曲臂式高空作業(yè)平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計

張林生， 張洪鳴， 王洪祥

（1.鄭州清源智能裝備科技有限公司，鄭州450001；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，哈爾濱150001）

0 引 言

高空作業(yè)平臺是用來運(yùn)送工作裝備和工作人員到特定高度去進(jìn)行高空作業(yè)的特種工作平臺[1]。工程機(jī)械的發(fā)展速度非常迅速，高空作業(yè)平臺具有工作穩(wěn)定、操作簡單、自動調(diào)節(jié)升降和安全可靠等一系列優(yōu)點(diǎn)，極大地提高了空中作業(yè)的工作效率。近些年來，我國高空作業(yè)平臺研究已經(jīng)取得了很多成果，并且開始大規(guī)模運(yùn)用于各種場合中。但是目前國內(nèi)制造的一系列高空作業(yè)產(chǎn)品與國外相同類型產(chǎn)品相比還存在著一定的差距，主要表現(xiàn)在技術(shù)含量相對偏低、大型的作業(yè)平臺還比較少、機(jī)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、作業(yè)時微動性能差等方面[2]。

高空作業(yè)平臺主要包括剪叉式高空作業(yè)平臺、車載式高空作業(yè)平臺、折臂式高空作業(yè)平臺、自行式高空作業(yè)平臺、鋁合金高空作業(yè)平臺、套缸式高空作業(yè)平臺等6 大類[3]。折臂式高空作業(yè)平臺又稱為高空作業(yè)平臺車，按照臂展的方式又分為直臂和曲臂等2 種，其中曲臂式高空作業(yè)平臺由底盤、動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、擴(kuò)橋裝置、轉(zhuǎn)向裝置、回轉(zhuǎn)裝置、變幅裝置、伸縮臂裝置、調(diào)平裝置、作業(yè)斗擺動裝置和電控系統(tǒng)等組成[4]。它的伸縮臂能伸縮作業(yè)，跨越一定的障礙或在一處升降，平臺能夠360°旋轉(zhuǎn)，能進(jìn)行多點(diǎn)作業(yè)，可供2 人或多人同時作業(yè)，并且可以搭載一定的設(shè)備[5]，適用于車站、碼頭、商場、體育場館、小區(qū)物業(yè)、廠礦車間等大范圍作業(yè)[6]。

本文所設(shè)計的曲臂式高工作業(yè)平臺主要技術(shù)指標(biāo)如下：最大平臺高度為12 m，最大作業(yè)高度為14 m，最大水平延伸為6 m，最小轉(zhuǎn)彎半徑為2.5 m，整機(jī)寬度為1.5 m，整機(jī)高度為25 m，載重為230 kg。

1 移動車的結(jié)構(gòu)設(shè)計

曲臂式高空作業(yè)平臺的移動車是由EQ1050NJ20D3汽車底盤經(jīng)過改裝而成，可實現(xiàn)曲臂式高空作業(yè)平臺的整體移動，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。移動車車體的后車廂包含后車架、支腿和轉(zhuǎn)臺架等，具有支承和承載等功能。作業(yè)平臺進(jìn)行工作時，首先是液壓缸支腿處的水平液壓桿伸出，液壓桿到達(dá)確定位置后豎直液壓桿伸長，用4 個支腿對整個高空作業(yè)平臺進(jìn)行支撐，以保證平臺的穩(wěn)定性。工作人員通過固定在車體上的輔助臺階進(jìn)入工作平臺，再由操作人員將工作平臺移動到要求的位置。

圖1 移動車結(jié)構(gòu)

2 折疊臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計

折疊臂主要由上臂和下臂組成，能夠調(diào)節(jié)工作平臺的升降和位置，其結(jié)構(gòu)如圖2 所示。下臂連接轉(zhuǎn)臺，上臂連接工作臺，上臂的兩端連接處都有加強(qiáng)板，上下臂之間用連接板連接。在上下臂上均有液壓缸鉸點(diǎn)，通過液壓桿調(diào)節(jié)下臂的角度開合變化，連接板和液壓桿支架結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖2 折疊臂結(jié)構(gòu)

圖3 連接板和液壓桿支架結(jié)構(gòu)

上臂末端與工作臺連接，用鋼索保證平臺的水平位置，用折疊臂上的鋼絲繩擋圈來固定鋼索位置。通過控制兩條臂上的液壓桿的伸縮，調(diào)節(jié)上臂末端工作平臺的位置和工作平臺的升降，折疊臂的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖如圖4所示。

3 轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計

轉(zhuǎn)臺處于移動車的后車上，連接著移動車和折疊臂，主要包括連接座、齒輪組、底板和回轉(zhuǎn)裝置等，轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)支承部分結(jié)構(gòu)如圖5 所示。連接座與下臂、下臂上的液壓桿連接，調(diào)節(jié)液壓桿的長度可以實現(xiàn)下臂的位置變換。齒輪組能將電動機(jī)的運(yùn)動和動力傳遞到連接座上，轉(zhuǎn)臺齒輪組結(jié)構(gòu)如圖6 所示。底板具有承載和連接作用，使連接座和回轉(zhuǎn)裝置實現(xiàn)轉(zhuǎn)動功能。

圖4 折疊臂的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖

圖5 轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)支承部分結(jié)構(gòu)

4 高空作業(yè)平臺總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

曲臂式高空作業(yè)平臺總體結(jié)構(gòu)如圖7 所示，包括折疊臂、轉(zhuǎn)臺和移動車等3 個部分，這3 個部分分別實現(xiàn)移動、平臺升降和轉(zhuǎn)動功能，能夠連續(xù)完成前進(jìn)、升降、轉(zhuǎn)向、后退和回轉(zhuǎn)等一系列動作，極大地降低了勞動強(qiáng)度，減少了操作人員數(shù)量。

圖6 轉(zhuǎn)臺齒輪組結(jié)構(gòu)

圖7 曲臂式高空作業(yè)平臺總體結(jié)構(gòu)

5 結(jié) 論

本文對曲臂式高空作業(yè)平臺進(jìn)行了整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，移動車由EQ1050NJ20D3 汽車底盤改裝而成，能實現(xiàn)曲臂式高空作業(yè)平臺的整體移動。根據(jù)折疊臂在不同工作狀態(tài)下的受力情況，確定了折疊臂上下臂梁的尺寸和鉸點(diǎn)的位置，設(shè)計的折疊臂能自由調(diào)節(jié)工作平臺的升降和位置。轉(zhuǎn)臺采用單排交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承，用外嚙合直齒輪傳動將電動機(jī)的轉(zhuǎn)動傳遞給轉(zhuǎn)臺，使轉(zhuǎn)臺能夠按要求靈活旋轉(zhuǎn)，通過肋板、支承板和底板實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺與折疊臂和移動車的連接。