一种四柱液压式举升机的设计

田东亮，尹玉梅

（1.荆州理工职业学院机电与汽车工程学院，湖北荆州 434000；2.荆州理工职业学院电子信息学院，湖北荆州 434000）

0 引言

随着社会的发展和人类文明的进步，汽车逐渐成为人们的必要交通工具之一。随之而来，汽车的维修与保养任务也愈来愈重，在汽车修理厂，举升机是不可或缺的设备，老式的举升机一般以电机作为动力源，采用齿轮齿条或者钢丝绳索等机械元器件作为构件，比较容易磨损，时常需要保养或定期的更换元器件，成本比较高。采用液压做动力源的举升机，则克服了上述诸多缺点，同时还具有低噪声、长寿命、低成本等优点，成为了目前举升机发展的主要趋势[1]。

根据本地市场的需求情况，设计一种四柱四缸式液压举升机。采用德国费斯托公司（Festo）开发的FluidSIM 软件进行液压系统的设计，通过可编程逻辑控制器进行程序调试，之后基于OPC 技术，实现了PLC 软件和系统回路之间的数据通信[2]。通过模拟仿真，验证了方案的可行性。最后该设备应用到本地市场修理厂，使用效果良好，达到了设计的初衷。

1 提出方案

如图1 所示，四柱式液压举升机主要有液压泵站、横梁、平台、立柱等部分组成。设备在工作过程中，要求该设备稳定可靠。因此产品应具有以下特点。

（1）锁紧功能。防止工作时发生意外，系统采用并联液控单向阀的锁紧回路。同时为了确保进一步的安全性，该设计配备了机械式的锁紧机构，确保工作人员的安全。

（2）同步功能。产品在运行过程中，特别是克服负载做功时，必须保证各个举升油缸在伸出或者回位时的速度同步，以免负载出现左右或者前后侧翻，系统采用同步阀（又称分流积流阀）来保证多缸同步工作。

（3）平衡功能。产品回位时，由于设备自重及负载本身重力的作用，可能造成设备的迅速下滑而出现意外，本文采用单向节流阀设计了平衡回路，来调节设备的下降速度，保证产品安全平稳回位。

（4）保压缓解冲击功能。为了避免液压系统漏油造成举升机下降，同时缓解执行元件突然运行或停车时带来的液压冲击，采用蓄能器补油，吸收压力脉动或缓解冲击。

2 产品设计

根据市面上常见的车型现状，确定设计产品的主要参数：全程上升和下降时间70 s 左右，举升极限高度1850 mm，最大承重负载4800 kg[3]。

2.1 主油缸主要参数确定

（1）活塞直径确定。根据不同负载条件下的工作压力[4]表格推荐数据，选定油缸的工作压力P 为3.0 MPa。由压力公式P=F/S，可知油缸活塞直径D=，油缸推力F 取最大负载的1/4，即1200 kg，效率取0.96，带入上式中，可知D=72.10mm，根据缸筒系列推荐值，D 取80 mm。

图1 四柱式液压举升机

（2）活塞杆直径确定。由于单缸压力P≤5 MPa，根据活塞杆直径的选取表格[4]来选取d=0.5 D，即d 取40 mm。

（3）缸筒壁厚确定。缸筒的材料选用无缝钢管，壁厚可根据薄壁筒公式δ=PyD/2［σ］，来计算。取钢管的抗拉强度许用应力520 MPa，［σ］=520/5=104 MPa，Py=1.5P=4.5 MPa，将各数据带入薄壁筒公式可知δ=1.73mm，圆整后取其壁厚δ=2mm。

2.2 液压系统设计

FluidSIM 软件是德国费斯托公司开发的一款液气压软件，该软件能够快捷地设计出液气压回路，同时可以对其进行仿真校验，查找设计过程中所出现的问题，以便及时地修正设计[5]。根据设计要求，采用FluidSIM 软件，设计的四缸四柱式液压举升机液压系统图如图2 所示。

2.3 液压系统电气控制回路设计

OPC（OLE for Process Control）是一个基于COM 技术的接口标准，他可以从不同数据源存取数据，通过OPC 客户端与OPC 服务器通信，获取OPC 服务器的各种信息[6]。本文通过FluidSIM 软件的OPC 端口，将系统中的输入信号，写入到OPC Server 中，同时将PLC处理后的信号，经OPC Server 传送到液压系统中[2，7]，从而对系统中的电磁铁等执行元件进行驱动。液压系统的I/O 接线图如图3 所示。

2.4 程序设计

图2 液压系统

PLC 具有可靠性高、功能强大、易学易用等诸多优点[8]，广泛应用在机械制造、石油化工、冶金、食品饮料等工业和民用领域中。考虑到三菱公司的PLC价格低廉，紧凑、质量高、速度快等诸多优点，选用三菱FX2N 系列的PLC，进行程序的编制，部分程序如图4所示。

2.5 仿真及其结果分析

运行三菱MX OPC Server，完成服务器的相关配置，打开QF 总开关，系统进入待机状态，按下SB1 按钮，系统开始工作，如图2 所示，锁紧油缸关闭锁紧机构，举升油缸升起。按下其他按钮，均能按照预期的设定工作。通过建立液压元器件状态图，可以实时的显示该设备的运行状况。图5 为举升主油缸运动状态图，单缸克服负载的最大推力12 000 N，速度和加速度仅在开始工作瞬间出现抖动，之后速度迅速稳定在0.05 m/s，加速度0 m/s2，最大的举升位移量1850 mm，达到预期效果。

图3 液压系统I/O 接线图

图4 部分程序

图5 举升主油缸运动状态

3 结论

根据本地市场需求，设计了一款四柱式液压缸。同时基于OPC 技术，实现了液压系统和控制软件之间的通信，通过对液压系统的模拟仿真，验证了设计方案的可行性[2]。随后该产品应用到本地市场，运行状态正常，为液压产品的开发设计提供了可借鉴的经验。