交通設(shè)施高空作業(yè)車(chē)改裝設(shè)計(jì)【含9張CAD圖紙和文檔全套】【LB3】
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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄摘要Abstract 第1章 緒論11.1 概述11.2相關(guān)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)11.3 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容3第2章 總體方案設(shè)計(jì)分析42.1 方案確定42.2外形尺寸確定52.3二類(lèi)底盤(pán)的選擇62.4本章小結(jié)7第3章 工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)83.1確定尺寸及材料83.2 受力分析103.3 強(qiáng)度校核163.4 本章小結(jié)21第4章 輔助機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)224.1回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)224.1.1 確定圓柱滾子的最大載荷224.1.2確定圓柱滾子的允許載荷244.2 支腿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算254.2.1支腿跨距的確定254.2.2支撐腳接地面積確定274.3本章小結(jié)28第5章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)295.1主要機(jī)構(gòu)液壓回路的設(shè)計(jì)與分析295.1.1 變幅回路295.1.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)305.1.3整車(chē)液壓回路設(shè)計(jì)315.2主要液壓元器件的選擇計(jì)算335.2.1液壓缸的計(jì)算確定335.2.2液壓泵的選型計(jì)算365.2.3油箱容積與管路內(nèi)徑計(jì)算375.3取力器布置方案及基本參數(shù)選擇395.4本章小結(jié)40第6章 整車(chē)性能計(jì)算分析416.1動(dòng)力性計(jì)算416.1.1發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性426.1.2汽車(chē)的行駛方程式436.1.3動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)446.1.4整車(chē)動(dòng)力性計(jì)算466.2 燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算486.3穩(wěn)定性計(jì)算496.4 本章小結(jié)51結(jié)論52參考文獻(xiàn)54致謝55附錄56第1章 緒 論1.1 概述由于交通管理部門(mén)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(chē)大量投入使用。高空作業(yè)車(chē)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(chē)輛,是將高空作業(yè)裝置安裝在汽車(chē)底盤(pán)上組成的。交通設(shè)施高空作業(yè)車(chē)裝置包括工作臂、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、副車(chē)架、工作平臺(tái)、液壓系裝置等?,F(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(chē)是利用汽車(chē)底盤(pán)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(kāi)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(lèi)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(mǎn)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。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(kāi)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(lèi)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(xiāo)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(pán)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(kāi)發(fā)力度,走企業(yè)橫向聯(lián)合多種經(jīng)營(yíng)的綜合開(kāi)發(fā)道路,不但使企業(yè)自身的生產(chǎn)和銷(xiāo)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(xiāo)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(kāi)發(fā)了車(chē)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(kāi)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(chē)輛有限公司開(kāi)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(kāi)發(fā)了12 m、16 m、20 m、25 m、30 m高空作業(yè)車(chē)和QKH8-19-8起重機(jī)高空作業(yè)車(chē)。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(chē)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(chē)的研制。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(mén)、國(guó)內(nèi)大多廠家把用戶(hù)集中在車(chē)站、地鐵、商店、工廠、供電、路燈等部門(mén),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(mǎn)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(xiàn)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(kāi)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(kāi)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(chē),這種新型高空作業(yè)車(chē)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(xiàn)電視系統(tǒng)使用的高空作業(yè)車(chē)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(chē)底盤(pán),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(chē)新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)不能限制在汽車(chē)上,應(yīng)該考慮它是一種工程機(jī)械,以適應(yīng)用戶(hù)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(chē)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(chē)。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(chē),以解決高架橋的維修問(wèn)題,這種特殊的高空作業(yè)車(chē)在國(guó)外早已出現(xiàn),但國(guó)內(nèi)還剛剛起步。開(kāi)發(fā)專(zhuān)用車(chē)輛底盤(pán):要提高我國(guó)高空作業(yè)車(chē)的技術(shù)水平,首先必須解決工程車(chē)輛底盤(pán)問(wèn)題。我國(guó)目前正在努力提高汽車(chē)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(pán)。汽車(chē)制造廠家應(yīng)該在此基礎(chǔ)上根據(jù)高空作業(yè)車(chē)的具體要求,專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)輕型、中型和重型的工程車(chē)底盤(pán)以供高空作業(yè)車(chē)改裝之用。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)是設(shè)計(jì)舉升機(jī)構(gòu),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(xiāo)軸連接將各臂組合起來(lái),通過(guò)選擇的二類(lèi)底盤(pán)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(包括舉升臂的選材、外形尺寸的確定、鉸接點(diǎn)的選擇和機(jī)構(gòu)的調(diào)平等);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(包括轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)計(jì)算,支腿的設(shè)計(jì)計(jì)算,作業(yè)平臺(tái)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(xiāo)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。2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,AB、CD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AABB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CCDD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AABB與平行四邊形CCDD共用一條公共邊BC,平行四邊形CCDD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15。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)22001020036004500220030002200表2.2 理論角度參數(shù)最大值最小值A(chǔ)B與BC的角度135 53 CD與OD的角度150 43 2.3二類(lèi)底盤(pán)的選擇根據(jù)我國(guó)目前生產(chǎn)的各類(lèi)型專(zhuān)用車(chē)輛的基本模式,大多是為了滿(mǎn)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(chē)型底盤(pán)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行車(chē)身及工作裝置的設(shè)計(jì),與此同時(shí)對(duì)底盤(pán)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(mǎn)足使用需求的較為理想的整車(chē)性能。汽車(chē)底盤(pán)的選擇主要是根據(jù)專(zhuān)用汽車(chē)的類(lèi)型、用途、裝載質(zhì)量、使用條件、專(zhuān)用汽車(chē)的性能指標(biāo)、專(zhuān)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(zhuān)用車(chē)輛采用二類(lèi)底盤(pán)進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)。采用二類(lèi)汽車(chē)底盤(pán)進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)工作重點(diǎn)是整車(chē)總體布置和工作裝置設(shè)計(jì),對(duì)底盤(pán)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(chē)性能基本與原車(chē)接近。3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。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上底盤(pán)的種類(lèi)多、品種全,因?yàn)榻夥排菩⌒拓涇?chē)價(jià)格便宜,市場(chǎng)保有量大,維修方便,所以選取哈爾濱輕型車(chē)制造廠生產(chǎn)的CA1031KSL2型二類(lèi)底盤(pán)。表2.3 CA1031KSL2技術(shù)參數(shù)底盤(pán)型號(hào)CA1031KSL2整車(chē)整備質(zhì)量(kg)2050總質(zhì)量(kg)3430載重(kg)1250外形尺寸(長(zhǎng)寬高)mm528019072151軸距(mm)3100輪距(前/后)(mm)1414/1370發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)490額定功率(kw)47最高車(chē)速(km/h)90輪胎6.50-162.4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。通過(guò)確定的總體參數(shù),最后確定CA1031KSL2為本次設(shè)計(jì)選用的二類(lèi)底盤(pán)。4第3章 工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1確定尺寸及材料表2.1中的參數(shù)都為理論尺寸(即未開(kāi)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(xiāo),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 460046002700310031002250 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。根據(jù)表3.1即可計(jì)算出各承重臂的質(zhì)量。臂AB重量:=460024.517 kg112.8kg 臂AB重量:=46008.594 kg=39.5kg臂BC重量:=270045.3 kg =122.3kg臂CD重量:=310034.0 kg105.4kg臂CD重量:=31006.710 kg20.8kg臂DO重量:=225056.3 kg126.7kg表3.2 材料參數(shù)6基本尺寸截面面積 F理論質(zhì)量 Gkg/m慣性矩截面模數(shù)長(zhǎng)寬厚AB180100631.23224.5171809.531523.767145.503104.753AB9060410.9478.594117.49962.38726.11120.795BC200150957.6745.331702020317270CD200100843.234.02091705209141CD705048.5476.71054.66332.21015.61812.884DO2201501071.756.356872584455345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:arctanarctan0.2514arctanarctan0.116.3arctanarctan0.3318.5arctanarctan0.179.5BE=41.2cmBF=90.5cmDG=31.6cmDH=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ABBEEEBCBFFFCDDGGGDODHHHmm45004020220018002530003002522001900303.2 受力分析1、對(duì)臂AB進(jìn)行受力分析(1)當(dāng)臂AB水平時(shí),見(jiàn)圖3.2EBF=90-=90-14-6.3=69.7EF= =1600mmSBEF = SBEF h900mm相對(duì)B點(diǎn)進(jìn)行受力分析 h0 24kN液壓缸與水平所成的角度為72.5B受力為 8.35kN13.45kN 16.65kN圖3.2 臂AB水平位置受力分析圖 (2)當(dāng)臂AB舉至最高位置時(shí),見(jiàn)圖3.3EBF=150-=150-14-6.3=120EF= =2100mmSBEF = SBEF h650mm相對(duì)B點(diǎn)進(jìn)行受力分析sin30sin30h021.3kN圖3.2 臂AB最高位置受力分析圖液壓缸與水平所成的角度為68.5B受力為 4.0kN 22.3kN 24.5kN2、對(duì)臂BC進(jìn)行受力分析當(dāng)臂AB水平時(shí)臂BC所受力最大,見(jiàn)圖3.4 7.5kN 0 0 23.7kN 23.7kN 又5.28kN22.2kN31kN 32.3KN圖3.4 臂BC受力分析圖3、對(duì)臂CD進(jìn)行受力分析(1)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。 90-18.5-9.573 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0016.2kN19.3kN25.2kN圖3.5 臂CD受力分析圖 (2)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 13518.59.5107 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0021.3kN12.3kN24.3kN=48.5kN3.3 強(qiáng)度校核1、臂AB的強(qiáng)度校核當(dāng)臂AB水平時(shí),剪切應(yīng)力及剪切彎矩最大,由第二章可知3kN,q12.5kN/m,AE=4300m,BE=500mm由于B點(diǎn)為固定轉(zhuǎn)軸,因此假設(shè)B點(diǎn)轉(zhuǎn)矩為零得出下式BE0求得14.75kN=30.2252.211.3kN所以B點(diǎn)的彎矩為=7.15 圖3.7臂AB受力分析圖及剪切力及彎矩圖已知、由表3.2中查得,由表3.4中查得18kN根據(jù)公式 (5.1) (5.2) 因此臂AB的強(qiáng)度符合要求。2、臂BC的強(qiáng)度校核由于臂BC垂直地面,所以臂上所承受的彎矩全部來(lái)自于臂AB的重力及A點(diǎn)的載荷,因此當(dāng)臂AB水平時(shí)BC上所受的彎矩最大。由第二章可知,3kN,q225N/m,AB=2.2m當(dāng)臂AB水平時(shí)臂所受力最大,見(jiàn)圖3.4 = =7.15 0 017.3kN17.3kN又4.14kN17.7kN25kN28.1kN剪切力及彎矩如圖5.2所示已知、由表3.2中查得,由表3.4中查得28.1kN根據(jù)公式 因此,臂BC強(qiáng)度符合要求。圖3.7 臂BC受力分析圖及彎矩圖3、臂CD的強(qiáng)度校核當(dāng)臂AB、CD都水平時(shí),臂CD所受的彎矩最大,如圖5.3,先以D點(diǎn)為參考點(diǎn)6.2kN液壓缸II與水平方向所成的角度為79.4對(duì)D點(diǎn)受力分析0016.2kN19.3kN25.2kN圖3.8 CD剪切力及彎矩圖已知已知、由表3.2中查得,由表3.4中查得35.4kN根據(jù)公式因此,臂CD強(qiáng)度符合要求。計(jì)算銷(xiāo)的直徑為了使加工的標(biāo)準(zhǔn)化,均采用相同直徑的銷(xiāo),根據(jù)此機(jī)構(gòu)中的最大剪切力42.3kN,根據(jù)公式d (5.3)其中80MPa 計(jì)算得出d0.021m=21mm為了安全起見(jiàn),取d40mm3.4 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(shū)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長(zhǎng)度和升程。利用前面計(jì)算的數(shù)據(jù),對(duì)主要承重的舉升臂進(jìn)行了彎曲校核和剪切校核;根據(jù)絞接點(diǎn)的剪切力,計(jì)算出了銷(xiāo)軸的最小直徑。第4章 輔助機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)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(pán)式,其中轉(zhuǎn)盤(pán)式是一種較常用的形式。轉(zhuǎn)盤(pán)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(pán)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(chē)的質(zhì)心,從而增大了汽車(chē)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(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZBT530001-1986的要求,交通設(shè)施高空作業(yè)車(chē)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。如圖4.2所示,圓柱滾子的接觸角一般為45,相鄰的兩圓柱滾子軸線(xiàn)成90交叉。這不但使回轉(zhuǎn)裝置能承受軸向和徑向載荷,而且還能承受翻傾力矩。此外,和滾球轉(zhuǎn)盤(pán)相比,這種滾道是平面的,加工工藝比較簡(jiǎn),易加工。64.1.1 確定圓柱滾子的最大載荷圓柱滾子在工作時(shí)要受到三種作用載荷,如圖4.2所示。第一種為軸向力Q,即垂直力,它由轉(zhuǎn)臺(tái)及舉升機(jī)構(gòu)的重量、舉升貨物的重量以及升降時(shí)的慣性力等組成;第二種為徑向力H,即水平力,該力由舉升裝置及轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)離心力、風(fēng)載荷及回轉(zhuǎn)齒輪的嚙合力而產(chǎn)生;第三種為翻傾力矩Mov,它由軸向力和徑向力的偏心作用而引起。7圖4.1圓柱滾子外載荷及承載最大的滾子位置 圖4.2圓柱滾子內(nèi)圈受力圖將方向交叉的兩組圓柱滾子,用和組表示。假定每組的圓柱滾子數(shù)目各占一半,并作一對(duì)一的間隔排列,則組圓柱滾子在A點(diǎn)受力最大,如圖4.1所示。其中任一圓柱滾子的最大法向載荷FImax為: 式中:FIQ由軸向力Q引起的組任一圓柱滾子最大法向載荷,N;FIH由徑向力H引起的組任一圓柱滾子上最大法向載荷,N;FIM由傾翻力矩MOV引起的組任一圓柱滾子上最大法向載荷,N。 對(duì)內(nèi)圈作受力分析,如圖4.2所示,由力系平衡條件可以求得FIQ和FIH。為求得FIM,可以近似地把座圈看成直徑為D的圓圈,如圖4.3所示,并假定圓柱滾子對(duì)座圈的壓力在座圈上連續(xù)分布,按圓柱滾子接觸壓力沿圓圈弧長(zhǎng)的比壓,列出平衡方程可求得FIM值。對(duì)于組圓柱滾子,處于圖4.2中B位置時(shí)受到的載荷最大。此時(shí)滾子不承受由水平力傳來(lái)的載荷,且由于軸向力Q引起的法向載荷與翻傾力矩MOV引起的法向載荷方向相反,因此組中任一圓柱滾子的最大法向載荷為: 圖4.3翻傾力的計(jì)算4.1.2確定圓柱滾子的允許載荷根據(jù)赫茨公式,滾道與圓柱滾子的線(xiàn)接觸應(yīng)力為: 式中:F 圓柱滾子在接觸線(xiàn)上的法向載荷,N; E 材料的彈性模量,一般滾道材料采用碳素鋼或低碳合金鋼,圓柱滾子材料采用軸承鋼。故可取E2.1105MPa; L 圓柱滾子與滾道的有效長(zhǎng)度,一般情況可取L=0.85d,m; 圓柱滾子與滾道接觸表面的主曲率之和; D 圓柱滾子直徑,m。用優(yōu)質(zhì)碳素鋼或低碳合金鋼軋制或鍛造成的座圈,其滾道表面的熱處理硬度為HRC5960,在一般工作條件下,可取許用接觸應(yīng)力值為1800Pa。依據(jù)所選用的許用應(yīng)力值,便可求得圓柱滾子的允許載荷F。4.2 支腿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算路燈安裝車(chē)的支腿機(jī)構(gòu)起調(diào)平和保證整車(chē)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(chē)所必備的工作裝置,目前均采用液壓支腿。這類(lèi)裝置是利用從汽車(chē)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(chē)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(chē)的后部,另兩個(gè)支腿安裝在前后輪之間。在作業(yè)車(chē)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(chē)調(diào)整到水平狀態(tài),提高了整車(chē)作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性。94.2.1支腿跨距的確定1、支腿橫向跨距路燈安裝車(chē)的支腿一般為前后設(shè)置,并向兩側(cè)伸出,如圖4.4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(chē)穩(wěn)定性要達(dá)到規(guī)定的要求。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(chē)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?xún)?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(mǎn)足: mm由于車(chē)總寬B=1837mm,且2aB,故取 mm式中:G1轉(zhuǎn)臺(tái)重力,N;G2底盤(pán)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。圖4.4高空作業(yè)車(chē)的支腿跨距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(chē)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(mǎn)足: mm式中:L2 底盤(pán)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:(5.4) 因此取mm;mm。 4.2.2支撐腳接地面積確定為了使路燈安裝車(chē)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(chē)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(chē)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。第5章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)交通設(shè)施高空作業(yè)車(chē)型采工作裝置為液壓驅(qū)動(dòng),360全回轉(zhuǎn)。作業(yè)車(chē)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。105.1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5.3 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)電磁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(zhuān)門(mén)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)。135.1.2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(pán)。系統(tǒng)中一個(gè)由三位四通手動(dòng)換向閥控制轉(zhuǎn)盤(pán)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(kāi)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(kāi)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(chē)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(chē)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(xiàn)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(mǎn)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(kāi)式回路中再次提升重物時(shí),當(dāng)制動(dòng)器打開(kāi)先與系統(tǒng)建立起負(fù)載壓力或制動(dòng)器開(kāi)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(kāi)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(kāi)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。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(kāi)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(kāi)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(kāi)啟壓力,提高回路效率,圖5.3為液壓系統(tǒng)原理圖。圖5.4 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(chē)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。雙向液壓鎖保證垂直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。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。1、上臂液壓缸確定(1)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(chē)型選定的工作壓力16MP9 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(chē)吊籃最大承受力,由計(jì)算知為3000-為力距,由計(jì)算得=0.5m??傻茫?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?。海?)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1.46,由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4表23.6-57(P23-191)查得: 將代入式(4) 得: 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??汕蟪龃碎L(zhǎng)度為 : L油缸的最大行程一般取此長(zhǎng)度的一半,參照(GB23491980)如下:2550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000取 (4)液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定51)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:代入相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算最后得:6.5mm2)缸體外徑的確定 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4表23.6-60(P23-192)圓整液壓缸外徑為105。(5)下臂油缸的相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算5 與上臂液壓缸計(jì)算類(lèi)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 20mm 缸體外徑 取液壓缸外徑為150。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(lèi)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(chē)的液壓系統(tǒng)中采用齒輪泵即可滿(mǎn)足工作的需要,常用系列有CB、CBX、CG、CN等。1、液壓泵理論流量Qr路燈安裝車(chē)液壓泵理論流量應(yīng)按下臂缸上升時(shí)間確定。 L/min 式中:V 油缸最大工作容積(m3),按下式計(jì)算: L 、均為下臂液壓缸的參數(shù),且其單位均為m; 升降時(shí)間,由設(shè)計(jì)要求,一般要求m,取s; 液壓泵容積效率,。2、油泵排量q mL/r 式中:Qr油泵流量,L/min; n 油泵額定轉(zhuǎn)速, r/min。3、油泵功率N W 式中:p油泵最大工作壓力,MPa; Qn油泵額定流量,m3/s; t油泵總效率。 按以上各式算出p、Qr、q、N后,即可從標(biāo)準(zhǔn)油泵系列中選取所需油泵型號(hào)。5.2.3油箱容積與管路內(nèi)徑計(jì)算1、油箱容積計(jì)算在低壓系統(tǒng)中(MPa)可?。?在中壓系統(tǒng)中(MPa)可?。?在中高壓或高壓大功率系統(tǒng)中( MPa)可取: 式中:V液壓油箱有效容量;qp液壓泵額定流量。2、油管內(nèi)徑計(jì)算由可得高壓管路內(nèi)徑 式中:QT油泵理論流量, L/min;V1高壓管路中油的流速m/s。低壓管路內(nèi)徑 式中:V2低壓管路中油的流速m/s。3、液壓泵的選型確定1)液壓缸工作容積V計(jì)算可得 L2)液壓泵流量QT 可得L/min4、液壓泵的排量所選底盤(pán)采用24v制電路系統(tǒng),故采用24v直流電動(dòng)機(jī),初選轉(zhuǎn)速為1800r/min,則油泵轉(zhuǎn) r/min??傻茫?mL/r根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果,選取CBF-E型齒輪泵,其性能參數(shù)如下:額定排量 mL/r mL/r(實(shí)需排量)額定壓力MPa MPa(實(shí)際使用油壓)額定轉(zhuǎn)速 r/min r/min(實(shí)際轉(zhuǎn)速)5.3取力器布置方案及基本參數(shù)選擇 專(zhuān)用車(chē)取力總布置方案決定于取力方式。常見(jiàn)的取力方式可分類(lèi)如下: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。固此種取力方式常用于由長(zhǎng)頭式汽車(chē)底盤(pán)改裝的大型混泥土攪拌運(yùn)輸車(chē)。 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、取出的功率大、傳動(dòng)效率高。這種方案應(yīng)用較廣,如平頭式汽車(chē)改裝的小、中型混泥土攪拌車(chē)等。 從變速器軸取力的布置方案又稱(chēng)變速器上置式方案。此種方案將取力器疊置于變速器之上,用一惰輪與軸常嚙合齒輪嚙合獲取動(dòng)力,固需改制原變速器頂蓋。此方案應(yīng)用很廣,如自卸車(chē)、冷藏車(chē)、垃圾車(chē)等一般都從變速器上端取力。傳動(dòng)軸取力方案是將取力器設(shè)計(jì)成一獨(dú)立結(jié)構(gòu),設(shè)置于變速器輸出軸與汽車(chē)萬(wàn)向傳動(dòng)軸之間,該獨(dú)立的專(zhuān)用取力裝置固定在汽車(chē)車(chē)架上不隨傳動(dòng)軸擺動(dòng),也不伸縮。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)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。分動(dòng)器取力布置方案主要用于全輪驅(qū)動(dòng)的牽引車(chē)、汽車(chē)起重機(jī)等來(lái)驅(qū)動(dòng)絞盤(pán)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)。取力器實(shí)質(zhì)上是一種單級(jí)變速器。其基本參數(shù)有取力器總速比、額定輸出轉(zhuǎn)矩、輸出軸旋向以及結(jié)構(gòu)質(zhì)量等。本設(shè)計(jì)選用底盤(pán)為CA1031KSL2,所以選用從中間軸齒輪取力的布置方案,選取的的取力器型號(hào)為CAS520。5.4本章小結(jié)本章首先主要對(duì)高空作業(yè)車(chē)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了分析,對(duì)管路進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析,并且對(duì)液壓缸,液壓泵等主要執(zhí)行元件進(jìn)行了計(jì)算選型,以使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作,從而使高空作業(yè)車(chē)能夠正常工作。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6章 整車(chē)性能計(jì)算分析專(zhuān)用汽車(chē)性能參數(shù)計(jì)算是總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一,其目的是檢驗(yàn)整車(chē)參數(shù)選擇是否合理,使用性能參數(shù)能否滿(mǎn)足要求。最基本的性能參數(shù)計(jì)算包括動(dòng)力性計(jì)算、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性計(jì)算。6.1動(dòng)力性計(jì)算高空作業(yè)車(chē)汽車(chē)整車(chē)性能參數(shù)見(jiàn)表6.1,表6.2。表6.1 與計(jì)算有關(guān)的整車(chē)參數(shù)表名稱(chēng)符號(hào)數(shù)值與單位發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率47發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率時(shí)的轉(zhuǎn)速3200發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩180發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速2200車(chē)輪動(dòng)力半徑0.493車(chē)輪滾動(dòng)半徑0.509主減速比6汽車(chē)列車(chē)迎風(fēng)面積4汽車(chē)列車(chē)總質(zhì)量(滿(mǎn)載)34306.2 高空作業(yè)車(chē)汽車(chē)變速器速比擋位123456倒擋6.454.1252.3521.5391.000.8176.3356.1.1發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性發(fā)動(dòng)機(jī)外特性是專(zhuān)用發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性是指發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)全開(kāi)時(shí)的速度特性,是汽車(chē)動(dòng)力性計(jì)算的主要依據(jù)。在外特性圖上,發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化的二條重要特性曲線(xiàn),為非對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)。工程實(shí)踐表明,可用二次三項(xiàng)式來(lái)描述汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性,即 (6.1)式中:發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩,(); 發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速,(); 、待定系數(shù),由具體的外特性曲線(xiàn)決定。、可由多種途徑獲得,如果沒(méi)有所要的發(fā)動(dòng)機(jī)外特性,但從發(fā)動(dòng)機(jī)銘牌上知道該發(fā)動(dòng)機(jī)的最大輸出功率及相應(yīng)轉(zhuǎn)速和該發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩及相應(yīng)轉(zhuǎn)速時(shí),可用下列經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)描述發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性: (6.2)式中:發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩,; 發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速,; 發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出功率時(shí)的轉(zhuǎn)速,; 發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出功率時(shí)的轉(zhuǎn)矩,。由式(6.1)和式(6.2)可得: (6.3)如果知道發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線(xiàn)時(shí),可利用拉格朗日三點(diǎn)插值法求出待定系數(shù)、。在外特性曲線(xiàn)上選取三個(gè)點(diǎn),即(、)(、)(、),依拉氏插值三項(xiàng)式有:將上式展開(kāi),與(4-1)連例可得: (6.4)6.1.2汽車(chē)的行駛方程式交通設(shè)施高空作業(yè)車(chē)在直線(xiàn)行駛時(shí),驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力之間存在如下平衡關(guān)系: (6.5)式中:驅(qū)動(dòng)力,(); 滾動(dòng)阻力,();坡道阻力,(); 空氣阻力,();加速阻力,()。換算后的 (6.6)又因?yàn)?(6.7)將式(6.7)代入(6.6)并整理后,可得: (6.8)式中: (6.9)6.1.3動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)衡量汽車(chē)動(dòng)力性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)有三個(gè)。即最高車(chē)速、最大爬坡度和加速性能。1、最高車(chē)速根據(jù)最高車(chē)速的定義,有a=0,j=0,由式(6.8)可得:將滾動(dòng)阻力方程式代入上式,可得: 所以令 (6.10)又因 , ,可確定專(zhuān)用汽車(chē)的最高車(chē)速為: (6.11)2、最大爬坡度當(dāng)汽車(chē)以最第擋穩(wěn)定速度爬起時(shí),j=0,則由式(6.8)可得: (6.12)將上式兩邊以為自變量求導(dǎo),可得: 當(dāng)時(shí),a取最大值,此時(shí):代入式(6.12),可得:令 (6.13)對(duì)上兩式整理可得:因?yàn)閷?shí)際上滾動(dòng)阻力總是存在,并且滾動(dòng)阻力系數(shù)愈大,汽車(chē)爬坡能力愈小,所以上式中應(yīng)取負(fù)號(hào),又因,上式可簡(jiǎn)化為或 (6.14)式中:專(zhuān)用車(chē)輛的最大爬坡度,20%。3、加速度專(zhuān)用車(chē)輛在平坦路面上的加速度的計(jì)算公式如下: (6.15) 專(zhuān)用車(chē)輛在某一擋位加速過(guò)程中最大加速度可由的極值點(diǎn)求出,令: 但可得交通設(shè)施高空作業(yè)車(chē)在該擋加速時(shí)的最大加速度()如下: (6.16)6.1.4整車(chē)動(dòng)力性計(jì)算1、確定動(dòng)力性計(jì)算所需的有關(guān)系數(shù)系數(shù)、和的確定結(jié)果如表6.3所列,回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)如表6.4所列。表6.3 動(dòng)力性計(jì)算需確定的有關(guān)系數(shù)名稱(chēng)符號(hào)數(shù)值發(fā)動(dòng)機(jī)外特性修正系數(shù)
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