工程机械用大吨位液压升降台优化设计及应用

（山推工程机械股份有限公司，山东 济宁 272073）

随着工程机械的发展，为满足大型工程和矿山开发需要，工程机械不断的趋于大型化。由于市场需求相比常规产品产量小，采取生产线投资较大，在生产中基本处于固定工位装配模式，采取固定式支撑，装配完成由于整机重量上百吨，远远超出厂房及行车的承载，不得不外租大吨位吊车进行协作下线，为提高装配效率及维修的方便性，需要设计大吨位液压升降台，解决生产及维修问题。

1 总体方案

根据推土机的结构特点及装配工艺流程，因左右两边的履带行走机构为最后升降台下降至地面进行装配，我们采取支撑产品主框架实现升降目的。升降台机械结构由底盘、十字铰接架、升降台面等3 个部分通过销轴进行装配连接而成，采取两组4 个液压缸实现动作。主要结构采用HQ60 高强度成形管焊接而成，强度高、外形美观。上台面采用工字钢作为主梁，上面板为厚度20mm 平钢板，底座采用槽钢和20mm 厚钢板焊接而成，其结构组成如图1 所示。

图1 液压升降台结构示意

工作液压原理图如图2 所示，采取两组4 个缸径为250mm，升降行程350mm 的液压油缸，液压站容积为300L，配有油散确保连续工作，油温稳定。采取排量35mL/r 电动泵，系统工作压力设置为25MPa，为实现台面升降平稳，确保两组4 个油缸动作的一致性，采取电磁阀及液压锁进行控制，为防止异常断电、爆管或油缸故障配有单项闭锁及泄压及过载保护。

图2 工作台液压原理图

整体结构方案及工作液压原理确定后，针对具体结构进行了方案三维设计，具体如图3所示。

图3 方案对比说明

方案说明：方案一仅使用十字铰接架进行支撑，不加任何其他机构及辅助定位措施；方案二使用十字铰接架提升后，4 个角增加4 个保险杠，固定在基础坑的4 个壁上，进行机械定位，消除安全隐患。

经过对工作原理分析，因支撑铰接架4 个油缸是并联的，万一出现泄压或者油缸故障，十字铰接架支撑平台，工作台面也只能平平落下，不会侧翻；方案二设置保险杠属过度配置，且需要有侧向外力参与，易导致十字铰接架侧向受力导致侧翻，不安全因素反而大，因此采用方案一。

2 设计及优化

2.1 升降台设计

方案确定后，根据尺寸进行升降台机械结构的具体三维设计工作，升降台面采用的材质为Q355B，铰接架主体板采用的为低合金高强板Q460C，并针对举升过程中极限位置的升降台面、铰接架及销轴的强度进行了理论校核，受力分析如图4 所示。

图4 液压升降台面受力图

2.2 建模及CAE分析

为了规避设计风险，按照总体设计的要求，采取公司CREO 软件进行设备的三维设计，材料Q355B，屈服极限σs=345MPa，材料Q460C，屈服极限σs=420MPa；荷载根据工况确定；在台面与油缸铰点处使用约束。

三维导入ANSYS 中进行网格化等前处理阶段后，分别对铰接架、台面进行静态结构分析，动态分析；同时得到各部件的重量和重心位置，评估功能的作用是对各零部件之间的间隙和干涉进行检查。

根据有限元分析云图可以看出，台面最大位移2.05mm，最大应力152MPa；铰接架最大位移0.68mm，最大应力289MPa，满足材料性能要求，考虑到铰接架是最关键出力结构，是实现100t 起降的关键。主副铰接架共10 组孔要求平行度不超过0.3mm，否则有侧向力。设计要考虑制造工艺，根据CAE 分析，中间横梁采用不同板厚，实现应力均衡分布；同时对所有轴进行弯曲、剪切强度计算，钢轮与轨道设计，工作时钢轮受力，轨道发生弹性变形；油缸出力，钢轮转动，轨道回复原状，也对钢轮材质、轨道材质，机械性能要求很严格。

3 应用及结论

根据理论分析数据进行结构优化后，出工程图及相关工艺规程进行下料制作，同时严把过程控制，参照企标KES 标准进行确认，依次完成工装制造、工装装配、现场施工、样机装配验证4个阶段。大吨位专用液压升降台的成功设计，优化了装配工艺，改变了超大马力推土机装配及维修采取汽车吊下线的现状，大大提升了批量生产的能力，降低了制造额外费用。另外对液压升降台面不同结构进行了静力学分析和Ansys 有限元分析，得到关键受力件-铰接架、台面主要的应力分布和位移数据，制作之前确认最大应力值小于所选用材料的许用应力，结构的位移形变量也在许可范围内，也为今后更好地规避设计风险提供了一种有效的方法。