小型液压吊车框架系统求解

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1、http://www.paper.edu.cn小型液压吊车框架系统参数的求解方法邸立明（燕山大学车辆与能源学院，河北秦皇岛066004）qiqijiujiu978@yahoo.com.cn摘要：研究了一种小型液压吊车四构件系统参数自动化高精度的求解方法。为解决小型液压吊车四构件系统参数传统求解方法的效率低、精度差问题，采用三角函数结合运动学推导得到各参数的数学表示，提高了参数求解精度。采用微分思想对四构件系统的运动过程进行了分析和算法设计，解决了传统方法难于确定液压缸活塞杆最大受力位置的问题。全部所需参数采用程序求解，使计算迅速而准确。关键词：小型

2、液压吊车；四构件；算法设计中图分类号：U463.92；TP301.6文献标识码：A0前言小型液压吊车以手动油泵作为动力源，在单个人力操作下能将重物吊起，并运送一定距离或转移一定方位放下来，搬运过程机动灵活，因此被广泛应用于中小企业、高校和研究院所。典型的小型液压吊车，如日本产OC-H-500型液压吊车结构紧凑、尺寸小、重量轻，工作性能可靠，操作方便省力。德国产HYWEN12KN型液压吊车工作可靠，吊臂、立柱均采用方形直杆，结构合理，便于选材和加工制造，举升缸的稳定性较好，采用双轮转向，移动灵活。不同类型的小型液压吊车的设计计算步骤基本相同，其中四构

3、件系统系统设计是关键的[1-2]一环，不仅涉及到复杂的三角函数关系，而且需要运动学的动态设计方法进行大量重复运算。本文针对四构件系统参数求解过程中存在的上述问题，利用微分法进行了算法设计[3-4][3]，通过MATLAB的M文件编程对算法进行了验证，从而使得小型液压吊车四构件系统（下文简称四构件系统）参数求解过程便捷、准确。1四构件系统及设计方法WBOAWCDEF图1微型液压吊车四构件系统简图OB－起重臂最高起升位置；OA－起重臂最低起升位置；CB－液压缸最大安装尺寸；OA－液压缸最小安装尺寸；OE、DC、EF－机架小型液压吊车的升降变幅过程是通过

4、液压缸来实现的，如图1所示，起重臂、液压缸和1http://www.paper.edu.cn机架组合在一起形成一个四构件机构。小型液压吊车的设计主要是四构件系统的方案设计，主要包括两个方面的内容：（1）起重臂和机架的总体布置方案；（2）不同起重臂幅角下，液压缸所承受的载荷及其最大值。四构件系统设计的方法，有传统的作图试凑法和以先给定液压缸安装尺寸为依据进行设计的方法，这两种方法都比较麻烦且精度较低，难于达到根据工作需要进行最佳设计和选择最佳液压缸尺寸的要求。现在常用第三种求解方法，通过三角函数关系结合运动学理论推导，利用公式可以精确的计算出四构件系

5、统参数。但此法仍然存在关系复杂，计算量大的问题，另外难于精确的确定活塞杆最大受力时的四构件相对位置，进而影响到液压缸的设计选材，使设计做不到最优设计，考虑到工作的安全性方面，只能通过增大安全系数来保证。2四构件系统总体布置设计本文对第三种设计方法中，求解参数过程仍然存在反复复杂的大量计算问题，通过MATLAB的M文件函数编程使之解决，针对此方法中液压缸活塞杆最大受力时四构件相对位置难于确定的问题，采用公式变形、微分求解的方法，结合M文件编程使之得以精确快速的求解。四构件系统设计，根据工作要求往往已知如下原始数据（如图2）：LWBlβθ0Oϕωmax

6、ψγAHmaxHδCH0WCDDCHminEF图2四构件系统总体设计布置图（1）工作需要的最大起升高度H、最小起升高度H及立柱高度H；maxmin0（2）起重臂长度L和杠杆比i=L/l∈[3.5,4.5]；（3）液压缸最大与最小安装尺寸比k=BCAC/=SS/∈[1.6,1.8]；maxmin（4）当液压缸活塞杆伸出到最大位置时，为避免四构件机构发生自锁（自锁条件β02http://www.paper.edu.cn＝0）和杆件外形尺寸发生干涉，起重臂与液压缸活塞杆之间应具有一定夹角，DD通常取β∈[30,40]。0当这些原始条件根据工作需要选定后，

7、如果能先确定活塞杆最大伸长时液压缸最大安装尺寸SB=C和活塞杆缩回到最短时的最小安装尺寸SA=C，则可通过公式推导精确maxmin计算出C点几何位置，这样即可得到四构件系统的总体布置方案及液压缸长度。因此，根据原始条件先求出S和S是设计四构件系统的关键。maxmin由图2中的角度关系可得θ=−arccos[(HH)/]L（2-1）max0ψ=−arccos[(HHL)/]（2-2）0min起重臂的最大变幅角为ϕ=πθψ−+()（2-3）maxΔOAB为等腰三角形，则AB=2sin(/2)/Liϕi（2-4）maxγ=πϕ/2−/2（2-5）maxω

8、=−=γβπ/2−ϕ/2−β（2-6）0max0在ΔABC中，222AC=+−ABBC2cABBCiiosω（2-7）2将