一种简易可移动式操作平台设计

一种简易可移动式操作平台设计

魏成革，张秋华，马青军，杨 啸，孟祥礼

(海洋石油工程(珠海)有限公司，广东 珠海 519055)

摘要：设计了一种可用于现场施工或对设备设施维护用的简易可移动操作平台，重点介绍了该移动平台的操纵系统总体设计方案和工作过程。针对操作平台的功能要求，对操纵系统进行了设计分析。

关键词：可移动式；棘轮机构；操作平台；设计；传动机构

0 引言

在设备操作或工程施工中，经常需要在较高处作业，这时就需要有一种可用于高处作业的平台。现在大多数的操作平台或者采用固定式，使用时搭建，不用时再拆除；或者是采用四轮移动式，使用时锁定四个轮子，移动时对四个轮子解除锁定。对于固定搭建式的平台，安装、拆除麻烦，受空间的限制且费用较高；对于四轮移动式的平台，其稳定性差，在较恶劣的地面状况时无法使用，且易出现误操作，安全可靠性不好。本文设计了一种稳定可靠、便于操作、使用方便且适应性好的简易可移动式操作平台。

1 总体方案设计及工作过程

1.1 总体方案设计

简易可移动式操作平台结构如图1所示。该结构包括三大部分：棘轮机构、传动机构、平台主体。棘轮机构与可升降轮之间设置传动机构，平台主体的前端斜支撑底部设计有支撑板和止动橡胶垫。棘轮机构包括手柄、棘轮、棘轮轴、轴座、止动销、传动链条等，手柄通过矩形键与棘轮轴固定连接，棘轮轴两端固定于两个轴座上，传动链条的一端固定到棘轮轴上，另一端与连杆相连接。传动机构包括与棘轮机构相连接的连杆、车轮轴，两个前轮的轮支架分别安装在车轮轴的两端，车轮轴的设置高度可使前轮在接触地面时止动橡胶垫离地。平台主体主要由上部平台、平台栏杆、扶手、阶梯、平台框架、制动橡胶垫和支撑板等组成。平台主体主要采用焊接方式连接，止动橡胶垫铆接或粘贴固定于支撑板上。

1.2 工作过程

简易操作平台处于工作状态时，两个前轮处于自由不受力状态，两个后轮及前端的止动橡胶垫与地面可靠接触。止动橡胶垫和支撑板使操作平台稳固，防止操作平台移动或滑动，工作人员可放心地在平台上从事各种作业。当操作平台需要移动时，手动摇动棘轮机构的手轮，通过棘轮轴、链条及连杆的传动使轮轴转动，从而使前轮环绕轮轴旋转，持续转动手轮，前轮接触地面，之后使操作平台前端离地，止动垫随之离开地面，只有四个前、后轮与地面接触。在停止摇动手柄时，棘轮通过锁紧机构锁定，操作平台维持在可自由移动状态，推动操作平台即可移动到需要的地方。待操作平台到达需要作业的地方后，释放棘轮的锁紧机构，摇动手轮，通过传动机构的反向动作，使两个前轮重新处于自由不受力状态，止动橡胶垫下落与地面可靠接触，操作平台重新稳固处于工作状态。在进行各项或多处作业时，重复上述过程。

1-棘轮机构；2-平台主体；3-链条；4-连杆；5-止动橡胶垫；6-支撑板；7-前轮；8-轮轴；9-后轮；10-支撑杆；11-手轮

图1 简易可移动式操作平台结构

2 相关机构设计

2.1 棘轮机构

棘轮机构是该操作平台的关键部分之一，包括手轮、棘轮组件、止动组件和传导组件。其工作原理如下：转动手轮，手轮带动棘轮轴转动，同时传导链缠绕于棘轮轴上，当达到操作要求后，松开手轮，棘轮在锁定销的作用下被锁定，无法再回转。

棘轮机构是本操作平台最主要的技术创新点。

2.2 传动机构

传动机构也是简易操作平台最主要的机构之一，传动机构的主要部件是传动连杆，连杆焊接于车轮轴上，两个前轮也焊接固定于车轮轴上，连杆、车轮轴与前轮组成一个整体。棘轮机构通过传导链将动力传给连杆，连杆的扭矩使前轮接触到地面，同时使止动板及止动橡胶垫离开地面。两个前轮的动作是同步的，可有效保证操作可靠性，防止平台移动过程中整体不稳定。

传动机构是该操作平台在功能上的技术创新点。

2.3 平台

平台是该操作装置的主体，主要包括上部结构、栏杆梯子、结构支撑等几大部分。平台各部分主要通过焊接连接固定。

平台前端斜支撑梁下端设置有止动板和止动橡胶垫，这样可以增大平台与地面的摩擦力，增强了平台的平稳性。止动橡胶垫采用与地面摩擦系数大的橡胶材料。

该简易操作平台大量采用了常规的、标准化的零部件，这有利于平台的成批加工和装配，可以有效保障平台的批量生产。

3 平台机构的分析计算

3.1 前轮可抬起高度分析

当平台需要移动时，通过棘轮机构工作，传动机构使前轮接触地面，支撑板和止动橡胶垫脱离地面。

止动垫接触地面和抬起示意图如图2、图3所示。

图2 止动垫接触地面示意图 图3 止动垫抬起示意图

轮轴中心距前轮中心的距离为x，前轮绕轮轴转过的角度为α′，由于连杆与前轮相对固定，那么连杆转过的角度也是α′。

前轮绕轮轴转过的角度α′一定时，x越大，即轮轴中心与前轮中心距离越大，则简易平台前端产生的位移也就越大。

当轮轴与前轮中心距离x一定时，α′越大，即前轮绕轮轴转过的角度越大，则简易平台前端产生的位移也就越大。

3.2 轮轴弯曲强度校核

实际设计的平台总重约为1 000 kg，则当两个前轮支撑地面时，单个轮子承重250 kg。轮轴的材料选用

45钢，其屈服强度δs=380 MPa，取安全系数n=1.5。

轮轴承受弯矩示意图如图4所示。

图4 轮轴承受弯矩示意图

设M1、M2分别为两个前轮施加的力矩，则有：

M1=M2=q·l=250 N·m.

(1)

其中：q为两个前轮施加的力，q=250 kg；l为力至轮轴中心的距离，l=100 mm。

所以总弯矩为：

Mmax=M1+M2=500 N·m.

(2)

轮轴采用外径为50 mm、厚度为6 mm的无缝钢管。轮轴的抗弯截面系数W为：

.

(3)

其中：D为轮轴的外径；d为轮轴的内径。将相关参数代入式(3)计算得：W=8 177.7 mm3。

则最大弯曲应力为：

.

(4)

许用应力。由上述可知，最大应力小于许用应力，所以轮轴工作安全。

4 与传统可移动式操作平台的比较

本简易可移动式操作平台与传统使用的可移动式操作平台比较，具有如下优势及特点：①设置了棘轮自锁机构，避免了因误操作而导致的操作平台自滑移，提高了安全可靠性；②在操作平台前端框架底部设置了止动橡胶垫，使操作平台可靠固定于地面上，保证操作平台在使用时的平稳性，尤其对于较滑的地面或铁质地面尤其有效；③操作平台的锁定采用手轮，操作简单；④操作平台易于检修，维护方便；⑤改进后的可移动式操作平台制作组装比较简单，方便拆卸和安装，易于实现批量生产；⑥该操作平台适用于多种地面状况，可广泛地应用于工业建筑等工程施工中。

5 结语

通过对操作平台采用棘轮自锁机构，并改善操作平台结构，增大了操作平台与地面的接触面积，提高了可移动式操作平台的安全可靠性，同时也提高了操作平台的使用寿命。通过实际应用证明效果良好。

参考文献：

[1] 朱张校.工程材料[M].北京：清华大学出版社，2000.

[2] 成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2004.

Design of A Simple Movable Work Platform

WEI Cheng-ge, ZHANG Qiu-hua, MA Qing-jun, YANG Xiao, MEN Xiang-li

(Offshore Oil Engineering (Zhuhai) Co., Ltd., Zhuhai 519055, China)

Abstract：The movable work platform used on the construction field or for the equipment and facility maintenance was designed. The overall design of manipulating system and the work process of movable work platform were introduced mainly. Based on the function requirement of the work platform, the design and analysis of the manipulating system was presented.

Key words：removable; jujube wheel mechanism; operating platform; design; driving mechanism

文章编号：1672- 6413(2017)01- 0138- 02

收稿日期：2016- 05- 24；

修订日期：2016- 11- 15

作者简介：魏成革(1979-)，男，山东聊城人，工程师，本科，主要从事海洋平台建造技术工作。

中图分类号：TH122

文献标识码：A