臂架式升降工作平臺(tái)平衡重與覆蓋件設(shè)計(jì)研究

胡 斌/HU Bin

（江蘇柳工機(jī)械有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

1 臂架式升降工作平臺(tái)

臂架式升降工作平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱“臂車”）是一種用來運(yùn)送人員、工具和材料到指定位置進(jìn)行工作的設(shè)備。臂車主要由行走機(jī)構(gòu)、伸展機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、平衡重系統(tǒng)、工作平臺(tái)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電氣設(shè)備等組成[1]，廣泛應(yīng)用于工廠車間、廣場(chǎng)、大堂、機(jī)場(chǎng)、園區(qū)等有高空作業(yè)需求的場(chǎng)合，如裝運(yùn)貨物、高空維修保養(yǎng)等等。它使高空作業(yè)效率更高，安全得到更高保障。

2 平衡重的作用

臂車在空載和滿載的時(shí)候，臂車都是不平衡的，存在較大彎矩?？蛰d時(shí)產(chǎn)生后傾彎矩，整個(gè)臂車后壓。臂車在滿載的時(shí)候，產(chǎn)生前傾彎矩，整個(gè)臂車前壓[2]。因此，平衡重的作用為避免臂車后傾和前壓的風(fēng)險(xiǎn)。

平衡重多為鑄件，其主要作用在于平衡以下兩方面情況：一方面，當(dāng)臂車的工作平臺(tái)在滿載作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的彎矩，使前傾力矩保持在合理的范圍內(nèi)；另一方面，當(dāng)臂車的工作平臺(tái)在空載時(shí)產(chǎn)生的彎矩，使后傾力矩保持在合理的范圍內(nèi)。從而減少負(fù)載力矩對(duì)臂車的作用，使臂車產(chǎn)生的應(yīng)力保持在安全范圍之內(nèi)。

平衡重的覆蓋件多為鈑金件，主要用于對(duì)平衡重內(nèi)置控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)的保護(hù)。

3 平衡重與覆蓋件的關(guān)系

平衡重為鑄造件，其形狀復(fù)雜且制造精度較低。而覆蓋件為鈑金件，多為折彎或沖壓成型，也同樣存在一定的制造誤差。當(dāng)在整車裝配中，二者之間會(huì)出現(xiàn)裝配偏差，增加返工次數(shù)，降低裝配效率。因此，覆蓋件在與平衡重的連接方式應(yīng)適當(dāng)簡(jiǎn)化。

平衡重對(duì)整車外觀的呈現(xiàn)效果起到舉足輕重的作用。平衡重相對(duì)于覆蓋件而言，其更容易達(dá)到各種復(fù)雜造型的外觀效果。而覆蓋件受限于成本等因素，制作相對(duì)簡(jiǎn)單，只能考慮相對(duì)簡(jiǎn)單的造型。因此，覆蓋件在外觀方面的作用應(yīng)當(dāng)弱化。

4 平衡重與覆蓋件的設(shè)計(jì)研究

4.1 冗余設(shè)計(jì)

冗余設(shè)計(jì)是指在系統(tǒng)或設(shè)備完成任務(wù)起關(guān)鍵作用的地方，增加一套以上完成相同功能的功能通道、工作元件或部件，以保證當(dāng)該部分出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)或設(shè)備仍能正常工作，減少系統(tǒng)或者設(shè)備的故障概率，提高可靠性[3]。

平衡重與覆蓋件的制造精度都較低，如何降低產(chǎn)品的制造偏差對(duì)裝配的影響是一個(gè)重要的研究問題。而利用冗余設(shè)計(jì)的方法應(yīng)用于某一款臂車產(chǎn)品的平衡重系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，對(duì)此設(shè)計(jì)問題的解決起到很好的效果。

在一款平衡重系統(tǒng)的產(chǎn)品中，考慮在覆蓋件與平衡重的裝配方式中采用了冗余設(shè)計(jì)手段（圖1），設(shè)計(jì)人員考慮到在覆蓋件和平衡重的實(shí)際裝配難度，在覆蓋件具備豎向位置調(diào)節(jié)功能的情況下，增加一套平衡重的橫向調(diào)節(jié)安裝腰型孔以便完成與覆蓋件的裝配。

圖1 采用冗余設(shè)計(jì)的覆蓋件與平衡重

在實(shí)際裝配中，由于制造偏差帶來的裝配困擾無處不在，所以設(shè)計(jì)人員在覆蓋件的安裝孔采用豎向腰型孔的設(shè)計(jì)便于覆蓋件的豎向調(diào)節(jié)，同時(shí)在配重預(yù)埋板的安裝孔采用橫向腰型孔便于橫向調(diào)節(jié)，采用螺栓和板簧螺母的連接方式，有效地優(yōu)化了裝配方式，縮短了裝配時(shí)間。

4.2 容差設(shè)計(jì)

由于在生產(chǎn)過程中不能做到完全精確，就需要規(guī)定指標(biāo)允許有一定的容許范圍，即容差。

容差設(shè)計(jì)是基于損失模型法穩(wěn)健設(shè)計(jì)的最后一個(gè)階段，其主要目的是協(xié)調(diào)質(zhì)量特性波動(dòng)與增加制造費(fèi)用之間的關(guān)系，以獲得高質(zhì)量與低成本的最新產(chǎn)品。將模糊數(shù)學(xué)中的綜合評(píng)判方法應(yīng)用于容差設(shè)計(jì)中，以解決多性能指標(biāo)的容差設(shè)計(jì)。[4]

在臂車產(chǎn)品中，平衡重在達(dá)到平衡整車穩(wěn)定性的同時(shí)，需內(nèi)置體積較大的液壓和控制系統(tǒng)，并且設(shè)計(jì)人員需要同時(shí)考慮液壓和控制系統(tǒng)的維護(hù)便捷性。這一因素就會(huì)要求平衡重的開口和覆蓋件的覆蓋面積進(jìn)一步加大，從而增加了平衡重與覆蓋件的設(shè)計(jì)難度和裝配難度。如圖2 所示就是一款開口大的平衡重系統(tǒng)，容差設(shè)計(jì)的思想應(yīng)用于此產(chǎn)品起到了較好的效果。

圖2 開口大的平衡重系統(tǒng)

平衡重的覆蓋件與其貼合平面有4 個(gè)，其中有3 個(gè)安裝平面之間存在角度差異，設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮到兩者在實(shí)際制造中都會(huì)產(chǎn)生無規(guī)律的偏差情況。因此，本方案設(shè)定了3 個(gè)誤差容許范圍，如圖2 所示，誤差容許范圍一為覆蓋件的3 處設(shè)計(jì)折彎R 角遠(yuǎn)和平衡重的設(shè)計(jì)鑄造R 角，覆蓋件的設(shè)計(jì)折彎R 角遠(yuǎn)大于平衡重的設(shè)計(jì)鑄造R 角。誤差容許范圍二為左右方向的裝配預(yù)留間隙。誤差容許范圍三為前后方向的裝配預(yù)留間隙。如此設(shè)計(jì)就可以大大降低制造誤差帶來的現(xiàn)場(chǎng)返工，從而提升裝配效率，且不影響外觀效果。

4.3 平衡重及其覆蓋件的外觀設(shè)計(jì)及研究

平衡重的外觀設(shè)計(jì)多為曲面設(shè)計(jì)，覆蓋件在完成覆蓋作用的同時(shí)，不能影響配重的整體外觀。

目前覆蓋件與平衡之間的覆蓋方式有3 種：貼合覆蓋、齊平覆蓋、下沉覆蓋。

1）貼合覆蓋 貼合覆蓋為覆蓋件直接貼合于配重表面的一種裝配方式，如圖3 所示，覆蓋件直接利用螺栓連接于配重表面。此裝配方式外觀效果和制造精度要求均尚可，但若平衡重與覆蓋件的制造存在較大偏差，則無法貼合，且存在較大間隙，最終無法達(dá)到理論的外觀設(shè)計(jì)效果。

圖3 貼合覆蓋

2）齊平覆蓋 齊平覆蓋的裝配方式為覆蓋件與平衡重裝配后形成無差別的一體，如圖4 所示，即覆蓋件的所有平面的平衡重的平面在裝配后是齊平的。此裝配方式雖然可以達(dá)到較好的外觀效果，但對(duì)平衡重的鑄造以及覆蓋件的制造精度要求較高，在實(shí)際生產(chǎn)中，此方式無疑會(huì)產(chǎn)生較高的制造和裝配成本。

圖4 齊平覆蓋

3）下沉覆蓋 下沉覆蓋的裝配方式為覆蓋件下沉與平衡重進(jìn)行裝配，如圖5 所示，即平衡重設(shè)計(jì)出臺(tái)階，而覆蓋件裝配于此臺(tái)階上。因?yàn)榕_(tái)階的表面被覆蓋件遮蔽，所以其被排除于外觀面以外，從而降低了平衡重在此處的鑄造精度要求。此方式即容易達(dá)到理論設(shè)計(jì)的外觀要求，又能完成高效地完成裝配任務(wù)。

圖5 下沉覆蓋

5 結(jié)語

臂架式升降工作平臺(tái)的平衡重與覆蓋件的設(shè)計(jì)及研究，是對(duì)2 種有互補(bǔ)互助要求的物件如何在制造工藝、外觀效果、裝配方式等方面有效融合的研究。

如今，市場(chǎng)消費(fèi)群體對(duì)各行各業(yè)產(chǎn)品外觀的要求日漸提升。外觀是客戶考察產(chǎn)品時(shí)的第一感受，并深刻影響著客戶對(duì)產(chǎn)品的印象。而平衡重作為臂架式升降工作平臺(tái)的重要組成部分，一般位于整車行駛方向的最前方“C 位”，起到提升整車“門面”的作用。

因此，平衡重和覆蓋件已不僅起到平衡臂架式升降工作平臺(tái)整車穩(wěn)定性和內(nèi)置電氣液壓系統(tǒng)的作用，也擔(dān)負(fù)著整車“顏值擔(dān)當(dāng)”的重任。