斜面驱动剪臂叉升降台的设计与研究.pdf

21a is by a a is as of is 升降 剪臂叉 功率 台机械已被广泛采用，尤其是升降台。升降台的形式很多，如主舞台升降台、侧车台补偿台、侧辅助升降台、前及后辅助升降台、后车台补偿台等。各种升降台的驱动方式也多样化，下面介绍一种升降台，它具有行程升降大（即基坑深度与升降行程的比例小）、制造成本低、配置电机功率小、安装维护方便等特点。1 结构简介如图 1 所示，本图为绍兴大剧院前和后辅助升降台、后车台补偿台的结构图。升降台由驱动减速电机、驱动丝杆、力梁、驱动小车、驱动滚轮、剪臂叉机构、台面钢架等组成。本升降台有 2m 的升降行程，而基坑深度也仅 2m。如用常规的线性升降驱动，如链式升降、齿条式驱动、丝杆式垂直驱动等升降已无法满足升降台的工艺要求。我们采用了剪臂叉式驱动升降方式，如用常规的剪臂叉式升降台方式，尽管也能满足升降台的工艺要求，但会导致电机功率大幅度增加，升降台的设计构件也会相应地加大，最终导致成本的大幅度提高。011 年第 2 期2 驱动原理 驱动减速电机通过传动链驱动丝杆旋转，旋转的丝杆驱动力梁左或右移动，力梁通过联接拉杆牵引驱动小车左或右移动，小车则安装在两根轨道上；由于小车的移动，驱动剪臂叉上的驱动滚轮沿小车斜面向上移动，同时推动整个剪臂叉上移，最终推动升降台上升。下降过程则相反，升降台下降的动力是升降台面本身的自重和载荷，然而由于电机的旋向与速度是可控的，因此整个升降台的下降过程也是可控的。在舞台机械行业，如升降台作为各种补偿台及辅助台使用时，升降台的中间位置不一定要求准确定位，中间过程只要能顺利运行即可，而对最高点或最低点往往有准确的定位要求、同时在最低点或最高点往往要求有较大的载荷。因此我们在设计时，考虑了最低点和最高的定位基准，如图 2 可以看出，最低的定位基准已经是水平面了，所以升降驱动滚轮在此位时，整个驱动系统，包括电机、丝杆等均不受力；在最高点也设置了定位基准，但由于升降台下降时须靠自重，因此最高点就不能设置成平面，所以我们设计成了斜度很小的斜面，以求最高点时，驱动机构受力最小，但又能保证升降台从最高点顺利下降。3 与常规剪臂叉升降台的对比 图 2 为斜面驱动剪臂叉升降台的受力分析，而图3 则为常规型剪臂叉的受力分析。其中 W 为升降台的自重和载荷，而 Q 则为力梁或丝杆对小车或剪臂叉的牵引力，即为丝杆直接发出的力，此力直接影响到驱动电机的功率大小，若力梁的移动速度为 V。则电机的理论功率为 P=略了丝杆的驱动效率及各种摩擦阻力）。所以在保证能提升起工艺要求 W 重量的提前下，我们总希望电机的功率最小化，也就是说希望 Q 力最小化。从受力分析可知，斜面驱动剪臂叉升降台的 Q=2W*a）*而常规剪臂叉升降台的 Q=W/a)。其中 40是小车驱动斜面与水平面的夹角，a 则是剪臂叉与水平面的夹角。而小车斜面（此处为 40）的设计主要取决于基坑深度与升降行程的比例关系，通常，我们将值设计在35 50之间。角度小时，我们可以以较大的丝杆行程换取较小的升降台升降行程；反之若斜面角度大，则可以以较小的丝杆行程换取较大的升降台升降行程。很多工程中，斜面的角度会有区别，但以 45为常用。受力情况明显改善通常，剪臂叉升降台的剪臂叉角度由 20至70，表 1、列出了在此角度范围内，两种升降台的表 1 可以看出，两种升降台的受力情况明显不一样，尤其在初始上升时。而这一较大的 Q/W 比值，给了常规式剪臂叉升降台以很大的打击。也就是说，在起始角 20时，升降台自重 + 载荷的力，方能提起。而斜面式升降台即大于 的力可以提起。而升降台电机功率的选择必须以起始角为标准进行。也就是说，。电机功率的减小，也可以相应地减小丝杆的大小，钢结构的强度等等，从而大大节约表 1. 丝杆牵 引力与升降台重的比例角度Q/规式20 速度波动减小剪臂叉升降台是一种非均速度升或降的升降台，常规讲，如水平牵引的速度不变，剪臂叉与水平面夹角较小时，升或降的速度即高，随着角度的增加，速度会相应减小。表 2 是两种速度的对应关系。如升降台在 20至 70范围内运行，斜面式升降台的最大速度与最小速度比值为 常规剪臂叉的比值则为 以从此数据看，斜面驱动剪臂叉升降台的速度波动明显好于常规的。自绍兴大剧院建成后，此形式的升降