高空作業平臺剪叉機構的受力計算

2014-12-04 08:54:46趙學龍劉巧珍馬志剛江蘇柳工機械有限公司江蘇鎮江

建筑機械化 2014年8期

趙學龍，劉巧珍，馬志剛，杜丹(江蘇柳工機械有限公司，江蘇鎮江 2 1 2 0 0 5)

剪叉機構在國內應用已比較廣泛，如物流升降平臺、舞臺升降機械、高空作業機械等。剪叉式高空作業平臺一般用于需要垂直升降的各類場所，與其它結構形式的高空平臺相比，剪叉式平臺的穩定性較好、安全性高。因工作需要，筆者對用于高空作業平臺的剪叉機構的受力計算進行了研究。

1 剪叉機構形式

根據剪叉臂的層數不同，剪叉機構分為單層、雙層、三層、四層、五層等。根據剪叉臂的組數不同，剪叉機構分為單剪叉式臂、雙剪叉式臂、多剪叉式臂等。組數指的是剪叉在同一層中數量的重復，而層數指的是剪叉在上下方向的疊加。

出于穩定性的考慮，剪叉機構一般是雙剪式。在物流升降平臺和舞臺升降機械中，一般是單層和雙層剪叉機構。在高空作業平臺中，三層、四層、五層的剪叉機構都有應用。三層和四層剪叉式高空平臺用一個舉升油缸驅動，五層剪叉式高空平臺用兩個舉升油缸驅動。

2 虛功原理

與裝載機、挖掘機等其它工程機械相比，剪叉平臺工作機構的運動比較簡單，只有作業平臺的上下運動。工作時，液壓泵向舉升油缸泵入油液使舉升油缸向上舉升；下降時，在自重作用下舉升油缸中的油液被壓回油箱，作業平臺下落。由于是載人作業，其上下運動速度都比較慢，在機構受力計算時一般不考慮慣性力影響。

剪叉機構計算的核心是舉升油缸力的計算。知道了任意位置的舉升油缸力，就可指導液壓系統的設計；可以進一步計算出桿件中的鉸點力，進行桿件的強度校核。剪叉機構是由多個桿件組成的桁架系統，對油缸力的計算一般是采用虛功原理。虛功原理使得計算過程簡單化，解題思路清晰易懂。

虛功原理的定義為：作用于質點系的所有主動力在任何虛位移中所作虛功的和等于零。對于剪叉機構，令工作載荷外力為W，其虛位移為δW。舉升油缸在剪叉機構中本來是被約束住的，將該約束解開用油缸力代替，用F表示，其虛位移為δF。于是根據虛功原理，可列出平衡方程

在式(1)中，工作載荷W已知，工作載荷的虛位移和油缸力的虛位移可以表示成位置的函數，當剪叉機構位置確定時，這兩個虛位移可認為是已知的，于是可解出油缸力F。

3 油缸力計算

下面用單油缸四叉機構來論述油缸力的計算過程。

四叉機構簡圖如圖1所示。機構中兩邊鉸點分別用A～N命名，中間鉸點用O1～O4命名，外載荷作用點W點在MN的中點處。舉升油缸下鉸點為K點，K點在桿AD上的投影點為J點。舉升油缸上鉸點為Q點，Q點在桿EH上的投影點為P點。令單根叉臂長為L,PO3長度為b，JO1長度為a，單根叉臂與水平面的夾角為α，油缸長度方向與水平面的夾角為β。JK長度為L1,PQ長度為 L2。