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[摘 要]根据升降机的原理，我们利用通过电机驱动油泵作为动力源，通过液压油管、油缸、链条、链轮等进行动力传递，利用10#槽钢作为框架，∠40*4角钢、4mm钢板作为升降台，再配以相应的电控系统进行设计制造。设计制造出的升降机，可实现了300kg的最大负重，满足了使用需求。
[关键词]全自动；小料；升降机
中图分类号：TH211+.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）09-0074-02
前言
神华神东设备维修中心三厂支护材料车间全自动班组负责生产供应矿区井下钢筋焊接网片，由于设备采购较早，一些结构和功能设计不太完善，如每次运行时需要操作工将一定数量的小料（横筋）搬运到放料岗位工处，而放料岗位工工位位于全自动焊网机焊接区顶部，距离地面有1.5m高。同时由于人力的限制，每次只能搬運15kg左右的小料，这样就造成频繁搬运，无形地给操作工造成大量的劳动。如能够设计制作出小料升降机，就可以省去一大部分劳力，提高生产效率。
全自动小料升降机是应用比较广泛的一种综合机械，主要由工作台、支撑杆件、底座、升降油缸和液压系统组成，工作时靠液压系统提供的动力实现升降，其驱动装置是液压缸。由其结构原理和工作特点决定了在升降机工作台携带着货物和工件上升时，需要液压缸向其提供驱动力，即液压缸输出能量，把机械（液压）能转换成势能；而在工作台携带着工件下降时，其势能将被释放出来。这种势能如果不能有效地回收利用，则会造成能量浪费。这种能量浪费对于小型升降机来说尚不显严重，但對于载重和举升高度较大、需频繁工作的机型来说，就非常可观了。对于此类机型，应在其液压系统中设计储能装置，以把工作台下降过程中释放出的势能储存起来，并在上升时重新加以利用，以减少无用功的消耗，提高能量的利用效率，并同时达成使系统运行平稳、工作安全、可靠的目的。
1 系统设计
液压系统要能实现工作台的上升、下降、调速、停留、过载保护和能量回收等功能，并要求结构简单、效率高、运行平稳、工作可靠，据此设计的液压系统见图1。系统采用蓄能器回收势能，为减少由方向阀的内部泄漏所导致的工作台缓慢下沉，采用了密封性好的二位三通球阀控制油缸的运动方向。采用蓄能器回收势能，其原理为：在工作台下降过程中，升降油缸下腔中冈重力作用而产生的压力油液，被排人蓄能器，将机械势能转换成液压能，并储存在蓄能器中；在工作台再次上升过程中，蓄能器向液压泵供油（相当于在系统中设置了压力油箱），减小了油泵进、出油口的压力差，使再次上升过程中油泵消耗的电动机功率减小，达到节能目的。因升降机只在垂直方向运动，其下降可借助重力实现，为简化油缸结构、降低制造成本，采用了单作用缸，两缸并联；油缸的运动方向由方向阀10控制；为提高两油缸的同步精度，采用了由分流一集流阀组成的同步回路；为实现陕速下降，设置了二位二通阀7；为使泵的输出流量和油缸所需要的流量相适应，以提高系统的效率采用了由限压式变量叶片泵和调速阀组成的容积一节流调速同路；油泵的输出压力由负载决定，溢流阀4是做系统安全阀用，溢流阀9用以限制蓄能器的最高压力；单向阀6用来在工作台升高到最高位置时，油泵关闭后，封闭升降油缸的下腔，使工作台能较长时间停留在工作位置；单向阀16（作背压阀用），用以使蓄能器内保持一定的最低压力，满足正常工作的需要。综合以上考虑设计了液压系统，现对液压系统的工作过程和原理进行分析：（图1）
（1）初次举升初始状态时，蓄能器内无压力油，启动后，泵经单向阀、滤油器从油箱吸油。再经调速阀、单向阀、二位三通阀右位和分流一集流阀进入升降油缸的无杆腔，使活塞杆伸出，推动工作台和重物上升，其速度大小可由调速阀调节。
（2）停留 在工作台上升到位后，关闭油泵电机，油缸下腔因工作台自重造成的压力油被单向阀可靠封闭，工作台可较长时间停留在工作位置。
（3）下降使二位三通方向阀中的电磁铁1YA通电，将其切换到左位，油缸下腔的油液经分流阀和单向阀进入蓄能器，将压力液体储存在蓄能器中。由于蓄能器中液体的压力，随着逐渐被充满而上升，对工作台的下降起到制动作用，使其下降平稳。由于泵的出油口被封闭，单向阀虽然可打开，它也不能作马达工况，单向阀在此时也处于关闭状态，工作台下降时，油缸所排出的压力油将不会进入油箱。
（4）快速下降在遇到紧急情况，需快速下降时，可使1YA和2YA均通电，油缸下腔的油液即经分流阀、二位三通阀左位和二位二通阀的左位接通油箱，消除回油阻力，工作台实现快速下降。单向阀8可防止蓄能器中的油液在此时经二位二通阀7流回油箱。
（5）再次上升使二位三通换向阀中的电磁铁1YA失电，泵从蓄能器中吸取有一定压力的油液（此时单向阀在蓄能器内压力油的作用下处于关闭状态），再经调速阀、单向阀、二位三通阀和分流一集流阀进入升降油缸的无杆腔，使活塞杆伸出，推动工作台和重物上升，速度大小可由调速阀调节。由于泵吸入的是有一定压力的油液，进出口的压差减小，其所消耗的电机功率将会减小，从而达到节能的目的。若工作台再次上升的高度大于初次上升高度或由于泄漏等原因使蓄能器中储存的油液量不足，泵将通过单向阀从油箱吸油，使工作台继续上升。该系统的优点是结构简单、运行平稳、工作可靠、效率高、蓄能器容鼍小。
2 主要技术参数的选取
（1）油缸行程
由升降机的结构原理及几何运动分析可得到油缸的行程。
S=2mL/N
式中：m为油缸安装位置到支撑杆近端距离和支撑杆长的比值；
L为—最大举升高度时工作台底面和底板之间的距离；
（2）蓄能器压力依照能量原理，蓄能器在储油结束时的压力
此压力即为蓄能器在充油结束时的压力（最高压力）；其排油结束时的压力（最低压力）可由单向阀14（作背压阀用）调定，为避免蓄能器的规格过大和减小压力损失，以0.3 MPa左右为宜，蓄能器的充气压力可按文献[2]确定。 （3）蓄能器容量蓄能器的工作容积（所能排放的油液量）应略大于升降机从最大高度下降到最低位时，油缸所排出的油液总体积（等于油缸的行程和其无杆腔面积及油缸数量的乘积），其总容积可按相关公式计算。由于升降机采用剪叉式结构，有较大的行程放大作用，所需升降油缸的的工作行程较小，若液压系统采用较高的工作压力，则可减小升降油缸的内径、容积及排液量，从而减小蓄能器所需要的工作容积。
（4）系统压力和流量
如前所述，系统的工作压力可由设备类型或油缸负载确定，为使机器结构紧凑，减小蓄能器容量，以取较高为宜，可选20MPa左右；系统流量可由升降油缸的运动速度和无杆腔面积确定，泵的规格可据此选取。
3 操作平台升降机构稳定性能的影响因素和解决办法
操作平台空间四连杆升降机构，以其本身结构简单、适应性强、机构运行平稳、运动精准等优点被很多结构设计所广泛应用。然而，锚杆钻车操作平台在长期的升降运动过程中也会出现诸如平台左右两侧举升油缸行程不一，2根油缸伸出一快一慢，致使机构升降过程整个操作平台出现倾斜或卡顿现象：平台升降速度出现过快，平台抖动不稳等情况发生。针对上述问题。对影响操作平台升降稳定性的影响因素做了分析研究，提出了具体的解决方案和办法，主要有以下几方面：
（1）整机操作平台上工作机构的布置操作平台上工作机构的合理布置对平台工作的稳定性影响最为关键。操作平台上所有机构的布置影响平台重心的分布、影响前后连杆的受力，尤其在举升油缸两侧支撑的情况下，平台重量左右均布与否是影Ⅱ向平台运行稳定性能的关键因素。设计中，我们利用三维软件对结构进行建模，总体方案排布后，调整结构布置，优化平台重心位置和前、后连杆的受力情况，最终得出最优的工程实际解决方案。
（2）升降机构的结构形式操作平台升降机构结构为空间四连杆结构，该结构运行平稳、动作精准。但是，在實际设计过程中由于考虑因素众多，结构空间所限，连杆结构在设计上局限性也是很大的，这样以来就会影响到升降机构运行的稳定性能。所以在连杆结构设计时，前、后连杆设计整体结构要优于分体结构的。在布置空间允许的情况下，连杆结构推荐使用整体结构设计，这样在升降机构稳定性能方面也会起到至关重要的作用。
（3）平台升降机构是由2个液压缸推动，为了保持良好的稳定性和动态同步性能，2個液压缸相同，与机械结构构成四连杆机构，2个液压缸作为主动件，只有保持同步和稳定升降才能保证升降平台的动作的平稳。在双缸液压系统中，影响同步精度的因素很多，如液压缸外负载、泄漏、摩擦、阻力、制造精度、油液中的含气量及结构弹性变形等，都会使运动不同步。
2个工作台升降油缸采用等同式连接，由负载敏感变量泵供油，通过负载敏感多路阀控制方向和流量的输出。多路阀输出的油液进入到油缸无杆腔。在扳动手柄开启多路阀的同时，实现了流量输出的连续和稳定，油缸上升过程运行平稳，下降时油液控制平衡阀，打开平衡阀，油缸靠自重平稳下落。
4 结语
（1）节能降耗符合当前的基本国策。根据液压升降机的工作方式和特点，回收势能具有必要性和可行性。
（2）该项改造提高了生产效率，降低了人员的劳动强度，提升该工位生产效率80%以上。已在维修三厂支护材料车间全自动班组推广应用，使用后效果明显，并得到好评。
（3）采用较高的工作压力，利于减小蓄能器的工作容积和容量；适当的系统设计，在实现能量回收的同时，又能使液压系统结构简单、运行平稳、工作可靠、效率高、能耗小。
作者简介
张丽芳（1983.04.07），陕西省神木市，2008年毕业于天津工程师范大学，专业机械制造与自动化，现供职于神华神东煤炭集团设备维修中心三厂。
[关键词]全自动；小料；升降机
中图分类号：TH211+.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）09-0074-02
前言
神华神东设备维修中心三厂支护材料车间全自动班组负责生产供应矿区井下钢筋焊接网片，由于设备采购较早，一些结构和功能设计不太完善，如每次运行时需要操作工将一定数量的小料（横筋）搬运到放料岗位工处，而放料岗位工工位位于全自动焊网机焊接区顶部，距离地面有1.5m高。同时由于人力的限制，每次只能搬運15kg左右的小料，这样就造成频繁搬运，无形地给操作工造成大量的劳动。如能够设计制作出小料升降机，就可以省去一大部分劳力，提高生产效率。
全自动小料升降机是应用比较广泛的一种综合机械，主要由工作台、支撑杆件、底座、升降油缸和液压系统组成，工作时靠液压系统提供的动力实现升降，其驱动装置是液压缸。由其结构原理和工作特点决定了在升降机工作台携带着货物和工件上升时，需要液压缸向其提供驱动力，即液压缸输出能量，把机械（液压）能转换成势能；而在工作台携带着工件下降时，其势能将被释放出来。这种势能如果不能有效地回收利用，则会造成能量浪费。这种能量浪费对于小型升降机来说尚不显严重，但對于载重和举升高度较大、需频繁工作的机型来说，就非常可观了。对于此类机型，应在其液压系统中设计储能装置，以把工作台下降过程中释放出的势能储存起来，并在上升时重新加以利用，以减少无用功的消耗，提高能量的利用效率，并同时达成使系统运行平稳、工作安全、可靠的目的。
1 系统设计
液压系统要能实现工作台的上升、下降、调速、停留、过载保护和能量回收等功能，并要求结构简单、效率高、运行平稳、工作可靠，据此设计的液压系统见图1。系统采用蓄能器回收势能，为减少由方向阀的内部泄漏所导致的工作台缓慢下沉，采用了密封性好的二位三通球阀控制油缸的运动方向。采用蓄能器回收势能，其原理为：在工作台下降过程中，升降油缸下腔中冈重力作用而产生的压力油液，被排人蓄能器，将机械势能转换成液压能，并储存在蓄能器中；在工作台再次上升过程中，蓄能器向液压泵供油（相当于在系统中设置了压力油箱），减小了油泵进、出油口的压力差，使再次上升过程中油泵消耗的电动机功率减小，达到节能目的。因升降机只在垂直方向运动，其下降可借助重力实现，为简化油缸结构、降低制造成本，采用了单作用缸，两缸并联；油缸的运动方向由方向阀10控制；为提高两油缸的同步精度，采用了由分流一集流阀组成的同步回路；为实现陕速下降，设置了二位二通阀7；为使泵的输出流量和油缸所需要的流量相适应，以提高系统的效率采用了由限压式变量叶片泵和调速阀组成的容积一节流调速同路；油泵的输出压力由负载决定，溢流阀4是做系统安全阀用，溢流阀9用以限制蓄能器的最高压力；单向阀6用来在工作台升高到最高位置时，油泵关闭后，封闭升降油缸的下腔，使工作台能较长时间停留在工作位置；单向阀16（作背压阀用），用以使蓄能器内保持一定的最低压力，满足正常工作的需要。综合以上考虑设计了液压系统，现对液压系统的工作过程和原理进行分析：（图1）
（1）初次举升初始状态时，蓄能器内无压力油，启动后，泵经单向阀、滤油器从油箱吸油。再经调速阀、单向阀、二位三通阀右位和分流一集流阀进入升降油缸的无杆腔，使活塞杆伸出，推动工作台和重物上升，其速度大小可由调速阀调节。
（2）停留 在工作台上升到位后，关闭油泵电机，油缸下腔因工作台自重造成的压力油被单向阀可靠封闭，工作台可较长时间停留在工作位置。
（3）下降使二位三通方向阀中的电磁铁1YA通电，将其切换到左位，油缸下腔的油液经分流阀和单向阀进入蓄能器，将压力液体储存在蓄能器中。由于蓄能器中液体的压力，随着逐渐被充满而上升，对工作台的下降起到制动作用，使其下降平稳。由于泵的出油口被封闭，单向阀虽然可打开，它也不能作马达工况，单向阀在此时也处于关闭状态，工作台下降时，油缸所排出的压力油将不会进入油箱。
（4）快速下降在遇到紧急情况，需快速下降时，可使1YA和2YA均通电，油缸下腔的油液即经分流阀、二位三通阀左位和二位二通阀的左位接通油箱，消除回油阻力，工作台实现快速下降。单向阀8可防止蓄能器中的油液在此时经二位二通阀7流回油箱。
（5）再次上升使二位三通换向阀中的电磁铁1YA失电，泵从蓄能器中吸取有一定压力的油液（此时单向阀在蓄能器内压力油的作用下处于关闭状态），再经调速阀、单向阀、二位三通阀和分流一集流阀进入升降油缸的无杆腔，使活塞杆伸出，推动工作台和重物上升，速度大小可由调速阀调节。由于泵吸入的是有一定压力的油液，进出口的压差减小，其所消耗的电机功率将会减小，从而达到节能的目的。若工作台再次上升的高度大于初次上升高度或由于泄漏等原因使蓄能器中储存的油液量不足，泵将通过单向阀从油箱吸油，使工作台继续上升。该系统的优点是结构简单、运行平稳、工作可靠、效率高、蓄能器容鼍小。
2 主要技术参数的选取
（1）油缸行程
由升降机的结构原理及几何运动分析可得到油缸的行程。
S=2mL/N
式中：m为油缸安装位置到支撑杆近端距离和支撑杆长的比值；
L为—最大举升高度时工作台底面和底板之间的距离；
（2）蓄能器压力依照能量原理，蓄能器在储油结束时的压力
此压力即为蓄能器在充油结束时的压力（最高压力）；其排油结束时的压力（最低压力）可由单向阀14（作背压阀用）调定，为避免蓄能器的规格过大和减小压力损失，以0.3 MPa左右为宜，蓄能器的充气压力可按文献[2]确定。 （3）蓄能器容量蓄能器的工作容积（所能排放的油液量）应略大于升降机从最大高度下降到最低位时，油缸所排出的油液总体积（等于油缸的行程和其无杆腔面积及油缸数量的乘积），其总容积可按相关公式计算。由于升降机采用剪叉式结构，有较大的行程放大作用，所需升降油缸的的工作行程较小，若液压系统采用较高的工作压力，则可减小升降油缸的内径、容积及排液量，从而减小蓄能器所需要的工作容积。
（4）系统压力和流量
如前所述，系统的工作压力可由设备类型或油缸负载确定，为使机器结构紧凑，减小蓄能器容量，以取较高为宜，可选20MPa左右；系统流量可由升降油缸的运动速度和无杆腔面积确定，泵的规格可据此选取。
3 操作平台升降机构稳定性能的影响因素和解决办法
操作平台空间四连杆升降机构，以其本身结构简单、适应性强、机构运行平稳、运动精准等优点被很多结构设计所广泛应用。然而，锚杆钻车操作平台在长期的升降运动过程中也会出现诸如平台左右两侧举升油缸行程不一，2根油缸伸出一快一慢，致使机构升降过程整个操作平台出现倾斜或卡顿现象：平台升降速度出现过快，平台抖动不稳等情况发生。针对上述问题。对影响操作平台升降稳定性的影响因素做了分析研究，提出了具体的解决方案和办法，主要有以下几方面：
（1）整机操作平台上工作机构的布置操作平台上工作机构的合理布置对平台工作的稳定性影响最为关键。操作平台上所有机构的布置影响平台重心的分布、影响前后连杆的受力，尤其在举升油缸两侧支撑的情况下，平台重量左右均布与否是影Ⅱ向平台运行稳定性能的关键因素。设计中，我们利用三维软件对结构进行建模，总体方案排布后，调整结构布置，优化平台重心位置和前、后连杆的受力情况，最终得出最优的工程实际解决方案。
（2）升降机构的结构形式操作平台升降机构结构为空间四连杆结构，该结构运行平稳、动作精准。但是，在實际设计过程中由于考虑因素众多，结构空间所限，连杆结构在设计上局限性也是很大的，这样以来就会影响到升降机构运行的稳定性能。所以在连杆结构设计时，前、后连杆设计整体结构要优于分体结构的。在布置空间允许的情况下，连杆结构推荐使用整体结构设计，这样在升降机构稳定性能方面也会起到至关重要的作用。
（3）平台升降机构是由2个液压缸推动，为了保持良好的稳定性和动态同步性能，2個液压缸相同，与机械结构构成四连杆机构，2个液压缸作为主动件，只有保持同步和稳定升降才能保证升降平台的动作的平稳。在双缸液压系统中，影响同步精度的因素很多，如液压缸外负载、泄漏、摩擦、阻力、制造精度、油液中的含气量及结构弹性变形等，都会使运动不同步。
2个工作台升降油缸采用等同式连接，由负载敏感变量泵供油，通过负载敏感多路阀控制方向和流量的输出。多路阀输出的油液进入到油缸无杆腔。在扳动手柄开启多路阀的同时，实现了流量输出的连续和稳定，油缸上升过程运行平稳，下降时油液控制平衡阀，打开平衡阀，油缸靠自重平稳下落。
4 结语
（1）节能降耗符合当前的基本国策。根据液压升降机的工作方式和特点，回收势能具有必要性和可行性。
（2）该项改造提高了生产效率，降低了人员的劳动强度，提升该工位生产效率80%以上。已在维修三厂支护材料车间全自动班组推广应用，使用后效果明显，并得到好评。
（3）采用较高的工作压力，利于减小蓄能器的工作容积和容量；适当的系统设计，在实现能量回收的同时，又能使液压系统结构简单、运行平稳、工作可靠、效率高、能耗小。
作者简介
张丽芳（1983.04.07），陕西省神木市，2008年毕业于天津工程师范大学，专业机械制造与自动化，现供职于神华神东煤炭集团设备维修中心三厂。