折疊臂式高空作業(yè)車設(shè)計【含CAD高清圖紙和說明書】
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哈工大華德學院畢業(yè)設(shè)計（論文）評語
姓名： 劉一帆 學號： 1089311231 專業(yè)： 交通運輸（車輛工程）
畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 折疊臂式高空作業(yè)車設(shè)計
工作起止日期： 2010 年 10 月 11 日起 2010 年 12 月 28 日止
指導教師對畢業(yè)設(shè)計（論文）進行情況，完成質(zhì)量及評分意見：
指導教師簽字： 指導教師職稱：
評閱人評閱意見：
評閱教師簽字： 評閱教師職稱：
答辯委員會評語：
根據(jù)畢業(yè)設(shè)計（論文）的材料和學生的答辯情況，答辯委員會作出如下評定：
學生 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯成績評定為：
對畢業(yè)設(shè)計（論文）的特殊評語：
答辯委員會主任（簽字） 職稱：
答辯委員會副主任（簽字）： 職稱：
答辯委員會委員（簽字）：
年 月 日
畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
學生姓名
劉一帆
系部
汽車工程系
專業(yè)、班級
車輛工程、0893112
指導教師姓名
吳柏宇
職稱
副高
從事
專業(yè)
交通運輸
是否外聘
否
題目名稱
折疊臂式高空作業(yè)車設(shè)計
一、設(shè)計（論文）目的、意義
在國家生產(chǎn)建設(shè)當中，大型的工程機械是不能缺少的技術(shù)設(shè)備，它在城市建設(shè)、交通運輸、農(nóng)田水利、能源開發(fā)和國防建設(shè)等各個方面都起著至關(guān)重要的作用。自從改革開放以后，國家加大了對基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，以及引進了大量先進的國外技術(shù)設(shè)備、制造技術(shù)的，加速了整個工程機械行業(yè)的發(fā)展壯大。
? 高空作業(yè)車是一種用來運送工作人員和工作器材到達指定高度進行作業(yè)的工程機械。由于它具有安全可靠、機動靈活、操作簡單等特點，因此在大型場館、橋梁、港口海岸的檢護;高層建筑的裝飾、清潔與維護;通訊、供電及城市交通設(shè)施的安裝與檢修;影視作品的拍攝與現(xiàn)場直播;高空險境及近岸水面的脫困救生;樹木的剪枝修整及藥劑噴灑等方面被廣泛地應用。
二、設(shè)計（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法）
?高空作業(yè)車用被稱為高平臺消防車，在市政、建筑、機場、電訊、工廠、住宅、園林
等場所被廣泛應用，從事?lián)岆U救災、消防、施工、安裝、維護等工作。其中，最主要的一個功能就是讓消防部門用于滅火、輔助滅火或消防救援。高空作業(yè)車是由將高空作業(yè)裝置安裝在汽車底盤上組成并用來運送工作人員和工作裝備到指定高度進行作業(yè)的特種車輛?，F(xiàn)在的高空作業(yè)裝置具有自動調(diào)速、工作穩(wěn)定、操作平順、安全可靠等優(yōu)點，極大地提高了空中作業(yè)的工作效率。
1、 車輛底盤，包括發(fā)動機功率等主要參數(shù)的選擇
2、 傳動裝置的設(shè)計及主要部件的校核
3、 舉升裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計，計算與校核
4、 整車結(jié)構(gòu)布置
三、設(shè)計（論文）完成后應提交的成果
（一）計算說明部分
1、 工作平臺額定載荷：1500Kg
2、 最大作業(yè)高度：10M
3、 完成12000字設(shè)計論文（設(shè)計使用說明書）
（二）圖紙部分
1、完成2張A0裝配圖紙
2、完成2張A3零件圖
四、設(shè)計（論文）進度安排
1、1—2周完成市場調(diào)研
2、 3—4周完成初步計算
3、5—7周完成設(shè)計草圖
4、8—10周完成正式圖紙
5、11—12周完成設(shè)計論文
6、13周參加答辯
五、主要參考資料
相關(guān)高空作業(yè)車資料，機械設(shè)計手冊，車輛設(shè)計手冊等
六、備注
指導教師簽字：
年 月 日
教研室主任簽字：
年 月 日
哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院
畢業(yè)設(shè)計（論文）
題 目 折疊臂式高空作業(yè)車的設(shè)計
專 業(yè) 車輛工程
學 號 1089311231
學 生 劉一帆
指導教師 吳柏宇
答辯日期 2011.12.30
哈工大華德學院
哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計
摘 要
隨著世界經(jīng)濟的大繁榮，各個行業(yè)都起了翻天覆地的改變，尤其最近幾十年以來，世界各國都改變了自己的面貌，無論是在外表還是在社會內(nèi)層。在這其間，社會的建設(shè)少不了各種機械，而在這些機械中，高空作業(yè)車的重要性不言而寓。
高空作業(yè)車之所以發(fā)揮著如此大的作用，跟其自身的特點是分不開的。高空作業(yè)車其結(jié)構(gòu)緊湊、傳遞平穩(wěn)、操作輕便、舉升高，易于實現(xiàn)自動化控制；同時還具有機動靈活、轉(zhuǎn)移速度快的特點。它特別適于從事消防、搶險救災、施工、安裝、維護等工作，廣泛應用在電力、攝影、建筑、市政、機場、工廠、園林、住宅等場所。因此，近年來高空作業(yè)車發(fā)展很迅速，一舉成了市政及其他部門主要的高空作業(yè)機械。
高空作業(yè)車是由升降臺和汽車配套改裝的高空作業(yè)設(shè)備。其升降臺利用車輛的直流電及引擎動力驅(qū)動升降。車輛本身具有行走功能，使得升降臺有更好的靈活性和機動性，提高了高空作業(yè)的工作效率，能適應區(qū)域范圍廣、流動性大的高空作業(yè)。目前最高的達到了70多米。功能上也增加不少，比如增加照明設(shè)施，在載人的基礎(chǔ)上增加了起重機的功能等。
關(guān)鍵詞：高空作業(yè)；機械；應用廣泛；汽車配套改裝。
Abstract
As the world economic prosperity, the each industry has changed turn the world upside down, especially in recent years, all countries in the world have changed their appearance, whether in appearance or in social layer. In the meantime, social construction indispensable to all kinds of machinery, in the machinery, high-altitude vehicles and the importance of the house.
Aerial vehicles can play such a large role, with its own characteristics are inseparable. Aerial vehicle has the advantages of compact structure, smooth transmission, convenient operation, high lift, it is easy to realize automatic control; at the same time also has the advantages of flexibility and mobility, transfer speed. It is especially suitable for engaged in fire, rescue, construction, installation, maintenance and other work, widely used in electric power, photography, architecture, municipal, airport, factory, gardens, residential and other places. Therefore, in recent years, high-altitude operation car development is very rapid, with one action became municipal and other departments of the main aerial work machinery.
Aerial vehicle is composed of lifting platform and automobile accessory adapted to high-altitude operations equipment. The lifting platform with a vehicle and engine power DC drive lifting. The vehicle itself with the walking function, makes the lift table has better flexibility and mobility, improves the operation efficiency, can adapt to a wide range of areas, the mobility of the high-altitude operation. At present, the highest reached more than 70 meters. The function also increased many, such as increased lighting facilities, in the manned on the basis of an increase of crane function
Key words: High altitude operation; machinery; application; automobile accessory modification.
II
哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計
第1章 緒 論
1.1 前言
隨著世界經(jīng)濟的大繁榮，各個行業(yè)都起了翻天覆地的改變，尤其最近幾十年以來，世界各國都改變了自己的面貌，無論是在外表還是在社會內(nèi)層。在這其間，社會的建設(shè)少不了各種機械，而在這些機械中，高空作業(yè)車的重要性不言而寓。
高空作業(yè)車之所以發(fā)揮著如此大的作用，跟其自身的特點是分不開的。高空作業(yè)車其結(jié)構(gòu)緊湊、傳遞平穩(wěn)、操作輕便、舉升高，易于實現(xiàn)自動化控制；同時還具有機動靈活、轉(zhuǎn)移速度快的特點。它特別適于從事消防、搶險救災、施工、安裝、維護等工作，廣泛應用在電力、攝影、建筑、市政、機場、工廠、園林、住宅等場所。因此，近年來高空作業(yè)車發(fā)展很迅速，一舉成了市政及其他部門主要的高空作業(yè)機械。
我國高空作業(yè)車技術(shù)的研究與國外先進水平相比還有一定的差距，還具有很大的研究空間，我們應該加大力度的研究此方面以拉近我國與國外的差距；同時，通過此次畢業(yè)設(shè)計，我可以將自己以前所學運用到設(shè)計中來，鍛煉自己的動手能力和運用知識的綜合能力，對我各個方面的提高將會起到很大的作用，是一次鍛煉自己的很好的機會。
1.2國內(nèi)外研究狀況
1.2.1 國內(nèi)現(xiàn)狀
部分企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力較差：部分企業(yè)不重視產(chǎn)品的更新和新產(chǎn)品的開發(fā)，產(chǎn)品幾十年一貫制，品種規(guī)格單一、市場經(jīng)營范圍窄，使企業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量逐年下降，企業(yè)效益差。近幾年，國外高空作業(yè)機械產(chǎn)品紛紛進入國內(nèi)，如芬蘭BRONTO公司、美國的JLG 、GENIN、UP-RIGHT, SNORKEI，SKYJACK等公司以及英國、意人利、丹麥的一些著名公司在國內(nèi)都相繼設(shè)立了辦事機構(gòu)，而且在大高度產(chǎn)品和特殊產(chǎn)品中仍然占有國內(nèi)主要市場，如高空絕緣作業(yè)車、蜘蛛式大高度作業(yè)平臺、自行式高空作業(yè)平臺等。這些進口產(chǎn)品性能好、外觀美，價格與國內(nèi)產(chǎn)品相差不多，具有很強的競爭力。
缺乏高空作業(yè)車的專用底盤： 高空作業(yè)車是由汽車底盤改裝而成的，屬于工程車輛范疇，長期處于重載狀態(tài)，行駛距離短、車速慢，使用頻率不高。為便于在各種街道行駛，要求體積小、軸距短，又因其重心高，要求底盤大梁低。使用的底盤與一般貨車底盤有所不同，在汽車人梁兩側(cè)應力集中處都進行了加強，發(fā)動機功率比一般貨車大，輪胎小而載荷大，部分底盤大梁前高后低，其它部分也作了適當?shù)母倪M。我國到目前為止還沒有高空作業(yè)車專用底盤，只能選擇一般貨車底盤。由于選擇范圍比較窄，給設(shè)計、選型帶來許多困難，同樣高度的高空作業(yè)車底盤往往比國外產(chǎn)品的底盤大一個檔次，造成車身寬、軸距長，使整車外型又大又高，行駛也不靈活。
專一業(yè)化生產(chǎn)水平低的小作坊式企業(yè)較多：國內(nèi)大部分企業(yè)以自主生產(chǎn)為主，專一業(yè)化生產(chǎn)水平很低，工藝落后、勞動生產(chǎn)率低。一些小公司、小作坊式企業(yè)紛紛生產(chǎn)高空作業(yè)機械，如在江蘇、廣東等地。一個地區(qū)就有數(shù)十家企業(yè)。這些小企業(yè)的產(chǎn)品產(chǎn)量少、質(zhì)量差、價格低，嚴重沖擊和影響著正常的市場銷售。
1.2.2 國外現(xiàn)狀
高空作業(yè)車在世界上已有近四十年的發(fā)展歷史，發(fā)展非常迅速，隨著世界整體工業(yè)水平及電子技術(shù)的大發(fā)展，技術(shù)水平提高很快，工業(yè)發(fā)達國家一般都有專門的研發(fā)機構(gòu)，并且擁有很大的跨國公司和集團總營或兼營高空作業(yè)車，并形成了大批的配套件生產(chǎn)廠家。現(xiàn)已形成了一個完整的專業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)、研發(fā)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)高度最高已達到72米（BRONTO公司生產(chǎn)）。不僅在作業(yè)高度上取得了很大的發(fā)展 ，綜合現(xiàn)代工業(yè)水平的發(fā)展和應用，高空作業(yè)車在各方面都取得了巨大的發(fā)展，可靠性，安全性，舒適性，操作的方便、簡單直接性等方面都有較大提高。由于電子計算機的普遍發(fā)展，機、電、液一體化研究的進展，機械設(shè)計中更多地融入電子技術(shù)，國外各大公司競相采用電腦（電子）操作系統(tǒng)，提高整機性能，減少整機液壓元件的使用，降低整機體積及重量，提高操控的靈敏度，使機、電、液一體化的高空作業(yè)車的應用漸趨完善和成熟 。
1.3 研究方向
課題開題之前，我查找大量的資料，發(fā)現(xiàn)高空作業(yè)設(shè)備主要有高空作業(yè)車（如圖1-1）、高空作業(yè)平臺（如圖1-2），高空作業(yè)平臺又分為自行式高空作業(yè)平臺和牽引式高空作業(yè)平臺。
圖1-1 高空作業(yè)車 圖1-2高空作業(yè)平臺
高空作業(yè)車是由升降臺和汽車配套改裝的高空作業(yè)設(shè)備。其升降臺利用車輛的直流電及引擎動力驅(qū)動升降。車輛本身具有行走功能，使得升降臺有更好的靈活性和機動性，提高了高空作業(yè)的工作效率，能適應區(qū)域范圍廣、流動性大的高空作業(yè)。目前最高的達到了70多米。功能上也增加不少，比如增加照明設(shè)施，在載人的基礎(chǔ)上增加了起重機的功能等。
自行式高空作業(yè)平臺的動力來源為發(fā)動機和外部電源，和車載式高空作業(yè)平臺相比不能長途行走，只能在固定區(qū)域內(nèi)使用。和牽引車式高空作業(yè)平臺相比，自行式高空作業(yè)平臺具有自動行走的功能，移動不需要外部動力源，方便，快捷。其體積小可以在室內(nèi)和狹窄地區(qū)使用。
牽引式高空作業(yè)平臺的臂型結(jié)構(gòu)與車載式類似，作業(yè)范圍廣、配合牽引車可以長距離連續(xù)使用，由于體積較大適合在相對空曠的環(huán)境下作業(yè)。底盤結(jié)構(gòu)分為支腿型和無支腿型2種，支腿型的整機質(zhì)量相對較小，無支腿型則需要在底盤上增加一定數(shù)量的配重，所以整機重量大。底盤結(jié)構(gòu)比自行式高空作業(yè)車簡單，無發(fā)動機和自動轉(zhuǎn)功能。
由于高空作業(yè)設(shè)備向著功能全，作業(yè)范圍大、起升高度高、載重量大的趨勢發(fā)展，因此我這次畢業(yè)設(shè)計是設(shè)計高空作業(yè)車的工作裝置。
1.4高空作業(yè)車組成
高空作業(yè)車正常進行作業(yè)，需要工作機構(gòu)、金屬結(jié)構(gòu)、動力裝置與控制系統(tǒng)四部分。這四個部分的組成及其作用分述如下：
1.4.1工作機構(gòu)
工作機構(gòu)是為實現(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)有變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、平衡機構(gòu)和行走機構(gòu)。依靠變幅機構(gòu)和回轉(zhuǎn)機構(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，依靠行走機構(gòu)實現(xiàn)轉(zhuǎn)移工作場所。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。變幅機構(gòu)擴大了高空車的作業(yè)范圍，由垂直上下的直線作業(yè)范圍擴大為一個面的作業(yè)范圍。高空作業(yè)車變幅機構(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)置的機構(gòu)稱為回轉(zhuǎn)機構(gòu)。它是由液壓馬達經(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)范圍又擴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。
高空作業(yè)車的行走機構(gòu)就是通用或?qū)Ｓ闷嚨妆P。
1.4.2金屬結(jié)構(gòu)
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，提高高空車的可靠性都有重要意義。
1.4.3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)動機作為整車的動力源。高空作業(yè)裝置需要的功率不大，一般約10~20kw，而載重汽車底盤發(fā)動機的功率根據(jù)載重量不同從50kw一直到150kw以上，且高空作業(yè)裝置工作時不允許底盤行駛，因此底盤發(fā)動機的動力足以保證高空作業(yè)裝置工作。因為高空作業(yè)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，需要進行高空作業(yè)時，取力器輸出，油泵工作。
1.4.4控制系統(tǒng)
高空作業(yè)車控制系統(tǒng)是解決各機構(gòu)怎樣運動的問題。如動力傳遞的方向，各機構(gòu)運動速度的快慢，以及使機構(gòu)啟動停止等?？刂葡到y(tǒng)包括操縱裝置、執(zhí)行元件和安全裝置。當今的高空作業(yè)車全部采用電氣液壓操縱，因此控制裝置包括各種液壓操作閥，電控裝置等，以實現(xiàn)機構(gòu)的起動、調(diào)速、換向、制動和停止。執(zhí)行元件包括變幅用的液壓油缸、回轉(zhuǎn)馬達、油泵等，用來推動結(jié)構(gòu)件實現(xiàn)動作。安全裝置包括各種傳感器、行程開關(guān)、報警器、液壓鎖止閥，用來檢測危險工況，保證工作安全。
第2章 高空作業(yè)車方案的確定
2.1動力傳動的方案確定
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，其要求有：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穩(wěn)定的工作轉(zhuǎn)速。在同一作業(yè)循環(huán)內(nèi)，工作裝置的回轉(zhuǎn)機構(gòu)、舉升機構(gòu)等是正向和逆向運動交替進行的。因此，要求能適應運動方向的不斷改變。在作業(yè)過程中，各工作裝置的工作速度應能隨作業(yè)進度及時調(diào)整，且調(diào)速范圍大，如舉升機構(gòu)需要有很低的微動速度。
動力傳動有以下幾種型式：
①內(nèi)然機——機械傳動
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)車多采用這種型式。動力源為汽車發(fā)動機，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、滑輪以及鋼絲繩等傳遞到工作裝置，傳動路線長，結(jié)構(gòu)較復雜。
②電力——機械傳動
這種傳動方式是利用外接電源或車載電源(蓄電池)，通過電動機將電能轉(zhuǎn)變成機械能，再經(jīng)機械傳動裝置將動力傳遞到各工作裝置。由于電動機具有可逆轉(zhuǎn)性和在較大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速等特點，并且各機構(gòu)可由獨立的電機驅(qū)動，簡化了傳動和操縱機構(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——電力傳動
這種傳動力方式的路線是汽車發(fā)動機一發(fā)電機一電動機，然后帶動各工作裝置運轉(zhuǎn)。其優(yōu)點是利用直流電動機的優(yōu)良工作特性，使高空作業(yè)車獲得好的作業(yè)性能。但這套傳動裝置質(zhì)量較大，價格昂貴。
④內(nèi)燃機——液壓傳動
大部分高空作業(yè)車都采用這種傳動方式，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。液壓傳動的動力來自汽車發(fā)動機變速器通過取力器所輸出的動力，也有通過分動器的。通用汽車底盤汽車變速器有左取力口、右取力口和上取力口。高空作業(yè)車根據(jù)選用汽車底盤的取力口來安裝取力器。取力器有手動與氣動兩種操控方式。取力器及油泵、連接座、傳動軸組成取力裝置。
取力裝置如圖2-1所示。
2-1 取力裝置
綜上所述，我采用內(nèi)燃機——液壓傳動的動力傳動方案。
2.2底盤確定
我們采用的是EQ1101GLJ2底盤，取力器的離合采用推拉軟軸控制。工作機構(gòu)手柄分布在駕駛室。具體參數(shù)見表2-1。
表2-1 本系統(tǒng)高空作業(yè)車底盤參數(shù)
項目
單位
參數(shù)
底盤型號 EQ1101GLJ2
總質(zhì)量
4100
額定載質(zhì)量
Kg
kg
420
整備質(zhì)量
kg
3485
車輛長寬高
Mm
6700×1500×2550
軸距
mm
3360
接近角/離去角
°
23/14
發(fā)動機
?
東風康明斯柴油環(huán)保發(fā)動機 EQB160-20
排量/功率
ml/PS
3298 / 80
最高車速
km/h
80
2.3舉升機構(gòu)的方案確定
高空作業(yè)車按工作臂的型式，有四種基本型式，分別為：垂直升降式、折疊臂式、伸縮臂式和混合臂式。
垂直升降式高空作業(yè)車的升降機構(gòu)只能在垂直方向上進行運動。它的主要特點是結(jié)構(gòu)簡單，承載能力強，但作業(yè)范圍小，作業(yè)高度低，這種結(jié)構(gòu)型式應用比較少。
折疊臂式高空作業(yè)車工作臂之間的連接全部采用鉸接型式，所以國外又把它叫做鉸接式高空作業(yè)車。折疊臂高空作業(yè)車結(jié)構(gòu)適合于較低作業(yè)高度的車型，如要加大作業(yè)高度，必然要增加臂長或增加工作臂數(shù)量，增加臂長會使作業(yè)車體積龐大，降低靈活性；增加工作臂數(shù)量會造成操作繁瑣，安全性降低，并且使設(shè)計過程復雜化。
伸縮臂式的高空作業(yè)車在行駛狀態(tài)時，工作臂縮回套疊，工作時伸出，可以有效增大作業(yè)高度，同時具有工作效率高、操作簡單、動作平穩(wěn)等特點。
混合臂式高空作業(yè)車工作臂之間既有鉸接，也有伸縮，是折疊式和伸縮臂式高空作業(yè)車的結(jié)合，它綜合了兩種結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點，工作性能最好，但結(jié)構(gòu)也最為復雜。
根據(jù)以上敘述，由于我設(shè)計的高空作業(yè)車作業(yè)高度不高，因此，我采用折疊臂式的舉升機構(gòu)。
2.4回轉(zhuǎn)機構(gòu)的方案確定
高空作業(yè)車的轉(zhuǎn)臺可繞回轉(zhuǎn)中心作360°全周回轉(zhuǎn)。機架是斗臂式高空作業(yè)車必不可少的重要總成(一般臺架式高空作業(yè)車都不需回轉(zhuǎn))。轉(zhuǎn)臺上面連接工作臂、舉升機構(gòu)、工作斗、工作斗平衡機構(gòu)，通過液壓傳動，將人和物舉送到高空作業(yè)車工作空間范圍內(nèi)的任何位置；下面通過回轉(zhuǎn)支承，使高空作業(yè)車的上車與下車以滾動支承形式連接起來。將上車重量及工作載荷傳遞到副車架，進而到汽車底盤的底架上。轉(zhuǎn)臺上安裝有回轉(zhuǎn)機構(gòu)。回轉(zhuǎn)機構(gòu)由液壓馬達、回轉(zhuǎn)減速器、回轉(zhuǎn)支承構(gòu)成。高空作業(yè)車回轉(zhuǎn)機構(gòu)的工作速度必須很慢，所以它的傳動比要大，回轉(zhuǎn)機構(gòu)的作用就是低速回轉(zhuǎn)并增大轉(zhuǎn)矩。
回轉(zhuǎn)減速器較常用的有三種形式：
①蝸輪蝸桿減速器
這種傳動方式有較大的傳動比，成本低，傳動穩(wěn)定，但傳動效率低，使用壽命短。
②擺線針輪減速器
這種傳動方式為少齒差行星減速，傳動比較大，傳動效率較高，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，自重輕，成本較高，使用壽命較長。
③兩級行星減速器
這種傳動方式傳動比大，傳動效率高，結(jié)構(gòu)亦緊湊，體積亦小，但成本高。
回轉(zhuǎn)減速器輸出小齒輪下置，與回轉(zhuǎn)支承齒圈嚙合，從而帶動轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)。
回轉(zhuǎn)支承是高空作業(yè)車承上啟下的大型滾動軸承。它的作用是連接與支承，可承受高空作業(yè)車工作的全部載荷：上車的自重，舉升載荷產(chǎn)生的力矩，風載荷和回轉(zhuǎn)慣性力等，承受軸向、徑向和傾翻力矩。
回轉(zhuǎn)支承有多種結(jié)構(gòu)形式：單、雙排滾球式，單、雙排交叉滾柱式，單、多排滾球／滾柱式等；兩種傳動方式：外齒嚙合和內(nèi)齒嚙合。
滾球式的滾動體是鋼球，為四點線接觸，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，允許安裝中存在適當?shù)恼`差。
交叉滾柱式的滾動體是圓柱形的滾柱，交叉90°排列，為面接觸，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，且壽命長，承載能力大，但需要較高的安裝精度和座圈剛度。
滾球式和滾校式回轉(zhuǎn)交承如圖2-2所示。
（a） 滾球式
（b） 滾珠式
圖2-2 滾球式和滾珠式回轉(zhuǎn)支承
考慮到設(shè)計要求，本系統(tǒng)采用行星減速器加上單排滾球式外嚙合的回轉(zhuǎn)支承。
2.5作業(yè)平臺及調(diào)平機構(gòu)的方案確定
高空作業(yè)車的工作平臺用于承載人和物，它主要由底板和防護欄桿構(gòu)成。底板下有L形托架，并在相應部位裝設(shè)了連接座，以與工作臂鉸接。有的開設(shè)了可朝內(nèi)開的門或擋桿、檔鏈及踏腳，方便人員進出。工作平臺一般采用普通管材、型材制作，或采用鋁合金管材、型材，減輕工作平臺自重，增加有效載荷。具有絕緣性能的工作平臺選用高絕緣材料玻璃鋼、增強塑料，往往將防護欄桿換成全周封閉的圍板，就像一個無蓋的箱籠。工作平臺的構(gòu)件具有可靠的強度和剛度，底板必須是防滑的，裝置保證平臺上人員的人身安全。
高空作業(yè)車的工作斗(平臺)在空間運動的軌跡是曲線，為了始終保持工作斗(平臺)的承載面與地面平行，配置了工作斗(平臺)平衡機構(gòu)。臺架式高空作業(yè)車的工作平臺在空間運動時基本是垂直升降，所以不必配置平衡機構(gòu)。
高空作業(yè)車的工作斗平衡機構(gòu)主要有以下幾種：
①自重調(diào)平機構(gòu)
如圖2-3自重調(diào)平機構(gòu)，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接，這樣使工作臂無論作什么運動、作業(yè)平臺始終處于鉛垂狀態(tài)，其底平面能保持水平位置。但是這種機構(gòu)在舉力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，這種機構(gòu)已很少采用。
圖2-3 自重調(diào)平機構(gòu)示意圖 圖2-4 平行四連桿調(diào)平機構(gòu)示意圖
1-平臺 2-鉸軸 3-臂桿 1-回轉(zhuǎn)臺 2-下平行四邊形3-上平行四邊形 4-工作平臺
②平行四連桿調(diào)平機構(gòu)
平行四連桿調(diào)平機構(gòu)由一組或多組平行四邊形連桿機構(gòu)組成，原理見圖2-4，調(diào)平機構(gòu)一端與工作平臺4相連，另一端與回轉(zhuǎn)臺1連接，上平行四邊形3和下平行四邊形2相連處的短邊固聯(lián)在一起，利用平行四邊形在變形過程中兩組對邊始終分別保持平行的原理，無論上臂如何升降，工作平臺始終保持水平狀態(tài)。其調(diào)平過程是連續(xù)的，具有調(diào)平可靠、同步性好的特點。缺點是平行四連桿機構(gòu)只能在臂桿外側(cè)布置，結(jié)構(gòu)不緊湊，由于平行四連桿的限制，臂桿之間的工作角度范圍小于180°。
③靜液壓調(diào)平機構(gòu)
靜液壓調(diào)平也稱為液壓伺服液壓缸調(diào)平，如圖2-5所示，主體部分由兩只結(jié)構(gòu)尺寸完全相同的調(diào)平液壓缸I和調(diào)平液壓缸Ⅱ組成。兩根液壓缸的無桿腔與無桿腔相連，有桿腔與有桿腔相連，能保證一只液壓缸伸長(縮短)一定長度，另一只液壓缸縮短(伸長)相同的長度。調(diào)平液壓缸I連接在回轉(zhuǎn)臺1與臂桿2之間，調(diào)平液壓缸Ⅱ連接在臂桿2與工作平臺3之間。當臂桿變幅時，調(diào)平液壓缸I長度發(fā)生改變，與工作平臺相連的調(diào)平液壓缸Ⅱ發(fā)生相反方向的長度改變。調(diào)平液壓缸I伸長一段距離，ABC增加；調(diào)平液壓缸Ⅱ縮短相同的距離，A`B`C` 減少。合理設(shè)計ABC和A`B`C` 的邊長，A`B`C`減少的角度約等于ABC增加的角度，從而使工作平臺保持水平。兩只調(diào)平液壓缸組成閉環(huán)系統(tǒng)，不受外部系統(tǒng)的影響，為防止密封和接頭處泄漏影響工作平臺的調(diào)平性能，需在系統(tǒng)中安裝補油裝置。這種調(diào)平機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、精度高的特點，適用于伸縮臂式高空作業(yè)車。但存在滯后現(xiàn)象，且滯后現(xiàn)象隨著高度的增加而更加明顯。
圖2-5 靜液壓式調(diào)平機構(gòu)示意圖
1-回轉(zhuǎn)臺 2-臂桿 3-工作平臺 4-調(diào)平液壓缸 5-有桿腔連接油路 6-無桿腔連接油路7-調(diào)平液壓缸Ⅱ
④電液自動調(diào)平機構(gòu)
如圖2-6所示，電液自動調(diào)平機構(gòu)主要部件包括水平傳感器4、調(diào)平油缸1和電磁換向閥6。其中水平傳感器4安裝在工作平臺3上，當工作平臺處于水平狀態(tài)時，水平傳感器輸出電流為零，當工作平臺發(fā)生傾斜時，水平傳感器產(chǎn)生控制電流，電流的大小不隨工作平臺的傾斜角度變化而改變。根據(jù)工作平臺傾斜方向的不同，控制電流進入電磁換向閥6的2個電磁線圈中的1個，使電磁換向閥工作，調(diào)平油缸1伸長或縮短，最終使工作平臺趨于水平。調(diào)平是不連續(xù)的，適用于上臂式和伸縮臂式高空作業(yè)車。
圖2-6 電液自動調(diào)平機構(gòu)示意圖
1-調(diào)平油缸 2-臂桿 3-工作平臺 4-水平傳感器 5-液壓鎖 6-電磁換向閥
從高空作業(yè)車向自動化的方向發(fā)展角度看，我采用電液調(diào)平機構(gòu)。
第3章 高空作業(yè)車工作裝置的設(shè)計
3.1 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計
高空作業(yè)車回轉(zhuǎn)支承裝置設(shè)計為01系列011.30.560型單排滾球外齒式軸承支承轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤外座圈設(shè)有內(nèi)齒圈，通過螺栓與回轉(zhuǎn)平臺法蘭連接，轉(zhuǎn)盤內(nèi)座圈未剖分式，通過螺栓固定在底架的支承圓盤上。
圖3-1 回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)示意圖（011.30.560）
所采用的單排滾球式軸承為四點接觸球式軸承，其回轉(zhuǎn)支承的受力與高空作業(yè)車工況有關(guān)，強度計算應取最大當量負荷工況為計算工況。
取典型的作業(yè)工況作為當量負荷的計算工況：該典型計算工況即高空作業(yè)車處于最高作業(yè)位置時的受力情況,如圖3-2所示。
圖3-2 回轉(zhuǎn)支承當量負荷計算工況
3.1.1回轉(zhuǎn)支承當量負荷的計算
對單排四點接觸球式回轉(zhuǎn)支承，其當量負荷由下式求出：
(N) （3-1）
式中：——滾道中心直徑，=0.560m；
——作用在回轉(zhuǎn)支承上的總軸向力，單位（N）
——作用在回轉(zhuǎn)支承上的總傾覆力矩，單位（N.m）
——在總傾覆力矩M作用平面內(nèi)的總徑向力，=0N
如圖3-1所示，取回轉(zhuǎn)支承上部為脫離體，對回轉(zhuǎn)支承中心O點取矩，則 （N.m） （3-2）
沿回轉(zhuǎn)中心軸線方向的合力為：
（N） （3-3）
式中：～——分別為下臂油缸、下臂、上臂油缸、作業(yè)斗及人、上臂和調(diào)平油缸重量，單位（N）
～——分別～為對回轉(zhuǎn)中心O取矩的力臂，單位（m）
k——回轉(zhuǎn)支承工作條件系數(shù)，取k=1.4。
以上重力或挖掘阻力與相應的力臂列表如下：
表3.1 重力與力臂相應列表
作用力
N
300
9800
300
2000
9400
180
力臂
m
0.1
0.63
0.95
0.8
0.46
0.14
將上述已知參數(shù)分別代入（3-1）式、（3-2）式、（3-3）式，即可分別求出M、和:
當量負荷為：
3.1.2回轉(zhuǎn)支承與轉(zhuǎn)臺骨架之間螺栓組的強度校核
由于此處為螺栓組聯(lián)接，因此必須按螺栓組受力情況來計算。
螺栓個數(shù)為Z=10，
螺栓直徑
所用材料
所受的傾覆力矩為
螺栓組呈圓形分布，其分布圓直徑為626mm
校核所受的傾覆力矩
螺栓中受力最大的螺栓所受的力
螺栓所受的應力為:
因為＞，所以滿足要求。
3.1.3回轉(zhuǎn)支承負荷能力計算
由于高空作業(yè)車的回轉(zhuǎn)支承是低速回轉(zhuǎn)支承，故不考慮滾動和滾道抗疲勞裂紋的負荷能力，而只校核其回轉(zhuǎn)支承靜容量負荷能力。
對單排四點接觸球式回轉(zhuǎn)支承，其靜容量按下式計算：
(N) （3-4）
式中——靜容量系數(shù)（Kgf/m2）取=3.5 Kgf/m2（滾道表面硬度為HRC=55）
——滾動體直徑（mm），=25mm
——滾動體總數(shù)，Z=77
α——滾動體與滾道的接觸角，α=45o
由（3-4）式可算出回轉(zhuǎn)支承靜容量負荷能力：
計算結(jié)果表明： ＜ 滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承承載能力足夠
3.1.4回轉(zhuǎn)齒輪強度校核
轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)齒輪為開式齒輪，且傳動比大，轉(zhuǎn)速低，顯然其主要破壞形式為疲勞彎曲破壞，故只需對驅(qū)動小齒輪做彎曲強度驗算。
直齒圓柱齒輪齒根彎曲應力計算公式，計算最大彎曲應根據(jù)力即:
(MPa) （3-5）
式中：—— 運轉(zhuǎn)中在分度圓上出現(xiàn)的最大圓周嚙合力（KN）
式中：——油馬達驅(qū)動機構(gòu)的額定輸出扭矩，=1.5KN.m
m——齒輪模數(shù)，m=5mm
Z——小齒輪齒數(shù)，Z=12
q——齒形系數(shù)。根據(jù)變位系數(shù)X=+0.15，齒數(shù)Z=12，由曲線圖查得q=3
b——齒寬，b=45mm
e——影響載荷系數(shù)，取e=1.25
將上述參數(shù)代入（3-5）式得：
齒根疲勞極限應力，由下式求出:
= （MPa） （3-6）
式中 ——壽命系數(shù)，有壽命系數(shù)圖查的：=1.9
——尺寸系數(shù)，由尺寸系數(shù)圖查得：=1
——相對應力集中系數(shù)，由系數(shù)圖查得：=0.88
——彎曲強度最小安全系數(shù)，由表查得：=1.5
由（3-6）式計算得：
=525×1.9×1/0.88×1.5=755.67MPa
計算結(jié)果表明：，齒根抗彎強度足夠。
3.2舉升機構(gòu)的設(shè)計
本系統(tǒng)的舉升機構(gòu)是由兩個動臂組成，即下臂和上臂。下臂的下端鉸接在回轉(zhuǎn)臺上，由下臂液壓缸驅(qū)動；上臂的下端與下臂的上端鉸接，由上臂液壓缸驅(qū)動；上臂的一端與作業(yè)斗鉸接，且其上還有一個調(diào)平油缸，使作業(yè)斗保持水平。
3.2.1確定下臂和上臂的長度
本系統(tǒng)的舉升機構(gòu)在鉛垂平面內(nèi)的運動范圍為：下臂相對于回轉(zhuǎn)臺為0°-80°；上臂相對于下臂為0°-100°。
圖3-3 上下臂簡圖
本系統(tǒng)的高空作業(yè)車最大作業(yè)高度要達到10m，由于回轉(zhuǎn)臺鉸點到地面的距離有1.5m，因此下臂和上臂能舉起8.5m就可以了。
據(jù)圖3-3有：
考慮到上臂末端須安裝作業(yè)斗，且參考同類產(chǎn)品，可得：
由上兩式可得：下臂長度 上臂長度
3.2.2確定上臂上的鉸點
圖3-4 求上臂鉸點簡圖
考慮到安裝位置以及能使高空作業(yè)車伸到最高，取。具體計算中F可以看成在DE的延長線上，則：
圖3-4中EF表示上臂油缸，虛線表示油缸能把上臂推到的極限位置，根據(jù)油缸的行程規(guī)律可知：
根據(jù)三角形的余弦定理可得：
由以上三式可解得：油缸在上臂上的距離。
3.2.3確定下臂上的鉸點
實際中高空作業(yè)車的回轉(zhuǎn)臺總比車頭矮一些，因此，下臂縮回時不可能保持水平，本系統(tǒng)取下臂縮回時與水平面成3°。而回轉(zhuǎn)臺上的上臂油缸的鉸點位置一般在下臂鉸點下方45°的方向上，參考同類產(chǎn)品并考慮安裝的尺寸要求取。
圖3-5 求下臂鉸點簡圖
圖3-5中BC表示下臂油缸，虛線表示油缸能把下臂推到的極限位置，根據(jù)油缸的行程規(guī)律可知：
根據(jù)三角形的余弦定理可得以下兩式：
由以上三式可解得：油缸在下臂上的距離。
3.2.4下臂和上臂的主要尺寸和結(jié)構(gòu)
下臂和上臂為主要受力構(gòu)件，受彎曲和拉壓聯(lián)合作用。為獲得較大的強度和剛度，一般采用薄壁箱形結(jié)構(gòu)。16Mn是低合金結(jié)構(gòu)鋼,它具有良好的綜合力學性能、焊接性能良好。本系統(tǒng)臂架采用四塊16Mn鋼板對接而成，如圖3-6所示。為使主受彎截面獲得較高的抗彎截面模量，可加布上、下加強筋板，獲得漸近的等強度受力狀態(tài)。
圖3-6 上下臂截面圖
初步設(shè)計下臂的截面尺寸為：。
考慮到上臂與下臂的安裝要求，設(shè)計上臂的截面尺寸為：。
16Mn鋼
上下臂的具體結(jié)構(gòu)如圖3-7和3-8所示:
圖3-7 上臂結(jié)構(gòu)
圖3-8 下臂結(jié)構(gòu)
3.2.5上臂和下臂的受力分析及強度校核
此兩臂主要受三種力：支反力、油缸給的反力、重力。在進行兩臂的強度校核時,必須先找到其受力情況最惡劣的位置進行受力分析。當下臂處于最大角度且上臂處于水平位置時，兩臂的受力狀況最惡劣。如圖3-9。
圖（3-9）
（1）先分析上臂
分析時需對上臂進行簡化為力學模型如圖3-10,從圖中可以看出上臂受彎矩和拉伸的組合變形。
圖3-10 上臂力學模型
根據(jù)三角形的正弦定理先求出：
解得：
求F：
據(jù)，
可得：F=63771N
求O點支點反力：
據(jù)，
可得：
據(jù)，
可得：
根據(jù)支點反力可以畫出彎矩圖和軸力圖：
圖3-11 彎矩圖
圖3-12 軸力圖
從圖3-11和圖3-12可知，在C截面上臂受力最大，須選擇C截面進行強度校核：
C截面的抗彎截面系數(shù)：
C截面的面積：
C截面的最大應力：
< ，因此，上臂的強度符合要求。
（2）再分析下臂
分析時需對上臂進行簡化為力學模型如下圖,從圖中可以看出上臂受彎矩和拉伸的組合變形。
圖3-13 下臂力學模型圖
為了方便畫彎矩圖和軸力圖還須將圖3-13旋轉(zhuǎn)為水平狀態(tài)，如下圖：
圖3-14 下臂力學模型圖
根據(jù)三角形的正弦定理先求出：
解得：=15°
求：
據(jù)，
可得：
求A點支點反力：
據(jù)，
可得：
據(jù)，
可得：
根據(jù)支點反力可以畫出彎矩圖和軸力圖：
圖3-15 彎矩圖
圖3-16軸力圖
從圖3-15和圖3-16可知，B、C、D截面下臂受力都較大，須分別求出B、C、D截面的應力，取較大值進行強度校核：
B、C、D截面的抗彎截面系數(shù)：
B、C、D截面的面積：
B截面的最大應力：
C截面的最大應力：
D截面的最大應力：
因此，下臂的最大應力在C截面：
由于< ，因此，上臂的強度符合要求。
3.3調(diào)平機構(gòu)的設(shè)計
作業(yè)平臺電控調(diào)平系統(tǒng)的特點是所有環(huán)節(jié)均可設(shè)在平臺上，調(diào)平機構(gòu)簡單，使調(diào)平的可靠性進一步提高。特別是對于臂架結(jié)構(gòu)復雜、作業(yè)高度較高的作業(yè)平臺，更能顯出其優(yōu)勢；電控調(diào)平系統(tǒng)組成參見圖3-17。在這一系統(tǒng)中，從實用的角度出發(fā)，電液換向閥可選用開關(guān)閥或比例閥，這兩種閥的抗油液污染能力較強。本系統(tǒng)選用開關(guān)閥，角位移傳感單元是角位移傳感開關(guān)，放大器就是開關(guān)控制電路。
圖3-17 電控調(diào)平系統(tǒng)框圖
3.3.1 直線角位移傳感開關(guān)工作原理
圖3-18所示是由微動開關(guān)組成的直線角位移傳感開關(guān)示意圖。在重力的作用下，重錘使擺桿保持垂直，擺輪不動。當所測平面傾斜時，調(diào)平開關(guān)l與擺輪的位置發(fā)生變化，使遠離擺桿的調(diào)平開關(guān)動作，發(fā)出開關(guān)量電信號。改變開關(guān)在擺輪圓周上的位置，就可以改變動作角度。重錘應有足夠的重量，以保證開關(guān)可靠動作。
1-擺輪、擺桿及重錘 2-調(diào)平開關(guān) 3-螺栓 4-銷軸
圖3-18 直線角位移傳感開關(guān)
3.3.2 開關(guān)閥調(diào)平電路的設(shè)計
圖3-19所示是微動開關(guān)控制的調(diào)平電路。XK1 和XK2 就是圖2中的調(diào)平開關(guān)，當平臺向里傾斜且達到規(guī)定的角度時，XK2閉合，繼電器YV2得電，開關(guān)閥“外側(cè)”線圈得電，隨即開始調(diào)平，調(diào)平結(jié)束后，電路恢復圖示狀態(tài)；當平臺向外側(cè)傾斜時亦然。若微動開關(guān)觸點容量足夠，可將繼電器及其續(xù)流二極管省去。
圖3-19 作業(yè)平臺（開關(guān)閥）調(diào)平電路
第4章 高空作業(yè)車液壓系統(tǒng)設(shè)計
4.1高空作業(yè)車的液壓系統(tǒng)設(shè)計
我此次設(shè)計的高空作業(yè)車行駛部分為機械傳動，其他工作機構(gòu)均為液壓傳動。原動機為底盤發(fā)動機。其液壓系統(tǒng)原理如圖4-1所示。該液壓系統(tǒng)為開式變量系統(tǒng)，分為油源、下車油路、上車油路三大部分。動力源為油泵排出的壓力油，可按需要分別單獨給下車油路或上車油路供油。
圖4-1 高空作業(yè)車液壓原理圖
1-調(diào)平油缸 2-支腿水平油缸 3-支腿垂直油缸 4-液壓鎖 5-下臂油缸 6-上臂油缸7-平衡閥 8-回轉(zhuǎn)馬達 9-梭閥 10-安全閥 11-上車多路閥 12-雙聯(lián)葉片泵
13-過濾器 14-溢流閥 15-下車多路閥 16-壓力表 17-三位四通電磁閥
下車油路為支腿油路，由支腿操縱閥、支腿水平伸縮油缸、支腿垂直升降油缸組成。支腿操縱閥采用一個先導式溢流閥(安全閥)，一個三位六通換向閥(選擇閥、彈簧復位)和四個三位四通換向閥(操縱閥、彈簧復位)組成。泵開啟，當選擇閥操縱桿處于中位時，壓力油從P口進，經(jīng)選擇閥V口進入上車油路。支腿動作時，首先可分別或同時操控操縱閥，操縱閥都處于下位，再操控選擇閥也處于下位，支腿水平伸縮油缸同時伸出；反之，則縮回。同理，操縱閥都處于上位，再操控選擇閥處于下位，支腿垂直升降油缸伸出；反之，則縮回。單獨調(diào)整某支腿水平伸縮油缸或支腿垂直升降油缸，只需操控其對應的操縱閥桿處于相應位置，再操控選擇閥桿即可。
支腿油路工作時，支腿伸出，應先伸出支腿水平伸縮油缸，后伸出支腿垂直升降油缸；支腿縮回，應先收支腿垂直升降油缸，再收支腿水平伸縮油缸。支腿伸縮完畢，選擇閥桿必須回復中位。
支腿垂直升降油缸上都安裝了液壓鎖。它能使支腿垂直升降油缸在任意位置停留并鎖緊，其結(jié)構(gòu)和原理如圖4-2所示。
支腿鎖由閥體、兩個帶外伸桿的控制活塞和一對錐閥式單向閥組成。油口A、B接通換向閥的壓力油口和回油口，油口C、D接通支腿垂直升降油缸的無桿腔和有桿腔。當操控換向閥時，壓力油從B口進入支腿鎖，打開左單向閥，從D口進入支腿垂直升降油缸無桿腔，同時通過控制活塞打開右單向閥，使支腿垂直升降泊缸有桿腔油流從C口通過A口接通回油，活塞桿伸出；反之，活塞桿縮回。
圖4-2 液壓鎖
閥恢復中位時，單向閥復位，封閉油路，支腿垂直升降油缸上的載荷越大，鎖緊程度越高，可靠地防止了活塞桿自動縮回，同時也能防止高空作業(yè)車行駛或停放時，支腿自動下落。
上車油路包括變幅、下臂伸縮、上臂伸縮回轉(zhuǎn)、工作斗調(diào)平等基本油路。各油路的供油、換向、停止都分別由對應的換向閥操控。換向閥內(nèi)設(shè)溢流閥。換向閥為手控。
變幅、下臂伸縮、上臂、上臂伸縮油路通常是由油缸來完成所規(guī)定的動作。操控其對應的換向閥閥桿，油道連通。油泵排出的壓力油打開平衡閥的單向閥進入油缸無桿腔，使臂起、伸、折，油缸回油經(jīng)另—油道流回油箱。反向操控，則壓力油進入油缸有桿腔，使臂、落、縮、疊。
變幅、伸縮、折疊油路都必須裝設(shè)平衡閥。平衡閥由單向閥與溢流閥組合而成。變幅、伸縮、折疊油缸在下降的過程中，由于載荷或白重力的作用，速度越來越快，以致失控，為可靠地控制下降速度，必須采取限速措施，加裝平衡閥。
回轉(zhuǎn)油路由液壓馬達來執(zhí)行回轉(zhuǎn)工況。馬達裝有平衡限速、制動緩沖和補油等綜合機能的雙向緩沖閥。雙向緩沖閥從相反的方向并聯(lián)在液壓馬達的進出油路上，在制動過程中，當一側(cè)油路過載，而另一側(cè)油路產(chǎn)生負壓時，相應的緩沖閥立即打開，形成短路，使進回油路自行循環(huán)，防止了液壓馬達回油路壓力突然升高帶來的沖擊和進油路因負壓產(chǎn)生的汽蝕現(xiàn)象?；剞D(zhuǎn)油路上還裝設(shè)有梭閥，以控制制動器的離合。
4.2 上臂液壓缸的設(shè)計
根據(jù)運動要求，確定下臂液壓缸為雙作用單桿活塞液壓缸；選擇液壓缸安裝方式采用耳環(huán)型。
當高空作業(yè)車下臂伸到最高位置，上臂處于水平位置時，上臂液壓缸受最大負載，根據(jù)上章知液壓缸活塞桿上的最大外部載荷
則：
式中：——液壓缸機械效率，一般取0.90—0.95，此處取=0.92
計算液壓缸主要結(jié)構(gòu)尺寸：
一般情況下，液壓缸在受壓狀態(tài)下工作，其活塞面積為：
式中：——液壓缸無桿腔活塞有效作用面積為；
——液壓缸有桿腔活塞有效作用面積為；
——液壓缸工作腔壓力，按《機械設(shè)計手冊》表23.4-3，取16；
——液壓缸回油腔壓力，即背壓力。根據(jù)系統(tǒng)工作情況并參照《機械設(shè)計手冊》表23.4-4選取=0.5
D——活塞直徑（m）
d——活塞桿直徑（m）
令并參照《機械設(shè)計手冊》表23.4-5選取=0.7，則
=
按《機械設(shè)計手冊》表23.4-7，取標準值。
則：
按《機械設(shè)計手冊》表23.4-7， 取標準值。
假設(shè)下臂液壓缸無桿腔活塞運動速度
則液壓缸工作時所需流量：
取，支腿完全伸出所需時間
4.3 下臂液壓缸的設(shè)計
根據(jù)運動要求，參照《機械設(shè)計手冊》表23.6-39，確定下臂液壓缸為雙作用單桿活塞液壓缸；按照《機械設(shè)計手冊》表23.6-40，選擇液壓缸安裝方式采用耳環(huán)型。
當高空作業(yè)車下臂水平，上臂處于最大角度時，下臂液壓缸受最大負載，其受力簡圖如下圖所示：
圖4-3 求下臂液壓缸負載圖
據(jù)，
可得液壓缸活塞桿上的最大外部載荷
則
式中：——液壓缸機械效率，一般取0.90—0.95，此處取=0.92
計算液壓缸主要結(jié)構(gòu)尺寸：
一般情況下，液壓缸在受壓狀態(tài)下工作，其活塞面積為：
式中：——液壓缸無桿腔活塞有效作用面積為；
——液壓缸有桿腔活塞有效作用面積為；
——液壓缸工作腔壓力，取16；
——液壓缸回油腔壓力，即背壓力。根據(jù)系統(tǒng)工作情況選取=0.5
D——活塞直徑（m）
d——活塞桿直徑（m）
令選取=0.7，則
=
按《機械設(shè)計手冊》表23.4-7，取標準值。
則：
按《機械設(shè)計手冊》表23.4-7， 取標準值。
假設(shè)下臂液壓缸無桿腔活塞運動速度
則液壓缸工作時所需流量：
取，支腿完全伸出所需時間：
4.4 液壓泵的選擇
①確定系統(tǒng)液壓泵的最大工作壓力
式中：——液壓缸或液壓馬達最大工作壓力，取16；
——從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達入口之間總的管路損失。本系統(tǒng)屬于管路簡單，流速不大的，一般取=（0.2-0.5）,本處取=0.4。
故： =16+0.3=16.4
②確定液壓泵的流量
本系統(tǒng)為多液壓缸同時工作，液壓泵的輸出流量應為：
式中：——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取=1.1-1.3，此處取=1.2；
——同時動作的液壓缸或液壓馬達的最大總流量。
則： =
③選擇液壓泵的規(guī)格
參照《機械設(shè)計手冊》表23.5-27，選取由榆次液壓件廠生產(chǎn)的PEFD-4131029/016型雙聯(lián)葉片泵，其具體參數(shù)如下：
前泵排量 29.3 后泵排量 16.5 前泵額定壓力 21 后泵額定壓力 21
前泵輸出流量 34 后泵輸出流量 16
前泵驅(qū)動功率 17 后泵驅(qū)動功率 10
轉(zhuǎn)速范圍 800-2500
4.5 液壓元件的選擇
選擇液壓元件主要根據(jù)液壓元件的工作壓力和通過元件的流量。本系統(tǒng)工作壓力在16MPa左右，所以液壓元件都選用高壓元件。所選液壓元件的規(guī)格型號見表4-1。
表1-1 液壓元件規(guī)格及型號
序號
名稱
選用規(guī)格
生產(chǎn)商
1
調(diào)平油缸
自制
2
支腿水平油缸
自制
3
支腿垂直油缸
自制
4
液壓鎖
SYS-B10
無錫昌林自動化科技有限公司
5
下臂油缸
自制
6
上臂油缸
自制
7
平衡閥
CCB6
余姚華隆液壓機械廠
8
回轉(zhuǎn)馬達
9
梭閥
KS-10
無錫昌林自動化科技有限公司
10
安全閥
YF3-E10B
上海超眾液壓氣動設(shè)備廠
11
上車多路閥
ZS1-L10
四川長江液壓件廠
12
雙聯(lián)葉片泵
PEFD-4131029/016
榆次液壓件廠
13
過濾器
XU-B50x100
無錫昌林自動化科技有限公司
14
溢流閥
YF3-E10B
上海超眾液壓氣動設(shè)備廠
15
下車多路閥
ZS1-L10
四川長江液壓件廠
16
壓力表
KF3-EA10B
無錫昌林自動化科技有限公司
17
三位四通電磁閥
34EF-10B
無錫昌林自動化科技有限公司
4.6管道尺寸的確定
①管道內(nèi)徑計算
式中： ——通過管道內(nèi)的流量；
——管內(nèi)允許流速，參照《機械設(shè)計手冊》表23.4-10選取=。
則： =
參照《機械設(shè)計手冊》表23.9-2，可取鋼管公稱通徑，外徑的管子。
②管道壁厚的計算
管道壁厚的計算公式為：=
式中： ——管道內(nèi)最高工作壓力，此處取=16；
——管道內(nèi)徑；
——管道材料的許用應力，選擇管道材料為鋼，其許用應力為100-110，此處取=
則： =，選取=
4.7 油箱容量的確定
油箱容量經(jīng)驗公式為
式中：——液壓泵每分鐘排出壓力油的容積；
——經(jīng)驗系數(shù)，選取=10
則： =。
第5章 高空作業(yè)車操作方法及使用說明
高空作業(yè)車是當代先進的物種機械設(shè)備。只要正確使用，安全得到保證。但操作不妥或安全措施未落實，它又是一種十分危險的主空作業(yè)規(guī)程，物制定如下行為規(guī)范。
①.行車
1、汽車駕駛員必須持有大客車行車執(zhí)照。
2、輔加變速箱必須脫離液壓油泵。
3、注意橋梁、隧道通行高度。
4、車速一般不超過30公里/小時，郊區(qū)不超過40公里/小時。
5、作業(yè)斗（平臺）內(nèi)謝絕滯留人員。
②.作業(yè)
1、停車位置選擇應是堅實地面，整車傾斜度不大于3°，并開啟警示閃燈。
2、作業(yè)高度與風力（鮑福特）；
風力 6級及以下適宜高度10米以下作業(yè)；
風力 5級能以下適宜高度11~20米以下作業(yè)；
風力 4級及以下適宜高度21~30米以下作業(yè)。
3、起動油泵，踩下汽車離合器，拉上手剎車，變速箱掛空擋，扳動液壓油泵離合 拉桿，使液壓油 泵處于工作狀態(tài)。
4、液壓油泵運轉(zhuǎn)2~5分鐘后，方可操縱各動作手柄。
5、高空作業(yè)車的操作，應經(jīng)培訓并持有操作上崗證人員負責。
6、操作人員要精神集中，防止誤操作并嚴格禁酒后作業(yè)。
7、首先放下支腿，必要時在支腿掌下放本墊，確保車輛處于水平狀態(tài)。
8、操作手柄時要平穩(wěn)，切勿急速迅猛，以免導致作業(yè)臂慣性擺動過大及意外事故 。
9、要嚴格按照設(shè)備規(guī)定的技術(shù)參數(shù)及作業(yè)范圍作業(yè)。
10、作業(yè)斗（平臺）上工作人員要系好安全帶。
11、升降作業(yè)斗（平臺）時，應使上下臂交替動作，以保證作業(yè)斗（平臺）處于最佳升幅半徑狀態(tài) ，嚴禁將作業(yè)臂作其它用途。
12、作業(yè)時，操作人員要注意斗（平臺）、臂與高低壓導線、電話線及建筑物、大樹、廣告牌、燈 飾等物的安全距離。
13、當值司機，負責地面并注意往來車輛的安全防護工作。
14、使用作業(yè)高度25米以上作業(yè)車，除設(shè)置好安全標志及護欄外，地面監(jiān)護人除司機外，還要設(shè)1-2人專責加強監(jiān)護。
15、作業(yè)過程中，若發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)有異音或突然外漏油液，應即停止工作，待檢查或修復后，方可 繼續(xù)工作。
16、液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，作業(yè)臂不能動作時，應設(shè)法使作業(yè)斗（平臺）上工作人員安全撤離，并通 知專業(yè)維修人員處理。
17、作業(yè)完畢，作業(yè)斗（平臺），作業(yè)臂復位，收起支腿，并脫開液壓油泵，松開手剎車，方可起 動行車。
結(jié) 論
經(jīng)過近三個月的努力，我終于完成了我的畢業(yè)設(shè)計。我本次畢業(yè)設(shè)計的課題是高空作業(yè)車工作裝置的設(shè)計，屬于工程機械的范疇。所以，涉及到的知識除了大學四年所學的機械專業(yè)基礎(chǔ)知識以外，還包括許多工程機械方面的知識。因此本次設(shè)計不僅是我對以前的知識的一種鞏固，也是我專業(yè)知識的拓展，使我學會將所學知識融會貫通。
設(shè)計之初，通過在圖書館和上網(wǎng)查詢資料，使我基本上了解到當前高空作業(yè)車的市場，國際上的大體形勢格局以及中國在其中所占的地位，同時也了解到高空作業(yè)車的基本結(jié)構(gòu)和性能，從而確定出總體的設(shè)計方案。
本次設(shè)計的重點是回轉(zhuǎn)裝置、舉升機構(gòu)和調(diào)平機構(gòu)的設(shè)計；其次，我還對高空作業(yè)車的液壓系統(tǒng)進行了設(shè)計。通過設(shè)計計算，最終設(shè)計選定高空作業(yè)車回轉(zhuǎn)支承為01系列013.30.560型單排滾球式軸承支承轉(zhuǎn)盤，舉升機構(gòu)采用折疊臂式，調(diào)平機構(gòu)采用電液自動調(diào)平。并經(jīng)計算證明符合設(shè)計需要要求。
最后是對高空作業(yè)車工作裝置的零件設(shè)計，主要包括回轉(zhuǎn)平臺的設(shè)計、動臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計和校核。
整個設(shè)計在老師的指導和同學幫助下，還算是較圓滿地完成了任務(wù)?？傊?，在此次設(shè)計中，我收益匪淺。
致 謝
經(jīng)過3個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于知識和經(jīng)驗的匱乏，在設(shè)計中難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。
在此，我要感謝跟我一起畢業(yè)設(shè)計的同學，在我設(shè)計時給了我很大的幫助，如果沒有他們的幫助，我的畢業(yè)設(shè)計也不會這么順利的完成。
最后，真心的感謝對我大學四年來所有的老師，是你們?yōu)槲业脑O(shè)計打下了專業(yè)知識的基礎(chǔ)。同時大學四年的辛勤栽培！
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