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高空作业车的液压系统

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高空作业车的液压系统

III摘要高空作业车是用来运送工作人员和工作装备到指定高度进行作业的特种车辆,是将高空作业装置安装在汽车底盘上组成的。高空作业装置包括工作臂、回转平台、副车架、工作斗、液压系统和操纵装置等。现在的高空作业装置具有操作平顺、工作稳定、自动调速、安全可靠等优点,大大提高了空中作业的工作效率。高空作业车是利用汽车底盘作为行走机构,具有汽车的行驶通过性能,机动灵活,行驶速度高,可快速转移,转移到作业场地后能迅速投入工作,因此被越来越多的应用在工程建设、工业安装、设备检修、物业管理、航空、船舶、石化、电力、影视、市政、园林等许多行业,是近几年来国内发展最快的专用汽车产品之。关键词高空作业车;液压系统;泵站ABSTRACTAERIALWORDTRUCKISUSEDTOTRANSPORTPERSONNELANDEQUIPMENTTOTHEDESIGNATEDSPECIALVEHICLEHEIGHTWORK,ISTHEAERIALDEVICEINSTALLEDINTHEAUTOMOBILECHASSISAERIALDEVICECOMPRISESAWORKINGARM,ROTATINGPLATFORM,SIDEFRAME,BASKET,HYDRAULICSYSTEMANDCONTROLDEVICEAERIALDEVICENOWHASTHEADVANTAGESTHATTHEOPERATIONISSMOOTH,STABLEOPERATION,AUTOMATICCONTROL,SAFEANDRELIABLE,GREATLYIMPROVINGTHEWORKINGEFFICIENCYOFTHEAIRAERIALVEHICLEISTHEAUTOMOBILECHASSISASARUNNINGMECHANISM,HASTHEVEHICLEPERFORMANCE,FLEXIBLE,HIGHSPEED,FASTTRANSFER,TRANSFERTOTHEJOBSITETOWORKQUICKLY,SOITISMOREANDMOREUSEDINMANYINDUSTRYCONSTRUCTION,INDUSTRIALINSTALLATION,EQUIPMENTMAINTENANCE,PROPERTYMANAGEMENT,AVIATION,SHIPS,PETROCHEMICAL,ELECTRICITY,TELEVISION,MUNICIPAL,GARDENS,ISONEOFTHEMOSTRAPIDDEVELOPMENTINRECENTYEARSOFDEDICATEDAUTOMOTIVEPRODUCTSKEYWORDSOPERATINGVEHICLEHEIGHT;HYDRAULICSYSTEM;PUMPSTATIONSV目录摘要错误未定义书签。ABSTRACT错误未定义书签。目录错误未定义书签。1绪论111引言112高空作业车的发展概况2121概况2122国外趋势与动向313国内现状、差距与如何提高的方法4131现状4132差距414液压传动概况5141液压传动的定义5142液压传动的发展概况5143液压传动系统的组成5144液压传动的优缺点6145液压系统的设计步骤与设计要求615课题简介9151选题的必要性9152课题主要研究的内容及目的102设计要求1121总体设计要求1122动作要求1123技术性能要求113确定设计方案1231总体设计方案1232确定执行元件的形式1233液压系统的设计步骤1234整体设计结构图1235液压系统13351液压系统工作原理14352液压系统原理图154液压系统计算1641液压缸的设计计算16411液压缸的最大载荷16412确定系统工作压力21413液压缸的内径计算21414液压缸缸筒壁厚和外径计算21415液压缸活塞杆直径23416液压缸活塞杆强度校核24417液压缸活塞杆稳定性校核25418液压缸的工作压力27419液压缸的流量274110液压缸选择2842液压泵的选择28421计算液压泵的流量28422计算液压泵的压力29423选择液压泵2943电动机的选择3044管路的选择3145其他辅助元件的选择32451虑油器32453油箱335阀板的设计3551阀的集成形式35511有管集成35512无管集成3552无管集成液压控制装置的设计流程3553阀块的设计36531整体设计方案36532阀块的设计366泵站设计4261泵站概述4262泵站设计目的4263泵站的连接和安装方式42631液压泵的安装方式42632电动机与液压泵的连接方式4364防震降噪措施437结论与展望4471结论4472展望44致谢44参考文献44高空作业车的液压系统设计11绪论11引言高空作业车是用来运送工作人员和工作装备到指定高度进行作业的特种车辆,是将高空作业装置安装在汽车底盘上组成的。高空作业装置包括工作臂、回转平台、副车架、工作斗、液压系统和操纵装置等。现在的高空作业装置具有操作平顺、工作稳定、自动调速、安全可靠等优点,大大提高了空中作业的工作效率。高空作业车是利用汽车底盘作为行走机构,具有汽车的行驶通过性能,机动灵活,行驶速度高,可快速转移,转移到作业场地后能迅速投入工作,因此被越来越多的应用在工程建设、工业安装、设备检修、物业管理、航空、船舶、石化、电力、影视、市政、园林等许多行业,是近几年来国内发展最快的专用汽车产品之一。高空作业车按工作臂的型式,有四种基本型式,分别为垂直升降式、折叠臂式、伸缩臂式和混合臂式。垂直升降式高空作业车的升降机构只能在垂直方向上进行运动。它的主要特点是结构简单,承载能力强,但作业范围小,作业高度低,这种结构型式应用比较少。折叠臂式高空作业车工作臂之间的连接全部采用铰接型式,所以国外又把它叫做铰接式高空作业车。折叠臂高空作业车结构适合于较低作业高度的车型,如要加大作业高度,必然要增加臂长或增加工作臂数量,增加臂长会使作业车体积庞大,降低灵活性;增加工作臂数量会造成操作繁琐,安全性降低。伸缩臂式的高空作业车在行驶状态时,工作臂缩回套叠,工作时伸出,可以有效增大作业高度,同时具有工作效率高、操作简单、动作平稳等特点。混合臂式高空作业车工作臂之间既有铰接,也有伸缩,无锡太湖学院学士学位论文2是折叠臂式和伸缩臂式高空作业车的结合,它综合了两种结构型式的优点,工作性能最好,但结构也最为复杂。12高空作业车的发展概况121概况高空作业机械是在工程起重机械基础上发展起来的产业系统,只有二十几年的历史。尽管我国在高空作业车设计制造上取得了一些成绩,但是国内生产制造的高空作业机械同国外同类型高空作业机械产品相比仍有一定差,主要表现为技术含量低、大型的较少、结构笨重、作业时微动性能差等问题。高空作业车在世界上已有近四十年的发展历史,现已形成一个完整的专用产品研发、生产体系。如美国的CROVE格洛夫、GENIE吉尼、英国的COLES西蒙,意大利的RICO利高,芬兰的BRONTO布朗托公司等,并且它们各有侧重,如BRONTO侧重于高空消防车系列,COLES侧重于车载高空作业平台等。高空作业车发展到现在,其作业高度最高已到达72MBRONTO公司生产,作业车的可靠性、安全性、舒适性、操作方便和简单的直接性等方面都有较大提高,而且随着电子计算机的普及和发展以及机、电、液一体化研究的进展,国外各大公司竞相采用电脑电子操控系统,提高整机性能,减少整机液压元件的使用,减小整机体积及重量,提高操控的灵敏度。在我国,虽然对高空作业车的研制、生产起步较晚,但是随着我国经济的快速发展,高空作业车的使用面、服务领域不断扩大,现正处于较快的发展阶段,特别是各生产厂家积极引进和消化国外先进技术,开发新品种,提高产品技术和质量水平,已有部分达到或接近国际同类产品的水平。如浦沅集团公司已能生产作业高空6M到60M共12种规格近30个品种的高空作业车,杭州园林机械厂引进日本先进技术和管理经验,在近几年内开发出适合国内用户需要的L0多个新品种,能生产26M内的各种绝缘及通用高空作业车,形成年产350台以上的生产能力,占有国内中小高度高空作业车市场50%左右的份额,并有部分产品出口;抚顺起重机总厂锦州重型机械股份有限公司和徐州重型机械厂针对国内大高度消防救援作业车依赖进口状况,先后开发了30M以上的高空消防作业车,产销良好,深受用户欢迎;徐工集团生产非常适合路灯、隧道维护使用的20M以内的高空作业车,并完成了53M大高度高空消防车的研制。有关专家预测,我国高空作业车在未来几年仍将保持较高的产销增长率,特别是大中城市基础设施建设和维护等方面的需求增长更快。然而现阶段我国高空作业车发展中还存在许多问题1、大多数厂家产品单一,型号老化,产量小,企业规模小;2、部分企业技术创新能力较差,技术储备明显不足,市场经营范围窄,企业效益差;3、国内基础材料的质量参差、研发水平又较低,基础零部件配套水平较差,许多原材料依赖进口;4、基础零部件配套厂家少,规格品种少,产品质量、性能可靠性不高,不稳定;5、专业化、机械化生产水平低,工艺落后,装配水平较低;6、主机底盘型号单一,不能满足生产厂的组装要求,直接影响新产品的开发;7、产品的售后服务水平较差,缺乏专业的检测和维修设备,维修人员专业技能不足,未形成善的售后服务体系;8、对高空作业车等专用车的管理上,有关政策滞后,不利于特种高空作业车的小批量改装、生产。高空作业车的液压系统设计3为了适应我国高空作业车发展的需求,笔者认为,要着眼于长远目标,走规模化、标准化、集约化、产品配套化、系列化的道路;要尽快地培养高素质的专业人才,要建立一套适合国际标准的生产体系和质量体系,在高空作业机械国际标准化组织TC214已有的标准范围之外,建立适合我国的标准化质量体系,以防止国外技术垄断;各厂家要做到强强联合,在研发上与高校及专业研究机构联合研发,加快相关产品的研制和研究成果的生产转化,提高产品质量,避免各自为营的现象;要能带动国内基础零件配套产品的发展,使之形成完整的生产体系、配套体系,同时,形成几家在技术力量、产品质量、人才储备上能达到国际先进水平的配套件生产厂家。尤其在现阶段,笔者认为要优先做好以下产品和技术的研发L、建筑用自行式作业平台和蜘蛛式作业平台;2、带电作业10KV以上的绝缘高空作业车;3、25M以上多功能消防救援高空作业车;4、室内外轻型作业平台;5、大作业幅度平台及新型多功能高空作业车;6、高空作业机械的自动控制和安全保护技术的研制;7、机、电、液一体化技术在高空作业车上的应用。122国外趋势与动向国外高空作业机械属新兴行业,是在工程起重机械基础上发展起来的高新技术产业系统,只有二十几年的历史。目前,专业生产高空作业机械的公司比较少。近年来,由于汽车起重机销售量下降及市场平淡,一批汽车起重机制造公司,相继发展高空作业机械,但总计年产量仍不能满足市场需求,正处于发展时期。国外高空作业机械,发展迅速,技术水平不断提高。工业发达国家,一般都有专门的跨国公司和集团主营和兼营高空作业机械,如美国GROVE公司格鲁夫和GENIE吉尼公司、英国COLES公司、STMON公司西蒙、意大利RICO利高、芬兰BRONTO公司波浪涛公司、日本的多田野和爱知株式会社等。高空作业机械的底盘分通用型和专用型,采用通用汽车底盘的高空作业机械,机动灵活,能快速转移,作业高度较高,采用专用底盘的高空作业机械,即自行式高空平台车,适用于固定场所作业,具有微动行驶,扩大作业半径等特点。为了满足实际工程的需要,高空作业车的作业高度越来越高,随之作业半径也越来越大。如西蒙公司S600高度已达62M、芬兰BROTO公司产品最高己达72M,自命为“天梯”,高空作业车的下车、工作斗均采用微机进行操纵。操作越来越简单可靠,自动化程度不断提高。如GENIE〔吉尼公司的自行式直臂式高空作业车、自行式曲臂式高空作业车、自行式剪型高空作业车。由于采用自动化控制,高空作业车的微动性能好,定位也来越来越准确。但根据不同的工况条件,考虑到造价等原因,拖动式和手动式很有实用价值,目前在一些场所仍被广泛使用。此类高空作业车有拖动式曲臂高空作业车和手动式物料升降机。高空作业车的发展主要动向是实现六化、三性,以提高高空作业机械的适用性。六化即液压化、最优化采用计算机辅助设计、轻量化采用高强度材料、减轻构件重量、机电液一体化如安全保护、报警装置等、通用化、系列化。三性可靠性、安全性和舒适性。为了满足高层建筑的复杂情况,要求人们不断改进举高车,以适应施工、灭火等需要,无锡太湖学院学士学位论文4以及举高车制造公司间日趋激烈的竞争,促进了举高车技术的发展。新技术的采用,使发达国家80年代的举高车在性能和安全上有较大的提高,这主要体现在三个方面1在公安消防上,提高救生和灭火能力。在80年代,发达国家通过改进举高消防车的臂架结构和液压系统,使其救人和灭火能力有了大幅度的提高。登高平台消防车,70年代的最大工作高度是40M,80年代后期,芬兰波浪涛公司又推出675M的登高平台消防车,而且这两种车的登高平台载重能力达450比,显著地提高了救生能力。2提高应付不利环境的能力。在高层建筑火场上或在施工现场上,有时会遇到地面不平、场地狭窄等情况。如何在这些不利情况下使举高车充分发挥救生和灭火能力或载人施工的能力,也是举高车新技术开发的主要方向之一。在这方面比较突出的日本森田泵公司,在新一代云梯消防车上采用了电子计算机调平技术。3提高安全性。如在80年代德国的马基路斯、麦茨、森田和芬兰的波浪涛公司等纷纷采用了靠电子计算机控制举高消防车的支腿梯架的操作和显示等技术,这种技术提高了云梯操作自动化程度,从而避免了因操作人员的失误而导致的危险。13国内现状、差距与如何提高的方法国内高空作业机械发展刚刚起步,只有十几年的发展历史,虽然起步晚,由于高空作业机械制造企业的努力,已逐步走向稳定的发展轨道。131现状我国高空作业机械的生产于20世纪70年代末开始起步,发展较快,目前生产经营企业已由原来的几家迅速增加到40余家,其中与国外合资或合作生产的企业有5家。根据2004年和2005年中国工程机械年鉴,2003年高空作业机械工业总产值为32139万元,生产各类高空作业平台1906台,高空作业车740台;2004年高空作业机械工业总产值为36340万元,生产各类高空作业平台2500台,高空作业车800台。行业几个骨干企业通过近几年的技术改造,其生产规模不断扩大,形成了各自特色的产品系列,基本能满足国内市场高空作业机械的需要,企业的各项主要经济指标逐步上升,经济效益也逐年提高。从80年代开始抚顺起重机总厂、武汉起重机厂、四川度岩机械厂、四川长江起重机有限责任公司、杭州园林机械厂、北京攀尼高空作业车有限公司、徐州重型机械厂等开始着手研制高空作业车和登高平台消防车,投放市场。抚顺市起重机总厂生产的CDZ32型登高平台消防车已出口泰国。最近四川长江起重机有限责任公司,研制的QZC5120JGKS25型高空作业车是最近向推向市场的一种新产品。该产品采用现代设计手段设计,填补了国内25M伸缩臂式高空作业车的空白。132差距尽管我国在高空作业车设计制造上取得了一些成绩,但是国内生产制造的高空作业机械同国外同类型高空作业机械产品相比仍有一定差距,主要表现为技术含量低、大型的较少、结构笨重、作业时微动性能差等问题。在开发研制过程中,应采取有效措施、试验研究,逐项加以解决,以缩小差距。同时对目前存在的技术关键,有待于组织力量攻关解决,其关键是电液比例操纵、微动性能问题,支腿调平技术问题,数显微机自动程序控制以及机电航天、导弹发射等。高空作业车的液压系统设计5综上所述,在目前的高空作业车的生产水平上,改进高空作业车的工作性能,开发研制机动灵活、技术含量高安全、可靠的高空作业机械具有重大的意义。14液压传动概况141液压传动的定义一部完整的机器是由原动机、传动机构及控制部分、工作机含辅助装置组成。原动机包括电动机、内燃机等。工作机即完成该机器之工作任务的直接工作部分,如剪床的剪刀,车床的刀架、车刀、卡盘等。由于原动机的功率和转速变化范围有限,为了适应工作机的工作力和工作速度变化范围较宽,以及其它操纵性能的要求,在原动机和工作机之间设置了传动机构,其作用是把原动机输出功率经过变换后传递给工作机。传动机构通常分为机械传动、电气传动和流体传动机构。流体传动是以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动。它包括液压传动、液力传动和气压传动。液压传动和液力传动均是以液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式。液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量;而液力传动则主要是利用液体的动能来传递能量。由于液压传动有许多突出的优点,因此,它被广泛地应用于机械制造、工程建筑、石油化工、交通运输、军事器械、矿山冶金、轻工、农机、渔业、林业等各方面。同时,也被应用到航天航空、海洋开发、核能工程和地震预测等各个工程技术领域。142液压传动的发展概况液压传动相对于机械传动来说,它是一门新学科,从17世纪中叶帕斯卡提出静压传动原理,18世纪末英国制成第一台水压机算起,液压传动已有2~3百年的历史,只是由于早期技术水平和生产需求的不足,液压传动技术没有得到普遍地应用。随着科学技术的不断发展,对传动技术的要求越来越高,液压传动技术自身也在不断发展,特别是在第二次世界大战期间及战后,由于军事及建设需求的刺激,液压技术日趋成熟。第二次世界大战前后,成功地将液压传动装置用于舰艇炮塔转向器,其后出现了液压六角车床和磨床,一些通用机床到本世纪30年代才用上了液压传动。第二次世界大战期间,在兵器上采用了功率大、反应快、动作准的液压传动和控制装置,它大大提高了兵器的性能,也大大促进了液压技术的发展。战后,液压技术迅速转向民用,并随着各种标准的不断制订和完善及各类元件的标准化、规格化、系列化而在机械制造,工程机械、农业机械、汽车制造等行业中推广开来。近30年来,由于原子能技术、航空航天技术、控制技术、材料科学、微电子技术等学科的发展,再次将液压技术推向前进,使它发展成为包括传动、控制、检测在内的一门完整的自动化技术,在国民经济的各个部门都得到了应用,如工程机械、数控加工中心、冶金自动线等。采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。143液压传动系统的组成液压传动是以液体作为工作介质来进行工作的,一个完整的液压传动系统由以下几部分组成L液压泵动力元件是将原动机所输出的机械能转换成液体压力能的元件,其作用是向液压系统提供压力油,液压泵是液压系统的心脏。无锡太湖学院学士学位论文62执行元件把液体压力能转换成机械能以驱动工作机构的元件,执行元件包括液压缸和液压马达。3控制元件包括压力、方向、流量控制阀,是对系统中油液压力、流量、方向进行控制和调节的元件。如换向阀15即属控制元件。4辅助元件上述三个组成部分以外的其它元件,如管道、管接头、油箱、滤油器等为辅助元件。144液压传动的优缺点1、液压传动系统的主要优点液压传动与机械传动、电气传动相比有以下主要优点1在同等功率情况下,液压执行元件体积小、重量轻、结构紧凑。例如同功率液压马达的重量约只有电动机的1/6左右。2液压传动的各种元件,可根据需要方便、灵活地来布置;3液压装置工作比较平稳,由于重量轻,惯性小,反应快,液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向;4操纵控制方便,可实现大范围的无级调速调速范围达20001,它还可以在运行的过程中进行调速;5一般采用矿物油为工作介质,相对运动面可自行润滑,使用寿命长;6容易实现直线运动;7既易实现机器的自动化,又易于实现过载保护,当采用电液联合控制甚至计算机控制后,可实现大负载、高精度、远程自动控制。8液压元件实现了标准化、系列化、通用化,便于设计、制造和使用。2、液压传动系统的主要缺点1液压传动不能保证严格的传动比,这是由于液压油的可压缩性和泄漏造成的。2工作性能易受温度变化的影响,因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。3由于流体流动的阻力损失和泄漏较大,所以效率较低。如果处理不当,泄漏不仅污染场地,而且还可能引起火灾和爆炸事故。4为了减少泄漏,液压元件在制造精度上要求较高,因此它的造价高,且对油液的污染比较敏感。总的说来,液压传动的优点最突出的,它的一些缺点有的现已大为改善,有的将随着科学技术的发展而进一步得到克服。145液压系统的设计步骤与设计要求液压传动系统是液压机械的一个组成部分,液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时,必须从实际情况出发,有机地结合各种传动形式,充分发挥液压传动的优点,力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。1、设计步骤液压系统的设计步骤并无严格的顺序,各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说,在明高空作业车的液压系统设计7确设计要求之后,大致按如下步骤进行。1)确定液压执行元件的形式;2)进行工况分析,确定系统的主要参数;3)制定基本方案,拟定液压系统原理图;4)选择液压元件;5)液压系统的性能验算;6)绘制工作图,编制技术文件。2、明确设计要求设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前,必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。1)主机的概况用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等;2)液压系统要完成哪些动作,动作顺序及彼此联锁关系如何;3)液压驱动机构的运动形式,运动速度;4)各动作机构的载荷大小及其性质;5)对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求;6)自动化程序、操作控制方式的要求;7)对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求;8)对效率、成本等方面的要求。3、制定基本方案和绘制液压系统图(1)制定基本方案1)制定调速方案液压执行元件确定之后,其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统,大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统,现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合容积节流调速。节流调速一般采用定量泵供油,用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单,由于这种系统必须用闪流阀,故效率低,发热量大,多用于功率不大的场合。容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失,效率较高。但为了散热和补充泄漏,需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。容积节流调速一般是用变量泵供油,用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量,并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高,速度稳定性较好,但其结构比较复杂。节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流三种形式。进油节流起动冲击较小,无锡太湖学院学士学位论文8回油节流常用于有负载荷的场合,旁路节流多用于高速。调速回路一经确定,回路的循环形式也就随之确定了。节流调速一般采用开式循环形式。在开式系统中,液压泵从油箱吸油,压力油流经系统释放能量后,再排回油箱。开式回路结构简单,散热性好,但油箱体积大,容易混入空气。容积调速大多采用闭式循环形式。闭式系统中,液压泵的吸油口直接与执行元件的排油口相通,形成一个封闭的循环回路。其结构紧凑,但散热条件差。2)制定压力控制方案液压执行元件工作时,要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作,也有的需要多级或无级连续地调节压力,一般在节流调速系统中,通常由定量泵供油,用溢流阀调节所需压力,并保持恒定。在容积调速系统中,用变量泵供油,用安全阀起安全保护作用。在有些液压系统中,有时需要流量不大的高压油,这时可考虑用增压回路得到高压,而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中,某段时间不需要供油,而又不便停泵的情况下,需考虑选择卸荷回路。在系统的某个局部,工作压力需低于主油源压力时,要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。3)制定顺序动作方案主机各执行机构的顺序动作,根据设备类型不同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