剪叉式升降机受力分析及有限元仿真

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剪叉式高空升降平台整机有限元分析及软件开发

剪叉式高空升降平台整机有限元分析及软件开发
高空作业车是一种工程机械中用于高空作业的一种特殊专用大型机械设备而剪叉式高空升降平台属于垂直升降式高空作业车的一种 , 其具有结构简单紧凑、承载能力强、操控性好等优点 , 被广泛应用于各种维修、安装、检测、物流等领域。

首先,本文以剪叉式高空升降平台为研究对象,基于ANSY歎件的APDL参数化建模语言建立了剪叉式高空升降平台各零部件的有限元模型 , 并按照各零部件之间的连接方式进行整机装配。

其次 , 施加额定载荷边界条件和位移边界条件 , 对剪叉式高空升降平台进行有限元静力结构分析 , 根据各零部件的受力情况判断其是否满足强度要求 , 并对不满足强度要求的零部件进行结构改进。

再次, 对升降平台从低到高的多个高度进行因偏载而引起的偏摆量分析 , 输出了偏摆量随高度变化的曲线。

综合考虑车轮行走过程和收车过程两种工况 , 对剪叉式高空升降平台进行遇障和突停抗倾翻稳定性分析。

然后 , 对剪叉式高空升降平台进行应力测试实验 ,将应力测试实验结果与有限元分析结果进行对比 ,验证了有限元结果的正确性。

最后,基于Visual Basic 6.0和ANSYST发了剪叉式高空升降平台有限元分析辅助软件 ,
软件集参数化建模、静力结构分析、偏摆量分析、稳定性分析和自动生成报告几大模块，将ANSYS^件的操作转化为可视化窗口的操作。

本文的研究为剪叉式高空升降平台的设计研发提供了可靠的计算依据 , 辅助分析软件也有效缩短了产品设计周期 ,结果已被企业采纳并使用 ,具有重要的现实意义。

剪叉式液压升降机构有限元及实验应力分析

ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆｃｈｉｎａｆｏｒｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ．Ｆｉｒｓｔ，ｍａｋｅｓｔｗｏａｎｄｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ
ａｎａｌｙｆｉｓｏｆｔｈｅｓｃｉｓｓｏｒｓｍｅｃｈａｎｉｓｍ’Ｓｍｅｃｈａｎｉｃｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｕｃｈ嬲ｉｔ’Ｓｓｔａｔｕｓｕｎｄｅｒ
与此同时，经过近年来的不断努力，国产剪叉升降平台的质量有了较大提高。许多制造厂也已逐步扭转了一直以来只注重剪叉机构的破断强度，而对剪叉机构的疲劳强度重视不够的做法，开始下功夫提高剪叉机构在循环疲劳应力下的强度。因此，在目前国产剪叉升降平台可靠性不断提高的情况下，必须研制出相应的具有高破断强度、高疲劳寿命的剪叉升降平台。要保证剪叉机构的破断强度并使之不断提高，则要在加工工艺和材料的选择方面以及从设计角度来保证剪叉机构的质量，以使之具有最佳的工作状态，这已经在实际工作中成为各厂家共同关注的焦点。提高使用寿命和持久工作能力已是实际生产中必须解决的问题，也是完善整个剪叉升降平台机械系统的关键，这也确定了本课题对剪叉机构进行研究分析的必要性。
Ｖ
中国民航大学学位论文独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国民航大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
２
中团民航人学硕ｌ：学降平台设备中不可缺少的部件之一，根据它的使用和承载要求，它应具有高破断强度、高疲劳寿命、耐磨损、抗腐蚀、拆装方便以及工艺简单等特点。因此，剪叉机构的强度以及各项几何尺寸必须合理化，才能使整个升降平台具有整体可靠性，这也给剪叉机构的设计带来了较大的困难。

剪叉式升降工作平台整机结构有限元分析和试验验证

设计计算DESIGN & CALCULATION剪叉式升降工作平台整机结构有限元分析和试验验证靳翠军1，霍晓春2，姜文光2，刘树林1（1. 徐工消防安全装备有限公司，江苏徐州221004；2. 燕山大学机械工程学院，河北秦皇岛066004）［摘要］利用APDL参数化设计语言，建立了某剪叉式升降工作平台的参数化有限元模型，进行静载应力试验并与模拟值进行对比，最大误差为13%，在工程应用许可范围内，验证了整机模拟的正确性。

对两种危险工况下的整机结构进行了静力强度、刚度有限元分析，得出剪叉臂体的薄弱部位，为下一步改进设计提供了依据。

［关键词］剪叉式升降工作平台；有限元分析；应力对比；变幅油缸推力分配［中图分类号］TH211 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X（2016）06-0051-04Whole structural finite element analysis and experimental verificationof scissor lift work platformJIN Cui-jun，HUO Xiao-chun，JIANG Wen-guang，LIU Shu-lin剪叉式升降工作平台结构简单紧凑、承载能力强，通过性和操控性好，但作业范围小、作业高度低。

本文基于ANSYS提供的APDL语言，建立了剪叉式升降工作平台的参数化有限元模型并进行了整机有限元分析，对模拟结果进行了试验验证，保证了模拟计算精度。

1 剪叉式升降工作平台结构某剪叉式升降工作平台主要由底盘、支腿、滑块、限位连杆、剪叉内臂、剪叉外臂、变幅油缸以及工作平台等部件组成，为中心对称结构。

其工作平台最低高度为2m、最大高度为18m，工作平台尺寸为4300mm×1800mm，可延伸长度1350mm，额定承载重量为700kg，其结构如图1 所示。

各剪叉臂通过销轴铰接，最底层和最高层的剪叉臂通过滑块与底盘和工作平台连接，相对滑动，并通过限位连杆限制其位置。

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 。

二级剪叉式丝杠升降机构受力分析

ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｓｃｉｓｓｏｒｉｎｇｓｃｒｅｗｌｉｔｆｅｒ．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｓｃｉｓｓｏｒｉｎｇｓｃｒｅｗｌｆｉｔｅｒＷＯ￥ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｉｔｓ３Ｄｍｏｄｅｌａｎｄｍｏｔｉｏｎｅｍｕｌａｔｉｏｎｎｄａｄｙｎａｍｉｃｎａａｌｙｓｉｓｗｅｒｅ
的受力大小，并对剪叉杆的强度进行校核。经现场实际测试验证，该二级剪叉式丝杠升降机结构稳定。为剪叉式丝杠升降
机的设计分析提供了理论。
关键词：剪叉式机构：丝杠；受力分析；强度校核
ｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｔｏｈｅｓｃｉｓｓｏｒｉｎｇｓｃｒｅｗｌｔｅｆｉｒｓｉｓｔｂｌａｅ，ｎｄａｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｆｕｎｄｍｅａｎｔｉｓｐｒｏｖｉｄｅｄｆｏｒｔｈｅｆｕｒｔｈｅｒｄｅｓｉｇｎｎｄａ
ｃｏｍｐｌｅｔｅｄｉｎｉｔ．Ｕｓｉｎｇｖｉｒｔｕａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｆｏｒｍｕｌａｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｌｉｆｔｅｒ ’ Ｓｔａｂｌｅｌｏａｄａｎｄｓｃｒｅｗｔｈｒｕｓｔｗｅｒｅｄｅｒｉｖｅｄ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ．ｍｅｃｈａｎｉｃｌａｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｌｆｉｔｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ哪ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙａｎｌａｙｚｉｎｇｓｔｒｅｓｓａｎｌｙａｓｓｉｆｏｔｈｅｗｈｏｌｅ

剪叉式升降机受力分析及有限元仿真

剪叉式升降机是一种升降性能好，适用范围广
泛的起升机械，由于其结构紧凑、承载量大和操控性
臂的力学特性进行充分的研究，以确保其在整个工作过程中具有较高的安全性。
好的特点，在现代物流、航空装卸、大型设备的制造
作者简介：潘建伍（１９７６一），男，博士，讲师，主要从事结构加
固与改造技术等方面的研究。
收稿日期：２０１２年１１月２３日
６结语
基于ＴＲＮＳＹＳ软件进行数值模拟，对严寒地区太阳能和地源热泵联合应用技术的可行性和参数优
受力简图。
力，进而影响过滤嘴的过滤效果。升降机的基本参
数如下：最大承受载荷为９０００Ｎ；最小起升高度为４００ｍｍ；最大起升高度为１０００ｍｍ；工作台尺寸为１４００ｍｍ×１０００ｍｍ。升降机的基本结构如图１
支撑作用，液压系统主要提供动力，两者共同作用实现升降功能。在香烟过滤嘴的生产线上，随着生产过程的进行，丝束包的质量在逐渐减小，而工作台４
Ｆ一Ｆ一＿去＿ｗ
（１）
升降机工作台及叉臂的受力情况如图３所示。
ｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｍａｔｅｒｉａｌｃｏｕｌｄｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．

新型升降平台的运动仿真和有限元分析

机电技术
２０１６年４月
新型升降平台的运动仿真和有限元分析
李乐毅
（四川建筑职业技术学院机械工程系，四川德阳６１８０００）摘要：宽厚板压平机通常选用四连杆平面升降机构作为其升降平台，不仅平台的本体笨重，而且升降时十分容易出现倾斜事故。所以根据依托项目，参照主要运用于轻载的剪叉式升降平台，并考虑到重载时的特点，进而研发出了能应用于大型宽厚板压平机的新型剪叉式升降平台，并对其进行了运动仿真和有限元分析。关键词：升降平台；运动仿真；有限元中图分类号：ＴＦ３４１．９文献标识码：Ａ文章编号：１６７２—４８０１（２０１６）０２—０６６—０４
ｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｂｕｓｔａｎｄＮｏｎｌｉｎｅａｒＣｏｎｔｒｏ１．２００６，１６（１０）：４８５—５０３．［６】骆德渊，刘荣，李纪文．采用模糊逻辑的移动机器人轨迹跟踪［Ｊ］．电子科技大学学报，２００８，３７（６）：９４３—９４６．［７】袁安富，沈思思，余莉，等．基于ＡＤＡＭｓ和ＭＡＴＬＡＢ的喷涂机器人运动仿真研究［Ｊ】．组合机床与自动化加工技术，２０１４
参考文献：【１】郝铁文．宽厚板压平机技术发展与进步ｌＪ１．一重技术，２０１１（５）：１７—２０．【２】胡正寰，夏巨谌．金属塑性成形手册上［Ｍ】．北京：化学工业出版社，２００９．【３】乞英焕，董为民，孙健，等．对称驱动剪叉液压升降平台的动力学『Ｊ１．新技术新工艺，２０１３（５）：４０—４１［４］陈定方，罗亚波．虚拟设计［Ｍ］．北京：机械工业版社，２００７．【５】李增刚．ＡＤＡＭＳＡＩ＇］详解与实例【Ｍ】．北京：国防工业出版社，２００６．［６】孙光旭，袁端才．液压剪叉式升降台的动力学仿真［Ｊ】．系统仿真学报，２０１０（１１）：２６５０—２６５３．【７】哈尔滨工业大学机械原理教研室．机械原理【Ｍ】．北京：高等教育出版社，２０００：ｌ１—１６．【８】陈立周．机械优化设计方法［Ｍ】．第２版．北京：冶金工业出版社，２００５．

某船用剪叉式升降平台关键构件受力分析

护简单等特点，极大地提高了作业的安全性和效率。因此，
剪叉式升降平台被广泛应用于船舶、建筑、市政、交通等行业，起到不可替代的作用[1-2]。
某船用剪叉式升降机（如图 1 所示）由升降平台、液压油缸以及剪叉臂等组成。其中，液压系统是剪叉式液压升降平台的驱动和控制部分，通过液压缸驱动剪叉臂改变幅度，
其中：
cos 1 [l a cos b ]
S
sin 1 [l acos c] 。
S 结合该船用剪叉升降平台的和受载工况，建立力学模型，并求解平衡方程，可得到液压缸活塞推力与夹角θ与α的函数关系：
收稿日期：2019-03-10 作者简介：李邢凡（1990-），男，国家海洋局南海调查技术中心助理工程师。
第 19 卷第 9 期 2019 年 9 月
中国水运 China Water Transport
Vol.19
No.9
September
2019
某船用剪叉式升降平台关键构件受力分析
李邢凡 1，陈培新 2，李健 2，李新勇 2
（1.国家海洋局南海调查技术中心，广东广州 510310；2.中船黄埔文冲船舶有限公司，广东广州 510715）
500
1,200
1,950
学方法进行简化计算，该种方法以理论力学为基础，求解方便、简单，一般可以获得所求构件在简单工况情况下的受力情况，但多数情况无法求得连续的受力情况，存在一定的局限性。
1．船用剪叉式升降平台模型简化静力学的计算方法通过对升降平台的受力分析，对升降平台所受到的力进行等效、简化，建立其力系的平衡方程，对待求解未知量进行求解。本文依照力学简化原则得到该船用剪叉升降平台的静力学计算简图如下[3-5]。

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中图分类号：ＴＨ２１２文献标志码：Ａ
ＺＨＡ０Ｍｉｎｇｊｕｎ，ＬＩＵＪｉａｎｘｉｏｎｇ，ＣＨＡＮＧＡｎｍｉｎ，ＬＩＪｕｎ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＫｕｎｍｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ６５０５００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｂａｓｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｗｏｒｋｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｓｉｎｇｌｅ－ｌａｙｅｒｓｃｉｓｓｏｒｅｌｅｖａｔｏｒｓｗｉｔｈｈｙｄｒａｕｌｉｃｄｒｉｖｅｗｅｒｅｉｎｔｒｏ —
ｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｍａｔｅｒｉａｌｃｏｕｌｄｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｃｉｓｓｏｒｅｌｅｖａｔｏｒｓ，ｆｏｒｃｅａｎａｌｙｓｉｓ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ
一
定值之后，ＣＯＰ趋于稳定。
其在极限工作状态下的受力情况进行了分析。为进一步确保升降机在极限状态下能够安全的工作，通过有限元软件，对起升机构中叉臂的受力情况进行了仿真分析，结果表明叉臂的强度满足要求。关键词：剪叉式升降机；受力分析；仿真分析
新技术新工艺
２０１３年
第３期
剪叉式升降机受力分析及有限元仿真
赵明君，刘剑雄，常安民，李军
（昆明理工大学机电工程学院，云南昆明６５０５００）
ｄ（廿甜
摘要：介绍了单层液压驱动剪又式升降机的基本结构及工作特点。为获得升降机的结构参数，对
ｄｕｃｅｄｉｎｔｈｅｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｅｌｅｖａｔｏｒ ’ Ｓｆｏｒｃｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｕｎｄｅｒｌｉｍｉｔｅｄｗｏｒｋｉｎｇｓｔａｔｅｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｆｏｒｇｅｔｔｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
ｏｆｆｏｒｋａｒｍｂｅｌｏｎｇｔｏｔｈｅｈｏｉｓｔｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａ—
与维护中得到了较好的应用。对于剪叉式升降机而
根据剪叉式升降机驱动源的不同可分为很多种
类，本文对一种单层液压驱动的剪叉式升降机［１－ｚ］的受力情况进行了分析，并对其在工作过程中叉臂的强度进行了仿真研究。
言，起升机构即为其关键组成部分，并且剪叉式的结
构使工作台在起升过程中具有较好的稳定性。因此在进行剪叉式升降机设计时，需要对升降机构中又
全年ＣＯＰ随集热器面积的增大而非线性提高，达到
ＦｏｒｃｅＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＳｃｉｓｓｏｒＥｌｅｖａｔｏｒｓ
ｏｆｅｌｅｖａｔｏｒｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓｅｃｕｒｉｔｙｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｅｌｅｖａｔｏｒｕｎｄｅｒｌｉｍｉｔｅｄｓｔａｔｅ，ｔｈｅｆｏｒｃｅｃｏｎｄｉｔｉ降性能好，适用范围广
泛的起升机械，由于其结构紧凑、承载量大和操控性
臂的力学特性进行充分的研究，以确保其在整个工作过程中具有较高的安全性。
好的特点，在现代物流、航空装卸、大型设备的制造