剪叉式升降平台建模及关键参数研究.pdf

机 电 工 程 技 术 !# 年 第 $% 卷 第 & 期机 电 工 程 技 术 年 第 卷 第 期剪 叉 式 升 降 平 台 建 模 及 关 键 参 数 研 究邓 宏 光， 孙 大 刚!， 游 思 坤(， 王 海 滨$（ ()广 州 大 学 信 息 与 机 电 工 程 学 院 ， 广 东 广 州 #*+； !,太 原 科 技 大 学 机 电 工 程 学 院 ， 山 西 太 原 $!%；$)深 圳 市 泽 均 钢 结 构 有 限 公 司 ， 广 东 深 圳 #(-$%）摘 要 ： 分 析 了 剪 叉 式 升 降 平 台 的 结 构 特 点 ， 建 立 剪 叉 起 升 机 构 力 学 模 型 ， 对 剪 叉 起 升 机 构 关 键 参 数 进 行 了 研 究 ， 为 剪 叉 式 起 升 机构 的 设 计 计 算 提 供 了 理 论 依 据 和 高 效 可 行 的 计 算 方 法 。关 键 词 ： 剪 叉 式 升 降 平 台 ； 起 升 机 构 ； 力 学 模 型中 图 分 类 号 ： ./!0)1 文 献 标 识 码 ： 2 文 章 编 号 ： *+3+%+! 4!*#5 *&3*!*3*$收 稿 日 期 ： !*# *! !剪 叉 式 液 压 升 降 平 台 （ 简 称 为 剪 叉 式 升 降 平 台 ） 具有 结 构 紧 凑 、 承 载 量 大 、 通 过 性 强 和 操 控 性 好 的 特 点 ，因 此 在 现 代 物 流 、 航 空 装 卸 、 大 型 设 备 的 制 造 与 维 护 等场 合 中 得 到 广 泛 应 用 。 剪 叉 式 起 升 机 构 作 为 升 降 平 台 钢结 构 的 关 键 组 成 部 分 ， 其 力 学 特 性 会 对 平 台 性 能 产 生 直接 影 响 。 计 算 、 分 析 剪 叉 式 起 升 机 构 的 传 统 方 法 通 常 为手 工 试 算 或 整 体 有 限 元 分 析 方 法 。 但 手 工 试 算 法 精 度 不高 ， 效 率 低 下 ； 整 体 有 限 元 分 析 法 较 适 用 于 后 期 的 验 算分 析 ， 但 在 设 计 分 析 的 初 期 ， 其 存 在 建 模 困 难 和 较 难 快速 调 整 模 型 参 数 的 问 题 。 作 者 利 用 件 所 具 有的 强 大 矩 阵 计 算 功 能 (， 对 影 响 剪 叉 式 起 升 机 构 力 学 特性 的 关 键 参 数 展 开 了 研 究 ， 得 到 剪 叉 起 升 机 构 高 效 设 计的 方 法 ， 并 针 对 某 型 1 米 剪 叉 式 升 降 平 台 的 系 列 设 计 进行 应 用 尝 试 ， 取 得 良 好 效 果 。( 剪 叉 式 升 降 平 台 结 构 特 点剪 叉 式 升 降 平 台 通 常 由 平 台 、 剪 叉 式 起 升 机 构 和 底座 三 个 部 分 组 成 。 剪 叉 式 起 升 机 构 的 剪 叉 臂 杆 数 目 和 油缸 布 置 形 式 由 起 升 高 度 而 定 。 典 型 的 有 $ 组 剪 叉 臂杆 单 起 升 油 缸 （ 起 升 1 米 ） 和 % 组 剪 叉 臂 杆 双起 升 油 缸 （ 起 升 - 米 ） 两 种 结 构 形 式 。 剪 式 升 降 平 台 的移 动 方 式 有 牵 引 式 、 自 行 式 、 助 力 式 $ 种 ， 自 行 式 平 台底 座 的 结 构 最 为 复 杂 紧 凑 ， 在 设 计 自 行 式 平 台 的 剪 叉 式起 升 机 构 时 ， 必 须 考 虑 起 升 油 缸 与 平 台 底 座 内 各 零 部 件的 几 何 关 系 ， 避 免 干 涉 !。图 ( 所 示 为 起 升 高 度 为 1 米 的 单 起 升 油 缸 剪 叉 式 起 升机 构 ， 该 机 构 包 括 $ 组 剪 叉 杆 和 ( 个 起 升 油 缸 。 起 升 机 构最 高 一 组 剪 叉 杆 的 一 端 与 平 台 以 固 定 铰 支 座 相 连 接 ， 另 一端 则 与 滑 靴 铰 接 ， 平 台 起 升 9下 降 时 ， 滑 靴 可 在 平 台 地 板的 内 嵌 滑 道 里 滑 动 ， 实 现 剪 叉 机 构 变 幅 。 起 升 机 构 与 底 座采 用 同 样 方 式 连 接 。 图 中 !%与 !1作 用 点 分 别 对 应 平 台和 底 座 的 固 定 铰 支 座 位 置 ， !$与 !#作 用 点 分 别 对 应 平 台 和底 座 的 滑 靴 铰 支 座 位 置 。 为 分 析 方 便 起 见 ， 本 文 把 平 台 钢结 构 和 平 台 有 效 载 荷 之 和 简 化 为 ， 剪 叉 式 起 升 机 构 自 重载 荷 为 $， 油 缸 自 重 载 荷 为 #$。 如 图 示 ， 定 义 剪 叉 杆两 端 销 孔 中 心 连 线 长 度 为 %， 其 与 水 平 线 夹 角 为 !， 则 剪叉 机 构 中 心 点 与 固 定 铰 支 座 的 水 平 距 离 &%9!:; 91*&%=&$1$0 91*&$=$09=:$0 9=&#:$0 9%1*&#=&9:$09:?*+1*&9#$%&(（ $）式 $A 中1* 0 ! 23,12 0 ! ,-.3!0 3+,-.（ 1!） :!0+23,（ 1!）3! 2+,-.（ !:） :!+23,（ !:）式 （ $） 给 出 了 外 载 、 剪 叉 起 升 机 构 几 何 参 数 与 油 缸推 力 及 各 剪 叉 杆 受 力 的 相 互 关 系 ， 为 剪 叉 起 升 机 构 的 设 计计 算 及 关 键 参 数 的 研 究 提 供 了 理 论 依 据 。$ 起 升 机 构 关 键 参 数 研 究 与 确 定给 定 载 荷 下 ， 起 升 油 缸 的 最 大 推 力 056 了 剪 叉 起升 机 构 的 性 能 。 056 影 响 到 剪 叉 杆 的 刚 度 、 强 度 ， 同时 也 对 液 压 系 统 的 选 型 及 其 他 相 关 系 统 有 影 响 。 因 此 ， 在图 ! 剪 叉 机 构 力 学 模 型图 $ 各 剪 叉 杆 力 学 模 型研 究 与 开 发!机 电 工 程 技 术 !# 年 第 $% 卷 第 & 期机 电 工 程 技 术 年 第 卷 第 期满 足 给 定 工 作 效 能 的 条 件 下 ， 探 索 如 何 改 变 剪 叉 起 升 机 构的 某 些 关 键 参 数 以 降 低 起 升 油 缸 的 最 大 推 力 是 很 有 意 义的 。 分 析 前 述 剪 叉 式 起 升 平 台 ， 我 们 发 现 !#$和 油 缸 轴 线与 支 架 梁 之 间 的 夹 角 （ !） 有 较 大 的 关 系 。 给 定 载 荷 下 ，起 升 油 缸 夹 角 越 小 ， 则 所 需 推 力 越 大 。 据 图 ( 可 知 ， 起 升油 缸 的 最 小 夹 角 由 %， &， (， !% 个 关 键 的 几 何 参 数 决 定 。由 于 本 文 讨 论 的 某 型 ) 米 起 升 平 台 为 单 起 升 油 缸 作 动 ， 当平 台 处 于 最 低 位 置 时 ， 油 缸 上 、 下 安 装 支 座 附 近 空 间 比 布置 双 起 升 油 缸 时 稍 大 。 因 此 ， 上 述 四 个 关 键 参 数 可 在 一 定范 围 内 调 整 而 不 至 于 产 生 干 涉 。 根 据 剪 叉 起 升 机 构 力 学 模型 式 （ $） ， 本 文 编 制 了 *+,-+. 运 算 程 序 ， 在 %， &， (，!% 个 关 键 几 何 参 数 允 许 调 整 的 范 围 内 进 行 了 试 算 ， 研 究它 们 与 起 升 油 缸 最 大 推 力 (#$的 关 系 ， 发 现 有 以 下 规 律 ：(、 !越 大 ， (#$越 小 ； &、 % 越 大 ， (#$越 大 。 当 (、 !和&、 % 的 改 变 量 相 同 时 ， (， !对 (#$的 影 响 比 &， % 对 (#$的 影 响 大 。 具 体 试 算 结 果 如 表 (/% 所 示 。经 对 %， &， (， !这 % 个 关 键 参 数 的 研 究 ， 并 结 合 防止 机 构 几 何 干 涉 及 制 造 工 艺 方 面 的 考 虑 ， 确 定 其 值 分 别为 ： (0(#11， !0!11， %0)$!2)11， &0%3(11。 % 及 &值 与 同 系 列 剪 叉 式 升 降 平 台 保 持 一 致 ， 是 基 于 支 架 梁 制 造工 艺 的 考 虑 ， 以 便 采 用 相 同 的 工 装 设 备 。% 结 语本 文 通 过 分 析 剪 叉 式 升 降 平 台 结 构 特 点 ， 建 立 了 剪 叉起 升 机 构 的 力 学 模 型 ， 并 通 过 该 模 型 对 决 定 起 升 油 缸 最 大推 力 的 关 键 参 数 进 行 了 研 究 ， 得 到 了 合 理 的 结 果 ， 并 总 结出 剪 叉 起 升 机 构 的 高 效 计 算 方 法 。 该 方 法 已 成 功 应 用 于 某型 ) 米 剪 叉 式 升 降 平 台 的 设 计 ， 提 高 了 剪 叉 式 升 降 平 台 系列 化 设 计 的 效 率 和 质 量 。参 考 文 献 ： ( 张 志 涌 2 精 通 *+,-+. )2# 版 * 2 北 京 ： 北 京 航 空 航 天 大学 出 版 社 ， !$2 ! 3!32(/3!32(3332 中 国 机 械 行 业 标 准 剪 叉 式 升 降 台 6 2 $ 叶 柏 年 等 2 理 论 力 学 * 2 北 京 ： 机 械 工 业 出 版 社 ， (33#2第 一 作 者 简 介 ： 邓 宏 光 ， 男 ， (3&) 年 生 ， 广 东 肇 庆 人 ， 硕 士 。 研究 领 域 ： 7+8、 振 动 控 制 与 诊 断 。 已 发 表 论 文 & 篇 。9编 辑 ： 吴 智 恒 :表 ( 改 变 (对 应 的 (#$(911:(#$9;4 ?5=1;5: 8= ; 3/(&+-&./0+1/2 A& :/(9 B+B)*; (: (9 B*)9)&:), :0 :*C.: +& +&0(9:*(, 8(9C+1 9)*80 *0929:)E (& + &),H 79(& :/) )I(9:(& *0929:)E +&, (E+) .+B:C*)929:)E; G) :*C.: :/) 8(9C+1 9)*80 *0929:)E G(:/ &+:(0&D+1 (&9:*: :)./&0102H J(*9:12 :/) (E+) K+ E+:*(I $4 :/) 8(9C+1 9)*80 *0(9 )9:+),H -/)& :/) 100B *01 904:G+*) (9 B*0*+ (& N+ 1+&C+);+&, 4(&+112 :/) 40&:*01 *)9(9 (8)&(9C+1 9)*80Q ,(9:*(,Q :*+Q 8(*:C+1 (&9:*:*(,*+,;?. 5= ?5 08J=9: ?5:/?185= 1/?.=5:56 /= 2=?185=2/,895)? 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