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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
GKT-13高位舉升路燈維護(hù)車改裝設(shè)計(jì)（底盤、液壓部分）
院系名稱： 汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)班級(jí)： 車輛工程B07-6班
學(xué)生姓名： 鮑仕林
指導(dǎo)教師： 齊曉杰
職 稱： 教授
黑 龍 江 工 程 學(xué) 院
二○一一年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
The top digit lifting street light maintenance vehicle re-equips the design of GTK-13
（chassis，hydraulic pressure part）
Candidate：Bao Shilin
Specialty： Vehicle Engineering
Class： B07-6
Supervisor：Prof. Qi Xiaojie
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
在人們生活水平日益提高的今天，越來(lái)越多的高空作業(yè)問(wèn)題圍繞著我們，并且困擾著我們，主要的原因是由于使用的舉升方法既不便捷，也不專業(yè)，更不安全，占用了大量人力、物力，并造成了很多財(cái)務(wù)、資源浪費(fèi)。因此特?cái)M定自行走小型舉升車這樣一個(gè)設(shè)計(jì)題目，利用所學(xué)習(xí)的知識(shí)，借鑒前人的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)出有特色的專用舉升車輛，從而給人們生活帶來(lái)方便。
設(shè)計(jì)承擔(dān)的任務(wù)是設(shè)計(jì)三類底盤的設(shè)計(jì)和液壓系的統(tǒng)設(shè)計(jì)，三類底盤的設(shè)計(jì)即為橫梁、縱梁的布局，液壓系的統(tǒng)設(shè)計(jì)主要完成液壓系統(tǒng)原理、液壓油箱以及支腿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。機(jī)械舉升部分采用三節(jié)舉升臂，利用金屬焊接及銷軸連接組合各臂，使用平行四邊形的四連桿變形對(duì)吊籃進(jìn)行調(diào)平，通過(guò)對(duì)液壓系統(tǒng)控制來(lái)完成特定的動(dòng)作；液壓控制系統(tǒng)包括選取液壓缸、控制系統(tǒng)及元件的選擇。
設(shè)計(jì)依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)等書籍，利用相關(guān)計(jì)算公式和材料信息，系統(tǒng)的對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了強(qiáng)度校核，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性，確定了各零件的使用材料、外形尺寸和加工方法，并完成了整體構(gòu)架的裝配方案，使機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)最大舉升達(dá)10.79m這樣一個(gè)高度。
關(guān)鍵詞：曲臂式高空作業(yè)車；舉升機(jī)構(gòu)；液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)；小型；設(shè)計(jì)
ABSTRACT
In people's standard of living increased today, more and more aerial problems around us and haunt us, the main reason is due to the lifting method is neither convenient nor professional, more insecurity, which takes A lot of manpower, material resources, and caused a lot of financial, resource waste. Therefore, developing their own special take such a small lift truck design topic, the use of the knowledge acquired, the previous reference products, designed with special features lift vehicle, to bring convenience to people's lives.
The task is designed for selecting three chassis design of hydraulic design, three types of ec namely for the chassis design of longitudinal beams and the integration of layout, hydraulic design mainly complete hydraulic system principle, hydraulic oil tank, and a leg design of organization. and design of lifting mechanism; type selection small vehicles from car chassis, lifting mechanism mainly complete mechanical lifting part design and hydraulic control system design. One mechanical lifting part adopts three lifting arm, using metal welding and pin shaft connecting each arm, the use of combination of a parallelogram linkage deformation of the basket, through adjusting hydraulic system to specific action control, The hydraulic control system, including the selection of hydraulic cylinder, control systems and components.
On the basis of the national standards and design of mechanical industry standard, access to mechanical design manuals, etc, using the formula for calculating the related books and materials, the information system of organization, the intensity of the rationality of the design and use of materials, components, the dimensions and processing method and completed the overall architecture of the assembly, the most heavily to realize that institutions such a height of 10.79 m.
Keywords: Song arm type aloft working car；Lifting mechanism；Hydraulic system design；small；Design
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 相關(guān)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 1
1.3 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 3
第2章 總體方案設(shè)計(jì)分析 4
2.1 方案確定 4
2.2 外形尺寸確定 5
2.3 三類底盤的選擇 6
2.4 本章小結(jié) 6
第3章 工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 8
3.1 確定尺寸及材料 8
3.2 受力分析 10
3.3 本章小結(jié) 16
第4章 輔助機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
4.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 17
4.2 支腿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 17
4.2.1 支腿跨距的確定 17
4.2.2 最大載荷時(shí)支腿力的計(jì)算 20
4.2.3 撐腳接地面積確定 21
4.3 取力器布置方案及基本參數(shù)選擇 21
4.4 本章小結(jié) 22
第5章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23
5.1 主要機(jī)構(gòu)液壓回路的設(shè)計(jì)與分析 23
5.1.1 變幅回路 23
5.1.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 24
5.2 主要液壓元器件的選擇計(jì)算 26
5.2.1 驅(qū)動(dòng)液壓缸的計(jì)算確定 26
5.2.2 液壓泵的選型計(jì)算 31
5.2.3 液壓控制閥的選用 33
5.2.4 油箱容積與管路內(nèi)徑計(jì)算 34
5.2.5 管路內(nèi)徑計(jì)算 35
5.2.6 液壓油的選用 36
5.3 本章小結(jié) 36
第6章 整車性能計(jì)算分析 37
6.1 動(dòng)力性計(jì)算 37
6.2 高空作業(yè)車汽車變速器速比 37
6.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)外特性 37
6.2.2 汽車的行駛方程式 39
6.2.3 動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算 40
6.3 燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算 44
6.4 穩(wěn)定性計(jì)算 45
6.5 本章小結(jié) 45
結(jié)論 46
參考文獻(xiàn) 47
致謝 48
附錄 49
第1章 緒 論
1.1 概述
由于交通管理部門經(jīng)常會(huì)遇到交通信號(hào)燈、交通監(jiān)控器、交通指示牌的維修和更換，基礎(chǔ)交通設(shè)施的安裝建設(shè)等高空作業(yè)問(wèn)題，所以近年來(lái)交通設(shè)施高空作業(yè)車大量投入使用。
高空作業(yè)車是用來(lái)運(yùn)送工作人員和工作裝備到指定高度進(jìn)行交通設(shè)施維修或安裝作業(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。交通設(shè)施高空作業(yè)車裝置包括工作臂、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、副車架、工作平臺(tái)、液壓系裝置等。現(xiàn)在的高空作業(yè)裝置具有操作平順、工作穩(wěn)定、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，大大提高了空中作業(yè)的工作效率。交通設(shè)施高空作業(yè)車是利用汽車底盤作為行走機(jī)構(gòu)，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，因此被廣泛應(yīng)用。
1.2 相關(guān)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
我國(guó)高空作業(yè)機(jī)械的生產(chǎn)于20世紀(jì)70年代末開始起步，發(fā)展較快，目前生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)企業(yè)已由原來(lái)的幾家迅速增加到40余家，其中與國(guó)外合資或合作生產(chǎn)的企業(yè)有5家。根據(jù)2004年和2005年《中國(guó)工程機(jī)械年鑒》，2003年高空作業(yè)機(jī)械工業(yè)總產(chǎn)值為32139萬(wàn)元，生產(chǎn)各類高空作業(yè)平臺(tái)。行業(yè)幾個(gè)骨干企業(yè)通過(guò)近幾年的技術(shù)改造，其生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，形成了各自特色的產(chǎn)品系列，基本能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)高空作業(yè)機(jī)械的需要，企業(yè)的各項(xiàng)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)逐步上升，經(jīng)濟(jì)效益也逐年提高[1]。
我國(guó)高空作業(yè)機(jī)械行業(yè)的一些骨干企業(yè)利用自己的技術(shù)和設(shè)備優(yōu)勢(shì)，通過(guò)學(xué)習(xí)引進(jìn)和消化國(guó)外先進(jìn)技術(shù)開發(fā)了許多新產(chǎn)品，其產(chǎn)品的技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量都不斷提高，達(dá)到和接近了國(guó)際同類產(chǎn)品的水平，推動(dòng)了高空作業(yè)機(jī)械行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)，市場(chǎng)銷路好，產(chǎn)量增加較快。一些企業(yè)利用自身的優(yōu)勢(shì)，在原有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上根據(jù)國(guó)內(nèi)底盤品種的發(fā)展和基礎(chǔ)零部件的更新，不斷加大新產(chǎn)品的開發(fā)力度，走企業(yè)橫向聯(lián)合多種經(jīng)營(yíng)的綜合開發(fā)道路，不但使企業(yè)自身的生產(chǎn)和銷售步入了良性循環(huán)軌道，還帶動(dòng)了附屬企業(yè)和國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品的銷售發(fā)展。
產(chǎn)品性能提高：我國(guó)高空作業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的需求量隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的發(fā)展逐年增加，各種規(guī)格的新產(chǎn)品近幾年增加較快。如北京起重機(jī)器廠在短短幾年時(shí)間先后開發(fā)了車載剪叉式平臺(tái)、剪叉自行式平臺(tái)、折臂式平臺(tái)、單扼柱鋁合金平臺(tái)和雙扼柱鋁合金平臺(tái)、箱型界面鋁合金扼柱平臺(tái)、手動(dòng)鋁合金扼柱平臺(tái)等近10個(gè)品種、30多個(gè)規(guī)格的產(chǎn)品。杭州賽奇工程機(jī)械廠近幾年先后開發(fā)了單扼柱鋁合金平臺(tái)、雙扼柱鋁合金平臺(tái)及多扼柱鋁合金平臺(tái)，其中多扼柱鋁合金平臺(tái)完成了10m、14 m、16 m、18 m、20 m共7種規(guī)格的研制。杭州愛(ài)知工程車輛有限公司開發(fā)了全液壓驅(qū)動(dòng)的自行式高空作業(yè)平臺(tái)，為國(guó)內(nèi)傳播修造、建筑、機(jī)場(chǎng)及工礦企業(yè)的安裝檢修工程等提供了新的品種。浦沅集團(tuán)有限公司開發(fā)了12 m、16 m、20 m、25 m、30 m高空作業(yè)車和QKH8-19-8起重機(jī)高空作業(yè)車。錦州中型機(jī)械股份有限公司今年也完成了22 m、32 m、50 m大高度高空消防救援車的研制，徐州中型機(jī)械廠完成了67 m大高度高空消防救援車的研制[2]。
擴(kuò)展產(chǎn)品的使用功能和用途：我國(guó)高空機(jī)械的使用范圍還比較窄，使用較多的主要有路燈、道路交通、園林部門、國(guó)內(nèi)大多廠家把用戶集中在車站、地鐵、商店、工廠、供電、路燈等部門，其市場(chǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有挖掘和佩玉出來(lái)。高空作業(yè)機(jī)械在有發(fā)展前途的電力、電信及有限電視系統(tǒng)使用較少，究其原因是國(guó)內(nèi)產(chǎn)品技術(shù)性能及參數(shù)還不能完全滿足上述三大系統(tǒng)使用的要求，在產(chǎn)品用途和功能上還需要更新。如將高空作業(yè)機(jī)械用在建筑使用中以替代某些腳手架施工、建筑物外墻表面的裝飾、傾斜和維護(hù)等；絕緣架線和維修；消防救援及大型物體（傳播、飛機(jī)）維護(hù)檢查等，但開發(fā)以上這些產(chǎn)品需要從產(chǎn)品的適應(yīng)性、技術(shù)性能上進(jìn)行較大的突破。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，停電對(duì)工農(nóng)生產(chǎn)和人民生活帶來(lái)的損失不可估量，國(guó)家已經(jīng)開始實(shí)行《電力法》，對(duì)供電可靠性要求越來(lái)越高，在電力系統(tǒng)企業(yè)要求供電可靠率達(dá)到99.9%，所以如何解決不停電維修—帶電作業(yè)的問(wèn)題已經(jīng)非常突出，這就要求不但能登高作業(yè)，還要具有絕緣性能好的高空作業(yè)車，這種新型高空作業(yè)車要打破常規(guī)的格局，工作斗，臂架要求采用非金屬的高性能絕緣材料，工作斗對(duì)整個(gè)作業(yè)的控制不能采用一般的電控和液控，還要具有起吊能力，并有更可靠的安全性、平穩(wěn)性、微調(diào)性。電信和有線電視系統(tǒng)使用的高空作業(yè)車要求小巧靈活，能走街穿巷，操作方便、乘坐舒適，這就要求設(shè)計(jì)小型先進(jìn)的汽車底盤，并解決動(dòng)力輸出問(wèn)題。應(yīng)該特別注意的是，高空作業(yè)車新產(chǎn)品的開發(fā)不能限制在汽車上，應(yīng)該考慮它是一種工程機(jī)械，以適應(yīng)用戶的需要為前提，行走方式可以采用電動(dòng)自行式、液控自行式、輪胎自行式、履帶自行式等。我國(guó)文化傳播行業(yè)對(duì)輪胎液控自行式高空作業(yè)車的需求量很大，建筑行業(yè)對(duì)履帶自行式產(chǎn)品也將產(chǎn)生需求，室外裝修、清洗行業(yè)大量需要自行式高空作業(yè)車。隨著高速公路、高架橋的建設(shè)，將需要大量具備低空作業(yè)能力的高空作業(yè)車，以解決高架橋的維修問(wèn)題，這種特殊的高空作業(yè)車在國(guó)外早已出現(xiàn)，但國(guó)內(nèi)還剛剛起步。 開發(fā)專用車輛底盤：要提高我國(guó)高空作業(yè)車的技術(shù)水平，首先必須解決工程車輛底盤問(wèn)題。我國(guó)目前正在努力提高汽車工業(yè)的整體水平，走集團(tuán)化規(guī)模道路，并積極引進(jìn)國(guó)外資金及技術(shù)，但還只限于輕型底盤。汽車制造廠家應(yīng)該在此基礎(chǔ)上根據(jù)高空作業(yè)車的具體要求，專門設(shè)計(jì)輕型、中型和重型的工程車底盤以供高空作業(yè)車改裝之用[3]。
1.3 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
設(shè)計(jì)主要承擔(dān)的任務(wù)是液壓系統(tǒng)、三類底盤的設(shè)計(jì)，初步選定采取3節(jié)舉升臂，1節(jié)基礎(chǔ)承重臂，利用金屬焊接及銷軸連接將各臂組合起來(lái)，通過(guò)選擇的二類底盤的動(dòng)力輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)液壓泵，使用液壓系統(tǒng)來(lái)控制各臂的運(yùn)動(dòng)，再運(yùn)用平行四邊形的四連桿機(jī)構(gòu)對(duì)舉升筐進(jìn)行調(diào)平，給工作人員提供一個(gè)水平的、穩(wěn)定安全的工作環(huán)境。
設(shè)計(jì)總體分為三個(gè)方面：機(jī)械舉升部分的選?。òㄅe升臂的選材、外形尺寸的確定等）；液壓控制部分（包括液壓缸的計(jì)算和型號(hào)確定、液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和輔助元件的選擇等）；相關(guān)輔助系統(tǒng)部分（支腿的設(shè)計(jì)計(jì)算、油箱的設(shè)計(jì)等）。
第2章 總體方案設(shè)計(jì)分析
2.1 方案確定
舉升的方法有很多種，出于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便、成本低廉的主要設(shè)計(jì)思路，所以選用型材作主承重臂，利用金屬焊接及銷軸連接將各臂組合起來(lái)，通過(guò)液壓系統(tǒng)來(lái)控制各臂的運(yùn)動(dòng)，再將舉升機(jī)構(gòu)安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上，來(lái)實(shí)現(xiàn)舉升的目的[1]。舉升的意義是：將人或物送往高處，由此又出現(xiàn)舉升臂調(diào)平的問(wèn)題，以往的調(diào)平系統(tǒng)中多為機(jī)械調(diào)平和重力調(diào)平，現(xiàn)在又出現(xiàn)了電子調(diào)平系統(tǒng)。機(jī)械調(diào)平中最常見(jiàn)的為四連桿機(jī)構(gòu)（即平行四邊形變形原理），此機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用、舉升高度高、擺動(dòng)幅度小等，但增加了自重，使用材料增多，并且舉升過(guò)程中更多的功耗要浪費(fèi)在自重上面；重力調(diào)平系統(tǒng)，簡(jiǎn)單、實(shí)用，但舉升的高度要降低很多，而且擺動(dòng)幅度比較大；電子調(diào)平系統(tǒng)屬于高科技產(chǎn)品，使資源消耗減少，但無(wú)形成本增多。在這里選擇四連桿調(diào)平方式[4]。
圖2.1所示即為整個(gè)舉升機(jī)構(gòu)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖，其中AB、BC、CD為承重臂，DH為基礎(chǔ)臂，A’B’、C’D’為調(diào)平輔助臂，I、II為液壓缸，E、F、G、H分別為液壓缸與基礎(chǔ)臂及承重臂的絞接點(diǎn)。
圖2.1 舉升機(jī)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)圖
工作原理：在平行四邊形AA`B`B中，通過(guò)控制液壓缸I的長(zhǎng)度來(lái)控制的角度，從而使點(diǎn)A以AB為半徑，B點(diǎn)為圓心作圓弧運(yùn)動(dòng)；在平行四邊形CC’D’D中，通過(guò)控制液壓缸II的長(zhǎng)度來(lái)控制的角度，從而使點(diǎn)C以CD為半徑，D點(diǎn)為圓心作圓弧運(yùn)動(dòng)。平行四邊形AA`B`B與平行四邊形CC`D`D共用一條公共邊B`C`,平行四邊形CC`D`D的另一條邊DD`為基礎(chǔ)臂，只要液壓缸I增長(zhǎng)，A點(diǎn)就升高，液壓缸II增長(zhǎng)，C點(diǎn)就升高（即B點(diǎn)升高）。由此只要控制液壓缸I和II就能控制A點(diǎn)的高度[1~5]。
2.2 外形尺寸確定
如圖2.2所示，初步設(shè)定臂CD與臂DO所成的最大角度為150°，臂CB與臂AB所成的最大角為135°。DO長(zhǎng)2200mm，DC長(zhǎng)3000mm，BC長(zhǎng)2200mm，AB長(zhǎng)4500mm。
圖2.2 舉升臂全升圖
綜上所述，可以推出整個(gè)機(jī)構(gòu)的外形參數(shù)，如表2.1、2.2所示。
表2.1 理論長(zhǎng)度參數(shù) mm
最小高度
最大高度
整體長(zhǎng)
2200
10200
3600
4500
2200
3000
2200
表2.2 理論角度參數(shù)
最大值
最小值
AB與BC的角度
135 °
53 °
CD與OD的角度
150 °
43 °
2.3 三類底盤的選擇
根據(jù)我國(guó)目前生產(chǎn)的各類型專用車輛的基本模式，大多是為了滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)某一服務(wù)領(lǐng)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(chǔ)上，進(jìn)行車身及工作裝置的設(shè)計(jì)，與此同時(shí)對(duì)底盤各總成的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行局部的更改設(shè)計(jì)與合理匹配，以達(dá)到滿足使用需求的較為理想的整車性能。汽車底盤的選擇主要是根據(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)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(jìn)行改裝設(shè)計(jì)。采用二類汽車底盤進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)工作重點(diǎn)是整車總體布置和工作裝置設(shè)計(jì)，對(duì)底盤僅作性能適應(yīng)性分析和必要的強(qiáng)度校核，以確保改裝后的整車性能基本與原車接近，同樣的對(duì)于本車的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)選取三類底盤是由價(jià)格與性能的決定[6]。
已知工作臂的長(zhǎng)度，選用型材Q235結(jié)構(gòu)用冷彎空心型鋼，可估算工作臂部分總重約為700kg；預(yù)估轉(zhuǎn)臺(tái)和支腿等其他輔助裝置質(zhì)量為300kg；額定載荷為200kg。
則
M=700+300+200=1200kg
經(jīng)計(jì)算工作機(jī)構(gòu)長(zhǎng)度約為折起后4000mm，寬度不超過(guò)2000mm。
表2.3 底盤技術(shù)參數(shù)
底盤型號(hào)
整車重量(kg)
2000
吊斗載重(kg)
200
外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）mm
3900×1950×3070
軸距(mm)
2300
輪距（前/后）(mm)
1950/1950
發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)
CY4102BZLQ
額定功率(kw)
55
轉(zhuǎn)速（r/min）
3600
2.4 本章小結(jié)
本章通過(guò)綜合分析后確定了總體構(gòu)架，方案采用三節(jié)舉升臂，使用平行四邊形的四連桿變形原理對(duì)吊筐進(jìn)行調(diào)平，通過(guò)對(duì)液壓系統(tǒng)控制來(lái)完成特定的動(dòng)作，并在大量幾何計(jì)算后得出了各臂的長(zhǎng)度和轉(zhuǎn)動(dòng)角度，其理論舉升高度為10200mm+590mm=10790mm。通過(guò)確定的總體參數(shù)，最后確定本次設(shè)計(jì)選用的三類底盤。
第3章 工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 確定尺寸及材料
表3.1中的參數(shù)都為理論尺寸（即未開孔的尺寸），在實(shí)際加工中，為了使各臂連接起來(lái)，要留出一段長(zhǎng)度用來(lái)鉆孔穿銷，因此每個(gè)臂的每一個(gè)端面都要留有50mm的余量，需要拉桿的工作臂還要留有300mm的余量，表3.1既為各臂的實(shí)際參數(shù)。
表3.1 實(shí)際長(zhǎng)度參數(shù) mm
4600
4600
2700
3100
3100
2250
根據(jù)表3.1即可計(jì)算出各承重臂的質(zhì)量。
臂AB重量：
=×=4600×24.517 kg＝112.8kg
臂A`B`重量：
=×=4600×8.594 kg=39.5kg
臂B`C`重量：
=×=2700×45.3 kg =122.3kg
臂CD重量：
=×=3100×34.0 kg＝105.4kg
臂C`D`重量：
=×=3100×6.710 kg＝20.8kg
臂DO重量：
=×=2250×56.3 kg＝126.7kg
根據(jù)以往設(shè)計(jì)實(shí)例及設(shè)計(jì)需求，初步選定冷拔無(wú)縫矩形鋼管作為承重臂，具體參數(shù)見(jiàn)表3.2和各臂的基本參數(shù)見(jiàn)表3.3。
表3.2 材料參數(shù)[6]
基本尺寸
截面面積 F
理論質(zhì)量 G
kg/m
慣性矩
截面模數(shù)
長(zhǎng)
寬
厚
AB
180
100
6
31.232
24.517
1809.531
523.767
145.503
104.753
A`B`
90
60
4
10.947
8.594
117.499
62.387
26.111
20.795
B`C`
200
150
9
57.67
45.3
3170
2020
317
270
CD
200
100
8
43.2
34.0
2091
705
209
141
C`D`
70
50
4
8.547
6.710
54.663
32.210
15.618
12.884
DO
220
150
10
71.7
56.3
5687
2584
455
345
繪制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及部分參數(shù)計(jì)算
表3.1為圖3.1中的基本參數(shù)，由直角三角形中的角度公式可以得出：
α＝arctan＝arctan0.25＝14°
β＝arctan＝arctan0.11＝6.3°
γ＝arctan＝arctan0.33＝18.5°
θ＝arctan＝arctan0.17＝9.5°
BE＝=41.2cm
BF==90.5cm
DG==31.6cm
DH==91.2cm
圖3.1 各臂的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
表3.3 各臂中的基本參數(shù)
長(zhǎng)度
AB
BE’
EE’
BC
BF’
FF’
CD
DG’
GG’
DO
DH’
HH’
mm
4500
40
20
2200
1800
25
3000
300
25
2200
1900
30
3.2 受力分析
1、對(duì)臂AB進(jìn)行受力分析
當(dāng)臂AB水平時(shí)，如圖3.2所示。
∠EBF=90°-α-β=90°-14°-6.3°=69.7°
∵EF= =1600mm
S△BEF = S△BEF
∴h＝＝900mm
相對(duì)B點(diǎn)進(jìn)行受力分析
＝×＋×－×h＝0 ＝24kN
液壓缸與水平所成的角度為72.5°
B受力為
＝8.35kN
＝13.45kN
＝16.65kN
圖3.2 臂AB水平位置受力分析圖
當(dāng)臂AB舉至最高位置時(shí)，如圖3.3所示。
∠EBF=150°-α-β=150°-14°-6.3°=120°
∵EF= =2100mm
S△BEF = S△BEF
∴h＝＝650mm
相對(duì)B點(diǎn)進(jìn)行受力分析
＝××sin30°＋××sin30°－×h＝0
＝21.3kN
圖3.3 臂AB最高位置受力分析圖
液壓缸與水平所成的角度為
68.5°
B受力為
＝4.0kN
＝22.3kN
＝24.5kN
2、對(duì)臂B`C`進(jìn)行受力分析
當(dāng)臂AB水平時(shí)臂B`C`所受力最大，如圖3.4所示。
＝7.5kN
＝0 －＝0
＝23.7kN
＝23.7kN
又＝＝5.28kN
＝＝22.2kN
∴＝＝31kN
＝32.3KN
圖3.4 臂B’C’受力分析圖
3、對(duì)臂CD進(jìn)行受力分析
當(dāng)各臂位置如圖3.5所示時(shí)，液壓缸II所受的壓力最大。
∴＝90°-18.5°-9.5°＝73°
＝1800mm
又
＝685mm
＝16.4kN
液壓缸II與水平方向所成的角度為
＝＝68.3°
對(duì)D點(diǎn)受力分析
＝0
＝0
＝16.2kN
＝19.3kN
＝25.2kN
圖3.5 臂CD受力分析圖
當(dāng)各臂位置如圖3.6所示時(shí)，液壓缸II所受的拉力最大
∴＝135°－18.5°－9.5°＝107°
＝1800mm
又
＝454mm
＝－8.4kN
圖3.6 臂CD受力分析圖
液壓缸II與水平方向所成的角度為
＝＝82.4°
對(duì)D點(diǎn)受力分析
＝0
＝0
＝21.3kN
＝12.3kN
＝24.3kN
=48.5kN
3.3 本章小結(jié)
本章通過(guò)查閱了機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)等書籍，利用相關(guān)計(jì)算公式和材料信息，確定了各臂的使用材料、實(shí)際外形尺寸和理論質(zhì)量，繪制了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，并對(duì)各臂進(jìn)行了系統(tǒng)的受力分析，通過(guò)大量計(jì)算和理論推證得出了各絞接點(diǎn)的最大受力情況及液壓缸的位置。
第4章 輔助機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是由回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)兩部分構(gòu)成的。根據(jù)驅(qū)動(dòng)裝置的不同，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可分為：機(jī)械驅(qū)動(dòng)式、電力驅(qū)動(dòng)式和液壓驅(qū)動(dòng)式。根據(jù)回轉(zhuǎn)支撐的結(jié)構(gòu)不同，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可分為轉(zhuǎn)柱式、立柱式和轉(zhuǎn)盤式，其中轉(zhuǎn)盤式是一種較常用的形式[7]。
轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)支撐裝置又可分為兩種：支撐滾輪式和滾動(dòng)軸承式。支撐滾輪式回轉(zhuǎn)支撐裝置增大了轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)裝置的高度，且質(zhì)量增加，成本增大；滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支撐裝置是目前應(yīng)用最多的一種，它是在普通滾動(dòng)軸承的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于放大了的滾動(dòng)軸承。其優(yōu)點(diǎn)是回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩小，承載能力大，高度低。由于回轉(zhuǎn)支撐裝置的高度降低，可以降低整車的質(zhì)心，從而增大了汽車的穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)各種回轉(zhuǎn)支撐裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、承載能力、加工性能以及應(yīng)用情況等的分析，最后確定本次設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)選擇交叉滾柱式。
按照專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZBT530001-1986的要求，交通設(shè)施高空作業(yè)車的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)應(yīng)能進(jìn)行正反兩個(gè)方向的360°回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)速度不大于2r/min，回轉(zhuǎn)過(guò)程中的起動(dòng)、回轉(zhuǎn)、制動(dòng)要平穩(wěn)、準(zhǔn)確、無(wú)抖動(dòng)、晃動(dòng)現(xiàn)象，微動(dòng)性能良好[8]。
4.2 支腿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
路燈安裝車的支腿機(jī)構(gòu)起調(diào)平和保證整車工作穩(wěn)定的作用，要求堅(jiān)固可靠，操作方便。支腿機(jī)構(gòu)是大多數(shù)高空作業(yè)車所必備的工作裝置，目前均采用液壓支腿。這類裝置是利用從汽車發(fā)動(dòng)機(jī)取出的動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)液壓泵，通過(guò)控制閥把液壓泵產(chǎn)生的液壓油供給液壓支腿的工作缸，實(shí)現(xiàn)支腿伸縮。其優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，動(dòng)作迅速。
液壓式支腿按數(shù)量來(lái)分有雙支腿和四支腿兩種。雙支腿的兩個(gè)支腳布置在起重裝置下的車體兩側(cè)，起支撐點(diǎn)只有兩個(gè)，因而支撐能力低，穩(wěn)定性差。本次設(shè)計(jì)選取四支腿形式。其中兩個(gè)支腿安裝在汽車的后部，另兩個(gè)支腿安裝在前后輪之間。在作業(yè)車的兩側(cè)，一般具有操縱桿，可使前、后、左、右4個(gè)液壓支腿單獨(dú)地伸出或縮回，所以即使在不平整或傾斜的地面上，也能把車調(diào)整到水平狀態(tài)，提高了整車作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性[9]。
4.2.1 支腿跨距的確定
1、支腿橫向跨距
路燈安裝車的支腿一般為前后設(shè)置，并向兩側(cè)伸出，如圖4.1所示。支腿支撐點(diǎn)縱橫方向的位置選擇要適當(dāng)，其原則是作業(yè)平臺(tái)在標(biāo)定載荷和最大作業(yè)幅度時(shí)，整車穩(wěn)定性要達(dá)到規(guī)定的要求[10]。
圖4.1高空作業(yè)車的支腿跨距
支腿橫向跨距：
支腿橫向外伸跨距的最小應(yīng)保證路燈裝車在側(cè)向作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性，即全部載荷的重力合力落在側(cè)傾覆邊以內(nèi)，并使繞左右傾覆邊AB或DC的穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩。1/2支腿橫跨距a應(yīng)滿足：
mm
由于車總寬B=1950mm，且2a＞B，
故取 mm
式中：G1——轉(zhuǎn)臺(tái)重力，N；
G2——底盤重力，N；
Gb——臂架重力，N；
q ——作業(yè)平臺(tái)重力，N；
Q ——作業(yè)平臺(tái)標(biāo)定載荷，N；
L1 ——轉(zhuǎn)臺(tái)重力中心至回轉(zhuǎn)中心的距離，mm；
r——臂架重力中心至回轉(zhuǎn)中心的距離，mm；
R——作業(yè)半徑（臂幅），mm。
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(yīng)繞前、后傾覆邊BC或AD的穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩。當(dāng)作業(yè)平臺(tái)在車輛后方作業(yè)時(shí)，可得后支腿支撐點(diǎn)至回轉(zhuǎn)中心的距離b1應(yīng)滿足：
mm
式中：L2 ——底盤質(zhì)心至回轉(zhuǎn)中心的距離。
同理，可得前支腿支撐點(diǎn)至回轉(zhuǎn)中心的距離b2為：
mm
支腿的縱向跨距：
因此取mm；mm。
故前兩支腿反力
后兩支腿反力
4.2.2 最大載荷時(shí)支腿力的計(jì)算
該高空作業(yè)車工作時(shí)，支承在A、B、C、D 四個(gè)支腿上由于回轉(zhuǎn)工作部分的回轉(zhuǎn)變幅作業(yè)等運(yùn)動(dòng)，則作用工作面內(nèi)必然產(chǎn)生附加力矩。
1、當(dāng)臂AB水平時(shí)，見(jiàn)圖3.2所示。
產(chǎn)生的附加支承反力為
2、當(dāng)臂AB舉至最高位置時(shí)，見(jiàn)圖3.3所示。
附加支承反力為
可見(jiàn)，狀態(tài)一最危險(xiǎn)。
所以，支腿液壓缸最大封閉壓力為：
4.2.3 撐腳接地面積確定
為了使路燈安裝車工作時(shí)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(duì)地面的壓強(qiáng)不大于地基強(qiáng)度，即：
mm2
mm2
取 mm2。
式中：[]——地基強(qiáng)度，一般為1.6Mpa。
4.3 取力器布置方案及基本參數(shù)選擇
各類專用汽車的專用工作裝置的動(dòng)力來(lái)源，主要由汽車發(fā)動(dòng)機(jī)提供。取力器就是其中一種動(dòng)力輸出的專用裝置，它能夠?qū)崿F(xiàn)從發(fā)動(dòng)機(jī)取出部分功率，用于驅(qū)動(dòng)各類液壓泵、真空泵、空壓機(jī)以及各類專用汽車工作機(jī)械[11]。
專用車取力方案的布置取決于取力方式。常見(jiàn)的取力方式分類：
1、發(fā)動(dòng)機(jī)取力
從前端取力：從發(fā)動(dòng)機(jī)前端取力的特點(diǎn)是采用液壓傳動(dòng)，適合于遠(yuǎn)距離輸出動(dòng)力，常用于長(zhǎng)頭式汽車底盤改裝的大型混凝土攪拌運(yùn)輸車。
從發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪后端取力：從飛輪后端取力的特點(diǎn)是取力器不受主離合器影響，傳動(dòng)系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)直接相連，取力器到工作裝置距離短，傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，取力功率大，傳動(dòng)效率高。此種方案應(yīng)用較廣，適用于平頭式汽車改裝的大中型混凝土攪拌車。
2、變速器取力
從一軸取力：從變速器一軸取力的布置方案又稱為變速器上置式取力方案。此種方案取力器疊置于變速器之上，用一惰輪與一軸常嚙合齒輪嚙合獲取動(dòng)力，需要改制原變速器頂蓋。此種應(yīng)用方案應(yīng)用很廣，自卸車?yán)洳剀嚴(yán)嚨纫话憔捎么朔N方案。
從中間軸齒輪取力：此種取力方案較為常見(jiàn)，又稱側(cè)置式取力，又分為左側(cè)和右側(cè)布置方案。
3、傳動(dòng)軸取力
傳動(dòng)軸取力方案是將取力器設(shè)計(jì)成一個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)，置于變速器輸出軸于汽車萬(wàn)向傳動(dòng)軸之間，固定在汽車車架上不隨傳動(dòng)軸擺動(dòng)、伸縮。設(shè)計(jì)時(shí)使用可伸縮的附件傳動(dòng)軸與其相連，并應(yīng)注意動(dòng)平衡與隔振、消振。
4、分動(dòng)器取力
分動(dòng)器取力布置方案主要用于全輪驅(qū)動(dòng)的牽引車、汽車起重機(jī)，用來(lái)驅(qū)動(dòng)絞盤或起重機(jī)構(gòu)。從取力器到工作裝置間可采用機(jī)械傳動(dòng)或液壓傳動(dòng)。
本設(shè)計(jì)選用底盤為三類底盤，所以可選用從中間軸齒輪取力的布置方案，
選取的的取力器是變速器自帶取力器型號(hào)為DF6S750。
4.4本章小結(jié)
本章首先對(duì)所設(shè)計(jì)的交通設(shè)施高空作業(yè)車的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)進(jìn)行了受力分析，從而計(jì)算出它的受力情況，并確定了回轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)的主要尺寸參數(shù)。然后對(duì)交通設(shè)施高空作業(yè)車的支腿機(jī)構(gòu)進(jìn)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，使其能夠穩(wěn)定的工作。另外，本章中也對(duì)取力器的布置進(jìn)行了分析，并選擇了適合的取力器。
第5章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
交通設(shè)施高空作業(yè)車型采工作裝置為液壓驅(qū)動(dòng)，360°全回轉(zhuǎn)。作業(yè)車主要工作機(jī)構(gòu)的液壓回路分成變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、和支腿收放這幾部分。其中回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)控制，上下吊臂的動(dòng)作由液壓缸控制,在此次設(shè)計(jì)中主要是對(duì)這兩部分進(jìn)行液壓設(shè)計(jì)，而支腿是用于支撐整機(jī)，同時(shí)調(diào)整整機(jī)平衡[12]。
5.1主要機(jī)構(gòu)液壓回路的設(shè)計(jì)與分析
5.1.1 變幅回路
變幅就是用液壓缸來(lái)改變上下臂的角度。變幅液壓缸由三位四通電磁換向閥來(lái)控制，為防止在變幅作業(yè)時(shí)因自重而使吊臂下落，在油路中設(shè)有平衡回路。
圖5.1 變幅機(jī)構(gòu)回路
1、動(dòng)作分析
由于上下臂機(jī)構(gòu)相似，所以只需要分析其中之一即可。
當(dāng)換向閥置于左位
液壓泵換向閥左向節(jié)流閥左平衡閥液壓缸右平衡閥右節(jié)流閥換向閥油箱
當(dāng)電磁換向閥置于右位
液壓泵換向閥右向節(jié)流閥右平衡閥液壓缸左平衡閥左節(jié)流閥換向閥油箱
當(dāng)電磁換向閥處于中位時(shí)，液壓缸不運(yùn)動(dòng)。
2、性能分析
行駛狀態(tài)時(shí)，兩節(jié)工作臂折疊在一起，進(jìn)行高空作業(yè)時(shí)，兩節(jié)工作臂分別由上下臂油缸舉升升展至一定高度，將工作人員送至工作位置。上臂和下臂、下臂和轉(zhuǎn)臺(tái)鉸接處均設(shè)有專門的滑動(dòng)軸承，保證工作臂轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)阻力小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)[13]。
5.1.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用液壓作為執(zhí)行元件，液壓馬達(dá)通過(guò)蝸輪蝸桿減速箱和一對(duì)內(nèi)嚙合的齒輪來(lái)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤。系統(tǒng)中一個(gè)由三位四通手動(dòng)換向閥控制轉(zhuǎn)盤的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和不動(dòng)三種工況。
圖5.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回路
1、動(dòng)作分析
換向閥置于左位
液壓泵換向閥梭閥液壓缸制動(dòng)器松開
左節(jié)流閥 液壓馬達(dá)
換向閥置于右位
液壓泵換向閥梭閥液壓缸制動(dòng)器松開
右節(jié)流閥 液壓馬達(dá)
換向閥置于中位
整個(gè)回路卸荷，制動(dòng)器液壓缸在自身彈簧的作用下迅速剎住液壓馬達(dá)。
2、性能分析
進(jìn)行回轉(zhuǎn)時(shí)，液壓馬達(dá)輸出動(dòng)力，通過(guò)回轉(zhuǎn)減速機(jī)減速后帶動(dòng)輸出軸上的小齒輪旋轉(zhuǎn)，小齒輪與回轉(zhuǎn)支承的齒圈嚙合，由于回轉(zhuǎn)支承的齒圈與車架剛性連接，因而回轉(zhuǎn)減速機(jī)帶動(dòng)與之相連的轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)。
如圖5.2所示， 換向閥處在中位時(shí)，整個(gè)回路卸荷，制動(dòng)器液壓缸在自身彈簧的作用下迅速剎住液壓馬達(dá)。這樣，即使液壓馬達(dá)有內(nèi)泄露也能保證吊臂被迅速制動(dòng)住,保證了安全性。
5.1.3 整車液壓回路設(shè)計(jì)
1、系統(tǒng)分析
系統(tǒng)中只有當(dāng)單向閥的電磁線圈Y1接通，變幅機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)才能進(jìn)行工作。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的馬達(dá)外控口都與油箱直接相連，起到一定的保護(hù)作用，在每個(gè)液壓缸的進(jìn)回油回路中都設(shè)節(jié)流閥調(diào)速，在整個(gè)系統(tǒng)中安全閥作為系統(tǒng)的安全保證。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置合理，采用模塊設(shè)計(jì)。
2、性能分析
系統(tǒng)的設(shè)計(jì)除應(yīng)滿足主機(jī)要求的功能和性能外，還考慮符合質(zhì)量輕、體積小、成本低、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用維護(hù)方便等一般要求及工作可靠這一特別重要的要求。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，可以是充分發(fā)揮其組成元件的工作性能，也可以是著重追求其工作狀態(tài)的絕對(duì)可靠。前者著眼于效能，后者著眼于安全；實(shí)際的設(shè)計(jì)工作則常常是這兩種觀點(diǎn)不同程度的組合。
在整個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，考慮到由于液壓馬達(dá)存在內(nèi)泄，平衡閥不能鎖住停在空中的重物，必須靠制動(dòng)器使重物可靠地停在空中。在開式回路中再次提升重物時(shí)，當(dāng)制動(dòng)器打開先與系統(tǒng)建立起負(fù)載壓力或制動(dòng)器開啟雖與系統(tǒng)建立起負(fù)載同步，但流向馬達(dá)的流量如小于馬達(dá)的泄露流量，會(huì)產(chǎn)生二次下滑。采用壓力記憶回路雖可保證制動(dòng)器開啟與系統(tǒng)建立起負(fù)載壓力同步，但系統(tǒng)復(fù)雜。采用負(fù)荷傳感回路，可使制動(dòng)器打開的同時(shí)系統(tǒng)壓力也建立起來(lái)，有效地消除因馬達(dá)內(nèi)泄產(chǎn)生的二次下滑現(xiàn)象[10]。
馬達(dá)制動(dòng)器控制采用的為內(nèi)控，制動(dòng)器壓力隨負(fù)載變化而變化，在負(fù)載壓力小于制動(dòng)器開啟壓力時(shí)，起升會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象。另一方面，為了彌補(bǔ)回路的開啟壓力。這種回路特別在空鉤時(shí)會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象。在回路上增加背壓閥解決抖動(dòng)現(xiàn)象會(huì)使系統(tǒng)效率降低。最好的解決辦法是制動(dòng)器采用恒壓外控。這樣還可以進(jìn)一步降低平衡閥的開啟壓力，提高回路效率，圖5.3為液壓系統(tǒng)原理圖。
圖5.3 液壓系統(tǒng)原理圖
工作裝置如支腿的收放、舉升機(jī)構(gòu)的升降、轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)等都是通過(guò)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)將動(dòng)力通過(guò)取力器傳遞液壓泵，液壓油經(jīng)過(guò)油箱內(nèi)的粗濾器吸入齒輪泵，齒輪泵輸出的壓力油經(jīng)過(guò)細(xì)濾器進(jìn)入工作回路。各工作裝置均由電磁換向閥和調(diào)速閥控制，不工作時(shí)，液壓油通過(guò)卸荷回路直接回到油箱。支腿不工作時(shí)，1YA通電。支腿工作時(shí)，2YA通電。雙向液壓鎖保證液壓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(shí)，3YA通電，上臂下降時(shí)，4YA通電。5YA通電時(shí)，下臂上升。6YA通電時(shí)，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(shí)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作。8YA通電時(shí)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不工作[14]。
5.2主要液壓元器件的選擇計(jì)算
5.2.1 驅(qū)動(dòng)液壓缸的計(jì)算確定
設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)，要在分析液壓缸系統(tǒng)工作情況的基礎(chǔ)上，根據(jù)液壓缸在機(jī)構(gòu)中所要完成任務(wù)來(lái)選擇液壓缸的結(jié)構(gòu)形式，然后按負(fù)載、運(yùn)動(dòng)要求、最大行程來(lái)確定主要尺寸[15]。
液壓缸確定
1、上臂液壓缸內(nèi)徑D的確定
根據(jù)載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來(lái)計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D：
計(jì)算公式： =3.57
--液壓缸內(nèi)徑（m）
--液壓缸推力（kM）
--根據(jù)車型選定的工作壓力16MP[9]
式中 --上臂自重,由計(jì)算為1100
--上臂長(zhǎng)度，為4500mm
--高空作業(yè)車吊籃最大承受力，由計(jì)算知為3000
--為力距，由計(jì)算得5m。
可得
所以
按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6-33給出的缸筒內(nèi)徑尺寸系列圓整成標(biāo)準(zhǔn)值，即取：
D=80mm
2、活塞桿直徑的確定
根據(jù)速度比的要求來(lái)計(jì)算活塞桿直徑：
--活塞桿直徑()
--液壓缸直徑()
--速度比
液壓缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度比，一般有1.46 1.33 1.25和1.15等幾種，
取2由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6-57(P23-191)查得：d=0.707D
將代入式(4) 得：
D=56.56
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6-34 液壓缸活塞桿外徑尺寸系列。
取液壓缸活塞桿外徑尺寸
3、液壓缸行程的確定
由于上下臂工作狀態(tài)最大夾角為時(shí)，上臂油缸伸出為最大。
可求出此長(zhǎng)度為 ：
L
油缸的最大行程一般取此長(zhǎng)度的一半，參照表5.1（GB2349—1980）液壓缸行程選擇如下：
表5.1（GB2349—1980）
25
50
80
100
125
160
200
250
320
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3200
4000
取
4、液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定
（1）缸筒壁厚的確定
--液壓缸缸筒厚度();
--試驗(yàn)壓力()。取，即，。
--液壓缸內(nèi)徑（m）；
--剛體材料的許用應(yīng)力（），取。
代入，得：
=5.0mm
代入相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算最后得：5.0mm
（2）缸體外徑的確定
D=90
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6-60圓整液壓缸外徑為90。
5、下臂油缸的相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算與上臂液壓缸計(jì)算類似（過(guò)程省略）
（1）液壓缸內(nèi)徑D 取D=125mm
（2）活塞桿直徑 取
（3）液壓缸行程S
（4）液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算
缸筒壁厚 20mm
缸體外徑 取液壓缸外徑為150。
6、支腿油缸的相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算
與上臂液壓缸計(jì)算類似（過(guò)程省略）
（1）液壓缸內(nèi)徑D 取
（2）活塞桿直徑 取
（3）液壓缸行程S
（4）液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算[5]
缸筒壁厚 5mm
缸體外徑 取液壓缸外徑為90。
7、液壓缸活塞桿強(qiáng)度校核
式中 ——液壓缸最大載荷，即，N
——材料的屈服極限，
——屈服極限安全系數(shù)，取
（1）上臂液壓缸
故上臂液壓缸滿足強(qiáng)度條件
（2）下臂液壓缸
故下臂液壓缸滿足強(qiáng)度條件
（3）支腿液壓缸
8、液壓缸的工作壓力
式中 ——液壓缸效率，
——回油背壓，取
（1）上臂液壓缸
（2）下臂液壓缸
（3）支腿液壓缸
9、液壓缸的流量
液壓缸流量應(yīng)該按伸縮速度計(jì)算，GKT-13型高空作業(yè)車，可以只按伸出速度計(jì)算流量即可，因?yàn)椴捎脝伪霉┯?，縮回速度要求不嚴(yán)格。
由
式中 ——液壓缸的內(nèi)徑
——伸出速度
——容積效率，取
（1）上臂液壓缸
（2）下臂液壓缸
（3）支腿液壓缸
5.2.2 液壓泵的選型計(jì)算
常見(jiàn)的液壓泵有齒輪泵、柱塞泵、葉片泵類型。齒輪泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、體積小、重量輕、維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，葉片泵和柱塞泵結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、價(jià)格較高。在后欄板起重運(yùn)輸汽車的液壓系統(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[16]。
1、液壓泵理論流量Qr
液壓泵的最大流量為
式中 ——液壓泵的最大流量。
——同時(shí)動(dòng)作的各個(gè)執(zhí)行元件所需的流量之和的最大值，如果同時(shí)有溢流閥工作，則應(yīng)改再加上溢流閥的最小流量2～3L/min。此處取。
——系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一般取～，現(xiàn)取。
故
故
2、計(jì)算液壓泵的壓力
考慮到正常工作時(shí)進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為
式中 ——液壓泵的最大工作壓力，
——執(zhí)行元件最大工作壓力，
——進(jìn)油管路中的壓力損失，取。
3、選擇液壓泵
首先依據(jù)初選的系統(tǒng)壓力選擇液壓泵的結(jié)構(gòu)類型，一般P＜21MPa，選用齒輪泵和葉片泵；P＞21MPa，則選擇柱塞泵。然后確定液壓泵的最大工作壓力和流量。液壓泵的最大工作壓力必須等于或超過(guò)液壓執(zhí)行元件最大工作壓力及進(jìn)油路上總壓力損失這兩者之和，液壓執(zhí)行元件的最大工作壓力可以從工況圖或表中找到；進(jìn)油路上總壓力損失可以通過(guò)估算求得，也可以按經(jīng)驗(yàn)資料估計(jì)，如表5.2所示。
表5.2 進(jìn)油路壓力損失經(jīng)驗(yàn)值
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)情況
總壓力損失Δp/MPa
一般節(jié)流調(diào)速及管路間單的系統(tǒng)
0.2～0.5
進(jìn)油路有調(diào)速閥及管路復(fù)雜的系統(tǒng)
0.5～1.5
液壓泵的流量必須等于或超過(guò)幾個(gè)同時(shí)工作的液壓執(zhí)行元件總流量的最大值以及回路中泄漏量這兩者之和。液壓執(zhí)行元件總流量的最大值可以從工況圖或表中找到（當(dāng)系統(tǒng)中備有蓄能器時(shí)，此值應(yīng)為一個(gè)工作循環(huán)中液壓執(zhí)行元件的平均流量）；而回路中泄漏量則可按總流量最大值的10%-30%估算。
在參照產(chǎn)品樣本選取液壓泵時(shí)，泵的額定壓力應(yīng)選得比上述最大工作壓力高20%-60%，以便留有壓力儲(chǔ)備；額定流量則只需選得能滿足上述最大流量需要即可。
由計(jì)算結(jié)果查手冊(cè)選用：CB-型齒輪泵
參數(shù)項(xiàng)目
取值
備注
理論排量
10-40
該齒輪泵選擇14
額定壓力
16
最高轉(zhuǎn)速
2400
額定轉(zhuǎn)速 n
1800
最高壓力 Pm
20
5.2.3 液壓控制閥的選用
在整個(gè)液壓系統(tǒng)油路中，平衡閥是為防止負(fù)載在舉升后自由下落，從而保持背壓，此系統(tǒng)中下臂液壓缸取極限負(fù)載最大值，經(jīng)計(jì)算P=5.39，故下臂選用平衡閥開啟壓力值為P=6，同理上臂液壓缸取極限負(fù)載最大值，經(jīng)計(jì)算P=2.4，故下臂選用平衡閥開啟壓力值為P=3，支腿液壓缸中雙向液壓鎖取極限負(fù)載最大值，經(jīng)計(jì)算P=4.3，故支腿液壓缸中雙向液壓鎖開啟壓力值為P=5.
在整個(gè)液壓系統(tǒng)回路中，溢流閥的額定壓力值為20，調(diào)壓范圍小于等于2。在油路中，順序閥利用油液壓力作為控制信號(hào)，來(lái)控制油路的通斷，順序閥開啟壓力值P=6+3+5=14，如表5.3所示。
表5.3 液壓控制閥的選擇
序號(hào)
元件名稱
規(guī)格
額定壓力/
型號(hào)
調(diào)壓范圍/
1
溢流閥
20
DBD型
≤2
2
順序閥
15
XFF-3
0.6~1.6
3
下臂液壓缸平衡閥
20
MRB-02G
-
4
上臂液壓缸平衡閥
14
RB型
-
5
雙向液壓鎖
20
YAF3型
-
5.2.4 油箱容積與管路內(nèi)徑計(jì)算
根據(jù)油箱液面與大氣是否相通，可分為開式油箱和閉式油箱
開式油箱：開式油箱的液面與大氣相通，為了減少外界環(huán)境污染對(duì)油液的直接影響，在油箱蓋上設(shè)置空氣濾清器，使大氣與油箱內(nèi)的空氣經(jīng)過(guò)濾清器相通，在潮濕地區(qū)應(yīng)用的油箱，在空氣濾清器上還應(yīng)裝有一定量的干燥劑
閉式油箱：閉式油箱是指箱內(nèi)液面不直接與大氣相通[17]。
1、油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)油箱時(shí)除了要考慮貯