双柱式汽车举升机设计正文

1、目 录摘要 10 引言 31 国内外现状与课题分析41.1 国外概况41.2 国内概况61.3 课题分析81.3.1 设计技术要求81.3.2 设计特点81.3.3 技术路线82 系统方案设计92.1 机械部件方案92.2 电气控制部件方案 11 2.3 液压部件方案 112.4 系统方案拟定 133 机械部件设计计算 153.1 结构设计 153.1.1 机构工作原理 153.1.2 结构参数183.2 驱动功率确定 193.2.1 机构动力学分析 193.2.2 电机功率确定 20 3.3 强度校核 21 3.4 刚度校核 23 3.5 稳定性校核 24 4 电气控制部件设计计算 254.

2、1 电气部件控制逻辑设计 254.2 电气布置设计 265 液压部件设计计算 275.1 液压工作原理设计 275.2 液压系统设计计算 286 设计小结 30参考文献 31附录 34摘 要随着我国汽车行业的蓬勃发展，汽车修理行业也迎来了巨大的市场需求。因此，汽修行业急需各种效率高、针对性强的汽修设备和工具。在汽修行业，双柱托举接触车架式举升机是一个被广泛采纳的举升机。在最近几年所有新销售的举升机中，至少三分之二都是这种类型的。本双柱举升机采用单液压缸驱动，钢丝绳实现双柱同步举升。最大举升质量4000公斤，最大举升高度1700毫米，符合汽车举升机国家安全标准。通过正确的零件结构设计图纸及工艺要

3、求，能够方便的投入到生产。结构紧凑、外形美观，是一种高效率的汽修设备。关键词：双柱托举，同步举升，举升设备ABSTRACTWith the great development of the automobile industry, automobile repair has been a large business. The business needs many kinds of equipment and tools which is effective and suitable. In the automobile repair industry, 2 post type is one

4、 of the most acceptable and useable kind. By the statistics of the sales about the hoist in these years, we found that almost 2/3 of the hoist market has been occupied by 2 post hoist. This time one cylinder is the drive kind of the 2 post hoist designed by me. It can make the two lifting arm in the

5、 same step by the steel wire. The max weight of the hoist is 4000kg and the max height of the hoist is 1700mm. The machine is fully accord with the China Hoist Safety Standard. With the accurately drawings and mature technics, it is easy to manufacture this kind hoist . And the device has a beautifu

6、l figuration and compact construction.Key word: 2 post hoist , lifting in same step, lifting equipment双柱式汽车举升机设计0引言举升机在汽车维修养护中发挥着至关重要的作用，无论整车大修，还是小修保养，都离不开它。在规模各异的维修养护企业中，无论是维修多种车型的综合类修理厂，还是经营范围单一的街边店（如轮胎店），几乎都配备有举升机。举升机的重要性和普及性，决定了它是一种备受专业人士和经营管理者重视的设备。汽车发明后不久，汽车维修机械师就在想："怎样才能够把汽车举升到空中，从而可以在其下

7、面工作？"举升机的发展史告诉我们，发明第一台自动举升机的灵感来自理发师的椅子，因为它可以快速升降和旋转，以适应于不同身高和胖瘦的顾客。早期的单柱地基式液压举升机，大大地提高了比它问世还早的千斤顶和台架的功能，这种早期举升机的旋转功能可以在举起汽车以后，将其旋转360°。也许你经常去的一个汽车维修厂，现在仍然利用这种举升机为客户提供日常的汽车维修服务，这种举升机大多已经工作了75年了。随着汽车工业的发展，单柱式举升机设计上的局限性很快就显露出来了。如果只是在汽车四周进行检测维修工作的话，这种举升机也就足够了，但是这种举升机的起重臂和中央立柱会妨碍进入汽车底部的大部分区域。针对

8、单柱式举升机的这些局限性，工程师已经提出了很多举升机的设计方案并作了许多改进工作。现在，举升机的选择范围很大，有地基式、托举式、剪式、平行四边形式、便携式、单柱式、双柱式、四柱式、驱动式、接触车架式、对称式、非对称式、小行程、大升程、队列式以及其它的各种举升机设计方案。某些举升机可能同时具有这些设计方案中的几个特点。其中双柱式汽车举升机以其简单的结构、可靠的性能、简单的维护以及价格的优势已近占领了汽车修理行业的一大部分市场。1 国内外现状与课题分析1.1 国外概况当今举升机产品的形式十分多样，在欧美和日韩，由于汽车工业的发达，相对应的在汽车举升机的设计、制造及安全性和易操作性方面比较完备，在生

9、产和售后等方面都领先于国内。并且就其产品的完善性和性能优越性以及新技术的利用方面也是远远超过内相同行业。在许许多多不同类型的举升机中，技术最成熟、应用最广泛其中，澳大利亚的汽车举升机制造商tecalemit是比较著名的厂家。Tecalemit公司生产的无论在外形、结构、操作性等方面都有十分出色的表现。也是本案的很好借鉴。图1.1 Tecalemit公司的二柱式汽车举升机举升机在设计方面越来越智能化和人性化，将会向遥控、电脑控制方向发展。随着汽车保有量的不断增多，私人购买成为购车的主流，售后市场也将得到蓬勃发展，举升机在未来的需求量也将不断增加，据业内专家预测，在未来三年内，举升机市场将维持在8

10、12的增长率。 1.2 国内概况对大多数国内品牌来说，无论产品设计、技术开发还是售后服务，都还有很多地方有待改进。产品虽然也相对定型，但国内很多产品性能还不够稳定，故障多，不重视外观，影响了国产品牌的口碑。国内著名举升机品牌的竞争力主要体现在健全的分销网络、服务体系和较高的性价比。随着中国汽车保有量的不断增多，私人购买成为购车的主流，售后市场也将得到蓬勃发展，举升机在未来的需求量也将不断增加，据业内专家预测，在未来三年内，举升机市场将维持在812的增长率。并且举升机在设计方面越来越智能化和人性化，将会向遥控、电脑控制方向发展。同时随着技术的不断成熟，其标准也将逐步统一化。技术先进、质量稳定的产

11、品将占领市场。不同的维修企业根据财力、维修项目、车间大小的不同，举升机需求类型也不仅相同。两柱举升机是当前被广泛采用的主流举升机，是73的经销商销量最大的举升机类型。对于国内使用较为普遍的一些两柱举升机品牌而言，国产的价位约在0.61.4万元，进口的约在1.8万2.8万元。这种举升机安装起来很快，不需要大范围地开挖，也不需要对维修厂的整体布局进行一些永久性的变动。两柱举升机噪声较小，升降平稳，可调整不同车型的支撑部位。这种举升机适用于举升中小汽车进行维修及装配工作。主要用户为以总成大修为主的修理厂及4S店。    四柱举升机国产设备的价位在1.03.5万元，进口品

12、牌在1.84.5万元，价格随着举升吨位的提高而增加。可适用于大多数车型。但是四柱举升机宽大的支承装置往往会妨碍工人干活。主要用户为快速保养为主的小型企业，因为快速保养业务需要车辆能够快速起降，如果购买两柱举升机则需要在车辆起降过程中花费一些时间。同时4S店对四柱举升机也有很大的需求。剪式举升机使用方便，不用时不占空间，受到很多实力雄厚的特约维修站的欢迎，这也是未来举升机的发展方向。一般国产设备价位在1.04.0万元，进口产品在1.54.5万元。但剪式举升机较为精密，做工不好或者设计不好就容易导致台面不平、单边升降等危险发生，如果利用剪式举升机作四轮定位仪的平台，要求就更加严格。对汽保行业而言，

13、举升机一定要安全可靠、维护简单，否则在一定程度上会影响工作效率。而传统的机械式举升机安全性较差，所需的维护工作较多，被液压式举升机取代也是大势所趋。根据慧聪的调查，访谈举升机生产厂商，全部转向了当前主流产品即液压式举升机，它具有安全性能好、维护周期长以及工作效率高等优点。1.3 课题分析 设计技术要求1.最大举升质量4000公斤。2.最大举升高度1700毫米。3.符合汽车举升机国家安全标准。1.3.2 设计特点1. 举升机两托臂上升和下降必须严格同步。2. 举升机内够有效自锁，保证使用安全。3. 需要形成放大机构来达到举升设计要求高度。4. 托臂转动灵活并且能够方便地定位。5. 结构紧凑，布局

14、合理。1.3.3 技术路线1. 确定小车的举升结构，要满足任务书要求的最大举升高度。2. 举升机通过机械自锁、液压回路自锁和电气回路自锁三方面来确保设备和使用人员的安全。3. 通过滑轮和链条的行程放大机构来实现举升机的行程放大。该机构结构紧凑、体积较小，已普遍在各种起重设备中得到应用。本举升机液压缸行程选择1300mm, 举升高度1700。4. 通过钢丝绳来实现举升托臂的同步。5. 小车举升的汽车类型不尽相同，所以其举升托臂的长度也需要设计一定的伸缩范围。6. 小车采用液压举升方式，所以要合理选择液压顶缸，液压泵，管路等。6. 在满足最大举升质量的前提下，确保安全性并控制成本，合理用料，合理设

15、计机械结构，合理选择部件。2 系统方案设计2.1 机械部件方案经过对设计要求及技术特点的研究，查阅相关资料、借鉴了一些成熟产品后，得出以下4个方案。下面详细比较了各个方案的优缺点，并确定了最终方案：1. 在单边支架上安装丝杠机构，由电机驱动丝杠来带动平台实现上升和下降。通过钢丝绳和一些滑轮机构带动另一边的平台上升和下降,同时可以保持同步。通过液压自锁回路、机械自锁保护、电气急停保护等措施来保证使用安全。优点：传动平稳可靠。缺点：需要较长的丝杠，成本较高，安装不便。2. 电机放置于龙门架中间,两边托臂通过钢丝绳同时和电机连接。再通过一些滑轮机构把电机的旋转运动转变成钢丝绳的上下运动。以次来实现托

16、臂的上升和下降,同时可以保持同步。通过液压自锁回路、机械自锁保护、电气急停保护等措施来保证使用安全。优点：结构简单、传动平稳可靠。缺点：由于需要较大扭矩来实现举升功能,故需要较大功率电机和大速比减速箱。电机和减速箱安装位置较高，安装和维修不便.3. 两边支架同时安装液压缸,通过液压分配阀来实现上升和下降的同步。通过液压自锁回路、机械自锁保护、电气急停保护等措施来保证使用安全。优点：传动平稳可靠。缺点：需要购置两个液压缸，成本较高，缺乏市场竞争力。4. 在单边支架安装液压缸，液压缸带动托臂实现上升和下降功能。通过钢丝绳和一些滑轮机构带动另一边的平台上升和下降,同时可以保持同步。通过液压自锁回路、

17、机械自锁保护、电气急停保护等措施来保证使用安全。优点：传动平稳可靠，成本较低。缺点：需要较大刚度的支架来保证举升机的可靠运作。经过综合考虑以上方案，并通过查询了相关资料，最终选用技术比较成熟可靠的4号方案。下图是该举升机构的示意图。图2.1 二柱式汽车举升机外形示意图2.2 电气控制部件方案二柱式汽车举升机的电气控制部分相对简单：举升机的控制单元内设置电源、开关回路、限位开关回路以及电气急停回路。以上器件和液压泵联结，构成二柱式汽车举升机的电气控制部分。结构简单，运行稳定，操作简便，安全可靠。结构图详见下文电气布置设计。2.3 液压部件方案液压回路由液压油箱、液压泵、液压管路、液压顶缸、溢流阀

18、、单向阀构成。液压泵工作，驱动液压油路。通过拨杆式液压阀来控制油路的通断，以次来实现液压缸的动作。拟定如下方案实现以上功能。1.普通两位两通阀配以控制回路，示意图如下：图2.1 二柱式汽车举升机外形示意图图2.1 二柱式汽车举升机外形示意图图2.2 二柱式汽车举升机液压方案示意图a图2.3 二柱式汽车举升机液压方案示意图b该方案选用拨杆式三位四通阀来控制液压回路。该方案的优点是三位四通阀中间位置通过两个单项阀起到自锁功能，达到举升机自锁保护功能。拨动三位四通阀拨杆，举升机托臂上升。当举升机上升到要求高度时，触动位置开关。位置开关控制油路驱动三位四通阀阀门切换，切换到中间自锁位置，实现自锁保护。

19、当完成作业后，再次拨动三位四通阀拨杆，液压缸下降，带动举升托臂下降。完成作业。2.4 系统方案拟定综上所述，系统方案拟定如下。在单边支架安装液压缸，液压缸带动托臂实现上升和下降功能。通过钢丝绳和一些滑轮机构带动另一边的平台上升和下降,同时可以保持同步。举升机的电气控制单元内设置电源、开关回路、限位开关回路以及电气急停回路。以上器件和液压泵联结，构成二柱式汽车举升机的电气控制部分。液压部分选用拨杆式三位四通阀来控制液压回路。三位四通阀中间位置通过两个单项阀起到自锁功能，达到举升机自锁保护功能。拨动三位四通阀拨杆，举升机托臂上升。当举升机上升到要求高度时，触动位置开关。位置开关控制油路驱动三位四通

20、阀阀门切换，切换到中间自锁位置，实现自锁保护。当完成作业后，再次拨动三位四通阀拨杆，液压缸下降，带动举升托臂下降。完成作业。结构简单，运行稳定，操作简便，安全可靠。注意事项 不可随意改变本机参数，如预先设定好的额定压力、上升、下降速度等。不能超过最大举升重量3吨进行超负荷使用。使用前应将导轨及各转动部位涂上润滑脂及注少许机油。开机前用户应 检查各油管、接头、链条、钢丝绳等是否连接可靠、正常。举重物之前应先空载试举3-5次，以确保本机正常。环境温度不得低于-10，举升机应安装室内，如安装室外必须有防雨措施。更换油箱内液压油时，应将油全部倒掉，彻底清洗油箱，然后加入约10升L-HM32专用液压油。

21、用户每月至少应对举升机滑动及转动部位润滑一次。当两边举升臂不同步或不水平时，可调整钢丝绳松紧度。操作和使用方法 在确保电源电压、接线及电机旋转方向无误后，即可打开控制面板上的电源开关，按上升按扭举升机即上升；按下降按钮举升机上升约200毫米后下降。(从下往上看电机应顺时针旋转)。举车前应将举升机下降至地面。将转臂分开，车辆开进举升机中间合适部位，即车辆重心应处于举升臂支撑范围内。调整支撑臂至汽车底部合适部位，上升少许，让支撑脚支撑在汽车上。注：应根据汽车结构确定举升部位有足够的刚度，防止损坏汽车。确保支撑可靠后，即可按上升按钮。将汽车举至合适高度，然后松开按钮，举升机即停在您所需高度。修理汽车

22、前应检查举升情况是否正常，安全爪是否落下，然后关掉电源（防止误动作或其他人员误操作）即可进行汽车修理作业。作业完毕，接通电源，按下降按钮将举升机下降至地面，然后移开支撑臂，即可将车开走。 紧急情况下的手动下降操作 在下列情况下可进行手动下降操作：电源故障或断电时。液压系统回路异常，不能下降时。下降前应移开举升机下障碍物，关闭电源，任何情况下，修理人员禁止进入举升机下面。将安全爪支起，如安全爪已压死，应另外用千斤顶将举升机支起10厘米左右。松开电磁阀上的固定螺帽，即可看见下降旋转钮，用手缓慢逆时针旋转,当举升机开始下降时,即停止。注：不可突然旋转手动旋钮，以防车辆突然下降，造成车辆损坏或事故。下

23、降完成后，应将手动旋钮旋回初始位置，锁紧。3 机械部件设计计算3.1 结构设计3.1.1 结构工作原理该举升机的工作原理是：液压泵驱动液压缸，液压缸带动托臂实现上升和下降功能。图3.1 二柱式汽车举升机托臂组件通过齿轮啮合机构方便的实现托臂转动后的定位。图3.2 二柱式汽车举升机托臂旋转锁定机构通过滑轮机构来实现行程放大。通过该机构可以放大液压缸的行程为原来的两倍。本设计液压缸选用行程为1300mm，故举升高度最大可为2600mm。举升高度设计要求为1700mm，所以该机构能够满足设计要求。图3.3举升机行程放大机构通过钢丝绳和一些滑轮机构带动另一边的平台上升和下降,同时可以保持同步。图3.4

24、举升机钢丝绳滑轮机构机械部分的自锁机构是通过类似棘轮机构的当块实现的。当举升机托臂向上移动时，棘齿与锁定块通向。当举升机托臂向下移动时，棘齿与锁定块反向，阻止举升机托臂向下移动，起到锁定功能。以上是该双柱式汽车举升机各部件的工作原理，工作过程请见下图。图3.5 二柱式汽车举升机工作过程示意图3.1.2 结构参数举升机支架、举升机托臂等组件用型材焊接而成，材料选用45。给部分紧固件选用强度为高强度8.8级的内六角螺钉。各转轴，销轴材料选用Cr12，在经过调质处理，保证足够的刚度。钢丝绳选用10mm直径的高强度钢丝绳，额定举升重量为5000kg，满足使用要求。上述结构、材料均能满足强度要求，具体计

25、算详见下文校核部分。 下图是双柱式汽车举升机举升高度以及托臂旋转角度尺寸示意。图3.6 二柱式汽车举升机外形结构示意图a图3.7 二柱式汽车举升机外形结构示意图b3.2 驱动功率确定3.2.1 机构动力学分析 本双柱式汽车举升机的动力来源是电机，主要传动部件是液压缸。当举升机工作时，单边支架可看作为典型的悬臂梁，所有应力都集中在举升托臂导向轮和支架的接触点上。故此处材料的选用必须满足强度和刚度的要求。本双柱式汽车举升机选用龙门式。龙门部件不但能够安装钢丝绳，而且还能连接两支架。更是大大加强了整个举升机的强度。图3.8举升机导向轮与支架接触点电机功率确定电机的额定转速和额定力矩决定了电机的输出功

26、率。两台尺寸相同的电机，由于转速不同和力矩不同，所以输出功率也不同。力矩大、转速高的电机，其输出功率就大，当然电流也要增大。 N-负载转速 单位：转/分（rpm）伺服电机的选择应该满足如下几个方面：1、最大转矩：结合负载情况，根据负载动作要求。2、平均转矩：根据负载周期性的转矩要求，绘制转矩与时间曲线，得出平均转矩。3、热载荷校验满足：根据负载工作曲线，得出电机的有效转矩和平均速度。如果该点位于所选伺服电机s1曲线下方，则该选型满足电机的工作能力。即使端事超载，总体来讲也不会影响电机性能而导致电机过热、烧坏等故障。4、检验转动惯量：需校验外部转动惯量。需要计算出电机的输出轴端与电机静态转动惯量

27、的比值。比值应该小于10才能够满足选型条件，达到实用要求。3.3 强度校核此设计为双柱式举升机，两根支架为对称布置，故只分析设计其中一根即可。因为立柱承受主要的应力，所以需要有较高的强度要求。由于立柱可简化为一端固定，一断自由的压杆，所以主要从稳定性方面计算支架的工作形式。由材料力学的知识可得，压杆失稳时杆件上的平均压应力称为临界应力，也就是杆所收的压力。临界应力为：为长度系数。对于不同的受压形式杆件有不同的数值。在本例中=3.0E 为弹性模量 单位为：I 为惯性矩 单位为：A 为截面面积 单位为：L 为压杆长度 单位为：mm引入截面的惯性半径 i ：再引入柔度因子：那么临界应力可表示为：由此

28、可以确定截面的惯性矩。计算如下：所以惯性矩为：因为材料为Q235，查手册可得所以此杆属于小柔度杆。应用公式：由手册可得Q235的 所以即可承受压应力值。由于设计举升重量为4t 假设最大举升机重量为3t则每根立柱实际最大承重P=17.25KN 远远小于 经过计算本次设计中支架强度满足二柱式汽车举升机的设计要求。3.4 刚度计算为防止轴产生过大的扭转变形，以免在运动中引起振动造成轴与孔之间加剧磨损而失效，因而轴应有足够的扭转刚度。 轴的扭转刚度条件为：式中，0为轴扭转变形的扭转角，(°)m；G0为轴材的剪切弹性模数，kg/cm2；Jp为截面的极惯性矩，cm4。将式中，G0=8.1

29、5;105代入式(5)整理得：(6)当设计轴径大于等于按上式计算轴径时，则轴满足刚度要求。经过计算本次设计中轴的刚度满足二柱式汽车举升机的设计要求。3.5 稳定性校核由设计过程可得：所以：所以截面对形心轴的惯性矩由于45# 所以满足强度要求。4 电气控制部件设计计算4.1 电气部件控制逻辑设计本举升机的电气控制部分相对简单：举升机的控制单元内设置电源、开关回路、限位开关回路以及电气急停回路。以上器件和液压泵联结，构成二柱式汽车举升机的电气控制部分。结构简单，运行稳定，操作简便，安全可靠。如下是本二柱式汽车举升机的电气原理图。图4.1举升机控制回路示意图电源选用参数：三相380V，50Hz伺服电

30、机选用参数：功率3kw4.2 电气布置设计 本举升机的电气控制部分相对简单，电气布置设计请参考图4.1举升机控制回路示意图。5 液压部件设计计算5.1 液压工作原理设计图5.1举升机控制回路示意图元件1：过滤器元件2：齿轮泵元件3：溢流阀元件4：单向阀元件5：三位四通阀元件6：过滤器元件7：节流阀元件8：液压缸上图是本双柱式汽车举升机的控制回路，从中可以看到该设备的液压控制回路。该回路由过滤器、齿轮泵、溢流阀、单向阀、三位四通阀、节流阀、液压缸组成。选用拨杆式三位四通阀来控制液压回路。三位四通阀中间位置通过两个单项阀起到自锁功能，达到举升机自锁保护功能。拨动三位四通阀拨杆，举升机托臂上升。当举

31、升机上升到要求高度时，触动位置开关。位置开关控制油路驱动三位四通阀阀门切换，切换到中间自锁位置，实现自锁保护。当完成作业后，再次拨动三位四通阀拨杆，液压缸下降，带动举升托臂下降，回到初始位置。5.2 液压系统设计计算设计要求：额定举升重量：G1=4000 kg液压缸工作行程：L2=850 mm通过形成放大机构，托臂实际行程1700mm。全行程上升时间： t1<=84s全行程下降时间： t2>=18s液压缸参数：选用“HCS-80-拉”型液压缸，主要尺寸：缸体外径 D=86 mm活塞直径 d1=80 mm活塞杆直径 d2=30mm活塞最大行程 Lm=1300 mm液压缸工作压力计算：

32、液压泵流量选择：。升降速度：上升速度 下降速度 由限流阀调节升降时间：上升时间 下降时间 由限流阀调节液压缸动力单元功率计算：其中 为液压泵的总效率 本设计中取 0.7所以 P=2.8KW所以选定电动机功率为=3KW 可选用型号 Y802-2活塞缸强度验算根据活塞杆只受拉力作用的工作情况，演算公式为： ，其中：=530MPa 材料抗拉强度 n = 7 安全系数所以，活塞实际直径 满足强度要求。6 设计小结毕业设计是展现我们过去三年中所学知识的实践,也是今后的工作的练兵。因此这次毕业设计对我们有很深刻的意义。使我对设计工作有了进一步的了解，对设计的思想方法和具体的操作步骤有了清楚的认识。整个设计

33、工作首先得由明确设计要求、实现其功能和满足其指标为前提出发，这是完成设计工作的第一部。接着针对每一个细节问题进行分析、计算，期间可以参考大量的同类设计，比较优缺点，最后确定方案，落实设计方案。经过这次毕业设基，基本掌握了相关的三维设计软件和平面绘图软件，如ProE和AutoCAD等软件。这些软件对本次毕业设计的帮助是十分巨大的。在完成设计任务的同时掌握了两种十分有用的软件的运用，感觉收益匪浅。另外，通过本次设计使我是我对机械、液压及电气等方面的知识有了更加深刻的了解和认识。不但知道课本上的知识，而且能够运用到实际。这比以前有了较大的进步。本次设计的二柱式汽车举升机，十分感谢指导老师对本次设计给与了详尽的指导。参考文献1 王忠志主编.精密研磨M.北京：中国计量出版社，1989.2 李虹.砂带磨削OL.中国机床网，200