高空作業(yè)車的機構(gòu)設(shè)計,高空作業(yè),機構(gòu),設(shè)計 高空作業(yè)車結(jié)構(gòu)設(shè)計 摘 要 近些年以來，中國經(jīng)濟快速發(fā)展，城市發(fā)展建設(shè)需要，在各個領(lǐng)域都需要高空作業(yè)車，而且有一些型號出現(xiàn)了供不應(yīng)求，生產(chǎn)不足的現(xiàn)象。因此我想設(shè)計高空作業(yè)車應(yīng)盡量采用輕型環(huán)保結(jié)構(gòu)，降低整車裝備質(zhì)量，更加合理的去設(shè)計工作臂的結(jié)構(gòu)，從而去滿足城市建設(shè)的需求。 近幾年以來，中國的高空作業(yè)車研究能力顯著提高，首先高度上取得了突破，同時，研究高空作業(yè)車的改裝不僅僅可以促進(jìn)這個行業(yè)的發(fā)展，還能對特種車輛的研發(fā)及機構(gòu)和液壓的設(shè)計積累一定的經(jīng)驗。這次的畢業(yè)課題設(shè)計設(shè)計的是一款折疊臂式10m 高空作業(yè)車，主要對作業(yè)車的舉升機構(gòu)以及液壓系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計。舉升機構(gòu)主要就是上下臂的長度，截面尺寸的設(shè)計，同時對設(shè)計結(jié)果進(jìn)行了校核。液壓系統(tǒng)主要就是上下臂及支腿液壓缸的設(shè)計，液壓馬達(dá)和液壓泵的選擇以及其他部分的設(shè)計。 10m 高的高空作業(yè)車能夠應(yīng)用的場合很多，在工程建設(shè)，電力搶修，設(shè)備維護上能夠發(fā)揮出它的能力。這樣的高空作業(yè)車小巧，對于環(huán)境的變化比較能適應(yīng)。 關(guān)鍵詞：高空作業(yè)車；高空作業(yè)臂；液壓系統(tǒng)；改裝設(shè)計 I ABSTRACT In recent years, China's rapid economic development, urban development and construction needs and the needs of high-altitude vehicles in various fields, and there have been some models in short supply and insufficient production. Therefore, I hope to design the lightweight environmental protection structure for aerial working vehicles as much as possible, reduce the quality of vehicle equipment, and design the structure of the working arm more reasonably to meet the needs of urban construction. 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. In recent years, China’s research capacity for aerial work vehicles has been significantly improved, and breakthroughs have been made at the highest altitudes. At the same time, research on the conversion of aerial vehicles has not only promoted the development of this industry, but also enabled the development and organization of special vehicles and hydraulics. The design has accumulated some experience. This graduation project designed and designed a folding arm type 10m aerial work vehicle and designed the lifting mechanism and hydraulic system of the work vehicle. The lifting mechanism is mainly the length of the upper and lower arms, the design of the section size, and the check of the design results. The hydraulic system is mainly the design of the upper and lower arm and leg hydraulic cylinders, the selection of hydraulic motors and hydraulic pumps, and the design of other parts. The 10m high aerial vehicles can be used in many places, and can exert its capabilities in the construction of projects, repair of power, and maintenance of equipment. Such aerial vehicles are small and adaptable to changes in the environment. Key words: aerial working vehicle; aerial working arm; hydraulic system; retrofit design III 目 錄 摘 要 II Abstract III 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 動力傳動裝置 5 1.4 本課題所研究的任務(wù) 5 1.5 本課題研究的意義 6 第 2 章 確定設(shè)計方案 7 2.1 總體設(shè)計要求 7 2.2 動作要求 7 2.3 技術(shù)性能要求 7 2.4 總體設(shè)計方案 錯誤！未定義書簽。 2.5 確定執(zhí)行元件的形式 7 2.6 整體設(shè)計結(jié)構(gòu)圖 錯誤！未定義書簽。 2.7 本章小結(jié) 8 第 3 章 底盤的選擇 9 3.1 高空作業(yè)車底盤的類型 9 3.2 底盤的選擇 9 3.3 本章小結(jié) 10 第 4 章 高空作業(yè)車臂的設(shè)計 11 4.1 材料的選擇 11 4.2 計算上、下臂的長度 11 4.3 確定液壓缸鉸點的位置 12 4.3.1 確定上臂液壓缸鉸點的位置 錯誤！未定義書簽。 4.3.2 確定下臂液壓缸鉸點的位置 錯誤！未定義書簽。 4.4 上臂截面尺寸的確定 12 4.4.1 對上臂進(jìn)行受力分析 12 4.4.2 計算上臂截面尺寸 14 4.4.3 對上臂進(jìn)行強度校核 15 4.5 下臂截面尺寸的確定 16 4.5.1 對下臂進(jìn)行受力分析 16 4.5.2 計算下臂的截面尺寸 18 4.5.3 對下臂進(jìn)行強度校核 19 4.6 本章小結(jié) 20 第 5 章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 22 5.1 液壓缸的設(shè)計計算 22 5.1.1 液壓缸的最大載荷 22 5.1.2 確定系統(tǒng)工作壓力 25 5.1.3 液壓缸內(nèi)徑計算 25 5.1.4 液壓缸缸筒壁厚和外徑計算 25 5.1.5 液壓缸最大密封壓強得計算和壁厚的校核 26 5.1.6 液壓缸活塞桿直徑 28 5.1.7 液壓缸活塞缸強度校核 28 5.1.8 液壓缸活塞桿穩(wěn)定性校核 29 5.1.9 液壓缸的選擇 30 5.2 液壓馬達(dá)的選取 30 5.3 液壓泵的選擇 30 5.4 其他輔助元件的選擇 31 5.4.1 油箱 31 5.4.2 聯(lián)軸器 31 5.4.3 各種液壓閥 31 5.5 本章小結(jié) 32 結(jié) 論 33 參考文獻(xiàn) 34 致 謝 35 附 錄 35 第 1 章 緒 論 1.1 概述 高空作業(yè)車是一種特殊類型的車輛，用于將工作人員和工作設(shè)備運送到指定的高度進(jìn)行操作。它是在汽車底盤上安裝高空作業(yè)設(shè)備的重要工程機械。近年來，工程機械發(fā)展迅速。主要原因如下：一是在改革開放政策的指導(dǎo)下，中國經(jīng)濟發(fā)展迅速，對建筑機械的需求不斷增加。其次，增加了從中央政府到地方政府的優(yōu)惠發(fā)展政策。增加注資以支持他們;先進(jìn)的技術(shù)消化吸收后，提高了產(chǎn)品技術(shù)水平;四是企業(yè)通過組織結(jié)構(gòu)調(diào)整，相互配合，促進(jìn)相互促進(jìn)的競爭。高空作業(yè)裝置包括工作臂，回轉(zhuǎn)平臺， 副車架，工作鏟斗，液壓系統(tǒng)和控制裝置。目前的高空作業(yè)裝置運行平穩(wěn)，運行平穩(wěn)， 速度自動調(diào)節(jié)，安全可靠，大大提高了空中作業(yè)的工作效率。該高空作業(yè)平臺利用汽車底盤作為行走機構(gòu)，具有汽車的行駛性能，靈活性強，行駛速度快，能夠快速傳遞， 并能在工作現(xiàn)場快速投入工作后，因此越來越多地用于工程建設(shè)。 ，工業(yè)安裝，設(shè)備維護，物業(yè)管理，航空，造船，石化，電力，影視，市政，園林等諸多行業(yè)，是近年來增長最快的專用汽車產(chǎn)品之一。但國產(chǎn)高空作業(yè)機械與國外同類型高空作業(yè)機械產(chǎn)品仍存在一定差距。主要問題是技術(shù)含量低，施工規(guī)模大，結(jié)構(gòu)笨重，運行中性能不夠穩(wěn)定。 圖1.1 高空作業(yè)車 根據(jù)工作臂的類型，有四種基本類型的高空作業(yè)車：垂直起升式，折疊臂式，伸縮式和混合臂式。垂直升降車的升降機構(gòu)只能在垂直方向上移動。其主要特點是結(jié)構(gòu) 9 簡單，承載能力強，但其工作范圍小，工作高度低。這種結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍較少。折疊臂式高空作業(yè)平臺臂與臂之間的連接是鉸接式的，因此也被稱為國外鉸接式高空作業(yè)平臺。折臂式高空作業(yè)車的結(jié)構(gòu)適合于操作較低高度的車輛。如果你想增加工作高度， 你必須增加手臂長度或工作手臂的數(shù)量。增加臂長會使操作車輛笨重并降低靈活性; 增加工作臂的數(shù)量可能導(dǎo)致繁瑣的操作并降低安全性。當(dāng)伸縮臂式工作車處于行走狀態(tài)時，工作臂收縮，工作臂伸出，可有效提高工作高度。同時具有工作效率高，操作簡單，運行穩(wěn)定的優(yōu)點?；旌媳圩鳂I(yè)車工作臂之間有鉸鏈和伸縮接頭。它是折疊臂和伸縮臂的組合。它結(jié)合了兩種結(jié)構(gòu)類型的優(yōu)點并具有最佳性能，但同時結(jié)構(gòu)也是最復(fù)雜的。 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 據(jù)有關(guān)資料顯示，目前我國專用汽車行業(yè)企業(yè)中約有60％建立了完整的產(chǎn)品研發(fā)體系，具有獨立的系列產(chǎn)品開發(fā)能力。 大多數(shù)專業(yè)汽車公司都采用開發(fā)軟件進(jìn)行模塊化仿真設(shè)計，如AutoCAD，Pro / E和CATIA，大大提高了研發(fā)質(zhì)量，縮短了開發(fā)周期。但是，我們也應(yīng)該清醒地認(rèn)識到，目前我國專用汽車產(chǎn)品的研發(fā)水平還處于較低水平， 仿制設(shè)計的痕跡明顯，技術(shù)相似性突出，且沒有定性更改。 中國的特種車在產(chǎn)量方面具有相當(dāng)規(guī)模，但其中大多數(shù)是勞動密集型和中低技術(shù)產(chǎn)品，如半掛車，自卸卡車，隔熱車輛和集裝箱運輸車。 一些高科技車輛，尤其是關(guān)鍵部件仍然需要進(jìn)口。 例如，近百米的一些上升式消防車的頂部，混凝土泵車的關(guān)鍵部件和混凝土攪拌機的頂部，以及C級防彈裝甲車（我國的產(chǎn)品主要是 等級A和B，防彈等級低于國外同類產(chǎn)品）等等。 國外特種車輛的動力，耐用性和駕駛室舒適性普遍優(yōu)于國產(chǎn)車。 1.2.2 我國高空作業(yè)車的現(xiàn)狀和發(fā)展 使用高空作業(yè)車進(jìn)行高空作業(yè)是一種先進(jìn)的作業(yè)方式。 其發(fā)展與國民經(jīng)濟發(fā)展水平密切相關(guān)。 經(jīng)濟越發(fā)達(dá)，需求越大，對單位GDP的需求也越大。 與發(fā)達(dá)國家相比， 中國不僅單位國內(nèi)生產(chǎn)總值需求小，而且單位國內(nèi)生產(chǎn)總值需求占GDP的比例也較低。這表明，高空作業(yè)車的市場需求與經(jīng)濟規(guī)模和經(jīng)濟發(fā)展程度有關(guān)。 這也正說明高空作業(yè)車在中國有非常廣闊的發(fā)展前景。 （1） 概況 中國高空作業(yè)車行業(yè)起步較晚。 它自20世紀(jì)60年代開始發(fā)展，商業(yè)原型在20世紀(jì)70年代引入。 目前，中國高空作業(yè)平臺的銷售，使用和保留市場是折疊臂。 其他類 型，如伸縮臂和混合臂，只占很小的比例。 最大作業(yè)高度只有幾十米。 家用高空作業(yè)的安全規(guī)定還有待改進(jìn)。 高原作業(yè)有各種原始方法，應(yīng)用和使用范圍與國外之間仍有很大差距。 限制這個行業(yè)發(fā)展的主要因素是大高度和復(fù)雜的橫截面混合動臂技術(shù)， 安全技術(shù)，智能高效控制技術(shù)和可靠性以及缺乏前瞻性研究，同時也缺乏更高的技術(shù)支持。 （2） 應(yīng)用情況 中國的高空作業(yè)車應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，目前還處于起步階段。 目前只有電力，城市管理等少數(shù)幾個行業(yè)的使用已經(jīng)普及，過去五年才進(jìn)入快速發(fā)展階段， 進(jìn)一步的發(fā)展將取決于以下主要方面： l 更加重視文明安全建設(shè)。 l 加速高空作業(yè)車的機械化。 l 目前，高度在35米以上的高空作業(yè)車基本上依賴進(jìn)口。 這將為高空國產(chǎn)高空作業(yè)車的發(fā)展提供機遇，也將為高空作業(yè)車的發(fā)展帶來極其廣闊的發(fā)展前景。 （3） 產(chǎn)品和技術(shù) 目前，中國飛行器的年銷量很低，與國外相比，產(chǎn)品技術(shù)差距較大，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一，制造工藝落后，產(chǎn)品可靠性差。 未來中國城鎮(zhèn)化進(jìn)程將進(jìn)一步加快，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)一步加強，市政工程安裝和運行維護需要增加大量高空作業(yè)車輛，電力系統(tǒng)也將加速。目前，國家電網(wǎng)正投入巨資興建750千伏以上的電網(wǎng)。超高壓輸電電網(wǎng)需要大量的作業(yè)車來建設(shè)和運行電網(wǎng)。隨著我國工程設(shè)備租賃行業(yè)的發(fā)展，可節(jié)省大量設(shè)備購置資金的租賃方式將進(jìn)一步推動高空作業(yè)車市場的發(fā)展。該行業(yè)將成為高空作業(yè)車市場增長潛力最大的行業(yè)。如何適應(yīng)市場需求和引導(dǎo)市場需求，高空車輛技術(shù)的發(fā)展將如何？所有這些對高空作業(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)車依舊是市場上的主流產(chǎn)品，但其市場份額將逐漸下降。 伸縮臂和混合臂式高空作業(yè)車將占據(jù)市場的一半份額。 1） 由于折疊臂式高空作業(yè)平臺市場占有率高，用戶熟悉，價格低廉，維護簡單等特點，將繼續(xù)成為市場上的主流產(chǎn)品，但在安全性和人性化方面還有待提高。 2） 伸縮臂式高空作業(yè)平臺將迅速發(fā)展，具有運行效率高，操作簡單，安全性好等優(yōu)點， 18至28米的作業(yè)高度將成為主要產(chǎn)品。 3） 混合臂式高空作業(yè)車具有折臂式跨越障礙物的優(yōu)點，具有伸縮臂式操作簡單，效率高的優(yōu)點。 它在特殊領(lǐng)域和高度上具有無與倫比的優(yōu)勢，但由于這種類型車輛的技術(shù) 和制造工藝復(fù)雜。 4） 越野底盤的使用也將成為新的產(chǎn)品方向。 （2） 產(chǎn)品技術(shù) 采用大量新技術(shù)和新結(jié)構(gòu)，逐步實施國際標(biāo)準(zhǔn)，降低車輛重量和車輛高度，增加工作斗的作業(yè)范圍和承載能力。 1）臂體的橫截面從矩形改為六邊形或多邊形，即使具有U形橫截面。 這些通常用于汽車起重機。 隨著制造工藝的改進(jìn)和加工成本的降低，它將被推廣用于作業(yè)車上。2）高強度，低重量，高耐腐蝕的鋁合金工作桶將成為主流配置，工作桶的額定負(fù)荷也將超過200公斤，這是目前常見的，以滿足不同的要求行業(yè)。 3） 降低車輛高度和前軸載荷，提高車輛的通過性能和行駛性能，方便工作斗前后轉(zhuǎn)臺，后斗布置結(jié)構(gòu)將成為伸縮臂式空中作業(yè)的主流結(jié)構(gòu)。 4） 安全控制要與國際先進(jìn)水平相媲美，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總線的智能控制系統(tǒng)將成為主流，并將基于GPRS的遠(yuǎn)程監(jiān)控維護技術(shù)投入使用，有效實時監(jiān)控設(shè)備使用情況和故障情況，將大大提高產(chǎn)品的安全性，增加產(chǎn)品的可靠性。 5） 提高產(chǎn)品的人性化設(shè)計，操作，使用和維護的便捷性，設(shè)計和配置一些便于高空作業(yè)的功能和設(shè)備，如風(fēng)，水，液壓和電氣接口等工作桶 先進(jìn)的多功能工作臺，焊接機， 切割機等設(shè)備拓展高空作業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，提高高空作業(yè)車的利用率。 6） 隨著新能源汽車技術(shù)的成熟，節(jié)能環(huán)保技術(shù)將更加得到應(yīng)用，全電動底盤高空作業(yè)車將在城市市區(qū)快速發(fā)展。 （3） 產(chǎn)品制造工藝 標(biāo)準(zhǔn)化制造和組件化噴漆組裝將成為所有制造商的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)模式。提高產(chǎn)品裝配水平和表面處理質(zhì)量可以有效提高產(chǎn)品的可靠性; 電氣系統(tǒng)采用汽車或移動設(shè)備的產(chǎn)品配置和接線方式，提高了電氣系統(tǒng)的可靠性。 （4） 產(chǎn)品方向 重點發(fā)展35m以下的作業(yè)高度機型，以輕量化和小型化為主要發(fā)展方向，提高產(chǎn)品的安全性，可靠性和人性化，適應(yīng)中國城市空間和場地狹窄，道路，地面承載能力差異等特點。 我國經(jīng)濟發(fā)展的程度決定了民用高空作業(yè)超過50米以上的作業(yè)要求很少， 我們不應(yīng)急于開發(fā)作業(yè)高度超過50米的產(chǎn)品。 1.3 高空作業(yè)車的組成 除了底盤部分之外，高空作業(yè)車還包括工作裝置，金屬機構(gòu)，控制系統(tǒng)和動力傳輸裝置，以實現(xiàn)高空作業(yè)。 1.3.1 工作裝置 高空作業(yè)車的工作裝置包括行走機構(gòu)、支腿機構(gòu)、舉升機構(gòu)、會裝機構(gòu)、工作平臺及其調(diào)平機構(gòu)。 高空作業(yè)車的行走機構(gòu)就是通用或者專用汽車底盤。 1.3.2 金屬結(jié)構(gòu) 工作臂，回轉(zhuǎn)平臺，副架（機架梁，門架，支腿等）的金屬結(jié)構(gòu)是高空作業(yè)車輛的重要組成部分。高空作業(yè)車的部分工作機構(gòu)安裝或支撐在這些金屬結(jié)構(gòu)上。金屬結(jié)構(gòu)是作業(yè)車的骨干。它可以承受高空作業(yè)車在運行過程中的重量和各種外部負(fù)載。 組成高空作業(yè)車金屬結(jié)構(gòu)的部件很多，其重量通常占整機重量的一半以上，鋼材消耗量大。 因此，高空作業(yè)車金屬結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計，對于降低高空作業(yè)車的重量，提高作業(yè)性能，節(jié)約鋼材，提高高空作業(yè)車的可靠性具有重要意義。 1.3.3 控制系統(tǒng) 高空作業(yè)車控制系統(tǒng)是各種組織如何移動的解決方案。 例如，動力傳輸?shù)姆较颍?每個機構(gòu)的速度以及機構(gòu)的啟動和停止。 控制系統(tǒng)包括操縱器，執(zhí)行器和安全裝置。今天的高空卡車都是電動和液壓操作的。 因此，控制裝置包括各種液壓操作閥和電控裝置以實現(xiàn)機構(gòu)的啟動，速度，換向，制動和停止。 執(zhí)行器包括液壓缸，回轉(zhuǎn)馬達(dá)， 油泵等，用于推動結(jié)構(gòu)部件執(zhí)行動作。 安全裝置包括各種傳感器，行程開關(guān)，警報器和液壓鎖定閥，以檢測危險狀況并確保安全。 1.3.4 動力傳動裝置 動力傳輸是高空作業(yè)車的動力源。由于高空作業(yè)車采用車輛底盤作為行駛機構(gòu)， 通常不設(shè)置附加動力源，而直接將車輛底盤引擎作為整車的動力源。高空作業(yè)裝置所需動力一般在 10?20kw 左右，卡車底盤發(fā)動機的動力根據(jù)負(fù)荷從 50kw 變到 150kw 以上，高空作業(yè)裝置工作時不允許底盤操作，所以底盤發(fā)動機的功率就足夠了。確保高空作業(yè)設(shè)備的工作。由于高空作業(yè)裝置需要的功率較小，通常大功率作業(yè)車采用變速箱側(cè)蓋的取力模式，通過安裝在側(cè)面的取力器去除發(fā)動機的動力底盤傳動，并驅(qū)動液壓油泵向高空作業(yè)裝置供油。取力器系統(tǒng)還配有控制裝置。當(dāng)?shù)妆P運轉(zhuǎn)時，取力器不輸出，液壓油泵不工作。當(dāng)需要高空作業(yè)時，取力器輸出和油泵工作。 1.4 本課題所研究的任務(wù) 改裝設(shè)計一種高空作業(yè)車。滿足專用汽車相關(guān)設(shè)計要求。 1、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（盡量避免變動汽車底盤各總成的位置、總成部件位置的變動；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和重要工作裝置的布置。 3、要求進(jìn)行舉升機構(gòu)、支腿機構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計，在正確計算的基礎(chǔ)上，完成部部件設(shè)計選型，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）設(shè)計計算選型。 5、完成總裝配圖，清楚表達(dá)設(shè)計。 6、要求完成整車性能分析計算，以評價和分析整車設(shè)計情況。針對性能分析結(jié)構(gòu)如有必要進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)。 本課題的主要設(shè)計參數(shù)如圖表 1.1 所示： 表1.1 已知技術(shù)參數(shù) 技術(shù)參數(shù) 數(shù)值 外形尺寸 6750 1950 2990(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，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，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)，不僅可以推動高空作業(yè)車行業(yè)的發(fā)展，而且對于推動專用汽車行業(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 總體方案設(shè)計 2.1 總體設(shè)計要求 這次課題為設(shè)計一輛10米高的高空作業(yè)車。有如下幾點要求： （1） 設(shè)計任務(wù)：改裝設(shè)計一輛10米高的高空作業(yè)車。 （2） 作業(yè)車作業(yè)用途：工程建設(shè)、工業(yè)安裝、設(shè)備檢修。 （3） 作業(yè)環(huán)境：經(jīng)常被用于搶修作業(yè)，而且大多數(shù)都是在作業(yè)環(huán)境比較差的室外或者是野外進(jìn)行作業(yè)，具有高適應(yīng)性且還應(yīng)具有高效率。 設(shè)計參數(shù)如表2-1所示。 表2.1 作業(yè)車部分主要技術(shù)參數(shù) 最大作業(yè)幅度 2.2-2.8m 最大作業(yè)高度 10m 平臺額定載荷 200kg 支腿形式 H型 支腿數(shù)量 8個 回轉(zhuǎn)角度 360° 2.2 其他要求 1、當(dāng)作業(yè)車停止工作的時候，垂直方向上的支腿要能夠收回。 2、當(dāng)作業(yè)車停止工作的時候，水平方向上的支腿要能夠收回。 3、運行過程中動作要平穩(wěn)，確保安全，在滿足的前提下盡量減輕重量。 2.3 重點解決的問題 1、汽車底盤的選擇：采用EQ1050NJ20D3汽車底盤。 2、舉升機構(gòu)的設(shè)計：采用兩節(jié)折疊臂。 3、液壓系統(tǒng)的設(shè)計：采用10個液壓缸。 2.4 確定液壓缸布置的形式 由于整車整備質(zhì)量較大，汽車輪胎承受的壓力過大，作業(yè)車工作的時候應(yīng)有支腿支撐。本設(shè)計四個支腿采用 8 個液壓缸，水平方向 4 個，垂直方向上同樣 4 個。其中， 垂直支腿起到調(diào)平作業(yè)車的作用。水平支腿起到擴大液壓支腿支撐范圍的作用。兩個折疊臂采用 2 個液壓缸，液壓缸將兩節(jié)折疊臂支撐起來，將工人送到對應(yīng)的高度工作。 整體設(shè)計圖如圖 2.1 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 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 2.5 本章小結(jié) 本章主要進(jìn)行設(shè)計程序的設(shè)計，以便可以清楚自己的設(shè)計思路，以便可能了解后面要設(shè)計的內(nèi)容和方法，為將來的設(shè)計奠定基礎(chǔ)，本章是第一步，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 根據(jù)整體性能，高空車輛的底盤可以分為通用汽車底盤和專用汽車底盤兩種，通用底盤即東風(fēng)汽車二類底盤。由于通用底盤（二類底盤）的價格低廉，它在中小型高空作業(yè)平臺中更為常用。 專用汽車底盤是根據(jù)高空作業(yè)車的要求專門設(shè)計和制造的。有三種不同的駕駛室布局。 一個是駕駛室前置（與平頭式貨車相同），第二個是偏置式駕駛室（軸距短、 視野良好），第三個是前懸下沉式駕駛室。[11]， 3.2 底盤的選擇 專用車底盤主要分為兩種類型和三種類型。第二類底盤是以整車為基礎(chǔ)拆卸車身; 第三種類型的底盤是從車輛上拆下集裝箱和駕駛室。選定底盤的質(zhì)量直接影響特種車輛的性能。在選擇汽車底盤時，主要根據(jù)專用車的用途，裝載質(zhì)量，使用條件，性能指標(biāo)，尺寸以及特殊裝置或設(shè)備的功率匹配情況。目前，80％的特種車輛使用第二種底盤進(jìn)行改造設(shè)計。在選擇二級汽車底盤進(jìn)行改造設(shè)計時，關(guān)鍵的工作是整車的整體布局以及具有特殊工作要求的設(shè)備設(shè)計。只有對底盤進(jìn)行輔助性能分析和必要的強度檢查才能確保改裝后的車輛性能基本接近底盤以實現(xiàn)合理匹配。 汽車的主要參數(shù)有尺寸參數(shù)、質(zhì)量參數(shù)以及汽車性能參數(shù)，選擇底盤主要參照了車的質(zhì)量參數(shù)。中型載貨汽車的總質(zhì)量在3000kg-15000kg之間，而我們的作業(yè)車總質(zhì) 量為 5385kg ，因此屬于中型載貨汽車，選擇二類底盤，一是可以節(jié)省成本，二是也 滿足尺寸載重各方面的要求，二類底盤中選擇東風(fēng)汽車EQ1050NJ20D3底盤。EQ1050NJ20D3的技術(shù)參數(shù)如表3.2所示。 技術(shù)參數(shù) 數(shù)值 總質(zhì)量 5385Kg 整備質(zhì)量 5060kg 軸數(shù) 2 功率 66kw 前輪距 1404mm 輪胎數(shù) 6 后懸 2018mm 前懸 1032mm 軸距 3300mm 3.3 本章小結(jié) 這一章主要是針對高空作業(yè)車底盤的選擇進(jìn)行了研究，明白了專用汽車底盤的選擇主要就是看汽車的總質(zhì)量。了解了為啥選用二類底盤以及二類底盤的優(yōu)點。 19 第 4 章 高空作業(yè)車車臂的設(shè)計 4.1 材料的選擇 參考同等高度的車型，選擇Q235鋼（低碳鋼）。這種材料具有良好的焊接和成型性能，且具有一定的強度，價格低廉，適合10米高的小型高空作業(yè)車。參考相同高度 的作業(yè)車鋼板的厚度t = 4mm 。其屈服強度σ s = 235MPa ，查機械設(shè)計手冊，可知塑性 材料一般來說取n=1.2 ~ 2.5 ，不妨取安全系數(shù)n =1.33[16] 。根據(jù)計算可得： [σ] = σ s n = 235 =176.69MPa ； 1.33 [τ] = [σ] = 176.69 =102.1MPa 。 3 3 4.2 上下臂長度的計算 本課題設(shè)計的高空作業(yè)臂有兩節(jié)折疊臂，同時要求作業(yè)高度 10 米。作業(yè)臂的仰角通常是 30°~75°。本設(shè)計上臂仰角就取 75°，下臂取 35°，此時上下臂的舉升高度為 7640mm。 上下臂舉升的最大位置如圖 4.1 所示。 圖4.1 上下臂舉升的最大位置 設(shè)上臂為CB，設(shè)下臂為BA。 由余弦定理可得： BC sin 75o + AB sin 35o = 7.64m  （4.1） 另外上臂還應(yīng)裝有工作平臺：CB>BA （4.2） 所以取 BC = 5.15mm , AB = 4.646mm 。 4.3 確定上臂液壓缸的位置 設(shè)FE為上臂液壓缸。 不妨取 BE =1300mm , BF = 306mm 由余弦定理可知: EF 2 = BE 2 + BF 2 - 2BE ?BF cos110 o EF 2 =13002 + 3062 - 2 ×1300 ×306 ×cos110 o EF =1434mm 4.4 確定下臂液壓缸的位置 設(shè) GH 為下臂液壓缸。 不妨取AH = 718mm ， AG = 1200mm ，∠HAG = 80o 由余弦定理可得: HG 2 = AG 2 + AH 2 - 2AG ? AH cos 80o HG = 1280mm 4.5 確定上臂截面尺寸大小 上下臂的一種工作位置狀態(tài)如圖 4.2 所示。此時上臂處于水平位置。 圖4.2 上下臂工作水平位置狀態(tài) 假設(shè)工作斗長×寬×高(L ×B ×H ) = 700 ×800 ×1000mm3 ，質(zhì)量為100 Kg 。 4.5.1 對上臂進(jìn)行受力分析 對作業(yè)臂進(jìn)行受力分析，直接找出受力最大的情況即可，若此時滿足要求，其他情況自然而然也就滿足要求了。 圖4.3 上臂受力分析圖與剪力彎矩圖 取上臂自重G1 = 800kg(同類車型) ×9.8 = 7.84KN G = (100 + 200) ×9.8 = 2.94KN 由余弦定理可得： EF 2 = BF 2 + BE 2 - 2BE ?BFcos35o EF 2 = 3062 +13002 - 2 ×1300 ×306 ×cos35o EF =106mm BF 2 = BE 2 + EF 2 - 2BE ?EFcosθ cosθ = 0.986 ， sinθ= 0.165 對B點取矩 : l = BE sin θ = 1300 × 0.165 = 214.5mm FE ?l = G1 ?BC + G （? BC + 350） 2  （4.3） 由上式計算得： FE =169KN FBX = FE cosθ =169 ×0.986 =166KN FEy = FE sinθ= 28KN FBy = 28 - 7.84 - 2.94 =17.22KN 4.5.2 確定上臂截面尺寸大小 梁的截面高度按強度計算公式： H = （4.4） 式中：W -抗彎截面系數(shù)； t -梁的厚度。 最大彎矩M max = 17.22 ×1.3 = 22.4KN ? m 上臂所需的抗彎截面系數(shù)W = Mmax [ σ ] 22.4×103 = 176.69×106  = 0.00013m3` 上臂的截面圖如圖4.4所示 根據(jù)式4.4： H = = （上下臂厚度都為t） （4.5） 將W = 0.00013m3 和t = 4mm 代入上式4.5得: 上臂高H =  = m H =140mm h = H - 2t  （4.6） 計算得h =132mm BH 3 W = - 6H bh3 6H  （4.7） 把b = B - 2t, W, H, h 代入公式（4.7）得： 0.00013 = 解之得，上臂梁寬度： B = 205mm b = B - 2t =197mm B ×0.143 6 ×0.14 (B - 0.008) ×0.1323 - 6 ×0.14 4.5.3 對上臂進(jìn)行強度校核 上臂梁BE段正應(yīng)力σ = FBX A 梁的截面積A = BH - bh  （4.8） （4.9） 由公式（4.8）得 A = 0.0287 - 0.026 = 0.0027m 2 F BX =166KN 由公式（4.9）得上臂梁的最大正應(yīng)力σ =  166 ×103 N 0.0027  m 2 = 61.5MPa ≤[σ] 顯然符合。 Z Q 在截面BE上所受的切應(yīng)力τ = F ? S*  （4.10） 2IZ ? t 截面BE的最大靜矩S* = A y - A y （4.11） Z 1 1 2 2 由公式（4.11）得： S *  = 0.205 ×0.14 0.14 - 0.197 ×0.132 0.132 Z × 2 × 2 S Z * = 0.000293m3 Z軸慣性矩IZ = BH 3 - bh3 12  （4.12） -6 4 由公式（4.12）得： I Z = 9 ×10 m 圖4.5 上臂的慣性矩圖 由公式（4.10）可得上臂梁的最大切應(yīng)力τ = 滿足。 17.22 ×103 ×0.000293 2 ×0.004 ×9 ×10-6  = 70.1MPa ≤  [τ] 上臂梁的局部穩(wěn)定性校核 b = 197 ≈ 1.49 ≈ 強度最大，滿足。 h 上臂梁的整體穩(wěn)定性校核W A 132 13 ×10-5 = ≈ 0.0027  0.048mm在(0.2 ~ 0.3)B之間，滿足。 4.6 確定下臂截面尺寸大小 4.6.1 對下臂進(jìn)行受力分析 圖4.6是上下臂工作位置的另外一種狀態(tài)，此時下臂處于水平位置，受到的力最大。 已知 AH = 718mm ， AG =1200mm ， 由余弦定理可知： HG 2 = AG 2 + AH 2 - 2 AG ?AHcos45o HG = 859mm AH 2 = AG 2 + HG 2 - 2 AG ?HGcosθ cosθ = 0.8 ， sin θ = 0.6 l = AG ?sinθ= 720mm 720F = 7.84 4646 + 7.84 ×4646 - 7.84 5150 cos 75o + 2.9（4 4646 - 5150cos75o - 350） 1 × 2 × 2 F1 = 80.7KN FAy FAX = F1 ?sinθ- 2.94 - 2 ×7.84 = 29.8KN = F1 cosθ= 64.56KN L =1300 sin φ =1300 ×0.165 = 214.5mm 214.5F = 7.84 5150 sin15o + 2.94 ×5150 sin15 o 可得： F = 42.6KN 2 × 2 2 下圖4.8為下臂的受力分析圖及剪力彎矩圖。 F = F - F cos84.5o - F cosθ BX AX 2 1 FBX = -4.1KN F = F - F - F sin 84.5o - 7.84 By 1 y Ay 2 FBy = -34.56KN 4.5.2 計算下臂的截面尺寸 最大彎矩M 1max = 29.8 ×1.2 = 35.76KN ?m M 2 max = 31.62 ×0.306 = 9.7KN ?m 下臂所需的抗彎截面系數(shù)W = M 1max [σ] 35.76 ×103 = 176.69 ×106 = 0.0002m3 圖4.9 下臂的截面圖 按強度條件： H 0 = = （上下臂厚度都為t） （4.14） 因此把計算所得的截面系數(shù)W = 0.0002m3 和t = 4mm 代入公式（4.14）得： 可得下臂高 H 0 = H 0 =150mm h0 = H 0 - 2t （4.15） h0 =142mm [16]  B H 3  b h3 型鋼的抗彎截面系數(shù) W = 0 0 6H 0 - 0 0 6H 0 （4.16） 把b0 = B0 - 2t, W, H 0 , h0 代入公式（4.16）得： B ×0.153 (B - 0.008) ×0.1423 0.0002 = 0 - 0 可得下臂梁的寬度： B0 = 219mm 6 ×0.15 6 ×0.15 b0 = B0 - 2t = 211mm 4.5.3 對下臂進(jìn)行強度校核 確定下臂梁的尺寸后，應(yīng)處理其強度，局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性效應(yīng)核心。若不符合設(shè)計要求，應(yīng)該重新設(shè)計。 下臂梁正應(yīng)力[5] σ = FAX A 梁的截面積 A = 0.03285 - 0.02996 = 0.0029m 2 （4.17） F AX = 64.56KN 由公式（4.17）得下臂梁的最大正應(yīng)力σ =  64.56 ×103 N 0.0029  m 2 = 22.3MPa ≤[σ]  滿足。 Z * 下臂截面上所受的切應(yīng)力[2] τ= FQ ?S 2IZ ?t  （4.18） 下臂截面的最大靜矩[16] S * = A y - A y （4.19） 29 Z 1 1 2 2 由公式（4.19）得： S *  = 0.219 ×0.15 0.15 - 0.211 ×0.142 0.142 Z × 2 × 2 S Z * = 0.000337m3 B H 3 - b h 3 I = 0 0 0 0 Z 12 （4.20） -6 4 得： I Z =14 ×10 m 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τ = 滿足。 31.62 ×103 ×0.000337 2 ×0.004 ×14 ×10-6 = 95.1MPa ≤[τ] 下臂梁的局部穩(wěn)定性校核 b = 211 ≈ 1.49 ≈ 強度最大，滿足。 h 142 W 15 ×10-5 下臂梁的整體穩(wěn)定性校核 = A 4.6 本章小結(jié) ≈ 0.0029 0.052mm在(0.2 ~ 0.3)B0之間，滿足。 本章設(shè)計計算了高空作業(yè)臂的截面高度，寬度，并進(jìn)行了校核。這一章也進(jìn)行了上下臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計，用Solidworks畫了圖。同樣的，這一章的計算也是下面第5章液壓系統(tǒng)的鋪墊，本章中的計算結(jié)果可以直接引用。 上下臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖4.11和4.12所示。裝配圖如圖4.13所示。 圖4.11 上臂設(shè)計圖 圖4.12 下臂設(shè)計圖 圖4.13 上下臂裝配圖 第 5 章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 5.1 液壓缸的設(shè)計計算 5.1.1 下臂液壓缸的最大載荷 由圖5.1 圖 5.1 上下臂工作位置狀態(tài)二 僅對下臂受力分析可知FG = 43.6KN 。 緊接著，下臂液壓缸受到的最大載荷 F下max = 80.7KN 。（是受到狀態(tài)一、二確定的） 5.1.2 上臂液壓缸的最大載荷 F上max =169KN 。（是受到狀態(tài)三確定的） 5.1.3 支腿液壓缸的最大載荷 （1） 打開支腿時，如圖5.2所示： 支腿橫向跨距a ≥ Gbr + ( Q + q )R + G1L1 G1 + G2 + Gb + ( Q + q )k  （5.1） 式中： G1 為轉(zhuǎn)臺重力（N）； G2 為地盤重力（N）； Gb 為臂架重力（N）； q 為作業(yè)平臺重力（N）； Q 為作業(yè)平臺的標(biāo)定重力（N）； L1 為轉(zhuǎn)臺重力中心至回轉(zhuǎn)中心的距離（m）； r 為臂架重力中心至回轉(zhuǎn)中心的距離（m）； r 為作業(yè)半徑（臂幅）（m）。 由公式（5.1）得： 7.84[ 4646 - (4646 - 5150 cos75o )] +(4646 - 5150cos75o ) ×2.94 - 0 a ≥ a ≥ 1.2m 不妨取a =1.5mm, 2 2 那么2a = 3.0mm  5060 ×9.8 而底盤重G2 = 27.7KN ， L2 = 803.7mm G b1 = a - 1  + G 2 G 2 L 2 + GB  +(q + Q)  （5.2） 由公式（5.2）可得： b1 =1500 - 803.7 ×27.7 =1045mm 5060 ×9.8 G b2 = a + 1  + G 2 G 2 L 2 + GB  +(q + Q)  （5.3） 由公式（5.3）可得： b2 =1955mm 故前面兩個支腿的反力 R1 (R2 ) 總 R = R = 1 G b1  （5.4） 1 2 2 b1 + b 2 由公式（5.4）可得： R1 = R2 = 919N 后面兩個支腿的反力 R3 (R4 ) 總 R = R = 1 G b 2  （5.5） 3 4 2 b1 + b 2 由公式（5.5）得： R3 = R4 =17195N （2） 最大載荷時支腿力的計算 該作業(yè)車工作的時候，四個支腿上會產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運動，這樣不僅會產(chǎn)生支反力，還會產(chǎn)生多余的合外力矩，這種情況分成三種狀態(tài)討論。 ①工作面產(chǎn)生的附加力矩為M 1 = 80.7 ×0.72KN ?m = 58.1KN ?m 另外產(chǎn)生的附加支反力2ΔR = M 1 ; LH LH = 3m ΔR = M 1 = 9683N 2LH 2 ②工作面產(chǎn)生的附加力矩為M = 43.6 ×1.2 sin 29o KN ?m = 25.4KN ?m 此外產(chǎn)生的附加支反力2ΔR = M 2 ; LH LH = 3m ③：與狀態(tài)二相同。 ΔR = M 2 = 4233N 2LH 綜上所述，狀態(tài)一是最危險的情況，就按照狀態(tài)一去算。 ΔR ' = 1045 ×9683N = 3373N 1 2 ΔR ' 3000 = 1955 ×9683N = 6310N 3000 3 因此，在支腿處的液壓缸最大封閉壓力為： R ' = R ' =17195 + 6310 = 23505N 4 R ' 支腿腳的接地面積 A ≥ 3 = [σd ] 23505 1.6 mm 2 =14690mm 2 r ≥ 68mm 5.1.4 確定系統(tǒng)工作壓力 借鑒其他同種作業(yè)車，一般來說，機械車帶有輕量化設(shè)計的要求最好使用中壓系 統(tǒng)，取16 - 20MPa 。本設(shè)計的載重量并不大，因此就取 16MPa。即P =16MPa 。 5.1.5 確定液壓缸的內(nèi)徑 由 D =  （5.6） 式中ΔP = P - P0 = 16 - 0.5 = 15.5MPa 查閱手冊可得密封效率ηt = 0.95 1、確定上支臂液壓缸內(nèi)徑 由公式5.6得：D1 = = = 120.9mm 要取整， 查閱機械設(shè)計手冊取D1 = 2、確定下支臂液壓缸內(nèi)徑  125mm 由公式5.6得：D2 = = = 83.6mm 要取整， 查閱機械設(shè)計手冊取D2 = 3、確定支腿液壓缸內(nèi)徑 100mm 由公式5.6得：D3 = = = 45.1mm 要取整， 查閱機械設(shè)計手冊取D3 = 50mm 5.1.6 液壓缸缸筒壁厚和外徑計算 由上面的計算可知液壓缸的內(nèi)徑，還剩下液壓缸的外徑，經(jīng)查閱機械設(shè)計手冊得： 1 D ' =152mm D 2 ' =127mm D 3 ' = 63.5mm 由此可得液壓缸的壁厚δ1 =13.5mm δ2 =13.5mm δ3 = 6.75mm 5.1.7 確定液壓缸最大密封壓強和壁厚的校核 1、液壓缸最大密封壓強[16] P =  Fmax  （5.7） π?D 2 4 上式 Fmax 為液壓缸的最大載荷，（N）； 。 由公式（5.7）計算可得上支臂液壓缸的最大密封壓強： P = F上max = 169000  =13.8MPa 上max π ?D 2 4 1 3.14 4 ×1252 同樣的，下支臂液壓缸的最大密封壓強： P = F下max = 80700  =10.3MPa 下max π ?D 2 4 2 3.14 4 ×1002 同理可得支腿液壓缸的最大密封壓強： P = F支max = 23505  =12MPa 2、壁厚的校核 支max π ?D 2 4 3 3.14 4 ×502 壁厚的校核方式有三種，要看d / D 的比值， （1） 當(dāng)δ/ D ≤ 0.08 時，按以下公式計算校核： δ0 ≥ Pmax ?D 2[σ]  （5.8） （2） 當(dāng)δ / D = 0.08 ~ 0.3 時，按以下公式計算校核： δ0 ≥ Pmax ?D 2.3[σ] - 3Pmaz  （5.9） （3） 當(dāng)δ / D ≥ 0.3 時，按以下公式計算校核： D δ0 ≥ 2 [ ]  （5.10） 式中： Pmaz 為液壓缸最大密封壓強，單位MPa ； D 為液壓缸內(nèi)徑，單位m 。 至于液壓缸的材料，經(jīng)選擇，為45鋼，查機械手冊得σb = 610MPa ，安全系數(shù)n=5。 45鋼的許用應(yīng)力[σ] = σb n = 610 =122MPa 5 壁厚d = d0 + C1 + C2 （5.11） C1 為缸筒外徑公差余量； 。 通常情況下， C1 + C2 取0.002 m 由公式（5.11）得： δ0上 =13.5 - 2 =11.5mm δ0下 =13.5 - 2 =11.5mm δ0支 = 6.75 - 2 = 4.75mm 對于上臂的液壓缸來說： δ1 = 13.5 = 0.108在0.08 ~ 0.3中 D1 125 由公式（5.9）得： P上max ?D1 2.3[σ. - 3P上maz = 13.8 ×0.125 2.3 ×122 - 3 ×13.8 = 0.007m < δ0上 合格； δ2 = 13.5 = 0.135在0.08 ~ 0.3中 D2 100 由公式（5.9）得： P