0325-兼容殘疾人座椅的中型客車輪椅升降機構設計,兼容,殘疾人,座椅,中型,客車,輪椅,升降,機構,設計 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第一章 前言 殘疾人（無勞動能力，如肢體、智力、精神殘疾）是社會弱勢群體中最弱的群體，關愛他們，切實解決他們的困境和改善他們及其家庭生活狀況，是提高社會文明程度和構建和諧社會的重要內容，也是體現(xiàn)現(xiàn)代社會文明進步和公平正義和諧相處的重要標志之一。 近年來，各級政府和相關職能部門為殘疾人的康復、教育、就業(yè)培訓、勞動就業(yè)做了大量的工作，殘疾人事業(yè)發(fā)展取得了可喜得成績。但是，殘疾人事業(yè)的發(fā)展狀況與經濟社會發(fā)展的總體水平仍然存在較大差距。 老年人和殘疾人的出行，在任何國家都會是一個問題。對這個問題解決的程度如何，反映著一個社會從科技水平到人文關懷等各方面的發(fā)達程度。設計者從一些國外技術雜志以及互聯(lián)網上了解到，在一些發(fā)達國家如美國，日本其公交服務體現(xiàn)出的人文關懷，特別是為老年人和殘疾人的出行提供的巨大方便感觸頗深。在每個高峰使用的公交上，都裝有方便行動遲緩老年人上下車的裝置以及方便殘疾人上下車的輪椅升降平臺。海外的交通服務人員——從司機，售票員一直到專門經過培訓的服務人員都紛紛提倡“耐心是一種美德”，倡導“尊重人權，方便社會不同階層群體”的服務宗旨。 1993 年12月20日聯(lián)合國大會第四十八屆會議通過的第48/96號決議《殘疾人機會均等標準規(guī)則》規(guī)則4.支助服務：“各國應采取措施，消除物質環(huán)境中影響參與的障礙。此種措施應包括制定標準和準則，并考慮頒布立法，確保社會中各個方面實現(xiàn)無障礙環(huán)境，例如確保住房、樓房、公共交通服務和其它交通工具、街道和其它室外環(huán)境的無障礙?！薄案鲊鴳_保為殘疾人發(fā)展和提供支助服務，包括輔助性器材，幫助他們提高日常生活方面的獨立能力和行使他們的權利?！?“各國應支持研制、生產、銷售和維修各種輔助性器材并傳播與其有關的知識。 有這么一個故事，是個殘疾人在國外的親身經歷：北京我出門辦事，一定要在家里和公司里先方便夠了，因為一般的公廁極少有適合殘疾人用的便座，即使有也非常臟。而在美國則全無這種擔心，無論商場還是餐館，都設有殘疾人專用便座，一般健全人不得使用，所以都很干凈。一次在曼哈頓的中國餐館吃完午飯，又喝了不少的飲料，沒過一會就覺得肚子有些難受，而且越來越疼，我想，壞了，這曼哈頓連個停車的地方都沒有，哪找?guī)?？便讓司機趕快往回開，剛走了一半的路程就無法繼續(xù)堅持了。忽然看到路邊有個加油站，就問司機里面會不會有廁所？司機也不答話，一打方向盤把車開了過去。我的眼睛一亮，哈哈，還真有廁所。但是不是也有便座呢？等推開門一看，所有的擔心都是多余的了，解放之后我才有了感慨的閑情，這發(fā)達國家的確把人的需要想到家了啊。?其實，只是這些外在的設施問題，我們如果從上到下加以重視的話也是不難解決的。最讓我感慨不已的是這里的人對于殘疾人態(tài)度出乎意料地充滿熱情和友善，我們每到一處，人們都自覺地讓出道來，有的甚至為自己沒有發(fā)現(xiàn)身后的輪椅而抱歉。在環(huán)球影視城觀看水上世界表演之前，幾個演員和觀眾打水仗，熱鬧非凡，很大面積的觀眾席都被水淋濕了，獨我們殘疾人的專門座位區(qū)沒有受到絲毫的“襲擊”，可見管理者考慮之周到。我?guī)缀醪荒茏约涸谕饷鎲为氉喴涡凶呋蛘咄Ａ?，總不時會走過來一個個先生或女士向你詢問：CAN?I?HELP?YOU??參觀白宮時，我越過排出一里多地的長隊，被徑直請到前面，并由一名總統(tǒng)的侍衛(wèi)官帶領，深入到總統(tǒng)的廚房，我指著剛剛爆好的玉米花問他是給誰吃的，他告訴我，是晚上總統(tǒng)和幕僚們在小影院看片子時吃的。我和他開玩笑：有沒有你的份呢？他自嘲道：我可沒那個命。? 在費城參觀獨立宣言簽署舊址時，負責解說的美國小伙子發(fā)現(xiàn)了前排坐在輪椅上的我，便馬上走過來幾乎雙膝著地俯下身，為的是與我的視線保持平行，他說：一會兒你可以從那個門先出去。僅僅是這個簡單的動作和這句簡單的話語便使我深深地感動了。所謂無障礙，就是道路平坦，利于殘疾人輪椅通過，但剛才那個平視的目光難道不也是一種無障礙嗎？美國確實有很多美好的東西和美好的人原來我一直以為較之刻板的英國人，美國人一定是比較活躍和彈性的。也確實是這樣，在進入紐約海底隧道交費時，一個美國混血姑娘一邊隨著樂曲扭動著身軀，一邊從我們的手里接過錢。我和同行的伙伴說，這是美國一景啊，北京可看不到的。但是當我們跟著司機把租來的汽車還掉，準備搭乘大巴士去機場時，不料想?yún)s遭到了拒絕，一個手持話機的車輛調度對我說：我不能讓您乘坐這種普通的巴士，您必須坐那種承載輪椅的專用車。盡管我說我可以上普通的巴士，得到的回答是：我不想因為這事受到處罰。為了不使這位堅持原則的好心人因為我們而受罰，我只好看著一輛又一輛大巴從眼前開過去，一直到十幾分鐘后，開來一輛帶升降機的專用車把我和輪椅一起搭上去。在休斯頓與一個國內來此定居的殘疾朋友聊天時，他對我說：美國絕對是個殘疾人生活非常方便的國家，你真應該來這里發(fā)展。我知道我在國內還有很多干不完的事情，而且這些事情大都與殘疾人的事業(yè)緊密相連。我也知道國內的無障礙建設和整個社會文明的提高，尚需要一個相當長的過程。但我已經看到了這個過程的開始，我只是希望盡可能地加快這個進程。光咱們北京就有40多萬的殘疾人，他們盼望著實現(xiàn)全面的無障礙。如今相應的法律法規(guī)已經出臺，但實施起來還有相當?shù)碾y度。比如怎樣協(xié)調劃分殘疾人專用停車位，如果有人違章占用這些停車位，又應該由哪個部門來進行什么樣的處罰？在我們國家尚不允許殘疾人駕駛汽車的情況下，如何區(qū)分殘疾人所乘車輛和非殘疾人所乘車輛？還有什么樣規(guī)模的餐廳和公共設施要建有適合殘疾人的廁所等等，這是一個非常復雜的系統(tǒng)工程，在美國也是用了近十年的時間才告基本完成。我在華盛頓就看到一個很有年頭的博物館正在新建無障礙通道。我建議我們的政府，我們的殘聯(lián)組織，多多參考借鑒發(fā)達國家無障礙建設方面的先進經驗，從最簡單的無障礙設施一個一個做起，協(xié)調和動員全社會都來參與這件事情。因為這決不僅僅是一個公共設施的改造問題，它代表了我們社會文明的發(fā)展程度，而且在改造物質世界的同時必將帶動精神世界的變革。? 東京的地鐵大多車站都設有殘疾人專用的升降電梯，每次車都有殘疾人用的車廂，里面有可固定輪椅的裝置。如果沒有升降機的出入口，通常設有按鈕，按一下按鈕地鐵的工作人員就會出來將殘疾人連同輪椅抬上車廂。在上海的地鐵我?guī)缀蹩床坏綄闅埣踩嗽O置的設施，也許對整個弱勢人群的關懷，是我們當下最缺少的東西在地鐵的設計中也可以看出。 圖1.1 日本的無障礙公交車 2006年12月2日，在巴西首都巴西利亞舉行的紀念“國際殘疾人日”活動中，巴西總統(tǒng)盧拉（前左一）等政府官員在觀看一名殘疾人試用殘疾人專用汽車乘降裝置。當天，盧拉簽署了兩項行政命令：今后凡是關系到通信、住房和公共交通的事業(yè)活動都必須考慮到殘疾人的利益和需要；巴西全國各城市中的11.5萬輛公交車10年內都要裝備便于2600萬殘疾人乘車的裝置。 圖1.2 巴西專用殘疾人升降裝置 1992年1月26日，美國政府頒布實施了美國殘疾人法案（ADA）。這部法案涵蓋了各種生活細節(jié)，例如，規(guī)定餐館不可因殘疾人可能打擾其他客人而拒絕其進入；雜貨店的貨架高度要使坐在輪椅上的顧客可自由取下貨物，否則要調低貨架高度或由商店雇員提供協(xié)助服務；銀行不得只認可駕駛執(zhí)照作為身份證明，因為盲人沒有駕照。這項法案對公共場所的規(guī)定尤為具體，大型公共服務機構門口有臺階的地方必須有輪椅通道，在進門的地方，如果不是自動感應式開門或專人開門，就必須安裝殘疾人專用開門器，讓坐在輪椅上的人一按墻上的按鈕，門就自動打開；公共廁所必須有可供殘疾人使用的廁所，這些廁所比一般衛(wèi)生間更寬大且有扶手；公共汽車上必須設有殘疾人專用座位，且車門口必須有供殘疾人上車用的升降梯等。如果違反這些規(guī)定遭到投訴，商家往往要賠上一大筆錢。不過，該法案在羅列了一大堆懲罰條款后，也規(guī)定因提供殘疾人無障礙設施而導致成本增加，可以申請減稅，最高年度減稅額是1.5萬美元。斯坦福大學就曾為一名高位截癱的大學新生大施土木，改建教學樓和校園中的其它設施，這其中固然包含著校方的一片愛心，但也是法律規(guī)定使然。時至今日，美國的殘疾人團體還在不斷呼吁和努力，讓自己的權利受到法律更明確的保護。在法律規(guī)定之外，很多部門還特別設置了一些照顧殘疾人生活的措施。如大商店門口都備有電動購物車，供殘疾人和老年人使用；紐約等地新建機場的候機樓里，飲水機加裝了自動感應裝置，人只要靠近它，噴嘴就自動噴出水來，以滿足那些手腳不便的人使用。 總之，我們在社會主義和諧社會的建設過程中，必須貫徹以人為本這一思路，服務公共生活中的所有群體，進一步體現(xiàn)我國中國特色社會主義制度的優(yōu)越性。 具體到社會的實踐環(huán)節(jié)，我國在人文關懷方面取得的進步是令人欣慰的： 在首都北京，從今年年底開始，100輛無障礙公交大巴的上路行駛將帶著輪椅上的殘疾人飛奔。從此，坐著輪椅也能“上下車”了。在北京市京華客車公司，記者看到了即將陸續(xù)上路的低地板新型客車。這幾款車型都是公司最新研制的，長度分別為18米、12米、11米，適合城市不同區(qū)域、不同用途的各種公共交通的需要。編號為BK6181的18米大客車：這是國內首輛國產超低地板絞接式客車，車底距地面只有280毫米，并配有電腦控制的空氣懸掛裝置，在進站后車體可向站臺傾斜，乘客可直接邁步進入車內，無須再抬腳登踏板。同時車門下有可自動伸縮的鋼板，便于殘疾人乘坐輪椅進入車內，車內還設有專為輪椅設計的空間和安全帶，更方便了殘疾人乘車。在車內，記者還發(fā)現(xiàn)了專門為固定輪椅而安裝的掛鉤。據(jù)專家介紹，我國之所以限制使用地板高于900毫米以上的公交車，是為了方便老弱病殘孕乘客上下車，體現(xiàn)“以人為本”的公共服務理念。同時，地板和通道高度在400毫米以下的低地板、低入口廂體客車將成為推廣使用的新型公交車。這類車輛的特點是，發(fā)動機后置，可設置殘疾人輪椅和無障礙上下車裝置。其中，低地板公交車車廂，至少有兩個乘客門為一級臺階。此外，地板降低還可增加車輛平均運輸速度，提高運營效率。據(jù)京華客車公司介紹，BK6181超低地板絞接式空調公交車是為適應2008年奧運客運市場需要而專門設計的，并將融入北京無障礙公共交通系統(tǒng)工程。不關是在平時日常的交通條件下下功夫，努力提高人文關懷的層次外，在即將到來的北京奧運會（奧運會后緊接著就是殘疾人運動會）前，首都交通規(guī)劃部門也聯(lián)手我國許多客車大中型企業(yè)推出了便于行動不便人士出行的公交車。昨天上午，在位于北京郊區(qū)的公交集團第6分公司，殘運會輪椅專用大巴現(xiàn)場展示了其獨特的設計及服務性能。中門前6個輪椅區(qū)，前端和后方共計25個皮革面座椅，車內空間寬敞而緊湊。與普通大巴不同，輪椅專用大巴的前后門采用一級踏步上車，?？抗徽九_時，整輛車可由駕駛員操作沉降，并向車門一側傾斜，與站臺持平后。電動伸縮導板可供輪椅乘客自主上下大巴。輪椅區(qū)相互留有安全距離，并安裝有固定輪椅的拉桿扣件、安全帶、報警按鈕等安全裝置。“輪椅專用大巴底盤低、轉彎半徑大，對道路平整度的要求較高。整體而言，這種專用車輛在設計上非常人性化，它完全能夠滿足殘運會用車的需要?！惫患瘓F生產經營部經理李峻介紹說。而昨天到現(xiàn)場體驗乘坐的殘疾人龍女士也表示，上下車簡單方便，坐在車里感覺很舒適，“我去得最遠的地方是景山公園，如果將來能夠開通輪椅大巴的公交線，我們出行不但能夠省錢，還能去得更遠?！睔堖\會開幕期間，包括管理人員、駕駛員、修理工、廠家售后服務人員計80余人的保障車隊向投入到后勤接送工作。而據(jù)公交集團負責人講，殘運會結束后，60輛輪椅專用大巴將轉為民用，在北京市的一級路面運營，而票價將保持不變。 再看看我國最大的商埠城市——天津的進展情況：據(jù)新華社天津3月30日電（白敏怡 劉金升）2005年上半年，首批殘疾人無障礙公交車將亮相天津。即將投入使用的殘疾人無障礙公交車，將通過定線定點發(fā)車的運營班次滿足殘疾乘客的乘車需要，同時解決殘疾人輪椅上下臺階以及車內固定輪椅等難題。據(jù)介紹，此次投入使用的無障礙公交車內將全部新添“空氣懸掛”系統(tǒng)。此外，低踏板的設計，也能讓乘客輕松步入寬敞的大通道車廂內。除了常見的車載數(shù)字電視，無障礙公交車內還將增設輪椅安置專區(qū)，并配有專門的固定輪椅裝置。乘坐輪椅的乘客可以通過下車門新增的殘疾人踏板，輕松地通過滑行上下公交車。 而充分體現(xiàn)改革開放成果的深圳——深圳市殘聯(lián)消息：記者從有關部門獲悉：我市正在施工中的地鐵一期工程的17個站臺，全部設有肢殘人使用的直升電梯、盲人使用的導向帶、弱智人士的專用色彩符號，這些專業(yè)的配置使地鐵建成后50年都不落后。而僅此一項，深圳地鐵投資追加資金1個億。目前的火車站、機場和海關聯(lián)檢大樓，都修建了坡道或殘疾人專用電梯；博物館，體育館，大劇院等設置了殘疾人專用通道；各大酒店建有方便殘疾人使用的客房和洗手間；公 園，旅游區(qū)除在設計上保證殘疾人能觀賞到主要景點外，還備有輪椅等設備；越來越多的住宅區(qū)擁有了無障礙環(huán)境；中心區(qū)六大重點工程，國際會展中心和地鐵的建設，也全部實施了無障礙化。走在深圳主要干道上，細心的行人會發(fā)現(xiàn)，人行道上有一排特殊的地磚延伸到遠方———優(yōu)質花崗巖地磚上精心雕刻著圓點和長條，不少外地的觀光者好奇地詢問這排地磚的作用。原來，這是專門為盲人出行方便鋪設的盲道，失明人士只要用拐杖敲打地面，就會有非常明顯的方向感，順著路走還可順利到達目的地。早在80年代初，深圳就拉開了無障礙環(huán)境建設的序幕，為殘疾人、老人等行動不便的人群提供盡可能的便利。市政府1987年就發(fā)出有關文件，對在建的國際商場、環(huán)球商場、金融中心、深圳大劇院等重點項目提出了具體的無障礙建設的要求，由此全面帶動了深圳的無障礙建設。目前，在深圳的主要道路、旅游景點、住宅小區(qū)都修建了盲道、殘疾人專用衛(wèi)生間、殘疾人專用電梯、可供輪椅自由通過的坡道；為使盲人安全橫穿馬路，深南大道、火車站至國貿中心一帶的主要路口安裝了由市公安交管局的研究所自行研發(fā)制造、每個造價達5000元的蜂鳴器。循著有規(guī)律、有節(jié)奏的嗒嗒聲，盲人和弱視人士便能安全地過馬路了。 同樣，作為汽車設計研發(fā)部門，也應該在設計方面體現(xiàn)人性化設計因素：以公交客車為例來看我國客車設計的發(fā)展趨勢，在人性化設計方面需要加強。比如，方便殘疾人出行、采用客車“跪式服務”（指?？繒r將車身稍微向站臺一側傾斜，使入口與站臺齊平）等。北京的一些低地板公交客車雖然具備這些功能，但由于乘客較多，相關服務基本沒有開展。今后，更多的公交車將具備這些人性化的服務功能，相關服務也會逐漸得到應用。 殘疾人需要什么樣的車呢？隨著社會經濟的蓬勃發(fā)展，我們國家正以空前的速度進入了汽車時代。社會的發(fā)展進步，也給殘疾人融入社會施展才干創(chuàng)造了更多的機會。他們也越來越多的參與正常的社會生活，交通的問題也越來越突出了。下肢殘疾的殘疾人很多需要以輪椅代步，普通的交通工具對于他們來說是難以上下的。因為下肢運動障礙，普通的汽車也無法駕駛。這就要求公共交通工具能夠提供輪椅登車機構，而對有條件自駕車的殘疾人可以通過加裝手操縱裝置，實現(xiàn)駕車夢想。 圖1.3 華辰金杯輪椅升降客車　 當然還有更高檔的殘疾人專用車，通過輪椅升降裝置直接連人帶輪椅送進駕駛位，就坐在輪椅上駕駛。這是東京車展上豐田公司的一款殘疾人專用汽車的概念車。 圖1.4 殘疾人專用駕駛汽車 這次畢業(yè)設計設計者有幸抽到這種創(chuàng)新機構設計題目，經過兩個星期的畢業(yè)實習，懂得了許多關于大客車的知識，也在實習帶隊老師的講解之下了解了大客車的相關構造，也在不知不覺中明白了這樣一個基本準則——設計就是不斷協(xié)調矛盾的過程。概念性的創(chuàng)新也來源與生活，一切生活素材的整合才能有好的創(chuàng)新成果，概念成型后，經過實際的修正和實踐的檢驗，必將誕生獨特的發(fā)明——這也是作為一個工程技術人員努力的最高境界。本次設計設計者也從互聯(lián)網上看到了一些相關的圖片，在看到效果圖以后自己反復探究其構造，努力整合良好的設計因素，拚棄不利于設計者的結構因素來展開整個設計過程。 由于設計者是學習車輛工程專業(yè)的學生，尤其對其中的殘疾人輪椅升降系統(tǒng)感興趣，現(xiàn)利用畢業(yè)設計這一鍛煉四年所學知識的機會接到了——兼用殘疾人輪椅升降系統(tǒng)這一題目，利用一個多月的時間設計了一套輪椅升降機，該裝置上有一放置輪椅的平臺，平臺前后各有一翻板，平臺和前后翻板用來使輪椅從地面進入平臺，進而進入車內。前后翻板還可防止輪椅在平臺在升降過程中從平臺前后方向滑落。該升降機由輪椅乘坐者或經過培訓的服務員、司機操作。該系列升降機具有電動液壓工作動力單元，動力單元內有一手動備用泵，在升降機斷電或電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，可以通過手動裝置的操作實現(xiàn)升降機的各種使用功能。 作為新世紀的一名大學生，本著服務社會的基本原則，設計者愿為我國和諧社會建設，人文關懷氛圍的營造獻出自己的綿薄之力！ 第二章 系統(tǒng)開發(fā)設計方案說明 2.1方案比較及選擇（資料搜集及方案比較） 本次畢業(yè)設計的題目為——兼容殘疾人輪椅升降裝置的城市客車，因為這個題目比較新穎，而且國內兼容殘疾人輪椅升降裝置的城市客車并沒有大批量生產，所以認為是個創(chuàng)新設計。 但創(chuàng)新工作的一切一切都是由基礎知識所賦予的，整套設備的設計也不例外。 首先，其機構的動作就是要使殘疾人順利蹬車，下車的升降平臺。在國內目前的升降裝置的有螺旋傳動升降機構，、液壓升降機構等。而液壓升降機構以其安全性好，傳動效率高，運行柔和穩(wěn)定，壽命長的特點，已得到了升降臺設計者的一致認可。 設計之初的想法是，借鑒剪叉式液壓升降機的原理，設計了十字叉式升降機構，整體動作為出——下降——提升至中位——舉升——殘疾人蹬車——下降至中位——機構收回等一系列動作，但這種設計的缺陷是，要實現(xiàn)預期動作的話，在升降機運動到中位的時候，必然涉及死點問題。所以整套機構過死點的問題也不好解決，想要繞開死點如果要實現(xiàn)，機構的復雜性是不言而喻的。如圖所示： 圖2.1 輪椅升降平臺方案 圖為本次設計的——兼用殘疾人輪椅升降系統(tǒng)屬于機構創(chuàng)新設計借助國外相關資料看看，首先設計者找到如圖的資料： 圖2.2 單臂式輪椅升降平臺 這種單臂式的升降裝置第一不能保證機構的強度，第二吊臂必須要垂直，此套機構的優(yōu)點是，平板在收起的時候是借助了一套平行四邊形機構，并且此套平行四邊形機構也承擔平板的部分載荷，避免單一的由垂直吊臂的擋塊來受力，此套機構對減少吊臂所受的剪力和彎矩有利，還有就是在升降平臺的前翻版上安裝有一套所謂的“天線機構”通過運動協(xié)調與校核，使機構舉升到中位以后殘疾人可以順利蹬車，而在此過程中人力所要做的將翻板翻過則大大省略了。但是重要的和液壓缸體外側所鉸接并和吊臂鉸接的桿的設計則在現(xiàn)有的工具和實驗條件下是難以確定的（傳統(tǒng)的運動校核方法有圖解法，解析法，實驗法）。 第二種所尋找的法案就是江淮汽車的升降裝置，如圖所示： 圖2.3 江淮汽車輪椅升降裝置 此套方案的優(yōu)點是，可以按照總布置的要求：協(xié)調好以下矛盾：在車門尺寸方面可以合理進行尺寸分配，且機構可以在殘疾人蹬車以后自動收起，不與車門沖突；設計載荷150kg，采用雙吊臂結構，可以保證選用材料經強度校核后安全可靠;吸取方案二的平行四邊形機構舉升作為其舉升的基本機構；仍然采用方案二所示的平行四邊形收起機構，并像上圖所示的在平行四邊形上加上扶手，以便于殘疾人自身主動保證安全。本套機構自身的吊臂上是彎曲的機構其空間上與汽車垂向的夾角與車內鉸接點的連線與垂向的夾角相等，在加之設計者自己完善的平行四邊形機構，保證了吊臂始終垂直（因為吊臂的彎曲部分始終方向不變，牽連的使吊臂垂直）。在對角線采用液壓動力單元作為舉升機構，所以整套機構和諧，輕便，安全并且在技術上可行。 但是機構的缺點在于，機構安裝在車身內部，勢必要占據(jù)車內空間，牽扯到最大的一個問題就是，殘疾人輪椅在上升到車門位置的時候，如何進入總布置布置的區(qū)域，而與升降機構不發(fā)生碰撞和摩擦，由于關系到乘員的安全問題，所以排除了此套方案。 到畢業(yè)設計的中期，根據(jù)進一步分析前期的設計方法，設計者又回到最初的構想方案如下：，把雙向運動的十字叉結構，改成單向運動的形式避免了在中位的時候過死點的技術難題，只需要完成伸出——下降——提升——殘疾人蹬車——機構收回幾個簡單的動作，很大程度上簡化了設計問題。見下圖： 圖2.4 十字叉式輪椅升降裝置 此機構的優(yōu)點在于，四桿機構能很好的分擔平板的載荷，保證了機構的安全性。各個擋板及導板由專業(yè)操作人員手動展開，可以配合殘疾人的上車動作。由于本機構是安裝在地板和車架之間的，不占用車身內部的任何空間，使殘疾人輪椅在上車后，可以很方便的移動到專門布置的區(qū)域，經過幾種方案的比較，設計者最終決定采用這種方案。 2．2 需要進行的任務 (1)整套機構的受力分析，運動校核，基本尺寸的確定； (2)動力單元液壓元器件的計算和設計校核； (3)材料強度，剛度的校核； (4)裝配可行性的分析，說明，裝配偶件，連接件的選擇，強度剛度校核； (5)明細表的指定。 第三章 總體設計 3.1主要桿件的運動校核，受力分析以及強度校核 3.1.1運動校核 下圖是根據(jù)總布置所分配的基本尺寸（車地板高900mm，門高1500mm）所做的機構運動校核圖，根據(jù)運動校核的方法（分為圖解法，試驗法和解析法），本次運動校核采用圖解法和實驗法相結合的方法來做機構運動校核。此套機構為舉升機構的最基本機構——曲柄滑塊機構，有三個運動副，包括兩個主動桿和四根從動桿。機構的自由度為F=3n-(2p1+ph)=3×4-2×5=2 所以機構有2個自由度，一是垂直運動，一是水平運動。 圖3.1 機構兩個運動方向示意圖 圖示為機構的兩種運動，上升和下降。主動桿的兩端都為滑塊機構，當液壓缸帶動活塞桿推動主動桿做水平運動時，由于從動桿一端固定在底板上，所以主動桿兩端的兩個滑塊是做的相向運動，因而帶動與主動桿下端滑塊在同一軸線上的從動桿2的滑塊一起運動，由此可以得知，當活塞桿推動主動桿時機構做下降運動，而當活塞桿拉動主動桿時，機構做上升運動，上升的極限位置就是當所有的桿件重合時的水平位置，可以很明顯的看出，機構在升降的同時不會與任何外部組件發(fā)生運動干涉。 圖2.2 機構運動校核圖 上圖所示為升降裝置的三個升降步驟，可以由次方便的算出桿件在中位，低位的夾角。 因為本次設計屬于概念性質的設計，所以滑塊機構的基本尺寸都是從圖解法和實驗法的運動校核中反復畫圖，反復實驗，并最終實現(xiàn)到不與車門側邊框碰撞，產生運動干涉而得出的。 機構運動的可能性分析，下面進行機構運動的可能性分析，因為此次設計屬于機構創(chuàng)新性質的設計，如何讓機構運動是設計者考慮的首要因素，而要動作，必須有力的作用才能保證運動，下面就就本套機構在幾個典型位置的受力情況（啟動，液壓缸處于水平位置，以及過了水平位置以后）來證明此套設計能夠運動。 3.1.2受力分析及機構結構分析 本機構中受力作用的就是主動桿和從動桿，其都為直桿，而且只受拉力無彎矩和扭矩。 受拉力的大小F=1500N 桿件采用的是Q235-A型熱軋鋼。其許用應力=160Pa則得到 拉伸應力S拉=F/A=1500/40×10-4=37. 5Mpa 所以總的應力37.5Mpa<160Mpa 所選取的鋼是安全的。 具體機構如下圖所示： 圖2.4 主動桿 此桿為機構的主動桿，在桿的兩端各有一個螺栓孔，用于連接從動桿和導桿以及滑塊。 圖2.5 從動桿 這是機構的從動桿，從動桿的一端與主動桿相連接，另一端固定在底板上，而另一根從動桿的一端連接滑塊。 圖2.6 導桿 這是機構的關鍵部件，與活塞桿相連接的導桿，桿件的兩端分別連接兩跟主動桿，桿件的中間用螺栓連接兩個活塞桿，活塞桿推動導桿做水平運動，導桿則帶動主動桿做垂直運動。 圖2.7 上支桿 圖2.8 內支桿 通過滑槽配合的兩個桿件，由于本裝置的伸出過程是由專業(yè)人員手動完成的，所以當人把升降裝置拉出時，升降裝置的上支桿與內部的支桿是通過滑槽運動的，在到達極限位置時，在兩根桿上都設計了擋板，當兩根桿的擋板相接觸時，伸出也達到極限位置，保證了系統(tǒng)的安全性。 關于桿系的固定：根據(jù)設計者和本小組骨架設計者相互協(xié)調，在專用門所在的底架上焊接兩片螺栓組的坐，圖15所示的桿件側面用螺栓固定在焊接鋼板上。 用螺栓固定在螺栓組坐上，之所以后部采用焊接工藝將兩個厚厚的鋼板焊在一起，就是為了使車架承載更加穩(wěn)定，而隨之而來又牽扯到了螺栓組的受力和計算問題： 計算設計過程（加解答）如下： 按照螺栓組設計的總原則：做了如下幾項處理： （1） 連接結合面的幾何形狀通常設計成軸對稱的簡單幾何形狀，本設計中設計者應用的是矩形結合面，這樣不但便于加工制造，而且便于對稱布置螺栓，使螺栓組的對稱中心和連接結合面的形心重合，從而保證連接結合面受力比較均勻。 （2） 螺栓的布置應使各螺栓受力合理。盡量使螺栓的位置靠近連接結合面的邊緣，以減少螺栓所受的力。 （3） 螺栓的排列要有足夠的間距，邊距。 （4） 按照經驗及安全要求，分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目，應取成4，6，8等偶數(shù)，以便在鉆孔時的分度和畫線。設計者在一側連接板上設置了6個螺釘。 （5） 避免螺栓承受附加的彎曲載荷，即除了要在機構上設法保證載荷不偏心外，還應該在工藝上保證被連接件，螺母和螺栓頭部的支撐面平整，并與螺栓軸線相垂直。在車架焊接的支撐面上設計出了沉頭座 為了防止結合面受壓最大處被壓碎或受壓最小處出現(xiàn)間隙，應該檢查受載后地基結合面壓應力的最大值不超過允許值，最小值不小于零，即有：， 其中 則 又預緊力 地基接合面在受載前由于預緊力而產生的擠壓應力 則有所以連接強度是足夠的。 再驗算螺栓的強度，則有：選用M8螺栓是強度足夠的。 關于前后翻版的連接方式的設計出發(fā)點和創(chuàng)新：設計者借鑒在普通家用門上固定的和荷葉件，見右圖示： 圖2.9 合頁 此部的上半頁（相對與圖所說）用淺螺釘上在帆板上，下半頁也用淺螺釘上在平板上，類似與家常用的門，此機構輕松解決了翻版和平板的連接問題，同樣，后翻版也采用了此套連接結構（只是中間軸加粗致使上下兩頁距離增大，使其張開角度變大使后翻版可以按預定的軌跡搭在地面，方便殘疾人連同輪椅一道登上平板。 另外，關于殘疾人登上平板以后翻版的固定問題，設計者也借鑒了在車門設計中的掛鉤的作用（在車門后面設置掛鉤是為了防止殘疾人在平板舉升的過程中用手碰到專用門，而使門體碰上升降板，一方面對專用門的內蒙皮有損壞，一方面對殘疾人的安全也帶來一點隱患，所以同組的專用門設計者便在專用門的外蒙皮上安裝了一個掛鉤，并且通過車門運動軌跡校核，在車廂外蒙皮的對應位置設置了掛鉤環(huán)）。在后翻版上裝了一個掛鉤，同樣通過運動校核定下了掛鉤的長度和掛鉤環(huán)的位置，具體校核過程這里從略。 3.2液壓系統(tǒng)總成計算 一.分析負載： 開始起重輪椅的時候垂直吊臂受力最大，依據(jù)受力分析為Ft=750N最大起升力則為：F=6200N. 根據(jù)載荷F，依據(jù)其選擇液壓執(zhí)行原件的工作壓力p1=1.62MPa,因為本系統(tǒng)屬于中低亞或輕載節(jié)流調速系統(tǒng)，選取背壓為p2=0.35MPa，取A2/A1=2,而活塞桿直徑d與缸筒直徑D成d=0.707D的正比關系，由此有： 即主要尺寸已經確定進一步可以確定d=0.707D=41mm 二．選擇基本回路，由于不存在負載制動過程，故不需要平衡回路及制動回路。 因為設計的平板要承載殘疾人與輪椅，所以系統(tǒng)的安全應該是第一位的，升降機構應該在任何位置都可以自鎖，所以自然想到液壓基本回路中的鎖緊回路，原理圖見下： 圖2.10 液壓機構原理圖 圖示為使用液控單向閥（又稱雙向液壓鎖）的鎖緊回路。當換向閥作為接入時，壓力油經左邊液控單向閥進入液壓缸左腔，同時通過控制口打開右邊液控單向閥，使液壓缸右腔的回油可經右邊液控單向閥及換向閥流回油箱，活塞向右運動。反之，活塞向左運動。到了需要停留的位置，只要使換向閥處于中位，因為閥的中位為H型機能（Y型也可），所以兩個液控單向閥均關閉，使活塞雙向鎖緊，回路中由于液控單向閥的密封性好，泄露極少，鎖緊的精度主要取決于液壓缸的泄露。這種回路被廣泛應用于工程機械，起重運輸機械等有鎖緊要求的場合（在本設計中剛剛合適）。 本回路的實際應用以在設計者學習《液壓與氣壓傳動》時通過實驗實現(xiàn)過，具體見下圖： 圖2.11 液壓元件實物聯(lián)結圖 三．選擇液壓原件： （一）液壓缸 液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大工作壓力為1.62MPa，如果取進油路上的壓力損失為0.8MPa,為使壓力繼電器能可靠工作，取其調整壓力高出系統(tǒng)最高工作壓力0.5MPa，則小流量液壓泵的最大工作壓力為；大流量液壓泵在快進，快速運動時才向液壓缸輸油，如果取進油路上的壓力損失為0.5MPa，則大流量閥的最高工作壓力為: ，則由工況圖可知： 最大流量為17.64L/min,因系統(tǒng)比較簡單，所以取泄露系數(shù)為，則兩個液壓泵的實際流量為L/min.由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3L/min,而工進時輸入液壓缸的流量為0.5L/min，由小流量液壓泵單獨供油，所以小液壓泵的流量規(guī)格最少應為3.5L/min。 根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產品樣本，最后確定選取PV2R12-6/26型雙連葉片液壓泵，其小液壓泵和大液壓泵的排量分別為6ml/r和26ml/r,當液壓泵的轉速時該液壓泵的理論流量為20.08L/min，若取液壓泵的容積效率，由于液壓缸在工進時輸入功率最大，這是液壓泵工作壓力為2MPa，流量為27.1L/min.按圖標去液壓泵的總效率為，則液壓泵驅動電動機所需的功率為： 根據(jù)此數(shù)值查閱電動機產品樣本選取Y100L-6型電動機，其額定功率為，額定轉速 圖2.12 活塞桿 缸體、活塞和活塞桿的材料 1)缸體： 機床----多數(shù)采用高強度鑄鐵（HT200），當壓力超過8MPa時，采用無縫鋼管。 工程機械----多數(shù)采用35鋼和45鋼無縫鋼管。壓力高時，可采用27SiMn無縫鋼管或45鋼鍛造。 2）活塞： 整體式活塞----多數(shù)采用35鋼和45鋼。 裝配式活塞----常采用灰鑄鐵、耐磨鑄鐵、鋁合金等，特殊需要的可在鋼活塞坯外面裝上青銅、黃銅和尼龍耐磨套。 3)活塞桿： 一般采用35鋼和45鋼，當液壓缸的沖擊振動很大時，可使用55鋼或40Cr等合金材料 （二）閥類原件及輔助原件： 1）單向閥 單向閥分成兩類:有普通單向閥和液控單向閥.普通單向閥只允許液流向一個方向通過.液控單向閥既有普通單向閥的功能,并且只要在遠程控制口通以一定壓力的控制油液,液流反向也能通過.在工程應用中常用兩個液控單向閥組成液壓鎖. 圖2.12 單向閥 液控單向閥可作為單向閉鎖和保壓使用。它用于液壓系統(tǒng)中，阻止油液反向流動，起到普通單向閥作用；但可利用控制壓力油，通過控制活塞打開單向閥芯，使油液實現(xiàn)反向流動。液控單向閥可用在需要嚴格封閉的油路中，進行單向閉鎖，起到保壓作用。 對單向閥的要求： 1、對于正向開啟壓力為0.04Mpa的液控單向閥，使用時不允許閥芯錐面垂直向上方安裝。 2、管接頭連接處，禁止用油漆、麻絲、聚四氟乙烯密封帶，可用密封膠。 3、對于外泄式結構的液控單向閥，控制活塞部分的泄漏油應從L口單獨接回油箱。 2）溢流閥 圖示為球閥式直動型溢流閥。它也有一個阻尼活塞，但與錐閥式結構不同，活塞與球閥之間不是剛性連接，而是通過阻尼彈簧使活塞與球閥接觸（活塞兩端的液壓力平衡）。由于活塞的阻尼作用，可使始終與活塞相連接的球閥運動平穩(wěn)。 當壓力油自進油口經環(huán)形槽進入油腔時，同時液壓油經油道進入閥芯右面腔。當油口處壓力升高到作用在閥芯右側的力超過彈簧力的時候。閥芯左移，閥口處于某一開度，油腔和回油環(huán)形槽接通，油液從回油口排出，這時壓力油作用在閥心上的力就和開度下作用在閥芯上的彈簧力保持平衡： P·A=Fs=k(x0+△x) 由于閥芯位移量△x遠小于x0，所以 P·A=Fs=k(x0+△x)≈kx0 P=F/A= k(x0+△x)/A≈kx0/A=常數(shù) 即壓力也就基本穩(wěn)定在kx0數(shù)值上。 圖2.13 溢流閥 3）三位四通換向閥 由閥體和閥芯組成。閥體圓孔內有5條環(huán)形槽，分別對應P、A、B、T1四個油口，閥芯上有三個凸臺。 圖2.14 三位四通換向閥 4 液壓泵 當齒輪旋轉時，在A腔，由于輪齒脫開使容積逐漸增大，形成真空從油箱吸油，隨著齒輪的旋轉充滿在齒槽內的油被帶到B腔，在B腔，由于輪齒嚙合，容積逐漸減小，把液壓油排出、 利用齒和泵殼形成的封閉容積的變化，完成泵的功能，不需要配流裝置，不能變量結構最簡單、價格低、徑向載荷大 圖2.15 液壓泵 （三）油管： 各原件間連接軌道的規(guī)格按液壓原件接口處的尺寸決定，液壓缸進，出油管則按輸入、排出的最大流量計算。由于液壓泵選定之后液壓缸在各個工作階段的進、出流量已與原定數(shù)值不同，所以需要重新計算。 按照經驗值推薦去油液在壓油管的流速v=3m/s,則算得與液壓缸無桿腔及有桿腔相連的油管內徑分別為 這兩根油管都選用內徑、外徑mm的冷拔無縫鋼管。 （四）油箱 油箱容積按公式估計，取其經驗數(shù)據(jù)，故其容積為,按GB/T7938——1999規(guī)定，其標準值為V=250L。 （五）液壓動力總成在車里的布置： 本設計液壓動力總成的主要部件有：油箱，液壓泵，三位四通電磁換向閥，單向閥，溢流閥，液壓缸與液壓桿和件（裝在平行四邊形的對角線上，起動力源的作用）。 依據(jù)總布置的要求，設計一輛中檔旅游客車，其地板高度離地900mm，門框離地板70mm，專用門的高度為1500mm（地板到門上沿的高度是1430mm），因為采用的是雙臂起重機構，所以動力總成采用液壓系統(tǒng)，則關鍵是液壓系統(tǒng)的布置問題。設計者將體積較大的油箱（250L）放在專用門的前面兩個乘客位置之下，將液壓泵，三位四通閥加單向閥溢流閥的總成放在地板和車架之間，因為采用的是雙臂結構——即需要兩個液壓缸，便牽扯兩套液壓機構的聯(lián)動問題。這便要一個經過特殊制造的膠管，從三位四通閥中結出分兩路，用Y字型結構分兩路（一叉的膠管較長則布置在地板以下）則兩套機構的聯(lián)動問題便得以解決了。連接情況如下圖示： 圖2.16 液壓桿連接圖 待初裝的時候啟動液壓系統(tǒng)使膠管內充滿油，再次啟動便能順利實現(xiàn)聯(lián)動?。ú唤浄庞脱b在車上以后便會產生兩個液壓缸的運動不同步！初裝的時候放油是必不可少的環(huán)節(jié)） 3.3其他一些相關的問題 3.3.1機構的動作順序及其要求借助外力完成的問題 本系統(tǒng)采用的結構需要借助外力來順利完成整套機構的動作：司機或專門受過培訓的人員必須先將升降裝置的主題部分由車內部手動伸出，接著啟動下降開關，當升降裝置降到最低時，展開后部的后翻板，及側邊的兩個擋板。將輪椅連同殘疾人推到平板上，然后在收起后翻版，以免輪椅車向后滑以保障殘疾人的安全。接著啟動上升開關，當升到平板和車內地板平齊的時候，司機須將前翻版抬起搭到車地板上，再將輪椅推入車內，而后再收起前后翻版并收起側擋板，將整個裝置推入車內，全部運動結束，用掛鉤將外部擋板固定在車門框上，順利將車門關住。 致 謝 參考文獻 [1] 張偉社.《機械原理》[M].西安：西北工業(yè)大學出版社，2001年：4-17. 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