目 录
1 绪论 . ........................................................................................................................... 1
1.1升降平台的简介 . .................................................................................................... 1
1.2 升降平台分类 . ..................................................................................................... 1
1.3 液压升降台的工作原理 . ....................................................................................... 2
1.4 液压缸驱动的剪叉升降平台的国内外产品现状 . ............................................. 3
2 剪叉式液压升降平台机构位置参数 . ....................................................................... 9
2.1 剪叉式液压起落平台位置参数剖析 . ................................................................... 9
2.2 剪叉式液压升降平台具体分析 . ........................................................................... 5
2.2.1本课题采用基本参数如下： . ............................................................................ 5
2.2.2剪叉杆的校核 . .................................................................................................... 6
3 剪叉式升降平台模型建立 . ....................................................................................... 9
3.1 UG 简介 . ............................................................................................................... 9
3.2 剪叉式液压升降台模型的建立 . ......................................................................... 9
3.3 剪叉式液压升降台模型的仿真 . ......................................................................... 14
3.3.1 运动仿真模块简介 . ......................................................................................... 14
3.3.2 创建连杆 . ......................................................................................................... 14
4 剪叉式液压升降台零部件选择 . ............................................................................. 18
4.1液压缸主要结构、材料及技术要求 . .................................................................. 18
4.1.1 缸体端部联接方式 . ......................................................................................... 18
4.2活塞 . ...................................................................................................................... 18
4.2.1活塞与活塞杆的联接 . ...................................................................................... 19
4.2.2密封结构 . .......................................................................................................... 19
4.2.3 活塞的材料 . ..................................................................................................... 19
4.2.4 活塞的技术要求 . ............................................................................................. 17
4.3 液压系统原理图 . ................................................................................................. 18
致谢 . ............................................................................................................................. 19
参考文献 . ........................................................................................................................................ 22
内蒙古民族大学学士学位论文
剪叉式液压升降台
1 绪论
1.1升降平台的简介
升降平台是一种将人或货物升降到某个高度的机械设备，一种结构相对简单的起重设备机械，它拥有举升力大、升降面积大、升降平稳、噪音低、操作方便、维修简便、并能够停在升降范围内的任意位置上。被广泛的应用在仓库、码头、自动化生产线等多个行业，可以作为一种比较好使用在人员登高工作和货物垂直运输起重机械。
升降平台随着人类对垂直运送设备的需求而出现，与人类的发展文明一样长久，最初的升降平台采用最基本的动力方式如人力、畜力等提升重量。在工业革命时代之前，这些动力方式常常被升降装置广泛采用。
现在升降台多采用液压式和气压式两种方式，其中液压式因为升降平稳，占体积小，提供动力大等优势被广泛使用，使用该设备多采用剪叉式升降臂，设备占体积小，移动方便，工作环境限制小，如今的升降台更加添加了许多辅助设备，如安全防护装置
目前世界升降台的最高成就应该是非瑞士格劳宾登州正在建设的“圣哥达隧道”上的一部大型升降平台莫属了。“圣哥达隧道”是一条从阿尔卑斯山滑雪胜地通往欧洲其他国家的地下较长的铁路隧道，总长57公里。位于距离地面大约在八百米的“阿尔卑斯”高速列车站，打算要建设一部直接到达地面上的升降台。建成完工后，将会成为现今世界上升降总距离最长的一台升降平台设备了。游客登上升降平台后利用升降台到达地面，时间更短，更加方便，就可以登上阿尔卑斯冰河观光快速列车，在经过两个时辰后就能够到达山顶的度假村了，就可以享受舒适的生活了。
1.2 升降平台分类
按照移动的方方式分为：固定式、拖拉式、自行式、车载式、可驾驶式。 固定式：这种方式是盛机械升降稳定性好，适用范围的产品，他主要用在车间生产线的高度差之间货物，运输货物，材料，装配线，工件使用装配时候调节工件与设备高度等。
车载式：是为提高升降平台的机动移动性，将升降平台固定车上，由汽车引1 1
擎提供动力，无需外接额外动力设备，实现车载式升降平台的升降功能。这种方式可以适应工厂区内外的高空作业任务。
液压式：液压式是广泛应用于汽车制造，集装箱装卸，模具制造等各种场合和工厂的生产线，可以用在不同的海拔高度，同时，可配备各种类型的表面形式，具有多种控制方式，具有升降平稳，准确，频繁启动的优点，承载能力大和其他应用程序，可以有效地解决工业工厂中各种困难的升降工作。
曲臂式高空作业平台：曲柄能悬，工作臂可伸缩，可以在多点起吊点跨越一定高度的障碍物或工作；在这个平台上，承载能力大，可以同时提供两个以上的人的工作，并会带来一定的设备，可在一个360度旋转一定的半径，升降平台是移动方便。
筒式：套筒液压升降平台广泛应用于多级液压缸垂直升降，高强度的材料和材料的机械性能的高标准的使用，塔体壮结构的使用，可使升降平台具有较高的稳定性。
可驾驶式：又名车载式，由升降平台和汽车两部分配套改装组成的。它使用汽车引擎动力，实现升降平台的升降功能。
1.3 液压升降台的工作原理
升降机由行走机构，液压机构，电动控制机构，支撑机构组成的一种升降机设备。液压油由叶片泵形成一定的压力，经过滤油器、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，通过压力的表观察压力表的读数值。液压升降平台的剪叉机械结构，使升降机起升有较高的稳定性，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，安全更保障。
用户可根据自己的使用范围选用动力方式及配置：
1. 动力系统：电瓶直流供电、单相或三相电源，柴油机，液压泵。
2. 行走：辅助自行式、两轮牵引式、自驾式、以及汽车改装式。
3. 支腿：机械支腿、液压支腿、普通手摇支腿、抽拉式支腿。
4. 控制系统：防爆式电控系统、遥控式控制系统、PIC 控制系统。
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1.4 液压缸驱动的剪叉升降平台的国内外产品现状
更多的海外生产下降平台的状态，如日本、德国、美国、英国。起落台已经在国外发展很久了，多节单节段，移动，固定的，在工业，航空，船舶，商业应用广泛，仓库码头。国外设计升降设备较早，拥有丰富的经验，他们在不断开发新的产品，并且应用在新的工作环境中，耐用度比国内大多数升降台好。 升降平台目前广泛采用的是基于双铰接剪叉结构的发展，经过长时间的发展，改进，升降平台，形成不同的功能特性，比如：固定式、自行走式、高空作业式等。
1.5 课题研究的目的意义
通过研究剪叉式升降台可以了解零部件设计过程，整机装配的设计标准，三维模块化建立，让学习零散知识模块化，规范化。
运动仿真是UG/CAE(Computer Aided Engineering) 模块中的主要组成部分，他能把许多复杂的运动分析，动态分析和二维或者三维的机制。利用UG 建模功能建立一个三维模型，利用UG ／运动的三维模型的每个组件的功能提供了一个动态数据，之间建立相应的连接组件之间可以建立一个仿真模型。UG/Modeling 的功能能够对运动机构进行大量的装配分析工作、运动性合理分析工作等，得到很多运动机构的运动数据。运动学和动力学的运动是运动的仿真模型，验证了该机制的设计是合理的分析，改变和可以使用图形输出部件的位移，加速度，速度和力量的协调。
1.6 课题研究的主要内容
1.对剪叉式升降台工艺结构的设计
2.剪叉式升降平台2部分应用UG 软件建模
3.UG软件实现剪叉式升降台的装配
4.UG实现剪叉式升降台运动的仿真
综上所述，本研究的重点是基于剪叉式升降平台UG 三维建模，完成设计和基于UG 软件过程模型的建模，实现运动仿真。在这基础上。对相应的机构进行结构分析，认识并了解相应的结构功能，并确定模型总体的参数及机构型式，定位方式和驱动方式，对模型工作部件的设计和计算。
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2 剪叉式液压升降平台机构位置参数
2.1 剪叉式液压起落平台位置参数剖析
本设计设计升降平台起升最大高度大约在九米，使用六组剪叉，为固定式液压升降平台，平台上表面尺寸2450⨯1350mm ，载重300kg ，采用矩形钢。提升的一组最大的剪叉臂机构与上平台连接式固定铰链连接，另一端铰接滑块，平台提升/下降，滑靴在滑槽内的钢平台脚，可以适应剪叉机构变变化。
经设计筛选四个液压缸作为动力，机构受力如下图，设计相关尺寸数据
图 2-1 结构图
tan θ=(L +s -f ) sin α+(1+2) cos α
(f +s ) cos α+(h 1-h 2) sin α （2-1）
列虚功方程：
-P ∆y +F cos θ
∆x J +F sin θ∆y +F cos θ∆x I +F sin θ∆y -F cos θ∆x G P J I
-F sin θ∆y -F cos θ∆x H -F sin θ∆y =0G H
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2-2结构受力图
H 和J 为下端液压缸上下耳环两点
G 和I 为上端液压缸上下耳环两点
α为剪叉杆与水平线之间的角度
ϕ为耳环与相固定的剪叉臂之间的固定角度
l 为耳环自身两孔中心距离
a 为耳环下端中心孔到剪叉交叉中心孔距离
P 为负载
L 为剪叉杆两端连接孔圆心的距离
由以上公式代入得力F 为：
F =3PL cos α （2-2） 2[a sin(α-θ) +L cos αsin θ+l sin(ϕ+α-θ)]
2.2 剪叉式液压升降平台具体分析
2.2.1本课题采用基本参数如下：
1 5
本设计设计升降平台起升最大高度大约在九米，使用六组剪叉，剪叉臂升到最大高度之间角度成九十度，由升降高度和使用剪叉组数以及最大高度剪叉杆之间的角度计算得升降臂的长度L 应为2150mm ，耳环中心距l 取值200mm ，a 值选取985mm ，载重300kg ，安全系数取2，ϕ角度取30度，升降平台重量取值200kg ，由安全系数取2时，P 应取值10000N ，但是剪叉升降平台由对称两部分组成，所以计算时只计算一半，所以P 取值还是5000N ，具体取值数据如下： L =2150，a =985，l =200，α=5-45度 ，P=5000N
首先计算液压缸与水平线之间角度变化范围θ，由公式（2-1）可以计算得到，式中s =f ，L=2150，α由5度变化到45度，所以可以计算得到α=5度时θ=13. 4°；α=45°时，θ=55. 4°，将2.1中公式代入虚功方程中可以得到如下公式：
F =3PL cos α （2-3） 2[a sin(α-θ) +L cos αsin θ+l sin(ϕ+α-θ)]
将以上数据代入可以得到当α=5°时F=18850N；当α=45°时F=5000N。 升降台在50s 升到规定的九米高度，所以上升的速度v =s /t ，速度为0.18m/s. 剪叉杆各点具体受力数据引用公式组（2-2）得到具体结果如下
因为α=5°时杆受力较大，计算此时各点的力，此时P =18850N ，α=5°，F =2500N ，θ=13. 4°，s =195，a =187，l =2142，由以上数据求得如下结果：
F 1 =2712;F2 =3500;F3=-4580;
F 4=5232;F5=212;F6=-13104;
F 7=3191;F8=57910;F9=-2980;
F 10=-44806;F11=-1389;F12=-63143;
F 13=3257;F14=4408
2.2.2剪叉杆的校核
与液压缸连接的的剪叉杆受力最大，受力情况如下：
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图 2-3 液压顶杆受力图
受力在X 轴受力投影如上图：
在受力F1处受扭矩最大，M max =F 3x +Py sin θ
分析轴向力的作用，先计算杆的横截面对Z 轴惯性矩I z ，I Z =⎰y dA
h h h h 并且知道z 的变化为-到(-+a ) 和（-a ) 到；y 的变化为 2222
b b b b -到(-+a ) 和（-a ) 到 22222
由以上可以求得σmax =
1 M y I max z max =M max 12ah 2 7
图 2-4 剪叉杆界面 又σ=M max 12ah +Nc ≤[σ] , [σ]=s n A
其中σ为剪叉杆实际工作应力
σs 为质料的极限应力，关于45号钢材为340Mpa
n 为安全系数，一般大于1，这里取2，经计算所设计符合要求。
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3 剪叉式升降平台模型建立
3.1 UG 简介
UG （Unigraphics NX）是Siemens PLM Software公司编制的一款为解决产品工程方案的应用软件。用户可以使用它的数字化造型和验证手段来了解产品设计及加工过程。Unigraphics NX给予用户的虚拟产品设计和工艺设计提供了经过实践验证的解决方案。
UG成功是因为为客户提供无与伦比的解决方案的成功经验，这些UG 提供的解决方案可以全面完善地改善设计过程的效率，削减成本，并剪短产品完成的时间。UG 软件使用范围随着PC 硬件的发展和个人用户的快速增长，在PC 上的应用取得了较快的增长，现今已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。 UG 主要功能：
工业设计
NX 为那些培养创造性和产品技术革新的工业设计和风格提供了强有力的解决方案。利用 NX建模功能，复杂的产品形状和机构能被工业设计师迅速地建立和改进， 并且使用先进的渲染和可视化工具来最大限度地满足设计概念的审美要求。
产品设计
NX 包含了世界上最强大、最广泛的产品设计应用模块。 NX 拥有高性能的机械设计和制图功能，为机械制造与设计提供了便利性和灵活性，以满足工业中设计任何复杂产品的需要。
仿真、确认和优化
在NX 环境中，使用者可以以数字化的方式仿真、确认和优化产品及其开发过程。生产商可以通过在开发设计过程中较早地运用数字化仿真性能来改善产品质量，同时减少甚至可以去掉用于实验样机的昂贵耗时的设计、构思，以及对变更周期的依赖。
NC 加工
UG NX环境中的加工基础模块为联接UG 所有加工模块提供基础框架，该模块为UG NX的所有加工模块提供一个相同并且操作界面简洁的图形化窗口环境，使用者可以在图形方式下观测刀具沿轨迹运动的实际情况并且可以对其进行图形化修改。 模具设计
UG是现在较为流行的一款模具设计软件，主要是因为其功能强大。
模具设计过程复杂，，但其中分模是其中关建的一步。分模有两种方式：一种是自动分模，另一种是手动分模，当然也不是纯粹的手动，也要用到自动分模1 9
工具条的指令，即模具导向。
MoldWizard （注塑模向导）是基于NX 开发研究的，用户可以利用注塑模具设计的专业模块，模块中配有常用的模架库和标准件，来根据自己的需要方便的进行调整，还可以开发标准件，很大程度上提高了模具设计的效率。
MoldWizard（注塑模向导）模块提供了整个模具设计流程，包括产品装载、排位布局、分型、模架加载、浇注系统、冷却系统以及工程制图等。整个设计过程非常直观、快捷，它的应用设计让普通设计者也能完成一些中、高难度的模具设计。
3.2 剪叉式液压升降台模型的建立
利用UG 软件建立了剪叉式升降平台的模型。
具体模型效果如图：
图 3-3 平台组成图
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起升工作臂外臂使用矩形钢，打孔加轴套，减少摩擦力，连接孔大小为φ26，中间连接架孔大小为φ40，总长度为2250mm
中间用钢管联接，使用沿管道扫描建模
图 3-5 支撑管建模图
为了使推力更好的推动剪叉臂的伸缩，采用了支架轴上加耳环的设计，耳环使用草图，建模拉伸而成具体草图及效果如下：
图 3-6 耳环草图
与液压缸链接的是内部支架，由较粗的钢管作支撑，加上偏置的位置，形成运动的扭矩。
液压缸的设计采用活塞，分别建模组装
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图 3-9 活塞杆
图 3-10 液压缸
图 3-11 端盖
液压缸采用一个油道，双液压缸用一条油路，使用螺旋链接接头，液压杆使
用实心钢材，油管与液压缸借口连接，使用螺纹紧固，防止油液泄露，油路如下 12
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建模：
图 3-13 油管
剪叉机构支撑臂使用由两个钢管连接的矩形钢材组成，钢管用沿管道扫描建成，钢材臂使用已经建模好的，组装形成内部支撑臂，保证结构牢固性。内臂架如下建模：
图 3-14 内支撑杆
底座与工作臂由小脚链接，滑动摩擦，能够调节工作臂菱形形状的变化
图 3-15 滑脚
上剪叉杆与上顶通过如下机构联接，铰接
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图 3-16 上顶连接架
最后将建好的各个部件进行装配，使用约束条件将各个部件定位，必须保证不能过约束，并且尽量保证约束正确性，因为后期的运动仿真是基于前期装配约束的。
建模至此已完成，建模使用的数据均采用本身设计尺寸，由建模效果可以肯定设计的数据基本正确，可以保证结构实现升降功能。
3.3 剪叉式液压升降台模型的仿真
3.3.1 运动仿真模块简介
UG NX 机构运动仿真分析模块Motion 提供机构仿真分析功能，可以在UG 运动仿真环境中定义机构，包括定义连杆、定义铰链、定义弹簧、定义阻尼、定义初始运动条件，添加驱动阻力等等，直接在UG 仿真环境中进行相应分析，仿真定义机构运动情况，得到机构的位移、速度、加速度、力和力矩等。得到的分析结果可以用来指导修改结构设计，可以优化机构设计方案。还可以和运动分析软件ADAMS 连接。
3.3.2 创建连杆
1．机构升降平台的运动仿真需要首先定义运动的连杆
2. 底座作为第一连杆，设定为固定连杆
3. 支撑框架、液压杆连接杆、上顶架及护栏分别为一连杆
4. 上移动脚轮、下移动脚轮分别为一连杆
5. 液压缸、活塞分别为一连杆
3.3.3 创建运动副
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转动副 所有剪叉臂之间、液压缸与机架、轮子与剪叉臂等，共有个33个旋转副
滑动副 轮子与底架、轮子与上顶、液压缸与液压杆共有7个滑动副
固定副 底架作为固定连杆，共有1个固定副
将液压缸内液压杆与钢筒滑动副作为主动件，滑动使用运动函数内的STEP 函数
3.3.4 运动仿真结果
经过仿真模拟可以实现升降平台的起落，已经能实现功能。
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4 剪叉式液压升降台零部件选择
4.1液压缸主要结构、材料及技术要求
4.1.1 缸体端部联接方式
使用简单的焊接形式，特点是结构简单、尺寸小、重量轻，使用广泛。气缸的焊后变形又很多原因，包括以下几种：一是与内直径不容易制成的过程这样的过程中需要注意的地方很多，因此，焊接方式的使用主要用于柱塞式液压缸。还有其他的联接方式也可以实现此过程。
4.1.2 缸体材料
液压缸使用的材料有很多种，但是常见的就是那么几种，液压缸经常使用的原料有35号无缝隙钢制管、20号无缝隙钢制管，还有45号无缝隙钢制管材料，由于20号钢制原料的机械性能略低，且不可以调质的缘故，通常她在使用过程中应用较少。使用焊接性能相对更好一些的35号无缝隙钢制管材料焊接缸筒、缸底、缸头管接头、耳轴这些零部件时，需要在粗加工后调质，效果会更好一些。对于其他零部件的焊接来说通常用到45号无缝隙钢制管材料，而且在粗加工后应调质到240-285HB 。气缸体锻钢，铸铁，铸钢可用于zg35b 和其他材料，铸铁可ht200-ht350几种类型或球墨铸铁之间，特殊情况下可采用合金材料。
4.1.3 缸体技术要求
液压缸内孔表面粗糙度由H8 / 9，如果采用橡胶密封圈，R 0.1-0.4um，如果使用活塞环密封活塞，RA 0.2-0.4um，并且都需要衍磨。
缸体内径圆度公差值取10级，圆柱度公差值应为8级。
液压缸端面的垂直度公差按7级精度筛选。
如果气缸体和气缸盖的螺纹，公制螺纹6级精度。
为了防止腐蚀，提高气缸的使用寿命，气缸壁表面应镀铬层厚度30-40，镀铬完成珩磨和抛光。
4.2活塞
4.2.1活塞与活塞杆的联接
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这里使用螺纹联接。
4.2.2密封结构
依照作业时候的压强因素、温度因素、介质因素等各种因素的不一样而不一样，密封结构的分类也会不同，但是，人们通常使用较为频繁的密封结构如下：
此处采用O 型密封圈密封。
4.2.3 活塞的材料
由于液压缸活塞为经常频繁使用的，因此这时需要采用更为常见的原料来制成，而耐磨铸铁、灰铸铁、钢、以及铝合金等原料是较为频繁被使用的，也很常见，因此液压缸活塞通常采用这些原材料，而在这里我们通常运用这里45号钢无缝隙钢制管材料
4.2.4 活塞的技术要求
活塞直径D 的径向孔D1跳动公差值的7，8级精度
端面T 对内孔D1轴线度工艺值采纳7级精度选购
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4.3 液压系统原理图
各个液压元件使用国产标准件，在图中按国家标准规定的液压元件智能符号的常态位置绘制，对于自行设计的非标准元件可以采用结构原理图绘制以来说明。
为了方便液压系统的维护和监测，在液压系统的主要路段装设必要的监测元件，例如压力表、温度计等。
在这采用升降台回落时采用活塞杆的自重和一端施加的外力使液压缸回油，省去一些机械设备，符合设计简单原则。
设计油路：换向阀B 口控制油路到液控单向阀的液控口，升降机下降到最低位置的时候，换向阀的A 口与T 口相通，如果T 口又和油箱连接，则柱塞缸处于下降位置时，回油管压力产生的向上的力小于升降机的负载和摩擦力，基本路线如下:
图4-1 液压系统
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致谢
首先感谢我的指导老师霍春明老师，他在每一个阶段都给予我悉心的教导，并且严格要求我，他治学严谨喝认真的教学态度使我学到了知识以外的很多东西，还要感谢我的同学，他们为我提供了很大的帮助，在我止步不前时，是他们给我前进的动力。
经过这么长时间的毕业设计，看着自己的成果，有一种喜悦充满于心中，在大学将要结束时，通过做毕业设计这一个过程，我对大学的整个过程画了个句号。圆满结束了大学生涯，在即将走向社会时候，通过毕业设计，我懂得了做一件事情是需要耐心与激情的，我为以后的工作做好了准备。
最后感谢我的母校，是她给我提供了大学四年的学习机会，使我学到知识文化同时结交了良师益友，这将是我人生中一笔宝贵财富。
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参考文献
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