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1、 畢業(yè)設計(論文) 高空作業(yè)車上車工作裝置設計 The design of ariel work platform upside mechanism 學生姓名 學院名稱 機電工程學院 專業(yè)名稱 機械設計制造及其自動化 指導教師 徐州工程學院畢業(yè)設計(論文) 徐州工程學院學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明： 所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要

2、貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標注。 本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。 論文作者簽名： 　　日期： 　年 月　　 日 徐州工程學院學位論文版權協(xié)議書 本人完全了解徐州工程學院關于收集、保存、使用學位論文的規(guī)定，即：本校學生在學習期間所完成的學位論文的知識產(chǎn)權歸徐州工程學院所擁有。徐州工程學院有權保留并向國家有關部門或機構送交學位論文的紙本復印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學院可以公布學位論文的全部或部分內容，可以將本學位論文的全部或部分內容提交至各類數(shù)據(jù)庫進行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制

3、手段保存和匯編本學位論文。 論文作者簽名： 　　 導師簽名： 　　 日期： 　年　 月　 　日 日期： 　　 年 　月　 　日 I 摘要 高空作業(yè)車主要應用于路燈、電力、交通、高速公路、造船修船、通信、建筑、園林、廣告、機場、港口、有線電視等行業(yè)，使用面廣、作業(yè)效率高、安全方便，擁有巨大的市場潛力。本課題主要是對其上車部分進行理論分析、計算并進行結構設計。 高空作業(yè)車是由兩個機械臂組成，合理確定其一些基本尺寸，運用理論力學知識對其受力分析，用材料力學知識進行強度校核，確定其他尺寸。根據(jù)

4、負載條件，選擇液壓元件，設計液壓系統(tǒng)。運用繪圖軟件Pro-e , CAD，畫出零件圖和裝配圖。 可靠性設計可以保證高空作業(yè)車有足夠的強度，有利于保證生產(chǎn)的安全。 關鍵詞 受力分析；強度校核；液壓系統(tǒng)；零件圖和裝配圖 Abstract Aerial Work Platform is mainly applied to street light, electric power, transportation, highway, shipbuilding and repairing, communicat

5、ions, constructions, gardens, advertising, airports, ports, cable TV, etc. It is widely used, efficient, safe and convenient. It has a great potential in the market. This article mainly finished the theoretical analysis, calculation and structure design . Aerial Work Platform is composed by two ma

6、nipulators ,after reasonably determining some of its basic dimensions, making its force analysis according to theoretical mechanics, I use material mechanics knowledge to make its strength check, and decide the other dimensions. According to load conditions, I choose hydraulic components, design hyd

7、raulic system. Make use of the drawing software such as Pro - e, CAD, to paint parts graphs and assembly drawings. Reliability design can ensure Aerial Work Platform have enough intensity to guarantee working safety. Keywords force analysis Strength check Hydraulic system the parts graphs an

8、d assembly drawings 徐州工程學院畢業(yè)設計(論文) 目 錄 摘要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1高空作業(yè)車的作用和意義 1 1.1.1高空作業(yè)車簡介 1 1.1.2高空作業(yè)車用途 1 1.1.3高空作業(yè)車的技術特點 1 1.1.4選題意義 2 1.1.5外國高空作業(yè)車的發(fā)展概況 2 1.1.6國內高空作業(yè)車發(fā)展狀況 3 2上車機構的機械原理設計和分析 6 2.1上車機構的組成部分 6 2.2上車結構圖 6 2.3機械設計分析 7 3 上車機構傳動結構設計 8 3.1上車機構的受力分析 8 3.2參數(shù)確定

9、 9 3.2.1桿長確定 9 3.2.2確定參數(shù)的范圍 9 3.2.3初定斷面尺寸 10 3.3可靠性設計 12 3.3.1臂L強度校核 13 3.3.2臂L強度校核 15 3.3.3鉸接旋轉軸的強度校核 17 4 液壓系統(tǒng)設計 18 4.1液壓系統(tǒng)的構成 18 4.2液壓系統(tǒng)設計概述 18 4.3設計依據(jù) 18 4.4主要機構簡述 18 4.5高空作業(yè)車起升機構的液壓回路設計 18 4.5.1動作分析 18 4.5.2液壓回路設計 18 4.5.3優(yōu)缺點分析 20 4.6高空作業(yè)車回轉機構液壓回路 20 4.6.1動作分析 20 4.6.2液壓回路設計

10、20 4.7高空作業(yè)車變幅機構液壓回路設計 21 4.7.1動作分析 21 4.7.2液壓回路設計 21 4.8整體液壓回路設計 21 4.9上臂油缸的設計 22 4.9.1缸筒壁厚的計算 24 4.9.2缸體的外徑計算 25 4.10下臂油缸的設計與計算 26 4.10.1缸筒壁厚的計算 27 4.10.2缸體的外徑計算 27 4.10.3流量的計算 28 4.11起升機構液壓馬達設計計算 28 4.12液壓泵的確定 29 4.12.1液壓泵的最大工作壓力P的確定： 29 4.12.2液壓泵的流量Q的計算 30 4.13油箱的選擇 30 5工作臺水平調整機構

11、設計 32 結論 36 致謝 37 參考文獻 38 附錄 39 附錄1 39 6高空作業(yè)車的操作保養(yǎng)與維修 39 6.1高空作業(yè)車的操作行為規(guī)范 39 6.2高空作業(yè)車的保養(yǎng)與維修 40 6.3高空作業(yè)車的常見故障及排除方法 42 46 1 緒論 1.1高空作業(yè)車的作用和意義 1.1.1高空作業(yè)車簡介 1.1.1.1高空作業(yè)車的含義 高空作業(yè)車是指3米以上，由液壓或電動系統(tǒng)支配多支液壓油缸，能夠上下舉升進行作業(yè)的一種車輛。采用液壓傳動的載人高空作業(yè)車，是當代先進的物種機械設備。施工人員借助高空作業(yè)車升空工作，只要正確使用，安全得到保證。但操作不妥或安全措施未落

12、實，它又是一種十分危險的主空作業(yè)規(guī)程，要制定一定的行為規(guī)范。 1.1.1.2高空作業(yè)車的分類 高空作業(yè)車大體有折疊臂、伸縮臂、混合臂、自行式、剪叉式等五個系列， 東風小霸王高空作業(yè)車、東風多利卡高空作業(yè)車、東風145高空作業(yè)車，江鈴高空作業(yè)車，慶鈴高空作業(yè)車，奧鈴高空作業(yè)車。 高空作業(yè)車的顏色以工程黃的顏色為主，不論是在白天和黑夜，黃色比較醒目。另提供多種選擇。 1.1.2高空作業(yè)車用途 主要應用于電力，通訊，路燈，交警，高速公路，有線電視，修造船，建筑，園林，廣告，攝景，大型企業(yè)等行業(yè). 1.1.3高空作業(yè)車的技術特點 (1)新型的全液壓自行式專用底盤。研制的具有完全自主知識產(chǎn)權

13、的自行式高空作業(yè)升降平臺車，采用了機電液一體化、可靠性設計和計算機輔助設計等技術，成功地研制了一種全液壓驅動、自行式專用底盤，突破了以往國內高空作業(yè)升降平臺車只能采用汽車或起重機底盤改裝設計的限制。 　(2)帶載行駛、作業(yè)穩(wěn)定性好。底盤結構突破了傳統(tǒng)的設計理論和方法，通過優(yōu)化上車平臺總體布局與載荷分布，減少了重心偏移。采用獨特的大角度后仰式鉸點結構，合理設置多種配重模塊，有效地平衡了工作力矩。采用H型變截面復合箱梁剮性車架和高負荷實心橡膠輪胎，增加了底盤整體剛度，保證了整機行駛、作業(yè)過程的穩(wěn)定性，實現(xiàn)了高空作業(yè)升降平臺車帶載行駛的功能。 　(3)多功能、多用途的作業(yè)裝置。通過大臂前端托

14、架，可以快速安裝舉升裝置或載人平臺，實現(xiàn)物料舉升、起重吊裝和載人高空作業(yè)等功能，同時為擴展作業(yè)裝置以及各種工作裝置的快速切換提供了接口。 　(4)獨特的三維旋轉托舉裝置。設計的三維旋轉托舉裝置，既能夠自動保持被舉升物料的姿態(tài)，又可以實現(xiàn)舉升物料在空間內任意高度、任意位置和任意方向的調整要求，速度控制精確靈敏，微動性能好，滿足了大型洞庫內高空作業(yè)與通風管道安裝的要求。 曲臂式高空作業(yè)車能懸伸作業(yè)、跨越一定的障礙或在一處升降可進行多點作業(yè)；平臺載重量大，可供兩人或多人同時作業(yè)并可搭載一定的設備；升降平臺移動性好，轉移場地方便；外型美觀，適于室內外作業(yè)和存放。適用于車站、碼頭、商場、體育場館、小

15、區(qū)物業(yè)、廠礦車間等大范圍作業(yè)。 拖車式折臂高空作業(yè)車，移動方便，折臂結構緊湊，采用新型優(yōu)質型鋼，強度高、重量輕、直接接入交流電或采用本身直流電源啟動，架設速度快，工作臺即可升高又可水平延伸，還可旋轉，易于跨越障礙物到達工作位置，是理想的高空作業(yè)設備。 在作業(yè)斗內和回轉座上均設有操縱裝置, 遠距離控制發(fā)動機的啟動/停止、高速/低速，采用電液比例閥控制臂的動作，平穩(wěn)性好，工作臂可左、右360連續(xù)旋轉，靠連桿機構自動維持作業(yè)槽水平，主泵出現(xiàn)故障時可操縱應急泵下降作業(yè)槽，具備夜間照明，可起吊重物。產(chǎn)品被廣泛用于電力、路燈、市政、園林、通信、機場、造（修）船、交通、廣告、攝影等高空作業(yè)領域。 新型的全液

16、壓自行式專用底盤研制的具有完全自主知識產(chǎn)權的自行式高空作業(yè)升降平臺車，采用了機電液一體化、可靠性設計和計算機輔助設計等技術，成功地研制了一種全液壓驅動、自行式專用底盤，突破了以往國內高空作業(yè)升降平臺車只能采用汽車或起重機底盤改裝設計的限制。 帶載行駛、作業(yè)穩(wěn)定性好，底盤結構突破了傳統(tǒng)的設計理論和方法，通過優(yōu)化上車平臺總體布局與載荷分布，減少了重心偏移。采用獨特的大角度后仰式鉸點結構，合理設置多種配重模塊，有效地平衡了工作力矩。采用H型變截面復合箱梁剮性車架和高負荷實心橡膠輪胎，增加了底盤整體剛度，保證了整機行駛、作業(yè)過程的穩(wěn)定性，實現(xiàn)了高空作業(yè)升降平臺車帶載行駛的功能。多功能、多用途的作業(yè)裝置

17、，通過大臂前端托架，可以快速安裝舉升裝置或載人平臺，實現(xiàn)物料舉升、起重吊裝和載人高空作業(yè)等功能，同時為擴展作業(yè)裝置以及各種工作裝置的快速切換提供了接口。 獨特的三維旋轉托舉裝置設計的三維旋轉托舉裝置，既能夠自動保持被舉升物料的姿態(tài)，又可以實現(xiàn)舉升物料在空間內任意高度、任意位置和任意方向的調整要求，速度控制精確靈敏，微動性能好，滿足了大型洞庫內高空作業(yè)與通風管道安裝的要求。 1.1.4選題意義 高空作業(yè)車主要應用于路燈、電力、交通、高速公路、造船修船、通信、建筑、園林、廣告、機場、港口、有線電視等行業(yè)，使用面廣、作業(yè)效率高、安全方便，擁有巨大的市場潛力。本課題主要是對其上車部分進行理論分析、

18、計算并進行結構設計。 1.1.5外國高空作業(yè)車的發(fā)展概況 歐美日等發(fā)達國家和地區(qū)，高空作業(yè)車發(fā)展起步較早，從20世紀20年代就開始研制，已有近百年的發(fā)展歷史。產(chǎn)品技術水平高，安全性好，可靠性高，作業(yè)高度大，規(guī)格齊全，結構型式豐富，功能多樣。歐洲高空作業(yè)車的制造商主要以BRONTO（波浪濤)、RUTHMANN（胡特曼)、PALFINGER（帕爾菲格）、OIL&STEEL、SOCAGE等廠家為代表；美國以ALTEC（阿爾泰克)、TEREX（特雷克斯)、TIME（時代)等為代表；日本以AICHI（愛知)、TADANO（多田野)等為代表。歐美日的高空作業(yè)車主要用途和風格截然不同。美國的高空作業(yè)車作

19、業(yè)高度很少超過40m，以帶電作業(yè)的絕緣型為主，絕緣等級達到500kV的超高壓水平，為世界最高，主要應用于電力系統(tǒng)中電力線路的帶電維護作業(yè)，其年銷售量約為1.6萬臺左右，遠低于高空作業(yè)平臺的年銷售量，其它領域高空作業(yè)以自行式高空作業(yè)平臺和牽引式高空作業(yè)平臺為主。歐洲與美國恰恰相反，以非絕緣型高空作業(yè)車為主，絕緣型高空作業(yè)車數(shù)量很少，所謂的絕緣型也僅僅采用玻璃鋼工作斗，絕緣等級不超過1kV。歐洲的高空作業(yè)車應用領域相當廣泛，包括市政、園林、室外裝潢、交通設施維護、建筑、風電維修等，年銷售量超過2萬臺，且保有量巨大，僅荷蘭一國高空作業(yè)車的保有量就超過1萬臺。歐洲高空作業(yè)車主要以租賃為主，目前世界作業(yè)

20、高度最高的高空作業(yè)車均出自歐洲，包括BRONTO（波浪濤)、RUTHMANN（胡特曼)、WUMAG（烏馬格）在內的廠家均研制了100m以上的高空作業(yè)車，SOCAGE公司也正在研制100m以上的高空作業(yè)車，但使用和保有量最大的還是作業(yè)高度在20～25m之間，臂架形式以伸縮臂為主的車型。日本高空作業(yè)車的年銷售量超過6千臺，既有絕緣型又有非絕緣型，但其絕緣型的絕緣等級遠低于美國的水平，非絕緣型的作業(yè)高度也遠低于歐洲的高度，以日本愛知為例：非絕緣型高空作業(yè)車最大作業(yè)高度不超過28m，絕緣型高空作業(yè)車的最大絕緣等級不超過220kV。 1.1.6國內高空作業(yè)車發(fā)展狀況 我國高空作業(yè)車行業(yè)起步較晚，自2

21、0世紀60年代開始研制，70年代才推出商業(yè)化樣機。隨著改革開放的深入，逐漸引入國外高新技術及其產(chǎn)品，高空作業(yè)車才開始在我國的城市道路照明、園林領域和電力、公安、交通等行業(yè)推廣使用。目前我國高空作業(yè)車年銷售量在2千臺左右，產(chǎn)品技術水平差距較大，產(chǎn)品結構單一。市場銷售、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35m。高空作業(yè)平臺產(chǎn)品在國民經(jīng)濟中所占比例較小，尚沒有明確劃分產(chǎn)業(yè)分類，盡管還缺乏國際性的品牌，但已經(jīng)形成了種類齊全的高空作業(yè)平臺產(chǎn)業(yè)格局?！笆晃濉眹铱萍贾斡媱潯稛o腳手架安裝作業(yè)技術裝備與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)》重點項目的實施，極大提升了高

22、空作業(yè)平臺行業(yè)的影響力。北方交通力維環(huán)保高空作業(yè)車，沈陽北方交通重工集團在2010年上半年陸續(xù)推出了一系列環(huán)保型高空作業(yè)車，其中包括采用交流電驅動的自行式高空作業(yè)平臺。目前，我國只有北方交通具備生產(chǎn)交流電驅動自行式高空作業(yè)平臺的技術與實力，打破了國外的技術壟斷。該系列自行式高空作業(yè)平臺的驅動系統(tǒng)完全采用交流驅動，具有零排放，低噪聲的特點，適合在室內環(huán)境中使用。該系列產(chǎn)品在技術方面具備三大優(yōu)勢：一是交流驅動使設備具有更加強勁的驅動能力，提高了生產(chǎn)效率；二是設備在使用過程中，運行成本與維護成本低廉，為用戶節(jié)約了更多資金；三是交流驅動采用速度力矩控制，控制能力大大增強，同時控制的靈敏度提高。杭州賽奇

23、高空作業(yè)機械有限公司　陳建平目前，上述主流類型產(chǎn)品在技術研發(fā)方面的共同趨勢是：在增加作業(yè)高度、優(yōu)化底盤結構、采用先進行走方式、應用現(xiàn)代控制技術等方面下功夫，提升產(chǎn)品檔次。涉及到的新技術主要有：高強度材料應用及其加工技術；惡劣環(huán)境下使用的可靠性技術；綠色、低碳等環(huán)保技術；基于信息化、智能化安全監(jiān)控的電子控制技術。5 月20 日，繼17m 高空作業(yè)車成功面市之后，徐工隨車起重機公司新型折疊臂系列第二個成員— 14m 高空作業(yè)車推出。該產(chǎn)品剛一下線就迎來了第一批用戶，系列高空作業(yè)車日益成為市場新寵。1 4 m 高空作業(yè)車采用兩節(jié)臂結構形式，配置江鈴與慶鈴兩種底盤，在結構、電氣與液壓方面保持了與17m

24、 車的一致性。由于14m 高空作業(yè)車為兩節(jié)臂，在整車穩(wěn)定性方面更為突出。14m 車工作斗最大作業(yè)高度為14.6m、最大作業(yè)幅度為6.1m、最大起吊重量為2t，各項配置及性能參數(shù)目前處于國內領先地位。該系列產(chǎn)品是隨車起重機公司產(chǎn)品多元化策略下的又一豐碩成果。目前，該系列高空作業(yè)車已得到市場的認可和用戶的青睞，即將成為該公司的又一經(jīng)濟增長點。江蘇省機器人化智能控制系列高空作業(yè)車研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項目有了最新成果，33m 混合臂高空作業(yè)車日前研制成功。該車達到了國產(chǎn)高空作業(yè)車的最大高度，不僅實現(xiàn)大高度高空作業(yè)，還能夠進行地面以下的低空作業(yè)，并能夠跨越空中障礙。該車車長小于8.7m ，首次將作業(yè)高度30m

25、以上的高空作業(yè)車長度縮小到10m以內。該車采用了自動動作、軌跡控制、速度補償、人機對話、故障自檢并輔助維修等先進控制技術，且配備了全手動應急操作體系、主動被動防撞系統(tǒng)，具有結構緊湊、性能優(yōu)越、智能化程度高、安全性高等特點，市場前景廣闊。 高空作業(yè)平臺屬于終端消費品，在我國普及程度不高，使用頻率低；各生產(chǎn)地區(qū)產(chǎn)業(yè)鏈不完整，科技含量落差大；與國際上主要制造廠商相比，企業(yè)的規(guī)模偏??；對于產(chǎn)品標準的執(zhí)行能力不強，相關的操作培訓、安全使用等方面的配套標準還有所欠缺。 1）行業(yè)發(fā)展歷程　大致經(jīng)過了三個時期：上個世紀70～90年代，基本上以國有中小型企業(yè)或者大型企業(yè)的一個部門為主進行制造，如上海飛機制造

26、廠、北京施工機械廠、杭州園林機械廠、上海中立制系統(tǒng)將成為主流，同時基于GPRS的遠程監(jiān)控和維修技術將投入使用，能有效對設備使用狀況和故障情況進行實時監(jiān)控，將大大提高產(chǎn)品的安全性和可靠性；⑤提高產(chǎn)品人性化設計，操作使用和維護維修更加簡單方便，并在工作斗中多設計和配置一些方便高空作業(yè)的功能及設備，例如風、水、液壓、電接口，以及更高級的多功能工作臺、焊機、切割機等多種裝備，擴大高空作業(yè)的適用領域，提高高空作業(yè)車的利用率；⑥節(jié)能環(huán)保技術將更多應用，全電驅動底盤高空作業(yè)車將隨著新能源汽車技術的成熟在城市市政領域得到快速發(fā)展。 2）產(chǎn)品制造工藝：標準化制造、部件化噴漆裝配必將成為各生產(chǎn)廠家的標準生產(chǎn)模式

27、，提高產(chǎn)品裝配水平和表面處理質量能有效提高產(chǎn)品的可靠性；電氣系統(tǒng)采用汽車或移動設備的產(chǎn)品配置和接線方法，提高電氣系統(tǒng)的可靠性。 3）產(chǎn)品方向：重點發(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，以適應我國城市空間和場地狹窄、道路地面承重能力差異大等特點。我國經(jīng)濟發(fā)展程度決定目前在民用高空作業(yè)領域50m以上的作業(yè)要求還很少，應不急于向超大作業(yè)高度如50m以上的產(chǎn)品發(fā)展。“十二五”期間，我國的城市化進程將進一步加快，基礎設施建設會進一步加強，需要大量添置高空作業(yè)車進行市政工程的安裝和運行維護；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750kV以上

28、的超高壓輸電網(wǎng)，需要大量的高空作業(yè)車用于電網(wǎng)的建設和運營維護；隨著我國工程設備租賃行業(yè)的發(fā)展，可以節(jié)約大量設備購置資金的租賃方式將進一步促進高空作業(yè)車市場的發(fā)展，租賃行業(yè)將是高空作業(yè)車市場需求量增長潛力最大的行業(yè)。如何適應市場需求并引導市場需求，高空作業(yè)車技術將如何發(fā)展？這些都對高空作業(yè)車行業(yè)提出了更高的要求。 折疊臂式高空作業(yè)車仍然是市場主流產(chǎn)品，但市場份額將逐步下降，伸縮臂和混合臂式高空作業(yè)車將以無可替代的優(yōu)勢占據(jù)市場半壁江山。①折疊臂式高空作業(yè)車由于市場保有量大、用戶熟悉、價格低廉、維護簡單等優(yōu)勢仍然會成為市場主流產(chǎn)品，但需在安全性和人性化方面改進提高；②伸縮臂式高空作業(yè)車將以其作業(yè)效

29、率高、操作簡單、安全性好等優(yōu)勢得到快速發(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，在特殊領域和大高度上具有無比優(yōu)勢，但由于該型式車技術復雜、制造工藝要求高、成本高等缺點，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)車也將成為一個新的產(chǎn)品方向。目前市場上常見的高空作業(yè)平臺產(chǎn)品類型主要有剪叉式、桅柱式、臂架式。其中臂架式又分為折臂式、伸縮式和折臂伸縮混合式等。產(chǎn)品的品種規(guī)格與國外相比差距較大：大型產(chǎn)品最大高度50m，僅為國外一半；小型產(chǎn)品微型化、輕量化程度不夠，難以滿足多方面功能的要求。產(chǎn)品的

30、結構也顯得單一，如底盤的行走結構，國外有整個底盤行走履帶式、四行走輪履帶式等；伸縮式平臺的升降機構，國外產(chǎn)品不但有鋼結構，還有鋁合金等。大量采用新技術和新結構，逐步執(zhí)行國際標準，以降低整車重量、整車高度，增大作業(yè)幅度、工作斗承載能力。①臂體截面從矩形改進為六邊形或多棱形，甚至采用U形截面，這些已經(jīng)普遍應用在汽車起重機上，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，同時工作斗的額定載荷也將超過目前普遍的200kg，以適應不同行業(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臺前置、工作斗后

31、置布置結構將成為伸縮臂式高空作業(yè)車的主流結構；④安全控制上向國際先進水平看齊，安全控制更加完善，雙冗余控制將成為標準配置，基于CAN總線的智能化控制。 2上車機構的機械原理設計和分析 2.1上車機構的組成部分 上車機構的組成部分有：上臂，下臂，上臂液壓缸，下臂液壓缸，調平液壓缸，鉸接處連桿，籃式工作臺等。其構成見圖2-1。 圖2-1上車機構運動圖 其運動軌跡如圖，液壓油油缸具有一定的伸縮長度，可以推動連桿臂實現(xiàn)抬升或者下降運動，上下臂可以觸及很廣的工作范圍。其運動可以用運動軌跡分析法測繪出。 2.2上車結構圖 圖2-2上車結構圖 L——上臂長度，本設計取L長為8m；

32、 L——下臂長度，本設計取L長為7.8m; g——上臂液壓缸整體長度 g——下臂液壓缸整體長度 L——上臂和上臂液壓缸的鉸點距兩臂的鉸點之間的距離,本設計取L長為3m; L——下臂和下臂液壓缸的鉸點距下臂與機座的鉸點之間的距離,本設計取L長為3m; L——聯(lián)接上下臂的斜短臂長度,本設計取L為0.4m 2.3機械設計分析 兩機械臂中間鉸接 ，構成一個二桿開鏈，該二桿機構一端自由，一端鉸接在機架上，在兩個液壓缸給定的推力下，有確定的運動 。由于在載荷作用下，高空作業(yè)車有一定的強度要求。 運用理論力學知識對上懸臂進行受力分析，建立簡化的力學模型，使其合力，合力矩為零，處于靜平衡狀態(tài)

33、，運用材料力學知識對其危險部分進行強度校核。保證高空作業(yè)車在給定載荷作用下正常工作。 3 上車機構傳動結構設計 3.1上車機構的受力分析 上車機構的機械傳動結構設計，已知最大起重量為2，G = mg = 19.6N,其可靠性設計過程如下：（注意，） 運用理論力學知識，對上臂進行受力分析： X軸方向的受力平衡： 式（3.1.1） Y軸方向的受力平衡： 式（3.1.2） 對鉸接

34、點的合力矩為零： 式（3.1.3） 通過其它參數(shù)可以求得 F , F; （圖3-1中） 圖3-1上臂受力圖 同理，運用理論力學知識，對上臂進行受力分析： X軸方向的受力平衡： 式（3.1.4） Y軸方向的受力平衡： 式（3.1.5） 對鉸接點的合力矩為零： 式（3.1.6） 圖3-1-2中。 圖3-1-2下臂受力圖 3.2參數(shù)確定 3.2.

35、1桿長確定 可以根據(jù)設計需要，給定已知桿件的長度，運用幾何知識和運動軌跡確定未知參數(shù)。 高空作業(yè)車的高度有： H = 式（3.2.1） 式中：L = 8 m, L = 7.8m, L = 3m, L = 3m, L = 0.4m; h = L 式（3.2.1.2） ——傾斜連桿L與水平面的夾角；取= 60 h ——車身高度（底固定座鉸點距地面垂高）； h——工作籃高度。 3.2.2確定參數(shù)的范圍

36、 圖3-2-2上臂與上臂液壓缸之間的關系圖 由圖3-2-2-1，易知為液壓缸軸線與水平面的夾角， 當取得最大值時，有 式（3.2.2.1） 圖3-2-2-1下臂和下臂液壓缸之間的安裝關系圖 式（3.2.2.2） 由式（3.2.2.1）和式（3.2.2.2）得，。 參照許福玲，陳堯明《液壓與氣壓傳動》 ，機械工業(yè)出版社 ，2007。液壓泵的最高系統(tǒng)壓力 3Pa, F和F的壓力確定見液壓系統(tǒng)分析與液壓元件選擇

37、。 材料選為合金鋼 20CrMnTi, 鋼的密度為 7.85 Kg/m，其詳細性能見表3-2-2-2： 表3-2-2合金鋼的化學成分與力學性能 材料名稱 化學成分（％） 力學性能 C Mn Cr Ti 抗拉強度 σb Mpa 屈服強度 σs Mpa 彈性模量 E /N/mm2 伸長率 δ /％ 布氏硬 度① /HBS 20CrMnTi 0.17 ~ 0.23 0.80 ~ 1.10 1.00 ~ 1.30 0.06 ~ 0.12 1080 835 _ 10 _ 合金鋼 20CrMnTi的

38、力學性能是高空作業(yè)車的強度設計和可靠性設計的參照基準。 3.2.3初定斷面尺寸 具體斷面尺寸見圖3-2-3 單位mm 圖3-2-3 上臂斷面圖 截面面積 S = m 式（3.2.3.1） 得 G = N 式（3.2.3.2） 由式（3.1.3）有 式（3.2.3.3） 當高空作業(yè)車上臂收起時， 得 Fg1 當高空作業(yè)車上臂抬升至最大高度時，，將其他已知數(shù)據(jù)代入： 式（3.2.3.4） 得

39、 取 =6.2 由式（3.1.1），（3.1.2）得 當， 由式（3.1.6）得： 式（3.2.3.5） 又由（3.1.4）式得： 式（3.2.3.6） 3.3可靠性設計 材料選為合金鋼 20CrMnTi，根據(jù)其力學性能，運用材料力學的知識對其分析。 見圖3-3-0： 圖3-3-0上臂與上臂液壓缸位置關系圖 L1，L2水平位置時，

40、 式（3.3.1） 時由式（3.3.1）得， 在圖3-3-0-1中 圖3-3-0-1下臂與下臂液壓缸位置關系圖 式（3.3.2） 如圖3-3-0-2液壓缸伸長后 式（3.3.3） 式（3.3.4） 得

41、 H=2 m 式（3.3.5） 如圖3-3-0-2 圖3-3-0-2高空作業(yè)車上車機構簡圖 3.3.1臂L強度校核 易知液壓缸g與臂L相交處的L臂處的截面易折斷，是危險截面，對危險截面進行受力分析：如圖3-3-1 圖3-3-1上臂危險截面受力分析圖 根據(jù)其受力平衡可知其載荷之和與合力矩之和為零； 式（3.3.1.1） M= 式（3.3.1.2） M——對危險截面的彎矩

42、 式（3.3.1.3） ——危險截面的正應力 式（3.3.1.4） ——危險截面的切應力 式（3.3.1.5） ——由彎矩引起的應力值 根據(jù)材料力學的知識，有上臂斷面上部處應力分析： 式（3.3.1.6） ——上臂斷面上端所受正應力

43、 式（3.3.1.7） ——上臂斷面所受的切應力 見圖3-2-3，形心坐標公式有： 式（3.3.1.8） ——對y軸的形心坐標 =0.043m 對z軸的轉動慣量： = =1.324 代入得 根據(jù)第三強度理論： 式（3.3.1.9） 代入不等式后，當

44、 605.1 < 式（3.3.1.10） =1.3 具有一定的安全系數(shù)，可靠性足夠。 3.3.2臂L強度校核 易知L與液壓缸g鉸接處截面易破壞， 都取得最大值， 力學分析見圖3-3-2 圖3-3-2下臂簡化圖 同理，對危險截面受力分析： 式（3.3.2.1） 式（3.3.2.2） M= 式（3.3.2.3） 代入式（3.3.2.3） M =1.76 如圖3-3-2-1所示

45、 圖3-3-2-1下臂受力分析圖 L截面如圖3-3-2-1： 單位mm 圖3-3-2-1下臂截面圖 有以下參數(shù)計算： S= I= 式（3.3.2.4） 由第三強度理論： n=1.3 3.3.3鉸接旋轉軸的強度校核 L和L鉸接處旋轉軸尺寸確定：旋轉軸20鋼， 式（3.3.3.1） 由式（3.1.4），（3.1.5）有：

46、 式 （3.3.3.2） 式（3.3.3.3） 又 F > 0 , 所以有以下關系： 取L臂與支座鉸接處旋轉軸直徑 d=1.7m,強度足夠。 4 液壓系統(tǒng)設計 4.1液壓系統(tǒng)的構成 高空作業(yè)車采用臂式結構，工作裝置為液壓驅動。本設計主要研究上車裝置的液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)元件按構成類型可以分為動力元件，執(zhí)行原件和輔助元件等。在此液壓系統(tǒng)中，將，將構成作業(yè)車主要工作機構的液壓回路分成起升機構

47、，變幅機構，回轉機構和支腿收放這幾個部分。其中起升機構和回轉機構由液壓馬達控制和上下吊臂的變幅由液壓缸控制，在此次設計中主要是對這兩部分進行液壓設計，而支腿是用于支撐整機，同時調整整機平衡，支腿收放部分的液壓設計在此次設計中不加考慮，由于主要是上車機構設計。 4.2液壓系統(tǒng)設計概述 液壓系統(tǒng)有傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)之分，本次設計主要是針對傳動系統(tǒng)設計而言，主要是確定整個高空作業(yè)車的液壓回路，以及其間主要執(zhí)行原件，控制元件等的主要尺寸和基本性能參數(shù)。系統(tǒng)的設計應滿足主機要求的功能和性能。 4.3設計依據(jù) 《機械設計手冊4》，《起重機設計手冊》 4.4主要機構簡述 高空作業(yè)車上下工作臂，

48、工作平臺， 回轉機構， 提升機構， 動力系統(tǒng)， 中心回轉接頭， 液壓系統(tǒng)（液壓系統(tǒng)采用定量齒輪泵供油，系統(tǒng)工作壓力為33.3MPa，油路中設有安全溢流閥，液壓系統(tǒng)通過電液比例流量閥對工作臂油缸，回轉馬達和卷揚馬達供油，供油量大小由比例閥控制，輸出流量和負荷變化無關，可是系統(tǒng)達到穩(wěn)定的工作速度，并且能夠實現(xiàn)無級調速。系統(tǒng)工作壓力由電磁溢流閥調定。支腿的收放由下車多路換向閥控制。） 電器系統(tǒng)（警示燈，照明燈，上臂限位系統(tǒng)，下臂限位系統(tǒng)，上下車互鎖系統(tǒng)，蜂鳴器，轉臺控制箱，吊籃控制箱等） 4.5高空作業(yè)車起升機構的液壓回路設計 4.5.1動作分析 起升機構由液壓馬達和起升減速機組成。起升液壓馬

49、達驅動起升減速機旋轉，帶動滾筒將鋼絲繩收緊或者放出，實現(xiàn)重物的提升和下降。 4.5.2液壓回路設計 換向閥：利用閥芯在閥體內的相對運動，使流液的通路接通，關斷，或改變流動方向，從而使執(zhí)行原件啟動，停止或改變運動方向。 梭閥：梭閥相當于有兩個單向閥組合而成，有兩個輸入口和一個輸出口，在液壓回路中起邏輯或的作用。 單向節(jié)流閥：正向流動時起單向閥作用，反向流動時起節(jié)流閥作用。 平衡閥：可使運動速度不受載荷變化的影響，保持穩(wěn)定，附加的單向閥功能，密封性好，在管路損壞或制動失靈時，可防止重物自由下落造成事故。 制動器：制動器一般采用常閉式，即向制動器供壓力油時，制動器打開，反之，則在彈簧力作

50、用下使馬達制動。 以下開始分析動作控制過程： 如圖4-5-2所示，換向閥3置于右位時，壓力油經(jīng)梭閥4，單向節(jié)流閥5進入制動器油缸6，制動器松開，液壓油同時經(jīng)平衡閥7中的單向閥進入起升機構液壓馬達8，驅動其轉動，使吊臂提升?？繂蜗蚬?jié)流閥5的節(jié)流作用，制動器松開較起升機構液壓馬達8，驅動其轉動，使吊重起升。靠單向節(jié)流閥5的節(jié)流作用，制動器松開較起升機構液壓馬達旋轉滯后，避免吊重在起升驅動力矩未充分建立前下溜。 換向閥3置于左位時，液壓油直接進入起升機構液壓馬達的另一腔，同時經(jīng)梭閥4，單向節(jié)流閥5進入制動器液壓缸6，松開制動器，液壓缸馬達反轉，吊重放下。此時，平衡閥7的遠控口受到壓力油的作用，

51、推動平衡閥的閥芯，調節(jié)其開度，使吊重平穩(wěn)下落。 換向閥3處于中位時，整個回路卸荷，制動器液壓缸6在自身彈簧和單向節(jié)流閥5的作用下迅速剎住液壓馬達。這樣，即使液壓馬達有內泄露也能保證吊重被迅速制動住，實現(xiàn)空中可靠懸停或就位。 圖4-5-2液壓控制回路 1——液壓泵； 2——油缸； 3——換向閥； 4——梭閥； 5——單向節(jié)流閥； 6——制動節(jié)流閥； 7——平衡閥； 8——起升液壓馬達 4.5.3優(yōu)缺點分析 這種液壓回路只能靠調節(jié)發(fā)動機轉速和換向閥開度的節(jié)流作用來調速，調速范圍小，能耗大，但它簡單，容易配置，適宜用于這種中小型起重車。 4.6高空作業(yè)車回轉機構液壓回路 4.6

52、.1動作分析 進行回轉時，液壓馬達輸出動力，通過回轉減速機減速后帶動輸出軸上的小齒輪旋轉，小齒輪與回轉支承的齒圈嚙合，由于回轉支承的齒圈與車架剛性連接，因而回轉減速機帶動與之相連的轉臺回轉。 4.6.2液壓回路設計 電磁換向閥：電磁換向閥借助于電磁鐵吸力推動閥芯動作來改變液流方向。 梭閥：梭閥相當于有兩個單向閥組合而成，有兩個輸入口和一個輸出口，在液壓回路中起邏輯或的作用。 單向節(jié)流閥：正向流動時起單向閥作用，反向流動時起節(jié)流閥作用。 制動器：制動器一般采用常閉式，即向制動器供壓力油時，制動器打開，反之，則在彈簧力作用下使馬達制動。 控制過程分析如下： 如圖4-6-2所示，換向

53、閥置于右位時，壓力油經(jīng)梭閥進入制動器油缸，制動器松開。液壓油同時經(jīng)平衡閥中的單向閥進入回轉機構液壓馬達，驅動其轉動，使吊臂回轉。 圖4-6-2液壓馬達控制回路圖 換向閥置于左位時，液壓油經(jīng)單向節(jié)流閥進入回轉機構液壓馬達的另一腔，同時經(jīng)梭閥進入制動油缸，松開制動器，液壓馬達反轉。 換向閥處于中位時，整個回路卸荷，制動器液壓缸在自身彈簧的作用下迅速剎住液壓馬達。這樣，即使液壓馬達有內泄漏也能保證吊臂被迅速制動住。 4.7高空作業(yè)車變幅機構液壓回路設計 4.7.1動作分析 行駛狀態(tài)時，兩工作臂折疊在一起，進行高空作業(yè)時，兩工作臂分別由上下臂油缸舉升伸展至一定高度，將工作人員送至工作裝

54、置。上臂和下臂，下臂和轉臺鉸接處均設有專門的滑動軸承，保證工作臂轉動時阻力小，運行平穩(wěn)。 4.7.2液壓回路設計 圖4-7-2上下臂控制回路 如圖4-7-2，動作過程分析如下： 因為上下臂的液壓設計很相似，所以分開分析。先看左邊液壓缸的控制過程。當電磁換向閥置于左位時，油液經(jīng)過左邊單向節(jié)流閥的單向閥部分到達平衡閥，再經(jīng)過平衡閥到液壓缸的左腔，推動活塞桿向外運動。而右腔的油液則從右邊的平衡閥到右邊的節(jié)流閥再流出，當電磁換向閥置于右位時，油液經(jīng)右邊的單向節(jié)流閥和平衡閥到達液壓缸的右腔，推動活塞桿向左運動，左腔的油液的經(jīng)左邊的平衡閥和單向節(jié)流閥流出。當電磁換向閥處于中位時，液壓缸不運動。

55、 右邊液壓缸的控制過程如上。 4.8整體液壓回路設計 結合以上能滿足提升機構，變幅機構，回轉機構，吊臂伸縮機構動作要求的液壓回路，完成整體液壓回路設計。如下圖4-8所示，分析運動控制過程。 總圖分析： 由于虛線部分是屬于控制油路。聯(lián)接兩個液壓馬達然后通回油箱的虛線是防止泄露的。由于液壓馬達本身沒有密封裝置，它靠馬達外殼將泄漏的液壓油聚集起來，然后通過細管送回油箱。 圖4-8整體液壓回路圖 這部分結構主要是一個電磁式兩位四通閥和一個先導式溢流四通閥。按下手柄時，兩位四通閥置于右位，由于閥端被堵，此油路不同；通常情況下，兩位四通閥置于左位，則H型閥口使回路通順，即使先導溢流閥的遠

56、程控制口接回了油箱，這是，泵輸出的油液在很低的壓力下通過閥口流回油箱實現(xiàn)卸荷作用。在整個液壓系統(tǒng)圖中，起重結構部分的動作是靠手動控制的，而高空作業(yè)車部分的機構是靠電動控制的。當該兩位四通閥位于右位時，由于油路不同，油液會繞此機構到達高空作業(yè)車機構，實現(xiàn)高空作業(yè)車部分的動作。當該兩位四通閥位于左位時，油路卸荷，油液直接流回油箱則相當于是高空作業(yè)車機構的總開關沒有開啟，高空作業(yè)車部分不能動作。此手動二位四通閥同時還有安全保護作用。當高空作業(yè)部分出現(xiàn)故障時，可以按動手柄使二位四通閥置于左位，油路卸荷，高空作業(yè)車部分不能動作。高空作業(yè)部分具體動作時還必須使變幅機構和回轉機構的三位四通電磁閥通電。 4

57、.9上臂油缸的設計 設液壓缸單活塞桿雙向運動時的負載力相同，不記執(zhí)行原件的質量。液壓系統(tǒng)工作壓力為P，最高工作壓力P，P= 0.9 P =3.010Pa ，P=3.3310Pa 確定液壓缸類型和安裝方式，根據(jù)主機的運動要求，查找《機械設計手冊4》表23.6——39，選擇液壓缸類型為單桿活塞式雙作用液壓缸。下為其示意圖4-9： 圖4-9單桿活塞液壓缸示意圖 此類液壓缸特點是雙向運動產(chǎn)生推力，拉力。活塞行進終了時不減速。，將缸體固定，活塞桿運動，按《機械設計手冊4》表23.6——40液壓缸的安裝方式合理選擇?？紤]機構的機構要求，上臂抬升，下降時液壓缸的活塞桿進行伸縮實現(xiàn)運動需求，選擇

58、耳環(huán)型安裝方式，使液壓缸在垂直面內可擺動，滿足上臂動作要求。 液壓缸的主要性能參數(shù)與尺寸確定 視液壓缸回路背壓為0，可得液壓缸內徑D，有公式： 式（4.9） 可求 D=0.0513m 活塞桿的直徑d計算： 根據(jù)速度比的要求來計算活塞桿直徑d 式（4.9.1） 式中 ——速度比

59、 式（4.9.2） 式中——活塞桿的伸出速度（m/min） ——活塞桿的縮入速度（m/min） 此處，液壓缸的往復速度比為1.46，由《機械設計手冊4》表23.6查得： 將D=0.0513m代入式（4.9.2）可得： d=0.029m 查《機械設計手冊4》表23.6——34液壓缸活塞外徑尺寸系列（摘自GB/T2348-1993） 取液壓缸活塞桿外徑 d=0.032m 液壓缸行程L確定 由于上下臂工作狀態(tài)最大夾角為2，代入數(shù)據(jù)可求出L， L==4.63m

60、 式（4.9.3） 式（4.9.4） x——液壓缸長度， x——活塞桿長度 得 x = 1.73m x =2.9m 4.9.1缸筒壁厚的計算 按薄臂筒計算： 式（4.9.1.1） 式中——液壓缸缸筒壁厚（m）; ——試驗壓力（MPa）； ——剛體材料的許用應力（MPa），取100MPa； 取 = 1.5p

61、又 式（4.9.1.2） 式中 D——液壓缸內徑（m）; F——液壓缸推力（kN） P——選定的工作壓力（MPa） 由F=62KN D=0.0513m 可求 P=30 MPa 代入式（4.9.1.1）得 =0.0115 m 4.9.2缸體的外徑計算 D = D+2 =0.0743 m 4.9.3流量的計算 由原始數(shù)據(jù)得，上臂的變幅時間小于等于40s，且由上面計算可知液壓缸活塞桿的行程為1730mm,則，液壓缸活塞桿運動的最小速度 v = S/

62、t=43.25 mm/s. 查《機械設計手冊4》表23.4知：v< 0.16m/s 取v最大為0.12m/s.即，液壓缸活塞桿運動的最大速度為：v = 0.12m/s 則液壓缸流量 =3.140.05130.124 =2.4810m/s= 14.88L/min 4.10下臂油缸的設計與計算 設液壓缸單活塞桿雙向運動時的負載力相同，不記執(zhí)行原件的質量。液壓系統(tǒng)工作壓力為P，最高工作壓力P， P= 0.9 P =3.010Pa P=3.3310Pa 確定液壓缸類型和安裝方式，根據(jù)主機的運動要求，查找《機械設計手冊4》表23.6——39，選擇液壓缸類型為單桿活塞式

63、雙作用液壓缸。下為其示意圖4-9： 此類液壓缸特點是雙向運動產(chǎn)生推力，拉力?；钊羞M終了時不減速。，將缸體固定，活塞桿運動，按《機械設計手冊4》表23.6——40液壓缸的安裝方式合理選擇?？紤]機構的機構要求，上臂抬升，下降時液壓缸的活塞桿進行伸縮實現(xiàn)運動需求，選擇法蘭型安裝方式。 液壓缸的主要性能參數(shù)與尺寸確定 視液壓缸回路背壓為0，可得液壓缸內徑D，有公式： 式（4.10.1） 又 由式（3.1.6），取最小值26.57時 對求導： 遞減可求=0時F取最大值 F=6.25N 代入可求

64、可求 D=0.0515m 活塞桿的直徑d計算： 根據(jù)速度比的要求來計算活塞桿直徑d 式（4.10.2） 式中 ——速度比 式（4.10.3） 式中——活塞桿的伸出速度（m/min） ——活塞桿的縮入速度（m/min） 此處，液壓缸的往復速度比為1.46，由《機械設計手冊4》表23.6查得： 將D=0.0515m代入可得： d=0.029m 查《機械設計手冊4》表23

65、.6——34液壓缸活塞外徑尺寸系列（摘自GB/T2348-1993） 取液壓缸活塞外徑d=0.032m 液壓缸行程L確定 由于下臂與水平面的最大夾角為，代入數(shù)據(jù)可求出L， L=1 + 3sin=3.83m 式（4.10.4） 式（4.10.5） ——下臂液壓缸長度， ——下臂液壓缸活塞桿長度 = 0.795, = 3.035 液壓缸結構參數(shù)的計算 4.1

66、0.1缸筒壁厚的計算 按薄臂筒計算： 式（4.10.6） 式中——液壓缸缸筒壁厚（m）; ——試驗壓力（MPa）； ——剛體材料的許用應力（MPa），取100MPa； 取 = 1.5p 又 式（4.10.7） 式中 D——液壓缸內徑（m）; F——液壓缸推力（kN） P——選定的工作壓力（MPa） F=62.5 KN D2=0.0515m 可求 P=30 MPa 代入式（4.10.6） 0.0116 m 4.10.2缸體的外徑計算 D外 = D+2 =0.0747 m 4.10.3流量的計算 由原始數(shù)據(jù)得，下臂的變幅時間小于等于40s，且由上面計算可知液壓缸活塞桿的行程為795mm,則，液壓缸活塞桿運動的最小速度 v = S/t=19.875 mm/s 查《機械設計手冊4》表23.4-1知：