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1、徐州師范大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 高空作業(yè)車作業(yè)平臺(tái)調(diào)平系統(tǒng)設(shè)計(jì) 高空作業(yè)車作業(yè)平臺(tái)調(diào)平系統(tǒng) [摘 要] 高空作業(yè)車是一種應(yīng)用范圍廣泛的工程機(jī)械，通常用于建筑、市政、機(jī)場(chǎng)、工廠、園林、住宅等場(chǎng)所，從事消防、搶險(xiǎn)救災(zāi)、施工、安裝、維護(hù)等工作。本文針對(duì)GKZ型高空作業(yè)車的主要技術(shù)參數(shù)、整體結(jié)構(gòu)以及該車的些主要特點(diǎn)介紹了高空作業(yè)車作業(yè)平臺(tái)常用調(diào)平裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理，具體闡述了采用的電液伺服比例自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的控制原理。設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)，當(dāng)平臺(tái)發(fā)生傾斜時(shí)，通過(guò)傳感器感知變化量傳遞給液壓系統(tǒng)，通過(guò)液壓缸動(dòng)作推動(dòng)鏈輪

2、自動(dòng)控制平臺(tái)的水平度，讓操作人員始終保持平衡位置。這種調(diào)平系統(tǒng)是電液控制的。該系統(tǒng)應(yīng)用提高了高空作業(yè)車性能的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)也具體敘述了作為調(diào)平系統(tǒng)采樣環(huán)節(jié)的調(diào)平傳感器的工作原理和工作電路，以及具體傳感器的型號(hào)和結(jié)構(gòu)、調(diào)試方法。電路的設(shè)計(jì)解決了調(diào)平系統(tǒng)從電源到信號(hào)采集、處理、傳遞等環(huán)節(jié)構(gòu)成一個(gè)完整的調(diào)平系統(tǒng)。 [關(guān)鍵詞]：高空作業(yè)車 作業(yè)平臺(tái) 調(diào)平系統(tǒng) 調(diào)平傳感單元 Work high above the ground vehide

3、 work platform leveling system desigh [Abstract] Leveling Mechanim for Work Platform on Aerial Vehicle Aerial platform is a kind of construction machinery widely used。The high-altitude working machine has been widely used in architecture， cityplanning，aerodrome，factory，garden， house and o

4、ther places．It plays an importantrole in fire protection．dealing with an emergency， construction， installation,maintenance and so on． This paper introduces the main technical parameters，over-all structure and main characteristics of model GKZ working platform．Structures and work principles of

5、 some common leveling mechanisms for work platforms on aerial vehicles are described．Work principle of automatic leveling system of working platform on model GKZ fire engine is described in the article． The control princi-plc of electro-hydraulic servo proportional, automatic leveling system is

6、 analyzed. With the application of the system, the stability and reliability arc increased in the operation of elevating platform ire engine． [Key words]: Aerial platform working platform Leveling system Leveling sensor Magnetic 摘要 Abstract 目 錄

7、第一章 緒論 1．1 引言 ………………………………………………………………………5 1．2 高空作業(yè)車的概況及其發(fā)展方向 1．2．1 高空作業(yè)車發(fā)展概況 ……………………………………………6 1．2．2 需求前景 ………………………………………………………6 1．2．3 我國(guó)高空作業(yè)車的發(fā)展展望 …………………………………7 1．3 課題背景 ………………………………………………………………7 1．4 本課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容及意義 ……………………………………………7 第二章 高空作業(yè)車機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 2．1 高空作業(yè)車組成結(jié)構(gòu)

8、…………………………………………9 2．2 高空作業(yè)車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 ………………………………………10 第三章 高空作業(yè)車作業(yè)平臺(tái)調(diào)平系統(tǒng) 3．1 調(diào)平系統(tǒng)概述 3．1．1 高空作業(yè)車調(diào)平問(wèn)題的引出 ………………………………………11 3．1．2 高空作業(yè)車調(diào)平方式的發(fā)展 ……………………………………10 3．1．3 高空作業(yè)車調(diào)平系統(tǒng)的現(xiàn)狀 …………………………………12 3.1.4高空作業(yè)車調(diào)平系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題 ………………………………15 3．2 調(diào)平機(jī)構(gòu)方案 3．2．1 調(diào)平機(jī)構(gòu)的形式分類 ………………………………………………16 3．

9、2．2 機(jī)構(gòu)特點(diǎn)的綜合分析及最終方案的確定 …………………………23 3．3 電液伺服比例自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 3. 3. 1方案總體說(shuō)明 …………………………………………………26 3. 3. 2 電液比例調(diào)平原理 ………………………………………27 3．3．3 電液比例調(diào)平動(dòng)力部分 ………………………………………27 3．3．4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 …………………………………………28 3．3. 5 液壓系統(tǒng)總圖 ………………………………………29 第四章 傳感單元 4．1傳感器概述 4．1．

10、1 傳感器組成及分類 ………………………………………………40 4．1．2 傳感器的應(yīng)用情況 ………………………………………40 4．2 角度傳感器 4．2．1 傾角傳感器的分類 …………………………………………………41 4．2．2 角度傳感器的確定 …………………………………………………42 4．3 高空作業(yè)車調(diào)平傳感器 4．3．1 調(diào)平傳感器工作原理 ………………………………………………43 4．3．2 調(diào)平傳感器的結(jié)構(gòu)與調(diào)試方法 ……………………………………44 第五章 電路設(shè)計(jì) 5．1 電 源 ………………

11、…………………………………………………47 5．2 誤差放大器的工作原理 …………………………………………48 5．3 載 波 …………………………………………………………………50 5．4 電壓比較器工作原理 …………………………………………………51 5．5 反饋斷路檢測(cè) …………………………………………………………51 5．6 伺服驅(qū)動(dòng)電路 …………………………………………………………52 第六章 總 結(jié) 致 謝 參考文獻(xiàn)

12、 第一章 緒 論 1.1 引 言 高空作業(yè)車是電力、通訊、交通、市政、消防、救援、建筑等行業(yè)進(jìn)行施工、維護(hù)修理等作業(yè)的理想設(shè)備。它是用來(lái)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。高空作業(yè)裝置包括高空作業(yè)臂、起重工作臂、起升機(jī)構(gòu)、動(dòng)力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)還有操縱裝置等部分組成。 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(guò)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(lái)

13、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(lái)國(guó)內(nèi)發(fā)展最快的專用汽車產(chǎn)品之一。 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(jiǎn)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(guó)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(zhǎng)或增加工作臂數(shù)量，增加臂長(zhǎng)會(huì)使作業(yè)車體積龐大，降低

14、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(jiǎn)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。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的高空作業(yè)車幾乎全部是折疊臂型式的，有更大的市場(chǎng)需求。 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，高空作業(yè)車的需求量迅速上升，作業(yè)高度從十幾米到幾十米不等，其工作平臺(tái)的調(diào)平經(jīng)歷了從自重調(diào)平到電液調(diào)平的發(fā)展過(guò)程。 1.2 高空作業(yè)車的概況及其發(fā)展方向 1．2．1高空作

15、業(yè)車發(fā)展概況 歐美及日本等國(guó)家在研究高空作業(yè)車方面走在前列，技術(shù)水平領(lǐng)先。2000年6月20日至十五日，由德國(guó)產(chǎn)業(yè)示范展示公司主辦的“世界防災(zāi)2000”展會(huì)在德國(guó)奧格斯堡舉行，它每年舉行一次，主要展示世界各國(guó)的消防設(shè)備，可以增進(jìn)人們對(duì)世界未來(lái)的防火防災(zāi)設(shè)備和技術(shù)動(dòng)態(tài)的了解，受到世界各國(guó)的普遍重視。高空作業(yè)車作為最主要的消防車設(shè)備，在此展覽中最為常見(jiàn)。 日本日立建機(jī)株式會(huì)社集多年經(jīng)驗(yàn)并采用多項(xiàng)新技術(shù)開(kāi)發(fā)了HX99B型履帶式高空作業(yè)車，安全性好，環(huán)保性好，使用和維修性能好。日本竹中工務(wù)店株式會(huì)社和昭和飛機(jī)工業(yè)株式會(huì)社共同開(kāi)發(fā)了帶聯(lián)動(dòng)型懸浮機(jī)構(gòu)的新型高空作業(yè)車，克服了工地路況差、障礙物多導(dǎo)致的整

16、車穩(wěn)定性差和不安全性。 自1932年我國(guó)第一輛消防車在震旦機(jī)器工廠誕生至今，經(jīng)過(guò)七十多年特別是近十年的飛速發(fā)展，國(guó)產(chǎn)消防車品種日益增加，基本上能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需要。 2004年10月19日至22日，在北京全國(guó)農(nóng)業(yè)展覽館舉行第10屆國(guó)際消防設(shè)備技術(shù)交流展覽會(huì)，本屆展會(huì)規(guī)模超過(guò)往屆，不僅參展廠商多、展車多，而且品種多、新品多，近30家廠商展出近70余輛各種消防車。我國(guó)企業(yè)通過(guò)吸收國(guó)外技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，可以開(kāi)發(fā)出的品種越來(lái)越多，而且多數(shù)產(chǎn)品的技術(shù)與質(zhì)量水平與進(jìn)口產(chǎn)品的差距在明顯的縮小，可基本滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)多種火災(zāi)事故消防、救援的需要。 總言之高空作業(yè)小車是近年來(lái)發(fā)展最快的專用汽車之一。 1．2．2

17、需求前景 隨著我國(guó)“四化”建設(shè)事業(yè)和商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來(lái)越多的高層工業(yè)、民用建筑像雨后春筍般的迅猛出現(xiàn)，隨之而來(lái)的是這些高層建筑的維修與保養(yǎng)，特別是對(duì)火災(zāi)的撲救問(wèn)題。登高平臺(tái)消防車的發(fā)展有效的解決了這一問(wèn)題。 對(duì)于火災(zāi)，是世界各國(guó)普遍關(guān)注的災(zāi)難性問(wèn)題，我國(guó)的消防事業(yè)一直受到黨和政府的高度重視與支持，《消防改革與發(fā)展綱要》中提出：“積極發(fā)展消防裝備器材的生產(chǎn)”，“消防裝置器材的生產(chǎn)要立足國(guó)內(nèi)，要充分利用國(guó)內(nèi)各方面的技術(shù)和力量，適當(dāng)引進(jìn)國(guó)外關(guān)鍵技術(shù)并做好國(guó)產(chǎn)化工作，盡快批量生產(chǎn)出先進(jìn)的國(guó)產(chǎn)消防裝備”。隨著城市規(guī)模和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，對(duì)高空作業(yè)車的需求量逐年增加。 1. 2. 3我國(guó)高空作業(yè)

18、車的發(fā)展展望 隨著社會(huì)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)高空作業(yè)車的要求越來(lái)越高。從高空作業(yè)車的發(fā)展概況可以看出，新型的多功能的高空作業(yè)車的出現(xiàn)是勢(shì)在必行。從70 年代最早引進(jìn)的高空作業(yè)車就是折疊臂的，幾十年來(lái)國(guó)內(nèi)使用的一直是這種車型，使用者有習(xí)慣性，而且國(guó)內(nèi)對(duì)高空作業(yè)車需求仍然以 20米以下低高度為主，20米以上的作業(yè)高度傳統(tǒng)作業(yè)車達(dá)不到。而在國(guó)外在歐美和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家伸縮臂和混合臂高空作業(yè)車已逐步取代了折疊臂車型。這種伸縮臂和混合臂車型在技術(shù)、制造等方面的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于折疊臂車，其結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)、工作斗調(diào)平技術(shù)、工作半徑的限制技術(shù)、液壓和電氣管路輸送等關(guān)鍵技術(shù)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠仍沒(méi)有完全解決，這是沒(méi)有真正國(guó)產(chǎn)伸

19、縮臂車的又一重要原因由于在舉升高度、作業(yè)半徑、工作效率等方面都具有明顯優(yōu)勢(shì)，所以國(guó)內(nèi)對(duì)伸縮臂和混合臂高空作業(yè)車的需求也不斷增多。大連路燈管理處已全部淘汰了折疊臂車，用日本、意大利等國(guó)進(jìn)口伸縮臂車取代，深圳市從 2002年起所有新采購(gòu)的高空作業(yè)車全部為伸縮臂或混合臂車。針對(duì)這種情況，如杭州愛(ài)知車輛有限公司，廣東粵海汽車有限公司分別引進(jìn)日本和意大利的高空作業(yè)裝置和國(guó)產(chǎn)汽車底盤進(jìn)行匹配，生產(chǎn)伸縮臂和混合臂高空作業(yè)車。所以可以看出未來(lái)的高空作業(yè)車肯定是朝著伸縮臂和混合臂高空作業(yè)車方向發(fā)展的。 1.3課題背景 隨著城市規(guī)模和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，對(duì)高空作業(yè)車的要求越來(lái)越高。在繁華的商業(yè)街、密集的工礦企業(yè)，

20、大中型高空作業(yè)車已不能較好地滿足實(shí)戰(zhàn)要求，而這些地方發(fā)生的火災(zāi)事故多種多樣且呈上升趨勢(shì)。因此，急需一種體積小、反應(yīng)快、機(jī)動(dòng)靈活、具備多種功能的小型作業(yè)車。而且從市場(chǎng)調(diào)查的情況來(lái)看，這種高空作業(yè)車的需求量逐年增加。 1.4 本課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容及意義 本課題的目的是通過(guò)對(duì)折臂高空作業(yè)車各項(xiàng)技術(shù)的研究，設(shè)計(jì)一種高空作業(yè)車各個(gè)結(jié)構(gòu)部分?，F(xiàn)有產(chǎn)品注重高空作業(yè)車的行駛性能和駕駛性能，但忽視了施工現(xiàn)場(chǎng)、道路的復(fù)雜情況。 而作為高空作業(yè)車的工作平臺(tái)是高空作業(yè)和運(yùn)輸物資的重要部分，其調(diào)平機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)安全息息相關(guān)。所以需要一種保證工作人員安全的高空作業(yè)平臺(tái)，目前，工作平臺(tái)普遍使用的調(diào)平機(jī)構(gòu)有自重調(diào)平機(jī)構(gòu)、

21、平行四連桿調(diào)平機(jī)構(gòu)、鏈條鏈輪式調(diào)平機(jī)構(gòu)、靜液壓調(diào)平機(jī)構(gòu)。這些調(diào)平機(jī)構(gòu)主要以人工操作控制平臺(tái)的平衡，當(dāng)工作狀況發(fā)生變化時(shí)，工作平臺(tái)發(fā)生傾斜，人工操作不能及時(shí)調(diào)節(jié)工作平臺(tái)的平衡，給施工人員造成不安全的因素，從而影響正常施工。 因此，本課題研究的主要目的是設(shè)計(jì)一種自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)，當(dāng)平臺(tái)發(fā)生傾斜時(shí)，能自動(dòng)控制平臺(tái)的平衡，這對(duì)提高作業(yè)安全系數(shù)及為工作人員操作的提供方便有著深遠(yuǎn)的意義。 第二章 高空作業(yè)車機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 2.1 高空

22、作業(yè)車組成結(jié)構(gòu) 一．高空作業(yè)工作臂 高空作業(yè)工作臂包括上臂和下臂。行使?fàn)顟B(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)工作臂分別有上下臂油缸舉升至一定高度，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)。 二．起重工作臂 起重工作臂由基本臂和伸縮臂組成。高空作業(yè)工作下臂兼做起重基本臂。伸縮臂由伸縮油缸控制，不工作時(shí)，回縮至基本臂內(nèi)部，進(jìn)行起重作業(yè)時(shí)，伸縮臂根據(jù)需要的起重幅度和起升高度進(jìn)行伸縮。 三．工作平臺(tái)（工作吊藍(lán)） 工作平臺(tái)的作用是將高空作業(yè)人員和必要的工具送至空中，并作為工作人員空中作業(yè)的場(chǎng)所。GKZ系列車型的工

23、作平臺(tái)采用鋼管焊接框架結(jié)構(gòu)，周圍設(shè)有護(hù)攔，右側(cè)護(hù)攔開(kāi)有側(cè)門，方便人員進(jìn)出，平臺(tái)底版采用防滑的花紋鋁板，平臺(tái)周圈下部設(shè)有護(hù)圍，防止工具或其它物品掉落。 四．回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)、回轉(zhuǎn)減速機(jī)以及回轉(zhuǎn)小齒輪、回轉(zhuǎn)支承等組成。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)。 五．起升機(jī)構(gòu) 起升機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)和起升減速機(jī)組成。其工作原理是：起升液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)起升減速機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滾筒將鋼絲繩收進(jìn)或放出，實(shí)現(xiàn)重物的提升和下降。 六．動(dòng)力系統(tǒng) GKZ系列作

24、業(yè)車高空作業(yè)和起重作業(yè)動(dòng)力源為底盤發(fā)動(dòng)機(jī)，其動(dòng)力由取力器從底盤變速箱取出。取力器和變速箱之間的動(dòng)力傳遞由機(jī)械式操縱系統(tǒng)控制，平時(shí)取力器與變速箱取力齒輪處于斷開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)行高空作業(yè)或起重作業(yè)時(shí)，操縱拉桿使取力器的滑移齒輪與變速箱的輸出取力齒輪嚙合，取力器輸出軸帶動(dòng)油泵工作，從而將發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)為液壓能，為系統(tǒng)提供動(dòng)力。 七．中心回轉(zhuǎn)接頭 中心回轉(zhuǎn)接頭由導(dǎo)電滑環(huán)、液壓滑環(huán)兩部分組成，它的作業(yè)是當(dāng)作業(yè)車進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)，作業(yè)車轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定部分的電路及液壓油路始終保持暢通。 八．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16MPa，油路中設(shè)有安全溢流閥，保證系統(tǒng)安全。液壓系統(tǒng)通過(guò)電

25、液比例流量閥對(duì)工作臂油缸、回轉(zhuǎn)馬達(dá)和卷?yè)P(yáng)馬達(dá)供油， 供油量大小由比例閥控制，輸出流量與負(fù)荷變化無(wú)關(guān)，可使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的工作速度，并且能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。系統(tǒng)工作壓力由電磁溢流閥調(diào)定。 支腿的收放由下車多路換向閥控制，下車多路換向閥可對(duì)各支腿的進(jìn)回油油路分別控制，因此各支腿的伸縮量均可單獨(dú)調(diào)節(jié)，使作業(yè)車能夠適應(yīng)不同的路面狀況。為了增加液壓系統(tǒng)的安全性，在下車附設(shè)了手動(dòng)泵作為應(yīng)急液壓源，當(dāng)主動(dòng)力源發(fā)生故障時(shí)，可用手動(dòng)泵壓桿操縱手動(dòng)泵收回工作臂。 九．電氣系統(tǒng) 電氣系統(tǒng)包括示廓燈、警示燈、照明燈（可選件）等燈具、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(zhuǎn)臺(tái)控制箱和吊籃控制箱等部分

26、。 2.2 高空作業(yè)車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖： 高空作業(yè)車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 第三章 高空作業(yè)車作業(yè)平臺(tái)調(diào)平系統(tǒng) 3.1調(diào)平系統(tǒng)概述 3.1.1 高空作業(yè)車調(diào)平問(wèn)題的引出 高空作業(yè)車是利用車輛的特有結(jié)構(gòu)將工作人員送到一定高度，使人員能在具有一定高度的工作平臺(tái)上進(jìn)行工作的特種車輛。它大大提高了工作人員的工作能力。高空作業(yè)車作業(yè)時(shí)有兩部分需要調(diào)節(jié)，一是作業(yè)平臺(tái)，二是轉(zhuǎn)臺(tái)（即整機(jī)）。由于工作人員是處在高空中進(jìn)行工作，需要工作平臺(tái)的底面能始終處于水平狀態(tài)，以保證工作人員的安全。這種能夠保證在作業(yè)過(guò)程中工作平臺(tái)底面始終處于水平狀態(tài)的機(jī)構(gòu)就是平衡機(jī)構(gòu)。 3．1．2高空作

27、業(yè)車調(diào)平方式的發(fā)展 高空作業(yè)車的調(diào)平方式經(jīng)歷了早期的手動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)式自控系統(tǒng)、例式自控系統(tǒng)、比例一脈沖式自控系統(tǒng)四個(gè)階段的發(fā)展。 1.）手動(dòng)調(diào)平系統(tǒng) 早期的手動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)，調(diào)平性能較差:調(diào)平時(shí)間久、調(diào)平精度低、可靠性差、不便于維護(hù)等。 2.）開(kāi)關(guān)式自控系統(tǒng) 早期的自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)均采用開(kāi)關(guān)式自控系統(tǒng)，其傳感器多為液壓隨動(dòng)器，以開(kāi)、關(guān)和死區(qū)三種工作方式響應(yīng)傳感器信號(hào)。由于這種自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)在控制左右油缸升降的過(guò)程中，存在一個(gè)內(nèi)在的反應(yīng)誤差，因此在開(kāi)與關(guān)之間設(shè)置了一個(gè)死區(qū)—起阻尼作用的零區(qū)。如果死區(qū)過(guò)窄，調(diào)節(jié)量容易沖過(guò)死區(qū)，出現(xiàn)調(diào)平誤差；反之如果死區(qū)帶寬過(guò)大，又降低了系統(tǒng)的調(diào)

28、平精度。但是這種調(diào)平方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用方便，因而也得到了一定程度的使用。 3.）比例式自控系統(tǒng) 比例式自控系統(tǒng)是以液壓比例閥(伺服閥)取代開(kāi)關(guān)式自控系統(tǒng)中的電磁換向閥演化而來(lái)的。它根據(jù)偏差信號(hào)的大小，以相應(yīng)的快慢速度對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)。偏差為零時(shí)，調(diào)節(jié)速度也趨于零，因此它不會(huì)產(chǎn)生超頻，故而不會(huì)有振蕩現(xiàn)象，這樣就大大改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。但是這種調(diào)平系統(tǒng)對(duì)結(jié)構(gòu)的精度要求較高、造價(jià)昂貴，因而在使用的過(guò)程中受到了一定的限制。 4.）比例——脈沖式自控系統(tǒng) 比例——脈沖式自控系統(tǒng)也是在開(kāi)關(guān)式自控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加以改善、提高的調(diào)平自控方式。它在開(kāi)關(guān)式自控系統(tǒng)的恒速調(diào)節(jié)區(qū)

29、與死區(qū)之間設(shè)置了一道脈沖區(qū)，脈沖信號(hào)根據(jù)偏差信號(hào)的大小成正比例變化。其變化有兩種方式，改變脈沖寬度和改變脈沖頻率。偏差信號(hào)由傳感器帶進(jìn)脈沖區(qū)后，調(diào)節(jié)器即根據(jù)偏差信號(hào)的大小，以不同寬度或頻率的脈沖信號(hào)，推動(dòng)電磁閥使油缸工作。這種控制方式綜合了前兩種型式的優(yōu)點(diǎn)，大大縮小了死區(qū)，提高了控制精度，且價(jià)格便宜，比較耐用，因而目前這種調(diào)平控制方式得到了廣泛的應(yīng)用。 3．1．3高空作業(yè)車調(diào)平系統(tǒng)的現(xiàn)狀 高空作業(yè)車的作業(yè)平臺(tái)屬于懸空系統(tǒng)的調(diào)平。在日本Gifu大學(xué)流體動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室，研究人員對(duì)由高速開(kāi)關(guān)閥組成的主動(dòng)懸浮系統(tǒng)的吊車控制進(jìn)行了深入的研究，測(cè)試了它的動(dòng)態(tài)影響。意大利simon公司的VT165型高空作業(yè)

30、車采用的是電液自動(dòng)調(diào)平機(jī)構(gòu)，其基本原理是通過(guò)安裝在工作平臺(tái)上的水平傳感器來(lái)感知平臺(tái)的狀態(tài)，并產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電流信號(hào)，經(jīng)控制器處理后，控制調(diào)平油缸的動(dòng)作，最終使平臺(tái)保持水平狀。 圖3-1 VT165型高空作業(yè)車的調(diào)平液壓系統(tǒng) 如圖3-1所示是其液壓原理圖。溢流閥和電磁換向閥組合在一起，安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)的側(cè)面，液壓鎖位于調(diào)平油缸的底部，溢流閥額定壓力為18Mpa。在作業(yè)過(guò)程中，當(dāng)平臺(tái)處于非水平位置時(shí)，來(lái)自調(diào)平電路的電流信號(hào)，時(shí)時(shí)控制電磁換向閥動(dòng)作，并打開(kāi)液壓鎖，調(diào)平油缸即產(chǎn)生伸縮動(dòng)作，使平臺(tái)恢復(fù)到水平狀態(tài)。 目前，比較常見(jiàn)的調(diào)平機(jī)構(gòu)有

31、自重式、平行四連桿式、靜液壓式以及鏈條組合式。還有如意大利Simon公司生產(chǎn)的比較典型的VT165型高空作業(yè)車采用的是電液自動(dòng)調(diào)平機(jī)構(gòu)，其基本原理是通過(guò)安裝在工作平臺(tái)的水平傳感器來(lái)感知平臺(tái)的狀態(tài)，并產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電流，控制調(diào)平油缸的動(dòng)作，最終使平臺(tái)保持水平狀態(tài)。其調(diào)平機(jī)構(gòu)液壓部分如圖（3-2）所示： 圖3-2 液壓系統(tǒng)圖 在此液壓原理圖中，溢流閥和電磁換向閥組合在一起，安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)的側(cè)面，液壓鎖位于調(diào)平油缸的底部，溢流閥額定壓力18MPa。在作業(yè)過(guò)程中，當(dāng)平臺(tái)處于非水平位置時(shí)，來(lái)自調(diào)平電

32、路的電流實(shí)時(shí)控制電磁換向閥動(dòng)作，并打開(kāi)液壓鎖，調(diào)平油缸即產(chǎn)生伸縮動(dòng)作，使平臺(tái)恢復(fù)到水平狀態(tài)。 徐工集團(tuán)的CDZ22高空作業(yè)車是集高空救援、滅火于一體的多功能消防裝備。該車的作業(yè)是通過(guò)伸縮臂的變幅來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而在收縮臂俯仰過(guò)程中，其前端載人作業(yè)平臺(tái)的水平角度隨之改變，因此，作業(yè)平臺(tái)的調(diào)平機(jī)構(gòu)是安全作業(yè)的重要保證。 CDZ22登高平臺(tái)消防車目前采用電液伺服控制自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)，該調(diào)平系統(tǒng)是一個(gè)機(jī)電液一體化的閉環(huán)控制系統(tǒng)，反饋檢測(cè)元件為可連續(xù)輸出模擬量電信號(hào)的傳感器；電液轉(zhuǎn)換元件為電液伺服閥；控制器由模擬電路構(gòu)成，可根據(jù)傳感器檢測(cè)到的誤差信號(hào)輸出連續(xù)變化的模擬量信號(hào)，能使作業(yè)平臺(tái)自動(dòng)保持在水平位置上作

33、業(yè)。 圖3-3 CDZ22型高空作業(yè)車的調(diào)平原理 該調(diào)平系統(tǒng)的工作原理如圖3-3所示： 平衡狀態(tài)時(shí)，作業(yè)平臺(tái)底平面與水平面夾角為0，當(dāng)折臂動(dòng)作或主臂動(dòng)作引起作業(yè)平臺(tái)位置改變時(shí)，夾角發(fā)生變化，此時(shí)傳感器檢測(cè)到這一角度的變化，并將此信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸送給控制板，進(jìn)行濾波處理、信號(hào)轉(zhuǎn)換、功率放大等，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的伺服閥進(jìn)行工作，讓調(diào)平液壓缸動(dòng)作，帶動(dòng)大鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使作業(yè)平臺(tái)向夾角減小的方向擺動(dòng)，則使傳感器信號(hào)差值減小，當(dāng)伺服閥的開(kāi)口漸漸減小至夾角為0時(shí)，傳感器信號(hào)電壓為0，伺服閥關(guān)閉，進(jìn)入平衡狀態(tài)。當(dāng)夾角再次發(fā)生變化時(shí)，則將重復(fù)上述過(guò)程

34、。從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整作業(yè)平臺(tái)的水平度，使之時(shí)時(shí)刻刻保持在水平狀態(tài)，以保證作業(yè)的平穩(wěn)和安全。 而本課題研究的GKZ型高空作業(yè)車采用電液比例控制自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)，該調(diào)平系統(tǒng)是一個(gè)機(jī)電液一體化的閉環(huán)控制系統(tǒng)，反饋檢測(cè)元件為可連續(xù)輸出模擬量電信號(hào)的傳感器；電液轉(zhuǎn)化元件為電液比例伺服閥；控制器由模擬電路構(gòu)成，可根據(jù)傳感器檢測(cè)到的誤差信號(hào)輸出連續(xù)變化的模擬量控制信號(hào)，能使作業(yè)平臺(tái)自動(dòng)保持在水平位置上作業(yè) 。 3．1．4 高空作業(yè)車調(diào)平系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題 1) 平衡機(jī)構(gòu)形式的選擇 提高高空作業(yè)車安全可靠性的關(guān)鍵之一在于合理選擇平衡機(jī)構(gòu)的形式。平衡機(jī)構(gòu)是高空作業(yè)車的機(jī)構(gòu)之一。它的性能和結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣直接影響到工

35、作人員的安全，同時(shí)也標(biāo)志著高空作業(yè)車的性能先進(jìn)與否。高空作業(yè)車采用的平衡機(jī)構(gòu)型式還會(huì)直接影響到登高車的作業(yè)高度。 根據(jù)登高車的作業(yè)要求，在設(shè)計(jì)上對(duì)平衡機(jī)構(gòu)有以下幾項(xiàng)要求：1、安全可靠；2、自動(dòng)平衡；3、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于裝配和維護(hù)保養(yǎng)；4、工藝性好；5、重量輕；6、平衡精度高；7技術(shù)先進(jìn)。 2）角度傳感器 用于高空作業(yè)車作業(yè)平臺(tái)自動(dòng)調(diào)平的各種傳感器，大部分是利用重力原理制成的。當(dāng)作業(yè)平臺(tái)發(fā)生傾斜時(shí)，使擺動(dòng)部分偏轉(zhuǎn)并帶動(dòng)同軸的電位器偏轉(zhuǎn)而產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。電位器式調(diào)平傳感器在登高平臺(tái)消防車作業(yè)平臺(tái)自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)中和其他領(lǐng)域中經(jīng)常使用，缺點(diǎn)是存在觸點(diǎn)摩擦和電噪聲。調(diào)平傳感器是調(diào)平系統(tǒng)的采樣環(huán)節(jié)，直

36、接影響調(diào)平系統(tǒng)的精度和可靠性，其檢測(cè)值的大小是判斷系統(tǒng)是否進(jìn)行調(diào)平的依據(jù)，其檢測(cè)精度的高低直接決定了系統(tǒng)的最終調(diào)平精度。 3）工況的影響 由于高空作業(yè)車機(jī)械設(shè)計(jì)的原因，其重心較高，且工作條件一般比較惡劣，如道路的不平，易導(dǎo)致某些調(diào)平的機(jī)械結(jié)構(gòu)使用一段時(shí)間后出現(xiàn)損壞、運(yùn)動(dòng)不靈活、功能失效等缺陷，且易使得行駛時(shí)油箱內(nèi)的液體擺動(dòng)嚴(yán)重，出現(xiàn)漏油等現(xiàn)象，導(dǎo)致可靠性變差，調(diào)平性能變差。 4）電液控制系統(tǒng) 在高空作業(yè)車的電液自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)中，最核心的控制單元是閥及其控制板。閥控制性能的好壞，直接影響到控制精度、調(diào)平性能、可靠性等。 因此，論文對(duì)電液控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。 3．2調(diào)平機(jī)構(gòu)方案

37、3．2．1調(diào)平機(jī)構(gòu)的形式分類 一、基本形式 （1）自重調(diào)平機(jī)構(gòu)[6] 利用平臺(tái)自重調(diào)平是出現(xiàn)最早、結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種工作平臺(tái)調(diào)平方式，其原理見(jiàn)圖(3-4)，平臺(tái)的重心在作業(yè)平臺(tái) 1與臂桿 3連接的轉(zhuǎn)動(dòng)鉸點(diǎn) 2 的正下方，且靠近底 部，利用工作平臺(tái)和載荷的重力作用使平臺(tái)無(wú)論如何升降都能自動(dòng)保持水平狀態(tài)。該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、調(diào)整維修方便、成本低，但易晃動(dòng)， 特別是當(dāng)操作人員在平臺(tái)中的位置變動(dòng)時(shí)，平臺(tái)產(chǎn)生搖動(dòng)，操作人員有不安全的感覺(jué)， 因此在平臺(tái)達(dá)到作業(yè)位置后要使用鎖緊機(jī)構(gòu)防止搖動(dòng)， 操作起來(lái)比較麻煩，只在工作高度較低、技術(shù)性能低的作業(yè)車上使用，現(xiàn)在已較少采用。

38、 1． 平臺(tái) 2． 絞軸 3． 臂桿 圖3-4自重調(diào)平機(jī)構(gòu) （2）平行四連桿調(diào)平機(jī)構(gòu)[6] 平行四連桿調(diào)平機(jī)構(gòu)由一組或多組平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)組成，原理見(jiàn)圖(3-5)， 調(diào)平機(jī)構(gòu)一端與工作平臺(tái)4相連， 另一端與回轉(zhuǎn)臺(tái)1連接， 上平行四邊形3和下平行四邊形2相連處的短邊固聯(lián)在一起， 利用平行四邊形在變形過(guò)程中兩組對(duì)邊始終分別保持

39、平行的原理， 無(wú)論折疊臂如何升降， 工作平臺(tái)始終保持水平狀態(tài)。其調(diào)平過(guò)程是連續(xù)的， 具有調(diào)平可靠、同步性好的特點(diǎn)。且在實(shí)際應(yīng)用中折疊臂本身可以作為平行四邊形的一個(gè)邊， 因此結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單， 主要用在折疊臂式高空作業(yè)車上。缺點(diǎn)是平行四連桿機(jī)構(gòu)只能在臂桿外側(cè)布置， 結(jié)構(gòu)不緊湊，臂桿之間的工作角度范圍小于。 1． 回轉(zhuǎn)臺(tái) 2．下平行四邊形 3．上平行四邊形 4．工作平臺(tái) 圖3-5平行四連桿調(diào)平機(jī)構(gòu)示意圖 （3）靜液壓調(diào)平機(jī)構(gòu) 靜液壓調(diào)平也稱為液壓伺服液壓缸調(diào)平，它是利用油液體積不變?cè)?，?dāng)臂桿2在變幅液壓缸（圖中未畫(huà)出）作用下抬起某個(gè)角

40、度，調(diào)平液壓缸3伸長(zhǎng)，有桿腔油液被排出而流入同規(guī)格的調(diào)平液壓缸5的有桿腔，同時(shí)雙向液壓鎖4被開(kāi)啟，液壓缸5的無(wú)桿腔油液流入液壓缸3的無(wú)桿腔，使平臺(tái)6在由兩個(gè)液壓缸3、5與轉(zhuǎn)臺(tái)1、臂桿2所構(gòu)成的兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的三角形的角度變化過(guò)程中始終保持水平。 圖3-6 靜液壓調(diào)平機(jī)構(gòu) 工作中，兩個(gè)截止閥2關(guān)閉形成一個(gè)封閉自動(dòng)調(diào)平回路，工作一段時(shí)間后平臺(tái)傾斜時(shí)，打開(kāi)截止閥2，再搬動(dòng)換向閥1進(jìn)行補(bǔ)油。 圖3-7 靜液壓調(diào)平機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)原理 （4）圓錐齒輪扭桿式平衡機(jī)構(gòu) 其原理是由幾對(duì)大小齒輪（其節(jié)圓對(duì)稱相等）構(gòu)成。工作時(shí)齒輪滾過(guò)的節(jié)圓周長(zhǎng)相等。該機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是安全可靠，平衡精度高，但是其結(jié)構(gòu)較

41、為復(fù)雜，重量較大，零件制造和安裝都較復(fù)雜，成本較高。 二、派生形式 （1）鏈條鏈輪式調(diào)平機(jī)構(gòu) [8] 鏈條鏈輪式調(diào)平機(jī)構(gòu)是由平行四連桿調(diào)平機(jī)構(gòu)演變而來(lái)的，原理見(jiàn)圖（3-8）鏈輪 11固定在工作平臺(tái)12上,鏈輪2固定在回轉(zhuǎn)臺(tái)1,5和8都是雙聯(lián)鏈輪,所有鏈輪齒數(shù)和齒形參數(shù)均相同,鏈輪之間繞有鏈條。由于鏈輪11和2分別固定在工作平臺(tái)和回轉(zhuǎn)臺(tái)上,當(dāng)臂桿變幅時(shí),鏈條強(qiáng)制帶動(dòng)工作平臺(tái)作相應(yīng)的反方向角度變化,無(wú)論臂桿如何升降都能保證平臺(tái)處于水平狀態(tài)。 1．轉(zhuǎn)臺(tái) 2、11.鏈輪 3、6、9.第一、二、三節(jié)臂桿

42、 4、7、10.第一、二、三級(jí)鏈條拉桿 5、8.同心雙聯(lián)鏈輪 12.平臺(tái) 圖3-8 鏈條式調(diào)平機(jī)構(gòu) （2）鋼絲繩式調(diào)平機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)的滑輪2、10分別固連在轉(zhuǎn)臺(tái)1和平臺(tái)11上，鋼絲繩7按圖示繞在等直徑的滑輪2、5、8、10上，兩端分別固定在轉(zhuǎn)臺(tái)1和平臺(tái)11上，并靠平臺(tái)11的自重始終張緊，各節(jié)臂桿變幅時(shí)，鋼絲繩7繞滑輪收放長(zhǎng)度相等，使平臺(tái)始終保持水平。 圖3-9 鋼絲繩式調(diào)平機(jī)構(gòu) 三、組合形式 （1）平行四連桿與鏈條構(gòu)成組合形式 鏈輪10和13分別與連桿9和平臺(tái)14固連，

43、其中由各件組成四個(gè)平行四邊形，各節(jié)臂桿分別繞絞軸O、B、C擺動(dòng)或同時(shí)擺動(dòng)，都會(huì)帶動(dòng)調(diào)平機(jī)構(gòu)向相反方向調(diào)整平臺(tái)。 圖3-10機(jī)械組合式調(diào)平機(jī)構(gòu) （2）靜液壓與鏈條構(gòu)成液壓機(jī)械組合形式 該機(jī)構(gòu)由三部分組成，一部分是轉(zhuǎn)臺(tái)1、第一節(jié)臂桿2、連桿拐臂6和液壓缸3、5組成的靜液壓機(jī)構(gòu)；另兩部分是由第二節(jié)臂桿9、鏈輪7、10、鏈條拉桿8和第二節(jié)臂桿11、鏈輪10、13分別與連桿拐臂6和平臺(tái)14固連，鏈輪10為雙聯(lián)同心鏈輪。各節(jié)臂桿分別或同時(shí)繞絞軸擺動(dòng)時(shí)，按靜液壓調(diào)平和鏈條調(diào)平原理都能向相反方向調(diào)整平臺(tái)。 圖3-11 液壓機(jī)械組合式調(diào)平機(jī)構(gòu) 四、電液調(diào)平機(jī)構(gòu) 電液調(diào)平的基本

44、工作原理是通過(guò)安裝在工作平臺(tái)上的水平傳感器來(lái)感知平臺(tái)的狀態(tài)，并產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電流，控制調(diào)平液壓缸的動(dòng)作，最終使平臺(tái)保持水平狀態(tài)。電液調(diào)平機(jī)構(gòu)又分為電液自動(dòng)調(diào)平和電液比例調(diào)平。 如圖3-12所示，電液自動(dòng)調(diào)平機(jī)構(gòu)主要部件包括水平傳感器1、調(diào)平液壓缸5和電磁換向閥7。其中水平傳感器1安裝在工作平臺(tái)2上，當(dāng)工作平臺(tái)處于水平狀態(tài)時(shí)，水平傳感器輸出電流為零，當(dāng)工作平臺(tái)發(fā)生傾斜時(shí)，水平傳感器產(chǎn)生控制電流，電流大小隨工作平臺(tái)傾斜角度變化而改變。根據(jù)平臺(tái)傾斜方向不同，控制電流進(jìn)入電磁換向閥7的2個(gè)電磁線圈中的一個(gè)，使電磁換向閥工作，調(diào)平液壓缸5伸長(zhǎng)或縮短，帶動(dòng)鏈輪鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4運(yùn)動(dòng)，最終使工作平臺(tái)趨于水平。

45、 圖3-12 電液自動(dòng)調(diào)平機(jī)構(gòu) 如圖3-13所示，電液比例調(diào)平機(jī)構(gòu)由水平傳感器1、調(diào)平液壓缸5、電液比例伺服閥7和放大比較器8組成。與電液自動(dòng)調(diào)平機(jī)構(gòu)不同的是，水平傳感器輸出信號(hào)的大小與工作平臺(tái)的角度成正比。當(dāng)臂桿變幅時(shí)，工作平臺(tái)與水平面產(chǎn)生一定的夾角，水平傳感器輸出相應(yīng)大小的信號(hào)，經(jīng)放大比較器放大判定方向后，由驅(qū)動(dòng)電路輸入到電液比例伺服閥7中相應(yīng)的比例電磁鐵，比例伺服閥的閥芯產(chǎn)生位移，輸出壓力液體，壓力液體的的流量與控制電流成比例，即與工作平臺(tái)的傾斜角成正比，壓力液體作用于調(diào)平液壓缸5兩腔中的一腔，使活塞桿伸長(zhǎng)或縮短，控制工作平臺(tái)發(fā)生與原傾斜方向相反的轉(zhuǎn)動(dòng)，工作平臺(tái)恢復(fù)到水平狀態(tài)。

46、在工作平臺(tái)傾斜角度減小的過(guò)程中，水平傳感器輸出信號(hào)變小，壓力液體的流量減少，工作平臺(tái)與水平面之間夾角大時(shí)恢復(fù)水平的速度快，工作平臺(tái)與水平面之間夾角小時(shí)恢復(fù)水平的速度慢。 圖3-13 電液比例調(diào)平機(jī)構(gòu) 3. 2. 2機(jī)構(gòu)特點(diǎn)的綜合分析及最終方案的確定 在以上介紹的各種調(diào)平機(jī)構(gòu)中,基本形式中利用平臺(tái)自重調(diào)平其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、調(diào)整維修方便、成本低但易換動(dòng)，特別是當(dāng)操作人員在平臺(tái)中的位置變動(dòng)時(shí)，平臺(tái)產(chǎn)生搖動(dòng)，操作人員有不安全的感覺(jué)，必須采用鎖緊機(jī)構(gòu)比較麻煩，所以該機(jī)構(gòu)多用于技術(shù)性能較低的車型上。 平行四連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整、維修方便，調(diào)平精度較高，且較平穩(wěn)，但缺點(diǎn)平行四連桿

47、機(jī)構(gòu)只能在臂桿外側(cè)布置，結(jié)構(gòu)不緊湊，由于平行四連桿的限制，臂桿之間的工作角度范圍小。靜液壓調(diào)平機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、精度高的特點(diǎn)，適用于伸縮臂式高空作業(yè)車。缺點(diǎn)存在滯后現(xiàn)象，且滯后現(xiàn)象隨著高度的增加而更加明顯。 派生形式的鏈條鏈輪調(diào)平機(jī)構(gòu)比平行四連桿調(diào)平機(jī)構(gòu)的工作角度更大，臂桿之間的工作范圍大于，且鏈條、鏈輪可以安裝在臂桿內(nèi)側(cè)，結(jié)構(gòu)緊湊、易于安裝和調(diào)整及維護(hù)。組合形式中靜液壓與鏈條構(gòu)成液壓機(jī)械組合行與其它相比，在技術(shù)性和結(jié)構(gòu)上更先進(jìn)，其調(diào)平過(guò)程連續(xù)、平穩(wěn)、調(diào)平性能好、控制精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快不僅適用于全折疊臂，更適用于折疊伸縮（基本臂帶伸縮）的混合臂型上。 圖3-12、圖3-13兩種組合

48、型式分別綜合了平行四連桿與鏈條式和靜液壓與鏈條式的優(yōu)點(diǎn)，都能滿足三節(jié)全折疊臂、平臺(tái)與臂桿擺角大于180的車型。筆者認(rèn)為三節(jié)全折疊臂式高空車應(yīng)優(yōu)先采用平行四連桿與鏈條式組合，因?yàn)殡m然它技術(shù)性一般，但安裝、調(diào)整和維修方便，調(diào)平精度較高。靜液壓與鏈條式組合，與上述其它機(jī)構(gòu)相比，在技術(shù)和結(jié)構(gòu)上更先進(jìn)，不僅適應(yīng)于全折疊臂，更適應(yīng)于伸縮（基本臂帶伸縮）的混合臂型上，所以筆者建議混合臂的小型車上可優(yōu)先應(yīng)用靜液壓與鏈條式組合的調(diào)平機(jī)構(gòu)。 電液調(diào)平方式中電液自動(dòng)調(diào)平機(jī)構(gòu)的調(diào)平是不連續(xù)的，適用于折疊臂式和伸縮臂式高空作業(yè)車；而電液比例調(diào)平機(jī)構(gòu)的調(diào)平過(guò)程連續(xù)、平穩(wěn)、調(diào)平性能好、控制精度高、動(dòng)態(tài)影響快，適應(yīng)于各種型

49、式的大高度的高空作業(yè)車。 各調(diào)平方式和性能比較見(jiàn)表 機(jī) 構(gòu)型 式 自重式 連桿式 靜液壓式 圓錐齒輪式 鏈條鏈輪式 鋼絲繩式 組合式 電液自動(dòng)調(diào)平式 電液比例調(diào)平式 結(jié) 構(gòu) 最簡(jiǎn)單 簡(jiǎn)單 較簡(jiǎn)單 復(fù)雜 較簡(jiǎn)單 較簡(jiǎn)單 復(fù)雜 較簡(jiǎn)單 較簡(jiǎn)單 平衡性 不好 較高 較高 一般 一般 一般 較高 較高 較高 機(jī) 構(gòu) 重 量 最輕 輕 較輕 較重 較輕 較輕 較重 較輕 較輕 技術(shù)先進(jìn) 性 最差 一般 一般 較差 一般 一般 較先進(jìn) 較先進(jìn) 先進(jìn) 調(diào) 整 與 維 修 方

50、便 方便 不方便 不方便 較方便 較方便 不方便 方便 方便 可 伸縮 性 -------- 不能 能 不能 不能 能 能 能 能 綜 合評(píng) 價(jià) 第九 第五 第四 第八 第六 第七 第三 第二 第一 綜上，本課題設(shè)計(jì)中我采用電液比例自動(dòng)調(diào)平機(jī)構(gòu)。具體機(jī)構(gòu)示意圖如圖（3- 14）所示，在后續(xù)的分析時(shí)也會(huì)做進(jìn)一步分析。圖中表示該機(jī)構(gòu)由二部分組成，一部分是轉(zhuǎn)臺(tái)、第一節(jié)臂桿、連桿拐臂和液壓缸組成的靜液壓機(jī)構(gòu)；另一部分是由第二節(jié)臂桿、大小鏈輪 、鏈條拉桿和大鏈輪和平臺(tái)固定連接，小鏈輪與齒輪為同軸輪。各節(jié)臂桿

51、分別或同時(shí)繞鉸軸擺動(dòng)時(shí)，按靜液壓調(diào)平和鏈條調(diào)平原理都能向相反方向調(diào)整平臺(tái)。 圖3-14電液比例自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)機(jī)構(gòu)圖 工作原理： 該調(diào)平系統(tǒng)的工作原理假設(shè)平衡狀態(tài)一體的多功能消防裝備自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的控制對(duì)象時(shí)，作業(yè)平臺(tái)底平面與水平面夾角 為 ，當(dāng)折臂動(dòng)作或主臂動(dòng)作引起折臂位置改變時(shí)，角發(fā)生變化，此時(shí)傳感器檢測(cè)到這一角度的變化，那么傳感器輸出電壓與設(shè)定的固定電壓有個(gè)電壓差，即也就是誤差電壓，由誤差放大器放大為連續(xù)誤差信號(hào)，并根據(jù)的正負(fù)判定調(diào)節(jié)極性（判定使哪邊的電磁閥工作），再將放大的信號(hào)送給電壓比較器，將其變?yōu)槊}沖信號(hào)，其脈沖的個(gè)數(shù)及寬度與誤差電壓成正比，然后將這些脈沖電壓送到驅(qū)動(dòng)電路，由

52、驅(qū)動(dòng)電路開(kāi)通相應(yīng)的比例電磁閥，讓調(diào)平液壓缸動(dòng)作，使大鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)作業(yè)平臺(tái)向減小的方向擺動(dòng)，并使傳感器信號(hào)差值減小，比例電磁閥的開(kāi)口漸漸減小至為時(shí)，傳感器信號(hào)電壓為零，比例電磁閥關(guān)閉，進(jìn)入平衡狀態(tài)。當(dāng)角再發(fā)生變化時(shí)，則將重復(fù)上述過(guò)程。 3.3電液伺服比例自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 3. 3. 1 方案總體說(shuō)明 電液式調(diào)平機(jī)構(gòu)是集電子控制技術(shù)和液壓控制技術(shù)于一體的新型調(diào)平機(jī)構(gòu)，它可以不考慮從底盤到作業(yè)平臺(tái)之間起升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式，平臺(tái)的水平度信號(hào)直接從平臺(tái)上獲取，這樣使調(diào)平機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。所以在前面一節(jié)調(diào)平機(jī)構(gòu)的介紹和確定的內(nèi)容中，最后確定采用電液式調(diào)平機(jī)構(gòu)。 電液式調(diào)平機(jī)構(gòu)由水平傳感器

53、、電子控制放大器、電液換向閥、調(diào)平油缸和作業(yè)平臺(tái)等部分組成。按所用電液換向閥的不同又可分為電液伺服調(diào)平機(jī)構(gòu)和電液比例調(diào)平機(jī)構(gòu)。電液伺服調(diào)平機(jī)構(gòu)對(duì)于大高度高空作業(yè)車來(lái)說(shuō)，其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)平性能好、控制精度高，動(dòng)態(tài)反應(yīng)快；其缺點(diǎn)是元件的制造精度高、價(jià)格昂貴、對(duì)液壓油污染十分敏感，系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用高。因此電液伺服調(diào)平機(jī)構(gòu)目前只在大高度消防車中采用。近年來(lái)，由于比例控制技術(shù)的發(fā)展，各種比例元器件在許多國(guó)家已經(jīng)形成了系列化，標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品，如德國(guó)已有30%的普通閥市場(chǎng)被比例閥取代，比例控制技術(shù)已被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)。我國(guó)比例控制技術(shù)發(fā)展也比較快，各種比例閥產(chǎn)品基本上形成了系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，為開(kāi)發(fā)研制各種先進(jìn)的

54、比例控制系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)，比例控制系統(tǒng)是介于開(kāi)關(guān)控制和伺服控制之間的一種新型控制系統(tǒng)，相對(duì)于開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)能隨輸入信號(hào)的大小實(shí)現(xiàn)連續(xù)的按比例控制，控制精度高，反應(yīng)速度快，大大的提高了液壓系統(tǒng)的控制水平。相對(duì)于伺服控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于比例閥是在普通工業(yè)用閥的基礎(chǔ)上改造而成的，因此加工精度不高、價(jià)格低廉、抗油液污染能力強(qiáng)，控制精度、反應(yīng)速度等性能能夠滿足大多數(shù)工業(yè)控制要求，閥內(nèi)的壓力損失小、能耗低，使液壓系統(tǒng)發(fā)熱兩減少。對(duì)于高空作業(yè)車作業(yè)平臺(tái)調(diào)平系統(tǒng)來(lái)說(shuō)調(diào)平控制精度要求并不是很高，系統(tǒng) 的頻帶較窄（一般為5Hz~10Hz），用電液比例換向閥替代電液伺服閥進(jìn)行平臺(tái)的調(diào)平是完全可行的。這樣不僅大大降低了

55、調(diào)平機(jī)構(gòu)的成本，而且高空作業(yè)車液壓控制系統(tǒng)抗油液污染的能力大大增強(qiáng)，同時(shí)由于比例換向閥存在中位死區(qū)，增加了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。 3．3．2 電液比例調(diào)平原理 圖3-15 圖3-6電液比例控制自動(dòng)調(diào)平原理簡(jiǎn)圖 其調(diào)平原理是：當(dāng)高空作業(yè)車作業(yè)平臺(tái)的任何一個(gè)吊臂變幅時(shí)，平臺(tái)與水平面之間必然產(chǎn)生一個(gè)夾角，平臺(tái)傾角經(jīng)過(guò)機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置—角位移傳感器或傾斜傳感器輸出一個(gè)與成比例的電信號(hào)，經(jīng)電子控制放大器放大后輸出一個(gè)控制電流，作用于電、機(jī)轉(zhuǎn)換裝置——比例電磁鐵，使比例閥閥芯產(chǎn)生位移，輸出壓力油，壓力油的流量按電信號(hào)的大小成比例變化，并作用于調(diào)平油

56、缸兩腔中的一腔，使活塞桿進(jìn)行伸縮?；钊麠U的伸縮驅(qū)動(dòng)平臺(tái)繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，使作業(yè)平臺(tái)與水平面的夾角發(fā)生變化，直至使作業(yè)平臺(tái)在一個(gè)新的水平位置上，達(dá)到作業(yè)平臺(tái)自動(dòng)調(diào)平的目的。 3. 3. 3 電液比例調(diào)平動(dòng)力部分 電液比例調(diào)平機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部分是由角位移傳感器和電液比例換向閥及與之配套的電子控制放大器組成的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分的原理圖如圖3-16框圖所示。 圖3-16 電液比例控制自動(dòng)調(diào)平機(jī)構(gòu)動(dòng)力機(jī)構(gòu)部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 綜上，調(diào)平機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括調(diào)平油缸設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電液比例換向閥和傾角傳感器的選擇三部分。總的設(shè)計(jì)原則是：無(wú)論高空作業(yè)車作業(yè)平臺(tái)起生機(jī)構(gòu)臂架如何擺動(dòng)，調(diào)平油缸的伸縮行程要能使

57、作業(yè)平臺(tái)的擺動(dòng)角度補(bǔ)償臂架的擺動(dòng)角度（幾何要求）；調(diào)平油缸使作業(yè)平臺(tái)擺動(dòng)的角速度要大于或等于各個(gè)臂架擺動(dòng)的最大角速度（速度要求）；作業(yè)平臺(tái)載荷的大小對(duì)調(diào)平過(guò)程的影響降至最小。電液比例自動(dòng)調(diào)平過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)動(dòng)態(tài)角度調(diào)整的過(guò)程，隨著平臺(tái)傾角的出現(xiàn)及時(shí)補(bǔ)償修正，始終使平臺(tái)保持在很小的角度差內(nèi)，以使操作者感覺(jué)不到平臺(tái)的傾斜為標(biāo)準(zhǔn)。 電液比例方向閥應(yīng)根據(jù)額定載荷，即閥口壓降為最低工作差時(shí)，調(diào)平油缸所需的流量作為公稱流量的相近值來(lái)選擇。這樣在工作過(guò)程中，比例方向閥的可調(diào)節(jié)信號(hào)范圍寬，調(diào)節(jié)分辨率高，在相應(yīng)的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)滯回小。 傾角傳感器是作業(yè)平臺(tái)調(diào)平機(jī)構(gòu)的信號(hào)源，在調(diào)平過(guò)程中起著非常重要的作用。所選的

58、傾角傳感器應(yīng)分辨率高，小角度范圍內(nèi)線性好，工作穩(wěn)定、可靠。 3. 3. 4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 一、傳動(dòng)部分尺寸計(jì)算 由于此調(diào)平機(jī)構(gòu)系統(tǒng)中采用機(jī)械傳動(dòng)，通過(guò)大小鏈輪傳動(dòng)帶動(dòng)作業(yè)平臺(tái)動(dòng)作。小鏈輪為主動(dòng)輪由液壓缸推動(dòng)，大鏈輪為從動(dòng)輪帶動(dòng)作業(yè)平臺(tái)。假設(shè)工作臺(tái)最大傾斜角度為15，用1min調(diào)平則帶動(dòng)工作作業(yè)平臺(tái)的大鏈輪轉(zhuǎn)過(guò)的角度為： 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)之機(jī)械傳動(dòng)》， P12—103相關(guān)公式計(jì)算 1）傳動(dòng)比 選取傳動(dòng)比為3 則將上式的值代入可得 2）小鏈輪齒數(shù)

59、 [17] = 23 3）大鏈輪齒數(shù) = i = 69 4）設(shè)計(jì)功率 式中—— 工況系數(shù)查機(jī)械手冊(cè)取 =1[17][表12 -2.1] 則 5）特定情況下單排鏈條傳遞的功率 = 式中——取1.23 ——取1 代入上式得===0.025KW 6）鏈條節(jié)距P

60、 查機(jī)械手冊(cè)P12—105 得選節(jié)距P=12.7mm 7）初定中心距 一般取=（30—50）6=（180—300）mm = 0．2*23（3+1）6=110mm 取=240mm 8）以節(jié)距初定中心距 mm 9）鏈條節(jié)數(shù) = 10）鏈條長(zhǎng)度L L= 11）計(jì)算中心距 =

61、 =0.25 [17]查表[12-2-8] = 12）實(shí)際中心距a 13）鏈條速度v 14）鏈輪基本參數(shù)和主要尺寸 [1] 鏈輪齒數(shù)大鏈輪為=69 小鏈輪齒數(shù)為=23 [2] 分度圓直徑d 大鏈輪 同理小鏈輪 [3]齒頂圓直徑 大鏈輪 同理計(jì)算小鏈輪的齒頂圓 小鏈輪的=

62、 取 大鏈輪 小鏈輪 [4] 已知鏈輪的分度圓直徑可以求得直線方向的線速度 =1.24m/min 說(shuō)明此處求線速度的目的是為了求液壓缸活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度，繼而可以求得液壓缸流量。 二、液壓缸主要結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 GKZ系列高空作業(yè)車屬于一般的工程機(jī)械，根據(jù)成大先主編的《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)—液壓傳動(dòng)》，P20—47初步確定工作機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)壓力為16MPa 確定液壓缸尺寸: 根據(jù)工作機(jī)構(gòu)的基本性能要求，以及相關(guān)手冊(cè)確定使用雙作用單活塞桿液壓缸 圖 3---16 液

63、壓缸的狀態(tài)圖 Ⅰ向行走時(shí)， B口進(jìn)油； A 口出油 Ⅱ向行走時(shí)， A口進(jìn)油； B口出油 液壓缸計(jì)算如下： [18][式3.3.5] （） (3.4.1) 式中 ── 缸直徑，（） ── 液壓缸的理論推力， ── 系統(tǒng)壓力，查手冊(cè)取 將以上數(shù)據(jù)代入(2.2.1)式計(jì)算： ∴ 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，取D = 80 ()[18][表13.3.5] 取速度比： ∵ ∴

64、 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，取 = 55[18][表13.3.5] 液壓缸的流量計(jì)算： 式中 ── 液體的運(yùn)動(dòng)速度 ── 活塞的面積 ∴ =7.4L/min 三、確定調(diào)平液壓缸的型號(hào) ── ── 見(jiàn)[18] 液壓缸的型號(hào)說(shuō)明： ── ── □ ──—— 雙作用單活塞桿液壓缸 ──——結(jié)構(gòu)尺寸代號(hào)（液壓缸直徑/活塞桿直徑） □ ──—— 活塞桿型式代號(hào) 四、 液壓缸技術(shù)規(guī)格[18] 速度比 =2 工作壓力 16 最大行程

65、S (mm) 缸徑 φAL(mm) 活塞桿直徑 φMM(mm) 推力(KN) 拉力(KN) 80 55 80.43 42.41 950 推力計(jì)算: 式中 ──—— 液壓缸推力 ──—— 工作壓力 ──—— 活塞的作用面積 ∴ ∴ 拉力計(jì)算: 式中 ──—— 液壓缸拉力 ──—— 工作壓力 ──—— 活塞直徑 ──—— 活塞

66、桿直徑 ──—— 液壓缸有桿腔作用面積 ∴ ∴ 五、齒輪齒條計(jì)算 液壓缸帶動(dòng)的執(zhí)行部分是鏈輪，為了能夠保證活塞桿可以很好的把直線運(yùn)動(dòng)傳遞給鏈輪轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。決定在活塞桿頭部裝上齒輪齒條機(jī)構(gòu)，由活塞桿帶動(dòng)齒條齒條帶動(dòng)齒輪，而齒輪與小鏈輪是同軸的。所以只要齒輪旋轉(zhuǎn)就帶動(dòng)鏈輪運(yùn)動(dòng)，最后帶動(dòng)工作平臺(tái)。雖然會(huì)使得結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，但考慮到這種傳動(dòng)裝置可以提高傳動(dòng)精度。而且齒輪齒條的尺寸不需要很大，所占空間不是很大。所以這種方法是可行的。以下是相關(guān)計(jì)算： 1） 分度圓直徑與齒條運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系 [17][式13.3.1] 式中 V—— 是齒條的速度也就是活塞桿的直線速度為 1.24m/min —— 是小鏈輪的轉(zhuǎn)速為 270r/s 將數(shù)據(jù)代入可得 =88 查機(jī)械手冊(cè)取 則，同時(shí)取 2） 齒頂高