汽车剪式举升机电气系统的分析与设计.docx
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汽车剪式举升机电气系统的分析与设计.docx
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汽车剪式举升机电气系统的分析与设计
湖南工程学院应用技术学院
毕业设计说明书
题目:
汽车举升机电气系统的设计与分析
专业班级:
电气工程及其自动化1184
学生姓名:
胡敏学号:
201113010420
完成日期:
指导教师:
许志伟
(姓名)(专业技术职务)
评阅教师:
(姓名)(专业技术职务)
2015年5月
湖南工程学院应用技术学院
毕业设计论文
题目:
汽车举升机电气系统的设计与分析
专业班级:
电气工程及其自动化1184
学生姓名:
胡敏学号:
2011130420
完成日期:
指导教师:
许志伟
(姓名)(专业技术职务)
评阅教师:
(姓名)(专业技术职务)
2015年5月
湖南工程学院应用技术学院毕业设计(论文)
诚信承诺书
本人慎重承诺和声明:
所撰写的《汽车举升机电气系统的设计与分析》是在指导老师的指导下自主完成,文中所有引文或引用数据、图表均已注解说明来源,本人愿意为由此引起的后果承担责任。
设计(论文)的研究成果归属学校所有。
学生(签名)胡敏
2015年5月20日
摘要
当前在汽车维修中所使用的液压同步升降平台在汽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,对于在我国汽车的维修与保养中起着不可替代的作用,应用前景广泛。
4S店汽车维修专用升降机是双铰接剪叉式升降机,它是在原由的剪叉式升降机的基础上,运用现在的灵活性、安全性、经济性等指标;结构以能够满足灵活性要求较高的汽车维修需要为前提而设计的。
通过对双铰接剪叉式升降机机构位置参数和动力参数的分析,结合具体实例,对机构中两种液压缸布置方式分析比较,并根据要求对液压传动系统各部分进行设计计算最终确定液压执行元件-液压缸,通过对叉杆的各项受力分析确定台板与叉杆的载荷要求,最终完成剪叉式液压升降机的设计要求。
关键字:
升降台;剪叉式;结构设计;液压
Abstract
Hydraulicsynchronizingliftingplatformcurrentlyusedinautomobilerepairplays
animportantroleinautomobilerepair,byimprovingtheinnovationofvarioushydraulicvalves,synchronousliftingplatformhydrauliccylinder,hydraulicstation,hydraulicsynchronizingliftingplatformwiththesmoothrunning,lownoise,fastresponsespeed,synchronousprecision,itplaysanirreplaceableroleintherepairandmaintenanceofcarsinChina,extensiveapplicationprospect.Double-hingedscissorsliftsinthedesignofthepreviouslyscissorsliftsonthebasisofthepresentapplicationflexibility,security,economicandotherindicators,structuralflexibilitytomeethigherrequirementsofvehiclemaintenancetheneedforpremise,andtheresponsebydifferentmodelstomeetvehiclemaintenance,andotherperformancerequirements.Throughthedouble-hingedscissorsliftsPositionparameterandthedynamicparametersoftechnology,combinedwithspecificexamples,theagencyimprovedinthehydrauliccylinderlayoutanalysisandcomparison,andinaccordancewiththerequirementsofpartofahydraulicsystemdesignandcalculationoffinalPressureimplementationcomponents-hydrauliccylinder,throughanalysisofthefork-definedplateandfork-loadrequirements,thefinalcompletionofscissorshydraulicliftsthedesignrequirements
.KeyWords:
liftingplatform;scissorsforks;configurationdesign;hydraulicpressure
目录
第一章绪论.....................................................1
1.1研究背景.....................................................1
1.2国内外研究现状...............................................1
1.3设计主要内容及方法...........................................2
1.4设计的目的和意义.............................................2
第二章总体结构设计..............................................3
2.1举升机结构确定...............................................3
2.1.1举升机整体结构形式及基本组成...............................5
2.1.2举升机各零部件之间的连接关系...............................6
2.2确定剪刀式举升机的各结构尺寸................................4
2.2.1建立轿车模型..............................................3
2.2.2子母剪式举升机主要结构尺寸确定............................8
2.3举升机在地面上安装尺寸........................................4
2.4电机的选择...................................................5
2.5剪刀式举升机各部件重量........................................6
2.6本章总结...................................................3
第三章液压系统和电气系统的选择.................................14
3.1液压系统.....................................................
3.1.1液压系统组成..............................................
3.2液压系统的选择..............................................22
3.2.1汽车举升机液压系统设计要求..............................
3.2.2液压系统的设计..........................................
3.3液压缸的计算与选型..........................................26
3.3.1液压缸的安装位置........................................
3.3.2举升机液压缸推力及行程的确定............................
3.4液压泵的计算与选型..........................................
3.4.1液压泵工作压力的计算....................................
3.4.2液压泵功率的计算.......................................
3.4.3油泵流量的计算.........................................
3.4.4油泵的选型.............................................
3.5电气系统设计..................................................
3.5.1电气系统组成............................................
3.5.2电气系统控制设计.......................................
3.5.3电动机类型的选择.......................................
3.5.4功率..................................................
3.5.5电动机的选择与验算.....................................
3.6本章小结......................................................
第四章结论.............................................。
......30
4.1结论........................................................30
参考文献........................................................31
致谢...........................................................32
附录...........................................................33
第一章绪论
1.1研究背景
近年来,我国汽车业蓬勃发展,尤其是轿车行业,多年来轿车进入普通家庭的梦想已经成为现实,汽车维修行业也随之得到大力发展,汽车举升机是现代汽车维修作业中必不可少的设备,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。
它的主要作用就是为发动机、底盘、变速器等养护和维修提供方便。
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。
举升机一般有柱式、剪式的,其驱动方式有链条传动,液压传动,气压传动等。
目前,使用的汽车剪刀式举升机可能发生汽车坠落的原因较多,有安装基础不牢、自锁装置失效、举升臂变形、两侧举升臂上升速度不等、液压油路爆裂、汽车拖垫打滑等,经过对失效的剪刀式举升机进行检测分析发现,这些事故的主要原因往往是设计上存在着缺陷,如果做工不好或者设计不好就容易导致台面不平、导致单边升降等危险发生,因此,进一步提高剪刀式举升机产品的性能与可靠性,是国内举升机任重道远且亟需改进的地方。
1.2国内外研究现状
1.2.1举升机的发展历史
汽车升降机在世界上已经有了70年历史。
1925年在美国生产的第一台汽车升降机,它是一种由气动控制的单柱升降机,由于当时采用的气压较低,因而缸体较大;同时采用皮革进行密封,因而压缩空气驱动时的弹跳严重且又不稳定。
直到10年以后,即1935年这种单柱升降机才在美国以外的其它地方开始采用。
1966年,一家德国公司生产出第一台双柱升降机,这是升降机设计上的又一突破性进展,但是直到1977这种升降机才在德国以外的其它国家出现。
现在双柱升降机在市场上以占据牢固的地位,其销量还在持续增长。
它和四柱升降机相比,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升降机均采用固定安装方式。
在举升前汽车必须驶上升降机。
在移动式升降机方面也有几项成功设计,如剪式升降机、菱架式升降机等。
但这类升降机仍存在两个主要问题,接近汽车下部较难;在车间移动升降机时难逾越地面上的障碍物。
当然,可移动性是这类升降机的突出优点。
现在固定安装的单柱、双柱、四柱升降机已在维修现场广泛采用,而移动式升降机却相对要少得多。
最初设计单柱升降机外,车辆较大,其底盘也能明显辨认,因而汽车检修区远远大于举升器件。
而今绝大多数汽车均为“紧凑型”或“半紧凑型”,导致汽车检修区域接近主要升降机器件而不便操作。
但在南美洲却属例外,那里仍然采用较大的车辆,这可能是单柱升降机在该地区的市场上仍然受到欢迎的重要原因。
单柱升降机有两大优点:
当其下降后,不致成维修车间的障碍物;汽车可在升降机上转动。
但美国却受到了责难,主要是升降机的旋转会带来撞击操作人员的危险。
单柱升降机的主要缺点是:
第一,它需要在车间的地面挖掘一个相当大的坑穴后才能安装;其次,它只能为使用提供车轮支撑方式;第三,使用时难于接近汽车下部的一些重要检修区域。
举升用的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颇为困难;其次是由于油缸所处的环境条件差,容易生锈,特别是地下水位较高时更是如此。
双柱升降机(包括液压式或机械式),均具有以下优点:
第一,检修汽车下部具有很高的可接近性(几乎达到100%);其次,采用车轮自由型的方式支撑汽车,因而拆卸车轮时不需要其它辅助性的举升措施;第三,结构紧凑,占地面小。
双柱升降机的缺点是:
第一为确保安全,安置升降机时要求非常严格,否则在举升过程中容易摇晃或颠覆;第二,由于升降机常采用车轮自由型的方式支撑汽车,如需采取车轮支撑型的方式维修汽车则甚感不便,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,其承力件易于磨损,因而双柱升降机的安全工作寿命一般要比四柱升降机低。
四柱升降机有四根立柱、两根横梁、用于支撑汽车的两个台板。
举升前,汽车很容易正确无误地驶上四柱升降机的台板。
由于台板内侧设备有凸缘,当汽车驶上台板时也不致坠入其间的空隙中。
车轮支撑型四柱升降机的优点是:
第一,升降机装载汽车时勿需较高的技术,操作也很简便;第二,承载时非常稳定;第三,支撑载荷受力简单,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,其混凝土厚度能够固牢立柱的地脚螺栓即可。
四柱升降机的缺点是:
和双柱升降机相比,战地面积教大,对汽车检修区域可接近性较差。
解放后,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不断发展壮大。
各种升降机设备如雨后春笋,不断涌现,质量不断提高,销量逐年增加。
有人说,对于汽车维修企业来说,汽车升降机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,甚至直接影响到汽车维修业务的兴衰。
汽车升降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升降机,为汽车维修企业服务。
1.2.2国内外研究状况
国内举升机结构上大同小异,在安全保护上也比较雷同。
主要零部件有立柱,升降臂,液压动力单元,油缸,保险。
在安全保护作用上不能做到任何时候都能起到作用。
在智能化,人性化上涉及的比较少。
但不过也处于成熟阶段了,相对来说已经比较成熟稳定了。
在设计中采用了液压控制系统,更稳定,更安全了。
国外举升机在结构,选材上比国内有优势外,在安全性上有比较明显的优势。
国外举升机在钢丝绳断裂,油管爆裂,下降过程以外情况等可能情况的安全研究和应用都有涉及。
随着汽车技术开发的日新月异,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,其标注也将不断统一化。
1.3设计主要内容及方法
1.3.1研究内容
本设计在考虑典型的汽车举升机的结构形式和实际工况条件基础上,依据有限元、虚拟装配技术及结构优化设计等理论,建立举升机Pro/E三维实体模型,并进行虚拟装配,将关键零部件模型导入ANSYS软件进行有限元分析,获得举升机在载荷工况作用下的应力、应变及变形状况,进一步提高举升机的稳定性及安全性。
设计中我们研究的主要内容如下:
(1)剪刀式举升机工作原理与结构形式的研究与分析;
(2)剪刀式举升机二维结构设计;
1.3.2研究方法
资料收集及总体方案制定→举升机工作原理与结构形式分析→举升机二维结构设计(对各个机构零件进行强度分析)→整机虚拟装配→撰写设计说明书
第二章总体结构设计
2.1举升机结构确定
2.1.1举升机整体结构形式及基本组成
此次课题设计的内容为剪刀式举升机,剪刀式举升机的发展较迅速,种类也很齐全。
按照剪刀的大小分为大剪式举升机(又叫子母式),还有小剪(单剪)举升机;按照驱动形式又可分为机械式、液压式、气液驱动式;按照安装形式又可以分为藏地安装,地面安装。
因为此次设计所要举升的重量为2t以下的轿车,所以采用小剪式液压驱动举升机就完全可以。
为了适合大小维修厂,对地基没有过多要求,地面安装即可。
整体结构形式如图2.1所示。
图2.1剪刀式举升机整体结构形式
剪刀式液压平板举升机由机架、液压系统、电气三部分组成。
设置限位装置、升程自锁保护装置等以保证举升机安全使用,保障维修工人的生命安全。
剪刀式举升机有两组完全相同的举升机构,分别放于左右两侧车轮之间,因两侧结构完全相同,可以左右互换。
举升机由电气系统控制,由液压系统输出液压油作为动力驱动活塞杆伸缩,带动两侧举升臂同时上升、下降、锁止。
举升机一侧上下端为固定铰支座,举升臂由销连接固定在铰支座上[2]。
另一侧上下端为滑轮滑动,举升臂通过轴与滑轮连接。
举升机在工作过程中,以固定铰支座一侧为支点,滑轮向内或向外滑动,使举升机上升下降,当达到适当的举升位置时,利用液压缸上的机械锁锁止。
剪刀式举升机使用方便,结构简单,占地面积小,适用于大多数轿车、汽车的检测、维修及保养,安全可靠[3]。
2.1.2举升机各零部件之间的连接关系
举升机的工作是靠液压缸活塞杆的运动实现举升下降的。
液压缸固定在下外侧举升臂上通过轴连接,活塞杆作用在上端轴上,轴直接连接两举升臂。
如图2.1所示,活塞杆向外伸出时,带动举升臂向上运动。
各举升臂必须相互联系,采用螺栓连接,图中左侧用轴连接,因各铰接处均有摩擦,所以采用润滑脂润滑。
举升臂向上运动时,通过轴带动滑轮滑动,举升臂、轴与滑轮之间需使用键进行周向固定,力才能相互传递,滑轮轴上还放有套筒,并采用锁止螺钉进行轴向固定,轴两端用弹性挡圈固定,防止臂和滑轮外移;连接螺栓处用止动垫圈固定锁止;固定铰支座处用销链接,销通过锁止螺钉锁止;底座通过地脚螺栓固定于地面上;这样举升机才能正常工作。
2.2确定剪刀式举升机的各结构尺寸
2.2.1建立轿车模型
为使举升机使用范围广,本设计首先建立了一个轿车模型[1]。
根据表2.1所列车身参数信息。
表2.1参数信息
车身信息车型
长丰帕杰罗3.0GLS手动
上海大众劲取
车身长/宽/高(mm)
4830/1895/1885
4200/1650/1465
前轮距
1575
1460
后轮距
1560
1460
轴距
2775
2460
前轮规格
215/60R16
195/55R15
后轮规格
215/60R16
195/55R15
根据丰田和大众轿车的车身信息确定一个使用较广的车模:
它的车身参数是:
车身长4.7m,宽1.75m,高1.5m,轴距2.1m,前后轮距平均为1.5m,车自重1.5t,该轿车模型集丰田轿车外型,奥迪外型,大众车系于一体,具有较广的代表性。
2.2.2剪刀式举升机主要结构尺寸确定
1、剪刀式举升机已知的主要技术参数如表2.2所示
表2.2主要技术参数
技术数据
数值
单位
举升重量
2
T
举升高度
350~1500
mm
提升时间
180
S
要求举升机的提升速度是经3min时间内举升机能升高到1.5m,但考虑到实际修理时3min太长不利于维修,设上升时间为1min。
实际升高1.15m,并且举升机在各高度工作时,都能自锁。
2、举升机压缩到最低位置时各部分尺寸
1)支撑平台尺寸
因剪刀式举升机放于两轮胎之间的下部,所以举升机在使用过程中要保证举升机不能与轮胎发生干涉[2]。
根据轿车轴距为2.6m,轿车轮胎直径一般不超过700mm,为避免干涉,举升机平台两端与轮胎边缘要有一定距离,取平台边距轮胎边缘之间距离为150mm,则平台外型长
。
平台宽一般为500mm~600mm左右,我们取平台宽为Bp=550mm。
举升时,重量作用在整个平台上,力并不集中,所以平台不宜过厚,增加举升机重量,取外型高为70mm,实厚为15mm,只在四周加工凸台边缘,平台尺寸如图2.2所示。
图2.2平台尺寸
2)举升臂尺寸
因平台长La=1600mm,固定铰支座和滑动滚轮分别放于平台下,降低到最低点时举升臂不能超出平台边缘,与汽车相干涉,所以固定铰支座和滑动滚轮要与平台有一定的距离,取支座距平台边缘的距离为150mm。
则固定铰支座与滑动滚轮之间距离
。
举升机压缩到最低位置时,举升机高为350mm,(底座到平台面的距离)。
如图2.3所示底座厚为15mm,滚轮直径D=50mm,滚轮处轴径Dz=24mm,为了避免滚轮直接磨损底座,设计时,加工滚轮滑道,滑道厚为10mm,滑道宽35mm,滑道长为750mm。
上下两滚轮之间的距离为
根据勾股定理求举升臂长L,
求得L=1306mm,设举升臂宽110mm,厚为20mm。
图2.3举升机压缩到最低点时的状态
3)举升机升高到1.5m时尺寸变化
举升机向上举升时,滑轮向内侧滚动,液压系统向上伸缩,固定铰支座和滑动铰支座之间距离缩短,平台与底座之间距离越来越大。
举升机升高到1.5m时,举升机上下两滑轮之间的距离为Hg=1500-15*2-35*2
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