上驅(qū)動(dòng)式剪叉液壓升降平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

郝欣妮，朱 勇，周中升，陳 晨

（1.揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)，江蘇 揚(yáng)州 225009；2.泰興市優(yōu)特佳液壓機(jī)械廠，江蘇 泰州 225413）

液壓升降平臺(tái)是一種將人或者貨物升降到一定高度的升降設(shè)備，主要用于人員登高作業(yè)或貨物垂直運(yùn)輸。剪叉式升降平臺(tái)具有結(jié)構(gòu)緊湊、承載量大、通用性強(qiáng)和操控性好的特點(diǎn),因此在現(xiàn)代物流、建筑裝修、生產(chǎn)制造、大型設(shè)備的制造與維護(hù)等場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用[1]。然而，面向普通大眾日常生產(chǎn)生活的升降平臺(tái)卻很少，主要原因是傳統(tǒng)的液壓升降平臺(tái)成本高、笨重、液壓系統(tǒng)復(fù)雜、占用空間、使用不便，在施工現(xiàn)場(chǎng)很難靈活移動(dòng)等。搭建固定平臺(tái)或使用梯子進(jìn)行高空作業(yè)比較普遍，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低下。隨著現(xiàn)代科技裝備的不斷發(fā)展，人們對(duì)日常生產(chǎn)生活便捷性的不斷追求，靈活便攜式小型升降平臺(tái)的需求必將逐漸向普通大眾家庭延伸[2]。

通過對(duì)升降平臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)總體方案的論證選擇、受力分析與應(yīng)力計(jì)算校核、液壓系統(tǒng)回路設(shè)計(jì)、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)件計(jì)算選型、零部件設(shè)計(jì)、材料選擇等，設(shè)計(jì)了一款面向普通大眾的上驅(qū)動(dòng)式剪叉液壓升降平臺(tái)。同時(shí)，與企業(yè)合作制造了升降平臺(tái)樣機(jī)，試用效果佳。

上驅(qū)動(dòng)式剪叉液壓升降平臺(tái)適用于果園采摘、果樹修剪、家庭園林園藝、外墻裝修維護(hù)、超市、倉(cāng)儲(chǔ)等多種面向大眾的高空作業(yè)場(chǎng)合，簡(jiǎn)單的人力上驅(qū)動(dòng)方式，單人操控滿足單人高空作業(yè)需求，無需電源，輕巧便攜，安全可靠，剪叉式結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)不占空間，特別適用于家用高空作業(yè)場(chǎng)合，提高了勞動(dòng)效率，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。

1 液壓升降平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 基本參數(shù)

本文設(shè)計(jì)的升降平臺(tái)（臺(tái)面尺寸1 000 mm×600 mm），額定載荷為200 kg，升程為350～1 500 mm，有效升高高度為1 150 mm，質(zhì)量為103 kg。平臺(tái)參數(shù)可以根據(jù)客戶使用要求，訂制化調(diào)整。

1.2 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的升降平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，由機(jī)架和液壓控制系統(tǒng)兩部分組成。機(jī)架部分由工作臺(tái)、可拆卸護(hù)欄、內(nèi)外鉸板、底座、支撐腿、腳輪等構(gòu)件組成，液壓控制系統(tǒng)由動(dòng)力油缸、恢復(fù)彈簧、腳踏柄、上工作油缸、下工作油缸、油管和集成底座組成。上工作油缸和下工作油缸通過橡膠油管連通組成分體式工作液壓缸，如圖3所示。

圖1 升降平臺(tái)整體組成[3]

圖2中液壓控制系統(tǒng)的動(dòng)力油缸和上工作油缸通過底座連接固定在工作臺(tái)上，上工作油缸與下工作油缸通過橡膠油管連通，下工作油缸的柱塞通過銷軸與肋板鉸接，肋板固定在上固定軸上，上固定軸與上內(nèi)鉸板固定連接；下工作油缸缸體端與肋板鉸接，肋板固定在下固定軸上，下固定軸兩端裝有滾輪，滾輪可沿底座導(dǎo)軌槽前后滾動(dòng)。動(dòng)力油缸外部套接恢復(fù)彈簧，活塞桿與腳踏柄鉸接，腳踏柄同軸鉸接于支撐座上。上內(nèi)、外鉸板與工作臺(tái)連接的方式為：上內(nèi)鉸板右端通過安裝了軸承的滾輪與平臺(tái)底部的導(dǎo)軌槽配合，滾輪在導(dǎo)軌槽中左右移動(dòng)以實(shí)現(xiàn)鉸架帶動(dòng)平臺(tái)的上下升降；上外鉸板左端鉸接于工作臺(tái)底部。下內(nèi)、外鉸板與底座連接的方式為：下內(nèi)鉸板左端鉸接于底座左端；下外鉸板右端通過安裝了軸承的滾輪與底座導(dǎo)軌槽配合，滾輪在導(dǎo)軌槽中左右移動(dòng)以實(shí)現(xiàn)鉸架帶動(dòng)平臺(tái)的上下升降。

為了保證升降平臺(tái)安全可靠工作，工作臺(tái)前后設(shè)計(jì)有可拆卸護(hù)欄；底座上的腳輪選擇超級(jí)橡膠腳輪，保證其承重和降低移動(dòng)噪聲，其中前2個(gè)為定向輪，后2個(gè)為帶剎車裝置的萬向輪；另外，均布于底座四角設(shè)計(jì)有可調(diào)安全支撐腿，結(jié)構(gòu)如圖1放大圖A所示，各支撐腿可根據(jù)地形情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，以防移動(dòng)或側(cè)翻，保證工作安全。

1.3 升降平臺(tái)工作原理

平臺(tái)的升降是通過下工作油缸柱塞的伸縮運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。上驅(qū)動(dòng)式分體液壓缸，當(dāng)腳踏踏柄時(shí)，動(dòng)力油缸活塞桿被壓回液壓缸；腳抬起時(shí)，在恢復(fù)彈簧作用下，活塞桿伸出液壓缸。如此周期循環(huán)，下工作油缸柱塞不斷克服負(fù)載伸出，推動(dòng)內(nèi)外鉸板沿鉸鏈旋轉(zhuǎn)，平臺(tái)起升；卸荷時(shí)，在重力作用下柱塞回程，鉸板沿鉸鏈回旋，平臺(tái)下降。由前述的連接方式得，與較板連接的滾輪將沿導(dǎo)軌槽左右滾動(dòng)，帶動(dòng)工作臺(tái)上升或下降，起到升降重物的作用。

2 液壓升降平臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 液壓系統(tǒng)原理

液壓控制系統(tǒng)原理圖如圖2所示，系統(tǒng)動(dòng)力元件參考液壓千斤頂選用動(dòng)力液壓缸（圖2，3-動(dòng)力油缸）。系統(tǒng)工作原理是：動(dòng)力油缸在外力作用下活塞上移時(shí)，缸內(nèi)體積增大，油箱中的油液在大氣壓力作用下打開單向閥被壓入動(dòng)力油缸內(nèi)，完成吸油；外力作用下活塞下移時(shí)，壓縮油液賦予其壓力能，同時(shí)打開單向閥進(jìn)入工作油缸，完成壓油，壓力能轉(zhuǎn)換成勢(shì)能舉升重物對(duì)外做功。如此周期循環(huán)，實(shí)現(xiàn)重物的不斷提升。溢流閥保證系統(tǒng)不超過各元件額定壓力，起到安全保護(hù)的作用。卸荷時(shí)，打開卸荷閥，此時(shí)油箱與工作油缸相通，液壓油壓力為0，在重物自重作用下，平臺(tái)下降。節(jié)流閥用于保證卸荷時(shí)工作臺(tái)緩慢下降到位，重物不會(huì)因快速下降而損壞元件。

圖2 液壓系統(tǒng)原理圖

2.2 上驅(qū)動(dòng)式分體液壓缸內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

綜合升降平臺(tái)工作需求以及對(duì)單人操作滿足單人高空作業(yè)的使用要求，根據(jù)液壓系統(tǒng)控制原理設(shè)計(jì)了一種上驅(qū)動(dòng)式分體液壓缸，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，各部分結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于原理圖中的元件。

上驅(qū)動(dòng)式分體液壓缸創(chuàng)新之處：（1）針對(duì)上驅(qū)動(dòng)需求，工作油缸分體式設(shè)計(jì)，上工作油缸和下工作油缸通過橡膠軟油管連通；（2）采用兩圓管套接的方式將油箱和上工作油缸一體化設(shè)計(jì)，減小體積空間；（3）動(dòng)力油缸、上工作油缸和油箱通過集成化底座連接。

2.3 上驅(qū)動(dòng)式分體液壓缸工作原理

液壓控制系統(tǒng)的工作過程如圖3所示，平臺(tái)在最低位置時(shí)，踩下腳踏柄，動(dòng)力油缸活塞桿下壓，活塞壓縮缸內(nèi)油液，賦予油液壓力能，壓力油打開單向閥一進(jìn)入上工作油缸并通過橡膠油管進(jìn)入下工作油缸，推動(dòng)下工作油缸柱塞伸出，壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，推動(dòng)平臺(tái)上升。松開腳踏柄，恢復(fù)彈簧彈力使動(dòng)力油缸活塞上提，動(dòng)力油缸下腔壓力減小，油箱中油液打開單向閥二進(jìn)入動(dòng)力油缸補(bǔ)油。不斷踩踏，周期循環(huán)，平臺(tái)逐漸升起，下工作油缸傾角不斷增大；工作臺(tái)升到最高位置，即柱塞缸的柱塞達(dá)到最大伸出行程，停止上升，此時(shí)整個(gè)液壓系統(tǒng)為保持壓力的階段；旋轉(zhuǎn)卸荷閥手輪，平臺(tái)下降，上工作油缸與油箱相通，缸內(nèi)壓力減小，在平臺(tái)自重和卸荷閥節(jié)流口作用下，柱塞緩慢平穩(wěn)回程，液壓缸傾角減小，最后停止在最低點(diǎn)，升降平臺(tái)的整個(gè)工作周期完成。

圖3 上驅(qū)動(dòng)式分體液壓缸結(jié)構(gòu)圖[4]

3 液壓升降平臺(tái)實(shí)物

為了驗(yàn)證并優(yōu)化升降平臺(tái)的性能，與泰興市優(yōu)特佳液壓機(jī)械廠合作制造了平臺(tái)實(shí)物，如圖4所示。實(shí)踐結(jié)果表明：升降平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)，使用性能符合客戶需求，可以推廣應(yīng)用，但機(jī)身輕巧性方面還存在繼續(xù)優(yōu)化的空間。

圖4 升降平臺(tái)實(shí)物

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的上驅(qū)動(dòng)式剪叉液壓升降平臺(tái)采用上驅(qū)動(dòng)式分體液壓缸驅(qū)動(dòng)，單人操控滿足單人高空作業(yè)需求，無需電源，輕巧便攜無需電源，剪叉式結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)不占空間，適用于日常生產(chǎn)生活中的多種高空作業(yè)場(chǎng)合，提高了勞動(dòng)效率，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。經(jīng)樣機(jī)試產(chǎn)后，各項(xiàng)性能均滿足客戶需求。