【導(dǎo)讀】工作性能和使用壽命。本文采用傳統(tǒng)力學(xué)計(jì)算方法和有限元分析方法，按照實(shí)際空間。的需要設(shè)計(jì)出了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修、操作方便的自行式液壓剪叉式自動(dòng)控制升降平臺(tái)。結(jié)合實(shí)際安裝的空間，液壓缸選定合適的布置方式。利用傳統(tǒng)的力學(xué)分析，對(duì)其起升。機(jī)構(gòu)建立力學(xué)模型，分析計(jì)算各剪叉桿的內(nèi)力。按照強(qiáng)度理論進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)和校核剪。叉桿、橫梁、平臺(tái)臺(tái)面，并選擇合適的材料。

　　

【正文】 限元分析可以確定，通過(guò)選擇殼單元Elastic 4node63進(jìn)行計(jì)算，然后確定常數(shù)，鋼板的后度 設(shè)為 5mm；材料屬性為，彈性摸量和泊松比，其中彈性模量 E=? 510 Mpa， 泊松比 ?? 。下一步進(jìn)行網(wǎng)格 劃分，確定邊界條件施加約束和力，施加外力是，進(jìn)行分析結(jié)果如下圖： 19 圖 36 ANSYS受力分析圖 從圖中可以看出，鋼板的最危險(xiǎn)點(diǎn)的變形最大只有 5mm,從實(shí)際上基本看不 到有變形，可以達(dá)到實(shí)際的要求，滿足實(shí)際的需要。 剪叉臂的選擇與校核 剪叉臂是整個(gè)機(jī)構(gòu)能夠準(zhǔn)確運(yùn)行的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，對(duì)平臺(tái)的升降起著支撐的作用，對(duì)平臺(tái)縱向穩(wěn)定性也有一定的影響。因此對(duì)剪叉臂的設(shè)計(jì)必須滿足具有抗彎、抗拉的功能，選擇合適的材料必須對(duì)其強(qiáng)度、剛度進(jìn)行校核評(píng)價(jià)。 根據(jù)設(shè)計(jì)，剪叉式升降平臺(tái)是靠液壓缸的舉升力來(lái)推動(dòng)剪叉臂變幅，達(dá)到 升降的目的；而油缸主要是固接在內(nèi)叉臂的一側(cè)，使內(nèi)叉臂所承受的力比較大。因此內(nèi)叉臂不僅受有叉臂之間相互擠壓力，而且還受來(lái)自油缸舉升力的直接作用。在校核其強(qiáng)度時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)選擇具有最危險(xiǎn)工況的內(nèi)叉臂桿進(jìn)行計(jì)算。從上面對(duì)剪叉臂進(jìn)行受力分析，我們知道，外剪叉臂桿之間還存在著強(qiáng)大的相互拉伸的作用力。中間的外叉臂桿距離油缸的連接點(diǎn)最近，它的兩端所受到來(lái)自油缸推力的影響也是最大的，對(duì)外叉臂的拉伸作用很明顯，使中間外叉臂處于拉伸最危險(xiǎn)的工況，在進(jìn)行校核研究時(shí)不能夠忽略。 從圖（ 31），（ 32）的結(jié)構(gòu)分析和受力模型分析可知 ，內(nèi)叉臂受到的 20 橫向力較大，對(duì)上下兩個(gè)內(nèi)叉臂的進(jìn)行力學(xué)分析；分別計(jì)算平臺(tái)在最低位置時(shí)，其上段中點(diǎn)的橫向位移和下段中點(diǎn)的橫向位移。如下圖 （ 37） 和 （ 38）所示： 3 9 . 18 6 3 N p αN 1 1 β 圖 37 上內(nèi)叉臂受力分析 如圖 （ 37） 所示，先根據(jù)力學(xué)模型計(jì)算出合力 pN 和 11N 的方向與內(nèi)叉桿的角度。計(jì)算結(jié)果是： 1 5 14. 8 20. 45? ? ?? ? ? ? ?； ? 11N 使內(nèi)叉臂上段中心上移，上移量為 1kY ；在油缸推力的作用下 K點(diǎn)的下移量為 2kY ， K點(diǎn)總的下移量為 ： 21K K KY Y Y?? （ 312） 由圖 （ 37） ，使用疊加法，將原載荷系統(tǒng) 分別分解為： 1 1NBkb圖 38 分解圖 由《材料力學(xué)》張良成主編 表 4— 1得 10 3. 27 4 65 .6 34 16 8. 88xyI I I? ? ? ? ? （ 313） 11311 c o s ( )128KK N L bvY EI?? （ 314） 21 查《機(jī)械零件手冊(cè)》周開勤主編 表 2— 4 得碳鋼彈性模量 E=200— 220，取E=210. ?? （ 315）222 2si n( ) ( ) 17082 si n( ) 64 210 lNfvY EI? ?? ? ?? ? ? ???（ 316） 則 12 K KY Y Y? ? ? （ 317） 由以上計(jì)算可知 80?60?5矩形管作為上叉臂桿是有足夠的剛度可以滿足要求，下面進(jìn)一步校核是否滿足下叉臂桿的剛度。 N 1 9 N pαβ 圖 39： 下內(nèi)叉臂受力分析 同樣根據(jù)力學(xué)模型計(jì)算得出 19 ? , 11b? ????。 19N 使內(nèi)叉臂上段中點(diǎn) K下移，下移量為 1KY ,在油缸推力作用下， K點(diǎn)的上移量為2KY， K點(diǎn)的總移量： 12123 3192 2sin( ) 277 85 sin( 20. 45 ) 26 128 128 210 168 .88sin( ) 134 97 sin( 14. 8 ) 06 2664 64 210 168 .88K K KKpKY Y YN b lYEIN b slYEI??????? ? ???? ? ?? ? ??? （ 318） （ 319） 12 K KY Y Y? ? ? 從以上進(jìn)一步的計(jì)算可知： 80 60 ?? mm矩形管作為剪叉臂桿有足夠的剛度但結(jié)合材料節(jié)省方面 , 80 60 ?? mm矩形管過(guò)大 ,應(yīng)當(dāng)選擇慣性矩小的鋼管 現(xiàn)所設(shè)定的矩形鋼管慣性矩為 cm? 比例系數(shù)為4 5 .3 70 .9 3KHn Y? ? ?(其中 H 為所允許的最鋼管大彎度 )取 4n? 則可得 22 41 6 8 .8 8 4 2 .2 24O II cmn? ? ?因此可選用截面慣性矩不小于 4cm 規(guī)格的矩形鋼管 ,經(jīng)查表選用規(guī)格為 6 0 4 0 4mm mm mm??的矩形鋼管為剪叉桿 ,它的慣性矩為 cm? ,可計(jì)算出此時(shí) K點(diǎn)處的最大位移量為 mm? 剪叉臂滿足了抗彎性能，但是在承受最大拉力的外叉臂是否能承受住抗拉的性能，對(duì)于所選的矩形管還不能確 定，尚需進(jìn)一步驗(yàn)證確定其材料。如下圖所示為承受拉力最大的外剪叉臂桿的受力分析圖 K 2 0K 1 9K 1 3K 1 4K 1 1K 1 2ABC2 0 . 31 0 . 2 8 圖 310：承受拉力最大的外剪叉臂桿的受力分析圖 20 4c o s 2 7 6 9 6 c o s ( 5 . 6 5 ) 2 0 . 31 2 . 3 5 6 1 0AB K M p aA ?? ???? ? ?? （ 320） 2 0 1 4( ) c o s 1 0 .2 8BC KK M p aA ?? ??? （ 321） 假設(shè)安全系數(shù)為 ，則許用拉應(yīng)力 29. 73AB M pa??? ? ? ，材料 45鋼的抗拉強(qiáng)度為 600Mpa，屈服極限為 355 Mpa，滿 足要求 (6),由圖 2即 ,剪叉臂力學(xué)模型知 ,鉸 支座 承受 豎直 向下 的力 5F ,又 3 1225FN? 4 1225FN? 562077F F N?? 、 校核支座的抗壓性 23 5 2077 2 .0 7 7 [ ] 1 6 01 0 5 2 2F M p a M p aA??? ? ? ? ??? （ 322） 所以可用 . 校核剪叉臂尾部受到銷軸背離剪叉臂的拉力時(shí) ,尾部是否有被拉裂的危險(xiǎn) .經(jīng)計(jì)算知 19K 20K 作用的鉸鏈點(diǎn)受力最大 221 9 1 9 2 0 27785N K K N? ? ? 與剪叉臂軸線方向相同的力的大小為 1 9KK2 0aa 圖 311： 19K 20K 作用鉸鏈點(diǎn)受力分析圖 20c os si n 1927561 F a k a kNNN? ? ? ???? （ 323） 、剪 叉臂尾部拉斷條件 由于銷軸的剪切強(qiáng)度已校核過(guò) ,此處不在計(jì)算 ,只需檢驗(yàn)剪叉臂尾部的最小厚度 S=8mm 的拉斷條件 24 圖 312：剪叉臂尾部薄弱環(huán)節(jié)受力簡(jiǎn)圖 實(shí)際受力如圖中弧線所示 ,為計(jì)算方便 ,設(shè) 軸的下半部分受力均勻 ,則此時(shí)產(chǎn)生的左右橫向拉力要比實(shí)際情況下大 ta n ( ) 2 7 7 7 9 .6ii FN?? ??? 可估算12 1 3 8 8 9 .82FF F N? ? ? 此時(shí)校核剪叉臂尾部的最小厚度 S=8mm 的抗拉強(qiáng)度 1 1 3 8 8 9 .8 2172 8 4F M p aA? ? ? ??? （ 324） 取安全系數(shù) [ ] 2 3 71 .5s Mpa?? ?? （ 325） 所以 []??? 可用 液壓缸支撐臂的校核 25 14 5 176。 圖 313液壓缸支撐臂受力簡(jiǎn)圖 當(dāng)初始位置時(shí) 0003481 90 si n( ) 48 10 10KPY m m???? ? ? ? ? ? ?????? ? ? ? （ 326） 滿足剛度要求 當(dāng)最高位置時(shí) , 39。 0 0 0 01 ( 90 45 ) ? ? ? ? ? 39。11? ?? 又 39。pp? 所以此時(shí)支撐臂變形量小于 液壓缸驅(qū)動(dòng)剪叉式機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 液壓缸驅(qū)動(dòng)剪叉式機(jī)構(gòu)具有噪聲小、行程大、舉升力大、落下后自身高度小的特點(diǎn)，工作時(shí)平穩(wěn)可靠。內(nèi)裝式液壓缸剪叉式機(jī)構(gòu)將動(dòng)力變?yōu)闄C(jī)構(gòu)內(nèi)力，解決了將液壓缸直立放置或水平放置所帶來(lái)的各種缺陷，此內(nèi)裝式液壓缸剪叉式結(jié)構(gòu)的整體緊湊，對(duì)降低平臺(tái)的安裝高度起到了重要的作用。本節(jié)對(duì)內(nèi)裝式液 壓缸驅(qū)動(dòng)的剪叉式機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，推導(dǎo)出液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)速度與剪叉機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系式，通過(guò)平臺(tái)的速度穩(wěn)定性，理論上可以檢驗(yàn)所設(shè)定的油缸速度正確性。 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 26 如 下 圖所示，為了計(jì)算分析簡(jiǎn)單，把液壓缸的兩個(gè)接點(diǎn)簡(jiǎn)化為與剪叉臂相連接，桿 BC與水平方向夾角為 ? ，油缸軸線與水平方向的夾角設(shè)為 ? ，則此時(shí)對(duì) ? 進(jìn)行求解，可根據(jù)計(jì)算公式 : 39。 ( 2 ) s inta n ( ) c o slfsfs ?? ???? ? （ 327） βαA BCDFEGHQPNd 2d 1θ φ 圖 314機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析簡(jiǎn)圖 根據(jù)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡，假設(shè)桿 BC繞固定點(diǎn) B旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)的角速度為 ? 且 AD=BC=CF=DE=GH=EH=HP=GQ C點(diǎn)的瞬時(shí)速度為 cVl??? （ 327） C點(diǎn)的上升瞬時(shí)速度為 cos ( )cyVl??? ? ? （ 328） 假設(shè) C點(diǎn)固定，則 CF桿繞 C點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度也為 ? ， 39。FVl??? ，上升瞬時(shí)速度則為 39。 cos ( )FyVl??? ? ? ；同理假設(shè) F點(diǎn)固定，則 GF繞 F點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度也為 ? ，39。GVl??? ，上升瞬時(shí)速 度為 39。 cos ( )GyVl??? ? ? ； 同理 39。pVl??? ， 39。 cos ( )pyVl??? ? ? ；平臺(tái)相對(duì)于 B點(diǎn)的瞬時(shí)速度，即 P點(diǎn)相對(duì)于 B點(diǎn)的瞬時(shí)速度， 27 39。 39。 39。 39。 4 c os ( )P F y P y Cy G yV V V V V V l ??? ? ? ? ? ? ? ? ?臺(tái) 面 則： 4 cos( )Vl? ?? ??臺(tái) （ 329） 根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析可求得 M點(diǎn)的瞬時(shí)速度 : ( 2)MV s l ?? ? ? （ 330） M點(diǎn)沿著液壓缸的軸線方向的瞬時(shí)速度為： 1 c o s( 9 0 ) ( 2 ) sin ( )MMV V s l? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 331） N點(diǎn)的瞬時(shí)速度 :N點(diǎn)的速度是由同時(shí)繞 B,C ,F 三點(diǎn)旋轉(zhuǎn)合成的速度，根據(jù)圖 314可以分別求出 N繞 B,C ,F 三點(diǎn)的分速度，然后合成就可以得到 N點(diǎn)的速度。其旋轉(zhuǎn)角速度均為 ? ，因此首先需要求出 BN和 CN長(zhǎng)度值，分別設(shè)為1d和 2d ， 在三角形 BFN中， 2NF l f??。 2 sin( )BF l ?? 。 N F與 BF的夾角為 90? ?? 則 221 ( 2 ) ( 2 sin ( ) ) 2 ( 2 ) ( 2 sin ( ) ) c o s( 9 0 )d l f l l f l? ? ? ?? ? ? ? ? ? （ 332） 在三角形 NGC中， 2GN f l?? 。 2 sin( )GC l ?? ； GN與 GC的夾角為 90 ??? 。 則 222 ( 2 ) ( 2 sin ( ) ) 2 ( 2 ) ( 2 sin ( ) ) c o s( 9 0 )d l f l l f l? ? ??? ? ? ? ? ? （ 333）在三角形 BMN中，由正弦定理可得， 1 2sin ( ) sin ( )d sl? ? ???? （ 334） 在三角形 CMN中，由正弦定理可得， 2 2s in (1 8 0 ) s in ( )d ls? ? ?? ???? （ 335） N點(diǎn)的瞬時(shí)速度可根據(jù)上式進(jìn)行計(jì)算， 1 1 2c os( 90 ) c os( 90 ) ( 2 ) c os( 90 )NV d d l f? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? （ 336）