防潮與自動干燥舉升機裝置控制箱設計與仿真

吳慧　孔澤慧

摘 要：以舉升機自動干燥控制箱執行機構為設計目標，確定各項參數，設計機械結構，運用現代輔助設計軟件展開三維建模及動態仿真，根據結果改進，以提高干燥箱的設計的可靠性，實現對舉升機控制箱內部電路及敏感電器元件的干燥性保護，以提高汽車舉升作業的安全性。

關鍵詞：防潮 舉升機 控制箱 機構 設計仿真

1 引言

在潮濕的環境中使用汽車舉升機的過程中，容易造成舉升機控制箱內控制單元電腦板絕緣電阻值降低，導致電路的虛接和短接，從而出現舉升機自動上升或自動下降、不受點動控制等危險情況。在我國氣候潮濕的南方地區，設計的帶防潮與自動干燥功能的舉升機控制箱對安全作業有著重要意義。本文在防潮與自動干燥舉升機裝置整體研究方案的基礎上[1]，進行舉升機防潮與自動干燥控制箱（執行機構）的設計與仿真研究。

2 防潮與自動干燥舉升機裝置控制箱的結構和基本組成

市面上常用的剪式舉升機控制箱內部總空間約為85*35*30cm，在控制箱箱體和箱蓋接觸面均添加有密封條，以加強現有舉升機控制箱的密封性，同時通過加設置防潮與自動干燥控制箱，達到防潮與自動干燥的目的。（如無特殊說明，以下提及的控制箱均指加設置的防潮與自動干燥功能的控制箱）?？刂葡涫强刂葡到y的執行模塊，受控制系統信號控制，執行機構6接受信號從而控制干燥箱風門板7的開合。防潮與自動干燥舉升機裝置控制箱整體結構[2]如圖2所示。

執行機構主要由執行機構箱體、步進電機、齒輪齒條機構及兩塊風門組成，風門板用銷釘固定于齒條兩端，風門板中間段也由滑動銷釘限定于隔板相對位置上，以風門板上滑槽長度為限制風門板的極限開合大小角度，當齒條拉動風門板的時候滑槽實現限制只可滑動的風門板實現風門板一端可以伸長，構成由電機帶動的簡易滑動雙搖臂四桿機構。如圖2所示。

3 防潮與自動干燥舉升機裝置控制箱的設計

3.1 步進電機的選用

齒輪由電機帶動控制，因對于高度不超過300mm，轉速要求不高但工作有一定的精度要求，因此采用57mm二相式閉環步進電機。

3.2 隔板尺寸選定

根據鋁及鋁合金板材的尺寸及允許偏差規定[3]：薄板的厚度定在0.3-0.4mm之間，厚板一般大于4.0mm，考慮隔板上可能會有油箱或泵體等重物，預設隔板厚度為5.0m。隔板因電子吸濕卡的高度設定為距離箱底50mm的高度，預留出后側風門板的開合與油管布置（約15mm）所需的空間，所以設定隔板與箱體后板的距離在65-70mm之間。隔板前側因風門板的緣故也因減少5-10mm為風門般的運動提供空間。綜上，隔板的尺寸初選為330*240*5mm。

3.3 風門雙搖臂尺寸的初選

風門板在打開極端及閉合極端上都為靜止狀態，在圖3中，桿件BD都屬于典型二力桿結構[4]，由此初定風門板厚度為10mm，風門板的開合角度為30°≤α≤90°，風門板作用長度（C下部分）為50mm，齒條控制力臂（BD）為20mm，根據齒條A點移動到B點的過程，確定CD段開槽的長度。

欲使齒條在不變形的情況下的平移運動以帶動兩塊風門板的開合運動無法實現，所以采用滑槽設計，使風門板在打開時可以進行滑動以加長CB段的長度達到設計所需的開合角度?？紤]到開孔距離5mm和滑槽中心與板邊緣距離約5mm，所以齒條全長約為45mm。

4 齒輪齒條的選用

齒輪模數的選擇以GB/T1357-1987中規定的齒輪模數為選定標準，如表1：

齒輪的工作環境為半開式，擁有簡單的防護罩，可相對隔絕外界。但半開式齒輪傳動主要為磨損失效，為使齒輪不至于過小，故取齒數Z=17-20，為免于根切，壓力角為20°的標準直齒圓柱齒輪齒數應該大于17，故首先選取模數第一系列m=2，選用常用壓力角為20°，齒數選擇Z1=30，則分度圓直徑d=60，齒條齒數設為Z2=∞。齒輪的精度等級，根據規定的12個等級中7-8級為一般機械常用。然本設計中齒輪精度要求不高采用的低速直齒圓柱輪，精度等級可用7級。

因為所需轉速不高，工作條件所要求沖擊性不高，在選材上，齒輪、齒條采用40Cr調質處理[5]。

5 控制箱執行機構的仿真分析

利用CATIA 軟件根據上述設計數據對控制箱執行機構進行關鍵零部件的繪制。

5.1 控制箱體隔板與凸臺

隔板處與中層隔板同高位置有半徑為2mm長度為5mm的凸臺作為銷釘用于限制風門板運動位置。

5.2 風門板模型及參數

板長330mm寬60mm厚度10mm兩側開槽長14mm寬4mm深5mm，開槽位置位于板正中間，上端距離風門板上沿10mm，風門板下側做有斜角角度70°，底端留有3.59mm平未被切削的板材，該設計可使板材質量減輕且開合過程更加順暢避免出現卡頓，斜角板上端凸臺如圖6。

凸臺高15mm寬10mm厚度10mm兩凸臺間距14mm，凸臺一邊與下端板材并齊，凸臺的開孔直徑為5mm，于凸臺上和側邊距離5mm，凸臺上端做有倒圓角。該圖中所示為前板，后板參數于前板相同。

5.3 齒輪齒條

齒輪齒條機構中齒輪模數為2mm，分度圓直徑d=60mm，壓力角20°，齒數z=30，中間開孔15mm，齒條底座長236mm高8mm厚14mm兩端凸臺為銷釘開孔直徑為5mm，距離端面為5mm底座兩端面做圓角處理。

5.4 零件總體裝配圖

6 DMU運動機構 運動仿真

6.1 平面機構運動條件

控制箱執行機構可以看作簡單平面滑動鉸鏈機構，如若要使機構能夠穩定運動，則必須對該機構的自由度進行分析。機構的自由度因該等于其原動件數，若原動件數量低于自由度數，則該機構至少存在一個不確定運動，如若大于則該機構必定會在薄弱部位破壞。

由上述為基礎計算平面機構的自由度：

6.2 機構的運動

對該機構運動部分添加適當的運動副，如圖11，達到catia中自由度為0在上述表達式中視為F=1。表示該機構可以運行。

設置齒輪齒條為原動件，由齒輪帶動齒條移動，如圖12。圖13表示在50步時，齒條的移動距離狀態和兩側風門板開合轉動角度。由圖看出運動平穩但曲線相較于齒條運動線對稱不高，說明兩側板運動不對稱出現些許偏差，該偏差或許會導致板開合不嚴導致由有縫隙影響干燥干燥箱環境以影響干燥效果。解決方法是將板開合上限與下限位置貼放密封條，使板運動和停止過程中保持貼合，達到較為理想的密封效果。

7 結語

在南方潮濕地區開展舉升機防潮與自動干燥裝置的研究具有重要意義，本文主要針對舉升機控制箱及其執行機構進行設計和仿真，初步完成了該裝置的硬件設計工作，也為該裝置的控制系統研究奠定了基礎。

基金項目：廣西高校中青年教師科研基礎能力提升項目（2021KY1079）。

參考文獻：

[1]羅婷劼，劉港，吳慧.帶自動防潮干燥控制系統的舉升機控制箱設計[J].中國設備工程，2021（11）：139-140.

[2]羅婷劼，劉港，吳慧，熊繼芬.一種舉升機用防潮自動干燥控制箱[P].中國專利：CN202020967586.X，2021.02.12.

[3]GB3194-82 鋁及鋁合金板材的尺寸允許偏差.

[4]哈爾濱工業大學理論力學教研室.理論力學Ⅰ（第八版） [M].北京：高等教育出版社，2016.9.

[5]楊可楨.機械設計基礎第六版[M].北京：高等教育出版社，2013.08.