車載裝置升降系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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車載裝置升降系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要車載式升降機(jī)根據(jù)舉升機(jī)構(gòu)的可分為車載剪叉式升降機(jī)、車載鋁合金升降機(jī)、車載曲臂式升降機(jī)。產(chǎn)品是集四輪移動(dòng)與二輪牽引式于一身，采用汽車底盤(pán)做平臺(tái)底架，利用汽車發(fā)動(dòng)做動(dòng)力，既可行駛又可驅(qū)動(dòng)升降機(jī)。本課題首先對(duì)國(guó)內(nèi)升降車的發(fā)展進(jìn)行了概括，提出了發(fā)展中的不足，簡(jiǎn)要介紹了升降車的組成，然后對(duì)目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)不完善的混合臂和伸縮臂式車載式升降機(jī)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)工作中調(diào)平技術(shù)和液壓系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究分析。重點(diǎn)研究了伸縮臂的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，并對(duì)其進(jìn)行了強(qiáng)度校核。根據(jù)車載式升降機(jī)安全性要求高，工作幅度大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，提出了工作臂、副車架以及工作斗調(diào)平機(jī)構(gòu)的研究設(shè)計(jì)方法。該課題以混合臂式車載式升降機(jī)為研究對(duì)象，詳細(xì)闡述了伸縮臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、變形研究；副車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作穩(wěn)定性分析；車載式升降機(jī)的工作斗調(diào)平系統(tǒng)的研究分析；液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。課題采用積分法對(duì)伸縮臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力分析、變形分析。本文提出的設(shè)計(jì)方法，對(duì)于同類型車載式升降機(jī)研究計(jì)算，具有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞 ：升降車；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；液壓缸；車載曲臂式AbstractVehicular elevator according to the lifting mechanism can be divided into the on-board shear fork lifter, automotive aluminum alloy elevator, car crank arm lift. Products is a four-wheel mobile and second wheel traction type, with vehicle chassis do platform, use a car for the power, as well as driving can drive elevator.This topic first summarizes the development of domestic lift car, put forward the developing shortage, this paper introduces the composition of the lift car, and then to the current domestic production technology is not perfect mixing arm and telescopic arm type overhead working truck design, the key structure to work at the same time leveling technology and the key technology such as the hydraulic system are analyzed. Telescopic boom structure, motion characteristics are researched, and the strength check. According to the security requirement is high, the work high above the car with a large range to work, the characteristics of complex structure, puts forward the working arm, the auxiliary frame and bucket leveling mechanism research of design method. The subject with mixing arm type overhead working truck as the research object, in detail elaborated the telescopic boom structure design, deformation research; Vice frame structure design, stability analysis; Overhead working truck working bucket leveling system analysis; The calculation in the design of hydraulic system. Subject adopts integral method for telescopic boom structure stress analysis and deformation analysis. In this paper, the design method of calculation for the same type overhead working truck research, has a certain reference value.Key words: Lift car;Structure design;The hydraulic cylinder;Automotive crank arm type目 錄摘 要 .IIABSTRACT .III目 錄 V1 緒論 .11.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 11.1.1 課題研究背景 11.1.2 課題研究的意義 11.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況 11.3 論文主要內(nèi)容 22 車載升降結(jié)構(gòu)原理 42.1 車載升降機(jī)分類 .42.2 車載式升降機(jī)的組成 52.3 受力分析 .72.4 伸縮臂強(qiáng)度計(jì)算分析 82.4.1 危險(xiǎn)工況 1 計(jì)算 82.4.2 危險(xiǎn)工況 2 計(jì)算 92.4 伸縮臂變形計(jì)算 .102.4.1 力學(xué)模型的建立 102.4.2 彈性位移的計(jì)算 112.4.3 計(jì)算結(jié)果 142.5 伸縮臂強(qiáng)度校核 .142.5.1 計(jì)算基本臂臂的截面尺寸 162.5.2 對(duì)下臂進(jìn)行正應(yīng)力校核 .163 升降機(jī)調(diào)平機(jī)構(gòu) .193.1 工作斗調(diào)平結(jié)構(gòu)模型 .193.2 調(diào)平機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng) 214 液壓油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 .234.1 伸縮變幅油缸的結(jié)構(gòu) .234.2 伸縮變幅油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 .234.2.1 確定液壓缸類型和安裝方式 234.2.2 確定液壓缸的主要參數(shù) 235 結(jié)論與展望 .285.1 結(jié)論 .285.2 展望 .28致 謝 .29參考文獻(xiàn) .301 緒論1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義1.1.1 課題研究背景現(xiàn)如今我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及政府對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的力度逐漸增大，車載式升降機(jī)的需求量不斷增加，市場(chǎng)前景非常廣闊。然而由于我國(guó)對(duì)于車載式升降機(jī)的研究開(kāi)發(fā)起步較晚，對(duì)其核心技術(shù)掌握的不足以及加工工藝的落后等方面的原因，使得我國(guó)高空作業(yè)產(chǎn)品的使用功能、安全性等方面得不到充分的質(zhì)量保證。通過(guò)對(duì)目前高空作業(yè)產(chǎn)品市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)和廣泛的市場(chǎng)研究，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)產(chǎn)品具有類型單一、設(shè)計(jì)粗糙等缺陷，無(wú)法滿足很多特殊施工環(huán)境的要求 [l]，因此我國(guó)高空作業(yè)設(shè)備大多依賴進(jìn)口。雖然國(guó)外產(chǎn)品功能完善、性能比較優(yōu)秀，但是由于價(jià)格太高，對(duì)很多建設(shè)公司或者施工方來(lái)說(shuō)成本占用比例過(guò)大，使得利潤(rùn)空間降低。因此，研發(fā)生產(chǎn)屬于我國(guó)自主品牌的高性能的車載式升降機(jī)有著極其重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和戰(zhàn)略意義。 車載式升降機(jī)是用來(lái)運(yùn)送工作人員和工作裝備到指定高度進(jìn)行作業(yè)的一種大型工程機(jī)械設(shè)備，并廣泛用于電力、路燈、市政、園林、通信、機(jī)場(chǎng)、造(修)船、交通、廣告、攝影等高空作業(yè)領(lǐng)域。因此為保障工人在高處作業(yè)的安全性，出現(xiàn)了越來(lái)越多的高空作業(yè)設(shè)備，然而隨著科技的發(fā)展和人們對(duì)使用要求的增加，傳統(tǒng)的高空作業(yè)設(shè)備已經(jīng)無(wú)法滿足人們的需求，專用車載式升降機(jī)技術(shù)在最近幾十年來(lái)得以快速發(fā)展。1.1.2 課題研究的意義隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，人們對(duì)于產(chǎn)品的人性化要求越來(lái)越高，因此在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)堅(jiān)持人性化思想 [2]，以人機(jī)工程學(xué)原理為指導(dǎo)充分分析研究產(chǎn)品各方面因素，提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。本課題在充分研究產(chǎn)品性能的基礎(chǔ)上，對(duì)車載式升降機(jī)的功能模塊進(jìn)行了充分的結(jié)構(gòu)分析，并根據(jù)其各方面的特殊性提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求，指導(dǎo)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此課題研究的意義主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)通過(guò)本課題的研究，掌握混合臂車載式升降機(jī)金屬結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)理論和分析方法，了解車載式升降機(jī)結(jié)構(gòu)件的工作規(guī)律，從而達(dá)到減輕自重、優(yōu)化結(jié)構(gòu)、提高可靠性的目的，為研制系列伸縮臂、混合臂車載式升降機(jī)奠定良好的基礎(chǔ)。(2)對(duì)車載式車載式升降機(jī)進(jìn)行模塊劃分，將其分為工作平臺(tái)、操作系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和支持系統(tǒng)幾個(gè)部分進(jìn)行分別研究，對(duì)每一部分進(jìn)行充分的結(jié)構(gòu)分析，結(jié)合產(chǎn)品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)原則，對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)。在課題的研究過(guò)程中結(jié)合產(chǎn)品的使用功能，通過(guò)計(jì)算機(jī)建模，在保證實(shí)現(xiàn)基本功能的基礎(chǔ)上，總結(jié)相應(yīng)的外觀設(shè)計(jì)理論，以指導(dǎo)后續(xù)系列產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)于其它機(jī)械產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)研究具有一定的理論指導(dǎo)意義。1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況車載式升降機(jī)發(fā)展起步較早的歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，從 20 世紀(jì) 20 年代就開(kāi)始研制，發(fā)展歷史久遠(yuǎn)，生產(chǎn)技術(shù)也很成熟，具有生產(chǎn)技術(shù)水平高、作業(yè)車的作業(yè)高度大、規(guī)格齊全、結(jié)構(gòu)型式豐富、功能多樣等優(yōu)點(diǎn)。總體來(lái)看，技術(shù)和市場(chǎng)均已很成熟，產(chǎn)品能夠進(jìn)行高空作業(yè)、搶險(xiǎn)、救援、消防等復(fù)雜工作，作業(yè)平臺(tái)的最大載荷可達(dá) 500kg，最1大作業(yè)高度已經(jīng)超過(guò) 100m，這是我國(guó)目前無(wú)法設(shè)計(jì)達(dá)到的高度，同時(shí)具有各種安全保護(hù)措施，很好的保障了工人的安全。大型產(chǎn)品特點(diǎn)是科技含量高、研制與生產(chǎn)周期較長(zhǎng)、投資大、市場(chǎng)容量有限，但市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)相對(duì)較少，產(chǎn)品的利潤(rùn)相對(duì)較高。如美國(guó) Genie 公司、JLG 公司和法國(guó) HAULOTTE 公司在車載式升降機(jī)產(chǎn)品都形成了系列化，與此同時(shí)，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期明顯縮短。這大大提高了企業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力和企業(yè)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。我國(guó)產(chǎn)品在質(zhì)量和性能上與國(guó)外優(yōu)秀產(chǎn)品雖然存在一定的差距，但是隨著科技的不斷發(fā)展，產(chǎn)品的功能和性能已經(jīng)逐漸趨于同質(zhì)化 [3]，因此必須通過(guò)對(duì)我國(guó)高空作業(yè)機(jī)械產(chǎn)品與國(guó)外先進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行分析和比較，找出發(fā)展問(wèn)題的之所在，并提出相應(yīng)的解決方案。我國(guó)車載式升降機(jī)的使用范圍與國(guó)外相比來(lái)說(shuō)還比較窄，使用較多的有路燈、交通、園林等部門(mén)，而在有發(fā)展前途的電力、電信及有線電視系統(tǒng)使用較少，市場(chǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有挖掘和培育出來(lái) [3]。目前市場(chǎng)上的主要產(chǎn)品仍然是體積教大，對(duì)作業(yè)場(chǎng)地要求較高的拖車式或車載式車載式升降機(jī)，而我國(guó)市場(chǎng)上的車載式車載式升降機(jī)多為價(jià)格昂貴的國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品或中外合資企業(yè)的產(chǎn)品，我國(guó)本土研發(fā)的設(shè)備極少，因此我們開(kāi)發(fā)研制出擁有自主產(chǎn)權(quán)的高性能車載式車載式升降機(jī)具有很強(qiáng)的發(fā)展戰(zhàn)略意義。我們應(yīng)提高工程設(shè)計(jì)效率和品質(zhì)，節(jié)約設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)周期 [4-5]。而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)一個(gè)工程結(jié)構(gòu)的時(shí)候，首先要采用類比方法確定設(shè)計(jì)方案的初稿，然后對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，畫(huà)出圖紙，然后對(duì)重要部件進(jìn)行強(qiáng)度的校核，并根據(jù)校核的結(jié)果重新修改設(shè)計(jì)方案，一般往往要進(jìn)行多次分析校核和調(diào)整才能得到優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案。這種設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、代價(jià)高、效率低，且所得到的方案多數(shù)不是最優(yōu)方案 [6-7]。只有加大行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新力度，開(kāi)發(fā)先進(jìn)的高空作業(yè)機(jī)械，滿足用戶的差別化和個(gè)性化需求，為用戶精細(xì)化服務(wù)，才能提高中國(guó)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。在我國(guó)實(shí)際工作過(guò)程中，人們對(duì)于安全性和勞動(dòng)條件提出了更高的要求，尤其是在高空作業(yè)中，原始的腳手架、吊籃等安全系數(shù)較低的工作方式將會(huì)越來(lái)越少，而對(duì)于高空作業(yè)機(jī)械的需求必將越來(lái)越多 [8]。另一方面，中國(guó)造船業(yè)逐漸成為世界第一，對(duì)于大型車載式車載式升降機(jī)的需求急劇增加。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅中國(guó)造船行業(yè)在2009年約需六七百臺(tái)車載式升降機(jī) [9],這一市場(chǎng)之前基本都被國(guó)外品牌占據(jù)。因此，研發(fā)生產(chǎn)屬于我國(guó)自主品牌的高性能的車載式升降機(jī)有著極其重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。雖然國(guó)內(nèi)產(chǎn)品近些年來(lái)發(fā)展較快，但從整體上看，無(wú)論是技術(shù)上還是應(yīng)用上都落后于國(guó)外同類產(chǎn)品，與國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品相比還有較大的差距。1.3 論文主要內(nèi)容課題研究?jī)?nèi)容主要包括車載式升降機(jī)結(jié)構(gòu)的分析研究及其在實(shí)際生活中車載式升降機(jī)的外觀設(shè)計(jì)，以車載式車載式升降機(jī)為設(shè)計(jì)載體，將產(chǎn)品各部分以功能進(jìn)行劃分，形成相應(yīng)的設(shè)計(jì)理論和原則，并用以指導(dǎo)未來(lái)系列產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。論文的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)部分：(1) 課題研究的國(guó)內(nèi)外背景和發(fā)展現(xiàn)狀，研究的主要內(nèi)容和意義的概述；(2) 進(jìn)行車載式車載式升降機(jī)的伸縮臂、副車架等金屬結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、用以實(shí)現(xiàn)車載式車載式升降機(jī)的功能。(3) 對(duì)各金屬結(jié)構(gòu)件進(jìn)行數(shù)學(xué)建模、數(shù)值計(jì)算、強(qiáng)度校核，以獲得車載式車載式升降機(jī)主要結(jié)構(gòu)的工作規(guī)律和工作性能。(4) 對(duì)液壓油缸進(jìn)行選型，并設(shè)計(jì)計(jì)算其應(yīng)力大小是否符合要求。32 車載升降結(jié)構(gòu)原理2.1 車載升降機(jī)分類 車載式升降機(jī)根據(jù)舉升機(jī)構(gòu)的可分為車載剪叉式升降機(jī)、車載鋁合金升降機(jī)、車載曲臂式升降機(jī)。產(chǎn)品是集四輪移動(dòng)與二輪牽引式于一身，采用汽車底盤(pán)做平臺(tái)底架，利用汽車發(fā)動(dòng)做動(dòng)力，既可行駛又可驅(qū)動(dòng)升降機(jī)。產(chǎn)品以小型貨車（汽車）或電瓶車為載體，移動(dòng)靈活迅速，操作簡(jiǎn)單，作業(yè)范圍廣。車載剪叉式升降機(jī)采用剪式升降結(jié)構(gòu)，剪叉結(jié)構(gòu)采用優(yōu)質(zhì)矩形錳鋼管制作，整體強(qiáng)度高，載重量大，升降穩(wěn)定性好，廣泛用于城建、油田、交通、市政、室外廣告等行業(yè)。 車載曲臂式升降機(jī)利用汽車引擎動(dòng)力驅(qū)動(dòng)升降機(jī)。具有車載式升降機(jī)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，而且車輛的行走功能，使作業(yè)車有更好的靈活性和機(jī)動(dòng)性，高空作業(yè)效率更高，能適應(yīng)區(qū)域范圍廣、流動(dòng)性大的高空作業(yè)。廣泛應(yīng)用于電力、市政、園林、工礦企業(yè)、通信等行業(yè)。 車載式升降機(jī)是把升降機(jī)安裝在汽車上的高空作業(yè)設(shè)備。由專用底盤(pán)、工作臂架、三維全旋機(jī)構(gòu)、柔性?shī)A緊裝置、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和安全裝置等部分組成。由升降機(jī)和電瓶車配套改裝而成的高空作業(yè)專用設(shè)備。車載升降平臺(tái)利用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)或電瓶車原有直流動(dòng)力，勿須外接電源，即可行駛又可驅(qū)動(dòng)升降平臺(tái)，它移動(dòng)方便，作業(yè)流動(dòng)范圍廣，產(chǎn)品具有無(wú)污染，無(wú)尾氣，作業(yè)范圍大，流動(dòng)性強(qiáng)。特別適用于冷庫(kù)、人群密集區(qū)域（火車站，汽車站，飛機(jī)場(chǎng)）。車載折臂式液壓升降機(jī)簡(jiǎn)介：車載折臂式液壓升降機(jī)利用汽車引擎動(dòng)力驅(qū)動(dòng)升降機(jī)。具有自行曲臂式液壓升降機(jī)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，而且車輛的行走功能，使作業(yè)車有更好的靈活性和機(jī)動(dòng)性，高空作業(yè)效率更高，能適應(yīng)區(qū)域范圍廣、流動(dòng)性大的高空作業(yè)。廣泛應(yīng)用于電力、市政、園林、工礦企業(yè)、通信等行業(yè)。車載升降平臺(tái)廣泛用于城建、油田、交通、市政等行業(yè)。根據(jù)個(gè)人要求可設(shè)停電情況下的應(yīng)急下降裝置、平衡閥、自動(dòng)保壓等安全裝置，防止高空升降平臺(tái)超載的安全裝置、漏電保護(hù)裝置和缺相保護(hù)裝置、防止液壓管路破裂的安全防爆裝置。 產(chǎn)品控制方式：產(chǎn)品均由電動(dòng)控制升降。車載式升降機(jī)性能特點(diǎn)：根據(jù)產(chǎn)品分類可分為 6 米、8 米、10 米、12 米、14 米、16米移動(dòng)式高空升降臺(tái)，載重 300 公斤、500 公斤、800 公斤、1 噸等不同規(guī)格，還可根據(jù)客戶需求定制非常規(guī)規(guī)格，還可選用解放、輕騎、電瓶車等不同動(dòng)力配套，移動(dòng)方便靈活。適用場(chǎng)所：該類車載式升降平臺(tái)廣泛適用于大型工業(yè)廠房、展覽館、野外工作、公園、郵政、車站、碼頭等室外場(chǎng)所均可使用。車載式升降平臺(tái)：可駕駛式升降平臺(tái)”又名“ 車載式高空升降平臺(tái) ”，是由升降平臺(tái)和汽車配套改裝而成的。它接取汽車引擎動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)升降平臺(tái)的升降功能。適用于大流動(dòng)量的高空作業(yè)。故可謂技術(shù)革新中的典范，通常可配汽車類型有：一汽小解放（單排 / 雙排）；五十鈴輕卡（單排 / 雙排）；二汽東風(fēng)輕卡（單排 / 雙排）；南汽躍進(jìn) 1.5T （單排 / 雙排）；南汽躍進(jìn)卡車 3T( 單排 )；二汽東風(fēng)卡車 2T( 單排 ) 圖 2.1 升降車圖2.2 車載式升降機(jī)的組成車載式升降機(jī)正常進(jìn)行作業(yè)，需要由專用底盤(pán)、工作臂架、三維全旋機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和安全裝置等部分組成，性能如下。專用底盤(pán)由發(fā)動(dòng)機(jī)、車架、行走機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等組成?？紤]到工作可靠性、噪聲、排放等方面綜合要求，優(yōu)選康明斯 B3.3～C60 型工程機(jī)械專用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)為直列 4 缸水冷、自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，帶全程調(diào)速器，運(yùn)行平穩(wěn)，具有熱效率高、比油耗低、排放污染少等特點(diǎn)。由于臺(tái)車行駛速度低，綜合考慮作業(yè)安全性和經(jīng)濟(jì)性，車架采用剛性連接式，不設(shè)懸架機(jī)構(gòu)，輪胎選用高負(fù)荷實(shí)心橡膠輪胎。 工作裝置由回轉(zhuǎn)臺(tái)、工作臂架、伸縮軟鏈等組成。回轉(zhuǎn)臺(tái)通過(guò)回轉(zhuǎn)支承安裝在車架上，由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn) 360°全回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括行星減速機(jī)、常閉式制動(dòng)器、液壓馬達(dá)等構(gòu)成，與回轉(zhuǎn)支承采用外嚙合傳動(dòng)方式。 三維全旋機(jī)構(gòu)設(shè)備或系統(tǒng)的安裝位置一般由標(biāo)高和方向 2 個(gè)參數(shù)確定。由于要求被舉升物體在空間相互垂直的 3 個(gè)方向可以進(jìn)行獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，使物體可以獲得任意安裝角度，因此設(shè)計(jì)了三維全旋機(jī)構(gòu)，即在水平和豎直方向設(shè)置±90°。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)俯仰方向轉(zhuǎn)角可以通過(guò)臂架變幅進(jìn)行，微調(diào)由調(diào)平油缸實(shí)現(xiàn)，不再設(shè)單獨(dú)機(jī)構(gòu)，從而減少機(jī)構(gòu)設(shè)置。 液壓系統(tǒng)采用 1 臺(tái)變量柱塞泵和 1 臺(tái)定量齒輪泵供油，由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。變量泵為行5走、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)、臂架變幅和臂架伸縮供油，齒輪泵為行走轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、工作裝置擺動(dòng)、工作裝置翻轉(zhuǎn)、工作裝置夾緊和調(diào)平機(jī)構(gòu)微調(diào)供油。由變量泵供油的動(dòng)作采用比例閥進(jìn)行控制，以便精確進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，其它動(dòng)作由于速度低、流量小，直接采用電磁換向閥進(jìn)行控制。液壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有安全溢流閥、液壓鎖等安全裝置。 設(shè)有電動(dòng)應(yīng)急系統(tǒng)，當(dāng)?shù)妆P(pán)發(fā)動(dòng)機(jī)和主泵液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，借助以 12V 底盤(pán)電源為動(dòng)力的微型組合式液壓泵站，將工作裝置降至行駛狀態(tài)。也可采用緊急下降閥進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂下降復(fù)位。地面操作盤(pán)、遙控操作盤(pán)均設(shè)有緊急停止按鈕，用于在緊急狀況下強(qiáng)制停止行駛系統(tǒng)和工作裝置的各種運(yùn)動(dòng)。整車外形圖如圖 1.1：圖2.2 車載式車載式升降機(jī)車外形圖車載式升降平臺(tái)：車載式升降平臺(tái)是為提高升降平臺(tái)的機(jī)動(dòng)性，將升降平臺(tái)固定在電瓶搬運(yùn)車或貨車上，它接取汽車引擎動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)車載式升降平臺(tái)的升降功能。以適應(yīng)廠區(qū)內(nèi)外的高空作業(yè)。 廣泛應(yīng)用于賓館、大廈、機(jī)場(chǎng)、車站、體育場(chǎng)、車間、倉(cāng)庫(kù)等場(chǎng)所的高空作業(yè)；也可作為臨時(shí)性的高空照明、廣告宣傳等。 后置式車載式升降機(jī)伸縮臂采用三節(jié)伸縮式箱形臂，如圖 2.3 所示。圖2.3 伸縮臂結(jié)構(gòu)圖如圖所示，各節(jié)臂可以依靠相互連接的滑塊進(jìn)行相對(duì)滑動(dòng)。轉(zhuǎn)臺(tái)與伸縮臂的跟部通過(guò)水平銷軸進(jìn)行鉸接，同時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)的中下部還與伸縮變幅油缸鉸接，同樣通過(guò)水平銷軸，伸縮變幅油缸能夠?qū)崿F(xiàn)工作臂在變幅平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)。所有鉸接點(diǎn)均采用自潤(rùn)滑軸承，降低保養(yǎng)要求，所有需要潤(rùn)滑的點(diǎn)都設(shè)有加油口，可以方便地進(jìn)行保養(yǎng)。工作臂依靠一級(jí)伸縮液壓缸進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)，伸縮油缸直接推動(dòng)第二節(jié)臂，第三節(jié)臂在鏈條伸縮機(jī)構(gòu)的作用下和第二節(jié)臂同步伸縮。臂架系統(tǒng)由臂架變幅機(jī)構(gòu)、臂架伸縮機(jī)構(gòu)、臂架鋼結(jié)構(gòu)及其它零部件組成。臂架變幅機(jī)構(gòu)主要由變幅油缸組成，其作用是實(shí)現(xiàn)臂架的變幅功能。具有三節(jié)或三節(jié)以上的吊臂，各節(jié)臂的伸縮方式基本有三種：順序伸縮、同步伸縮和獨(dú)立伸縮。該車載式升降機(jī)臂架伸縮機(jī)構(gòu)由臂架伸縮油缸和鋼絲繩傳動(dòng)系統(tǒng)組成，伸縮原理為單級(jí)同步伸縮即由伸縮油缸直接驅(qū)動(dòng)二節(jié)臂動(dòng)作，同時(shí)通過(guò)固定在一節(jié)臂上的鋼絲繩使三節(jié)臂與二節(jié)臂實(shí)現(xiàn)同步動(dòng)作。伸縮機(jī)構(gòu)原理如圖 2.2 所示。臂架截面形式采用四邊形箱型結(jié)構(gòu)，臂架外部裝有油管電纜托鏈與工作平臺(tái)進(jìn)行連接 [10]。1 2 345 69781 0圖2.4 伸縮機(jī)構(gòu)原理圖2.3 受力分析由于車載式升降機(jī)要求在所有幅度下，均可以在額定載荷下工作，因此其危險(xiǎn)工況只有可能出現(xiàn)以下兩種工作情況：一是在工作斗承載額定載荷，工作臂水平伸出至最大工作半徑狀態(tài)；二是在工作斗承載額定載荷，工作臂完全伸出，且處于最大幅度狀態(tài)。2.4 伸縮臂強(qiáng)度計(jì)算分析分別對(duì)兩種工況下的伸縮臂強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算分析。本作業(yè)車工作臂均由優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼Q700 制造，根據(jù)車載式升降機(jī)結(jié)構(gòu)安全要求（GB9645-88） [11]，其許用應(yīng)力值為：(2.1)12[]sSf???式中： —材料屈服強(qiáng)度， s 70sMpa??—結(jié)構(gòu)安全系數(shù)， 2S-應(yīng)力集中系數(shù)，1f1.f-動(dòng)載荷系數(shù)， ，則225212[]704.6/.s pakgmSf??????2.4.1 危險(xiǎn)工況 1 計(jì)算分別進(jìn)行三節(jié)臂的應(yīng)力計(jì)算。先對(duì)外臂進(jìn)行分析，外臂受力其危險(xiǎn)截面為A-A 截面。7G1--載荷， G1=250*1.25kg G2--工作斗，G2=100 kgG3--前平衡油缸， G3=20 kg G4--平衡拉桿，G4=30 kgG5-折疊臂，G5=80 kg G6--折疊臂變幅缸，G6=60 kgG7--三節(jié)臂， G7=215 kg G8--二節(jié)臂及伸縮鏈排，G8=355 kg G9--1/2一節(jié)臂， G9=240 kg G10--伸縮油缸， G10=200 kg(2.2)AiMGL????外臂危險(xiǎn)截面A-A慣性矩為：(2.3)312ABHbhI?則可求A-A 截面的最大應(yīng)力 。?2[]74./[]ANm????同樣可對(duì)此工況1 下的中臂、內(nèi)臂危險(xiǎn)截面進(jìn)行計(jì)算。求得其最大應(yīng)力。2.4.2 危險(xiǎn)工況 2 計(jì)算同樣對(duì)三節(jié)臂分別計(jì)算。先對(duì)外臂進(jìn)行分析，外臂受力如圖 2.5，其危險(xiǎn)截面為 A-A 截面。圖 2.5 危險(xiǎn)工況2 外臂受力示意圖根據(jù)圖示受力分析，可計(jì)算出一節(jié)臂危險(xiǎn)截面應(yīng)力。同樣方法，可分別計(jì)算工況 2 下，中臂、內(nèi)臂的應(yīng)力。根據(jù)計(jì)算，工況1 狀態(tài)下各工作臂應(yīng)力大于工況2 ，因此工況 1 為伸縮臂危險(xiǎn)工作狀態(tài)。2.4 伸縮臂變形計(jì)算車載式升降機(jī)伸縮臂全伸時(shí)，臂端將產(chǎn)生較大的彈性變形，箱形伸縮臂臂端彈性位移將對(duì)車載式升降機(jī)的作業(yè)參數(shù)產(chǎn)生影響，同時(shí)對(duì)對(duì)車載式升降機(jī)安全性影響也很大，因此需要對(duì)其變形進(jìn)行計(jì)算。2.4.1 力學(xué)模型的建立考慮到很多現(xiàn)實(shí)干擾因素，因此計(jì)算時(shí)要虛擬化，建立以下假設(shè)：1) 假定工作臂截面不受力的影響產(chǎn)生彎曲變形，按平面計(jì)算；2) 由于截面變形不明顯，對(duì)計(jì)算結(jié)果影響不大，因此假設(shè)撓度曲線是光滑連續(xù)的曲線；3) 每次建立模型時(shí)只考慮單方面受力作用結(jié)果，不用共同考慮；如圖2.7 所示，建立 空間直角坐標(biāo)系，其中 軸沿工作臂鉸接軸軸線向外，OXYZOX設(shè)工作斗載荷為 ，考慮存在偏載， 為空間載荷，為了便于計(jì)算，圖 2.7 中先將 在QQQ平面進(jìn)行分解，分解成沿Z軸的 和平行于 平面的 ，在后面的計(jì)算中再將OYFY1F分解為沿 X軸 和Y 軸的 。1F1F1Y圖 2.7 工作臂受力坐標(biāo)系參考《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB3811-83） [12]，臂端彈性位移計(jì)算時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮軸向壓力影響，先將工作臂簡(jiǎn)化為受壓等截面懸臂梁，計(jì)算中再通過(guò)引入各種長(zhǎng)度系數(shù)來(lái)考慮工作臂截面的影響。據(jù)此，我們作如下假設(shè)：伸縮臂實(shí)際長(zhǎng)度為 ，伸縮臂計(jì)算長(zhǎng)度為 ，bLCL(2.4)12C???伸縮臂的當(dāng)量慣性矩為 ,dxI(2.5)12dxI其中 、 為長(zhǎng)度系數(shù) 。1?下面用積分法來(lái)計(jì)算梁的彈性位移。為了計(jì)算方便，先分別計(jì)算在垂直平面OYZ 內(nèi)， 與M 所產(chǎn)生的撓度 ，和 與Fa?F所產(chǎn)生的撓度 ，如圖 2.8 所示。1Fb?9圖 2.8 作用力和撓度示意圖2.4.2 彈性位移的計(jì)算將 和 還原成偏心載荷 作用下的壓桿，梁上任一橫截面 Z 處的彎矩為：1FMXF(2.6)()aSY?????帶入撓曲軸的近似微分方程：(2.7)'dxEIm?由于工作臂為階梯形， 是繞X 軸的當(dāng)量面積慣性矩，dxI, 為變截面長(zhǎng)度系數(shù)12dxI??2將彎矩帶入上式： '()dxaEIYFSY??????'?或 ' ()adxdxII令 2dxFKE則上式變?yōu)椋?2.8)'2()aYS????這是一個(gè)二階常系數(shù)非齊次方程，通解為： 12sincosaCKZ由邊界條件：, , 得0?Y2()aS????， , 得' 10所以撓度方程為：(2.9)()(cos)aSKZ???令 帶入撓度方程。,bZLY?()1)abL??解得 csobS??作三角變換: 2sincobaKLS???帶入 ：a21csbbLK??將 帶入2dxFEI?1()cosbadxbLSIL???2XbxMK??當(dāng) 趨近于 時(shí)， 最大，此時(shí)軸向壓力 達(dá)到臨界載荷 ，由極限的概念可bKL2?a?FEXF以認(rèn)為 。?考慮構(gòu)件支承方式的影響，應(yīng)以計(jì)算長(zhǎng)度 代替 。12CbL???bL(2.10)21cosXabdxbMLEIK???作近似： 22cos1()128EXEXEXFF????????1EXF?(2.11)2abdxEXLI???切向力F 在一截面的彎矩是：(2.12)1[()()]bYbmFZ????建立撓曲軸的近似微分方程: 'dxEIY??' 1()()bYbL' []dxdxFFZII?????令 2xKE?上式變?yōu)椋?2.13)'21[()]YbbFYLZ????11通解為: (2.14)' 112sincos()YbbFYCKZLZ?????由邊界條件: 得'0,1?則撓度方程為：(2.15)111sin()cos()YYYbbbbFFFKZLKZLZ??????令 ,bL?11si()csYYbbb?(2.16)1coinobFKLK??作近似： 3()si6bb?2co1L?321()()s[]6bbYYbbKLLFFK???31YbFK?3 311cos2bdx dxEXEXEII??? ???2116YCLabdxEXMFLYFI?????上式中： 12Cb???2.4.3 計(jì)算結(jié)果對(duì)于我們開(kāi)發(fā)研制的直臂后置式車載式升降機(jī)，其上式各參數(shù)應(yīng)為： 6105810721073250()XiMkgm???????13cos7.4()YFkg?.93CLm?, 5()EXkg15sin70296()Fk?, 20Gpa?48.dxI將參數(shù)值代入公式得： 21316.096XYCLabdxEXMLY mFEI??????從以上計(jì)算結(jié)果看，由于公式推導(dǎo)基于理想狀態(tài)，模型的建立將工作臂簡(jiǎn)化為節(jié)節(jié)之間剛性連接，其計(jì)算值為純彈性變形撓度。在實(shí)際工作狀態(tài)中，工作臂由于加工精度、滑塊調(diào)整間隙等因素影響，其工作平臺(tái)較理想狀態(tài)下垂要大一些。這一點(diǎn)，我們經(jīng)過(guò)對(duì)伸縮臂式車載式升降機(jī)產(chǎn)品樣車的測(cè)試，其結(jié)果基本符合預(yù)先的理論計(jì)算值。2.5 伸縮臂強(qiáng)度校核正應(yīng)力校核、 靜強(qiáng)度效核公式：正應(yīng)力 (2.17) ??FA???式中: F----------梁所受的力（N）A----------截面積（ ）2m切應(yīng)力： ??28FsIz????δ(2.18)式中: Fs----------梁所受的剪力（N ）----------鋼板厚度(m)δIz----------梁對(duì) Z軸的慣性矩( )4m鋼板每平方米面積的理論質(zhì)量,不同厚度的鋼板(密度為7.85)的每平方米理論質(zhì)量按下列公式計(jì)算：(2.19)2ρ/Gkgm???式中 : G-----給定鋼板厚度下的每平方米重量 ,kg/m-----鋼板厚度 =4mm?-----鋼板密度7.85所以 (M=L1=4.2m)4.207.850.13Mkg???所以自重是: 92FGKN由上圖可得: ?即: 1.78.0B?對(duì)伸縮臂進(jìn)行受力分析如下圖13FB'Fcg3560m4x彎 矩 MGax=9.1KN圖2.9 伸縮臂的彎距圖即力 與力 大小相等方向相反。'1.07FBKN??'FB由 Mc?所以 45'36g?所以 .92.50??由 F所以 92.561.78.4cKN?如圖2.9所示的彎矩圖:則可得最大彎矩是 max.039.1Mm???而梁所需的截面系數(shù)，=/[]axWσ43.42.01769KNMPa??2.5.1 計(jì)算基本臂臂的截面尺寸再將求出來(lái)的梁所需的截面系數(shù) W 值代入可得 0.mhδ34.62180????b1m9.1?463S;5.219。mh308.?其中 為點(diǎn) c 到力 的垂直距離，計(jì)算過(guò)程如下所示：gF已知伸縮臂受力如下圖 5.3 所標(biāo)示。 FG上F2B圖 5.3 伸縮臂尺寸由此計(jì)算得： 。mh308.?將所得數(shù)據(jù)代入公式（5.2）得： mFmNNN g308.01.46.175.2104.6.127.9.108.9 333 ?????????Fg65將 , 代入式 5.1,0.?MPap?得： kD160.7322??m15查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 5》表 37.7-1，如表 5-1 給出的缸筒內(nèi)徑尺寸系列圓整 成標(biāo)準(zhǔn)值。D表 5-1 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列( 摘自 GB2348—80) ( )m8 40 125 （280）10 50 （140） 32012 63 160 （360）16 80 （180） 40020 （90） 200 （450）25 100 （220） 50032 （110） 250即?。?。mD125?(2) 活塞桿直徑 的計(jì)算d根據(jù)速度比的要求來(lái)計(jì)算活塞桿直徑 d?1??Dd（5.3）式中: --活塞桿直徑( );m--液壓缸直徑( );--速度比; 212dDv???--活塞桿的縮入速度 ；2 in)/(m--活塞桿的伸出速度 。1此處， 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 5》表 37.7-63(P37-245)取液壓缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度比為 1.46， 表 37.7-2(P37-173)查得：（5.4） Dd56.0?將 代入式（5.4 ） 得: m12md70?查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 5》37.7-2，如表 5-2 液壓缸活塞桿外徑尺寸系列（摘自 GB2348-80）表 5-2 液壓缸活塞桿外徑尺寸系列 (摘自 GB 2348—80) ( )m4 20 56 1605 22 63 1806 25 70 2008 28 80 22010 32 90 25012 36 100 28014 40 110 32016 45 125 36018 50 140 400取液壓缸活塞桿外徑尺寸如下： md70?(3) 液壓缸行程 S 的確定首先計(jì)算伸縮臂升至最大角時(shí)，伸縮臂鉸點(diǎn)與底盤(pán)鉸點(diǎn)之間的距離。由計(jì)算得伸縮臂升至最大角時(shí)，下臂鉸點(diǎn)與底盤(pán)鉸點(diǎn)之間的距離為： 。m493查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 5》表 37.7-3(P37-173)液壓缸活塞行程第一系列 ( )，由以上條件取 S 值如下：。m160?(4) 液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算1) 缸筒壁厚的計(jì)算按薄臂筒計(jì)算：????2Dpy?（5.5）21式中 --液壓缸缸筒厚度( )；?m--試驗(yàn)壓力( )。取 ，ypMPapy5.1?即： 。24165??--液壓缸內(nèi)徑（m） ；D--剛體材料的許用應(yīng)力（ ）???a取 。Pa0代入式（5.5）中，得： mM15124????2) 缸體外徑的計(jì)算 1?D（5.6）代入數(shù)據(jù)得: m1521??查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 5》表 37.7-66(P37-246)取液壓缸外徑為 150 。m4 三維模型設(shè)計(jì)SolidWorks 軟件是美國(guó) SolidWorks 公司開(kāi)發(fā)的三維 CAD 軟件。是世界上第一個(gè)基于Windows 開(kāi)發(fā)的三維 CAD 系統(tǒng)，Solidworks 軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。 Solidworks 有功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點(diǎn)，這使得 SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD 解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks 不僅提供如此強(qiáng)大的功能，而且對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，操作簡(jiǎn)單方便、易學(xué)易用。對(duì)于熟悉微軟的 Windows 系統(tǒng)的用戶，基本上就可以用 SolidWorks 來(lái)搞設(shè)計(jì)了。SolidWorks 獨(dú)有的拖拽功能使用戶在比較短的時(shí)間內(nèi)完成大型裝配設(shè)計(jì)。 SolidWorks 資源管理器是同 Windows 資源管理器一樣的 CAD 文件管理器，用它可以方便地管理 CAD文件。使用 SolidWorks，用戶能在比較短的時(shí)間內(nèi)完成更多的工作，能夠更快地將高質(zhì)量的產(chǎn)品投放市場(chǎng)。在目前市場(chǎng)上所見(jiàn)到的三維 CAD 解決方案中，SolidWorks 是設(shè)計(jì)過(guò)程比較簡(jiǎn)便而方便的軟件之一。在強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能和易學(xué)易用的操作協(xié)同下，使用 SolidWorks，整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是可百分之百可編輯的，零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖之間的是全相關(guān)的。它采用了大家所熟悉的 Microsoft Windows 圖形用戶界面，在技術(shù)內(nèi)核上基于先進(jìn)的Parasolid 圖形語(yǔ)言平臺(tái)。SolidWorks 在國(guó)際上得到了廣泛的應(yīng)用，并以其功能強(qiáng)大，易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點(diǎn)而深受廣大用戶的喜愛(ài)。在眾多的三維 CAD 軟件中SolidWorks 提供了最優(yōu)秀的中文支持，因此，SolidWorks 幾乎是中國(guó)工程師步入三維CAD 階段的首選。SolidWorks 系統(tǒng)主要功能如下：(1)真正的全相關(guān)性，任何地方的修改都會(huì)自動(dòng)反映到所有相關(guān)地方；(2)具有真正管理并發(fā)進(jìn)程、實(shí)現(xiàn)并行工程的能力；(3)具有強(qiáng)大的裝配功能，能夠始終保持設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖；(4)容易使用，可以極大地提高設(shè)計(jì)效率。用 SolidWorks 設(shè)計(jì)零件的基本流程如圖 4.1 所示。23進(jìn)入零件設(shè)計(jì)模式建立基體特征添加特征和修改特征重繪特征完成設(shè)計(jì)合格否添加特征和修改特征合格不合格圖 4.1 Solidworks 設(shè)計(jì)零件的基本流程圖圖 4.2 第一節(jié)升降臂圖 4.3 第二節(jié)升降臂圖 4.3 第三節(jié)升降臂圖 4.4 底座圖 4.5 升降部分組裝圖 4.6 整體裝配圖