上驱动式剪叉液压升降平台的设计与实现

郝欣妮，朱 勇，周中升，陈 晨

（1.扬州市职业大学，江苏 扬州 225009；2.泰兴市优特佳液压机械厂，江苏 泰州 225413）

液压升降平台是一种将人或者货物升降到一定高度的升降设备，主要用于人员登高作业或货物垂直运输。剪叉式升降平台具有结构紧凑、承载量大、通用性强和操控性好的特点,因此在现代物流、建筑装修、生产制造、大型设备的制造与维护等场合得到了广泛的应用[1]。然而，面向普通大众日常生产生活的升降平台却很少，主要原因是传统的液压升降平台成本高、笨重、液压系统复杂、占用空间、使用不便，在施工现场很难灵活移动等。搭建固定平台或使用梯子进行高空作业比较普遍，费时费力，效率低下。随着现代科技装备的不断发展，人们对日常生产生活便捷性的不断追求，灵活便携式小型升降平台的需求必将逐渐向普通大众家庭延伸[2]。

通过对升降平台机械结构总体方案的论证选择、受力分析与应力计算校核、液压系统回路设计、相关标准件计算选型、零部件设计、材料选择等，设计了一款面向普通大众的上驱动式剪叉液压升降平台。同时，与企业合作制造了升降平台样机，试用效果佳。

上驱动式剪叉液压升降平台适用于果园采摘、果树修剪、家庭园林园艺、外墙装修维护、超市、仓储等多种面向大众的高空作业场合，简单的人力上驱动方式，单人操控满足单人高空作业需求，无需电源，轻巧便携，安全可靠，剪叉式结构存储不占空间，特别适用于家用高空作业场合，提高了劳动效率，减轻了劳动强度。

1 液压升降平台的整体结构设计

1.1 基本参数

本文设计的升降平台（台面尺寸1 000 mm×600 mm），额定载荷为200 kg，升程为350～1 500 mm，有效升高高度为1 150 mm，质量为103 kg。平台参数可以根据客户使用要求，订制化调整。

1.2 整体结构设计

设计的升降平台整体结构如图1所示，由机架和液压控制系统两部分组成。机架部分由工作台、可拆卸护栏、内外铰板、底座、支撑腿、脚轮等构件组成，液压控制系统由动力油缸、恢复弹簧、脚踏柄、上工作油缸、下工作油缸、油管和集成底座组成。上工作油缸和下工作油缸通过橡胶油管连通组成分体式工作液压缸，如图3所示。

图1 升降平台整体组成[3]

图2中液压控制系统的动力油缸和上工作油缸通过底座连接固定在工作台上，上工作油缸与下工作油缸通过橡胶油管连通，下工作油缸的柱塞通过销轴与肋板铰接，肋板固定在上固定轴上，上固定轴与上内铰板固定连接；下工作油缸缸体端与肋板铰接，肋板固定在下固定轴上，下固定轴两端装有滚轮，滚轮可沿底座导轨槽前后滚动。动力油缸外部套接恢复弹簧，活塞杆与脚踏柄铰接，脚踏柄同轴铰接于支撑座上。上内、外铰板与工作台连接的方式为：上内铰板右端通过安装了轴承的滚轮与平台底部的导轨槽配合，滚轮在导轨槽中左右移动以实现铰架带动平台的上下升降；上外铰板左端铰接于工作台底部。下内、外铰板与底座连接的方式为：下内铰板左端铰接于底座左端；下外铰板右端通过安装了轴承的滚轮与底座导轨槽配合，滚轮在导轨槽中左右移动以实现铰架带动平台的上下升降。

为了保证升降平台安全可靠工作，工作台前后设计有可拆卸护栏；底座上的脚轮选择超级橡胶脚轮，保证其承重和降低移动噪声，其中前2个为定向轮，后2个为带刹车装置的万向轮；另外，均布于底座四角设计有可调安全支撑腿，结构如图1放大图A所示，各支撑腿可根据地形情况进行调节，以防移动或侧翻，保证工作安全。

1.3 升降平台工作原理

平台的升降是通过下工作油缸柱塞的伸缩运动来实现的。上驱动式分体液压缸，当脚踏踏柄时，动力油缸活塞杆被压回液压缸；脚抬起时，在恢复弹簧作用下，活塞杆伸出液压缸。如此周期循环，下工作油缸柱塞不断克服负载伸出，推动内外铰板沿铰链旋转，平台起升；卸荷时，在重力作用下柱塞回程，铰板沿铰链回旋，平台下降。由前述的连接方式得，与较板连接的滚轮将沿导轨槽左右滚动，带动工作台上升或下降，起到升降重物的作用。

2 液压升降平台液压系统设计

2.1 液压系统原理

液压控制系统原理图如图2所示，系统动力元件参考液压千斤顶选用动力液压缸（图2，3-动力油缸）。系统工作原理是：动力油缸在外力作用下活塞上移时，缸内体积增大，油箱中的油液在大气压力作用下打开单向阀被压入动力油缸内，完成吸油；外力作用下活塞下移时，压缩油液赋予其压力能，同时打开单向阀进入工作油缸，完成压油，压力能转换成势能举升重物对外做功。如此周期循环，实现重物的不断提升。溢流阀保证系统不超过各元件额定压力，起到安全保护的作用。卸荷时，打开卸荷阀，此时油箱与工作油缸相通，液压油压力为0，在重物自重作用下，平台下降。节流阀用于保证卸荷时工作台缓慢下降到位，重物不会因快速下降而损坏元件。

图2 液压系统原理图

2.2 上驱动式分体液压缸内部结构设计

综合升降平台工作需求以及对单人操作满足单人高空作业的使用要求，根据液压系统控制原理设计了一种上驱动式分体液压缸，其内部结构如图3所示，各部分结构对应于原理图中的元件。

上驱动式分体液压缸创新之处：（1）针对上驱动需求，工作油缸分体式设计，上工作油缸和下工作油缸通过橡胶软油管连通；（2）采用两圆管套接的方式将油箱和上工作油缸一体化设计，减小体积空间；（3）动力油缸、上工作油缸和油箱通过集成化底座连接。

2.3 上驱动式分体液压缸工作原理

液压控制系统的工作过程如图3所示，平台在最低位置时，踩下脚踏柄，动力油缸活塞杆下压，活塞压缩缸内油液，赋予油液压力能，压力油打开单向阀一进入上工作油缸并通过橡胶油管进入下工作油缸，推动下工作油缸柱塞伸出，压力能转化为机械能，推动平台上升。松开脚踏柄，恢复弹簧弹力使动力油缸活塞上提，动力油缸下腔压力减小，油箱中油液打开单向阀二进入动力油缸补油。不断踩踏，周期循环，平台逐渐升起，下工作油缸倾角不断增大；工作台升到最高位置，即柱塞缸的柱塞达到最大伸出行程，停止上升，此时整个液压系统为保持压力的阶段；旋转卸荷阀手轮，平台下降，上工作油缸与油箱相通，缸内压力减小，在平台自重和卸荷阀节流口作用下，柱塞缓慢平稳回程，液压缸倾角减小，最后停止在最低点，升降平台的整个工作周期完成。

图3 上驱动式分体液压缸结构图[4]

3 液压升降平台实物

为了验证并优化升降平台的性能，与泰兴市优特佳液压机械厂合作制造了平台实物，如图4所示。实践结果表明：升降平台实现了设计目标，使用性能符合客户需求，可以推广应用，但机身轻巧性方面还存在继续优化的空间。

图4 升降平台实物

4 结语

本文设计的上驱动式剪叉液压升降平台采用上驱动式分体液压缸驱动，单人操控满足单人高空作业需求，无需电源，轻巧便携无需电源，剪叉式结构存储不占空间，适用于日常生产生活中的多种高空作业场合，提高了劳动效率，减轻了劳动强度。经样机试产后，各项性能均满足客户需求。