剪叉式高空車(chē)多層剪叉機(jī)構(gòu)受力分析計(jì)算

劉丹， 陸進(jìn)添， 段曉宇， 張建新

（三一帕爾菲格特種車(chē)輛裝備有限公司，江蘇南通226400）

0 引 言

剪叉式高空作業(yè)平臺(tái)用于室內(nèi)、室外的登高作業(yè)中，其結(jié)構(gòu)一般由平臺(tái)、叉架、底盤(pán)3部分組成，其中叉架的設(shè)計(jì)最為關(guān)鍵。

剪叉機(jī)構(gòu)因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、可靠性良好而廣泛應(yīng)用在叉架設(shè)計(jì)中，一般由升降液壓缸、剪叉臂、轉(zhuǎn)動(dòng)銷(xiāo)軸等結(jié)構(gòu)組成，如圖1所示。從結(jié)構(gòu)上看,升降液壓缸兩端分別鉸接于剪叉臂支耳, 內(nèi)叉和外叉分別在兩端和中點(diǎn)處進(jìn)行鉸接,同時(shí)，內(nèi)剪叉臂的一端通過(guò)銷(xiāo)軸與底盤(pán)連接固定,另一端通過(guò)滑塊與平臺(tái)連接;外剪叉臂一端與底盤(pán)通過(guò)滑塊連接,另一端與工作平臺(tái)鉸接[1]。

如圖1所示，以6層剪叉式高空車(chē)為例，首先利用能量守恒定律計(jì)算油缸力，再通過(guò)受力分析得到各鉸點(diǎn)的受力狀況，并通過(guò)應(yīng)力試驗(yàn)對(duì)理論分析方法的可行性進(jìn)行校驗(yàn)，最終將應(yīng)力試驗(yàn)與理論分析結(jié)果相互對(duì)比分析，進(jìn)而綜合判斷剪叉臂各部位和整體受力大小和分布，從而為后期的校核提供參考和依據(jù)。

圖1 剪叉車(chē)高空車(chē)

1 工作原理

從運(yùn)動(dòng)方式看,叉架整體的運(yùn)動(dòng)變化是液壓缸的活塞運(yùn)動(dòng)使附近叉架受力而直接發(fā)生內(nèi)、外叉之間相對(duì)夾角變化，再通過(guò)叉架之間的鉸接作用使該力和運(yùn)動(dòng)得以傳遞，最終使叉架整體高度變化[2]，最終借助其他部件的配合而實(shí)現(xiàn)送人到達(dá)高處進(jìn)行作業(yè)的實(shí)際作用。

2 受力分析過(guò)程

2.1 模型的簡(jiǎn)化

以叉架整體為對(duì)象，其分別受到底盤(pán)作用于鉸點(diǎn)和滑塊處豎直向上的力Ga6和Gb6、工作平臺(tái)作用于鉸點(diǎn)和滑塊處豎直向下的力Ga0和Gb0（忽略摩擦力）。由于叉架受力均位于前后兩個(gè)平行平面內(nèi)，且兩平面受力情況相同，因此可將模型簡(jiǎn)化為一個(gè)二維平面[3]，如圖2所示,需要設(shè)計(jì)的參數(shù)如表1所示。

圖2 叉架模型的簡(jiǎn)化

表1 某系列叉架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2 油缸推力計(jì)算

2.2.1 油缸長(zhǎng)度

當(dāng)剪叉機(jī)構(gòu)起升角度為α?xí)r，下油缸周?chē)縻q點(diǎn)參數(shù)的定義如圖3所示。

根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系，可計(jì)算得下油缸長(zhǎng)度S2：

2.3 單層叉架受力分析

3 整車(chē)應(yīng)力試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 數(shù)據(jù)分析

在完成針對(duì)各鉸點(diǎn)力的計(jì)算分析后，通過(guò)實(shí)際狀況下整車(chē)的應(yīng)力試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)與之對(duì)比，從而對(duì)理論分析的現(xiàn)實(shí)可行性進(jìn)行判斷?，F(xiàn)作如下設(shè)計(jì)輸入，如表2所示。

結(jié)合第2節(jié)受力分析可計(jì)算得出理論值。再通過(guò)應(yīng)力試驗(yàn)，在盡可能靠近鉸點(diǎn)位置處布置應(yīng)變片記錄應(yīng)力數(shù)值如圖5所示,記錄起升25°時(shí)的應(yīng)力數(shù)值。以中間鉸點(diǎn)為例，得到如表3所示數(shù)據(jù)偏差表。

4 結(jié) 論

對(duì)多層剪叉機(jī)構(gòu)整體的分析中，首次從做功的角度出發(fā)，利用能量守恒定律，以起升角度映射叉架起升的各個(gè)工作狀態(tài)，推導(dǎo)出了油缸力與起升角度的變化關(guān)系，進(jìn)而通過(guò)逐層受力分析得到各鉸點(diǎn)的受力變化情況。并且通過(guò)實(shí)際工況下的應(yīng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論分析的結(jié)果對(duì)比分析，驗(yàn)證了利用能量守恒定律計(jì)算油缸推力的方法的正確性。