江鈴15米三節(jié)臂高空作業(yè)車改裝設(shè)計（舉升、吊斗部分）【7張cad圖紙+文檔全套資料】

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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 江鈴 15 米三節(jié)臂高空作業(yè)車改裝設(shè)計 系部名稱： 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)班級： 車輛工程 BW07-8 學(xué)生姓名： 金 鑫 指導(dǎo)教師： 齊曉杰 職 稱： 教 授 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二一一年六月 The Graduation Design for Bachelors Degree GK Modified and Design of Jiang Ling Fifteen Miter Aerial platform truck Candidate：Jin Xin Specialty：Vehicle Engineering Class： BW07-8 Supervisor： Prof. Qi Xiao jie Heilongjiang Institute of Technology 2011-06Harbin 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 I 摘 要 文中主要對 JX1060TSG23 高空作業(yè)車的二類底盤的選型和整體布置、動力傳動 裝置設(shè)計分析、工作裝置設(shè)計分析進(jìn)行整車穩(wěn)定性校核。 根據(jù)設(shè)計要求及其技術(shù)參數(shù)的要求，其設(shè)計思路為：根據(jù)高空作業(yè)車的舉升質(zhì)量 要求，確定升降機(jī)的結(jié)構(gòu)方案，然后確定汽車底盤及車輛的總體布置和控制系統(tǒng)。 在設(shè)計說明中，首先對升降機(jī)不同結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行了比較，得出了設(shè)計方案，然后 對負(fù)載進(jìn)行分析計算，選擇確定了整車的結(jié)構(gòu)參數(shù)，然后根據(jù)負(fù)載和使用狀況進(jìn)行液 壓系統(tǒng)的設(shè)計。 文中主要完成的是JX1060TSG23高空作業(yè)車的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計及傳動裝置工作裝置 的詳細(xì)設(shè)計。高空作業(yè)車設(shè)計時按4單元展開，所有的設(shè)計工作都是圍繞這4個單元展 開的。選用合適平臺動力傳動裝置設(shè)計工作裝置設(shè)計整車穩(wěn)定性校核 關(guān)鍵詞：高空作業(yè)車；動力傳動裝置；工作裝置；穩(wěn)定性 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 II ABSTRACT Focuses on JX1060TSG23 aerial second class chassis selection and the overall layout, power transmission equipment design analysis, work equipment design analysis and analysis, the last vehicle stability check. According to design requirements and technical parameters of the requirements, design ideas are as follows: under the aerial lift vehicle quality requirements, to determine the structure of the lift program, and then determine the vehicle chassis and the overall layout. In the design specification, the first lift programs with different structures are compared, obtained design program, then loads analysis and calculation, select the vehicle to determine the structural parameters and based load and use the situation to the hydraulic system design. In the main text to complete the JX1060TSG23 Aerial overall structural design, hydraulic circuit design and gear detailed design of working device. Aerial vehicles designed to start by 4 units, all of the design work around these six units started. choose the right platformPower Transmission DeviceWorking Device typevehicle stability check Key words: Aerial work; Power transmission devices; Working devices; Control system; Stability 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 目 錄 摘要 AbstractII 第 1 章 緒 論 1 1.1 選題的目的及意義 1 1.2 高空作業(yè)車的國內(nèi)外發(fā)展概況 1 1.2.1 高空作業(yè)車的國外發(fā)展趨勢與動向 1 1.2.2 高空作業(yè)車發(fā)展動向 2 1.3 高空作業(yè)車的組成及功用 3 1.3.1 工作裝置 4 1.3.2 動力裝置 5 1.4 設(shè)計目標(biāo)和主要設(shè)計內(nèi)容 6 第 2 章 高空作業(yè)車總體布置 7 2.1 高空作業(yè)車底盤的選擇 7 2.1.1 二類底盤選擇依據(jù) 7 2.1.2 選擇二類底盤要求 7 2.2 總體尺寸和主要參數(shù)確定 9 2.2.1 尺寸參數(shù)的確定 9 2.2.2 質(zhì)量參數(shù)的確定 9 2.2.3 總質(zhì)量 ma9 2.2.4 高空作業(yè)車平臺作業(yè)工作狀態(tài)圖 9 2.3 主要機(jī)構(gòu)簡述 10 2.4 本章小結(jié) 11 第 3 章 高空作業(yè)車總體設(shè)計 12 3.1 工作裝置設(shè)計與分析 12 3.1.1 舉升機(jī)構(gòu) 12 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 3.1.2 支腿機(jī)構(gòu) 13 3.1.3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 16 3.1.4 作業(yè)平臺及調(diào)平機(jī)構(gòu) 17 3.1.5 操作及安全防護(hù)裝置 18 3.2 動力傳動裝置設(shè)計與分析 19 3.2.1 設(shè)計要求 19 3.2.2 動力傳動裝置類型 20 3.3 本章小結(jié) 20 第 4 章 工作裝置設(shè)計計算 21 4.1 舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計 21 4.1.1 設(shè)計步驟 21 4.1.2 舉升機(jī)構(gòu)運動范圍的確定 21 4.2 工作臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計和主要尺寸確定 21 4.2.1 工作臂金屬材料的選擇 21 4.2.2 工作臂尺寸確定 22 4.3 確定油缸鉸點的位置 23 4.3.1 確定上臂油缸鉸點的位置 24 4.3.2 確定中臂油缸鉸點的位置 24 4.3.3 確定下臂油缸鉸點的位置 24 4.4 上臂截面尺寸的確定 25 4.4.1 上臂的強(qiáng)度計算 25 4.5 中臂截面尺寸的確定 30 4.5.1 中臂的強(qiáng)度計算 32 4.6 下臂截面尺寸的確定 36 4.6.1 下臂的強(qiáng)度計算 36 4.7 轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計 45 4.7.1 轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu) 45 4.7.2 轉(zhuǎn)臺受力分析 47 4.7.3 轉(zhuǎn)臺的自重 G 48 4.8 支腿機(jī)構(gòu)設(shè)計計算 49 4.8.1 支腿跨距的確定 49 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 4.8.2 支腿腳接地面積確定 52 4.9 本章小結(jié) 52 第 5 章 高空作業(yè)車穩(wěn)定性能分析 53 5.1 支腿壓力的計算 53 5.2 轉(zhuǎn)臺支承裝置的計算載荷 56 5.2.1 轉(zhuǎn)臺工作情況 56 5.2.2 轉(zhuǎn)臺支撐情況計算 56 5.2.3 轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)支承裝置的計算 57 5.2.4 按承載能力曲線選取合適的回轉(zhuǎn)支承型號 58 5.3 本章小結(jié) 61 結(jié) 論62 參考文獻(xiàn)63 致 謝64 附 錄 65 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 1 第 1 章 緒 論 汽車工業(yè)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)效益不只是汽車本身，而是集中表現(xiàn)在汽車的使用和流通的 全過程中，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展必然是汽車運輸業(yè)的發(fā)展，從而對專用汽車的性能要 求也越來越高，使用越來越專門化，品種也越來越多。并且社會對汽車的運輸效率和 經(jīng)濟(jì)性以及各種功能的要求也越來越高，這些是運輸工具專用化發(fā)展成為必然趨勢。 我國對“專用汽車 ”術(shù)語于 1989 年已經(jīng)制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn) ZBT50004-89 專用 汽車的術(shù)語及其定義。定義內(nèi)容為“裝置有專用設(shè)備，具備有專用功能，用于承擔(dān)專 門運輸任務(wù)或?qū)ｍ椬鳂I(yè)的汽車和汽車列車”。ZBT50004-89 標(biāo)準(zhǔn)還將國產(chǎn)專用汽車劃 分為廂式汽車、罐式汽車、專用自卸汽車、起重舉升汽車、倉柵汽車和特種結(jié)構(gòu)汽車 等六大類。 本設(shè)計所研究的折疊臂式高空作業(yè)車為起重舉升汽車的一種。 1.1 選題的目的及意義 高空作業(yè)機(jī)械式在工程起重機(jī)械基礎(chǔ)上發(fā)展起來的高空作業(yè)設(shè)備，廣泛應(yīng)用在建 筑、消防等行業(yè)。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，對高空作業(yè)車的需求越來越多，要 求工作范圍也越來越廣泛。 高空作業(yè)車提高了機(jī)械化程度，減少了勞動消耗，降低了成本，縮短了工作時間， 提高了工作效率并且以滿足各種特殊需要。 經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前高空作業(yè)車具有一定需求市場，但生產(chǎn)廠家相對較少，主要在 于其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此難以形成批量生產(chǎn)，為使高空作業(yè)車能夠完善其結(jié)構(gòu)和性能， 提高高空作業(yè)車的功能，形成小批量生產(chǎn)。本設(shè)計將對高空作業(yè)車主要工作裝置所采 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，以便選擇最合適方案。 1.2 高空作業(yè)車的國內(nèi)外發(fā)展概況 高空作業(yè)車的分類方式有好多種，按臂架的展開方式分類，有折疊式和伸縮式及 混合式三種;按臂架的形狀分類有，直臂式和曲臂式;按驅(qū)動方式分類，有自動式、拖 動式和手動式等等。 1.2.1 高空作業(yè)車的國外發(fā)展趨勢與動向 國外高空作業(yè)機(jī)械屬新興行業(yè)，是在工程起重機(jī)械基礎(chǔ)上發(fā)展起來的高新技術(shù)產(chǎn) 業(yè)系統(tǒng)，只有二十幾年的歷史。但是發(fā)展速度很快，隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，尤其是 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 電子技術(shù)在機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用，是高空作業(yè)更加智能化，更加人性化，操作更加方便， 更加安全的方向發(fā)展，采用自動化控制，高空作業(yè)車的微動性能好，定位也來越來越 準(zhǔn)確。 國外高空作業(yè)機(jī)械，發(fā)展迅速，技術(shù)水平不斷提高。我國在其主要差距在設(shè)計方 法。其關(guān)鍵是電液比例操縱、微動性能問題，支腿調(diào)平技術(shù)問題，微機(jī)自動程序控制 以及機(jī)電一體化問題等和國外有很大的差距。 國 內(nèi) 折 疊 臂 式 高 空 作 業(yè) 機(jī) 械 發(fā) 展 剛 剛 起 步 ， 只 有 十 幾 年 的 發(fā) 展 歷 史 ， 雖 然 起 步 晚 ， 但 由 于 高 空 作 業(yè) 機(jī) 械 制 造 企 業(yè) 的 努 力 ， 已 逐 步 走 向 穩(wěn) 定 的 發(fā) 展 軌 道 。 目前，專業(yè)生產(chǎn)高空作業(yè)機(jī)械的公司比較少。近年來，由于汽車起重機(jī)銷售量下 降及市場平淡，一批汽車起重制造公司，相繼發(fā)展高空作業(yè)機(jī)械，但總計年產(chǎn)量仍不 能滿足市場需求，正處于發(fā)展時期。 撫順起重機(jī)械總廠生產(chǎn)的 CDZ32 型登高平臺消防車已出口泰國。四川長江起重機(jī) 有限責(zé)任公司研制的 QZC5120JGKS25 型高空作業(yè)車是最近推向市場的一種新產(chǎn)品。該 產(chǎn)品采用現(xiàn)代設(shè)計手段設(shè)計，填補(bǔ)了國內(nèi) 25m 伸縮臂式高空作業(yè)車的空白。盡管我國 在折疊臂式高空作業(yè)車設(shè)計制造上取得了一些成績，但是國內(nèi)生產(chǎn)制造的高空作業(yè)機(jī) 械同國外同類型高空作業(yè)機(jī)械產(chǎn)品相比仍有一定差距，主要表現(xiàn)為技術(shù)含量低、大型 的較結(jié)構(gòu)笨重、作業(yè)時未動性能差等問題。在開發(fā)研制過程中，應(yīng)采取有效措施、實 驗研究，逐項加以解決，以縮小差距。同時對目前存在的技術(shù)關(guān)鍵，有待于組織力量 攻關(guān)解決，其關(guān)鍵是電液比例操縱、微動性能問題，支腿調(diào)平技術(shù)問題，數(shù)顯微機(jī)自 動程序控制以及機(jī)電一體化問題等。 為了提高我國高空作業(yè)的生產(chǎn)水平，從目前的狀況來看應(yīng)首先從如下的幾個方面 來進(jìn)行。 1、解決工程汽車底盤問題，這樣才可使高空作業(yè)車輕便、可靠，使用上既靈活 又可承擔(dān)繁重的工作任務(wù)； 2、提高液壓元件的制造質(zhì)量，這樣就可以提高使用壽命和可靠性，相應(yīng)的也就 提高了高空作業(yè)車的質(zhì)量和性能； 3、改變高空作業(yè)車的生產(chǎn)方式，向規(guī)?；K化發(fā)展，這不但可保證質(zhì)量還可 降低成本； 4、要擴(kuò)大新型高空作業(yè)車的使用范圍，可刺激本行業(yè)的發(fā)展，并投入力量加強(qiáng) 對新產(chǎn)品的開發(fā)； 5、應(yīng)用現(xiàn)代的設(shè)計方法和手段對現(xiàn)有的產(chǎn)品進(jìn)行改造。 在目前的高空作業(yè)車的生產(chǎn)水平上，改進(jìn)高空作業(yè)車的工作性能，開發(fā)研制機(jī)動 靈活、技術(shù)含量高安全、可靠的高空作業(yè)機(jī)械具有重大的意義。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 3 1.2.2 高空作業(yè)車發(fā)展動向 高空作業(yè)車的發(fā)展主要動向是實現(xiàn)六化、三性，以提高高空作業(yè)機(jī)械的適用性。 六化:即液壓化、最優(yōu)化、輕量化、機(jī)電液一體化、通用化、系列化。 三性：可靠性、安全性和舒適性。 1.3 高空作業(yè)車的組成及功用 高空作業(yè)車是用來運送工作人員和使用器材到達(dá)指定現(xiàn)場并進(jìn)行作業(yè)的專用汽車。 高空作業(yè)車除底盤部分外，為實現(xiàn)高空作業(yè)功能，還有動力傳動裝置、工作裝置、 安全裝置及控制系統(tǒng)等。 高空作業(yè)車是用來運送工作人員和工作裝備到指定高度進(jìn)行作業(yè)的特種車輛，是 將高工作裝置安裝在汽車底盤上組成的。工作裝置包括工作臂、回轉(zhuǎn)平臺、副車架、 工作斗、液壓系統(tǒng)和操縱裝置等 2?，F(xiàn)在的高空作業(yè)裝置具有操作平順、工作穩(wěn)定、 自動調(diào)速、安全可靠等優(yōu)點，大大提高了空中作業(yè)的工作效率。高空作業(yè)車是利用汽 車底盤作為行走機(jī)構(gòu)，具有汽車的形勢通過性能，機(jī)動靈活，行駛速度高，可快速轉(zhuǎn) 移，轉(zhuǎn)移到工作場地后能迅速投入工作 3。 折疊臂式高空作業(yè)車中外觀如圖 1.1 所示。 高空作業(yè)車正常進(jìn)行作業(yè)，需要工作裝置、動力裝置與控制系統(tǒng)三部分。這三個 部分的組成及其作用分述如下： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 4 圖 1.1 高空作業(yè)車 1.3.1 工作裝置 工作裝置為實現(xiàn)高空作業(yè)車不同的運動要求而設(shè)置的。高空作業(yè)車一般設(shè)有變幅 機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、平衡機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)。依靠變幅機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實現(xiàn)載人工作斗在 兩個水平和垂直方向的移動；依靠平衡機(jī)構(gòu)實現(xiàn)工作斗和水平面之間的夾角保持不變， 依靠行走機(jī)構(gòu)實現(xiàn)轉(zhuǎn)移工作場所。 高空作業(yè)車的工作裝置包括支腿機(jī)構(gòu)、舉升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、作業(yè)平臺及其調(diào)平 機(jī)構(gòu)。 金屬結(jié)構(gòu)是高空作業(yè)車的重要組成部分。高空作業(yè)車的各工作機(jī)構(gòu)的零部件都是 安裝或支承在這些金屬結(jié)構(gòu)上的。金屬結(jié)構(gòu)是高空作業(yè)車的骨架。它承受高空作業(yè)車 的自重以及作業(yè)時的各種外載荷。組成高空作業(yè)車金屬結(jié)構(gòu)的構(gòu)件較多，其重量通常 占整機(jī)重量的一半以上，耗鋼量大。因此，高空作業(yè)車金屬結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計，對減輕 高空作業(yè)車自重，提高作業(yè)性能，節(jié)約鋼材，提高高空作業(yè)車的可靠性都有重要意義。 支腿機(jī)構(gòu)是大多數(shù)高空作業(yè)車所必備的工作裝置，目前均采用液壓支腿。這類裝 置時從外接動力驅(qū)動液壓泵，通過控制閥把液壓泵產(chǎn)生的液壓油供給液壓支腿的工作 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 缸，實現(xiàn)支腿伸縮。在作業(yè)車的兩側(cè)，一般備有操縱機(jī)構(gòu)，可以使前、后、左、右四 個液壓支腿單獨的伸出或縮回，所以即使在不平整或者傾斜的地面上，也能把車體調(diào) 整到水平狀態(tài)，安全作業(yè)。 舉升機(jī)構(gòu)的作用是實現(xiàn)作業(yè)平臺的升降和變幅，變幅是指改變工作斗到回轉(zhuǎn)中心 軸線之間的距離，這個距離稱為幅度。其結(jié)構(gòu)型式有垂直升降式和動臂式。 垂直升降式舉升機(jī)構(gòu)按轉(zhuǎn)動方式，可分為液壓傳動和機(jī)械傳動；按其結(jié)構(gòu)分交叉 剪刀式和套筒式交叉見導(dǎo)師是按交叉布置，鉸接成剪刀形的連桿框架結(jié)構(gòu)，當(dāng)改變連 桿交叉的角度就可以實現(xiàn)升降運動。套筒有桁架式、箱式和圓筒式等型式，通過多節(jié) 套筒的伸縮完成升降運動，驅(qū)動方式也可以采用液壓傳動和鋼絲滑輪傳動，垂直升降 式舉升機(jī)構(gòu)作業(yè)高度有限，工作范圍小，但作業(yè)平臺較大，且支撐穩(wěn)定。 動臂式舉升機(jī)構(gòu)可以分為伸縮臂式或直臂式、折疊式或者曲臂式、伸縮和折疊混 合組成的混合臂式等三種型式。伸縮臂式是由多節(jié)套裝、可伸縮的箱形臂結(jié)構(gòu)，包括 基本臂和伸縮臂兩部分。伸縮臂可以一節(jié)或多節(jié)，各節(jié)間裝有液壓缸，液壓缸工作是， 各節(jié)臂可以伸縮，從而改變臂架的長度。整個臂架系統(tǒng)職稱在液壓缸底部的鉸支座和 變幅液壓缸的兩端，通過變幅液壓缸的伸縮實現(xiàn)臂架擺動，從而達(dá)到變幅和升降的目 的，這種型式的最大作業(yè)高度可達(dá)6080m。折臂式是由多節(jié)箱型臂折疊而成，一般 采用23節(jié)折疊臂組成，折疊方式可分為上折式和下折式兩種，各節(jié)臂的折疊和展開 都是由各節(jié)液壓缸完成，這種型式的舉升機(jī)構(gòu)可以完成一定高度和幅度的作業(yè)，還可 以完成地平面以下空間的作業(yè)。混合臂式舉升機(jī)構(gòu)是由折疊臂式和伸縮式混合組成， 這種型式組合上訴兩種舉升機(jī)構(gòu)的優(yōu)點，使這種型式的舉升機(jī)構(gòu)具有更大的作業(yè)空間。 高空作業(yè)車變幅是指改變工作斗到回轉(zhuǎn)中心軸線之間的距離，這個距離稱為幅度。 變幅機(jī)構(gòu)擴(kuò)大了高空作業(yè)車的作業(yè)范圍，由垂直上下的直線作業(yè)范圍擴(kuò)大為一個面的 作業(yè)范圍。高空作業(yè)車變幅機(jī)構(gòu)一般采用液壓油缸變幅。高空作業(yè)車的一部分（一般 指上車部分或回轉(zhuǎn)部分）相對于另一部分（一般指下車部分或非回轉(zhuǎn)部分）做相對的 旋轉(zhuǎn)運動稱為回轉(zhuǎn)。為實現(xiàn)高空作業(yè)車的回轉(zhuǎn)運動而設(shè)置的機(jī)構(gòu)稱為回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。它是 由液壓馬達(dá)經(jīng)減速器將動力傳遞到回轉(zhuǎn)小齒輪上，小齒輪既作自轉(zhuǎn)又作沿著固定在底 架上的回轉(zhuǎn)支承大齒圈公轉(zhuǎn)，從而帶動整個上車部分回轉(zhuǎn)。有了回轉(zhuǎn)運動，從而使高 空作業(yè)車從面作業(yè)范圍又?jǐn)U大為一定空間的作業(yè)范圍。高空作業(yè)車在工作臂起伏時， 工作斗與水平面夾角必須保持相對穩(wěn)定，才能保證工作人員正常工作。平衡機(jī)構(gòu)就是 為了實現(xiàn)這一功能。對于伸縮臂或混合臂型式的高空作業(yè)車，通常有自重平衡、液壓 伺服缸平衡、電液平衡幾種方式。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 6 高空作業(yè)車的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)一般采用全回轉(zhuǎn)式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，一般是由液壓馬達(dá)帶動具有 減速作用的機(jī)械回轉(zhuǎn)裝置旋動?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)部分和作業(yè)平臺均安裝在回轉(zhuǎn)支撐轉(zhuǎn) 臺上。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的機(jī)械傳動型式有蝸桿渦輪傳動、行星齒輪傳動等。 高空作業(yè)車的行走機(jī)構(gòu)就是通用或?qū)Ｓ闷嚨妆P。 工作臂、回轉(zhuǎn)平臺、副車架（車架大梁，門架、支腿等），金屬結(jié)構(gòu)是高空作業(yè) 車的重要組成部分。高空作業(yè)車的各工作機(jī)構(gòu)的零部件都是安裝或支承在這些金屬結(jié) 構(gòu)上的。金屬結(jié)構(gòu)是高空作業(yè)車的骨架。它承受高空作業(yè)車的自重以及作業(yè)時的各種 外載荷。組成高空作業(yè)車金屬結(jié)構(gòu)的構(gòu)件較多，其重量通常占整機(jī)重量的一半以上， 耗鋼量大。因此，高空作業(yè)車金屬結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計，對減輕高空作業(yè)車自重，提高作 業(yè)性能，節(jié)約鋼材，提高高空作業(yè)車的可靠性都有重要意義。 1.3.2 動力裝置 動力裝置是高空作業(yè)車的動力源。由于高空作業(yè)車采用汽車底盤作為行走機(jī)構(gòu)， 通常不再另外設(shè)置動力源，而是直接采用汽車底盤發(fā)動機(jī)作為整車的動力源。路燈安 裝裝置需要的功率不大，一般約 1020KW，而載重汽車底盤發(fā)動機(jī)的功率根據(jù)載重 量不同從 50KW 一直到 150KW 以上，且 高空作業(yè)車工作時不允許底盤行駛，因 此底盤發(fā)動機(jī)的動力足以保證高空作業(yè)車工作裝置工作。因為高空作業(yè)車工作裝置需 要功率不大，通常高空作業(yè)車采用變速箱取力方式，通過安裝在底盤變速箱側(cè)面的取 力器取出發(fā)動機(jī)的動力，并驅(qū)動液壓油泵向高空作業(yè)裝置供油。取力系統(tǒng)中還設(shè)置控 制裝置，在底盤行駛時，取力器沒有輸出，液壓油泵不工作，需要進(jìn)行高空作業(yè)時， 取力器輸出，油泵工作。 1.4 設(shè)計目標(biāo)和主要設(shè)計內(nèi)容 本設(shè)計目標(biāo)是設(shè)計一種最大舉升高度為 15m，舉升質(zhì)量 400Kg 的高空作業(yè)車。 本設(shè)計的主要研究內(nèi)容有：支腿機(jī)構(gòu)設(shè)計、舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計以及整車的 整體布置。 主要解決的問題有：二類底盤的選擇、高空作業(yè)車的總體布置、工作裝置的設(shè)計、 整車性能計算。 設(shè)計技術(shù)路線安排如下： 1、方案設(shè)計與分析； 2、二類底盤選型； 3、總體布置設(shè)計； 4、工作裝置設(shè)計； 5、高空作業(yè)車穩(wěn)定性能計算。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 7 第 2 章 高空作業(yè)車總體布置 2.1 高空作業(yè)車底盤的選擇 2.1.1 二類底盤選擇依據(jù) 根據(jù)我國目前生產(chǎn)的各類型專用車輛的基本模式，大多是為了滿足國民經(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型底盤的基礎(chǔ)上，進(jìn)行車身及工 作裝置的設(shè)計，與此同時對底盤各總成的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行局部的更改設(shè)計與合理匹配， 以達(dá)到滿足使用需求的較為理想的整車性能 11。 因此，專用汽車性能的好壞直接取決于專用汽車底盤的好壞，通常專用車輛所采 用的基本底盤按結(jié)構(gòu)分可分為二、三、四類底盤。二類底盤是在整車基礎(chǔ)上去掉貨廂， 三類底盤是從整車上去掉駕駛室與貨廂，四類底盤是在三類底盤的上去掉車架總成剩 下的散件。 汽車底盤的選擇主要是根據(jù)專用汽車的類型、用途、裝載質(zhì)量、使用條件、專用 汽車的性能指標(biāo)、專用設(shè)備或裝置的外形、尺寸、動力匹配等決定，目前，幾乎 80% 以上的專用車輛采用二類底盤進(jìn)行改裝設(shè)計。采用二類汽車底盤進(jìn)行改裝設(shè)計工作重 點是整車總體布置和工作裝置設(shè)計，對底盤僅作性能適應(yīng)性分析和必要的強(qiáng)度校核， 以確保改裝后的整車性能基本與原車接近。 2.1.2 選擇二類底盤要求 在汽車底盤選型方面，一般應(yīng)滿足下述要求： 1、適用性 對于專用改裝車底盤應(yīng)適用于專用汽車特殊功能的要求，并以此為主要目標(biāo)進(jìn)行 改裝造型設(shè)計。 2、可靠性 所選用汽車底盤要求工作可靠，出現(xiàn)故障的幾率少，零部件要有足夠的強(qiáng)度和壽 命。且同一車型各總成零部件的壽命應(yīng)趨于平衡。 3、先進(jìn)性 應(yīng)使用整車在動力性、經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性、行駛平順性及通過性等基本性能指 標(biāo)和功能方面達(dá)到同類車型的先進(jìn)水平的汽車底盤。而且在專用性能上要滿足國家或 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 8 4、方便性 所選用的底盤要求便于安裝、檢查保養(yǎng)和維修，處理好結(jié)構(gòu)緊湊與裝配調(diào)試空間 合理的矛盾。 在選用底盤時，除了上述因素外，還有以下兩個和重要的方面，一是汽車底盤價 格，它是專用汽車購置成本中很大的部分，一定要考慮到用戶可以接受。這也涉及到 專用汽車產(chǎn)品能否很快的占有市場，企業(yè)能否增加效益問題。二是汽車底盤供貨要有 來源，所選用的底盤在市場上必須具有一定的保有量。 表 2.1 JX1060TSG23 底盤參數(shù) 江鈴 15 米三節(jié)臂高空作業(yè)車主要技術(shù)型號參數(shù)介紹 江鈴 15 米三節(jié)臂高空作業(yè)車 主要技術(shù)參數(shù) 產(chǎn)品名稱： 江鈴 15 米三節(jié)臂高空作業(yè)車 外型尺寸： 724019502995(mm) 底盤型號： JX1060TSG23 貨廂尺寸： (mm) 總質(zhì)量： 5615(Kg) 接近/離去角： 27/14() 額定質(zhì)量： (Kg) 前懸后懸： 1015/1855(mm) 整備質(zhì)量： 5290(Kg) 最高車速： 95(km/h) 發(fā)動機(jī)： JX493ZLQ3，JX493ZLQ3A 排量： 2771，2771(ml) 功率： 85，75(kw) 生產(chǎn)廠家： 江鈴汽車股份有限公司，江鈴汽車股份有限公司 排放標(biāo)準(zhǔn)： GB17691-2005 國, GB3847-2005 軸數(shù)： 2 前輪距： 1385/1425(mm) 軸距： 3360 后輪距： 1425(mm) 輪胎數(shù)： 6 輪胎規(guī)格： 7.00R16LT 燃料種類： 柴油 彈簧片數(shù)： 7/5+5 軸荷： 1960/3655 駕駛室乘人數(shù)： 2+3 整車備注： 前伸 750mm,后伸 260mm. 專用性能： 1、我公司生產(chǎn)的高空作業(yè)車關(guān)鍵件靠性高，性能優(yōu)良，使用壽命長。 2、隨車安裝四個液壓支腿，以保證整車在操作時的穩(wěn)定性與安全性。 3、高空作業(yè)車支腿與工作臂互鎖，防止誤操作過位。支腿跨距大，穩(wěn)定性好，可同時或 單獨操作。 4、具有限位功能，危險工況報警，安全性能卓越。 5、我公司生產(chǎn)的高空作業(yè)車可雙向 360連續(xù)回轉(zhuǎn)。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 9 目前國內(nèi)市場上底盤的種類多、品種全，因為解放和東風(fēng)系列底盤性能好，價格 便宜，市場保有量大，在載重量圍 910t 的中型汽車，選用的底盤多為解放和東風(fēng)系 列的產(chǎn)品。東風(fēng)汽車有限公司生產(chǎn)的 JX1060TSG23 系列二類底盤是東風(fēng)汽車有限公 司長頭九噸底盤，采用東風(fēng)汽車有限公司成熟總成，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，各總成匹配合理， 通用性強(qiáng)。表 3.1 為 JX1060TSG23 底盤的部分參數(shù)列表。市場價格經(jīng)濟(jì)和在市場上 的占有率高，因此，JX1060TSG23 底盤是最佳選擇，適合于高空作業(yè)車車改裝設(shè)計， 所以選擇 JX1060TSG23 底盤作為本次設(shè)計汽車所用底盤。 2.2 總體尺寸和主要參數(shù)確定 2.2.1 尺寸參數(shù)的確定 高空作業(yè)車都是在二類底盤的基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝而成，主要尺寸參數(shù)原則上應(yīng)與原 車底盤尺寸相同，保證性能參數(shù)與原車基本保持不變。只有整車的高度由于舉升機(jī)構(gòu) 高于車頭的頂部，所以整車的高度會有所增加。 2.2.2 質(zhì)量參數(shù)的確定 1、 額定裝載質(zhì)量 me 對于作業(yè)型專用汽車，如起重舉升汽車、高空作業(yè)車等，總質(zhì)量主要由改裝后的 汽車底盤質(zhì)量和專用工作裝置質(zhì)量確定，無需考慮裝載質(zhì)量 10。 2、 整車整備質(zhì)量 m0 整車整備質(zhì)量是指專用汽車帶有全部工作裝置及底盤所有的附屬設(shè)備，加滿油和 水，但未載人和載貨時整車質(zhì)量。參考同類高空作業(yè)車的整車整備質(zhì)量 m0，在此基 礎(chǔ)上在增加工作裝置的質(zhì)量，便可估算高空作業(yè)車的整車整備質(zhì)量 m0。 高空作業(yè)車的整車整備質(zhì)量約為： kg (2.1) 4650130m 式中：底盤整備質(zhì)量3000kg，工作裝置質(zhì)量1650kg 2.2.3 總質(zhì)量 ma 所謂總質(zhì)量是指專用汽車整備齊全，滿載（規(guī)定值）貨物及乘員時的質(zhì)量。 總質(zhì)量計算公式為： kg (2.2)485364500pa 式中：m p乘員質(zhì)量（kg） ，按每人 65kg 計。 2.2.4 高空作業(yè)車平臺作業(yè)工作狀態(tài)圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 10 圖 2.2 表示的是高空作業(yè)車的舉升高度和水平作業(yè)范圍，此設(shè)計的最大作業(yè)高度 為 12m，轉(zhuǎn)臺可以進(jìn)行 360旋轉(zhuǎn)，可以進(jìn)行大范圍的作業(yè)，并且可以越過障礙物進(jìn) 行路燈的安裝維修工作。工作臺部分的最大載荷為 400kg，并可以保持水平狀態(tài)。 圖 2.2 高空作業(yè)車平臺作業(yè)工作狀態(tài)圖 2.3 主要機(jī)構(gòu)簡述 1、高空作業(yè)工作臂 高空作業(yè)工作臂包括上臂和下臂。行使?fàn)顟B(tài)時，兩節(jié)工作臂折疊在一起，進(jìn)行高 空作業(yè)時，兩節(jié)工作臂分別有上下臂油缸舉升至一定高度，將工作人員送至工作位置。 上臂和下臂、下臂和轉(zhuǎn)臺鉸接處均設(shè)有專門的滑動軸承，保證工作臂轉(zhuǎn)動時阻力小， 運動平穩(wěn)。 2、工作平臺 工作平臺的作用是將高空作業(yè)人員和必要的工具送至空中，并作為工作人員空中 作業(yè)的場所。本高空作業(yè)車的工作平臺采用鋼管焊接框架結(jié)構(gòu)，周圍設(shè)有護(hù)攔，右側(cè) 護(hù)攔開有側(cè)門，方便人員進(jìn)出，平臺底版采用防滑的花紋鋁板，平臺周圈下部設(shè)有護(hù) 圍，防止工具或其它物品掉落。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 11 3、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)、回轉(zhuǎn)減速機(jī)以及回轉(zhuǎn)小齒輪、回轉(zhuǎn)支承等組成。進(jìn)行回轉(zhuǎn) 時，液壓馬達(dá)輸出動力，通過回轉(zhuǎn)減速機(jī)減速后帶動輸出軸上的小齒輪旋轉(zhuǎn)，小齒輪 與回轉(zhuǎn)支承的的齒圈嚙合，由于回轉(zhuǎn)支承的齒圈與車架剛性連接，因而回轉(zhuǎn)減速機(jī)帶 動與之相連的轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)。 4、起升機(jī)構(gòu) 起升機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)和起升減速機(jī)組成。其工作原理是：起升液壓馬達(dá)驅(qū)動 起升減速機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動滾筒將鋼絲繩收進(jìn)或放出，實現(xiàn)重物的提升和下降。 5、動力系統(tǒng) 高空作業(yè)車的動力源為底盤發(fā)動機(jī)，其動力由取力器從底盤變速箱取出。取力器 和變速箱之間的動力傳遞由機(jī)械式操縱系統(tǒng)控制，平時取力器與變速箱取力齒輪處于 斷開狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)行高空作業(yè)或起重作業(yè)時，操縱拉桿使取力器的滑移齒輪與變速箱的 輸出取力齒輪嚙合，取力器輸出軸帶動油泵工作，從而將發(fā)動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)為液壓能， 為系統(tǒng)提供動力。 6、中心回轉(zhuǎn)接頭 中心回轉(zhuǎn)接頭由導(dǎo)電滑環(huán)、液壓滑環(huán)兩部分組成，它的作業(yè)是當(dāng)作業(yè)車進(jìn)行回轉(zhuǎn) 動作時，作業(yè)車轉(zhuǎn)動部分與固定部分的電路及液壓油路始終保持暢通。 7、液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)采用定量齒輪泵供油，系統(tǒng)工作壓力為 16MPa，油路中設(shè)有安全溢流 閥，保證系統(tǒng)安全。 液壓系統(tǒng)通過電液比例流量閥對工作臂油缸、回轉(zhuǎn)馬達(dá)和卷揚馬達(dá)供油，供油量 大小由比例閥控制，輸出流量與負(fù)荷變化無關(guān)，可使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的工作速度，并且 能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)速。系統(tǒng)工作壓力由溢流閥調(diào)定。 支腿的收放由下車多路換向閥控制，下車多路換向閥可對各支腿的進(jìn)回油油路分 別控制，因此各支腿的伸縮量均可單獨調(diào)節(jié)，使作業(yè)車能夠適應(yīng)不同的路面狀況。 為了增加液壓系統(tǒng)的安全性，在下車附設(shè)了手動泵作為應(yīng)急液壓源，當(dāng)主動力源 發(fā)生故障時，可用手動泵壓桿操縱手動泵收回工作臂。 2.4 本章小結(jié) 本章的主要任務(wù)就是確定高空作業(yè)車的總體參數(shù)以及二類底盤的選擇。首先根據(jù)實際 數(shù)據(jù)估算出高空作業(yè)車的總體參數(shù)，然后通過查閱資料將 JX1060TSG23 這種底盤的 參數(shù)進(jìn)行分析，從而選擇了 JX1060TSG23 底盤，將利用這一底盤實現(xiàn)本次的設(shè)計內(nèi) 容。另外還對高空作業(yè)車的主要機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡述。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 12 第 3 章 高空作業(yè)車總體設(shè)計 高空作業(yè)車由動力傳動裝置、工作裝置（支腿機(jī)構(gòu)、舉升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、作業(yè) 平臺及調(diào)平機(jī)構(gòu)）和控制系統(tǒng)等組成。 本章主要對高空作業(yè)車的各個機(jī)構(gòu)的方案進(jìn)行分析。 3.1 工作裝置設(shè)計與分析 高空作業(yè)車的工作裝置包括支腿機(jī)構(gòu)、舉升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、作業(yè)平臺及調(diào)平機(jī) 構(gòu)、操作及安全保護(hù)裝置等。 3.1.1 舉升機(jī)構(gòu) 舉升機(jī)構(gòu)的作用是實現(xiàn)作業(yè)平臺的升降和變幅，其結(jié)構(gòu)型式有交叉剪刀式、套筒 式、伸縮臂式和折疊臂式 5。 1、交叉剪刀式舉升機(jī)構(gòu) 交叉剪刀式舉升機(jī)構(gòu)是按交叉布置，鉸接成剪刀型的連桿框架結(jié)構(gòu)。當(dāng)改變連桿 交叉的角度時即實現(xiàn)升降運動，如圖 3.1（c）所示。連桿交叉角度的改變，可通過液 壓油缸活塞桿的伸縮或鋼絲繩的收放來實現(xiàn)。這種舉升機(jī)構(gòu)能完成較低高度的作業(yè)， 工作平穩(wěn)，作業(yè)平臺較大，被廣泛的應(yīng)用于飛機(jī)、船舶制造、室內(nèi)維修、清潔電車線 路維修等作業(yè)場地。但是，這種作業(yè)車越障能力差、工作范圍小。 2、套筒式舉升機(jī)構(gòu) 套筒式舉升機(jī)構(gòu)通過多節(jié)套筒的伸縮完成升降運動，如圖 3.1（d）所示。驅(qū)動方 式也可采用液壓傳動或鋼絲繩滑輪傳動，這種垂直升降式舉升機(jī)構(gòu)作業(yè)高度有限，工 作范圍小，但作業(yè)車平臺較大，且支撐穩(wěn)定。 (a) 伸縮式 (b) 折疊式 (c) 交叉剪式 (d) 套筒式 圖 3.1 高空作業(yè)車的結(jié)構(gòu)簡圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 13 3、伸縮臂式舉升機(jī)構(gòu) 伸縮臂式舉升機(jī)構(gòu)由多節(jié)套裝、可伸縮的箱型臂構(gòu)成，如圖 3.1（a）所示。它包 括基本臂和伸縮臂兩部分。伸縮臂可為一節(jié)或多節(jié)，各節(jié)間裝有液壓缸。液壓缸工作 時，各節(jié)臂在液壓缸活塞桿的推動下可沿導(dǎo)向元件（滑塊）上、下滑動，從而改變臂 架的長度。整個臂架系統(tǒng)支承在液壓缸底部的鉸支座和變幅液壓缸的兩端。通過變幅 液壓缸活塞桿的伸縮實現(xiàn)臂架擺動，從而達(dá)到變幅與升降的目的。這種型式的臂架其 最大作業(yè)高度可達(dá) 6080 米。由于伸縮臂式舉升機(jī)構(gòu)可獲得較大的作業(yè)高度和變幅， 因此，被廣泛的應(yīng)用于各種高空作業(yè)車上。但是，這種作業(yè)車的越障能力差。 4、折疊臂式舉升機(jī)構(gòu) 折疊臂式舉升機(jī)構(gòu)由多節(jié)箱形臂折疊而成，如圖 3.1（b）所示。這種型式一般采 用 23 節(jié)折疊臂組成。其折疊的方式可分為上折式和下折式兩種。各節(jié)臂的折疊和展 開運動由各節(jié)間液壓缸完成。這種型式的舉升機(jī)構(gòu)可完成一定高度和幅度的作業(yè)，另 外，下折式還可完成地平面以下的空間作業(yè)（如立交橋下橋梁的維修與裝飾） ，擴(kuò)大 了高空作業(yè)車的作業(yè)范圍。由于折疊臂式舉升機(jī)構(gòu)具有靈活多樣、適應(yīng)性好、越障能 力強(qiáng)等優(yōu)點，所以，應(yīng)用非常廣泛 11。 綜上所述，結(jié)合本設(shè)計的技術(shù)要求，采用折疊臂式舉升機(jī)構(gòu)較交叉剪刀式和套筒 式的工作范圍大、越障能力好，且折疊式舉升機(jī)構(gòu)較伸縮臂式舉升機(jī)構(gòu)來說具有靈活 多樣、適應(yīng)性好、越障能力強(qiáng)等優(yōu)點。所以高空作業(yè)車的舉升機(jī)構(gòu)選定為折疊式舉升 機(jī)構(gòu)，其折疊臂數(shù)目為兩個，如圖 3.1（b）所示。 3.1.2 支腿機(jī)構(gòu) 支腿機(jī)構(gòu)是大多數(shù)高空作業(yè)車所必備的工作裝置，目前均采用液壓支腿。這類裝 置是利用從汽車發(fā)動機(jī)取出的動力來驅(qū)動液壓泵，通過控制閥把液壓泵產(chǎn)生的液壓油 供給液壓支腿的工作缸，實現(xiàn)支腿伸縮。其優(yōu)點是操作簡單，動作迅速 5。 液壓式支腿按數(shù)量來分有雙支腿和四支腿兩種。雙支腿的兩個支腳布置在起重裝 置下的車體兩側(cè)，起支撐點只有兩個，因而支撐能力低，穩(wěn)定性差。 1、單缸雙支腿 是用一個雙作用液壓缸來驅(qū)動兩側(cè)支腿伸縮的。這種支腿結(jié)構(gòu)簡單，操作方便， 但液壓缸行程長，且是浮置于箱形長槽內(nèi)，動作慢，強(qiáng)度差，一般較少采用。 2、雙缸雙支腿 其各支腿均由單獨的液壓缸驅(qū)動，其具有結(jié)構(gòu)緊湊，動作迅速，制成效能高等特 點。 3、四支腿 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 14 其中兩個支腿安裝在汽車的后部，另兩個支腿安裝在前后輪之間。在作業(yè)車的兩 側(cè)，一般具有操縱桿，可使前、后、左、右 4 個液壓支腿單獨地伸出或縮回，所以即 使在不平整或傾斜的地面上，也能把車調(diào)整到水平狀態(tài)，提高了整車作業(yè)時的穩(wěn)定性。 液壓支腿按其結(jié)構(gòu)形式又可分為：蛙式支腿、H 式支腿和 X 式支腿。 4、蛙式支腿 圖 2.2 為一種蛙式支腿的結(jié)構(gòu)示意圖，支腿的伸縮動作由一個液壓缸完成。在運 動過程中，支腿除有垂直位移 y 外，在接地過程中還有水平位移 x（如圖 3.3） 。這 種支腿結(jié)構(gòu)簡單，液壓缸數(shù)少，一支腿一液壓缸，結(jié)構(gòu)質(zhì)量小。但支腿在伸出過程中 受搖臂尺寸的限制，支腿的跨距（圖 2.3 的 2a）不能很大，調(diào)平性能較差，且在支反 力變化過程中有爬移現(xiàn)象。 圖 3.2 蛙式支腿 圖 3.3 蛙式支腿的運動示意圖 5、H 式支腿 如圖 3.4 所示，這種形式的支腿對地面適應(yīng)性好，易于調(diào)平，且在支反力變化過 程中無爬移現(xiàn)象，是高空作業(yè)車較理想的支腿形式。H 式支腿由兩個液壓缸驅(qū)動即水 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 15 平推力液壓缸和垂直的支撐液壓缸。這種支腿形式的穩(wěn)定性良好。 圖 3.4 H 式支腿 6、X 式支腿 如圖 3.5 所示，這種支腿的垂直液壓缸作用在伸縮腿的中間，當(dāng)推力液壓缸將腿 伸出后，垂直支撐液壓缸將支腿壓向地面，使輪胎離地如圖 3.5(a)所示,四個伸縮腿 是同步工作的，而垂直液壓缸可同時頂升，也可單獨工作，以便對車架進(jìn)行調(diào)平。由 于 X 式支腿的垂直支撐液壓缸作用在橫梁的中間，而橫梁又直接支撐在地面上，這 就比 H 式支腿更加穩(wěn)定。但 X 式支腿離地間隙較小，在伸支腿的接地過程中有水平 位移運動，從而加大了液壓缸的推力，液壓缸易損壞 10。 綜上所述，H 型支腿穩(wěn)定性較蛙式支腿好，雖然 X 型支腿的穩(wěn)定性比 H 型支腿 更好，但 X 型支腿的離地間隙比 H 型支腿小。因此，高空作業(yè)車的支腿機(jī)構(gòu)選擇 H 型支腿，如圖 3.5 所示。 （a） (b) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 16 圖 3.5 X 式支腿 3.1.3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是由回轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)兩部分構(gòu)成的。回轉(zhuǎn)平臺，俗稱為轉(zhuǎn) 臺，它是構(gòu)成輪式全回轉(zhuǎn)起重機(jī)的三大承載結(jié)構(gòu)件之一。常見的轉(zhuǎn)臺形式有:框架式、 單板加肋式、單墻大箱式、箱形立板式和箱形積木式等。轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)為高空作業(yè)車組成 的重要組成部分,屬于金屬結(jié)構(gòu)部分在設(shè)計的過程中要綜合考慮轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)大小、轉(zhuǎn) 臺的選材、以及轉(zhuǎn)臺受到的力的大小 6 7。 根據(jù)驅(qū)動裝置的不同，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可分為：機(jī)械驅(qū)動式、電力驅(qū)動式和液壓驅(qū)動式。 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)盤式，其中轉(zhuǎn)盤 式是一種較常用的形式。 轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)支撐裝置又可分為兩種：支撐滾輪式和滾動軸承式。支撐滾輪式回轉(zhuǎn) 支撐裝置增大了轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)裝置的高度，且質(zhì)量增加，成本增大；滾動軸承式回轉(zhuǎn)支撐 裝置是目前應(yīng)用最多的一種，它是在普通滾動軸承的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，結(jié)構(gòu)上相當(dāng) 于放大了的滾動軸承。其優(yōu)點是回轉(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，可以降低整車的質(zhì)心，從而增大了汽車的穩(wěn)定性 6 7。 滾動軸承式回轉(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 如圖 3.6 所示，單排球轉(zhuǎn)盤多數(shù)是由內(nèi)外座圈組合成一個整體的滾道，其滾道是 圓弧形曲面，是最簡單的一種回轉(zhuǎn)支撐裝置，球和導(dǎo)向體從內(nèi)圈或外圈的圓孔中裝進(jìn) 滾道里，然后將裝配孔堵塞。這種回轉(zhuǎn)支撐裝置的優(yōu)點是：質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、成本 較低，但其承載能力小，故應(yīng)用不多。 2、雙排滾球式轉(zhuǎn)盤 如圖 3.7 所示，主要由上、下雙排球體、內(nèi)、外座圈、間隔體和潤滑密封裝置等 組成。上、下球體均排列在一整體的內(nèi)（或外）座圈內(nèi)。雙排球轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)支撐裝置比 同樣大小和相同數(shù)目的單排球轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)支撐裝置的承載能力要大得多。 3、交叉滾柱式轉(zhuǎn)盤 如圖 3.8 所示，滾子的接觸角一般為 45，相鄰的滾子軸線交叉排列，即相鄰的 兩圓柱滾子軸線成 90交叉。這不但使回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)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)盤相比，這種滾道是平面，加工工藝比較簡單，容易達(dá) 到加工要求。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 17 4、高承載能力轉(zhuǎn)盤 在一些大型的起重舉升專用汽車中，可用雙排、多排的滾球或滾柱式回轉(zhuǎn)支撐裝 置。 (a) 外齒式 (b) 內(nèi)齒式 圖 3.6 單排球轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu) (a) 外齒式 (b) 內(nèi)齒式 圖 3.7 雙排球轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu) (a) 外齒式 (b) 內(nèi)齒式 圖 3.8 交叉圓柱滾子轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu) 以上通過對各種回轉(zhuǎn)支撐裝置的結(jié)構(gòu)特點、承載能力、加工性能以及應(yīng)用情況等 的分析，最后確定高空作業(yè)車回轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)選擇交叉滾柱式。 3.1.4 作業(yè)平臺及調(diào)平機(jī)構(gòu) 舉升機(jī)構(gòu)的端部連接作業(yè)平臺，它是用于載人或器材的基本構(gòu)件。為了保證作業(yè) 人員安全工作和防止器材掉落，各國對作業(yè)平臺的結(jié)構(gòu)和性能提出了明確的要求。如 平臺的護(hù)欄高度、平臺寬度、平臺的防滑表面、平臺上的安全帶及短索的結(jié)點等 7。 為了使作業(yè)平臺的底平面在作業(yè)過程中始終保持水平，高空作業(yè)車上裝有式作業(yè) 平臺保持水平的自動調(diào)平機(jī)構(gòu)，主要有以下四種： 1、重力（自重）式調(diào)平機(jī)構(gòu) 如圖 3.9（a）所示。其原理是將作業(yè)臂的頂端與作業(yè)平臺質(zhì)心鉛垂線上的一點鉸 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 18 接，這樣使工作臂無論作什么運動、作業(yè)平臺始終處于鉛錘狀態(tài)，其底平面能保持水 平位置。但是這種機(jī)構(gòu)在舉升過程中由于慣性力的作用及作業(yè)人員的質(zhì)心不能與作業(yè) 平臺的質(zhì)心完全重合。使作業(yè)平臺出現(xiàn)偏移和偏擺，減少了安全感，這種機(jī)構(gòu)已很少 采用。 2、平行四桿調(diào)平機(jī)構(gòu) 如圖 3.9（b）所示，是常采用的機(jī)械式結(jié)構(gòu)。其原理是當(dāng)上、下折臂同時或分別 作起伏運動時，兩套四桿機(jī)構(gòu)中的連桿 、 、 始終保持平行，使與連桿 ef 相abcdef 鉸接的作業(yè)平臺的底面在舉升過程中總處于水平。這種調(diào)平機(jī)構(gòu)用于折疊式動臂。其 平衡精確，制造簡單，工作可靠，使用非常廣泛。 3、機(jī)液組合式等容積液壓缸調(diào)平機(jī)構(gòu) 如圖 3.9（c）所示。其原理是主調(diào)液壓缸 5 與副調(diào)液壓缸 2 的結(jié)構(gòu)、大小、容積 完全相同，在作業(yè)前兩液壓缸充滿壓力油，且兩液壓缸的有桿腔和無桿腔分別相連， 使兩缸形成一個封閉回路。當(dāng)作業(yè)臂受變幅液壓缸作用時，會帶動主調(diào)液壓缸 5 的活 塞桿伸縮，與此同時，和液壓缸 5 形成封閉回路的液壓缸 2 的活塞桿則產(chǎn)生相應(yīng)的伸 縮運動。當(dāng)滿足 ad 和 bf、 ad 和 ae、bf 和 bg 始終相等時，無論作業(yè)臂處于何種狀態(tài)， 都能保持作業(yè)平臺底面處在水平位置。這種機(jī)構(gòu)一般用于伸縮式動臂。 4、電液伺服調(diào)平機(jī)構(gòu) 它的工作原理是在作業(yè)臂的頂端與作業(yè)平臺之間，通過重力元件獲得信號，再由 電磁閥根據(jù)電信號控制液壓油缸工作，使作業(yè)平臺自動保持平衡。圖 3.10 為一種電 液伺服調(diào)平系統(tǒng)原理圖。 綜上所述，重力式調(diào)平機(jī)構(gòu)安全性能太差，不宜應(yīng)用；等容積液壓缸調(diào)平機(jī)構(gòu)一 般只應(yīng)用于伸縮式舉升機(jī)構(gòu)；電液伺服調(diào)平機(jī)構(gòu)實現(xiàn)起來比較困難。由于以上原因 作業(yè)平臺及調(diào)平機(jī)構(gòu)選定為平行四桿調(diào)平機(jī)構(gòu)，如圖 3.9(b)所示。 3.1.5 操作及安全防護(hù)裝置 為了使舉升機(jī)構(gòu)能停在任意位置，并防止工作平臺自由或超速下落，必須在液壓 系統(tǒng)中安裝平衡閥。 為使支腿垂直液壓缸在移動的過程中能在任意位置上停止，并防止停止后在外力 的作用下發(fā)生位移，導(dǎo)致事故發(fā)生，應(yīng)在支腿液壓缸的進(jìn)回油路上設(shè)有雙向液壓鎖。 高空作業(yè)車應(yīng)配備緊急停止裝置，并安裝在操作者的應(yīng)急位置。發(fā)生錯誤操作時， 該裝置應(yīng)能有效的排除由此產(chǎn)生的故障和危險，保護(hù)高空作業(yè)車和各機(jī)構(gòu)的安全 8。 在公路上進(jìn)行作業(yè)的高空作業(yè)車，若車上的動力傳動裝置出現(xiàn)故障，而工作人員 又困在高空作業(yè)平臺上，無法排除故障，可能發(fā)生阻礙道路交通的事故。因此，高空 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 19 作業(yè)車必須設(shè)置輔助下降裝置，中小型高空作業(yè)車采用手動泵人工輔助下降。 折疊式高空作業(yè)車為防止作業(yè)平臺翻轉(zhuǎn)，則規(guī)定下臂處于接近水平狀態(tài)時，上臂 與水平面的夾角不允許超過 78。為此，在高空作業(yè)車上設(shè)置了限位行程開關(guān)，只要 發(fā)生超過上述規(guī)定的情況，行程立即斷電，液壓油卸荷，阻止上臂與水平面的夾角超 過規(guī)定值。同時，蜂鳴器報警，提醒操作人員注意，防止事故發(fā)生。 (a) 重力（自重）式調(diào)平機(jī)構(gòu) (b) 四桿調(diào)平機(jī)構(gòu) (c) 等容積液壓缸調(diào)平機(jī)構(gòu) 圖 3.9 作業(yè)斗的平衡機(jī)構(gòu) 3.2 動力傳動裝置設(shè)計與分析 3.2.1 設(shè)計要求 動力傳動裝置包括高空作業(yè)車各工作裝置的動力傳動部分，其設(shè)計要求如下： 1、對作業(yè)功能，在規(guī)定的載荷范圍內(nèi)，不論載荷大小，要求動力傳動裝置具有 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 20 穩(wěn)定的工作轉(zhuǎn)速。 2、在同一工作循環(huán)內(nèi)，工作裝置的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、舉升機(jī)構(gòu)等是正向和逆向運動交 替進(jìn)行的。因此要求能適應(yīng)運動方向的不斷改變。 3、在工作過程中，各工作裝置的工作速度應(yīng)能隨作業(yè)進(jìn)度及時調(diào)整，且調(diào)速范 圍大，如舉升機(jī)構(gòu)需要有很低的微動速度。 3.2.2 動力傳動裝置類型 1、內(nèi)燃機(jī)機(jī)械傳動 這種傳動方式僅在用途單一的高空作業(yè)車上使用，如用于電力設(shè)施維修的垂直升 降式高空作業(yè)車多采用這種形式。動力源為汽車發(fā)動機(jī)，動力經(jīng)變速器傳出后，還要 經(jīng)分動器、離合器、減速器、卷揚機(jī)、滑輪以及鋼絲繩等傳遞到工作裝置，傳動路線 長，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 5。 2、電力機(jī)械傳動 這種傳動方式是利用外接電源或車載電源（蓄電池） ，通過電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成 機(jī)械能，再經(jīng)機(jī)械傳動裝置將動力傳遞到各工作裝置。由于電動機(jī)具有逆轉(zhuǎn)性和在較 大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速等特點，并且各機(jī)構(gòu)可由獨立的電機(jī)驅(qū)動，簡化了傳動和 操縱機(jī)構(gòu)，而且噪聲小、污染少，適用在外接電源方便或流動性不大的場地作業(yè)。 3、內(nèi)燃機(jī)電力傳動 這種傳動方式的路線是汽車發(fā)動機(jī) 發(fā)電機(jī) 電動機(jī)，然后帶動各工作裝置 運轉(zhuǎn)。其優(yōu)點是利用直流電動機(jī)的優(yōu)良工作特性，使高空作業(yè)車獲得好的作業(yè)性能。 但這些傳動裝置質(zhì)量較大，價格昂貴。 4、內(nèi)燃機(jī)液壓傳動 大部分高空作業(yè)車都采用這種工作方式，它可充分利用液壓傳動的優(yōu)點，簡化傳 動結(jié)構(gòu)，并且易于實現(xiàn)無級調(diào)速和運動方向的變換，傳動平穩(wěn)、操作簡單、方便、省 力、能防止過載。 綜上所述，通過以上各種動力傳動裝置的結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)性、適用范圍以及操作性能 等多方面性能的分析，將動力傳動裝置選定為內(nèi)燃機(jī)液壓傳動這種形式。 3.3 本章小結(jié) 本章主要對所要設(shè)計的高空作業(yè)車的支腿機(jī)構(gòu)、舉升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及其它附 屬裝置的形式進(jìn)行了方案的比較分析。由于高空作業(yè)車的各個工作裝置結(jié)構(gòu)形式有很 多種，且每種形式各有其優(yōu)缺點，經(jīng)過分析后選擇了最適合的方案。最后確定了高空 作業(yè)車各工作裝置的類型。其中：舉升機(jī)構(gòu)選擇折臂式；支腿機(jī)構(gòu)選擇 H 式支腿； 動力傳動裝置選定為內(nèi)燃機(jī)液壓傳動形式；作業(yè)平臺選擇平行四桿調(diào)平機(jī)構(gòu)；回 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 21 轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)選擇交叉滾柱式。控制系統(tǒng)采用機(jī)電液控制系統(tǒng)。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 22 第 4 章 工作裝置設(shè)計計算 4.1 舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計 4.1.1 設(shè)計步驟 1、初步確定機(jī)架的形狀和尺寸。 2、根據(jù)機(jī)架的制造數(shù)量，結(jié)構(gòu)型式和尺寸大小，初定制造工藝。 3、分析載荷情況，載荷包括機(jī)架的設(shè)備重量，機(jī)架本身的重量，設(shè)備運轉(zhuǎn)的動 載荷等，對于高架結(jié)構(gòu)，還要考慮風(fēng)載，雪載等載荷。 4、確定結(jié)構(gòu)型式。 5、畫出結(jié)構(gòu)簡圖。 6、參照類似的有關(guān)規(guī)范，規(guī)程，確定機(jī)架結(jié)構(gòu)所允許的應(yīng)力。 7、進(jìn)行計算確定尺寸。 4.1.2 舉升機(jī)構(gòu)運動范圍的確定 本設(shè)計中所設(shè)計的舉升機(jī)構(gòu)包括上臂和下臂兩個動臂。下臂下端鉸接在回轉(zhuǎn)臺上， 由下臂油缸驅(qū)動；上臂下端與上臂下端鉸接，由撐臂液壓缸和平行四桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動；作 業(yè)斗與上臂尾部鉸接，由外露式平行四桿機(jī)構(gòu)是作業(yè)斗保持水平 12。上臂和下臂在鉛 錘面內(nèi)的運動范圍為： 中臂相對于回轉(zhuǎn)臺：075； 上臂相對于下臂：0150。 4.2 工作臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計和主要尺寸確定 4.2.1 工作臂金屬材料的選擇 金屬結(jié)構(gòu)是指由扎制的型鋼和鋼板作為基本元件，按照一定的結(jié)構(gòu)組成規(guī)則用栓 接、鉚接或焊接的方法連接起來，用于承受一定的載荷。為保證高空作業(yè)車能在工作 環(huán)境惡劣、載荷變化復(fù)雜、不允許產(chǎn)生塑性變形和人為的不文明操作等因素下能安全、 可靠地工作對其金屬結(jié)構(gòu)規(guī)定如下計算原則： 1、結(jié)構(gòu)工作級別按結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)力狀態(tài)（名義應(yīng)力譜系數(shù)）和應(yīng)力循環(huán)次數(shù) （應(yīng)力循環(huán)等級）分為A1A8八級。 2、結(jié)構(gòu)計算應(yīng)采用許用應(yīng)力法。 3、結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計算，并滿足其規(guī)定的要求。 4、結(jié)構(gòu)應(yīng)按三類載荷情況進(jìn)行疲勞強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計算。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 23 5、對三類載荷情況分別規(guī)定了不同的許用應(yīng)力 。8 第I類---- 按正常工作時的等效載荷進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算。對A6A8工作級別的起 重結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算，對A1A5 工作級別的起重機(jī)結(jié)構(gòu)， 一般可不進(jìn)行此項計算。 第II類----按工作時的最大的載荷進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性計算。 第類---按非工作時的最大載荷或工作時的特殊載荷進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性的驗算。 根據(jù)選材原則及規(guī)定：主要選用 Q345 鋼板，其主要特點是機(jī)械強(qiáng)度、韌性和塑 性，以及加工等綜合方面的性能好。 如表4.1所示 表 4.1 許用應(yīng)力計算公式 載荷組合種類 安全系數(shù) 拉伸、壓縮、彎曲、 許用應(yīng)力 剪切許用應(yīng)力 組合 I nI=1.5 1.5s=3= 組合 II nII=1.33 3I 組合 III nIII=1.15 .s 注：表中屈服點 應(yīng)按選取的鋼材厚度取不同的值s 由此確定作業(yè)臂的材料 ：17 根據(jù)選材原則及規(guī)定：主要選用Q345鋼板，其主要特點是機(jī)械強(qiáng)度、韌性和塑性， 以及加工等綜合方面的性能好，價格較低。鋼板的厚度t=6mm。其屈服強(qiáng)度是: =345Mpa. 根據(jù)工作時的最大的載荷進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性計算---結(jié)構(gòu)應(yīng)按第二類載荷情況進(jìn)行 疲勞強(qiáng)度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性計算。 4.2.2 工作臂尺寸確定 經(jīng)過驗證計算確定上下臂的尺寸如下： 如圖4.1 所示作業(yè)臂的仰角是指上臂與水平線之間的夾角用字母來表示，它可 從0 到80，作業(yè)臂實際作業(yè)時通常在3075 范圍內(nèi)。設(shè)計時仰角取75，在圖4.1中 ， ，起升高度AC=15m。075ABH075BC 上臂+下臂：L 1=AB 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 24 下臂：L 2=BC 則由三角關(guān)系有： ABsin75+BCsin75=15 即: (L 1+L2) sin75=15 L1+L2=15/sin75 L1+L2=15.53m （4.1） 由于上臂的頭部有工作臺，所以在上臂頭部應(yīng)留有一定的余量裝工作平臺， 故上臂長必須大于下臂長即：L 1L2 （4.2） 由(4.1)式和(4.2)式可以取上臂 +中臂L 1=8m,取上臂為1.4 m，中臂6.6 m，下臂 L2=7.53m。 圖 4.1上中下臂舉升至最高位置簡圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 25 4.3 確定油缸鉸點的位置 圖 4.2油缸鉸接點