可四轮定位四柱式汽车举升机设计

摘 要 随着汽车工业的迅速发展 ,汽车维修工业也迅速壮大。特别是改革开放以来 ,我国的汽车维修行业有了很大的发展，为之服务的汽车维修设备行业已成为我国的新兴行业并不断发展壮大。作为汽车维修用必备之一的各种汽车举升机设备如雨后春笋般的涌现。但符合国际标准的不多 ,中高档层次的举升机没有。 本设计结合汽车技术的发展要求及汽车维修作业的实际需要 ,设计符合国际标准的、液压驱动及可四轮定位的四柱式汽车举升机。四柱式举升机有四根立柱、两根横梁、用于支撑汽车的两个台板。本设计只采用一个液压缸 ,其他立柱通过钢丝绳连接以实现同 步举升。举升前 ,汽车很容易正确无误的驶上四柱举升机的台板。其具有承载稳定、支承载荷受力简单、应力较低等优点 ,具有较高的使用价值。 对于汽车维修企业来说，汽车举升机可能是除厂房外的最重要的投资 ,因为它具有至关重要和不可替代的作用，甚至直接影响到汽车维修业务的兴衰。汽车举升机是汽车维修设备行业的支柱设备之一 ,让我们生产出更多、更好、更受用户欢迎的汽车举升机 ,为汽车维修企业服务。 关键词 : 四轮定位 ；四柱式 ；液压驱动 ；同步举升 ABSTRACT Along with automobile industry rapid development, the automobile service industry also rapidly expands. Since the special reform and open policy, our countrys automobile service industry has had a great development, the vehicle maintenance equipment industry has become an emerging industry in China and will continue to grow and develop. As one of the essential maintenance equipment, each kind of automobile lift likes the emergence of the mushrooming. But little of them can conform to the international standard. This design combine with automobile technology development request and automobile service work actual needs, designed in line with international standards, four-wheel hydraulic drive, and the positioning of the frame of vehicle lift. Four-post lift has four posts, two beams and two plates. This design only consists of a hydraulic cylinder, other columns realize synchronization through the cable. Before lifting, the automobile is very easy to be correctly driven onto the plate of the lift. It has the load bearing stably, the supporting load stress simple, the stress is lower and so on the merit, which has the higher use value. For the vehicle maintenance enterprises, the vehicle lift is the most important investment in addition to plants outside, because it has the function which very important and cannot be substituted, even directly affects prosperity and decline of the automobile service. The automobile lift is one of important equipment in automobile maintenance, Let us produce more, better and more popular with users of the automobile lifts for vehicle maintenance service. Key words: four-wheel positioning， four-post， hydraulic actuate， synchronous raise 目 录 摘 要 . 错误 !未定义书签。 ABSTRACT . 错误 !未定义书签。 目录 . 错误 !未定义书签。 1 绪论 . 错误 !未定义书签。 1.1 国外的情况和发展趋势 . 错误 !未定义书签。 1.2 国内的情况和发展趋势 . 4 1.3 设计的依据及意义 . 4 1.4 轿车举升机的分类 . 5 2 课题分析 . 7 2.1 设计技术要求 . 7 2.2 设计特点 . 7 2.2.1 举升机台板降到下位时，与地面应尽可能在同一平面上 . 7 2.2.2 正确选择传动方式 . 7 2.2.3 钢丝绳的选择 . 7 2.2.4 汽车举升机的安全保证措施 . 7 3 方案论证 . 8 3.1 纯机械结构 . 8 3.2 液压结构 . 8 4 机械部件设计计算 . 10 4.1 举升机运动过程原理 . 10 4.2 立柱设计计算 . 11 4.3 梁设计计算 . 14 4.3.1 强度校核 . 16 4.3.2 刚度校核 . 18 4.4 桥身设计计算 . 18 4.4.1 强度校核 . 19 4.4.2 刚度校核 . 21 4.5 钢丝绳的选取 . 21 4.6 钢丝绳与吊环的联结方法 . 21 4.7 滑轮轴承的选用及校核 . 22 5 液压系统设计计算 . 24 5.1 液压系统设计计算 . 24 5.2 液压系统工作原理 . 25 6 电气控制原理 . 26 7 安全装置 . 27 8 结论 . 28 9 致谢 . 29 参考文献 . 31 1 绪论 1.1 国外的情况和发展趋势 汽车举升机在世界上已 经 有 了 80 多年 历史。 1925 年美国生产了 第一台汽车举升机 ,它是由气动控制的 ,如图 1.1 所示。由于 采用的气压 比 较低 ,所以 缸体较大 ,同时采用皮革用来 密封 ,所以 压缩空气驱动时的弹跳 较 严重 且 不稳定。等 到 10 年 后 ,即 1935 年这种单柱举升机才在美国以外的其它地方开始被采用。 图 1.1 单柱举升机 1937 年美国另一家公司生产了 第一台四柱举升机 ,随后在美国一家公司也生产出类似的举升机 ,如图 1.2 所示。这两种举升机均由螺旋驱动 , 图 1.2 四柱举升机 其方案是 :每一 根立柱内都 有一 颗 螺母及螺杆 ,由装在地面上的链条 连起来 实现同步驱动 ,此四柱举升机在市场上 并没有 获得成功 ,而单柱举升机却继续得到普遍的应用 。1948 年 Joseph Bardbury & Sohs 生产出该公司的第一举升机 ,其方案是 :在四柱举升机的一个主柱内装有一套螺旋驱动机构 ,举升台板的其它三个角落通过钢丝 绳与动力主柱相连。 1950 年 Bardbury 将机械式螺旋驱动机构改成 液压机构 ,只装有 一个液压缸 ,其他立柱通过钢丝绳连接从而 实现同步举升 ,由于当时的液压压力尚未超过 3540Kg/cm因而第一台液压举升机体积比较大。五十年代初单柱举升机在欧洲市场上的销量骤减 ,而四柱举升机却居于 主导地位 ；但是在美国单柱举升机却继续受到人们的青睐 。 1956 年 Borg Warner 和 Plessey 生产液压压力能达到 140 175Kg/cm的液压齿轮泵 ；由此 , Bardbury 又生产出双功能举升机 ,这在举升机的设计上是一个突破 性跨越 。此举升机可以用两种方式支撑汽车 :车轮支撑型 ；车轮自由型。此发明在市场上很受欢迎。到 1960年在英国的市场上使用率 竟达 75%。 1961 年 Bardbury 生产出四柱举升机改进后的车轮自由系统 ,而且在 全世界 17 个国家获得了专利。但在南美洲仍然流行 单柱举升机 ,只是 已将其改为液压传动。 1966 年 ,一家德国公司生产出第一台双柱举升机 ,如图 1.3 所示。这是 图 1.3 双柱举升机 举升机设计上的 又有了一个重要进展 ,但是直到 1977年这种举升机才在德国以外的其它国家出现。现在双柱举升机在市场上已占据 稳 定 的地位 ,其销量还在继续上升 。它和四柱举升机相比 ,既有优点 ,也有缺点 ,以下将作 简要说明。 我们所见到的绝大多数举升机都 采用固定安装 的 方式 ,在举升前汽车必须驶上举升台。在移动式举升机方面也有几项成功突破 ,如简式举升机、菱架式举升机等。但这类举升机还存在两个重要 问题 :接近汽车下部 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重要 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。 最初设计单柱举升机 ,车辆 体积都 较大 ,其底盘能明显分辨 ,因而汽车检 修区远远大于举升器件。现在 绝大多数汽车均为“紧凑型 ” 或“半紧凑型 ” ,导致汽车检修区域接近主要举升机器件不便。但在南美洲却有 例外 ,那里仍然采用较大的车辆 ,这可能是单柱举升机在该地区的市场上仍然继续受到欢迎的重要原因。单柱举升机有两大优点 :当其下降后 ,不会成为维修车间的障碍物 ；汽车可在举升机上 自由的转。但美国却遇到了困难 ,主要是举升机的旋转会带来撞击操作人员的危险。单柱举升机的主要缺点是 :第一 ,它需要在车间的地面挖掘一个相当大的洞 后才能安装 ；其次 ,它只能 提供车轮支撑方式 ；第三 ,使用时难接近汽车下部的一些 检修区域 。举升机用的主油缸潜藏在地下也给维修带来两大问题 :第一是检修这些 零部件较 为困难 ；其次是油缸所处的环境条件差 ,容易生锈 ,特别是地下水位较高时 。 双柱举升机 (包括液压式和机械式 ),都 有以下 的 优点 :第一 ,检修汽车下部具有很高的可接近性 (几乎达到 100%)；而且 ,采用车轮自由型的方式支撑车辆 ,所以 拆卸 车轮时不需要其它辅助性的举升方法 ；第三 ,结构紧凑 ,占地面积小。双柱举升机的缺点是 :第一 ,为确保安全 ,安置举升机时的要求非常严格 ,否则在举升过程中容易摇晃 或颠覆 ；第二 ,由于此举升机常采用车轮自由型的方式支撑汽车 ,如 果需 采取车轮支撑型的方式维修汽车则会产生 不便 ,如检查悬挂系统、检查转向机构间隙或进行车轮定位检验等 ；第三 ,由于举升臂和立柱承受悬臂或载荷所产生的巨大应力 ,其承力件容易受到磨损。因而双柱举升机没有四柱举升机的使用寿命长 。 如图 1.2 所示 ,四柱举升机有四根立柱、两根横梁、用于支撑汽车的两个平台 。举升前 ,汽车很容易准确 驶上四柱举升机的台板。由于台板内侧设备有凸缘 ,当汽车驶上台板时也不致于底下 ,车轮支承型四柱举升机的优点是 :第一 ,举升机装载汽车时不需要较高的操作 ,操作又很简单 ；第二 ,承载时比较 稳定 ；第三，支承载荷受力简 单 ,应力较低 ,从而延长了设备的使用寿命 ；第四 ,由于具有较高的使用价值 ,从经济上来看也是合算的 ；第五 ,易于维修 ；第六 ,在车间现场进行安装也较方便，只要地面平坦 ,其混凝土厚度能够牢固立柱的地脚螺栓就行 。四柱举升机的缺点是 :和双柱举升机相比 ,占地面积较大 ,对汽车检修区域的可接近性差。 1.2 国内的情况和发展趋势 由于我国汽车维修检测设备行业起步晚、起点低，整体上还是比较 落后 的。举升机制造企业生产规模小、经济技术力量不足、各食其力、缺乏专业分工和广泛合作；技术吸收、运用、开发、创新能力不够 ；抄袭、伪造现象和短期 行为严重；市场营销及服务水平低等问题还普遍 存在，从而导致全行业产品结构不合理 ,质量不高 。 对于汽车维修企业来说，汽车举升机可能是除厂房外的最重要的投资 ,因为它具有非常重要的作用，甚至直接影响到汽车维修业务的兴败 。汽车举升机是汽车维修设备行业的支柱设备之一 ,让我们生产出更多、更好、更受用户欢迎的汽车举升机 ,为汽车维修企业服务。 1.3 设计的依据及意义 进入 21世纪， 轿车举升机作为轿车保养 设备 的一种，随着近几年我国的轿车行业发展，在轿车维修行 业较广泛的应用，维修业也发展到室内和室外 维修 ， 举升机 在汽车的维护行 业有着非常巨大的作用 ，无论 保养小修还是整车大修 ，都 需要它。在各种规模 的维修保养 企业 公司中，无论是维修多种车型的综合型 修理厂，还是经营范围单一的 汽车店，基本 都拥 有举升机。举升机的重要性和 遍及 性，决定了它是一种备受 汽车行业人员 重视的设备。而随着我国轿车数量的 增加 ，作为维修保养的须具备的一种工具，举升机有广泛的市场和应用前 景 。私人购买成为购车的主 要来源 ，售后市场也将得到蓬勃 的 发展，举升机在未来的需求量也将不断增加，据业内专家 估测，在未来三年内，举升机市场将保 持在 8 12的增长率。因此，设计出一款简单实用的举升 机有很大前景 ，也能增加轿车维修行业的工具，减少轿车维修工人体力劳动，增加维修 的 效率 。 1.4 轿车举升机的分类 轿车举升机产品种类较多，动力形式 一般有液压和机械两种形式，有的二次举升采用 的是 气动。结构类型有 :单柱式，双柱式，四柱式和剪式等结构（如图 1.1-1.4），双柱式有的采用门式结构，有的四柱式举升机作为四轮定位设备配套使用，剪式举升机一般为移动式的。 而选择单柱、双柱还是四柱的举升机，或是选择立式 、剪式、平板式还是子母式，或是几种类型相结合的举升机， 车间结构布局和维修中的具体需要来确定 采用哪种举升机 ，比如举升机在车间的占地面积和高度，举升机在维修和养护中的具体用途，以及是否要与四轮定位仪配套使用等。 而 轿车举升机的发展趋势也将朝着自动化，智能化发展。机械式举升机 被液压式举升机取代。对轿车保养行业而言，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。据有人调查，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。产品 质量智能将不断提高。随着技术开发的提 高 ，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，其标准也将慢慢 统一化。技术先进、质量稳定的产品将 主导 市场。 图 1.4 四柱上油缸式举升机 图 1.5 四柱下油缸式举升机 图 1.6 剪式举升机 2 课题分析 2.1 设计技术要求 最大举升质量 4000 公斤；最大举升高度 1700 毫米；可用于四轮定位的四柱式举升机；符合汽车举升机行业安全标准。 2.2 设计特点 2.2.1 举升机台板降到下位时 ,与地面应尽可能在同一平面上 为达到此目的 ,虽然 可在地面上挖掘 坑洞 ,但 还 增加投资费用 ,也破坏了车间地面的水平 性。为此 ,在保证强度和刚度的 基础 下 ,应尽可能降低举升机台板和横梁的高度 ；这样既便于汽车驶上举升机 ,又使驶上台板的斜面长度尽可能短 ,节约车间的占地。在条件许可时举升机台板 (或横梁 )应选择专用型钢或用钢板折弯成形。 2.2.2 正确选择传动方式 采用机械传动 (螺母、螺丝 )或液压传动 (油缸 ),都采 用电动机驱动。机械传动的成本较高 ,耗能较多，但安全性较好。现实 证明 :机械传动的耗能为液压传动所需耗能的两倍 (在举升载荷、举升时间均相同的条件下 )。机械示举升机的 螺母、螺栓磨损较快 ,而液压示举升机的维修量却相对要小些。虽然液压示举升机的技术难度较大 ,但多数 的 零部件 (液压泵、液压缸、阀门、密封元件等 )均可从外面购买 ,当然一定要选用优质 的 产品。 2.2.3 汽车举升机的安全保证措施 如今全世界都对在危险作业环境下工作的人员的安全投以 极大的关注。汽车举升机具有潜在的危险 ,因为人们要在其下面工作，当其升降时如不小心 ,也会碰伤手足。近年来不少国家还制定了专门性法规 ,以防止或至少使安全事故的可能性降低到最低限度。 汽车举升机的安全保证措施主要应从两方面着手 :一方面应从设计制造方 面采取措施 ,好提高汽车举升机的安全技术特性 ；另一方面则应在使用维修过程中遵循严格的操作程序 ,保证汽车举升机能在 好的技术状态下正确的运行。 3 方案论证 3.1 纯机械结构 由齿轮 齿条结构做主动力结构，由电动机带动齿轮转动，齿轮与固结在升降板上的齿条啮合，带动齿条上下运动 从而达到举升的目的。 简单示意图如图 3.1，具体过程如图 3.2 所示。 图 3.1 结构示意图 图 3.2 系统 框图 此结构的优点是结构简单，易操作，传动精度高，响应快等 ， 但也存在着十分巨大的问题：第一，由 于是四柱举升，按照上面结构，势必要在每个柱上都设计此结构，并需配置 4 个电动机，不仅增加额外重量，而且经济性也不好，同时对同步举升存在缺陷。第二，由于是齿轮 齿条啮合的举升，所以汽车的重量都由轮齿间的啮合力平衡，对齿轮齿条的刚度要求很高，而且长期负载，容易产生疲劳失效。 3.2 液压结构 由液压结构带动刚索 来回 运动，刚索的另 一端经过滑轮连接 在 立柱上，液压缸安装 在平板上，由于刚索的伸缩，产生反作用力，举升汽车。 具体过程如图 3.3 所示。 电动机 齿条 升降板 限位开关 齿轮 汽车 图 3.3 系统框图 优点： 1) 液压传动可以输出大的推力或大 转矩，可实现低速大吨位运动 2) 液压传动能很方便地实现无级调速，调速范围大，且可在系统运行过程中调速。 3) 在相同功率条件下，液压传动装置体积小、重量轻、结构紧凑。液压元件之间可采用管道连接、或采用集成式连接，其布局、安装有很大的灵活性，可以构成用其它传动方式难以组成的复杂系统。 4) 液压传动能使执行元件的运动十分 稳定，可使运动部件换向时无换向冲击。而且由于其反应速度 快，故可实现频繁换向。 5) 操作简单，调整控制方便，易于实现自动化。特别是和机、电联合使用时，能方便地实现复杂的自动工作循环。 6) 液压系统便于实现过载保护，使用安全、可靠。由于各液压元件中的运动件均在油液中工作，能自行润滑，故元件的使用寿命长。 7) 液压元件易于实现系列化、标准化和通用化，便于设计、制造、维修和推广使用。 主要 缺点 ： （ 1） 由于 液 体流动的阻力损失和泄漏 比 较大 ,所以效率 比 较低。如果处理不 适 当 ,泄漏不仅 会 污染场地 ,而且还可能引起火灾和爆炸事故。 （ 2） 工作性能易受温度变化的影响 ,因此不 宜在很高或很低的温度条件下工作 通过综合考虑和对比，利用液压结构在汽车举升机构中具有明显优势。 液压结构 升降 板 刚 索 下