江鈴15米三節(jié)臂高空作業(yè)車改裝設(shè)計(jì)（液壓、支腿系統(tǒng)）【4張CAD圖紙+PDF圖】

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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. Key words: Aerial work car; Power transmission device; Work device; Control system; Hydraulic system; Hydraulic a leg. I第1章 緒 論1.1高空作業(yè)車的發(fā)展概況1.1.1概況 高空作業(yè)機(jī)械是在工程起重機(jī)械基礎(chǔ)上發(fā)展起來的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)，只有二十幾年的歷史。盡管我國在高空作業(yè)車設(shè)計(jì)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 ,主要表現(xiàn)為技術(shù)含量低、大型的較少、結(jié)構(gòu)笨重、作業(yè)時(shí)微動性能差等問題。高空作業(yè)車在世界上已有近四十年的發(fā)展歷史，現(xiàn)已形成一個(gè)完整的專用產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)體系。如美國的CROVE(格洛夫)、GENIE(吉尼)、英國的COLES (西蒙)， 意大利的RICO (利高)，芬蘭的BRONTO(布朗托)公司等，并且它們各有側(cè)重，如BRONTO側(cè)重于高空消防車系列，COLES側(cè)重于車載高空作業(yè)平臺等。高空作業(yè)車發(fā)展到現(xiàn)在，其作業(yè)高度最高已到達(dá)72m(BRONTO公司生產(chǎn))，作業(yè)車的可靠性、安全性、舒適性、操作方便和簡單的直接性等方面都有較大提高，而且隨著電子計(jì)算機(jī)的普及和發(fā)展以及機(jī)、電、液一體化研究的進(jìn)展，國外各大公司競相采用電腦(電子)操控系統(tǒng)，提高整機(jī)性能，減少整機(jī)液壓元件的使用，減小整機(jī)體積及重量，提高操控的靈敏度。 在我國，雖然對高空作業(yè)車的研制、生產(chǎn)起步較晚，但是隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高空作業(yè)車的使用面、服務(wù)領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，現(xiàn)正處于較快的發(fā)展階段，特別是各生產(chǎn)廠家積極引進(jìn)和消化國外先進(jìn)技術(shù)，開發(fā)新品種，提高產(chǎn)品技術(shù)和質(zhì)量水平，已有部分達(dá)到或接近國際同類產(chǎn)品的水平。如浦沅集團(tuán)公司已能生產(chǎn)作業(yè)高空6m到60m共12種規(guī)格近30個(gè)品種的高空作業(yè)車，杭州園林機(jī)械廠引進(jìn)日本先進(jìn)技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)，在近幾年內(nèi)開發(fā)出適合國內(nèi)用戶需要的l0多個(gè)新品種，能生產(chǎn)26m 內(nèi)的各種絕緣及通用高空作業(yè)車，形成年產(chǎn)350臺以上的生產(chǎn)能力，占有國內(nèi)中小高度高空作業(yè)車市場50左右的份額，并有部分產(chǎn)品出口；撫順起重機(jī)總廠錦州重型機(jī)械股份有限公司和徐州重型機(jī)械廠針對國內(nèi)大高度消防救援作業(yè)車依賴進(jìn)口狀況，先后開發(fā)了30m 以上的高空消防作業(yè)車，產(chǎn)銷良好，深受用戶歡迎；徐工集團(tuán)生產(chǎn)非常適合路燈、隧道維護(hù)使用的20m 以內(nèi)的高空作業(yè)車，并完成了53m大高度高空消防車的研制。有關(guān)專家預(yù)測，我國高空作業(yè)車在未來幾年仍將保持較高的產(chǎn)銷增長率，特別是大中城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和維護(hù)等方面的需求增長更快。 然而現(xiàn)階段我國高空作業(yè)車發(fā)展中還存在許多問題：1、大多數(shù)廠家產(chǎn)品單一，型號老化，產(chǎn)量小，企業(yè)規(guī)模小；2、部分企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力較差，技術(shù)儲備明顯不足，市場經(jīng)營范圍窄，企業(yè)效益差；3、國內(nèi)基礎(chǔ)材料的質(zhì)量參差、研發(fā)水平又較低，基礎(chǔ)零部件配套水平較差，許多原材料依賴進(jìn)口；4、基礎(chǔ)零部件配套廠家少，規(guī)格品種少，產(chǎn)品質(zhì)量、性能可靠性不高，不穩(wěn)定；5、專業(yè)化、機(jī)械化生產(chǎn)水平低，工藝落后，裝配水平較低；6、主機(jī)(底盤)型號單一，不能滿足生產(chǎn)廠的組裝要求，直接影響新產(chǎn)品的開發(fā)；7、產(chǎn)品的售后服務(wù)水平較差，缺乏專業(yè)的檢測和維修設(shè)備，維修人員專業(yè)技能不足，未形成善的售后服務(wù)體系；8、對高空作業(yè)車等專用車的管理上，有關(guān)政策滯后，不利于特種高空作業(yè)車的小批量改裝、生產(chǎn)。 為了適應(yīng)我國高空作業(yè)車發(fā)展的需求，筆者認(rèn)為，要著眼于長遠(yuǎn)目標(biāo)，走規(guī)?；?biāo)準(zhǔn)化、集約化、產(chǎn)品配套化、系列化的道路；要盡快地培養(yǎng)高素質(zhì)的專業(yè)人才，要建立一套適合國際標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)體系和質(zhì)量體系， 在高空作業(yè)機(jī)械國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(TC214)已有的標(biāo)準(zhǔn)范圍之外，建立適合我國的標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量體系，以防止國外技術(shù)壟斷；各廠家要做到強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，在研發(fā)上與高校及專業(yè)研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合研發(fā)，加快相關(guān)產(chǎn)品的研制和研究成果的生產(chǎn)轉(zhuǎn)化，提高產(chǎn)品質(zhì)量，避免各自為營的現(xiàn)象；要能帶動國內(nèi)基礎(chǔ)零件配套產(chǎn)品的發(fā)展，使之形成完整的生產(chǎn)體系、配套體系，同時(shí)，形成幾家在技術(shù)力量、產(chǎn)品質(zhì)量、人才儲備上能達(dá)到國際先進(jìn)水平的配套件生產(chǎn)廠家。 尤其在現(xiàn)階段， 筆者認(rèn)為要優(yōu)先做好以下產(chǎn)品和技術(shù)的研發(fā)：l、建筑用自行式作業(yè)平臺和蜘蛛式作業(yè)平臺；2、帶電作業(yè)(10KV 以上)的絕緣高空作業(yè)車；3、25m 以上多功能消防救援高空作業(yè)車；4、室內(nèi)外輕型作業(yè)平臺；5、大作業(yè)幅度平臺及新型多功能高空作業(yè)車；6、高空作業(yè)機(jī)械的自動控制和安全保護(hù)技術(shù)的研制；7、機(jī)、電、液一體化技術(shù)在高空作業(yè)車上的應(yīng)用。1.1.2 國外趨勢與動向 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。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，一批汽車起重機(jī)制造公司，相繼發(fā)展高空作業(yè)機(jī)械，但總計(jì)年產(chǎn)量仍不能滿足市場需求，正處于發(fā)展時(shí)期。國外高空作業(yè)機(jī)械，發(fā)展迅速，技術(shù)水平不斷提高。工業(yè)發(fā)達(dá)國家，一般都有專門的跨國公司和集團(tuán)主營和兼營高空作業(yè)機(jī)械，如美國GROVE公司(格魯夫)和(吉尼公司)、英國COLES公司、ST-MON公司(西蒙)、意大利RICO(利高)、芬蘭BRONTO公司(波浪濤公司)、日本的多田野和愛知株式會社等。高空作業(yè)機(jī)械的底盤分通用型和專用型，采用通用汽車底盤的高空作業(yè)機(jī)械，機(jī)動靈活，能快速轉(zhuǎn)移，作業(yè)高度較高，采用專用底盤的高空作業(yè)機(jī)械，即自行式高空平臺車，適用于固定場所作業(yè)，具有微動行駛，擴(kuò)大作業(yè)半徑等特點(diǎn)。 為了滿足實(shí)際工程的需要，高空作業(yè)車的作業(yè)高度越來越高，隨之作業(yè)半徑也越來越大。如西蒙公司S600高度已達(dá)62 m、芬蘭BROTO公司產(chǎn)品最高己達(dá)72 m，自命為“天梯”，高空作業(yè)車的下車、工作斗均采用微機(jī)進(jìn)行操縱。 操作越來越簡單可靠，自動化程度不斷提高。如GENIE吉尼公司)的自行式直臂式高空作業(yè)車、自行式曲臂式高空作業(yè)車、自行式剪型高空作業(yè)車。由于采用自動化控制，高空作業(yè)車的微動性能好，定位也來越來越準(zhǔn)確。 但根據(jù)不同的工況條件，考慮到造價(jià)等原因，拖動式和手動式很有實(shí)用價(jià)值，目前在一些場所仍被廣泛使用。此類高空作業(yè)車有拖動式曲臂高空作業(yè)車和手動式物料升降機(jī)。 高空作業(yè)車的發(fā)展主要動向是實(shí)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(采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))、輕量化(采用高強(qiáng)度材料、減輕構(gòu)件重量)、機(jī)電液一體化(如安全保護(hù)、報(bào)警裝置等)、通用化、系列化。三性:可靠性、安全性和舒適性。 為了滿足高層建筑的復(fù)雜情況，要求人們不斷改進(jìn)舉高車，以適應(yīng)施工、滅火等需要，以及舉高車制造公司間日趨激烈的競爭，促進(jìn)了舉高車技術(shù)的發(fā)展。新技 術(shù) 的 采用，使發(fā)達(dá)國家80年代的舉高車在性能和安全上有較大的提高，這主要體現(xiàn)在三個(gè)方面:1.2 國內(nèi)現(xiàn)狀、差距與如何提高的方法國內(nèi)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，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。1.2.1 現(xiàn)狀 我國高空作業(yè)機(jī)械的生產(chǎn)于20世紀(jì)70年代末開始起步，發(fā)展較快， 目前生產(chǎn)經(jīng)營企業(yè)已由原來的幾家迅速增加到40余家，其中與國外合資或合作生產(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32139萬元，生產(chǎn)各類高空作業(yè)平臺1906臺，高空作業(yè)車740臺；2004年高空作業(yè)機(jī)械工業(yè)總產(chǎn)值為36340萬元，生產(chǎn)各類高空作業(yè)平臺2500臺，高空作業(yè)車800臺。行業(yè)幾個(gè)骨干企業(yè)通過近幾年的技術(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，基本能滿足國內(nèi)市場高空作業(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。從 80 年 代開始撫順起重機(jī)總廠、武漢起重機(jī)廠、四川度巖機(jī)械廠、四川長江起重機(jī)有限責(zé)任公司、杭州園林機(jī)械廠、北京攀尼高空作業(yè)車有限公司、徐州重型機(jī)械廠等開始著手研制高空作業(yè)車和登高平臺消防車，投放市場。撫順市起重機(jī)總廠生產(chǎn)的CDZ32型登高平臺消防車已出口泰國。最近四川長江起重機(jī)有限責(zé)任公司，研制的QZC5120JGKS25型高空作業(yè)車是最近向推向市場的一種新產(chǎn)品。該產(chǎn)品采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段設(shè)計(jì)，填補(bǔ)了國內(nèi)25m伸縮臂式高空作業(yè)車的空白。1.2.2 差距 盡管我國在高空作業(yè)車設(shè)計(jì)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、大型的較少、結(jié)構(gòu)笨重、作業(yè)時(shí)微動性能差等問題。在開發(fā)研制過程中，應(yīng)采取有效措施、試驗(yàn)研究，逐項(xiàng)加以解決，以縮小差距。同時(shí)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_航天、導(dǎo)彈發(fā)射等。 綜上所述，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。1.2.3 液壓系統(tǒng)及液壓原理分析一部完整的機(jī)器是由原動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)及控制部分、工作機(jī)(含輔助裝置)組成。原動機(jī)包括電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等。工作機(jī)即完成該機(jī)器之工作任務(wù)的直接工作部分，如剪床的剪刀，車床的刀架、車刀、卡盤等。由于原動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速變化范圍有限，為了適應(yīng)工作機(jī)的工作力和工作速度變化范圍較寬，以及其它操縱性能的要求，在原動機(jī)和工作機(jī)之間設(shè)置了傳動機(jī)構(gòu)，其作用是把原動機(jī)輸出功率經(jīng)過變換后傳遞給工作機(jī)。 傳動機(jī)構(gòu)通常分為機(jī)械傳動、電氣傳動和流體傳動機(jī)構(gòu)。流體傳動是以流體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換、傳遞和控制的傳動。它包括液壓傳動、液力傳動和氣壓傳動。液壓傳動和液力傳動均是以液體作為工作介質(zhì)來進(jìn)行能量傳遞的傳動方式。液壓傳動主要是利用液體的壓力能來傳遞能量；而液力傳動則主要是利用液體的動能來傳遞能量。由于液壓傳動有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此，它被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造、工程建筑、石油化工、交通運(yùn)輸、軍事器械、礦山冶金、輕工、農(nóng)機(jī)、漁業(yè)、林業(yè)等各方面。同時(shí)，也被應(yīng)用到航天航空、海洋開發(fā)、核能工程和地震預(yù)測等各個(gè)工程技術(shù)領(lǐng)域。1.3 設(shè)計(jì)部分與要求1.3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)表1.1 作業(yè)部分主要技術(shù)參數(shù)最大作業(yè)高度15米最大作業(yè)半徑6米回轉(zhuǎn)角度360額定平臺載荷200kg操作方式下操作、上操作可以任意選擇支腿形式/數(shù)量H型/4旋轉(zhuǎn)速度0-3r/min兩支臂變幅時(shí)間起臂：t70s落臂：t60s支腿收放時(shí)間收支腿：t60s放支腿：t60s1.3.2 設(shè)計(jì)目標(biāo) 本課題將以江鈴JX1060TSG23高空作業(yè)車為例，對其進(jìn)行特性分析。建立起數(shù)學(xué)模型和液壓系統(tǒng)模型，然后針對具體的參數(shù)給出實(shí)例計(jì)算。最終設(shè)計(jì)出一種可以有一定的承載能力，可以用于工程建設(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)的高空作業(yè)車。通過本課題的研究和設(shè)計(jì)，可以進(jìn)一步熟悉機(jī)械設(shè)計(jì)的流程，加深對工程機(jī)械的了解，尤其是對高空作業(yè)設(shè)備的發(fā)展歷史和國內(nèi)外的現(xiàn)狀都有了全面的認(rèn)識。其中，最為重要的是在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中可以進(jìn)一步的加強(qiáng)對液壓系統(tǒng)的認(rèn)識，進(jìn)一步熟悉液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)步驟。通過本課題的研究和設(shè)計(jì)，尤其可以對液壓泵站的設(shè)計(jì)和制造有一個(gè)較為全面的了解，能夠從中學(xué)會一些比較簡單的液壓泵站的設(shè)計(jì)方法，同時(shí)加強(qiáng)對液壓系統(tǒng)的認(rèn)識，提高了獨(dú)立思考問題和解決問題的能力。1.3.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)的目的是通過對折疊臂高空作業(yè)車各項(xiàng)技術(shù)的研究，設(shè)計(jì)一種折疊臂型式的高空作業(yè)車的液壓系統(tǒng)。根據(jù)折疊型式高空作業(yè)車的使用特點(diǎn)和國內(nèi)實(shí)際需求情況，本課題將要研制的是最大作業(yè)高度15米的折疊臂高空作業(yè)車及其液壓系統(tǒng)。作業(yè)車通過工作臂的舉升能夠?qū)⒐ぷ魅藛T安全送至15米高空進(jìn)行工作，作業(yè)車的作業(yè)半徑不小于8米，可以進(jìn)行 360的連續(xù)回轉(zhuǎn)。而液壓系統(tǒng)是高空作業(yè)車的主要部分，故重點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和相應(yīng)的計(jì)算。1.4 設(shè)計(jì)技術(shù)路線如圖1.1所示調(diào)研、收集資料完成報(bào)告確定總體設(shè)計(jì)方案 液壓系設(shè)計(jì)取力器選擇二類底盤的選擇舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)支腿選擇設(shè)計(jì)計(jì)車架選擇整車機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算分析校核造型，分析各部件審查校核完成設(shè)計(jì)說明書圖1.1設(shè)計(jì)技術(shù)路線框架 第2章 高空作業(yè)車總體結(jié)構(gòu)及參數(shù)確定2.1高空作業(yè)車總體結(jié)構(gòu) 圖 2.1 折疊臂式高空作業(yè)車 2.1.1 工作裝置 工作裝置為實(shí)現(xiàn)高空作業(yè)車不同的運(yùn)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(shí)現(xiàn)載人工作斗在兩個(gè)水平和垂直方向的移動；依靠平衡機(jī)構(gòu)實(shí)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(shí)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)。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(shí)的各種外載荷。2.1.2 動力裝置動力裝置是高空作業(yè)車的動力源。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。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(shí)，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(shí)，取力器輸出，油泵工作。2.2 運(yùn)動參數(shù)確定2.2.1 作業(yè)高度、幅度、速度 圖 2.2 工作示意圖1.作業(yè)幅度作業(yè)幅度是指高空作業(yè)車回轉(zhuǎn)中心線至作業(yè)臺外邊緣的水平距離R ，如圖2-1所示。根據(jù)技術(shù)參數(shù)知R=5.0m。2.作業(yè)高度作業(yè)高度是指作業(yè)平臺底面離地高度與作業(yè)人員手臂所能達(dá)到的平均高度之和。通常把作業(yè)高度分為最大高度和最大作業(yè)幅度時(shí)的作業(yè)高度H,如圖所示。根據(jù)技術(shù)參數(shù)知，=15m，H=6.8m.3.作業(yè)速度高空作業(yè)車的作業(yè)速度包括：作業(yè)平臺的垂直方向起升的平局速度和下降的平均速度，以及作業(yè)平臺的回轉(zhuǎn)速度。根據(jù)國標(biāo)GB94652-88中的規(guī)定，取作業(yè)平臺起升速度 =0.5 ，取下降速度 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的最大回轉(zhuǎn)速度取 。2.2.2液壓缸基本參數(shù)確定 1 力學(xué)參數(shù)確定 液壓缸的最大載荷 支臂液壓缸（1）狀態(tài)一：如圖 2.3所示圖 2.3 液壓臂工作狀態(tài)一， =56387N（2）狀態(tài)二：如圖 2.4 所示圖 2.4 液壓工作狀態(tài)二 =0.873F=-44069N故可知支臂液壓缸的最大載荷為 支臂液壓缸如圖 2.5 所示，在圖示狀態(tài)液壓缸受力最大圖 2.5 支臂液壓缸工作狀態(tài)=28408N支臂液壓缸 F=2790.3N2、兩支臂液壓缸長度計(jì)算支臂液壓缸： 完全收回 完全伸出 支臂液壓缸： 完全收回 完全伸出 支臂液壓缸: 完全收回 完全伸出 3、各液壓缸速度 支臂液壓缸: 支臂液壓缸： 支臂液壓缸: 4、 各支臂液壓缸的功率支臂液壓缸： 支臂液壓缸： 支臂液壓缸: 第3章 高空作業(yè)車副車架設(shè)計(jì)3.1副車架主要尺寸設(shè)計(jì) 副車架對主車架起到加固作用，其寬度和選用的底盤的寬度相同，高度也相同，長度在底盤主車架長度基礎(chǔ)上去掉主車架與車廂之間的距離長度。其尺寸設(shè)計(jì)如下： 副車架長度： 4708mm副車架寬度： 800mm副車架高度： 240mm副車架厚度： 160mm3.2副車架的強(qiáng)度剛度彎曲適應(yīng)性校核 1、工作時(shí)整車重心作用點(diǎn)的求解在高空作業(yè)車起升到最高點(diǎn)時(shí)，對主車架來說，其整車重心后移。其受力簡圖見圖3.1。 xmm G F1 F2 圖3.1 受力簡圖設(shè)定高空作業(yè)車在額定裝載質(zhì)量下，其前后軸承受的載荷相同，即有：N由圖，可以列出：=2F求得 2、副車架剪力及彎矩的求解副車架和主車架通過U型螺栓相聯(lián)，在額定裝載時(shí)，由主車架重心作用簡圖及求得的整車重心作用點(diǎn)，可以畫出額定裝載質(zhì)量時(shí)副車架受力簡化圖3.2。 G F L=4708mm 圖3.2 副車架受力簡圖將此時(shí)受力的副車架看為簡支梁(見下圖3.3)，以便進(jìn)行強(qiáng)度剛度及彎曲變形的校核。由圖3.3，可以列方程組： 圖3.3 副車架等效簡支梁簡圖 可求得： = = =59920.7N即大小為59920.7N，方向與設(shè)定的方向相同?？汕蟮茫?= = 即大小為18773.79N，方向與設(shè)定的方向相反。圖3.4 副車架實(shí)際等效梁簡圖 由以上，可畫出實(shí)際的副車架等效梁示意圖3.4。 列出彎曲剪力及彎矩方程：OA段 = = 59920.71 N (0X331)= = 59920.71X (0X331)AB段= = 59920.7182271 =22350.29 (331X2306) = (331X2306)BC段 = = (2306X3600)= 18785.21X67626762 (2306X3600)根據(jù)以上剪力和彎矩的求解，可以畫出剪力及彎矩圖3-5。圖3.5 副車架額定載荷時(shí)剪力及彎矩圖3、副車架強(qiáng)度剛度校核對于塑性材料，其彎曲正應(yīng)力強(qiáng)度條件為：由即有 (3.1)式中， 梁內(nèi)最大彎矩截面彎矩值； 抗彎截面模量； 梁截面對中性軸的慣性矩； 最大彎矩截面距中性軸最遠(yuǎn)處。對與矩形副車架截面，截面慣性矩 (3.2)即有： 由于副車架設(shè)計(jì)成對稱的矩形，其截面上下邊緣最大抗拉應(yīng)力與最大抗壓應(yīng)力相等，即有：在所選材料的許用應(yīng)力范圍內(nèi)。4、副車架彎曲變形校核由以上知道副車架的等效簡支梁形式，利用疊加法可求得梁的最大撓度 和最大轉(zhuǎn)角 ，然后進(jìn)行副車架彎曲變形的校核。當(dāng)梁的形式為圖3.6所示形式時(shí)，梁的撓曲線方程為： 圖3.6 副車架等效簡支梁 (0xa) (3.3) (axl) （3.4）梁的轉(zhuǎn)角方程為： (3.5) (3.6)式中，為作用在梁上的力，規(guī)定其向下為正,向上為負(fù)； E為梁構(gòu)成材料的彈性模量,； I為梁的慣性矩。 進(jìn)行疊加后求得，在額定工作時(shí),其撓度為： (0xa) (axl)即有最大撓度： 求得A、B兩處轉(zhuǎn)角為： 即梁的最大轉(zhuǎn)角：0.956860522度由計(jì)算的撓度和轉(zhuǎn)角，參照選材的許用撓度和許用最大轉(zhuǎn)角，均在許用數(shù)值之內(nèi)。 第4章 液壓支腿設(shè)計(jì)4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1.1 支腿的選型1、蛙式支腿 圖4.1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(gè)液壓缸完成。在運(yùn)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4.2）。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4.2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4.1 蛙式支腿圖4.2蛙式支腿的運(yùn)動示意圖2、H式支腿 如圖4.3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(gè)液壓缸驅(qū)動即水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4.3 H式支腿3、X式支腿 如圖4.4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4.4(a)所示,四個(gè)伸縮腿是同步工作的，而垂直液壓缸可同時(shí)頂升，也可單獨(dú)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(yùn)動，從而加大了液壓缸的推力，液壓缸易損壞。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，。 （a） (b)圖4.4 X式支腿及結(jié)構(gòu)簡圖4.1.2支腿跨距的確定高空作業(yè)車的支腿一般為前后設(shè)置，并向兩側(cè)伸出，如圖4.5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)平臺在標(biāo)定載荷和最大作業(yè)幅度時(shí)，整車穩(wěn)定性要達(dá)到規(guī)定的要求。1、支腿橫向跨距支腿橫向外伸跨距的最小應(yīng)保證高空作業(yè)車在側(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)傾覆邊以內(nèi)，并使繞左右傾覆邊AB或DC的穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩。如圖4.6(a)所示，1/2支腿橫跨距a應(yīng)滿足： （4.1） mm由于車總寬B=1950mm，且2aB，故取 mm式中 G1轉(zhuǎn)臺重力，N；G2底盤重力，N；Gb臂架重力，N；q 作業(yè)平臺重力，N；Q 作業(yè)平臺標(biāo)定載荷，N；L1 轉(zhuǎn)臺重力中心至回轉(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；2、支腿縱向跨距支腿總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)平臺在車輛后方作業(yè)時(shí)，如圖4-6(b)所示，可得后支腿支撐點(diǎn)至回轉(zhuǎn)中心的距離b1應(yīng)滿足： （4.2） mm式中 L2 底盤質(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圖4-5 高空作業(yè)車的支腿跨距 （a） （b）圖4-6支腿跨距的確定 （4.3）mm支腿的縱向跨距： （4.4）因此取mm；mm。3 支撐腳接地面積確定為了使高空作業(yè)車工作時(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下對地面的壓強(qiáng)不大于地基強(qiáng)度，即： （4.5） mm2 mm2取mm2。式中 地基強(qiáng)度，一般為1.6Mpa。支撐腳和支腿采用球式鉸接，滿足不同的地形4. 活動水平腿箱設(shè)計(jì) 圖 4.7 支腿結(jié)構(gòu)圖 水平腿箱是支腿的主要受力構(gòu)件，可看做一橫梁，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。按經(jīng)濟(jì)條件（質(zhì)量最?。┐_定活動水平腿箱的高度尺寸。 經(jīng)濟(jì)條件的腿箱高度h為： （4.6） 式中 按腿箱支撐點(diǎn)懸伸距離L的3/5處最大合成彎矩求得抗彎截面模量； 材料的許用應(yīng)力： 腹板厚高比： 腹板厚度 腹板高度 。 設(shè)計(jì)時(shí) 按下式確定 - 臨界應(yīng)力，是腹板不喪失局部穩(wěn)定性的最大極限應(yīng)力，設(shè)計(jì)時(shí)可初選1.25 ； -剛度系數(shù)； =0.3- 材料的泊松比；E- 材料的彈性模量；E=2.0K- 板邊支撐情況影響系數(shù)，可取1.21.5.一般Vh可在1/401/60之間取。腹板厚度由下式確定 （4.7）可取 求出 =155.7mm 取整h=160mm故=1601/60=2.6mm 活動水平箱上下翼板（蓋板）尺寸確定： 寬度94mmb114mm取b=110mm 兩腹板的間距=b-2-33=95.8mm 5、 固定水平支腿箱設(shè)計(jì) 一般固定水平支腿箱按照活動腿箱截面進(jìn)行設(shè)計(jì)，為保證高空作業(yè)車整車在工作中能平穩(wěn)運(yùn)動，一般上下間隙取3mm，橫向間隙取5mm. 6、 垂直支腿箱設(shè)計(jì) 活動腿箱為滑動配合，間隙2mm.4.2 力學(xué)計(jì)算 支腿的壓力計(jì)算 計(jì)算支腿壓力時(shí)要求確定高空作業(yè)車在作業(yè)時(shí)所承受的最大支反力，該力是支腿強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù)。假定高空作業(yè)車支撐在A、B、C、D四個(gè)支腿上，臂架位于高空作業(yè)車縱軸線（x軸） 角處，如圖4-8所示。若高空作業(yè)車不回轉(zhuǎn)部分的重力為G2，其重心為O2，在離支腿對稱中心（坐標(biāo)原點(diǎn)O）e2處，回轉(zhuǎn)中心O0離支腿對稱中心O的距離為e0。又設(shè)高空作業(yè)車回轉(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如圖4-8 所示 圖4.8 支腿壓力確定 mm (4-8)mm (4-9) N (4-10) (4-11)mm于是可求得四個(gè)支腿上的壓力各為： (4-12)當(dāng)舉升臂在車輛正側(cè)方作業(yè)時(shí)即： =90，則上式可化簡為： (4-13)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。如圖4-9所示，設(shè)舉升臂在工況位置作業(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： (4-14)圖4.9 三點(diǎn)支撐狀態(tài)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： （4-17）N若舉升臂轉(zhuǎn)到工況位置時(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： （4-18)當(dāng)時(shí)，F(xiàn)D獲得最大值為： (4-19)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的穩(wěn)定性。4.3支腿液壓缸設(shè)計(jì) 4.3.1打開支腿如圖 4.10所示 圖 4.10 支腿打開支腿縱向跨距 支腿橫向跨距 ，故前兩支腿反力 =15204N后兩支腿反力 =12308N4.3.2 最大載荷時(shí)支腿力的計(jì)算 該高空作業(yè)車工作時(shí)，支承在A、B、C、D 四個(gè)支腿上由于回轉(zhuǎn)工作部分的回轉(zhuǎn)變幅作業(yè)等運(yùn)動，則作用工作面內(nèi)必然產(chǎn)生附加力矩。 狀態(tài)一：如圖 4.所示，產(chǎn)生的附加力矩為： =54901.56N產(chǎn)生的附加支承反力為N 所以，支腿液壓缸最大封閉壓力為： N 4.3.3 液壓缸的內(nèi)徑計(jì)算由 式中 系統(tǒng)壓力差，其中為回油背壓，按一般的推薦值取。故。液壓缸效率，對于橡膠密封圈。支腿液壓缸 查手冊，取推薦系列 D=63mm4.3.4 液壓缸缸筒壁厚和外徑計(jì)算液壓缸最大密封壓強(qiáng)為 式中 液壓缸最大載荷，N。 液壓缸缸筒內(nèi)徑由壁厚 式中 原液壓缸試驗(yàn)壓力，此處 液壓缸內(nèi)徑， 強(qiáng)度系數(shù)，對于無縫鋼管取為1。 考慮壁厚公差和浸蝕的附加厚度，通常取0.0010.002，此處取。 缸筒許用應(yīng)力，其中， 為安全系數(shù)，取 對支腿液壓缸故壁厚液壓缸缸筒外徑 查表取推薦值： 故實(shí)際壁厚： 支腿液壓缸： 4.3.5 液壓缸活塞桿直徑 根據(jù)活塞桿往返速度比：由起臂時(shí)間和收臂時(shí)間 故 支腿液壓缸 按GB2348-80取標(biāo)準(zhǔn)值 4.3.6液壓缸活塞桿強(qiáng)度校核 式中 液壓缸最大載荷，即，N 材料的屈服極限， 屈服極限安全系數(shù)，取 支腿液壓缸 4.3.7液壓缸活塞桿穩(wěn)定性校核當(dāng)液壓缸支承長度時(shí)，需要校核活塞桿彎曲穩(wěn)定性，液壓缸彎曲示意圖如圖 4.11所示。式中 活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓索力，N 實(shí)際彈性模數(shù)， 活塞桿橫截面慣性矩，對于圓形截面 =0.049（） 液壓缸安裝及導(dǎo)向系數(shù)，查表取為。 深長時(shí)的總長度， 圖 4-10 液壓缸受力圖 對支腿液壓缸 可見， ，滿足穩(wěn)定性要求。第5章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1回路設(shè)計(jì)5.1.1 動臂的回路設(shè)計(jì)（變幅機(jī)構(gòu)）圖5.1 變幅機(jī)構(gòu)1 動作分析行駛狀態(tài)時(shí)，三節(jié)工作臂折疊在一起，進(jìn)行高空作業(yè)時(shí)，三節(jié)工作臂分別由下臂、上臂、折臂油缸舉升升展至一定角度，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(shí)阻力小，運(yùn)動平穩(wěn)。2 液壓回路設(shè)計(jì)：右邊液壓缸的控制過程如圖5.1。電磁換向閥：電磁換向閥借助于電磁鐵吸力推動閥心動作來改變流液流向。平衡閥：可使運(yùn)動速度不受載荷變化的影響，保持穩(wěn)定，附加的單向閥功能，密封性好，在管路損壞或制動失靈時(shí)，可防止重物自由下落造成事故。以下簡述動作分析過程： 因?yàn)橄卤?、上臂、折臂的液壓設(shè)計(jì)很相似，所以分開分析。先看左邊液壓缸的控制過程。如上圖所示，當(dāng)電磁換向閥置于左位時(shí)，油液經(jīng)過左邊單向節(jié)流閥的單向閥部分到達(dá)平衡閥，再經(jīng)過平衡閥到液壓缸的左腔，推動活塞桿向外運(yùn)動。而右腔的油液則從右邊的平衡閥到右邊的節(jié)流閥再流出。當(dāng)電磁換向閥置于右位時(shí)，油液經(jīng)右邊的單向節(jié)流閥和平衡閥到達(dá)液壓缸的右腔，推動活塞桿向左運(yùn)動，左腔的油液的經(jīng)左邊的平衡閥和單向節(jié)流閥流出。當(dāng)電磁換向閥處于中位時(shí)，液壓缸不運(yùn)動。 5.1.2 回轉(zhuǎn)臺回路設(shè)計(jì) 圖5.2 回轉(zhuǎn)臺回路1、 動作分析 進(jìn)行回轉(zhuǎn)時(shí)，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)6。2、 液壓回路設(shè)計(jì) 控制過程分析如下：如圖所示，換向閥置于右位時(shí)，壓力油經(jīng)梭閥進(jìn)入制動器液壓缸，制動器松開。液壓油同時(shí)經(jīng)平衡閥中的單向閥進(jìn)入回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)，驅(qū)動其轉(zhuǎn)動，使吊臂回轉(zhuǎn)。 換向閥置于左位時(shí)，液壓油經(jīng)單向節(jié)流閥進(jìn)入回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)的另一腔，同時(shí)經(jīng)梭閥進(jìn)入制動器液壓缸，松開制動器，液壓馬達(dá)反轉(zhuǎn)。換向閥處在中位時(shí)，整個(gè)回路卸荷，制動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住13。電磁換向閥：電磁換向閥借助于電磁鐵吸力推動閥心動作來改變流液流向。梭閥：梭閥相當(dāng)于有兩個(gè)單向閥組合而成，有兩個(gè)輸入口和一個(gè)輸出口，在液壓回路中起邏輯“或”的作用。單向節(jié)流閥：正向流動時(shí)起單向閥作用，反向流動時(shí)起節(jié)流閥作用。制動器：制動器一般都采用常閉式，即向制動器供壓力油時(shí)，制動器打開，反之，則在彈簧力作用下使馬達(dá)制動。5.1.3 支腿回路油設(shè)計(jì)圖 5.3 支腿回路設(shè)計(jì) 1 動作分析進(jìn)行各支腿活動時(shí)，先進(jìn)行水平液壓缸的運(yùn)動，當(dāng)運(yùn)動到指定位置時(shí)，00 系統(tǒng)進(jìn)行收放液壓支腿，然后根據(jù)實(shí)際需要，通過轉(zhuǎn)閥調(diào)節(jié)各支腿的伸縮程度 以應(yīng)對不同的地形。2. 液壓回路設(shè)計(jì)， 控制過程分析：如圖所示，換向閥置于右位時(shí)，壓力油經(jīng)閥進(jìn)入水平液壓缸，此時(shí)6YA閥不接通，經(jīng)回油管回到油箱；換向閥置于左位時(shí)，水平之腿快速收回。垂直支腿運(yùn)動：油箱-過濾器-液壓泵-2YA二位三通電磁換向閥-3YA三位四通電磁換向閥（中位）-垂直液壓缸-轉(zhuǎn)閥-回油管-油箱；（伸出）油箱-過濾器-液壓泵-2YA二位三通電磁換向閥-3YA三位四通電磁換向閥（中位）-垂直液壓缸-轉(zhuǎn)閥-回油管-油箱；（收回）轉(zhuǎn)閥：根據(jù)各閥位置的不同可對個(gè)垂直支腿或全部支腿進(jìn)行調(diào)節(jié)。液壓鎖：起到鎖止液壓缸的作用，防止液壓缸下滑。5.1.4 液壓油路總圖設(shè)計(jì)圖 5.4 液壓原理總裝圖根據(jù)高空作業(yè)車的工作性質(zhì)和作業(yè)要求，液壓系統(tǒng)完成下列的工作循環(huán)：車身支撐、調(diào)平、支臂的變幅、回轉(zhuǎn)。（1） 車身的支撐、調(diào)平車身的液壓支撐、調(diào)平由支腿工作回路完成。操縱換向閥1處于左邊，這時(shí)的工作油液進(jìn)入水平支腿液壓缸內(nèi)，使水平液壓缸伸出，從而擴(kuò)大或者縮小支腿的支撐范圍。當(dāng)換向閥處于右位時(shí)，液壓缸收回。同時(shí)，操縱換向閥2處于左位，則前水平支腿液壓缸伸出；操縱換向閥2處于右位，則后水平支腿液壓缸伸出，從而在將高空作業(yè)車的車身調(diào)平。（2） 支臂的變幅、回轉(zhuǎn)操縱換向閥3處于左位，則上支臂缸伸出，推動上支臂上升。若處于右位，則上支臂液壓缸收回，支臂下降。5.2 液壓元件的選擇 5.2.1 液壓馬達(dá)計(jì)算： 1. 液壓馬達(dá)的負(fù)載計(jì)算 滿載啟動狀態(tài)液壓馬達(dá)的最大負(fù)載力矩高空作業(yè)車回轉(zhuǎn)時(shí)要克服的總回轉(zhuǎn)阻矩回轉(zhuǎn)支承裝置的摩擦阻轉(zhuǎn)矩由通路坡引起的回轉(zhuǎn)阻轉(zhuǎn)矩風(fēng)阻轉(zhuǎn)矩慣性力引起的回轉(zhuǎn)阻轉(zhuǎn)矩（1）回轉(zhuǎn)支承的摩擦阻轉(zhuǎn)矩對滾動支承有： 式中 滾動體法向反力的總和， 換算