剪叉式高空车多层剪叉机构受力分析计算

刘丹， 陆进添， 段晓宇， 张建新

（三一帕尔菲格特种车辆装备有限公司，江苏南通226400）

0 引 言

剪叉式高空作业平台用于室内、室外的登高作业中，其结构一般由平台、叉架、底盘3部分组成，其中叉架的设计最为关键。

剪叉机构因为其结构形式简单、可靠性良好而广泛应用在叉架设计中，一般由升降液压缸、剪叉臂、转动销轴等结构组成，如图1所示。从结构上看,升降液压缸两端分别铰接于剪叉臂支耳, 内叉和外叉分别在两端和中点处进行铰接,同时，内剪叉臂的一端通过销轴与底盘连接固定,另一端通过滑块与平台连接;外剪叉臂一端与底盘通过滑块连接,另一端与工作平台铰接[1]。

如图1所示，以6层剪叉式高空车为例，首先利用能量守恒定律计算油缸力，再通过受力分析得到各铰点的受力状况，并通过应力试验对理论分析方法的可行性进行校验，最终将应力试验与理论分析结果相互对比分析，进而综合判断剪叉臂各部位和整体受力大小和分布，从而为后期的校核提供参考和依据。

图1 剪叉车高空车

1 工作原理

从运动方式看,叉架整体的运动变化是液压缸的活塞运动使附近叉架受力而直接发生内、外叉之间相对夹角变化，再通过叉架之间的铰接作用使该力和运动得以传递，最终使叉架整体高度变化[2]，最终借助其他部件的配合而实现送人到达高处进行作业的实际作用。

2 受力分析过程

2.1 模型的简化

以叉架整体为对象，其分别受到底盘作用于铰点和滑块处竖直向上的力Ga6和Gb6、工作平台作用于铰点和滑块处竖直向下的力Ga0和Gb0（忽略摩擦力）。由于叉架受力均位于前后两个平行平面内，且两平面受力情况相同，因此可将模型简化为一个二维平面[3]，如图2所示,需要设计的参数如表1所示。

图2 叉架模型的简化

表1 某系列叉架结构设计参数

2.2 油缸推力计算

2.2.1 油缸长度

当剪叉机构起升角度为α时，下油缸周围各铰点参数的定义如图3所示。

根据三角函数关系，可计算得下油缸长度S2：

2.3 单层叉架受力分析

3 整车应力试验验证

3.1 数据分析

在完成针对各铰点力的计算分析后，通过实际状况下整车的应力试验所得数据与之对比，从而对理论分析的现实可行性进行判断。现作如下设计输入，如表2所示。

结合第2节受力分析可计算得出理论值。再通过应力试验，在尽可能靠近铰点位置处布置应变片记录应力数值如图5所示,记录起升25°时的应力数值。以中间铰点为例，得到如表3所示数据偏差表。

4 结 论

对多层剪叉机构整体的分析中，首次从做功的角度出发，利用能量守恒定律，以起升角度映射叉架起升的各个工作状态，推导出了油缸力与起升角度的变化关系，进而通过逐层受力分析得到各铰点的受力变化情况。并且通过实际工况下的应力试验数据与理论分析的结果对比分析，验证了利用能量守恒定律计算油缸推力的方法的正确性。