家用汽車電動液壓千斤頂的設計

周廣智

（聊城鑫泰機床有限公司，聊城 252000）

家用汽車電動液壓千斤頂的設計

周廣智

（聊城鑫泰機床有限公司，聊城 252000）

本文與普通液壓千斤頂不同之處在于其通過綜合的優化設計，添加電能驅動，從而實現傳統液壓千斤頂的電動工作，以突出其在使用過程中輕便靈活、安全可靠的優點，滿足用戶基本的需求。

電動 液壓 千斤頂

1 液壓千斤頂的工作原理

本文設計的電動液壓千斤頂由24V直流電動機、偏心輪機構、柱塞缸、兩級伸縮式柱塞缸和多個液壓控制閥體及操作控制器等原件組成。使用時，把電動液壓千斤頂的電源插頭與轎車蓄電瓶連接，通過直流驅動電動機轉動，電動機帶動泵體往復運動，液壓泵壓入油液，油液經回路管道進入缸體，產生推力使柱塞往右慢慢運動。在此同時，連接油箱的液壓油回路上的管道內具有彈性的小球打開，缸體通過吸油管回路管道將液壓油液吸入缸體中[1]。柱塞桿往左移動時，缸體的左半部分油腔液壓油油壓增大，這時與油箱聯通的小球產生作用，阻塞管道，而與兩級伸縮式套筒油缸的彈簧小球打開，油液經管道回路輸入頂升兩級伸縮式套筒油缸的下腔，迫使大活塞向上運動，頂起車輛。活塞桿再次右移時，與兩級伸縮式套筒油缸相聯接的油路上的彈簧小球堵塞管道。柱塞桿來回不停地移動，就能不斷地把油液壓入兩級伸縮式套筒油缸下腔，汽車逐漸升起。如果汽車被頂舉到合適的位置，這時候若打開電磁換向閥，液壓油便經過二位二通電磁換向閥和管道回路回到油箱。

2 底板油路設計

板的設計過程充分考慮了機械加工的可行性。圖1為底板油路設計圖，柱塞桿向右移動時，柱塞缸內的油壓減小，而油箱內的油壓很高，導致彈簧小球被頂開。而兩級伸縮式套筒油缸比柱塞缸內的油壓高，彈簧小球2將堵塞聯接兩級伸縮式套筒油缸的管道，此時液壓油吸入柱塞缸內。柱塞桿向左移動時，柱塞缸內的壓力變大，油箱內的油壓不高，導致彈簧小球把油路堵塞[2]。而兩級伸縮式套筒油缸比柱塞缸內的油壓相對低，彈簧小球2將打開聯接兩級伸縮式套筒油缸的管道，液壓油被壓入兩級伸縮式套筒油缸，從而抬升負載的高度。當負載需放回時，將二位二通電磁換向閥打開，液壓油經過管道和二位二通電磁換向閥流進油箱。如果油路出現堵塞現象時，系統內的油壓將增大，此時底板的安全閥被頂開，油液流進油箱。

圖1 底板油路設計

3 柱塞缸設計

柱塞缸體結構示意圖如圖2所示。本次設計的柱塞缸體由密封工作腔體、柱塞組成。為了減小液壓缸千斤頂的外形尺寸，便于攜帶，本次設計的千斤頂液壓缸體采用兩級活塞驅動。第一級活塞缸的活塞是第二級活塞缸的缸體，伸出時可以獲得很長的工作行程，縮回時保持很小的外形結構。當壓力油從無桿腔進入時，活塞有效面積最大的缸筒開始伸出，當行至終點時，活塞有效面積次之的缸筒開始伸出。伸縮式液壓伸出的順序是由大到小依次伸出，可獲得很長的工作行程，外伸缸筒有效面積越小，伸出速度越快[3]。因此，伸出速度有慢變快，相應的液壓推力由大變小；這種推力、速度的變化規律，正適合各種自動裝卸機械對推力和速度的要求。而縮回的順序一般是由小到大依次縮回，縮回時的軸向長度較短，占用空間較小，結構緊湊。常用于工程機械和其他行走機械，如起重機、翻斗汽車等的液壓系統。

圖2 兩級伸縮式液壓缸結構圖

4 電機選擇

按照設計的電動液壓千斤頂使用有關要求，并查找對照機械類設計手冊，系統工作的最大力為F=2.0×104N；確定系統的壓力p=25.0MPa；假定第二級液壓缸的上升速度V=0.01m/s；依照GB2348—80標準中標準值選用原則，取d=32mm；系統流量Q=8.038×10-4m3。

此時液壓缸用來支撐汽車的功率為：

式中，p電機為電機的額定功率，單位W；?m為機械損失，一般取0.9；?v為容量損失，取1。

帶入數據，得電機額定功率p電機=250W。根據機械設計手冊和有關知識查詢，選用電壓為24V、直流、額定功率250W、轉速n=60r/min的電動機[4]。

5 確定頂升液壓缸的參數

此次設計要求液壓缸的實際伸縮量大概是200mm。因此，經考慮推算，決定使用伸縮式套筒液壓缸。本次課題設計中，在查閱有關機械設計手冊后，確定液壓缸的第一級行程為h1=110mm，第二級行程h1=100mm。伸縮式液壓缸缸體在運動過程中的運動速度和輸出力都在不斷發生變化。

6 液壓缸的缸筒厚度計算

本次設計中采用標準液壓缸的外徑，查機械設計手冊知道，第一級液壓缸的參數選為d=50mm，D=60mm。

筒厚度此時為：

式中，φ為強度系數，φ=1；c為計入厚度公差及腐蝕的附屬厚度；py為實驗壓力，p＜16MPa，py=1.5pMPa。

7 活塞桿設計計算

液壓缸在工作時，對運動的速度比沒有要求。按照相關經驗公式，取桿的直徑，結合表1液壓缸工作壓力與活塞桿直徑的數據，取d=22.4mm。根據《機械設計手冊》液壓缸活塞桿的外徑尺寸系列，活塞桿的外徑圓為18mm[5]。

表1 液壓缸工作壓力與活塞桿直徑

8 強度校核

這里僅對主要零件的強度進行計算，以及一些焊接部位的計算進行校核。

（1）缸體與缸蓋焊接強度校核。缸底連接缸底用對焊，如圖3所示。

圖3 缸底對焊

焊縫的拉應力為：

式中，D1為液壓缸外徑，D1=60mm；D2為焊縫底徑，D2=42mm；F為液壓缸輸出的最大推力，單位N；?為焊接效率，通常取0.7。

（2）柱塞缸缸體強度校核。柱塞缸缸壁較薄，作用與缸體上的力較大，故需要校核，缸體受到的力為拉力，校核如下：

式中，σ為缸體橫向拉應力，單位MPa；F為缸體受到的橫向拉力，單位N；d1為缸體外徑，單位mm；d為缸體的內徑，單位mm。滿足設計要求。

（3）活塞桿校核。在本次設計中，活塞桿主要受到壓縮，所以主要對活塞桿壓縮時的桿壓力進行校核。

式中，σ為活塞桿的壓縮變形的應力，單位N；F為柱塞桿承受的最大壓力，單位N；A為柱塞桿截面面積，單位m；其中活塞桿承受的最大壓力為20000N。滿足設計要求。

9 結論

按照相關要求，利用課余時間查找相關資料及結合本科所學專業知識，在指導老師的幫助下，如期保質保量地完成了使用性能好、體積小、重量輕、操作方便好的小型車用電動液壓千斤頂。經過查詢和參考查閱有關機械類的設計資料和液壓與氣壓傳動方面的文獻資料后，依據液壓千斤頂的基本工作原理，通過明確設計目標，經過一系列計算，一步步完成了此次優化設計的電動液壓千斤頂的電機的選用、千斤頂的液壓缸缸體外型和相應部位的零件的結構外型設計、使用材料的選用，然后又對主要零件結構進行了一系列的校核計算。

[1]左鍵民.液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業出版社，2013.

[2]湛從昌.液壓可靠性與故障診斷[J].液壓傳動優點，2012，12（2）：11-13.

[3]張堅.液壓故障排除400問[M].長沙：湖南科學技術出版社，2009.

[4]馬履中.機械原理與設計[M].北京：機械工業出版社，2009.

[5]吳宗澤，羅圣國.機械設計課程設計手冊[M].北京：高等教育出版社，2010.

Household Car Electric Hydraulic Jack Design

ZHOU Guangzhi
(Liaocheng xintai machine tool co., LTD,Liaocheng 252000)

Iain in its different from common hydraulic jack through integrated optimization design,add the motor, so as to realize the electric work of traditional hydraulic jack.The design prominent in the process of using lightweight flexible,safe and reliable,and meet the needs of user base.

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