一種重力矩不變的平臺垂直升降機構的製作方法

2023-05-25 15:47:31 3

本實用新型涉及舉升設備技術領域，具體是一種重力矩不變的平臺垂直升降機構。

背景技術：

升降平臺是一種輔助工具，在機械製造的工藝過程、倉儲與物流過程、園林綠化修剪過程與市政維修等過程中都需要使用升降平臺，升降平臺的驅動可以是電機與液壓油缸的組合方式也可以是電機與減速器的組合方式，現有的剪叉式升降平臺有固定式的也有安裝輪子後移動式的，現有的單剪叉式升降平臺所使用的機構中，一種是頂部與底部均為等腰三角形的單節結構、從機構上來看頂部是曲柄與連杆等長的曲柄滑塊機構，底部是也曲柄與連杆等長的曲柄滑塊機構，由於等腰三角形的底邊長度是變化的，所以，平臺下部的等腰三角形的底邊通過一個滑塊與底架上的導槽組成移動副以實現長度的變化，平臺上部的等腰三角形的底邊通過一個滑塊與平臺底面的導槽組成移動副以實現長度的變化，這兩套機構與通過叉點的水平軸上下對稱，該類升降平臺的升降範圍較小，升降過程中平臺下方左擺杆與右擺杆上的支撐力是變化的，設左擺杆與右擺杆的初始力臂都為L0，當重物上升H後，右擺杆的力臂還為L0，但左擺杆的力臂減小為L1，現有的結構使L0/L1可以達到4倍，以至於強度設計中按最大力計算，從而增大了構件的橫向尺寸與重量；另一種是多節串聯的剪叉式升降平臺，其目的是增大平臺的升降行程，但升降過程中左擺杆或右擺杆上的力臂是變化的本質沒有改變。為了實現平臺只做垂直上下移動，貨物重力的力臂又要保持初始值不變，實用新型了一種重力矩不變的平臺垂直升降機構。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種重力矩不變的平臺垂直升降機構。

本實用新型是通過如下技術方案實現的：一種重力矩不變的平臺垂直升降機構，包括底座、平臺，以及連接在底座、平臺之間的相對布置的前升降機構和後升降機構；所述前升降機構安裝在底座、平臺的前側位置，前升降機構包括固定在平臺前側中間位置的豎向布置的前垂直導向鋼管；所述前垂直導向鋼管上滑動套裝有前水平導向鋼管，前水平導向鋼管中間開有供前垂直導向鋼管穿過的通孔；所述前水平導向鋼管左、右端分別滑動套裝有左前過渡節、右前過渡節；所述左前過渡節上可轉動安裝有相互嚙合的左前上節約束齒輪和左前下節約束齒輪；所述左前上節約束齒輪上固定有左前上節連杆，左前上節連杆另一端鉸接在平臺前側左端；所述左前下節約束齒輪上固定有左前下節連杆，左前下節連杆另一端鉸接在底座前側左端；所述右前過渡節上鉸接有右前上節連杆和右前下節連杆；所述右前上節連杆另一端鉸接在平臺前側右端；所述右前下節連杆另一端鉸接在底座前側右端；在所述左前下節連杆、右前下節連杆之間鉸接有水平布置的前油缸。

其進一步是：所述後升降機構與前升降機構結構相對稱。

所述平臺包括平臺頂板；在所述平臺頂板前、後側分別焊接有平臺前側板、平臺後側板；在平臺頂板四個角落位置分別焊接有平臺左前支座、平臺右前支座，以及平臺左後支座、平臺右後支座；所述底座包括底座底板；在所述底座底板前、後側分別焊接有底座前側板、底座後側板；在底座底板四個角落位置分別焊接有底座左前支座、底座右前支座，以及底座左後支座、底座右後支座。

所述左前上節連杆下端通過左前上節下支軸與左前過渡節組成轉動副，所述左前上節約束齒輪安裝在左前上節下支軸上，左前上節連杆與左前上節約束齒輪焊接；所述左前上節下支軸端部安裝有限位用的左前上節下擋圈；左前上節連杆上端通過左前上節上支軸可轉動安裝在平臺中的平臺前側板和平臺左前支座之間；在所述左前上節上支軸端部安裝有限位用的左前上節上擋圈；所述左前下節連杆上端通過左前下節上支軸與左前過渡節組成轉動副，所述左前下節約束齒輪安裝在左前下節上支軸上，左前下節連杆與左前下節約束齒輪焊接；所述左前下節上支軸端部安裝有限位用的左前下節上擋圈；左前下節連杆下端通過左前下節下支軸可轉動安裝在底座中的底座前側板和底座左前支座之間；在所述左前下節下支軸端部安裝有限位用的左前下節下擋圈。

所述前水平導向鋼管包括滑動安裝在前垂直導向鋼管上的水平前導向支座；在水平前導向支座左右側分別焊接固定有右前水平導向鋼管和左前水平導向鋼管。

本實用新型中前升降機構和後升降機構分別是一種平面九桿執行機構（不計入驅動油缸時），分別布置在底座、平臺的前後；當不計入驅動油缸時，前升降機構的構件總數N=9，低副數PL=11，高副數PH=1，執行機構的自由度F1=3(N–1)－2PL－1PH=3×8－2×11－1×1=1；同樣，後升降機構構件總數N=9，低副數PL=11，高副數PH=1，執行機構的自由度F1=3(N–1)－2PL－1PH=3×8－2×11－1×1=1。當計入驅動油缸時，前升降機構和後升降機構分別是一種平面十一桿升降機構；前升降機構的構件總數N=11，低副數PL=14，高副數PH=1，平臺機構的自由度F2=3(N–1)－2PL－1PH=3×10－2×14－1×1=1；同樣，後升降機構的構件總數N=11，低副數PL=14，高副數PH=1，平臺機構的自由度F2=3(N–1)－2PL－1PH=3×10－2×14－1×1=1。

本實用新型在機械製造的工藝過程、倉儲與物流過程、園林綠化修剪過程與市政維修等過程中均可得到應用，儘管本平臺垂直升降機構中構件的總數比較多，但構件的種類並不多且標準件比較多；不論是單節的機構還是多節的組合機構，該實用新型的自由度始終為1，只需要一個主動件就可以實現平臺的垂直升降，平臺垂直升降時貨物重力的力矩保持不變，當為單節的結構時，其平臺高度的最大值與高度的最小值的比值為1.9，高度的變化量與最小高度的比值為0.92，當為雙節的結構時，其平臺高度的最大值與高度的最小值的比值為3.9，高度的變化量與最小高度的比值為2.94，當為固定式時，底座安裝在地基上，當為移動式時，底座安裝在4個輪子上，平臺升降的驅動為液壓油缸。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：運動平穩，解決了現有平臺垂直升降時重力矩改變的問題，消除以往單剪叉式升降平臺左右對稱支撐機構的運動副中支撐力在平臺升降過程發生的變化，這樣，本平臺垂直升降機構的強度設計只須按載重設計即可，製造簡單，成本低。

附圖說明

圖1是本實用新型不包含油缸時的結構簡圖；

圖2是本實用新型包含油缸時的運動簡圖；

圖3是本實用新型處於高位時的主視圖；

圖4是本實用新型處於中位時的主視圖；

圖5是本實用新型處於低位時的主視圖；

圖6是本實用新型處於高位時的後視圖；

圖7是本實用新型處於高位時的左視圖；

圖8是本實用新型處於高位時的右視圖；

圖9是本實用新型引入虛約束時的高位主視圖；

圖10是本實用新型引入虛約束時的高位後視圖；

圖11是現有有技術中單剪叉式升降平臺兩個位置的機構圖。

圖中：1平臺；2左前上節上支軸；3左前上節上擋圈；4左前上節連杆；5左前上節約束齒輪；6左前上節下支軸；7左前上節下擋圈；8左前下節上支軸；9左前下節上擋圈；10左前下節連杆；11左前下節約束齒輪；12左前下節下支軸；13左前下節下擋圈；14左前下節支座；15油缸左前支軸；16油缸左前擋圈；17前油缸；18前活塞杆；19前活塞杆右支軸；20前活塞杆右擋圈；21右前下節支座；22底座；23右前下節下支軸；24右前下節下擋圈；25右前下節連杆；26右前下節上支軸；27右前下節上擋圈；28右前上節下支軸；29右前上節下擋圈；30右前過渡節；31右前上節連杆；32右前上節上支軸；33右前上節上擋圈；34前水平導向鋼管；35前垂直導向鋼管；36左前過渡節；

37左後上節上支軸；38左後上節上擋圈；39左後上節連杆；40左後上節約束齒輪；41左後上節下支軸；42左後上節下擋圈；43左後下節上支軸；44左後下節上擋圈；45左後下節連杆；46左後下節約束齒輪；47左後下節下支軸；48左後下節下擋圈；49左後下節支座；50油缸左後支軸；51油缸左後擋圈；52後油缸；53後活塞杆；54活塞杆右後支軸；55活塞杆右後擋圈；56右後下節支座；57右後下節下支軸；58右後下節下擋圈；59右後下節連杆；60右後下節上支軸；61右後下節上擋圈；62右後上節下支軸；63右後上節下擋圈；64右後過渡節；65右後上節連杆；66右後上節上支軸；67右後上節上擋圈；68後水平導向鋼管；69後垂直導向鋼管；70左後過渡節；

1–1平臺頂板；1–2平臺左前套；1–3平臺前側板；1–4平臺左前支座；1–5平臺左後支座；1–6平臺後側板；1–7平臺左後套；1–8平臺右前套；1–9平臺右前支座；1–10平臺右後支座；1–11平臺右後套；

22–1底座底板；22–2底座前側板；22–3底座左前支座；22–4底座左後支座；22–5底座後側板；22–6底座右前支座；22–7底座右後支座；

34–1右前水平導向鋼管；34–2水平前導向支座；34–3左前水平導向鋼管；

68–1右後水平導向鋼管；68–2水平後導向支座；68–3左後水平導向鋼管；

71右前上節約束齒輪；72右前下節約束齒輪；73右後上節約束齒輪；74右後下節約束齒輪。

圖中符號：

A平臺與左前上節連杆組成的轉動副；B左前上節連杆與左前過渡節組成的轉動副；C左前下節連杆與左前過渡節組成的轉動副；D左前下節連杆與前油缸組成的轉動副；E左前下節連杆與底座組成的轉動副；F前油缸與前活塞杆組成的移動副；G右前下節連杆與底座組成的轉動副；H右前下節連杆與前活塞杆組成的轉動副；I右前下節連杆與右前過渡節組成的轉動副；J右前過渡節與右前上節連杆組成的轉動副；K平臺與右前上節連杆組成的轉動副；L右前過渡節與前水平導向鋼管組成的移動副；M平臺與前水平導向鋼管組成的移動副；N固接於左前上節連杆的約束齒輪與固接於左前下節連杆的約束齒輪組成的高副；O左前過渡節與前水平導向鋼管組成的移動副。

具體實施方式

以下是本實用新型的一個具體實施例，現結合附圖對本實用新型做進一步說明。

結合圖3至圖8所示，一種重力矩不變的平臺垂直升降機構：

平臺1包括一塊矩形的平臺頂板1-1；在平臺頂板1-1前、後側分別焊接有矩形的平臺前側板1-3、平臺後側板1-6，平臺前側板1-3、平臺後側板1-6相對稱。在平臺頂板1-1四個角落位置分別焊接有平臺左前支座1-4、平臺右前支座1-9，以及平臺左後支座1-5、平臺右後支座1-10。

當為固定式時，底座22安裝在地基上，當為移動式時，底座22安裝在四個輪子上；底座22包括一塊矩形的底座底板22-1；在底座底板22-1前、後側分別焊接有底座前側板22-2、底座後側板22-5，底座前側板22-2、底座後側板22-5相對稱。在底座底板22-1四個角落位置分別焊接有底座左前支座22-3、底座右前支座22-6，以及底座左後支座22-4、底座右後支座22-7。底座前側板22–2與底座左前支座22–3上的孔用於安裝支撐左前下節連杆10的左前下節下支軸12；底座左後支座22–4與底座後側板22–5上的孔用於安裝支撐左後下節連杆45的左後下節下支軸47；底座後側板22–5與底座右前支座22–6上的孔用於安裝支撐右前下節連杆25的右前下節下支軸23；底座前側板22–2與底座右後支座22–7上的孔用於安裝支撐右後下節連杆59的右後下節下支軸57。

前升降機構和後升降機構分別連接在底座22和平臺1之間的前、後側，後升降機構與前升降機構結構相對稱，現僅對前升降機構最進一步的描述。

前升降機構：

前升降機構安裝在底座22、平臺1的前側位置；豎向布置的前垂直導向鋼管35焊接在平臺頂板1-1前側中間位置，前水平導向鋼管34滑動套裝在前垂直導向鋼管35上，前水平導向鋼管34與前垂直導向鋼管35組成移動副做上下相對運動；前水平導向鋼管34包括滑動安裝在前垂直導向鋼管35上的水平前導向支座34-2，水平前導向支座34-2左右側分別焊接固定有在同一軸線上的右前水平導向鋼管34-1和左前水平導向鋼管34-3。在右前水平導向鋼管34-1上滑動安裝有可以左右滑動的右前過渡節30，在左前水平導向鋼管34-3上滑動安裝有可以左右滑動的左前過渡節36。這樣，前水平導向鋼管34與左前過渡節36和右前過渡節30組成移動副。

左前過渡節36上安裝有上下排列的左前上節下支軸6、左前下節上支軸8。左前上節連杆4下端通過左前上節下支軸6與左前過渡節36組成轉動副，左前上節約束齒輪5也可轉動安裝在左前上節下支軸6上，並且左前上節連杆4與左前上節約束齒輪5焊接固定；左前上節下支軸6端部安裝有限位用的左前上節下擋圈7。左前上節上支軸2安裝在平臺1中的平臺前側板1-3和平臺左前支座1-4之間，左前上節連杆4上端左前上節上支軸2與平臺1左前端組成轉動副，左前上節上擋圈3將左前上節連杆4定位在左前上節上支軸2上。在左前上節上支軸2上還安裝有用於定位左前上節連杆4相對於平臺頂板1–1的位置的平臺左前套1–2。

左前下節連杆10上端通過左前下節上支軸8與左前過渡節36組成轉動副，左前下節約束齒輪11也可轉動安裝在左前下節上支軸8上，並且左前下節連杆10與左前下節約束齒輪11焊接固定；左前下節上支軸8端部安裝有限位用的左前下節上擋圈9。其中左前下節約束齒輪11和左前上節約束齒輪5相互嚙合，組成齒輪副，左前下節約束齒輪11和左前上節約束齒輪5是確保前升降機構使平臺做上下垂直運動的關鍵。左前下節下支軸12安裝在底座22中的底座前側板22-2和底座左前支座22-3之間，左前下節連杆10通過左前下節下支軸12與底座22左前端組成轉動副，左前下節下擋圈13將左前下節連杆10定位在左前下節下支軸12上。

右前過渡節30上安裝有上下排列的右前上節下支軸28、右前下節上支軸26。右前上節連杆31下端通過右前上節下支軸28與右前過渡節30組成轉動副，右前上節下擋圈29將右前上節連杆31定位在右前上節下支軸28上。右前上節上支軸32安裝在平臺1中的平臺前側板1-3和平臺右前支座1-9之間，右前上節連杆31上端通過右前上節上支軸32與平臺1的右前端組成轉動副，右前上節上擋圈33將右前上節連杆31定位在右前上節上支軸32上。在右前上節上支軸32上還安裝有用於定位右前上節連杆31相對於平臺頂板1–1的位置的平臺右前套1–8。

右前下節連杆25上端通過右前下節上支軸26與右前過渡節30組成轉動副，右前下節上擋圈27將右前下節連杆25定位在右前下節上支軸26上。右前下節下支軸23安裝在底座22中的底座前側板22-2和底座右前支座22-6之間，右前下節連杆25下端通過右前下節下支軸23與底座22右前端組成轉動副，右前下節下擋圈24將右前下節連杆25定位在右前下節下支軸23上。

驅動油缸中前油缸17與前活塞杆18組成移動副。左前下節支座14焊接在左前下節連杆10上，前油缸17通過油缸左前支軸15與左前下節支座14組成轉動副，油缸左前擋圈16將前油缸17定位在油缸左前支軸15上。右前下節支座21焊接在右前下節連杆25上，前活塞杆18通過前活塞杆右支軸19與右前下節支座21組成轉動副，前活塞杆右擋圈20將前活塞杆18定位在前活塞杆右支軸19上。

後升降機構與前升降機構部件完全相同，即對應構件的幾何形狀、尺寸與材質完全相同，對應構件的數量完全相同，只是一個放在平臺的前面，是一個放在平臺的後面。後升降機構與前升降機構的組合是機械原理中虛約束的應用，其目的在於使用最輕的材料重量實現最大的承載量並且顯著提高抵抗偏載的能力。

後升降機構具體包括左後上節上支軸37；左後上節上擋圈38；左後上節連杆39；左後上節約束齒輪40；左後上節下支軸41；左後上節下擋圈42；左後下節上支軸43；左後下節上擋圈44；左後下節連杆45；左後下節約束齒輪46；左後下節下支軸47；左後下節下擋圈48；左後下節支座49；油缸左後支軸50；油缸左後擋圈51；後油缸52；後活塞杆53；活塞杆右後支軸54；活塞杆右後擋圈55；右後下節支座56；右後下節下支軸57；右後下節下擋圈58；右後下節連杆59；右後下節上支軸60；右後下節上擋圈61；右後上節下支軸62；右後上節下擋圈63；右後過渡節64；右後上節連杆65；右後上節上支軸66；右後上節上擋圈67；後水平導向鋼管68；後垂直導向鋼管69；左後過渡節70。其中，後水平導向鋼管68由右後水平導向鋼管68–1、水平後導向支座68–2和左後水平導向鋼管68–3組成。平臺左後套1–7用於定位左後上節連杆39相對於平臺頂板1–1的位置。平臺右後套1–11用於定位右後上節連杆65相對於平臺頂板1–1的位置。

如圖1所示，前升降機構無驅動油缸時，構件總數N = 9，包括平臺1，左前上節連杆4，左前下節連杆10，底座22，左前過渡節36，右前下節連杆25，右前過渡節30，右前上節連杆31，前水平導向鋼管34，低副數PL = 11，分別是轉動副A、B、C、E、G、I、J、K，移動副L、M、O，高副數PH = 1，即齒輪副N，執行機構的自由度F1 = 3(N – 1)－2PL－1PH = 3×8－2×11－1×1 = 1。

如圖2所示，前升降機構包括驅動油缸時，構件總數N = 11，包括平臺1，左前上節連杆4，左前下節連杆10，底座22，左前過渡節36，右前下節連杆25，右前過渡節30，右前上節連杆31，前水平導向鋼管34，前油缸17，前活塞杆18，低副數PL = 14，分別是轉動副A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K，移動副L、M、O，高副數PH = 1，即齒輪副N，升降機構的自由度F1 = 3(N – 1)－2PL－1PH = 3×10－2×14－1×1 = 1。

如圖9和圖10所示，為了提高抗偏載的能力，本平臺垂直升降機構還可以引入兩對約束齒輪，屬於機械原理中虛約束的應用，包括右前上節約束齒輪71，右前下節約束齒輪72，右後上節約束齒輪73，右後下節約束齒輪74。右前上節約束齒輪71與右前下節約束齒輪72相互嚙合，右後上節約束齒輪73與右後下節約束齒輪74相互嚙合。右前上節約束齒輪71焊接在右前上節連杆31上，右前下節約束齒輪72焊接在右前下節連杆25上，右後上節約束齒輪73焊接在右後上節連杆65上，右後下節約束齒輪74焊接在右後下節連杆59上，這樣，抗偏載的能力顯著提高。

如圖11所示，為單剪叉式升降平臺兩個位置的機構圖，作為與本實用新型的比較，它包括工作平臺D1、上滑塊D2、左擺杆D3、右擺杆D4、下滑塊D5、底架D6，工作平臺上設置滑槽C1，底架上設置滑槽C2，上滑塊上的右銷軸E1，底架上的右銷軸E2，底架上的左銷軸E3，左右擺杆的銷軸E4，平臺上的左銷軸E5組成，它的自由度F2＝3n－2PL－1PH＝3×5－2×7－1×0＝1，初始時重物的力臂為L0，當重物上升高度H時，平臺上的左側力臂保持L0不變，右側力臂從L0減小為L1，當L1 = 0時，重物W的重力幾乎都由平臺右側的轉動副承擔，這就說明，上滑塊上的右銷軸E1、左擺杆D3與底架上的左銷軸E3的尺寸要相對大一些。