重力矩不变的平台垂直升降机构的制作方法

本发明涉及举升设备技术领域，具体是一种重力矩不变的平台垂直升降机构。

背景技术：

升降平台是一种辅助工具，在机械制造的工艺过程、仓储与物流过程、园林绿化修剪过程与市政维修等过程中都需要使用升降平台，升降平台的驱动可以是电机与液压油缸的组合方式也可以是电机与减速器的组合方式，现有的剪叉式升降平台有固定式的也有安装轮子后移动式的，现有的单剪叉式升降平台所使用的机构中，一种是顶部与底部均为等腰三角形的单节结构、从机构上来看顶部是曲柄与连杆等长的曲柄滑块机构，底部是也曲柄与连杆等长的曲柄滑块机构，由于等腰三角形的底边长度是变化的，所以，平台下部的等腰三角形的底边通过一个滑块与底架上的导槽组成移动副以实现长度的变化，平台上部的等腰三角形的底边通过一个滑块与平台底面的导槽组成移动副以实现长度的变化，这两套机构与通过叉点的水平轴上下对称，该类升降平台的升降范围较小，升降过程中平台下方左摆杆与右摆杆上的支撑力是变化的，设左摆杆与右摆杆的初始力臂都为l0，当重物上升h后，右摆杆的力臂还为l0，但左摆杆的力臂减小为l1，现有的结构使l0/l1可以达到4倍，以至于强度设计中按最大力计算，从而增大了构件的横向尺寸与重量；另一种是多节串联的剪叉式升降平台，其目的是增大平台的升降行程，但升降过程中左摆杆或右摆杆上的力臂是变化的本质没有改变。为了实现平台只做垂直上下移动，货物重力的力臂又要保持初始值不变，发明了一种重力矩不变的平台垂直升降机构。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种重力矩不变的平台垂直升降机构。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种重力矩不变的平台垂直升降机构，包括底座、平台，以及连接在底座、平台之间的相对布置的前升降机构和后升降机构；所述前升降机构安装在底座、平台的前侧位置，前升降机构包括固定在平台前侧中间位置的竖向布置的前垂直导向钢管；所述前垂直导向钢管上滑动套装有前水平导向钢管，前水平导向钢管中间开有供前垂直导向钢管穿过的通孔；所述前水平导向钢管左、右端分别滑动套装有左前过渡节、右前过渡节；所述左前过渡节上可转动安装有相互啮合的左前上节约束齿轮和左前下节约束齿轮；所述左前上节约束齿轮上固定有左前上节连杆，左前上节连杆另一端铰接在平台前侧左端；所述左前下节约束齿轮上固定有左前下节连杆，左前下节连杆另一端铰接在底座前侧左端；所述右前过渡节上铰接有右前上节连杆和右前下节连杆；所述右前上节连杆另一端铰接在平台前侧右端；所述右前下节连杆另一端铰接在底座前侧右端；在所述左前下节连杆、右前下节连杆之间铰接有水平布置的前油缸。

其进一步是：所述后升降机构与前升降机构结构相对称。

所述平台包括平台顶板；在所述平台顶板前、后侧分别焊接有平台前侧板、平台后侧板；在平台顶板四个角落位置分别焊接有平台左前支座、平台右前支座，以及平台左后支座、平台右后支座；所述底座包括底座底板；在所述底座底板前、后侧分别焊接有底座前侧板、底座后侧板；在底座底板四个角落位置分别焊接有底座左前支座、底座右前支座，以及底座左后支座、底座右后支座。

所述左前上节连杆下端通过左前上节下支轴与左前过渡节组成转动副，所述左前上节约束齿轮安装在左前上节下支轴上，左前上节连杆与左前上节约束齿轮焊接；所述左前上节下支轴端部安装有限位用的左前上节下挡圈；左前上节连杆上端通过左前上节上支轴可转动安装在平台中的平台前侧板和平台左前支座之间；在所述左前上节上支轴端部安装有限位用的左前上节上挡圈；所述左前下节连杆上端通过左前下节上支轴与左前过渡节组成转动副，所述左前下节约束齿轮安装在左前下节上支轴上，左前下节连杆与左前下节约束齿轮焊接；所述左前下节上支轴端部安装有限位用的左前下节上挡圈；左前下节连杆下端通过左前下节下支轴可转动安装在底座中的底座前侧板和底座左前支座之间；在所述左前下节下支轴端部安装有限位用的左前下节下挡圈。

所述前水平导向钢管包括滑动安装在前垂直导向钢管上的水平前导向支座；在水平前导向支座左右侧分别焊接固定有右前水平导向钢管和左前水平导向钢管。

本发明中前升降机构和后升降机构分别是一种平面九杆执行机构（不计入驱动油缸时），分别布置在底座、平台的前后；当不计入驱动油缸时，前升降机构的构件总数n=9，低副数pl=11，高副数ph=1，执行机构的自由度f1=3(n–1)－2pl－1ph=3×8－2×11－1×1=1；同样，后升降机构构件总数n=9，低副数pl=11，高副数ph=1，执行机构的自由度f1=3(n–1)－2pl－1ph=3×8－2×11－1×1=1。当计入驱动油缸时，前升降机构和后升降机构分别是一种平面十一杆升降机构；前升降机构的构件总数n=11，低副数pl=14，高副数ph=1，平台机构的自由度f2=3(n–1)－2pl－1ph=3×10－2×14－1×1=1；同样，后升降机构的构件总数n=11，低副数pl=14，高副数ph=1，平台机构的自由度f2=3(n–1)－2pl－1ph=3×10－2×14－1×1=1。

本发明在机械制造的工艺过程、仓储与物流过程、园林绿化修剪过程与市政维修等过程中均可得到应用，尽管本平台垂直升降机构中构件的总数比较多，但构件的种类并不多且标准件比较多；不论是单节的机构还是多节的组合机构，该发明的自由度始终为1，只需要一个主动件就可以实现平台的垂直升降，平台垂直升降时货物重力的力矩保持不变，当为单节的结构时，其平台高度的最大值与高度的最小值的比值为1.9，高度的变化量与最小高度的比值为0.92，当为双节的结构时，其平台高度的最大值与高度的最小值的比值为3.9，高度的变化量与最小高度的比值为2.94，当为固定式时，底座安装在地基上，当为移动式时，底座安装在4个轮子上，平台升降的驱动为液压油缸。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：运动平稳，解决了现有平台垂直升降时重力矩改变的问题，消除以往单剪叉式升降平台左右对称支撑机构的运动副中支撑力在平台升降过程发生的变化，这样，本平台垂直升降机构的强度设计只须按载重设计即可，制造简单，成本低。

附图说明

图1是本发明不包含油缸时的结构简图；

图2是本发明包含油缸时的运动简图；

图3是本发明处于高位时的主视图；

图4是本发明处于中位时的主视图；

图5是本发明处于低位时的主视图；

图6是本发明处于高位时的后视图；

图7是本发明处于高位时的左视图；

图8是本发明处于高位时的右视图；

图9是本发明引入虚约束时的高位主视图；

图10是本发明引入虚约束时的高位后视图；

图11是现有有技术中单剪叉式升降平台两个位置的机构图。

图中：1平台；2左前上节上支轴；3左前上节上挡圈；4左前上节连杆；5左前上节约束齿轮；6左前上节下支轴；7左前上节下挡圈；8左前下节上支轴；9左前下节上挡圈；10左前下节连杆；11左前下节约束齿轮；12左前下节下支轴；13左前下节下挡圈；14左前下节支座；15油缸左前支轴；16油缸左前挡圈；17前油缸；18前活塞杆；19前活塞杆右支轴；20前活塞杆右挡圈；21右前下节支座；22底座；23右前下节下支轴；24右前下节下挡圈；25右前下节连杆；26右前下节上支轴；27右前下节上挡圈；28右前上节下支轴；29右前上节下挡圈；30右前过渡节；31右前上节连杆；32右前上节上支轴；33右前上节上挡圈；34前水平导向钢管；35前垂直导向钢管；36左前过渡节；

37左后上节上支轴；38左后上节上挡圈；39左后上节连杆；40左后上节约束齿轮；41左后上节下支轴；42左后上节下挡圈；43左后下节上支轴；44左后下节上挡圈；45左后下节连杆；46左后下节约束齿轮；47左后下节下支轴；48左后下节下挡圈；49左后下节支座；50油缸左后支轴；51油缸左后挡圈；52后油缸；53后活塞杆；54活塞杆右后支轴；55活塞杆右后挡圈；56右后下节支座；57右后下节下支轴；58右后下节下挡圈；59右后下节连杆；60右后下节上支轴；61右后下节上挡圈；62右后上节下支轴；63右后上节下挡圈；64右后过渡节；65右后上节连杆；66右后上节上支轴；67右后上节上挡圈；68后水平导向钢管；69后垂直导向钢管；70左后过渡节；

1–1平台顶板；1–2平台左前套；1–3平台前侧板；1–4平台左前支座；1–5平台左后支座；1–6平台后侧板；1–7平台左后套；1–8平台右前套；1–9平台右前支座；1–10平台右后支座；1–11平台右后套；

22–1底座底板；22–2底座前侧板；22–3底座左前支座；22–4底座左后支座；22–5底座后侧板；22–6底座右前支座；22–7底座右后支座；

34–1右前水平导向钢管；34–2水平前导向支座；34–3左前水平导向钢管；

68–1右后水平导向钢管；68–2水平后导向支座；68–3左后水平导向钢管；

71右前上节约束齿轮；72右前下节约束齿轮；73右后上节约束齿轮；74右后下节约束齿轮。

图中符号：

a平台与左前上节连杆组成的转动副；b左前上节连杆与左前过渡节组成的转动副；c左前下节连杆与左前过渡节组成的转动副；d左前下节连杆与前油缸组成的转动副；e左前下节连杆与底座组成的转动副；f前油缸与前活塞杆组成的移动副；g右前下节连杆与底座组成的转动副；h右前下节连杆与前活塞杆组成的转动副；i右前下节连杆与右前过渡节组成的转动副；j右前过渡节与右前上节连杆组成的转动副；k平台与右前上节连杆组成的转动副；l右前过渡节与前水平导向钢管组成的移动副；m平台与前水平导向钢管组成的移动副；n固接于左前上节连杆的约束齿轮与固接于左前下节连杆的约束齿轮组成的高副；o左前过渡节与前水平导向钢管组成的移动副。

具体实施方式

以下是本发明的一个具体实施例，现结合附图对本发明做进一步说明。

结合图3至图8所示，一种重力矩不变的平台垂直升降机构：

平台1包括一块矩形的平台顶板1-1；在平台顶板1-1前、后侧分别焊接有矩形的平台前侧板1-3、平台后侧板1-6，平台前侧板1-3、平台后侧板1-6相对称。在平台顶板1-1四个角落位置分别焊接有平台左前支座1-4、平台右前支座1-9，以及平台左后支座1-5、平台右后支座1-10。

当为固定式时，底座22安装在地基上，当为移动式时，底座22安装在四个轮子上；底座22包括一块矩形的底座底板22-1；在底座底板22-1前、后侧分别焊接有底座前侧板22-2、底座后侧板22-5，底座前侧板22-2、底座后侧板22-5相对称。在底座底板22-1四个角落位置分别焊接有底座左前支座22-3、底座右前支座22-6，以及底座左后支座22-4、底座右后支座22-7。底座前侧板22–2与底座左前支座22–3上的孔用于安装支撑左前下节连杆10的左前下节下支轴12；底座左后支座22–4与底座后侧板22–5上的孔用于安装支撑左后下节连杆45的左后下节下支轴47；底座后侧板22–5与底座右前支座22–6上的孔用于安装支撑右前下节连杆25的右前下节下支轴23；底座前侧板22–2与底座右后支座22–7上的孔用于安装支撑右后下节连杆59的右后下节下支轴57。

前升降机构和后升降机构分别连接在底座22和平台1之间的前、后侧，后升降机构与前升降机构结构相对称，现仅对前升降机构最进一步的描述。

前升降机构：

前升降机构安装在底座22、平台1的前侧位置；竖向布置的前垂直导向钢管35焊接在平台顶板1-1前侧中间位置，前水平导向钢管34滑动套装在前垂直导向钢管35上，前水平导向钢管34与前垂直导向钢管35组成移动副做上下相对运动；前水平导向钢管34包括滑动安装在前垂直导向钢管35上的水平前导向支座34-2，水平前导向支座34-2左右侧分别焊接固定有在同一轴线上的右前水平导向钢管34-1和左前水平导向钢管34-3。在右前水平导向钢管34-1上滑动安装有可以左右滑动的右前过渡节30，在左前水平导向钢管34-3上滑动安装有可以左右滑动的左前过渡节36。这样，前水平导向钢管34与左前过渡节36和右前过渡节30组成移动副。

左前过渡节36上安装有上下排列的左前上节下支轴6、左前下节上支轴8。左前上节连杆4下端通过左前上节下支轴6与左前过渡节36组成转动副，左前上节约束齿轮5也可转动安装在左前上节下支轴6上，并且左前上节连杆4与左前上节约束齿轮5焊接固定；左前上节下支轴6端部安装有限位用的左前上节下挡圈7。左前上节上支轴2安装在平台1中的平台前侧板1-3和平台左前支座1-4之间，左前上节连杆4上端左前上节上支轴2与平台1左前端组成转动副，左前上节上挡圈3将左前上节连杆4定位在左前上节上支轴2上。在左前上节上支轴2上还安装有用于定位左前上节连杆4相对于平台顶板1–1的位置的平台左前套1–2。

左前下节连杆10上端通过左前下节上支轴8与左前过渡节36组成转动副，左前下节约束齿轮11也可转动安装在左前下节上支轴8上，并且左前下节连杆10与左前下节约束齿轮11焊接固定；左前下节上支轴8端部安装有限位用的左前下节上挡圈9。其中左前下节约束齿轮11和左前上节约束齿轮5相互啮合，组成齿轮副，左前下节约束齿轮11和左前上节约束齿轮5是确保前升降机构使平台做上下垂直运动的关键。左前下节下支轴12安装在底座22中的底座前侧板22-2和底座左前支座22-3之间，左前下节连杆10通过左前下节下支轴12与底座22左前端组成转动副，左前下节下挡圈13将左前下节连杆10定位在左前下节下支轴12上。

右前过渡节30上安装有上下排列的右前上节下支轴28、右前下节上支轴26。右前上节连杆31下端通过右前上节下支轴28与右前过渡节30组成转动副，右前上节下挡圈29将右前上节连杆31定位在右前上节下支轴28上。右前上节上支轴32安装在平台1中的平台前侧板1-3和平台右前支座1-9之间，右前上节连杆31上端通过右前上节上支轴32与平台1的右前端组成转动副，右前上节上挡圈33将右前上节连杆31定位在右前上节上支轴32上。在右前上节上支轴32上还安装有用于定位右前上节连杆31相对于平台顶板1–1的位置的平台右前套1–8。

右前下节连杆25上端通过右前下节上支轴26与右前过渡节30组成转动副，右前下节上挡圈27将右前下节连杆25定位在右前下节上支轴26上。右前下节下支轴23安装在底座22中的底座前侧板22-2和底座右前支座22-6之间，右前下节连杆25下端通过右前下节下支轴23与底座22右前端组成转动副，右前下节下挡圈24将右前下节连杆25定位在右前下节下支轴23上。

驱动油缸中前油缸17与前活塞杆18组成移动副。左前下节支座14焊接在左前下节连杆10上，前油缸17通过油缸左前支轴15与左前下节支座14组成转动副，油缸左前挡圈16将前油缸17定位在油缸左前支轴15上。右前下节支座21焊接在右前下节连杆25上，前活塞杆18通过前活塞杆右支轴19与右前下节支座21组成转动副，前活塞杆右挡圈20将前活塞杆18定位在前活塞杆右支轴19上。

后升降机构与前升降机构部件完全相同，即对应构件的几何形状、尺寸与材质完全相同，对应构件的数量完全相同，只是一个放在平台的前面，是一个放在平台的后面。后升降机构与前升降机构的组合是机械原理中虚约束的应用，其目的在于使用最轻的材料重量实现最大的承载量并且显著提高抵抗偏载的能力。

后升降机构具体包括左后上节上支轴37；左后上节上挡圈38；左后上节连杆39；左后上节约束齿轮40；左后上节下支轴41；左后上节下挡圈42；左后下节上支轴43；左后下节上挡圈44；左后下节连杆45；左后下节约束齿轮46；左后下节下支轴47；左后下节下挡圈48；左后下节支座49；油缸左后支轴50；油缸左后挡圈51；后油缸52；后活塞杆53；活塞杆右后支轴54；活塞杆右后挡圈55；右后下节支座56；右后下节下支轴57；右后下节下挡圈58；右后下节连杆59；右后下节上支轴60；右后下节上挡圈61；右后上节下支轴62；右后上节下挡圈63；右后过渡节64；右后上节连杆65；右后上节上支轴66；右后上节上挡圈67；后水平导向钢管68；后垂直导向钢管69；左后过渡节70。其中，后水平导向钢管68由右后水平导向钢管68–1、水平后导向支座68–2和左后水平导向钢管68–3组成。平台左后套1–7用于定位左后上节连杆39相对于平台顶板1–1的位置。平台右后套1–11用于定位右后上节连杆65相对于平台顶板1–1的位置。

如图1所示，前升降机构无驱动油缸时，构件总数n=9，包括平台1，左前上节连杆4，左前下节连杆10，底座22，左前过渡节36，右前下节连杆25，右前过渡节30，右前上节连杆31，前水平导向钢管34，低副数pl=11，分别是转动副a、b、c、e、g、i、j、k，移动副l、m、o，高副数ph=1，即齿轮副n，执行机构的自由度f1=3(n–1)－2pl－1ph=3×8－2×11－1×1=1。

如图2所示，前升降机构包括驱动油缸时，构件总数n=11，包括平台1，左前上节连杆4，左前下节连杆10，底座22，左前过渡节36，右前下节连杆25，右前过渡节30，右前上节连杆31，前水平导向钢管34，前油缸17，前活塞杆18，低副数pl=14，分别是转动副a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k，移动副l、m、o，高副数ph=1，即齿轮副n，升降机构的自由度f1=3(n–1)－2pl－1ph=3×10－2×14－1×1=1。

如图9和图10所示，为了提高抗偏载的能力，本平台垂直升降机构还可以引入两对约束齿轮，属于机械原理中虚约束的应用，包括右前上节约束齿轮71，右前下节约束齿轮72，右后上节约束齿轮73，右后下节约束齿轮74。右前上节约束齿轮71与右前下节约束齿轮72相互啮合，右后上节约束齿轮73与右后下节约束齿轮74相互啮合。右前上节约束齿轮71焊接在右前上节连杆31上，右前下节约束齿轮72焊接在右前下节连杆25上，右后上节约束齿轮73焊接在右后上节连杆65上，右后下节约束齿轮74焊接在右后下节连杆59上，这样，抗偏载的能力显著提高。

如图11所示，为单剪叉式升降平台两个位置的机构图，作为与本发明的比较，它包括工作平台d1、上滑块d2、左摆杆d3、右摆杆d4、下滑块d5、底架d6，工作平台上设置滑槽c1，底架上设置滑槽c2，上滑块上的右销轴e1，底架上的右销轴e2，底架上的左销轴e3，左右摆杆的销轴e4，平台上的左销轴e5组成，它的自由度f2＝3n－2pl－1ph＝3×5－2×7－1×0＝1，初始时重物的力臂为l0，当重物上升高度h时，平台上的左侧力臂保持l0不变，右侧力臂从l0减小为l1，当l1=0时，重物w的重力几乎都由平台右侧的转动副承担，这就说明，上滑块上的右销轴e1、左摆杆d3与底架上的左销轴e3的尺寸要相对大一些。