郝欣妮，朱 勇，周中升，陳 晨

（1.揚州市職業(yè)大學(xué)，江蘇 揚州 225009；2.泰興市優(yōu)特佳液壓機械廠，江蘇 泰州 225413）

液壓升降平臺是一種將人或者貨物升降到一定高度的升降設(shè)備，主要用于人員登高作業(yè)或貨物垂直運輸。剪叉式升降平臺具有結(jié)構(gòu)緊湊、承載量大、通用性強和操控性好的特點,因此在現(xiàn)代物流、建筑裝修、生產(chǎn)制造、大型設(shè)備的制造與維護等場合得到了廣泛的應(yīng)用[1]。然而，面向普通大眾日常生產(chǎn)生活的升降平臺卻很少，主要原因是傳統(tǒng)的液壓升降平臺成本高、笨重、液壓系統(tǒng)復(fù)雜、占用空間、使用不便，在施工現(xiàn)場很難靈活移動等。搭建固定平臺或使用梯子進行高空作業(yè)比較普遍，費時費力，效率低下。隨著現(xiàn)代科技裝備的不斷發(fā)展，人們對日常生產(chǎn)生活便捷性的不斷追求，靈活便攜式小型升降平臺的需求必將逐漸向普通大眾家庭延伸[2]。

通過對升降平臺機械結(jié)構(gòu)總體方案的論證選擇、受力分析與應(yīng)力計算校核、液壓系統(tǒng)回路設(shè)計、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)件計算選型、零部件設(shè)計、材料選擇等，設(shè)計了一款面向普通大眾的上驅(qū)動式剪叉液壓升降平臺。同時，與企業(yè)合作制造了升降平臺樣機，試用效果佳。

上驅(qū)動式剪叉液壓升降平臺適用于果園采摘、果樹修剪、家庭園林園藝、外墻裝修維護、超市、倉儲等多種面向大眾的高空作業(yè)場合，簡單的人力上驅(qū)動方式，單人操控滿足單人高空作業(yè)需求，無需電源，輕巧便攜，安全可靠，剪叉式結(jié)構(gòu)存儲不占空間，特別適用于家用高空作業(yè)場合，提高了勞動效率，減輕了勞動強度。

1 液壓升降平臺的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 基本參數(shù)

本文設(shè)計的升降平臺（臺面尺寸1 000 mm×600 mm），額定載荷為200 kg，升程為350～1 500 mm，有效升高高度為1 150 mm，質(zhì)量為103 kg。平臺參數(shù)可以根據(jù)客戶使用要求，訂制化調(diào)整。

1.2 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

設(shè)計的升降平臺整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，由機架和液壓控制系統(tǒng)兩部分組成。機架部分由工作臺、可拆卸護欄、內(nèi)外鉸板、底座、支撐腿、腳輪等構(gòu)件組成，液壓控制系統(tǒng)由動力油缸、恢復(fù)彈簧、腳踏柄、上工作油缸、下工作油缸、油管和集成底座組成。上工作油缸和下工作油缸通過橡膠油管連通組成分體式工作液壓缸，如圖3所示。

圖1 升降平臺整體組成[3]

圖2中液壓控制系統(tǒng)的動力油缸和上工作油缸通過底座連接固定在工作臺上，上工作油缸與下工作油缸通過橡膠油管連通，下工作油缸的柱塞通過銷軸與肋板鉸接，肋板固定在上固定軸上，上固定軸與上內(nèi)鉸板固定連接；下工作油缸缸體端與肋板鉸接，肋板固定在下固定軸上，下固定軸兩端裝有滾輪，滾輪可沿底座導(dǎo)軌槽前后滾動。動力油缸外部套接恢復(fù)彈簧，活塞桿與腳踏柄鉸接，腳踏柄同軸鉸接于支撐座上。上內(nèi)、外鉸板與工作臺連接的方式為：上內(nèi)鉸板右端通過安裝了軸承的滾輪與平臺底部的導(dǎo)軌槽配合，滾輪在導(dǎo)軌槽中左右移動以實現(xiàn)鉸架帶動平臺的上下升降；上外鉸板左端鉸接于工作臺底部。下內(nèi)、外鉸板與底座連接的方式為：下內(nèi)鉸板左端鉸接于底座左端；下外鉸板右端通過安裝了軸承的滾輪與底座導(dǎo)軌槽配合，滾輪在導(dǎo)軌槽中左右移動以實現(xiàn)鉸架帶動平臺的上下升降。

為了保證升降平臺安全可靠工作，工作臺前后設(shè)計有可拆卸護欄；底座上的腳輪選擇超級橡膠腳輪，保證其承重和降低移動噪聲，其中前2個為定向輪，后2個為帶剎車裝置的萬向輪；另外，均布于底座四角設(shè)計有可調(diào)安全支撐腿，結(jié)構(gòu)如圖1放大圖A所示，各支撐腿可根據(jù)地形情況進行調(diào)節(jié)，以防移動或側(cè)翻，保證工作安全。

1.3 升降平臺工作原理

平臺的升降是通過下工作油缸柱塞的伸縮運動來實現(xiàn)的。上驅(qū)動式分體液壓缸，當(dāng)腳踏踏柄時，動力油缸活塞桿被壓回液壓缸；腳抬起時，在恢復(fù)彈簧作用下，活塞桿伸出液壓缸。如此周期循環(huán)，下工作油缸柱塞不斷克服負(fù)載伸出，推動內(nèi)外鉸板沿鉸鏈旋轉(zhuǎn)，平臺起升；卸荷時，在重力作用下柱塞回程，鉸板沿鉸鏈回旋，平臺下降。由前述的連接方式得，與較板連接的滾輪將沿導(dǎo)軌槽左右滾動，帶動工作臺上升或下降，起到升降重物的作用。

2 液壓升降平臺液壓系統(tǒng)設(shè)計

2.1 液壓系統(tǒng)原理

液壓控制系統(tǒng)原理圖如圖2所示，系統(tǒng)動力元件參考液壓千斤頂選用動力液壓缸（圖2，3-動力油缸）。系統(tǒng)工作原理是：動力油缸在外力作用下活塞上移時，缸內(nèi)體積增大，油箱中的油液在大氣壓力作用下打開單向閥被壓入動力油缸內(nèi)，完成吸油；外力作用下活塞下移時，壓縮油液賦予其壓力能，同時打開單向閥進入工作油缸，完成壓油，壓力能轉(zhuǎn)換成勢能舉升重物對外做功。如此周期循環(huán)，實現(xiàn)重物的不斷提升。溢流閥保證系統(tǒng)不超過各元件額定壓力，起到安全保護的作用。卸荷時，打開卸荷閥，此時油箱與工作油缸相通，液壓油壓力為0，在重物自重作用下，平臺下降。節(jié)流閥用于保證卸荷時工作臺緩慢下降到位，重物不會因快速下降而損壞元件。

圖2 液壓系統(tǒng)原理圖

2.2 上驅(qū)動式分體液壓缸內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計

綜合升降平臺工作需求以及對單人操作滿足單人高空作業(yè)的使用要求，根據(jù)液壓系統(tǒng)控制原理設(shè)計了一種上驅(qū)動式分體液壓缸，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，各部分結(jié)構(gòu)對應(yīng)于原理圖中的元件。

上驅(qū)動式分體液壓缸創(chuàng)新之處：（1）針對上驅(qū)動需求，工作油缸分體式設(shè)計，上工作油缸和下工作油缸通過橡膠軟油管連通；（2）采用兩圓管套接的方式將油箱和上工作油缸一體化設(shè)計，減小體積空間；（3）動力油缸、上工作油缸和油箱通過集成化底座連接。

2.3 上驅(qū)動式分體液壓缸工作原理

液壓控制系統(tǒng)的工作過程如圖3所示，平臺在最低位置時，踩下腳踏柄，動力油缸活塞桿下壓，活塞壓縮缸內(nèi)油液，賦予油液壓力能，壓力油打開單向閥一進入上工作油缸并通過橡膠油管進入下工作油缸，推動下工作油缸柱塞伸出，壓力能轉(zhuǎn)化為機械能，推動平臺上升。松開腳踏柄，恢復(fù)彈簧彈力使動力油缸活塞上提，動力油缸下腔壓力減小，油箱中油液打開單向閥二進入動力油缸補油。不斷踩踏，周期循環(huán)，平臺逐漸升起，下工作油缸傾角不斷增大；工作臺升到最高位置，即柱塞缸的柱塞達(dá)到最大伸出行程，停止上升，此時整個液壓系統(tǒng)為保持壓力的階段；旋轉(zhuǎn)卸荷閥手輪，平臺下降，上工作油缸與油箱相通，缸內(nèi)壓力減小，在平臺自重和卸荷閥節(jié)流口作用下，柱塞緩慢平穩(wěn)回程，液壓缸傾角減小，最后停止在最低點，升降平臺的整個工作周期完成。

圖3 上驅(qū)動式分體液壓缸結(jié)構(gòu)圖[4]

3 液壓升降平臺實物

為了驗證并優(yōu)化升降平臺的性能，與泰興市優(yōu)特佳液壓機械廠合作制造了平臺實物，如圖4所示。實踐結(jié)果表明：升降平臺實現(xiàn)了設(shè)計目標(biāo)，使用性能符合客戶需求，可以推廣應(yīng)用，但機身輕巧性方面還存在繼續(xù)優(yōu)化的空間。

圖4 升降平臺實物

4 結(jié)語

本文設(shè)計的上驅(qū)動式剪叉液壓升降平臺采用上驅(qū)動式分體液壓缸驅(qū)動，單人操控滿足單人高空作業(yè)需求，無需電源，輕巧便攜無需電源，剪叉式結(jié)構(gòu)存儲不占空間，適用于日常生產(chǎn)生活中的多種高空作業(yè)場合，提高了勞動效率，減輕了勞動強度。經(jīng)樣機試產(chǎn)后，各項性能均滿足客戶需求。