汽车举升机液压系统设计

第1章 绪 论

1.1引言

汽车举升机在汽车维修行业是最重要、最基本的工具之一，是将汽车从一个高度提升至另一高度进行维修的设备，具有至关重要和不可替代的作用。他能否正常运转会直接影响到维修车辆、维修人员的安全，甚至会直接影响到汽车维修业务的兴衰。 两柱式液压举升机具有承载力高、适应性强、维修及安装方便等优点。它可以适应不同类型的车辆维修。随着汽车工业的不断发展，汽车维修设备也发展到一个更高的阶段。

两柱式液压举升机的液压系统分析、研究对于正确合理的设计和使用，对于提高液压举升设备的工作品质和技术经济性能具有重要意义。

因而，对两柱式液压举升机的系统运动学、动力学的研究很有必要。为以后的研发、改进提供必要的帮助。

本文针对液压举升机的特点和发展趋势，以现有的液压举升设备为基础，对举升机的液压系统进行设计。

1.2国内外汽车举升机液压系统状况

近年来，我国汽车业蓬勃发展，尤其是轿车行业。多年来轿车进入普通家庭的梦想已经成为现实，汽车维修行业也随之得到大力发展，各种维修设备的需求迅速扩大，汽车举升机是维修厂必备的，也是最重要的维修机械之一。

不同的维修企业根据财力、维修项目、车间大小的不同，举升机需求类型也不相同。根据调研，两柱举升机是当前被广泛采用的主流举升机，是经销商销量最大的举升机类型。

四柱举升机国产设备的价位在1.0~3.5万元，进口品牌在1.8~4.5万元，价格随着举升机吨位的提高而增加，可适用于大多数车型。但是四柱举升机宽大的支承装置往往会妨碍工人干活。主要用户为快速保养为主的小型企业，因为快速保养业务需要车辆能够快速升降，如果购买两柱举升机则需要在车辆起降过程中花费一些时间。同时4S店对四柱举升机也有很大的需求。

剪式举升机使用方便，不用时不占空间，受到很多实力雄厚的特约维修站的欢迎，这也是未来举升机的发展方向，一般国产设备价位在1.0~4.0万元，进口产品在1.5~4.5

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万元。但剪式举升机较为精密，做工不好或者设计不好就容易导致台面不平、单边升降等危险发生，如果利用剪式举升机作四轮定位仪的平台，要求就更加严格。

对于国内使用较为普遍的一些两柱举升机品牌而言，国产的价位约在0.6~1.4万元，进口的约在1.8~2.8万元。这种举升机安装起来很快，不需要大范围地开挖，也不需要对维修厂的整体布局进行一些永久性的变动。两柱举升机噪声较小，升降平稳，可调整不同车型的支承部位，这种举升机适用于举升中小型汽车进行维修及装配工作，主要用户为以总成大修为主的维修厂及4S店。

随着中国汽车保有量的不断增长，私人购买成为购车的主流，售后市场也将得到蓬勃发展，举升机在未来的需求量也将不断增加，根据业内专家预测，在未来的三年内，举升机市场将大幅增长。

1.3汽车举升机液压系统设计的目的和意义

随着我国汽车业快速发展，汽车维修行业也随之得到大力发展，各种维修设备的需求迅速扩大，汽车举升机是维修厂必备的，也是最重要的维修机械。汽车举升机的作用是将需要维修的汽车水平提升到合适的高度，以便于维修工人在汽车底盘下方对汽车进行维修。汽车举升机要求其能够从两侧将汽车水平同步举升，不能发生侧偏。而汽车底盘下方必须为空的，以方便工人进行维修作业，要求汽车举升机两侧的举升装置必须是分离的，且两侧的上升或下降又必须是完全同步的。由于汽车的重量一般都较大，再加上举升装置自身的重量，要求举升力较大，而且升降时要求非常平稳，所以汽车举升机一般都采用液压系统进行驱动。汽车举升机在汽车维修行业是最重要、最基本的工具之一，是将汽车从一个高度提升至另一高度进行维修的设备，具有至关重要和不可替代的作用。它能否正常运转会直接影响到维修车辆、维修人员的安全，甚至会直接影响到汽车维修业务的兴衰。举升机一定要安全可靠、维护简单，否则在一定程度上会影响工作效率。而传统的机械式举升机安全性较差，所需的维护工作较多，被液压式举升机取代也是大势所趋。液压式举升机，它具有安全性能好、维护周期长以及工作效率高等优点。

1.4 液压系统设计原则

该设计原则是在传统液压系统设计中通常依据的技术原则、成本原则和人机工程学原则的基础上纳入环境原则，并将环境原则置于优先考虑的地位。

液压系统设计的原则可概括如下： 1.资源最佳利用率原则

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少用短缺或稀有有原材料，尽量寻找其代用材料，多用废料，余料或回收材料作为原材料；提高产品的可靠性和使用寿命；尽量减少产品中材料的种类，以利于产品废弃后的有效回收等。

2.能量损耗最少原则

尽量采用相容性好的材料，不采用难以回收或无法回收的材料；在保证产品耐用的基础上，赋予产品合理的使用寿命，努力减少产品使用过程中的能量消耗。

3.零污染原则

尽量少用或不用有毒有害的原材料。 4.技术先进性原则

优化产品性能，在结构设计中树立“小而精\"的设计思想，有同一性能情况下，通过产品的小型化尽量节约资源的使用量，如采用轻质材料，去除多余的功能，避免过度包装等，减轻产品重量，简化产品结构；提倡“简而美”的设计原则，如减少零部件数目，这样既便于装配、拆卸，又便于废弃后的分类处理；采用模块化设计，此时产品是由各功能模块组成，既有利于产品的装配、拆卸，又便于废弃后的回收处理，在设计过程中注重产品的多品种及系列化；采用合理工艺，简化产品加工流程，减少加工工序，简化拆卸过程，如结构设计时采用易于拆卸的连接方式、减少紧固件用量、尽量避免破坏性拆卸方式等；尽可能简化产品包装且避免产生二次污染。

5.整体效益最佳原则

考虑产品对环境产生的附加影响，提供有关产品组成的信息，如材料类型及其回收再生性能等。

1.5液压系统设计策略

1.工作介质污染控制

液压系统易生入侵污染物和生成污染物。在产品设计过程中应本着预防为主、治理为辅的原则，充分考虑如何消除污染源，从根本上防止污染。在设计阶段除了要合理选择液压系统元件的参数和结构外，可采取以下措施控制污染物的影响。在节流阀前后装上精滤油器，滤油器的精度取决于控制速度的要求。所有需切削加工的元器件，孔口必须有一定的倒角，以防切割密封件且便于装配。所有元器件、配管等在加工工序后都必须认真清洗，消除毛刺、油污、纤维等。组装前必须保持环境的清洁，所有元器件必须采用干装配方式。装配后选择与工作介质相容的冲洗介质认真清洗。投入正常使用时，新油加入油箱前要经过静置沉淀，过滤后方可加入系统中，必要时可设中间油箱，进行新油的沉淀和过滤，以确保油液的清洁。

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工作介质污染的另一方面是介质对外部环境的污染。应尽量使用高黏度的工作油，减少泄漏；尽快实现工程机械传动装置的工作介质绿色化，采用无素液压油；开发液压油的回收再利用技术；研制工作介质绿色添加剂等。

2.液压系统噪声控制

液压系统噪声是对工作环境的一种污染，分机械噪声和流体噪声。在液压系统中，电动机、液压泵和液压马达等的转速都很高，如果它们的转动部件不平衡，就会产生周期性的不平衡力，引起转轴的弯曲振动。这种振动传到油箱和管路时，会因共振而发出很大的噪声，应对转子进行动平衡试验，且在产品设计时应注意防止其产生共振。机械噪声还包括机械零件缺陷和装配不合格而引起的高频噪声。因此，必须严格保证制造和安装的质量，产品结构设计应科学合理。

在液压系统噪声中，流体噪声占相当大的比例，这种噪声是由于油液的流速、压力的突变、流量的周期性变化以及泵的困油、气穴等原因引起的，以液压泵为例，在液压泵的吸油和压油循环中，产生周期性的压力和流量变化，形成压力脉动，从而引起液压振动，并经出油口传播至整个液压系统，同时，液压回路的管路和阀类元件对液压脉动产品反射作用，在回路中产生波动，与泵发生共振，产生噪声。

开式液压系统中混入了大约5％的空气。当系统中的压力低于空气分离压时，油中的气体就迅速地大量分离出来，形成气泡，当这些气泡遇到高压便被压破，产生较强的液压冲击。因此在设计液压泵时，齿轮泵的齿轮模数应量取小值，齿轮取最大数，卸荷槽的形状和尺寸要合理，以减小液压冲击；柱塞泵的柱塞数的确定应科学合理，并在吸、压油配流盘上对称的开出三角槽，以防柱塞泵困油；为防止空气混入，泵的吸油口应足够大，而且应没入油箱液面以下一定深度，以防吸油后因液面下降而吸入空气，为减少液压冲击，可以延长阀门关闭时间，并在易产生液压冲击的部位附近设置蓄能器，以吸收压力波；另外，增大管径和使用软管，对减少和吸收振动都很有效。

3.液压元件的连接与拆卸性的设计

液压系统设计应尽量提高液压系统的集成度，采用原则是对多个元件的功能进行优化组合，实现系统的模块化，并尽可能使液压回路的结构紧凑，如减小液压元件间的连接，设计易于拆卸的元件等。在满足其功能的基础上，设计的重点是液压元件地连接技术，不同连接结构的装配和拆卸的复杂程度不同，焊接连接的装配和拆卸的复杂程度最高，易导致零部件破坏性拆卸，螺钉连接的装配容易而可拆卸程式度要受环境影响，如果生锈则会导致拆卸复杂，铆钉连接的机械装配性较好但拆卸复杂，嵌人咬合是装配性的拆卸性均较好的一种连接方式，但在连接强度要求高的情况下，其连接的安生性降低。

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为了使液压系统结构更紧凑，根据其安装型式的不同，间类元件可制成各种结构型式；管式连接和法兰式连接的阀；插装阀便于将几个插装式元件组合成复合阀，板式连接的普通液压阀可安装到集成块上，利用集成块上的孔道实现油路间的连接，或可直接将阀做成叠加式结构即叠加阀，叠加阀上有进、出油口及执行元件的接口、其接头可做成快速双向接头，提高装配性和可拆卸性。

4.液压系统的节能设计

压系统的节能设计不但要保证系统的输出功率要求，还要保证尽可能经济、有效的利用能量，达到高效、可靠运行的目的，液压系统的功率损失会使系统的总效率下降、油温升高、油液变质，导致液压设备发生故障。因此，设计液压系统时必须多途径地降低系统的功率损失。

在元件的选用方面，应尽量选用那些效率高、能耗低的元件，如选用效率较高的变量泵，可根据负载的需要改变压力，减少能量消耗，选成集成阀以减少管连接的压力损失，选择压降小、可连续控制的比例阀等。

采用各种现代液压技术也是提高液压系统效率、降低能耗的重要手段，如压力补偿控制、负载感应控制以及功率协调系统等，采用定量泵、比例换向阀、多联泵(定量泵)、比例节流溢流阀的系统，效率可以提高28％~45％，采用定理泵增速液压缸的液压回路，系统中的溢流阀起安全保护作用，并且无溢流损失，供油压力始终随负载而变，这种回路具有容积调速以及压力自动适应的特性，能使系统效率明显提高啼。

1.6主要设计内容

根据要求，本文主要进行了对以下几个方面研究工作：

1.分析液压举升机的组成、工作原理及工作过程。 2.液压系统设计原则和策略。

3.液压系统总体设计。液压传动系统及液压原理图。 4.液压泵、液压阀、辅助元件设计。 5.系统压力损失计算。

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第2章 汽车举升机的组成及原理

2.1汽车举升机的基本组成

汽车举升机基本由升降台、机械系统、电气系统电子控制装置、机架、安全保护装置、辅助装置组成。

升降台：活动架、托臂、升降台面、升降横梁。 机械系统：动力箱、液压装置、钢丝绳与滑轮等。

电气系统电子控制装置：电子操作装置、电气信号和线路等。 机架：立柱、各式机架、固定支架、底架等。

安全保护装置：托臂下降保险（机械锁止/止退装置）、钢丝绳断裂保护装置托臂。 辅助装置：防护罩、支承垫、橡胶缓冲垫、加高支承等。

2.2汽车举升机的分类

1.结构类型分类

汽车举升机按结构主要分为柱式举升机和无柱式举升机。 (1)柱式举升机

柱式举升机主要有：双柱式汽车举升机、门式举升机、四柱式汽车举升机、汽车升降平台四种。

本文主要研究双柱式汽车举升机，该种举升机的特点主要有：工艺先进、结构简单、操作简单、使用寿命长；采用液压传动、运行平稳、噪音低、效率高；设置有同步结构、保证同步精度高；托盘可调节高度，适用多种车型支承要求；设有防坠保险装置等安全装置，运行安全可靠。

(2)无柱式举升机

无柱式举升机主要有折叠式举升机、大剪式子母双层液压举升机两类。 2.按传动形式分类

汽车举升机按传动方式主要可分为机械传动举升机和液压传动举升机两类。

(1)机械传动举升机主要的特点

机械传动举升机主要采用螺纹丝杠与工作螺母传动，结构简单，价格便宜，但所需的维护工作较多，较易发生丝杠或工作螺母滑扣，导致所举汽车跌落或丝杠卡死等故障。因此，正逐渐被液压式举升机所取代。

(2)液压传动举升机主要的特点

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液压举升机是目前主流的举升机产品类型，它具有安全性能好、运行平稳维护简单以及工作效率较高等特点。液压举升机分为全液压型和半液压型。

(3)按行业标准分类

主要分为汽车维修作业举升吊运成套设备、柱式、菱架式、倾斜式、地坑式等汽车举升设备。

2.3举升机的总体结构

根据汽车举升机的特点和重量要求，克服了原有机械式举升机的结构复杂, 造价高，上升同步难以保证的缺点，采用液压举升式结构，如图2.1所示。

图2.1 液压举升机外形结构图

2.4举升机液压系统的组成

1.液压系统的类型和特点

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液压系统的类型和特点如表2.1所示。

表2.1 液压系统的类型和特点

液压系统的类型 液压传动系统 按主要用途分 液压控制系统 注重信息传递，以达到液压执行元件运动参数（如行程速度、位移量和位置、转速或转角）的准确控制为主 系统由标准的或专用的开关式液压元件组成，执行元件运动开关控制系统 参数的控制精度较低 传动部分或控制部分采用液压伺服机构的系统，执行元件的私服控制系统 运动参数能够精确控制 传动部分或控制部分采用电液比例元件的系统。从控制功能按控制方法分 比例控制系统 看，它介于四幅控制系统和开关控制系统之间。但从结构组成和性能特点看，它更接近于伺服控制系统 控制部分采用电液数字控制阀的系统。数字控制阀与伺服阀或比例阀相比，具有结构简单、价廉、抗污染能力强、稳定性数字控制系统 重复性好、功耗小等特点，在微机实时控制的电液系统中，它部分取代了比例阀或伺服阀工作，为计算机在液压领域中的应用开辟了新的方向 以传递动力为主 特点

2.液压系统的组成

液压系统通常由三个功能部分和辅助装置组成，如表2.2所示。

表2.2 液压系统的组成

动力部分 液压泵 用以将机械能转化成液体压力能 有时也将蓄能器作控制部分 各类压力、流量、方向等控制阀 用以实现对执行元执行部分 液压缸、液压马达等 用以将液体压力能辅助装置 管道、蓄能器、过滤器、油箱、冷却器、加热器、压力表、流量计等 件的运动速度、方向、转换成机械能 为紧急或辅助动力源 作用力等的控制，也用于实现过载保护、程序控制等 8

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3.液压缸的组成

(1)缸筒和缸盖

一般地说，缸筒和缸盖的结构形式和其使用的材料有关。工作压力p100105Pa时使用铸铁，在p200105Pa时使用无缝钢管，在p200105Pa时使用铸钢或锻钢。 (2)活塞和活塞杆

活塞和活塞杆的结构很多，常见的除一体式、锥销式连和半环式连接等多种形式。

螺纹式连接结构简单，装拆方便，但在高压大负载下需备有螺母放松装置。半环式连接结构较复杂，拆装不便，但工作较可靠。

此外，活塞和活塞杆也有制成整体式结构的，但它只适用于尺寸较小的场合。活塞一般用耐磨铸铁制造，活塞杆则不论是空心的还是实心的，大多用钢料制造。

(3)密封装置

对于活塞杆外伸部分来说，由于它很容易把赃物带入液压缸，使油液受污染使密封件磨损，因此常需要在活塞杆密封处增添防尘圈，并放在向着活塞杆外伸的一段。

(4)缓冲装置

液压缸中缓冲装置的工作原理，是利用活塞或缸筒在其走向行程终端时在活塞和缸筒之间封住一部分油液，强迫它从小孔或细缝中挤出，产生很大的阻力，使工作部件受到制动，逐渐减慢运动速度，达到避免活塞和缸盖相互撞击的目的。

4. 齿轮泵

齿轮泵是液压系统中常用的液压泵，在结构上可分为外啮合式和内啮合式两类。 外啮合齿轮泵的优点是结构简单，尺寸小，质量轻，制造方便，价格低廉，工作可靠，自吸能力强（容许的吸油真空度大），对油液污染不敏感，维护容易。它的缺点是一些机件承受不平衡径向力，磨损严重，泄露大，工作压力的提高受到限制。此外，它的流量脉动大，因而压力脉动和噪声都较大。

内啮合摆线齿轮泵的优点是结构紧凑，零件少，工作容积大，转速高，运动平稳，噪声低。由于齿数较少（一般为4～7个），其流量脉动比较大，啮合处间隙泄漏大，所以此泵工作压力一般为2.5～7MPa，通常作为润滑、补油等辅助泵使用。

5.单向阀

单向阀是用以防止液流倒流的元件。按控制方式不同，单向阀可分为普通单向阀和液控单向阀两类。

普通单向阀又称止回阀，其作用是使液体只能向一个方向流动，反向截止。液控单向阀又称单向闭锁阀，其作用是使液流有控制的单向流动。液控单向阀分为普通型和卸荷型两类。

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液控单向阀的主要以下两种作用：

(1)保压作用

当活塞向下运动完成工件的压制任务后，液压缸上腔仍需保持一定的高压，此时，液控单向阀靠其良好的单向密封性短时保持缸上腔的压力。

(2)支撑作用

当活塞以及所驱动的部件向上抬起并停留时，由于重力作用，液压缸下腔承受了因重力形成的油压，使活塞有下降的趋势。此时，在油路串一液控单向阀，以防止液压缸下腔回流，使液压缸保持在停留位置，支撑重物不致于落下。

6.溢流阀

溢流阀是节流阀与溢流阀并联而成的组合阀，它能补偿因负载变化而引起的流量变化。使用溢流阀的系统效率较高。因为采用溢流阀的系统，泵的供油压力随负载的增大而增加，能量损失小，系统发热少。

7.滤油器

在液压系统中，由于系统内的形成或系统外的侵入，液压油中难免会存在这样或那样的污染物，这些污染物的颗粒不仅会加速液压元件的磨损，而且会堵塞阀件的小孔，卡住阀芯，划伤密封件，使液压阀失灵，系统产生故障。因此，必须对液压油中的杂质和污染物的颗粒进行清理。目前，控制液压油清洁程度的最有效方法就是采用过滤器。过滤器的主要功用就是对液压油进行过滤，控制油的洁净程度。

8.节流阀

流量控制阀是通过改变节流口面积的大小，改变通过阀流量的阀。在液压系统中，流量阀的作用是对执行元件的运动速度进行控制。常见的流量控制阀有节流阀、调速阀、溢流阀等。

溢流阀是结构最为简单的流量阀，常与其它形式的阀相结合，形成单向节流阀或行程节流阀。

9.油箱

油箱的主要功用是储存油液，同时箱体还具有散热、沉淀污物、析出油液中渗入的空气以及作为安装平台等作用。

油箱属于非标准件，在实际情况下常根据需要自行设计。油箱设计时主要考虑油箱的容积、结构、散热等问题。

汽车举升机液压系统设计的好坏，将直接影响举升的性能和效率。

本次设计主要偏重于机械机构的设计与分析，而其液压系统所采用的油泵、油缸、液压阀等液压系统元件均为高度标准化、系列化与通用化且由专业化液压件厂集中生产

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供应。因此在本设计中只需要进行液压元件计算选型。其主要内容包括油缸的直径与行程、油泵工作压力、流量、功率以及各种相关控制阀的选型等。

2.5举升机液压系统的主要参数

液压举升机主要工作任务是把汽车从地面举升到一定的高度，举升位置自动控制，可以多地控制，开启时举升动作位置自动控制。经过广泛的调查，确定举升机的主要技术参数如下：

1.举升高度：2m 2.上升时速度：0.06m/s 3.下降时速度：0.04m/s 4.最大举升质量：3.5t

2.6举升机液压系统的工作原理

如图2.1所示，液压举升机主要由滑动部分、放置汽车的轿箱、液压缸体、举升机架、液压动力部分组成。

专用汽车举升机的举升和下降动作主要依靠液压缸来完成。门字形机架的立柱内空。置两个液压缸于立柱内，液压缸活塞杆铰接滑轮，绳轮上的钢丝绳一端固定，另一端与滑车联接，当液压缸活塞上升时，带动轿箱上升，根据滑轮的原理，轿箱上升两倍的液压杆上升高度，放置轿箱中的汽车随之上升或下降。

2.7举升机液压系统的工作过程分析

举升机液压系统原理图分析，其工作过程： 1.上升过程

按下举升按钮，电磁铁得电，换向阀换向到左位，油泵压力油经集流阀在经两路单向阀分别进入两液压缸，使液压缸活塞上升带动钢绳上升，带动轿箱一同上升。

2.下降过程

需要下降时，按下下降按钮，主换向阀的电磁阀得电，靠整个装置的自重，主回路压力油经主换向阀右位液控单向阀打开，液压缸中的油排除出。

3.空载运行

在举升动作之前，打开总开关，启动泵用电机，电动机使液压泵运转，液压油经换向阀回油至换向阀回到油箱，空载运行。

4.停止运动

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停止时，将轿箱落地，先按电机停止运转按钮，使电机停止运转，再关闭总开关。频繁使用时，无须关闭泵用电机，直接上升或下降即可。

2.8本章小结

本章介绍了汽车举升机的结构组成，汽车举升机的分类，举升机液压系统的组成，以及工作原理，进而对举升机的上升过程，下降工程，空载运行进行了分析。并且对本设计的主要参数进行确定。

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第3章 液压系统总体方案设计

3.1设计依据

3.1.1 汽车举升机液压系统设计要求

汽车举升机液压系统，除要求能在一定的范围内将汽车同步举升和下降外，还要求其能使汽车在任意高度停止并保持不动，以便实现举升机的功用。因此，液压系统必须具有定位保持功能。另外，因汽车的重量较大，一旦液压系统出现故障，举升机支承部分在汽车重力的作用下会迅速下滑，可能会对维修人员造成威胁，而且举升机上面的汽车也有被摔坏的危险。所以，为了防止这样的情况发生，举升机必须具有机械锁定装置。机械锁由分别安装在举升油缸外侧和活塞杆顶部与举升臂相联的销轴上的两根锯齿形齿条组成。安装在油缸外侧的齿条固定不动，而安装在销轴上的齿条则随活塞杆上下移动，并且能绕销轴做一定角度的摆动，以实现两根齿条的分离和啮合。当举升臂处于定位状态或液压系统出现故障。油压低于一定数值时，动齿条就会在自身重力和弹簧力的作用下与静齿条啮合，机械锁锁死，使举升臂不会下滑，这样就确保车辆和正在维修的人员不会出现危险。 3.1.2系统工作压力的确定

确定系统工作压力要考虑以下因素：

(1)液压元件的安装体积大小。 (2)液压系统重量大小。 (3)液压系统的可靠和安全性能。 (4)液压元件的性能价格比。

(5)液压系统中选用元件的市场供应情况。

3.2 液压系统液压回路设计

举升机的液压回路如图3.1所示，共由2部分组成：升降回路和补油回路。 3.2.1 升降回路

升降回路由左升降液压缸17、右升降液压缸4、三位四通换向阀9以及节流阀14、单向阀15组成。其中，液压缸4和17分别驱动举升机构的左右两个提升架升降，两缸串联，液压缸17的上腔与液压缸4的下腔直接相连。在无泄漏的情况下，活塞上升时，左升降缸17上腔流出的液压油全部流入右升降缸4的下腔。而在下降时，右升降

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缸4下腔流出的液压油全部流入左升降缸17的上腔。这样，两缸的活塞就会同时升降。如果两油缸的内径及活塞杆直径设计合理，就会使两缸活塞完全同步地上升或下降，举升机的两个提升架也就始终处于相同的高度。

图3.1 汽车举升机液压控制回路

1.左行程开关 2.右行程开关 3.右下位开关4.右升降缸 5.液控单向阀 6. 节流阀7.两位三通电磁阀 8.溢流阀9.三位四通电磁阀10.溢流阀11.液压泵 12.滤油器 13.油箱14.单向阀15.节流阀16.两位三

通电磁阀 17.左升降缸18.左下位开关

液压缸17和4的升降由三位四通换向阀9控制，当电磁铁YA1得电时，换向阀9处于左位，液压油经过单向阀15驱动油缸17和4的活塞同步上升，提升架通过载车板将汽车举起。当电磁铁YA2得电时，换向阀9处于右位，液压油驱动油缸17和4的活塞同步下降，缸17下腔排出的液压油经节流阀14流回油箱，举升臂将汽车放下。此处，单向阀15和节流阀14的作用是：当提升架推动汽车上升时，液压油经单向阀15大流量流入缸17的下腔，以较快的速度推动活塞上升；而要将汽车放下时，

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缸17的下腔流出的液压油需经过节流阀14流回油箱，形成了节流阀出口调速回路，节流阀的节流及背压作用可以防止举升机构在汽车重力、提升架和载车板自重的作用下过快下降,避免发生事故。当YA1和YA2都不得电时，换向阀9处于中位，此时，油缸17和4的活塞位置被锁定，不能移动。相对应两提升架也就停止不动。 3.2.2 补油回路

假如液压油无泄漏,而油缸的设计和制造精度又达到要求的话，以上回路足以保证两提升架的同步上升和下降。但由于泄漏不可避免，油缸和活塞之间、两油缸之间的管路联结等处，都会产生一定的泄漏。压力越大、使用的时间越长，泄漏就会越厉害。由于液压油的泄漏，两活塞的移动必将产生误差。随着时间的推移，误差不断累计。当累计达到一定程度就会超出两提升架允许的高度误差。为了使两提升架能够长时间的同步运行，必须消除这种同步误差。误差主要是由液压油泄漏引起的，所以设计了补油回路。

补油回路由2个二位三通电磁阀7和16、液控单向阀5、溢流阀8及行程开关1和2组成。行程开关1和2安装在举升机两侧提升架行程的最上端。当换向阀7左位工作，油缸17和4的活塞在液压油的驱动下同时上升，假若两活塞完全同步，同时到达最高点，两行程开关同时接通，补油回路不工作。若液压缸17的活塞首先到达最高点，行程开关1被接通，但缸4却未到达顶点，开关2仍处于断开状态，则电磁铁YA3得电，二位三通电磁阀7右位工作，液压油通过电磁阀7右位和液控单向阀5向液压缸4下腔补油，使缸4的活塞继续上行，直到到达最高点。当达到最高点时，行程开关2也被接通，电磁铁YA1和YA3同时失电，三位四通阀9回到中位，二位三通阀7也返回左位，液控单向阀5闭合，补油结束。

反之，若缸4活塞首先到达行程的最高点，而缸17活塞还未到达时，行程开关2导通但1仍处于断开状态，电磁阀YA4得电，其上位工作，压力油通过阀16通至液控单向阀5的控制口，将单向阀5打开。此时缸17活塞继续上行,其上腔多余的液压油通过液控单向阀5和换向阀左位以及溢流阀10排入油箱。当缸17活塞到达其行程上端，行程开关1接通时，YA1和YA4同时失电，阀6回到中位，阀8恢复下位，液控单向阀5关闭，补油结束。此处溢流阀10的作用是产生一定的背压，避免液控单向阀5打开时因缸4下腔直接连通油箱而可能产生的右升降臂在重力作用下下降的情况。

由于左右两缸在结构上是分离的，两缸之间封闭腔具有一定的体积。当举升机构负重上升时，两缸之间封闭腔内的压力会突然增加。由于油液具有可压缩性，此封闭腔的体积会有所减小，使左缸在开始位置上升时就会高于右缸，产生一定的高度误差。但因为油液的可压缩性很小，两缸间产生的高度差也很小。又因为举升机构对两提升

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架间的高度误差要求不高，而且两提升架间的跨度又较大，所以因油液压缩而产生的两缸间高度差对举升机构的正常工作不会产生任何影响。假如对两缸之间的误差要求较高的话，可以在起始位加装2个行程开关,控制补油回路工作进行补油即可。

在产品中大量的实际应用表明，这种汽车举升机液压系统回路简单，制造方便，运行平稳。由于增加了补油回路，彻底解决了液压油泄漏导致的同步举升误差累积的问题，并且降低了对液压缸制造精度的要求，降低了生产成本。

3.3本章小结

本章对液压系统总体方案进行设计，确定了汽车举升机液压系统设计要求，确定了系统的工作压力。同时对液压系统升降回路、补油回路进行了设计。

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第4章 液压缸设计

4.1液压缸的设计要求

液压缸的设计要考虑下列基本要求： 1.液压缸承受最大的负载力。 2.输出最大速度或动作时间t。 3.液压缸最大行程L。

4.2液压缸直径及行程的确定

4.2.1液压缸内径的确定

（a）液压缸活塞杆工作在受压状态 （b）表示活塞杆受拉状态。

图4.1 液压缸运动示意图

油缸选型主要依据所需的最大作用力Fmax以及最大工作行程来确定的。根据液压系统中油缸的工作特点，则：

Fmaxpd24

D式中：——系统效率，通常按=0.8； p——液压系统额定工作压力（MPa）；

4Fmax （4.1）

p17

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如表4.1所示选取p,p越高，对密封要求也越高，成本亦随之上升；根据机构的类型及其工作特点，取P10MPa。

表4.1 液压设备常用的工作压力

机床 设备类型 磨床 工作压力 P/（MPa） 组合机床 龙门刨床 拉床 农业机械或中型工程机械 10~16 液压机、重型机械、起重运输机械 20~32 0.8~2.0 3~5 2~8 8~10 其中，单个液压缸的最大作用力：

FmaxGmmaxg3500101.119250N 222由式（4.1）可知：

D4Fmax41925055.36mm

p3.14101060.8

表4.2 缸筒内径尺寸系列（GB/T2348-1993）

8 50 160 400 10 63 （180） （450） 12 80 200 500 16 （90） （220） 20 100 250 25 （110） （280） 32 125 320 40 （140） （360） 取油缸内径d63mm。 4.2.2液压缸行程的确定

由于将油缸固定在距立柱低端1米处，且工作行程为2000mm，所设计的滑轮组可以省一半的行程，所以：

L＞20001000mm 2

表4.3 缸活塞行程系列（GB/T234-1980）

25 500 50 630 80 800 100 1000 125 1250 160 1600 200 2000 250 2500 320 3200 400 4000 据表4.3取活塞行程L=1000mm。 18

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4.3液压缸活塞杆直径的确定

在单杆活塞中，d值可由D和λv求的，标准液压缸的λv系列值为1.06、1.12、1.25、1.4、1.6、2、2.5、和5，为了减少冲击（即不使往返运动速度相差过大），一般推荐λv≤1.6。活塞运动速度受结构的限制，范围0.1～0.2m/s活塞杆直径也可以按其工作时的受力情况由如表4.4所示初步选取。

表4.4 活塞杆直径的选取

活塞杆受力情况 受 拉 受压及拉 受压及拉 受压及拉 工作压力p/MPa — p≤5 57 活塞杆直径d d=(0.3～0.5) D d=(0.5～0.55)D d=(0.6～0.7)D d=0.7D

液压系统各液压缸均采用双作用单杆活塞缸。即受压也受拉，而且工作压力p大于7所以活塞杆直径选公式：

d=0.7D （4.2）

将D值代入（4.2）式中，可求得

d=0.7D=0.763=44.1mm

表4.5 液压缸活塞杆外径尺寸系列（GB/T2348-1993）

4 22 70 220 5 25 80 250 6 28 90 280 8 32 100 320 10 36 110 360 12 40 125 14 45 140 16 50 160 18 56 180 20 63 200 根据表4.5取活塞杆直径d为45 mm。

4.4液压缸壁厚、外径等参数计算

液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。

液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律因壁厚的不同而各异。一般计算时可以分为薄壁圆筒和厚

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壁圆筒。

液压缸的内径D与其壁厚的比值D/≥10的圆筒称为薄壁圆筒。起重运输机械和工程机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算：

式中 ——液压缸壁厚； D ——液压缸的内径；

pyD2[] （4.3）

py——试验压力，取py=16 MPa；

[]——缸筒材料的许用应力。其值为：锻钢：[]=110～120 MPa；

铸钢：[]=100～110 MPa；钢管：[]=100～110 MPa； 高强度铸铁：[]=60 MPa；灰铸铁：[]=25 Mpa；

取py=1.510106=15 MPa

本设计的转向液压缸的材质是钢管，其[]=100～110 MPa，所以选[]=110 MPa。 将Py、[]值代入（4.3）式中，可求得

15106504mm 62[]211010

液压缸壁厚度算出后，即可求出缸体的外径D1为

pyDD1D2 （4.4）

将值代入（4.4）式中，可求得

D1D2=71mm

液压缸无杆腔面积A1

A1D42

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3.140.0632 431.6104m2

液压缸有杆腔面积A2

43.14(0.06320.0452) 4A2(D2d2)

15.26104m2.

导向长度H

SD 352100063 35260mm H活塞宽度B

B(0.6～1.0)D

40mm

导向套滑动面长度A

在

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