提升器30W次试验方案设计探析

孙利明 张治国 王明辉

摘  要：为验证中小轮拖装配厂自制提升器的可靠性，需对提升器进行重复性试验，但是外部委托试验费用高昂，试验时间不可控，因此计划进行提升器30W次试验方案设计，达到自行试验的目的。

关键词：提升器;试验;方案;设计

试验方案设计为对现有的提升器试验台（6797-7029）进行局部改造，通过对提升器操纵机构的控制，使提臂带动配重提升/落下，以周期性的重复动作实现试验目的。

一、连接方式的选择

与提升器操纵机构的连接可选择方式有两种。

第一，与提升器并行设置，采用直线往复运动的元件（气/油缸），通过连杆等方式与操纵手柄连接;第二，与提升器垂直设置，采用旋转往复运动的元件，通过联轴器与操纵轴连接。

从提升器试验台的试验状态看，提升器的操纵装置靠近试验台东侧，与操纵装置并行方向，南侧为实验用配重，北侧为试验台控制台。提升器试验台的现有空间有限，经测算，如采用“方式一”的气/油缸，易与配重或控制台出现位置干涉，无合适位置进行安装固定，且会对配重提升/落下或人员操作造成较大影响，因此选择“方式二”：与提升器垂直设置，采用旋转往复运动的元件，与操纵轴连接[1]。

二、动力源的选择

第一，初步思路：选择压缩空气作为动力源，可使实验装置的机械部分结构简单化。选用亚德客HRQ50回转气缸，理论力矩5.0Nm（0.5Mpa），0-190°范围内可调，回转时间范围0.2-0.7S/90°;图中圆圈内为调整螺钉，可改为油压缓冲器ACA1412-A，调整角度8.2°/螺距;外形尺寸84×152（mm），带缓冲器全长203mm，理论重量2060g。控制气路图如下图1所示。

但由于连接方式的选择为“方式二”：与提升器垂直设置，直接与操纵轴连接。而经工艺部门测算，操纵轴的理论扭矩最低不能低于28N.M，气动摆动元件的理论力矩为5.0Nm（0.5Mpa），不能满足使用需要，因此不能将壓缩空气作为动力源。

第二，在排除压缩空气作为动力源的选项后，可选择的动力源为液压油和电力拖动。结合操纵轴在≧28N.M、慢速、定角度、往复运动的工作条件，以及工作平稳性、可靠性等多方面的考虑，选择液压油为动力源。

三、改进方案的选择

第一，从提升器试验台的总体布局看，液压站在床身西面，而提升器的操纵轴在床身东面;如从液压站处取动力源，距离较远，需对液压系统、电控系统等进行改造，实施难度大，且在进行试验时不便于操作;因此计划原试验台只用来固定提升器，并供应压力油以实现提升/落下的动作。第二，计划制作一套独立的试验装置，自带油箱、油泵（电机）、控制油路等，为提升器操纵轴的重复性摆转提供动力源。在提升器的操纵轴侧，通过在床身上焊接支架的方式，用来安装固定执行元件。

四、执行元件和联轴器等的选择

第一，通过咨询供应商、网上查找等方式，最终选择的执行元件为螺旋摆动缸，其是一种利用大螺旋升角的螺旋副实现旋转运动的特殊液压缸，和其它类型摆动缸相比，具有体积小、重量轻、结构紧凑的特点，其启动压力1.5Mpa，工作压力为5Mpa时输出扭矩约38Nm，可满足使用。ME提升器手柄最大旋转角度为104°，MF提升器手柄最大旋转角度为93°;选用角度可在0-120 º范围内调整的螺旋摆动缸（脚架式）[2]。

第二，起初考虑选用万向联轴器，对同轴度的要求较低，可使螺旋摆动缸与操纵轴对接调整工作的难度降低，但此类型联轴器在满足传递扭矩的基础上，长度尺寸较大，会使安装支架悬出床身较多，影响安装支架的稳定性，在连续试验条件下，可能对执行元件造成较大影响。因此，选择了波纹管联轴器，在满足传递扭矩的基础上，长度尺寸较万向联轴器约减少50%。

第三，由于选择了波纹管联轴器，其使用比万向联轴器对同轴度的要求高，提升器手柄操纵轴的轴心到底面的尺寸， ME为112mm，MF为122mm，中心高度差为10mm;螺旋摆动缸轴心到底面的尺寸为46mm。针对这种情况，设计了可调整的安装支座和10mm厚度的调整支板。在床身的支架上焊接4根M16螺栓，将安装支座套在螺栓上，以提升器试验台支撑面为参考基准面，将安装支座的上表面调至112-46=66mm，即使螺旋摆动缸轴心与ME提升器手柄操纵轴的轴心高度尺寸相同，MF可通过在螺旋摆动缸下安装10mm厚度的调整支板来实现高度尺寸相同;水平方向上可通过安装支座上预先加工好的长槽进行调整，这样就满足了波纹管联轴器的使用。

五、控制油路的设计

螺旋摆动缸通过联轴器与操纵轴连接后，在摆转行程的首/末端安设挡块，通过光电式接近开关/或其它非接触式开关，控制换向阀的通/断，实现摆动缸的自动往复摆转运动，具体设计见图2所示。

液压系统的特点：溢流阀调节系统工作压力，压力表显示;电磁换向阀中位机能选择“H”形式，油缸停顿时液压油回油箱，使系统卸荷以降低电机负荷;在两油路设置液控单向阀，形成液压锁，实现对摆动缸两腔的保压;单向节流阀用来调节双向摆动速度，行程末端有

六、电气控制系统

总电源为380V，开关设在电控柜侧方，有漏电保护和过载保护装置;设油泵电机“启动/停止”按钮，与风冷装置联动;通过电控PLC来控制电磁阀，实现油路的通/断;分为“自动”和“调整”两种模式，并设置“抬起/自动”和“落下”按钮，PLC程序设计为：

第一，“调整”状态下，“抬起/自动”按钮仅实现“抬起”功能，和“落下”按钮配合使用，控制换向阀的通/断，实现摆动缸的正/反向摆转运动，便于使用中对摆转角度微调等;

第二，“自动”状态下，“抬起/自动”按钮仅实现“自动”功能，按下“自动”按钮后为连续运动，在提臂的上/下行程末端，设置两个光电式接近开关，确保使提臂到达行程后，光电式接近开关才发出信号，控制换向阀的通/断，实现摆动缸的自动往复摆转运动;

第三，设置计数装置，“自动”模式下对联轴器端的接近开关的通/断进行计数，一个摆动循环计数一次，达到预设数值后，“试验完成”灯亮，提臂延时落下，使配重降落在地面上，自动循环终止。

七、结语

总而言之，通过提升器30W次试验方案设计，能够满足ME和MF两种型号提升器的试验需求，达到自行试验的目的，试验时间可控，并可极大地降低外部委托试验费用。

参考文献

[1]郭启资，陈龙兴，郭付友.新一代中小功率拖拉机提升器概念设计[J].拖拉机与农用运输车，2017（05）：18-19.

[2]张宾，郭付友.一种新型提升器改进设计[J].农业工程，2017（04）：164-165.