剪叉式液壓升降機結構的優化設計

摘 要：隨著剪叉式液壓升降機的廣泛應用，本文主要對剪叉式液壓升降機進行受力分析及力學模型的構建，通過設計分析得出液壓缸的位置與舉升力的關系，并采用軟件ADAMS對其結構優化，得出最優解，具有實際效益及工程價值。

關鍵詞：剪叉式；液壓升降機；結構優化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.039

1 概述

隨著社會經濟的快速發展，一些高層建筑也相繼拔地而起、基礎設施的建設速度也在不斷加快，這也使得高空作業設備需求量急速增加，而剪叉式液壓升降機也受到廣泛應用。顧名思義，剪叉式液壓升降機的起升部分采用的是剪叉式、剪叉式機構是一種折疊機構、可收縮可展開，不使用時處于收縮狀態、方便運輸和儲存；使用時處于展開狀態、可縮短搭建時間，且該機構具有承載能力大、可操作范圍廣、安全系數高、工作穩定等特點，其應用范圍較廣泛、可應用于設備安裝、路燈維修等高空作業。

2 剪叉式液壓升降機結構的優化設計

剪叉式液壓升降機主要由三個部分組成，即操作平臺、起升機構和底座，，操作平臺位于剪叉式液壓升降機的最上部且四周裝有護欄、為工作人員提供操作環境，承載能力大、保證工作人員的安全；起升結構位于整個升降機的中部、主要用于調節起升高度、其中的剪叉臂是整個升降機的核心部件之一、其內壁和外壁通過銷軸相鏈接，可根據起升高度選擇不同的剪叉臂架數目（有單剪叉式臂、雙剪叉式臂、多剪叉式臂）；底座位于最底部。升降機內側配置液壓缸、為升降機的正常工作提供動力、且由于液壓的作用保證升降機的穩定性，使其在斷電或無動力的情況下、不會突然下落、也保障了工作人員的人身安全。根據移動方式不同分為固定式、牽引式及移動式剪叉式液壓升降機，三者最大的區別是采用的底座結構形式不同，固定式升降機底座結構簡單、只安裝一副導軌和槽鋼；牽引式升降機裝有柴油機或驅動器等部件、靠柴油機或電力驅動；移動式升降機底座裝有電瓶、控制器等部件；可根據運行成本及使用功能來選擇不同的升降機。本文以固定式升降機進行受力分析及優化設計。

如圖1所示，假定鉸鏈約束是理想約束，根據虛偽移原理可得出公式1：

∑（Pxiδxi+ Pyiδyi+ Pziδzi）=0 （1）

由圖1可得出公式2：

Pyδyp- Pxδxp- GδyG=0 （2）

且Px=Pcosφ，Py= Psinφ，xp=（L/2+f）cosθ， yp=（L/2+f）sinθ，

yG=Lsinθ，經運算、代入得出公式3：

（3）

由圖2所示，選用相對稱的兩幅剪叉、液壓缸布置在兩幅剪叉之間、推動安裝在一對剪叉臂的橫梁上，根據幾何關系可得公式4：

（4）

其中：P為液壓缸活塞推力；G為臺面荷重；L為剪叉桿長；s為安裝點與滑塊的距離；f為活塞推動橫梁的安裝點和剪叉中心孔的間距；θ為L與水平面的夾角；φ為液壓缸與水平面的夾角；Pxi、Pyi、Pzi為作用在x、y、z軸上的主動力分量；δxi、δyi、δzi為作用在x、y、z軸上的虛位移分量。由公式3可以看出當臺面荷重G不變時，P隨著θ、φ的變化而變化，而θ、φ的大小由與結構尺寸存在一定關系；由公式4得出當s、f一定時，隨著升降、φ隨著θ的變化而變化。

采用軟件ADAMS對其進行結構優化，優化過程中、液壓缸運行路徑及速度不變、只改變支撐點的坐標值，其中設計變量1、2分別為液壓缸安裝點的縱坐標、橫坐標，由幾何關系確定參數的初值：f=200mm、s=220mm，最大舉升力P=57.70kN，最大高度H=917mm（最大高度不低于900mm），優化見過如表1所示，在第八組數據時、最大高度無法滿足最大高度要求、因此第七組數據為最優結果，根據相關數據，運用幾何計算求得f=18.57、s=226.38。

3 結論

本文主要對剪叉式液壓升降機進行受力分析及力學模型的構建，通過設計分析得出液壓缸的位置與舉升力的關系，并采用軟件ADAMS對其結構優化，得出最優解，具有實際效益及工程價值。

參考文獻：

[1]陳四華，周果，鄧忠凱.剪叉式液壓升降機的設計[J].機電設備，2015，32（S1）：7-10.

[2]石桐寧.剪叉式升降機構穩定性分析與結構優化[D].哈爾濱理工大學，2017.

作者簡介：陳傳燕（1987-），男，本科，助理工程師，從事設備管理與技術支持工作。