【文章內(nèi)容簡介】 式機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，工程性太強(qiáng)，理論研究沒有深度等原故，對(duì)其展開深入研究的研究人員不多，所收集到的研究文獻(xiàn)也偏少 ， 東南大學(xué)的劉樹青、王興松等人設(shè)計(jì)了一種剪式結(jié)構(gòu)并對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行了模態(tài)分析與仿真 ，其文獻(xiàn)為劉樹青，王興松，朱正龍發(fā)表的《 一種剪式可展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與動(dòng)力學(xué)分析 ，機(jī)械設(shè)計(jì)， 2021， 28(10)： 5560》 ； 昆明理工大學(xué)的孫東明等人對(duì)所研制對(duì)稱驅(qū)動(dòng)的重載剪叉式機(jī)構(gòu)進(jìn)行了受力和承載能力分析 ，由孫東明，董為民，李珊發(fā)表的《 對(duì)稱驅(qū)動(dòng)的重載剪叉式升降平臺(tái)的設(shè)計(jì)．機(jī)械設(shè)計(jì)與制造， 2021， (6)：2324》 ；蘭州理工大學(xué)鄭玉巧等人對(duì)剪叉式液壓升降臺(tái)的液壓缸的位置進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) ，由鄭玉巧，張堆學(xué)，毛建軍等發(fā)表的《 剪叉式升降臺(tái)液壓缸位置參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 》 。 手動(dòng)液壓小推車的的發(fā)展現(xiàn)況呈上升趨勢，在市場上的銷售商家逐漸增多，但小推車的用途卻 局限于工廠的生產(chǎn)車間和倉庫等室內(nèi)場所，現(xiàn)在市面上所見到的小推車由幾種不同形式的升降機(jī)構(gòu)，如下圖所示： ） 圖（ 1） 型號(hào) zw51552 單剪 額定載重（ kg） 300～ 1000 臺(tái)面最高高度 1000mm 臺(tái)面最低高度 280～ 410mm 小車自重（ kg） 65～ 113 整車尺寸 1070～ 1350mm 優(yōu)點(diǎn)：體積小，運(yùn)動(dòng)靈活方便 缺點(diǎn)：起升高度范圍小 4 / 37 圖（ 2） 圖（ 3） 型號(hào) TF40 額定載重（ kg） 400 臺(tái)面起升高度 1100～ 1500mm 臺(tái)面最低高度 90mm 整車自重（ kg） 90～ 110 優(yōu)點(diǎn)：起升高度范圍大，輕便 缺點(diǎn)：占用空間大，不方便攜帶 名稱 戶外搬運(yùn)車 額定載重（ kg） 1500 貨叉最高高度 740mm 貨叉最低高度 240mm 整車自重（ kg） 192 整車尺寸（ mm） 1378*1605*1270 優(yōu)點(diǎn)：越野能力強(qiáng)，適合戶外搬運(yùn) 缺點(diǎn)：體積大，起升高度范圍小，笨重 5 / 37 圖（ 4） 圖（ 5） 型號(hào) ZW51582 雙剪 額定載重（ kg） 350～ 1000 臺(tái)面最高高度 1300～ 1700mm 臺(tái)面最低高度 390～ 500mm 小車自重（ kg） 175～ 334 型號(hào) QSDA 額定載重（ kg） 300～ 1500 貨叉起升高度 800mm 貨叉最低高度 85mm 整車自重（ kg） 105～ 125 整車總長 1515mm 優(yōu)點(diǎn)：貨叉可下降到最低高度，方便卸載 缺點(diǎn)：前輪太小，只適合平整地面運(yùn)輸 6 / 37 二、 剪叉式手動(dòng)液壓小推車設(shè)計(jì)步驟 載荷 300kg 快遞貨物一般密度小，重量輕，所以額定載荷一般只需 300kg 臺(tái)面尺寸（長 *寬） 1245*700mm2 根據(jù)快遞員卸貨情況和 雜亂的 場合，需要 小推 車 活動(dòng)靈活，所以要窄一點(diǎn)，為了一次性運(yùn)輸更多的貨物，臺(tái)面稍微長一點(diǎn)， 另一方面是根據(jù)剪叉式支撐架的長度設(shè)計(jì) 垂直行程 950mm 在 從物流貨車當(dāng) 卸載貨物時(shí)需要將平臺(tái)升高，需要幾乎與物流貨車平齊，所以這個(gè)垂直行程是根據(jù)貨車的貨箱高度確定的 最低高度 135mm 最低高度越低越有利于從小推車上卸載貨物，但是考慮到小車前輪高度，所以最低只能是 前輪直徑高一定啊。 內(nèi)支架長度 1150mm 支架長度根據(jù)起升高度而定， 寬度根據(jù)平臺(tái)寬度確定 外支架長度 1150mm 前輪和后輪 直徑 125mm 采用市場上銷售的聚氨酯橡膠車輪，耐磨、耐油、硬度適中、行駛無噪聲，而且直徑較大有助于室外凸凹不平地面的行駛和運(yùn)輸，具備一定越野功能 機(jī)構(gòu)組成 傳動(dòng)部分 液壓傳動(dòng)，剪叉式升降機(jī)構(gòu) 動(dòng)力部分 手動(dòng)液壓泵 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 液壓缸 7 / 37 三、剪叉式升降機(jī)構(gòu)的模型建立和力學(xué)分析 油缸布置方式 剪叉式支撐梁參數(shù)設(shè)定 由 液壓缸驅(qū)動(dòng)的剪叉 式 升降平臺(tái)主要 構(gòu)件有： 升降 平臺(tái)、支撐梁 、液壓缸、滾輪和通軸。 剪叉式升降機(jī) 液壓缸布置方式是將液壓缸的活塞桿及缸底分別鉸接在內(nèi)外剪叉 式支撐 梁上，當(dāng)活塞桿伸出時(shí)，兩個(gè)剪叉 式支撐 梁的夾角 增大 ，使剪叉梁上端靠攏并 使平臺(tái) 上升，從而 可以 達(dá)到推動(dòng) 載運(yùn) 平臺(tái)上升的目的。 首先 剪叉升降平臺(tái) 的 液壓缸 的 缸徑 需要通過 平臺(tái) 載荷 計(jì)算來確定 ，在調(diào)試過程中 通過手動(dòng)增大液壓系統(tǒng)的油壓來 增大 液壓缸的活塞推 動(dòng)力，直到能夠頂起上文中所規(guī)定的載荷。 圖 1 剪叉式升降平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡圖 如圖 1 所示 此 裝配 方式適用于液壓缸布置空間狹小 的剪叉式機(jī)構(gòu)，且可以在很大程度上降低剪 叉 式 機(jī)構(gòu)的初始高度 ，有利于裝卸貨物，接下來的任務(wù)就是根據(jù)兩個(gè)支撐架的尺寸以及上文提供的額定載荷確定液壓缸的精確位置和液壓缸的推力，從而確定液壓缸的缸徑和手動(dòng)液壓泵的相應(yīng)參數(shù)，以及對(duì)支撐架進(jìn)行力學(xué)分析確定支撐架 的具體尺寸和材料。 （ 1） 剪叉式升降平臺(tái)載荷為 W=2940 N 8 / 37 （ 2）兩個(gè)剪叉式支撐梁中間位置用鉸鏈聯(lián)接，在分析過程中為已知條件，為了方便計(jì)算，用 l來表示剪叉式支撐梁長度的一半。 （ 3）液壓缸在剪叉式支撐梁的布置位置 將 液壓缸 活塞桿與剪叉 支撐 梁 EC 的 鉸 鏈聯(lián) 接 位置 A 與兩個(gè)剪叉 式 支撐梁鉸接 中心 位置 O 的距離 設(shè) 為 a ，將液壓缸底 鉸鏈 與剪叉 式 支撐 梁 BD 鉸鏈聯(lián)接 位置 G 與兩個(gè)剪叉 式 支撐 梁 鉸鏈聯(lián)接中心 位置 O 的距離 設(shè) 為 k 。 （ 4）剪叉 式 支撐梁 與水平方向的夾角 設(shè)剪叉 式 支撐梁與水平方向的夾角為α。 α =sin。1 ?2?? （ 1） 圖 2 剪叉式機(jī)構(gòu)參數(shù) （ 6）液壓活塞缸與水平方向夾角 設(shè)液壓活塞缸與水平方向夾角為 θ 。 過 A點(diǎn)和 G點(diǎn)分別作垂直和水平放向的輔助線，可以得出： tan?? = （ ??:??） sinα（ ??。??） cosα（ 2） ?? = tan。1（ ??:????。??tanα） （ 3） （ 7）活塞桿鉸鏈聯(lián)接點(diǎn) A 與剪叉式支撐梁滾輪 D 連線 AD 與剪叉式支撐梁 BD的夾角 9 / 37 設(shè)活塞桿鉸鏈聯(lián)接點(diǎn) A與剪叉式支撐梁滾輪 D連線 AD 與剪叉式支撐梁 BD的夾角定義為 γ 。過 A 點(diǎn)和剪叉式支撐梁 BD作垂直輔助線，可以得出： sin?? = ??sin2α?? （ 4） ?? = sin。1（ ????sin2α） （ 5） （ 8） A 點(diǎn)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向與 A 點(diǎn)活塞桿速度方向的夾角 設(shè) A 點(diǎn)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向與 A 點(diǎn)活塞桿速度方向的夾角為 η ，由圖 2 分析可得： η =??2 ?（ ??+?????） （ 6） （ 9）剪叉式支撐梁滾輪 D 與活塞桿 鉸 鏈聯(lián) 接 點(diǎn) A 連線 AD 的長度 設(shè)剪叉式支撐梁滾輪 D 與活塞桿 鉸 鏈聯(lián) 接 點(diǎn) A 連線 AD 的長度為 d， 在三角形 ODA 中 ，由 余弦定理可得： d= √2??????????2?? +??2 +??2 （ 7） 小結(jié) ：在此節(jié)中所推倒的公式中將用于 節(jié)中 的計(jì)算，因?yàn)樵谠诠街薪嵌圈翞槲粗獢?shù)，只由通過 節(jié) 的分析才能確定這個(gè)角度 剪叉式升降平臺(tái)載荷分析 圖 3 剪叉式支撐梁機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析 10 / 37 如圖 3 分析可得，先假設(shè)整個(gè)剪叉式機(jī)構(gòu)處于平衡狀態(tài)，而且假設(shè)鉸鏈和滾輪的約束處于理想條件。 臺(tái)面載荷 W為已知條件，液壓缸活塞桿的推力 P 和液壓缸尾部對(duì)剪叉式支撐梁的壓力 F為整個(gè)系統(tǒng)的 主動(dòng)力 ，另外，推力 P 與 F 互為作用力與反作用力。 根據(jù)虛位移定理：作用于質(zhì)點(diǎn)系的所有主動(dòng)力在任何虛位移中所作虛功的和等于零。 [1] 如下： ∑（ ???????????? +???????????? +????????????） =0 (8) 由上圖所示，以 A 點(diǎn)為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，則有： ?????????? +?????????? ??????????? ??????????? ????????? = 0 (9) 由圖中分析可知： ???? = ??????????,???? = ?????????? ① ???? = ??????????,???? = ?????????? ② ???? = (?? ???)cos??,???? = (?? +??) ?????? α ③ ???? = 2?? ?????? α ④ ???? = (?? ???)cos??, ???? = (?? ???) ?????? α ⑤ 偏微分運(yùn)算后可得 ?????? = （ ?????） ?????? α??α ?????? = (?? +??)cos????α ?????? = 2??cos?? ??α ?????? = ?(?? ???) ?????? α??α ?????? = (?? ???)cos?? ??α 將上式代入式中整理后可得 P= 2????????????(??。??)???????? ?????? ??:(??:??)????????????????（ 10） = 2??????????????sin(??:??):??sin(??。??) (11) 在這個(gè)剪叉式支撐梁中液壓缸的布置方式的課題上蘭州理工大學(xué)的齊文虎 11 / 37 對(duì)液壓缸驅(qū)動(dòng)的剪叉式升降平臺(tái)液壓 推力 缸布置方式 和位置從多個(gè)方面和角度進(jìn)行 了設(shè)計(jì)和 優(yōu)化 [2]，我參考了其優(yōu)化方案，他分別從升降平臺(tái)起升速度的平穩(wěn)性、載運(yùn)平臺(tái)的起升高度和范圍的角度進(jìn)行了優(yōu)化分析，根據(jù)其 優(yōu)化結(jié)果選擇了最佳的油缸布置方式，確定了 a 和 k 的值，這樣便能確定油缸所需的最大推力，從而可以確定液壓缸的尺寸和手動(dòng)液壓泵的相關(guān)參數(shù)，從優(yōu)化結(jié)果分析后，選擇a=10mm， k=35mm，則 設(shè)液壓缸尾部與剪叉式支撐梁的夾角為 φ， 由圖中關(guān)系可得 ∠??=sin。1 ????????2??√??2:??2。2??????????2?? 根據(jù) (11)式就是活塞推力與平臺(tái)載荷的關(guān)系式，在平臺(tái)載荷 W 不變的情況下液壓活塞桿推力 P 與 α、 θ角度有關(guān)，其主要關(guān)系就是隨著 h 的變化而隨之變化，另外，液壓缸與支撐梁裝配的位置 a、 k 的大小也會(huì)對(duì)活塞桿的推力產(chǎn)生一定的影響。 由上述推論結(jié)果知，可以通過改變液壓缸與支撐梁的鉸接位置來改變活塞推動(dòng)力。 由計(jì)算公式 (11)可以得出，而且代入 W=， l=1150mm， a=110mm，k=396mm 即可得到： F= 1150??0????????110??????(??:??):396??????(??。??) (12) 其中： ??0 = ??1 +??2 ??1—— 舉升載荷 ??2—— 平臺(tái)自重 F—— 作用于 A、 G 兩銷軸的油缸推力 小結(jié) ： 由 的分析可知 當(dāng) α = 176。， θ=19176。 φ = 176。，且 ??0=2940N，將這些數(shù)據(jù)代入 (12)式中計(jì)算 F= 11502940??????176。110??????(19176。:176。):396??????(19176。176。)=27100N (13) 則液壓缸所需最大推力為 27100N 剪叉式升降機(jī)構(gòu)隨高度變化的載荷 當(dāng)載荷一定的情況下，載運(yùn)平臺(tái)在不同高度下所需液壓缸的推力也不同， 但是在正常情況下很難測的，而且條件不允許，但是為了選擇合理的參數(shù)便能選擇 12 / 37 最佳的液壓缸布置方式，如果選擇軟件來模擬本次試驗(yàn)便能得出想要的數(shù)據(jù)， 根據(jù)查閱的資料， 蘭州大學(xué)的齊文虎通過動(dòng)力學(xué)分析得出 了剪叉式升降機(jī)構(gòu)隨高度增加與所需液壓缸推力的 相應(yīng)的系，然后求出函數(shù)關(guān)系式，應(yīng)用 MATLAB軟件 ，根據(jù)編寫的程序，模擬出了在整個(gè)升程范圍內(nèi)不同高度時(shí)所需液壓缸的不同推力，并且描繪了曲線 [2]， 由圖中可以得出， 無論液壓缸布置情況如何，這幾條曲線都有一個(gè)共同的規(guī)律， 隨著載運(yùn)平臺(tái)的高度不斷升高，所需的液壓缸驅(qū)動(dòng)力就不斷變小， 這樣就可以根據(jù)曲線來確定所需推力最大時(shí)的 α和 φ的值，就可以根據(jù)公式 (13)求出 F的最大值，隨后就可以確定液壓缸尺寸和手動(dòng)液壓泵的相關(guān)參數(shù)，如下圖 a 所示 圖 a 觀察圖 a 中曲線可知，當(dāng) 載運(yùn)平臺(tái)處于最低位置時(shí)所需液壓缸推動(dòng)力最大，所以 ，根據(jù)這個(gè)結(jié)論可以計(jì)算出 最低位置時(shí)的 α和 φ的值， α = 176。， θ=19176。 φ = 176。 將角度代入公式 (12)，可以得出 F= KN 剪叉式支撐梁的力學(xué)分析 這個(gè)機(jī)構(gòu)在升降運(yùn)行中，液壓油缸為主動(dòng)件。先對(duì)剪叉式支撐梁進(jìn)行具體的機(jī)構(gòu)分析，整個(gè)升降機(jī)構(gòu)很簡單，是一