一种新型液压提升机构及受力分析

　　平行四边形机构能按比例放大工作行程,广泛使用在各类液压升降设备中,但工作方式都是顶升,如液压升降工作台。本文作者在长江航标2.44m浮筒清洗装置的研制中,利用平行四边形机构设计了一套工作臂液压提升机构,并取得了良好的使用效果,图1为该装置结构图,工作臂上有多把旋转的清洗刷,通过刷的摆动和工作臂在垂直轨道中的上下运动清洗浮筒表面,工作臂的上下运动由液压缸通过提升机构驱动。

　　图2为提升机构的机构运动简图,提升负荷(工作臂)联结在滑块6上,由10个铰接的平面运动构件构成四个平行四边形。整个装置由滑轮引导在垂直轨道中运动,相当于滑块在垂直中心线上运动,从而使两液压缸实现机械同步,机构的提升行程约为液压缸行程的6倍。

　　这种平面多杆机构虽然能增加提升行程,但构件受力计算比较复杂,而且在不同的机构位置,各构件受力也不相同。在行程放大的同时,驱动油缸的出力也成倍增加,因此,构件受力分析是设计的关键问题。

　　按平面机构受力分析方法,把机构分解成多个受力分离体。由于机构左右对称,对应杆件受力相同,由图3可列出各构件力平衡方程并求出铰接点的受力。

　　构件5、5/为二力构件,当提升载荷FW垂直向下作用时,构件受的轴向拉力:

　　根据平面力系平衡条件,可计算出构件2、3、4上的载荷为(G为每个构件(长度为2l1)的重力):

　　式中:A为油缸轴线与垂直线间的夹角; A为活塞有效受压面积; p为油缸工作腔的液压力。

　　从以上分析结果中,可以总结出该机构的受力特点,首先是位于机构不同位置的构件受力不同,由上述计算式可知,杆2和2c所受轴向力最大;杆2和2/的B点处的弯矩也最大。因此在零件设计中,应以构件2或2c进行强度计算,以保证构件的强度。

　　其次,各构件的水平载荷随角度的增大而增大,当接近90o时,载荷将变得非常大,容易造成构件损坏。同时H角过大会使液压缸无法推动构件,因此在工作过程中,H角的变化范围应控制在45o~85o之间。

　　另外,由式(5)可知,液压缸的推力大小与FW、G、l1、l2的数值有关,该提升机除具有放大提升力功能外,还有放大提升行程的功能,其原理为:同时,机构行程放大倍数主要取决于平行四边形的个数n,平行四边形边长和夹角H,平行四边形边长和夹角H,2S为每个平行四边形所能实现的提升行程, S总为提升机升程。l1、l2在设计时,应根据工况要求确定。

　　本文提出的平行四边形提升机构,结构紧凑,构造简单,运动可靠。在实际中还可采用单个液压缸垂直安装拉动铰链B及丝杆传动等其他驱动方式,是一种比较实用的液压提升机构形式。