一种机械式升降工作台的优化设计

齐德才 姜 波 钟 浩

(山东工业技师学院机电工程系，山东 潍坊 261053)

1 机械式升降平台的结构与组成

机械式升降工作台工作原理：本机械式升降工作台是由行走机构、机械传动机构、电动控制机构、支撑机构等组成的一种升降设备，具有重量轻、自行走、电启动、自支腿、操作简单、作业面大，特别是能够跨越障碍进行高空作业等优点[1]。

其中，机械传动机构是丝杠螺母副传动机构，很好地利用丝杠螺母的自锁性质；行走机构是由万向脚轮构成，支撑机构是由剪式机构组成，电动控制机构控制升降工作台的启动，支腿结构是由连杆机构控制。当下压扳手时支腿下降而四轮上升，从而实现固定的作用。在电机带动升降工作台升降的过程中加上限位开关，从而防止由于超出进程而导致电机的突然停转，以免烧坏电机[2]。

机械式升降工作台通过电动机带动减速机构，进而带动丝杠螺母传动副，通过控制电机的正反转来控制升降工作台的升降；而行走机构可以实现前后左右的移动[3]。

行走机构用的是万向脚轮来实现的，万向脚轮是轮子的一个种类，脚轮是个统称，包括活动脚轮(万向脚轮)和固定脚轮。万向脚轮的结构允许360°旋转；固定脚轮没有旋转结构，不能转动。通常是2种脚轮一般都是搭配用的，比如手推车的结构是前边2个固定轮，后边靠近推动扶手的是2个活动万向轮。万向脚轮具有耐磨、噪声小、耐腐蚀、耐撞击、转动灵活、转动轨道准确、承载能力强、款式时尚、实用性强等特点。

机械传动机构是由齿轮减速机构和丝杠螺母传动机构组成，其中动丝杠螺母传动副具有以下特点：传动效率高，因为滚珠丝杠采用滚珠滚动代替普通丝杠螺母副的滑动，减小了摩擦力，能量损失小，机械效率可以达到92%以上；通过预紧滚珠，消除了螺母副之间的轴向间隙；由于摩擦力小，丝杠的磨损也小，丝杠的寿命高。齿轮减速机构具有较高的机械效率，效率可以达到90%以上，而且能够实现很好的减速功能，通过控制电机的正反转来控制升降工作台的升降。而齿轮减速机构具有精确的传动比和高的效率。

支撑机构用的是X形剪式结构，X形剪式机构是一种单自由度机构，在实践中得到了广泛地应用，如玩具、灯具、登高作业台、起重平台等，一般是利用它的对称结构，具有放大的平行位移的特点。在升降平台中常采用X形的剪式机构，支撑机构是由内、外铰链组成，内外铰链两边分别是铰链连接和直线导轨。直线导轨具有工作精度高、大幅度降低驱动率、润滑结构简单、防尘、密封能力强、安装方便、互换容易、承载能力大、刚度强等特点。该升降工作台就是采用这种X形剪式结构来实现升降的，作为升降工作台的支撑结构。支撑机构的连接方式有2种X形剪式结构，两边一边是由滑块在导轨上滑动，而另一边是由铰链连接。通过这2种机构的组合很好地实现了电机带动丝杠螺母副完成转动变换为平动，平动通过导轨进一步完成工作台的升降。

升降工作台机械传动系统结构示意图如图1所示。

图1 升降工作台机械传动系统结构示意图

2 机械式升降平台的优化

机械式升降工作台的组成：升降工作台的行走机构、升降工作台的机械传动机构、升降工作台的支撑机构3部分组成[4]，机械式升降工作台的总体机构如图2所示。

图2 机械式升降工作台的总体机构

通过力学分析对升降平台进行优化，并进行外铰架的受力分析、内铰架受力分析、力和力矩的分析计算，整体受力分析计算，内、外铰架单独受力分析，所以，这些力我们可以用一边来考虑的，所以F为铰架与底座成时丝杆所承受的一半力的大小。计算公式如下：

其中：T-丝杆受力大小

进行升降工作台的升降高度计算，最终获得所需要的升降高度，同时，可以根据情况进行实际的调节。进而，根据负载计算，对机械式升降工作台的电机进行选择，并整体上确定最终升降平台的设计尺寸，形成图纸，进行生产、核验。

3 结语

通过对升降平台的理论计算，进行优化设计，并优化设计方案。选用通用的X型剪式机构作为支撑与升降结构，通过控制电机的正反转来实现工作台的升降，从而很好地利用了直线导轨，同时有实现保护的防护栏结构，有限位开关可以实现对升降工作台的保护，通过万向脚轮可以实现横向或者纵向移动，从而指导工业生产，很好地降低成本。