買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 1 - 山茶采摘平臺升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 ： 山茶采摘平臺機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的是提高采摘的工作效率，降低人工作業(yè)的工作強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對果實(shí)成熟時(shí)采摘的機(jī)械化，智能化。本系統(tǒng)利用先進(jìn)的機(jī)械化來替代繁重且低效益的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，通過科學(xué)的方法使農(nóng)民的采摘作業(yè)更有效率，從而達(dá)到節(jié)省勞動力促進(jìn)生產(chǎn)的目的。 關(guān)鍵詞 ： 采摘平臺；剪叉式液壓升降平臺；液壓缸；山茶 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 2 - of of of is to to to of to of of to to 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 3 - 1 前言 研究目的及意義 中國是農(nóng)業(yè)大國，作為國民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的農(nóng)業(yè)，其發(fā)展水平和勞動生產(chǎn)效率的高低 , 決定了它為其他 部門提供剩余產(chǎn)品和勞動力的數(shù)量 , 從而制約了這些部門的發(fā)展規(guī)模和速度。 一直以來，采摘作業(yè)的效率提高問題已成為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需突破的瓶頸問題之一，目前在國內(nèi)，果實(shí)采摘的成本普遍比較高，效率也低， 人工采摘制約了各地生產(chǎn)效率的提高。在各地的采摘作業(yè)基本上還是手工完成 ,隨著人口的老齡化和農(nóng)業(yè)勞動力的減少，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本也將提高。因此推廣發(fā)展機(jī)械化收獲采摘技術(shù)和研究顯得尤為重要 。 尤其在大力推進(jìn)科學(xué)發(fā)展觀并實(shí)行新農(nóng)村建設(shè)的今天。因此用先進(jìn)的機(jī)械化來替代繁重且低效益的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式就成為了當(dāng)今新農(nóng)村建設(shè)的重要內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化 1。 中國農(nóng)戶種植規(guī)模小，家家戶戶購買農(nóng)業(yè)機(jī)械不經(jīng)濟(jì)，也沒有必要，因此發(fā)展農(nóng)機(jī)社會化服務(wù)顯得尤為重要。 山茶采摘平臺升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的是提高采摘的工作效率，降低人工作業(yè)的 工作強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對果實(shí)成熟時(shí)采摘的機(jī)械化，智能化。山茶采摘液壓升降平臺利用先進(jìn)的機(jī)械化來替代繁重且低效益的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，通過科學(xué)的方法使農(nóng)民的采摘作業(yè)更有效率，從而達(dá)到節(jié)省勞動力促進(jìn)生產(chǎn)的目的。 我們生產(chǎn)力的不斷加大，生活的不斷改善，對升降機(jī)的需求也就在不斷的增多，生活中的每個(gè)角落升降機(jī)的應(yīng)用都會給我們帶來客觀的利益。 液壓升降機(jī)不論是在工業(yè)生產(chǎn)還是我們的日常生活中都有著重要的作用。給我們帶來的利益是非常的多。升降機(jī)的功能特色是非常多的，在我們生活中我們在很多的商務(wù)大廈都會用到電梯，升降機(jī)就如電梯的性能大同小 異，我們在使用升降機(jī)的時(shí)候也可以針對自己的需求對升降機(jī)進(jìn)行設(shè)置。 液壓升降機(jī)在我們生產(chǎn)中的應(yīng)用已經(jīng)非常的普遍了，而且在我們生產(chǎn)中有著重要的作用，尤其是貨物高空操作?，F(xiàn)在經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展，順應(yīng)社會的需求，生產(chǎn)力不斷的加大，而且現(xiàn)在高空操作也是比較多的，所以升降機(jī)在我們進(jìn)行高空操作的時(shí)候就給我們帶來了重要的作用 2。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 現(xiàn)今國內(nèi)外工業(yè)機(jī)械上的升降機(jī)構(gòu)四處可見，但是在農(nóng)業(yè)中很少得到合理利用。由于山茶采摘升降機(jī)構(gòu)的特殊性及其使用對象的單一性，目前國內(nèi)還沒有得到有效的發(fā)展。在國外， 不 少大型農(nóng)機(jī)企業(yè)看準(zhǔn)中國巨大的農(nóng)機(jī)市場，與中國有關(guān)部門和企業(yè)合作，在中國開拓事業(yè)，許多農(nóng)業(yè)機(jī)械化上，取得了雙贏的佳績。比如番茄采摘機(jī)、紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 4 - 葡萄采摘機(jī)等。國內(nèi)一些大型企業(yè)，不斷學(xué)習(xí)了國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，加大技術(shù)改造和升級換代力度，推進(jìn)了國產(chǎn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化產(chǎn)品質(zhì)量的提高。為鼓勵大型農(nóng)業(yè)機(jī)械的進(jìn)口，國家還制定了優(yōu)惠進(jìn)口稅收政策。在中國舉辦類似于今天的展覽會，也是農(nóng)機(jī)界加強(qiáng)國際交流與合作的重要形式，我們積極支持這類活動在中國開展。 國內(nèi)的機(jī)械化采茶的效率依舊很低，中小型茶農(nóng)也很難購買國外的該類機(jī)器，即使有能力購買采摘機(jī)，高 昂的使用維護(hù)成本會使茶農(nóng)的種植收益大打折扣。針對以上狀況，本文主要以山茶采摘平臺作為研究對象，目標(biāo)是提高采摘工作效率，降低茶農(nóng)成本，提高利潤 3。 以全國性跨區(qū)機(jī)收小麥為標(biāo)志，中國的農(nóng)機(jī)作業(yè)向市場化、社會化服務(wù)發(fā)展。從那以來，中國有關(guān)部門大力配合，利用從南到北小麥?zhǔn)斋@的時(shí)間差，組織開展了聯(lián)合收割機(jī)跨區(qū)機(jī)收小麥作業(yè) , 使 聯(lián)合收割機(jī)使用時(shí)間從平均每年 7 10 天增加到一個(gè)多月，提高了聯(lián)合收割機(jī)的利用率，即滿足了農(nóng)民的機(jī)械化收割要求，也提高了購機(jī)者效益，促進(jìn)了小麥機(jī)械化水平的提高和聯(lián)合收割機(jī)保有量的增加。 改革 開放三十年以來 ,我國城市建設(shè)發(fā)展突飛猛進(jìn)，有利的帶動了我國升降機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 ,升降機(jī)做為人們出行的垂直交通工具已經(jīng)隨處可見。 1978年，黨的十一屆三中全會作出了實(shí)行改革開放的重大決策。我們從獨(dú)立研發(fā)、生產(chǎn)、安裝升降機(jī)階段發(fā)展到引進(jìn)外資開辦升降機(jī)廠，大批合資升降機(jī)企業(yè)拔地而起。如： 1980 年 7 月 4 日創(chuàng)建的中國迅達(dá)升降機(jī)有限公司，這是我國改革開放以來機(jī)械行業(yè)第一家合資企業(yè)。該公司的建立在中國升降機(jī)行業(yè)相繼掀起了引進(jìn)外資的熱潮；引進(jìn)外資，合作辦廠不僅有利于我國本地升降機(jī)行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，對于推動我國城市發(fā)展建設(shè)也 有重大深遠(yuǎn)的影響。從自 1979年至今升降機(jī)的產(chǎn)量有了飛速的增長，不僅如此，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了明顯的變化。隨著大批升降機(jī)企業(yè)的創(chuàng)建，我國升降機(jī)行業(yè)在技術(shù)、管理也不斷規(guī)范。 近 20 年世界工程升降機(jī)行業(yè)發(fā)生了很大變化。 野輪胎升降機(jī) )和 地面升降機(jī) )產(chǎn)品的迅速發(fā)展，打破了原有產(chǎn)品與市場格局，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展及市場激烈競爭沖擊下，導(dǎo)致世界工程升降機(jī)市場進(jìn)一步趨向一體化。目前世界工程升降機(jī)年銷售額已達(dá) 75億美元左右。升降機(jī)制造業(yè)中的聯(lián)合之風(fēng)與汽車業(yè)很相似，在汽車行業(yè)中，通用汽車、福特、雷諾、寶馬、梅賽德斯、大 眾等大公司都走上了聯(lián)合之路，這兩個(gè)行業(yè)的世界市場已日趨一體化。多數(shù)廠商在爭奪上述市場的同時(shí)，還努力擴(kuò)大產(chǎn)品系列。格魯夫公司的汽車升降機(jī)和 品具有競爭優(yōu)勢，購買克虜伯公司后，在 品方面也頗具實(shí)力，該公司還準(zhǔn)備生產(chǎn)履帶式升降機(jī)。紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 5 - 行業(yè)居支配地位，但也希望在其他升降機(jī)產(chǎn)品領(lǐng)域取得相同影響力。 在國內(nèi)市場萎縮情況下，日立建機(jī)于 1999年 2月宣布，將再次考慮擴(kuò)大流動式升降機(jī)生產(chǎn)與銷售領(lǐng)域與多田野的合作。而多田野公司則希望能擁有一家美國制造基地，但目前時(shí)機(jī)尚未成熟。擁有多種類型產(chǎn)品可 使收入多樣化。特雷克斯公司既經(jīng)營采礦設(shè)備又經(jīng)營起重搬運(yùn)設(shè)備，起重搬運(yùn)設(shè)備包括 品、汽車升降機(jī)、履帶式升降機(jī)、塔機(jī)等。林克 貝爾特公司基于其生產(chǎn)挖掘機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，成為首先將液壓技術(shù)應(yīng)用于桁架臂式升降機(jī)的廠商之一。很多公司既生產(chǎn)挖掘機(jī)，也生產(chǎn)流動式升降機(jī)、集裝箱搬運(yùn)升降機(jī)和塔式升降機(jī)，且各企業(yè)均為單獨(dú)實(shí)體 4。 研究內(nèi)容 本設(shè)計(jì)對象為山茶樹，山茶樹的高度大約是 2 到 3米， 胸徑可達(dá) 2430 厘米， 樹冠最大半徑大約為 2 米，呈三角形 。常年在連綿疊嶂的群山之中天然孕育。油茶是我國南方特有的木本油料樹種， 世界四大木土食用油樹種，南方 15 個(gè)省區(qū)有自然分布，現(xiàn)有面積約 6000 萬畝，油茶分布在低緯度， 低海拔茶油土層深厚的低山丘陵地區(qū) 。 專家稱之為 “天賜中國 ” 、 “油中之王 ”。油茶樹 10 月開花后直到次年 10 月間果實(shí)方能成熟，因此，油茶樹會有罕見的花果同株現(xiàn)象。民間因此對山茶樹有 “抱子懷胎 ”的美譽(yù)。山茶果成熟周期長，從開花到果實(shí)成熟歷經(jīng)春、夏、秋、冬將近七季的云霧滋養(yǎng)，吸盡天然精華，確屬人間奇珍。開花早，花期長，花大、多、艷，古人把它和紅梅、迎春、水仙稱為 “雪中四友 ” 5。 山茶果實(shí)為蒴果，多為橢圓形、有細(xì)毛。種子 多為黃褐色，有光澤，三角狀。俗稱油茶籽，呈球形、桃形，可提煉重要的天然綠色有機(jī)保健食用油 是一種純天然綠色保健食品。全國年產(chǎn)量有 20萬噸左右，極其珍貴。 山茶采摘機(jī)械化成為農(nóng)業(yè)自動化發(fā)展的必然趨勢 6。 2 升降機(jī)構(gòu)的選擇及其設(shè)計(jì)計(jì)算 工藝參數(shù)及工況分析 本設(shè)計(jì)的相關(guān)工藝參數(shù)為： (1)升降行程： 2m (2)最大負(fù)載： 500山茶采摘升降平臺是采用剪叉式液壓升降機(jī)構(gòu)， 利用 液壓泵把液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能來 驅(qū)動 的剪叉式液壓升降平臺 。利用 遙控 車的 運(yùn)動 ，使升降機(jī)有更好的靈活性和機(jī) 動性 ， 使高空作業(yè)的效率更高。 剪叉式升降機(jī) 結(jié)構(gòu)緊湊，采用新型優(yōu)質(zhì)型錳鋼，強(qiáng)度高，重量輕，升降速度快，工作臺既可升高又可水平延伸。該高空作業(yè)平臺 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 6 - 高山茶采摘效率有顯著的效果，且易于操作，適應(yīng)性強(qiáng)。 山茶樹高度大約為 3m，地盤與人的上半身達(dá)到 機(jī)構(gòu)提供 2茶種植地處于小山坡，所以采用履帶式輪，可以適應(yīng)較困難的斜坡。 采摘平臺升降機(jī)構(gòu)方案確定 剪叉式液壓升降平臺具有制造容易、價(jià)格低廉、堅(jiān)實(shí)耐用、便于維修保養(yǎng)等特點(diǎn)。在民航、交通運(yùn)輸、冶金、汽車制造等行業(yè)逐漸得到 廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)中主要側(cè)重于小型家用液壓式的升降平臺。在設(shè)計(jì)氣液動剪叉式升降平臺的過程中，一般我們會考慮如下三種設(shè)計(jì)方案，如下圖所示： 圖 1 結(jié)構(gòu)簡圖 中表示氣液動剪叉式升降平臺的三種結(jié)構(gòu)形式。長度相等的兩根支撐桿 接于二桿的中點(diǎn) E，兩桿的 M、 A 端分別鉸接于平板和機(jī)架上，兩桿的 B、 N 端分別與兩滾輪鉸接，并可在上平板和機(jī)架上的導(dǎo)向槽內(nèi)滾動。圖中的三種結(jié)構(gòu)形式的不同之處在于驅(qū)動件液壓缸的安裝位置不同。 圖 a 中的驅(qū)動液壓缸的支點(diǎn)不固定在機(jī)架上，上 部的活塞桿以球頭與上平板球窩接觸。液壓缸通過活塞桿使上平板鉛直升降。 圖 b 中的臥式液壓缸活塞桿與支撐桿 接于 N 處。液壓缸驅(qū)動活塞桿控制平臺鉛直升降。 圖 c 中的液壓缸缸體尾部與機(jī)架鉸接于 G 處，活塞桿頭部與支撐桿 接于 壓缸驅(qū)動活塞桿可控制平臺鉛直升降。 按照液壓缸的安裝形式，稱圖 a 的形式為直立固定剪叉式結(jié)構(gòu)，圖 b 的形式為水平固定剪叉式，圖 c 的形式為雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)。 直立固定剪叉式結(jié)構(gòu)，液壓缸的行程等于平臺的升降行程，整體結(jié)構(gòu)尺寸龐大，且球鉸鏈加工復(fù)雜，在實(shí)際種應(yīng)用較少。 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 7 - 水平固定剪叉式機(jī)構(gòu)，通 過分析計(jì)算可知，平臺的升降行程大于液壓缸的行程，在應(yīng)用過程中可以實(shí)現(xiàn)快速控制升降的目的，但不足之處是活塞桿受到橫向力的作用，影響密封件的使用壽命。而且活塞桿所承受的載荷力要比實(shí)際平臺上的載荷力要大的多。所以實(shí)際也很少采用。 雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)避免了上述缺點(diǎn)。結(jié)構(gòu)比較合理，平臺的升降行程可以達(dá)到液壓缸行程的二倍以上。因此，在工程實(shí)際中逐漸得到廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)就重點(diǎn)對雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)形式加以分析、論述 7。 升降機(jī)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)的確定 通過幾種機(jī)架結(jié)構(gòu)形式的選擇，最后選擇具有強(qiáng)度和剛度高、制造周期短、重 量輕、成本較低以及具有搬運(yùn)方便等優(yōu)點(diǎn)的剪叉式升降結(jié)構(gòu)，由于主機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過選擇比較，采用 。 雙鉸接剪叉式升降平臺機(jī)構(gòu)的位置參數(shù)計(jì)算 由下圖可知 圖 2 位置參數(shù)示意圖 1 / 2s i n (1 c o s ) ,C L C （ 1） 2 2 2()c o s ;2T C （ 2） 上 式中： H 任意位置時(shí)升降平臺的高度； 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 8 - C 任意位置時(shí)鉸接點(diǎn) 的距離； L 支撐桿的長度； l 支撐桿固定鉸支點(diǎn) 的距離； T 機(jī)架長度（ A 到 活塞桿與水平線的夾角。 以下相同。 將（ 2）式代入（ 1）式，并整理得 2 2 2 2 1 / 2 1 ( ) 2H L T C lC l T C。 （ 3） 設(shè)00/ , / ,C C H H代入（ 3）式得 2 2 2 2 1 / 200() 1 ( ) 2H T C l T C 。 （ 4） 在（ 4）式中， 0H 升降平臺的初始高度； 0C 液壓缸初始長度。 雙鉸接剪叉式升降平臺機(jī)構(gòu)的運(yùn)動參數(shù)計(jì)算： 圖 3 運(yùn)動參數(shù)示意圖 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 9 - 圖中， 點(diǎn)的絕對速度； B 點(diǎn)絕對速度；是 撐桿的速度； 液壓缸活塞平均相對速度； 升降平臺升降速度。由圖 3 可知： 1111112,s i n ( ) s i n ( ) ,s i n ( )c o sc o s ,s i n ( ) 21c o ss i n ( )V 。 （ 5） 在（ 5）式中， 1V 液壓缸活塞平均相對運(yùn)動速度； 2V 升降平臺升降速度； 支撐桿與水平線的夾角。 以下相同 8。 雙鉸接剪叉式升降平臺機(jī)構(gòu)的動力參數(shù)計(jì)算 圖 4 動力參數(shù)示意圖 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 10 - 圖 4 中， P 是由液壓缸作用于活塞桿上的推力， Q 是升降平臺所承受的重力載荷。通過分析機(jī)構(gòu)受力情況并進(jìn)行計(jì)算（過程省略）得出： 升降平臺上升時(shí) c o s c o s s i n c o s t a n t a n ( ) ( ) s i n ( ) 2 2 2 c o s s i n c o f L b f b bP b f 升降平臺下降時(shí) c o s c o s s i n c o s t a n t a n ( ) ( ) s i n ( ) 2 2 2 c o s s i n c o f L b f b bP b f b 以上兩式中， P 液壓缸 作用于活塞桿的推力； Q 升降平臺所承受的重力載荷； f 滾動摩擦系數(shù)； b 載荷 Q 的作用線到上平板左鉸支點(diǎn) M 的水平距離。 由于滾動輪與導(dǎo)向槽之間為滾動摩擦，摩擦系數(shù)很?。?f=,為簡化計(jì)算，或忽略不計(jì)，以上兩式簡化為 9： c o ss i n ( ) 。 （ 6） 剪叉式升降平臺機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題 由式（ 5）和（ 6）可知：當(dāng) 、 增大時(shí)， 21/ 、 減小時(shí)，P/Q 值隨之增大。在確定整體結(jié)構(gòu)值隨之減小；當(dāng) 、 減小時(shí)， P/Q 值隨之增大，在液壓缸行程不變的情況下，升降平臺升降行程會減??；反之，則會使液壓 缸行程受力增大。因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮升降行程與液壓缸受力兩個(gè)因素。在滿足升降行程及整體結(jié)構(gòu)尺寸的前提下，選取較高的 、 初始值。而且在整個(gè)機(jī)構(gòu)中 撐桿是主要受力桿件，承受有最大的彎矩，所以應(yīng)重點(diǎn)對其進(jìn)行強(qiáng)度校核。 液壓缸可采用單作用缸也可以采用雙作用缸，不過要看具體情況。一般我們都采用單作用柱塞缸，因?yàn)椴捎眠@樣的缸比較經(jīng)濟(jì)，而且總體泄漏量少，密封件壽命長。采用單作用柱塞缸時(shí)考慮到在空載荷時(shí)，上平板的自 重應(yīng)能克服液壓缸活塞與缸體間的密封阻力。否則，會導(dǎo)致升降平臺降不下來。 如某自動生產(chǎn)線上，需設(shè)計(jì)一種升降平臺，要求升降平臺最大升降行程應(yīng)大于620降平臺面最低高度應(yīng)小于 300大承重載荷 1150據(jù)實(shí)際使用要求，我們選取了單作用柱塞缸式液壓缸。紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 11 - 0C=595大行程20降機(jī)構(gòu)尺寸：升降臺面最低高度0H=281架長度 T=1200;支撐桿長度 L= 按照上述尺寸，結(jié)合以上公式分別對雙鉸接剪叉式和水平固定剪叉式兩種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算結(jié)果見表 1、表 2 和統(tǒng)計(jì)圖（其中滾動摩擦忽略不計(jì)）。水平固定剪叉式結(jié)構(gòu)公式如下： 1222()H L T S （ 7） 12t a n c o sP 其中， S 液壓缸的實(shí)際行程， T 機(jī)架長度（ A 點(diǎn)到 G 點(diǎn)的距離） 表 1 雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算結(jié)果 H h P/Q h/S 0 81 0 40 0 20 60 00 40 80 20 2 水平固定剪叉式結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果 H h P/Q h/S 0 81 0 40 0 20 60 00 40 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 12 - 280 20 計(jì)算結(jié)果可以看出：在整體結(jié)構(gòu)尺寸相同、液壓缸行程相同的前提下，作用在液壓缸活塞桿上的最大推力平固定剪叉式結(jié)構(gòu)大于雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)；升降臺最大行程 鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)大于水平固定剪叉式結(jié)構(gòu)。 由于采用了雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)液壓升降平臺，在設(shè)備安裝時(shí)避免了挖地坑，不僅節(jié)省了費(fèi)用，還給以后了設(shè)備維護(hù)和檢修帶來方便。 綜上所述，氣液動雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)液壓升降平臺整體尺寸較小，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，節(jié)省投資；可獲得缸 體二倍以上的升降形成；非常適合于空間尺寸小、升降行程大的場合，是一種值得推薦使用的升降機(jī)構(gòu) 10。 剪叉式升降平臺機(jī)構(gòu)中兩種液壓缸布置方式的分析比較 剛剛我們已經(jīng)簡單的分析并討論了雙鉸接剪叉式液壓升降平臺機(jī)構(gòu)與其他兩種機(jī)構(gòu)的區(qū)別以及在實(shí)際應(yīng)用中所存在的利和弊，但是在考慮各方面條件如單作用柱塞式液壓缸、雙鉸連接、雙支撐桿、相同的升降平臺等都不改變的基礎(chǔ)之上，能否將設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化呢？ 為證明這一點(diǎn)，我們可以從該機(jī)構(gòu)的布置方式考慮，將結(jié)構(gòu)略改動一下。 從直觀的角度分析考慮，如下圖： 桿1桿2圖 5 結(jié)構(gòu)示意圖 們可以從圖 5上看出，液壓缸的尾部是連接在右側(cè)支撐桿活動的區(qū)域的，液壓缸的頭部是連接在桿 1的右端（偏向桿 1的活動鉸連接）。因此，我們針對實(shí)際升降臺剪叉機(jī)構(gòu)中液壓缸常用的布置方式存在的問題，提出了另一種相對布置方式，將液壓缸布置在與之相對稱的左側(cè)，即與剪叉機(jī)構(gòu)的固定支點(diǎn)在同一側(cè)，來進(jìn)一步分析討論。利用瞬時(shí)速度中心法和虛位移原理，推導(dǎo)出這兩種布置方式液壓缸活塞運(yùn)動速度與臺面升降速度的關(guān)系式及活塞推力與臺面荷重的關(guān)系式，并對兩種布置方式進(jìn)行了分析比較，指出了它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用場合。紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 13 - 幾何、運(yùn)動和動力參數(shù)的對比計(jì)算和液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理選擇。 液壓缸驅(qū)動的剪叉機(jī)構(gòu)在各種升降臺中廣泛應(yīng)用，因安裝的空間不同，其折合后的高度也必然就不同，所以液壓缸在剪叉機(jī)構(gòu)內(nèi)的布置要受到折合后高度的約束。根據(jù)文獻(xiàn)甘肅大學(xué)學(xué)報(bào)的有關(guān)液壓缸驅(qū)動剪叉機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)分析一章，得知在這種布置方式的情況下，如圖 11： 圖 6 左側(cè)液壓缸 壓缸活塞運(yùn)動速度與臺面升降速度的關(guān)系式為 22 2 c o s 2 s i n ( )2 c o s ya l a （ 8） 活塞推力與臺面荷重的關(guān)系式為 2 c o ss i n ( ) s i n ( ) （ 9） 式中， 1 1 1s i n , t a n t a n , s i n ( s i n 2 )2h l a al l a d 。以上兩式的推導(dǎo)基于工程中常用的液壓缸布置方式，即液壓缸下支點(diǎn)與剪叉機(jī)構(gòu)的固定支 點(diǎn)在同一側(cè)，如上圖。這種布置方式的優(yōu)點(diǎn)是液壓缸的有效行程比較短，這在臺面升程范圍比較大的場合較為適用。存在的問題是在剪叉機(jī)構(gòu)折合后的高度 角較?。枰簤焊椎耐屏⒋蟠笤黾?。在液壓缸最高工作壓力限定的情況下，這將使得所用的液壓缸的直徑增大，以致在折合后的剪叉機(jī)構(gòu)中難以布置；或采用兩個(gè)直徑較小的液壓缸取代一個(gè)大直徑的液壓缸，不過這將增加一對液壓缸的支座，同時(shí)帶來機(jī)械加工、液壓缸安裝以及液壓系統(tǒng)的復(fù)雜性，加大了整個(gè)裝置的成本。 為了解決以上 提出的問題，可考慮將液壓缸反向布置（即采用第一種設(shè)計(jì)方案），計(jì)算一下該方案的有關(guān)參數(shù)再將兩者作以比較。 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 14 - 這里仍用瞬時(shí)速度中心法來求解活塞運(yùn)動速度。桿上點(diǎn)、點(diǎn)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)動中心為 ： 圖 7 右側(cè)液壓缸 ()l a臺面升降速度： c o s 2 c o v l 點(diǎn)的運(yùn)動速度： ()2 co s a 活塞運(yùn)動速度： ( ) s i n ( )c o s 2 c o sA l （ 10） 式中，11 ( ) s i ns i n , t a ) c o sh l l a 依據(jù)虛位移原理有： ( ) 00i x i i x i i x ix p y p WF x F y F zP x P y W y （ 11） 由圖 2分析可得： c o s , s i n( ) c o s , ( ) s i n , 2 s i p P Px l a y l a y l 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 15 - 經(jīng)變分后： ( ) s i n( ) c o s2 c o l ay l 代入式（ 4），整理后得活塞推力： 2 c o s( ) s i n ( ) （ 12） 式（ 10）和式（ 12）的正確性可以用機(jī)械能守恒原理來證明，即 v W 將式（ 12）與式（ 11）進(jìn)行比較，再 , , , , , yl a W v 各參數(shù)都相同的條件下，顯然，液壓缸布置再右側(cè)時(shí)的推力較液壓缸布置在左側(cè)時(shí)小；而式（ 10）與式（ 8）比較，則液壓缸布置在右側(cè)時(shí)的活塞速度較液壓缸布置在左側(cè)時(shí)高?？梢?，活塞推力的減小是以活塞速度的提高為代價(jià)換 來的。 液壓缸布置在剪叉機(jī)構(gòu)的右側(cè)，使得液壓缸的活塞推力減小，這就可以選用直徑較小的液壓缸，有利于液壓缸在剪叉機(jī)構(gòu)中的布置；帶來的問題是液壓缸的有效行程較長，如果臺面升程范圍不大，液壓缸行程的增加也是有限的 12。 實(shí)例計(jì)算 表 3 液壓缸各分布位置數(shù)據(jù)結(jié)果 of in 參 數(shù) 液壓缸布置在左側(cè) 液壓缸布置在右側(cè) 桿 角 1壓缸傾角 1 ( ) s i nt a n( ) c o a e 1 ( ) s i nt a n ( ) c o l a 起始角 0 /( ) 始角 0 /( ) 始活塞速度 0v 起始活塞推力 0P 止角( ) 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 16 - 終止角 ( ) 塞有效行程 L/53 365 根據(jù)以上分析結(jié)果，結(jié)合實(shí)例進(jìn)行對比計(jì)算，兩種布置方式主要參數(shù)計(jì)算結(jié)果見上表： 剪叉機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸： h=400 1200mm,l =2000mm,a =535mm,e =770mm,f =3210從統(tǒng)計(jì)表中的數(shù)值比較可以看出，液壓缸在剪叉機(jī)構(gòu)中的布置方式對其運(yùn)動參數(shù)和動力參數(shù)有著較明顯的差異。當(dāng)起始角為最小值 0 、 0 時(shí)，活塞推力為最大值 0P 。在臺面荷重 壓缸布置 在右側(cè)時(shí)的推力明顯小于液壓缸布置在左側(cè)時(shí)的情況，兩者的比值為 活塞的有效行程 在左側(cè)時(shí)增加了 112果載荷量不是很大的話（即載荷量 W這時(shí)可以考慮采用左側(cè)的布置方案，因?yàn)檫@樣可以縮短液壓缸的伸長長度。如果伸長度過大的話，不僅在材料上會有所浪費(fèi)，而且在長期承受載荷的同時(shí)也會相應(yīng)的增大液壓缸及活塞部分的彎曲應(yīng)力。綜合以上考慮，可以初步設(shè)想采用液壓缸布置在左側(cè)的方案。而該方案中活塞起始的速度小于液壓缸布置在右側(cè)時(shí)的速度，兩者比值 / =了彌補(bǔ)在速度方面的不足，以及減小舉升及整體的體積，可以考慮采用雙級支撐桿共同舉升平臺以達(dá)到提升速度的目的。如圖 8所示： 圖 8 雙級支撐桿升降結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)換過程如圖所示 ,將兩根支撐桿的右側(cè)部分折合到左側(cè)，產(chǎn)生四根相對比較短的支撐桿，即可達(dá)到目的 14。 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 17 - 按照本設(shè)計(jì)液壓缸初始長度 1200大行程 000降機(jī)構(gòu)尺寸：升降臺面最低高度 00機(jī)架長度 T=2600撐桿長度 L=如下圖 9： 圖 9 參數(shù)轉(zhuǎn)化過程 升降機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 該液壓系統(tǒng)的負(fù)載與運(yùn)動分析 要求設(shè)計(jì)的剪叉式液壓升降平臺實(shí)現(xiàn)的工作循環(huán)是：慢速上升 保壓 快速回程 停止。主要性能參數(shù)與性能要求如下：剪叉式升降機(jī)的液壓缸負(fù)載000N，慢速上升速度 0mm/s=s，快速回程速度 00mm/s=s，升降機(jī)的升降行程 ，液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件選為液壓缸活塞桿。液壓缸采用 封圈，其機(jī)械效率 。 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定 工作壓力 1p 確定 初選工作壓力為 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 18 - 液壓泵流量計(jì)算 剪叉式升降機(jī)液壓系統(tǒng)主缸的最大負(fù)載為 5000N，主缸無桿腔的面積21 615000 0 . 0 1 10 . 9 1 0 . 5 1 0 。 主缸內(nèi)徑 114 4 0 . 0 1 1 0 . 1 1 8 參考簡明設(shè)計(jì)手冊，按 2348標(biāo)準(zhǔn)值 200D 15， 根據(jù)快速下降與快速上升進(jìn)的速度比確定活塞桿直徑 d: 22250 2 . 520V d 快上快下155d ，取標(biāo)準(zhǔn)值 d=160壓缸無桿腔的面積 22 2* 0 . 2 0 . 0 3 144D m液壓缸有桿腔的面積 22 2d * 0 . 1 6 0 . 0 2 044 m液壓缸在工作循環(huán)中升降階段 的壓力和流量計(jì)算： 311* 0 . 0 2 * 0 . 0 3 1 0 . 0 0 0 6 2 3 7 . 2 m i nq v A m s L 工進(jìn) 332* 0 . 0 5 * 0 . 0 2 0 0 . 0 0 1 6 0 m i nq v A m s L 快退 擬定液壓系統(tǒng)圖 選擇基本回路 （ 1）調(diào)速回路 因?yàn)橐簤合到y(tǒng)功率較小，且只有正值負(fù)載，所以選用進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路。為有較好的低速平衡性和速度負(fù)載特性，可選用調(diào)速閥調(diào)速。 （ 2）換向回路 為了換向平穩(wěn)，選用三位四通電磁換向閥，并使用中位 O 型機(jī)能，各油口全部封閉，缸兩腔封閉，系統(tǒng)不卸荷。液壓缸缸充滿油，從靜止到起動平穩(wěn)；制動時(shí)運(yùn)動慣性引起的液壓沖擊較大，換向位置 精度高，并實(shí)現(xiàn)保壓。 （ 3）壓力控制回路 系統(tǒng)在工作狀態(tài)時(shí)定量泵的工作壓力由溢流閥調(diào)整，對液壓泵起到保護(hù)作用 16。 回路合成 對選定的基本回路在合成時(shí)，有必要進(jìn)行整理、修改和歸并。具體方法為： （ 1）防止工作進(jìn)給時(shí)液壓缸進(jìn)油路、回油路相通，需接入單向閥 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 19 - （ 2）要實(shí)現(xiàn)控制板控制回路，必須在進(jìn)油路、回油路上各閥接到控制板上 合并后完整的液壓系統(tǒng)如下圖 10： 圖 10 液壓系統(tǒng)原理圖 0 運(yùn)動機(jī)理分析 按下電源按 鈕，電動機(jī)開始預(yù)熱，進(jìn)行空載。按下啟動按鈕按下上升按鈕，二位四通換向閥閥 7左位運(yùn)行，壓力油通過單向控制閥 8、單向調(diào)速閥 9，進(jìn)入液壓缸 10，平臺開始緩慢上升。達(dá)到合適高度后，再按下上升按鈕，閥 7 中位運(yùn)行，進(jìn)行保壓，工人開始采摘。采摘完成后，按下下降按鈕，壓力油使單向控制閥 8 打開，二位二通換向閥 11右位工作，液壓缸進(jìn)行快速回程。 表 4 液壓升降系統(tǒng)工作過程圖 進(jìn) + + - - 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 20 - 快退 + - + + 停止 - - - - 液壓元件的選擇和設(shè)計(jì) 液壓泵的選擇 (1）由前述計(jì)算可知，液壓缸的最高工作壓力出現(xiàn)在加壓壓制階段 P ，因液壓泵出口到液壓缸的有壓力損失，m a x 0 . 5 50 . 9 1 P a。 故：泵的最高工作壓力為 2）液壓泵的最大供油量 液壓缸最大輸入流量計(jì)算： 60 / m 取泄漏系數(shù) ，則 1 . 1 6 0 6 6 m i (3）根據(jù)上述計(jì)算，查手冊，選用規(guī)格為 齒輪泵，排量為 80 /V ml r ，額定轉(zhuǎn)速為 1 4 5 0 / m ，額定流量為9 8 m 取總效率為 ，則驅(qū)動泵所需功率為 2 . 5 9 8 . 6 4 . 86 0 0 . 8 5 w 電動機(jī)的選擇 根據(jù)泵所需功率，按 9619取 電動機(jī)。其額定功率為12P ,額定轉(zhuǎn)速為 1 4 7 0 / m ，按所選電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和液壓泵的排量，計(jì)算出液壓泵的最大理論流量 1 4 7 0 / m i n 9 8 . 6 / m i n 1 4 4 . 9 4 / m i n V r m L L 。大于實(shí)際所需的最大流量 66L/滿足使用需要 17。 閥類元件及輔助元件 根據(jù)閥類元件及輔助元件所在油路的最大工作壓力和通過該元件的最大實(shí)際流量可選出這些輔助元件的型號及規(guī)格，結(jié)果見下表 5。 油管元件 各元件間連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定，液壓缸進(jìn)、出油管則按輸入、排出的最大流量計(jì)算，由于液壓泵具體選定之后液壓缸在各個(gè)階段的進(jìn)出流量已與已定數(shù)值不同，當(dāng)油液在壓力管中速度取 5m/教材 72 算得 液壓缸進(jìn)油路油管內(nèi)徑 36 0 1 02 0 . 0 2 2 2 25 6 0d m m m 進(jìn)； 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 21 - 液壓缸回油路管內(nèi)徑 36 6 1 02 0 . 0 1 75 6 0d m m 回=17 表 5 液壓元件的型號及規(guī)格 of 號 元件名稱 額定壓力/定流量 L/號及規(guī)格 說明 2 齒輪泵 r 定轉(zhuǎn)速 1450r/動電機(jī)功率為 溢流閥 調(diào)壓 20 徑 10 三位四通換向閥 3 35徑 10 液控單向閥 調(diào)壓 21 80 徑 13 單向閥 0 通徑 8兩根油管選用參照液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡明手冊 油管的外徑 34 ，內(nèi)徑 25 ，回油路管的外徑 42 ，內(nèi)徑 32 18。 油箱的容積計(jì)算 容量 V (單位為 L)計(jì)算按教材式 (6: ，式中 L)； L/; 此系統(tǒng)為低壓，選擇 = 9 8 . 6 2 9 5 . 8PV q L 按 793800. 油箱的長寬高確定 因?yàn)橛拖涞母摺?、長的比例范圍是 1： 1： 1 1： 2： 3，此處選擇比例是 1： 由此可算出油箱的高、寬、長大約分別是 55025100選擇開式油箱中的分離式油箱設(shè)計(jì)。其優(yōu)點(diǎn)是維修調(diào)試方便，減少了液壓油的溫升和液壓泵的振動對機(jī)械工作性能的影響；其缺點(diǎn)是占地面積較大。 由于系統(tǒng)比較簡單，回路較短，各種元件較少，所以預(yù)估回路中各種元件和 管道所占的油液體積為 為主缸推桿行程為 800取缸的內(nèi)腔長度為 1m。忽略推桿所占的體積，則液壓缸的體積為 21 3 1 0 1 0 1 0 3 1v A L L 缸當(dāng)液壓缸中油液注滿時(shí)，此時(shí)油箱中的液體體積達(dá)到最小為：紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 22 - 5 0 0 3 1 0 . 6 4 6 8 . 4 油 m i n 則油箱中油液的高度為：1 4 6 8 . 4 1 0 0 0 / ( 8 2 . 5 1 1 0 ) 5 1 . 6H c m 由此可以得出油液體下降高度很小，因此選取隔板的高度為 選用兩塊隔板 19。此分離式油箱采用普通鋼板焊接而成，參照書上取鋼板的厚度為： t=4 為了易于散熱和便于對油箱進(jìn)行搬移及維護(hù)保養(yǎng)，取箱底離地的距離為 200 故可知，油箱的總長總寬總高為： 長為：1 2 ( 1 1 0 0 2 4 ) 1 1 0 8l l t m m m m 寬為：1 2 ( 8 2 5 2 4 ) 8 3 3w w t m m m m 高為： ( 2 0 0 4 4 ) ( 5 5 0 4 2 0 0 4 ) 7 5 81h h m m m m m m 油箱地面傾斜度 為了更好的清洗油箱，取油箱底面傾斜度為： 1 過濾器的選取 取過濾器的流量至少是泵流量的兩倍的原則，取過濾器 的流量為泵流量的 有 ： 2 . 5 ( 9 8 . 6 4 2 . 5 ) / m i n 2 4 6 . 6 / m i nq q L L 泵入過濾器查中國機(jī)械設(shè)計(jì)大典得，先取通用型 列網(wǎng)式吸油中過濾器： 表 6 網(wǎng)式吸油過濾器 液位 /溫度計(jì)的選取 選取 照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表 ?？紤]到鋼板的剛度，將其放在偏左邊的地方 20。 液壓系統(tǒng)油液溫升驗(yàn)算 系統(tǒng)在工作中絕大部分時(shí)間是處在工作階段，所以可按工作狀態(tài)來計(jì)算溫升。 設(shè)液壓泵主缸工作狀態(tài)壓力為 量為 66L/計(jì)算其輸入功率為550W。液壓缸副缸工作狀態(tài)壓力為 量為 45L/計(jì)算其輸入功率為 375W。液壓缸的最小有效功率為： P=000N*s=20W 系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量為 型號 通徑 稱流量 /過濾精度 m 180 50 250 100 紙全套， Q 號交流 401339828 或 119