高空作業(yè)車舉升臂機構設計和液壓控制

.PAGEI.WORD文檔可編輯技術資料專業(yè)分享本科畢業(yè)設計題目高空作業(yè)車舉升臂機構設計及液壓控制系別工程技術系專業(yè)機械設計制造及其自動化學生姓名學號指導教師職稱教授2013年04月18日..摘要隨著國家經濟的不斷發(fā)展,交通運輸等基礎行業(yè)發(fā)生著日新月異的變化。高空作業(yè)車作為專用起重運輸汽車的一種,它可以將工作人員和工作裝備運送到達指定現場并進行作業(yè)的專用汽車。高空作業(yè)車主要用于郵電通訊、市政建設、消防救護、建筑裝飾、高空攝影以及造船、石油、化工、航空等行業(yè)。它具有機動靈活、轉移迅速、覆蓋面廣、便于接近、到達作業(yè)地點后能迅速投入工作等優(yōu)點。而且折疊臂式高空作業(yè)汽車結構比較簡單,改裝比較容易,因而發(fā)展比較快。本設計主要內容是選擇合適的二類底盤,在此基礎上對高空作業(yè)車的主要工作裝置進行設計。通過對支腿機構、舉升機構和回轉機構的設計,進行各個應用元件布置,并采用液壓系統(tǒng)對各個元件進行控制以實現舉升和回轉運動功能。同時,還對高空作業(yè)車的附件進行了簡單的設計,并對高空作業(yè)車的穩(wěn)定性進行了計算分析,結果表明基本達到國家對改裝車的標準要求。關鍵詞：高空作業(yè)車；支腿機構；舉升機構；回轉機構；設計..AbstractWiththecountry'seconomicdevelopment,transportationandsoonthebasisofanever-changingindustry.Folding-armhighabovethegroundasadedicatedcarliftingofatransportvehicle,whichcanbetheworkofstaffandequipmentarrivedatthedesignatedon-sitedeliveryandoperationoftheSpecialPurposeVehicle.Folding-armhighabovethegroundthemainvehicleforpostsandtelecommunications,municipalconstruction,firerescue,buildingdecoration,high-altitudephotography,aswellasshipbuilding,petroleum,chemical,aviationandotherindustries.Ithasaflexible,rapidtransfer,coverageforclosetoreachthesitesquicklyaftergettingaworkoftheadvantages.Andarm-foldinghighabovethegroundvehiclestructureisrelativelysimple,relativelyeasymodification,andthereforefasterdevelopment.

Themaincontentofthisdesignistochooseasuitablechassisinthesecondcategory,onthisbasisofarm-foldingworkhighabovethemainworkofthecarplantdesign.Theoutriggerbody,liftingandturningthebodydesign,layoutcomponentsforvariousapplications.Andtheuseofthehydraulicsystemtocontrolthevariouscomponentsinordertoachieveliftandrotarymotorfunction.Atthesametime,alsofolded-armhighabovethegroundAnnexcarsweresimpledesign,andfolded-armhighabovethegroundvehicleforthestabilityofthecalculationandanalysis,resultsshowedthatthemodificationofthebasicnationalstandardsofvehicles.Keywords:Folded-armhighabovethegroundvehicles;Outriggerbodies;Liftingbodies;Bodyrotation;Design..技術資料專業(yè)分享目錄TOC\o"1-3"\h\u229501緒論1325941.1概述1191061.2高空作業(yè)車的定義、組成及功用1257021.3國內外高空作業(yè)車的發(fā)展概況2209772高空作業(yè)車總體方案分析338332.1動力傳動裝置設計與分析3256862.1.1設計要求398692.1.2動力傳動裝置類型486882.1.3舉升機構538092.1.4回轉機構6315382.2本章小結8275223高空作業(yè)車總布置設計8201513.1總體主要參數的確定8196773.1.1尺寸參數的確定8201073.1.2質量參數的確定8150633.2高空作業(yè)車底盤的選擇9125083.3本章小結10126054舉升機構與回轉機構設計計算1039024.1舉升機構設計1011524.1.1舉升機構運動范圍的確定10125054.1.2動臂的結構設計和主要尺寸確定1165624.2回轉機構設計1279954.2.1確定圓柱滾子的最大載荷12292484.2.2確定圓柱滾子的允許載荷1488814.3本章小結14220335支腿機構和液壓系統(tǒng)設計計算14272055.1支腿機構設計計算14280015.1.1支腿跨距的確定15318155.1.2支撐腳接地面積確定18153475.2液壓系統(tǒng)設計19114325.2.1液壓系統(tǒng)原理分析1998035.2.2油缸選型確定20242005.2.3液壓泵的選型計算22269555.2.4油箱容積與管路內徑計算23209115.2.5液壓系統(tǒng)參數計算24116815.2.6液壓泵的選型確定2464525.2.7取力器布置方案及基本參數選擇25208355.3本章小結2652996高空作業(yè)車穩(wěn)定性能分析27118046.1支腿壓力的計算277746.2本章小結30325857結論3015915致謝33..WORD文檔可編輯技術資料專業(yè)分享1緒論1.1概述高空作業(yè)機械是在工程起重機械基礎上發(fā)展起來的高空作業(yè)設備,廣泛應用在建筑、消防等行業(yè)。隨著我國經濟建設的不斷發(fā)展,對高空作業(yè)車的需求越開越多,要求工作范圍也越來越廣泛。目前,國內外高空作業(yè)車朝著多品種、系列化、小批量方向發(fā)展。盡管就汽車市場而言,高空作業(yè)車在今天甚至是在今后很長一段時間不可能占有太大的市場,但是,正因為高空作業(yè)車其獨特的作用,它在工程建設中起著越來越重要的作用,其輻射范圍也越來越大,郵電通訊、市政建設、消防救護、建筑裝飾、高空攝影以及造船、石油、化工、航空等行業(yè)都將活躍著它的身影。折疊臂式高空作業(yè)汽車提高了機械化程度,減少了勞動消耗,降低了成本,縮短了工作時間,提高了工作效率并且以滿足各種特殊需要。經調研發(fā)現,目前,高空作業(yè)車具有一定需求市場,但生產廠家相對較少,主要在于其結構較為復雜,因此難以形成批量生產,為使高空作業(yè)車能夠完善其結構和性能,提高高空作業(yè)車的功能,形成小批量生產。本設計重點對高空作業(yè)車主要工作裝置所采用的各種方案進行比較分析,分別列出各方案的優(yōu)劣點,以便選擇最合適方案。1.2高空作業(yè)車的定義、組成及功用高空作業(yè)汽車是用來運送工作人員和使用器材到達指定現場并進行作業(yè)的專用汽車。高空作業(yè)汽車除底盤部分外,為實現高空作業(yè)功能,還有動力傳動裝置、工作裝置、安全裝置及液壓系統(tǒng)等。高空作業(yè)車是用來運送工作人員和工作裝備到指定高度進行作業(yè)的特種車輛,是將折疊臂式高空作業(yè)裝置安裝在汽車底盤上組成的。折疊臂式高空作業(yè)裝置包括工作臂、回轉平臺、副車架、工作斗、液壓系統(tǒng)和操縱裝置等。現在的折疊臂式高空作業(yè)裝置具有操作平順、工作穩(wěn)定、自動調速、安全可靠等優(yōu)點,大大提高了折疊臂式空中作業(yè)的工作效率。高空作業(yè)車是利用汽車底盤作為行走機構,具有汽車的形勢通過性能,機動靈活,行駛速度高,可快速轉移,轉移到工作場地后能迅速投入工作,因此被越來越多的應用在工程建設、工業(yè)安裝、設備檢修、物業(yè)管理、航空、船舶、石化、電力、影視、市政、園林等許多行業(yè),是近幾年來國內發(fā)展最快的專用汽車產品之一[4,5]。1.3國內外高空作業(yè)車的發(fā)展概況國外折疊臂式高空作業(yè)機械發(fā)展迅速,技術水平不斷提高。工業(yè)發(fā)達國家一般都有專門的跨國公司和集團主營和兼營高空作業(yè)機械,如美國GROVE公司〔格魯夫和GENIE〔吉尼公司、英國COLES公司、SI-MON公司〔西蒙、意大利RICO〔利高、芬蘭BRONTO公司〔波浪濤公司、日本的多田野和愛知株式會社等[6]。中國高空作業(yè)機械生產企業(yè)從20世紀70年代起步,至今已有30多年的歷史。到目前為止,國內高空機械生產企業(yè)已由當時的7、8家發(fā)展到100余家,其中與合資或合作的企業(yè)有4家。行業(yè)幾個骨干企業(yè)通過近幾年的技術改造,其生產規(guī)模不斷擴大,都形成了各具特色的產品系列,企業(yè)的各項主要經濟指標逐步上升,經濟效益也逐年提高,基本能滿足國內外市場大中小型高空作業(yè)機械的需要,并有部分產品出口。根據協會對會員單位初步統(tǒng)計,20XX中國高空作業(yè)平臺的產量1734臺,出口150臺；20XX為1890臺,出口290臺。20XX高空作業(yè)車的產量為672臺,出口20臺；20XX為778臺,出口69臺。高空作業(yè)機械工業(yè)總產值初步統(tǒng)計為20XX26822萬元,20XX32600萬元。20XX上半年產量產值、出口量就接近20XX的全年總數。雖然這些年國內高空作業(yè)機械發(fā)展很快,但是產品的技術水平相比國外的知名企業(yè)還有一定得差距,畢竟我們是處于起步階段,開發(fā)的產品大多還停留在模仿階段,幾乎所有產品或多或少的留有國外產品的影子甚至是全盤照搬。我國從80年代開始XX起重機總廠、XX起重機總廠、XX度巖機械廠、XX長江起重機械有限責任公司、XX園林機械廠、北京攀尼高空作業(yè)車有限公司、XX重型機械廠等開始著手研制高空作業(yè)車和登高平臺消防車,投放市場。XX起重機械總廠生產的CDZ32型登高平臺消防車已出口泰國。XX長江起重機有限責任公司研制的QZC5120JGKS25型高空作業(yè)車是最近推向市場的一種新產品。該產品采用現代設計手段設計,填補了國內25m伸縮臂式高空作業(yè)車的空白[7]。盡管我國在高空作業(yè)車設計制造上取得了一些成績,但是國內生產制造的高空作業(yè)機械同國外同類型高空作業(yè)機械產品相比仍有一定差距,主要表現為技術含量低、大型的較結構笨重、作業(yè)時未動性能差等問題。在開發(fā)研制過程中,應采取有效措施、實驗研究,逐項加以解決,以縮小差距。同時對目前存在的技術關鍵,有待于組織力量攻關解決,其關鍵是電液比例操縱、微動性能問題,支腿調平技術問題,數顯微機自動程序控制以及機電一體化問題等[8,9]。目前,高空作業(yè)車的發(fā)展動向是實現"六化"、"三性",以提高折疊臂式高空作業(yè)機械的適用性。"六化"：即液壓化、最優(yōu)化〔采用計算機輔助設計、輕量化〔采用高強度材料、減輕構建重量、機電液一體化〔如安全保護、報警裝置等、通用化、系列化。"三性"：可靠性、安全性和舒適性。綜上所述,在目前的高空作業(yè)車的生產水平上,改進高空作業(yè)車的工作性能,開發(fā)研制機動靈活、技術含量高、安全可靠的高空作業(yè)機械具有重大意義。2高空作業(yè)車總體方案分析高空作業(yè)車主要由動力傳動裝置、工作裝置〔支腿機構、舉升機構、回轉機構、作業(yè)平臺及調平機構和液壓系統(tǒng)等組成。本章主要對高空作業(yè)車的各個機構的方案進行分析。2.1動力傳動裝置設計與分析2.1.1設計要求動力傳動裝置包括折疊臂式高空作業(yè)汽車各工作裝置的動力傳動部分,其設計要求如下：<1>對作業(yè)功能,在規(guī)定的載荷范圍內,不論載荷大小,要求動力傳動裝置具有穩(wěn)定的工作轉速；<2>在同一工作循環(huán)內,工作裝置的回轉機構、舉升機構等是正向和逆向運動交替進行的,因此要求能適應運動方向的不斷改變；<3>在工作過程中,各工作裝置的工作速度應能隨作業(yè)進度及時調整,且調速范圍大,如舉升機構需要有很低的微動速度。2.1.2動力傳動裝置類型1、內燃機——機械傳動這種傳動方式僅在用途單一的高空作業(yè)汽車上使用,如用于電力設施維修的垂直升降式高空作業(yè)汽車多采用這種形式。動力源為汽車發(fā)動機,動力經變速器傳出后,還要經分動器、離合器、減速器、卷揚機、滑輪以及鋼絲繩等傳遞到工作裝置,傳動路線長,結構較復雜。2、電力——機械傳動這種傳動方式是利用外接電源或車載電源〔蓄電池,通過電動機將電能轉換成機械能,再經機械傳動裝置將動力傳遞到各工作裝置。由于電動機具有逆轉性和在較大轉速范圍內實現無級調速等特點,并且各機構可由獨立的電機驅動,簡化了傳動和操縱機構,而且噪聲小、污染少,適用在外接電源方便或流動性不大的場地作業(yè)。3、內燃機——電力傳動這種傳動方式的路線是汽車發(fā)動機→發(fā)電機→電動機,然后帶動各工作裝置運轉。其優(yōu)點是利用直流電動機的優(yōu)良工作特性,使高空作業(yè)汽車獲得良好的作業(yè)性能,但這些傳動裝置質量較大,價格昂貴。4、內燃機——液壓傳動大部分折疊臂式高空作業(yè)汽車都采用這種工作方式,它可充分利用液壓傳動的優(yōu)點,簡化傳動結構,并且易于實現無級調速和運動方向的變換,傳動平穩(wěn)、操作簡單、方便、省力、能防止過載。綜上所述,通過以上各種動力傳動裝置的結構、經濟性、適用范圍以及操作性能等多方面性能的分析,將動力傳動裝置選定為內燃機——液壓傳動這種形式。2.1.3舉升機構舉升機構的作用是實現作業(yè)平臺的升降和變幅,其結構型式有交叉剪刀式、套筒式、伸縮臂式和折疊臂式。1、交叉剪刀式舉升機構交叉剪刀式舉升機構是按交叉布置,鉸接成剪刀型的連桿框架結構。當改變連桿交叉的角度時即實現升降運動,如圖2-1〔c所示。連桿交叉角度的改變,可通過液壓油缸活塞桿的伸縮或鋼絲繩的收放來實現。這種舉升機構能完成較低高度的作業(yè),工作平穩(wěn),作業(yè)平臺較大,被廣泛的應用于飛機、船舶制造、室內維修、清潔電車線路維修等作業(yè)場地。但是,這種作業(yè)車越障能力差、工作范圍小。2、套筒式舉升機構套筒式舉升機構通過多節(jié)套筒的伸縮完成升降運動,如圖2-1<d>所示。驅動方式也可采用液壓傳動或鋼絲繩滑輪傳動,這種垂直升降式舉升機構作業(yè)高度有限,工作范圍小,但作業(yè)車平臺較大,且支撐穩(wěn)定。<a>伸縮式<b>折疊式<c>交叉剪式<d>套筒式圖2-1高空作業(yè)車的結構簡圖3、伸縮臂式舉升機構伸縮臂式舉升機構由多節(jié)套裝、可伸縮的箱型臂構成,如圖2-1〔a所示。它包括基本臂和伸縮臂兩部分。伸縮臂可為一節(jié)或多節(jié),各節(jié)間裝有液壓缸。液壓缸工作時,各節(jié)臂在液壓缸活塞桿的推動下可沿導向元件〔滑塊上、下滑動,從而改變臂架的長度。整個臂架系統(tǒng)支承在液壓缸底部的鉸支座和變幅液壓缸的兩端。通過變幅液壓缸活塞桿的伸縮實現臂架擺動,從而達到變幅與升降的目的。這種型式的臂架其最大作業(yè)高度可達60～80米。由于伸縮臂式舉升機構可獲得較大的作業(yè)高度和變幅,因此,被廣泛的應用于各種高空作業(yè)汽車上。但是,這種作業(yè)車的越障能力差。4、折疊臂式舉升機構折疊臂式舉升機構由多節(jié)箱形臂折疊而成,如圖2-1〔b所示。這種型式一般采用2～3節(jié)折疊臂組成。其折疊的方式可分為上折式和下折式兩種。各節(jié)臂的折疊和展開運動由各節(jié)間液壓缸完成。這種型式的舉升機構可完成一定高度和幅度的作業(yè),另外,下折式還可完成地平面以下的空間作業(yè),擴大了折疊臂式高空作業(yè)汽車的作業(yè)范圍。由于折疊臂式舉升機構具有靈活多樣、適應性好、越障能力強等優(yōu)點,所以,應用非常廣泛[11]。綜上所述,由于折疊臂式舉升機構比交叉剪刀式和套筒式的工作范圍大、越障能力好,且折疊式舉升機構比伸縮臂式舉升機構來說具有靈活多樣、適應性好、越障能力強等優(yōu)點。所以高空作業(yè)車的舉升機構選定為折疊式舉升機構,其折疊臂數目為兩個,如圖2-1<b>所示。2.1.4回轉機構回轉機構是由回轉驅動機構和回轉支撐機構兩部分構成的。根據驅動裝置的不同回轉機構可分為：機械驅動式、電力驅動式和液壓驅動式。根據回轉支撐的結構不同,回轉機構可分為轉柱式、立柱式和轉盤式,其中轉盤式是一種較常用的形式。轉盤式回轉支撐裝置又可分為兩種：支撐滾輪式和滾動軸承式。支撐滾輪式回轉支撐裝置增大了轉盤回轉裝置的高度,且質量增加,成本增大；滾動軸承式回轉支撐裝置是目前應用最多的一種,它是在普通滾動軸承的基礎上發(fā)展起來的,結構上相當于放大了的滾動軸承。其優(yōu)點是回轉摩擦阻力矩小,承載能力大,高度低。由于回轉支撐裝置的高度降低,可以降低整車的質心,從而增大了汽車的穩(wěn)定性。滾動軸承式回轉支撐機構按結構可分為以下幾種：1、單排滾球式轉盤如圖2-2所示,單排球轉盤多數是由內外座圈組合成一個整體的滾道,其滾道是圓弧形曲面,是最簡單的一種回轉支撐裝置,球和導向體從內圈或外圈的圓孔中裝進滾道里,然后將裝配孔堵塞。這種回轉支撐裝置的優(yōu)點是：質量輕、結構緊湊、成本較低,但其承載能力小,故應用不多。2、雙排滾球式轉盤如圖2-3所示,主要由上、下雙排球體、內、外座圈、間隔體和潤滑密封裝置等組成。上、下球體均排列在一整體的內〔或外座圈內。雙排球轉盤回轉支撐裝置比同樣大小和相同數目的單排球轉盤回轉支撐裝置的承載能力要大得多。3、交叉滾柱式轉盤如圖2-4所示,滾子的接觸角一般為45°,相鄰的滾子軸線交叉排列,即相鄰的兩圓柱滾子軸線成90°交叉。這不但使回轉機構能承受軸向和徑向載荷,而且還能承受翻傾力矩。此外,和滾球轉盤相比,這種滾道是平面,加工工藝比較簡單,容易達到加工要求。4、高承載能力轉盤在一些大型的起重舉升專用汽車中,可用雙排、多排的滾球或滾柱式回轉支撐裝置。<a>外齒式<b>內齒式<a>外齒式<b>內齒式圖2-2單排球轉盤結構圖2-3雙排球轉盤結構<a>外齒式圖2-4交叉圓柱滾子轉盤結構<b>內齒式圖以上通過對各種回轉支撐裝置的結構特點、承載能力、加工性能以及應用情況等的分析,最后確定回轉支撐機構選擇交叉滾柱式。2.2本章小結本章主要對所要設計的高空作業(yè)車的支腿機構、舉升機構、回轉機構以及其它附屬裝置的形式進行了方案的比較分析。由于高空作業(yè)車的各個工作裝置結構形式有很多種,且每種形式各有其優(yōu)缺點,經過分析后選擇了最適合的方案,最后確定了高空作業(yè)車各工作裝置的類型。3高空作業(yè)車總布置設計3.1總體主要參數的確定3.1.1尺寸參數的確定高空作業(yè)車都是在二類底盤的基礎上進行改裝而成,主要尺寸參數原則上應于原車底盤尺寸相同,保證性能參數與原車基本保持不變。只有整車的高度由于舉升機構高于車頭的頂部,所以整車的高度會有所增加。3.1.2質量參數的確定1.額定裝載質量me對于作業(yè)型專用汽車,如起重舉升汽車、高空作業(yè)車等,總質量主要由改裝后的汽車底盤質量和專用工作裝置質量確定,無需考慮裝載質量。2.整車整備質量m0整車整備質量是指專用汽車帶有全部工作裝置及底盤所有的附屬設備,加滿油和水,但未載人和載貨時整車質量。參考同類高空作業(yè)車的整車整備質量,在此基礎上在增加工作裝置的質量,便可估算高空作業(yè)車的整車整備質量m0。以東風汽車有限公司生產的高空作業(yè)車做為參考,經調查和查閱相關資料得知金杯的高空作業(yè)車的整車整備質量約為5000kg,3.總質量ma所謂總質量是指專用汽車整備齊全,滿載〔規(guī)定值貨物及乘員時的質量?？傎|量計算公式為：kg式中：mp——乘員質量〔㎏,按每人65㎏計。3.2高空作業(yè)車底盤的選擇根據我國目前生產的各類型專用車輛的基本模式,大多是為了滿足國民經濟某一服務領域的特定使用要求,主要是在已定型的基本車型底盤的基礎上,進行車身及工作裝置的設計,與此同時對底盤各總成的結構與性能進行局部的更改設計與合理匹配,以達到滿足使用需求的較為理想的整車性能。因此,專用汽車性能的好壞直接取決于專用汽車底盤的好壞,通常專用車輛所采用的基本底盤按結構分可分為二、三、四類底盤。二類底盤是在整車基礎上去掉貨廂,三類底盤是從整車上去掉駕駛室與貨廂,四類底盤是在三類底盤的上去掉車架總成剩下的散件。汽車底盤的選擇主要是根據專用汽車的類型、用途、裝載質量、使用條件、專用汽車的性能指標、專用設備或裝置的外形、尺寸、動力匹配等決定,目前,幾乎80%以上的專用車輛采用二類底盤進行改裝設計。采用二類汽車底盤進行改裝設計工作重點是整車總體布置和工作裝置設計,對底盤僅作性能適應性分析和必要的強度校核,以確保改裝后的整車性能基本與原車接近。在汽車底盤選型方面,一般應滿足下述要求〔1適用性對于專用改裝車底盤應適用于專用汽車特殊功能的要求,并以此為主要目標進行改裝造型設計?！?可靠性所選用汽車底盤要求工作可靠,出現故障的幾率少,零部件要有足夠的強度和壽命。且同一車型各總成零部件的壽命應趨于平衡。〔3先進性應使用整車在動力性、經濟性、操縱穩(wěn)定性、行駛平順性及通過性等基本性能指標和功能方面達到同類車型的先進水平的汽車底盤。而且在專用性能上要滿足國家或行業(yè)標準的要求。〔4方便性所選用的底盤要求便于安裝、檢查保養(yǎng)和維修,處理好結構緊湊與裝配調試空間合理的矛盾。在選用底盤時,除了上述因素外,還有以下兩個和重要的方面,一是汽車底盤價格,它是專用汽車購置成本中很大的部分,一定要考慮到用戶可以接受。這也涉及到專用汽車產品能否很快的占有市場,企業(yè)能否增加效益問題；二是汽車底盤供貨要有來源,所選的底盤在市場上必須有一定的保有量。3.3本章小結本章的主要任務是確定高空作業(yè)車的總體參數和二類底盤的選擇。首先根據實際數據估算出高空作業(yè)車的總體參數,然后通過查閱資料將DFL1050BX11和EQ1050G46D3兩種底盤的參數進行對比分析,從而選擇了DFL1050BX11底盤。對副車架進行選型和設計,和已選的底盤的主車架進行合適的配合,以利用這一底盤實現本次的設計內容。4舉升機構與回轉機構設計計算4.1舉升機構設計4.1.1舉升機構運動范圍的確定本設計中所設計的舉升機構包括上臂和下臂兩個動臂。下臂下端鉸接在回轉臺上,由下臂油缸驅動；上臂下端與上臂下端鉸接,由撐臂液壓缸和平行四桿機構驅動；作業(yè)斗與上臂尾部鉸接,由外露式平行四桿機構是作業(yè)斗保持水平。上臂和下臂在鉛錘面內的運動范圍為：下臂相對于回轉臺：0～70°；上臂相對于下臂：0～140°。4.1.2動臂的結構設計和主要尺寸確定動臂受彎扭復合作用,為獲得較大強度和剛度,一般采用薄壁箱形結構。為減少焊接變形,臂架采用兩根沖壓成型的槽形板對接而成,槽形板折邊采用大圓角形式,增強板件的局部剛度。為使主受彎截面獲得較高的抗彎截面模量,可加布上下加強筋板,獲得漸進的等強度受力狀態(tài),動臂截面如圖4-1所示。圖4-1動臂橫截面積動臂截面高度h可按經濟條件〔結構質量最小計算確定,有：〔4-1式中：M——動臂承受的最大合成彎矩〔以作業(yè)斗的額定載荷處在最大臂幅時計算,N·m；6γn——腹板的厚高比。一般推薦。計算得h=160㎜,則b=120㎜。由底盤總長及后軸中心至車前端的距離以及相關高空作業(yè)車的上下臂為參考最終確定上臂長L1=4300mm；下臂長L2=4030mm。4.2回轉機構設計經查閱有關書籍,按照有關專業(yè)標準,高空作業(yè)車的回轉機構應能進行正反兩個方向的360°回轉,回轉速度不大于2r/min,回轉過程中的起動、回轉、制動要平穩(wěn)、準確、無抖動、晃動現象,微動性能良好。圓柱滾子的接觸角一般為45°,相鄰的兩圓柱滾子軸線成90°交叉。這不但使回轉裝置能承受軸向和徑向載荷,而且還能承受翻傾力矩。4.2.1確定圓柱滾子的最大載荷圓柱滾子在工作時要受到三種作用載荷,如圖4-2所示。第一種為軸向力Q,即垂直力,它由轉臺及舉升機構的重量、舉升貨物的重量以及升降時的慣性力等組成；第二種為徑向力H,即水平力,該力由舉升裝置及轉臺的回轉離心力、風載荷及回轉齒輪的嚙合力而產生；第三種為翻傾力矩Mov,它由軸向力和徑向力的偏心作用而引起。圖4-2圓柱滾子內圈受力圖圖4-3圓柱滾子外載荷及承載最大的滾子位置將方向交叉的兩組圓柱滾子,用Ⅰ和Ⅱ組表示。假定每組的圓柱滾子數目各占一半,并作一對一的間隔排列,則這組圓柱滾子在A點受力最大,如圖4-3所示。其中任一圓柱滾子的最大法向載荷FImax為:<4-5>式中：FIQ—由軸向力Q引起的Ⅰ組任一圓柱滾子最大法向載荷,N；FIQFIH—由徑向力H引起的Ⅰ組任一圓柱滾子上最大法向載荷,N；FIM—由傾翻力矩MOV引起的Ⅰ組任一圓柱滾子上最大法向載荷,N。FIH和FIM由同等特性的高空作業(yè)車參考得出為240N。對內圈作受力分析,如圖4-4所示,由力系平衡條件可以求得FIQ和FIH。為求得FIM,可以近似地把座圈看成直徑為D的圓圈,如圖4-5所示,并假定圓柱滾子對座圈的壓力在座圈上連續(xù)分布,按圓柱滾子接觸壓力沿圓圈弧長的比壓,列出平衡方程可求得FIM為950N。圖4-4翻傾力的計算4.2.2確定圓柱滾子的允許載荷根據赫茨公式,滾道與圓柱滾子的線接觸應力為：<4-7>式中：F——圓柱滾子在接觸線上的法向載荷,N；E——材料的彈性模量,一般滾道材料采用碳素鋼或低碳合金鋼,圓柱滾子材料采用軸承鋼。故可取E=2.1×105MPa；L——圓柱滾子與滾道的有效長度,一般情況可取L=0.85d,m；∑ρ——圓柱滾子與滾道接觸表面的主曲率之和,∑ρ=0.6；D——圓柱滾子直徑,m。用優(yōu)質碳素鋼或低碳合金鋼軋制或鍛造成的座圈,其滾道表面的熱處理硬度為HRC59～60,在一般工作條件下,可取許用接觸應力值[]為1800Pa。依據所選用的許用應力值[],由式<4-7>便可求得圓柱滾子的允許載荷[F]=222N。4.3本章小結本章首先對舉升機構進行了運動分析和受力分析,并確定了動臂的主要尺寸；然后又對所設計的高空作業(yè)車的回轉機構的回轉支撐機構進行了受力分析,從而計算出它的受力情況,并確定了回轉支撐機構的主要尺寸參數。5支腿機構和液壓系統(tǒng)設計計算5.1支腿機構設計計算高空作業(yè)車的支腿機構起調平和保證整車工作穩(wěn)定的作用,要求堅固可靠,操作方便。5.1.1支腿跨距的確定高空作業(yè)車的支腿一般為前后設置,并向兩側伸出,如圖5-1所示。支腿支撐點縱橫方向的位置選擇要適當,其原則是作業(yè)平臺在標定載荷和最大作業(yè)幅度時,整車穩(wěn)定性要達到規(guī)定的要求。圖5-1高空作業(yè)車的支腿跨距1、支腿橫向跨距支腿橫向外伸跨距的最小應保證路燈裝車在側向作業(yè)時的穩(wěn)定性,即全部載荷的重力合力落在側傾覆邊以內,并使繞左右傾覆邊AB或DC的穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩。如圖5-2<a>所示,1/2支腿橫跨距a應滿足：<5-1>mm由于車總寬B=2500mm,且2a＞B,故取mm式中：G1——轉臺重力,N；選取同等規(guī)格的高空作業(yè)車的轉臺的質量作參考,質量為60kg；G2——底盤重力,N；所選取DFL1050BX11的底盤資料查找為2910kg,即29100N。Gb——臂架重力,N；Gb=G上臂+G下臂；上臂和下臂的材質為Q345;cm3;Q345的密度為7.84g/cm3;；式中1.20為體積誤差系數；；。q——作業(yè)平臺重力,N；所設計的平臺具體尺寸為1200×800×1040mm;平臺上部為鋁合金圍欄,下部為鋁合金板,經估算質量為45kg;Q——作業(yè)平臺標定載荷,N；平臺可容納3個人,每個人平均65kg,再加上一些操作工具,規(guī)定為300kg;L1——轉臺重力中心至回轉中心的距離,mm；經下圖分析和相關高空作業(yè)車的側量為100mm；r—臂架重力中心至回轉中心距離。mm；經下圖分析和相關高空作業(yè)車的側量為1400mm;下臂液壓缸一半的長度為1044,求得r為1044cos70°=1400mmR——作業(yè)半徑〔臂幅,mm。當下臂升起70°時,下臂升起140°時,以上臂上端點的垂線為旋轉中心,上臂和下臂交接處到旋轉中心的距離為作業(yè)半徑。即2、支腿縱向跨距支腿縱向跨距的確定和橫向跨距確定的原則一樣,應繞前、后傾覆邊BC或AD的穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩。當作業(yè)平臺在車輛后方作業(yè)時,如圖5-2<b>所示,可得后支腿支撐點至回轉中心的距離b1應滿足：<5-2>mm式中：L2——底盤質心至回轉中心的距離。經上圖分析和相關高空作業(yè)車的側量為864mm;同理,可得前支腿支撐點至回轉中心的距離b2為：mm<a><b>圖5-2支腿跨距的確定支腿的縱向跨距：<5-3>因此取mm；mm。5.1.2支撐腳接地面積確定為了使高空作業(yè)車工作時能在規(guī)定的地面承受壓力不下陷,且保證在不同地面能可靠支撐,支承腳要有足夠的接地面積Sj,保證在最大支反力Fmax下對地面的壓強不大于地基強度,即：<5-4>Fmax=9377,詳見〔6-10mm2；mm2綜合考慮選取6000mm2式中：[]——地基強度,一般為1.6Mpa。5.2液壓系統(tǒng)設計5.2.1液壓系統(tǒng)原理分析圖5.3為液壓系統(tǒng)原理圖。工作裝置如支腿的收放、舉升機構的升降、轉臺的回轉等都是通過液壓傳動系統(tǒng)實現的。汽車發(fā)動機將動力通過取力器傳遞液壓泵,液壓油經過油箱內的粗濾器吸入齒輪泵,齒輪泵輸出的壓力油經過細濾器進入工作回路。各工作裝置均由電磁換向閥和調速閥控制,不工作時,液壓油通過卸荷回路直接回到油箱。支腿不工作時,1YA通電。支腿工作時,2YA通電。雙向液壓鎖保證垂直缸能在任意位置上停止,且停止后不在外力的作用下發(fā)生位移。上臂上升時,3YA通電,上臂下降時,4YA通電。5YA通電時,下臂上升。6YA通電時,下臂下降。平衡閥防止作業(yè)臂在停止后在重力的作用下自由下降。7YA通電時,回轉機構工作。8YA通電時,回轉機構不工作。表5-1為電磁閥的工作狀態(tài)表。圖5-3液壓系統(tǒng)原理圖5.2.2油缸選型確定液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件,其形式多樣,按照其結構特點可分為活塞式、柱塞式和擺動式按照作用方式分又可分為單作用和雙作用兩種。其中以雙作用活塞式液壓缸應用最多?；钊揭簤焊字亓枯p、結構簡單、工作可靠、拆裝方便,易于維修的特點,廣泛適用于車輛、工程機械、起重運輸機械、礦山機械及其它機械工業(yè)的液壓傳動系統(tǒng)中。柱塞式液壓缸適用于行程較長的場合。擺動式液壓缸加工工藝較復雜一般用于回轉機構。高空作業(yè)車各液壓缸均采用雙作用單桿活塞缸。1、液壓缸直徑的確定液壓缸的選型主要依據路燈安裝車完成升降所需的最大作用力Fmax以及液壓缸實際工作行程。前者用以確定液壓缸的直徑,后者則用來確定液壓缸的工作行程。表5-1電磁閥工作狀態(tài)表動作名稱電磁鐵狀態(tài)1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA支腿工作+支腿不工作+上臂上升+上臂下降+下臂上升+下臂下降+回轉機構工作+回轉機構不工作+〔5-5式中：P1—液壓缸工作壓力,初算時可選取系統(tǒng)工作壓力pp,取為16MPa；P2—液壓缸回油腔背壓力,初算時,對于16MPa的系統(tǒng)可選為0；d/D—活塞桿直徑與液壓缸內徑之比,按液壓缸的工作壓力選定為0.7；F—工作時的最大外載荷；臂架和作業(yè)平臺標定載荷的重力之和<400kg+240kg>×10N/kg=6400N;Ffc—液壓缸密封處摩擦力,它的精確值不易求得,常用液壓缸的機械效率ηcm進行估算?！?-6式中：ηcm—液壓缸的機械效率,一般ηcm＝0.9～0.97,取為0.9。將ηcm值代入式〔5-6,可求得〔5-7故,最終可求得液壓缸直徑D為〔5-8液壓缸直徑詳細計算見5.2.52、液壓缸工作行程的確定〔5-9式中：——工作時液壓缸兩鉸接點最長距離——工作時液壓缸兩鉸接點的最短距離5.2.3液壓泵的選型計算常見的液壓泵有齒輪泵、柱塞泵、葉片泵類型。齒輪泵具有結構簡單、工藝性好、體積小、重量輕、維護方便,使用壽命長的優(yōu)點,葉片泵和柱塞泵結構較復雜、價格較高。高空作業(yè)車的液壓系統(tǒng)中采用齒輪泵即可滿足工作的需要,常用系列有CB、CBX、CG、CN等。1、液壓泵理論流量Qr高空作業(yè)車液壓泵理論流量應按下臂缸上升時間確定。L/min〔5-10式中：ΔV——油缸最大工作容積〔m3,按下式計算：L〔5-11、——均為下臂液壓缸的參數,且其單位均為m；——升降時間,由設計要求,一般要求m,取s；——液壓泵容積效率,。2、油泵排量qmL/r〔5-12式中：Qr——油泵流量,L/min；n——油泵額定轉速,r/min。3、油泵功率NW〔5-13式中：p——油泵最大工作壓力,MPa；Qn——油泵額定流量,m3/s；ηt——油泵總效率。按以上各式算出p、Qr、q、N后,即可從標準油泵系列中選取所需油泵型號。5.2.4油箱容積與管路內徑計算1、油箱容積計算在低壓系統(tǒng)中〔MPa可?。骸?-14在中壓系統(tǒng)中〔MPa可?。骸?-15在中高壓或高壓大功率系統(tǒng)中〔MPa可?。骸?-16式中：V——液壓油箱有效容量；qp——液壓泵額定流量。2、油管內徑計算由可得高壓管路內徑〔5-17式中：QT——油泵理論流量,L/min；V1——高壓管路中油的流速m/s。低壓管路內徑〔5-18式中：V2——低壓管路中油的流速m/s。5.2.5液壓系統(tǒng)參數計算1、液壓缸選型確定由公式〔5-8、〔5-9可計算得：〔1下臂液壓缸mm式中：F=上臂重力+平臺載荷重力mm查手冊,取關門液壓缸缸徑標準值為50mm,活塞行程S標準值為320mm〔2上臂液壓缸mm式中F=上臂重力+下臂重力+平臺載荷重力mm兩式中放入——工作時液壓缸兩鉸接點最長距離；——工作時液壓缸兩鉸接點的最短距離是經過建立模型,按照上下臂所升起的最大和最小度數測量所得。查《液壓系統(tǒng)設計手冊》,取舉升液壓缸缸徑D標準值為50mm,活塞行程S標準值為320mm。由上述結果,上臂液壓缸選取型號為DG-J50-E1E的雙作用單桿活塞液壓缸,下臂液壓缸選取型號為DG-J50-E1E的雙作用單桿活塞液壓缸。5.2.6液壓泵的選型確定1、液壓缸工作容積ΔV計算由公式〔5-11,可知L2、液壓泵流量QT由公式〔5-10可知L/min3、液壓泵的排量由公式〔5-12,可知mL/r根據以上計算結果,選取CBK0-1.25型齒輪泵,其性能參數如下：額定排量mL/rmL/r〔實需排量額定壓力MPaMPa〔實際使用油壓額定轉速r/minr/min〔實際轉速5.2.7取力器布置方案及基本參數選擇專用車取力總布置方案決定于取力方式。常見的取力方式可分類如下：從發(fā)動機前端取力的特點是采用液壓傳動,適合于遠距離輸出動力。固此種取力方式常用于由長頭式汽車底盤改裝的大型混泥土攪拌運輸車。從飛輪后端取力的特點是取力器不受主離合器影響,傳動系統(tǒng)與發(fā)動機直接相連,取力器到工作裝置距離短、傳動系統(tǒng)簡單可靠、取出的功率大、傳動效率高。這種方案應用較廣,如平頭式汽車改裝的小、中型混泥土攪拌車等。從變速器軸取力的布置方案又稱變速器上置式方案。此種方案將取力器疊置于變速器之上,用一惰輪與軸常嚙合齒輪嚙合獲取動力,固需改制原變速器頂蓋。此方案應用很廣,如自卸車、冷藏車、垃圾車等一般都從變速器上端取力。5.3本章小結本章首先主要對高空作業(yè)車的支腿機構進行了分析,估算出了支腿的橫向跨距、縱向跨距以及支撐腳的接地面積；然后又對液壓系統(tǒng)進行了分析,并且對其主要執(zhí)行元件進行了計算選型,以使系統(tǒng)能夠正常工作,從而使高空作業(yè)車能夠正常工作。另外,本章中也對取力器的布置進行了分析,并選擇了適合的取力器。6高空作業(yè)車穩(wěn)定性能分析專用汽車性能參數計算是總體設計的主要內容之一,其目的是檢驗整車參數選擇是否合理,使用性能參數能否滿足要求。最基本的性能參數計算包括動力性計算、經濟性和穩(wěn)定性計算。而對于本設計中所設計的高空作業(yè)車車來說則只需要計算它的穩(wěn)定性就可以。6.1支腿壓力的計算計算支腿壓力時要求確定折疊鄙視高空作業(yè)車在作業(yè)時所承受的最大支反力,該力是支腿強度計算的依據。假定高空作業(yè)車工作時支撐在A、B、C、D四個支腿上,臂架位于路燈安裝車縱軸線〔x軸角處,如圖6.1所示。若高空作業(yè)車不回轉部分的重力為G2,其重心為O2在離支腿對稱中心〔坐標原點Oe2處,回轉中心O0離支腿對稱中心O的距離為e0。又設高空作業(yè)車回轉部分的合力為G0,且合力至O2點的距離為r0,則作用在臂架平面內的翻傾力矩M為G0r0。即：mm<6-1>mm<6-2>N<6-3><6-4>mm于是可求得四個支腿上的壓力各為：<6-5>當舉升臂在車輛正側方作業(yè)時即：=90°,則上式可化簡為：<6-6>按四點支撐計算支腿壓力時,若有一支腿的壓力出現負值,應該用三點支撐重新計算支腿壓力。如圖3-4所示,設舉升臂Ⅱ在工況位置作業(yè)時,支腿A不受力,支腿B、C、D受力,可求得支腿的反力為：<6-7>這時,支腿C受力最大,并且當時,FC獲得最大值為：〔6-8N若舉升臂轉到Ⅰ工況位置時,角為鈍角,設支腿B不受力,支腿C、D、A受力,可求得受力最大的支腿D的壓力為：<6-9>當時,FD獲得最大值為：<6-10>N由于,所以確定最大支反力N。計算后發(fā)現