液压式双柱汽车举升机设计方案

液压式双柱汽车举升机设计方案
第1章举升机的介绍及分析
1.1 举升机的结构类型
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、剪式、组合移动汽车式等。

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，包括丝杠螺母举升式、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。

分别如下图(1-6)
图 1.1液压双柱式汽车举升机
图 1.2龙门双柱式汽车举升机图 1.3四立柱式汽车举升机图 1.4剪式汽车举升机
图 1.5组合移动式汽车举升机
图 1.6单立柱式汽车举升机
各种形式各有千秋，适用于不同的场合。

最常用的形式是前四种，即：液压双柱式、龙门双柱式、四立柱式和剪式。

剪式举升机分为大剪（子母式）、小剪（单剪式）举升机。

双柱式举升机分又分为机械式和液压式举升机。

机械式举升机曾
流行于1992-1998年间，该举升机特点是同步性好，但由于机械磨损维护成本高（经常需要更换铜锣母以及轴承），每年一台举升机的维修更换需要1000元左右，因此目前不生产此举升机，使用者们最终会将该产品更换为维护成本小的液压举升机。

1.2 各类汽车举升机的使用情况
从调查的情况来看，双立柱结构形式的汽车举升机为最多，其次是四立柱式，同时还有少些的剪式举升机。

汽车举升机生产厂的市场占有率如表 1.1和图 1.7，其中永红和宝得宝生产的举升机市场占有率最高，分别为34.1%和28.5%。

国产和进口的百分比分别为：77.1%和22.9%。

进口的举升机大部分是比较早期的产品。

另外，未被统计的大部分小厂都是拥有国产的举升机。

表 1.1举升机主要生产厂的市场占有率
总台数编号生产厂台数百分比
1宝得宝6128.5%
2永红7334.11%举升机总数2143中大8 3.74%
4序达9 4.21%
5其他4119.16%
6进口4922.90%
系列1
图 1.7汽车举升机主要生产厂的市场占有率百分比图
1.3汽车举升机的主要参数
液压式双柱举升机、龙门式双柱举升机和四立柱式举升机这三种目前市场上主要的汽车举升机的主要技术参数统计如表 1.2所示。

表 1.2汽车举升机的主要参数
额定举升质量最大举升高度盘距地高度全程上升时间全
程下降时间
液压式双柱 2.5-4T1700-1800m m110-180m m50-70S e c20-60S e c 龙门式双柱 2.5-4T1700-1800m m110-180m m50-70S e c20-60S e c 四立柱式 2.5-4.5T1700-1800m m110-180m m50-70S e c20-60S e c
1.4 汽车举升机的主要结构形式与要求
举升机的结构形式主要有：（1）整体结构形式；（2）举升方式；（3）驱动方式；（4）平衡方式；（5）保险与保护方式；（6）托盘结构。

主要要求:
在我国的规定中讲到举升机的设备安装电器系统的绝缘、耐压和保护电路的连续性都要符合G B5226的有关规定。

而在欧美地区同样也有其相应的明文规定。

举升机的设计中液压系统的设计也是至关重要的。

在欧洲地区液压缸、气缸、管路及接头受调压阀设定的最大压力的限制。

他们至少应承受该压力的2倍（采用液压驱动时）或是该压力的3倍（采用气压驱动时）并且要没有永久变形。

软管、气袋、膜盒的尺寸在设计时应使之承受至少3倍的调压阀设定的最大压力值的爆破压力。

我国对举升机的性能要求也比较繁多，例如：
（1）举升机应设有限制行程限位装置，如有需要则该装置应动作灵敏、安全可靠。

（2）液压系统工作应平稳、无振动、无爬行现象。

（3）液压式举升机除液压系统能自锁外还应没有机械锁止装置。

（4）机械式举升机任意时刻都能安全自锁。

（5）举升机正常运行时的噪音不得超过80d B。

（6）举升机工作环境温度为0—40℃，全行程连续举升额定质量20次，油温不得高于60℃。

（7）在试验台上对液压系统施高150%的额定使用压力，维持2m i n，不允许有永久变形、漏油及其他异常现象。

（8）在无故障工作基础上，机械式举升机的使用继续进行到3000次，则液压举升机可以继续进行到9000次，以安全可靠为前提，检查零部件损坏程度，允许更换损坏件，允许添加润滑剂。

1.5 液压式双柱汽车举升机的结构设计
通过对汽车举升机的结构的认识和了解，确定了本次设计的举升机的总体方案。

如下图 1.8所示：
图 1.8液压式双柱举升机的结构示意图
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50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50秒；电动机功率 2.2K W；举升臂在最低位置时的举升高度为120m m，最大举升高度为1850m m，工作行程为1730m m。

第2章液压式双柱汽车举升机的结构设计
2.1 举升装置
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，它的一个不足的地方就是左右两个液压缸在开始举升时有一个时间差，这会导致因左右两边的举升速度不一样而举升不平衡。

因此，我们在液压举升的基础上增加了钢丝绳的同步装置，用这样的同步装置来弥补液压缸带来的缺点。

图 2.2是液压式双柱汽
车举升机的举升装置的结构图：
图 2.2液压式双柱汽车举升机的举升装置结构图
从图中可以看到，液压式双柱汽车举升机的举升装置是将链条镶嵌在滑轮槽内来带动液压杆达到举升的目的。

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 2.3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。

（强刚度的设计计算在第三章）。

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 2.3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非对称式的托臂，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 2.4所示：
图 2.4非对称式托臂的工作范围示意图
1—托臂原始工作位置，2—托臂伸长后的工作位置其中，图中方格阴影部分就是托臂的工作范围。

托臂未伸长前的工作范围按照轨迹1来运动；托臂伸长后的工作范围按照轨迹2来运动；而且，图中的轨迹1和2是托臂的两个极限位置，在1和2的范围内，托臂的长度是可以伸缩的。

但是由于托臂属于支撑机构，它是要承受一定的重量的，所以本次设计采用非对称式的结构就更能保证托臂的强刚度了。

非对称式托臂的详细结构如下图 2.5所示：
Ⅱ
图 2.5非对称式托臂的结构图
2.4 平衡机构
由于举升机在上升或下降时必须要采用强制性的平衡装置来确保汽车整体的水平位置保持一致，所以本次设计采用了钢丝绳来作为整个举升机的平衡机构。

本次设计所采用的是在单个立柱内安装两副左右对称的钢丝绳，但是在这个单个立柱里面的钢丝绳的走向确是两个相反的方向，用户可以通过改变钢丝绳的张力来使左右两边的滑台在抬升的过程中保持平衡。

要注意的是两边确定的钢丝绳的张力必须一致，这样才能真正的平衡。

单个立柱里的钢丝绳的走向如图 2.6所示：
钢丝绳下滑轮
2件
上滑轮
滑台
图 2.6单个立柱内钢丝绳的走向示意图
2.5 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
2.7所示，并且这两个安全锁所装的位置不在同一直线上而是互相
错开在对角线上，起到双保险的作用。

12
3
图2.7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章液压双柱汽车举升机的强刚度分析与验算
双柱式汽车举升机的结构形式有多种，Q J Y04-02B型举升机系是指液压驱动的双柱举升机。

此类举升机构的传动系统由液压系统驱动和控制的，通过两立柱内安装的液压油缸实现上下运动，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。

举升设备的主要部分有：举升机构、支承机构、平衡机构和电磁铁安全锁机构。

3.1 液压式双柱举升机立柱的结构分析和验算
主立柱的截面特性分析与计算
主立柱体是举升机主要的受力承重部件。

举升机立柱在工作时受来自于保险锁机构处因承重的压力和升降滑台滚轮作用在立柱上的弯矩。

因此，立柱在这两种力的作用下，有向内弯的变形趋势，底部焊口在拉压应力的作用下有开裂的倾向，故立柱底部与底座处焊有加强筋。

立柱壳体用钢板整体压制成形，其内部相应位置焊有保险装置支承板，用于锁定状态时受力和承重，下部与底座焊接。

其中一个立柱体上还装有液压泵站和电气控制箱。

主立柱作为主要的承重部件，先对其截面特征进行分析，主要是确定立柱截面形心的位置和截面的惯性矩。

确定立柱截面形心和中性轴的位置
将整个截面分为A
1、A
2
、A
3
三个部分，取与截面底边互相重合的
Z′轴为参考轴（见图 3.1举升机主立柱横截面示意图），Z
1、Z
2
、Z
3
分别为三个组合截面的中性轴，则三个截面的面积及其形心至Z＇轴的距离分别为：
)(429.586270194122627019412)(22
222'1
'
1
mm bd aH bd aH e Y ＝）
＋（＋⨯⨯⨯⨯=++== ………(3.1)
)(571.135429.58194'1'2mm e H e =-=-=
)(1913194'2mm Y =-= )(5.1735.146194'3mm Y =--=
整个截面形心C 在对称轴Y 上的位置则为：
)(119.83348
61239485.173348191612429.583948321'33'22'11'mm A A A Y A Y A Y A A
Y A Y
i
i
C
=++⨯⨯+⨯=++++==
∑＋…(3.2)
确定惯性矩
设三截面的形心分别为C 1、C 2、C 3，其形心轴为Z 1、Z 2、Z 3（图3.1），它们距Z 轴的距离分别为：
)(69.24429.58119.8311mm CC a =-==
)(881.107119.8319122mm CC a =-== )(381.90119.835.17333mm CC a =-==
由平行移轴公式，三截面对中性轴Z 的惯性矩分别为：
)(36.1815394869.243423
2
331121
'
1
1cm ae bh Be A a I
I Z Z ＝⨯++-=+= ……(3.3)
)
(448.712612881.107212651423
22
2
'2
2cm A a I I Z Z ＝⨯+⨯⨯=+=
)(711.286348381.90212
296423
323
'3
3cm A a I
I Z Z ＝⨯+⨯⨯=+=
'
1Z I 、'2Z I 、'3Z I 为三截面对各自心轴
Z 1、Z 2、Z 3的惯性矩，将三截面对中性轴Z 的惯性矩相加，可得立柱整个截面对中性轴Z 的惯性矩Z I ：
)
(519.2814711.286448.71236.18154321cm I I I I Z Z Z Z =++=++=
立柱静矩S 的计算：
立柱整个截面上半部分的静矩S 1：
)(577.737672
119
.83194)119.831946231mm S A =-⨯
⨯⨯=－（ …………(3.4)
)(172.660233881.110651232mm S A ）＝－（⨯⨯⨯= )
(588.31452)5.146881.110629233mm S A =--⨯⨯⨯=（
其中1A S 、2A S 、3A S
分别为三截面各自的静矩，所以立柱整个截面
上半部分的静矩S 为：
)
(337.1712433321mm S S S S A A A =++=
立柱整个截面下半部分的静矩S 2：
)(609.414522
119
.83119.83623'mm S =⨯⨯⨯=
)(78.1297923119.8362703"mm S ）＝（-⨯⨯= )(389.1712453"'2mm S S S =+=
3.2主立柱的强度分析与验算
举升机工作时，其托臂将汽车举升至一定高度后锁定，举升机直接承载处位于托臂端部，故应先对滑台部件进行受力分析（见图 3.2滑台部件受力情况示意图）：
在分析之前，对滑台部件进行了调查。

其中本次设计的滑台部件的组成之一是大滑轮，滑轮的种类形状有很多，有“两个大圆柱滚轮型”、“四个顶角处是采用四个小滚轮型”、还有最原始的“四个角用四个橡胶滑块”或是“用两个滑块代替两个大圆柱滚轮”，但是用的较多的是“采用两个大圆柱滚轮”的形式，如果采用其他类型的滚轮例如用滑块来代替滚轮，那么整个滑台就不容易锁定，容易滑动；除此之外就是同步性的问题也不容易解决。

＝1110m m
托臂体积：
)(84.32671114.84.811110103
cm V TB ＝－⨯⨯⨯⨯= 钢材比重选取：)/,/(/85.7333cm g dm kg m t
所以，滑台部件、摇臂座和托臂的重量为
kg G HT 55.3085.72.3891=⨯=
kg G YBZ 17.1085.736.1295=⨯= kg G TB 65.2585.784.3267=⨯=
将滑台、摇臂座和托臂一起考虑
)(37.6665.2517.1055.30kg G G G TB YBZ HT =++=++
图 3.2中，单侧托臂受到的最大载荷为2吨，加上自重，托臂端部受力为2066.37k g ,F 1和F 2是立柱通过滚轮给予的反力，F B X 和F B Y 为保险支承板给予的支承力，B 处为支承点，假定自重全部集中在负载处，有：
=∑B
M
133037.206616068521⨯⨯⨯＝－F F ……………………(3.5)
=∑C
M
133037.20661605251⨯⨯+⨯＝BX F F ……………………(3.6)
0=∑X BX F F F
+=21
………………………………………(3.7)
0=∑Y kg F
BY
37.2066=
由式 3.7得，21F F F BX -=，代入式 4.6
133037.2066)160525211⨯=-⨯F F F （＋
假定0,21==BX F F F
则由式 3.5得：kg
F kg F kg
F BY 37.2066804.5234804.523421===
综上所述，考虑滑台部件中滑台、摇臂座和托臂的总自重，假定自重全部集中在负载处，近似估算值为66.37k g 。

单侧托臂受到的最大载荷为2000k g ，加上滑台部件的自重，托臂端部受力大小为2066.37k g ，F 1和F 2是立柱通过滚轮给予的反力，F 1=F 2，F B X 和F B Y 为保险支承板给予的支承力，B 处是支承点位置，则：
kg F F kg F F BY BX 37.2066,0,804.523421====。

举升机主立柱受力情况分析
主立柱受力情况（见图 3.3液压式双柱举升机主立柱受力情况示意图），F 1和F 2是滑台通过滚轮作用在立柱上的力（图示为最高位置），F B X 和F B Y 为滑台作用在立柱上的支承力（压力），R H X 、R H Y
0)12119.83()5251890(1890,012=-⨯++⨯-⨯+=∑BY H H
F F F M M
0,0=-=∑HY BY
R F
Y
R H X =0 R H Y =F B Y =2066.37k g
)
(9.2601313119.715251kgmm F F M BY H =⨯-⨯=
液压式双柱举升机主立柱强度校核计算
从图 3.3看出，整个立柱体相当于一个悬臂梁，可画出立柱的弯矩图和剪力图。

由F 1引起的弯矩图和剪力图见图 3.4：
A
(+)
2
Q
图 3.4立柱上F 1作用力及其弯矩图和剪力图
l =2600m m b =2415m m a =185m m
)(66.12642051)1852600(804.5234)(max kgmm a l P M =-⨯=-=
kg
P Q 804.5234max ==
由F 2引起的弯矩图和剪力图见图 3.5：
A
1M (-)
1
(-)
Q
图 3.5 立柱上F 2作用力及其弯矩图和剪力图
l =2600m m b =1890m m a =710m m
)(56.9893779)7102600(804.5234)(max kgmm a l P M -=-⨯-=--=
kg
P Q 804.5234max -=-=
由F B Y 产生的M 引起的弯矩图见图 3.6：
A
M 3
(-)
图 3.6立柱上M 作用力及其弯矩图
kg F M BY 2.146958119.71=⨯=
)
(168.146958)12119.83(max kgmm F M M BY -=-⨯-=-=
综上所述，立柱受力的合成弯矩图和合成剪力图如图 3.7所示。

合成弯矩图
A
A
合成剪力图
图 3.7立柱受力的合成弯矩图和合成剪力图
从图中可以得出
)(1.2748272525804.5234)(21kgmm a a P M ＝⨯=-= )(9.2601313168.1469581.2748272kgmm M D =-=
在截面C 处，剪力最大（Q C =5234.804k g ），弯矩最大（M C =2748272.1k g ）,所以此处是危险截面。

前面计算已经得到4519.2814cm I Z =，抗弯截面模
数为：34283.253881.11010519.2814cm e I W Z ＝⨯== …………………………(3.8)
截面上半部分静矩S ＝171.24c m 3，mm S I Z 436.1624
.171519
.2814== ……(3.9) 以下进行强度校核： （1）校核正应力强度：
)/(72.108283
.253101.274827221
max max
cm kg W M W M C =⨯===-σ …………(3.10)
许用应力选：
[]2
/04.11025
8.9100541cm kg ＝＝⨯⨯σ …………………(3.11)
][max σσ〈，满足强度条件。

（2）校核剪应力强度：
)/(294.112.28436.16804.5234/2max max cm kg cm
kg
S b I Q b I S Q Z C Z ＝⨯===
τ…………(3.12) 选MPa S 235=σ，而许用应力[])/(59.4795
8.9100
2352cm kg =⨯⨯=
τ…(3.13)
][max ττ〈，满足强度条件。

折算应力强度校核：
主立柱横截面上的最大正应力max σ产生在离中性轴最远的边缘
处，而最大剪应力
m ax τ则产生在中性轴上，虽然通过上面的校核说
明在这两处的强度都是满足要求的，但是因为在截面C 处，M 和Q 都具有最大值，正应力和剪应力都比较大，因此这里的主应力就比较大，有必要根据适当的强度理论进行折算应力校核，取该截面边缘处某点K 进行计算：
）（＝21/71.1082519
.28140881.11102748272cm kg I My x ⨯⨯==-σ………………(3.14)
）
（＝2/29.112
.28519.281425
.171804.5234cm kg Ib QS x ⨯⨯==
τ………………………(3.15) x
y ττ-=
由于点K 处在复杂应力状态，立柱体材料采用的30钢是塑性材料，可以采用第四强度理论，将x x τσ, 的数值代入，用统计平均剪应力理论对此应力状态建立的强度条件为:
[]στσσ≤+=223j …………………(3.16)
所以2222/082.1104][/71.108229.11371.1082cm kg cm kg j =〈=⨯+=σσ
即 []σσ≤j ………………………………………(3.17)
∴按第四强度理论所算得的折算应力也满足许用强度要求。

主立柱的刚度计算
用迭加法：
（1） 727.02600
1890;273.02600710,=======
l b l a l x βαξ 由F 2引起的绕度：
（往外弯）用式)3(62β-=EI
l
Pb f A ………………………(3.18) E ：弹性模量的选：196－206G p a 碳钢取201G p a =20.1×106N /c m 2
1A f = )3(62β-EI l
Pb =
)(2.3519
.2814101.206273.28.9260189804.523462cm ＝⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯ ………(3.19) （2） 929.02600
2415,273.02600710,=======
l b l a l x βαξ （往内弯）由F 1引起的绕度：
)(7.4519
.2814101.206071
.28.92605.241804.5234)3(66
222
cm EI l Pb f A =⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-=β （3）由M 引起的绕度：
)(086.0519
.2814101.2028.926082.1469526
22cm EI Ml f W
=⨯⨯⨯⨯⨯== ………………(3.20) （往外弯）此值可忽略不计。

实际往内弯的绕度)(5.12.37.421cm f f f A A A =-=+=
3.3 托臂的强度校核
托臂部分截面特性
托臂部分截面属于变截面，以下先计算截面特性数据： （1）小臂截面尺寸：70×70方钢，壁厚8m m ，a =70,b =54 惯性矩：
44444225.12912547012cm b a I =-=-= ……………………(3.21)
34
44492.3670
654706cm a b a W x =⨯-=-= …………………(3.22)
静矩计算：()3192.234278545.173582cm S =+⨯⨯+⨯⨯⨯=
（2）大臂截面尺寸：92×92方钢，壁厚8m m ，a =92,b =76
惯性矩：44
444976.31812
769212cm b a I =-=-=
34
444342.6992
676926cm a b a W x =⨯-=-=
托臂部分强度核算 图示为左后托臂部件图：
A
B C
D
A
B
D
C
图 3.8左后托臂部件图
图中的A 、B 、C 、D 分别对应着托臂示意图中的A 、B 、C 、D 四个截面： 下图是托臂示意图：
图 3.9托臂示意图
按照A,B,C,D几个典型截面进行分析，各个截面的截面图如下：
(a)A-A截面
(b)B-B截面（同D-D截面）
(c ) C -C 截面
图 3.10典型截面示意图
（1） A 截面：
惯性矩：I =129.225c m 4 ；W x =36.92c m 3
cm kg ⋅=⨯=47.640573137.2066M A
2
max /03.173592
.3647
.64057cm kg W M x A A ===
σ
[]2
/73.18363
8.9100540cm kg =⨯⨯=σ
保险系数较小可满足强度要求。

（2）B 截面：92×92方钢
A 1=80×15=1200m m 2 y A 1=92+15/2=99.5m m
A 2=92×92-76×76=8464-5776=2688m m 2 y A 2=92/2=46m m
Y C =(1200×99.5+2688×46)/(1200+2688)=243048/3888=62.51m m I A 1=80×153/2+(99.5-62.51)2×1200=1664412.12m m 4 I A 2=(924-764)/12+(62.51-46)2×2688=392.46c m 4 所以 A2A1B 558.9166.44392.46I I I =+=+=c m 4
W =89.41c m 3
cm kg ⋅=⨯= 126048.57612066.37M B
2
max /78.140941
.8957
.126048cm kg W M x B B ===
σ
[]2/34.15745
.38.9100540cm kg =⨯⨯=σ
保险系数较小可满足强度要求。

（3）C 截面：
A 1=12c m 2
y A 1=92+15/2+60=15.95c m A 2=26.88c m 2 y A 2=4.6c m A 3=60×10=6c m 2 y A 3=92+60/2=12.2c m
y C =(12×15.95+26.88×4.6+6×12.2)/(12+26.88+6)=8.56c m I A 1=50×153/2+(15.95-8.56)2
×12=641.73c m 4
I A 2=(924-764)/12+(8.56-4.6)2×16.88=759.875c m 4 I A 3=1×63/12+(12.2-8.56)2×6=183.615c m 4 所以I A 总
=I A 1+I A 2+I A 3=1585.22c m 4
W =I
总
/8.65=1585.22/8.65=183.26c m 3
M C =2066.37×94=194238.78k g c m
2max /91.105926
.18378
.194238cm kg W M x C C ===
σ []2/34.15745
.38.9100540cm kg =⨯⨯=σ
满足强度要求。

（4）D 截面：
惯性矩：I =318.976c m 4 ； W =69.342c m 3 M D =2066.37×53=109517.61k g c m
2max /38.1579342
.6961.109517cm kg W M x D D ===σ []2/64.16204
.38.9100540cm kg =⨯⨯=σ ,保险系数较小可满足强度要求。

从托臂处考虑挠度情况
托臂亦相当于一个悬臂梁，端部受力P ＝2066.37k g ，托臂部件由
大臂和小臂组成，将从大臂和小臂处分别考虑：
小臂端部处挠度：)(1799.0225.129101.2038.94137.206636331cm EI Pl f =⨯⨯⨯⨯⨯==小
（3.23） 大臂端部处挠度：经受力分析，大臂端部受一个力P ＝2066.37k g
和一个弯矩 M ＝2066.37×70＝144645.9k g c m ；
)(361.0976
.318101.2038.97037.20663633cm EI Pl f P =⨯⨯⨯⨯⨯==大
)(542.0976.318101.2028.9707037.20662622cm EI Ml f M =⨯⨯⨯⨯⨯⨯==大 …………………（3.24） 因载荷引起的挠度为：
)(082.1542.0361.0179.0321cm f f f f =++=++=载荷
因托臂的大小臂之间有1m m 间隙，由此产生挠度： )(864.1mm f =间隙
主立柱的弯曲绕度使滑台产生转动，滑台的转动又使托臂有一定
的下沉量，经计算，)(325.26mm f =转动。

故托臂端部总下沉量为：
)(6)(6.557.5082.1864.1633.2cm cm f f f f 〈转动间隙载荷总≈=++=++=
在举升机行业标准中，此值满足距立柱最远点的托臂支承面下沉量要求。

第4章液压系统
在液压系统中，液压泵作为液压系统的动力元件，将原动力输入的机械能转化为液压能输出，为执行元件提供液压油，液压泵的好坏直接影响到液压系统的工作性能和可靠性，在液压传动中占有重要的作用。

液压缸和液压马达属于执行原件，它将油液压力能转化为机械能，输出一定的力（或力矩）和速度，以驱动负载。

液压控制阀在液压系统中可以控制油液流动的方向，压力和流量的的液压元件，它可以分为方向阀，压力阀和流量阀三大类。

在液压系统中，液压辅助元件是液压系统不可缺少的的部分，主要包括蓄能器，过滤器，液压油箱，热交换器，油管，管接头和密封件。

同时液压系统还包含一些回路系统，主要可分为压力控制回路，速度控制回路和方向控制回路。

压力控制回路包括调压回路，减压回路，增加回路，保压回路，卸荷回路，平衡回路。

速度控制回路主要有调速回路，速度变换回路和快速回路。

方向控制回路主要有换向回路，锁紧回路。

4.1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4.1：
图 4.1液压系统工作原理图
1-齿轮泵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-空气滤
清
4.2 液压缸活塞杆受压校核
液压缸活塞杆强度验算
根据活塞杆只受压力的工作情况，强度验算公式为：
d≥35.7（F/[σ]）1/2m m…………………………(4.1)
式中：F—载荷力K N。

这里F=1/2G=(4000/2)×g=2000K g f=19.62K N……………(4.2) [σ]—活塞杆材料应用应力M P a
[σ]=σ
s
/n…………………………………………………(4.3)
其中：σ
s —材料屈服极限，n=安全系数。

取σ
s
=315M P a，n=3，
[σ]=105M P a。

则d≥35.7（19.62/105）1/2=15.432m m
实际采用之活塞杆直径d=38m m＞＞15.432m m，所以符合受压强度要求.
4.3 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 4.2液压缸压杆安装图
已知：缸体长度L=1078m m
工作行程l=914m m
活塞杆直径d=38m m
计算长度l′=L+l=1992m m
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=4×1992/38=209.684
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
=π2n E J/L′2…………………………………………(4.4)式中：E—材料弹性模量，取E=2.1×105M P a，J—m m4，l′—m m
则：P
K
=[3.14162×2× 2.1×1011×（ 3.1416/64）×0.0384]/19922=106924.616N
取安全系数n
K =3,临界稳定载荷P
K
/
n
K
=106924.616/3=35641.539N
实际工作载荷F=1/2G=2000K g f=19620N
F=1/2G=2000K g f=19620N＜P
K /n
K
，所以满足压杆稳定条件。

第5章结论
本文首先对所有的汽车举升机的情况进行了简单的阐述，并介绍了各类汽车举升机的结构特点，对汽车举升机有了初步了认识。

然后再根据各类汽车举升机的各种使用要求，结合前人设计的举升机的各种结构，按照自己所要设计的举升机的要求对汽车举升机进行了结构方面的设计。

本次所设计的举升机是采用以液压驱动、液压缸为举升装置以及钢丝绳为同步装置的液压式双柱汽车举升机。

液压驱动是由液压系统以及电箱组成的。

整个举升机的外形是双柱式的，同时它的支撑机构是非对称式的托臂。

通过电磁铁安全锁将立柱内的滑台固定住，起到保护的作用。

总结这次液压式双柱汽车举升机的设计，大体可以归纳为以下几点：
⑴通过市场调查，首先了解了汽车举升机种类，并熟悉了各类汽车举升机的外形以及它们的功能特点、使用要求等。

在对汽车举升机有了一定的了解后，将各类汽车举升机的装配结构作了对比，最终确定了本次设计的液压式双柱汽车举升机的设计方案。

⑵在确定了设计方案之后，对液压式双柱汽车举升机的结构进行了设计。

在设计过程中通过参考其它形式的举升机的结构特点，结合了本文的设计要求，最终确定液压式双柱汽车举升机由举升装置、立柱、支撑机构、平衡机构和保险机构五大部分组成。

⑶由于汽车举升机是一种将汽车抬升到一定高度后用于汽车维修或保养的举升设备。

因此，在工作过程中举升机必须能够承受一定的载荷。

所以，在设计了汽车举升机的结构之后，还对它的强度、刚度进行验算，以保证举升机有足够的承载能力以满足安全有效的工作要求。

⑷本文对液压式双柱汽车举升机的机械结构进行设计、验算。

另
外，为了保证液压系统的工作稳定性，还进行了液压部分的验算。

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