剪叉式液壓升降機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

摘 要：隨著剪叉式液壓升降機(jī)的廣泛應(yīng)用，本文主要對(duì)剪叉式液壓升降機(jī)進(jìn)行受力分析及力學(xué)模型的構(gòu)建，通過設(shè)計(jì)分析得出液壓缸的位置與舉升力的關(guān)系，并采用軟件ADAMS對(duì)其結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得出最優(yōu)解，具有實(shí)際效益及工程價(jià)值。

關(guān)鍵詞：剪叉式；液壓升降機(jī)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.039

1 概述

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，一些高層建筑也相繼拔地而起、基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)速度也在不斷加快，這也使得高空作業(yè)設(shè)備需求量急速增加，而剪叉式液壓升降機(jī)也受到廣泛應(yīng)用。顧名思義，剪叉式液壓升降機(jī)的起升部分采用的是剪叉式、剪叉式機(jī)構(gòu)是一種折疊機(jī)構(gòu)、可收縮可展開，不使用時(shí)處于收縮狀態(tài)、方便運(yùn)輸和儲(chǔ)存；使用時(shí)處于展開狀態(tài)、可縮短搭建時(shí)間，且該機(jī)構(gòu)具有承載能力大、可操作范圍廣、安全系數(shù)高、工作穩(wěn)定等特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍較廣泛、可應(yīng)用于設(shè)備安裝、路燈維修等高空作業(yè)。

2 剪叉式液壓升降機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

剪叉式液壓升降機(jī)主要由三個(gè)部分組成，即操作平臺(tái)、起升機(jī)構(gòu)和底座，，操作平臺(tái)位于剪叉式液壓升降機(jī)的最上部且四周裝有護(hù)欄、為工作人員提供操作環(huán)境，承載能力大、保證工作人員的安全；起升結(jié)構(gòu)位于整個(gè)升降機(jī)的中部、主要用于調(diào)節(jié)起升高度、其中的剪叉臂是整個(gè)升降機(jī)的核心部件之一、其內(nèi)壁和外壁通過銷軸相鏈接，可根據(jù)起升高度選擇不同的剪叉臂架數(shù)目（有單剪叉式臂、雙剪叉式臂、多剪叉式臂）；底座位于最底部。升降機(jī)內(nèi)側(cè)配置液壓缸、為升降機(jī)的正常工作提供動(dòng)力、且由于液壓的作用保證升降機(jī)的穩(wěn)定性，使其在斷電或無動(dòng)力的情況下、不會(huì)突然下落、也保障了工作人員的人身安全。根據(jù)移動(dòng)方式不同分為固定式、牽引式及移動(dòng)式剪叉式液壓升降機(jī)，三者最大的區(qū)別是采用的底座結(jié)構(gòu)形式不同，固定式升降機(jī)底座結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、只安裝一副導(dǎo)軌和槽鋼；牽引式升降機(jī)裝有柴油機(jī)或驅(qū)動(dòng)器等部件、靠柴油機(jī)或電力驅(qū)動(dòng)；移動(dòng)式升降機(jī)底座裝有電瓶、控制器等部件；可根據(jù)運(yùn)行成本及使用功能來選擇不同的升降機(jī)。本文以固定式升降機(jī)進(jìn)行受力分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)。

如圖1所示，假定鉸鏈約束是理想約束，根據(jù)虛偽移原理可得出公式1：

∑（Pxiδxi+ Pyiδyi+ Pziδzi）=0 （1）

由圖1可得出公式2：

Pyδyp- Pxδxp- GδyG=0 （2）

且Px=Pcosφ，Py= Psinφ，xp=（L/2+f）cosθ， yp=（L/2+f）sinθ，

yG=Lsinθ，經(jīng)運(yùn)算、代入得出公式3：

（3）

由圖2所示，選用相對(duì)稱的兩幅剪叉、液壓缸布置在兩幅剪叉之間、推動(dòng)安裝在一對(duì)剪叉臂的橫梁上，根據(jù)幾何關(guān)系可得公式4：

（4）

其中：P為液壓缸活塞推力；G為臺(tái)面荷重；L為剪叉桿長(zhǎng)；s為安裝點(diǎn)與滑塊的距離；f為活塞推動(dòng)橫梁的安裝點(diǎn)和剪叉中心孔的間距；θ為L(zhǎng)與水平面的夾角；φ為液壓缸與水平面的夾角；Pxi、Pyi、Pzi為作用在x、y、z軸上的主動(dòng)力分量；δxi、δyi、δzi為作用在x、y、z軸上的虛位移分量。由公式3可以看出當(dāng)臺(tái)面荷重G不變時(shí)，P隨著θ、φ的變化而變化，而θ、φ的大小由與結(jié)構(gòu)尺寸存在一定關(guān)系；由公式4得出當(dāng)s、f一定時(shí)，隨著升降、φ隨著θ的變化而變化。

采用軟件ADAMS對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，優(yōu)化過程中、液壓缸運(yùn)行路徑及速度不變、只改變支撐點(diǎn)的坐標(biāo)值，其中設(shè)計(jì)變量1、2分別為液壓缸安裝點(diǎn)的縱坐標(biāo)、橫坐標(biāo)，由幾何關(guān)系確定參數(shù)的初值：f=200mm、s=220mm，最大舉升力P=57.70kN，最大高度H=917mm（最大高度不低于900mm），優(yōu)化見過如表1所示，在第八組數(shù)據(jù)時(shí)、最大高度無法滿足最大高度要求、因此第七組數(shù)據(jù)為最優(yōu)結(jié)果，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，運(yùn)用幾何計(jì)算求得f=18.57、s=226.38。

3 結(jié)論

本文主要對(duì)剪叉式液壓升降機(jī)進(jìn)行受力分析及力學(xué)模型的構(gòu)建，通過設(shè)計(jì)分析得出液壓缸的位置與舉升力的關(guān)系，并采用軟件ADAMS對(duì)其結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得出最優(yōu)解，具有實(shí)際效益及工程價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳四華，周果，鄧忠凱.剪叉式液壓升降機(jī)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)電設(shè)備，2015，32（S1）：7-10.

[2]石桐寧.剪叉式升降機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D].哈爾濱理工大學(xué)，2017.

作者簡(jiǎn)介：陳傳燕（1987-），男，本科，助理工程師，從事設(shè)備管理與技術(shù)支持工作。