劉 奎，楊莉玲，沈曉賀，劉 佳，買合木江·巴吐爾

（新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機械化研究所，新疆 烏魯木齊 830091）

目前三輪自走式升降平臺在果園管理工作中得到廣泛應(yīng)用，操作人員可以將平臺調(diào)到適合自己的最佳位置和高度，在工作平臺上執(zhí)行機器的啟動、行走、轉(zhuǎn)向、升降、熄火等作業(yè)[1]，完成樹枝的修剪和果實的采摘等作業(yè)。但由于是高空作業(yè)，保證操作人員在機器操作運行中的安全非常重要，不能有傾覆的情況發(fā)生。為此，針對新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機械化研究所前期研制的三輪自走式升降平臺自身的工作參數(shù)，通過升降平臺支反力的分析和計算，確定三輪自走式升降平臺的安全性能非常重要[2]。

1 三輪自走式升降平臺結(jié)構(gòu)及參數(shù)

新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機械化研究所前期研制的三輪自走式升降平臺由作業(yè)平臺、升降系統(tǒng)、行走裝置、機架4部分組成。三輪自走式升降平臺結(jié)構(gòu)如圖1所示。三輪自走式升降平臺主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如下[3]：

為了確保三輪自走式升降平臺安全穩(wěn)定性能達到技術(shù)要求，進行優(yōu)化設(shè)計，計算升降平臺回轉(zhuǎn)作業(yè)過程中輪胎受到地面的反作用力，為端部作業(yè)平臺的作業(yè)范圍提供理論依據(jù)。

圖1 自走式升降平臺結(jié)構(gòu)示意

2 支反力的分析及計算

2.1 力學(xué)模型

三輪自走式升降平臺工作時主要受到作業(yè)平臺載荷和自身重力的影響，理論分析中暫不考慮風(fēng)載以及震動、沖擊等引起的動載荷的影響。

圖2 自走式升降平臺受力簡圖

根據(jù)升降平臺的結(jié)構(gòu)分析，作出受力簡圖，如圖2所示。圖中以O(shè)1、O2和O3點表示輪胎的3個支撐點，O和D分別表示升降部分支承中心和車架幾何中心。其中L1=2 790 mm，L3=1 860 mm，L4=1 860 mm，臂長L=4 510 mm。將車架部分的自重簡化為作用在車架幾何中心點D的集中載荷力G0，方向豎直向下。將升降部分的自重及額定載荷P簡化為作用在回轉(zhuǎn)支撐中心點O的豎直向下的集中載荷力G1和力矩M。升降臂與水平面夾角為α。

2.2 支反力推導(dǎo)

結(jié)合以上分析可知，作用在升降平臺上的載荷主要由作用在點O的集中載荷G1，作用在點D的集中載荷G0以及由升降部分所引起的對回轉(zhuǎn)中心點O的力矩M三部分組成。令升降臂的長度為L，假定在集中載荷G0和GI的作用下，3個輪胎所受到地面的支反力分別為N1O1、N1O2和N1O3，取豎直向上為正方向，則力平衡方程如式（1）所示。

由（1）式可得：

上式所求結(jié)果為在不考慮力矩的作用下，集中載荷G0和G1所引起的地面對輪胎的支反力。下面單獨計算力矩M對升降平臺輪胎支反力的影響。在力矩M的作用下，升降平臺3個輪胎受到地面的支反力將發(fā)生變化，令由力矩M引起的3個輪胎的支反力分別為N2O1、N2O2和N2O3，取豎直向上為正方向，則力平衡方程如式（3）所示。

由（3）式可得：

令升降平臺在正常工作過程中，3個輪胎受到地面的支反力分別為NO1、NO2和NO3，則根據(jù)（2）式和（4）式可以求得升降平臺在額定載荷作用下，3個輪胎受到地面的支反力分別為：

3 作業(yè)工況分析

經(jīng)過分析，如圖3所示，自走式升降平臺在工作時，由于主要受到升降臂角度和作業(yè)平臺載荷質(zhì)量變量的影響，使三個支撐點O1、O2和O3處的支反力發(fā)生變化。各點的支反力都滿足大于等于零時，整個設(shè)備才能保證不傾覆[4]。在設(shè)定的工作范圍內(nèi)，O2和O3處的支反力NO2和NO3是隨著升降臂角度和作業(yè)平臺載荷變化產(chǎn)生的力是同向疊加的，因此這兩點處的支反力是恒定大于零的。而O1處的支反力與升降臂角度和作業(yè)平臺載荷變化產(chǎn)生的力方向是相反的。

圖3 自走式升降平臺設(shè)計工作范圍示意

因此，在這里只需考慮O1處的支反力NO1在設(shè)定的工作范圍內(nèi)是否滿足大于等于零，也就是滿足：

將各對應(yīng)設(shè)計參數(shù)帶入計算得知完全符合上述條件，由此可得，在此設(shè)計參數(shù)范圍內(nèi)，三輪自走式升降平臺滿足在升降工作時的安全不傾覆條件。

4 結(jié)論

在不考慮風(fēng)載以及震動、沖擊等引起的動載荷的影響及地面較為平坦的情況下，該三輪自走式升降平臺的設(shè)計參數(shù)滿足在升降工作時的安全不傾覆條件。

由于在某些特殊環(huán)境下，三輪式自走升降平臺可能會遇到路面高低不平障礙（如過溝或者過坎）的情況，兩輪同時過障礙和單側(cè)輪過障礙會使機架產(chǎn)生傾斜（縱向或者橫向），則3個輪子的支反力會發(fā)生相對變化。因此，針對特殊情況路面還需進一步的分析研究。