摆杆式剪叉升降机构及设计方法与流程

本发明涉及挂弹车技术领域，具体涉及一种摆杆式剪叉升降机构及设计方法。

背景技术

挂弹车作业效率影响着战机的出勤率，从而对战争的成败起着重要的作用，运挂设备越来越受到各国军方的重视。目前的挂弹作业模式主要分为单挂弹车模式和挂弹站模式，而挂弹站又分为预埋式和多挂弹车编队式：由于预埋式挂弹站的构建需要对舰艇、航母等进行较大的结构改造，所以目前仍以单或多挂弹车作业模式为主。挂弹车主要可分为俄式的剪叉式和美式的举升臂防方式：剪叉式具有结构简单、刚度大、成本低等优点，但存在自由度少、工作空间小等缺点，而举升臂方式采用串联机械臂方式，自由度多、工作空间大。挂弹车的技术研究在物流存储、飞机制造、地铁高铁制造等领域有着广泛的应用前景。目前海陆空及火箭军的地面设备均存在种类繁多、功能单一等缺陷，逐渐走向一车多用化。

在多数剪叉升降机构中，油缸一般尽量竖直安装铰接在内、外叉的铰接轴处，这样油缸的推力能够更加有效地用于克服负载而不是导致较大约束产生甚至破坏机构,但此种方式需要纵向上预留较大安装空间。由于安装高度有严格的限制，采用油缸水平布置拉动滑轮轴的方式时，因此在启动时由于油缸拉力的传动角太小，用于克服负载的分量有限。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何解决传统的剪叉升降机构下降行程小的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种摆杆式剪叉升降机构，包括该摆杆式剪叉升降机构包括外叉5、内叉6、第一底座7、第二底座7’、上承重板8、上螺栓滚轮轴承9、第一通轴10、油缸11、摆杆12、支撑杆13、第二通轴14、第三通轴14’和圆柱滚子轴承15；

所述外叉5的剪叉臂和内叉6的剪叉臂的各一端分别通过固定铰接轴分别连接到第一底座7和上承重板8上，外叉5的剪叉臂另一端安装上螺栓滚轮轴承9，通过螺栓滚轮轴承9在上承重板8的滑槽中滑动，而内叉6的剪叉臂的另一端安装下螺栓滚轮轴承，通过下螺栓滚轮轴承在第二底座7’的滑槽中滑动；内叉6的剪叉臂和外叉5的剪叉臂之间通过第一通轴10铰接；有两个摆杆12，分别位于内、外两侧，摆杆12包括铰接连接的上摆臂和下摆臂，上摆臂比下摆臂长，上摆臂和下摆臂的铰接孔称为中间铰接孔；油缸11的一端通过固定铰接轴连接在第一底座7上，而另一端铰接在摆杆12的下摆臂上，油缸11包括位于内、外两侧的两个；内叉6的剪叉臂另一端还焊接有一支撑杆13，内叉6的剪叉臂另一端与支撑杆13下端连接；支撑杆13上端加工有铰接孔，通过一铰轴穿过支撑杆13上端的铰接孔以及摆杆12的中间铰接孔，从而使支撑杆13与摆杆12二者之间形成约束，而两侧摆杆12的下摆臂外端的铰接孔通过第二通轴14连接，两侧摆杆12的上摆臂外端的铰接孔通过第三通轴14’连接，且在第三通轴14’上安装有圆柱滚子轴承15，圆柱滚子轴承15能够贴着上承重板8的下平面滚动。

优选地，上承重板8的滑槽形成于上承重板8的下部两端。

优选地，第一底座7、第二底座7’二者连接在一起。

优选地，第一底座7、第二底座7’二者焊接在一起。

本发明还提供了一种所述摆杆式剪叉升降机构的设计方法，其特征在于，所述摆杆式剪叉升降机构安装于挂弹车上，包括以下步骤：

第一步、根据给定的安装高度和空间，考虑挂弹车的姿态调整机构3占用的空间，计算允许的摆杆式剪叉升降机构的设计空间；

第二步、在允许的范围内尽可能选择长的内叉5的剪叉臂和外叉6的剪叉臂；

第三步、通过受力分析确定摆杆12上摆臂长度、下摆臂长度和位置，以及油缸11的安装位置；

第四步、比较摆杆式剪叉升降机构最低点起升瞬间的力需和圆柱滚子轴承15脱离上承重板8的瞬间力需，从而确定油缸11的拉力需求是否能够得到满足，以及升降机构的最大举升高度是否满足用户需求。

优选地，第三步具体为：根据挂弹车的麦克纳母轮底盘1高度确定摆杆12下摆臂的长度和位置，尽可能选择长的摆杆12下摆臂长度；确定油缸11的安装位置，尽可能保证油缸11和摆杆12下摆臂的夹角为直角；根据安装空间确定摆杆12上摆臂的长度。

本发明又提供了一种挂弹车，包括所述摆杆式剪叉升降机构。

优选地，所述挂弹车还包括麦克纳母轮底盘1，所述摆杆式剪叉升降机构安装在所述麦克纳母轮底盘1上。

优选地，所述麦克纳母轮底盘1上还安装有纵移机构2。

优选地，所述麦克纳母轮底盘1上还安装有姿态调整结构3。

(三)有益效果

本发明通过内、外叉中间铰接的剪叉形式形成运动约束，内叉或外叉的一端固定铰接在底座或上承重板，另一端在底座或上承重板的滑槽中滑动；通过在传统剪叉机构中增添一摆杆，解决了传统的剪叉机构下降行程小的问题，因为传统剪叉机构如果下降行程太小将导致启动功率过大。将本发明结合麦克纳母轮底盘、举升臂式挂弹车的纵移机构、姿态调整机构可组成具有包装箱运输功能的多自由度挂弹车，不仅能够满足一般低挂点挂弹需求，而且所需的启动功率较小，这样较小的液压缸缸径能够满足紧凑空间布置的需求，而且机构之间产生的约束力较小，对结构的强度等要求减小从而优化了机构设计。本发明提出了在给定安装空间下摆杆式剪叉升降机构的设计方法，尤其是摆杆臂上、下摆臂长度的确定方法，能够使设计的剪叉升降机构获得较大升降行程。

附图说明

图1是安装有本发明摆杆式升降机构的多自由度挂弹车外观图；

图2是切换成导弹包装箱运输车时的外观图；

图3是本发明的升降机构结构图；

图4是本发明的升降机构在相切作用阶段(a-b)机构图；

图5是本发明的升降机构在相切-相离切换瞬间(b临界点)升降机构图；

图6是本发明的升降机构在相离作用阶段(b-c阶段)机构图。

图中：1、麦克纳母轮底盘；2、纵移机构；3、姿态调整机构；4、盖板；5、外叉；6、内叉；7、第一底座；7’、第二底座；8、上承重板；9、上螺栓滚轮轴承；10、第一通轴；11油缸；12、摆杆；13、支撑杆；14、第二通轴；14’、第三通轴；15、圆柱滚子轴承。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

结合附图1、2说明采用本发明升降机构的集成包装箱运输功能的多自由挂弹车组成，在麦克纳母轮底盘1添加此升降机构、纵移机构2和姿态调整(俯仰和翻滚)结构3。麦克纳母轮底盘1由四个麦克纳母轮组成，虽然底盘1自身可以完成前后、左右移动和回转运动。但由于挂弹作业中前后纵移是一个常用动作，通过移动整车不仅难以操控而且耗能大，所以增加了一个冗余的前后纵移自由度，纵移机构2通过直线导轨定位后由油缸驱动；姿态调整机构3通过举升臂式挂弹车采用的托实现，俯仰和翻滚均由两个对称布置的油缸耦合动作，油缸和托盘头通过球关节轴承连接。无论从包装运输功能还是挂弹功能而言，都是车体的底盘高度越低越好，根据车轮等必需安装组件确定车体的最低高度值，然后根据此关键值可以设计举升机构。当需要进行包装箱转运时，将升降机构降到最低位，同时将两侧的盖板4向中间翻开，车体的上表面形成一个平面状态，如图2所示，便可以进行导弹包装箱的转运。

结合附图3说明摆杆式剪叉升降机构的组成结构图，该摆杆式剪叉升降机构包括外叉5、内叉6、第一底座7、第二底座7’、上承重板8、上螺栓滚轮轴承9、第一通轴10、油缸11、摆杆12、支撑杆13、第二通轴14、第三通轴14’和圆柱滚子轴承15。外叉5的剪叉臂和内叉6的剪叉臂的各一端分别通过固定铰接轴分别连接到第一底座7和上承重板8上，外叉5的剪叉臂另一端安装上螺栓滚轮轴承9，通过螺栓滚轮轴承9在上承重板8的滑槽中滑动(上承重板8的滑槽形成于上承重板8的下部两端，上承重板8像一个倒扣的帽子)，而内叉6的剪叉臂的另一端安装下螺栓滚轮轴承(被挡住了，未示出)，通过下螺栓滚轮轴承在第二底座7’的滑槽中滑动。为了提高剪叉的横向稳定性，内叉6的剪叉臂和外叉5的剪叉臂之间通过第一通轴10铰接，这样内外叉组成的剪叉机构形成了升降的运动约束。有两个摆杆12，分别位于内、外两侧，摆杆12包括铰接连接的上摆臂和下摆臂，上摆臂比下摆臂长，上摆臂和下摆臂的铰接孔称为中间铰接孔。油缸11的一端通过固定铰接轴连接在第一底座7上，而另一端铰接在摆杆12的下摆臂上，由于安装空间有限，而且根据液压的驱动特性，油缸11包括位于内、外两侧的两个，实现并列双缸驱动。内叉6的剪叉臂另一端还焊接有一支撑杆13(内叉6的剪叉臂另一端与支撑杆13下端连接)。支撑杆13上端加工有铰接孔，通过一铰轴穿过支撑杆13上端的铰接孔以及摆杆12的中间铰接孔，从而使支撑杆13与摆杆12二者之间形成约束，而两侧摆杆12的下摆臂外端的铰接孔通过第二通轴14连接，两侧摆杆12的上摆臂外端的铰接孔通过第三通轴14’连接，且在第三通轴14’上安装有圆柱滚子轴承15，圆柱滚子轴承15能够贴着上承重板8的下平面滚动，图3所示高度下为相切约束位置。

结合附图4、5、6说明升降机构的工作原理。在升降机构升起的过程中，根据摆杆12是否作用，可以划分为阶段a-b和阶段b-c。如图4所示，在阶段a-b，随着油缸11的收缩，上螺栓滚轮轴承9向左移动，而上螺栓滚轮轴承9-上承重板8相切点、摆杆12-支撑杆13铰接点、油缸11-摆杆12铰接点、油缸11-第一底座7铰接点多点共同作用使上承重板8逐渐上升，此阶段中油缸11的拉力主要通过圆柱滚子轴承15向上的支撑力起作用：如图5所示，在临界状态b，第一底座7-油缸11铰接点、油缸11-摆杆12铰铰点和支撑杆13-摆杆12铰接点处于一条直线上，此时油缸11继续收缩，上承重板8和圆柱滚子轴承15相离、而此时油缸11拉力的传动角已增加到一定值；如图6所示，在阶段b-c，随着油缸11的进一步收缩，第一底座7-油缸11铰接点、油缸11-摆杆12铰铰点和支撑杆13-摆杆12铰接点始终处于一条直线上，靠上螺栓滚轮轴承9和上承重板8-内叉5的上铰点支撑力将上承重板8逐渐撑起到最大高度。

根据上述分析，本发明的摆杆式剪叉升降机构的设计方法，主要包括剪叉臂的确定及摆杆上、下摆臂长度的确定，包括以下步骤：

第一步、根据给定的安装高度和空间、考虑姿态调整机构3占用的空间，计算允许的升降机构的设计空间。

第二步、内叉5和外叉6的长度越长可获得的最大举升高度越大，所以在允许的范围内尽可能选择长的剪叉臂；

第三步、本步骤通过受力分析确定摆杆上、下摆臂长度。在阶段a-b，摆杆12的下摆臂和油缸11拉力成直角且摆杆12下摆臂越长越有利于油缸11做功，但由于底盘1高度限制了摆杆12下摆臂的长度，根据允许的空间确定摆杆12下摆臂的长度和位置；确定油缸11的安装位置，尽可能保证油缸11和摆杆12下摆臂的夹角为直角；摆杆12上臂的长度越长，上顶角越小，但支撑作用的高度范围越大，根据安装空间等因素确定摆杆12长臂的长度。

第四步、比较升降机构最低点起升瞬间的力需和圆柱滚子轴承15脱离上承重板8的瞬间力需，从而确定油缸11的拉力需求是否能够得到满足，以及升降机构的最大举升高度是否满足用户需求。

本发明提出的一种摆杆式升降机构及设计方法，可用于应用在挂弹车等具有升降自由度需求的设备上，如集“包装运输功能”和“挂弹功能”于一体的车辆，既能保障包装箱运输车所需要的平板车功能，又能满足挂弹车所需要的低挂点需求本发明所提出的升降机构相比于传统的剪叉式结构，允许降低到较低的高度而且所需要的启动功率较小，减小了功率需求和优化了结构设计。

本发明通过剪叉的形式行程升降机构的运动约束，外叉、内叉的各一端分别通过固定铰接轴分别连接到底座和上承重板上，外叉、内叉的另一端均安装螺栓滚轮轴承分别在上承重板和底座的滑槽中滑动。为了提高剪叉的横向稳定性，内外叉通过通轴铰接。由于安装空间有限，而且根据液压的驱动特性，采用并列双缸驱动的形式。内叉的单剪叉臂上各焊接有一支撑杆，支撑杆上端加工有铰接孔通过铰轴和摆杆的中间铰接孔形成约束，而两侧摆杆的长臂铰接孔通过通轴连接，在通轴上安装有圆柱滚子轴承，圆柱滚子轴承在上承重板下表面滚动。

本发明所涉及的摆杆是升降机机构可以用于集成包装箱运输功能的多自由度挂弹车的组成部分，在麦克纳母轮底盘可添加此升降机构、纵移机构和姿态调整(俯仰和翻滚)结构。麦克纳母轮底盘自身可以完成前后、左右移动和回转运动，但由于挂弹作业中纵移是一个常用动作，所以增加了一个冗余的前后纵移自由度；姿态调整机构通过举升臂式挂弹车采用的托盘头实现，俯仰和翻滚均由两个对称布置的油缸耦合动作。无论从包装运输功能还是挂弹功能而言，要求底盘高度越低越好，根据麦克纳母轮底盘的车轮等必需安装组件确定车体的最低高度值，然后根据此关键值可以设计举升机构。当需要进行包装箱转运时，将升降机构降到最低位，车体上表面形成一个平面状态，便于进行导弹包装箱的转运。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。