液压驱动双杆同步升降平台的运动特性研究

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升降平台在运营过程中要求具有升降平稳准确 ，频繁启动，载重量大等特点，在不同作业高度的作业环境中有着较为广泛的应用。对于常用的升降液压平台而言，分为剪叉式、升缩式、套筒式、升缩臂式以及折臂式等不同种类”。本文设计了-种新型液压驱动双杆同步升降平台，通过对液压系统运动特性、系统刚度以及驱动部件刚度的详细分析与研究，得出了液压驱动双杆同步升降平台在在特定荷载下的运动特性参数，并为此类产品的设计与开发提供了相应的理论依据。

1 液压驱动双杆同步升降台机构及液压系统1.1液压双杆同步升降平台机构简图液压双杆同步升降平台结构简图如图 1所示 ，其工作台为垂直上下平动，机座两固定轴上装有两个相同的凸轮，由同步杆连接构成双杆同步机构，液压油缸驱动凸轮转动-定角度，再由凸轮带动各 自的连杆推动平台上下平动。

1.底座 2.1司步杆 3.凸轮 4.连杆图 1 液压双杆同步升降平台结构图液压双杆同步升降平台机构运动简图如图2所示，该机构的工作原理是：液压缸 1推动连杆2通过主轴带动曲柄 3转动，再通过连杆4驱动升降台5作垂直方向直线运动。

图2 液压双杆同步升降平台运动简图1.2液压双杆同步升降平台液压传动系统根据升降台工作要求，液压系统原理如图 3所示。

图 3 液压系统原理图1.3液压系统工作过程(1)活塞杆快速推动升降台上升电气启动，电磁铁得电，液压缸实现差动联接 ，压力油和油缸活塞缸有杆腔回路进入活塞缸无杆腔，升降台快速上升。

(2)活塞杆慢速推动升降台上升挡铁上升 ，压下行程开关 1XK，电磁铁断电，当延时继电器延时10 s时，接通电磁铁，二位二通阀油路关闭，系统压力升高，顺序阀(7)打开，液压缸左腔收稿日期：2013-01-12作者简介：弥 宁(1975-)，男，甘肃庆阳人，讲师，硕士研究生，主要从事机械设计及制造的教学和科研工作。

16《装备制造技术)2013年第4期进油，液压缸右腔回油，经顺序阀(7)到背压阀(6)回油箱，升降台逐渐升至最高位置，挡铁压下限位开关(2XK)，电磁铁断电，升降台停止。

(3)活塞杆退回推动升降台下降当挡铁压下限位开关 2XK时，电磁铁断电，延时继电器接通电磁铁，换向阀(5)右位工作，油缸右腔进油，油缸左腔回油至油箱，升降台下降。

(4)原位停止当挡铁压下限位开关3XK时，电磁铁断电，升降台原位停止。

2 液压系统载荷分析2.1液压缸推力根据虚位移原理力作虚功：F·6r (1)力矩或力偶矩作虚功：6IVMo(F)60 61VM，(IO80 (2)其中：6 mS0。

作用于系统与主动力有 G与 F，系统受完整约束，有-个自由度。当发生虚位移时，升降台 做垂直运动，活塞杆做水平运动。设活塞杆虚位移为 ，升降台面虚位移为 ，由虚位移原理得：- 0 (3)由机构几何关系得：28A1.66B代人(1)式 ，得出液压缸推力为：F34 000 N。

2.2压力损失(1)液压油的粘度压力损失分为沿程压力损失与局部压力损失两种。圆管层流的沿程压力损失计算公式为：ap (4)(2)液压升降平台阻尼系数液压油的沿程压力损失对液压平台的动态特性有着非常重要的影响，由以上公式可得到升降平台液压系统等效阻尼：，.： -F： -Apa-rd2C (5) -- L)，z，将(4)式代人(5)式可得，C 320ol (6)因此，从升降平台液压系统的液压控制阀到液压 缸管长约为 2 500 mm，液压 油的密度约为0.90 kg/mm3，可得出升降平台液压系统阻尼约为3.31 Ns/mm。

2.3液压油的体积弹性模量由液体的可压缩性和液体受温度影响的膨胀性，体积为 的液体，当压力变化量为 Ap时，体积绝对变化量为 △l，，而液体体积的压缩系数为 l 2：，c- (7) 工， r当压力增大时，液体体积降低，为使 K为正值，应在上式右边加-负号。

液体体积压缩系数的倒数等于其体积弹性模量，即K： ：- △p (8)对于-般的矿物油而言，其体积弹性模量多在1 400 2 000 MPa之 间 ，可压缩性 是钢 的 100-150倍。在实际的运用过程中，因液体中常混入-些空气等其他杂物，从而使其抗压缩能力受到影响，这直接限制了液压系统的工作性能。在工程计算过程中，多取K700 MPa左右。

3 活塞杆与油缸变形分析3.1活塞杆变形分析对于双杆同步升降台而言，所选用活塞直径D90mm，活塞杆直径 d60mm；活塞行程 s160mm。

在液体压力下，将会发生变形，从而使升降台的精度与整体刚度受到影响。取升降台升起时压力最大时，对活塞杆进行受理分析，得出升降台的最大工作压力为 P56 kgf/em ，即F34 000 N。

同时，建立相对应的活塞杆实体模型与有限元模型，选取单元类型为 SOLID187，定义材料的杨氏模量为 2.06 X 10Pa，密度为 7 800 kg/m ，泊松比为0.30，采用智能划分网格方法，设定精度为6级 ，模型及网格图如图 4所示。由活塞杆变形云图(图 5)可得到：升降平台上升起始过程中，受到56 kjf]em 的液压力使得活塞杆的变形值是0.001 424 mm。

蕾翟豳 盈汹图4 活塞杆网格图 图5 活塞杆变形图3.2油缸变形分析为了确保施加的约束以及计算结果更加准确，还应对与缸体连接的构建建模，将缸体模型与其他构件模型粘结[53。为了更加清晰地掌握液压缸体内部变形情况，在 ANSYS中建立半缸模型，并以钢筒的17Equipment Manufacturing Technology No.4，2013轴向中心线为轴线。

3.3受压后液体体积变化情况把液压缸内液压油的压力与体积弹性模量带人式(8)，能够得到液体受压后的提及变化量(如表 l与表2所示)。在上升过程中，升降平台液压缸有杆腔容积变化量约占液压油提及变化量的 2.54% 3.79%；在下降过程中，约占2.38%-5.18%。

表1 升降平台上升过程等效刚度活塞位移(toni) 20 40 60 80 100 120 1加 160AV(mm) 912 1 834 2760 3 692 4601 5 538 6461 7408活塞位移变化(mm) 0.15 O.29 0.43 0.59 0.73 0.88 1.02 1.17等效刚度(N/ram) 226666 l17 241 79069 57627 46 575 38 636 33 333 29059表2 升降平台下降过程等效刚度活塞位移(mm) 20 40 60 80 100 120 140 160AV(nlms) 725 1 462 2 207 2 959 3 713 4473 5 219 5 964活塞位移变化(mm) 0.12 0.23 0.35 0.467 O.59 O.71 0.82 0.94等效刚度(N/ram) 208 333 1OB 695 71 428 53 533 42 372 35 211 30487 26 5954 液压缸系统的等效刚度液压缸容积变化、液压油体积的变化以及液压缸底座沿z向发生变形，使活塞发生移动。本文将液压缸压力增量和活塞位移变化量之间的比值称为升降平台液压系统等效刚度，则有： ± 。 (9)1T 等 (10)式中，Ax 表示在压力变化后，液压缸底座沿液压缸轴向位移值。由分析结果可知：升降平台上升过程 A 。约为0.005 mm，在下降过程中约为0.002 mm。

△ 。表示液压缸的容积变化，△ 表示液压油的体积变化～数值代入式(9)和式(1O)可得升降平台上升过程等效刚度，如表 1所示，在下降过程中，液压系统等效刚度如表2所示。

把升降平台在升降过程中各个活塞位移所对应的刚度值，在MATLAB中拟合等效刚度曲线，并运用多项式拟合方法对等效刚度进行拟合，可得到图6和图7所示的拟合曲线。

。 20 加 6o毒 位 。 40 60倡。 0图6 上升过程等效刚度曲线5 结束语图 7 下降过程等效刚度曲线通过上述分析得出：对于液压升降平台而言，液压等效刚度随活塞位移的增加而减小；下降速度随位移增加而降低。在液压升降平台的整个运营过程中，液压系统的等效刚度呈现出明显的非线性特点。