剪叉式液壓升降臺的安全設計

張子浪 石文波 浙江愛知工程機械有限公司

剪叉式升降臺主要包括液壓系統與機械結構，升降臺的剪叉機構在液壓缸的驅動下自由地展開與折疊，從而實現升降平臺的升降。由于液壓系統既控制升降臺的運行又調節升降臺的速度，因此液壓體系各液壓元件組成的合理性直接影響著升降臺升降的平穩性。目前多數研究都只停留在理論階段，通過樣機來檢驗結構的合理性，極少有對多級剪叉式升降臺液壓體系進行仿真分析，利用AMESim 平面結構庫進行建模的多級剪叉式液壓升降臺的仿真分析與優化更加缺乏。為了增強剪叉式升降臺運行的平穩性，本文運用AMESim 仿真軟件對多級剪叉式升降臺液壓體系進行仿真分析研究，從而為液壓系統的改進提供一定的理論指導。

一、垂直缸剪式升降臺的結構與工作原理

垂直缸剪式液壓升降臺由動力部分和主機兩部分組成。動力部分主要由液壓站及垂直液壓缸組成，主機由底座、內外剪式鉸架片、滾輪、齒輪、鏈條、連桿和工作臺等部分組成。垂直缸剪式液壓升降臺的運動通過垂直安裝的柱塞油缸的伸縮來實現。內、外鉸架2 和7 的上、下端的滾輪可分別在工作臺面9 和底座1 的滑道中滾動，內、外鉸架2 和7 可以繞其中心鉸接點O 轉動；油缸缸體3 垂直固定安裝在底座1 的中央位置；對稱布置的兩根連桿4 其下端分別與內、外鉸架2 和7 的下端的滾輪軸C 點和B 點鉸接，其上端與垂直油缸的一級柱塞6 鉸接于E 點。油缸柱塞伸、縮時，鉸接點E 上、下運動，通過連桿4 帶動鉸接于下端的滾輪C 和D 在底座1 的滑道上相向或相對滾動，從而使內、外鉸架2 和7 繞鉸接點O 旋轉，同時上滾輪A 和D 也在工作臺9 的滑道中滾動，內、外鉸架的夾角發生變化，從而實現工作臺面的上升或下降。圖1 中用雙點劃所表示的為工作臺面下降到接近最低位置時的狀態。可以看出，該垂直缸剪式液壓升降臺在升降的過程中，內、外鉸架的回轉點O始終處于工作臺長度方向的中心位置，上滾輪A 和D 也始終對稱于中間位置，工作臺不會出現象斜置油缸（或水平油缸）剪式液壓升降臺那樣當工作臺上升到一定高度后可能出現懸臂狀態而失衡的狀況，因而工作臺的有效升降高度可以更大。因為工作臺9 是支撐在4 個滾輪8 上的，如果沒有附加裝置，工作臺9 很容易產生水平方向的前后滑移。齒輪10 與鏈輪11 同軸，且固定的一起一同回轉，內、外鉸架片2 和7 上端的滾子軸A 和D 鉸接在左、右兩根鏈條11 上，通過一對互相嚙合的齒輪10，兩根鏈條11 只能作相向運動，即A 和D 點只能作對稱的相向運動，工作臺9 始終對稱于O 點而不會產生偏移，即使工作臺9 上作用有水平推力也不會產生滑移。

二、剪叉式液壓升降臺的安全設計

（一）改造液壓系統調試注意事項

為了操作安全，更換液壓元件前將平臺用木柱穩固地支撐好，關閉電氣控制總閘。安裝完畢后仔細檢查油管接頭是否擰緊。再開啟電氣開關。先調回油節流閥，從關閉到最小開度，再緩緩打開。反復來回小行程升至液壓缸最大行程，多次排氣，待速度平穩無爬坡和抖動后再拆去輔助支撐。此時可調節下降時新增的溢流閥，使它能打開下降時的液控單向閥，稍高一點壓力即可，并保證能穩定下降。有二臺設備設定的是6～6.5MPa，根據每個系統的工作壓力和選用液控閥規格不同，開啟壓力有所不同。

（二）液壓系統調速方式的選擇

剪叉式升降臺液壓系統的控制執行器速度是通過控制輸入執行元器件的流量來間接實現的，并不是直接對速度進行調控。液壓系統常用到的調速方式主要有節流調速、容積調速以及容積節流調速，由于節流調速回路常用在速度高、載荷較大、負載變動較小的場合，因此本文選用節流調速更為合適。節流調速方式的主要類型包括進口節流調速、出口節流調速、進出口節流調速，與其他兩種調速類型相比，進出口節流調速在能效、平穩性、過載、負向負載等特性方面有明顯優勢。因此，本文選用進出口節流調速方式來優化升降臺的液壓系統結構。

（三）結構優化

由于結構原因產生兩缸不同步，先后對2 臺鋼結構嚴重變形的升降臺作了結構上的改進。新鋼結構液壓缸的2 個鉸點位置一個在剪叉內側臂架的橫梁上，另一個在剪叉外側臂架的橫梁上，由此形成牢固的三角形結構。剪叉鋼結構是三角形2 條固定的邊，液壓缸是連接2 固定邊的一個活動邊，液壓缸2 鉸點之間距離就是活動邊的邊長，邊長的長度變化量就是液壓缸行程。當活動邊長度改變時，三角形隨之改變，使整個鋼結構框架上升或下降。如果由2 個缸頂升的，每個缸的中心線平面是一個三角形，框架上形成2 個平行的三角形。當液壓缸活塞腔通壓力油時，液壓缸活塞桿將會同時伸出，此時的伸出長度差距不會很大。即使2 液壓缸所受負載不同，壓力不一樣，仍然可以調整到同步。也就是說速度快的缸，速度會調整到與速度慢的缸同步。

三、結語

設計出的剪叉式升降臺具有可移動的三層底板，運行平穩、移動方便；剪叉臂、滑移底盤的設計滿足結構緊湊、合理布局的要求，并且經過校核，滿足可靠性、安全性等要求。整機運行平穩、工作可靠、承載能力高、野外惡劣工作環境適應性強，具有一定的工程使用價值。