剪叉式升降台液压缸布置的运动学及动力学分析

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剪叉式高空作业平台力学分析与油缸安装铰点位置优化

剪叉式高空作业平台力学分析与油缸安装铰点位置优化剪叉式高空作业平台是用途十分普遍的高空作业设备。

它独特的剪叉机械结构,能使提供给工作人员施工作业的平台始终与地面保持水平,且承载能力强,稳定性较高。

随着剪叉式平台向着节能、提高能量利用率方面发展, 因此对降低油缸工作时的最大推力、减少剪叉机构受力的研究显得尤为关键。

本文研究在液压缸的布置不发生干涉的前提下, 对油缸的铰点安装位置进行优化并进行实物试验验证, 从而减少油缸的最大推力和提高工作平台举升时的上升平稳性。

主要研究内容及成果如下:(1) 通过对剪叉式平台进行运动学分析, 得到了工作平台上升速度的参数表达式, 在驱动液压缸速度为恒速的条件下,掌握了影响平台上升平稳性的相关参数。

对剪叉式平台的油缸进行力学分析, 得到影响油缸推力的油缸位置安装参数;对剪叉机构各铰点位置进行受力分析, 得出各组剪叉杆各铰接孔受力情况。

⑵根据剪叉机构基于AMESin软件建立其仿真模型,得到剪叉机构动态举升过程, 运行仿真后剪叉结构的性能参数以及某些参数的变化曲线, 包括平台的上升速度变化曲线、油缸举升推力曲线等。

(3) 通过理论推导与仿真分析分别在液压油缸不发生干涉的情况下, 以减少油缸最大推力为目标对油缸安装铰点位置进行优化, 得到合理的油缸安装位置参数; 通过液压测试仪测量油缸活塞在优化前后的推力变化曲线,对优化所得曲线进行验证,吻合良好,证明了优化方案的合理性。

⑷采用ANSYS Workbenc软件对优化后的改变油缸安装铰点位置的剪叉臂组进行静力学与疲劳寿命分析, 确定了结构应力集中和最大疲劳损伤的发生区域对剪叉臂的疲劳寿命进行估算, 针对于剪叉臂疲劳寿命薄弱区域进行了结构改进为剪叉臂的设计提供了参考依据以上研究成果已成功取得优化方案的预期效果, 并在实物测试试验进行验证此方案将为结构更复杂的双油缸剪叉式平台优化提供参考依据。

剪式液压升降台设计及油缸推力的确定

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｂｒｉｅｌｙｆｏｕｔｌｉｎｅｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ａｎｄｔｈｅｔｈｒｕｓｔｆｏｒｃｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅ
维修尉没备。从剪叉的水平布置可分
为单组剪叉和多组剪叉，多组剪又一般用于台面宽大而起升高度不高的情
图１单层单组剪叉液压升降台简图
况。剪式液压升降台属于连杆结构，
固定撑臂与移动撑臂长度相同，０点为撑臂长度的中点。固定撑臂下端
在设计过程中要求尺寸紧凑，起升质在Ｂ点与底座铰连，移动撑臂上端在Ｄ点与工作台面铰连。固定撑臂与移动撑量大，有一定的设计难度。臂通过铰支轴在０点铰接，形成剪叉，可绕铰支轴旋转。两个油缸左右对称
ｈｙｄｒａｕｌｉｃｌｉｔｉｆｎｇｐｌａｔｆｏｒｍ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒａｕｌｉｃｌｉｔｉｆｎｇｐｌａｔｆｏｒｍ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ；ｔｈｒｕｓｔｆｏｒｃｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ
剪式液压升降台设计及油缸推力的确定
李茂春
上海人造板机器厂有限公司，上海２０１８０５
摘要：简要介绍了剪式液压升降台的结构、工作原理以及推力的设计计算方法。关键词：剪式液压升降台；结构及原理；推力计算中图分类号：ＴＳ６６４文献标志码：Ｂ文章编号：１６７３ — ５０６４（２０１３）０８ — ００１８ — ０３

剪叉式升降平台工作原理

剪叉式升降平台工作原理剪叉式升降平台可分为:固定式，移动式，牵引式。

移动式升降平台升降动力为手动或电动，具有移动灵活、结构稳固、升降平稳、操作方便、载重量大等特点。

剪叉式升降平台主要用于物流行业、生产流水线，地下室到楼层之间的货物举升、装卸，也可用于升降舞台、升降操作台等，锡泽机电此产品具有结构稳固、故障率低、运行可靠、安全高效、维护简单方便。

固定式升降平台是一种升降稳定性好，是一款适用范围广的货物举升设备，主要用于生产流水线高度差之间货物运送；物料上线、下线、工件装配时调节工件高度，高处给料机送料，大型设备装配时部件举升，大型机床上料、下料；仓储装卸场所与叉车等搬运车辆配套进行货物快速装卸等。

移动式升降平台是用途广泛的高空作业作业专用设备。

它的剪叉机械结构，使升降台起升有较高的稳定性，宽大的作业平台和较高的承载能力，使高空作业范围更大、并适合多人同时作业。

它使高空作业效率更高，安全更保障。

主要用于车站、码头、桥梁、大厅、厂房室内外机械安装、设备维修、建筑保养。

牵引式升降平台采用外来动力做牵引，利用三相电源或柴油机做动力，移动方便快捷，适用于远距离作业，主要用于石油、电力、城建、邮电等行业野外高空作业。

此三种剪叉式升降平台工作原理为：剪叉式升降平台是靠剪刀式支承架的展开与折叠来完成货物平台的升降，其动力是通过油缸的伸缩来推动剪刀的展开与折叠，由于油缸的伸缩速度是由油泵的流量决定的，一般在设计油缸速度时速度很慢，其速度为200mm/分钟，且与油缸相连的进油管直径为Φ6mm。

油管断裂，液压油也只能从Φ6mm的进油口回油,所以下降速度也是很慢，因此不会造成破坏与损失。

具体如下：在控制系统的控制下，电动机带动液压泵的工作，液压泵将电动机转化的机械能转化为液体的压力能。

通过液体作用在液压缸上，然后由液压缸转化为机械能作用在剪叉机构上。

通过剪叉机构将机械能作用在升降平台上，最终转化为物体的势能或动能，实现将人或重物举升或下放的功能。

剪叉式液压升降台液压工作原理

剪叉式液压升降台液压工作原理说到剪叉式液压升降台，可能大家脑袋里第一个浮现的画面就是那种能把东西升得老高的机器，简直像是把一个巨大的“天梯”塞进了工地或者仓库里。

你看，干活的地方就像战场，升降台就像是那种能够帮助你轻松跨越各种障碍的超级助手，绝对是“老板的得力小帮手”。

你别小看它，虽然看上去就像是一个铁皮做的“平地升高器”，可它的工作原理可是相当“高深莫测”的，今天就让我们来拆解一下，这个大家日常看到的神器究竟是怎么在背后默默使劲的。

先说说，什么叫“剪叉式”？它其实就是那种上面和下面各有两个支架，这支架就像是“剪刀”一样，一开一合，形成一种交叉的结构。

哎，你想啊，两个叉子就能支撑起整个升降台，神奇不神奇？像一个巨大的剪刀，每次升降的时候，叉子都在“啪啪啪啪”地动，帮助升降台升得又稳又高。

也就是说，液压升降台的这个“剪叉式结构”，可以帮助它在有限的空间内做出很大的动作，省空间又不占地儿，简直就是一个“空间魔术师”。

液压工作原理到底怎么运作呢？其实说白了，就是通过液压油的压力，推动升降台的上下运动。

就好比你用手推一个很重的东西，手臂使劲儿，可是液压系统就像是你手臂的“外挂”，能把那股劲儿放大，帮你轻松搬动上千斤的重物。

液压泵就像一个“水管工”，把液压油推送到液压缸里，压力一加，升降台自然就往上升。

就这么简单，升降台瞬间就能把你手里那堆重物抬得高高的，像“飞”一样。

说到这里，估计你也能感受到这“升降”背后的力量了吧，真是“无声胜有声”，不费吹灰之力。

你可能会想，这液压系统那么强大，升高后它会不会就一不小心“瘫痪”了？放心吧，剪叉式液压升降台可不是那么容易被“打倒”的。

升降台上有着非常精准的控制系统，就算液压系统再强大，控制系统也会保证升降的稳定性。

举个例子，就像你骑着自行车爬坡，脚踏在踏板上很费劲，可你会发现，骑上去之后脚踏车会有个“缓冲”，不至于让你一口气喘不上来。

这些精准的设计和配件的协调配合，才是让升降台即使在高压下依然能稳定运行的原因。

剪叉式液压升降台的有限元分析

剪叉式液压升降台的有限元分析剪叉式液压升降台是通过液压系统来实现货物起降及搬运的专用设备，其不仅广泛用于厂房维护、工业安装、设备检修物业管理，而且适用于仓库、航空、机场、港口、车站、机械、化工、医药、电子、电力等高空设备安装和检修。

剪叉式液压升降台的结构形式多种多样，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，其主要由底盘、剪叉机构和工作平台三部分组成，并为中心对称结构[1]。

剪叉机构是升降平台不可或缺的部件之一，因而，剪叉机构的强度及几何尺寸必须合理才能使液压升降平台具有整体的可靠性，从现场剪叉机构的断裂位置来看，其主要损坏部位主要集中在剪叉臂中间销轴的部位[2]。

所以本文先对剪叉臂进行强度分析，然后对简化剪叉式升降台进行模态分析，分析其固有频率和振型，为剪叉式液压升降台的优化和结构设计及维护使用提供参考。

ANSYS Workbench 是ANSYS 公司开发的新一代协同仿真环境，具有协同仿真、项目管理，支持CAD-CAE 间的双向参数传输功能和自动识别复杂装配件接触关系等优点[3]。

本文将在SolidWorks 软件里建立的三维实体模型保存为Parasolid 文件，然后将Parasolid 文件导入ANSYS Workbench 软件，导入后对其进行单元属性、划分网格、施加约束、求解等，建立有限元分析模型。

1 有限元模型建立剪叉臂和升降台模型分别由图3和图4所示。

图3 剪叉臂模型图4 简化升降台模型Fig.3 Model structure of scissor arms Fig.4 Simplified model structure of lifting platform2.1 剪叉臂的应力分析剪叉臂既要承载工作载荷，又要平台自重，所以其受力最大[4]。

现对剪叉臂施加约束如下：D 处限制所有自由度，O 处销轴两个端面施加17779.06OX F N =和4268.38OY F N =，C 处施加1715C F N =。

剪叉式升降机构动力学仿真分析.doc

剪叉式升降机构动力学仿真分析(夭汉理工大学汽车工程学洗，犬汉430000)摘要：升降平台在工业的各领域受到广泛应用，它是由平面单级单剪机构组合而成，该机构由五个刚体组成，文章以平面单级单剪机构为研究对象，应用动力学理论基础分析出该机构的运动学，利用笛卡尔广义坐标系，建立雅克比方程，推导出运动学的位移、速度、加速度方程。

最后利用多体动力学软件ADAMS 建立仿真模型并对运动过程进行仿真，得出关键部件的运动图线和升降平台的高度变化关系曲线。

关键词：平面刚体；雅克比方程；运动学；Adams;仿真引言剪叉机构由两根中间用枢轴连接，可在平而内相互转动的剪杆组成，每根剪杆乂町以认为由两段一端较接和•端固接的梁单元连接而成。

剪杆作为机构折叠变化的对彖，较点约束剪杆的变化，折輕过程既剪杆国绕狡点旋转，最后达到指定位宣，从而完成一个折叠过程。

剪叉式升降台主要由底座、图2驭叉机构的简化运动模熨系统的坐标数为n=3N=15,图中连杆BE为连杆AD为B2，滑块B为B3,滑块D为B4,杆ED 为B5。

系统中转动饺4个，滑移餃2个，A端有x 和y向的绝对位置约束。

所以整个系统的主约束方程个数S=14,自由度为6 = 15-14 = lo剪叉机构和工作台三个部分组成，其中剪叉机构是剪叉式升降台的主体，也是主要承力构件。

剪叉式升降台按驱动形式主要分为液乐式和电机式驱动。

文章主要以简化后的平面剪叉机构为研究对象，进行运动学分析，求解该机构的位移、速度、加速度约束方程叭图1的叉式升降半台1.运动学分析以单片剪叉式升降台为研究对象，如图2所示，分析滑块B水平速度、升降平台ED的垂直速度。

该运动机构由五个刚体组成，N=5,公共基的基点取在A点。

Hi Ba Bpi 类 a P?T d? P c1 (r)2 0 0 1 0 02 (r) 5-A■ 1-？03 (r) 3 0 0 1 T 04 (r) 4 0 0 2h o■5 (t) 5 0 0 10 4 0 0 106 (ax) 2■0 7 (ay) 2一也0■08 (ay) 3 —x30 09 (a(p) 3 0 根据连体基9狡的位豐，町以得到约束方程的参数表如下：由笛卡尔坐标系表示法表示坐标阵为[q] = ([qi]T + [qJ T + [qJ T + [04卩 + SJ)，其中[qd =<h)]T, i = 1,23,4,5采用局部分析方法依次建立每个约束的约束方程，对于刚体1和2之间的旋转铁有约束方程组:[0T = [r Q ]-[r 訂 + [A«][pJ]-[Aq[p p p ] = 0 (1) 即：画弋H ；：MH 沪貯；：】"对局部约束方程(1)求导得其雅克比：[0；]=([I]2 [H[A ・][P ：P] -[I]2 -ffl[A p ][p p q )[0J] = O⑵其中[0』<|I]2 [l][A*][P ；p ])=[；1 匕 3何4(-uh -m[Aq(P ；p ])=[J ； g雅克比右项：[0i t ] = 0[応]JA ・][P ；P][詆卜[A 叫P ；P][4>^] = 0(3)刚体1和5之间的旋转副有:对％、q?关于t 求偏导得到雅克比矩阵:[0^3J = [J ? ol11—10 —sin <l>ih 0 -1— — cos <t>xz得到该约束的雅克比右项：[05tl = 0M] =[A 叫卅][詆卜叶][咐][矶]得到该约束的雅克比右项:[0； J = 0U 12 - h k 2 p COS 5 + y ^"psincbizz刚体1和3之间的旋转副有:得到该约束的雅克比右项:[Y ：] “AQ P F][詆卜約[P j][词cos <t> 2 -sin” 打 sin <t> 3 cos <t> 3 ] cos <t> x-sin 4>x l sin <l>x cos 4*!] » x 3 -X x U1一 y COSy 3 -yil x ..— —sin 2h2 0cos<t>5 sin <t>5—sin <t> 51 COS <l> 5 ]cosG 丄 -sin <t> X 1 [sin ♦x cos iCOS <t> 1-y 4>；sin% 刚体2和4之间的旋转副有：肉赵：田囂：将上式对于q 】、qs 求偏导得到雅克比矩阵:1 0[0；qJ =0 1[0；qJ =0 亍 sin4>I 3-1-ysin 一 sin <t>4lroicos <t>4 ] lol心][士—sin 4> ° cos 。

气液动剪叉式升降平台运动受力分析及其应用

2、液压系统
2、液压系统
液压系统为气液动剪叉式升降平台提供动力，通过液压缸和液压马达等元件，将压力能转化为机械能，推动平台升降。液压系统的稳定性和可靠性直接影响到平台的运行性能。因此，在设计和使用过程中，要充分考虑液压元件的选型、液压管道的布局、液压油的污染控制等因素。
1、工业生产
1、工业生产
运动受力分析
1、重力
1、重力
在气液动剪叉式升降平台中，重力是最主要的受力因素。平台及负载的重力通过剪叉机构的支撑臂传递到液压缸，进而影响平台的升降平稳性和稳定性。在设计和使用过程中，应充分考虑负载的重力分布和大小，以及由此产生的惯性力和离心力。
2、摩擦力
2、摩擦力
摩擦力是指平台运动过程中所受的阻力和摩擦阻力。主要包括轴承摩擦、液压缸活塞摩擦等。摩擦力的存在会阻碍平台的运动，导致能量损失和运动精度下降。因此，减小摩擦力是提高平台性能的重要手段。可以通过选用高精度轴承、降低液压缸内泄漏等方法来减小摩擦力。
剪叉式液压升降平台的设计主要包括结构设计和液压系统设计两部分。
1、结构设计
1、结构设计
剪叉式液压升降平台的结构主要由底座、剪叉臂、升降平台等部分组成。其中，剪叉臂是平台的支撑结构，通常采用高强度钢材焊接而成，具有良好的刚性和稳定性。升降平台采用优质钢板焊接而成，表面喷涂防锈漆，具有良好的防锈性能和使用寿命。此外，平台底部安装有滚轮，可以在导轨上自由滑动，方便平台的升降。
3、空气阻力
3、空气阻力
在高速运动或室外环境中，空气阻力会对平台产生较大的影响。空气阻力与平台的速度、形状、高度等因素有关。为了减小空气阻力，可以优化平台结构、降低速度或者采取其他避风措施。
1、电控系统

剪叉式液压升降机设计解读

剪叉式液压升降机设计解读1.前⾔1.1课题研究的⽬的和意义升降机是⼀种升降性能好，适⽤范围⼴的货物举升机构，可⽤于⽣产流⽔线⾼度差设备之间的货物运送，物料上线，下线，共件装配时部件的举升，⼤型机库上料，下料，仓储装卸等场所，与叉车等车辆配套使⽤，以及货物的快速装卸等。

它采⽤全液压系统控制，采⽤液压系统有以下特点：（1）在同等的体积下，液压装置能⽐其他装置产⽣更多的动⼒，在同等的功率下，液压装置的体积⼩，重量轻，功率密度⼤，结构紧凑，液压马达的体积和重量只有同等功率电机的12%。

（2）液压装置⼯作⽐较平稳，由于重量轻，惯性⼩，反应快，液压装置易于实现快速启动，制动和频繁的换向。

（3）液压装置可在⼤范围内实现⽆级调速，（调速范围可达到2000），还可以在运⾏的过程中实现调速。

（4）液压传动易于实现⾃动化，他对液体压⼒，流量和流动⽅向易于进⾏调解或控制。

（5）液压装置易于实现过载保护。

（6）液压元件以实现了标准化，系列化，通⽤化，压也系统的设计制造和使⽤都⽐较⽅便。

当然液压技术还存在许多缺点，例如，液压在传动过程中有较多的能量损失，液压传动易泄露，不仅污染⼯作场地，限制其应⽤范围，可能引起失⽕事故，⽽且影响执⾏部分的运动平稳性及正确性。

对油温变化⽐较敏感，液压元件制造精度要求较⾼，造价昂贵，出现故障不易找到原因，但在实际的应⽤中，可以通过有效的措施来减⼩不利因素带来的影响。

1.2国内研究状况及发展前景我国的液压技术是在新中国成⽴以后才发展起来的。

⾃从1952年试制出我国第⼀个液压元件——齿轮泵起，迄今⼤致经历了仿制外国产品，⾃⾏设计开发和引进消化提⾼等⼏个阶段。

进年来，通过技术引进和科研攻关，产品⽔平也得到了提⾼，研制和⽣产出了⼀些- 1 -具先进⽔平的产品。

⽬前，我国的液压技术已经能够为冶⾦、⼯程机械、机床、化⼯机械、纺织机械等部门提供品种⽐较齐全的产品。

但是，我国的液压技术在产品品种、数量及技术⽔平上，与国际⽔品以及主机⾏业的要求还有不少差距，每年还需要进⼝⼤量的液压元件。

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3种液压缸布置型式均能实现此载荷要求，液压缸一端固定式升降平台合理的结构参数为a=310mm，液压缸两端活动式升降台合理的结构参数为
a=310mm，b=400mm.根据对3种液压缸布置型式的剪叉式升降台的运动学及动力学分析4-16，结合具体实例，利用Matlab软
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
件绘制出整个升降台升程范围内升降速度变化曲线和液压缸推（拉）力变化曲线如、所示。——液压缸水平固定式——液压缸一端固定式一液压缸两端
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升降机 ty70htvv
活动式350——液压缸水平固定式300——液压缸一端固定式250一液压缸两端活动式200'''150150升降速度随升降高度变化曲线
液压缸推（拉）力随升降高度变化曲线由、可知，在3种液压缸布置型，液压缸两端活动布置的升降台的升降速度和所需液压缸推（拉）力稳定性最好
，活塞行程和举升初速度最小，初始液压缸推（拉）力最小，在升降高度为500 ~620mm液压缸推（拉）力最小，在升降高度为620 ~9
活塞行程要求不高的场合；液压缸水平固定布置的升降台的升降速度和所需液压缸推力随升降高度的升高下降速度最快，尤其是所需液压缸推力，在6
20~1000mm最小，升降速度和所需液压缸推力稳定性较差，因此此种液压缸布置型式的升降台适用于升降稳定性要求不高但对液压缸尺寸和布
置空间要求较高的场合。5结论分别对3种液压缸布置型式的剪叉式升降台进行了运动学及动力学分析，得出了液压缸活塞运动速度与升降台升降速度
剪叉式升降台液压缸布置的运动学及动力学分析刘治文（长安大学道路施工技术与装备教育部重点，液压缸水平固定在升降台底板上，活塞杆铰接于剪
叉杆BD的下端B点。根据升降平台实际工作情况，铰接处 D点沿竖直方向运动，B点滚轮处沿水平方向运动，因此，根据速度瞬心法H可知BD剪叉
杆的瞬时速度中心在点C处，而D点速度即为平台的升降速度，且有度；21为剪叉杆BD和AC的长度；vB，升降台的升降速度；叫为剪叉杆AC
50mm大于水平固定型式所需的液压缸推（拉）力而小于两端活动型式所需的液压缸推（拉）力，在升降高度为 950 ~1000mm所需液压缸
推（拉）力最大，因此液压缸两端活动的布置型式适用于要求升降稳定性好E7、冲击小、初始举升力较小以及小活塞行程的场合；液压缸端固定布置
的升降台所需液压缸活塞行程和举升初速度最大，初始液压缸推（拉）力最大，因此此种液压缸布置型式适用于液压缸布置空间充足、对液压缸尺寸及
（或BD）与水平面之间的夹角（锐角）。根据以上两式可得根据有tan1=1 /412-h2，进而可得1.2动力学分析如所示，以A为坐标
原点建立坐标系，选取剪叉机构和举升板为处于平衡状态的质点系，并设铰链和滚轮处的约束为理想约束，根据虚位移原理5-7有即的虚位移；5%
为D点沿y方向的虚位移=-215aicos叫。由力；5P点沿x方向的虚位移，xp=-（l-a）sina252；5yP点沿y方向的虚位
的关系式以及液压缸推（拉）力与升降载荷的关系式，根据所得出的关系式利用Matlab绘制出3种液压缸布置型式的剪叉式升降台的升降速度和
液压缸推（拉）力随升降高度的变化曲线，通过分析曲线最终总结出3种液压缸布置型式各自的优缺点和适用场合，为剪叉式升降台中液压缸的选型及
布置优化提供了定的理论依据。
移，5yp 3液压缸两端活动式3.1运动学分析如所示，液压缸一端铰接于剪叉杆AC上的Q点，另一端铰接于剪叉杆 BD上的P点，根据速度瞬
心法有因为可知液压缸活塞运动速度V3的表达式为于是根据三角函数关系及余弦定理有最终可得3.2动力学分析以A为坐标原点建立坐标系如所示
，根据虚位移原理E2-13有即可得4实例及计算分析 ~1000mm，升降载荷G=70kN，液压缸活塞运动速度V =20mm/s，为了使