气动助力平衡吊设计及应用

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Academic学术- 杨 冲摘要 ：气动助力平衡吊是近年来在国际上兴起的-项新型吊装设备，由于其具有的结构简单、价格低廉、高效、节能、无污染等特点 ，气动助力平衡吊在工业生产中得到越来越广泛的应用，本论文对平衡吊的平衡原理做了简要推导 ，对平衡吊的驱动方式进行了比较分析 ，根根平衡原理设计了-种室内专用的平衡吊，确定了工作臂架几何参数 ，并简要介绍了平衡吊的应用。

1平衡吊简介助力平衡吊即助力机械手，又称助力器、平衡吊、平衡器、省力吊具、手动移载机等，是-种理想的中小型机械吊运设备。它巧妙地运用四连杆机构原理，通过手动和机动方式简单配合形成-种复合运动来搬运吊物，使吊物能稳定地停留在作业区间的任-位置上，做到随遇平衡。平衡吊的平衡臂起升和下降运动采用电动机、液压油缸或气缸来驱动，水平移动和回转运动则采用人力推拉，推拉力-般不超过 5公斤。在操作装置升降物件时.操作者紧挨物件作业，如同我们正常直接搬运物件-样，回转 自如而不费力2平衡吊平衡原理平衡吊工作时，能用手轻便的进行变幅，松开手就能静止不动，通常称之为平衡吊的平衡原理。

G图1平衡吊机构运动简图图2平衡吊机构受力图图 1为平衡吊机构运动简图，工作杆架为- 组平行四边形机构，各杆之间相互铰接，主臂杆 AB尾端的滚轮 (或滑块)在驱动外力的作用下可以在铅直导向槽内上下移动，与小臂杆 EF、支杆 DE共铰的滚轮 (或滑块)E和竖臂杆 Bc的内外伸屈联动 (或竖臂杆Bc主动或lOI Machine Chira中国机械滚轮 E主动)，可沿水平导向槽内外移动。

现在考虑平衡臂起升-角度B，重物G与分力 G2成-夹角0时，由图 1可知：Z190o凸2 1-ns10。B- 90。-(0-13)；Z3-90。-Z2a-B；CQL Sin础 NAHcOS 13；EVISin啦WAhcos[如图 2所示，重物 G有两个分力 G·和 且 GlGsin G2Gcosa，支点 F的反作用 力 P有 两 个分 力 和 且 PlPcosZ3P，cos( p)；P2：Psin./3Psin(d-p)：假设 B点为固定点，对 B点蓉，有∑MsGllP 0.P L s而ila 牦 (1)假设 A点为 固定点，对 A点蓉，有∑MAG(CQNA)- (EvwA)0肚 百CQ NA.c-" 篙 (2)在任意三角形 NeNED中，有 Z2 (正弦定理)tsm a 。

： (3)平衡条件：在无外力作用下 胁 与 P在-条直线上，大小相等，方向相反令ⅣE：P，即 sin a 6(4)化简得： 中e- 嚣； - Io： a- pl.铷 .1r0雌 L ，” ； -- 化简得：导早：m(m为杆长比)(6)从推证的结果可以看出，平衡条件式仅仅与臂杆长度尺寸 H、h、L、有关，只要臂杆长度比满足等式÷ ，无论吊物重量多少或杆架系统摆到何种状态，臂杆系统总能保持平衡状态[1]。

图3 工作臂架自重转移图实际上，受杆系的自重、变形、加工误差、摩擦等因素影响，平衡吊通常不能在所有工作位置上随意平衡，而杆系的自重通常是平衡吊不平衡的主要原因。通过力学分析，杆件的自重可以等效的划归到任意-个杆件上，如划归到 AI)B杆上，如 图 3所示，以口∑表 示，满足 S ∑ s ，这样只要在杆ADB的A点外，顺延-杆件 AP并施加-配重，使得 ，即可满足平衡要求。

3平衡吊驱动方式的比较传统平衡吊主要采用机械(电机)驱动方式，由于电机速度高，通常须配接减速机构，此类平衡吊动作速度快，驱动力较大，但这种平衡吊体积大、不具有缓冲功能。平衡 吊安全性、可靠性、轻巧、灵活等特点不能充分的发挥。

而液压平衡吊系统复杂价格高、维护困难、容易着火等特点也有不足 表 l给出了各种驱动方式的比较 [2]。

表 1 各种驱动方式比较表项 目 气压传动 蕞压传动 电气传动 帆 传动幕辕结构 简单 复杂 复杂 较 复杂安装自由度 小出力 藕大 小 太大定怔成 -靛 -般 根高 高动作建崖 大 柏大自 莹遘 稿量 与气动相 当 快膏洁度 清洁 可艴有污橐 jI洁 较清诂肿 简单 比气动复杂 需要专仃技木 简 单价格 -殷 糟矗 -般拄木要事 较氍 较矗 量高 较怔控捌自由度 ★危险性 几乎无闩点 注 童着火 -殷无闩量 无特殊闷曩从比较可以看出选用气动方式驱动更能充分发挥平衡吊的作用。气动伺服系统的出现，使气动机械实现了在任意位置的定位，大大扩展了其在工业自动化领域的应用范围。

4 平衡吊结构服务对象及工作场所决定吊物移动的范围，根据平衡吊工作杆架的运动学分析，设计了-室内专用的平衡吊 (设计荷载量为 500kg)，其工作臂架的总布局图如图4所示，结构图如图5所示。

图4 500公斤平衡吊工作臂架总布局图 1底座 2地脚螺栓 3立柱 4吊钩 5操作把手6手柄支座 7旋转机构 8电气箱 9气缸 10竖臂杆 11水平导轨 12小臂杆 13主臂杆 l4支承臂l5导轨板16配重杠杆 17配重 l8垂直导轨图5 500公斤平衡吊结构图5 平衡吊应用平衡吊广泛适用于各类车间内机床加工过程中的上、下零件、工序间的零部件装配以及车站、码头、仓库、热处理车间等各种诚的短距离、高频率、密集性吊运作业 ，为物料上下线和生产部品装提供极理想的助力搬运和组装工具。

目前有发现-些行业也引入了平衡吊来提高生产效率，在市场上最新出现的平衡吊应用在清洁行业，如抓取单个浴缸，平放到栈板上。

还有-些应用如 采用温度保护措施，用于抓取，搬运和转动炽热元件；搬运需要烘培的元件；配合桥式起重机，装备吸附工具，用于抓取，偏转和定位货车玻璃；将嵌板安装在火车墙壁Academic学术和地板上 用来来搬运干酪、火腿、面制品包装、瓶类及其包装、纸箱、容器、罐类和袋类物体；设计专用的卡爪可用于搬运和清倒容器罐；配备可调式吸盘，用于搬运和旋转不同尺寸和重量的石板材。随着工业的发展，可见平衡吊的应用范围将越来越广泛。