高空作业车上车工作装置设计

毕业设计(论文)高空作业车上车工作装置设计The design of ariel work platform upside mechanism学生姓名学院名称机电工程学院专业名称机械设计制造及其自动化指导教师 徐州工程学院毕业设计(论文)徐州工程学院学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日徐州工程学院学位论文版权协议书本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日I摘要高空作业车主要应用于路灯、电力、交通、高速公路、造船修船、通信、建筑、园林、广告、机场、港口、有线电视等行业，使用面广、作业效率高、安全方便，拥有巨大的市场潜力。本课题主要是对其上车部分进行理论分析、计算并进行结构设计。高空作业车是由两个机械臂组成，合理确定其一些基本尺寸，运用理论力学知识对其受力分析，用材料力学知识进行强度校核，确定其他尺寸。根据负载条件，选择液压元件，设计液压系统。运用绘图软件Pro-e , CAD，画出零件图和装配图。可靠性设计可以保证高空作业车有足够的强度，有利于保证生产的安全。关键词 受力分析；强度校核；液压系统；零件图和装配图AbstractAerial Work Platform is mainly applied to street light, electric power, transportation, highway, shipbuilding and repairing, communications, constructions, gardens, advertising, airports, ports, cable TV, etc.It is widely used, efficient, safe and convenient. It has a great potential in the market. This article mainly finished the theoretical analysis, calculation and structure design .Aerial Work Platform is composed by two manipulators ,after reasonably determining some of its basic dimensions, making its force analysis according to theoretical mechanics, I use material mechanics knowledge to make its strength check, and decide the other dimensions. According to load conditions, I choose hydraulic components, design hydraulic system. Make use of the drawing software such as Pro - e, CAD, to paint parts graphs and assembly drawings. Reliability design can ensure Aerial Work Platform have enough intensity to guarantee working safety. Keywords force analysis Strength check Hydraulic system the parts graphs and assembly drawings 徐州工程学院毕业设计(论文)目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1高空作业车的作用和意义11.1.1高空作业车简介11.1.2高空作业车用途11.1.3高空作业车的技术特点11.1.4选题意义21.1.5外国高空作业车的发展概况21.1.6国内高空作业车发展状况32上车机构的机械原理设计和分析62.1上车机构的组成部分62.2上车结构图62.3机械设计分析73 上车机构传动结构设计83.1上车机构的受力分析83.2参数确定93.2.1杆长确定93.2.2确定参数的范围93.2.3初定断面尺寸103.3可靠性设计123.3.1臂L强度校核133.3.2臂L强度校核153.3.3铰接旋转轴的强度校核174 液压系统设计184.1液压系统的构成184.2液压系统设计概述184.3设计依据184.4主要机构简述184.5高空作业车起升机构的液压回路设计184.5.1动作分析184.5.2液压回路设计184.5.3优缺点分析204.6高空作业车回转机构液压回路204.6.1动作分析204.6.2液压回路设计204.7高空作业车变幅机构液压回路设计214.7.1动作分析214.7.2液压回路设计214.8整体液压回路设计214.9上臂油缸的设计224.9.1缸筒壁厚的计算244.9.2缸体的外径计算254.10下臂油缸的设计与计算264.10.1缸筒壁厚的计算274.10.2缸体的外径计算274.10.3流量的计算284.11起升机构液压马达设计计算284.12液压泵的确定294.12.1液压泵的最大工作压力P的确定：294.12.2液压泵的流量Q的计算304.13油箱的选择305工作台水平调整机构设计32结论36致谢37参考文献38附录39附录1396高空作业车的操作保养与维修396.1高空作业车的操作行为规范396.2高空作业车的保养与维修406.3高空作业车的常见故障及排除方法42461 绪论1.1高空作业车的作用和意义1.1.1高空作业车简介1.1.1.1高空作业车的含义高空作业车是指3米以上，由液压或电动系统支配多支液压油缸，能够上下举升进行作业的一种车辆。采用液压传动的载人高空作业车，是当代先进的物种机械设备。施工人员借助高空作业车升空工作，只要正确使用，安全得到保证。但操作不妥或安全措施未落实，它又是一种十分危险的主空作业规程，要制定一定的行为规范。1.1.1.2高空作业车的分类高空作业车大体有折叠臂、伸缩臂、混合臂、自行式、剪叉式等五个系列， 东风小霸王高空作业车、东风多利卡高空作业车、东风145高空作业车，江铃高空作业车，庆铃高空作业车，奥铃高空作业车。 高空作业车的颜色以工程黄的颜色为主，不论是在白天和黑夜，黄色比较醒目。另提供多种选择。1.1.2高空作业车用途主要应用于电力，通讯，路灯，交警，高速公路，有线电视，修造船，建筑，园林，广告，摄景，大型企业等行业.1.1.3高空作业车的技术特点(1)新型的全液压自行式专用底盘。研制的具有完全自主知识产权的自行式高空作业升降平台车，采用了机电液一体化、可靠性设计和计算机辅助设计等技术，成功地研制了一种全液压驱动、自行式专用底盘，突破了以往国内高空作业升降平台车只能采用汽车或起重机底盘改装设计的限制。 (2)带载行驶、作业稳定性好。底盘结构突破了传统的设计理论和方法，通过优化上车平台总体布局与载荷分布，减少了重心偏移。采用独特的大角度后仰式铰点结构，合理设置多种配重模块，有效地平衡了工作力矩。采用H型变截面复合箱梁剐性车架和高负荷实心橡胶轮胎，增加了底盘整体刚度，保证了整机行驶、作业过程的稳定性，实现了高空作业升降平台车带载行驶的功能。 (3)多功能、多用途的作业装置。通过大臂前端托架，可以快速安装举升装置或载人平台，实现物料举升、起重吊装和载人高空作业等功能，同时为扩展作业装置以及各种工作装置的快速切换提供了接口。 (4)独特的三维旋转托举装置。设计的三维旋转托举装置，既能够自动保持被举升物料的姿态，又可以实现举升物料在空间内任意高度、任意位置和任意方向的调整要求，速度控制精确灵敏，微动性能好，满足了大型洞库内高空作业与通风管道安装的要求。 曲臂式高空作业车能悬伸作业、跨越一定的障碍或在一处升降可进行多点作业；平台载重量大，可供两人或多人同时作业并可搭载一定的设备；升降平台移动性好，转移场地方便；外型美观，适于室内外作业和存放。适用于车站、码头、商场、体育场馆、小区物业、厂矿车间等大范围作业。 拖车式折臂高空作业车，移动方便，折臂结构紧凑，采用新型优质型钢，强度高、重量轻、直接接入交流电或采用本身直流电源启动，架设速度快，工作台即可升高又可水平延伸，还可旋转，易于跨越障碍物到达工作位置，是理想的高空作业设备。 在作业斗内和回转座上均设有操纵装置, 远距离控制发动机的启动/停止、高速/低速，采用电液比例阀控制臂的动作，平稳性好，工作臂可左、右360连续旋转，靠连杆机构自动维持作业槽水平，主泵出现故障时可操纵应急泵下降作业槽，具备夜间照明，可起吊重物。产品被广泛用于电力、路灯、市政、园林、通信、机场、造（修）船、交通、广告、摄影等高空作业领域。 新型的全液压自行式专用底盘研制的具有完全自主知识产权的自行式高空作业升降平台车，采用了机电液一体化、可靠性设计和计算机辅助设计等技术，成功地研制了一种全液压驱动、自行式专用底盘，突破了以往国内高空作业升降平台车只能采用汽车或起重机底盘改装设计的限制。 带载行驶、作业稳定性好，底盘结构突破了传统的设计理论和方法，通过优化上车平台总体布局与载荷分布，减少了重心偏移。采用独特的大角度后仰式铰点结构，合理设置多种配重模块，有效地平衡了工作力矩。采用H型变截面复合箱梁剐性车架和高负荷实心橡胶轮胎，增加了底盘整体刚度，保证了整机行驶、作业过程的稳定性，实现了高空作业升降平台车带载行驶的功能。多功能、多用途的作业装置，通过大臂前端托架，可以快速安装举升装置或载人平台，实现物料举升、起重吊装和载人高空作业等功能，同时为扩展作业装置以及各种工作装置的快速切换提供了接口。 独特的三维旋转托举装置设计的三维旋转托举装置，既能够自动保持被举升物料的姿态，又可以实现举升物料在空间内任意高度、任意位置和任意方向的调整要求，速度控制精确灵敏，微动性能好，满足了大型洞库内高空作业与通风管道安装的要求。1.1.4选题意义高空作业车主要应用于路灯、电力、交通、高速公路、造船修船、通信、建筑、园林、广告、机场、港口、有线电视等行业，使用面广、作业效率高、安全方便，拥有巨大的市场潜力。本课题主要是对其上车部分进行理论分析、计算并进行结构设计。1.1.5外国高空作业车的发展概况欧美日等发达国家和地区，高空作业车发展起步较早，从20世纪20年代就开始研制，已有近百年的发展历史。产品技术水平高，安全性好，可靠性高，作业高度大，规格齐全，结构型式丰富，功能多样。欧洲高空作业车的制造商主要以BRONTO（波浪涛)、RUTHMANN（胡特曼)、PALFINGER（帕尔菲格）、OIL&STEEL、SOCAGE等厂家为代表；美国以ALTEC（阿尔泰克)、TEREX（特雷克斯)、TIME（时代)等为代表；日本以AICHI（爱知)、TADANO（多田野)等为代表。欧美日的高空作业车主要用途和风格截然不同。美国的高空作业车作业高度很少超过40m，以带电作业的绝缘型为主，绝缘等级达到500kV的超高压水平，为世界最高，主要应用于电力系统中电力线路的带电维护作业，其年销售量约为1.6万台左右，远低于高空作业平台的年销售量，其它领域高空作业以自行式高空作业平台和牵引式高空作业平台为主。欧洲与美国恰恰相反，以非绝缘型高空作业车为主，绝缘型高空作业车数量很少，所谓的绝缘型也仅仅采用玻璃钢工作斗，绝缘等级不超过1kV。欧洲的高空作业车应用领域相当广泛，包括市政、园林、室外装潢、交通设施维护、建筑、风电维修等，年销售量超过2万台，且保有量巨大，仅荷兰一国高空作业车的保有量就超过1万台。欧洲高空作业车主要以租赁为主，目前世界作业高度最高的高空作业车均出自欧洲，包括BRONTO（波浪涛)、RUTHMANN（胡特曼)、WUMAG（乌马格）在内的厂家均研制了100m以上的高空作业车，SOCAGE公司也正在研制100m以上的高空作业车，但使用和保有量最大的还是作业高度在2025m之间，臂架形式以伸缩臂为主的车型。日本高空作业车的年销售量超过6千台，既有绝缘型又有非绝缘型，但其绝缘型的绝缘等级远低于美国的水平，非绝缘型的作业高度也远低于欧洲的高度，以日本爱知为例：非绝缘型高空作业车最大作业高度不超过28m，绝缘型高空作业车的最大绝缘等级不超过220kV。1.1.6国内高空作业车发展状况我国高空作业车行业起步较晚，自20世纪60年代开始研制，70年代才推出商业化样机。随着改革开放的深入，逐渐引入国外高新技术及其产品，高空作业车才开始在我国的城市道路照明、园林领域和电力、公安、交通等行业推广使用。目前我国高空作业车年销售量在2千台左右，产品技术水平差距较大，产品结构单一。市场销售、使用及保有量最大的车型还是折叠臂式，其他型式如伸缩臂式和混合臂式占有的比重还很小，最大作业高度只有35m。高空作业平台产品在国民经济中所占比例较小，尚没有明确划分产业分类，尽管还缺乏国际性的品牌，但已经形成了种类齐全的高空作业平台产业格局。“十一五”国家科技支撑计划无脚手架安装作业技术装备与产业化开发重点项目的实施，极大提升了高空作业平台行业的影响力。北方交通力维环保高空作业车，沈阳北方交通重工集团在2010年上半年陆续推出了一系列环保型高空作业车，其中包括采用交流电驱动的自行式高空作业平台。目前，我国只有北方交通具备生产交流电驱动自行式高空作业平台的技术与实力，打破了国外的技术垄断。该系列自行式高空作业平台的驱动系统完全采用交流驱动，具有零排放，低噪声的特点，适合在室内环境中使用。该系列产品在技术方面具备三大优势：一是交流驱动使设备具有更加强劲的驱动能力，提高了生产效率；二是设备在使用过程中，运行成本与维护成本低廉，为用户节约了更多资金；三是交流驱动采用速度力矩控制，控制能力大大增强，同时控制的灵敏度提高。杭州赛奇高空作业机械有限公司陈建平目前，上述主流类型产品在技术研发方面的共同趋势是：在增加作业高度、优化底盘结构、采用先进行走方式、应用现代控制技术等方面下功夫，提升产品档次。涉及到的新技术主要有：高强度材料应用及其加工技术；恶劣环境下使用的可靠性技术；绿色、低碳等环保技术；基于信息化、智能化安全监控的电子控制技术。5 月20 日，继17m 高空作业车成功面市之后，徐工随车起重机公司新型折叠臂系列第二个成员 14m 高空作业车推出。该产品刚一下线就迎来了第一批用户，系列高空作业车日益成为市场新宠。1 4 m 高空作业车采用两节臂结构形式，配置江铃与庆铃两种底盘，在结构、电气与液压方面保持了与17m 车的一致性。由于14m 高空作业车为两节臂，在整车稳定性方面更为突出。14m 车工作斗最大作业高度为14.6m、最大作业幅度为6.1m、最大起吊重量为2t，各项配置及性能参数目前处于国内领先地位。该系列产品是随车起重机公司产品多元化策略下的又一丰硕成果。目前，该系列高空作业车已得到市场的认可和用户的青睐，即将成为该公司的又一经济增长点。江苏省机器人化智能控制系列高空作业车研发及产业化项目有了最新成果，33m 混合臂高空作业车日前研制成功。该车达到了国产高空作业车的最大高度，不仅实现大高度高空作业，还能够进行地面以下的低空作业，并能够跨越空中障碍。该车车长小于8.7m ，首次将作业高度30m 以上的高空作业车长度缩小到10m以内。该车采用了自动动作、轨迹控制、速度补偿、人机对话、故障自检并辅助维修等先进控制技术，且配备了全手动应急操作体系、主动被动防撞系统，具有结构紧凑、性能优越、智能化程度高、安全性高等特点，市场前景广阔。高空作业平台属于终端消费品，在我国普及程度不高，使用频率低；各生产地区产业链不完整，科技含量落差大；与国际上主要制造厂商相比，企业的规模偏小；对于产品标准的执行能力不强，相关的操作培训、安全使用等方面的配套标准还有所欠缺。1）行业发展历程大致经过了三个时期：上个世纪7090年代，基本上以国有中小型企业或者大型企业的一个部门为主进行制造，如上海飞机制造厂、北京施工机械厂、杭州园林机械厂、上海中立制系统将成为主流，同时基于GPRS的远程监控和维修技术将投入使用，能有效对设备使用状况和故障情况进行实时监控，将大大提高产品的安全性和可靠性；提高产品人性化设计，操作使用和维护维修更加简单方便，并在工作斗中多设计和配置一些方便高空作业的功能及设备，例如风、水、液压、电接口，以及更高级的多功能工作台、焊机、切割机等多种装备，扩大高空作业的适用领域，提高高空作业车的利用率；节能环保技术将更多应用，全电驱动底盘高空作业车将随着新能源汽车技术的成熟在城市市政领域得到快速发展。2）产品制造工艺：标准化制造、部件化喷漆装配必将成为各生产厂家的标准生产模式，提高产品装配水平和表面处理质量能有效提高产品的可靠性；电气系统采用汽车或移动设备的产品配置和接线方法，提高电气系统的可靠性。3）产品方向：重点发展35m以下作业高度的车型，着重于轻量化和小型化，并提高产品的安全性、可靠性和人性化，以适应我国城市空间和场地狭窄、道路地面承重能力差异大等特点。我国经济发展程度决定目前在民用高空作业领域50m以上的作业要求还很少，应不急于向超大作业高度如50m以上的产品发展。“十二五”期间，我国的城市化进程将进一步加快，基础设施建设会进一步加强，需要大量添置高空作业车进行市政工程的安装和运行维护；电力系统也将加快发展，目前国家电网正大规模投资建设750kV以上的超高压输电网，需要大量的高空作业车用于电网的建设和运营维护；随着我国工程设备租赁行业的发展，可以节约大量设备购置资金的租赁方式将进一步促进高空作业车市场的发展，租赁行业将是高空作业车市场需求量增长潜力最大的行业。如何适应市场需求并引导市场需求，高空作业车技术将如何发展？这些都对高空作业车行业提出了更高的要求。折叠臂式高空作业车仍然是市场主流产品，但市场份额将逐步下降，伸缩臂和混合臂式高空作业车将以无可替代的优势占据市场半壁江山。折叠臂式高空作业车由于市场保有量大、用户熟悉、价格低廉、维护简单等优势仍然会成为市场主流产品，但需在安全性和人性化方面改进提高；伸缩臂式高空作业车将以其作业效率高、操作简单、安全性好等优势得到快速发展，作业高度在1828m之间的将成为主力产品；混合臂式高空作业车既有折叠臂式跨越障碍能力，又有伸缩臂式操作简单、作业效率高的优点，在特殊领域和大高度上具有无比优势，但由于该型式车技术复杂、制造工艺要求高、成本高等缺点，普及程度要低于伸缩臂式高空作业车；采用越野底盘的高空作业车也将成为一个新的产品方向。目前市场上常见的高空作业平台产品类型主要有剪叉式、桅柱式、臂架式。其中臂架式又分为折臂式、伸缩式和折臂伸缩混合式等。产品的品种规格与国外相比差距较大：大型产品最大高度50m，仅为国外一半；小型产品微型化、轻量化程度不够，难以满足多方面功能的要求。产品的结构也显得单一，如底盘的行走结构，国外有整个底盘行走履带式、四行走轮履带式等；伸缩式平台的升降机构，国外产品不但有钢结构，还有铝合金等。大量采用新技术和新结构，逐步执行国际标准，以降低整车重量、整车高度，增大作业幅度、工作斗承载能力。臂体截面从矩形改进为六边形或多棱形，甚至采用U形截面，这些已经普遍应用在汽车起重机上，随着制造工艺提高和加工成本降低，将推广使用到高空作业车上；高强度、低重量和高耐腐蚀性的铝合金工作斗将成为主流配置，同时工作斗的额定载荷也将超过目前普遍的200kg，以适应不同行业作业要求；降低整车高度和前轴载荷，提高整车通过性能和驾驶性能，方便出入工作斗的转台前置、工作斗后置布置结构将成为伸缩臂式高空作业车的主流结构；安全控制上向国际先进水平看齐，安全控制更加完善，双冗余控制将成为标准配置，基于CAN总线的智能化控制。2上车机构的机械原理设计和分析2.1上车机构的组成部分上车机构的组成部分有：上臂，下臂，上臂液压缸，下臂液压缸，调平液压缸，铰接处连杆，篮式工作台等。其构成见图2-1。图2-1上车机构运动图其运动轨迹如图，液压油油缸具有一定的伸缩长度，可以推动连杆臂实现抬升或者下降运动，上下臂可以触及很广的工作范围。其运动可以用运动轨迹分析法测绘出。2.2上车结构图图2-2上车结构图L上臂长度，本设计取L长为8m；L下臂长度，本设计取L长为7.8m;g上臂液压缸整体长度g下臂液压缸整体长度L上臂和上臂液压缸的铰点距两臂的铰点之间的距离,本设计取L长为3m;L下臂和下臂液压缸的铰点距下臂与机座的铰点之间的距离,本设计取L长为3m;L联接上下臂的斜短臂长度,本设计取L为0.4m2.3机械设计分析两机械臂中间铰接 ，构成一个二杆开链，该二杆机构一端自由，一端铰接在机架上，在两个液压缸给定的推力下，有确定的运动 。由于在载荷作用下，高空作业车有一定的强度要求。运用理论力学知识对上悬臂进行受力分析，建立简化的力学模型，使其合力，合力矩为零，处于静平衡状态，运用材料力学知识对其危险部分进行强度校核。保证高空作业车在给定载荷作用下正常工作。3 上车机构传动结构设计3.1上车机构的受力分析上车机构的机械传动结构设计，已知最大起重量为2，G = mg = 19.6N,其可靠性设计过程如下：（注意，）运用理论力学知识，对上臂进行受力分析：X轴方向的受力平衡： 式（3.1.1） Y轴方向的受力平衡： 式（3.1.2）对铰接点的合力矩为零： 式（3.1.3）通过其它参数可以求得 F , F;（图3-1中）图3-1上臂受力图同理，运用理论力学知识，对上臂进行受力分析：X轴方向的受力平衡： 式（3.1.4）Y轴方向的受力平衡： 式（3.1.5）对铰接点的合力矩为零： 式（3.1.6）图3-1-2中。图3-1-2下臂受力图3.2参数确定3.2.1杆长确定可以根据设计需要，给定已知杆件的长度，运用几何知识和运动轨迹确定未知参数。高空作业车的高度有： H = 式（3.2.1）式中：L = 8 m, L = 7.8m, L = 3m, L = 3m, L = 0.4m; h = L 式（3.2.1.2）倾斜连杆L与水平面的夹角；取= 60h 车身高度（底固定座铰点距地面垂高）；h工作篮高度。3.2.2确定参数的范围图3-2-2上臂与上臂液压缸之间的关系图由图3-2-2-1，易知为液压缸轴线与水平面的夹角，当取得最大值时，有 式（3.2.2.1）图3-2-2-1下臂和下臂液压缸之间的安装关系图 式（3.2.2.2）由式（3.2.2.1）和式（3.2.2.2）得，。参照许福玲，陈尧明液压与气压传动 ，机械工业出版社 ，2007。液压泵的最高系统压力 3Pa, F和F的压力确定见液压系统分析与液压元件选择。材料选为合金钢 20CrMnTi, 钢的密度为 7.85 Kg/m，其详细性能见表3-2-2-2：表3-2-2合金钢的化学成分与力学性能材料名称化学成分（）力学性能CMnCrTi抗拉强度bMpa屈服强度sMpa弹性模量E/N/mm2伸长率/布氏硬度/HBS20CrMnTi0.170.230.801.101.001.300.060.121080835_10_合金钢 20CrMnTi的力学性能是高空作业车的强度设计和可靠性设计的参照基准。3.2.3初定断面尺寸具体断面尺寸见图3-2-3 单位mm图3-2-3 上臂断面图截面面积 S = m 式（3.2.3.1）得 G = N 式（3.2.3.2）由式（3.1.3）有 式（3.2.3.3） 当高空作业车上臂收起时，得Fg1当高空作业车上臂抬升至最大高度时，将其他已知数据代入： 式（3.2.3.4）得取=6.2由式（3.1.1），（3.1.2）得当， 由式（3.1.6）得： 式（3.2.3.5）又由（3.1.4）式得： 式（3.2.3.6）3.3可靠性设计材料选为合金钢 20CrMnTi，根据其力学性能，运用材料力学的知识对其分析。见图3-3-0：图3-3-0上臂与上臂液压缸位置关系图L1，L2水平位置时， 式（3.3.1） 时由式（3.3.1）得，在图3-3-0-1中图3-3-0-1下臂与下臂液压缸位置关系图 式（3.3.2） 如图3-3-0-2液压缸伸长后 式（3.3.3） 式（3.3.4）得 H=2 m 式（3.3.5） 如图3-3-0-2图3-3-0-2高空作业车上车机构简图3.3.1臂L强度校核易知液压缸g与臂L相交处的L臂处的截面易折断，是危险截面，对危险截面进行受力分析：如图3-3-1图3-3-1上臂危险截面受力分析图根据其受力平衡可知其载荷之和与合力矩之和为零； 式（3.3.1.1） M= 式（3.3.1.2）M对危险截面的弯矩 式（3.3.1.3）危险截面的正应力 式（3.3.1.4）危险截面的切应力 式（3.3.1.5）由弯矩引起的应力值根据材料力学的知识，有上臂断面上部处应力分析： 式（3.3.1.6）上臂断面上端所受正应力 式（3.3.1.7）上臂断面所受的切应力见图3-2-3，形心坐标公式有： 式（3.3.1.8） 对y轴的形心坐标=0.043m对z轴的转动惯量：= =1.324代入得根据第三强度理论： 式（3.3.1.9）代入不等式后，当 605.1 0 ,所以有以下关系：取L臂与支座铰接处旋转轴直径 d=1.7m,强度足够。4 液压系统设计4.1液压系统的构成高空作业车采用臂式结构，工作装置为液压驱动。本设计主要研究上车装置的液压系统。液压系统元件按构成类型可以分为动力元件，执行原件和辅助元件等。在此液压系统中，将，将构成作业车主要工作机构的液压回路分成起升机构，变幅机构，回转机构和支腿收放这几个部分。其中起升机构和回转机构由液压马达控制和上下吊臂的变幅由液压缸控制，在此次设计中主要是对这两部分进行液压设计，而支腿是用于支撑整机，同时调整整机平衡，支腿收放部分的液压设计在此次设计中不加考虑，由于主要是上车机构设计。4.2液压系统设计概述液压系统有传动系统和控制系统之分，本次设计主要是针对传动系统设计而言，主要是确定整个高空作业车的液压回路，以及其间主要执行原件，控制元件等的主要尺寸和基本性能参数。系统的设计应满足主机要求的功能和性能。4.3设计依据机械设计手册4，起重机设计手册4.4主要机构简述高空作业车上下工作臂， 工作平台， 回转机构， 提升机构， 动力系统， 中心回转接头， 液压系统（液压系统采用定量齿轮泵供油，系统工作压力为33.3MPa，油路中设有安全溢流阀，液压系统通过电液比例流量阀对工作臂油缸，回转马达和卷扬马达供油，供油量大小由比例阀控制，输出流量和负荷变化无关，可是系统达到稳定的工作速度，并且能够实现无级调速。系统工作压力由电磁溢流阀调定。支腿的收放由下车多路换向阀控制。） 电器系统（警示灯，照明灯，上臂限位系统，下臂限位系统，上下车互锁系统，蜂鸣器，转台控制箱，吊篮控制箱等）4.5高空作业车起升机构的液压回路设计4.5.1动作分析起升机构由液压马达和起升减速机组成。起升液压马达驱动起升减速机旋转，带动滚筒将钢丝绳收紧或者放出，实现重物的提升和下降。4.5.2液压回路设计换向阀：利用阀芯在阀体内的相对运动，使流液的通路接通，关断，或改变流动方向，从而使执行原件启动，停止或改变运动方向。梭阀：梭阀相当于有两个单向阀组合而成，有两个输入口和一个输出口，在液压回路中起逻辑或的作用。单向节流阀：正向流动时起单向阀作用，反向流动时起节流阀作用。平衡阀：可使运动速度不受载荷变化的影响，保持稳定，附加的单向阀功能，密封性好，在管路损坏或制动失灵时，可防止重物自由下落造成事故。制动器：制动器一般采用常闭式，即向制动器供压力油时，制动器打开，反之，则在弹簧力作用下使马达制动。以下开始分析动作控制过程：如图4-5-2所示，换向阀3置于右位时，压力油经梭阀4，单向节流阀5进入制动器油缸6，制动器松开，液压油同时经平衡阀7中的单向阀进入起升机构液压马达8，驱动其转动，使吊臂提升。靠单向节流阀5的节流作用，制动器松开较起升机构液压马达8，驱动其转动，使吊重起升。靠单向节流阀5的节流作用，制动器松开较起升机构液压马达旋转滞后，避免吊重在起升驱动力矩未充分建立前下溜。换向阀3置于左位时，液压油直接进入起升机构液压马达的另一腔，同时经梭阀4，单向节流阀5进入制动器液压缸6，松开制动器，液压缸马达反转，吊重放下。此时，平衡阀7的远控口受到压力油的作用，推动平衡阀的阀芯，调节其开度，使吊重平稳下落。换向阀3处于中位时，整个回路卸荷，制动器液压缸6在自身弹簧和单向节流阀5的作用下迅速刹住液压马达。这样，即使液压马达有内泄露也能保证吊重被迅速制动住，实现空中可靠悬停或就位。图4-5-2液压控制回路1液压泵； 2油缸； 3换向阀； 4梭阀； 5单向节流阀； 6制动节流阀； 7平衡阀； 8起升液压马达4.5.3优缺点分析这种液压回路只能靠调节发动机转速和换向阀开度的节流作用来调速，调速范围小，能耗大，但它简单，容易配置，适宜用于这种中小型起重车。4.6高空作业车回转机构液压回路4.6.1动作分析进行回转时，液压马达输出动力，通过回转减速机减速后带动输出轴上的小齿轮旋转，小齿轮与回转支承的齿圈啮合，由于回转支承的齿圈与车架刚性连接，因而回转减速机带动与之相连的转台回转。4.6.2液压回路设计电磁换向阀：电磁换向阀借助于电磁铁吸力推动阀芯动作来改变液流方向。梭阀：梭阀相当于有两个单向阀组合而成，有两个输入口和一个输出口，在液压回路中起逻辑或的作用。单向节流阀：正向流动时起单向阀作用，反向流动时起节流阀作用。制动器：制动器一般采用常闭式，即向制动器供压力油时，制动器打开，反之，则在弹簧力作用下使马达制动。控制过程分析如下：如图4-6-2所示，换向阀置于右位时，压力油经梭阀进入制动器油缸，制动器松开。液压油同时经平衡阀中的单向阀进入回转机构液压马达，驱动其转动，使吊臂回转。图4-6-2液压马达控制回路图换向阀置于左位时，液压油经单向节流阀进入回转机构液压马达的另一腔，同时经梭阀进入制动油缸，松开制动器，液压马达反转。换向阀处于中位时，整个回路卸荷，制动器液压缸在自身弹簧的作用下迅速刹住液压马达。这样，即使液压马达有内泄漏也能保证吊臂被迅速制动住。4.7高空作业车变幅机构液压回路设计4.7.1动作分析行驶状态时，两工作臂折叠在一起，进行高空作业时，两工作臂分别由上下臂油缸举升伸展至一定高度，将工作人员送至工作装置。上臂和下臂，下臂和转台铰接处均设有专门的滑动轴承，保证工作臂转动时阻力小，运行平稳。4.7.2液压回路设计图4-7-2上下臂控制回路如图4-7-2，动作过程分析如下：因为上下臂的液压设计很相似，所以分开分析。先看左边液压缸的控制过程。当电磁换向阀置于左位时，油液经过左边单向节流阀的单向阀部分到达平衡阀，再经过平衡阀到液压缸的左腔，推动活塞杆向外运动。而右腔的油液则从右边的平衡阀到右边的节流阀再流出，当电磁换向阀置于右位时，油液经右边的单向节流阀和平衡阀到达液压缸的右腔，推动活塞杆向左运动，左腔的油液的经左边的平衡阀和单向节流阀流出。当电磁换向阀处于中位时，液压缸不运动。右边液压缸的控制过程如上。4.8整体液压回路设计结合以上能满足提升机构，变幅机构，回转机构，吊臂伸缩机构动作要求的液压回路，完成整体液压回路设计。如下图4-8所示，分析运动控制过程。总图分析：由于虚线部分是属于控制油路。联接两个液压马达然后通回油箱的虚线是防止泄露的。由于液压马达本身没有密封装置，它靠马达外壳将泄漏的液压油聚集起来，然后通过细管送回油箱。图4-8整体液压回路图这部分结构主要是一个电磁式两位四通阀和一个先导式溢流四通阀。按下手柄时，两位四通阀置于右位，由于阀端被堵，此油路不同；通常情况下，两位四通阀置于左位，则H型阀口使回路通顺，即使先导溢流阀的远程控制口接回了油箱，这是，泵输出的油液在很低的压力下通过阀口流回油箱实现卸荷作用。在整个液压系统图中，起重结构部分的动作是靠手动控制的，而高空作业车部分的机构是靠电动控制的。当该两位四通阀位于右位时，由于油路不同，油液会绕此机构到达高空作业车机构，实现高空作业车部分的动作。当该两位四通阀位于左位时，油路卸荷，油液直接流回油箱则相当于是高空作业车机构的总开关没有开启，高空作业车部分不能动作。此手动二位四通阀同时还有安全保护作用。当高空作业部分出现故障时，可以按动手柄使二位四通阀置于左位，油路卸荷，高空作业车部分不能动作。高空作业部分具体动作时还必须使变幅机构和回转机构的三位四通电磁阀通电。4.9上臂油缸的设计设液压缸单活塞杆双向运动时的负载力相同，不记执行原件的质量。液压系统工作压力为P，最高工作压力P，P= 0.9 P =3.010Pa ，P=3.3310Pa确定液压缸类型和安装方式，根据主机的运动要求，查找机械设计手册4表23.639，选择液压缸类型为单杆活塞式双作用液压缸。下为其示意图4-9：图4-9单杆活塞液压缸示意图此类液压缸特点是双向运动产生推力，拉力。活塞行进终了时不减速。，将缸体固定，活塞杆运动，按机械设计手册4表23.640液压缸的安装方式合理选择。考虑机构的机构要求，上臂抬升，下降时液压缸的活塞杆进行伸缩实现运动需求，选择耳环型安装方式，使液压缸在垂直面内可摆动，满足上臂动作要求。液压缸的主要性能参数与尺寸确定视液压缸回路背压为0，可得液压缸内径D，有公式： 式（4.9）可求D=0.0513m活塞杆的直径d计算：根据速度比的要求来计算活塞杆直径d 式（4.9.1）式中 速度比 式（4.9.2）式中活塞杆的伸出速度（m/min）活塞杆的缩入速度（m/min）此处，液压缸的往复速度比为1.46，由机械设计手册4表23.6查得：将D=0.0513m代入式（4.9.2）可得：d=0.029m查机械设计手册4表23.634液压缸活塞外径尺寸系列（摘自GB/T2348-1993）取液压缸活塞杆外径d=0.032m液压缸行程L确定由于上下臂工作状态最大夹角为2，代入数据可求出L，L=4.63m 式（4.9.3） 式（4.9.4） x液压缸长度，x活塞杆长度得x = 1.73mx =2.9m4.9.1缸筒壁厚的计算按薄臂筒计算： 式（4.9.1.1） 式中液压缸缸筒壁厚（m）;试验压力（MPa）；刚体材料的许用应力（MPa），取100MPa；取 = 1.5p又 式（4.9.1.2）式中 D液压缸内径（m）; F液压缸推力（kN） P选定的工作压力（MPa）由F=62KN D=0.0513m 可求P=30 MPa代入式（4.9.1.1）得=0.0115 m4.9.2缸体的外径计算D = D+2 =0.0743 m4.9.3流量的计算 由原始数据得，上臂的变幅时间小于等于40s，且由上面计算可知液压缸活塞杆的行程为1730mm,则，液压缸活塞杆运动的最小速度 v = S/t=43.25 mm/s.查机械设计手册4表23.4知：v 0.16m/s 取v最大为0.12m/s.即，液压缸活塞杆运动的最大速度为：v = 0.12m/s则液压缸流量 =3.140.05130.124 =2.4810m/s= 14.88L/min4.10下臂油缸的设计与计算设液压缸单活塞杆双向运动时的负载力相同，不记执行原件的质量。液压系统工作压力为P，最高工作压力P，P= 0.9 P =3.010PaP=3.3310Pa确定液压缸类型和安装方式，根据主机的运动要求，查找机械设计手册4表23.639，选择液压缸类型为单杆活塞式双作用液压缸。下为其示意图4-9：此类液压缸特点是双向运动产生推力，拉力。活塞行进终了时不减速。，将缸体固定，活塞杆运动，按机械设计手册4表23.640液压缸的安装方式合理选择。考虑机构的机构要求，上臂抬升，下降时液压缸的活塞杆进行伸缩实现运动需求，选择法兰型安装方式。液压缸的主要性能参数与尺寸确定视液压缸回路背压为0，可得液压缸内径D，有公式： 式（4.10.1） 又 由式（3.1.6），取最小值26.57时对求导：递减可求=0时F取最大值F=6.25N代入可求可求D=0.0515m活塞杆的直径d计算：根据速度比的要求来计算活塞杆直径d 式（4.10.2）式中 速度比 式（4.10.3）式中活塞杆的伸出速度（m/min）活塞杆的缩入速度（m/min）此处，液压缸的往复速度比为1.46，由机械设计手册4表23.6查得：将D=0.0515m代入可得：d=0.029m查机械设计手册4表23.634液压缸活塞外径尺寸系列（摘自GB/T2348-1993）取液压缸活塞外径d=0.032m液压缸行程L确定由于下臂与水平面的最大夹角为，代入数据可求出L，L=1 + 3sin=3.83m 式（4.10.4） 式（4.10.5）下臂液压缸长度，下臂液压缸活塞杆长度 = 0.795, = 3.035液压缸结构参数的计算4.10.1缸筒壁厚的计算按薄臂筒计算： 式（4.10.6）式中液压缸缸筒壁厚（m）;试验压力（MPa）；刚体材料的许用应力（MPa），取100MPa；取 = 1.5p又 式（4.10.7）式中 D液压缸内径（m）; F液压缸推力（kN） P选定的工作压力（MPa）F=62.5 KN D2=0.0515m 可求P=30 MPa代入式（4.10.6）0.0116 m4.10.2缸体的外径计算D外 = D+2 =0.0747 m4.10.3流量的计算 由原始数据得，下臂的变幅时间小于等于40s，且由上面计算可知液压缸活塞杆的行程为795mm,则，液压缸活塞杆运动的最小速度v = S/t=19.875 mm/s查机械设计手册4表23.4-1知：