小型举升车改装设计

摘 要本设计主要以小型举升车改装结构为研究对象，对于副车架结构、上下臂进行结构和该车上的液压系统进行设计。主要分三部分进行阐述，第一部分：根据设计要求选择合适的二类底盘，对副车架进行设计及校核，确定副车架与车架的安装方式。最后画出副车架的总装图及零件图。第二部分：满足作业高度的前提下，进行高空作业臂的结构设计；首先根据工作载荷使用要求选择作业臂材料的类型；其次根据最大作业高度确定上下臂的长度；在经过受力分析利用强度来确定臂的截面尺寸及油缸的铰接位置；进而校核强度、刚度、稳定性，查看作业臂的尺寸是否符合要求。对施加均布载荷和约束，进行结构的强度和刚度分析，确定危险截面或危险点的应力分布及变形。最后画出作业臂总装图及上下臂零件图。第三部分：液压控制部分主要是指控制上下臂变幅运动的液压缸。文中详细记录了举升机构上臂液压缸和下臂液压缸的设计过程。在确定液压系统元件参数的基础上，完成了液压传动系统的设计计算，并作出液压系统图。关键词：举升车；高空作业车；液压系统；支腿；液压缸。is to be of to to in of of of of in by of of of is To of to of or so of I : to of up is in of On of of of 摘要.研究背景. 国内外研究现状.研究课题的意义和目的. 研究内容和方法.行走机构设计方案.举升机构设计方案. 本章小结.行走机构设计.副车架的设计与校核.型螺栓和止推连接板的布置和选择.举升机构的设计.臂的长度.支腿机构的设计.本章小结.液压系统的构成.液压系统设计概述.设计依据.主要机构简述.主要工作机构液压回路的设计.本章小结. 36参考文献. 39附录. 40附录A：.灯维护、住宅小区物业管理、园林维护等作业逐步规范，但相应的服务用举升车却处于滞后状态，目前举升车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。采用液压传动的载人举升车，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，物制定如下行为规范。举升车车大体有折叠臂、伸缩臂、混合臂、剪叉式等系列。常用的有折叠臂式举升车和剪叉式举升车。折叠臂式举升车：有柴油机自行式、电瓶自行式、拖车式，具有伸缩臂，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；360度旋转，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。可广泛用于车站、码头、机场、宾馆、邮电、市政园林、粮库、清洗公司、公共建筑门面的装饰、装修或者电力系统的安装维修等等。承载一个人到两个人之间，消防队普遍使用这种升降机。有时随车装配四个液压支腿，支腿型式为保证整车在操作时的稳定性和安全性。能适合室外作业，采用柴油机作为动力。也可以根据需要，采用蓄电池作为机器的行走和工作动力。剪叉式举升车又分为自行剪叉式和固定剪叉式。自行剪叉式举升车：能够在不同高度工作状态下快速、慢速行走，可以在空中方便的操作平台连续完成上下、前进、后退、转向等工作。一般采用优质结构钢，激光焊接电子机械手单面焊接双面成型工艺，意大利原装进口液压泵站或鞍山合资液压泵站，航天插装阀技术，平台装有水平报警仪、平衡阀、自动安全板等警报装置，平台安全可靠耐用，作业高度可达12米，载重300公斤，围栏可水平延伸极大的扩展了作业范围，整机一年保修，关键部件五年保修，适合工厂车间、广场大堂机场、园区等有高空作业需求的客户。固定剪叉式举升车于建筑物层高间运送货物的专用液压升降机产品主要用各种工作层间货物上下运送；立体车库和地下车库层高间汽车举升等。产品液压系统设置防坠、超载安全保护装置，各楼层和升降台工作台面均可设置操作按钮，实现多点控制。产品结构坚固，承载量大，升降平稳，安装维护简单方便，是经济实用的低楼层间替代电梯的理想货物输送设备。根据升降台的安装环境和使用要求，选择不同的可选配置，可取得更好的使用效果。升车发展起步较早，从20世纪到二十年代就开始研制，已有近百年的发展历史。产品技术水平高、作业高度大、规格齐全、结构型式丰富、功能多样。总体上看，技术和市场均已很成熟，典型产品具有高空作业、抢险、救援、消防等功能，作业平台最大载荷可达500k g，最大作业高度已经超过1 00m，具有各种安全保护措施，适应在各种场地作业。举升车的主要制造商欧洲以f L&国以本以产品主要特点有：以进行不同程度的自动控制，可根据实际情况不断自动变速和调压。在工作臂达到极限点前自动减速。到达极限位置自动停止，根据支腿跨距变化自动确定工作范围等。另外其控制系统集成化程度高，所有动作均通过23个操纵杆(手柄)进行操作大大简化了操作程序，降低了劳动强度，提高了安全性和可靠性。用高强度的特殊合金材料，因而工作臂截面小，一些非受力件或受力较小的件采用铝合金轻质材料，有效地降低了整车质量，提高了底盘的使用性能。置了各种安全装置。这些装置包括：支腿压力控制系统，确保每个支腿的支承力达到安全值后，才能对上车进行操作。支腿状况与上车动作互锁工作臂极限位置限位：工作平台过载保护高电压报警系统。当平台接近危险电压电源时，自动实施报警，以提醒工作人员注意。这些安全装置的设置，极大地保证了操作人员的安全。现在为金属表面处理后喷涂质量高，同时基础件质量也高，早期故障率低。售以代理和租赁为主。欧美等地区年需求量均在127万，同时已经形成了完善的技术标准、行业协会组织及其培训体系。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，开始在市政、园林、电力等行业推广使用，但最大作业高度只有35m，且功能单一。在消防救援高空车产品中，锦州重型机械股份有限公司开发出50阳北方交通重工集团开发了53州重型机械有限公司开发出68州海伦哲等近30家企业生产，最大作业高度只有杭州爱知和徐州海伦哲达到35m，与欧美的差距较大。也正因为此，举升车目前还只是用于电力保障，城市道路照明保障、城市园林维护和公安、交通等行业。限制这一行业发展的主要因素是大高度复杂截面混合臂架技术、安全技术、智能化高效控制技术、可靠性等。缺乏前瞻性研究，缺少向更大高度发展的技术支撑。我国举升车的应用远远落后于发达国家和地区尚处于初级阶段，目前仅在电力、国防、市政通讯、园林、交通、造船、消防等行业使用，在电力、市政等少数行业普及使用，而且也只是在最近5年才进入快速发展阶段。进一步的发展将依赖于下面几个主要方面：全施工，需要相应出台有关政策、法规限制传统落后、无安全保障、低效率、劳动强度大、能耗高的高空作业方式，更多地使用举升车。不是靠更多的人工作业，促进举升车需求量的快速增长。升车也将威为应急保障的必备设备。目前我国在应急保障方面远远落后于发达国家。力等公用部门，随着整个社会经济发展和企业经济效益的增长，举升车使用场合将大大拓宽，为举升车的发展带来极为广阔的发展前景。将为国产大高度高空作业车提供发展的机会。在随后的几年内，我过举升车发展将上升到一个新的阶段。举升车的进一步发展主要依赖于很多方面。例如：在举升车的适用过程中，要加重安全防范意识，需要出台更加安全政策、法律法规，制止那些传统的落后的法律政策，确保施工的人员在进行高空作业车时的安全保障，并且高效率的进行安全施工。多的高处作业依靠机械化，而不是依靠更多的人工作业，这样就促使举升车的需求迅速的增长。这个同时，举升车也就将成为社会急需的必要设备，目前我国的举升车的需求好不如国外一些发达的国家。这就要求在技术发面，要引进新的技术，研究新的产品，让举升车更大限度的适用在国内各个行业、各个领域。举升车有以下技术特点：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，突破了以往国内举升升降平台车只能采用汽车或起重机底盘改装设计的限制。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。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。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。料收集紧密围绕调研数据及给定参数，完成方案，包括行走机构的选择或设计、举升机构的设计、行走机构与举升机构的连接方案等。以蓄电池为动力源，发动机为原动力，通过带传动方式，实现了小型举升车行驶功能。在满足使用功能的前提下，实现举升车结构紧凑，布局合理，车本较低。升质量不小于100调速回路，压力控制回路，锁紧回路等构成的液压系统使工作平台具备在升降过程中可自动停留在任何高度位置的功能。并且选用了结构紧凑操纵简单的液压动力装置，使整台举升车液压系统安全可靠。动液压缸工作，液压油推动拉杆回缩拉动钢丝绳。钢丝绳绕与滑轮上连接于四根立柱顶端。这样在钢丝绳的带动下提升横梁向上运动，载人板固定于横梁之上。当需要下行时，现将举升机提升些许高度，关闭保险锁，关闭开关，在人自重下慢慢下落到地面。为防止意外，工作平台板与支架立柱间设有防坠落保险装置，通过保险的机械撞击声可判断保险是否进入锁止状态，在液压缸下腔油压突然丧失时可保证车辆与人员的安全。第2章总体设计方案随着社会经济的发展，路灯维护、住宅小区物业管理、园林维护等作业逐步规范，但相应的服务用举升车却处于滞后状态。目前，主要是使用车载吊蓝、消防云梯或机械支撑等方式替代作业。基于此，研制自行走小型举升车就成为当务之急，考虑到学生基本能力及知识结构，将举升车设计分为举升机构和行走机构两部分，由学生自行设计完成，最后合成。根据任务书要求制定设计方案，紧密围绕调研数据及给定参数，完成方案，包括行走机构的选择或设计、举升机构的设计、行走机构与举升机构连接方案等，设计出具备自行走能力、升质量不小于100步估算汽车载荷，正确选定整车参数，合理布置工作装置和附件，取力装置、专用工作装置、其他附件装置与所选定的汽车底盘形成相互协调和匹配的整体，达到设计的要求。因为设计的车辆主要工作在小区和园林当中，所以可以选择功率比较小的二类底盘。在选择二类底盘时因考虑以下几点：品变型要求；考虑通用设备加工的可能性；对一些重要的总成结构件进行强度校核；作可靠，且要设安全装置；握国家行业相应的规范和标准。结构形式有直升式和动臂式。该设计选用动臂式中的折叠臂式。折叠臂式：举升机构由多节箱形臂折叠而成，它一般由2至3节折叠臂组成。折叠臂包括上臂和下臂，上臂头部有工作平台。行驶状态时，两节作业臂折叠在一起；进行高空作业时，两节工作臂分别有上下臂油缸举升伸展至一定角度，将工作人员送至工作位置。上臂和下臂剪通过水平销轴铰接，铰接处设有专门的滑动轴承，以保证工作臂转动时阻力小，运动平稳。该高空作业车采用折叠式工作臂结构，工作装置为液压驱动。工作臂为2节折叠臂。具有操作简单，稳定性好等特点。如下表举升车的技术参数。 升车的技术参数如下表项目 单位 数据最大举升重量 00最大举升高度 m m/s 1在满足举升高度的前提下，进行强度、刚度、稳定性的校核，确定截面的尺寸。为保证安全，设计过程中安全系数较大，造成质量偏大，成本增加等问题。在车辆行驶过程中，由于臂的质量较大，产生多起车架断裂现象。事关人身安全，因此需要有一种较准确的设计计算方法，既能满足设计要求，又能减轻臂重，降低成本。集整理资料，根据举升车的工作特点和受载状况，制定举升臂设计和液压缸的基本参数设计。升臂由上臂、下臂和升降油缸等组成，设计中要确定上、下臂的长度，油缸铰接点的位置，作业臂截面尺寸，确定液压缸类型和安装方法，确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸。行结构强度和刚度分析，确定危险截面或危险点的应力分布及变形。出支架结构设计和液压系统中的不合理因素，提出改进方案，并对改进后的结构和性能进行分析，对两种分析结果进行比较。画出举升臂总装图及上下臂零件图，液压系统图以及液压缸零件图。出上、下臂在结构设计，铰接位置的确定、液压缸类型和安装方式、液压缸的主要性能参数和主要尺寸等方面的可靠数据，为同类型产品的结构设计和改造提供了科学的理论依据。章小结通过本章学习，掌握了折叠臂式举升车举升臂的结构设计理论和分析方法，得出较为准确的设计方法从而达到优化结构、减轻自重、提高可靠性的目的，为研制高空作业举升车奠定基础。于此同时液压系统设计在整个举升车设计中具有重要的意义，它使整个机器实现自动化。起重安全性能等方面的考虑，设计更是减少了故障的发生，相当程度上确保运行该举升车的工人的安全。车架上安装好发动机系统、传动系统、行走系统、悬架系统以及转向和制动系统等。目前，改装专用汽车选用的底盘主要是二类或三类汽车底盘，也有为某些专用汽车设计的专用底盘。专用汽车底盘选型的好坏对专用汽车性能影响很大。汽车底盘的选择或设计专用底盘主要根据专用汽车的类型、用途、装载质量、使用条件、专用汽车的性能指标、专用设备或装置的外形尺寸、动力匹配等来决定。根据整车的结构的需要，本设计采用二类底盘，是指在基本型整车的基础上去掉货厢。选型依据：专用汽车的类型、用途、装载质量、使用条件、性能指标、专用设备或装置的外形尺寸、动力匹配等。）适用性：满足功能要求。（2）可靠性：故障少，寿命长。（3）先进性：动力性、经济性、制动性、操纵稳定性、行驶平顺性、通过性，功能性。（4）方便性：安装、检查、保养、维修。马牌载货汽车二类底盘，马牌载货汽车二类底盘主要技术参数表产品型号 货汽车底盘底盘类别,类,1242595批次,发布日期 189批20090513发布8位) 整车外形尺寸(4350*1565*1900货厢栏板内尺寸前悬/后悬(760/马牌载货汽车二类底盘主要技术参数表总质量(轴荷)450(1360/2090)额定载质量(1110(720/390)载质量利用系数 /接近角/离去角 35/27最高车速(km/h) 86防抱死制动系统 无轴距(2560轮距(前/后)(1285/1185钢板弹簧片数 3/4轮胎规格 程 80*90发动机生产企业 安徽全柴动力股份有限公司发动机排量(1809发动机功率/转速 45/3200最大扭矩/转速 150/2000轴数/轮胎数 2/6燃油种类 柴油排放依据标准 三转向型式 方向盘其它 ）专用汽车的功率平衡计算：动力性能要求驱动功率 ( + )+ = ( )+ (中：T汽车底盘传动系的机械效率,整车总质量（滚动阻力系数，D空阻系数，车迎风面积，货车A=；轮距，H车总高；高车速（km/h)；用工作装置在车辆行驶中从汽车底盘所取的功率（0专用工作装置的机械效率。专用汽车的总功率P P= (用汽车的比功率计算： (kw/(般要求： kW/汽车列车）比功率推荐值,用汽车比功率推荐值总质量ma(比功率kW/9103kW/以选择该二类底盘。免集中载荷。同时也为了不破坏主车架的结构，一般多采用副车架(副梁)过渡。在增加副车架的同时，为了避免由于副车架刚度的急剧变化而引起主车架上的应力集中，所以对副车架的形状、安装位置及与主车架的连接方式都有一定的要求。副车架承受来自车厢的自重、物料重，装载时的瞬间冲击力，行驶在不平道路上的随机颠簸力、卸载时的冲击力。副车架承受弯曲、剪切及共同作用下的复杂力。所以对副车架的要求就非常高，在选材与校核上更应该加以慎重。车架的截面形状一般和主车架纵梁的截面形状相同，多采用槽形结构，其截面形状尺寸取决于自卸车的型式及其承受载荷的大小。副车架的材料采用16了避免由于副车架刚度的突然改变而引起的车架纵梁的应力集中，副梁前端形式采用尺寸形状如下图所示：t=(h=(副车架主架主要由两个纵梁六个横梁组成。推知两个纵梁的材料和尺寸：槽钢H=15075 =6冲垫常选用木质、橡胶、聚合材料等。缓冲垫不仅能减弱冲击，使载荷分布更均匀，也使副梁避开车架铆钉头等高起物。副车架在车架上固定时，副梁的前端应尽可能向前伸，副梁前端越靠近驾驶室越好，有利于改善该处的受力情况。副车架与车架固定时采用了三个形螺栓可以控制副车架竖直方向的力，而止推连接板则可以控制副车架水平方向的力。采用在车架受扭转载荷最大的范围内不允许采用采用防止车架纵梁翼面变形，防止紧固松动，需要在在消声器附近，必须使用钢内衬。止推连接板上端通过焊接与副梁固定，而下端则利用螺栓与车架纵梁腹板相连接。止推连接板的优点在于可以承受较大的水平载荷，防止副梁与车架纵梁产生相对水平移动。相邻两止推连接板之间的距离在500 1000 别布置在中间和两边。235号钢： =205 235料的屈服极限）。通过查询机械设计手册选择了Q 4321母选择 1229别布置在推连接板的材料为：=205 235料的屈服极限）。通过查询机械设计手册选择了 57822000的六角头螺栓，螺母选 6170车架强度校核在实际使用状况下车架受力比较复杂，在车架初始设计时，一般对车架强度校核简化为对车架纵梁进行弯曲强度校核。以下假设：纵梁是支承在悬架支座上的简支梁；所有作用力均通过车架纵梁断面的弯曲中心(即纵梁只发生纯弯曲)；空车簧载质量均匀分布在汽车左、右纵梁上；满载时有效载质量、副车架为刚性连接，即主、副车架挠度。中： , 为前、后支架所承受的有效载质量，计算可得= (f+n/2)/(d/2+e+f+n/2) （ - = (e+d/2)(d/2+e+f+n/2) （前后轴对车架的支反力，由车架平衡条件计算可得：= (b+（ (f+（车架弯矩计算设车架纵梁在任一截面的弯矩为M,而在截面处，主车架纵梁所受弯矩 ,副车架所受的弯矩为 ，则有如下关系式； z M ( / /yz z z zD E J ( / /yf z f fD E J (z fy y (中： 为主副车架纵梁的挠度； 为主，副车架纵梁材料的弹性模量，、 为主副车架纵梁的截面惯性矩；假设主副车架纵梁的材料基本相似，即 ,则可求得主副车架的弯矩。 )( )/( (2 )/(/P (中： 为主车架纵梁危险截面系数； 为主车架纵梁高度。主车架纵梁最大动弯曲应力 )(2/中： 为动载荷系数；为主车架纵梁材料弯曲应力。)(2/ (中： 为副车架纵梁高度； 为副车架纵梁材料许用应力。梁采用于纵梁受力特别复杂（主要是有弯曲应力）既要有很高的强度，又要满足连接的加工工艺，一般采用16型槽钢。于纵梁一般长度很长，常用滚压的方法来加工，少数也采用冲压的方法来加工。横梁一般较短，常采用冲压来加工。架连接精度要求特别高，对孔的加工工艺要求特别高。孔一般有下面两种加工方法。入成本特别大）。钻，然后用铰刀铰孔达到一定精度要求。于驱动装置和转向装置都安装在车架上，对定位要求比较高，一般连接采用铆钉铆接，少数的采用螺栓连接。架防锈一般采用涂抹防锈漆的方法，大致工艺流程为除锈、喷底漆、然后喷面漆。照一定的结构组成规用栓接、铆接或焊接的方法连接起来，用于承受一定的载荷。为保证举升车能不同种工作环境中安全、可靠的工作，对其金属规定如下计算原则：义应力谱系数）和应力循环次数（应力循环等级）分许用正应力和许用切应力）度和稳定性计算，并满足其规定的要求。度和稳定性计算。第一类般可不进行此项计算。第二类三类类载荷情况的许用应力载荷组合种类 安全系数 拉伸、压缩、弯曲、许用应力