第⼀章绪论
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。 1.1 举升机的发展简史
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。
1.2 汽车举升机的设计特点
（1）举升机台板降到下位时，与地⾯应尽可能在同⼀平⾯上，为达到此⽬的，虽然可在地⾯上挖掘凹坑，但需增加投资费⽤，也破坏了车间地⾯的平整性。为此，在保证强度和刚度的前提下，应尽可能降低举升机台板和横梁的⾼度；这样，既便于汽车驶上举升机，⼜使驶上台板的斜⾯长度尽可能短，节约车间的占地。在条件许可时，举升机台板（或横梁）应选择专⽤型钢或⽤钢板拆弯成形。
（2）正确选择传动⽅式。采⽤机械传动（螺母、螺杆）或液压传动（油缸），均
⽤电动机驱动。机械传动的成本较⾼，耗能较多，但安全性较好。经验证明：机械传动的能耗为液压传动所需能耗的两倍（在举升载荷、举升时间均相同的条件下）。机械式举升机的螺母、螺栓磨损较快，⽽液压式举升机的维修量却相对要⼩些。虽然
液压式举升机的技术难度较⼤，但多数零部件（液压泵、液压缸、阀门、密封元件等）均可外购或外协，当然⼀
定要选⽤优资产品。
（3）丝绳的选择。为了减少滑轮直径从⽽缩⼩寄⽣机⽴柱的断⾯尺⼨，应该选⽤⾼柔度的钢丝绳。钢丝绳应有较⾼的安全系数，⼀般应达8。为此，应增加钢丝绳钢丝的数⽬。如英国某公司3t系列的举升机所采⽤的钢丝绳的直径为9mm，两根并列，每根37股，每股6根钢丝。滑轮通常⽤钢材制成，⽽该公司采⽤玻璃纤维与尼龙混合制成（50%的玻璃纤维、50%的尼龙）。这样，不仅价格便宜，还能减轻钢丝绳的磨损，延长其使⽤寿命。
1.3 汽车举升机的安全保证措施
今天全世界都对在危险作业环境下⼯作的⼈们的安全寄予极⼤的关注。汽车举升机具有潜在的危险，因为⼈们要在其下⾯⼯作；当其升降时如不⼩⼼，也会碰伤⼿⾜。近年来不少国家还制定了专门性法规，以防⽌或⾄少使安全事故的可能性降低到最低限度。
汽车举升机的安全保证措施主要从两⽅⾯着⼿：⼀⽅⾯从设计制造⽅⾯采取措施，好提⾼汽车举升机的安全技术特性；另⼀⽅⾯则应在使⽤维修过程中遵循严格的操作规程，保证汽车举升机能在良好的技术状态下正确地运⾏。现分别说明与后。
1.3.1 设计制造⽅⾯的安全保证措施
当今世界上的许多先进技术，如⾃动控制\光电开关等，已⼴泛应⽤到各种安全装置的设计领域，因⽽在设计制造举升机时，应结合产品的特点，积极采⽤先进可靠实⽤的现代安全技术。以下仅列举多数举升机普遍采⽤的安全措施。
双柱汽车举升机
（1）举升机应能经受超负荷试验(包括举升和⽀撑)，⼀般应为最⼤举升能⼒的125%此时举升机的构件不得有任何永久性的变形和损坏。
（2）所有的操作控制机构均采⽤“双重保险”，以防误操作，即举升机运⾏前必需操作两个控制机构(或按钮开关)后才能驱动。
（3）所有的控制电路均采⽤失效保护，即任何单个元件失效，也不会使举升机坠或上升所造成⾮常危险的局⾯。
（4）所有的举升机器件均应有第⼆⽀撑系统。原有的提升系统失效时，它能⾃动进⾏有效的⽀撑。
（5）所有的柔性提升⼿段，如钢丝绳，链条等，均应有⾜够的安全系数，并在制造⼚设置的保护罩内传动。
（6）所有的运动零件均应有防护装置，以免撞击操作⼈员的任何部位，特别是⼿，⾜，⾐服等。
（7）所有举升机的设计均应把举升重物滑移的可能性降低到最低限度。
1.3.2 使⽤维护⽅⾯的安全保证措施
使⽤维护⽅⾯的安全保证措施涉及的范围很⼴，包括举升机有使⽤前的准备⼯作，举升汽车时应该注意的事项，承载时的稳定性，降下汽车时的注意事项，⽇常和定期维修检查⼯作等。虽然汽车举升机已有70年的历史，其设计原理并⽆多⼤改变；但如果忽视安全要求，超载使⽤，疏忽⼤意，仍然会造成严重事故，甚⾄发⽣⼈⾝伤亡。因此安全问题⼀定要引起使⽤单位和操作⼈员的⾼度重视。⾸先，应选购那些安全性能良好的汽车举升机，另外，还应认真学习和理解说明书中的各项安全注意事项并认真贯切执⾏。这⾥仅就使⽤维护举升机时普遍应当注意的事项说明于后。
（1）使⽤中的举升机每天都应进⾏检查。发现有效故障或零部件损坏时，不得再使⽤。维修时应采⽤该举升机的制造⼚所提供的配件，不得随意代替或⾃制。
（2）举升机不得超载使⽤。每台举升机的额定载荷均注明在设备的铭牌上。特别要注意防⽌偏载，即整机虽未超载⽽某⼀举升臂确已超过允许的额定载荷。故欲举升那些前后轴载荷严重分配不均的汽车时应特别注意，能满⾜要求的才能装载使⽤。
（3）安置汽车和使⽤举升机均应由经过培训并经考核合格的⼈员操作。
（4）举升汽车时，车内不得有⼈。举升机升降和使⽤时，顾客和⽆关⼈员应远离举升机。
（5）举升机区域内不得有任何障碍物，如油脂、废物、⽡砾等。
（6）当汽车驶上举升机前，应清除通道，不得驶过或撞击举升臂，连接器，车轴⽀撑器等，以防损坏举升机或汽车。
（7）在举升机上承载汽车时应仔细操作。将举升机的⽀撑器安置到汽车制造⼚推荐的举升机逞⼒接触点。只有当⽀撑器与汽车上的承⼒点接触严密后才能将举升机升起；对其接触的严密性进⾏认真检查后，才能将汽车举升到需要的⼯作⾼度。
（8）要注意某些汽车上的零部件由于移动或安装位置的不同会引起重⼼的急剧变化，从⽽导致举升汽车时的不稳定。
（9）举升机降下前，应将汽车下⾯的⼯具箱，台架及其它设备全部移开。要降下举升机前，还必须松开锁紧装置。
注意：如欲在汽车下⾯进⾏维修作业时，应将举升机提升到⾜够的⾼度，以便锁紧装置啮合。
第2章剪叉式升降台的应⽤及其受⼒分析的讨论
本讨论的⽬的通过分析⽓液动类的剪叉式升降平台机构特点，论述了设计时应注意的问题及其应⽤范围。⽓液动剪叉式升降平台具有制造容易、价格低廉、坚实耐⽤、便于维修保养等特点。在民航、交通运输、冶⾦、汽车制造等⾏业逐渐得到⼴泛应⽤。本设计中主要侧重于⼩型家⽤液压式的升降平台。在设计⽓液动剪叉式升降平台的过程中，⼀般我们会考虑如下三种设计⽅案，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不固定在机架上，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。本设计就重点对双铰接剪叉式结构形式加以分析、论
述。
2.2 双铰接剪叉式升降平台机构的位置参数计算
由图2-2可知
图2-2位置参数⽰意图
21/2
sin (1cos ),CL CL H l l
ββ-== （1） 222()cos ;2T C l TC
β+-= （2）上式中：
H ——任意位置时升降平台的⾼度；
C ——任意位置时铰接点F 到液压铰接点G 的距离；
L ——⽀撑杆的长度；
l ——⽀撑杆固定铰⽀点A 到铰接点F 的距离；
T ——机架长度（A 到G 点的距离）；
β——活塞杆与⽔平线的夹⾓。
以下相同。
将（2）式代⼊（1）式，并整理得
222
21/2[()]2H L T C l l C l TC
+-=-。（3）设00/,/,C C H H λθ==代⼊（3）式得
222
1/20000
()[()2]2H T C l L l C l T C θλλλ+-=-。（4）在（4）式中，
0H ——升降平台的初始⾼度；
0C ——液压缸初始长度。
双铰接剪叉式升降平台机构的运动参数计算：
图2-3 运动参数⽰意图
图中，F V 是F 点的绝对速度；B V 是B 点绝对速度；1ω是AB ⽀撑杆的速度；
1V 是液压缸活塞平均相对速度；2V 是升降平台升降速度。由图2-3可知：1111112,
sin()sin(),
,sin()
cos cos ,sin()F F B B V l V V l V L V L l V L V V l ωαβωαβωαβαααβ==+=+==+==+ 21cos sin()
V L V l ααβ=+。（5）在（5）式中，
1V ——液压缸活塞平均相对运动速度；
2V ——升降平台升降速度；
α——⽀撑杆与⽔平线的夹⾓。
以下相同。
2.3 双铰接剪叉式升降平台机构的动⼒参数计算
图2-4动⼒参数⽰意图
图中，P 是由液压缸作⽤于活塞杆上的推⼒，Q 是升降平台所承受的重⼒载荷。通过分析机构受⼒情况并进⾏计算（过程省略）得出：
升降平台上升时
cos cos sin cos tan [tan ()()]sin()222cos sin cos Q L f L b fb b P b fb l f αααααααβααα
-+=++++-+-；（6）
升降平台下降时
cos cos sin cos tan [tan ()()]sin()222cos sin cos Q L f L b fb b P b fb l f αααααααβααα
-+=++++-+-（6）、（7）式中，
P ——液压缸作⽤于活塞杆的推⼒；
Q ——升降平台所承受的重⼒载荷；
f ——滚动摩擦系数；
b ——载荷Q 的作⽤线到上平板左铰⽀点M 的⽔平距离。
由于滚动轮与导向槽之间为滚动摩擦，摩擦系数很⼩（f=0.01），为简化计算，或忽略不计，由（6）、（7）式简化为：
cos sin()
P L Q l ααβ=+。（8） 2.4 剪叉式升降平台机构设计时应注意的问题
由式（5）和（8）可知：当α、β增⼤时，21/V V 值随之减⼩；当α、β减⼩时，P/Q 值
随之增⼤。在确定整体结构值随之减⼩；当α、β减⼩时，P/Q 值随之增⼤，在液压缸⾏程不变的情况下，升降平台升降⾏程会减⼩；反之，则会使液压缸⾏程受⼒增⼤。因此设计时应综合考虑升降⾏程与液压缸受⼒两个因素。在满⾜升降⾏程及整体结构尺⼨的前提下，选取较⾼的α、β初始值。⽽且在整个机构中AB ⽀撑杆是主要受⼒杆件，承受有最⼤的弯矩，所以应重点对其进⾏强度校核。
液压缸可采⽤单作⽤缸也可以采⽤双作⽤缸，不过要看具体情况。⼀般我们都采⽤单作⽤柱塞缸，因为采⽤这样的缸⽐较经济，⽽且总体泄漏量少，密封件寿命长。采⽤单作⽤柱塞缸时考虑到在空载荷时，上平板的⾃重应能克服液压缸活塞与缸体间的密封阻⼒。否则，会导致升降平台降不下来。
2.5 针对性⽐较⼩实例：
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