工程機(jī)械用大噸位液壓升降臺優(yōu)化設(shè)計及應(yīng)用

（山推工程機(jī)械股份有限公司，山東 濟(jì)寧 272073）

隨著工程機(jī)械的發(fā)展，為滿足大型工程和礦山開發(fā)需要，工程機(jī)械不斷的趨于大型化。由于市場需求相比常規(guī)產(chǎn)品產(chǎn)量小，采取生產(chǎn)線投資較大，在生產(chǎn)中基本處于固定工位裝配模式，采取固定式支撐，裝配完成由于整機(jī)重量上百噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出廠房及行車的承載，不得不外租大噸位吊車進(jìn)行協(xié)作下線，為提高裝配效率及維修的方便性，需要設(shè)計大噸位液壓升降臺，解決生產(chǎn)及維修問題。

1 總體方案

根據(jù)推土機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及裝配工藝流程，因左右兩邊的履帶行走機(jī)構(gòu)為最后升降臺下降至地面進(jìn)行裝配，我們采取支撐產(chǎn)品主框架實現(xiàn)升降目的。升降臺機(jī)械結(jié)構(gòu)由底盤、十字鉸接架、升降臺面等3 個部分通過銷軸進(jìn)行裝配連接而成，采取兩組4 個液壓缸實現(xiàn)動作。主要結(jié)構(gòu)采用HQ60 高強(qiáng)度成形管焊接而成，強(qiáng)度高、外形美觀。上臺面采用工字鋼作為主梁，上面板為厚度20mm 平鋼板，底座采用槽鋼和20mm 厚鋼板焊接而成，其結(jié)構(gòu)組成如圖1 所示。

圖1 液壓升降臺結(jié)構(gòu)示意

工作液壓原理圖如圖2 所示，采取兩組4 個缸徑為250mm，升降行程350mm 的液壓油缸，液壓站容積為300L，配有油散確保連續(xù)工作，油溫穩(wěn)定。采取排量35mL/r 電動泵，系統(tǒng)工作壓力設(shè)置為25MPa，為實現(xiàn)臺面升降平穩(wěn)，確保兩組4 個油缸動作的一致性，采取電磁閥及液壓鎖進(jìn)行控制，為防止異常斷電、爆管或油缸故障配有單項閉鎖及泄壓及過載保護(hù)。

圖2 工作臺液壓原理圖

整體結(jié)構(gòu)方案及工作液壓原理確定后，針對具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了方案三維設(shè)計，具體如圖3所示。

圖3 方案對比說明

方案說明：方案一僅使用十字鉸接架進(jìn)行支撐，不加任何其他機(jī)構(gòu)及輔助定位措施；方案二使用十字鉸接架提升后，4 個角增加4 個保險杠，固定在基礎(chǔ)坑的4 個壁上，進(jìn)行機(jī)械定位，消除安全隱患。

經(jīng)過對工作原理分析，因支撐鉸接架4 個油缸是并聯(lián)的，萬一出現(xiàn)泄壓或者油缸故障，十字鉸接架支撐平臺，工作臺面也只能平平落下，不會側(cè)翻；方案二設(shè)置保險杠屬過度配置，且需要有側(cè)向外力參與，易導(dǎo)致十字鉸接架側(cè)向受力導(dǎo)致側(cè)翻，不安全因素反而大，因此采用方案一。

2 設(shè)計及優(yōu)化

2.1 升降臺設(shè)計

方案確定后，根據(jù)尺寸進(jìn)行升降臺機(jī)械結(jié)構(gòu)的具體三維設(shè)計工作，升降臺面采用的材質(zhì)為Q355B，鉸接架主體板采用的為低合金高強(qiáng)板Q460C，并針對舉升過程中極限位置的升降臺面、鉸接架及銷軸的強(qiáng)度進(jìn)行了理論校核，受力分析如圖4 所示。

圖4 液壓升降臺面受力圖

2.2 建模及CAE分析

為了規(guī)避設(shè)計風(fēng)險，按照總體設(shè)計的要求，采取公司CREO 軟件進(jìn)行設(shè)備的三維設(shè)計，材料Q355B，屈服極限σs=345MPa，材料Q460C，屈服極限σs=420MPa；荷載根據(jù)工況確定；在臺面與油缸鉸點(diǎn)處使用約束。

三維導(dǎo)入ANSYS 中進(jìn)行網(wǎng)格化等前處理階段后，分別對鉸接架、臺面進(jìn)行靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析，動態(tài)分析；同時得到各部件的重量和重心位置，評估功能的作用是對各零部件之間的間隙和干涉進(jìn)行檢查。

根據(jù)有限元分析云圖可以看出，臺面最大位移2.05mm，最大應(yīng)力152MPa；鉸接架最大位移0.68mm，最大應(yīng)力289MPa，滿足材料性能要求，考慮到鉸接架是最關(guān)鍵出力結(jié)構(gòu)，是實現(xiàn)100t 起降的關(guān)鍵。主副鉸接架共10 組孔要求平行度不超過0.3mm，否則有側(cè)向力。設(shè)計要考慮制造工藝，根據(jù)CAE 分析，中間橫梁采用不同板厚，實現(xiàn)應(yīng)力均衡分布；同時對所有軸進(jìn)行彎曲、剪切強(qiáng)度計算，鋼輪與軌道設(shè)計，工作時鋼輪受力，軌道發(fā)生彈性變形；油缸出力，鋼輪轉(zhuǎn)動，軌道回復(fù)原狀，也對鋼輪材質(zhì)、軌道材質(zhì)，機(jī)械性能要求很嚴(yán)格。

3 應(yīng)用及結(jié)論

根據(jù)理論分析數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，出工程圖及相關(guān)工藝規(guī)程進(jìn)行下料制作，同時嚴(yán)把過程控制，參照企標(biāo)KES 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行確認(rèn)，依次完成工裝制造、工裝裝配、現(xiàn)場施工、樣機(jī)裝配驗證4個階段。大噸位專用液壓升降臺的成功設(shè)計，優(yōu)化了裝配工藝，改變了超大馬力推土機(jī)裝配及維修采取汽車吊下線的現(xiàn)狀，大大提升了批量生產(chǎn)的能力，降低了制造額外費(fèi)用。另外對液壓升降臺面不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜力學(xué)分析和Ansys 有限元分析，得到關(guān)鍵受力件-鉸接架、臺面主要的應(yīng)力分布和位移數(shù)據(jù)，制作之前確認(rèn)最大應(yīng)力值小于所選用材料的許用應(yīng)力，結(jié)構(gòu)的位移形變量也在許可范圍內(nèi)，也為今后更好地規(guī)避設(shè)計風(fēng)險提供了一種有效的方法。