高空作业平台剪叉机构的受力计算

2014-12-04赵学龙刘巧珍马志刚江苏柳工机械有限公司江苏镇江

建筑机械化 2014年8期

赵学龙，刘巧珍，马志刚，杜丹(江苏柳工机械有限公司，江苏镇江 2 1 2 0 0 5)

剪叉机构在国内应用已比较广泛，如物流升降平台、舞台升降机械、高空作业机械等。剪叉式高空作业平台一般用于需要垂直升降的各类场所，与其它结构形式的高空平台相比，剪叉式平台的稳定性较好、安全性高。因工作需要，笔者对用于高空作业平台的剪叉机构的受力计算进行了研究。

1 剪叉机构形式

根据剪叉臂的层数不同，剪叉机构分为单层、双层、三层、四层、五层等。根据剪叉臂的组数不同，剪叉机构分为单剪叉式臂、双剪叉式臂、多剪叉式臂等。组数指的是剪叉在同一层中数量的重复，而层数指的是剪叉在上下方向的叠加。

出于稳定性的考虑，剪叉机构一般是双剪式。在物流升降平台和舞台升降机械中，一般是单层和双层剪叉机构。在高空作业平台中，三层、四层、五层的剪叉机构都有应用。三层和四层剪叉式高空平台用一个举升油缸驱动，五层剪叉式高空平台用两个举升油缸驱动。

2 虚功原理

与装载机、挖掘机等其它工程机械相比，剪叉平台工作机构的运动比较简单，只有作业平台的上下运动。工作时，液压泵向举升油缸泵入油液使举升油缸向上举升；下降时，在自重作用下举升油缸中的油液被压回油箱，作业平台下落。由于是载人作业，其上下运动速度都比较慢，在机构受力计算时一般不考虑惯性力影响。

剪叉机构计算的核心是举升油缸力的计算。知道了任意位置的举升油缸力，就可指导液压系统的设计；可以进一步计算出杆件中的铰点力，进行杆件的强度校核。剪叉机构是由多个杆件组成的桁架系统，对油缸力的计算一般是采用虚功原理。虚功原理使得计算过程简单化，解题思路清晰易懂。

虚功原理的定义为：作用于质点系的所有主动力在任何虚位移中所作虚功的和等于零。对于剪叉机构，令工作载荷外力为W，其虚位移为δW。举升油缸在剪叉机构中本来是被约束住的，将该约束解开用油缸力代替，用F表示，其虚位移为δF。于是根据虚功原理，可列出平衡方程

在式(1)中，工作载荷W已知，工作载荷的虚位移和油缸力的虚位移可以表示成位置的函数，当剪叉机构位置确定时，这两个虚位移可认为是已知的，于是可解出油缸力F。

3 油缸力计算

下面用单油缸四叉机构来论述油缸力的计算过程。

四叉机构简图如图1所示。机构中两边铰点分别用A～N命名，中间铰点用O1～O4命名，外载荷作用点W点在MN的中点处。举升油缸下铰点为K点，K点在杆AD上的投影点为J点。举升油缸上铰点为Q点，Q点在杆EH上的投影点为P点。令单根叉臂长为L,PO3长度为b，JO1长度为a，单根叉臂与水平面的夹角为α，油缸长度方向与水平面的夹角为β。JK长度为L1,PQ长度为 L2。