雙鉸接剪叉式機構液壓升降平臺的結構設計及實例應用

任盼姣

（鄭州飛機裝備有限責任公司，鄭州 450005）

雙鉸接剪叉式機構液壓升降平臺的結構設計及實例應用

任盼姣

（鄭州飛機裝備有限責任公司，鄭州 450005）

剪叉式升降平臺主要用于起升重物，文中通過對雙鉸接剪叉式結構設計的研究及相關計算，進行應用實例類比設計。

雙鉸接；剪叉式；升降；液壓

0 引言

剪叉式機構是一種平面升降機械，主要用于起升重物，其具有結構簡單、移動靈活、易于制造、便于維修等特點。剪叉式機構根據液壓缸布置的位置不同主要分為三種：1）直立固定剪叉式：液壓缸垂直放置，其行程等于平臺的升降行程，這種形式整體結構尺寸大，活塞桿負載較大；2）水平固定剪叉式：液壓缸水平放置，雖然平臺的升降行程大于其行程，但活塞桿承受橫向力，影響壽命；3）雙鉸接剪叉式：液壓缸傾斜放置，平臺獲得升降行程是液壓缸行程的2倍，活塞桿的受力比較均衡，實際應用也比較廣泛。

1 雙鉸接剪叉式機構的設計分析

1.1 剪叉式機構的結構形式及運動原理

雙鉸接剪叉式機構（圖1），兩根支撐桿AB和CD，長度相等，鉸接于兩桿的中點，兩支撐桿的一端（A端和C端）分別與機架和升降平臺鉸接；兩支撐桿另一端（B端和D端）分別與升降平臺和機架上的滾輪鉸接，滾輪可在導向槽內滾動；液壓缸的缸體與機架在G處鉸接，液壓缸的活塞桿與支撐桿AB在F處鉸接，平臺的升降通過液壓缸驅動活塞桿來實現。

圖1 雙鉸接剪叉式機構

1.2 雙鉸接剪叉式機構的升降高度確定

圖2 雙鉸接剪叉式機構升降高度示意圖

式中：H為升降平臺的高度；S2為F點到G點的距離；L為支撐桿AB（或CD）的長度；L0為A點到F點的距離；T為A到G點的距離；β為活塞桿與水平線的夾角。

1.3 雙鉸接剪叉式機構的運動速度計算

圖3 雙鉸接剪叉式機構運動速度示意圖

通過對此機構的運動分析及計算，得出以下結果：

式中：V1為活塞桿運動速度；V2為升降平臺運動速度；α為支撐桿與水平線的夾角；β為活塞桿與水平線的夾角。

1.4 雙鉸接剪叉式機構的受力分析

通過對此機構受力情況分析及計算，考慮到滾動輪與導向槽之間為滾動摩擦，可忽略不計，得出以下結果：

式中：P為液壓缸作用于活塞桿的推力；Q為升降平臺所承受是重力載荷。

2 雙鉸接剪叉式升降平臺的實例應用

2.1 升降平臺結構設計

圖4 雙鉸接剪叉式機構受力分析示意圖

某車輛需實現升降重物的功能，其設計要求：起升最大高度H=500 mm，起升重物Q=2500 kg。通過對雙鉸接剪叉式機構的研究，進行類比設計，為了獲得較大的升降行程及速度，采用雙支撐桿共同舉升平臺。此設計中液壓缸尾部和頭部均安裝關節軸承，尾部固定在機架上，頭部通過聯板與兩支撐桿的鉸接處相連，并設計四個導向柱增加升降平臺的穩定性。通過設計計算，液壓缸的工作行程S=161 mm，支撐桿與水平線的初始夾角 α=12°，支撐桿的長度為550 mm。支撐桿是整個結構設計中受力最大的構件，在材料的選用上選擇高強度合金結構鋼，如40Cr。其三維建模如圖5所示。

圖5 車輛升降平臺三維模型圖

2.2 升降平臺液壓系統設計

此升降平臺設計有遠程控制，通過電氣系統操縱對應的升降按鈕，換向閥動作，操縱手動油泵，從而控制升降液壓缸實現平臺的動作，其原理圖如圖6所示。

圖6 車輛升降平臺液壓原理圖

3 結語

本文通過對雙鉸接剪叉式機構運動情況和受力情況等的研究分析，進行實例類比設計，確定結構尺寸以及液壓缸行程，并建立三維模型，完成液壓升降平臺的設計。

［1］成大先.機械設計手冊：第1卷［M］.北京：化學工業出版社，2002.

（編輯 黃 荻）

TH211.6

B

1002-2333（2015）06-0235-02

任盼姣（1983—），女，工程師，主要從事機械設計方面工作。

2015-04-07