臂架式升降工作平台平衡重与覆盖件设计研究

胡 斌/HU Bin

（江苏柳工机械有限公司，江苏 镇江 212000）

1 臂架式升降工作平台

臂架式升降工作平台（以下简称“臂车”）是一种用来运送人员、工具和材料到指定位置进行工作的设备。臂车主要由行走机构、伸展机构、回转机构、平衡重系统、工作平台、液压系统、控制系统和电气设备等组成[1]，广泛应用于工厂车间、广场、大堂、机场、园区等有高空作业需求的场合，如装运货物、高空维修保养等等。它使高空作业效率更高，安全得到更高保障。

2 平衡重的作用

臂车在空载和满载的时候，臂车都是不平衡的，存在较大弯矩。空载时产生后倾弯矩，整个臂车后压。臂车在满载的时候，产生前倾弯矩，整个臂车前压[2]。因此，平衡重的作用为避免臂车后倾和前压的风险。

平衡重多为铸件，其主要作用在于平衡以下两方面情况：一方面，当臂车的工作平台在满载作业时产生的弯矩，使前倾力矩保持在合理的范围内；另一方面，当臂车的工作平台在空载时产生的弯矩，使后倾力矩保持在合理的范围内。从而减少负载力矩对臂车的作用，使臂车产生的应力保持在安全范围之内。

平衡重的覆盖件多为钣金件，主要用于对平衡重内置控制系统和液压系统的保护。

3 平衡重与覆盖件的关系

平衡重为铸造件，其形状复杂且制造精度较低。而覆盖件为钣金件，多为折弯或冲压成型，也同样存在一定的制造误差。当在整车装配中，二者之间会出现装配偏差，增加返工次数，降低装配效率。因此，覆盖件在与平衡重的连接方式应适当简化。

平衡重对整车外观的呈现效果起到举足轻重的作用。平衡重相对于覆盖件而言，其更容易达到各种复杂造型的外观效果。而覆盖件受限于成本等因素，制作相对简单，只能考虑相对简单的造型。因此，覆盖件在外观方面的作用应当弱化。

4 平衡重与覆盖件的设计研究

4.1 冗余设计

冗余设计是指在系统或设备完成任务起关键作用的地方，增加一套以上完成相同功能的功能通道、工作元件或部件，以保证当该部分出现故障时，系统或设备仍能正常工作，减少系统或者设备的故障概率，提高可靠性[3]。

平衡重与覆盖件的制造精度都较低，如何降低产品的制造偏差对装配的影响是一个重要的研究问题。而利用冗余设计的方法应用于某一款臂车产品的平衡重系统设计当中，对此设计问题的解决起到很好的效果。

在一款平衡重系统的产品中，考虑在覆盖件与平衡重的装配方式中采用了冗余设计手段（图1），设计人员考虑到在覆盖件和平衡重的实际装配难度，在覆盖件具备竖向位置调节功能的情况下，增加一套平衡重的横向调节安装腰型孔以便完成与覆盖件的装配。

图1 采用冗余设计的覆盖件与平衡重

在实际装配中，由于制造偏差带来的装配困扰无处不在，所以设计人员在覆盖件的安装孔采用竖向腰型孔的设计便于覆盖件的竖向调节，同时在配重预埋板的安装孔采用横向腰型孔便于横向调节，采用螺栓和板簧螺母的连接方式，有效地优化了装配方式，缩短了装配时间。

4.2 容差设计

由于在生产过程中不能做到完全精确，就需要规定指标允许有一定的容许范围，即容差。

容差设计是基于损失模型法稳健设计的最后一个阶段，其主要目的是协调质量特性波动与增加制造费用之间的关系，以获得高质量与低成本的最新产品。将模糊数学中的综合评判方法应用于容差设计中，以解决多性能指标的容差设计。[4]

在臂车产品中，平衡重在达到平衡整车稳定性的同时，需内置体积较大的液压和控制系统，并且设计人员需要同时考虑液压和控制系统的维护便捷性。这一因素就会要求平衡重的开口和覆盖件的覆盖面积进一步加大，从而增加了平衡重与覆盖件的设计难度和装配难度。如图2 所示就是一款开口大的平衡重系统，容差设计的思想应用于此产品起到了较好的效果。

图2 开口大的平衡重系统

平衡重的覆盖件与其贴合平面有4 个，其中有3 个安装平面之间存在角度差异，设计人员应考虑到两者在实际制造中都会产生无规律的偏差情况。因此，本方案设定了3 个误差容许范围，如图2 所示，误差容许范围一为覆盖件的3 处设计折弯R 角远和平衡重的设计铸造R 角，覆盖件的设计折弯R 角远大于平衡重的设计铸造R 角。误差容许范围二为左右方向的装配预留间隙。误差容许范围三为前后方向的装配预留间隙。如此设计就可以大大降低制造误差带来的现场返工，从而提升装配效率，且不影响外观效果。

4.3 平衡重及其覆盖件的外观设计及研究

平衡重的外观设计多为曲面设计，覆盖件在完成覆盖作用的同时，不能影响配重的整体外观。

目前覆盖件与平衡之间的覆盖方式有3 种：贴合覆盖、齐平覆盖、下沉覆盖。

1）贴合覆盖 贴合覆盖为覆盖件直接贴合于配重表面的一种装配方式，如图3 所示，覆盖件直接利用螺栓连接于配重表面。此装配方式外观效果和制造精度要求均尚可，但若平衡重与覆盖件的制造存在较大偏差，则无法贴合，且存在较大间隙，最终无法达到理论的外观设计效果。

图3 贴合覆盖

2）齐平覆盖 齐平覆盖的装配方式为覆盖件与平衡重装配后形成无差别的一体，如图4 所示，即覆盖件的所有平面的平衡重的平面在装配后是齐平的。此装配方式虽然可以达到较好的外观效果，但对平衡重的铸造以及覆盖件的制造精度要求较高，在实际生产中，此方式无疑会产生较高的制造和装配成本。

图4 齐平覆盖

3）下沉覆盖 下沉覆盖的装配方式为覆盖件下沉与平衡重进行装配，如图5 所示，即平衡重设计出台阶，而覆盖件装配于此台阶上。因为台阶的表面被覆盖件遮蔽，所以其被排除于外观面以外，从而降低了平衡重在此处的铸造精度要求。此方式即容易达到理论设计的外观要求，又能完成高效地完成装配任务。

图5 下沉覆盖

5 结语

臂架式升降工作平台的平衡重与覆盖件的设计及研究，是对2 种有互补互助要求的物件如何在制造工艺、外观效果、装配方式等方面有效融合的研究。

如今，市场消费群体对各行各业产品外观的要求日渐提升。外观是客户考察产品时的第一感受，并深刻影响着客户对产品的印象。而平衡重作为臂架式升降工作平台的重要组成部分，一般位于整车行驶方向的最前方“C 位”，起到提升整车“门面”的作用。

因此，平衡重和覆盖件已不仅起到平衡臂架式升降工作平台整车稳定性和内置电气液压系统的作用，也担负着整车“颜值担当”的重任。