新型雙液壓機(jī)械臂式叉車設(shè)計(jì)

遲政勛 郝繪坤 張彥波

摘要：隨著國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，世界能源的不斷短缺，國(guó)際上對(duì)現(xiàn)代施工項(xiàng)目對(duì)叉車起重機(jī)的要求也越來(lái)越高，高、深、尖、高效節(jié)能的液壓技術(shù)在起重系統(tǒng)上的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，叉車起重液壓系統(tǒng)展示了強(qiáng)大的發(fā)展趨勢(shì)。相比門架鏈條起重系統(tǒng)，液壓起重系統(tǒng)不僅具有移動(dòng)方便，操作靈活，易于實(shí)現(xiàn)不同位置的堆垛等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和控制的操作系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)改進(jìn)設(shè)計(jì)。隨著液壓起重技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓起重系統(tǒng)已經(jīng)成為各起重機(jī)生產(chǎn)廠家主要發(fā)展對(duì)象。液壓起重系統(tǒng)是一種應(yīng)用廣泛的工程機(jī)械，具有作業(yè)速度快，適應(yīng)性強(qiáng)，自備動(dòng)力，能在野外作業(yè)，操作簡(jiǎn)單，靈活等優(yōu)勢(shì)。因而在交通運(yùn)輸、城建、物料廠、基建、急救、救災(zāi)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，加上現(xiàn)在倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保，所以我們應(yīng)該加大改進(jìn)力度，讓液壓起重系統(tǒng)適應(yīng)性更大。

關(guān)鍵詞：叉車;機(jī)械臂;液壓系統(tǒng);SolidWorks motion運(yùn)動(dòng)仿真

1新型雙液壓機(jī)械臂式叉車設(shè)計(jì)概述

本設(shè)計(jì)新型雙液壓機(jī)械臂式叉車基于液壓技術(shù)優(yōu)點(diǎn)改進(jìn)傳統(tǒng)叉車門架起重的作業(yè)方式，提高叉車作業(yè)效率，增強(qiáng)叉車短距運(yùn)輸穩(wěn)定性以及駕駛員的駕駛舒適度和安全性，為叉車設(shè)計(jì)提供新的思路、新的方向。

2新型雙液壓機(jī)械臂式叉車的研究方法和創(chuàng)新點(diǎn)

通過查閱大量與叉車和液壓臂相關(guān)的資料，對(duì)液壓臂以及現(xiàn)存的叉車發(fā)展歷程做了充分的了解。在叉車生產(chǎn)工廠中進(jìn)行生產(chǎn)測(cè)試，通過軟件進(jìn)行受力分析，優(yōu)化現(xiàn)有叉車的起重結(jié)構(gòu)，對(duì)比分析優(yōu)化結(jié)構(gòu)前后的效果和效率，對(duì)國(guó)內(nèi)叉車行業(yè)的發(fā)展提供參考和依據(jù)。

創(chuàng)新點(diǎn)：

（1）解決門架起重系統(tǒng)鏈條傳動(dòng)比不同、鏈條易壞斷裂造成堆垛作業(yè)效率低，維修頻繁問題;

（2）解決門架起重系統(tǒng)遮擋作業(yè)與駕駛視野問題;

（3）解決門架起重系統(tǒng)作業(yè)時(shí)穩(wěn)定性差，精度低，作業(yè)質(zhì)量有待提高問題;

（4）解決門架起重系統(tǒng)反應(yīng)慢，耗能高問題。

3新型雙液壓機(jī)械臂式叉車的整體方案設(shè)計(jì)

3.1整體架構(gòu)的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)提出用雙液壓機(jī)械臂替代傳統(tǒng)門架式起重方式，在市場(chǎng)現(xiàn)有叉車基礎(chǔ)上進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)計(jì)液壓機(jī)械臂，液壓機(jī)械臂主要由驅(qū)動(dòng)部分、執(zhí)行部分、檢測(cè)反饋部分、傳動(dòng)部分等多系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成。

液壓機(jī)械臂液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)要求的明確及液壓部分原理的設(shè)計(jì)。針對(duì)液壓機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，液壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)與其他驅(qū)動(dòng)方式相比在工程機(jī)械應(yīng)用領(lǐng)域中優(yōu)勢(shì)突出。分析液壓基本回路的工作原理與特點(diǎn)，結(jié)合液壓機(jī)械臂系統(tǒng)的總體方案，確定了其工作條件以及各種性能指標(biāo)，得到液壓系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)，從而初步設(shè)計(jì)出該液壓機(jī)械臂式叉車原理圖（如下圖所示）。

3.2液壓機(jī)械臂系統(tǒng)的控制方法研究

在液壓機(jī)械臂的控制方法研究中，不同控制目標(biāo)采用的控制策略不同。為提高能源利用率，液壓系統(tǒng)的輸出需和負(fù)載所需應(yīng)相對(duì)應(yīng)。研究分析負(fù)載敏感方法的特點(diǎn)，使得系統(tǒng)本身能夠接受到負(fù)載的變化信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的液壓參數(shù)的需要，將需求傳遞轉(zhuǎn)變?yōu)槊舾虚y芯的移動(dòng)，使得泵的工作狀態(tài)發(fā)生改變，按照負(fù)載所需壓力值、流量值等往系統(tǒng)供給相應(yīng)的油液。

3.3液壓臂活塞桿位移仿真分析

為分析其液壓臂活塞桿位移軌跡，按照液壓臂系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，利用SolidWorks motion運(yùn)動(dòng)仿真軟件對(duì)液壓臂系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期的仿真實(shí)驗(yàn)，最后得出了主臂液壓活塞桿和輔臂液壓活塞桿的位移仿真曲線圖，如圖2、3所示。從圖2看出，在0～2.7（s）內(nèi)，主臂活塞桿緩慢回縮，在2.7s時(shí)，主臂活塞桿運(yùn)行至最底端，此時(shí)貨叉裝完貨物準(zhǔn)備起升;在2.7～5.6（s）內(nèi)，主臂活塞桿迅速前升，在5.6s時(shí)，主臂活塞桿運(yùn)行至最前端，此時(shí)貨叉被主臂托至最頂端;在5.6～7.0（s）內(nèi)，主臂活塞桿迅速回縮，直至回縮至初始狀態(tài)，此時(shí)恢復(fù)至初始狀態(tài)。

從圖3可以看出，在0～2.6（s）內(nèi)，輔臂活塞桿一直在緩慢回縮，為提升做準(zhǔn)備;在2.6～4.0（s）內(nèi)，輔臂活塞桿迅速前升，在4.0s時(shí)，輔臂活塞桿運(yùn)行至最頂端，此時(shí)貨叉在提升過程中始終維持一定的角度范圍內(nèi)，;在4.0～5.6（s）內(nèi)，輔臂活塞桿迅速回縮，然后回轉(zhuǎn)至一定的角度，;在5.6～7.0（s）內(nèi)，輔臂迅速回縮至初始狀態(tài)，此時(shí)貨叉恢復(fù)至初始角度。

利用SolidWorks motion對(duì)叉車模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真的結(jié)果符合實(shí)際情況，通過這些結(jié)果能夠直觀的對(duì)裝載機(jī)液壓臂活塞桿的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行了解，進(jìn)而做進(jìn)一步的分析。

3.4液壓機(jī)械臂性能要求

（1）在工作狀態(tài)下，要求液壓系統(tǒng)在連續(xù)工作狀態(tài)下，能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出功率，僅在需要高功率時(shí)大功率輸出，以降低系統(tǒng)的功耗損失，達(dá)到節(jié)約能源的作用。

（2）液壓臂執(zhí)行元件及驅(qū)動(dòng)元件如液壓缸等都要求運(yùn)動(dòng)過程中平緩穩(wěn)定，液壓缸、液壓馬達(dá)等應(yīng)具有過載保護(hù)措施，因?yàn)樽灾睾艽?，要求擁有較好制動(dòng)能力與抗抖動(dòng)能力。

（3）液壓臂在不同的工況下需要實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)的自由移動(dòng)和大跨度軌跡作業(yè)，在滿足工作條件的自由度要求的同時(shí)，還需要保證液壓臂具有足夠的剛性。

4結(jié)語(yǔ)

對(duì)于全液壓起重系統(tǒng)，來(lái)自汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)油泵轉(zhuǎn)換到工作機(jī)構(gòu)，其間可以獲得很大的傳動(dòng)比，省去了鏈條機(jī)械傳動(dòng)所需的復(fù)雜而笨重的傳動(dòng)裝置。不僅使結(jié)構(gòu)緊湊，而且使整機(jī)重量大大的減輕，增加了整機(jī)的起重性能。同時(shí)還將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)槠揭七\(yùn)動(dòng)，易于實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的變幅和自動(dòng)伸縮。各機(jī)構(gòu)使用管路聯(lián)結(jié)，能夠得到緊湊合理的結(jié)構(gòu)，改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)特性。便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作，改善司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度和條件。由于元件操縱可以微動(dòng)，所以作業(yè)比較平穩(wěn)，從而改善起重機(jī)的安裝精度，提高作業(yè)質(zhì)量。采用液壓傳動(dòng)，在主要機(jī)構(gòu)中沒有劇烈的干摩擦副，減少了潤(rùn)滑部位，從而減少了維修和技術(shù)準(zhǔn)備時(shí)間。

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