｐａ，现取b σ=560MPa ，故：

[]σ= =560／５=112MPa

由于液压缸的工作压力P=4MPa<16MPa, 故取 所以δ=

y

p

*D/(2[

]σ

)=6х0.125/(2х112)=0.0033m=3.3mm

而缸筒外径D1的计算公式：

D1=D+2δ （3.5） 把缸筒内径D 及计算出的缸壁厚度δ的数据带入，可得： D1=125+2х3.3=131.6mm.

参考的标准液压缸的缸筒外径系列表，可知，本次设计选择液压缸的缸筒外径D1=150mm,由于D1=D+2δ,可得缸筒厚壁δ：12.5mm

3.2.3液压缸工作行程S 的确定

液压缸工作行程长度可以根据执行机构实际工作的最大行程确定，并参照表5-2选取标准值，液压缸活塞行程参数优先次序按图3.2中的第1、第2、第3选用。

图3.2 液压缸的主要参数

选择缸体长度 L=1100mm 工作行程 l=900m

b n σMpa P p n y 645.15.1=?==

3.3活塞杆的设计与计算

活塞杆是液压缸专递动力的主要零部件，它要承受拉力、压力、弯力和震动冲击等多种作用，必须有足够的强度和刚度。

3.3.1活塞杆直径的计算

d=(1/3～1/5)Ｄ （3.6）

式中ｄ――活塞杆直径，ｍｍ Ｄ――液压缸缸筒内径，ｍｍ

把数据Ｄ=125mm 带入，可得活塞杆直径d 的取值范围： d=(1/3～1/5)Ｄ=(1/5～1/3) х125=25～41 ｍｍ 根据表3.2来圆整活塞杆直径

表3.2活塞杆直径ｄ系列（ＧＢ/T2348-1993） mm

4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220

250

280

320

360

400

根据上表圆整后选取活塞杆直径d=36mm

3.3.2活塞杆强度校核

45号钢的许用应力[]σ= =560/1.5=373Mpa

（3.7）

式中 d---活塞杆直径； F---液压缸负载；

----活塞杆材料许用应力，[]σ= ，b

σ为材料的抗拉强度，n 为安全系

数，一般取n ≥1.4；

d ---空心活塞孔径，对实心杆d

=0。 将n =1.5，F=40000N 带入式子，得

b n

σ[]2

14F

d d πσ≥+b n

σ[]σ

=18.47mm ，而d=36，故d>18.47 mm ，活塞杆强度符合要求.

故选择活塞杆直径d=36mm 满足强度要求。

3.3.3液压缸活塞杆受压稳定性校核

液压缸压杆安装形式如下图示：

图3.3液压缸压杆安装图

已知：缸体长度 L=1100mm

工作行程 l=900mm 活塞杆直径 d=36mm 计算长度 l′=L+l=2000mm

[]2

14F d d πσ≥+

活塞杆截面积A=（π/4）×d2

活塞杆转动惯量J=（π/64）×d4

活塞杆回转半径K=（J/A）1/2=d/4

柔性系数m=85

末端条件系数n=2

则l′/K=4×l′/d=4×2000/36=222.2

m×n1/2=85×21/2=120.21

由于l′/K＞m×n1/2，则可按下列公式计算临界载荷

P K=π2nEJ/L′2（3.8）式中：E—材料弹性模量，取E=2.1×105 MPa，J—mm4，l′—mm

则：P K=[3.14162×2×2.1×1011×（3.1416/64）×0.0364]/22=85.3KN

取安全系数n K=2, 临界稳定载荷P K/ n K=85.3/2=47.6KN

实际工作载荷F=40KN,F＜P K/ n K，所以满足压杆稳定条件。

3.4配件选择

3.4.1液压缸的选择

根据以上对液压缸的计算，我前往淘宝选择合适的液压缸，选择美尊双耳环液压缸。

图3.4美尊双耳环液压缸