第三章 普通式双柱汽车举升机的强刚度分析与验算
双柱式汽车举升机的结构形式有多种，QJY04-02B型举升机系是指液压驱动的双柱举升机。此类举升机构的传动系统由液压系统驱动和控制的，通过两立柱内安装的液压油缸实现上下运动，推动连接立柱与滑台的链条，使滑台上安装的大滚轮沿立柱滚动，实现滑台的上下移动。举升设备的主要部分有：举升机构、支承机构、平衡机构和电磁铁安全锁机构。 本次设计的举升机的主要性能参数为：额定举升载荷4吨；在载重4吨情况下，由最低位置举升到最高位置需50秒；当拉下操纵杆使溢流阀接通，4吨轿车由最高位置降到最低位置所需时间不小于50秒；电动机功率2.2 KW；举升臂在最低位置时的举升高度为120mm，最大举升高度为1850mm，工作行程为1730mm。 3.1 普通式双柱举升机立柱的结构分析和验算 3.1.1 主立柱的截面特性分析与计算 主立柱体是举升机主要的受力承重部件。举升机立柱在工作时受来自于保险锁机构处因承重的压力和升降滑台滚轮作用在立柱上的弯矩。因此，立柱在这两种力的作用下，有向内弯的变形趋势，底部焊口在拉压应力的作用下有开裂向，故立柱。 底部与底座处焊有加强筋。 立柱壳体用钢板整体压制成形，其内部相应位置焊有保险装置支承板，用于锁定状态时受力和承重，下部与底座焊接。其中一个立柱体上还装有液压泵站和电气控制箱。主立柱作为主要的承重部件，先对其截面特征进行分析，112yA2C2C312A212Z2Z3A1e2A32Y3′A3CC1Yc′Y2′ZZ1Y1=e1′Z′3.1举升机主立柱横截面示意图 主要是确定立柱截面形心的位置和截面的惯性矩。 立柱壳体用钢板整体压制成形，其内部相应位置焊有保险装置支承板，用于锁定状态时受力 11 和承重，下部与底座焊接。其中一个立柱体上还装有液压泵站和电气控制箱。主立柱作为主要的承重部件，先对其截面特征进行分析，主要是确定立柱截面形心的位置和截面的惯性矩。
3.1.1.1 确定立柱截面形心和中性轴的位置
将整个截面分为A1、A2、A3三个部分，取与截面底边互相重合的Z′轴为参考轴（见图3.1举升机主立柱横截面示意图），Z1、Z2、Z3分别为三个组合截面的中性轴，则三个截面的面积及其形心至Z＇轴的距离分别为：
A1?194?6?194?6?270?6?3948(mm)
2A2?(57?6)?6?2＝612(mm)
2A3?(35?6)?6?2＝348(mm)
2∴重心C到相应边的距离e：
Y1?e?''1aH2?bd22(aH?bd)'?＝58.429(mm)（212?194＋270?6）12?194＋270?622[19]
??????(3.1)
e2?H?e1?194?58.429?135.571(mm)Y2?194?3?191(mm)
''
Y3?194?6?14.5?173.5(mm)
'整个截面形心C在对称轴Y上的位置则为：
'''AiYiA1Y1?A2Y2?A3Y33948?58.429?612?191＋348?173.5?'Y???CAA1?A2?A33948?612?348?83.119(mm)?(3.2)
3.1.1.2 确定惯性矩
设三截面的形心分别为C1、C2、C3，其形心轴为Z1、Z2、Z3（图3.1），它们距Z轴的距离分别为：
a1?CC1?83.119?58.429?24.69(mm) a2?CCa3?CC2?191?83.119?107.881(mm)
?173.5?83.119?90.381(mm)
3由平行移轴公式，三截面对中性轴Z的惯性矩分别为：
IZ1?I'Z1?aA1?21Be1?bh?ae2351?6126?291233333?24.69?3948＝1815.36(cm) ????(3.3)
24IZ2?I'Z2?aA2?22?2?107.881?612＝712.448(cm)24
IZ3?I'Z3?aA3?23?2?90.381?348＝286.711(cm)
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24IZ1 、IZ2、IZ3为三截面对各自心轴Z1、Z2、Z3
'''的惯性矩，将三截面对中性轴Z的惯性
4矩相加，可得立柱整个截面对中性轴Z的惯性矩IZ：
IZ?IZ1?IZ2?IZ3?1815.36?712.448?286.711?2814.519(cm)
3.1.1.3 立柱静矩S的计算：
（1）立柱整个截面上半部分的静矩S1：
SA1?2?6?（194－83.119)?194?83.1192?73767.577(mm) ??????(3.4)
3SA2?2?51?6?（110.881－3）＝66023.172(mm) SA3?2?29?6?（110.881?6?14.5)?31452.588(mm)33
其中SA1、SA2、
SA3分别为三截面各自的静矩，所以立柱整个截面上半部分的静矩S为：
3S?SA1?SA2?SA3?171243.337(mm)
（2）立柱整个截面下半部分的静矩S2：
S?2?6?83.119?83.119\'2?41452.609(mm)
33S?270?6?（83.119?3）＝129792.78(mm) S2?S?S?171245.389(mm)
'\33.1.2 主立柱的强度分析与验算
举升机工作时，其托臂将汽车举升至一定高度后锁定，举升机直接承载处位于托臂端部，故应先对滑台部件进行受力分析（见图3.2滑台部件受力情况示意图）：
在分析之前，对滑台部件进行了调查。其中本次设计的滑台部件的组成之一是大滑轮，滑轮的种类形状有很多，有“两个大圆柱滚轮型”、“四个顶角处是采用四个小滚轮型”、还有
最原始的“四个角用四个橡胶滑块”或是“用两个滑块代替两个大圆柱滚轮”，但是用的较多
13
图3.2滑台部件受力情况示意图
的是“采用两个大圆柱滚轮”的形式，如果采用其他类型的滚轮例如用滑块来代替滚轮，那么整个滑台就不容易锁定，容易滑动；除此之外就是同步性的问题也不容易解决。 3.1.2.1 滑台部件受力情况分析
滑台部件自身重量近似估算如下：
滑台组合件尺寸：采用160×160方钢，壁厚8 mm，高800mm
滑台体积：VHT?16?16?80－14.4?14.4?80＝3891.2(cm3) 摇臂座尺寸：采用100×100方钢，壁厚8 mm，长440mm
摇臂座体积：VYBZ?10?10?44－8.4?8.4?44＝1295.36(cm3) 托臂近似尺寸：采用100×100方钢，壁厚8 mm，长（800＋310）＝1110mm 托臂体积：
VTB?10?10?111－8.4?8.4?111＝3267.84(cm)3
钢材比重选取：7.85t/m3(kg/dm3,g/cm3) 所以，滑台部件、摇臂座和托臂的重量为
GHT?3891.2?7.85?30.55kg GYBZ?1295.36?7.85?10.17kg GTB?3267.84?7.85?25.65kg
将滑台、摇臂座和托臂一起考虑
GHT?GYBZ?GTB?30.55?10.17?25.65?66.37(kg)
图4.2中，单侧托臂受到的最大载荷为2吨，加上自重，托臂端部受力为2066.37kg,F1
和F2是立柱通过滚轮给予的反力，FBX和FBY为保险支承板给予的支承力，B处为支承点，假定自重全部集中在负载处，有：
?M?M?X?YB?0?0 F1?685－F2?160＝2066.37?1330 ???????????(3.5)
C F1?525?FBX?160＝2066.37?1330 ???????????(3.6)
?0?0 F1?F2?FBX ??????????????????? (3.7)
FBY?2066.37kg
由式4.7得，FBX?F1?F2，代入式3.6
F1?525＋160（F1?F2)?2066.37?1330
假定F1?F2,FBX?0
F1?5234.804kg则由式3.5得：F2?5234.804kg
FBY?2066.37kg 14
综上所述，考虑滑台部件中滑台、摇臂座和托臂的总自重，假定自重全部集中在负载处，近似估算值为66.37kg。单侧托臂受到的最大载荷为2000kg，加上滑台部件的自重，托臂端部受力大小为2066.37kg，F1和F2是立柱通过滚轮给予的反力，F1=F2，FBX和FBY为保险支承板给予的支承力，B处是支承点位置，则： F1?F2?5234.804kg,FBX?0,FBY?2066.37kg。 FBXF2FBYF13.1.2.2 举升机主立柱受力情况分析 主立柱受力情况（见图3.3普通式双柱举升机主立柱受力情况示意图），F1和F2是滑台通过滚轮作用在立柱上的力（图示为最高位置），FBX和FBY为滑台作用在立柱上的支承力（压力），RHX、RHY和MH为底部支座反力。针对立柱受力情况，经计算得： ? MH?0,MH?F2?1890?F1?(1890?525)?FBY?(83.119?12)?0RHXMH?YMH?0,FBY?RHY?0RHX=0 RHY=FBY=2066.37kg ?F1?525?FBY?71.119?2601313.9(kgmm) RHY 图3.3普通式双柱举升机主立柱受力情况示意图 3.1.2.3普通式双柱举升机主立柱强度校核计算
从图4.3看出，整个立柱体相当于一个悬臂梁，可画出立柱的弯矩图和剪力图。 由F1引起的弯矩图和剪力图见图3.4：
Mmax?P(l?a)?5234.804?(2600?185)?12642051.66(kgmm)
Qmax?P?5234.804kg
由F2引起的弯矩图和剪力图见图3.5：
Mmax??P(l?a)??5234.804?(2600?710)??9893779.56(kgmm)
Qmax??P??5234.804kg
由FBY产生的M引起的弯矩图见图3.6：
M?FBY?71.119?146958.2kgMmax
??M??FBY?(83.119?12)??146958.168(kgmm) 15