摘 要本課題首先對(duì)國(guó)內(nèi)外高空作業(yè)車的發(fā)展進(jìn)行了概括，提出了發(fā)展中的不足，簡(jiǎn)要介紹了高空作業(yè)車的組成，然后對(duì)目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)不完善的混合臂和伸縮臂式高空作業(yè)車的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)工作斗調(diào)平技術(shù)和液壓系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究分析。重點(diǎn)研究了伸縮臂的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，并對(duì)其進(jìn)行了強(qiáng)度校核。根據(jù)高空作業(yè)車安全性要求高，工作幅度大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，提出了工作臂、副車架以及工作斗調(diào)平機(jī)構(gòu)的研究設(shè)計(jì)方法。該課題以混合臂式高空作業(yè)車為研究對(duì)象，詳細(xì)闡述了伸縮臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、變形研究；副車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作穩(wěn)定性分析；高空作業(yè)車的工作斗調(diào)平系統(tǒng)的研究分析；液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。課題采用積分法對(duì)伸縮臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力分析、變形分析。最后，對(duì)研究分析結(jié)果進(jìn)行了試驗(yàn)和驗(yàn)證，將試驗(yàn)結(jié)果和理論分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，通過對(duì)比分析進(jìn)一步驗(yàn)證了本文提出的設(shè)計(jì)方法，對(duì)于同類型高空作業(yè)車研究計(jì)算，具有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞 ：高空作業(yè)車；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；調(diào)平系統(tǒng)研究；液壓缸AbstractThis paper arranged as follows. The first part is the summary of the development of aerial working platform at home and abroad, and put forward some shortages during the development. There is a brief introduction of the component parts of the aerial working platform. This paper introduces a new design proposal of the domestic production technology of mixing arm and telescopic arm aerial working platform. Meanwhile, the analysis can also be seen in the working bucket leveling, hydraulic systems and other key technology. This paper mainly focuses on the telescopic structure, movement characteristics, and its strength check. According to the special requirements of aerial vehicles because of the high security, large in range and the complicated structure, the special design was used in the working arm, subframe and bucket leveling institutions. The subject is based on the study of mixing arm of aerial working platform. The subject describes the structural design of the telescopic boom in detail, and analysis the design of subframe structure design and the job stability. The aerial working platform bucket leveling system analysis and hydraulic syetem design are also mentioned here.the subject adopts integration method on the telescopic structure stress analysis and deformation analysis. The results of research and analysis are also compared in this part. The new design method is created through comparative analysis. And it is an useful guideline for the same type of aerial working platform.Key words: Aerial working platform; Structure design; The research of leveling system; The hydraulic cylinderV目 錄摘 要 .IIIABSTRACT IV目 錄 V1 緒論 .11.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 11.1.1 課題研究背景 .11.1.2 課題研究的意義 11.2 高空作業(yè)機(jī)械的國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況 .11.2.1 高空作業(yè)機(jī)械的國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r .11.2.2 高空作業(yè)機(jī)械的國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r .21.3 高空作業(yè)車的組成 .21.3.1 專用底盤 .21.3.2 工作臂架 .31.3.3 三維全旋機(jī)構(gòu) .31.3.4 電氣與液壓系統(tǒng) .31.3.5 安全裝置 .31. 4 課題研究的內(nèi)容 42 伸縮臂結(jié)構(gòu)分析 52.1 伸縮臂的結(jié)構(gòu) .52.2 工況分析 .62.3 伸縮臂強(qiáng)度計(jì)算分析 .62.3.1 危險(xiǎn)工況 1 計(jì)算 .72.3.2 危險(xiǎn)工況 2 計(jì)算 .72.4 伸縮臂變形計(jì)算 .82.4.1 力學(xué)模型的建立 82.4.2 彈性位移的計(jì)算 92.4.3 計(jì)算結(jié)果 122.5 伸縮臂強(qiáng)度校核 .122.5.1 計(jì)算基本臂臂的截面尺寸 142.5.2 對(duì)下臂進(jìn)行正應(yīng)力校核 .152.6 本章小結(jié) .163 副車架結(jié)構(gòu)及分析 173.1 副車架結(jié)構(gòu) .173.2 支腿反力的計(jì)算 .173.3 轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)系統(tǒng) .213.4 本章小結(jié) .224 工作斗調(diào)平機(jī)構(gòu)的研究 234.1 工作斗調(diào)平結(jié)構(gòu)模型 .234.2 調(diào)平機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng) 254.3 本章小結(jié) .265 液壓油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 275.1 伸縮變幅油缸的結(jié)構(gòu) .275.2 伸縮變幅油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 .275.2.1 確定液壓缸類型和安裝方式 275.2.2 確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸 275.3 本章小結(jié) .316 結(jié)論與展望 326.1 結(jié)論 .326.2 展望 .32致 謝 33參考文獻(xiàn) .33附 錄 33車載式高空作業(yè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11 緒論1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義1.1.1 課題研究背景現(xiàn)如今我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及政府對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的力度逐漸增大，高空作業(yè)平臺(tái)的需求量不斷增加，市場(chǎng)前景非常廣闊。然而由于我國(guó)對(duì)于高空作業(yè)平臺(tái)的研究開發(fā)起步較晚，對(duì)其核心技術(shù)掌握的不足以及加工工藝的落后等方面的原因，使得我國(guó)高空作業(yè)產(chǎn)品的使用功能、安全性等方面得不到充分的質(zhì)量保證。通過對(duì)目前高空作業(yè)產(chǎn)品市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)和廣泛的市場(chǎng)研究，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)產(chǎn)品具有類型單一、設(shè)計(jì)粗糙等缺陷，無法滿足很多特殊施工環(huán)境的要求 [l]，因此我國(guó)高空作業(yè)設(shè)備大多依賴進(jìn)口。雖然國(guó)外產(chǎn)品功能完善、性能比較優(yōu)秀，但是由于價(jià)格太高，對(duì)很多建設(shè)公司或者施工方來說成本占用比例過大，使得利潤(rùn)空間降低。因此，研發(fā)生產(chǎn)屬于我國(guó)自主品牌的高性能的高空作業(yè)平臺(tái)有著極其重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和戰(zhàn)略意義。 高空作業(yè)平臺(tái)是用來運(yùn)送工作人員和工作裝備到指定高度進(jìn)行作業(yè)的一種大型工程機(jī)械設(shè)備，并廣泛用于電力、路燈、市政、園林、通信、機(jī)場(chǎng)、造(修)船、交通、廣告、攝影等高空作業(yè)領(lǐng)域。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3608．93《高處作業(yè)分級(jí) 》規(guī)定：VL 在墜落高度基準(zhǔn)面2m以上( 含2m) 有可能墜落的高處進(jìn)行作業(yè)，都稱為高處作業(yè)?！耙虼藶楸Ｕ瞎と嗽诟咛幾鳂I(yè)的安全性，出現(xiàn)了越來越多的高空作業(yè)設(shè)備，然而隨著科技的發(fā)展和人們對(duì)使用要求的增加，傳統(tǒng)的高空作業(yè)設(shè)備已經(jīng)無法滿足人們的需求，專用高空作業(yè)平臺(tái)技術(shù)在最近幾十年來得以快速發(fā)展。1.1.2 課題研究的意義隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，人們對(duì)于產(chǎn)品的人性化要求越來越高，因此在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)堅(jiān)持人性化思想 [2]，以人機(jī)工程學(xué)原理為指導(dǎo)充分分析研究產(chǎn)品各方面因素，提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。本課題在充分研究產(chǎn)品性能的基礎(chǔ)上，對(duì)高空作業(yè)平臺(tái)的功能模塊進(jìn)行了充分的結(jié)構(gòu)分析，并根據(jù)其各方面的特殊性提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求，指導(dǎo)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此課題研究的意義主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)通過本課題的研究，掌握混合臂高空作業(yè)車金屬結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)理論和分析方法，了解高空作業(yè)車結(jié)構(gòu)件的工作規(guī)律，從而達(dá)到減輕自重、優(yōu)化結(jié)構(gòu)、提高可靠性的目的，為研制系列伸縮臂、混合臂高空作業(yè)車奠定良好的基礎(chǔ)。(2)對(duì)車載式高空作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行模塊劃分，將其分為工作平臺(tái)、操作系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和支持系統(tǒng)幾個(gè)部分進(jìn)行分別研究，對(duì)每一部分進(jìn)行充分的結(jié)構(gòu)分析，結(jié)合產(chǎn)品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)原則，對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)。在課題的研究過程中結(jié)合產(chǎn)品的使用功能，通過計(jì)算機(jī)建模，在保證實(shí)現(xiàn)基本功能的基礎(chǔ)上，總結(jié)相應(yīng)的外觀設(shè)計(jì)理論，以指導(dǎo)后續(xù)系列產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)于其它機(jī)械產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)研究具有一定的理論指導(dǎo)意義。1.2 高空作業(yè)機(jī)械的國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況1.2.1 高空作業(yè)機(jī)械的國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r高空作業(yè)車發(fā)展起步較早的歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，從 20 世紀(jì) 20 年代就開始研制，發(fā)展歷史久遠(yuǎn)，生產(chǎn)技術(shù)也很成熟，具有生產(chǎn)技術(shù)水平高、作業(yè)車的作業(yè)高度大、規(guī)格齊全、結(jié)構(gòu)型式豐富、功能多樣等優(yōu)點(diǎn)?？傮w來看，技術(shù)和市場(chǎng)均已很成熟，產(chǎn)品能夠進(jìn)行高空作業(yè)、搶險(xiǎn)、救援、消防等復(fù)雜工作，作業(yè)平臺(tái)的最大載荷可達(dá) 500kg，最大作業(yè)高度已經(jīng)超過 100m，這是我國(guó)目前無法設(shè)計(jì)達(dá)到的高度，同時(shí)具有各種安全保護(hù)措施，很好的保障了工人的安全。大型產(chǎn)品特點(diǎn)是科技含量高、研制與生產(chǎn)周期較長(zhǎng)、投資大、市場(chǎng)容量有限，但市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)相對(duì)較少，產(chǎn)品的利潤(rùn)相對(duì)較高。如美國(guó) Genie 公司、JLG 公司和法國(guó) HAULOTTE 公司在高空作業(yè)平臺(tái)產(chǎn)品都形成了系列化，與此同時(shí)，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期明顯縮短。這大大提高了企業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力和企業(yè)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。1.2.2 高空作業(yè)機(jī)械的國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r我國(guó)產(chǎn)品在質(zhì)量和性能上與國(guó)外優(yōu)秀產(chǎn)品雖然存在一定的差距，但是隨著科技的不斷發(fā)展，產(chǎn)品的功能和性能已經(jīng)逐漸趨于同質(zhì)化 [3]，因此必須通過對(duì)我國(guó)高空作業(yè)機(jī)械產(chǎn)品與國(guó)外先進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行分析和比較，找出發(fā)展問題的之所在，并提出相應(yīng)的解決方案。我國(guó)高空作業(yè)平臺(tái)的使用范圍與國(guó)外相比來說還比較窄，使用較多的有路燈、交通、園林等部門，而在有發(fā)展前途的電力、電信及有線電視系統(tǒng)使用較少，市場(chǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有挖掘和培育出來 [3]。目前市場(chǎng)上的主要產(chǎn)品仍然是體積教大，對(duì)作業(yè)場(chǎng)地要求較高的拖車式或車載式高空作業(yè)車，而我國(guó)市場(chǎng)上的車載式高空作業(yè)車多為價(jià)格昂貴的國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品或中外合資企業(yè)的產(chǎn)品，我國(guó)本土研發(fā)的設(shè)備極少，因此我們開發(fā)研制出擁有自主產(chǎn)權(quán)的高性能車載式高空作業(yè)平臺(tái)具有很強(qiáng)的發(fā)展戰(zhàn)略意義。我們應(yīng)提高工程設(shè)計(jì)效率和品質(zhì)，節(jié)約設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)周期 [4-5]。而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)一個(gè)工程結(jié)構(gòu)的時(shí)候，首先要采用類比方法確定設(shè)計(jì)方案的初稿，然后對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，畫出圖紙，然后對(duì)重要部件進(jìn)行強(qiáng)度的校核，并根據(jù)校核的結(jié)果重新修改設(shè)計(jì)方案，一般往往要進(jìn)行多次分析校核和調(diào)整才能得到優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案。這種設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、代價(jià)高、效率低，且所得到的方案多數(shù)不是最優(yōu)方案 [6-7]。只有加大行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新力度，開發(fā)先進(jìn)的高空作業(yè)機(jī)械，滿足用戶的差別化和個(gè)性化需求，為用戶精細(xì)化服務(wù)，才能提高中國(guó)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。在我國(guó)實(shí)際工作過程中，人們對(duì)于安全性和勞動(dòng)條件提出了更高的要求，尤其是在高空作業(yè)中，原始的腳手架、吊籃等安全系數(shù)較低的工作方式將會(huì)越來越少，而對(duì)于高空作業(yè)機(jī)械的需求必將越來越多 [8]。另一方面，中國(guó)造船業(yè)逐漸成為世界第一，對(duì)于大型車載式高空作業(yè)平臺(tái)的需求急劇增加。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅中國(guó)造船行業(yè)在2009年約需六七百臺(tái)高空作業(yè)平臺(tái) [9],這一市場(chǎng)之前基本都被國(guó)外品牌占據(jù)。因此，研發(fā)生產(chǎn)屬于我國(guó)自主品牌的高性能的高空作業(yè)平臺(tái)有著極其重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。雖然國(guó)內(nèi)產(chǎn)品近些年來發(fā)展較快，但從整體上看，無論是技術(shù)上還是應(yīng)用上都落后于國(guó)外同類產(chǎn)品，與國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品相比還有較大的差距。1.3 高空作業(yè)車的組成高空作業(yè)車正常進(jìn)行作業(yè)，需要由專用底盤、工作臂架、三維全旋機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和安全裝置等部分組成，性能如下。1.3.1 專用底盤專用底盤。由發(fā)動(dòng)機(jī)、車架、行走機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等組成?？紤]到工作可靠性、噪車載式高空作業(yè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3聲、排放等方面綜合要求，優(yōu)選康明斯 B3.3～C60 型工程機(jī)械專用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)為直列 4 缸水冷、自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，帶全程調(diào)速器，運(yùn)行平穩(wěn)，具有熱效率高、比油耗低、排放污染少等特點(diǎn)。由于臺(tái)車行駛速度低，綜合考慮作業(yè)安全性和經(jīng)濟(jì)性，車架采用剛性連接式，不設(shè)懸架機(jī)構(gòu)，輪胎選用高負(fù)荷實(shí)心橡膠輪胎。 1.3.2 工作臂架工作裝置由回轉(zhuǎn)臺(tái)、工作臂架、伸縮軟鏈等組成?；剞D(zhuǎn)臺(tái)通過回轉(zhuǎn)支承安裝在車架上，由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn) 360°全回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括行星減速機(jī)、常閉式制動(dòng)器、液壓馬達(dá)等構(gòu)成，與回轉(zhuǎn)支承采用外嚙合傳動(dòng)方式。 1.3.3 三維全旋機(jī)構(gòu)三維全旋機(jī)構(gòu)設(shè)備或系統(tǒng)的安裝位置一般由標(biāo)高和方向 2 個(gè)參數(shù)確定。由于要求被舉升物體在空間相互垂直的 3 個(gè)方向可以進(jìn)行獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，使物體可以獲得任意安裝角度，因此設(shè)計(jì)了三維全旋機(jī)構(gòu)，即在水平和豎直方向設(shè)置±90°。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)俯仰方向轉(zhuǎn)角可以通過臂架變幅進(jìn)行，微調(diào)由調(diào)平油缸實(shí)現(xiàn)，不再設(shè)單獨(dú)機(jī)構(gòu)，從而減少機(jī)構(gòu)設(shè)置。 1.3.4 電氣與液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)采用 1 臺(tái)變量柱塞泵和 1 臺(tái)定量齒輪泵供油，由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。變量泵為行走、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)、臂架變幅和臂架伸縮供油，齒輪泵為行走轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、工作裝置擺動(dòng)、工作裝置翻轉(zhuǎn)、工作裝置夾緊和調(diào)平機(jī)構(gòu)微調(diào)供油。由變量泵供油的動(dòng)作采用比例閥進(jìn)行控制，以便精確進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，其它動(dòng)作由于速度低、流量小，直接采用電磁換向閥進(jìn)行控制。液壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有安全溢流閥、液壓鎖等安全裝置。 1.3.5 安全裝置設(shè)有電動(dòng)應(yīng)急系統(tǒng)，當(dāng)?shù)妆P發(fā)動(dòng)機(jī)和主泵液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，借助以 12V 底盤電源為動(dòng)力的微型組合式液壓泵站，將工作裝置降至行駛狀態(tài)。也可采用緊急下降閥進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂下降復(fù)位。地面操作盤、遙控操作盤均設(shè)有緊急停止按鈕，用于在緊急狀況下強(qiáng)制停止行駛系統(tǒng)和工作裝置的各種運(yùn)動(dòng)。整車外形圖如圖 1.1：1 汽車底盤 2 回轉(zhuǎn)平臺(tái) 3 平衡油缸 4 伸縮臂變幅油缸5 伸縮油缸 6 伸縮臂支架 7 折疊臂變幅油缸 8 折疊臂9 平衡拉桿 10 工作斗 11 平衡油缸 12 液壓油箱13 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 14 回轉(zhuǎn)支承 15 副車架 16 取力系統(tǒng)圖1.1 車載式高空作業(yè)平臺(tái)車外形圖1. 4 課題研究的內(nèi)容課題研究?jī)?nèi)容主要包括高空作業(yè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)的分析研究及其在實(shí)際生活中高空作業(yè)平臺(tái)的外觀設(shè)計(jì)，以車載式高空作業(yè)平臺(tái)為設(shè)計(jì)載體，將產(chǎn)品各部分以功能進(jìn)行劃分，形成相應(yīng)的設(shè)計(jì)理論和原則，并用以指導(dǎo)未來系列產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。論文的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)部分：(1) 課題研究的國(guó)內(nèi)外背景和發(fā)展現(xiàn)狀，研究的主要內(nèi)容和意義的概述；(2) 進(jìn)行車載式高空作業(yè)車的伸縮臂、副車架等金屬結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、用以實(shí)現(xiàn)車載式高空作業(yè)車的功能。(3) 對(duì)各金屬結(jié)構(gòu)件進(jìn)行數(shù)學(xué)建模、數(shù)值計(jì)算、強(qiáng)度校核，以獲得車載式高空作業(yè)車主要結(jié)構(gòu)的工作規(guī)律和工作性能。(4) 對(duì)液壓油缸進(jìn)行選型，并設(shè)計(jì)計(jì)算其應(yīng)力大小是否符合要求。(5) 根據(jù)設(shè)計(jì)、計(jì)算結(jié)果進(jìn)行試制，對(duì)試制樣品進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試，將測(cè)試結(jié)果和理論分析計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證分析計(jì)算是否達(dá)到要求。車載式高空作業(yè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)52 伸縮臂結(jié)構(gòu)分析2.1 伸縮臂的結(jié)構(gòu) 后置式高空作業(yè)車伸縮臂采用三節(jié)伸縮式箱形臂，如圖 2.1 所示。1 一節(jié)臂 2 二節(jié)臂 3 三節(jié)臂 4 伸出油缸5回縮鏈排 6 伸縮鏈排 7 滑塊圖2.1 伸縮臂結(jié)構(gòu)圖如圖所示，各節(jié)臂可以依靠相互連接的滑塊進(jìn)行相對(duì)滑動(dòng)。轉(zhuǎn)臺(tái)與伸縮臂的跟部通過水平銷軸進(jìn)行鉸接，同時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)的中下部還與伸縮變幅油缸鉸接，同樣通過水平銷軸，伸縮變幅油缸能夠?qū)崿F(xiàn)工作臂在變幅平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)。所有鉸接點(diǎn)均采用自潤(rùn)滑軸承，降低保養(yǎng)要求，所有需要潤(rùn)滑的點(diǎn)都設(shè)有加油口，可以方便地進(jìn)行保養(yǎng)。工作臂依靠一級(jí)伸縮液壓缸進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)，伸縮油缸直接推動(dòng)第二節(jié)臂，第三節(jié)臂在鏈條伸縮機(jī)構(gòu)的作用下和第二節(jié)臂同步伸縮。臂架系統(tǒng)由臂架變幅機(jī)構(gòu)、臂架伸縮機(jī)構(gòu)、臂架鋼結(jié)構(gòu)及其它零部件組成。臂架變幅機(jī)構(gòu)主要由變幅油缸組成，其作用是實(shí)現(xiàn)臂架的變幅功能。具有三節(jié)或三節(jié)以上的吊臂，各節(jié)臂的伸縮方式基本有三種：順序伸縮、同步伸縮和獨(dú)立伸縮。該高空作業(yè)車臂架伸縮機(jī)構(gòu)由臂架伸縮油缸和鋼絲繩傳動(dòng)系統(tǒng)組成，伸縮原理為單級(jí)同步伸縮即由伸縮油缸直接驅(qū)動(dòng)二節(jié)臂動(dòng)作，同時(shí)通過固定在一節(jié)臂上的鋼絲繩使三節(jié)臂與二節(jié)臂實(shí)現(xiàn)同步動(dòng)作。伸縮機(jī)構(gòu)原理如圖 2.2 所示。臂架截面形式采用四邊形箱型結(jié)構(gòu)，臂架外部裝有油管電纜托鏈與工作平臺(tái)進(jìn)行連接 [10]。1 2 345 69781 01.基本臂 2.伸臂鋼絲繩 3.三節(jié)臂鋼絲繩固定點(diǎn) 4.二節(jié)臂 5.三節(jié)臂6,9.二節(jié)臂上滑輪 7,10.基本臂鋼絲繩固定點(diǎn) 8.縮臂鋼絲繩圖2.2 伸縮機(jī)構(gòu)原理圖2.2 工況分析由于高空作業(yè)車要求在所有幅度下，均可以在額定載荷下工作，因此其危險(xiǎn)工況只有可能出現(xiàn)以下兩種工作情況：一是在工作斗承載額定載荷，工作臂水平伸出至最大工作半徑狀態(tài)，如圖2.3所示；二是在工作斗承載額定載荷，工作臂完全伸出，且處于最大幅度狀態(tài)，如圖2.4所示。圖 2.3 危險(xiǎn)工況1示意圖圖 2.4 危險(xiǎn)工況2示意圖2.3 伸縮臂強(qiáng)度計(jì)算分析分別對(duì)兩種工況下的伸縮臂強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算分析。本作業(yè)車工作臂均由優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼Q700 制造，根據(jù)高空作業(yè)車結(jié)構(gòu)安全要求車載式高空作業(yè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7（GB9645-88） [11]，其許用應(yīng)力值為：(2.1)12[]sSf???式中： —材料屈服強(qiáng)度， s 70sMpa??—結(jié)構(gòu)安全系數(shù)， 2S-應(yīng)力集中系數(shù)，1f1.f-動(dòng)載荷系數(shù)， ，則225212[]704.6/.s pakgmSf??????2.3.1 危險(xiǎn)工況 1 計(jì)算分別進(jìn)行三節(jié)臂的應(yīng)力計(jì)算。先對(duì)外臂進(jìn)行分析，外臂受力如圖2.5，其危險(xiǎn)截面為A-A 截面。圖 2.5 危險(xiǎn)工況1 工作臂受力示意圖G1--載荷， G1=250*1.25kg G2--工作斗，G2=100 kgG3--前平衡油缸， G3=20 kg G4--平衡拉桿，G4=30 kgG5-折疊臂，G5=80 kg G6--折疊臂變幅缸，G6=60 kgG7--三節(jié)臂， G7=215 kg G8--二節(jié)臂及伸縮鏈排，G8=355 kg G9--1/2一節(jié)臂， G9=240 kg G10--伸縮油缸， G10=200 kg(2.2)AiMGL????外臂危險(xiǎn)截面A-A慣性矩為：(2.3)312ABHbhI?則可求A-A 截面的最大應(yīng)力 。A??2[]74./[]ANm????同樣可對(duì)此工況1 下的中臂、內(nèi)臂危險(xiǎn)截面進(jìn)行計(jì)算。求得其最大應(yīng)力。2.3.2 危險(xiǎn)工況 2 計(jì)算同樣對(duì)三節(jié)臂分別計(jì)算。先對(duì)外臂進(jìn)行分析，外臂受力如圖 2.6，其危險(xiǎn)截面為 A-A 截面。圖 2.6 危險(xiǎn)工況2 外臂受力示意圖根據(jù)圖示受力分析，可計(jì)算出一節(jié)臂危險(xiǎn)截面應(yīng)力。同樣方法，可分別計(jì)算工況 2 下，中臂、內(nèi)臂的應(yīng)力。根據(jù)計(jì)算，工況1 狀態(tài)下各工作臂應(yīng)力大于工況2 ，因此工況 1 為伸縮臂危險(xiǎn)工作狀態(tài)。2.4 伸縮臂變形計(jì)算高空作業(yè)車伸縮臂全伸時(shí)，臂端將產(chǎn)生較大的彈性變形，箱形伸縮臂臂端彈性位移將對(duì)高空作業(yè)車的作業(yè)參數(shù)產(chǎn)生影響，同時(shí)對(duì)對(duì)高空作業(yè)車安全性影響也很大，因此需要對(duì)其變形進(jìn)行計(jì)算。2.4.1 力學(xué)模型的建立考慮到很多現(xiàn)實(shí)干擾因素，因此計(jì)算時(shí)要虛擬化，建立以下假設(shè)：1) 假定工作臂截面不受力的影響產(chǎn)生彎曲變形，按平面計(jì)算；2) 由于截面變形不明顯，對(duì)計(jì)算結(jié)果影響不大，因此假設(shè)撓度曲線是光滑連續(xù)的曲線；3) 每次建立模型時(shí)只考慮單方面受力作用結(jié)果，不用共同考慮；如圖2.7 所示，建立 空間直角坐標(biāo)系，其中 軸沿工作臂鉸接軸軸線向外，OXYZOX設(shè)工作斗載荷為 ，考慮存在偏載， 為空間載荷，為了便于計(jì)算，圖2.7 中先將 在QQQ車載式高空作業(yè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9平面進(jìn)行分解，分解成沿 Z軸的 和平行于 平面的 ，在后面的計(jì)算中再將OYZFOXY1F分解為沿 X軸 和Y 軸的 。1F1F1Y圖 2.7 工作臂受力坐標(biāo)系參考《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB3811-83） [12]，臂端彈性位移計(jì)算時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮軸向壓力影響，先將工作臂簡(jiǎn)化為受壓等截面懸臂梁，計(jì)算中再通過引入各種長(zhǎng)度系數(shù)來考慮工作臂截面的影響。據(jù)此，我們作如下假設(shè)：伸縮臂實(shí)際長(zhǎng)度為 ，伸縮臂計(jì)算長(zhǎng)度為 ，bLCL(2.4)12C???伸縮臂的當(dāng)量慣性矩為 ,dxI(2.5)12dxI其中 、 為長(zhǎng)度系數(shù) 。1?下面用積分法來計(jì)算梁的彈性位移。為了計(jì)算方便，先分別計(jì)算在垂直平面OYZ 內(nèi)， 與M 所產(chǎn)生的撓度 ，和 與Fa?F所產(chǎn)生的撓度 ，如圖2.8 所示。1Fb?圖 2.8 作用力和撓度示意圖2.4.2 彈性位移的計(jì)算2.4.2.1 的計(jì)算a?將 和 還原成偏心載荷 作用下的壓桿，梁上任一橫截面Z 處的彎矩為：1FMXF(2.6)()aSY????帶入撓曲軸的近似微分方程：(2.7)'dxEIm?由于工作臂為階梯形， 是繞X 軸的當(dāng)量面積慣性矩，dxI, 為變截面長(zhǎng)度系數(shù)12dxI??2將彎矩帶入上式： '()dxaEIYFSY??????'?或 ' ()adxdxII令 2dxFKE則上式變?yōu)椋?2.8)'2()aYS????這是一個(gè)二階常系數(shù)非齊次方程，通解為： 12sincosaCKZ由邊界條件：, , 得0?Y2()aS????， , 得' 10所以撓度方程為：(2.9)()(cos)aSKZ???令 帶入撓度方程。,bZLY?()1)abL??解得 csobS??作三角變換: 2incsabKL??帶入 ：a?21cosbbSK??車載式高空作業(yè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11將 帶入2dxFKEI?1()cosbadxbLSIL???2XbxM??當(dāng) 趨近于 時(shí)， 最大，此時(shí)軸向壓力 達(dá)到臨界載荷 ，由極限的概念可bKL2?a?FEXF以認(rèn)為 。?考慮構(gòu)件支承方式的影響，應(yīng)以計(jì)算長(zhǎng)度 代替 。12CbL???bL(2.10)21cosXabdxbMLEIK???作近似： 22cos1()128EXEXEXFF????????1EXF?(2.11)2abdxEXLI???2.4.2.2 的計(jì)算b切向力F 在一截面的彎矩是：(2.12)1[()()]bYbmFLZ????? 建立撓曲軸的近似微分方程: 'dxEIY?' 1()()bYb' []dxdxFFLZII??????令 2xKE上式變?yōu)椋?2.13)'21[()]YbbFYLZ?????通解為: (2.14)' 112sincos()YbCKLZF???由邊界條件: 得'0,Z1?則撓度方程為：(2.15)111sin()cos()YYYbbbbFFFKZLKZLZ??????令 ,bL?11si()csYYbbb?(2.16)1coinobFKLK??作近似： 3()si6bb?2co1L?321()()s[]6bbYYbbKLLFFK???31YbFK?3 311cos2bdx dxEXEXEII??? ???2116YCLabdxEXMFLYFI?????上式中： 12Cb???2.4.3 計(jì)算結(jié)果對(duì)于我們開發(fā)研制的直臂后置式高空作業(yè)車，其上式各參數(shù)應(yīng)為： 6105810721073250()XiMkgm???????13cos7.4()YFkg?.93CLm?, 5()EXkg15sin70296()Fk?, 20Gpa?48.dxI將參數(shù)值代入公式得： 21316.096XYCLabdxEXMLY mFEI??????從以上計(jì)算結(jié)果看，由于公式推導(dǎo)基于理想狀態(tài)，模型的建立將工作臂簡(jiǎn)化為節(jié)節(jié)之間剛性連接，其計(jì)算值為純彈性變形撓度。在實(shí)際工作狀態(tài)中，工作臂由于加工精度、滑塊調(diào)整間隙等因素影響，其工作平臺(tái)較理想狀態(tài)下垂要大一些。這一點(diǎn)，我們經(jīng)過對(duì)伸縮臂式高空作業(yè)車產(chǎn)品樣車的測(cè)試，其結(jié)果基本符合預(yù)先的理論計(jì)算值。車載式高空作業(yè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)132.5 伸縮臂強(qiáng)度校核正應(yīng)力校核、 靜強(qiáng)度效核公式：正應(yīng)力 (2.17) ??FA???式中: F----------梁所受的力（N）A----------截面積（ ）2m切應(yīng)力： ??28FsIz????δ(2.18)式中: Fs----------梁所受的剪力（N ）----------鋼板厚度(m)δIz----------梁對(duì) Z軸的慣性矩( )4m鋼板每平方米面積的理論質(zhì)量,不同厚度的鋼板(密度為7.85)的每平方米理論質(zhì)量按下列公式計(jì)算：(2.19)2ρ/Gkgm???式中 : G-----給定鋼板厚度下的每平方米重量 ,kg/m-----鋼板厚度 =4mm?-----鋼板密度 7.85所以 (M=L1=4.2m)4.207.850.13Mkg???所以自重是: 92FGKN由上圖可得: ?即: 1.78.0B?對(duì)伸縮臂進(jìn)行受力分析如下圖 FB'c6mx彎 矩 MGax=39.41KN圖2.9 伸縮臂的彎距圖即力 與力 大小相等方向相反。'1.07FBKN??'FB由 Mc?所以 45'36g?所以 .92.50??由 F所以 92.561.78.4cKN?如圖2.9所示的彎矩圖:則可得最大彎矩是 max.039.1Mm???而梁所需的截面系數(shù)，=/[]axWσ43.42.01769KNMPa??2.5.1 計(jì)算基本臂臂的截面尺寸再將求出來的梁所需的截面系數(shù) W 值代入可得 0.mhδ34.62180????b1&h圖 2.10 伸縮臂的截面圖如圖 2.10 所示： =4mmδ則: 128072hm???按整體穩(wěn)定性條件: 3bh?車載式高空作業(yè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)15局部穩(wěn)定條件: Q700 鋼 60b?δ即: 13h804m??620b?可取: 15?由圖可得: 815m??δ2.5.2 對(duì)下臂進(jìn)行正應(yīng)力校核伸縮臂的截面尺寸確定后應(yīng)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度、鋼度和整體穩(wěn)定性,不滿足時(shí)應(yīng)進(jìn)行修改。(1) 效核正應(yīng)力 FB'Fcg3560m4x剪 力 sFc=81.49KNg256=1.7KNG圖 2.11 伸縮臂臂的剪力圖在截面 CG 上所受的正應(yīng)力是: (2.20)1[]A???梁的截面積是: hb?0.8150.72.15???32.640m??則: ??34912.6FcMPa????在截面 AD 上所受的正應(yīng)力是: (2.21)[]A??則: 3'1.0724.2[]6FBPa??????(2) 效核切應(yīng)力在截面 BD 上所受的切應(yīng)力應(yīng)是: (2.22)??218FsIz????δ計(jì)算 Z 軸慣性矩 Iz:Z&h1b圖 2.12 慣性矩圖如圖所示建立坐標(biāo)系，見圖 2.12 慣性矩圖矩形對(duì) Z 軸的慣性矩是： 312bhIz?則慣性矩： 1Iz??所以此題的慣性矩為： 33545807.612bhI m??12.z??5554.0482.0II??????把 和 切應(yīng)力效核公式:8.49FsCKN1z則：切應(yīng)力是 ??232510.88cMPaIz???????δ在截面 AD 上所受的切應(yīng)力是: (2.23)FsIz??δ把 和 代入式（2.15）1.07FsBKN542.10Izm?則: 切應(yīng)力是 ??2325'.07988MPaIz???????δ所以綜上所述，伸縮臂的正應(yīng)力和切應(yīng)力均符合要求。車載式高空作業(yè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)172.6 本章小結(jié)本章主要研究了伸縮臂的結(jié)構(gòu)，以及對(duì)其進(jìn)行受力分析并校核其強(qiáng)度。其次對(duì)伸縮臂的運(yùn)動(dòng)機(jī)理進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，在危險(xiǎn)工況下校核其強(qiáng)度，并計(jì)算出它的彈性變形。最后對(duì)伸縮臂進(jìn)行正應(yīng)力和靜強(qiáng)度校核，跟限定值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)符合要求，設(shè)計(jì)是可行的。本次主要運(yùn)用了積分法計(jì)算伸縮臂的彈性撓度，是本次設(shè)計(jì)計(jì)算的重點(diǎn)。3 副車架結(jié)構(gòu)及分析3.1 副車架結(jié)構(gòu)高空作業(yè)車的副車架主體部分為倒凹字型薄壁封閉大箱形結(jié)構(gòu), 中間還加了8塊橫向隔板為加強(qiáng)其抗扭轉(zhuǎn)剛度。轉(zhuǎn)臺(tái)部位加設(shè)了多塊縱、橫向撐板和斜筋板，為保證回轉(zhuǎn)支承的剛性，其上還焊接有回轉(zhuǎn)支承座圈。車架采用H 型支腿, 這種形式的支腿主要由水平腿箱和垂直腿箱組成, 腿箱一般為金屬板材構(gòu)成的箱形斷面結(jié)構(gòu)，固定支腿與車架焊為一體。工作時(shí), 活動(dòng)支腿伸出并支承于地面承受載荷。結(jié)構(gòu)如圖3.1。圖3.1 副車架結(jié)構(gòu)圖3.2 支腿反力的計(jì)算支腿反力是指在高空作業(yè)車工作時(shí)，所承受的最大法向力的反作用力。車架結(jié)構(gòu)和支腿結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算都要根據(jù)支腿反 [12]，因此，在設(shè)計(jì)副車架前必須計(jì)算支腿反力。依據(jù)GB9465.2-1988《高空作業(yè)車》、JG5099-1998《高空作業(yè)機(jī)械安全規(guī)》和Q/320301JAL02-2003《高空作業(yè)車》 [13]的規(guī)定：平臺(tái)承載1.5倍的額定載，作業(yè)車在安全工作范圍內(nèi)應(yīng)達(dá)到靜載穩(wěn)定性；平臺(tái)承載1.1倍的規(guī)定載荷，安全作業(yè)范圍內(nèi)，穩(wěn)定性最差的工況下，任一支腿的支反力不得小于0。高空作業(yè)車在工作臂水平，最大作業(yè)半徑工作時(shí)，支腿受力最大，此時(shí)受力情況如圖3.2。車載式高空作業(yè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)19圖3.2 支腿最大受力狀況示意圖各作用力大小及位置數(shù)據(jù)見表3-1。根據(jù)表3-1 ，上車轉(zhuǎn)動(dòng)部分對(duì)回轉(zhuǎn)中心的作用力矩為：1235iMGLNm???計(jì)算中風(fēng)載荷及動(dòng)載影響等沒計(jì)入，綜合考慮，在高空作業(yè)工況下，上車轉(zhuǎn)動(dòng)部分對(duì)回轉(zhuǎn)中心的作用力矩取為130000N/m。支反力的計(jì)算模型見圖3.3，圖中:：回轉(zhuǎn)中心，距支腿中心距離O0165em?：臂架所處方位，變化范圍0°～360°?M：上車轉(zhuǎn)動(dòng)部分對(duì)回轉(zhuǎn)中心的彎矩，M=13000kg/mE：下車不回轉(zhuǎn)部分重心位置，距支腿中心距離 =540mm1eF：支腿中心線， b=2775mm；a=2000mm：上車回轉(zhuǎn)部分重量（含Gz）, 0G0276Gkg?：下車不回轉(zhuǎn)部分重量，1 18假定高空作業(yè)車在作業(yè)時(shí)支承在 A、B、C、D 四個(gè)支腿上，臂架位于離高空作業(yè)車縱軸線（x 軸） 角處，如圖 3.3 所示。若高空作業(yè)車不回轉(zhuǎn)部分的重力為 ，其重心? 2G車載式高空作業(yè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21在離支腿對(duì)稱中心（坐標(biāo)原點(diǎn) O） 處，回轉(zhuǎn)中心 離支腿對(duì)稱中心 O 的距離為 。2O2e0O0e又設(shè)高空作業(yè)車回轉(zhuǎn)部分的合力為 ，且合力至 點(diǎn)的距離為 ，則作用在臂架平面內(nèi)0G0r的翻傾力矩 M 為 ，于是可求得四個(gè)支腿上的壓力各為：0rG021cosin14AeeFMbba?? ??????????????????? ???????? ?GB ?i02 ?????? ????????????????????? abebeFC sinco11402(3.1)??MD ?i02當(dāng)舉升臂在車輛正側(cè)方作業(yè)時(shí)即 °，則上式可簡(jiǎn)化為：9????????????????????????abeGeFA 02114MB 02?????????????????????abebeFC02114(3.2)?GD02圖3.3 支反力計(jì)算模型將相關(guān)數(shù)據(jù)代入，通過運(yùn)算，可求出四條支腿的支反力；0°～180° 范圍內(nèi)支反力值見表3-2。在 180°～360° 范圍內(nèi)，支反力值與0° ～180° 范圍對(duì)稱，在此就不列出。表3-2 考慮修正系數(shù)、支腿反力由表中計(jì)算結(jié)果可以看出，考慮修正系數(shù)的情況下，支腿受力狀況發(fā)生變化，支腿最大支反力為6463kg，最小支反力也增大667kg。3.3 轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)高 空 作 業(yè) 車 的 回 轉(zhuǎn) 系 統(tǒng) 由 液 壓 馬 達(dá) 、 回 轉(zhuǎn) 減 速 器 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 回 轉(zhuǎn) 減 速 器 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)減速器帶動(dòng)與之相連的轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)。回轉(zhuǎn)臺(tái)通過回轉(zhuǎn)支承安裝在車架上，由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)360 度全回轉(zhuǎn)。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由回轉(zhuǎn)馬達(dá)、回轉(zhuǎn)減速機(jī)、常閉式制動(dòng)器等組成，與回轉(zhuǎn)支承采用外嚙合傳動(dòng)方式?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)原理如圖 3.4 所示。轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)主要有：底板、轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)支承、傳動(dòng)齒輪、以及轉(zhuǎn)臺(tái)組成。車載式高空作業(yè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)23由 圖 可 以 看 出 轉(zhuǎn) 臺(tái) 的底 板 與 下 部 的 回 轉(zhuǎn) 支 承 之 間 采 用 的 是 螺 栓 連 接 。 當(dāng) 液 壓 馬 達(dá)輸出 的 轉(zhuǎn) 矩 帶 動(dòng) 傳 動(dòng) 軸 做 回 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) ， 這 時(shí) 傳 動(dòng) 齒 輪 與 傳 動(dòng) 軸 之 間 也 用 了 幾 個(gè) 小 螺 釘 連接， 將動(dòng)力傳給了傳動(dòng)齒輪 ， 傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支承上的齒輪， 支承上的齒輪外圈與上部轉(zhuǎn)臺(tái)底板用了 6 個(gè)螺栓聯(lián)結(jié)將動(dòng)力傳給了轉(zhuǎn)臺(tái)， 而齒輪的內(nèi)圈上則用螺釘與底盤連接固定?；剞D(zhuǎn)馬達(dá)回轉(zhuǎn)減速機(jī)回轉(zhuǎn)支承轉(zhuǎn)臺(tái)圖 3.4 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)原理圖不論轉(zhuǎn)臺(tái)采 用何種結(jié)構(gòu)的底盤， 都必須具有很大的剛度， 以保證它所承受的載荷能有效的傳遞， 以 保 證 高空作業(yè)車機(jī)可以安全平穩(wěn)地工作 。 轉(zhuǎn)臺(tái)底板的平面剛度則對(duì)回轉(zhuǎn)支承的轉(zhuǎn)動(dòng)靈活及轉(zhuǎn)臺(tái)整體剛度起著至關(guān)重要的作用。在高空作業(yè)小車中底板放在固定轉(zhuǎn)上。在此不做詳細(xì)的介紹一般均采用圓盤型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn) 盤 的 大 小 通 常 根 據(jù) 設(shè) 計(jì) 者 對(duì) 轉(zhuǎn) 臺(tái) 設(shè) 計(jì) 的 尺寸 來 確 定 ， 根 據(jù) 不 同 型 號(hào) 的 作 業(yè) 小 車 所需要的不同結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)臺(tái)來設(shè)計(jì)底板的大小。轉(zhuǎn) 臺(tái) 結(jié) 構(gòu) 的 主 要 作 用 是 連 接 下 部 傳 動(dòng) 齒 輪 與 桿 件 ， 也 也 是 此 次 設(shè) 計(jì) 的 重 點(diǎn) 。 轉(zhuǎn) 臺(tái) 結(jié) 構(gòu)采用前后兩個(gè)高強(qiáng)板， 在前后高強(qiáng)板上再加上加強(qiáng)筋形成倒 π 型結(jié) 構(gòu)， 底部采用圓盤形 結(jié)構(gòu)由圖 3.5 可以看出轉(zhuǎn)臺(tái)上圓孔主要用于裝下臂的銷軸， 下圓孔用來裝升縮缸的銷軸。 上下蓋板及兩側(cè)與高強(qiáng)板構(gòu)成了箱形結(jié)構(gòu)， 在外側(cè)加了兩個(gè)加強(qiáng)筋以提高強(qiáng)度、 剛度和穩(wěn)定性。圖3.5 轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)圖3.4 本章小結(jié)本章主要介紹了高空作業(yè)車的副車架，其中包括支腿、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，同時(shí)計(jì)算了支腿反力，求出了支腿的受力范圍。副車架中最主要的是回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，本章也詳細(xì)介紹了回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的組成結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)機(jī)理。4 工作斗調(diào)平機(jī)構(gòu)的研究工作斗調(diào)平系統(tǒng)的作用是保證工作臂在任何位置時(shí)，工作斗都與地面平行。調(diào)平系統(tǒng)是高空作業(yè)車的特有技術(shù)，也是高空作業(yè)車的關(guān)鍵技術(shù)之一，目前國(guó)產(chǎn)高空作業(yè)車大都采用平行四邊形調(diào)平機(jī)構(gòu)，這是一種比較簡(jiǎn)單的調(diào)平機(jī)構(gòu)，它由一組或多組平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)組成。平行四邊形機(jī)構(gòu)一端連接在和地面角度相對(duì)固定的部件上，一端與工作斗直接相連，利用平行四邊形對(duì)邊始終平行的原理實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)調(diào)平 [14]。這種機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)平可靠，無法應(yīng)用于伸縮臂車型。應(yīng)用于伸縮臂高空作業(yè)車的調(diào)平系統(tǒng)不成熟，是限制國(guó)產(chǎn)伸縮臂和混合臂高空作業(yè)車發(fā)展的主要因素之一。調(diào)平系統(tǒng)技術(shù)可靠程度直接影響整車性能和工作安全性 [15]。4.1 工作斗調(diào)平結(jié)構(gòu)模型本次設(shè)計(jì)的 25 米高空作業(yè)車為混合臂形式，既有伸縮臂，又有折疊臂。在折疊臂部分，考慮到平行四邊形調(diào)平機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，仍采用平行四邊形機(jī)構(gòu)，在伸縮臂部分則采用液壓伺服油缸調(diào)平機(jī)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)原理圖見圖 4.1。圖中和工作斗直接相連的為折疊臂，點(diǎn) A 為折疊臂和三節(jié)臂的鉸接點(diǎn)，點(diǎn) B 為折疊臂和工作斗鉸座的鉸接點(diǎn)，點(diǎn) C、D 分別為三節(jié)臂和工作斗鉸座上另外一點(diǎn)。點(diǎn) C、D 之間用剛性連桿連接，連桿在 C、D 兩處均采用鉸接。在設(shè)計(jì)中保證邊 AC=BD，AB=CD，則 A、B 、C 、 D 四點(diǎn)就構(gòu)成了一個(gè)平行四邊形。由于 AC 邊為三節(jié)臂上兩點(diǎn)，當(dāng)伸縮臂不變幅，和地面夾角保持不變時(shí)，平行四邊形的 AC 邊與地面角度保持不變，此時(shí)，無論折疊臂在變幅油缸推動(dòng)下繞 A 點(diǎn)旋轉(zhuǎn)至何種角度，在連桿 CD 作用下，工作斗鉸座在空間平移，與地面的夾角始終保持不變，同時(shí)這種工況下工作斗和工作斗鉸座為剛性結(jié)構(gòu) [16]，因此就實(shí)現(xiàn)了折疊臂變幅時(shí)，工作斗的調(diào)平。 液壓伺服調(diào)平機(jī)構(gòu)的作用是在伸縮臂進(jìn)行變幅時(shí)，對(duì)工作斗進(jìn)行調(diào)平。液壓伺服調(diào)平機(jī)構(gòu)由位于回轉(zhuǎn)平臺(tái)和伸縮臂之間的下調(diào)平油缸、工作斗和工作斗鉸座之間的上平衡油缸，以及它們之間的液壓系統(tǒng)構(gòu)成。 液壓伺服調(diào)平機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置如圖 4.1。圖中 O 點(diǎn)為伸縮臂和回轉(zhuǎn)平臺(tái)的鉸接點(diǎn)， E點(diǎn)為下調(diào)平油缸和伸縮臂的鉸接點(diǎn)，F(xiàn) 點(diǎn)為下調(diào)平油缸和回轉(zhuǎn)平臺(tái)的鉸接點(diǎn)。三點(diǎn)構(gòu)成三角形，三角形中 0E 和 0F 邊長(zhǎng)度固定，作為 EF 邊的調(diào)平油缸在伸縮臂進(jìn)行變幅時(shí)，被動(dòng)的進(jìn)行伸縮。在工作斗處，布置了上調(diào)平油缸，上調(diào)平油缸和工作斗鉸座的鉸接點(diǎn) ，'上調(diào)平油缸和工作斗的鉸接點(diǎn) ，以及工作斗與工作斗鉸座的鉸接點(diǎn) 0ˊ，同樣構(gòu)成三'F角形。其中 和 兩邊在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中長(zhǎng)度固定不變，通過調(diào)平油缸的伸縮調(diào)整'OE'伸縮臂變幅時(shí)工作斗與地面的夾角。從 4.1 圖中可以看出，如果上述兩三角中作為可變長(zhǎng)度邊的兩根調(diào)平油缸在伸縮臂變幅時(shí)形成以下運(yùn)動(dòng)關(guān)系，就可以實(shí)現(xiàn)工作斗的調(diào)平功能。根據(jù)以上分析，在設(shè)計(jì)中需要涉及 6 個(gè)參數(shù)，即回轉(zhuǎn)平臺(tái)和工作斗處兩個(gè)三角形的共 6 條邊。為了使設(shè)計(jì)分析更加簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一般對(duì)部分參數(shù)進(jìn)行如下簡(jiǎn)化，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常保證 ， 。'OE?'FO車載式高空作業(yè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)251 回轉(zhuǎn)平臺(tái) 2 下調(diào)平油缸 3 伸縮臂變幅油缸 4 伸縮臂 5 折疊臂變幅油缸6 調(diào)平連桿 7 折疊臂 8 工作斗鉸座 9 上調(diào)平油缸 10 工作斗圖 4.1 調(diào)平機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)原理圖調(diào)平油缸設(shè)計(jì)時(shí)通常保證下調(diào)平油缸和上調(diào)平油缸的缸徑和桿徑完全相等，下調(diào)平油缸的大腔（活塞腔）和上調(diào)平油缸的大腔通過管路連接在一起，下調(diào)平油缸的小腔（活塞桿腔）和上調(diào)平油缸的小腔通過管路連接在一起。由圖 4.1 可以看出，當(dāng)伸縮臂舉升時(shí)，下調(diào)平油缸的缸桿被伸縮臂拉出，小腔（活塞桿腔）內(nèi)液壓油被壓出，通過管路完全進(jìn)入上調(diào)平油缸的小腔，工程上不考慮液壓油的壓縮量 [17]，又因?yàn)閮筛透仔∏惑w積相等，因此可以認(rèn)為上調(diào)平油缸縮回長(zhǎng)度和下調(diào)平油缸被拉出的長(zhǎng)度相等。同樣，在伸縮臂回落時(shí)，上調(diào)平油缸伸出長(zhǎng)度和下調(diào)平油缸被壓回的長(zhǎng)度相等。通過以上簡(jiǎn)化之后，伺服油缸調(diào)平機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題歸結(jié)為較為簡(jiǎn)單的三角形問題，在一定范圍內(nèi)降低了設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐的難度，經(jīng)分析和實(shí)際驗(yàn)證，在以上設(shè)定條件下，可以實(shí)現(xiàn)工作斗的調(diào)平。經(jīng)過計(jì)算分析，在兩根油缸長(zhǎng)度變化過程中，兩三角形與油缸相對(duì)應(yīng)的角度相應(yīng)產(chǎn)生的變化不能完全相等，而只能近似相等。即伸縮臂變幅過程中，工作斗和地面之間的夾角始終在改變。實(shí)際使用過程中，只要角度差值足夠小，也就是工作斗擺動(dòng)角度足夠小，就完全可以滿足工作要求。對(duì)于工作斗擺動(dòng)角度的限值，國(guó)內(nèi)目前尚無標(biāo)準(zhǔn)要求，根據(jù)實(shí)際工況，設(shè)計(jì)中將工作斗與理論位置之間的最大允許偏角定為 1.5°。考慮到伺服油缸平衡系統(tǒng)在安裝和調(diào)整時(shí)，油缸的長(zhǎng)度和理論值之間可能會(huì)有誤差，因此設(shè)計(jì)的平衡三角形對(duì)油缸長(zhǎng)度誤差必須不敏感。設(shè)計(jì)中設(shè)定指標(biāo)為，由于油缸調(diào)定長(zhǎng)度的偏差，使工作斗初始位置和理論位置間的角度偏差在±5°范圍內(nèi)時(shí)，運(yùn)動(dòng)過程中工作斗擺動(dòng)角度≤3°。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定伺服油缸調(diào)平三角形參數(shù)如圖 4.2。根據(jù)要求，伸縮臂的變幅角度范圍是：-20°～75°。圖 4.2 調(diào)平機(jī)構(gòu)幾何參數(shù)4.2 調(diào)平機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)調(diào)平機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)原理如圖 4.3 所示：圖 4.3 調(diào)平機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)原理當(dāng)高空作業(yè)車在行駛狀態(tài)時(shí)，伸縮臂不動(dòng)作，因此下調(diào)平油缸處于靜止?fàn)顟B(tài)，上調(diào)平油缸大小腔被平衡閥 2 鎖住，也無法運(yùn)動(dòng)，從而保證行駛時(shí)工作斗處于固定狀態(tài)。