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可翻转式汽车举升机摘要本设计在考虑典型的汽车举升机的结构形式和实际工况条件基础上，增加设计了可翻转结构，使得工人在特定环境下不需要到车底去检修车辆。本设计利用solidworks辅助设计软件建立可翻转式举升机的三维实体模型，并用CAD作图。本课题主要讨论了可翻转式举升机的总体布置、可翻转机构的设计、真空吸盘固定装置的设计和液压系统的设计等，并运用PLC可编程控制技术来控制可翻转举升机的工作。关键词：举升机、solidworks、真空吸盘、PLC Abstract This design in considering the structure of vehicle lift typical and practical working conditions based on the design， increase the turnover structure, so that workers do not need the car to repair vehicles in certain circumstances. The design of establishing 3D solid model of reversible lifting machine by use of SolidWorks aided design software, and using CAD mapping. This paper mainly discusses the general arrangement, can flip type lifting machine design， the turnover mechanism of vacuum suction fixing device design and hydraulic system design, and the use of PLC programmable control technology to control the reversible lift work。目录可翻转式汽车举升机 I 摘要 I Abstract II 目录 III 第1章绪 4 1.1 升降机国内外的研究发展情况 4 1.2 本课题研究的意义 6 1.3 研究内容及研究方法 6 第2章剪式举升机的总体设计 7 2.1 建立轿车模型 7 2.2 剪式举升机主要结构尺寸确定 8 2.3 旋转平台的结构设计 10 2.4 真空吸盘固定装置的结构设计 11 2.5 液压系统的设计 11 2.6 自锁装置设计 16 第3章液压系统的设计与计算 17 3.1 液压缸的初选 17 3.2 确定液压系统的主要参数 17 第4章真空吸盘系统的设计与计算 20 4.1 吸盘形状的选择 20 4.2 吸盘材料的选择 20 4.3 吸盘直径的计算 20 第5章 PLC控制系统的设计 22 5.1 可编程序控制器PLC的概况 22 5.2 PLC的工作原理 23 5.3 PLC的发展趋势 24 5.4 控制系统的设计与控制 25 第6章总结 29 致谢 29 参考文献 30 绪汽车举升机是现代汽车维修作业中必不可少的设备，它的主要作用就是为发动机、底盘、变速器等养护和维修提供方便。举升机的从上世纪20年代开始使用，发展至今经历了许多的变化改进，种类也比较多，一般有柱式、剪式，其驱动方式有链条传动，液压传动，气压传动等。本章就从举升机的产生、发展以及制造工艺等方面进行简单的介绍。升降机国内外的研究发展情况汽车举升机在世界上已经有了70年历史。1925年在美国生产的第一台汽车举升机，它是一种由气动控制的单柱举升机，由于当时采用的气压较低，因而缸体较大；同时采用皮革进行密封，因而压缩空气驱动时的弹跳严重且又不稳定。直到10年以后，即1935年这种单柱举升机才在美国以外的其它地方开始采用。 1966年，一家德国公司生产出第一台双柱举升机，这是举升机设计上的又一突破性进展，但是直到1977这种举升机才在德国以外的其它国家出现。现在双柱举升机在市场上以占据牢固的地位，其销量还在持续增长。它和四柱举升机相比，既有优点，也有缺点，以下将作一简要说明。我们所见到的绝大多数举升机均采用固定安装方式。在举升前汽车必须驶上举升机。在移动式举升机方面也有几项成功设计，如剪式举升机、菱架式举升机等。但这类举升机仍存在两个主要问题，接近汽车下部较难；在车间移动举升机时难逾越地面上的障碍物。当然，可移动性是这类举升机的突出优点。现在固定安装的单柱、双柱、四柱举升机已在维修现场广泛采用，而移动式举升机却相对要少得多。最初设计单柱举升机外，车辆较大，其底盘也能明显辨认，因而汽车检修区远远大于举升器件。而今绝大多数汽车均为“紧凑型”或“半紧凑型”，导致汽车检修区域接近主要举升机器件而不便操作。但在南美洲却属例外，那里仍然采用较大的车辆，这可能是单柱举升机在该地区的市场上仍然受到欢迎的重要原因。单柱举升机有两大优点：当其下降后，不致成维修车间的障碍物；汽车可在举升机上转动。但美国却受到了责难，主要是举升机的旋转会带来撞击操作人员的危险。单柱举升机的主要缺点是：第一，它需要在车间的地面挖掘一个相当大的坑穴后才能安装；其次，它只能为使用提供车轮支撑方式；第三，使用时难于接近汽车下部的一些重要检修区域。举升用的油缸潜藏在地下也给维修带来两大问题：第一是检修这些零部件颇为困难；其次是由于油缸所处的环境条件差，容易生锈，特别是地下水位较高时更是如此。双柱举升机（包括液压式或机械式），均具有以下优点：第一，检修汽车下部具有很高的可接近性（几乎达到100%）；其次，采用车轮自由型的方式支撑汽车，因而拆卸车轮时不需要其它辅助性的举升措施；第三，结构紧凑，占地面小。双柱举升机的缺点是：第一为确保安全，安置举升机时要求非常严格，否则在举升过程中容易摇晃或颠覆；第二，由于举升机常采用车轮自由型的方式支撑汽车，如需采取车轮支撑型的方式维修汽车则甚感不便，如检查悬挂系统、检查转向机构间隙或进行车轮定位检验等；第三，由于举升臂和立柱承受悬臂或载荷所产生的巨大应力，其承力件易于磨损，因而双柱举升机的安全工作寿命一般要比四柱举升机低。四柱举升机有四根立柱、两根横梁、用于支撑汽车的两个台板。举升前，汽车很容易正确无误地驶上四柱举升机的台板。由于台板内侧设备有凸缘，当汽车驶上台板时也不致坠入其间的空隙中。车轮支撑型四柱举升机的优点是：第一，举升机装载汽车时勿需较高的技术，操作也很简便；第二，承载时非常稳定；第三，支撑载荷受力简单，应力较低，从而延长了设备的使用寿命；第四，由于具有较高的使用价值，从经济上来看也是合算的；第五，易于维修；第六，在车间现场进行安装也较方便，只要地面平坦，其混凝土厚度能够固牢立柱的地脚螺栓即可。四柱举升机的缺点是：和双柱举升机相比，战地面积教大，对汽车检修区域可接近性较差。解放后，特别是改革开放以来，我国的汽车维修行业有了很大的发展，为之服务的汽车维修设备行业已成为我国的新兴行业不断发展壮大。各种举升机设备如雨后春笋，不断涌现，质量不断提高，销量逐年增加。有人说，对于汽车维修企业来说，汽车举升机可能是除厂房而外的最重要的投资，因为它具有至关重要和不可替代的作用，甚至直接影响到汽车维修业务的兴衰。汽车举升机是汽车维修设备行业的支柱设备之一，让我们生产出更多、更好、更受用户欢迎的汽车举升机，为汽车维修企业服务。本课题研究的意义举升机一般有柱式、剪式的，其驱动方式又可分为链条传动，液压传动，气压传动等。目前，使用的汽车剪刀式举升机可能发生汽车坠落的原因较多，有安装基础不牢、自锁装置失效、举升臂变形、两侧举升臂上升速度不等、液压油路爆裂、汽车拖垫打滑等，经过对失效的剪刀式举升机进行检测分析发现,这些事故的主要原因往往是设计上存在着缺陷，如果做工不好或者设计不好就容易导致台面不平、导致单边升降等危险发生，因此，进一步提高剪刀式举升机产品的性能与可靠性，是国内举升机任重道远且亟需改进的地方。本课题还在剪式举升机的传统设计结构的基础上增加了翻转台的设计，使得汽车在被举起之后，可以有45°左右的翻转，有利于工人在检修汽车底盘时对举升机提出更高的要求。在汽车被翻转后，为防止汽车的滑落，还设计了真空吸盘固定装置。本课题由于涉及的控制设备比较多，为了工人在工作时操作方便，且防止工人误操作，所以利用PLC控制器控制举升机的正常工作。研究内容及研究方法研究内容本设计在考虑典型的汽车举升机的结构形式和实际工况条件基础上，查阅大量的举升机使用维修手册、设计说明、参考大量的文献、书刊及杂志，依据计算机辅助设计、结构优化设计等理论，建立对举升机进行总体布置，并用三维软件建立实体模型，利用力学理论，计算关键零部件的材料及尺寸，进一步提高举升机的稳定性及安全性。设计中我们研究的主要内容如下： 1) 可翻转汽车举升机的总体布置； 2) 翻转机构的设计； 3) 液压系统的设计与计算； 4) 真空吸盘的设计与吸力计算； 5) PLC控制系统的设计。研究方法 1) 查阅剪式举升机的相关资料，翻阅机械设计相关书籍，对可翻转式汽车举升机总体方案制定； 2) 举升机工作原理与结构形式分析； 3) 举升机二维结构设计； 4) 整机虚拟装配； 5) PLC编程设计； 6) 撰写设计说明书；剪式举升机的总体设计建立轿车模型为使举升机使用范围广，本设计首先建立了一个轿车模型[1]。在本讨论中，我们参考了两辆代表车型参数，具体参数表2.1参数信息所示。表2.1 参数信息车型车身信息长丰帕杰罗3.0GLS手动上海大众劲取车身长/宽/高（mm） 4830/1895/1885 4200/1650/1465 前轮距 1575 1460 后轮距 1560 1460 轴距 2775 2460 前轮规格 215/60R16 195/55R15 后轮规格 215/60R16 195/55R15 车辆整备质量 1.5T 1.6T 根据丰田和大众轿车的车身信息确定一个使用较广的车模：它的车身参数是：车身长4.7m，宽1.75m，高1.5m，轴距2.1m，前后轮距平均为1.5m，车自重1.5t，该轿车模型集丰田轿车外型，奥迪外型，大众车系于一体，具有较广的代表性。剪式举升机主要结构尺寸确定剪式举升机设计参数确定剪式举升机设计技术参数如表2.2所示表2.2 主要技术参数技术数据数值单位举升高度 300~1800 Mm 提升时间 1 Min 翻转平台翻转角度 45 度翻转时间 1 Min 考虑到举升机的提升速度不易太快，太快容易造成汽车上升的速度过快而产生较大的惯性，所以将举升机的速度设置为是经1min时间内举升机能升高到1.8m。可翻转举升机的特点是在各个高度举升机的翻转板都可以翻转，为节约修理时间且在保证安全的情况下，将翻转平台的翻转角度确定为45°，且翻转的时间为1min。为防止车辆在举升过程中发生滑落，本设计采用了真空吸盘将车辆固定在举升机上。为了安全考虑，举升机在各高度工作时，都能自锁。剪式举升机举升方式确定在我们日常生活中，常见的汽车举升机升降平台一般有如下三种设计方案，如简图2-1所示：图2-1 三种剪叉式升降台结构简图图中表示气液动剪叉式升降平台的三种结构形式。长度相等的两根支撑杆AB和MN铰接于二杆的中点E，两杆的M、A端分别铰接于平板和机架上，两杆的B、N端分别与两滚轮铰接，并可在上平板和机架上的导向槽内滚动。图中的三种结构形式的不同之处在于驱动件液压缸的安装位置不同。图a中的驱动液压缸的下面固定在机架上，上部的活塞杆以球头与上平板球窝接触。液压缸通过活塞杆使上平板铅直升降。图b中的卧式液压缸活塞杆与支撑杆MN铰接于N处。液压缸驱动活塞杆控制平台铅直升降。图c中的液压缸缸体尾部与机架铰接于G处，活塞杆头部与支撑杆AB铰接于F处。液压缸驱动活塞杆可控制平台铅直升降。按照液压缸的安装形式，称图a的形式为直立固定剪叉式结构，图b的形式为水平固定剪叉式，图c的形式为双铰接剪叉式结构。直立固定剪叉式结构，液压缸的行程等于平台的升降行程，整体结构尺寸庞大，且球铰链加工负载，在实际种应用较少。水平固定剪叉式机构，通过分析计算可知，平台的升降行程大于液压缸的行程，在应用过程中可以实现快速控制升降的目的，但不足之处是活塞杆受到横向力的作用，影响密封件的使用寿命。而且活塞杆所承受的载荷力要比实际平台上的载荷力要大的多。所以实际也很少采用。双铰接剪叉式结构避免了上述缺点。结构比较合理，平台的升降行程可以达到液压缸行程的二倍以上。因此，在工程实际中逐渐得到广泛的应用。本设计采用了双铰接剪叉式结构形式。本课题讨论的举升机的设计总体布置如图2-1所示。图2-2 可翻转举升机的设计总体布置旋转平台的结构设计由于生产生活的需要，目前举升机的使用也非常广泛，种类繁多。但是目前的举升机都有一个问题，即举升机将车辆举起后，工人是要在车辆下方操作的，这中操作方式存在着隐患。本次设计讨论了在现有的剪式举升机基础上增加一个翻转平台。当车辆底盘的前部或后部需要检修时，工人将车停放到举升机上，当举升一定高度后（最小高度为500mm），工人操作真空固定吸盘将车辆固定在翻转平台上，翻转液压缸开始工作。由于翻转平台一端固定在举升机上平台，当翻转液压缸产生推力时，翻转平台绕着固定点开始翻转，最大角度为45度。图2-3 翻转平台设计真空吸盘固定装置的结构设计当车辆被举升机举起后，由于某些原因，车辆会从举升台上滑落下来，造成人员伤亡。在本次设计中，由于汽车停放在翻转平台上后，翻转平台将翻转45°，这时，车辆与翻转平台上的摩擦力已经不能再将汽车固定在翻转板上，汽车将会从翻转板上滑落，为了防止这类事情的发生，所以设计一个真空吸盘固定装置用来将车辆固定在举升平台上。图2-4 真空吸盘固定装置该真空吸盘被固定在真空吸盘固定板上，真空吸盘固定板被安装在翻转平台上，真空吸盘固定板是可以绕安装轴线旋转的。当我车辆还没有停到举升平台上时，真空吸盘固定板被放下，有利于驾驶员驾驶汽车，避免汽车在停放到工位上时产生意外。当汽车停放在岗位上时，真空吸盘固定板需要人工翻转，使吸盘能够接触到车辆的前后门上。安装到位后，打开真空泵使其工作。这时，车辆就被牢牢的固定在翻转平台上。液压系统的设计液压系统组成液压系统是举升机的动力装置。它具有传递动力大、运动平稳、结构紧凑的特点。液压系统主要由液压发生机构、液压执行机构、液压控制调节机构和辅助装置等四大部分组成。、液压发生装置泵液压执行机构缸——活塞液压控制装置方向阀压力阀辅助装置图2-5 液压系统方框图像 1、液压发生机构—液压泵它是由液压系统中供给有压力油的装置和压力传动的机械动力。它的作用是将原动机输入的机械能转换为流动液体的压力能。 2、液压执行机构—液压缸液压缸主要有缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置。它是液压传动的执行机构又称液压机，其作用是将液能变为机械能的转换装置。此剪式举升机所采用的是液体压力能转变为直线往复运动机械能的单作用推力油缸。它既能节省动力、又能频繁地进行换向。 3、液压控制调节装置——各种液压控制阀它是由来控制和调解液压系统中液油流动，方向、压力、流量和满足工况要求的装置。根据用途和特点控制可分为三类。方向控制阀用来控制液压系统中的油流方向和经由路径；根据实际情况利用单向阀或换向阀的作用来改变执行机构的运动方向和工作顺序；压力控制阀（包括溢流阀、减压阀和顺序阀等）用来控制液压系统的压力以满足执行机构所需要的动力或对液压系统起安全保护作用；流量控制阀（包括节流阀、调速阀、分流和集流阀），用来控制和调节液压系统中的流量，以满足执行机构工作时运动速度的要求。由于液压系统控制阀种类很多，为使用方便和结构紧凑，在设计时合理的将各种阀类元件组合在一起构成组合阀。（1）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。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。（2）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。（3）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。 4、辅助装置——管道、油箱、过滤器及控制仪表（1）液压管道液压管道是连接液压泵和液压动力机的通道，它们对液压机械的使用性能有很大的影响，在工艺安装过程上，除了进行细致的检查外，对管道布局必须平行垂直正齐。对液压系统中的任何一段管道或管件要求都能自由拆装，也必须按照其工艺过程和技术要求进行。关于压力控制回路和速度控制回路，是由液压元件所组成，可起到完成运动速度调节压力等特定作用。任何一种液压机械，不论其结构怎样复杂，它都是由基本回路构成的液压系统，只要熟悉和掌握这些基本回路，才能正确的使用和分析事故及故障发生的原因。关于液压油的选择，一般液压传动系统都是选用普通液压油。常用的是20#机油，当气温低于-15oC时，应采用25#变压油或有条件的可选用14#稠化液压油。（2）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。（3）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。液压系统的设计在设计过程中，要保证汽车被水平举起而不发生侧偏，两侧举升机上升过程中必须始终保持同一高度，活塞的运行速度必须时刻保持相等。举升机液压回路必须同步。举升机的液压回路如图4.2所示，主要有两部分组成：升降回路，翻转回路，升降锁回路，翻转锁回路。图2-6 可翻转举升机液压系统原理图 1 升降油缸；2 升降控制阀；3 升降解锁油缸；4 回收油箱；5翻转解锁油缸； 6 翻转油缸；7 翻转油缸控制阀；8 翻转解锁控制阀；9 升降解锁控制阀； 10 电机；11溢流阀；12 油泵；13干燥器；14 滤清器；15 油箱； 1. 升降回路当电磁阀是一个三位四通阀，当阀心向左移动时，举升油路进油，油缸内的活塞被慢慢举起，驱动活塞向上移动，将举升平台举起，下降油路回流到油箱内。当电磁阀失电后，三位四通阀居中，油缸中的压力油被固定在油缸内，举升台固定在某一高度。当三位四通阀向右移动，油泵提供的压力油被送到油缸内上油腔，下油腔的压力油被送到油箱中，油缸中的活塞被驱使慢慢押回到油缸中，举升平台慢慢下落。 2. 翻转回路当电磁阀是一个三位四通阀，当阀心向右移动时，翻转油路进油，油缸内的活塞被慢慢举起，驱动活塞向上移动，将翻转平台翻转，恢复油路回流到油箱内。当电磁阀失电后，三位四通阀居中，油缸中的压力油被固定在油缸内，翻转平台固定在某一高度。当三位四通阀向左移动，油泵提供的压力油被送到油缸内上油腔，下油腔的压力油被送到油箱中，油缸中的活塞被驱使慢慢押回到油缸中，翻转平台慢慢下落，恢复到水平位置。 3. 升降锁回路升降锁回路由两油缸和一个两位三通电磁阀组成。当电磁阀得电时，两位三通电磁阀左位工作，压力油进入液压缸下腔，驱动活塞向上移动，将升降锁打开，此时举升平台可自由下降。当失电时，两位三通阀处于右位工作时，油缸下腔与油箱直接相通，腔内油压为零时，油缸活塞在缸内弹簧和升降锁动齿条自重的作用下收回，升降锁闭合，升降平台被锁住，不能移动。此时工人可以进行各种维修工作。 4. 翻转锁回路翻转锁回路由两油缸和一个两位三通电磁阀组成。当电磁阀得电时，两位三通电磁阀左位工作，压力油进入液压缸下腔，驱动活塞向上移动，将翻转锁打开，此时翻转平台可自由下降。当失电时，两位三通阀处于右位工作时，油缸下腔与油箱直接相通，腔内油压为零时，油缸活塞在缸内弹簧和翻转锁动齿条自重的作用下收回，翻转锁闭合，翻转平台被锁住，不能移动。此时工人可以进行各种维修工作。自锁装置设计当举升机举起过程中，由于油管爆裂、人为操作失误等都会引起举升机的下落。如果在没确认车辆下方已经没有工作人员的前提下发下举升机势必会造成重大的安全事故，所以举升机必须有一个自锁装置，在举升的过程中，安全齿条在每次上升过程中都会和保险板自动咬合在一起，确保不会因为液压系统的故障引起的滑落。当确认现场安全，需放下举升机时，我们需先将自锁装置解锁后，才可将举升机安全放下。自锁装置如图2-6所示。图2-6 自锁机构液压系统的设计与计算液压缸的初选确定液压缸的类型液压系统在各行各业已被广泛运用，而液压缸更是被广泛运用于工程机械、重型机械、起重运输机械及矿山机械等大型机械的液压系统中作为重要的执行元件。针对本次设计，根据剪式举升机的运动要求以及翻转平台的运动要求，选择液压缸的类型为：直线运动单活塞杆液压缸。安装方式采用尾部耳环联接。即液压缸在工作过程中是尾端是固定在底座的油缸安装孔中，能够绕轴心自由旋转；一端安装在支撑架的油缸支撑轴上，同样可以绕轴心旋转。确定液压系统的主要参数液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。压力决定于外载荷。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。首先，需要确定液压缸处于最大工作压力时的位置，通过上述的讨论，得知当液压缸与地面夹角为最小值时，液压缸处于最大的工作压力状态下,在本文设计的液压举升机中，当举升机台面在最低点时，液压主油缸与地面的最小夹角为7°。因为这是理论设计值，在实际中因为各个零部件的精度问题，所以液压主油缸与地面的最小夹角为10°，如图所示。设举升机最大举升高度为1.8m，采用四叉型的剪式举升方式，将支撑杆的长度选定1.5m/根。由于汽车是由左右两个举升机同时举起的，且采用了双铰接式结构，所以每一对支撑杆上承受的压力为W/2。有图2-4可知：图2-4动力参数示意图其中：W为汽车总量，本设计中将该值确立为翻转平台与汽车的总重量，为2T。为油缸与水平面的夹角，当=10°时，油缸需要的压力最大. 为油缸所产生的推力。得=57.6KN。图2-5液压缸图2-5表示一个以液压缸为执行元件的液压系统计算简图。各有关参数标注于图上，其中是作用在活塞杆上的外部载荷，是活塞与缸壁以及活塞杆与导向套之间的密封阻力。作用在活塞杆是的外部载荷包括工作载荷，导轨的摩擦力和由于速度变化而产生的惯性力。（1）工作载荷常见的工作载荷有作用于活塞杆上轴线的重力、切削力、挤压力等，这些作用力的方向与活塞的运动方向相同为负，相反为正。在实际工作过程中，由于载荷量较大，活塞自身的重力可以忽略不计，切削力与挤压力共同组成的外力即为工作载荷，=,所以每个液压缸==57.6KN。（2）导轨摩擦载荷对于直动型安装的液压缸一般都附有活塞导轨以固定其运动方向，导轨摩擦相对于总载荷可以忽略不计，因此=0。（3）惯性载荷 ——速度变化量m/s ——起动或制动时间，s。一般机械=0.1~0.5s，对轻度载荷低速运动部件取小值，对重载荷高速部件取大值。行走机械一般取=0.5~1.5s。 ——加速度初步选定速度变化量=0.16m/s，=0.6s，则以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷，起动加速时，稳态运动时，减速制动时。工作载荷并非每阶段都存在，如该阶段没有工作，则=0。但在计算和校核时，应按照最大值取。除了外载荷外，作用于活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的摩擦阻力，由于各种液压缸的密封材质和密封形式不同，密封阻力难以精确计算，一般估算为式中——液压缸的机械效率，一般取0.90~0.95，这里取0.95。计算液压缸的主要结构尺寸液压缸的相关参数和结构尺寸液压缸有关的设计参数见图3-4所示：图3-4 液压缸设计参数图a为液压缸活塞杆工作在受压状态，图b表示活塞杆受拉状态。活塞杆受压时活塞杆受拉时式中无杆腔活塞有效工作面积有杆腔活塞有效工作面积 ——液压缸工作腔压力 Pa ——液压缸回油腔压力 Pa，其值根据回路的具体情况而定，一般可以按照下表4-3估算 D——活塞直径 m d——活塞杆直径 m 表4-3 执行元件背压力表系统类型背压力 MPa 简单系统或轻载节流调速系统 0.2~0.5 回油带调速阀的系统 0.4~0.6 回油路设置有背压阀的系统 0.5~1.5 用补油泵的闭式回路 0.8~1.5 回油路较复杂的工程机械 1.2~3 回油路较短，可直接回油路可忽略不计在这里我们取背压力值在本设计中，液压缸不存在受拉的状态，所以只考虑其收压。一般液压缸在收压状态下工作时，其活塞面积为：用运此公式须事先确定与的关系，或是活塞杆径d与活塞直径D的关系，令杆径比=d/D，其比值可按下表选取。按工作压力选取d/D 工作压力MPa 5.0 5.0~7.0 7.0 d/D 0.5~0.53 0.62~0.7 0.7 按速度比要求确定d/D （） 1.25 1.33 1.46 0.161 2 d/D 0.4 0.5 0.55 0.62 0.71 注：速度比，为活塞两侧有效面积与之比。即如按工作压力应选取d/D=0.7，则相应的速度比=2，由于活塞不受拉力作用，所以活塞杆收缩时可以适当提高其速度， =2也是完全可以的。运用直径求法公式可以求出d=72.54mm。液压缸的直径D和活塞杆径d的计算值要按国家标准规定的液压缸的有关标准进行圆整，如与标准液压缸参数相近，最好选用国产液压缸，免于自行设计加工。按照机械手册中工程液压缸的技术规格表37-7-7（如表3-1所示），可以选择圆整后的参数：液压缸内径为80mm，活塞杆应大于理论直径，根据表3-2所示的活塞外径推荐表选择活塞外径为63mm,速度比=2，工作压力16Mpa。表3-1 液压缸内径系列（GB/T2348-1993）表3-2 活塞杆外径推荐表真空吸盘系统的设计与计算吸盘形状的选择在设计真空吸盘系统时，首先应该根据所吸形状选取吸盘的形式，吸盘的形状多种多样，根据被吸物体的形状及工作要求选取最佳的吸盘形状。由于本次设计针对的是整车，需要较大的吸盘来吸附汽车表面，所以参考SMC公司提供的大型吸盘，吸盘形状为平行带肋型。吸盘材料的选择根据机械使用的工作环境不同，而选择不同的吸盘材料。不同的材料有不同的特性。SMC公司提供的大型吸盘可选的材料有NBR、硅胶、聚氨酯、氟橡胶、CR和EPR。 NBR名为丁晴橡胶，识别色为黑，基本硬度为55°。一般工业用的橡胶，适用于各种密封件，耐油性、耐磨耗性、耐老化性优。硅胶识别色：白色半透明，基本硬度为55°。耐热性、耐寒性优，无臭、无害，适用于食品行业。聚氨脂橡胶（U）：识别色为蓝，基本硬度为55°。受力性强、形状较不容易变形的橡胶，耐磨耗性能优。氟橡胶：识别色为黑色，基本硬度为70°。耐热性、耐药品性能优。能在腐蚀性气体环境等多种场合中使用。根据以上不同材料的特性，本次设计选择的吸盘材料为聚氨脂橡胶。吸盘直径的计算吸盘的理论吸吊力是吸盘内的真空度与吸盘的有效吸着面积A的乘积。一般对面积大的吸吊物通常采用多个吸盘吸吊。使用n个同一直径的吸盘其吸盘直径D按下式（4-1）其中D为吸盘直径，mm。 W为吸吊物重力，N. t 为安全率。水平吊时t≥4，垂直吊时t≥8。为吸盘内的真空度，，选用时应在真空发生器（或真空泵）的最大真空度的63%至95%范围内选择。图4-1 受力简图（式4-2）式中：M为整车整备质量。 g 为10N/Kg 是汽车与翻转平台之间的摩擦系数，初步选择为=0.6 =12726N 参考SMC特殊真空吸盘选型手册，选定吸盘为INO-3769-1460-C200U，外形尺寸如图所示。图4-2 真空吸盘外形尺寸图 PLC控制系统的设计可编程序控制器PLC的概况 PLC的定义早期的可编程控制器是为了取代继电器控制线路，采用存储器程序指令完成顺序控制而设计的。它仅有逻辑运算、定时、计数等功能，采用开关量控制，实际只能进行逻辑运算，所以称为可编程逻辑控制器，简称PLC（Programmable Logic Controller）。进入20世纪80年代后，采用了16位和少数32位微处理器构成PLC，使得可编程逻辑控制器在概念、设计、性能上都有了新的突破。采用微处理器之后，这种控制器的功能不再局限于当初的逻辑运算，增加了数值运算、模拟量的处理、通信等功能，成为真正意义上的可编程控制器（Programmable Controller），简称为PC。但是为了与个人计算机PC（Personal Computer）相区别，长将可编程控制器仍成为PLC。随着可编程控制器的不断发展，其定义也在不断变化。国际电工委员会（IEC）曾于1982年11月颁布了可编程控制器标准草案第一稿，1985年1月发表了第二稿，1987年2月又颁布了第三稿。1987年颁布的可编程控制器的定义如下： “可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能够存储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入、输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其相关的外围设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则设计。” PLC的工作原理 PLC实质上是一种专用与工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相近，在结构上分为固定式和组合式（模块式）两种，固定式PLC包括CPU板，I/O板，显示面板，内存块，电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块，I/O模块，内存模块，电源模块，底板或机架。这些模块可以按照一定的规则组合配置。接口部件输出输入接口部件件中央处理单元 CPU板接收现场信号驱动受控原件电源部件图5-1 PLC操作过程按照可编程控制器系统的构成原理，可编程控制器系统由传感器，可编程控制器和执行器组成，可编程控制器通过循环扫描输入端口的状态，执行用户程序来实现控制任务，其操作过程如上图5-1所示。 PLC输入模块的输入信号状态与传感器信号相对应，为传感器信号经过隔离和滤波后的有效信号。开关量输入电路通过识别传感器0、1电平，识别开关的通断。CPU在每个扫描周期的开始扫描输入模块的信号状态，并将其状态送入到输入映像寄存器区域；CPU根据用户程序中的程序指令来处理传感器信号，并将其处理的结果送到输出映像寄存器。现代的PLC已经具备了处理模拟量的功能，但是相对于开关量的处理较复杂一些。PLC输出模块具有一定的负载驱动能力，在额定负载以内，直接和负载相连，可以驱动相应的执行器。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。 PLC的发展趋势 1969年，美国数字设备公司（DEC）首先研制出第一台符合要求的控制器，即可编程逻辑控制器，并在美国GE公司的汽车自动装配上试用获得成功。此后，这项技术迅速发展，从美国、日本、欧洲普及到全世界。总的来说发展趋势如下： (1)向高速度、大容量方向发展为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的储存容量。 (2)向超大型、超小型两个方向发展。以适应不同类型的自动控制系统的需要。 (3)PLC大力开发智能模块，加强联网通信功能。为了扩大适用范围，厂家还制定了通用的通信彼岸准，已构成更大的网络系统。 (4)增强外部故障的检测与处理能力。外部故障的几率很大，因此，PLC厂家致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性 (5)编程语言多样化。PLC结构不断发展的同时,PLC的编程语言也越来越丰富。多种语言并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。控制系统的设计与控制顺序图的设计本课题的程序设计流程图如图5-1 所示。图5-1 程序设计流程图端口定义本次设计采用的控制系统为西门子PLC，各个端口定义如表5-1所示。表5-1 端口定义输入端口　输出端口举升机启动按钮 I0.0 　举升机启动继电器 Q0.0 举升机关闭按钮 I0.1 　　　　　　　　举升按钮 I0.2 　举升继电器 Q0.1 下降按钮 I0.3 　下降继电器 Q0.2 举升下降停止按钮 I0.4 　解锁继电器1 Q0.3 举升高位传感器 I0.5 　　　低位位传感器 I0.6 　　　　　　　　翻转按钮 I1.0 　翻转继电器 Q0.4 翻转平台恢复按钮 I1.1 　恢复继电器 Q0.5 翻转停止按钮 I1.2 　解锁继电器2 Q0.6 翻转限位传感器 I1.3 　　　平台复位传感器 I1.4 　　　　　　　　　　　　　真空吸盘开启按钮 I1.5 　真空泵继电器 Q0.7 真空吸盘关闭按钮 I1.6 　　　控制程序设计 1. 启动程序设计当按下启动按钮后，举升机的主油缸或者翻转

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