对称驱动剪叉液压升降平台的动力学仿真

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Dynamics Simulation of the Symmetrical Driving Crossing Hydraulic Lifting PlatformQI Yinghuan ，DONG W eimin ，SUN Jian。，WU Jianhua。

(1.School of Mechanical and Electrical Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650500，China；2.Zhongtiaoshan Group Yuanqu Smelter in the Shanxi Province，Yuncheng 043700，China)Abstract：The paper described the symmetrical driving crossing hydraulic lifting platform for heave load.It needs tosimplify its structure for easy simulation and build the three-dimensional solid model of the symmetrical driving cross hy-draulic lifting platform by using the Solid Edge software，and then be imported into ADAMS software to conduct the dynamicanalysis.Finally the curves of the force which push hydraulic cylinders and the force curves of the hinge axis were gotten。

By the force analysis of the hydraulic cylinders and the hinge axis，it can be gotten that the force which push hydraulic cylin-ders is small and the force of the hinge axis is big.Besides，it provides a basis to improve the structure for the future by cal-culating the force of the hinge axis。

Key words：symmetrical driving crossing hydraulic lifting platform，ADAMS，dynamics simulation剪又液压升降平台是-种将人或货物升降到-定高度的升降设备 ，主要用于人 的登高作业或货物的垂直运输 。剪又液压升 降平 台起升后稳定性较高，承载能力较大 ，工作平台较宽 ，具有结构紧凑、安装空间孝操控性好和自动化程度高且易于实现集中控制等特点，并且适宜多人同时作业，使地面作业规模更大、效力更高 、更安全 ，被社会各领域广泛应用 。

剪又式液压升降平台根据起升高度和叉臂杆数目不同，分为单层和多层 ；又根据液压缸在升降平台分布方式的不同可分为直立 固定剪叉式、水平 固定剪叉式和双铰接剪叉式结构。 目前 ，广泛使用的升降平台主要以轻载 为主，针对企业生产线 的重载升降平台的研究非常少 ，因此 ，对承载能力大的升降平台进行研究具有重要意义。在 目前竞争 日益激烈的市撤境下 ，使用物理样机对设计 的机械结构进行验证分析已经不能满 足缩短开发周期 ，降低生产成本的要求。虚拟样机技术融合了现代信息技术、先进仿真技术和先进制造技术 ，将这些技术应用于复杂系统的开发，利用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估 ，可以缩短产品开发周期 ，降低产品开发成本 ，改进产品设计质量 ，提高产品对客户与市场需求 的适应性 。

1 对称驱动剪叉液压升降平台模型的建立本文研究的升降平台是冶金设备中应用的阳极板准备机组受板部分的升降平台。配合其他机器进行工作时，本升降平台的工作过程是空载上升到接料高度后停止 ，等到叉车将 阳极板举起并放到升降平台后 ，升降平 台下降到规定的高度 。受接料及输送链高度的限制 ，升降平 台需满足 ：最低离地距离为700 him；接料高度为 950 mm；最大升降高度为 250Film；台面尺寸 (长 ×宽)为 1 450 mm x 1 100 rnrn；最低离地距离时的顶升力(1O MPa时)为 8 t。由参数可知，本升降平台需要具有载重能力大、占用空间孝操作方便、升降速度较快的特点 。对称驱动剪叉液压升降平台是 由 4个液压缸驱动的，4个液压缸安装的位置与水平线的夹角必须相 同，并且通过液压系统的控制 ，使 4个液压缸的运动与推力相同，以保证运行稳定2]。

本文研究的升降平台在 SolidEdge中进行三维建模 ，以 Parasolid格 式保存到 ADAMS的工作 目4O l 《新技术新工艺》设计计算与试验研究设计计算 试验研究录下 ，导入 到 ADAMS中进行仿真。由于本对称驱动剪叉液压升降平 台结构 比较复杂 ；因此 ，为了方便仿真分析，需要把对分析结果影 响不大的零 部件 略去 ，以得到简化模型。简化模 型包括台架 、内叉臂 、外叉臂 、铰链轴、下滚轮组、上滚轮组 、上台板和 4个相同的液压缸 。具体结构示意图如图 1所示 。

上台板图 1 对称驱动剪叉液压升 降平 台结构 示意图从三维建模软件 中把三维模型结构导入到 AD-AMS中后 ，需要修改构件的颜色、位置、名称和材料属性等信息，如果不给导入的构件赋予-定的材料属性，计算过程就会出现错误信息。本对称驱动剪叉液压升降平台结构比较复杂，为了防止漏掉构件而没有给构件赋予材料属性的情况，可以在 Default仿真类型下，进行-次仿真来验证模型的正确性3]。

2 给对称驱动剪叉液压升降平台添加约束本对称驱动剪叉液压升降平台的工作原理是采用同步液压系统控制 4个液压缸运动同步，并 产生相同的推力。4个液压缸同时伸缩，通过铰链使与其连接的内叉臂和外叉臂-端绕着固定 铰链转动 ，- 端安装的滚轮在轨道 内转动 ，内、外叉臂用铰链轴连接 ，从而使得 上台板上下移动。在配合其他机器作时 ，升降平 台空载上升 ，然后负载下降 ；因此 ，在研究液压缸的最大推力和铰链 轴的受力时 ，只需研究升降台负载下降的过程。对此升降平台添加的约束见表 1。

表 1 升降平台添加的约束摩擦对本文分析结果影响不大 ，不必涉及摩擦因数 。

3 液压缸推力的仿真分析在进行液压缸推力仿真分析前 ，需要添加载荷和驱动 ，将此载荷简化为-个集 中力添加在上台板的几何中心。根据设计要求 ，处于最低离地距离 时的顶升力(10 MPa时)为 8 t；因此，为了求得液压缸的最大推力 ，添加的最大载荷为 78.4 kN。在液压缸和活塞之间的移动 副 Joint16上 添加 驱动 ，其 函数为 step5(time，0，0，5，-101.25)，使上台板实现起动运行并停止 ，整个 下降高度为 250 mm。仿 真后得到 4个液压缸推力之和的变化曲线 ，如图 2所示 。

1 - - 。 - - - - - - - ～ - ； l图 2 4个液压缸推力之和的变化 曲线由图 2可知 ，液压缸的推力之和从系统起动后迅速达到-个 比较大的值 ，并在整个运动过程中有- 定幅度 的波动 ，最大值 为 220 kN；因此 ，每个液压缸的最大推力为 55 kN。根据液压缸的最 大推力可以得到液压泵 的输 出压强，进而设计液压系统。通过液压缸推力的仿真分析可知，在重载的情况下 ，本对称驱动剪又液压升降平台液压缸 的推力较小 ，即根据生产线的要求 ，在载重 的工况下设计 升降平 台时，不需要选择缸径大的液压缸，从而突显了这种结构的升降平 台的优点 。

4 铰链轴的受力分析与仿真分析铰链轴只与内、外叉臂连接 ，只受到 内、外叉臂施加的剪切力。由牛顿第 三定律可知 ，铰链轴所受的力及其施加给内、外叉臂的力是作用力和反作用力的关系 ；因此 ，要求 出铰链轴所受的力 ，需对内、外叉臂进行受力分析 。由于内、外叉臂受力相同 ，只需选择内叉臂分析即可。选取上 台板和内叉臂为研究对象 ，其受力分析如图 3所示 。

对上 台板进行受力分析得 ：上 、下滚轮组是在轨道上滚动的，需要在上 、下滚轮和轨道之间添加 4个接触 。滚轮与轨道的滚动《新技术新工艺》设计计算与试验研究∑Fy-0∑M-0(1)(2)41新技术新工艺 2013年 第 5期a上台板 b)内叉臂图 3 上 台板和 内叉臂的 受力分析 图由式 1和式 2可得 ：F1 F2- P - 0 (3)Fl(L1 L2)- PL 2- 0 (4)由式 3和式 4可得 ：F - ㈣ 上台板和台架的受力相同，因此 ，对内又臂受力分析得 ：P - .P2- ㈣ 以内叉臂为研究对象 ，由受力平衡可得 ：∑F -0，∑Fy-0 (7)由此可以推出：F， - F ( - 0 (8)F1 - F2 o - Pl P2- 0 (9)式中，Fl - Fl cos9；F2 -F2cosy；Fl -Fl sinI9；F2 - F2 sin7；Fl- F2； - y。

把式 6代入式 8、式 9，可得 ：Or0OY- P - P - (1O)由式 1Q可知 ，在 ADAMS进行仿真后 ，只需得到铰链轴在 y方 向上 的力 的曲线图即可。由于液压缸的力是随时间的变化而不断变化 的，因此 ，在进行铰链轴的受力分析时 ，以液压缸的最大推力来代替 。即在每个液压缸的移动副处添加 55 kN的力 ，并给上 台板添加驱动，运动函数为 step5(time，0，0，5，-250)。分析后得到 内、外又臂施加 于铰链轴在y轴方向的力的曲线图，如图 4所示 。

由图 4可以看出 ，铰链轴在 y轴方向所受的力在系统开始运动时有较大 的波动 ，之后波动的幅度变校运动平稳后，铰链轴所 受的力在 y轴的分量平均值大约为 30 kN；因此 ，本对称驱动重载剪叉升降平台的铰链轴受到的力较大。由式 10可知，铰链轴在 y轴上的力与 L 和 L。的大小有关 。本文研究42的升降平台在运动过程中，L 始终不变，L 是变化的。理论上要想使铰链轴所受 的力为零，就需要改进本升降台的结构 ，可 以使 L 和 L。在 系统运动过程中始终相等，这样就可 以减新链轴 的受力，提高铰链轴的性能和使用寿命。

贺 攫：畿： 拳黧 I蝴 旌ifi9 确 删 呻叩时间，s图 4 内、外叉臂对铰链轴的力在 y轴分 量的变化 曲线5 结语通过对对称驱动重载剪叉升降平台的动力学分析，得到了液压缸的推力变化曲线 和铰链轴在 y轴方向的受力曲线图。分析液压缸的推力变化曲线可知 ，每个液压缸的最大推力为 55 kN，从而验证了对称驱动剪叉液压升降平 台在重载 的情况下液压缸推力小的优点 ，并为以后液压系统的设计奠定了基础 。

分析铰链轴在 y轴方向的受力曲线图可知，铰链轴在 y轴方向上的受力较大 ，通过对铰链轴进行受力分析计算 ，得到减新链轴受力的方法 ，为以后的结构改进提供了依据 。