張侃楞， 李青祝

（鹽城工學(xué)院機(jī)械優(yōu)集學(xué)院，江蘇鹽城224051）

0 引言

升降平臺是一種多功能起重裝卸機(jī)械設(shè)備，最常見的是剪叉式液壓升降平臺［1］。液壓升降平臺由機(jī)械部分和動力部分組成，機(jī)械部分主要由底座、工作臺和內(nèi)外剪叉臂組成，而動力部分由液壓站及液壓缸組成［1］。固定底座式升降平臺是一種升降穩(wěn)定性好，適用范圍廣的貨物舉升設(shè)備。其主要應(yīng)用于工件裝配時調(diào)節(jié)工件高度，大型設(shè)備裝配時部件舉升，生產(chǎn)流水線高度差之間貨物運(yùn)送等［3-4］。本文設(shè)計一種固定底座式剪叉式液壓升降平臺。

1 升降平臺技術(shù)方案的制定

1.1 升降平臺工藝參數(shù)要求

本設(shè)計升降機(jī)為全液壓系統(tǒng)，相關(guān)工藝參數(shù)為：額定載荷為20t；升降行程為1200mm；設(shè)備自高為650mm；最大高度為1 850 mm；臺面尺寸為6 000 mm×2 500 mm；電源為 380 V，50 Hz。

1.2 運(yùn)動機(jī)理圖的制定

根據(jù)升降機(jī)的平臺尺寸6 000 mm×2 500 mm，由于長度方向尺寸較大，該升降機(jī)采用兩組單剪叉機(jī)構(gòu)組合形式，兩組單剪叉機(jī)構(gòu)在液壓平臺長度方向?qū)ΨQ分布，每組單剪叉機(jī)構(gòu)有2個油缸，沿液壓平臺寬度方向?qū)ΨQ分布。4個液壓缸做同步運(yùn)動，以達(dá)到升降機(jī)平穩(wěn)升降的目的。具體運(yùn)動機(jī)理圖如圖1所示。

如圖1所示，兩組剪叉由1、2、3、4四個臂架組成，O點(diǎn)為4個等長臂架的中點(diǎn)。2、4臂架下端部在O2點(diǎn)與底座固定鉸接，上端部A點(diǎn)處由滾輪與工作臺面的下表面相切并可沿其上的導(dǎo)軌面滾動；1、3臂架上端部在O3點(diǎn)與工作臺面固定鉸接，下端部B點(diǎn)處由滾輪與底座的上表面相切并可沿其上的導(dǎo)軌面滾動；1、2和3、4臂架通過銷軸在O點(diǎn)鉸接，形成剪叉，均可繞銷軸旋轉(zhuǎn)。4個油缸分2對在長度方向?qū)ΨQ布置，每對在寬度方向也對稱分布。油缸尾部與1、3臂架上焊接的支架在F點(diǎn)通過銷軸聯(lián)接，油缸活塞桿端頭與2、4臂架上焊接的支架上的油缸耳板于E點(diǎn)通過銷軸聯(lián)接。隨著油缸活塞桿的伸長與縮短，帶動油缸耳板繞銷軸點(diǎn)O旋轉(zhuǎn)，帶動2、4臂架隨著油缸耳板繞O點(diǎn)處銷軸旋轉(zhuǎn)，由于2、4臂架在O2點(diǎn)與底座固定聯(lián)接，上端在A點(diǎn)可滾動，因此2、4臂架繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的結(jié)果是帶動2、4臂架繞鉸支點(diǎn)O2轉(zhuǎn)動，臂架上端部A點(diǎn)的滾輪沿著軌道滾動。同時，1、3臂架在油缸與2、4臂架在O點(diǎn)銷軸施加力的作用下，繞支點(diǎn)O3轉(zhuǎn)動，其下端部B點(diǎn)的滾輪在底座導(dǎo)軌面滾動。通過這種關(guān)聯(lián)運(yùn)動，來實(shí)現(xiàn)升降臺工作臺面的升降。

圖1 液壓升降平臺運(yùn)動機(jī)理圖

1.3 液壓升降平臺結(jié)構(gòu)尺寸的確定

通過常規(guī)的計算，確定的參數(shù)為：底座寬度b=5 700 mm；臂架銷軸間長L=2400mm，臂架總廠為2513 mm；臂架滾輪間高度h=1 624 mm；油缸耳板兩銷孔間距r=416.5 mm；θ=40°；ψ=1°；αmin=3°；底座與工作臺面兩固定鉸座銷軸的間距X=622 mm。

如圖 2（a）、圖 2（b）所示，為設(shè)計的液壓升降平臺的結(jié)構(gòu)圖，其中工作臺面由鋼板和矩形鋼焊接而成，內(nèi)外臂架由矩形鋼焊接而成。

圖2

圖3 液壓升降平臺液壓系統(tǒng)原理圖

底座6和工作平臺1之間寬度方向兩側(cè)設(shè)置有交叉的內(nèi)臂架2和外臂架5，內(nèi)臂架2和外臂架5交叉點(diǎn)設(shè)置有銷軸3；兩側(cè)相對的內(nèi)臂架2之間設(shè)置有上中下3根內(nèi)臂架連接桿7，兩側(cè)相對的外臂架5之間設(shè)置有上下2根外臂架連接桿8，內(nèi)臂架連接桿7的中連接桿和外臂架連接桿8的下連接桿兩側(cè)連接液壓缸4。內(nèi)臂架2、外臂架5、內(nèi)臂架連接桿7和外臂架連接桿8為兩對，均勻分布在工作平臺的長度方向。

2 液壓系統(tǒng)設(shè)計

升降平臺的升降通過將液壓缸的活塞桿的伸縮運(yùn)動轉(zhuǎn)化為工作臺面的升降而實(shí)現(xiàn)，負(fù)載變化范圍為0～20 t，要求負(fù)載平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)合理，安全性能優(yōu)良。

升降平臺的液壓系統(tǒng)原理圖如圖3所示。液壓油由液壓泵形成一定的壓力，經(jīng)過過濾器、節(jié)流閥、電磁換向閥、單向節(jié)流閥，進(jìn)入油缸。

當(dāng)提升重物時，液壓油進(jìn)入油缸下半部，使液壓缸的活塞做伸長運(yùn)動，液壓缸上半部回油到油箱。當(dāng)需要重物下降時，使液壓缸的活塞做縮短運(yùn)動，液壓油進(jìn)入油缸上半部，液壓缸下半部回油到油箱。

3 NX參數(shù)化建模

液壓升降平臺結(jié)構(gòu)尺寸確定后，通過NX軟件進(jìn)行零件的參數(shù)化建模。在建模過程中，選擇合適的草繪平面、參照平面及特征的生成方式，建立參數(shù)化的模型。

模型建立好后，根據(jù)液壓平臺各零件的相互位置關(guān)系進(jìn)行虛擬裝配，在裝配中通過表達(dá)式對裝配狀態(tài)可實(shí)時控制，如圖4所示，通過改變參數(shù)H的數(shù)值，即可改變液壓平臺的實(shí)時高度位置，可更方便地進(jìn)行觀察和檢查。

圖4 NX參數(shù)化建模

4 運(yùn)動仿真

進(jìn)入NX的運(yùn)動仿真模塊，導(dǎo)入虛擬裝配的液壓平臺模型，分別定義連桿、運(yùn)動副、約束、求解方法和輸出的結(jié)果類型，如圖5所示。

圖5 運(yùn)動仿真

通過NX軟件的運(yùn)動分析功能，可對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和靜力學(xué)分析，包括干涉分析、運(yùn)動極限位置分析、軌跡跟蹤、圖表、測量、動畫等，同時還能分析零件在運(yùn)動過程中的受力情況，如圖6所示為銷軸的受力圖。

圖6 銷軸受力圖

通過運(yùn)動分析的結(jié)果，可以及時修正相干涉組件的結(jié)構(gòu)，將問題解決在設(shè)計狀態(tài)，提高設(shè)計效率。

5 結(jié)論

介紹了液壓升降平臺的設(shè)計過程，用NX建模、運(yùn)動仿真模塊進(jìn)行剪叉式升降臺的三維設(shè)計及運(yùn)動分析，可以完成升降臺的干涉檢查，運(yùn)動特性分析等，將減小設(shè)計工作量，且設(shè)計更加直觀，降低出錯率。

［1］ 毛建軍．銅包裝線升降平臺機(jī)-液壓特性研究與優(yōu)化［D］．蘭州：蘭州理工大學(xué)，2010.

［2］ 謝力生．剪式液壓升降臺相關(guān)參數(shù)的確定［J］．工程機(jī)械，2008(11)：46-49，89.

［3］ Neugebauer R,Sehwaar M,Ihlenfeldt S．New approaches to machine structures to overcome the limits of classical parallel structures［J］．CIRP Annals-Manufacturing Technology，2002,5(1)：293-296.

［4］ 丁智平．氣液動剪叉式升降平臺運(yùn)動受力分析及其應(yīng)用［J］．株洲工學(xué)院學(xué)報，1999（6）：49-52.

［5］ 郭永耀，劉力.ADAMS/view在剪叉式液壓升降平臺關(guān)鍵參數(shù)確定上的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2006（6）：38-40.

［6］ 楊達(dá)毅，陳麗敏.基于SolidWorks的六自由度液壓平臺運(yùn)動仿真［J］.機(jī)床與液壓，2008（9）：127-129，150.