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徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
院系：機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班級：03機(jī)制44 姓名：邰大勇 學(xué)號：03281128
一、設(shè)計題目：
GKZ高空作業(yè)車液壓和電氣控制系統(tǒng)設(shè)計
二、設(shè)計任務(wù)要求及主要原始材料：
設(shè)計任務(wù)要求：
1、收集、分析、消化原始資料 。
2、確定高空作業(yè)車的主要技術(shù)參數(shù)和設(shè)計依據(jù)。
3、液壓和電氣控制系統(tǒng)設(shè)計，相關(guān)元器件的選擇與計算。
4、繪制標(biāo)準(zhǔn)液壓和電氣控制原理圖，編制畢業(yè)設(shè)計說明書。
主要原始材料：
類別
項目
單位
數(shù)據(jù)
GKZ高
空
作
業(yè)
主
要
性
能
參
數(shù)
平臺額定載荷
200
平臺最大作業(yè)高度
14
平臺最大作業(yè)高度時作業(yè)幅度
1.9
平臺最大作業(yè)幅度
5.6
平臺最大作業(yè)幅度時作業(yè)高度
7.7
回轉(zhuǎn)速度
0~2
最大起重量
1300
最大起升高度
9
三、設(shè)計時間： 2007年 4月 9 日 至 2007 年 6 月 8 日
指 導(dǎo) 教 師：（簽名） 年 月 日
院（系）主 任：（簽名） 年 月 日
存檔日期： 存檔編號：
徐 州 師 范 大 學(xué)
本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）
論 文 題 目：GKZ高空作業(yè)車液壓和電氣控制系統(tǒng)設(shè)計
姓 名： 邰 大 勇
院 系： 機(jī) 電 工 程 學(xué) 院
專 業(yè) 、年 級 、班 組 ： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 03機(jī)制44
指 導(dǎo) 教 師： 蔣 紅 旗
徐州師范大學(xué)教務(wù)處印制
2007年 6 月 8 日
目 錄
摘要…………………………………………………………………………………………3
第一章 緒論 ……………………………………………………………………………3
1.1 空作業(yè)車的的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢…………………………………………………6
1.2 課題的來源和意義………………………………………………………………8
第二章 液壓系統(tǒng)設(shè)計 …………………………………………………………………9
2.1 本參數(shù)及主要技術(shù)性能指標(biāo) …………………………………………………9
2.1.1 行駛狀態(tài)主要技術(shù)參數(shù) …………………………………………………9
2.1.2 作業(yè)狀態(tài)主要技術(shù)參數(shù) …………………………………………………9
2.1.3 作業(yè)車平臺作業(yè)工作狀態(tài)圖 ……………………………………………9
2.1.4 機(jī)構(gòu)簡述 …………………………………………………………………11
2.2 液壓系統(tǒng)的構(gòu)成…………………………………………………………………13
2.3 各系統(tǒng)工作原理簡述……………………………………………………………13
2.4 主要機(jī)構(gòu)液壓回路的設(shè)計與分析………………………………………………14
2.4.1 升機(jī)構(gòu)的回路設(shè)計 ………………………………………………………14
2.4.2 伸縮機(jī)構(gòu)回路設(shè)計 ………………………………………………………16
2.4.3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回路設(shè)計 ………………………………………………………17
2.4.4 變幅機(jī)構(gòu)回路設(shè)計 ………………………………………………………17
2.4.5 整體液壓回路設(shè)計 ………………………………………………………18
2.5 主要液壓元?dú)饧倪x擇與計算…………………………………………………20
2.5.1 液壓泵的確定 ……………………………………………………………20
2.5.2 上下臂液壓缸確定 ………………………………………………………21
2.5.3 液壓馬達(dá)選擇 ……………………………………………………………23
2.5.4 換向閥的選擇 ……………………………………………………………24
2.5.5 油箱有效容的積確定 ……………………………………………………25
第三章 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 ……………………………………………………………26
3.1 電氣控制方案的確定 …………………………………………………………26
3.1.1 高空作業(yè)機(jī)構(gòu)的電氣控制電路 …………………………………………26
3.1.2 通訊裝置 …………………………………………………………………27
3.1.3 選擇開關(guān)裝置 ……………………………………………………………27
3.1.4 總的控制電路 ……………………………………………………………27
3.2 電氣元器件的選擇 ……………………………………………………………28
3.2.1 按鈕的選用 ………………………………………………………………28
3.2.2 行程開關(guān)的選用 …………………………………………………………30
3.2.3 熱繼電器的選用 …………………………………………………………30
3.2.4 熔斷器的選用 ……………………………………………………………30
3.2.5 電線的選擇 ………………………………………………………………31
3.2.6 照明電器選擇 ……………………………………………………………31
3.2.7 變壓器的選擇 ……………………………………………………………32
第四章 電氣控制面板的操作……………………………………………………………33
4.1 轉(zhuǎn)臺處控制箱操作面板及其操作件介紹………………………………………33
4.2 平臺（吊籃）控制箱操作面板及操作元件……………………………………34
4.3 高空作業(yè)電氣部分操作方法……………………………………………………35
4.4 高空作業(yè)操作中注意事項………………………………………………………35
附錄…………………………………………………………………………………………37
附錄1 …………………………………………………………………………………37
附錄2 …………………………………………………………………………………37
附錄3 …………………………………………………………………………………39
附錄4 …………………………………………………………………………………39
附錄5 …………………………………………………………………………………40
結(jié)論…………………………………………………………………………………………42
后記…………………………………………………………………………………………43
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………44
GKZ高空作業(yè)車液壓和電氣控制系統(tǒng)設(shè)計
摘 要
高空作業(yè)車廣泛用于建筑、市政、機(jī)場、工廠、園林、住宅等場所，從事消防、搶險救災(zāi)、安裝、維護(hù)等工作。本文針對徐州海倫哲工程機(jī)械有限公司GKZ14型高空作業(yè)車，進(jìn)行了大量的理論研究和實驗測試。
本設(shè)計是對該車的重要組成部分----液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計和研究，其液壓系統(tǒng)由上車液壓系統(tǒng)和下車液壓系統(tǒng)組成。兩者之間由中心回轉(zhuǎn)接頭連接(垂直升降式高空車除外),上車液壓系統(tǒng)由變幅系統(tǒng)、伸縮系統(tǒng)和回轉(zhuǎn)系統(tǒng)三個基本系統(tǒng)組成。在整個液壓系統(tǒng)設(shè)計中，采用制動器控制克服了液壓馬達(dá)存在內(nèi)泄而平衡閥不能鎖住停在空中的重物，使重物可靠地停在空中。制動器采用恒壓外控，可以進(jìn)一步降低平衡閥的開啟壓力，提高回路效率。
從安全性、可靠性角度看，高空車不同于一般的工程機(jī)械, 其特點是作業(yè)頻率不高, 負(fù)荷較小, 但要求安全性, 可靠性較高。因此, 高空車應(yīng)具備緊急停止裝置。高空車在各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作的終點位置設(shè)限位裝置, 尤其是對于折疊臂式及混合臂式的高空車應(yīng)設(shè)中臂限位裝置, 以確保整車的穩(wěn)定性。高空車的變幅系統(tǒng)和伸縮系統(tǒng)的速度必須加以控制, 以防止產(chǎn)生“超速”現(xiàn)象。
因此，為保證高空作業(yè)車的工作穩(wěn)定、可靠、安全，作業(yè)靈活，效率高，設(shè)計出優(yōu)良的液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)就顯得尤為重要。
[關(guān)鍵詞]：高空作業(yè)車；制動器；內(nèi)泄；恒壓外控；限位裝置。
Hydraulic and electricity control system design of the high-altitude working machine
Abstract
The high-altitude working machine has been widely used in architecture, city planning, airport, factory, garden, house and other place. It plays an important role in fire protection, dealing with an emergency, construction, installation, maintenance and so on. Aiming at the GKZ14 high-altitude working machine of XhZhou HaiLun machinery Group, It does a lot of theoretical research and experiment test.
This design is carries on the design and the research to this vehicleimportant constituent ---- hydraulic system and the electricitycontrol system, its hydraulic system by boards the hydraulic systemand alights the hydraulic system to be composed. Two between (verticalfluctuation type upper air vehicle is an exception) by the centerswivel joint connection, boards the hydraulic system by the amplitudesystem, the expansion and contraction system and the rotary systemthree basic systems is composed. In the entire hydraulic systemdesign, used the brake control to overcome in the oil motor existenceto release but the by-pass valve not to be able to lock in stops inthe airborne heavy item, caused the heavy item reliably to stop inairborne. The brake uses outside the constant pressure to control, mayfurther reduce the by-pass valve to open the pressure, enhances thereturn route efficiency.
From the security, the reliable angle looked that, the upper airvehicle is different with the general project machinery, it scharacte ristic is the work frequency is not high, load smaller, butthe request security, the reliability is higher. Therefore, the upperair vehicle should have the urgent stop device. The upper air vehiclesupposes the spacing installment in each implementing agency movementend position, regarding folds the arm type and the mix arm -like upperair vehicle in particular should suppose the arm spacing installment,guarantees the entire vehicle the stability. The upper air vehicleamplitude system and the expansion and contraction system speed mustperform to control, prevents the production "overspeed" thephenomenon.
Therefore, for guaranteed work high above the ground vehicle workstable, reliable, safe, work nimble, the efficiency is high, designs the fine hydraulic system and the electricity control system appears especially importantly.
Keywords: The high-altitude working machine; braker, iternal leakage;external control with constant voltage;The installment limits the position.
徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 GKZ高空作業(yè)車液壓和電氣控制系統(tǒng)設(shè)計
目 錄
摘要…………………………………………………………………………………………3
第一章 緒論 ……………………………………………………………………………3
1.1 空作業(yè)車的的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢…………………………………………………6
1.2 課題的來源和意義………………………………………………………………8
第二章 液壓系統(tǒng)設(shè)計 …………………………………………………………………9
2.1 本參數(shù)及主要技術(shù)性能指標(biāo) …………………………………………………9
2.1.1 行駛狀態(tài)主要技術(shù)參數(shù) …………………………………………………9
2.1.2 作業(yè)狀態(tài)主要技術(shù)參數(shù) …………………………………………………9
2.1.3 作業(yè)車平臺作業(yè)工作狀態(tài)圖 ……………………………………………9
2.1.4 機(jī)構(gòu)簡述 …………………………………………………………………11
2.2 液壓系統(tǒng)的構(gòu)成…………………………………………………………………13
2.3 各系統(tǒng)工作原理簡述……………………………………………………………13
2.4 主要機(jī)構(gòu)液壓回路的設(shè)計與分析………………………………………………14
2.4.1 升機(jī)構(gòu)的回路設(shè)計 ………………………………………………………14
2.4.2 伸縮機(jī)構(gòu)回路設(shè)計 ………………………………………………………16
2.4.3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回路設(shè)計 ………………………………………………………17
2.4.4 變幅機(jī)構(gòu)回路設(shè)計 ………………………………………………………17
2.4.5 整體液壓回路設(shè)計 ………………………………………………………18
2.5 主要液壓元?dú)饧倪x擇與計算…………………………………………………20
2.5.1 液壓泵的確定 ……………………………………………………………20
2.5.2 上下臂液壓缸確定 ………………………………………………………21
2.5.3 液壓馬達(dá)選擇 ……………………………………………………………23
2.5.4 換向閥的選擇 ……………………………………………………………24
2.5.5 油箱有效容的積確定 ……………………………………………………25
第三章 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 ……………………………………………………………26
3.1 電氣控制方案的確定 …………………………………………………………26
3.1.1 高空作業(yè)機(jī)構(gòu)的電氣控制電路 …………………………………………26
3.1.2 通訊裝置 …………………………………………………………………27
3.1.3 選擇開關(guān)裝置 ……………………………………………………………27
3.1.4 總的控制電路 ……………………………………………………………27
3.2 電氣元器件的選擇 ……………………………………………………………28
3.2.1 按鈕的選用 ………………………………………………………………28
3.2.2 行程開關(guān)的選用 …………………………………………………………30
3.2.3 熱繼電器的選用 …………………………………………………………30
3.2.4 熔斷器的選用 ……………………………………………………………30
3.2.5 電線的選擇 ………………………………………………………………31
3.2.6 照明電器選擇 ……………………………………………………………31
3.2.7 變壓器的選擇 ……………………………………………………………32
第四章 電氣控制面板的操作……………………………………………………………33
4.1 轉(zhuǎn)臺處控制箱操作面板及其操作件介紹………………………………………33
4.2 平臺（吊籃）控制箱操作面板及操作元件……………………………………34
4.3 高空作業(yè)電氣部分操作方法……………………………………………………35
4.4 高空作業(yè)操作中注意事項………………………………………………………35
附錄…………………………………………………………………………………………37
附錄1 …………………………………………………………………………………37
附錄2 …………………………………………………………………………………37
附錄3 …………………………………………………………………………………39
附錄4 …………………………………………………………………………………39
附錄5 …………………………………………………………………………………40
結(jié)論…………………………………………………………………………………………42
后記…………………………………………………………………………………………43
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………44
GKZ高空作業(yè)車液壓和電氣控制系統(tǒng)設(shè)計
摘 要
高空作業(yè)車廣泛用于建筑、市政、機(jī)場、工廠、園林、住宅等場所，從事消防、搶險救災(zāi)、安裝、維護(hù)等工作。本文針對徐州海倫哲工程機(jī)械有限公司GKZ14型高空作業(yè)車，進(jìn)行了大量的理論研究和實驗測試。
本設(shè)計是對該車的重要組成部分----液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計和研究，其液壓系統(tǒng)由上車液壓系統(tǒng)和下車液壓系統(tǒng)組成。兩者之間由中心回轉(zhuǎn)接頭連接(垂直升降式高空車除外),上車液壓系統(tǒng)由變幅系統(tǒng)、伸縮系統(tǒng)和回轉(zhuǎn)系統(tǒng)三個基本系統(tǒng)組成。在整個液壓系統(tǒng)設(shè)計中，采用制動器控制克服了液壓馬達(dá)存在內(nèi)泄而平衡閥不能鎖住停在空中的重物，使重物可靠地停在空中。制動器采用恒壓外控，可以進(jìn)一步降低平衡閥的開啟壓力，提高回路效率。
從安全性、可靠性角度看，高空車不同于一般的工程機(jī)械, 其特點是作業(yè)頻率不高, 負(fù)荷較小, 但要求安全性, 可靠性較高。因此, 高空車應(yīng)具備緊急停止裝置。高空車在各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作的終點位置設(shè)限位裝置, 尤其是對于折疊臂式及混合臂式的高空車應(yīng)設(shè)中臂限位裝置, 以確保整車的穩(wěn)定性。高空車的變幅系統(tǒng)和伸縮系統(tǒng)的速度必須加以控制, 以防止產(chǎn)生“超速”現(xiàn)象。
因此，為保證高空作業(yè)車的工作穩(wěn)定、可靠、安全，作業(yè)靈活，效率高，設(shè)計出優(yōu)良的液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)就顯得尤為重要。
[關(guān)鍵詞]：高空作業(yè)車；制動器；內(nèi)泄；恒壓外控；限位裝置。
Hydraulic and electricity control system design of the high-altitude working machine
Abstract
The high-altitude working machine has been widely used in architecture, city planning, airport, factory, garden, house and other place. It plays an important role in fire protection, dealing with an emergency, construction, installation, maintenance and so on. Aiming at the GKZ14 high-altitude working machine of XhZhou HaiLun machinery Group, It does a lot of theoretical research and experiment test.
This design is carries on the design and the research to this vehicleimportant constituent ---- hydraulic system and the electricitycontrol system, its hydraulic system by boards the hydraulic systemand alights the hydraulic system to be composed. Two between (verticalfluctuation type upper air vehicle is an exception) by the centerswivel joint connection, boards the hydraulic system by the amplitudesystem, the expansion and contraction system and the rotary systemthree basic systems is composed. In the entire hydraulic systemdesign, used the brake control to overcome in the oil motor existenceto release but the by-pass valve not to be able to lock in stops inthe airborne heavy item, caused the heavy item reliably to stop inairborne. The brake uses outside the constant pressure to control, mayfurther reduce the by-pass valve to open the pressure, enhances thereturn route efficiency.
From the security, the reliable angle looked that, the upper airvehicle is different with the general project machinery, it scharacte ristic is the work frequency is not high, load smaller, butthe request security, the reliability is higher. Therefore, the upperair vehicle should have the urgent stop device. The upper air vehiclesupposes the spacing installment in each implementing agency movementend position, regarding folds the arm type and the mix arm -like upperair vehicle in particular should suppose the arm spacing installment,guarantees the entire vehicle the stability. The upper air vehicleamplitude system and the expansion and contraction system speed mustperform to control, prevents the production "overspeed" thephenomenon.
Therefore, for guaranteed work high above the ground vehicle workstable, reliable, safe, work nimble, the efficiency is high, designs the fine hydraulic system and the electricity control system appears especially importantly.
Keywords: The high-altitude working machine; braker, iternal leakage;external control with constant voltage;The installment limits the position.
第一章 緒 論
1.1高空作業(yè)車的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
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年，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，通過學(xué)習(xí)引進(jìn)和消化國外先進(jìn)技術(shù)開發(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)到和接近了國際同類產(chǎn)品的水平，推動了高空作業(yè)機(jī)械行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，在國內(nèi)市場中競爭力強(qiáng)，市場銷路好，產(chǎn)量增加較快。
一些企業(yè)利用自身的優(yōu)勢，在原有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上根據(jù)國內(nèi)底盤品種的發(fā)展和基礎(chǔ)零部件的更新，不斷加大新產(chǎn)品的開發(fā)力度，走企業(yè)橫向聯(lián)合多種經(jīng)營的綜合開發(fā)道路，不但使企業(yè)自身的生產(chǎn)和銷售步入了良性循環(huán)軌道，還帶動了附屬企業(yè)和國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品的銷售發(fā)展。
高空作業(yè)行業(yè)作為城市建設(shè)的新型產(chǎn)業(yè)，必須調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。要抓好供電用高空作業(yè)機(jī)械產(chǎn)品、建筑用自行式登高作業(yè)機(jī)械及帶電絕緣高空作業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)，室內(nèi)外輕型作業(yè)平臺和25M以上消防救援高空作業(yè)車的開發(fā)和應(yīng)用?？偟陌l(fā)展趨勢是致力于擴(kuò)大高空作業(yè)機(jī)械的作業(yè)范圍，滿足不同作業(yè)的需要；確保使用人員的作業(yè)安全；提高操縱和使用性能。高空作業(yè)平臺產(chǎn)品以往國內(nèi)大多以手推式為主，體積大、質(zhì)量重，更換工作場地非常困難，給用戶使用帶來不便，而發(fā)達(dá)國家在產(chǎn)品上早已更新。因此，開發(fā)輕便的鋁合金平臺和自行式平臺有著廣闊的前景，從國內(nèi)近幾年開發(fā)的鋁合金平臺銷量來看也證明了這一點。應(yīng)該優(yōu)先進(jìn)行高空作業(yè)機(jī)械的自動控制和安全保護(hù)技術(shù)、室內(nèi)外輕型作業(yè)平臺及自行式作業(yè)平臺和大作業(yè)幅度平臺及新型多功能高空作業(yè)車的研究、開發(fā)。
要提高我國高空作業(yè)車的技術(shù)水平，首先必須解決工程車輛底盤問題。我國目前正在努力提高汽車工業(yè)的整體水平，走集團(tuán)化規(guī)模道路，并積極引進(jìn)國外資金及技術(shù)，但還只限于輕型底盤。汽車制造廠家應(yīng)該在此基礎(chǔ)上根據(jù)高空作業(yè)車的具體要求，專門設(shè)計輕型、中型和重型的工程車底盤以供高空作業(yè)車的改裝之用。
我國高空機(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、國內(nèi)大多廠家把用戶集中在車站、地鐵、商店、工廠、供電、路燈等部門，其市場遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有挖掘和培育出來。高空作業(yè)機(jī)械在有發(fā)展前途的電力、電信及有線電視系統(tǒng)使用較少，究其原因是國內(nèi)產(chǎn)品技術(shù)性能及參數(shù)還不能完全滿足上述三大系統(tǒng)使用的要求，在產(chǎn)品用途和功能上還需更新。如將高空作業(yè)機(jī)械用在建筑施工中以替代某些腳手架施工、建筑物外墻表面的裝飾、清洗和維護(hù)等；絕緣架線和維修；消防救援及大型物體（船舶、飛機(jī)）維護(hù)檢查等，但開發(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。
隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，停電對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活帶來的損失不可估量，國家已經(jīng)開始實行《電力法》對供電可靠性要求越來越高，在電力系統(tǒng)創(chuàng)一流企業(yè)活動中要求供電可靠率達(dá)到99.9%所以如何解決不停電檢修----帶電作業(yè)的問題已經(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。這種新型高空作業(yè)車要打破常規(guī)的格局，工作斗，臂架要采用非金屬的高性能絕緣材料，工作斗對整個作業(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。電信和有線電視系統(tǒng)使用的高空作業(yè)車要求小巧靈活，能走街穿巷，操作方便、乘坐舒適。這就要求設(shè)計小型先進(jìn)的汽車底盤，并解決動力輸出問題。應(yīng)該特別注意的是，高空作業(yè)車新產(chǎn)品的開發(fā)不能限制在汽車上，應(yīng)該考慮它是一種工程機(jī)械，以適應(yīng)用戶的需要為前提，行走方式可以采用電動自行式、液控自行式、輪胎自行式、履帶自行式等。我國船舶行業(yè)對輪胎液控自行式高空作業(yè)車的需求量很大，建筑行業(yè)對履帶自行式產(chǎn)品也將產(chǎn)生需求，室內(nèi)裝修、清洗行業(yè)大量需要電機(jī)自行式高空作業(yè)車。隨著高速公路、高架橋的出現(xiàn)，逐步需要具有負(fù)低空作業(yè)性能的高空作業(yè)車，以解決高架路橋的維修問題，這種特殊的高空作業(yè)車在國外早已出現(xiàn)，但在我國還剛剛起步。[1]
1.2課題的來源和意義
本課題以徐州海倫哲工程機(jī)械有限公司研制開發(fā) “GKZ14型高空作業(yè)車” 為研究對象，對該車高空作業(yè)機(jī)構(gòu)的液壓電氣系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。
此型號高空作業(yè)車除高空作業(yè)機(jī)構(gòu)外還設(shè)有起重裝置，一機(jī)多用。液壓系統(tǒng)在高空作業(yè)車?yán)镎贾匾匚?，如起重工件裝置主要由起升，變幅，吊臂升縮和回轉(zhuǎn)等機(jī)構(gòu)組成，這些機(jī)構(gòu)都靠液壓系統(tǒng)驅(qū)動，實現(xiàn)作業(yè)要求。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的快速發(fā)展，國內(nèi)外起重機(jī)市場和高空作業(yè)車市場對這兩種產(chǎn)品的需求越來越大，我國近年來通過實行積極的財政政策和內(nèi)需拉動等手段，加強(qiáng)和改善宏觀調(diào)控，集中液壓系統(tǒng)設(shè)計在整個高空作業(yè)車的設(shè)計里具有重要的意義，它使整個機(jī)必要力量建設(shè)一批大型工程，“GKZ14型高空作業(yè)車”將有廣闊的應(yīng)用前景，將產(chǎn)生巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。
第二章 液壓系統(tǒng)設(shè)計
2.1 GKZ高空作業(yè)車基本參數(shù)及主要技術(shù)性能指標(biāo)
2.1.1高空作業(yè)車行駛狀態(tài)主要技術(shù)參數(shù)（表一）：
（表一）
類別
項目
單位
數(shù)值
江鈴（五十鈴）
躍進(jìn)
尺寸
參數(shù)
總長
7170
總寬
1942
1952
總高
2860
質(zhì)量
參數(shù)
乘坐人數(shù)（含駕駛員）
人
6
總質(zhì)量
4370
5020
軸荷
前橋
1720
1980
后橋
2650
3040
行駛
參數(shù)
最高行駛速度
90
80
縱向通過角
o
27
橫向通過角
o
17
最小離地間隙
190
接近角
o
22
30
離去角
o
12
13
2.1.2高空作業(yè)車作業(yè)狀態(tài)主要技術(shù)參數(shù)（見表二）：
（表二）
類 別
項目
單位
數(shù)據(jù)
主
要
性
能
參
數(shù)
平臺額定載荷
200
平臺最大作業(yè)高度
14
平臺最大作業(yè)高度時作業(yè)幅度
1.9
平臺最大作業(yè)幅度
5.6
平臺最大作業(yè)幅度時作業(yè)高度
7.7
項目
單位
數(shù)據(jù)
最大起重量
1300
最大起升高度
9
回轉(zhuǎn)速度
0~2
支腿收放時間
收
80
放
80
下臂變幅時間
40
上臂變幅時間
40
伸縮臂全伸時間
30
單繩起升速度
0--40
2.1.3 高空作業(yè)車平臺作業(yè)工作狀態(tài)圖：
圖2.1高空作業(yè)車平臺作業(yè)工作狀態(tài)圖
2.1.4 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(yùn)動平穩(wěn)。
（2）．起重工作臂
起重工作臂由基本臂和伸縮臂組成。高空作業(yè)工作下臂兼做起重基本臂。伸縮臂由伸縮油缸控制，不工作時，回縮至基本臂內(nèi)部，進(jìn)行起重作業(yè)時，伸縮臂根據(jù)需要的起重幅度和起升高度進(jìn)行伸縮。
（3）．工作平臺（工作吊籃）
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。GKZ系列車型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。
（4）．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)。
（5）．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。
（6）．動力系統(tǒng)
GKZ系列作業(yè)車高空作業(yè)和起重作業(yè)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。
（7）．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。
（8）．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(yáng)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(dú)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。
（9）．電氣系統(tǒng)
電氣系統(tǒng)包括示廓燈、警示燈、照明燈（可選件）等燈具、上臂限位系統(tǒng)、下臂限位系統(tǒng)、上下車互鎖系統(tǒng)、蜂鳴器、轉(zhuǎn)臺控制箱和吊籃控制箱等部分。
示廓燈與汽車行車燈并聯(lián)，表示該車的輪廓。警示燈為夜間工作時 顯示吊藍(lán)的位置，提醒過往車輛與行人。照明燈在夜間工作時起照明作用。
當(dāng)支腿油缸支起，下臂離開原始位置后，系統(tǒng)自動切斷支腿油缸的回油油路，確保高空作業(yè)時支腿油缸不會因誤操作而收回。
上、下臂限位行程開關(guān)限制上、下臂最大的仰角，當(dāng)工作臂舉升至最大仰角時，行程開關(guān)動作接通蜂鳴器，提醒操作者注意，同時系統(tǒng)切斷油缸進(jìn)油路，使工作臂不能繼續(xù)舉升，但工作臂的下落不受影響。
蜂鳴器受蜂鳴器按鈕和上、下臂限位行程開關(guān)控制，在作業(yè)車開始作業(yè)及工作臂處于極限位置時起警示作用。
2.2 液壓系統(tǒng)的構(gòu)成
GKZ系列車型有底盤（簡稱下車）和起重工作裝置、高空作業(yè)裝置（簡稱上車）兩大部分。
整個高空作業(yè)車工作裝置由以下幾部分構(gòu)成：
（1） 支腿 是汽車輪胎離開地面，架起整個車，不使載荷壓在輪胎上，同時調(diào)整整機(jī)平衡
（2） 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 使上下臂回轉(zhuǎn)
（3） 伸縮機(jī)構(gòu) 用以改變吊臂的長度
（4） 變幅機(jī)構(gòu) 用以改變上下臂的傾角
（5） 起升機(jī)構(gòu) 使重物升降
2.3 各系統(tǒng)工作原理簡述
GKZ系列車型采用折疊式工作臂結(jié)構(gòu)，工作裝置為液壓驅(qū)動，360全回轉(zhuǎn)。該系列車分為底盤（簡稱下車）和起重工作裝置、高空作業(yè)裝置（簡稱上車）兩大部分在此次液壓系統(tǒng)設(shè)計過程中，將構(gòu)成作業(yè)車主要工作機(jī)構(gòu)的液壓回路分成起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、吊臂伸縮機(jī)構(gòu)和支腿收放這幾部分。其中起升機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)控制，吊臂伸縮機(jī)構(gòu)和上下吊臂的動作由液壓缸控制,在此次設(shè)計中主要是對這兩部分進(jìn)行液壓設(shè)計，而支腿是用于支撐整機(jī)，同時調(diào)整整機(jī)平衡，支腿收放部分在此次設(shè)計中不予考慮。重點對上車液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析，各主要回路功能如下：
（1）起升回路
液壓馬達(dá)和起升減速機(jī)組成。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。在液壓馬達(dá)的回油路上設(shè)有平衡回路，以防止重物自由下落，此外采用馬達(dá)制動器控制，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，必須靠制動器使重物可靠地停在空中。
（2）伸縮回路
起重吊臂有基本臂和伸縮臂組成，伸縮臂套在基本臂之中，用一個由三位四通手動換向閥控制的伸縮液壓缸來改變驅(qū)動吊臂的伸出和縮回。為防止因自重而使吊臂下落，油路中設(shè)有平衡回路。
（3）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)通過蝸輪蝸桿減速箱和一對內(nèi)嚙合的齒輪來驅(qū)動轉(zhuǎn)盤。系統(tǒng)中一個由三位四通手動換向閥控制轉(zhuǎn)盤的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和不動三種工況。
（4）變幅回路
變幅就是用液壓缸來改變上下臂的角度。變幅液壓缸由三位四通電磁換向閥來控制，為防止在變幅作業(yè)時因自重而使吊臂下落，在油路中設(shè)有平衡回路。
（5）支腿回路
關(guān)于支腿回路這里省略。
2.4 主要機(jī)構(gòu)液壓回路的設(shè)計與分析
2.4.1 起升機(jī)構(gòu)的回路設(shè)計
圖2.2 起升機(jī)構(gòu)的回路
1-液壓泵 2-油缸3-換向閥 4-梭閥
5-平衡閥 6-制動器液壓缸7-液壓馬達(dá)
(1) 動作分析
如圖(3.1)所示開始分析動作控制過程：
換向閥3置于右位
液壓泵單向閥換向閥梭閥4液壓缸6制動器松開
平衡閥7液壓馬達(dá)吊重起升
換向閥3置于左位
液壓泵單向閥換向閥梭閥4液壓缸6制動器松開
液壓馬達(dá)
換向閥3置于中位 馬達(dá)不工作，整個回路卸荷，制動器鎖緊實現(xiàn)空中可靠懸停或就位。
（2）性能分析
本回路采用制動器恒壓外控，如果馬達(dá)制動器控制采用的為內(nèi)控，制動器壓力隨負(fù)載變化而變化，在負(fù)載壓力小于制動器開啟壓力時，起升會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象。另一方面，為了彌補(bǔ)回路的開啟壓力。這種回路特別在空鉤時會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象。在回路上增加背壓閥解決抖動現(xiàn)象會使系統(tǒng)效率降低。采用制動器恒壓外控方法，這樣還可以進(jìn)一步降低平衡閥的開啟壓力，提高回路效率。
吊重放下此時，平衡閥5的遠(yuǎn)控口受到壓力油的作用，推動平衡閥的閥芯，調(diào)節(jié)其開度，使吊重平穩(wěn)下落。
但這種液壓回路只能靠調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和換向閥開度的節(jié)流作用來調(diào)速，調(diào)速范圍小，能耗大，但它簡單，容易配置，適宜用于這種中小型起重車。
2.4.2 伸縮機(jī)構(gòu)回路設(shè)計
圖2.3 伸縮機(jī)構(gòu)回路
(1) 動作分析
換向閥置于左位
液壓泵單向閥換向閥液壓缸（伸縮臂伸出）平衡閥油箱
換向閥置于右位
液壓泵單向閥換向閥平衡閥中的單向閥液壓缸油箱
換向閥置于中位
伸縮臂不伸縮工作
（2）性能分析
該高空作業(yè)車工作下臂兼做起重基本臂，伸縮臂由伸縮油缸控制，不工作時，回縮至基本臂內(nèi)部，進(jìn)行起重作業(yè)時，伸縮臂根據(jù)需要的起重幅度和起升高度進(jìn)行伸縮。該伸縮臂式起重機(jī)采用單液壓缸. 伸出時，平衡閥的遠(yuǎn)控口受到壓力油的作用，推動平衡閥的閥芯，調(diào)節(jié)其開度，使伸出平穩(wěn)。
2.4.3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回路設(shè)計
圖2.4 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回路
（1）動作分析
換向閥置于左位
液壓泵換向閥梭閥液壓缸制動器松開
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器松開
右節(jié)流閥 液壓馬達(dá)
換向閥置于中位
整個回路卸荷，制動器液壓缸在自身彈簧的作用下迅速剎住液壓馬達(dá)。
（2）性能分析
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)。
如圖(3.3)所示， 換向閥處在中位時，整個回路卸荷，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,保證了安全性。
2.4.4 變幅機(jī)構(gòu)回路設(shè)計
圖2.5 變幅機(jī)構(gòu)回路
(1) 動作分析
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，液壓缸不運(yùn)動。
（2）性能分析
行駛狀態(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(yùn)動平穩(wěn)。
2.4.5. 整體液壓回路設(shè)計
結(jié)合以上能滿足起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、動作要求的液壓回路,完成整體液壓回路設(shè)計。如下圖所示：
圖2.6 整體液壓回路
（1）系統(tǒng)分析
系統(tǒng)中只有當(dāng)單向閥的電磁線圈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)和卷揚(yáng)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，在每個液壓缸的進(jìn)回油回路中都設(shè)節(jié)流閥調(diào)速，在整個系統(tǒng)中安全閥作為系統(tǒng)的安全保證。整個系統(tǒng)設(shè)置合理，采用模塊設(shè)計。
（2）性能分析
系統(tǒng)的設(shè)計除應(yīng)滿足主機(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)計的出發(fā)點，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)的絕對可靠。前者著眼于效能，后者著眼于安全；實際的設(shè)計工作則常常是這兩種觀點不同程度的組合。
在整個液壓系統(tǒng)設(shè)計中，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，必須靠制動器使重物可靠地停在空中。在開式回路中再次提升重物時，當(dāng)制動器打開先與系統(tǒng)建立起負(fù)載壓力或制動器開啟雖與系統(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，會產(chǎn)生二次下滑。采用壓力記憶回路雖可保證制動器開啟與系統(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，可使制動器打開的同時系統(tǒng)壓力也建立起來，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)制動器控制采用的為內(nèi)控，制動器壓力隨負(fù)載變化而變化，在負(fù)載壓力小于制動器開啟壓力時，起升會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象。另一方面，為了彌補(bǔ)回路的開啟壓力。這種回路特別在空鉤時會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象。在回路上增加背壓閥解決抖動現(xiàn)象會使系統(tǒng)效率降低。最好的解決辦法是制動器采用恒壓外控。這樣還可以進(jìn)一步降低平衡閥的開啟壓力，提高回路效率。[4]
2.5 主要液壓元?dú)饧倪x擇與計算
2.5.1 液壓泵的確定
根據(jù)泵的壓力和流量選取適合的液壓泵
1．確定液壓泵最大工作壓力
(1)
--液壓泵最大工作壓力
--液壓缸的最大工作壓力，
--管路損失。取
則
2．確定液壓泵的流量
(2)
--系統(tǒng)泄漏系數(shù)，??；
--同時動作液壓缸最大總流量，取
系統(tǒng)中有溢流閥等，取溢流量等總和3。
即：
根據(jù)以上求得的和，按系統(tǒng)中擬定的確液壓泵形式，從產(chǎn)品樣本選擇CBF-E型外嚙合單級齒輪泵，它的額定壓力為16Mpa,額定轉(zhuǎn)速為。
2.5.2 上下臂液壓缸確定
設(shè)計液壓缸時，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)來選擇液壓缸的結(jié)構(gòu)形式，然后按負(fù)載、運(yùn)動要求、最大行程來確定主要尺寸。
⑴ 上臂液壓缸確定[5]
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)壓力來計算液壓缸內(nèi)徑D
計算公式： =3.57 (3)
--液壓缸內(nèi)徑（m）
--液壓缸推力（kM）
--選定的工作壓力16MP
--上臂自重,由計算為7.5310
--上臂長度，為5.950m
--高空作業(yè)車吊籃最大承受力，由計算知為2.0
--為力距，由計算得=1.796m。
可得：
所以
按《機(jī)械設(shè)計手冊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
即取:
② 活塞桿直徑的確定
根據(jù)速度比的要求來計算活塞桿直徑
(4)
--活塞桿直徑();
--液壓缸直徑();
--速度比
液壓缸的往復(fù)運(yùn)動速度比，一般有1.46 1.33 1.25和1.15等幾種，這里取為
1.25，由《機(jī)械設(shè)計手冊4》表23.6-57(P23-191)查得:
將代入式(4) 得:
查《機(jī)械設(shè)計手冊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，上臂油缸伸出為最大。代入相關(guān)數(shù)據(jù)
可求出此長度為 ：
油缸的最大行程一般取此長度的一半，參照(GB2349—1980)如下：
25
50
80
100
125
160
200
250
320
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3200
4000
取
④液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定[5]
a) 缸筒壁厚的確定
(5)
--液壓缸缸筒厚度();
--試驗壓力()。取，即，。
--液壓缸內(nèi)徑（m）；
--剛體材料的許用應(yīng)力（），取。
代入式（5）式，得：
代入相關(guān)數(shù)據(jù)計算最后得：8mm
b) 缸體外徑的確定
代入數(shù)據(jù)得:96
查《機(jī)械設(shè)計手冊4》表23.6-60(P23-192)圓整液壓缸外徑為105。
(2) 下臂油缸的相關(guān)尺寸設(shè)計計算[5]
與上臂液壓缸計算類似(過程省略)
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)的計算[5]
a) 缸筒壁厚 19mm
b) 缸體外徑 取液壓缸外徑為200。
2.5.3 液壓馬達(dá)選擇[5]
選擇液壓馬達(dá)時需要考慮的因素較多，如轉(zhuǎn)距，轉(zhuǎn)數(shù)，工作壓力，排量，容積效率，總效率等。
這里采用轉(zhuǎn)距計算：
--平臺最大載荷；
--上臂和下臂總重。
摩擦系數(shù)取
力對支架中心點取矩，得：
力對支架中心點取矩，得：
由此轉(zhuǎn)矩，結(jié)合《機(jī)械設(shè)計手冊4》表23.6-3（見附錄2） 各種液壓馬達(dá)的適用工況和應(yīng)用范圍，最后選取內(nèi)曲線徑向馬達(dá)技術(shù)規(guī)格，此型號一般適用于挖掘機(jī)、拖拉機(jī)、起重機(jī)、采煤機(jī)等。
2.5.4 換向閥的選擇
換向閥利用閥芯相對閥體的相對運(yùn)動，使油路接通、關(guān)斷，或變換油液的方向，從而使液壓執(zhí)行元件啟動、停止或變換運(yùn)動方向。
對換向閥的主要要求是：
1、油液流過閥時的壓力損失要小
2、互不相通的油口間的泄漏要小
3、換向要平穩(wěn)、迅速且可靠
電磁換向閥的主要性能，主要包括下面幾個方面：
（1）工作可靠性 工作可靠性指電磁通電后能否可靠地?fù)Q向，而斷電后能否可靠地復(fù)位。工作可靠性主要取決于設(shè)計和制造，且和使用也有關(guān)系。液動力和液壓卡緊里的大小對工作可靠性影響很大，而這兩個力與通過閥的流量和壓力有關(guān)。所以電磁閥也只有在一定的流量和壓力范圍內(nèi)才能正常工作。這個工作范圍的極限稱為換向極限。
（2）壓力損失 由于電磁閥的開口很小，故液流流過閥口時產(chǎn)生較大的壓力損失。一般的說，閥體鑄造流道中的壓力損失比機(jī)械加工流道中的損失小。
（3）內(nèi)泄漏量 在各個不同的工作位置，在規(guī)定的工作壓力下，從高壓腔漏到低壓腔的泄漏量為內(nèi)泄漏量。過大的內(nèi)泄漏量不僅會降低系統(tǒng)的效率，引起過熱，而且還會影響執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正常工作。
（4）換向和復(fù)位時間 換向時間指從電磁鐵通電到閥心換向終止的時間；復(fù)位時間是指從電磁鐵斷電到閥心回復(fù)到初始位置的時間。減小換向和復(fù)位時間可提高機(jī)構(gòu)的工作效率，但會引起液壓沖擊。
一般來說，交流電磁閥的換向時間約為0.03～0.05S，換向沖擊較的大，而直流電磁的換向時間為0.1～0.3S，換向沖擊小。通常復(fù)位時間比換向時間稍長。
（5）換向頻率 換向頻率是在單位時間內(nèi)閥所允許的換向次數(shù)。目前單電磁鐵的電磁閥的換向頻率一般為60次/min
（6）使用壽命 使用壽命指電磁閥用到它某一零件損壞，不能進(jìn)行正常的換向或復(fù)位動作，或者用到電磁閥的主要性能指標(biāo)超過規(guī)定指標(biāo)是經(jīng)歷的換向次數(shù)。電磁閥的使用壽命主要取決于電磁鐵。濕式電磁鐵的壽命比干式的長，直流電磁鐵的壽命比交流的長。
選用型號為4WE6E60/SG24N9K4/V，其最大壓力為35MPa，最大流量80L/min,通徑6mm。該換向閥為三位四通型，通過控制兩端的電磁鐵的通斷電，實現(xiàn)控制油液的開啟、停止和方向。在未通電的狀態(tài)下，控制閥芯由復(fù)位彈簧保持在中間，處于中位截至。[2]
2.5.5 確定油箱的有效容積[5]
油箱在液壓系統(tǒng)中除了儲油外，還起著散熱、分離油液中的氣泡、沉淀雜質(zhì)等作用。油箱中安裝有很多輔件，如冷卻器、加熱器、空氣過濾器及液位計等。
油箱的有效容積： V=aqv
所選泵的總流量為135.6L/min,這樣每分鐘排出來壓力油的體積為0.15
參照《機(jī)械設(shè)計手冊4》表23.4-11 取a=5,
算得有效容積為 V=
第三章 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計
3．1 電氣控制方案的確定
電氣控制方案的合理性直接影響機(jī)械設(shè)備工作的可靠性、易維修性以及經(jīng)濟(jì)性。設(shè)計電氣控制系統(tǒng)時必須綜合考慮，在保證機(jī)械設(shè)備要求的工作可靠性和易維修性的前提下，應(yīng)采用簡單、經(jīng)濟(jì)的電氣控制方案。
3.1.1 高空作業(yè)機(jī)構(gòu)的電氣控制電路 （上、下臂、回轉(zhuǎn)）
圖3-1
如圖所示，上車采用置位開關(guān)進(jìn)行控制，分別在吊籃和平臺上裝有控制柜，SA1， SA3，SA5，裝在小車上的開關(guān)，人在小車?yán)飳ζ溥M(jìn)行撥動實現(xiàn)動作，SA2，SA4，SA6裝在平臺上，人在平臺上進(jìn)行操作。
SA1打在左位電磁閥Y2得電上臂升高
SA1打在右位電磁閥Y3得電上臂下降
同理在平臺上操縱SA2，實現(xiàn)同樣的效果。
撥動SA3和SA5實現(xiàn)下臂的變幅操作。撥動SA4和SA6實現(xiàn)上下臂的回轉(zhuǎn)。
①．下臂起落開關(guān)。開關(guān)撥至上位時，下臂起升；撥至下位，下臂下落；不撥動開關(guān)時，開關(guān)自動復(fù)位至中間位置，下臂不動作。
②．回轉(zhuǎn)開關(guān)。開關(guān)撥至上位時，轉(zhuǎn)臺左轉(zhuǎn)（逆時針）；撥至下位，轉(zhuǎn)臺右轉(zhuǎn)（順時針）；不撥動開關(guān)時，開關(guān)自動復(fù)位至中間位置，轉(zhuǎn)臺不動作。
③．上臂起落開關(guān)。開關(guān)撥至上位時，上臂起升；撥至下位，上臂下落；不撥動開關(guān)時，開關(guān)自動復(fù)位至中間位置，上臂不動作。
3.1.2通訊裝置
有了通訊裝置，人在車上操作時可與地面上的人進(jìn)行緊密的溝通，對一些指導(dǎo)性和地空合作的工作尤為重要。如圖4-3所示。
圖3.2
3.1.3 選擇開關(guān)裝置
圖3.3
采用選擇開關(guān)之后，接線變得更為方便，控制電路更有條理。
3.1.4 總的控制電路
圖3--4
3.2 主要電氣元件的選擇
3.2.1 按鈕的選用
按鈕通常是用來短時接通或斷開小電流控制電路的開關(guān)。按鈕在結(jié)構(gòu)上有多種形式的：旋鈕式一用手鈕動旋轉(zhuǎn)進(jìn)行操作；指示燈式—按鈕內(nèi)可裝入信號顯示燈； 緊急式—裝有蘑菇形鈕帽，以表示緊急操作。
按鈕是用于人工操作瞬間接通和斷開控制電路的開關(guān)。它有不同的結(jié)構(gòu)型式和顏色。一般情況下，起動按鈕選用綠色，停止按鈕選用紅色，緊急停止按鈕選用紅色蘑菇頭型式；需要顯示按鈕操作狀態(tài)時選用帶指示燈的按鈕；大多數(shù)按鈕的觸頭為一常開和一常閉，如果需要一個按鈕控制兩個或兩個以上的回路，則選用多對觸頭的按鈕。
按鈕內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下所示：
圖3-1 按鈕的種類
較為常用的LA101P型按鈕有一下幾種：
表3-1 常用的LA101P型按鈕
型號
名稱
說明
LA101P-P
平鈕
普通型
LA101P-DJ
大緊急式按鈕
大蘑菇形鈕頭，用于急停
LA101P-LZ
拉式自鎖開關(guān)
拉桿能自鎖在拉起后的位置上，推動拉桿即可復(fù)位
根據(jù)使用場合所需要的觸點數(shù)，接觸型式及顏色選用LA101P-P型作為啟動按扭， LA101P-DJ型作為停止按鈕，LA101P-LZ型作為輪廓和警示燈的按鈕，查《簡明電工手冊》表6-111。
3.2.2 行程開關(guān)的選用
查《簡明電工手冊》表6-121，LX19系列行程開關(guān)適用于交流50Hz或60Hz、電壓至380V或直流電壓至220V的控制電路中，將機(jī)械信號轉(zhuǎn)換為電氣信號，作控制運(yùn)動機(jī)構(gòu)行程和變換運(yùn)動方向或速度用。
LX19系列行程開關(guān)采用雙斷點瞬動式結(jié)構(gòu)，安裝在金屬外殼內(nèi)構(gòu)成防護(hù)式，在外殼上配有各種方式的機(jī)械部件，組成單輪、雙輪轉(zhuǎn)動及無輪直線移動等型式的行程開關(guān)。
主要技術(shù)參數(shù)見附錄3
根據(jù)使用場合所需要，選用LX19-222(B)作為本次設(shè)計所用。
3.2.3 熱繼電器的選用
熱繼電器用于對異步電動機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)的熱繼電器有雙金屬片時和電子式兩種。電子式熱繼電器保護(hù)性能好，適用于重要電動機(jī)的保護(hù)。如果電氣控制系統(tǒng)已經(jīng)采用自動開關(guān)，不必再采用熱繼電器；對負(fù)載恒定、過載可能性很小的電動機(jī)，如冷卻泵電機(jī)，可不設(shè)熱繼電器。
選擇熱繼電器時，要根據(jù)電動機(jī)的額定電流來確定其額定電流及熱元件的電流等級。對星形連接電動機(jī)，可使用兩相或三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器，對三角形連接的電動機(jī)可采用斷相保護(hù)的熱繼電器。
3.2.4 熔斷器的選用
熔斷器是在電力電子技術(shù)設(shè)備中用來對短路、嚴(yán)重過電流等故障進(jìn)行保護(hù)，以防事故擴(kuò)大化的一種器件。熔斷器分為普通熔斷器和快速熔斷器兩類。普通與快速是針對過載或短路后，熔斷器中熔體熔化而分?jǐn)嚯娐返臅r間長短而言的。
熔斷器主要類型有：插入式、螺旋式、填料封閉管式等。常用的有RL6系列。在選擇熔斷器時，主要考慮以下幾個主要技術(shù)參數(shù)：
(1)．額定電壓 這是從滅弧角度出發(fā)，規(guī)定熔斷器所在電路工作電壓的最高極限。如果熔斷器的實際工作電壓超過該額定電壓，一旦熔體熔斷時，可能發(fā)生電弧不能及時熄滅的現(xiàn)象。
(2)．熔體額定電流 這是指熔體長期通電而不會熔斷的最大電流。
(3)．熔斷器額定電流 這是熔斷器長期工作所允許的由溫升決定的電流值。
選擇熔斷器時，應(yīng)根據(jù)電流的特點及參數(shù)求出熔體電流，再根據(jù)熔體電流大小選擇熔斷器的額定電流并確定其型號。
對負(fù)載電流穩(wěn)定的電氣設(shè)備，如照明燈、電阻爐等，可按額定電流選用，這里我們選用RL6系列螺旋式熔斷器，，外形和安裝尺寸見附錄4。
RL6系列螺旋式熔斷器適用于交流45～62Hz、額定電壓至500V及以下、額定電流至200A的電路中，作輸配電設(shè)備、線路及系統(tǒng)的過載和短路保護(hù)用。
該系列熔斷器由載熔體、熔斷體及底座三部分組成。熔斷體內(nèi)裝有熔體并填充石英砂，底座中設(shè)有非互換性的限位裝置，可防止誤用大于預(yù)定值的熔斷體。熔斷體具有熔斷指示器，易于觀察。該系列熔斷器還備有附加的防護(hù)罩取代保護(hù)圈（200A除外），便于更換熔斷體。此外，該系列熔斷器還具有分?jǐn)嗄芰Ω?、限流特性好、功率損耗小、工作穩(wěn)定、安全可靠等特點。
工作條件：環(huán)境溫度為-5℃～40℃，相對濕度為40℃時不超過50%；25℃時不超過90%海拔：不超過2000m。
3.2.5 電線的選擇
控制線路的電線選擇聚氯乙烯絕緣電纜（電線），它適用于交流及直流日用電器、電信設(shè)備、動力和照明線路固定敷設(shè)。
常用型號及名稱見附錄5
主要技術(shù)參數(shù)：
聚氯乙烯絕緣電線的使用特性
額定電壓U0/U為450V/750V或300V/500V 。
其中U0——電纜設(shè)計用的導(dǎo)體與屏蔽或金屬套之間的額定工頻電壓；
?????? U——電纜設(shè)計用的導(dǎo)體之間的額定工頻電壓
選用BV－105型聚氯乙稀電線
BV－105型聚氯乙稀電線規(guī)格及技術(shù)數(shù)據(jù)：見表4-5
工作條件：環(huán)境溫度：BV-105不超過105℃；其余型號產(chǎn)品不超過70℃。
3.2.6 照明電器選擇
選用XDJ1系列信號燈適，它用于交流50Hz、額定工作電壓至380V及直流電壓至220V的電氣線路中，作為各種燈光指示信號、預(yù)告信號、報警信號及其他指示信號用。
XDJ1系列信號燈是將不同數(shù)量的發(fā)光二極管焊接于線路中，采用電阻、電容式降壓。燈體采用工程塑料制造，為積木式結(jié)構(gòu)，變換燈頭部分可組合成不同形式的品種。各種燈罩均有折光散射功能，顏色鮮艷、光線柔和。該系列信號燈壽命長，耐振動，不需更換發(fā)光元件，工作可靠，節(jié)電效果顯著。
3.2.7變壓器的選擇
由于控制變壓器是用于交流50或60HZ，電壓220、380、420、660V電路中做為機(jī)械設(shè)備的控制電器、指示燈、信號燈電源和工作照明電路，故選其BK-300型控制變壓器，其額定容量為300V/A，電壓組合初級為380V，次級為110V。
第四章 電氣控制面板的操作
作業(yè)車通過上、下臂的起升、下落和轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)將工作人員和必須的物品送至空中指定位置進(jìn)行高空作業(yè)。GKZ系列在轉(zhuǎn)臺和工作平臺兩處均設(shè)置了控制箱，上、下臂的起升、下落和轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)在兩個操縱部位都可進(jìn)行。
4.1 轉(zhuǎn)臺處控制箱操作面板及其操作件介紹
轉(zhuǎn)臺處控制箱操作面板如圖2所示。
各操作件及作用為：
①．下臂起落開關(guān)。開關(guān)撥至上位時，下臂起升；撥至下位，下臂下落；不撥動開關(guān)時，開關(guān)自動復(fù)位至中間位置，下臂不動作。
②．回轉(zhuǎn)開關(guān)。開關(guān)撥至上位時，轉(zhuǎn)臺左轉(zhuǎn)（逆時針）；撥至下位，轉(zhuǎn)臺右轉(zhuǎn)（順時針）；不撥動開關(guān)時，開關(guān)自動復(fù)位至中間位置，轉(zhuǎn)臺不動作。
③．上臂起落開關(guān)。開關(guān)撥至上位時，上臂起升；撥至下位，上臂下落；不撥動開關(guān)時，開關(guān)自動復(fù)位至中間位置，上臂不動作。
④．喊話器插座。將喊話器插頭插入喊話器插座，在轉(zhuǎn)臺和作業(yè)平臺出的操作人員即可進(jìn)行對話。
⑤．伸縮臂操作手柄。操作此手柄可實現(xiàn)伸縮臂的伸縮，從而改變起重機(jī)作業(yè)幅度。警告：