液压升降台的设计

第一章前言升降台是现代冶金企业作业中必不可少的设备，它的主要作用就是为企业产品提供方便。

升降台从上世纪20年代开始使用，发展至今经历了许多的变化改进，种类也比较多，一般有柱式、剪式，其驱动方式有链条传动，液压传动，气压传动等。

1.1什么是升降台升降台是一种垂直运送人或物的起重机械。

也指在工厂、自动仓库等物流系统中进行垂直输送的设备，升降台上往往还装有各种平面输送设备，作为不同高度输送线的连接装置。

一般采用液压驱动，故称液压升降台。

液压升降台由动力和主机两部分组成。

动力部分主要由液压站及液压缸组成，主机由内外铰架板、工作台面和底座等部分组成。

1.2升降台工作原理液压油由叶片泵形成一定的压力，经滤油器、隔爆型电磁换向阀、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，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。

电器控制系统通过防爆按钮SB1—SB6来控制电机的转动，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影响使用寿命。

1.3升降台液压系统的优点：液压的优点与机械传动、电气传动相比，液压传动具有以下优点：1、液压传动的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置。

2、重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。

3、操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1）。

4、可自动实现过载保护。

5、一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；6、很容易实现直线运动7、很容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。

解放后，特别是改革开放以来，我国的升降台行业有了很大的发展，各种举升机设备如雨后春笋，不断涌现，质量不断提高，销量逐年增加。

有人说，对于升降台企业来说，升降台可能是除厂房而外的最重要的投资，因为它具有至关重要和不可替代的作用，甚至直接影响到企业的兴衰。

升降台是设备行业的支柱设备之一，让我们生产出更多、更好、更受用户欢迎的产平，为企业服务。

第2章剪叉式升降台的应用及其受力分析的讨论2.1剪叉式升降平台的三种结构形式本讨论的目的通过分析气液动类的剪叉式升降平台机构特点，论述了设计时应注意的问题及其应用范围。

气液动剪叉式升降平台具有制造容易、价格低廉、坚实耐用、便于维修保养等特点。

在民航、交通运输、冶金、汽车制造等行业逐渐得到广泛应用。

本设计中主要侧重于冶金用液压式的升降平台。

在设计气液动剪叉式升降平台的过程中，一般我们会考虑如下三种设计方案，如简图2-1所示：图2-1 结构简图图中表示气液动剪叉式升降平台的三种结构形式。

长度相等的两根支撑杆AB和MN铰接于二杆的中点E，两杆的M、A端分别铰接于平板和机架上，两杆的B、N端分别与两滚轮铰接，并可在上平板和机架上的导向槽内滚动。

图中的三种结构形式的不同之处在于驱动件液压缸的安装位置不同。

图a 中的驱动液压缸的下不固定在机架上，上部的活塞杆以球头与上平板球窝接触。

液压缸通过活塞杆使上平板铅直升降。

图b 中的卧式液压缸活塞杆与支撑杆MN 铰接于N 处。

液压缸驱动活塞杆控制平台铅直升降。

图c 中的液压缸缸体尾部与机架铰接于G 处，活塞杆头部与支撑杆AB 铰接于F 处。

液压缸驱动活塞杆可控制平台铅直升降。

按照液压缸的安装形式，称图a 的形式为直立固定剪叉式结构，图b 的形式为水平固定剪叉式，图c 的形式为双铰接剪叉式结构。

直立固定剪叉式结构，液压缸的行程等于平台的升降行程，整体结构尺寸庞大，且球铰链加工负载，在实际种应用较少。

水平固定剪叉式机构，通过分析计算可知，平台的升降行程大于液压缸的行程，在应用过程中可以实现快速控制升降的目的，但不足之处是活塞杆受到横向力的作用，影响密封件的使用寿命。

而且活塞杆所承受的载荷力要比实际平台上的载荷力要大的多。

所以实际也很少采用。

双铰接剪叉式结构避免了上述缺点。

结构比较合理，平台的升降行程可以达到液压缸行程的二倍以上。

因此，在工程实际中逐渐得到广泛的应用。

本设计就重点对双铰接剪叉式结构形式加以分析、论述。

2.2 双铰接剪叉式升降平台机构的位置参数计算由图2-2可知图2-2位置参数示意图21/2sin (1cos ),CL CL H l lββ-== （1）222()cos ;2T C l TCβ+-= （2） 上式中：H ——任意位置时升降平台的高度；C ——任意位置时铰接点F 到液压铰接点G 的距离；L ——支撑杆的长度；l ——支撑杆固定铰支点A 到铰接点F 的距离；T ——机架长度（A 到G 点的距离）；β——活塞杆与水平线的夹角。

以下相同。

将（2）式代入（1）式，并整理得22221/2[()]2H L T C l l C l TC+-=-。

（3） 设00/,/,C C H H λθ==代入（3）式得2221/20000()[()2]2H T C l L l C l T C θλλλ+-=-。

（4） 在（4）式中，0H ——升降平台的初始高度；0C ——液压缸初始长度。

双铰接剪叉式升降平台机构的运动参数计算：图2-3 运动参数示意图图中，F V 是F 点的绝对速度；B V 是B 点绝对速度；1ω是AB 支撑杆的速度；1V 是液压缸活塞平均相对速度；2V 是升降平台升降速度。

由图3可知：1111112,sin()sin(),,sin()cos cos ,sin()F F B B V l V V l V L V L l V L V V l ωαβωαβωαβαααβ==+=+==+==+21cos sin()V L V l ααβ=+。

（5） 在（5）式中，1V ——液压缸活塞平均相对运动速度；2V ——升降平台升降速度；α——支撑杆与水平线的夹角。

以下相同。

2.3 双铰接剪叉式升降平台机构的动力参数计算图2-4动力参数示意图图中，P 是由液压缸作用于活塞杆上的推力，Q 是升降平台所承受的重力载荷。

通过分析机构受力情况并进行计算（过程省略）得出：升降平台上升时cos cos sin cos tan [tan ()()]sin()222cos sin cos Q L f L b fb b P b fb l f αααααααβααα-+=++++-+-； （6）升降平台下降时cos cos sin cos tan [tan ()()]sin()222cos sin cos Q L f L b fb b P b fb l f αααααααβααα-+=++++-+-（6）、（7）式中，P ——液压缸作用于活塞杆的推力；Q ——升降平台所承受的重力载荷；f ——滚动摩擦系数；b ——载荷Q 的作用线到上平板左铰支点M 的水平距离。

由于滚动轮与导向槽之间为滚动摩擦，摩擦系数很小（f=0.01）,为简化计算，或忽略不计，由（6）、（7）式简化为：cos sin()P L Q l ααβ=+。

（8） 2.4 剪叉式升降平台机构设计时应注意的问题由式（5）和（8）可知：当α、β增大时，21/V V 值随之减小；当α、β减小时，P/Q 值随之增大。

在确定整体结构值随之减小；当α、β减小时，P/Q 值随之增大，在液压缸行程不变的情况下，升降平台升降行程会减小；反之，则会使液压缸行程受力增大。

因此设计时应综合考虑升降行程与液压缸受力两个因素。

在满足升降行程及整体结构尺寸的前提下，选取较高的α、β初始值。

而且在整个机构中AB 支撑杆是主要受力杆件，承受有最大的弯矩，所以应重点对其进行强度校核。

液压缸可采用单作用缸也可以采用双作用缸，不过要看具体情况。

一般我们都采用单作用柱塞缸，因为采用这样的缸比较经济，而且总体泄漏量少，密封件寿命长。

采用单作用柱塞缸时考虑到在空载荷时，上平板的自重应能克服液压缸活塞与缸体间的密封阻力。

否则，会导致升降平台降不下来。

2.5双铰接剪叉式升降平台机构中两种液压缸布置方式的分析比较刚刚我们已经简单的分析并讨论了双铰接剪叉式液压升降平台机构与其他两种机构的区别以及在实际应用中所存在的利和弊，但是在考虑各方面条件如单作用柱塞式液压缸、双铰连接、双支撑杆、相同的升降平台等都不改变的基础之上，能否将设计进行进一步的优化呢？为证明这一点，我们可以从该机构的布置方式考虑，将结构略改动一下。

从直观的角度分析考虑，如下图：杆1杆2图2-6液压缸工作示意图我们可以从图上看出，液压缸的尾部是连接在右侧支撑杆活动的区域的，液压缸的头部是连接在杆1的右端（偏向杆1的活动铰连接）。

因此，我们针对实际升降台剪叉机构中液压缸常用的布置方式存在的问题，提出了另一种相对布置方式，将液压缸布置在与之相对称的左侧，即与剪叉机构的固定支点在同一侧，来进一步分析讨论。

利用瞬时速度中心法和虚位移原理，推导出这两种布置方式液压缸活塞运动速度与台面升降速度的关系式及活塞推力与台面荷重的关系式，并对两种布置方式进行了分析比较，指出了它们各自的优缺点以及适用场合。

2.5.1问题的提出：液压缸驱动的剪叉机构再各种升降台中广泛应用，因安装的空间不同，其折合后的高度也必然就不同，所以液压缸在剪叉机构内的布置要受到折合后高度的约束。

根据文献《甘肃大学学报》的有关液压缸驱动剪叉机构的运动学及动力学分析一章，得知在这种布置方式的情况下，如图：图2-7 液压缸布置在左侧液压缸活塞运动速度与台面升降速度的关系式为y v = （1） 活塞推力与台面荷重的关系式为2cos sin()sin()l P W a l αθαθα=++- （2） 式中，111sin ,tan [tan ],sin (sin 2)2h l a a l l a dαθαγα---+===-。

以上两式的推导基于工程中常用的液压缸布置方式，即液压缸下支点与剪叉机构的固定支点在同一侧，如上图。

这种布置方式的优点是液压缸的有效行程比较短，这在台面升程范围比较大的场合较为适用。

存在的问题是在剪叉机构折合后的高度h 较小的情况下（即α角较小），所需液压缸的推力将大大增加。

在液压缸最高工作压力限定的情况下，这将使得所用的液压缸的直径增大，以致在折合后的剪叉机构中难以布置；或采用两个直径较小的液压缸取代一个大直径的液压缸，不过这将增加一对液压缸的支座，同时带来机械加工、液压缸安装以及液压系统的复杂性，加大了整个装置的成本。