雙鉸接剪叉式機(jī)構(gòu)液壓升降平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)例應(yīng)用

任盼姣

（鄭州飛機(jī)裝備有限責(zé)任公司，鄭州 450005）

雙鉸接剪叉式機(jī)構(gòu)液壓升降平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)例應(yīng)用

任盼姣

（鄭州飛機(jī)裝備有限責(zé)任公司，鄭州 450005）

剪叉式升降平臺(tái)主要用于起升重物，文中通過(guò)對(duì)雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究及相關(guān)計(jì)算，進(jìn)行應(yīng)用實(shí)例類比設(shè)計(jì)。

雙鉸接；剪叉式；升降；液壓

0 引言

剪叉式機(jī)構(gòu)是一種平面升降機(jī)械，主要用于起升重物，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、移動(dòng)靈活、易于制造、便于維修等特點(diǎn)。剪叉式機(jī)構(gòu)根據(jù)液壓缸布置的位置不同主要分為三種：1）直立固定剪叉式：液壓缸垂直放置，其行程等于平臺(tái)的升降行程，這種形式整體結(jié)構(gòu)尺寸大，活塞桿負(fù)載較大；2）水平固定剪叉式：液壓缸水平放置，雖然平臺(tái)的升降行程大于其行程，但活塞桿承受橫向力，影響壽命；3）雙鉸接剪叉式：液壓缸傾斜放置，平臺(tái)獲得升降行程是液壓缸行程的2倍，活塞桿的受力比較均衡，實(shí)際應(yīng)用也比較廣泛。

1 雙鉸接剪叉式機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析

1.1 剪叉式機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式及運(yùn)動(dòng)原理

雙鉸接剪叉式機(jī)構(gòu)（圖1），兩根支撐桿AB和CD，長(zhǎng)度相等，鉸接于兩桿的中點(diǎn)，兩支撐桿的一端（A端和C端）分別與機(jī)架和升降平臺(tái)鉸接；兩支撐桿另一端（B端和D端）分別與升降平臺(tái)和機(jī)架上的滾輪鉸接，滾輪可在導(dǎo)向槽內(nèi)滾動(dòng)；液壓缸的缸體與機(jī)架在G處鉸接，液壓缸的活塞桿與支撐桿AB在F處鉸接，平臺(tái)的升降通過(guò)液壓缸驅(qū)動(dòng)活塞桿來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖1 雙鉸接剪叉式機(jī)構(gòu)

1.2 雙鉸接剪叉式機(jī)構(gòu)的升降高度確定

圖2 雙鉸接剪叉式機(jī)構(gòu)升降高度示意圖

式中：H為升降平臺(tái)的高度；S2為F點(diǎn)到G點(diǎn)的距離；L為支撐桿AB（或CD）的長(zhǎng)度；L0為A點(diǎn)到F點(diǎn)的距離；T為A到G點(diǎn)的距離；β為活塞桿與水平線的夾角。

1.3 雙鉸接剪叉式機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度計(jì)算

圖3 雙鉸接剪叉式機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度示意圖

通過(guò)對(duì)此機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析及計(jì)算，得出以下結(jié)果：

式中：V1為活塞桿運(yùn)動(dòng)速度；V2為升降平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度；α為支撐桿與水平線的夾角；β為活塞桿與水平線的夾角。

1.4 雙鉸接剪叉式機(jī)構(gòu)的受力分析

通過(guò)對(duì)此機(jī)構(gòu)受力情況分析及計(jì)算，考慮到滾動(dòng)輪與導(dǎo)向槽之間為滾動(dòng)摩擦，可忽略不計(jì)，得出以下結(jié)果：

式中：P為液壓缸作用于活塞桿的推力；Q為升降平臺(tái)所承受是重力載荷。

2 雙鉸接剪叉式升降平臺(tái)的實(shí)例應(yīng)用

2.1 升降平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖4 雙鉸接剪叉式機(jī)構(gòu)受力分析示意圖

某車輛需實(shí)現(xiàn)升降重物的功能，其設(shè)計(jì)要求：起升最大高度H=500 mm，起升重物Q=2500 kg。通過(guò)對(duì)雙鉸接剪叉式機(jī)構(gòu)的研究，進(jìn)行類比設(shè)計(jì)，為了獲得較大的升降行程及速度，采用雙支撐桿共同舉升平臺(tái)。此設(shè)計(jì)中液壓缸尾部和頭部均安裝關(guān)節(jié)軸承，尾部固定在機(jī)架上，頭部通過(guò)聯(lián)板與兩支撐桿的鉸接處相連，并設(shè)計(jì)四個(gè)導(dǎo)向柱增加升降平臺(tái)的穩(wěn)定性。通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，液壓缸的工作行程S=161 mm，支撐桿與水平線的初始夾角 α=12°，支撐桿的長(zhǎng)度為550 mm。支撐桿是整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中受力最大的構(gòu)件，在材料的選用上選擇高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼，如40Cr。其三維建模如圖5所示。

圖5 車輛升降平臺(tái)三維模型圖

2.2 升降平臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

此升降平臺(tái)設(shè)計(jì)有遠(yuǎn)程控制，通過(guò)電氣系統(tǒng)操縱對(duì)應(yīng)的升降按鈕，換向閥動(dòng)作，操縱手動(dòng)油泵，從而控制升降液壓缸實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的動(dòng)作，其原理圖如圖6所示。

圖6 車輛升降平臺(tái)液壓原理圖

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)雙鉸接剪叉式機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)情況和受力情況等的研究分析，進(jìn)行實(shí)例類比設(shè)計(jì)，確定結(jié)構(gòu)尺寸以及液壓缸行程，并建立三維模型，完成液壓升降平臺(tái)的設(shè)計(jì)。

［1］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：第1卷［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

（編輯 黃 荻）

TH211.6

B

1002-2333（2015）06-0235-02

任盼姣（1983—），女，工程師，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)方面工作。

2015-04-07