臂架式升降工作平臺平衡重與覆蓋件設計研究

胡 斌/HU Bin

（江蘇柳工機械有限公司，江蘇 鎮江 212000）

1 臂架式升降工作平臺

臂架式升降工作平臺（以下簡稱“臂車”）是一種用來運送人員、工具和材料到指定位置進行工作的設備。臂車主要由行走機構、伸展機構、回轉機構、平衡重系統、工作平臺、液壓系統、控制系統和電氣設備等組成[1]，廣泛應用于工廠車間、廣場、大堂、機場、園區等有高空作業需求的場合，如裝運貨物、高空維修保養等等。它使高空作業效率更高，安全得到更高保障。

2 平衡重的作用

臂車在空載和滿載的時候，臂車都是不平衡的，存在較大彎矩。空載時產生后傾彎矩，整個臂車后壓。臂車在滿載的時候，產生前傾彎矩，整個臂車前壓[2]。因此，平衡重的作用為避免臂車后傾和前壓的風險。

平衡重多為鑄件，其主要作用在于平衡以下兩方面情況：一方面，當臂車的工作平臺在滿載作業時產生的彎矩，使前傾力矩保持在合理的范圍內；另一方面，當臂車的工作平臺在空載時產生的彎矩，使后傾力矩保持在合理的范圍內。從而減少負載力矩對臂車的作用，使臂車產生的應力保持在安全范圍之內。

平衡重的覆蓋件多為鈑金件，主要用于對平衡重內置控制系統和液壓系統的保護。

3 平衡重與覆蓋件的關系

平衡重為鑄造件，其形狀復雜且制造精度較低。而覆蓋件為鈑金件，多為折彎或沖壓成型，也同樣存在一定的制造誤差。當在整車裝配中，二者之間會出現裝配偏差，增加返工次數，降低裝配效率。因此，覆蓋件在與平衡重的連接方式應適當簡化。

平衡重對整車外觀的呈現效果起到舉足輕重的作用。平衡重相對于覆蓋件而言，其更容易達到各種復雜造型的外觀效果。而覆蓋件受限于成本等因素，制作相對簡單，只能考慮相對簡單的造型。因此，覆蓋件在外觀方面的作用應當弱化。

4 平衡重與覆蓋件的設計研究

4.1 冗余設計

冗余設計是指在系統或設備完成任務起關鍵作用的地方，增加一套以上完成相同功能的功能通道、工作元件或部件，以保證當該部分出現故障時，系統或設備仍能正常工作，減少系統或者設備的故障概率，提高可靠性[3]。

平衡重與覆蓋件的制造精度都較低，如何降低產品的制造偏差對裝配的影響是一個重要的研究問題。而利用冗余設計的方法應用于某一款臂車產品的平衡重系統設計當中，對此設計問題的解決起到很好的效果。

在一款平衡重系統的產品中，考慮在覆蓋件與平衡重的裝配方式中采用了冗余設計手段（圖1），設計人員考慮到在覆蓋件和平衡重的實際裝配難度，在覆蓋件具備豎向位置調節功能的情況下，增加一套平衡重的橫向調節安裝腰型孔以便完成與覆蓋件的裝配。

圖1 采用冗余設計的覆蓋件與平衡重

在實際裝配中，由于制造偏差帶來的裝配困擾無處不在，所以設計人員在覆蓋件的安裝孔采用豎向腰型孔的設計便于覆蓋件的豎向調節，同時在配重預埋板的安裝孔采用橫向腰型孔便于橫向調節，采用螺栓和板簧螺母的連接方式，有效地優化了裝配方式，縮短了裝配時間。

4.2 容差設計

由于在生產過程中不能做到完全精確，就需要規定指標允許有一定的容許范圍，即容差。

容差設計是基于損失模型法穩健設計的最后一個階段，其主要目的是協調質量特性波動與增加制造費用之間的關系，以獲得高質量與低成本的最新產品。將模糊數學中的綜合評判方法應用于容差設計中，以解決多性能指標的容差設計。[4]

在臂車產品中，平衡重在達到平衡整車穩定性的同時，需內置體積較大的液壓和控制系統，并且設計人員需要同時考慮液壓和控制系統的維護便捷性。這一因素就會要求平衡重的開口和覆蓋件的覆蓋面積進一步加大，從而增加了平衡重與覆蓋件的設計難度和裝配難度。如圖2 所示就是一款開口大的平衡重系統，容差設計的思想應用于此產品起到了較好的效果。

圖2 開口大的平衡重系統

平衡重的覆蓋件與其貼合平面有4 個，其中有3 個安裝平面之間存在角度差異，設計人員應考慮到兩者在實際制造中都會產生無規律的偏差情況。因此，本方案設定了3 個誤差容許范圍，如圖2 所示，誤差容許范圍一為覆蓋件的3 處設計折彎R 角遠和平衡重的設計鑄造R 角，覆蓋件的設計折彎R 角遠大于平衡重的設計鑄造R 角。誤差容許范圍二為左右方向的裝配預留間隙。誤差容許范圍三為前后方向的裝配預留間隙。如此設計就可以大大降低制造誤差帶來的現場返工，從而提升裝配效率，且不影響外觀效果。

4.3 平衡重及其覆蓋件的外觀設計及研究

平衡重的外觀設計多為曲面設計，覆蓋件在完成覆蓋作用的同時，不能影響配重的整體外觀。

目前覆蓋件與平衡之間的覆蓋方式有3 種：貼合覆蓋、齊平覆蓋、下沉覆蓋。

1）貼合覆蓋 貼合覆蓋為覆蓋件直接貼合于配重表面的一種裝配方式，如圖3 所示，覆蓋件直接利用螺栓連接于配重表面。此裝配方式外觀效果和制造精度要求均尚可，但若平衡重與覆蓋件的制造存在較大偏差，則無法貼合，且存在較大間隙，最終無法達到理論的外觀設計效果。

圖3 貼合覆蓋

2）齊平覆蓋 齊平覆蓋的裝配方式為覆蓋件與平衡重裝配后形成無差別的一體，如圖4 所示，即覆蓋件的所有平面的平衡重的平面在裝配后是齊平的。此裝配方式雖然可以達到較好的外觀效果，但對平衡重的鑄造以及覆蓋件的制造精度要求較高，在實際生產中，此方式無疑會產生較高的制造和裝配成本。

圖4 齊平覆蓋

3）下沉覆蓋 下沉覆蓋的裝配方式為覆蓋件下沉與平衡重進行裝配，如圖5 所示，即平衡重設計出臺階，而覆蓋件裝配于此臺階上。因為臺階的表面被覆蓋件遮蔽，所以其被排除于外觀面以外，從而降低了平衡重在此處的鑄造精度要求。此方式即容易達到理論設計的外觀要求，又能完成高效地完成裝配任務。

圖5 下沉覆蓋

5 結語

臂架式升降工作平臺的平衡重與覆蓋件的設計及研究，是對2 種有互補互助要求的物件如何在制造工藝、外觀效果、裝配方式等方面有效融合的研究。

如今，市場消費群體對各行各業產品外觀的要求日漸提升。外觀是客戶考察產品時的第一感受，并深刻影響著客戶對產品的印象。而平衡重作為臂架式升降工作平臺的重要組成部分，一般位于整車行駛方向的最前方“C 位”，起到提升整車“門面”的作用。

因此，平衡重和覆蓋件已不僅起到平衡臂架式升降工作平臺整車穩定性和內置電氣液壓系統的作用，也擔負著整車“顏值擔當”的重任。