剪叉式液压升降台的设计计算.pdf

剪叉式液压升降台的设计计算 曾午 平 太原科 技 大 学 卫 良保 太 原0 3 0 0 2 4 摘要 通过分析 ，将剪叉式液压升降台按 其结构划分 成不 同的组件模块 ，推导建立 各模块求 解计算 的理 论表达式，使结构整体计算得以简化，并用实例进行验证。 关键词 液压升降 台；设计计算 ；组件模块 中图分类号 T H 2 1 1 ． 6 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 0 O 1 0 0 2 0 0 3 Abs t r ac t The p a p e r di v i de s s c i s s o r s h y d r a u l i c l i f t i nt o d i f f e r e n t c o mp o n en t mo d ul e s a c c o r di n g t o i t s s t r u c t ur e， a n d d e ri v e s t h e t h e o r e t i c a l e x p r e s s i o n s f o r e a c h mo d u l e ， ma k i n g t h e e n t i r e s t ruc t u r a l c a l c u l a t i o n s i mp l i fi e d ． F i n a l l y i t v e r i fi e s t h i s me t h o d by e x a mp l e ． Ke y wor ds h y dr a u l i c l i f t ；d e s i g n a nd c alc u l a t i o n；c o mp o ne n t mo d u l e 剪叉式液压升降 台不仅广泛应用于仓库 、机 场、车站 、码头 和工 厂等地 的货 物起升、装卸及 搬运作业 ，而且适用 于各类工程 的高空 维护与维 修。因此从 过去 引进技术 的合 资生产 到现在 自主 品牌的国产化发展迅速。但 产品开发 中由于设 计 计算方法不尽完善而导致产 品笨重或过于精减引 发安全事故。本 文针对剪叉 式液压 升降台的构造 特征，分析机构受力特点 ，总结 出共性组件模块， 推演出普遍适用的设计计算方法。 1 结构特征分析 剪叉式液压升降 台的结构 型式多种多样 ，从 低起升到高起升 ，组成剪叉臂 杆的数 目多 ，液压 缸的布置形式多样。但不论何 种形式 ，其 主要 由 底座 、液压缸支 承的起升工作 臂架和承载平 台 3 部分组成 ，且 为中心对称结 构。分析液压缸支承 的起升工作臂架 ，总体是依起升高度按基本构件 组合而成的多层结构的受力体。如 图 1所示 的单 侧剪叉 臂架 按液压 缸层 数可 看成 1液压缸 推 3副剪 叉的 3层结构。因此通过归纳各种形式 的液压剪 叉升降台，依对称性按液压缸推动剪叉数量均可 划分为 1液压缸推动 1副剪叉 、1液压缸推动 2副 剪叉和 1液压缸推动 3副剪叉 的 3种基本构件组。 这种模块化 的结构共性特征为程序化规范 的设计 2 椭 圆形 截 面是 八 边 形 截 面 的演 化 ，具 有 很好的抗屈曲能力 ，所 以吊臂 自重得到 了大大 的 减少 ，吊臂材料得到了更充分 的应用。 3 有限元优化 吊臂 间的连接关 系的处理 ， 对优化结果精度影响很大 ，本文用 自由度耦合是 符合实际的。 参考文献 [ 1 ]王金诺，于兰峰 ． 起重运输机金属结构 [ M]．北京 中国铁道出版社 ，2 0 0 2 ． [ 2 ]黄文培，于兰峰，黄洪钟 ．铁路救援起重机箱形伸缩 臂的优化设计 [ J ]．起 重运输 机械，2 0 0 0 1 1 4． 一 2 0 一 [ 3 ]张质 文 ，虞 和 谦 ，王 金 诺 ，等 ．起 重 机 设 计 手 册 [ M]．北京 一 中国铁道出版社 ，1 9 9 8 ． [ 4 ]康 海波 ．基于 A N S Y S的大吨位 回转铁 路起 重机 吊臂结 构分析 与研究 [ D]．成都 西南交大 出版社 ，2 0 0 4 ． [ 5 ]王立彬 ，彭 培英 ，靳慧 ，等 ．铁路 起重机伸 缩臂模糊 可靠性分析 [ J ]．起重 运输机 械，2 0 0 3 9 1 2 1 5． [ 6 ]刘永 ． N S 1 0 0 G T型 1 0 0 t 伸缩臂式铁路起重机的设计 [ J ]．铁道车辆 ，2 0 0 5 ，4 3 9 ． 作 者曾宪渊 地 址 成都西南交通大学机械工程研究所 邮 编 6 1 0 0 3 1 收稿 日期 2 0 0 9 0 21 1 起重运输机械 2 0 1 0 1 计算方法奠定 了基础 ，也为计算机编程实 现 自动 化设计提供 了便利。 图 1 剪又式液压升降台结构示意图 1 ．平 台2 ． 起升 工作臂3 ． 底座 2数学模型的建立 2 ． 1 单液压缸推动 1副剪叉数学模型 如图 2所示 ，HG表示起升液压缸 ，该结构主 要用于低起 升 的单 层升 降 台，是最 简单 的形式 。 建立以固定支点 A为 坐标原点 的直角坐标系 ，计 算图中关键点 G、H、0、W 的虚位移 。 图 2 单液压缸推动 1副剪叉数学模型 A x H 一A Hs i n aAa，A y HA Hc o s a Aa G - A O s i n a A c O G s i n c A a，△ y G D G c o s △ Ayw ABc o s aAa AyoAOc o s aAa 列虚 功方 程 一 P A y wF c o s O t 卢 A x cF s i n O ／ ／ 3 A y G F c o s O ／ △ H F s i n ／ 3 A y HP 3 A y 0 0 1 P ABc o s o t ‘ - A O s i n O G s i n x c o s c t D G c o s o t s i n t x ／ 3 一 P 3 x A O c o s a 2 A s i n c 0 s 卢一 月 ． c o s s i n 卢 - 式中P 0 ． 5 0 ． 6 P 0 ． 5 P 2 P 举升载荷 起重运输机械 2 0 1 0 1 P ， 平 台自重 P 组件模块 自重 卜作用 于 G、H 2销轴 的液压缸推力 2 ． 2 单液压缸推动 2副剪叉数学模型的建立 如图 3所示 下端耳环分别标记为 、 ，上 端耳环分 别标记 为 G 、， 其 中 i 是液压缸 的数 量 ，下端耳环 的长度 为 z 。 ，上 端耳环长度 为 z ， 以 A点为坐标原点 ，A B为 轴 ，A C为 y轴建立 直 角 坐 标 系 ，求 得 各 关 键 点 的 坐 标 表 示 及 虚 位 移 。 图3 单液压缸推动 2副剪叉数学模型 L c 咖6 c 唧 i n _6s ．， L c 咖 6 c 一l 1 c o s q 1 一 ‘， ， s i n 一6 s i n f 。 s i n 一 G ／x L 一 口 c 。 G 打 2 i - 1 L s in a 一 。 s in 口 一 。 C O S f 2 c 。 s I iy 2 一 1 L s in ～ 。 sin 1 2 s i n 2 a Y 阢 2 i L s i n a A y 髋 2 i L c o s aAa △ 卜 s in 6 s in a s in 一 】 △ [ C O S -- 6 C O S -- f 1c o s 卜 s in in a [ C O S -- 6 c 0 s ] △ 各层剪叉 自重作用点坐标变化 A y 用 2 i 一1 L c o s o t A o t 在 I 点处 ，X方 向微位移与 X、Y微位移的合 位移之间的夹角为 卢 ；J 点处 X方 向微位移与 X、 Y方 向微位移的合位移之间的夹角为 ，则 t a 一 t l , c o s C O S O ／ b C O S D ／C O S 一O ／ - 一 一 一 】 一 一 s i n 一b s i n o t l 1 s i n l O t 列虚功方程 一 P A y 一∑P 3 A y 丹 ∑F c o s fl A x I 1 i1 ∑F s i n fl A y 一∑F c o s i A x i 1 l 一 ∑F s i n iA y 0 3 1 当 n1时 ，为液压缸推动 2副剪叉 ；当 n 2 时，为 2液压缸推动 4副剪又 。 2 ． 3单液压缸推动 3副剪叉数学模型的建立 同单液压缸推动 2副剪 叉 ，由虚功原理可 以 推导 出公式 图4 单液压缸推动 3副剪叉数学模型 一 P A y 一∑P 3 A y 丹 ∑F c o s fi A x I 1 0 1 ∑F s i n ／3 A y 一∑F c o s i A x l 1 ￡ I 一 ∑F s i n i A y 0 4 i l 由式 4 可以求 出液压缸 的推力 F 。当 n1时 一 2 2 一 为单液压缸推动 3副剪叉 ；当 凡2时为 2液压缸 推动 6副剪又。 ’ 3 应用实例 以 3个液压缸推动 9副剪叉为例 ，介绍按上述 计算公式的求解和校核。 1 基本参数额定 载荷 Ql t ，上平 台自 重 5 5 0 k g ，上平台最低高度 2 5 2 3 ． 7 6 m m，上平台 最大高度 1 9 4 2 2 ． 1 7 m m，剪叉与 轴的原始角O ／ 5 ． O 3 。 ，剪臂长度 L3 2 0 0 m m，上耳环 的长度 f 3 0 0 m m，安装角度 5 0 。 ，安装点距离剪叉臂杆中 点 1 3 0 0 m m，下端耳环长度 z 3 0 0 m m，安装角 度 5 0 。 ，安装点距离剪叉臂中点 1 3 0 0 a m。 2 计算将基本参 数带人 到计算公式 中可 以求得 F 2 0 0 4 1 ． 0 3 N，通过分析各杆组 的受力 ， 可 以得到 各铰 点处 的受力 FA F卧 3 8 75 N FM y--FN 一3 8 7 5 N F 3 9 8 2 2 ． 8 69 N FD 2 0 5 72 ． 21 N Fc 一7 2 7 4 6 ．3 4 9 N Fc 1 5 7 2 9 ． 3 6 N Fo 1 一3 9 8 2 2． 8 6 9 N Fo 1 一2 4 4 4 7． 21 N 4 结束语 本文通过对剪叉式 液压升降 台结构 分析 ，建 立 了符合结 构特征的基本组件模块 ，用虚功原理 的理论推导方法 ，给出 了各组件模块的求解计算 表达式 ，使看似复杂 的剪叉式液压升降 台结构设 计计算大为简化 。以此 为基础编制 了通用 的 C A D 软件 ，实现了三维结构的实体仿真 。 参考文献 [ 1 ]李廉锟主编 ．结构力学 [ M]．北京 高等教育出版 社 ，2 0 0 4 ． [ 2 ]唐朝明．剪叉式液压升降平台的设计 J ]．机车车辆 工艺 ，1 9 9 5 3 ． [ 3 ]苏翼林主编 ．材料力学 [ M]．天津 天津大学出版 社 ，2 0 0 1 ． [ 4 ]卫良保，陶元芳，王鹰 ．液压升降平台机构有限元分 析计算 f J ]．建筑机械，2 0 0 3 1 0 ． 作 者 曾午平 地 址山西省太原市太原科技大学 6 3 0信箱 邮 编 0 5 0 0 2 4 起重运输机械 2 0 1 0 1