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室内粉墙升降系统开发毕业论文

室内粉墙升降系统开发

毕业论文

1 引言 (2)

2剪叉式高空作业平台的基本理论知识 (2)

3 设计的主要内容 (3)

3.1自行剪叉式高空作业平台起升机构的设计 (3)

3.1.1 初步确定升降平台起升机构各构件的材料及有关尺寸 (3)

3.1.2 固定液压剪叉式升降平台关键参数的确定 (4)

3.1.3 剪叉式升降平台起升机构的力学模型 (5)

3.1.4 起升机构各构件的材料确定 (13)

3.1.5 销轴的设计 (13)

3.2 上平台和剪叉臂的设计 (16)

3.2.1 上平台主梁的选择与校核 (16)

3.2.2、平台台面的设计确定： (17)

3.2.3 剪叉臂的选择与校核 (18)

3.2.4、校核支座的抗压性 (21)

3.2.5、剪叉臂尾部拉断条件 (22)

3.2.6 液压缸支撑臂的校核 (23)

3.3 液压缸驱动剪叉式机构运动学分析 (24)

3.4 驱动系统设计 (29)

3.4.1 电动机的选择 (29)

3.4.2 确定电机的转速 (30)

3.4.4 总传动比计算 (30)

3.5V带的选取 (30)

P (30)

3.5.1 确定计算功率

3.5.2 选取普通V带类型 (30)

3.5.3 确定带轮基准直径 (30)

3.5.4 确定V带的基准长度和传动中心距 (31)

3.5.5 验算主动轮上的包角 (31)

F (31)

3.5.7 计算预紧力

F (32)

3.5.8 计算作用在轴上的压轴力

3.5.9 带轮结构小带轮采用实心式，大带轮采用腹板式。 (32)

3.6 链轮及传动链的设计 (32)

3.6.1 选择链轮齿数 (32)

P (32)

3.6.2 计算功率

L (32)

3.6.3 确定链条链节数

3.6.4 确定链条的节距p (33)

3.6.5 确定链长L及中心距 (33)

3.6.6 验算链速V (33)

d (33)

3.6.7 验算小链轮毂孔

3.6.8 作用在轴上的压轴力 (34)

3.6.9 低速链传动的静力强度计算 (34)

3.7 支承轮子的车轴和轴承设计 (34)

3.7.1. 轴上功率 (34)

3.7.2.初步确定轴的最小直径 (34)

3.8.轴的结构设计 (34)

3.8.1 车子受力分析 (36)

3.8.2按弯扭合成校核轴的强度 (38)

3.8.3 轴承的选用 (38)

3.9 键的校核 (39)

3.10转向系统的初步设计 (39)

3.10.1 梯形结构参数设计 (39)

3.10.2 前轴设计计算 (40)

3.10.3 车轮转向阻力矩计算: (43)

3.11 确定液压系统的主要参数 (43)

3.11.1 初选系统工作压力 (43)

3.11.2、计算起升和转向液压缸的主要结构尺寸 (44)

3.11.3 制定基本方案和绘制液压系统图 (48)

3.11.4、液压元件的选择 (50)

3.11.5 液压泵的选择 (51)

3.11.6 液压阀的选择 (52)

3.11.7 油管尺寸和油箱容积的计算 (53)

3.11.8 油箱的有效容量 (53)

3.11.9、液压系统性能验算 (54)

3.11.10 液压系统的冲击压力 (56)

总结 (59)

参考文献： (60)

致谢 (62)

1 引言

随着经济的发展，科学技术的进步，在市场经济的竟争大潮中，房地产商门在室内粉墙装修时所普遍使用的脚手架，不能够实现装修工人的连动性

效率低下，对连动性的实现这其中之一就是人们现在经常会用到的升降平台。

升降平台的种类比较繁多，根据不同的用途，升降平台的结构，动力传递形

式以及规格会有不同的选择和设计。

液压传动方式的特点是结构紧凑、工作较平稳、磨损小、布局灵活、易于控制。但液压件加工精度要求较高，密封泄漏难以控制，工作介质适应温

度受限。液压传动是后来才发展起来的，以它为动力源来带动的升降平台又

可分为以下几种:链轮承重链条机构的升降平台该机构是由一个动滑轮和若

干定滑轮以及承重链条组成的，根据动滑轮的特点，利用较短的液压行程来

获得大的平台升降高度，该平台根据环境条件可以用在地下车库等有较大的提升高度以及宽敞空间的场合。

本课题所设计的自行剪叉式高空作业平台它是一种轻型的升降平台，广泛用于高空作业专用设备，可以移动。它的剪叉式机械结构，使升降台起升后有较高的稳定性，宽大的作业平台和较高的承载能力，使高空作业范围更大，并适合多人同时作业。它使高空作业效率更高，更安全。

液压剪叉式升降平台的设计，从以下四个方面进行设计:一是升降平台剪叉起升机构的关键参数设计;二是剪叉式起升机构各构件材料的确定;三是对起升机构进行运动学分析:四是升降平台的液压系统设计;五是是剪叉式起升机构的驱动和转向设计。升降平台的剪叉起升机构是整个平台的骨架，承受和传递整个平台所负担的载重量及其自身的重量

2剪叉式高空作业平台的基本理论知识

目前，我国的升降平台的种类比较多，按动力传递形式，主要可以按电动机机械传动和液压传动两种方式来划分，它们都有各自的优点和不足之处.电动机机械传动方式的特点是零件加工相对要求不高、结构较简单、加工容易、维修方便、适应环境能力强、抗冲击性能好、可实现准确到位，并有自锁功能、不污染环境，不足之处在于它的机械间的磨损很难克服，振动较大n1。其中以电机为动力源来提升平台又可分为以下几种:

钢丝绳式和齿轮齿条式两者都是目前应用最广的施工升降机，是垂直运送人员及物料的提升机械。随着我国建筑行业的蓬勃发展，各种大型建筑物不断增多，施工升降机的应用市场也在不断地扩大。特别是90年代以来，施工升降机的发展最为迅猛。施工升降机不但可以用在这些场合，它还可以应用在大型化工厂冷却塔、发电厂的烟囱、电视广播塔、大型桥式起重机及煤矿等位置。施工升降机己成为各行业建设中一种必不可少的建筑机械。

蜗轮丝杠直顶式升降平台作为基础起重部件，它具有结构紧凑、体积小、重量轻、无噪音、安装方便、能自锁、可靠性高的特点。对于大面积平台，采用多点提升，即每个顶点都安装一组蜗轮丝杠。其好处在于:

(1)可以减少台板主梁断面尺寸及应力，减小其挠度，增加平台自身刚度，提高运行平稳性。

(2)可以减少每个支点的受力，从而减小蜗轮丝杠的提升力，增强压杆稳定性，并能减轻设备重量。

3 设计的主要内容

3.1自行剪叉式高空作业平台起升机构的设计

选用双剪叉式结构。起升机构结构如图3-1所示:

图3-1起升机构

根据设计要求以及用途，所设计的升降平台要满足以下的要求:上平台宽1000mm，长1800 mm,上平台的最低停留高度600mm,最高停留高度5800mm,下工作台上台面高560mm，剪叉架收缩后高度800 mm，剪叉臂初步设定为80 ? 60 ? 5.0 mm矩形钢管，上平台主梁：10#工字钢，销轴：45#调质钢，额定承载量：300Kg。

液压剪叉式升降平台的设计，从以下四个方面进行设计:一是升降平台剪叉起升机构的关键参数设计;二是剪叉式起升机构各构件材料的确定;三是对起升机构进行运动学分析:四是升降平台的液压系统设计。升降平台的剪叉起升机构是整个平台的骨架，承受和传递整个平台所负担的载重量及其自身的重量。

3.1.1 初步确定升降平台起升机构各构件的材料及有关尺寸

液压剪叉式升降平台的最高工作高度为H=5800mm,假设梁与平台的总厚

度为120mm ，如图(3-1)所示升降平台是在剪刀叉变幅工作下得到举升，当内

外剪叉臂的轴线垂直，剪叉臂轴线与水平线夹角为45?时，剪叉臂之间的有

效作用力最大，此时达到最高点，平台的稳定性比较好。

设剪叉臂两端的销孔之间的距离为l ，如图(3-1)所示，根据几何关系可得，

120

3sin 4H l π

-= （3-1）

上平台最低停留高度是h = 600mm,根据几何关系可以得出剪叉臂轴线与水平

线的夹角α为：

120arcsin 3h l

α-= （3-2）代入数据，分别计算式(3-1) 、(3-2)，得l =1726mm ，α = 5.65?

剪叉臂的材料初步设定为80mm ? 60mm ? 5.0mm 矩型钢管，上平台主梁

用10#工字下端通过销与箱体固定。销轴用调质处理的45"钢制造。在两个内

剪叉臂之间位置安装油缸，其油缸与剪刀叉臂的连接是通过固定臂及销轴相

连接的。

3.1.2 固定液压剪叉式升降平台关键参数的确定

剪叉式起升机构作为升降平台钢结构的关键组成部分，其力学特性会对

平台性能产生直接影响。计算、分析剪叉式起升机构的传统方法通常为手工

试算。

固定液压剪叉式升降平台起升机构的结构特点剪叉式升降平台的结构型

式多种多样，主要有平台、剪叉式起升机构和底座三个部分组成.从低起升到

高起升，组成剪叉杆的数目多，油缸的布置形式多，移动方式有牵引式、自

行式、助力式等。剪叉式起升机构的剪叉臂杆数目和油缸的布置形式由起升

高度而定。相对起升高度为5800mm 的剪叉式升降平台，此剪叉机构有4组剪叉

臂杆组成。如图(3-1)所示，剪叉式起升机构和平台的受力简图，该机构包

括4组剪叉杆和1个起升油缸。起升机构最高一组剪叉杆的一端与平台以固定

铰支座相连接，另一端则与滑轮铰接，平台起升/下降时，滑轮可以在工字形

钢上实现剪叉机构变幅。起升机构与底座采用同样的方式连接。图（3-2）中

4F 与6F 作用点分别对应平台和起升机构上铰接点以及底座的固定铰支座位

置，3F 与5F 作用点分别对应平台和起升机构上滑靴铰接点以及底座的滑靴铰

支座位置。根据图（3-2）所示，定义剪叉杆两端销孔中心连线长度为l ，其

与水平线夹角为α，定义f 和s 分别为液压缸上、下安装点与剪叉杆中心销

孔距离(平行于剪叉杆)，1h 和2h 分别为液压缸上、下安装点高于相应剪叉杆

平面的距离，初步设定取f ：638mm ，s ：506mm ，1h ：43mm ，2h ：34 mm 则液

压缸轴线与水平线夹角θ与α 有以下函数关系: 1212()cos (2)sin tan ()sin ()cos h h l f s h h f s ααθαα

++--=+++ （3-3）将数据代入（3-3）式得tan θ=0.265 θ=14.8?

图3-2 剪叉机构受力简图

3.1.3 剪叉式升降平台起升机构的力学模型

剪叉式升降平台的起升机构是有一些直杆件组成，其接点为铰结点，各

杆件承受弯矩、轴向力或剪力的作用，此结构为铰接形式。当机构在工作时，

为保证能够承受外载荷和油缸的举升力的作用，必须首先计算各杆件的内力，

选择合适的的材料，因此下面建立剪叉结构的力学模型并进行求解。

剪叉式升降平台起升机构是由高强度矩形管通过轴销连接而成的杆架连

接机构，各个连杆通过销轴相互作用，在液压缸推力的作用下，完成升降作

业。根据图(3-2)所示的剪叉起升机构及平台受力分析，然后再结合剪叉式起

升机构的结构特点和受载状况，分别对平台和剪叉机构建立力学模型。图(3-2)

的平台受力分析也即为平台简化模型，假定1W 作用于平台中心位置，则当平

台起升，剪叉机构变幅带动滑靴移动时，则1W 、3F 、4F 和α有如下关系:

314111cos 0F W F W B l α??????= ? ? ?????????

（3-4）

图3-3 剪叉杆受力简图

剪叉机构外载状况如图2所示，3W 为剪叉机构自重载荷，cy W 为油缸自重

载荷。为了计算剪叉起升机构内每个支架铰接点的内力和油缸推力，应研究

该机构各杆内力、油缸推力与α角之间的关系，并找出其最恶劣工况。把机

构拆分为六个独立的隔离体，分别对该机构从上到下的各段剪叉杆进行受力

分析，如图(3-3)所示剪叉杆力学模型图:

图(3-3)使用的符号说明如下:

x k —剪叉机构各铰接点内力，x=1,2 …20;其中奇数为该铰接点Y 方向受力，

偶数为对应铰接点X 方向受力;

x F —作用在剪叉机构上的外力;

P —液压缸的推力。

根据各剪叉杆的力学分析，在不考虑摩擦的情况下，由牛顿运动定理，力学

平衡方程式如下：

243

134434

263

513563

1086397510948123371143111210

cos 0

4sin 8

S C C C S C S C C S S C C S K K W K K F L K L K L F K K W

K K F L K L K L F K K K W

K K K L K L K L K K K K P W

K K k P L K L K L K L K Pfh θθ+=???+=+??-=??+=???-=+??-=-??++=???+-=??--=??++-=+--=-++-+=杆杆杆杆2014123191311201219111014163

9131591615108163

17155

151********

78cos 0

8S S C C C S C S C S C S

K K K W

K K K L K L K L K L K K K K W K K K L K L K L K L K K K W

K K F L K L K L F K K P K θ???????+++???+-=??---=??++=???+-=-??-++=??+=???-=-??--=??++=+杆杆杆杆3176201926

sin 8

cy S C C W

K P F W L K L K P sh L F θ???+=--??++?=-?? （

3-5）式（3-5）中

11sin()cos()fh f h αθαθ=?+-+

22sin()cos()sh s h αθαθ=?+-+

cos()2c l l α=?

sin()2s l l α=?

式(3-5)给出了外载、剪叉起升机构几何参数与油缸推力及各剪叉杆受力的相

互关系。剪叉起升机构的关键参数已经在分析中得出了具体的值，传统方法

将数值代入式(3-5)中，对式(3-5)进行求解，计算结果为剪叉起升机构各杆

件之间的相互作用力和油缸的推力。根据油缸最大推力与关键参数及α的相

互关系，可以找到危险点，计算出此点时各杆件的内力和油缸的最大推力，

并且计算校核其刚度、强度，进一步确定杆件的材质和尺寸。

MATLAB 模型的求解

上面的力学模型所列出的方程比较烦琐，用一般的方法是不能够解决的。

MATLAB 是一种数值计算、符号运算、可视化建模、仿真和图形处理等多种功

能于一体的非常优秀的图形化语言.它的应用范围很广，在方程求解、多项式

的运算、数学的极值计算、金融、工业系统仿真和统计等诸多领域都得到了

广泛的应用。以下是运用MATLAB 的强大的矩阵方程计算求解功能，来对方程

(3-5)进行求解。

前面己经计算出液压缸的最大推力应该是在液压缸倾斜角度最小的时

候，即刚起升时刻，因此我们可以计算在这个时刻的各杆内力和液压缸的最

大推力。下面我们可以根据已知的条件，可运用MATLAB 编程计算，计算出

剪叉机构各杆的内力和油缸的最大推力.

所编制的MATLAB 运算程序如下(在MATLAB 程序中q 代替θ，以下程序中出

现的q 与之相同)：

MATLAB 程序：a19=[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -0.85881 -0.084921

0 0 0 0 0];

a20=[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1.222];

a21=[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.85881 0.084921

0.14484];

A=[a1;a2;a3;a4;a5;a6;a7;a8;a9;a10;a11;a12;a13;a14;a15;a16;a17;a18;

a19;a20;a21]

F3=1225;F4=1225;F6=2077.6;F5=2077.6;W3=1313.2;lc=0.85881;Wcy=392;

B=[F4+W3/8;F4*lc;F3+W3/8;-F3*lc;0;W3/8;0;0;-W3/8;0;0;W3/8;0;0;-W3/

8;0;0;W3/8-F5;F5*lc;-W3/8+F6-Wcy;-F6*lc];

K=A\B

运算结果为:

A =

Columns 1 through 12

1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 -0.8588 0.0849 0 0 0 0 0 0 0 0

-1.0000 1.0000 0 0 1.0000 1.0000 0 0 0 0 0 0

0 1.0000 0 0 0.8588 -0.0849 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 1.0000 0 1.0000 0 1.0000 0 0

0 0 0 0 -1.0000 0

1.0000 0 1.0000 0 0 0

0 0 0 0 -0.8588 0 0 -0.8588 0.0849 0 0 0

0 0 0 1.0000 0 0 0 1.0000 0 0 0 1.0000

0 0 1.0000 0 0 0

1.0000 0 0 0 -1.0000 0

0 0 0.8588 0.0849 0 0 0 0 0 0 0.8588 -0.0849

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.0000

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1.0000 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -0.8588 -0.0849

0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.0000 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 1.0000 0 0 1.0000

0 0 0 0 0 0 0 0 0.8588 0.0849 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Columns 13 through 21

0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0

0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 -1.0000

0 0 0 0 0 0 0 0 -0.1941

0 0 0 0 0 0 0 0 0.1825

0 1.0000 0 0 0 0

0 1.0000 0

1.0000 0 0 0 0 0

1.0000 0 0

0 0 0 0 0 0

-0.8588 0.0849 0

0 1.0000 0 1.0000 0 0 0 0 0

0 -1.0000 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0.8588 -0.0849 0 0 0 0 0

0 0 0 1.0000 0 1.0000 0 0 0

0 0 -1.0000 0 1.0000 0