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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 高空作業(yè)車改裝設(shè)計(jì) 系部名稱： 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 車輛工程07-2班 學(xué)生姓名： 楊鳳明 指導(dǎo)教師： 楊兆 職 稱： 講師 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二○一一年六月 The Graduation Design for Bachelor's Degree Design of Modified Overhead Working Truck Candidate：Yang Fengming Specialty：Vehicle Engineering Class：07-2 Supervisor：Lecturer. Yang Zhao Heilongjiang Institute of Technology 2011-06·Harbin 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘 要 高空作業(yè)車是目前最常見的專用汽車之一。由于高空作業(yè)車近幾年的快速發(fā)展，高空作業(yè)行業(yè)出現(xiàn)了部分車型產(chǎn)量過剩苗頭的同時(shí)，也存在著部分車型供不應(yīng)求、生產(chǎn)能力不足的現(xiàn)象，因此，結(jié)構(gòu)性過剩是當(dāng)前汽車工業(yè)產(chǎn)能過剩的基本特點(diǎn)，也是當(dāng)前汽車工業(yè)發(fā)展存在的主要問題。高空作業(yè)車是汽車工業(yè)的一部分，它的發(fā)展中也會(huì)出現(xiàn)同樣的問題，因此研究高空作業(yè)車的改裝技術(shù)，不僅可以推動(dòng)高空作業(yè)車行業(yè)的發(fā)展，而且對(duì)于推動(dòng)專用汽車行業(yè)的發(fā)展，調(diào)整企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)戰(zhàn)略無疑具有重要意義。在這次的設(shè)計(jì)工作中,我主要設(shè)計(jì)了一種折疊臂的高空作業(yè)車,主要以上、下臂，轉(zhuǎn)臺(tái)，液壓部分為研究對(duì)象。 本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)的是作業(yè)高度為10米的高空作業(yè)車，在滿足作業(yè)高度的前提下，對(duì)高空作業(yè)臂，轉(zhuǎn)臺(tái)，液壓部分進(jìn)行設(shè)計(jì)：首先根據(jù)使用要求選擇作業(yè)臂材料的類型；其次根據(jù)最大作業(yè)高度確定上、下臂的長度；再經(jīng)過受力分析利用強(qiáng)度來確定臂的截面尺寸及油缸的鉸接位置；再進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的校核，查看作業(yè)臂的尺寸是否符合要求；轉(zhuǎn)臺(tái)和液壓部分同樣原理也要進(jìn)行計(jì)算與校核。 關(guān)鍵詞：高空作業(yè)車；高空作業(yè)臂；轉(zhuǎn)臺(tái)；液壓系統(tǒng)；改裝設(shè)計(jì) ABSTRACT Operating vehicle height is the most common one of the special vehicle. In recent years ,because the aerial work vehicle the rapid development, aerial work industry appeared part models yield, but also excess symptom exist in demand, production capacity part models, therefore, the phenomenon of insufficient structural surplus is the auto industry excess capacity, but also the present the basic characteristics are the main developing automobile industry. Aloft work vehicle is part of the auto industry, and its development will also be the same problem, so the aloft work vehicle modified technique, not only can promote the development of the car industry aerial work, and to promote the development of specialized automobile industry, adjust enterprise product development strategy of great significance. In this design work, I design a folding arm of the high-altitude vehicles. Main above, upper and lower arm, turntable, hydraulic parts as the research object. This design main is the height of 10 meters aloft work vehicle, to meet the high operating on the premise that for aloft work arm,turntable,hydraulic parts design: First choice under the requirements of the use of operating arm of the types of materials; Second, based on the height of the largest operations to determine the upper and lower arm length; After Analysis to determine the intensity of use of the arm section size and fuel tanks articulated position; further strength, stiffness, Stability of Verification, check the operating arm size whether it meets the requirements; Turntable and hydraulic parts also principles want to calculate and checking. Key words: Aloft work vehicle；Aloft work arm；Turntable；Hydraulic system；Modification design I 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒 論 1 1.1 概述 1 1.2 高空作業(yè)車的發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.2.1 專用車的現(xiàn)狀 2 1.2.2 我國高空作業(yè)車的現(xiàn)狀和發(fā)展 2 1.3 高空作業(yè)車的組成 5 1.3.1 工作裝置 5 1.3.2 金屬結(jié)構(gòu) 5 1.3.3 控制系統(tǒng) 5 1.3.4 動(dòng)力傳動(dòng)裝置 5 1.4 本課題所研究的任務(wù) 6 1.5 本課題研究的意義 6 第2章 確定設(shè)計(jì)方案 8 2.1 總體設(shè)計(jì)要求 8 2.2 動(dòng)作要求 8 2.3 技術(shù)性能要求 8 2.4 總體設(shè)計(jì)方案 8 2.5 確定執(zhí)行元件的形式 9 2.6 整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 9 2.7 本章小結(jié) 9 第3章 底盤的選擇 10 3.1 高空作業(yè)車底盤的類型 10 3.2 底盤的選擇 10 3.3 本章小結(jié) 11 第4章 高空作業(yè)車臂的設(shè)計(jì) 12 4.1 材料的選擇 12 4.2 計(jì)算上、下臂的長度 12 4.3 確定液壓缸鉸點(diǎn)的位置 13 4.3.1 確定上臂液壓缸鉸點(diǎn)的位置 13 4.3.2 確定下臂液壓缸鉸點(diǎn)的位置 13 4.4 上臂截面尺寸的確定 13 4.4.1 對(duì)上臂進(jìn)行受力分析 14 4.4.2 計(jì)算上臂截面尺寸 15 4.4.3 對(duì)上臂進(jìn)行強(qiáng)度校核 16 4.5 下臂截面尺寸的確定 17 4.5.1 對(duì)下臂進(jìn)行受力分析 17 4.5.2 計(jì)算下臂的截面尺寸 19 4.5.3 對(duì)下臂進(jìn)行強(qiáng)度校核 20 4.6 本章小結(jié) 21 第5章 高空作業(yè)車轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 22 5.1 高空作業(yè)車轉(zhuǎn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22 5.2 轉(zhuǎn)臺(tái)的受力分析 27 5.2.1 轉(zhuǎn)臺(tái)的自重 27 5.2.2 轉(zhuǎn)臺(tái)受到的其余的力 29 5.3 回轉(zhuǎn)支承裝置的計(jì)算 29 5.3.1 回轉(zhuǎn)支承的計(jì)算載荷 29 5.3.2 轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)支承裝置的計(jì)算 30 5.3.3 按承載能力確定圓柱滾子數(shù)目 30 5.4 傳動(dòng)齒輪的計(jì)算 31 5.4.1 選擇齒輪材料 31 5.4.2 選擇齒輪齒數(shù)和齒寬系數(shù) 31 5.4.3 確定輪齒的許用應(yīng)力 32 5.4.4 齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 32 5.4.5 確定模數(shù)和齒寬 32 5.4.6 驗(yàn)算齒根的彎曲強(qiáng)度 33 5.4.7 傳動(dòng)齒輪的幾何尺寸 33 5.5 本章小結(jié) 33 第6章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 34 6.1 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 34 6.1.1 液壓缸的最大載荷 34 6.1.2 確定系統(tǒng)工作壓力 37 6.1.3 液壓缸內(nèi)徑計(jì)算 37 6.1.4 液壓缸缸筒壁厚和外徑計(jì)算 37 6.1.5 液壓缸最大密封壓強(qiáng)得計(jì)算和壁厚的校核 38 6.1.6 液壓缸活塞桿直徑 40 6.1.7 液壓缸活塞缸強(qiáng)度校核 40 6.1.8 液壓缸活塞桿穩(wěn)定性校核 41 6.1.9 液壓缸的選擇 42 6.2 液壓馬達(dá)的選取 42 6.3 液壓泵的選擇 42 6.4其他輔助元件的選擇 43 6.4.1 油箱 43 6.4.2 聯(lián)軸器 43 6.4.3 各種液壓閥 44 6.5 本章小結(jié) 44 第7章 其余部分設(shè)計(jì)與選擇 45 7.1 副車架的選擇與計(jì)算 45 7.1.1 副車架外形設(shè)計(jì) 45 7.1.2 副車架選材 45 7.1.3 副車架的校核 45 7.2 銷和螺栓的校核與計(jì)算 48 7.3 鋼絲繩的選擇與計(jì)算 49 7.3.1 鋼絲繩的計(jì)算與校核 49 7.3.2 鋼絲繩接頭的壓制方法 51 7.4 本章小結(jié) 51 結(jié) 論 52 參考文獻(xiàn) 53 致 謝 54 第1章 緒 論 1.1 概述 高空作業(yè)車是用來運(yùn)送工作人員和工作裝備到指定高度進(jìn)行作業(yè)的特種車輛，是將高空作業(yè)裝置安裝在汽車底盤上組成的一種重要工程機(jī)械。近年來，工程機(jī)械發(fā)展速度快。其主要原因:一是我國在改革開放政策指引下，經(jīng)濟(jì)發(fā)展快，對(duì)工程機(jī)械的需要增多；二是從中央到地方給與發(fā)展的優(yōu)惠政策，增加資金注入，加以扶植；三是引進(jìn)國外多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，經(jīng)過消化吸收，產(chǎn)品技術(shù)水平提高;四是，企業(yè)經(jīng)過組織結(jié)構(gòu)調(diào)整，相互合作，并在競(jìng)爭中促使相互提高。高空作業(yè)裝置包括工作臂、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、副車架、工作斗、液壓系統(tǒng)和操縱裝置等。現(xiàn)在的高空作業(yè)裝置具有操作平順、工作穩(wěn)定、自動(dòng)調(diào)速、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，大大提高了空中作業(yè)的工作效率。高空作業(yè)車是利用汽車底盤作為行走機(jī)構(gòu)，具有汽車的行駛通過性能，機(jī)動(dòng)靈活，行駛速度高，可快速轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移到作業(yè)場(chǎng)地后能迅速投入工作，因此被越來越多的應(yīng)用在工程建設(shè)、工業(yè)安裝、設(shè)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(nèi)發(fā)展最快的專用汽車產(chǎn)品之一。但是國內(nèi)生產(chǎn)制造的高空作業(yè)機(jī)械同國外同類型高空作業(yè)機(jī)械產(chǎn)品相比仍有一定差距，主要表現(xiàn)為技術(shù)含量低、大型的較少、結(jié)構(gòu)笨重、作業(yè)時(shí)微動(dòng)性能差等問題。 圖1.1 高空作業(yè)車 高空作業(yè)車按工作臂的型式，有四種基本型式，分別為：垂直升降式、折疊臂式、伸縮臂式和混合臂式。垂直升降式高空作業(yè)車的升降機(jī)構(gòu)只能在垂直方向上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。它的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，承載能力強(qiáng)，但作業(yè)范圍小，作業(yè)高度低，這種結(jié)構(gòu)型式應(yīng)用比較少。折疊臂式高空作業(yè)車工作臂之間的連接全部采用鉸接型式，所以國外又把它叫做鉸接式高空作業(yè)車。折疊臂高空作業(yè)車結(jié)構(gòu)適合于較低作業(yè)高度的車型，如要加大作業(yè)高度，必然要增加臂長或增加工作臂數(shù)量，增加臂長會(huì)使作業(yè)車體積龐大，降低靈活性；增加工作臂數(shù)量會(huì)造成操作繁瑣，安全性降低。伸縮臂式的高空作業(yè)車在行駛狀態(tài)時(shí)，工作臂縮回套疊，工作時(shí)伸出，可以有效增大作業(yè)高度，同時(shí)具有工作效率高、操作簡單、動(dòng)作平穩(wěn)等特點(diǎn)?；旌媳凼礁呖兆鳂I(yè)車工作臂之間既有鉸接，也有伸縮，是折疊臂式和伸縮臂式高空作業(yè)車的結(jié)合，它綜合了兩種結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點(diǎn)，工作性能最好，但結(jié)構(gòu)也最為復(fù)雜。 1.2 高空作業(yè)車的發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1 專用車的現(xiàn)狀 根據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)顯示，目前我國專用汽車行業(yè)已有60％左右的企業(yè)建立了完整的產(chǎn)品研發(fā)體系，具備獨(dú)立的系列化產(chǎn)品開發(fā)能力。大部分專用汽車企業(yè)采用開發(fā)軟件進(jìn)行模塊化仿真設(shè)計(jì)，如AutoCAD、Pro／E、CATIA等，大大提高了研發(fā)質(zhì)量和縮短了開發(fā)周期。但是，我們還應(yīng)該清醒地看到，目前我國專用汽車產(chǎn)品研發(fā)還處于較低水平，模仿設(shè)計(jì)痕跡比較明顯，技術(shù)雷同現(xiàn)象突出，并沒有實(shí)現(xiàn)質(zhì)的轉(zhuǎn)變。 我國專用汽車在產(chǎn)量上已具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，但大多數(shù)為勞動(dòng)密集型及中低技術(shù)水平的產(chǎn)品，如半掛車、自卸車、保溫車、集裝箱運(yùn)輸車等。一些技術(shù)含量較高的車型尤其是關(guān)鍵零部件仍需進(jìn)口。例如一些近百米的登高消防車的上裝部分，混凝土泵車、混凝土攪拌車上裝部分的關(guān)鍵件，C級(jí)防彈運(yùn)鈔車(我國的產(chǎn)品主要為A、B級(jí)，防彈等級(jí)低于國外同類產(chǎn)品)等。國外專用汽車的動(dòng)力性、耐久性及駕駛室舒適性等方面也普遍比國產(chǎn)車好。 1.2.2 我國高空作業(yè)車的現(xiàn)狀和發(fā)展 用高空作業(yè)車進(jìn)行高空作業(yè)是一種先進(jìn)的登高作業(yè)方式．其發(fā)展與國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平密切相關(guān)，經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)，需求量越大，且單位GDP的需求量也越大。與發(fā)達(dá)國家相比，我國不僅單位GDP的需求量小，而且單位GDP需求量與GDP的比例也低，這說明高空作業(yè)車的市場(chǎng)需求量既與經(jīng)濟(jì)規(guī)模有關(guān)，又與經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度有關(guān)，這也恰恰表明高空作業(yè)車在我國有非常廣闊的發(fā)展前景。 1、概況 我國高空作業(yè)車行業(yè)起步較晚，自20世紀(jì)60年代開始研制，70年代才推出商業(yè)化樣機(jī)。目前我國高空作業(yè)車的市場(chǎng)銷售、使用及保有量最大的車型還是折疊臂式，其他型式如伸縮臂式和混合臂式占有的比重還很小，最大作業(yè)高度只有幾十米。國內(nèi)高空作業(yè)安全法規(guī)尚待完善，存在各種原始方式的高空作業(yè)，應(yīng)用普及范圍與國外相比還有很大的差距。限制這一行業(yè)發(fā)展的主要因素是大高度復(fù)雜截面混合臂架技術(shù)、安全技術(shù)、智能化高效控制技術(shù)、可靠性等．缺乏前瞻性研究．缺少向更大高度發(fā)展的技術(shù)支撐。 2、應(yīng)用情況 我國高空作業(yè)車的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，尚處于初級(jí)階段．目前僅在電力．市政等少數(shù)行業(yè)普及使用，而且也只是在最近5年才進(jìn)入快速發(fā)展階段。進(jìn)一步的發(fā)展將依賴于下面幾個(gè)主要方面： （1）更加重視文明、安全施工。 （2）加快高空作業(yè)車的機(jī)械化。 （3）35m以上高度高空作業(yè)車目前基本依賴進(jìn)口，這將為國產(chǎn)大高度高空作業(yè)車提供發(fā)展的機(jī)會(huì)，也將為高空作業(yè)車的發(fā)展帶來極為廣闊的發(fā)展前景。 3、產(chǎn)品和技術(shù) 目前我國高空作業(yè)車年銷售量很低，與國外相比，產(chǎn)品技術(shù)水平差距較大，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一，產(chǎn)品制造工藝落后，產(chǎn)品可靠性差等。 未來，我國的城市化進(jìn)程將進(jìn)一步加快，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)，需要大量添置高空作業(yè)車進(jìn)行市政工程的安裝和運(yùn)行維護(hù)；電力系統(tǒng)也將加快發(fā)展，目前國家電網(wǎng)正大規(guī)模投資建設(shè)750kV以上的超高壓輸電網(wǎng)，需要大量的高空作業(yè)車用于電網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)營維護(hù)；隨著我國工程設(shè)備租賃行業(yè)的發(fā)展，可以節(jié)約大量設(shè)備購置資金的租賃方式將進(jìn)一步促進(jìn)高空作業(yè)車市場(chǎng)的發(fā)展，租賃行業(yè)將是高空作業(yè)車市場(chǎng)需求量增長潛力最大的行業(yè)。如何適應(yīng)市場(chǎng)需求并引導(dǎo)市場(chǎng)需求，高空作業(yè)車技術(shù)將如何發(fā)展？這些都對(duì)高空作業(yè)車行業(yè)提出了更高的要求。 （1）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)　 折疊臂式高空作業(yè)車仍然是市場(chǎng)主流產(chǎn)品，但市場(chǎng)份額將逐步下降，伸縮臂和混合臂式高空作業(yè)車將以無可替代的優(yōu)勢(shì)占據(jù)市場(chǎng)半壁江山。 1）折疊臂式高空作業(yè)車由于市場(chǎng)保有量大、用戶熟悉、價(jià)格低廉、維護(hù)簡單等優(yōu)勢(shì)仍然會(huì)成為市場(chǎng)主流產(chǎn)品，但需在安全性和人性化方面改進(jìn)提高。 2）伸縮臂式高空作業(yè)車將以其作業(yè)效率高、操作簡單、安全性好等優(yōu)勢(shì)得到快速發(fā)展，作業(yè)高度在18～28m之間的將成為主力產(chǎn)品。 3）混合臂式高空作業(yè)車既有折疊臂式跨越障礙能力，又有伸縮臂式操作簡單、作業(yè)效率高的優(yōu)點(diǎn)，在特殊領(lǐng)域和大高度上具有無比優(yōu)勢(shì)，但由于該型式車技術(shù)復(fù)雜、制造工藝要求高、成本高等缺點(diǎn)，普及程度要低于伸縮臂式高空作業(yè)車。 4）采用越野底盤的高空作業(yè)車也將成為一個(gè)新的產(chǎn)品方向。 （2）產(chǎn)品技術(shù)　 大量采用新技術(shù)和新結(jié)構(gòu)，逐步執(zhí)行國際標(biāo)準(zhǔn)，以降低整車重量、車高度，增大作業(yè)幅度、工作斗承載能力。 1）臂體截面從矩形改進(jìn)為六邊形或多棱形，甚至采用U形截面，這些已經(jīng)普遍應(yīng)用在汽車起重機(jī)上，隨著制造工藝提高和加工成本降低，將推廣使用到高空作業(yè)車上。 2）高強(qiáng)度、低重量和高耐腐蝕性的鋁合金工作斗將成為主流配置，同時(shí)工作斗的額定載荷也將超過目前普遍的200kg，以適應(yīng)不同行業(yè)作業(yè)要求。 3）降低整車高度和前軸載荷，提高整車通過性能和駕駛性能，方便出入工作斗的轉(zhuǎn)臺(tái)前置、工作斗后置布置結(jié)構(gòu)將成為伸縮臂式高空作業(yè)車的主流結(jié)構(gòu)。 4）安全控制上向國際先進(jìn)水平看齊，安全控制更加完善，雙冗余控制將成為標(biāo)準(zhǔn)配置，基于CAN總線的智能化控制系統(tǒng)將成為主流，同時(shí)基于GPRS的遠(yuǎn)程監(jiān)控和維修技術(shù)將投入使用，能有效對(duì)設(shè)備使用狀況和故障情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，將大大提高產(chǎn)品的安全性和可靠性。 5）提高產(chǎn)品人性化設(shè)計(jì)，操作使用和維護(hù)維修更加簡單方便，并在工作斗中多設(shè)計(jì)和配置一些方便高空作業(yè)的功能及設(shè)備，例如風(fēng)、水、液壓、電接口，以及更高級(jí)的多功能工作臺(tái)、焊機(jī)、切割機(jī)等多種裝備，擴(kuò)大高空作業(yè)的適用領(lǐng)域，提高高空作業(yè)車的利用率。 6）節(jié)能環(huán)保技術(shù)將更多應(yīng)用，全電驅(qū)動(dòng)底盤高空作業(yè)車將隨著新能源汽車技術(shù)的成熟在城市市政領(lǐng)域得到快速發(fā)展。 （3）產(chǎn)品制造工藝　 標(biāo)準(zhǔn)化制造、部件化噴漆裝配必將成為各生產(chǎn)廠家的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)模式，提高產(chǎn)品裝配水平和表面處理質(zhì)量能有效提高產(chǎn)品的可靠性；電氣系統(tǒng)采用汽車或移動(dòng)設(shè)備的產(chǎn)品配置和接線方法，提高電氣系統(tǒng)的可靠性。 （4）產(chǎn)品方向　 重點(diǎn)發(fā)展35m以下作業(yè)高度的車型，著重于輕量化和小型化，并提高產(chǎn)品的安全性、可靠性和人性化，以適應(yīng)我國城市空間和場(chǎng)地狹窄、道路地面承重能力差異大等特點(diǎn)。我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度決定目前在民用高空作業(yè)領(lǐng)域50m以上的作業(yè)要求還很少，應(yīng)不急于向超大作業(yè)高度如50m以上的產(chǎn)品發(fā)展。 1.3 高空作業(yè)車的組成 高空作業(yè)車除了底盤部分外，為實(shí)現(xiàn)高空作業(yè)功能，還包括工作裝置、金屬機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、動(dòng)力傳動(dòng)裝置。 1.3.1 工作裝置 高空作業(yè)車的工作裝置包括行走機(jī)構(gòu)、支腿機(jī)構(gòu)、舉升機(jī)構(gòu)、會(huì)裝機(jī)構(gòu)、工作平臺(tái)及其調(diào)平機(jī)構(gòu)。 高空作業(yè)車的行走機(jī)構(gòu)就是通用或?qū)Ｓ闷嚨妆P。 1.3.2 金屬結(jié)構(gòu) 工作臂、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、副車架（車架大梁，門架、支腿等）金屬結(jié)構(gòu)是高空作業(yè)車的重要組成部分。高空作業(yè)車的各工作機(jī)構(gòu)的零部件都是安裝或支承在這些金屬結(jié)構(gòu)上的。金屬結(jié)構(gòu)是高空作業(yè)車的骨架。它承受高空作業(yè)車的自重以及作業(yè)時(shí)的各種外載荷。 組成高空作業(yè)車金屬結(jié)構(gòu)的構(gòu)件較多，其重量通常占整機(jī)重量的一半以上，耗鋼量大。因此，高空作業(yè)車金屬結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，對(duì)減輕高空作業(yè)車自重，提高作業(yè)性能，節(jié)約鋼材，提高高空車的可靠性都有重要意義。 1.3.3 控制系統(tǒng) 高空作業(yè)車控制系統(tǒng)是解決各機(jī)構(gòu)怎樣運(yùn)動(dòng)的問題。如動(dòng)力傳遞的方向，各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度的快慢，以及使機(jī)構(gòu)啟動(dòng)停止等?？刂葡到y(tǒng)包括操縱裝置、執(zhí)行元件和安全裝置。當(dāng)今的高空作業(yè)車全部采用電氣液壓操縱，因此控制裝置包括各種液壓操作閥，電控裝置等，以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的起動(dòng)、調(diào)速、換向、制動(dòng)和停止。執(zhí)行元件包括變幅用的液壓油缸、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、油泵等，用來推動(dòng)結(jié)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)動(dòng)作。安全裝置包括各種傳感器、行程開關(guān)、報(bào)警器、液壓鎖止閥，用來檢測(cè)危險(xiǎn)工況保證工作安全。 1.3.4 動(dòng)力傳動(dòng)裝置 動(dòng)力傳動(dòng)裝置是高空作業(yè)車的動(dòng)力源。由于高空作業(yè)車采用汽車底盤作為行走機(jī)構(gòu)，通常不再另外設(shè)置動(dòng)力源，而是直接采用汽車底盤發(fā)動(dòng)機(jī)作為整車的動(dòng)力源。高空作業(yè)裝置需要的功率不大，一般約 10~20kw，而載重汽車底盤發(fā)動(dòng)機(jī)的功率根據(jù)載重量不同從 50kw 一直到 150kw 以上，且高空作業(yè)裝置工作時(shí)不允許底盤行駛，因此底盤發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力足以保證高空作業(yè)裝置工作。因?yàn)楦呖兆鳂I(yè)裝置需要功率不大，通常高空作業(yè)車采用變速箱側(cè)蓋取力方式，通過安裝在底盤變速箱側(cè)面的取力器取出發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，并驅(qū)動(dòng)液壓油泵向高空作業(yè)裝置供油。取力系統(tǒng)中還設(shè)置控制裝置，在底盤行駛時(shí)，取力器沒有輸出，液壓油泵不工作，需要進(jìn)行高空作業(yè)時(shí)，取力器輸出，油泵工作。 1.4 本課題所研究的任務(wù) 改裝設(shè)計(jì)一種高空作業(yè)車。滿足專用汽車相關(guān)設(shè)計(jì)要求。 1、要求正確進(jìn)行二類底盤的選擇（主要根據(jù)專用汽車的類型、用途、裝載質(zhì)量、使用條件、專用汽車的性能指標(biāo)、專用設(shè)備或裝置的外形尺寸、動(dòng)態(tài)匹配等決定）、主要參數(shù)數(shù)據(jù)齊備、進(jìn)行二類底盤選型分析、產(chǎn)生具有實(shí)踐意義的選型總結(jié)。 2、要求進(jìn)行車輛的總體布置（盡量避免變動(dòng)汽車地盤各總成的位置、總成部件位置的變動(dòng)；盡量滿足專用汽車工作裝置性能要求，充分發(fā)揮專用功能；必須對(duì)裝載質(zhì)量、軸荷分配等參數(shù)進(jìn)行估算和校核；盡量避免工作裝置的布置對(duì)車架造成集中載荷，因采用副車架；盡量減少專用汽車的整車整備質(zhì)量；還應(yīng)符合相關(guān)法規(guī)的要求），用總布置草圖表達(dá)主要底盤部件的改動(dòng)和重要工作裝置的布置。 3、要求進(jìn)行舉升機(jī)構(gòu)、支腿機(jī)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，在正確計(jì)算的基礎(chǔ)上，完成部部件設(shè)計(jì)選型，要求工藝合理、小批量加工容易、成本低、可靠性高。 4、要求進(jìn)行裝卸裝置（作業(yè)平臺(tái)）設(shè)計(jì)計(jì)算選型。 5、完成總裝配圖，清楚表達(dá)設(shè)計(jì)。 6、要求完成整車性能分析計(jì)算，以評(píng)價(jià)和分析整車設(shè)計(jì)情況。針對(duì)性能分析結(jié)構(gòu)如有必要進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)。 表1.1 已知技術(shù)參數(shù) 技術(shù)參數(shù) 數(shù)值 外形尺寸 675019502990(mm) 總質(zhì)量/整車整備質(zhì)量 5385Kg/5060Kg 功率 66KW 軸數(shù) 2 輪胎數(shù) 6 前/后輪距 1404mm 軸距 129.9213in 前懸 1032mm 接近/離去角 19°/16° 1.5 本課題研究的意義 由于高空作業(yè)車近幾年的快速發(fā)展，高空作業(yè)行業(yè)出現(xiàn)了部分車型產(chǎn)量過剩苗頭的同時(shí)，也存在著部分車型供不應(yīng)求、生產(chǎn)能力不足的現(xiàn)象，因此，結(jié)構(gòu)性過剩是當(dāng)前汽車工業(yè)產(chǎn)能過剩的基本特點(diǎn)，也是當(dāng)前汽車工業(yè)發(fā)展存在的主要問題。高空作業(yè)車是汽車工業(yè)的一部分，它的發(fā)展中也會(huì)出現(xiàn)同樣的問題，因此研究高空作業(yè)車的改裝技術(shù)，不僅可以推動(dòng)高空作業(yè)車行業(yè)的發(fā)展，而且對(duì)于推動(dòng)專用汽車行業(yè)的發(fā)展，調(diào)整企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)戰(zhàn)略無疑具有重要意義。 第2章 確定設(shè)計(jì)方案 2.1 總體設(shè)計(jì)要求 本畢業(yè)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一輛高為10米高空作業(yè)車，其具體要求如下： 1、設(shè)計(jì)任務(wù)：10米高空作業(yè)車的改裝設(shè)計(jì)。 2、機(jī)器用途：通用型，適用于建筑、安裝、管道鋪設(shè)等高空作業(yè)。 3、工作環(huán)境：風(fēng)力六級(jí)以下，溫度-20～30℃，無腐蝕性極易爆易燃性氣體。 表2.1 作業(yè)部分主要技術(shù)參數(shù) 最大作業(yè)高度 10-10.5m 回轉(zhuǎn)角度 360° 額定平臺(tái)載荷 200kg 操作方式 下操作、上操作可以任意選擇 支腿形式/數(shù)量 H型/8 最大作業(yè)幅度 2.3-2.75m 2.2 動(dòng)作要求 1、回轉(zhuǎn)臺(tái)左右均可以全周回轉(zhuǎn)360°。 2、起升和旋轉(zhuǎn)可以同時(shí)進(jìn)行且互不干涉。 3、垂直支腿在高空作業(yè)車非工作狀態(tài)下可以自由縮放。 4、水平支腿在高空作業(yè)車非工作狀態(tài)下可以自由的擴(kuò)放支腿的支承范圍。 5、制動(dòng)器可以隨時(shí)制動(dòng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)。 2.3 技術(shù)性能要求 動(dòng)作平穩(wěn)、安全可靠、操作方便、體積小、自重輕。 2.4 總體設(shè)計(jì)方案 1、本車采用EQ1050NJ20D3汽車底盤改裝。 2、本車各機(jī)構(gòu)（不包括作業(yè)平臺(tái)）均采用液壓傳動(dòng)。 3、舉升機(jī)構(gòu)采用兩節(jié)折疊臂形式。 4、支腿機(jī)構(gòu)采用8個(gè)液壓缸的H形支腿。 5、轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)。 6、液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 2.5 確定執(zhí)行元件的形式 四只支腿：采用8個(gè)液壓缸。水平4個(gè)，垂直4個(gè)。其中，水平支腿用來將液壓缸推出，直至適當(dāng)位置，從而擴(kuò)大液壓支腿的支承范圍。而垂直支腿則用于將高空作業(yè)車調(diào)平，其中，前兩支腿和后兩個(gè)支腿可以分別運(yùn)動(dòng)，而不互相干擾。 兩只支臂：采用液壓缸2個(gè)。兩支臂液壓缸用來將兩個(gè)支臂支承起來，從而將工作人員送至相應(yīng)的高度進(jìn)行工作。 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)：采用液壓馬達(dá)。液壓馬達(dá)經(jīng)減速器將動(dòng)力傳遞到回轉(zhuǎn)小齒輪上，小齒輪帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支承上的大齒圈，從而帶動(dòng)整個(gè)上車部分回轉(zhuǎn)，有了回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使高空作業(yè)車從平面作業(yè)范圍又?jǐn)U大為一定空間的作業(yè)范圍。 2.6 整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 圖2.1 高空作業(yè)車整體結(jié)構(gòu)圖 01-上臂液壓缸 02-上臂 03-下臂 04-下臂液壓缸 05-液壓馬達(dá) 06-轉(zhuǎn)臺(tái) 07-減速器 08-工作斗 09-副車架橫梁 10-后兩支腿垂直液壓缸 11-副車架縱梁 12-液壓泵 13-前兩支腿垂直液壓缸 14-取力器 2.7 本章小結(jié) 本章主要進(jìn)行了設(shè)計(jì)方案的確定，這樣可以明確自己的設(shè)計(jì)思路，讓自己大概了解以后要設(shè)計(jì)內(nèi)容和方法，為以后的設(shè)計(jì)做個(gè)鋪墊，本章屬于第一步，也是重要的一步。 第3章 底盤的選擇 3.1 高空作業(yè)車底盤的類型 高空作業(yè)車底盤按總體性能可分為通用汽車底盤、專用汽車底盤二種。通用汽車底盤指通用汽車的二類底盤。由于原汽車車架的強(qiáng)度和剛度滿足不了作業(yè)時(shí)的要求，故需要在原汽車底盤上增設(shè)副車架以實(shí)現(xiàn)對(duì)上車的支撐，所以整個(gè)高空作業(yè)車的重心較高，重量也較大，從而導(dǎo)致整機(jī)性能下降。但由于通用底盤的價(jià)格較低，在中小型的高空作業(yè)車上比較常用。 專用的汽車底盤是按高空作業(yè)車要求專門設(shè)計(jì)制造的。專用底盤軸距較長，車架剛性好，其駕駛室的布置有三種形式，一是正置駕駛室 (與通用汽車一樣)，二是側(cè)置的偏頭式駕駛室，三是前懸下沉式駕駛室。 3.2 底盤的選擇 由已知的參數(shù)可知，汽車的總質(zhì)量為5385Kg，在3.5到12t之間，屬于類，即屬于中型的載貨機(jī)動(dòng)車，故選用二類底盤（通用汽車底盤）。選用二類底盤不但可以縮短開發(fā)周期，而且也降低了制造的成本，再根據(jù)已知條件中給的整車整備質(zhì)量、軸數(shù)、軸距、外型尺寸等，在查取的二類底盤中選用了EQ1050NJ20D3的貨車底盤。 表3.2 EQ1050NJ20D3的技術(shù)參數(shù) 技術(shù)參數(shù) 數(shù)值 總質(zhì)量/整車整備質(zhì)量 5385Kg/5060Kg 功率 66KW 軸數(shù) 2 輪胎數(shù) 6 前輪距 1404mm 前懸 1032mm 后懸 2018mm 軸距 3300mm 接近角 19° 續(xù)表 技術(shù)參數(shù) 數(shù)值 最小轉(zhuǎn)彎直徑 13m 輪胎規(guī)格 7.0R16/6.5R16 3.3 本章小結(jié) 本章進(jìn)行的高空作業(yè)車地盤的選取，通過本章可以使大家了解地盤的分類，掌握高空作業(yè)車為什么要選用二類底盤和選用二類底盤的方法。本章也是畫高空作業(yè)車裝配圖的第一步。 第4章 高空作業(yè)車臂的設(shè)計(jì) 4.1 材料的選擇 金屬結(jié)構(gòu)是指由扎制的型鋼和鋼板作為基本元件，按照一定的結(jié)構(gòu)組成規(guī)則用栓接、鉚接或焊接的方法連接起來，用于承受一定的載荷。 金屬機(jī)構(gòu)可靠的工作，要按工作時(shí)的最大的載荷進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算。 根據(jù)選材原則及同類車型的參考：主要選用Q235鋼，其主要特點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度、韌性和塑性，以及加工等綜合方面的性能好，價(jià)格較低。根據(jù)同類車型，鋼板的厚度取。其屈服強(qiáng)度，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，對(duì)于塑性材料可取n=可得安全系數(shù)。 許用正應(yīng)力； 許用切應(yīng)力； 4.2 計(jì)算上、下臂的長度 如圖4.1 所示作業(yè)臂的仰角是指上臂與水平線之間的夾角，它可從0o到80o，作業(yè)臂實(shí)際作業(yè)時(shí)通常在30o～75o范圍內(nèi)。本設(shè)計(jì)中上臂最大仰角取75o，下臂最大仰角取35o，在圖4.1中上下臂起升高度為7.64。 圖4.1 上下臂舉升的最大位置 上臂為BC，下臂為AB。 則由三角關(guān)系有： （4.1） 由于上臂的頭部有工作臺(tái)，所以在上臂頭部應(yīng)留有一定的余量裝工作平臺(tái)。 故上臂長必須大于下臂長即：BC>AB （4.2） 由（4.1）式和（4.2）式可以取上臂,下臂。 4.3 確定液壓缸鉸點(diǎn)的位置 EF是上臂液壓缸，HG是下臂液壓缸。 4.3.1 確定上臂液壓缸鉸點(diǎn)的位置 取, 則由三角關(guān)系可得: - - 4.3.2 確定下臂液壓缸鉸點(diǎn)的位置 取，， 由三角關(guān)系可得: - 4.4 上臂截面尺寸的確定 圖4.2 上下臂工作位置狀態(tài)三 粗估工作斗，質(zhì)量為100。 4.4.1 對(duì)上臂進(jìn)行受力分析 圖4.2所示是上臂工作到水平位置時(shí)，此時(shí)的上臂受力最大。 圖4.3 上臂剪力圖與彎矩圖 有三角關(guān)系可得：- - - ， 對(duì)B點(diǎn)取矩： （4.3） 由公式（4.3）可得： 4.4.2 計(jì)算上臂截面尺寸 梁的截面高度計(jì)算有兩種方法： 按結(jié)構(gòu)質(zhì)量最小時(shí)，得 （4.4） 式中：為梁的最大彎矩； 為梁板的厚高比。 按強(qiáng)度條件得 （4.5） 式中：為抗彎截面系數(shù)； 為梁的厚度。 本設(shè)計(jì)中采用的是公式（4.5）。 最大彎矩 上臂所需的抗彎截面系數(shù) 圖4.4 上臂的截面圖 按強(qiáng)度條件：（上下臂厚度都為t） （4.6） 因此把計(jì)算所得的截面系數(shù)和代入上式（4.6）得: 可得上臂高 （4.7） 由公式（4.7）得： 型鋼的抗彎截面系數(shù)- （4.8） 把代入公式（4.8）得：- 可得上臂梁的寬度： 4.4.3 對(duì)上臂進(jìn)行強(qiáng)度校核 上臂梁的尺寸確定后應(yīng)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度、局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性效核,不滿足時(shí)應(yīng)進(jìn)行修改。 上臂梁BE段正應(yīng)力 （4.9） 梁的截面積 （4.10） 由公式（4.9）得 由公式（4.9）得上臂梁的最大正應(yīng)力 滿足。 在截面BE上所受的切應(yīng)力 （4.11） 截面BE的最大靜矩 （4.12） 由公式（4.12）得： 計(jì)算Z軸慣性矩 （4.13） 由公式（4.13）得： 圖4.5 上臂的慣性矩圖 由公式（4.11）可得上臂梁的最大切應(yīng)力 滿足。 上臂梁的局部穩(wěn)定性校核強(qiáng)度最大，滿足。 上臂梁的整體穩(wěn)定性校核 4.5 下臂截面尺寸的確定 4.5.1 對(duì)下臂進(jìn)行受力分析 圖4.6所示是下臂工作到水平位置時(shí),此時(shí)下臂受力最大，由此來計(jì)算梁的受力情況。 圖4.6 上下臂工作位置狀態(tài)一 已知，，由三角關(guān)系得： - - ， 力矩 對(duì)A點(diǎn)取矩得: 圖4.7 上臂受力分析 如圖4.7所示，對(duì)B點(diǎn)取矩得： 力矩 圖4.8 下臂的剪力圖和彎矩圖 4.5.2 計(jì)算下臂的截面尺寸 最大彎矩 下臂所需的抗彎截面系數(shù) 圖4.9 下臂的截面圖 按強(qiáng)度條件：（上下臂厚度都為t） （4.14） 因此把計(jì)算所得的截面系數(shù)和代入公式（4.14）得： 可得下臂高 -2t （4.15） 型鋼的抗彎截面系數(shù)- （4.16） 把代入公式（4.16）得：- 可得下臂梁的寬度： 4.5.3 對(duì)下臂進(jìn)行強(qiáng)度校核 下臂梁的尺寸確定后應(yīng)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度、局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性效核,不滿足時(shí)應(yīng)進(jìn)行修改。 下臂梁正應(yīng)力 （4.17） 梁的截面積 由公式（4.17）得下臂梁的最大正應(yīng)力 滿足。 下臂截面上所受的切應(yīng)力 （4.18） 下臂截面的最大靜矩 （4.19） 由公式（4.19）得： 計(jì)算Z軸慣性矩 （4.20） 由公式（4.20）得： 圖4.10 下臂的慣性矩圖 由公式（4.18）可得下臂梁的最大切應(yīng)力 滿足。 下臂梁的局部穩(wěn)定性校核強(qiáng)度最大，滿足。 下臂梁的整體穩(wěn)定性校核 4.6 本章小結(jié) 本章講解了高空作業(yè)臂的設(shè)計(jì)，通過本章可以讓大家了解與掌握高空作業(yè)臂是如何進(jìn)行計(jì)算和校核的，本章中的計(jì)算在第5、6章中起著至關(guān)重要的作用，本章中的結(jié)果在以下幾章中可以直接引用。 第5章 高空作業(yè)車轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5.1 高空作業(yè)車轉(zhuǎn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 回轉(zhuǎn)平臺(tái)，俗稱為轉(zhuǎn)臺(tái)。常見的轉(zhuǎn)臺(tái)形式有:框架式、單板加肋式、單墻大箱式、箱形立板式和箱形積木式等。轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)為高空作業(yè)車組成的重要組成部分,屬于金屬結(jié)構(gòu)部分在設(shè)計(jì)的過程中要綜合考慮轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)大小、轉(zhuǎn)臺(tái)的選材、以及轉(zhuǎn)臺(tái)受到的力的大小。 回轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)主要有：底板、回轉(zhuǎn)支承、傳動(dòng)齒輪、以及轉(zhuǎn)臺(tái)組成。 1、底板 不論轉(zhuǎn)臺(tái)采用何種結(jié)構(gòu)，都必須具有很大的整體剛度，以保證它所承受的載荷能有效的傳遞，起重機(jī)可以平穩(wěn)地工作。而轉(zhuǎn)臺(tái)底板的平面剛度則對(duì)保證回轉(zhuǎn)支承的轉(zhuǎn)動(dòng)靈活及轉(zhuǎn)臺(tái)整體剛度起著至關(guān)重要的作用。 轉(zhuǎn)盤的大小通常根據(jù)設(shè)計(jì)者對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)的尺寸來確定，根據(jù)不同型號(hào)的作業(yè)小車所需要的不同結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)臺(tái)來設(shè)計(jì)底板的大小。 2、回轉(zhuǎn)支承 轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)支承屬于回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由回轉(zhuǎn)支承裝置和回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置兩部分組成。 回轉(zhuǎn)支承裝置簡稱回轉(zhuǎn)支承，主要分為柱式和轉(zhuǎn)盤式兩大類，根據(jù)不同的使用要求各種回轉(zhuǎn)支承的特點(diǎn)以及制造廠的加工條件等合理地選定?；剞D(zhuǎn)支承保證作業(yè)車回轉(zhuǎn)部分有確定的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并承受作業(yè)車回轉(zhuǎn)部分作用于它的垂直力、水平力和傾覆力矩。 （1）柱式回轉(zhuǎn)支承裝置 1）立柱式回轉(zhuǎn)支承裝置 立柱式回轉(zhuǎn)支承裝置結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，自重和驅(qū)動(dòng)功率較小，能使起重機(jī)的重心降低。 2）轉(zhuǎn)柱式回轉(zhuǎn)支承裝置 轉(zhuǎn)柱式回轉(zhuǎn)支承裝置結(jié)構(gòu)簡單，制遣方便。適用于起升高度和工作幅度較大而起重機(jī)的高度尺寸沒有嚴(yán)格限制的起重機(jī)。 （2）轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)支承裝置 現(xiàn)代轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)支承裝置主要有支撐滾輪式和滾動(dòng)軸承式(過去中小噸位起重機(jī)上使用的滾輪式回轉(zhuǎn)支承已由滾動(dòng)軸承式取代)。 1）支撐滾輪式回轉(zhuǎn)支承裝置 圖5.1 支撐滾輪式回轉(zhuǎn)支承裝置 1—轉(zhuǎn)盤 2—轉(zhuǎn)動(dòng)軌道 3一中心軸樞 4一固定軌道 5一拉桿 6—滾子 7一反抓滾子 它由許多圓錐或圓柱形滾子裝在上下兩個(gè)環(huán)形軌道之間.固結(jié)在轉(zhuǎn)臺(tái)底面的軌道通常在受力大的前后方制成兩段圓弧形。 圓錐滾子用于軌道直徑較小的情況，可以避免附加的摩擦阻力與磨損。由于圓錐形滾子產(chǎn)生軸向力，因此滾子裝在由許多拉桿構(gòu)成的保持架上。 在軌道直徑較大的情況下，可以采用圓柱形滾子。圓柱形滾子可制成單輪緣或雙輪緣裝在由槽鋼制成的保持架上。這種保持架應(yīng)該有足夠的強(qiáng)度和剛度。滾子夾套式回轉(zhuǎn)支承裝置已逐漸被滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置所取代。 2）滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置 圖5.2 單排四點(diǎn)接觸球式回轉(zhuǎn)支承 圖5.3 雙排式回轉(zhuǎn)球軸承 圖5.4 單排交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承 圖5.5 三排滾柱式回轉(zhuǎn)支承 圖5.2它由兩個(gè)座圈組成，結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、高度尺寸小。內(nèi)外座圈上的滾道是兩個(gè)對(duì)稱的圓弧面，鋼球與圓弧面滾道四點(diǎn)接觸，能同時(shí)承受軸向、徑向力和覆復(fù)力矩。適用子中小型起重機(jī)。 圖5.3它有二個(gè)座圈，采用開式裝配，鋼球和隔離塊可直接排入上下滾道，上下兩排鋼球采用不同直徑以適應(yīng)受力狀況的差異。滾道接觸壓力角較大(60度—90度)，因此能承受很大的軸向載荷和傾覆力矩。適用于中型塔式起重機(jī).汽車起重機(jī)。 圖5.4它由兩個(gè)座圈組成，滾柱軸線1：1交叉排列，接觸壓力角為45度,由于滾柱與滾道間是線接觸，所以承載能力高于單排鋼球式。這種回轉(zhuǎn)支承制造精度高。裝配間隙小，安裝精度要求較高，適用于中小型起重機(jī)。 圖5.5它由三個(gè)座圈組成，上下及徑向滾道各自分開。上下兩排滾柱水平平行排列，承受軸向載荷和傾覆力矩，徑向滾道垂直排列的滾珠承受徑向載荷，是常用四種形式的回轉(zhuǎn)支承中承載能力最大的一種，適用于回轉(zhuǎn)支承直徑較大的大噸位起重機(jī)。 在本設(shè)計(jì)中采用的轉(zhuǎn)臺(tái)輔助支承是單排交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承，其與上部轉(zhuǎn)臺(tái)的底板的連接方式如下圖5.6所示： 圖5.6 轉(zhuǎn)臺(tái)底板與轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)裝置的連接 采用此種支承的主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、高度尺寸小且能同時(shí)承受軸向、徑向力和復(fù)合力矩適用于中小型起重機(jī)。 由上圖可以看出轉(zhuǎn)臺(tái)的 底板與下部的回轉(zhuǎn)支承之間采用的是螺栓連接。當(dāng)液壓馬達(dá)輸出的轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)傳動(dòng)軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，這時(shí)傳動(dòng)齒輪與傳動(dòng)軸之間也用了花鍵連接，將動(dòng)力傳給了傳動(dòng)齒輪，傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支承上的齒圈，支承上的齒圈的外圈與上部轉(zhuǎn)臺(tái)底板用了6個(gè)螺栓聯(lián)結(jié)將動(dòng)力傳給了轉(zhuǎn)臺(tái)，而齒圈內(nèi)部與上下座圈之間有圓柱滾子滾動(dòng)。 3、傳動(dòng)齒輪 在起重機(jī)機(jī)構(gòu)中應(yīng)用最多的是齒輪傳動(dòng)，蝸桿傳動(dòng)使用較少，鏈傳動(dòng)只在個(gè)別情況下使用。 齒輪傳動(dòng)還有定軸傳動(dòng)(或普通齒輪傳動(dòng)，齒輪的幾何軸線固定不動(dòng))和行星傳動(dòng)〔齒輪的幾何軸線可動(dòng)〕之分。 鏈條傳動(dòng)只用子傳動(dòng)距離較大、不便于采用齒輪傳動(dòng)的場(chǎng)合(如某些門式起重機(jī)的大車運(yùn)行機(jī)構(gòu))。 在本次設(shè)計(jì)的過程中傳動(dòng)齒輪與固節(jié)在轉(zhuǎn)臺(tái)支承的齒輪是開式傳動(dòng)，采用的是外嚙合由小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)來帶動(dòng)外嚙合齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)，由于外嚙合齒圈和轉(zhuǎn)臺(tái)之間是用螺栓連接從而來帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)，最后帶動(dòng)桿臂工作。所以這里的傳動(dòng)齒輪起著重要的作用，通過傳動(dòng)齒輪才能把動(dòng)力傳給轉(zhuǎn)臺(tái)，來控制臂工作的時(shí)候所需要的條件。 4、轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu) （1）方案一： 轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的主要作用是連接下部傳動(dòng)齒輪與桿件，也是此次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)采用前后兩個(gè)高強(qiáng)板，在前后高強(qiáng)板上再加上加強(qiáng)筋形成兩個(gè)倒π型結(jié)構(gòu)，底部采用圓盤形結(jié)構(gòu)。如下圖5.7所示： 圖5.7 轉(zhuǎn)臺(tái)的外部結(jié)構(gòu)圖1 由圖可以看出轉(zhuǎn)臺(tái)上圓孔主要用于裝下臂的銷軸，下圓孔用來裝升縮缸的銷軸。上下蓋板及兩側(cè)與高強(qiáng)板構(gòu)成了箱形結(jié)構(gòu)，在內(nèi)側(cè)加了四個(gè)加強(qiáng)肋以提高強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。在本圖中沒有涉及到底板與回轉(zhuǎn)支承的連接。四個(gè)加強(qiáng)筋均采用的是三棱形，又省材，體積和重量均比較小。 （2）方案二： 轉(zhuǎn)臺(tái)同樣采用前后兩個(gè)高強(qiáng)板，在前后高強(qiáng)板之間采用再加上加強(qiáng)筋形成兩個(gè)倒π型結(jié)構(gòu)，底部采用方板形結(jié)構(gòu)。如下圖5.8所示： 圖5.8 轉(zhuǎn)臺(tái)的外部結(jié)構(gòu)2 根據(jù)整車的布置結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)中采用方案二。 5.2 轉(zhuǎn)臺(tái)的受力分析 轉(zhuǎn)臺(tái)受到的力是我次此設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)部分，高空作業(yè)小車轉(zhuǎn)臺(tái)作為一個(gè)復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)體系受到的力包括拉力、壓力及扭矩的組合作用。 圖5.9 轉(zhuǎn)臺(tái)的受力圖 在轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)上受到裝下臂銷孔的的鉸支座的正交力和,下臂液壓缸給轉(zhuǎn)臺(tái)的力以及轉(zhuǎn)臺(tái)的自重G。由于自重G可以通過計(jì)算材料能夠得到，而其他的力均是未知，必須通過上下臂的受力來進(jìn)行計(jì)算。 5.2.1 轉(zhuǎn)臺(tái)的自重 1、前后板的自重計(jì)算 參考同類車型，選擇材料為Q345鋼，密度/。 前后板的長為706.5，高為830，厚為20 總體積 截去右邊的空缺部分的體積 連接下臂的孔的體積 連接下臂液壓缸的孔的體積 前面板的體積 再根據(jù)密度求出質(zhì)量 可得前面板的重力 （注:/） 所以前后兩塊的重量為1292。 2、前后加強(qiáng)肋的自重的計(jì)算 采用的為三角形的肋板則可以算出三棱形的體積，從而來近一步計(jì)算出加強(qiáng)肋的自重。一個(gè)肋板的寬為140，高630，厚150；另一個(gè)為140，150，150。 一個(gè)三棱柱的體積 另一個(gè)三棱柱體積 一個(gè)三棱柱的重力 另一個(gè)三棱柱重力 可得四塊肋板的重力為1276 3、左側(cè)板的自重 左側(cè)板的高為630，寬380，厚20 左側(cè)板的總體積 挖去的小圓柱體的體積 左側(cè)板的最后的體積 左側(cè)板的自重 4、右側(cè)板材的自重 右側(cè)板的高為150，寬380，厚20 右側(cè)板不去除材料，可得右側(cè)板的自重 5、底板的自重 底板的長為706.5，寬420，厚20 底板的體積 底板的自重 未算部分的自重估算為。 綜合上述計(jì)算可得整個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)部分的自重: 5.2.2 轉(zhuǎn)臺(tái)受到的其余的力 由第四章中圖4.2可以求出此狀態(tài)下轉(zhuǎn)臺(tái)受到的外力的，如下圖5.10所示： 圖5.10 下臂受力分析 單獨(dú)分析下臂時(shí)對(duì)A點(diǎn)取矩得: （5.1） 由公式（5.1）得：， ， ，， 另一狀態(tài)的力在的第四章下臂的設(shè)計(jì)可以得到，這里不再重復(fù)，具體請(qǐng)看第四章。 5.3 回轉(zhuǎn)支承裝置的計(jì)算 在本章的第一節(jié)中講到轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)時(shí)候提到過回轉(zhuǎn)支撐的概念以及相應(yīng)的類型在本章節(jié)中將會(huì)著重介紹回轉(zhuǎn)支承的的選用以及相應(yīng)的計(jì)算。 5.3.1 回轉(zhuǎn)支承的計(jì)算載荷 在高空作業(yè)小車中轉(zhuǎn)臺(tái)的工作情況一般可餓分為一下兩種分別是： 載荷工況A為第四章中的狀態(tài)三。 載荷工況B為第四章中的狀態(tài)一。 表5.1 回轉(zhuǎn)支承載荷工況 載荷工況 載荷名稱 A B 轉(zhuǎn)臺(tái)自重 3.481KN 3.481KN 下臂對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的力和下臂液壓缸對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的力 67.3KN和43.6KN 71.1KN和80.7KN 鋼絲繩對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)產(chǎn)生的力 __ __ 1、總徑向力最大化 工況A: 工況B: 2、總力矩 工況A: 工況B: 5.3.2 轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)支承裝置的計(jì)算 1、作用在回轉(zhuǎn)支承上的載荷最大化： 。 2、確定回轉(zhuǎn)支承的結(jié)構(gòu)形式：采用單排交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承。 3、計(jì)算回轉(zhuǎn)支承當(dāng)量載荷。 5.3.3 按承載能力確定圓柱滾子數(shù)目 45鋼的，對(duì)于塑性材料可取，可取安全系數(shù)； 滾柱的許用切應(yīng)力 滾柱水平方向的最大截面積 根據(jù)切應(yīng)力 （5.2） 由公式（5.2）可得到滾柱的數(shù)目，取 工況參數(shù)當(dāng)量載荷換算系數(shù)如下： 螺栓計(jì)算載荷： 5.4 傳動(dòng)齒輪的計(jì)算 齒輪傳動(dòng)是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣的一種傳動(dòng)形式。其主要的優(yōu)點(diǎn)是：傳動(dòng)準(zhǔn)確可靠，可傳遞空間兩軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力；適用的功率和速度范圍廣；傳動(dòng)效率高；工作可靠壽命長；外廓尺寸小結(jié)構(gòu)緊湊。齒輪傳動(dòng)的主要形式有外嚙合和內(nèi)嚙合傳動(dòng)。 在高空作業(yè)小車轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)臺(tái)若想能進(jìn)行工作，必須要通過傳動(dòng)齒輪將下部連接的液壓馬達(dá)的輸出功率傳給轉(zhuǎn)臺(tái)。轉(zhuǎn)臺(tái)才可以帶動(dòng)作業(yè)臂正常起升及轉(zhuǎn)向。 故齒輪的計(jì)算是轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)中的重要部分不可缺少，在此設(shè)計(jì)者將對(duì)下部傳動(dòng)齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)所采用的傳動(dòng)形式為外嚙合傳動(dòng)。 根據(jù)液壓馬達(dá)的輸出（第六章）可知：馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩T=101;馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速；經(jīng)過減速器輸出的轉(zhuǎn)速為10，參考同類車型可知轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速為2，故將齒數(shù)比選擇為u=5。 5.4.1 選擇齒輪材料 因載荷平穩(wěn)，傳遞的轉(zhuǎn)矩較小，小齒輪選40MnB鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為，大齒輪采用ZG35SiMn鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為250HBS。 表5.2 常用的此輪材料及力學(xué)性能 材料牌號(hào) 熱處理方式 硬度 接觸疲勞強(qiáng)度 彎曲疲勞強(qiáng)度 40Cr 調(diào)質(zhì) 表面淬火 40MnB 調(diào)質(zhì) 表面淬火 20CrMnTi 滲碳 1000 715 滲碳淬火回火 1500 850 ZG35SiMn 調(diào)質(zhì) 表面淬火 5.4.2 選擇齒輪齒數(shù)和齒寬系數(shù) 初定齒數(shù)為：齒寬系數(shù)。 5.4.3 確定輪齒的許用應(yīng)力 ?。? 5.4.4 齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 小齒輪所傳遞的轉(zhuǎn)矩為減速器的輸出轉(zhuǎn)矩：； 根據(jù)