作圖法校核自走直臂式高空作業(yè)平臺(tái)轉(zhuǎn)向桿系的設(shè)計(jì)

羅鑒

摘 要：本文針對(duì)用計(jì)算法及用專業(yè)軟件校核自走直臂式高空作業(yè)平臺(tái)轉(zhuǎn)向桿系存在的不足，結(jié)合CAD軟件的普及，提出用作圖法校核，而作圖法相比較于上述方法，也更加簡(jiǎn)便、直觀、高效。本文旨在在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评淼那疤嵯拢瑸橄嚓P(guān)設(shè)計(jì)人員提供一種更適合設(shè)計(jì)人員獨(dú)立完成的校核方式。

關(guān)鍵詞：自走直臂式高空作業(yè)平臺(tái)；偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向輪；轉(zhuǎn)向桿系；作圖法

中圖分類號(hào)：TH211 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

自走直臂式高空作業(yè)平臺(tái)（以下簡(jiǎn)述為高空作業(yè)平臺(tái)）是輸送作業(yè)人員到高空作業(yè)的特種設(shè)備，主要用在造船廠、建筑工地、橋梁及高架建設(shè)，作業(yè)高度也主要集中在20m～45m之間，是現(xiàn)代化作業(yè)中重要的輔助設(shè)備。

轉(zhuǎn)向桿系作為高空作業(yè)平臺(tái)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要部件，其設(shè)計(jì)的合理與否直接關(guān)乎車輛的轉(zhuǎn)向性能及高空作業(yè)人員的安全。所以如何準(zhǔn)確校核及提升轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能，是高空作業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)非常重要的一環(huán)。

車輪式高空作業(yè)平臺(tái)的轉(zhuǎn)向采用轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪的方式，該轉(zhuǎn)向的技術(shù)要點(diǎn)是轉(zhuǎn)向時(shí)為避免車輪出現(xiàn)滑動(dòng)或拖動(dòng)等缺陷，要求所有的車輪須作純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，為此，車輛轉(zhuǎn)向時(shí)必須使所有車輪的軸線須交于一點(diǎn)，

即瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心，如圖1所示的O點(diǎn)。

注：α、β——外側(cè)、內(nèi)側(cè)車輪偏轉(zhuǎn)角；

M、 L——主銷中心距及軸距。

高空作業(yè)平臺(tái)的轉(zhuǎn)向桿系大多采用雙梯形機(jī)構(gòu)，要想確認(rèn)該類機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理與否，須依據(jù)其桿件的幾何參數(shù)是否能滿足圖1。

目前市場(chǎng)上的高空作業(yè)平臺(tái)的雙梯形機(jī)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)角誤差大多控制在3°以內(nèi)，但比較遺憾的是國(guó)內(nèi)的有些廠家由于起步晚，技術(shù)積累薄弱，又缺少相關(guān)的專業(yè)人員，導(dǎo)致這方面做得并不是很好，甚至有些在模仿了國(guó)外品牌之后，由于結(jié)構(gòu)的局部調(diào)整，把轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)改得面目全非，這對(duì)車輛的后續(xù)使用是有很大隱患的。

日本AICHI公司生產(chǎn)的ZSP系列產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)的占有率一直在30%以上，其中，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)被堪稱典范，以ZSP25B為例，其最大轉(zhuǎn)角誤差只有1.2°，這是非常了不起的，當(dāng)然，這么小的轉(zhuǎn)角誤差無(wú)疑需要幾代產(chǎn)品的持續(xù)優(yōu)化才能做到這么精準(zhǔn)。

在計(jì)算機(jī)還不普及的年代，我們的先輩多采用解析法來(lái)論證，通過(guò)公式一步一步地解析，雖然解析法在理論上很準(zhǔn)確，但公式復(fù)雜，步驟煩瑣，每個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)角，分別需要幾十組計(jì)算公式來(lái)對(duì)應(yīng)，需要極大的工作量，而且容易出錯(cuò)；到如今，特別是一些大企業(yè)，基本上都有開(kāi)發(fā)專業(yè)的校核軟件，只要輸入轉(zhuǎn)向桿系的基本參數(shù)，就能對(duì)現(xiàn)有機(jī)構(gòu)進(jìn)行校核，但缺點(diǎn)是需要有專業(yè)的計(jì)算機(jī)人員參與，單憑機(jī)械設(shè)計(jì)人員很難獨(dú)立完成。

隨著CAD軟件的普及，作圖法的優(yōu)勢(shì)也越來(lái)越得到顯現(xiàn)，而作圖法相比較于其他方法，也更加簡(jiǎn)便、直觀、高效。現(xiàn)在，越來(lái)越多的設(shè)計(jì)人員傾向于選擇CAD制圖軟件來(lái)完成這些校核工作了。

下面我們以市場(chǎng)上熱銷的ZSP25B為例，首先，將ZSP25B的車輪主銷中心距、軸距、輪距及轉(zhuǎn)向桿系的各關(guān)鍵點(diǎn)位在模型中按比例畫好，如圖2所示。

為方便表述，我們先以外轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)25.5°時(shí)的狀態(tài)為例，來(lái)解說(shuō)內(nèi)轉(zhuǎn)角誤差是如何通過(guò)作圖法計(jì)算出來(lái)的。

如圖3所示，車輪轉(zhuǎn)向是通過(guò)伸、縮轉(zhuǎn)向油缸ZE的長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，桿件O1O2是車架體的一部分，是固定件，連桿OC、OD、OE是焊接成一體，可以繞圓心O轉(zhuǎn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)環(huán)，每當(dāng)伸、縮轉(zhuǎn)向油缸ZE的長(zhǎng)度時(shí)，OC、OD、OE會(huì)一起繞圓心O轉(zhuǎn)動(dòng)，繼而帶動(dòng)其他連桿一起運(yùn)動(dòng)。

外轉(zhuǎn)向輪以O(shè)1為圓心順時(shí)針旋轉(zhuǎn)25.5°時(shí)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié)上的連桿O1A繞圓心O1同方向旋轉(zhuǎn)25.5°到O1A1處， O1A的轉(zhuǎn)動(dòng)勢(shì)必會(huì)帶動(dòng)AC做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，以A點(diǎn)為圓心，AC為半徑，作圓弧2，并以圓心A為中心將圓弧復(fù)制到A1處，定義為圓弧3，此時(shí)的圓弧3會(huì)與圓弧4相交于一點(diǎn)，該點(diǎn)位就是C點(diǎn)被旋轉(zhuǎn)25.5°時(shí)的新點(diǎn)位C1，同時(shí)，由于連桿OC、OD、OE是一體的，所以D點(diǎn)也同樣會(huì)旋轉(zhuǎn)相同的角度到D1處，這樣，左側(cè)轉(zhuǎn)向拉桿及中心回轉(zhuǎn)環(huán)分別轉(zhuǎn)到了新的位置，而中心回轉(zhuǎn)環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)繼而會(huì)帶動(dòng)右側(cè)轉(zhuǎn)向拉桿做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，再以D點(diǎn)為圓心，BD為半徑，作圓弧5，并以D點(diǎn)為圓心將圓弧5中心復(fù)制到D1處，，定義為圓弧6，此時(shí)的圓弧6會(huì)與圓弧7相交于一點(diǎn)，而該交點(diǎn)就是轉(zhuǎn)向節(jié)點(diǎn)B被旋轉(zhuǎn)后的新點(diǎn)位B1，內(nèi)轉(zhuǎn)向輪在被拉桿BE拉動(dòng)的情況下，以O(shè)2為圓心，旋轉(zhuǎn)與O2B同樣的角度，該角度就是內(nèi)轉(zhuǎn)向輪實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，經(jīng)實(shí)測(cè)該角度為35.39°，再將內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪軸心線延伸到后輪的延長(zhǎng)線上，分別交于后輪延長(zhǎng)線的X、Y兩點(diǎn)，用線條連接X(jué)、O2兩點(diǎn)，此時(shí)得到的角度∠XO2Y=0.59°就是內(nèi)轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角誤差。即當(dāng)外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)25.5°時(shí)，內(nèi)轉(zhuǎn)向輪實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)35.39°，內(nèi)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角誤差為0.59°。

雖然角度∠XO2Y=0.59°直管、易懂，但轉(zhuǎn)向輪的軸心線往往要延長(zhǎng)到很遠(yuǎn)才能與后輪軸相交，這樣勢(shì)必會(huì)占用較大的圖幅，所以我們還需要按以下步驟做如下轉(zhuǎn)換。

通過(guò)CAXA軟件中的“鏡像”功能將內(nèi)轉(zhuǎn)向輪軸心線以O(shè)1O2為對(duì)稱軸對(duì)稱到另外一側(cè)，并運(yùn)用“延長(zhǎng)”功能將其延長(zhǎng)到OO3線上，相交于點(diǎn)F1，此時(shí)圖3上所示的F點(diǎn)為外轉(zhuǎn)向輪軸心線與OO3線相交點(diǎn)，然后連接F、O22點(diǎn)，那么所形成的夾角∠FO2F1=0.59°，即為轉(zhuǎn)換后的內(nèi)轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角誤差。

上述只是分析了在某一個(gè)轉(zhuǎn)角狀態(tài)下的情形，實(shí)際上，外轉(zhuǎn)角從0°到25.5°的區(qū)間內(nèi)，是由無(wú)數(shù)個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)角連續(xù)串聯(lián)而成的，轉(zhuǎn)角誤差也是在瞬時(shí)變化的。雖然我們無(wú)法利用作圖法將所有的瞬時(shí)轉(zhuǎn)角都校核一遍，但我們可以利用取點(diǎn)法，將連續(xù)的旋轉(zhuǎn)角近似地看成是由N個(gè)轉(zhuǎn)角狀態(tài)串聯(lián)而成的，然后運(yùn)用作圖法分別模擬出每一個(gè)轉(zhuǎn)角狀態(tài)。當(dāng)然，當(dāng)轉(zhuǎn)向角區(qū)間模擬的越精細(xì)的話，計(jì)算出來(lái)的轉(zhuǎn)角誤差也會(huì)越精準(zhǔn)。

我們運(yùn)用CAXA軟件中的“角等分線”功能，將25.5°等分為10等分或更多等分，每一等分線的位置代表一種轉(zhuǎn)向狀態(tài)，然后運(yùn)用上述的作圖法依次計(jì)算出每個(gè)轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)角誤差。待作圖完成后，將數(shù)據(jù)記錄到表1所示的表格中。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述實(shí)例，我們看到用作圖法來(lái)校核，可以使過(guò)程更加高效、簡(jiǎn)便。設(shè)計(jì)人員只需將轉(zhuǎn)向桿系理解為一套平面連桿機(jī)構(gòu)，在掌握了各個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系后，用作圖法模擬出來(lái)即可。通過(guò)該方式即可繞開(kāi)煩瑣的解析法，就能輕松、獨(dú)立地完成整個(gè)校核工作。而且整個(gè)推理也淺顯易懂，相關(guān)設(shè)計(jì)人員能容易掌握，該方式很值得推廣。

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