主副结构剪叉式双层升降台的结构设计

摘要：目前家用汽车维修行业剪叉式液压升降台多为单层，其载重在2吨及以下。随着汽车行业的发展，对剪叉式液压升降台的升级高度和载重提出了更高的要求。针对这个问题，本文设计了一种剪叉式双层液压升降台。该升降台有更高的升举高度和更大的载重能力。SolidWorks对主副剪叉式双层液压汽车升降台的机械结构进行三维建模，并采用ANSYS Workbench对机械结构的进行静力学分析，选取受力最大且重要的零件进行有限元分析，在此基础上对升降台机械结构进行优化设计。

1 结构建模

剪叉式双层液压汽车升降台主要包括三部分，分别是底座、主升降工作台、副升降工作台等，除此之外还包含主副结构的剪叉铰板架、液压缸含耳座轴、销轴等。剪叉式双层液压汽车升降台三维图如图1所示。

2 主体铰接轴初始位置的静力学分析

2.1网格划分

首先对模型设置属性材料定义，并对相应的零件完成材料的定义；其次是确定接触形式；再者是确定模型网格的准确性，并完成局部拓展优化；再者是根据剪叉式升降台的受力情况，定义载荷的施加顺序和载荷的情况；最后对已经加载好的模型进行求解，以及查看相关计算结果。为了降低网格划分的难度，汽车升降台的模型中去掉局部倒角、圆角等特征，避免应力集中，将三维模型简化处理。因为焊接缝隙、筋板等部位，会直接影响网格的划分，甚至是导致划分失败，所以对其进行修正取出处理。考虑到剪叉式双层液压汽车的升降台有两个完全相同的部件组成，只要将原来的载荷定义成一半，便对分析结果没有影响，所以这里采取简化分析，利用其中一组作为分析对象。

本文研究的剪叉式双层液压汽车升降台由主副系统组成，而且处于不同步的工作特性，其中副体的工作载荷仅仅比主体的工作载荷少了一个副体的自重，所以此处将整体的升降台以主体承载和副体承载分别进行有限元分析。根据前文知，剪叉式双层液压汽车升降台的主体与副体的工况基本相同，而且初始位置时承载最大，所以此处只对升降台的主体与副体的初始位置的工况进行静力学分析。由于每个零部件在初始位置的受力是确定的，所以此处选择比较重要的零件为分析对象进行分析，同时考虑到结构以及受力的相似性，可将主体与副体的类似例如支撑连杆部件选取一个进行分析。故而根据结构受力情况，选取初始位置受力最大且重要的零件为：主体铰接轴。

连接液压缸活塞杆缸头的铰接轴是整个结构中的关键零部件，是一个主要 的承载件。它的强度是否满足使用要求，关系到升降台安全稳定性。

主体铰接轴网格的划分规则采用系统自动划分网格。主体铰接轴端部分为固定支撑，液压缸缸头铰接处受14425N的压力。

2.2结果分析

主体铰架轴初始位置起升时的应力云图可以看出主体铰架 轴的等效应力范围为0Mpa～22.92Mpa。材料为45钢，所以应力超出工程应用 的范围，应力主要集中于铰接处，最大为22.95Mpa。

主体铰架轴初始位置起升时的应变云图可以看出主体铰架 板的等效应变范围为0～0.002mm 。最大应力集中于中间铰接处，应变量为 0.002mm。

3 结构优化设计

结构优化是一种能够提前了解最优方案的技术，使得结构能够满足结构强度以及刚度的需求，也能满足高性价比的需求。合理的尺寸或者材料优化，可以降低成本，并能使得结构更优，能极大的满足工程需求。结合Workbench与SolidWorks，将主体铰接架和主体铰接轴进行参数化优化，优化目标：减少零件质量。

主体铰接轴的参数化设置为图2所示，优化的参数分别为P1、P2、P6，其中P6为销孔外环直径、P2为铰接轴上耳板的厚度、P1为铰接轴最大直径。

经过优化后，其应力范围为0～24.44MPa，应变范围为0～0.002mm，质量为26.544。与优化前相比应力增加了6.5%，质量减少了4.13%。

3 总结

本文首先利用SolidWorks进行三维结构建模，并利用Workbench以减少零件质量、提高强度、减小最大形变为优化目标对主体铰接轴进行参数化有限元分析优化设计，其工况为升降台起升初始位置，与优化前相比应力增加了6.5%，质量减少了4.13%。

参考文献：

[1]谢力生.新型剪式液压升降台设计与计算[J].林业和草原机械，2020，1（02）：1-5.

[2]李国锦.主舞台双层升降台结构分析与研究[J].科学技术创新，2019，（20）：10-12.

[3]杨德金.某剪叉式高空作业平台动力学仿真及优化[D].燕山大学，2021.

[4]陆进添，刘丹，邓安田.剪叉式高空车转向机构结构分析[J].机械工程师，2020，（03）：154-156.