提升器30W次試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)探析

孫利明 張治國 王明輝

摘 ?要：為驗(yàn)證中小輪拖裝配廠自制提升器的可靠性，需對(duì)提升器進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn)，但是外部委托試驗(yàn)費(fèi)用高昂，試驗(yàn)時(shí)間不可控，因此計(jì)劃進(jìn)行提升器30W次試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，達(dá)到自行試驗(yàn)的目的。

關(guān)鍵詞：提升器;試驗(yàn);方案;設(shè)計(jì)

試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)為對(duì)現(xiàn)有的提升器試驗(yàn)臺(tái)（6797-7029）進(jìn)行局部改造，通過對(duì)提升器操縱機(jī)構(gòu)的控制，使提臂帶動(dòng)配重提升/落下，以周期性的重復(fù)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

一、連接方式的選擇

與提升器操縱機(jī)構(gòu)的連接可選擇方式有兩種。

第一，與提升器并行設(shè)置，采用直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的元件（氣/油缸），通過連桿等方式與操縱手柄連接;第二，與提升器垂直設(shè)置，采用旋轉(zhuǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的元件，通過聯(lián)軸器與操縱軸連接。

從提升器試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)狀態(tài)看，提升器的操縱裝置靠近試驗(yàn)臺(tái)東側(cè)，與操縱裝置并行方向，南側(cè)為實(shí)驗(yàn)用配重，北側(cè)為試驗(yàn)臺(tái)控制臺(tái)。提升器試驗(yàn)臺(tái)的現(xiàn)有空間有限，經(jīng)測(cè)算，如采用“方式一”的氣/油缸，易與配重或控制臺(tái)出現(xiàn)位置干涉，無合適位置進(jìn)行安裝固定，且會(huì)對(duì)配重提升/落下或人員操作造成較大影響，因此選擇“方式二”：與提升器垂直設(shè)置，采用旋轉(zhuǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的元件，與操縱軸連接[1]。

二、動(dòng)力源的選擇

第一，初步思路：選擇壓縮空氣作為動(dòng)力源，可使實(shí)驗(yàn)裝置的機(jī)械部分結(jié)構(gòu)簡單化。選用亞德客HRQ50回轉(zhuǎn)氣缸，理論力矩5.0Nm（0.5Mpa），0-190°范圍內(nèi)可調(diào)，回轉(zhuǎn)時(shí)間范圍0.2-0.7S/90°;圖中圓圈內(nèi)為調(diào)整螺釘，可改為油壓緩沖器ACA1412-A，調(diào)整角度8.2°/螺距;外形尺寸84×152（mm），帶緩沖器全長203mm，理論重量2060g?？刂茪饴穲D如下圖1所示。

但由于連接方式的選擇為“方式二”：與提升器垂直設(shè)置，直接與操縱軸連接。而經(jīng)工藝部門測(cè)算，操縱軸的理論扭矩最低不能低于28N.M，氣動(dòng)擺動(dòng)元件的理論力矩為5.0Nm（0.5Mpa），不能滿足使用需要，因此不能將壓縮空氣作為動(dòng)力源。

第二，在排除壓縮空氣作為動(dòng)力源的選項(xiàng)后，可選擇的動(dòng)力源為液壓油和電力拖動(dòng)。結(jié)合操縱軸在≧28N.M、慢速、定角度、往復(fù)運(yùn)動(dòng)的工作條件，以及工作平穩(wěn)性、可靠性等多方面的考慮，選擇液壓油為動(dòng)力源。

三、改進(jìn)方案的選擇

第一，從提升器試驗(yàn)臺(tái)的總體布局看，液壓站在床身西面，而提升器的操縱軸在床身東面;如從液壓站處取動(dòng)力源，距離較遠(yuǎn)，需對(duì)液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等進(jìn)行改造，實(shí)施難度大，且在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)不便于操作;因此計(jì)劃原試驗(yàn)臺(tái)只用來固定提升器，并供應(yīng)壓力油以實(shí)現(xiàn)提升/落下的動(dòng)作。第二，計(jì)劃制作一套獨(dú)立的試驗(yàn)裝置，自帶油箱、油泵（電機(jī)）、控制油路等，為提升器操縱軸的重復(fù)性擺轉(zhuǎn)提供動(dòng)力源。在提升器的操縱軸側(cè)，通過在床身上焊接支架的方式，用來安裝固定執(zhí)行元件。

四、執(zhí)行元件和聯(lián)軸器等的選擇

第一，通過咨詢供應(yīng)商、網(wǎng)上查找等方式，最終選擇的執(zhí)行元件為螺旋擺動(dòng)缸，其是一種利用大螺旋升角的螺旋副實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的特殊液壓缸，和其它類型擺動(dòng)缸相比，具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，其啟動(dòng)壓力1.5Mpa，工作壓力為5Mpa時(shí)輸出扭矩約38Nm，可滿足使用。ME提升器手柄最大旋轉(zhuǎn)角度為104°，MF提升器手柄最大旋轉(zhuǎn)角度為93°;選用角度可在0-120 o范圍內(nèi)調(diào)整的螺旋擺動(dòng)缸（腳架式）[2]。

第二，起初考慮選用萬向聯(lián)軸器，對(duì)同軸度的要求較低，可使螺旋擺動(dòng)缸與操縱軸對(duì)接調(diào)整工作的難度降低，但此類型聯(lián)軸器在滿足傳遞扭矩的基礎(chǔ)上，長度尺寸較大，會(huì)使安裝支架懸出床身較多，影響安裝支架的穩(wěn)定性，在連續(xù)試驗(yàn)條件下，可能對(duì)執(zhí)行元件造成較大影響。因此，選擇了波紋管聯(lián)軸器，在滿足傳遞扭矩的基礎(chǔ)上，長度尺寸較萬向聯(lián)軸器約減少50%。

第三，由于選擇了波紋管聯(lián)軸器，其使用比萬向聯(lián)軸器對(duì)同軸度的要求高，提升器手柄操縱軸的軸心到底面的尺寸， ME為112mm，MF為122mm，中心高度差為10mm;螺旋擺動(dòng)缸軸心到底面的尺寸為46mm。針對(duì)這種情況，設(shè)計(jì)了可調(diào)整的安裝支座和10mm厚度的調(diào)整支板。在床身的支架上焊接4根M16螺栓，將安裝支座套在螺栓上，以提升器試驗(yàn)臺(tái)支撐面為參考基準(zhǔn)面，將安裝支座的上表面調(diào)至112-46=66mm，即使螺旋擺動(dòng)缸軸心與ME提升器手柄操縱軸的軸心高度尺寸相同，MF可通過在螺旋擺動(dòng)缸下安裝10mm厚度的調(diào)整支板來實(shí)現(xiàn)高度尺寸相同;水平方向上可通過安裝支座上預(yù)先加工好的長槽進(jìn)行調(diào)整，這樣就滿足了波紋管聯(lián)軸器的使用。

五、控制油路的設(shè)計(jì)

螺旋擺動(dòng)缸通過聯(lián)軸器與操縱軸連接后，在擺轉(zhuǎn)行程的首/末端安設(shè)擋塊，通過光電式接近開關(guān)/或其它非接觸式開關(guān)，控制換向閥的通/斷，實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)缸的自動(dòng)往復(fù)擺轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，具體設(shè)計(jì)見圖2所示。

液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)：溢流閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作壓力，壓力表顯示;電磁換向閥中位機(jī)能選擇“H”形式，油缸停頓時(shí)液壓油回油箱，使系統(tǒng)卸荷以降低電機(jī)負(fù)荷;在兩油路設(shè)置液控單向閥，形成液壓鎖，實(shí)現(xiàn)對(duì)擺動(dòng)缸兩腔的保壓;單向節(jié)流閥用來調(diào)節(jié)雙向擺動(dòng)速度，行程末端有

六、電氣控制系統(tǒng)

總電源為380V，開關(guān)設(shè)在電控柜側(cè)方，有漏電保護(hù)和過載保護(hù)裝置;設(shè)油泵電機(jī)“啟動(dòng)/停止”按鈕，與風(fēng)冷裝置聯(lián)動(dòng);通過電控PLC來控制電磁閥，實(shí)現(xiàn)油路的通/斷;分為“自動(dòng)”和“調(diào)整”兩種模式，并設(shè)置“抬起/自動(dòng)”和“落下”按鈕，PLC程序設(shè)計(jì)為：

第一，“調(diào)整”狀態(tài)下，“抬起/自動(dòng)”按鈕僅實(shí)現(xiàn)“抬起”功能，和“落下”按鈕配合使用，控制換向閥的通/斷，實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)缸的正/反向擺轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，便于使用中對(duì)擺轉(zhuǎn)角度微調(diào)等;

第二，“自動(dòng)”狀態(tài)下，“抬起/自動(dòng)”按鈕僅實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)”功能，按下“自動(dòng)”按鈕后為連續(xù)運(yùn)動(dòng)，在提臂的上/下行程末端，設(shè)置兩個(gè)光電式接近開關(guān)，確保使提臂到達(dá)行程后，光電式接近開關(guān)才發(fā)出信號(hào)，控制換向閥的通/斷，實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)缸的自動(dòng)往復(fù)擺轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);

第三，設(shè)置計(jì)數(shù)裝置，“自動(dòng)”模式下對(duì)聯(lián)軸器端的接近開關(guān)的通/斷進(jìn)行計(jì)數(shù)，一個(gè)擺動(dòng)循環(huán)計(jì)數(shù)一次，達(dá)到預(yù)設(shè)數(shù)值后，“試驗(yàn)完成”燈亮，提臂延時(shí)落下，使配重降落在地面上，自動(dòng)循環(huán)終止。

七、結(jié)語

總而言之，通過提升器30W次試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，能夠滿足ME和MF兩種型號(hào)提升器的試驗(yàn)需求，達(dá)到自行試驗(yàn)的目的，試驗(yàn)時(shí)間可控，并可極大地降低外部委托試驗(yàn)費(fèi)用。

參考文獻(xiàn)

[1]郭啟資，陳龍興，郭付友.新一代中小功率拖拉機(jī)提升器概念設(shè)計(jì)[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2017（05）：18-19.

[2]張賓，郭付友.一種新型提升器改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)工程，2017（04）：164-165.