可四輪定位四柱式汽車舉升機設計-汽車專業(yè)

要

摘要

隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展,汽車維修工業(yè)也迅速壯大。特別是改革開

放以來,我國的汽車維修行業(yè)有了很大的發(fā)展，為之服務的汽車維修設備

行業(yè)已成為我國的新興行業(yè)并不斷發(fā)展壯大。作為汽車維修用必備之一的

各種汽車舉升機設備如雨后春筍般的涌現(xiàn)。但符合國際標準的不多,中高

檔層次的舉升機沒有。

本設計結合汽車技術的發(fā)展要求及汽車維修作業(yè)的實際需要,設計符

合國際標準的、液壓驅動及可四輪定位的四柱式汽車舉升機。四柱式舉升

機有四根立柱、兩根橫梁、用于支撐汽車的兩個臺板。本設計只采用一個

液壓缸,其他立柱通過鋼絲繩連接以實現(xiàn)同步舉升。舉升前,汽車很容易正

確無誤的駛上四柱舉升機的臺板。其具有承載穩(wěn)定、支承載荷受力簡單、

應力較低等優(yōu)點,具有較高的使用價值。

對于汽車維修企業(yè)來說，汽車舉升機可能是除廠房外的最重要的投資,

因為它具有至關重要和不可替代的作用，甚至直接影響到汽車維修業(yè)務的

興衰。汽車舉升機是汽車維修設備行業(yè)的支柱設備之一,讓我們生產出更

多、更好、更受用戶歡迎的汽車舉升機,為汽車維修企業(yè)服務。

關鍵詞:四輪定位，四柱式，液壓驅動，同步舉升

onlyusesonehydrauliccylinder,othercolumnsrealize

ABSTRACTonlyusesonehydrauliccylinder,othercolumnsrealize

Alongwithautomobileindustryrapiddevelopment,theautomobile

serviceindustryalsorapidlyexpands.Sincethespeciallyreformandopen

policy,ourcountryautomobileserviceindustryhavehadagreatdevelopment,

thevehiclemaintenanceequipmentindustryhasbecomeanemergingindustry

inChinaandwillcontinuetogrowanddevelop.Asoneoftheessential

maintenanceequipment,eachkindofautomobileliftliketheemergenceofthe

mushrooming.Butlittleofthemcanconformstotheinternationalstandard.

Thisdesigncombinewithautomobiletechnologydevelopmentrequest

andautomobileserviceworkactualneeds,designedinlinewithinternational

standards,four-wheelhydraulicdrive,andthepositioningoftheframeof

vehiclelift.Four-postlifthasfourposts,twobeamsandtwoplates.This

design

synchronizationthroughthecable.Beforelifting,theautomobileisveryeasy

tobecorrectlydrivenontotheplateofthelift.Ithastheloadbearingstably,

thesupportingloadstresssimple,thestressislowerandsoonthemerit,

whichhasthehigherusevalue.

Forthevehiclemaintenanceenterprises,thevehicleliftisthemost

importantinvestmentinadditiontoplantsoutside,becauseithasthefunction

whichveryimportantandcannotbesubstituted,evendirectlyaffects

four-wheelfour-wheelpositioning，four-post，hydraulicactuate，

importantequipmentinautomobilemaintenance,Letusproducemore,better

andmorepopularwithusersoftheautomobileliftsforvehiclemaintenance

service.

Keywords:

synchronousraise

錄

目錄

摘要………………………1

ABSTRACT…………………2

0引言……………………4

1國內外現(xiàn)狀……………5

1.1國外的情況和發(fā)展趨勢……………5

1.2國內的情況和發(fā)展趨勢……………9

2課題分析……………10

2.1設計技術要求……………………10

2.2設計特點…………10

2.2.1舉升機臺板降到下位時，與地面應盡可能在同一平面上…10

2.2.2正確選擇傳動方式……………10

2.2.3鋼絲繩的選擇…………………10

2.2.4汽車舉升機的安全保證措施…………………11

3方案論證……………11

3.1純機械結構………11

3.2液壓結構…………12

4機械部件設計計算…………………14

4.1舉升機運動過程原理……………14

4.2立柱設計計算………16

4.3梁設計計算…………20

4.3.1強度校核………22

4.3.2剛度校核………23

4.4橋身設計計算………23

4.4.1強度校核………25

4.4.2剛度校核………27

4.5鋼絲繩強度校核…………………27

4.6滑輪軸承的選用及校核…………29

5液壓系統(tǒng)設計計算……………………35

6電氣控制原理………37

7結論…………………40

8參考文獻……………41

9附錄…………………43

10譯文………………44

11原文說明…………57

可四輪定位四柱式汽車舉升機設計

0引言

由于我國汽車維修檢測設備行業(yè)起步晚、起點低，整體上仍然相當落

后。舉升機制造企業(yè)生產規(guī)模小、經濟技術力量薄弱、各自為政、缺乏專

業(yè)分工和廣泛合作；技術吸收、運用、開發(fā)、創(chuàng)新能力不強；抄襲、偽造

現(xiàn)象和短期行為嚴重；市場營銷及服務水平低等問題還普遍存在，致使全

行業(yè)產品質量差、結構不合理、總量增長受到限制?！笆晃濉币?guī)劃的發(fā)

展思路和目標是：建立和完善一整套適應社會主義市場經濟要求的汽車維

修檢測設備行業(yè)管理體制；密切結合汽車技術的發(fā)展要求及汽車維修作業(yè)

的實際需要，力爭在產品質量提高、品種配套、高新技術含量增大等三個

方面，使汽車舉升機整體上接近國際先進水平。

1國內外現(xiàn)狀

1.1國外的情況和發(fā)展趨勢

汽車舉升機在世界上已經有了80多年的歷史。1925年在美國生產的

第一臺汽車舉升機,它是一種由氣動控制的單柱舉升機,如圖1.1所示。由

于當時采用的氣壓較低,因而缸體較大,同時采用皮革進行密封,因而壓縮

空氣驅動時的彈跳嚴重且又不穩(wěn)定。直到10年以后,即1935年這種單柱

舉升機才在美國以外的其它地方開始被采用。

圖1.1單柱舉升機1937年美國另外一家公司生產出第一臺四柱舉升機,隨后在美國一

家公司也生產出類似的舉升機,如圖1.2所示。這兩種舉升機均由螺旋驅

動,

圖1.2四柱舉升機其方案是:每一立柱內均有一螺母及螺桿,由裝在地面上的鏈條串連起來

以實現(xiàn)同步驅動,此四柱舉升機在市場上并未獲得成功,而單柱舉升機卻

繼續(xù)得到更大的普及。1948年JosephBardbury&Sohs(即現(xiàn)在的TI

Bardbury)生產出該公司的第一舉升機,其方案是:在四柱舉升機的一個主

柱內裝有一套螺旋驅動機構,舉升臺板的其它三個角落通過鋼絲繩與動力

主柱相連。1950年Bardbury將機械式螺旋驅動機構改為液壓機構,只采

用一個液壓缸,其他立柱通過鋼絲繩連接以實現(xiàn)同步舉升,由于當時的液

壓壓力尚未超過35～40Kg/cm2因而第一臺液壓舉升機的缸體直徑較大。

五十年代初單柱舉升機在歐洲市場上的銷路急劇下降,而四柱舉升機卻躍

居主導地位;但是在美國單柱舉升機卻繼續(xù)受到人們的喜愛。1956年Borg

Warner和Plessey生產液壓壓力能達到140～175Kg/cm2的液壓齒輪泵;

借助于此,Bardbury又生產出雙功能舉升機,這在舉升機的設計上是一個

突破性進展。此舉升機可以用兩種方式支撐汽車:車輪支撐型;車輪自由

型。此發(fā)明在市場上很受歡迎。到1960年在英國的市場上占有率竟達75%。

1961年Bardbury生產出四柱舉升機改進后的車輪自由系統(tǒng),并在全世界

17個國家獲得了專利。但在南美洲仍然喜愛單柱舉升機,只是現(xiàn)在已將其

改為液壓傳動。

1966年,一家德國公司生產出第一臺雙柱舉升機,如圖1.3所示。這

是

圖1.3雙柱舉升機舉升機設計上的又一個突破性進展,但是直到1977年這種舉升機才在德

國以外的其它國家出現(xiàn)?，F(xiàn)在雙柱舉升機在市場上已占據牢固的地位,其

銷量還在繼續(xù)增長。它和四柱舉升機相比,既有優(yōu)點,也有缺點,以下將作

一簡要說明。

我們所見到的絕大多數(shù)舉升機均采用固定安裝方式,在舉升前汽車必

須駛上舉升機。在移動式舉升機方面也有幾項成功設計,如簡式舉升機上、

菱架式舉升機等。但這類舉升機仍存在兩個主要問題:接近汽車下部較難,

在車間移動舉升機時難逾越地面上的障礙物。當然,可移動性是這類舉升

機的突出優(yōu)點?，F(xiàn)在固定安裝的單柱、雙柱、四柱舉升機已在維修現(xiàn)場廣

泛采用,而移動式舉升機卻相對要少得多。

最初設計單柱舉升機外,車輛較大,其底盤也能明顯辨認,因而汽車檢

修區(qū)遠遠大于舉升器件。而今絕大多數(shù)汽車均為“緊湊型”或“半緊湊型”,

導致汽車檢修區(qū)域接近主要舉升機器件而不便操作。但在南美洲卻屬例外,

那里仍然采用較大的車輛,這可能是單柱舉升機在該地區(qū)的市場上仍然繼

續(xù)受到歡迎的重要原因。單柱舉升機有兩大優(yōu)點:當其下降后,不會成為維

修車間的障礙物;汽車可在舉升機上轉動。但美國卻受到了責難,主要是舉

升機的旋轉會帶來撞擊操作人員的危險。單柱舉升機的主要缺點是:第一,

它需要在車間的地面挖掘一個相當大的坑穴后才能安裝;其次,它只能為

使用提供車輪支撐方式;第三,使用時難于接近汽車下部的一些重要檢修

區(qū)域。舉升機用的主油缸潛藏在地下也給維修帶來兩大問題:第一是檢修

這些零部件頗為困難;其次是油缸所處的環(huán)境條件差,容易生銹,特別是地

下水位較高時更是如此。

雙柱舉升機(包括液壓式和機械式),均具有以下優(yōu)點:第一,檢修汽車

下部具有很高的可接近性(幾乎達到100%);其次,采用車輪自由型的方式

支撐車輛,因而拆卸車輪時不需要其它輔助性的舉升措施;第三,結構緊湊,

專地面積小。雙柱舉升機的缺點是:第一,為確保安全,安置舉升機時的要

求非常嚴格,否則在舉升過程中容易搖晃或顛覆;第二,由于此舉升機常采

用車輪自由型的方式支撐汽車,如需采取車輪支撐型的方式維修汽車則甚

感不便,如檢查懸掛系統(tǒng)、檢查轉向機構間隙或進行車輪定位檢驗等;第三,

由于舉升臂和立柱承受懸臂或載荷所產生的巨大應力,其承力件易于磨

損。因而雙柱舉升機的安全工作壽命一般要比四柱舉升機低。

如圖1.2所示,四柱舉升機有四根立柱、兩根橫梁、用于支撐汽車的

兩個臺板。舉升前,汽車很容易正確無誤的駛上四柱舉升機的臺板。由于

臺板內側設備有凸緣,當汽車駛上臺板時也不致于墜入其間的空隙中,車

輪支承型四柱舉升機的優(yōu)點是:第一,舉升機裝載汽車時勿需較高的技術,

操作又很簡單;第二,承載時非常穩(wěn)定;第三，支承載荷受力簡單,應力較低,

從而延長了設備的使用壽命;第四,由于具有較高的使用價值,從經濟上來

看也是合算的;第五,易于維修;第六,在車間現(xiàn)場進行安裝也較方便，只要

地面平坦,其混凝土厚度能夠牢固立柱的地腳螺栓即可。四柱舉升機的缺

點是:和雙柱舉升機相比,占地面積較大,對汽車檢修區(qū)域的可接近性差。

1.2國內的情況和發(fā)展趨勢

由于我國汽車維修檢測設備行業(yè)起步晚、起點低，整體上仍然相當落

后。舉升機制造企業(yè)生產規(guī)模小、經濟技術力量薄弱、各自為政、缺乏專

業(yè)分工和廣泛合作；技術吸收、運用、開發(fā)、創(chuàng)新能力不強；抄襲、偽造

現(xiàn)象和短期行為嚴重；市場營銷及服務水平低等問題還普遍存在，致使全

行業(yè)產品質量差、結構不合理、總量增長受到限制。“十一五”規(guī)劃的發(fā)

展思路和目標是：建立和完善一整套適應社會主義市場經濟要求的汽車維

修檢測設備行業(yè)管理體制；密切結合汽車技術的發(fā)展要求及汽車維修作業(yè)

的實際需要，力爭在產品質量提高、品種配套、高新技術含量增大等三個

方面，使汽車舉升機整體上接近國際先進水平。

有人說:對于汽車維修企業(yè)來說，汽車舉升機可能是除廠房外的最重

要的投資,因為它具有至關重要和不可替代的作用，甚至直接影響到汽車

維修業(yè)務的興衰。汽車舉升機是汽車維修設備行業(yè)的支柱設備之一,讓我

們生產出更多、更好、更受用戶歡迎的汽車舉升機,為汽車維修企業(yè)服務。

2課題分析

2.1設計技術要求

最大舉升質量4000公斤；最大舉升高度1700毫米；可用于四輪定位

的四柱式舉升機；符合汽車舉升機行業(yè)安全標準。

2.2設計特點

2.2.1舉升機臺板降到下位時,與地面應盡可能在同一平面上

為達到此目的,雖然可在地面上挖掘凹坑,但需增加投資費用,也破壞

了車間地面的平整性。為此,在保證強度和剛度的前提下,應盡可能降低舉

升機臺板和橫梁的高度;這樣既便于汽車駛上舉升機,又使駛上臺板的斜

面長度盡可能短,節(jié)約車間的占地。在條件許可時舉升機臺板(或橫梁)應

選擇專用型鋼或用鋼板折彎成形。

2.2.2正確選擇傳動方式

采用機械傳動(螺母、絲螺)或液壓傳動(油缸),均用電動機驅動。機

械傳動的成本較高,耗能較多，但安全性較好。經驗證明:機械傳動的能耗

為液壓傳動所需能耗的兩倍(在舉升載荷、舉升時間均相同的條件下)。機

械示舉升機的螺母、螺栓磨損較快,而液壓示舉升機的維修量卻相對要小

些。雖然液壓示舉升機的技術難度較大,但多數(shù)零部件(液壓泵、液壓缸、

閥門、密封元件等)均可外購或外協(xié),當然一定要選用優(yōu)質產品。

2.2.3鋼絲繩的選擇

為了減少滑輪直徑從而縮小舉升機立柱的斷面尺寸,應該選用高柔度

的鋼絲繩。鋼絲繩應有較高的安全系數(shù),一般應達8。為此,應增加鋼絲繩

鋼絲的數(shù)目。如英國某公司3t系列的舉升機所采用的鋼絲繩的直徑為9mm,

兩根并列,每根37股,每股6根鋼絲?；喓弯摻z繩的直徑比為18比1。

滑輪通常用鋼材制成,而該公司采用的玻璃釬維與尼龍混合制成(50%的玻

璃釬維、50%的尼龍)。這樣,不僅價格便宜,還能減輕鋼絲繩的磨損,延長

其使用壽命。

2.2.4汽車舉升機的安全保證措施

今天全世界都對在危險作業(yè)環(huán)境下工作的人們的安全寄予極大的關

注。汽車舉升機具有潛在的危險,因為人們要在其下面工作，當其升降時

如不小心,也會碰傷手足。近年來不少國家還制定了專門性法規(guī),以防止或

至少使安全事故的可能性降低到最低限度。

汽車舉升機的安全保證措施主要應從兩方面著手:一方面應從設計制

造方面采取措施,好提高汽車舉升機的安全技術特性;另一方面則應在使

用維修過程中遵循嚴格的操作規(guī)程,保證汽車舉升機能在良好的技術狀態(tài)

下正確的運行。

3方案論證

3.1純機械結構

設想由齒輪——齒條結構做主動力結構，由電動機帶動齒輪轉動，齒

輪與固結在升降板上的齒條嚙合，帶動齒條上下運動從而達到舉升的目

的。簡單示意圖如圖3.1，具體過程如圖3.2所示。

圖3.1結構示意圖

電動齒輪齒條升降汽車機板

限位開關

圖3.2系統(tǒng)框圖此結構的優(yōu)點是結構簡單，易于操作，傳動精度高，響應快等等，但也存

在著十分巨大的問題：第一，由于是四柱舉升，按照上面結構，勢必要在

每個柱上都設計此結構，并可能需配置4個電動機，不僅增加額外重量，

而且經濟性也不好，同時對同步舉升存在缺陷。第二，由于是齒輪——齒

條嚙合的舉升，所以汽車的重量都由輪齒間的嚙合力平衡，對齒輪齒條的

剛度要求很高，而且長期負載，容易產生疲勞失效。

3.2液壓結構

設想由液壓結構帶動剛索伸縮運動，剛索的另端經過滑輪固結在柱

上，液壓缸固結在平板上，由于剛索的伸縮，產生反作用力，舉升汽車。

上升升降板降上限位開關

具體過程如圖3.3所示。上升升降板降上限位開關

剛索液壓結構

下

下限位開關

PLC程序

圖3.3系統(tǒng)框圖

優(yōu)點：

（1）液壓傳動可在運行過程中進行無級調速，調速方便且調速范圍大。

（2）在相同功率的情況下，液壓傳動裝置的體積小、重量輕、結構緊湊。

（3）液壓傳動工作比較平穩(wěn)、反應快、換向沖擊,能快速啟動、制動和頻

繁換向。

（4）液壓傳動的控制調節(jié)簡單，操作方便、省力，易實現(xiàn)自動化，當其

與電氣控制結合，更易實現(xiàn)各種復雜的自動工作循環(huán)。

（5）液壓傳動易實現(xiàn)過載保護，液壓元件能夠自行潤滑，故使用壽命較

長。

（6）由于液壓元件已實現(xiàn)了系列化、標準化和通用化，過制造、使用和

維護都比較方便。

主要缺點：

（1）由于流體流動的阻力損失和泄漏較大,所以效率較低。如果處理不當,

板

泄漏不僅污染場地,而且還可能引起火災和爆炸事故。板

（2）工作性能易受溫度變化的影響,因此不宜在很高或很低的溫度條件下

工作

通過綜合考慮和對比，利用液壓結構在汽車舉升機構中具有明顯優(yōu)勢。

4機械部件設計計算

4.1舉升機運動過程原理

本四柱舉升機由液壓驅動，通過滑輪與鋼絲繩傳遞應力，具體運動流

程見圖4.1：

電動機

液壓缸

鋼絲繩

平

圖4.1簡單示意流程圖在上述流程中，電動機正轉，液壓缸排液，與鋼絲繩連接的液壓桿縮回，

通過滑輪的變向，使平板受到向上的的舉升力，平板被向上舉升。同樣的，

當電動機反轉，液壓缸注液，掖壓桿伸出，此時平板仍然受向上的力，只

是鋼絲繩在伸長，平板受重力作用自動下降。

簡單的結構示意圖見下圖4.2：

圖4.2簡單結構示意圖由以上結構簡圖可見：

（1）由于平板的舉升、下降是由液壓桿的伸縮運動控制，所以平板的最

大舉升高度主要受液壓桿初始長度的影響，安裝的時候液壓桿初始

F2EIA(L)Acr2…………(4.1)

長F2EIA(L)Acr2…………(4.1)

（2）立柱內固定點實則為立柱蓋上與鋼絲繩連接的一結構，在安裝時可

以調節(jié)結構，（示意圖上為上移或下移固定點）使得被四個立柱支撐

的平板在同一水平面內。

4.2立柱設計計算

此設計為四柱舉升機，共有四根立柱，呈對稱布置，故只分析設計其

中一根即可。立柱承受主要的應力，因此有較高的強度要求。

由于立柱可簡化為一端固定，一端自由的壓桿，所以主要從穩(wěn)定性方

面考察立柱的工作形式。立柱的簡化圖如圖4.3：

圖4.3立柱受力分析圖由材料力學的知識可得，壓桿失穩(wěn)時桿件上的平均壓應力稱為臨界應

力，也即我們要討論的應力。

細長壓桿的臨界應力為：

cr

為長度系數(shù)。對于不同的受壓形式桿件有不同的數(shù)值。在本例中42IALi…………（4.2）2E……………………（4.4）為長度系數(shù)。對于不同的受壓形式桿件有不同的數(shù)值。在本例中42IALi…………（4.2）2E……………………（4.4）2

=2.0

E為彈性模量，GPa

I為慣性矩，mm

A為截面面積，mm

L為壓桿長度，mm

若引入截面的慣性半徑i：

i

再引入柔度因子：

…………（4.3）

那么臨界應力可表示為：

cr

現(xiàn)確定截面的慣性矩。截面尺寸見下圖4.4：

立柱壁厚，mm立柱去除壁厚后的寬度，mm立柱的寬度，mm立柱去除壁厚后的高度，mm立柱的高度，mm立柱緣的寬度，mm

圖4.4立柱截面圖立柱壁厚，mm立柱去除壁厚后的寬度，mm立柱的寬度，mm立柱去除壁厚后的高度，mm立柱的高度，mm立柱緣的寬度，mm圖中：

a=10

b=180

B=200

h=130

H=150

L=40

計算如下：

Aahab3100mm21

Y(aH2ba2)/2A39.2mm11

A2aL800mm22YHa/2145mm2

eHY110.8mm1

2IZ1IAz

60.22

100,61.6s2IZ1IAz

60.22

100,61.6saA23548001128KNcrPcr21.18106mm4Z2L2.02000i66.42…………………（4.5）235Mp

Y(AYAY)/(AA)60.9mmc112212

CYY21.7mme1C1

CYY84.1mme22C所以各分截面對形心軸的慣性矩為：

I(BY3bh3ae3)CA15.52106mm4z11e11

ILa3/6CA5.66106mm4z2e22所以截面對Z軸的慣性矩為：

IIz

i66.42mm

因為材料為Q235，查手冊可得po所以此桿屬于小柔度桿。

應用公式：cr

由手冊可得Q235的s所以

Pcr即可承受壓應力值。

由于設計舉升重量為4t假設最大舉升機重量為3t

則每根立柱實際最大承重P=17.25KN遠遠小于

所以滿足強度要求。

4.3梁設計計算

梁力學上可簡化為下圖4.5：

圖4.5梁受力圖圖中：

L——梁的有效長度，mm

G——梁的自重，N

a——梁的支架到承受橋上重力一端的距離，mm

c——架在梁上，橋與梁接觸的有效寬度，mm

由設計過程，可得：

a=250mm

c=500mm

L=3000mm

q=20N/mm

10000N7500000Nmm——梁上最大剪力max10000N7500000Nmm——梁上最大剪力max

由計算來看，自重相對于梁上所受外力很少，為簡化后面計算，忽略

自重，對最終計算結果基本無影響。

現(xiàn)計算過程如下：

由梁的平衡條件可得：

FF10KNab由梁的受力情況繪出梁上的剪力及彎矩圖，如圖4.6

圖4.6彎矩圖

由圖得：

Qmax

Mmax

Q

——梁上最大彎矩maxL53.75mm/A——梁上最大彎矩maxL53.75mm/A

4.3.1強度校核

梁的截面尺寸如圖4.7：

圖4.7梁截面圖由設計過程可得：

L150mm1

L50mm2a10mmb10mmc80mm所以：

ALa1500mm211

ALb500mm222yAa/2ALAc22212

L3M/WL3M/W44.64MP

qcb(L2/4b2/3c2/12)/2EIZymax0.056mmy2YMI

s……………（4.6）max

353MP

ILa3/12Aa/2y14843.75mm4z1112cIbL/62AL/221034895.83mm4z222C2III1.05106mm4ZZ1Z2

maxmaxzz由于45#

maxs所以此梁滿足強度要求。

4.3.2剛度校核

在q的作用下，梁產生的最大擾度為于中點，則

ymax其中：

E=210Mpa材料的彈性模量

b=a+c/2

所以

符合剛度要求。

4.4橋身設計計算

橋身力學上可簡化為下圖4.8：

單個車輪上的車重

圖4.8橋身受力圖單個車輪上的車重

其中C，D兩點視為車輪與橋身的接觸點

橋身與梁的接觸面簡化為A，B兩點

由設計過程得：

L1=2500mm

L2=1025mm

L=4550mm

G=10000N

由平衡條件可得梁對橋升的反力：

FF10000Nab由橋身的受力情況繪出橋身上的剪力及彎矩圖，如圖4.9：

10000N10250000Nmm——梁上最大剪力——梁上最大彎矩

圖4.9彎矩圖10000N10250000Nmm——梁上最大剪力——梁上最大彎矩由圖得：

Qmax

Mmax

Qmax

Mmax4.4.1強度校核

橋身的截面尺寸如圖4.10：

A/A3L54.16mmLA/A3L54.16mmL2由設計過程可得：

L500mm1

L50mm2a10mmb20mmc360mm所以：

ALa5000mm211

ALb1000mm222ya/2ALAc22212所以截面對形心軸的慣性矩

ILa/12Aa/2y45194.67mm4z1112c

3M/W277MP

qcb(L2/4b2/3c2/12)/2EIZymax0.47mmy類別(6+1)圓股等捻距繩YMI

s分類原則2～36到3M/W277MP

qcb(L2/4b2/3c2/12)/2EIZymax0.47mmy類別(6+1)圓股等捻距繩YMI

s分類原則2～36到7根，中心絲(或無)外捻制1～2層鋼絲，鋼絲

6個圓股，每股外層絲8～12根，中心絲外捻制2～max

353MP典型結構鋼絲繩

6×9W

6×19S6×19W直徑范圍股繩(3/3+3)(9+9+1)(6/6+6+1)/mm14～369～368～40z222C2III2.16106mm4ZZ1Z2

maxmaxzaz由于45#

maxs所以此梁滿足強度要求。

4.4.2剛度校核

在q的作用下，梁產生的最大擾度位于中點，則由公式4.6

ymax其中：

E=210Mpa材料的彈性模量

b=a+c/2

所以

符合剛度要求。

4.5鋼絲繩強度校核

表4.1鋼絲繩類型（GB/T8918-1996)

組別6個圓股，每股外層絲可6×716×7鋼絲26×19(a)

6×36SW(14+7/7+7+1)12～526×37(a)6×55SWS(18+9/9+9+9+1)36～64

8×19W(6/6+6+1)10～488×198×26SW(10+5/5+5+1)16～48

8×36SW(14+7/7+7+1)14～606×36SW(14+7/7+7+1)12～526×37(a)6×55SWS(18+9/9+9+9+1)36～64

8×19W(6/6+6+1)10～488×198×26SW(10+5/5+5+1)16～48

8×36SW(14+7/7+7+1)14～608×378×55SWS(18+9/9+9+9+1)44～6417×7(6+1)6～3617×718×19W(6/6+6+1)14～4434×76×24(15+9+FC)8～406×246×24W(8/8+8+FC)10～446×19(b)6個圓股，每股外層絲186×37(b)絲異型

鋼絲繩14～18根，中心絲外捻制3層或3層以上的鋼絲，

12根，中心絲外捻制2～8×25Fi(12+6F+6+1)18～52

14～18根，中心絲外捻制3層或3層以上的鋼絲，

股，在纖維芯或鋼芯外捻18×7(6+1)6～36

股，在纖維芯或鋼芯外捻

12～16根，股纖維芯外捻6×24S(12+12+FC)10～44

根，中心絲外捻制2層鋼6×19(12+6+1)3～7

根，中心絲外捻制3層鋼6×37(18+12+6+1)5～11

6個三角形股，每股外層6V×7外捻制一層鋼絲6個三角形股，每股外層6V×19芯或纖維芯外捻制2層鋼6×41SW(16+8/8+8+1)32～486×49SWS(16+8/8+8+8+1)36～40

8×41SW(16+8/8+8+1)40～568×49SWS(16+8/8+8+8+1)44～64

36×7(6+1)16～44

絲7～9根，三角形股芯6V×18(9+/3×2+3/)20～36

6V×21(12+9+FC)11～36絲10～14根，三角形股6V×3328～44(12+12+/3×2+31)6×26SW(10+5/5+5+1)13～406×31SW(12+6/6+6+1)12～46

6個圓股，每股外層絲3鋼絲等捻距

8×19S(9+9+1)11～44

8個圓股，每股外層絲8～43層鋼絲，鋼絲等捻距

8×31SW(12+6/6+6+1)14～56

8個圓股，每股外層絲5鋼絲等捻距

鋼絲繩中有17或18個圓6制2層股

鋼絲繩中有34或36個圓34×7(6+1)16～447制3層股

6個圓股，每股外層絲8制2層鋼絲

6個圓股，每股外層絲129絲

10

11股

12

(15+12+/3×2+3/)6個三角形股，每股外層6V×37芯外，捻制2層鋼絲(18+15+/1×7+3/)4個扇形股，每股外層絲4V×39S4V×39制3層鋼絲+66Q×21內股(12+9+FC)pn69kNp12.5kNn5.5232～52絲15～1(15+12+/3×2+3/)6個三角形股，每股外層6V×37芯外，捻制2層鋼絲(18+15+/1×7+3/)4個扇形股，每股外層絲4V×39S4V×39制3層鋼絲+66Q×21內股(12+9+FC)pn69kNp12.5kNn5.5232～52絲15～18根，三角形股6V×3952～58

(15+15+9+FC)8～3615～18根，纖維股芯外捻外股(14+5)19+6V×6～8個橢圓形股ppn6V×37S(18+12/3×2+3/)52～584V×48S鋼絲繩中有12～14個股，V×21在6個三角形股外，捻制6Q×33(15+12+/1×7+3/)(18+18+12+FC)內股(12+9+FC)+632～5220～40外股(1513+5)40～58

6V×36

13

6V×43

14

6Q×1915V×21

參考上表，考慮舉升機的實際情況，本設計考慮采用圓股6X7型鋼絲繩。

查機械手冊可得，

單根10.3mm鋼絲繩的

本設計中舉升機加上汽車重量為5t，由四根立住，即四根鋼絲繩舉升，

所以每根鋼絲繩的所受應力

得鋼絲繩安全系數(shù)為

符合要求。

4.6滑輪軸承的選用及校核

下表4.2是截取的一段深溝球軸承的尺寸參數(shù)

在本設計中，舉升機的舉升重量為5T，共有四個立柱內滑輪分別承

受1.25T的重量。所以在選用軸承時擬選用6406這一型號。

6406具體參數(shù)如下：

47.5kN12.5kN3.847.5kN12.5kN3.8CCr

標準=GB/T276-1994

軸承代號=6406

基本尺寸\d(mm)=30

基本尺寸\D(mm)=90

基本尺寸\B(mm)=23

安裝尺寸\damin(mm)=39

安裝尺寸\Damax(mm)=81

安裝尺寸\rasmax(mm)=1.5

基本額定載荷\Cr(kN)=47.5

基本額定載荷\Cor(kN)=24.5

極限轉速\脂(r/min)=8000

極限轉速\油(r/min)=10000

重量(kg)=0.71

軸承額定載荷：Cr

每個軸承實際載荷：C

安全系數(shù)為：n

符合要求。

表2深溝球軸承的尺寸參數(shù)

D=95mmd1=80mm

5液壓系統(tǒng)設計計算D=95mmd1=80mm

設計要求：

額定舉升重量：G1=4000kg

液壓缸有效工作行程：L2=1500mm

全行程上升時間：t1<=60s

全行程下降時間：t2>=20s

液壓缸參數(shù)：

選用“HCS-80-拉”型液壓缸，主要尺寸：

缸體外徑

活塞直徑

活塞桿直徑d2=30mm

活塞最大行程Lm=1750mm

液壓缸工作壓力計算：

22Vq/(dd)/434.725mm/s

VtL/V43.18s

t…………………（5.1）

22Vq/(dd)/434.725mm/s

VtL/V43.18s

t…………………（5.1）

)/n材料抗拉強度安全系數(shù)35.7(F/21.72mmdd221/2)…………………（1/25.2）112液壓泵流量選擇：

q9L/minp升降速度：

上升速度1p12下降速度由限流閥調節(jié)2升降時間：

上升時間121下降時間由限流閥調節(jié)2液壓缸動力單元功率計算：

Pqp/612pp其中為液壓泵的總效率本設計中取

所以P=0.973KW

所以選定電動機功率為P=1.1KW可選用型號Y802-2w活塞缸強度驗算

根據活塞桿只受拉力作用的工作情況，演算公式為：

d35.7(F/b其中：=530MPabn=5

所以，d

活塞實際直徑滿足強度要求。2

6電氣控制原理

舉升機是通過電動機驅動，這必然要涉及電氣控制。本設計采用繼電

器控制原理，通過繼電器和幾個開關元件達到簡單控制的目的。由于舉升

機構比較簡單，這種控制比較適合。

下圖6.1即為所設計的控制原理圖，現(xiàn)簡單闡述如下：

圖為電機正反轉按鈕控制電路，從主電路看，接觸器KM1與KM2主觸

頭接法不同，因此當KM2主觸頭閉合時，引入電機的電源線左，右兩相交

換，從而改變了相序而使得電機轉向改變。

再分析，電機正轉時，按下SB2使得KM1得電并自鎖。此時按下SB3

也不能使接觸器KM2得電。電機要反轉時，必須先按下停止按鈕SB1，使

得KM1失電，其常閉觸頭閉合，然后在按下SB3，KM2才能得電，電機反

轉。

圖6.1電氣控制原理示意圖

安全控制機構的控制原理是基于如下圖6.2結構的：

圖6.2安全裝置KM3是電磁鐵繼電器，結構上就安裝1處。初始電磁鐵不得電，

結構處于圖示狀態(tài)，當SB4閉合，繼電器得電，電磁鐵吸引活動擋板向

左移動，彈簧推動安全板也向左移動，與凸臺接觸或者擱置于凸臺上，

安全機構起作用。當KM3失電，電磁鐵失去吸引力，活動擋板向左移動，

回到初始位置，安全斑與凸臺分離，安全機構失去作用，舉升機可下降。

7結論

（1）計算結果表明預定方案基本可行。

（2）設計結構的剛度、強度均滿足設計要求。

（3）設計結構合理、尺寸緊湊、容易制造、生產成本低、容易組織生產。

（4）所選液壓缸的行程、強度均滿足設計要求，且整個行程上升時間小

于60s。

（5）電氣控制設計使舉升機簡單易操作。

（6）預定的技術路線是成功的，設計步驟是合理的。

參考文獻

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附錄

1四柱式汽車舉升機UG三維視圖2汽車舉升機交通行業(yè)標準

B66F7/04；B66F17/00；B66F7/00；B66F17/00；(IPC1-7):B66F7/04；B66F17/00

譯文B66F7/04；B66F17/00；B66F7/00；B66F17/00；(IPC1-7):B66F7/04；B66F17/00

汽車舉升機保險鎖裝置

出版編號:US6382358

出版日期:2002-05-07

發(fā)明者:KRITZERJEFFREYSCOTT(US)

申請者:

分類:

-國際組織:

-歐洲組織:B66F/04；B66F17/00

申請編號:US2000070256020001031

優(yōu)先權編號:US2000070256020001031

摘要

當前的發(fā)明是由一個有滑動支架的汽車

舉升機的保險鎖裝置組成,它被連接在

立柱上并通過柔性舉升部件,如鏈條或

纜繩來支承。此保險鎖裝置由一個能防

止支架突然下降的棘輪鎖機構和一個在

柔性舉升部件斷裂或棘輪鎖被解開時能

自動嚙合棘輪鎖的自動防故障裝置組

成。棘輪鎖機構包括一個連接立柱的棘

輪軌道和一個連接舉升支架的棘輪棘

爪。當棘輪棘爪處于軌道嚙合位置時，棘爪允許舉升支架上移而阻止它下

降。棘爪通過連接在棘輪棘爪上的釋放桿移動到釋放位置。釋放桿的一頭

被定位在最近的立柱上，并有選擇的嚙合立柱以此來推動棘爪離開立柱并

裝樞軸于釋放位置。棘輪鎖機構被自動地接合在上移的舉升支架上。自動

防故障裝置包括一個安在舉升支架上的柔性連接件并在其最上端和最下

端之間是可移動的。柔性舉升部件置于柔性連接件的最上端。彈簧在柔性

舉升部件里起反作用力，并在其失去拉力時迫使柔性連接件處于最低位

置。柔性連接件被連接在棘爪釋放桿上，利用其向下運動來移動釋放桿去

接合棘爪并防止舉升支架下降。

描述

發(fā)明背景

[0002]1.發(fā)明領域

[0003]此發(fā)明關系到汽車保養(yǎng)用舉升機領域，特別是在垂直立柱或圓柱上

裝有滑動舉升支架并通過鏈條、纜繩或其它柔性舉升部件支承的柱型舉升

機的保險鎖機構。

[0004]2.相關技術描述

[0005]各種各樣的柱型汽車舉升機先前已經被認識并應用于汽車維修行

業(yè)。柱型舉升機可分為地下型和地面型兩種。地下型舉升機通常有一根或

兩根安裝在維修車間地下的垂直圓柱，它們是通過液壓驅動的。地面型舉

升機通常有兩根或四根垂直立柱，每根立柱都有舉升支架，并裝有一個或

多個舉升臂來舉起車輛。通過絞盤或液壓驅動鏈條、纜繩或其它柔性舉升

部件，舉升支架被舉起或降落。

[0006]早已熟知的是提供棘輪鎖機構的汽車舉升機能防止舉升機支架的

突然下降，那些事故可能導致傷害操作人員或損壞車輛。這些設備一般包

括一條棘輪軌道，上面布滿垂直間隔的模塊，它們被連接在立柱和連接有

舉升機支架的棘爪上，并有選擇的嚙合棘輪軌道。當嚙合時，棘輪鎖機構

允許舉升機支架上升，但阻止它下降。為了降低舉升機支架，棘輪棘爪必

須被人工解開。這些棘輪鎖機構的同一問題是：為使其工作，在舉升機再

次被舉起之前，棘輪必須被重新嚙合。

[0007]如被嚙合，棘輪鎖機構將起到防止舉升機支架突然下墜的作用。但

它不能自己提供同一安全水平，因為它必須被解開以降低舉升機。在舉升

機下降過程當中，如果一根柔性舉升部件斷裂或在任何時候因疏忽使棘輪

鎖處于非嚙合位置時，就沒辦法防止各舉升機支架一直降到立柱底部。為

了確保安全，保險鎖設備應該包含一個自動防故障裝置，它能在發(fā)生事故

時自動地重新嚙合棘輪鎖機構。

[0008]一些合成了自動防故障裝置的保險鎖設備先前已經被人熟。E.H.

Steedman的U.S.Pat.No.2,238,573發(fā)明了一個有自動防故障裝置并

由絞盤和纜繩操縱的汽車舉升機，其中每根纜繩都被連接在曲柄上，曲柄

被附在舉升機支架的內部，彈簧拉力相對于纜繩起反作用。如果纜繩斷裂，

彈簧拉力將曲柄回轉到它的連接點，使曲柄尾部接合立柱背面的某個鉆

孔，以停止支架的繼續(xù)下降。Steedma先生的第二個專利

U.S.Pat.No.2,266,915發(fā)明了由一個開口型棘輪機構組成的自動防故障

裝置，如果支架下降的太快，它利用平衡力的方法來達到鎖緊的目的。

Steedman的保險鎖專利提供了能防止因繩斷裂而使支架突然下降的自動

防故障裝置的設計，其中包括舉升機的機械故障等毫無預防的事故。

[0009]YasunoriSuzuki的U.S.Pat.No.4,331,219發(fā)明了鏈舉升的保

險鎖設備，包括附于圓柱上的棘輪軌道和一個通過樞軸桿連接在支架上的

棘爪。當舉升機被舉起時，棘爪通過扭力彈簧偏心于槽鋼的一個接合位置。

在舉升機下降過程中，棘爪通過連接在支架上的封閉鋼板被固定在解開的

位置，并接合在棘爪樞軸桿的活動鋼板上。舉升鏈條通過樞軸桿連接在支

架上，在吊桿上的卷彈簧對于鏈條拉力起反作用。連接在樞軸桿上的拉桿

有一與棘爪相連的末端。鏈條一旦斷裂，卷彈簧將推動吊桿向下，從而裝

樞軸于封閉鋼板和釋放的活動鋼板上。轉矩彈簧使棘爪樞軸桿和棘爪回轉

到接合位置并防止支架向下運動。

[0010]鈴木舉升機棘輪鎖同樣配備了一個連接在棘爪上的推桿，它有一個

當舉升機支架完全下降后接合地面的末端，并自動將棘爪置于嚙合位置。

這個特點部分解決了舉起舉升機前操作員忘記嚙合棘輪鎖的問題。操作員

仍將可以解開保險鎖，適當降低舉升機（例如接近車輛的另一部件）并在

沒有重新嚙合棘輪鎖的情況下再次舉起舉升機。

[0011]JamesJ.Taylor,etal.的U.S.Pat.No.4,457,401發(fā)明了液

壓驅動鏈條的舉升機棘輪鎖機構，它包括一個焊接在立柱上的棘輪軌道和

一個連接在支架上的棘爪。棘爪通過彈簧偏心于嚙合了棘輪軌道的位置。

棘爪通過一個應用纜繩的拉力的上車板來釋放。這個保險鎖設備同樣包括

自動防故障裝置，其中包括安置在立柱頂部的鏈條拉力感應裝置。鏈感應

裝置包括一個連接在棘爪釋放纜繩上的滑輪。如果鏈條斷裂從而失去拉

力，鏈拉力感應裝置被觸發(fā)，使滑輪向下旋轉并釋放拉力，從而使棘爪處

于嚙合位置，以防止支架向下運動。

[0012]而泰勒舉升機真正的提供了能自動復位的棘輪鎖自動防故障機構

（當操作員釋放上車板時，棘輪棘爪回到嚙合位置），但相應的條件是當

舉升機下降時操作員必須站在離舉升機最近的位置以保持上車板的下降，

因此增加了人身傷害的可能。

[0013]很明顯，目前仍然需要一個保險鎖設備，它既要有防止舉升機突然

下降的棘輪鎖機構，又要有突發(fā)事故時能自動嚙合棘爪的自動防故障裝

置，目前設計的棘輪鎖就能在舉升支架開始上移的任何時候自動復位。

總結

[0014]當前的發(fā)明是由一個有滑動支架的汽車舉升機的保險鎖裝置組成,

它被連接在立柱上并通過柔性舉升部件,如鏈條或纜繩來支承,這個保險

鎖裝置由一個能防止車架突然下降的棘輪鎖機構組成,在柔性舉升部件斷

裂或棘輪鎖松開時,一個自動防故障裝置能自動嚙合棘輪鎖。

[0015]這個棘輪鎖機構包括一個連接立柱的棘輪軌道和一個連接舉升支

架的棘輪棘爪，并在軌道嚙合位置和釋放位置之間可旋轉。棘爪通過彈簧

偏心于軌道嚙合位置。當棘輪棘爪在軌道中處于嚙合位置時，棘爪允許舉

升支架上升而不是下降。

[0016]棘爪通過一個連接在棘輪棘爪上的解鎖手柄上升到解鎖位置。釋

放桿有第一和第二末端，第一末端靠近立柱，并在第一位置和第二位置之

間的兩末端中點上可旋轉。在第一位置，釋放桿處于非接合狀態(tài)，棘輪棘

爪仍保持在軌道嚙合位置。但是在第二位置，釋放桿接合立柱，以此推動

棘爪離開立柱并置棘爪于釋放位置。

[0017]這個棘輪鎖機構被自動地捏合在上移的舉升支架上，棘爪釋放桿

在第二位置的向上運動致使其前端向下回轉，移動棘爪釋放桿到第一位

置，從而允許棘爪彈簧迫使棘輪棘爪處于軌道嚙合位置。

[0018]自動防故障裝置包括連接在舉升支架上的柔性連接件，并在最上端

和最下端之間可滑動。柔性舉升部件被置于柔性連接件的最上端，并利用

拉力來固定。連接在柔性連接件上的彈簧起反拉力的作用并在柔性舉升部

件失去拉力時迫使柔性連接件降到最低位置。在柔性連接件之下，連接在

舉升機支架上的行程桿有一個和柔性連接件相接觸的第一末端和連接棘

爪釋放桿的第二末端。行程桿在關系到舉升機支架上第一和第二末端的中

點上是可回轉的，那樣，當柔性連接件從最上端移到最下端時第一末端下

移而第二末端上移。行程桿第二末端的上移把棘爪釋放桿安置于第一位

置，并通過彈簧使棘爪處于軌道嚙合位置。

發(fā)明的目的和優(yōu)勢

[0019]當前發(fā)明的主要目的和優(yōu)勢包括：提供了防止汽車舉升機突然下降

的保險鎖設備；提供了在柔性舉升部件斷裂時能自動嚙合保險鎖的自動防

故障裝置；提供了舉升機向上運動時自動嚙合保險鎖的機構；提供了包含

在舉升機支架構造內部并受防護的保險鎖設備；提供了制造經濟、運轉高

效、壽命長久，具有顯著適用性的保險鎖設備。

制圖的簡要說明

[0020]圖1是柱型汽車舉升機的端視圖。

圖1端視圖

[0021]圖2是其中一根汽車舉升機立柱切開的透視圖，顯示當前發(fā)明具

體化了的保險鎖機構。

圖2透視圖

[0022]圖3是其中一根汽車舉升機立柱的橫剖視圖，圖1中3-3所示，顯

示了圖2的保險鎖機構。

圖3橫剖視圖[0023]圖4是圖3中4-4的橫剖視圖，顯示了在釋放位置的保險鎖機構。

圖4橫剖視圖[0024]圖5是和圖4同一位置但處于保險鎖緊狀態(tài)的橫剖視圖。

圖5橫剖視圖

主體的詳細描述

[0025]按要求，當前發(fā)明的具體細節(jié)在此披露；但是，應該知道的是，所

披露的細節(jié)僅僅是作為這個發(fā)明的可仿效的實例，它可以被具體化到各種

形式。因此，明確的結構和功能方面的細節(jié)因受限制沒有在此說明，它僅

僅作為一個聲明和具有代表性的基本原理，在技術上熟練的引導某人去借

鑒此發(fā)明一些實質上的適當詳細的結構。

[0026]為方便參考，某些術語在接下來的描述中將被應用。例如，“向上

地”、“向下地”、“向左地”和“向右地”在制圖說明中表明方向。術語“向

內地”和“向外地”表明接近和遠離，其中具體細節(jié)的幾何中心成為被說

明和設計的各組成部件。上述的術語包括被明確提及的、在其中被引用的

和一些意思相似的詞語。

[0027]在更多細節(jié)方面涉及到制圖的，參考號1通常指令目前的發(fā)明具體

化的保險鎖裝置。保險鎖裝置1設計應用于一個或更多（通常是2個或4

個）垂直圓柱上的柱型汽車舉升機3，或者立柱5，其每根立柱都支承一

個各自垂直的可移動的舉升支架7。舉升支架7通過系于自身末端的鏈條、

纜繩或其它柔性舉升部件9來被舉起或下降。

[0028]舉升機3通常在此被說明和描述為其柔性部件是滾筒鏈的結構，它

是通過液壓11驅動的，在圖1中所示，但是應該知道的是保險鎖裝置1

適用于利用纜繩或其它類型的柔性舉升部件9的舉升機，它們通過電絞盤

或別的適當?shù)姆椒▉眚寗?。因為與每根立柱5相連的保險鎖裝置1基本上

是相同的，所以在此只對一根立柱5和與其相連的保險鎖裝置進行詳細說

明。

[0029]立柱5有一個通常成直角的短剖面，包括一個支承舉升機支架7

的軌道15的前壁13，背面?zhèn)缺?6和一個相對于前壁13的后壁17。舉升

機支架7包括一個騎跨于立柱5之間的垂直框架部件19，一個水平交叉

部件21連接框架部件19，它騎跨于立柱5的外側，并在舉升機3上支承

安裝在車輛下部的一對舉升臂被舉起?？蚣?9有一個參照立柱5內部的

直角短剖面，包括一個前壁25，垂直朝向前壁25的第一側壁27，相對于

第一側壁27的第二側壁29?？蚣?9的背面是開放的，因此框架19的內

部與立柱5的后壁相連?？蚣?9有一個最上端31和一個最下端（未標示），

兩者對于立柱5的內部都是開放的。

[0030]柔性舉升部件或舉升鏈條9在第一末端35處被連接在離立柱5內

部基點最近的一點上，并從那里向上延伸，使?jié)L筒或鏈齒輪37成環(huán)形連

接到液壓驅動器活塞桿的末端。從鏈齒輪37開始，舉升鏈9通過舉升框

架19的上末端31向下延伸，