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中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院
本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
題目: 曲臂式平臺(tái)高空作業(yè)梯設(shè)計(jì)
系 別 工程技術(shù)系
專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名 金雨軒
學(xué) 號(hào) 05211538
指導(dǎo)教師 楊運(yùn)強(qiáng)
職 稱(chēng) 教 授
2015 年 05月 03日
摘 要
曲臂式平臺(tái)高空作業(yè)梯是廣泛使用的高空作業(yè)設(shè)備。它是根據(jù)用戶(hù)的特定要求而設(shè)計(jì)的，并且適用于多人作業(yè)。它使高空作業(yè)效率更高，安全更有保障。然而，當(dāng)有不能移動(dòng)的障礙物時(shí)，垂直式高空作業(yè)平臺(tái)難以有效地進(jìn)行高空作業(yè)，導(dǎo)致高空作業(yè)有盲區(qū)，影響了垂直式高空作業(yè)平臺(tái)推廣及應(yīng)用。為了解決這個(gè)問(wèn)題,設(shè)計(jì)可跨障礙物的曲臂式作業(yè)平臺(tái)，并根據(jù)高空作業(yè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)尺寸,在液壓缸伸縮比要求滿(mǎn)足的條件下, 在確定液壓缸變幅機(jī)構(gòu)的三個(gè)參數(shù)的鉸鏈點(diǎn)的位置，而計(jì)算液壓缸的最大提升負(fù)載的條件下，并檢查工作平臺(tái)的穩(wěn)定性。
關(guān)鍵詞：作業(yè)平臺(tái)； 液壓缸； 載荷
ABSTRACT
The high-altitude moveable working platform is a special equipment that can be widely used for the purpose of working high above the ground. It is designed by the request of the customers. With the equipment, aerial work will be done more efficiently and more safely .However, when it meets an obstacle, the high-altitude moveable can not work well. And this problems affect the application of working platform. To solve this problem ,I plan to design a special platform., and based on the structural sizes of high-altitude moveable working platform, the paper calculates the maximum lifting load and check stability of the working platform. This load is satisfied for the demands of extension proportion in hydraulic cylinder.
Key words: Working Platform; Hydraulic Cylinder; load
目 錄
1 緒 論 1
1.1概述 1
1.2高空作業(yè)平臺(tái)的定義 1
1.3研究現(xiàn)狀與內(nèi)容分析 2
2 設(shè)計(jì)參數(shù)及其工作平臺(tái)級(jí)別的確定 5
2.1設(shè)計(jì)參數(shù)及其要求 5
2.2 工作級(jí)別的選擇及其載荷的確定 5
2.2.1工作載荷的級(jí)別 5
2.3 本章小結(jié) 8
3工作平臺(tái)的整體設(shè)計(jì)及其校核 9
3.1平臺(tái)式起重機(jī)類(lèi)底盤(pán)及臂架的設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介 9
3.2機(jī)架的設(shè)計(jì)方法及計(jì)算 9
3.2.1機(jī)架設(shè)計(jì)的一般規(guī)定 9
3.2.3梁和架的連接 11
3.3 液壓缸三鉸點(diǎn)位置的確定 12
3.3.1確定動(dòng)臂液壓缸三鉸點(diǎn)位置 12
3.4吊臂的結(jié)構(gòu)形式及回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的選擇 14
3.4.1吊臂的結(jié)構(gòu)形式及分類(lèi) 14
3.4.2輪式起重機(jī)的轉(zhuǎn)臺(tái) 15
3.5 本章小結(jié) 16
4液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17
4.1液壓系統(tǒng)原理分析 17
4.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17
4.2.1油缸選型確定 17
4.2.2液壓泵的選型計(jì)算 19
4.2.3油箱容積與管路內(nèi)徑計(jì)算 20
4.2.4液壓系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算 20
4.2.5液壓泵的選型確定 21
4.2.6取力器布置方案及基本參數(shù)選擇 22
4.3本章小結(jié) 22
5 高空作業(yè)車(chē)穩(wěn)定性能分析 23
5.1 支腿壓力的計(jì)算 23
5.2本章小結(jié) 25
6總結(jié) 26
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院2015屆畢業(yè)設(shè)計(jì)
1 緒 論
1.1概述
高空作業(yè)機(jī)械是工程起重機(jī)械上發(fā)展起的高空作業(yè)設(shè)備，廣泛用于建筑、消防等行業(yè)。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不斷進(jìn)步，對(duì)高空作業(yè)車(chē)的需求越來(lái)越多，以及越來(lái)越廣泛的工作范圍。
目前，國(guó)內(nèi)高空作業(yè)平臺(tái)向多品種、系列化、小批量方向發(fā)展。雖然在平臺(tái)市場(chǎng)上，在今天甚至在未來(lái)的很長(zhǎng)一段時(shí)間不能占太多的市場(chǎng)。但是，由于空中作業(yè)平臺(tái)獨(dú)特的作用，它在工程建設(shè)中起著越來(lái)越重要的作用，其輻射范圍也越來(lái)越廣。在電信、市政建設(shè)、消防、救護(hù)、建筑、航空攝影、造船、石油、化工、航空等行業(yè)中將能看到它的身影。
曲臂式高空作業(yè)平臺(tái)作業(yè)梯，能提高機(jī)械化程度，降低勞動(dòng)消耗，降低成本，縮短工作時(shí)間，提高工作效率，并滿(mǎn)足特定需求。
經(jīng)過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前，具有一定的高空作業(yè)平臺(tái)市場(chǎng)需求，但只有較少的生產(chǎn)廠商，主要集中在它的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，難以批量生產(chǎn)，使能夠改善其結(jié)構(gòu)和性能的高空作業(yè)平臺(tái)，提高高空作業(yè)平臺(tái)的功能，僅能形成小批量生產(chǎn)。本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是對(duì)高空作業(yè)平臺(tái)主要工作裝置所采用的各種方案進(jìn)行比較分析，分別列出各方案的優(yōu)劣點(diǎn)，以便選擇最合適方案。
1.2高空作業(yè)平臺(tái)的定義
高空作業(yè)平臺(tái)是用運(yùn)送工作人員和攜帶器材到達(dá)指定現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行作業(yè)的專(zhuān)用高空作業(yè)平臺(tái)。
高空作業(yè)平臺(tái)除底盤(pán)部分外，為了實(shí)現(xiàn)高空作業(yè)的功能，必須還有動(dòng)力傳動(dòng)裝置、工作裝置、安全裝置及液壓系統(tǒng)等。
高空作業(yè)平臺(tái)是用來(lái)運(yùn)送工作人員和工作器械到指定高度進(jìn)行作業(yè)的特種工作平臺(tái)，是將曲臂式高空作業(yè)裝置安裝在底盤(pán)上組成的。曲臂式高空作業(yè)裝置包括工作臂、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、副車(chē)架、工作斗、液壓系統(tǒng)和操縱裝置等?，F(xiàn)在的曲臂式高空作業(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)，大大提高曲臂式空中作業(yè)平臺(tái)的工作效率。高空作業(yè)平臺(tái)是利用底盤(pán)作為行走的機(jī)構(gòu)，平臺(tái)還具有高性能，機(jī)動(dòng)靈活，可快速轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移到工作場(chǎng)地后能迅速投入工作，因此越來(lái)越多被應(yīng)用到工程建設(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)，是在近幾年國(guó)內(nèi)發(fā)展最快的專(zhuān)用平臺(tái)產(chǎn)品之一。
1.3研究現(xiàn)狀與內(nèi)容分析
針對(duì)國(guó)內(nèi)外曲臂式高空作業(yè)平臺(tái)作業(yè)梯的動(dòng)力傳動(dòng)裝置。包括曲臂式高空作業(yè)平臺(tái)作業(yè)梯，各工作裝置的動(dòng)力傳動(dòng)部分，其設(shè)計(jì)要求如下：
(1) 在工作中的功能，預(yù)定的負(fù)載范圍內(nèi)時(shí)，無(wú)論負(fù)荷大小，都需要具有一個(gè)工作速度穩(wěn)定的動(dòng)力傳遞裝置；
(2) 在同一工作循環(huán)中，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、提升機(jī)構(gòu)和其它加工裝置是交替正向和反向運(yùn)動(dòng)，因此要適應(yīng)運(yùn)動(dòng)的方向的不斷變化；
(3) 在操作過(guò)程中，工作設(shè)備的工作速度應(yīng)能調(diào)整與作業(yè)的進(jìn)度，而且可速度范圍大，比如升降機(jī)構(gòu)需要有較低的微動(dòng)速率。
1、內(nèi)燃機(jī)——機(jī)械傳動(dòng)
該傳動(dòng)模式只可用在一用途單一的高空作業(yè)平臺(tái)，如電力設(shè)施維護(hù)時(shí)多采用的垂直式高空作業(yè)平臺(tái)。動(dòng)力源是平臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，動(dòng)力可過(guò)變速器后傳出，而且還通過(guò)分動(dòng)器、離合器、減速機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、滑輪和繩索等設(shè)備一起使用，傳動(dòng)線(xiàn)長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。
2、電力——機(jī)械傳動(dòng)
該傳動(dòng)模式是利用來(lái)自外部的電力或車(chē)輛用的電源，通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，并通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)裝置將動(dòng)力傳遞給各個(gè)工作裝置。由于電機(jī)可反轉(zhuǎn)，并且無(wú)級(jí)特性在很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)等特點(diǎn)。機(jī)構(gòu)可由獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動(dòng)，簡(jiǎn)化了傳動(dòng)與控制機(jī)構(gòu)，噪音低、污染少，適合應(yīng)用在方便外接電源或流動(dòng)性不大的工作現(xiàn)場(chǎng)。
3、內(nèi)燃機(jī)——電力傳動(dòng)
該傳動(dòng)模式的路線(xiàn)是平臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī) → 發(fā)電機(jī) → 電動(dòng)機(jī)，然后帶動(dòng)各工作裝置運(yùn)轉(zhuǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是利用直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)良工作特性，使高空作業(yè)平臺(tái)獲得良好的作業(yè)性能，但這些傳動(dòng)裝置質(zhì)量較大，價(jià)格昂貴。
4、內(nèi)燃機(jī)——液壓傳動(dòng)
大多數(shù)的曲臂式高空作業(yè)平臺(tái)都采用了這種方式，它可充分的利用液壓來(lái)驅(qū)動(dòng)，簡(jiǎn)化了傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速和改變運(yùn)動(dòng)方向，傳動(dòng)平穩(wěn)、操作簡(jiǎn)單、方便、節(jié)能、還可以防過(guò)載。
綜上所述，通過(guò)分析結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)性?xún)r(jià)比，可應(yīng)用的范圍和操作性能等各種的動(dòng)力傳動(dòng)裝置，可將動(dòng)力傳遞裝置選為內(nèi)燃機(jī)。
舉升機(jī)構(gòu)可用在實(shí)現(xiàn)作業(yè)平臺(tái)升降和變幅，其結(jié)構(gòu)型式：交叉剪式、套筒式、伸縮臂式和曲臂式。
1、交叉剪式舉升機(jī)構(gòu)
交叉剪式升降機(jī)構(gòu)是根據(jù)交叉排列，一個(gè)剪式連鎖鉸接幀結(jié)構(gòu)。當(dāng)改變交叉角度時(shí)完成升降運(yùn)動(dòng)，如下圖1-1（C）所示。改變連桿交叉的角度，可通過(guò)伸縮液壓缸桿或伸縮繩索來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種機(jī)構(gòu)可完成比較低的工作環(huán)境，平臺(tái)平穩(wěn)，平臺(tái)空間大，被廣泛用于飛機(jī)、船舶制造，內(nèi)部修理，清潔和維護(hù)電路線(xiàn)等工作現(xiàn)場(chǎng)。但是，這種作業(yè)車(chē)越障能力差、工作范圍小。
2、套筒式舉升機(jī)構(gòu)
套筒式舉升機(jī)構(gòu)可通過(guò)多節(jié)套筒的伸縮來(lái)完成升降運(yùn)動(dòng)，如下圖1-1(D)所示。驅(qū)動(dòng)方式也能采用液壓傳動(dòng)或鋼絲繩滑輪傳動(dòng)，套筒式垂直升降式舉升機(jī)構(gòu)的作業(yè)高度比較有限，工作范圍小。但作業(yè)車(chē)平臺(tái)較大，且支撐穩(wěn)定。
(A) 伸縮式 (B) 曲臂式 (C) 交叉剪式 (D) 套筒式
圖1-1 高空作業(yè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
3、伸縮臂式舉升機(jī)構(gòu)
伸縮臂式舉升機(jī)構(gòu)可由多節(jié)套裝、并可伸縮的箱型臂所組成，如上圖1-1（A）所示。它包括的有基本臂和伸縮臂這兩個(gè)部分。伸縮臂可以是一節(jié)或者多節(jié)，各節(jié)臂間要裝有液壓缸。而液壓缸在工作時(shí)，各節(jié)臂將在液壓缸活塞桿推動(dòng)下通過(guò)沿導(dǎo)向元件上、下的滑動(dòng)，從而改變臂架的長(zhǎng)度。整個(gè)系統(tǒng)將支承在液壓缸的底部鉸支座與變幅的液壓缸兩端。可經(jīng)過(guò)變幅液壓缸的活塞桿來(lái)伸縮實(shí)現(xiàn)臂架的擺動(dòng)，而完成變幅與升降目的。伸縮臂式舉升機(jī)構(gòu)的臂架最大作業(yè)高度是60～80米。因?yàn)樯炜s臂式舉升機(jī)構(gòu)能獲得較大的作業(yè)高度與變幅。所以被廣泛的應(yīng)用于各種高空作業(yè)的平臺(tái)上。但是這種作業(yè)車(chē)越障能力比較差。
4、曲臂式舉升機(jī)構(gòu)
曲臂式舉升機(jī)構(gòu)是由多節(jié)箱形臂折疊而組成，如上圖1-1（B）所示。這種型式采用2到3節(jié)折疊臂組成。其折疊的方式被分為上折式與下折式兩種。各節(jié)臂的折疊與展開(kāi)運(yùn)動(dòng)是由各個(gè)節(jié)間液壓缸來(lái)完成。這種型式的舉升機(jī)構(gòu)是完成一定高度與幅度的作業(yè)。另外，下折式還能完成地平面以下的作業(yè)，可以擴(kuò)大曲臂式高空作業(yè)平臺(tái)的作業(yè)范圍。由于曲臂式舉升機(jī)構(gòu)具有很高的靈活性、并且適應(yīng)性好、還具有越障能力等優(yōu)點(diǎn)，所以采用非常廣泛。
綜上所述，由于曲臂式舉升機(jī)制比交叉剪式還有套筒式的工作范圍要大、越障能力要好，且曲臂式舉升機(jī)構(gòu)要比伸縮臂式舉升機(jī)構(gòu)的來(lái)說(shuō)具有很好的靈活性、適應(yīng)性強(qiáng)、越障能力厲害等優(yōu)點(diǎn)。所以高空作業(yè)平臺(tái)的舉升機(jī)構(gòu)要選為曲臂式舉升機(jī)構(gòu)，其折疊臂數(shù)目應(yīng)為兩個(gè)，如上圖1-1(B)所示。
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)裝置有不同的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)應(yīng)分為：機(jī)械驅(qū)動(dòng)式、電力驅(qū)動(dòng)式以及液壓驅(qū)動(dòng)式。
根據(jù)回轉(zhuǎn)支撐不同的結(jié)構(gòu)，回轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)能分為轉(zhuǎn)柱式、立柱式與轉(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)支撐裝置能分為兩種：支撐滾輪式與滾動(dòng)軸承式。支撐滾輪式回轉(zhuǎn)裝置增加轉(zhuǎn)盤(pán)回轉(zhuǎn)裝置的高度，且增加質(zhì)量與成本；滾動(dòng)軸承式的回轉(zhuǎn)支撐裝置在目前是應(yīng)用最多一種，它在普通的滾動(dòng)軸承的基礎(chǔ)上發(fā)展起的，結(jié)構(gòu)上放大了滾動(dòng)軸承。優(yōu)點(diǎn)是回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩變小，承載能力加大，高度變低。但由于降低回轉(zhuǎn)支撐裝置高度，使整車(chē)質(zhì)心變低，從而平臺(tái)的穩(wěn)定性變大。
滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)按結(jié)構(gòu)可分為以下幾種：
1、單排滾球式轉(zhuǎn)盤(pán)
如下圖1-2所示，單排球轉(zhuǎn)盤(pán)大多數(shù)是內(nèi)外座圈所組合成的一個(gè)整體滾道，滾道成圓弧形曲面，是一種最簡(jiǎn)單的回轉(zhuǎn)支撐裝置，球與導(dǎo)向體應(yīng)從內(nèi)圈或外圈圓孔中而裝進(jìn)滾道里的，然后將所裝配的孔堵塞。這種支撐裝置優(yōu)點(diǎn)是：質(zhì)量較輕、結(jié)構(gòu)比較緊湊、成本比較低，但承載能力比較小，所以應(yīng)用較少。
2、雙排滾球式轉(zhuǎn)盤(pán)
如下圖1-3所示，主要是由上與下雙排球體、內(nèi)外兩座圈、間隔體與潤(rùn)滑密封裝置等所組成。上與下球體均排列在整體的內(nèi)或外的座圈內(nèi)。雙排球轉(zhuǎn)盤(pán)的回轉(zhuǎn)裝置比大小同樣并且數(shù)目相同的單排球轉(zhuǎn)盤(pán)的回轉(zhuǎn)支撐裝置的承載能力要大得多。
3、交叉滾柱式轉(zhuǎn)盤(pán)
如下圖1-4所示，滾子的接觸角大多數(shù)為45°，相近的滾子軸線(xiàn)為交叉排列，即相近兩圓柱滾子軸線(xiàn)成直角交叉。這使回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)應(yīng)承受徑向與軸向載荷，而且還必須承受力矩翻傾。另外，和滾球轉(zhuǎn)盤(pán)比較。這種滾道是平面，比較簡(jiǎn)單的加工工藝，加工要求比較容易達(dá)到。
4、高承載能力轉(zhuǎn)盤(pán)
一些大型的起重舉升平臺(tái)中，一般采用雙排或多排的滾球或滾柱式回轉(zhuǎn)裝置。
(a) 外齒式 (b) 內(nèi)齒式 (a) 外齒式 (b) 內(nèi)齒式
圖1-2 單排球轉(zhuǎn)盤(pán)結(jié)構(gòu) 圖1-3 雙排球轉(zhuǎn)盤(pán)結(jié)構(gòu)
(a) 外齒式圖 圖1-4 交叉圓柱滾子轉(zhuǎn)盤(pán)結(jié)構(gòu) (b) 內(nèi)齒式圖
通過(guò)分析以上的各種回轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、能力承載、加工性能以及運(yùn)用情況等，最后選定是交叉滾柱式轉(zhuǎn)盤(pán)。
2 設(shè)計(jì)參數(shù)及其工作平臺(tái)級(jí)別的確定
2.1設(shè)計(jì)參數(shù)及其要求
技術(shù)參數(shù)如下：工作高度：8m；承載能力：120kg；水平工作距離：3m；跨越高度：6m；平臺(tái)尺寸：1.2×0.8m；電池：48V-360Amp/h。
2.2 工作級(jí)別的選擇及其載荷的確定
2.2.1工作載荷的級(jí)別
工作平臺(tái)級(jí)別是為平臺(tái)的金屬結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提供較合理的基礎(chǔ)，也為用戶(hù)和 制造廠家協(xié)商時(shí)能提供參考范圍，它能使工作平臺(tái)勝任所完成的任務(wù)，要考慮兩個(gè)因素；利用載荷狀態(tài)與等級(jí)。
確定使用壽命時(shí)，要優(yōu)先考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境因素，同時(shí)也需估計(jì)設(shè)備老化產(chǎn)生的影響。工作循環(huán)總數(shù)表示工作平臺(tái)所利用的程度，是判斷分級(jí)的主要參數(shù)之一。
起重機(jī)使用頻率與工作循環(huán)的總數(shù)有關(guān)。為了方便，工作循環(huán)總數(shù)在可能的范圍內(nèi)，分為10個(gè)利用等級(jí)，
由此并有工作平臺(tái)的特點(diǎn)來(lái)確定工作平臺(tái)利用等級(jí)為U4級(jí)，工作為經(jīng)常輕負(fù)荷使用。
工作平臺(tái)的負(fù)載狀態(tài)是基本參數(shù)的另一個(gè)層次，它表明工作平臺(tái)受載的輕重程度與兩個(gè)因素有關(guān)：一個(gè)是實(shí)際升起的載荷Qi與額定的載荷Qmax之比；另一個(gè)是實(shí)際升起載荷?Qi的作用次數(shù)Ni與工作循環(huán)總數(shù)Ni之比。其公式是：
式中Qi------第i 個(gè)起升載荷
Ni---起升載荷作用次數(shù)
N---工作循環(huán)總數(shù)，N=。Q=0.12<0.125屬輕吊載系列從而確定平臺(tái)的工作等級(jí)是A3級(jí)
2.2.2工作載荷的計(jì)算及其確定
為確保工作平臺(tái)能正常安全的工作，工作平臺(tái)本身要具備三個(gè)基本條件：（1）金屬結(jié)構(gòu)與機(jī)械零部件必須剛度足夠和抗屈曲能力要好：（2）整機(jī)應(yīng)具有抗傾覆穩(wěn)定性；（3）原動(dòng)機(jī)應(yīng)能滿(mǎn)足作業(yè)性能所要求的功率，制動(dòng)裝置必須能提供有效的轉(zhuǎn)矩。
一、自重載荷G
自重載荷是指平臺(tái)金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)，動(dòng)力或電氣設(shè)備等質(zhì)量的重力。設(shè)計(jì)之前必須首先估計(jì)各個(gè)部件的大小參照下表2-1：
表2-1 自重載荷系數(shù)表
部件名稱(chēng)
大型
中型
小型
小型有附架者
上車(chē)
30%-34%
32%
35%
21%
起升回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
30%
30%
30%
40%
回轉(zhuǎn)平臺(tái)占
配重占
其他占
15%
35%
20%
17%
30%
23%
20%
25%
25%
20%
15%
25%
吊臂
25%
15%-20%
13%
15%
下車(chē)
45%-41%
53%-48%
52%
64%
有車(chē)重是500kg,故計(jì)算得上車(chē)重105kg，
吊臂為75kg;下車(chē)重320kg;
上車(chē)重細(xì)分為：回轉(zhuǎn)平臺(tái)
配重：
下車(chē)重細(xì)分為：原底盤(pán)占：65%
附加車(chē)架及支腿：
回轉(zhuǎn)支撐4%
其他占：
二、起升載荷
1、起升載荷指的是升起質(zhì)量的重力。起升重量應(yīng)包括的是允許起升的最大物品范圍、載物裝置、懸掛撓性件、其他隨同提供升降的設(shè)備質(zhì)量。
起升載荷的動(dòng)載系數(shù)
物品突然離地起升或下降制動(dòng)時(shí)，對(duì)承載機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將產(chǎn)生附加的動(dòng)載作用。這一動(dòng)載作用可通過(guò)將起升載荷乘以大于1的起升載荷動(dòng)載系數(shù)來(lái)確定。
當(dāng)=1
當(dāng)v
由前述可知：v
故知
2、突然卸在載的沖擊系數(shù)
對(duì)于部分起升載荷突然卸除或墜落屬于正常工作程序的起重機(jī)，應(yīng)將起升載荷乘以突然卸載沖擊系數(shù)，以考慮對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力要求。
系數(shù)的計(jì)算公式如下：
考慮到工作時(shí)，平臺(tái)的穩(wěn)定性前提。人不需卸載，故知
=1
綜合考慮以上因素可知起升載荷：
三、在不平路面運(yùn)行產(chǎn)生的的沖擊載荷
移動(dòng)式高空作業(yè)平臺(tái)作業(yè)梯由于只有在靜止的條件下，進(jìn)行作業(yè)。所以對(duì)于這種載荷對(duì)工作平臺(tái)的沖擊并不是太大，對(duì)整個(gè)工作臺(tái)的性能指標(biāo)并無(wú)多大影響。所以對(duì)于起升載荷和工作臺(tái)自重乘以1即可。
四、風(fēng)載荷
戶(hù)外工作的機(jī)器尤其是高空作業(yè)的機(jī)器要考慮風(fēng)載荷的影響。
風(fēng)載荷的計(jì)算公式
風(fēng)載荷P按下式計(jì)算：
，q—計(jì)算風(fēng)壓（N/m）C—風(fēng)載荷系數(shù)，K--風(fēng)力變化系數(shù)；v—為風(fēng)速（m/s）
由于考慮到工作平臺(tái)上升高度僅有4米高，遠(yuǎn)小于十米高，所以可以不考慮高度的變化，因此風(fēng)力變化系數(shù)K=1。陣風(fēng)速度計(jì)算（即是瞬時(shí)風(fēng)速）來(lái)確定工作狀態(tài)的風(fēng)速的計(jì)算，C是風(fēng)載荷系數(shù)，考慮結(jié)構(gòu)鋼的截面形式取C為1.3,對(duì)于內(nèi)陸取風(fēng)速15.5m/s,迎風(fēng)面A,A的計(jì)算按其凈面積和最不利風(fēng)向的垂直投影面積計(jì)算。通過(guò)以上考慮。
通過(guò)以上的計(jì)算P1.039.16(N)
五、載荷組合的計(jì)算
（一） 工作平臺(tái)各種載荷并不是同一時(shí)刻一起作用在工作平臺(tái)上，針對(duì)工作平臺(tái)的計(jì)算類(lèi)別和要求，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)將各種載荷適當(dāng)組合，通?？紤]以下三種組合方式：
1、正常工作情況下的載荷
平臺(tái)升起正常質(zhì)量的物品，能平穩(wěn)開(kāi)啟制動(dòng)，如果平臺(tái)的起升載荷與其他載荷不是定值時(shí)應(yīng)該按當(dāng)量的載荷來(lái)進(jìn)行計(jì)算，并進(jìn)行疲勞強(qiáng)度和磨損計(jì)算。但應(yīng)不考慮風(fēng)載荷的的作用。
2、在惡劣條件下的工作產(chǎn)生的最大載荷
最大載荷的計(jì)算考慮以下因素：主動(dòng)車(chē)輪的打滑；摩擦離合器的打滑；液壓系統(tǒng)安全閥的開(kāi)啟等等。
3、戶(hù)外作業(yè)工作時(shí)受暴風(fēng)襲擊時(shí)的最大載荷
除以上三種載荷外，平臺(tái)可能會(huì)受到特殊載荷作用，例如運(yùn)輸載荷、安裝載荷、地震載荷等。再根據(jù)具體的情況，按有關(guān)的特殊載荷校核整部機(jī)及有關(guān)的零件、增強(qiáng)或減弱構(gòu)件強(qiáng)度，安全系數(shù)應(yīng)取最小值。
（二）載荷分類(lèi)及組合計(jì)算
1、基本載荷：指始終和經(jīng)常作用的載荷，即平臺(tái)工作的必然載荷，包括自重載荷Q,由以上的計(jì)算可知Q=5000N。
2、起升載荷：在起升機(jī)構(gòu)起動(dòng)時(shí)起升載荷對(duì)結(jié)構(gòu)所引起的垂直附加動(dòng)載荷用起升載荷 ，由以上分析知=1200N。
3、附加載荷，這里只考慮風(fēng)速的影響P 39.16(N)
4、組合1：基本載荷+起升載荷。
組合2：基本載荷+起升載荷+特殊載荷。
組合3：基本載荷+起升載荷+附加載荷。
故知組合1值:6600N,組合2值：6239.16N.平臺(tái)的工作環(huán)境不用考慮特殊載荷的作用，故知只需考慮以上兩種情況。
2.3 本章小結(jié)
本章通過(guò)對(duì)工作平臺(tái)的各種工作載荷的分析，并考慮了工作環(huán)境內(nèi)里可能遇到的外在載荷，確定了機(jī)器的工作級(jí)別，通過(guò)各種載荷最后組合確定機(jī)器最大受力，從而為以后的最大強(qiáng)度校核做好準(zhǔn)備。
3工作平臺(tái)的整體設(shè)計(jì)及其校核
3.1平臺(tái)式起重機(jī)類(lèi)底盤(pán)及臂架的設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介
（1）工況要求
任何機(jī)架都應(yīng)首先保證設(shè)計(jì)機(jī)器的特定工作要求。如：保證安裝機(jī)架時(shí)，零件可以順利運(yùn)轉(zhuǎn)；機(jī)架的外形或內(nèi)部結(jié)構(gòu)不致有阻礙運(yùn)行的突起；選定執(zhí)行某一工作所需要的平臺(tái)；滿(mǎn)足上下的要求及人工操作時(shí)安全及方便等。
（2）剛度要求
在滿(mǎn)足特定外形的條件下，對(duì)機(jī)架的主要求就是剛度。例如機(jī)床的零部件，剛度是決定機(jī)床的加工產(chǎn)品的精度和生產(chǎn)效率；在減速器中，箱殼剛度確定齒輪的嚙合性。
（3）強(qiáng)度要求
對(duì)于一般的設(shè)備機(jī)架，應(yīng)剛度滿(mǎn)足要求，同時(shí)保證強(qiáng)度要求。但是必須對(duì)重載設(shè)備的強(qiáng)度要求引起足夠的重視。其標(biāo)準(zhǔn)是在機(jī)器的操作過(guò)程中可能發(fā)生的最大負(fù)載條件下，機(jī)架任一個(gè)小的應(yīng)力。另外，應(yīng)滿(mǎn)足疲勞強(qiáng)度的計(jì)算要求。
（4）穩(wěn)定性要求
對(duì)于纖細(xì)或薄臂的被壓縮結(jié)構(gòu)和受彎結(jié)構(gòu)存在不穩(wěn)定的問(wèn)題；也有一些板殼或局部屈曲不穩(wěn)定的問(wèn)題。結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定將有很大的傷害，設(shè)計(jì)時(shí)校核。
3.2機(jī)架的設(shè)計(jì)方法及計(jì)算
3.2.1機(jī)架設(shè)計(jì)的一般規(guī)定
（1）應(yīng)在滿(mǎn)足了強(qiáng)度與剛度的情況下，機(jī)架的重量應(yīng)盡量輕、成本低。
（2）抗震性好。
（3）由于內(nèi)應(yīng)力及溫度變化引起的結(jié)構(gòu)變形應(yīng)力最小。
（4）結(jié)構(gòu)合理，工藝良好，便于鑄造，焊接和機(jī)械加工。
（5）結(jié)構(gòu)里求便于安裝與調(diào)整，方便修理和更換零部件。
（6）有導(dǎo)軌的機(jī)架要求導(dǎo)軌面受力合理，耐磨性良好。
1、如前所述，其載荷分為基本載荷、附加載荷、和特殊載荷，同時(shí)也要更加注意以下參數(shù)設(shè)計(jì)要求。
對(duì)機(jī)架設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，剛度要求更為重要。絕大多數(shù)設(shè)備都有各自的剛度要求規(guī)范，且各不相同。受彎構(gòu)件的撓度的允許值。計(jì)算時(shí)可不考慮螺釘或鉚釘引起的截面削弱。受彎構(gòu)件的允許的撓度。見(jiàn)下表：3-1
表3-1 剛度要求
項(xiàng)次
構(gòu)件類(lèi)別
允許撓度
1
吊車(chē)梁和吊車(chē)
（1） 手動(dòng)吊車(chē)和單梁吊車(chē)
（2） 輕級(jí)工作只和起重量Q<50t中級(jí)工作制橋式吊車(chē)
l/600
l/750
2
設(shè)有懸掛吊車(chē)的屋面梁或屋架
l/500
3
手動(dòng)或電動(dòng)葫蘆的軌道梁
l/400
4
有重軌軌道的工作平臺(tái)梁
有輕軌軌道的工作平臺(tái)梁
l/600
l/400
5
摟蓋和工作平臺(tái)梁，平臺(tái)板
（1） 級(jí)包括設(shè)有懸掛起重的梁
（2） 抹灰頂碰的梁
（3） 除（1），（2）外的其他梁
（4） 平臺(tái)板
l/400
l/350
l/250
l/150
2、結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度疲勞應(yīng)取決于構(gòu)件的工作級(jí)別，材料的類(lèi)別，連接方式、最大的工作壓力及應(yīng)力循環(huán)特性等因素。根據(jù)起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)于工作級(jí)別為A6\A7\A7的結(jié)構(gòu)件，疲勞強(qiáng)度計(jì)算必須進(jìn)行。疲勞強(qiáng)度計(jì)算按下列步驟進(jìn)行。又由上分析可得出其工作級(jí)別為A3級(jí)別，所以不用進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的計(jì)算。
3.2.2梁的設(shè)計(jì)及計(jì)算
一，縱梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
橫截面的一般形式中縱梁較大，較小是兩端，與適應(yīng)所受的彎矩。不是很大的抑制設(shè)備也可使用，如橫截面的縱梁。對(duì)于大斷面的梁，可用鋼板焊接、鉚接或螺釘連接。梁的計(jì)算要滿(mǎn)足撓度和剛度的要求，以滿(mǎn)足剛度為主。
1、首先是剛度的要求：
結(jié)構(gòu)及載荷公式，查起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)：
Y,按設(shè)計(jì)要求可求可求
式中L是指跨距，L=1880mm,b=1180mm,p為工作重力，由上車(chē)重量180kg,工作時(shí)載重為160kg,故知 P=3400N,E為彈性模數(shù)，I是全橋機(jī)構(gòu)的主梁截面慣性矩，
經(jīng)過(guò)計(jì)算得：
136mm,分別取O1 B1 為不同數(shù)值代入式(1) ,(2) ,(3) 得
當(dāng) （1）
由得：
（2）
由：
（3）
聯(lián)立（1），（2），（3）求得：
（4）
又因?yàn)椋瑸榱藵M(mǎn)足工作要求, 應(yīng)使 90°< (φ2 +θ2) < 180°,則有cos(φ2 +θ2) < 0，小臂長(zhǎng)度受到作業(yè)平臺(tái)回縮后的高度限制 ,根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸 ,
由式(4)可得: （5）
=600mm, β=45取λ= 1.65,
綜上對(duì)比三鉸點(diǎn)變幅機(jī)構(gòu)后確定的綜合位置參數(shù)如下:
3.4吊臂的結(jié)構(gòu)形式及回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的選擇
3.4.1吊臂的結(jié)構(gòu)形式及分類(lèi)
曲臂式高空作業(yè)平臺(tái)的臂架和起重機(jī)的臂架形式相同，可以參考下起重機(jī)的臂架形式進(jìn)行分析。起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)的工作性質(zhì)可以分為非工作性變幅和工作性變幅；按機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)形式可分為運(yùn)行小車(chē)式變幅和臂架擺動(dòng)式變幅；按臂架變幅性能可分為普通臂架變幅和平衡臂架變幅。
1、臂架擺動(dòng)式變幅機(jī)構(gòu)是通過(guò)臂架在垂直平面內(nèi)繞其鉸軸擺動(dòng)改變幅度。伸縮臂式起重機(jī)臂架即可擺動(dòng)，也可伸縮，即能增加起升高度，也能改變起重機(jī)幅度。普通臂架機(jī)構(gòu)在變幅時(shí)能改變臂架重心和物品重心升降，要耗費(fèi)額外的驅(qū)動(dòng)功率，適用于非工作性變幅，在偶爾需要帶載變幅時(shí)，也可應(yīng)用。
2 、運(yùn)行小車(chē)式變幅機(jī)構(gòu)用于具有水平臂架的起重機(jī)，依靠小車(chē)沿臂架弦桿運(yùn)行以改變起重機(jī)幅度。運(yùn)行小車(chē)有兩種形式，分為繩索牽引式和自行式。其中繩索式牽引式本身重量較輕，可減輕整機(jī)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用較廣。
考慮到整機(jī)的工作特點(diǎn)，所以選擇第一種臂架方式，在變幅過(guò)程中物品和臂架重心會(huì)隨幅度的改變而發(fā)生不必要的改變，需額外的耗費(fèi)能量，在增大幅度時(shí)產(chǎn)生較大的慣性載荷。這種機(jī)構(gòu)構(gòu)造簡(jiǎn)單，平臺(tái)起重機(jī)、輪胎起重機(jī)、履帶起重機(jī)、鐵路起重機(jī)、桅桿起重機(jī)和塔式起重機(jī)，在非工作性變幅機(jī)構(gòu)或不經(jīng)常帶載的變幅機(jī)構(gòu)上被廣泛采用。
首先考慮確定長(zhǎng)臂的變幅機(jī)構(gòu)，臂架結(jié)構(gòu)有二種，分為：箱形和格架形，通常采用直臂架。為增大在小幅度時(shí)的臂架下工作空間，臂架上部常制成折線(xiàn)形式。小起重量的定長(zhǎng)臂架起重機(jī)也可采用液壓缸變幅，臂架下部制成折線(xiàn)型式，變幅液壓缸布置方式根據(jù)需要可按表選擇，表3-2如下示：
表 3-2 變幅液壓缸布置方式
序號(hào)
型式
簡(jiǎn)圖
特點(diǎn)
1
前置式
1， 變幅推力小，可采用小直徑
2， 臂架懸臂部分短，臂架受力有利
1，
2， 臂架下方有效空間
2
后置式
3， 液壓缸后移，對(duì)起重機(jī)穩(wěn)定有利
4， 需要的變幅推力大
5， 臂架懸臂部分長(zhǎng)，臂架受力不利
臂架下方有效空間大
根據(jù)變幅力的大小，可采用雙缸或單缸。臂架液壓缸可安置三個(gè)位置分為：前、后置和后拉。本設(shè)計(jì)采用前置式。
（1）臂架的材料的選擇：
起重機(jī)械的機(jī)構(gòu)零件、金屬結(jié)構(gòu)等均由黑色、有色金屬和非金屬等材料加工制成。設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮結(jié)構(gòu)的載荷狀態(tài)、利用等級(jí)、安全要求和經(jīng)濟(jì)合理等因素、正確選擇材料。
起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)主要使用是鋼材。鋼比鋁合金的比重要大，延伸率大，鋁合金的彈性模量?jī)H為鋼的三分之一，并且價(jià)錢(qián)昂貴，在國(guó)內(nèi)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中尚未采用。
起重機(jī)金屬中最常用是碳素鋼Q235。與碳素鋼相比，低合金鋼具有更高的屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度，低溫冷脆性和耐磨損性，有良好的焊接性，但應(yīng)力集中系數(shù)不低。
3.4.2輪式起重機(jī)的轉(zhuǎn)臺(tái)
一，回轉(zhuǎn)支撐裝置簡(jiǎn)介
回轉(zhuǎn)支撐裝置簡(jiǎn)稱(chēng)回轉(zhuǎn)支撐。主要有兩類(lèi)：一是柱式結(jié)構(gòu)；二是回轉(zhuǎn)盤(pán)式結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的要求，各種回轉(zhuǎn)支撐的特點(diǎn)以及制造廠的加工條件等合理地選定。設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮載荷狀態(tài)、利用等級(jí)、安全要求等因素、正確選擇材料。
本設(shè)計(jì)主要采用盤(pán)式回轉(zhuǎn)支撐，在這里主要介紹一下轉(zhuǎn)盤(pán)式回轉(zhuǎn)支撐裝置
現(xiàn)代轉(zhuǎn)盤(pán)式回轉(zhuǎn)支撐裝置主要有滾子夾套式和滾動(dòng)軸承式
1、滾子夾套式回轉(zhuǎn)支撐裝置
它在兩個(gè)環(huán)形軌道之間有許多圓錐或圓柱形滾子。前后方受力大的兩段圓弧形制作在轉(zhuǎn)臺(tái)底面的軌道。
軌道直徑小的可以用圓錐滾子，可以減少磨損與摩擦阻力。由于錐形滾子產(chǎn)生軸向力，因此滾子裝在許多拉桿構(gòu)成的保持架上。
圓柱形滾子用于軌道直徑大的情況，滾子可制單或雙輪，裝在由槽鋼制成的保持架上。這種保持應(yīng)該有足夠的強(qiáng)度和剛度。
2、滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支撐裝置
這也是本設(shè)計(jì)所采用的主要回轉(zhuǎn)支撐裝置，由于考慮到回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)是采用人力推動(dòng)作用，所以不用采用里外有齒輪式，滾動(dòng)軸承式裝置尺寸剛好，性能卓越，軸承正常工作的情況下可以承受垂直力，對(duì)軸承座圈的機(jī)架要求有足夠的剛度。
常用的四種滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支撐裝置結(jié)構(gòu)。單排四點(diǎn)接觸球式回轉(zhuǎn)支撐、雙排球式回轉(zhuǎn)支撐、單排式交叉滾珠式回轉(zhuǎn)支撐、三排滾柱式回轉(zhuǎn)支撐。
特別對(duì)于滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支撐裝置結(jié)構(gòu)，國(guó)內(nèi)外都有專(zhuān)門(mén)的生產(chǎn)廠家且都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。常用的滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)軸承式回轉(zhuǎn)支撐可參考起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)，我國(guó)的專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠有徐州回轉(zhuǎn)支撐廠，洛陽(yáng)礦山機(jī)械廠和馬鞍山回轉(zhuǎn)支撐廠等。
設(shè)計(jì)時(shí)只要適當(dāng)選取型號(hào)即可。
3.5 本章小結(jié)
本章是設(shè)計(jì)的主要章節(jié)，通過(guò)第二章的受力分析，對(duì)機(jī)架和梁進(jìn)行受力分析和校核，并確定了機(jī)架和梁的連接方式，并確定了臂架的結(jié)構(gòu)形式，并對(duì)臂架的撓度和剛度進(jìn)行了校核，對(duì)于手動(dòng)轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)選用了滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)裝置。
4液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1液壓系統(tǒng)原理分析
圖4-1為液壓系統(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。表4-1為電磁閥的工作狀態(tài)表。
圖4-1 液壓系統(tǒng)原理圖
4.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.2.1油缸選型確定
液壓缸是系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，其形式多樣，按照其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為活塞、柱塞和擺動(dòng)式。按作用方式又可分為單和雙作用兩種。其中以雙作用活塞式液壓缸應(yīng)用最多。活塞式液壓缸優(yōu)點(diǎn)有重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易、拆卸安裝方便、容易維修等特點(diǎn)，廣泛適用于車(chē)輛、起重運(yùn)輸機(jī)械等液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中。柱塞式液壓缸可以用在行程長(zhǎng)的。擺動(dòng)式液壓缸加工比較復(fù)雜大部分用于回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。高空作業(yè)平臺(tái)各液壓缸均采用雙作用單桿活塞缸。
1、液壓缸直徑的確定
液壓缸的選型主要依據(jù)高空作業(yè)平臺(tái)作業(yè)梯完成高度所需的最大作用力Fmax以及液壓缸實(shí)際的工作行程。前者一般確定液壓缸的直徑，后者都是用來(lái)確定液壓缸的工作行程。
表4-1 電磁閥工作狀態(tài)表
動(dòng)作名稱(chēng)
電磁鐵狀態(tài)
1YA
2YA
3YA
4YA
5YA
6YA
7YA
8YA
支腿工作
+
支腿不工作
+
上臂上升
+
上臂下降
+
下臂上升
+
下臂下降
+
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作
+
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不工作
+
（4-1）
式中：P1 —液壓缸工作壓力，初算時(shí)可選取系統(tǒng)工作壓力pp，取為16 MPa；
P2 —液壓缸回油腔背壓力，初算時(shí)，對(duì)于16MPa的系統(tǒng)可選為0；
d/D—活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑之比，按液壓缸的工作壓力選定為0.7；
F—工作時(shí)的最大外載荷；臂架和作業(yè)平臺(tái)標(biāo)定載荷的重力之和(400kg+240kg)×10N/kg=6400N;
Ffc— 液壓缸密封處摩擦力，它的精確值不易求得，常用液壓缸的機(jī)械效率ηcm進(jìn)行估算。
（4-2）
式中：ηcm—液壓缸的機(jī)械效率，一般ηcm＝0.9～0.97，取為0.9。
將ηcm值代入式（5-6），可求得
（4-3）
故，最終可求得液壓缸直徑D為
（4-4）
液壓缸直徑詳細(xì)計(jì)算見(jiàn)5.2.5
2、液壓缸工作行程的確定
（4-5）
式中：——工作時(shí)液壓缸兩鉸接點(diǎn)最長(zhǎng)距離
——工作時(shí)液壓缸兩鉸接點(diǎn)的最短距離
4.2.2液壓泵的選型計(jì)算
常見(jiàn)的液壓泵有三種類(lèi)型為：齒輪泵、柱塞泵、葉片泵。齒輪泵：簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、工藝性好、體積不大、維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，柱塞泵和葉片泵：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、價(jià)格較高。高空作業(yè)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
高空作業(yè)車(chē)液壓泵理論流量應(yīng)按下臂缸上升時(shí)間確定。
L/min （4-6）
式中：ΔV ——油缸最大工作容積（立方米），按下式計(jì)算：
L （4-7）
、——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 （4-8）
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 （4-9）
式中：p——油泵最大工作壓力，MPa；
Qn——油泵額定流量，m3/s；
ηt——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)。
4.2.3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）可取：
（4-10）
在中壓系統(tǒng)中（MPa）可?。?
（4-11）
在中高壓或高壓大功率系統(tǒng)中（ MPa）可取：
（4-12）
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
（4-13）
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
（4-14）
式中：V2——低壓管路中油的流速m/s。
4.2.4液壓系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算
1、液壓缸選型確定
由公式（4-4）、（4-5）可計(jì)算得：
（1）下臂液壓缸
mm
式中：F=上臂重力+平臺(tái)載荷重力
mm
查手冊(cè)，取關(guān)門(mén)液壓缸缸徑標(biāo)準(zhǔn)值為50 mm，活塞行程S標(biāo)準(zhǔn)值為320 mm
（2）上臂液壓缸
mm
式中F=上臂重力+下臂重力+平臺(tái)載荷重力
mm
兩式中放入——工作時(shí)液壓缸兩鉸接點(diǎn)最長(zhǎng)距離；——工作時(shí)液壓缸兩鉸接點(diǎn)的最短距離是經(jīng)過(guò)建立模型，按照上下臂所升起的最大和最小度數(shù)測(cè)量所得。
查《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取舉升液壓缸缸徑D標(biāo)準(zhǔn)值為50mm，活塞行程S標(biāo)準(zhǔn)值為320 mm。
由上述結(jié)果，上臂液壓缸選取型號(hào)為DG-J50-E1E的雙作用單桿活塞液壓缸，下臂液壓缸選取型號(hào)為DG-J50-E1E的雙作用單桿活塞液壓缸。
4.2.5液壓泵的選型確定
1、液壓缸工作容積ΔV計(jì)算
由公式（4-7），可知
L
2、液壓泵流量QT
由公式（4-6）可知
L/min
3、液壓泵的排量
由公式（4-8），可知
mL/r
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，選取CBK0-1.25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）
4.2.6取力器布置方案及基本參數(shù)選擇
常見(jiàn)的取力方式分類(lèi)如下：
發(fā)動(dòng)機(jī)前端取力是采用液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)，用于遠(yuǎn)距離輸出動(dòng)力。固此種取力方式經(jīng)常用在大型的攪拌車(chē)（如長(zhǎng)頭式汽車(chē)底盤(pán)改裝）等。
從后端取力的特點(diǎn)是取力器不能被主離合器影響，傳動(dòng)系統(tǒng)是跟發(fā)動(dòng)機(jī)直接聯(lián)系，取力器到工作裝置距離近、傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)便可靠、取出的功率大、傳動(dòng)效率高。這種方案采用比較廣泛，如小、中型攪拌車(chē)（如平頭式汽車(chē)改裝）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。此方案采用廣泛，如冷藏車(chē)、垃圾車(chē)等從變速器上端取力。
4.3本章小結(jié)
本章首先對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了分析，并且對(duì)其主要執(zhí)行元件進(jìn)行了計(jì)算選型，以使系統(tǒng)能夠正常工作，從而使高空作業(yè)車(chē)能夠正常工作。然后分析高空作業(yè)車(chē)的支腿機(jī)構(gòu)，預(yù)估支腿的橫向跨距、縱向跨距以及支撐腳的接地面積；另，本章也分析了取力器的布置，并選適用的取力器。
5 高空作業(yè)車(chē)穩(wěn)定性能分析
總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容中專(zhuān)用汽車(chē)性能參數(shù)計(jì)算是主要內(nèi)容，其目的是檢測(cè)整車(chē)參數(shù)選的是否合理，性能參數(shù)是否符合要求?；拘阅艿膮?shù)計(jì)算中包括動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性計(jì)算。而對(duì)于本設(shè)計(jì)中所設(shè)計(jì)的高空作業(yè)平臺(tái)作業(yè)梯來(lái)說(shuō)，只需計(jì)算它的穩(wěn)定性。
5.1 支腿壓力的計(jì)算
計(jì)算支腿壓力，要確定曲臂式高空作業(yè)平臺(tái)作業(yè)梯在作業(yè)中所受的最大支反力，該力是支腿強(qiáng)度計(jì)算的根本。
假定高空作業(yè)車(chē)工作時(shí)支撐在A、B、C、D四個(gè)支腿上，臂架位于路燈安裝車(chē)縱軸線(xiàn)（x軸）角處，如6.1所示。若高空作業(yè)車(chē)不回轉(zhuǎn)部分的重力為G2，其重心為O2在離支腿對(duì)稱(chēng)中心（坐標(biāo)原點(diǎn)O）e2處，回轉(zhuǎn)中心O0離支腿對(duì)稱(chēng)中心O的距離為e0。又設(shè)高空作業(yè)車(chē)回轉(zhuǎn)部分的合力為G0，且合力至O2點(diǎn)的距離為r0，則作用在臂架平面內(nèi)的翻傾力矩M為G0r0。即：
mm (5-1)
mm (5-2)
N (5-3)
(5-4)
mm
于是可求得四個(gè)支腿上的壓力各為：
(5-5)
當(dāng)舉升臂在車(chē)輛正側(cè)方作業(yè)時(shí)即： =90°，則上式可化簡(jiǎn)為：
(5-6)
按四點(diǎn)支撐計(jì)算支腿壓力時(shí)，若有一支腿的壓力出現(xiàn)負(fù)值，應(yīng)該用三點(diǎn)支撐重新計(jì)算支腿壓力。設(shè)舉升臂Ⅱ在工況位置作業(yè)時(shí)，支腿A不受力，支腿B、C、D受力，可求得支腿的反力為：
(6-7)
這時(shí)，支腿C受力最大，并且當(dāng)時(shí)，F(xiàn)C獲得最大值為：
（5-8）
N
若舉升臂轉(zhuǎn)到Ⅰ工況位置時(shí)，角為鈍角，設(shè)支腿B不受力，支腿C、D、A受力，可求得受力最大的支腿D的壓力為：
(5-9)
當(dāng)時(shí)，F(xiàn)D獲得最大值為：
(5-10)
N
由于，所以確定最大支反力N。
計(jì)算后發(fā)現(xiàn)支腿的最大支反力在支腿所能承受的壓力范圍內(nèi)，因此改裝后能保證整車(chē)的穩(wěn)定性。
5.2本章小結(jié)
本章是對(duì)本次改裝設(shè)計(jì)結(jié)果的檢驗(yàn)，以此判斷整個(gè)作業(yè)梯改裝設(shè)計(jì)的合理性及實(shí)用性。對(duì)于本次改裝設(shè)計(jì)的高空作業(yè)車(chē)而言，側(cè)重于穩(wěn)定性，因此本章對(duì)高空作業(yè)平臺(tái)作業(yè)梯的穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算，且通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)高空作業(yè)平臺(tái)作業(yè)梯的穩(wěn)定性良好，能滿(mǎn)足使用要求。由于改裝后的高空作業(yè)平臺(tái)作業(yè)梯在動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性方面較改裝前不會(huì)有太大變化，動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性滿(mǎn)足要求。
6結(jié) 論
曲臂式高空平臺(tái)作業(yè)梯設(shè)計(jì)是在已有的載貨汽車(chē)底盤(pán)上對(duì)舉升裝置、回轉(zhuǎn)裝置，使高空作業(yè)平臺(tái)的穩(wěn)定性進(jìn)行了優(yōu)化分析，通過(guò)對(duì)各個(gè)部件機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在了解原先高空作業(yè)平臺(tái)的基礎(chǔ)上完成了以下工作:，完成了對(duì)高空作業(yè)平臺(tái)作業(yè)梯設(shè)計(jì)的主要部分，包括有支腿機(jī)構(gòu)、舉升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)裝置和液壓系統(tǒng)等，作了相應(yīng)的方案設(shè)計(jì)與分析，確定最終選擇方案。完成了對(duì)各工作裝置的主要組成部分進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)分析，以此主要尺寸參數(shù)的計(jì)算與校核。完成了對(duì)液壓系統(tǒng)的各液壓元件的設(shè)計(jì)、計(jì)算及選型。對(duì)高空作業(yè)平臺(tái)作業(yè)梯的相關(guān)附件作了簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)。最后從整體上對(duì)改裝汽車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性作出相應(yīng)的分析計(jì)算，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)整個(gè)作業(yè)梯的可行性和正確性。高空作業(yè)平臺(tái)作業(yè)梯的改裝設(shè)計(jì)理論部分雖然完成了，但還需要進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)用檢驗(yàn)。
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致 謝
四年的大學(xué)生活即將結(jié)束，過(guò)去與老師同學(xué)相處的那些日子，我會(huì)永遠(yuǎn)難忘。
在這所學(xué)校，我很充實(shí)的過(guò)了四年，我可以說(shuō)沒(méi)有荒廢自己的青春。眾多的老師經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，理論知識(shí)充實(shí)了我的頭腦，學(xué)校清凈的環(huán)境，良好的氛圍讓我在各方面都有很大進(jìn)步，我從四年前的高中生成長(zhǎng)為一個(gè)即將踏入社會(huì)的有用之人。這些知識(shí)將伴隨我的一生，同時(shí)也是我踏入社會(huì)的資本。
師恩難忘，首先我要感謝工程系的全體老師，是他們的培育和教誨讓我成為一個(gè)有志的青年，四年的朝夕相處給我留下了寶貴的財(cái)富。我有了向著理想邁進(jìn)的資本。不管會(huì)去工作還是去深造，這都會(huì)成為我又一次遠(yuǎn)征的起點(diǎn)，帶這它們起程我將充滿(mǎn)自信。
其次要在這里要特別感謝楊運(yùn)強(qiáng)教授，楊老師在自己工作特別忙的情況下，還耐心的幫助我們，指導(dǎo)我們做設(shè)計(jì)。從入手找資料開(kāi)始，每一步楊老師都花費(fèi)了很大心血。從中我們也把四年的知識(shí)做了一次深刻的練習(xí)，總結(jié)。明白了很多書(shū)本上不能領(lǐng)悟的道理。
學(xué)子即將遠(yuǎn)行，帶者知識(shí)和師恩起程，無(wú)論走的多遠(yuǎn)，每一步都將是異常堅(jiān)定！
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