高空作业车抬升液压支架的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 01339828或 11970985 I 摘 要 高空作业车广泛用于建筑、市政、机场、工厂、园林、住宅等场所，从事消防、抢险救灾、安装、维护等工作。 高空作业车是将高空作业人员和必要的工具送至空中，并提供工作人员空中作业场所的机械。 本课题主要设计机械 机构 、 液压系统 和 驱动控制部分。 高空作业部分主要是指控制上下臂变幅运动的液压缸。本文 着重高空作业机构的变幅液压缸和上下臂的设计 计算 ， 对抬升臂进行截面形状设计和强度校核 。 从安全性、可靠性角度看，高空车不同于一般的工程机械 , 其特点是作业频率不高 , 负荷较小 , 但要求安全性 , 可靠性较高。因此，为保证高空作 业车的工作稳定、可靠、安全，作业灵活，效率高，设计出优良的液压系统和电气控制系统就显得尤为重要。 关键词 高空作业车；起重机构；液压传动系统设计；液压缸 买文档就送您 01339828或 11970985 in in to to to of of of of of to on to a of of is a of by is a in to of on it is 文档就送您 01339828或 11970985 I 目 录 1 绪 论 . 1 的概况及其发展方向 . 1 . 2 作机构 . 2 属结构 . 3 力装置 . 3 制系统 . 3 空作业臂 . 4 2 高空作业车的结构设计 . 6 . 6 算上、下臂的长度 . 7 . 7 . 8 . 8 臂截 面尺寸的确定 . 8 臂的受力分析 . 8 . 9 臂的强度校核 . 11 臂截面尺寸的确定 . 14 臂的受力分析 . 14 . 16 臂的强度校核 . 18 3 高空作业部分液压系统的设计计算 . 21 . 21 . 21 上臂 液压缸尺寸的设计计算 . 21 压泵的设计 . 25 下臂液压缸的设计 . 26 . 26 臂液压缸尺寸的设计计算 . 26 压泵的设计 . 30 4 液压系统设计 . 31 空作业车液压回路设计 . 31 买文档就送您 01339828或 11970985 运动分析 . 31 压缸部分设计 . 31 体液压回路设计 . 32 结 论 . 35 致 谢 . 36 参 考 文 献 . 37 附 录 . 错误 !未定义书签。 附录 1 . 错误 !未定义书签。 附录 2 . 错误 !未定义书签。 买文档就送您 01339828或 11970985 1 1 绪 论 空作业车的概况及其发展方向 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 年，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。 我国高空作业机械行业的一些骨干企业利用自己的技术和设备优势，通过学习引进和消化国 外先进技术开发了许多新产品，其产品的技术水平和产品质量都不断提高，达到和接近了国际同类产品的水平，推动了高空作业机械行业的技术进步，在国内市场中竞争力强，市场销路好，产量增加较快。 一些企业利用自身的优势，在原有产品的基础上根据国内底盘品种的发展和基础零部件的更新，不断加大新产品的开发力度，走企业横向联合多种经营的综合开发道路，不但使企业自身的生产和销售步入了良性循环轨道，还带动了附属企业和国内相关产品的销售发展。 高空作业行业作为城市建设的新型产业，必须调整产品结构。要抓好供电用高空作业机械产品、建筑用自 行式登高作业机械及带电绝缘高空作业机械产品的开发，室内外轻型作业平台和 25的发展趋势是致力于扩大高空作业机械的作业范围，满足不同作业的需要；确保使用人员的作业安全；提高操纵和使用性能。高空作业平台产品以往国内大多以手推式为主，体积大、质量重，更换工作场地非常困难，给用户使用带来不便，而发达国家在产品上早已更新。因此，开发轻便的铝合金平台和自行式平台有着广阔的前景，从国内近几年开发的铝合金平台销量来看也证明了这一点。应该优先进行高空作业机械的自动控制和安全保护技术、室内 外轻型作业平台及自行式作业平台和大作业幅度平台及新型多功能高空作业车的研究、开发。 要提高我国高空作业车的技术水平，首先必须解决工程车辆底盘问题。我国目前正在努力提高汽车工业的整体水平，走集团化规模道路，并积极引进国外资金及技术，但还只限于轻型底盘。汽车制造厂家应该在此基础上根据高空作业车的具体要求，专门设计轻型、中型和重型的工程车底盘以供高空作业车的改装之用。 我国高空机械的使用范围还比较窄，使用较多的主要有路灯、道路交通、园林部门、国内大多厂家把用户集中在车站、地铁、商店、工厂、供电、路灯等部门，其市场 远远没有挖掘和培育出来。高空作业机械在有发展前途的电力、电信及有线电视系统使用较少，买文档就送您 01339828或 11970985 2 究其原因是国内产品技术性能及参数还不能完全满足上述三大系统使用的要求，在产品用途和功能上还需更新。如将高空作业机械用在建筑施工中以替代某些脚手架施工、建筑物外墙表面的装饰、清洗和维护等；绝缘架线和维修；消防救援及大型物体（船舶、飞机）维护检查等，但开发以上这些产品需要从产品的适应性、技术性能上进行较大的突破。 高空作业车又称登高平台消防车，广泛用于建筑、市政、电讯、机场、工厂、园林、住宅等场所，从事消防、抢险救灾、施工、安装 、维护等工作。其中，供消防部门用于灭火、辅助灭火或消防救援，是最主要的一个功能。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 。 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，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。 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 ， 是近几年来国内发展最快的专用汽车产品之一。高空作业车是高空作业机械是在工程起重机械基础上发展起来的，高作业设备广泛应用在建筑、消防等行业。随着高空作业车作业高度越来越高，振动所导致的大幅度摆动，严重的影响了定位的准确性，降低了工作效率，加之高空摆动给人的安全感极差，也降低了设备的宜人性，间接的影响了工作效率。因此对高空作业车进行动力研究，有重要 意义。 目前国内生产的高空作业车几乎全部是折叠臂型式的，有更大的市场需求。 空作业车组成 高空作业车正常进行作业，需要工作机构、金属结构、动力装置与控制系统四部分。这四个部分的组成及其作用分述如下： 作机构 工作机构是为实现高空作业车不同的运动要求而设置的。高空作业车一般设有变幅机买文档就送您 01339828或 11970985 3 构、回转机构、平衡机构和行走机构。依靠变幅机构和回转机构实现载人工作斗在两个水平和垂直方向的移动；依靠平衡机构实现工作斗和水平面之间的夹角保持不变，依靠行走机构实现转移工作场所。 高空作业车变幅是指改变工作斗 到回转中心轴线之间的距离，这个距离称为幅度。变幅机构扩大了高空车的作业范围，由垂直上下的直线作业范围扩大为一个面的作业范围。高空作业车变幅机构一般采用液压油缸变幅。高空作业车的一部分（一般指上车部分或回转部分）相对于另一部分（一般指下车部分或非回转部分）做相对的旋转运动称为回转。为实现高空作业车的回转运动而设置的机构称为回转机构。它是由液压马达经减速器将动力传递到回转小齿轮上，小齿轮既作自转又作沿着固定在底架上的回转支承大齿圈公转，从而带动整个上车部分回转。有了回转运动，从而使高空作业车从面作业范围又扩大为 一定空间的作业范围。高空作业车在工作臂起伏时，工作斗与水平面夹角必须保持相对稳定，才能保证工作人员正常工作。平衡机构就是为了实现这一功能。对于伸缩臂或混合臂型式的高空作业车，通常有自重平衡、液压伺服缸平衡、电液平衡几种方式。 高空作业车的行走机构就是通用或专用汽车底盘。 属结构 工作臂、回转平台、副车架（车架大梁，门架、支腿等）金属结构是高空作业车的重要组成部分。高空作业车的各工作机构的零部件都是安装或支承在这些金属结构上的。金属结构是高空作业车的骨架。它承受高空作业车的自重以及作业时的各种外 载荷。组成高空作业车金属结构的构件较多，其重量通常占整机重量的一半以 上，耗钢量大。因此，高空作业车金属结构的合理设计，对减轻高空作业车自重，提高作业性能，节约钢材，提高高空车的可靠性都有重要意义。 力装置 动力装置是高空作业车的动力源。由于高空作业车采用汽车底盘作为行走机构，通常不再另外设置动力源，而是直接采用汽车底盘发动机作为整车的动力源。高空作业装置需要的功率不大，一般约 10载重汽车底盘发动机的功率根据载重量不同从 50直到 150上，且高空作业装置工作时不 允许底盘行驶，因此底盘发动机的动力足以保证高空作业装置工作。因为高空作业装置需要功率不大，通常高空作业车采用变速箱取力方式，通过安装在底盘变速箱侧面的取力器取出发动机的动力，并驱动液压油泵向高空作业装置供油。取力系统中还设置控制装置，在底盘行驶时，取力器没有输出，液压油泵不工作，需要进行高空作业时，取力器输出，油泵工作。 制系统 高空作业车控制系统是解决各机构怎样运动的问题。如动力传递的方向，各机构运动速度的快慢，以及使机构启动停止等。控制系统包括操纵装置、执行元件和安全装置。当买文档就送您 01339828或 11970985 4 今的高空作业车 全部采用电气液压操纵，因此控制装置包括各种液压操作阀，电控装置等，以实现机构的起动、调速、换向、制动和停止。执行元件包括变幅用的液压油缸、回转马达、油泵等，用来推动结构件实现动作。安全装置包括各种传感器、行程开关、报警器、液压锁止阀，用来检测危险工况，保证工作安全。 空作业臂 高空作业臂包括上臂和下臂 ,上臂头部有工作平台 。行驶状态时，两节工作臂折叠在一起；进行高空作业时，两节工作臂分别由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。 上臂和下臂间通过水平销轴铰接， 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， 三百六十度 全回转。除高空作业外，还设有起重装置，一机多用。工作臂为 2节折叠臂。具有操作简便，稳定性好等特点。其组成由高空作业臂和起重工作臂两部分。高空作业臂包括上臂和下臂，上臂头部有工作平台。行驶状态时，两节工作臂折叠在一起；进行高空作业时，两节工作臂分别由上下臂油缸举升伸展至一定角度。上臂和下臂间通过水平销轴铰接。 如图 1 买文档就送您 01339828或 11970985 5 图 1 空作业车示意图 买文档就送您 01339828或 11970985 6 2 高空作业车的结构设计 料的选择 金属结构是指由扎制的型钢和钢板作为基本元件，按照一定的结构组成规则用栓接、铆接或焊接的方法连接起来，用于承受一定的载荷。为保证高空作业车能在工作环境恶劣、载荷变化复杂、不允许产生塑性变形和人为的不文明操作等因素下能安全、可靠地工作对其金属结构规定如下计算原则： （ 1）结构工作级别按结构件中的应力状态（名义应力谱系数）和应力循环次数（应力循环等级）分为 （ 2）结构计算应采用许用应力法。 （ 3）结构应进行强度、刚度 和稳定性计算，并满足其规定的要求。 （ 4）结构应按三类载荷情况进行疲劳强度、刚度和稳定性计算。 第 般可不进行此项计算。 第 第类 （ 5）对三类载荷情况分别规定了不同的许用应力。 表 2用应力计算公式 载荷组合种类 安全系数 拉伸、压 缩、弯曲、许用应力 剪切许用应力 组合 I =3 = 组合 II =3 =组合 =3 =表中屈服点 s 应按选取的钢材厚度取不同的值 由此确定作业臂的材料： 根据选材原则及规定：主要选用 主要特点是机械强度、韧性和塑性，以及加工等综合方面的性能好，价格较低。钢板的厚度 t=8屈服强度是 : =235根据工作时的最大的载荷进行强度和稳定性计算 度和稳定性计算。 取 安全系数是：11n= =235M a 许用正应力是： 买文档就送您 01339828或 11970985 7 = 1 7 6 . 6 9235 3 3许用切应力是： 3 = = 1 0 2 . 11 7 6 算上、下臂的长度 如图 2示作业臂的仰角是指上臂与水平线之间的夹角用字母 来表示，它可从 0到 80，为便于 对吊臂端部进行操作，仰角 可为 业臂实际作业时通常在 30 75范围内。设计时仰角取 75，在图 275， 075，起升高度 0。 上臂： B 下臂： C 则由三角关系有： 0 即 : (2) 0 2=12/1+ 式 （ 由于上臂的头部有工作台，所以在上臂头部应留有一定的余量装工作平台， 故上臂长必须大于下臂长即： 2 式 （ 由式 21=下臂 图 2缸铰点位置的确定 臂油缸。 买文档就送您 01339828或 11970985 8 图 2压缸铰点位置示意图 臂油缸铰点位置的确定 取 0000由三角关系可得 : 2 2 2 02 c o s 1 5 0E F B E B F B E B F 2 2 2 07 0 0 8 0 0 2 7 0 0 8 0 0 c o s 1 5 0 1450EF 臂油缸铰点位置的确定 取 000000三角关系计算得： 053 0128 由三角关系可得 : 2 2 2 07 0 0 5 0 0 2 5 0 0 7 0 0 c o s 1 2 8 1090 臂截面尺寸的确定 臂的 受力分析 图所示是上臂工作到水平位置时的受力图 ,此时上臂受到的力最大。 买文档就送您 01339828或 11970985 9 图 2臂弯距图 可列公式 : 0 则 : 2 7 0 0 9 . 8 5 3 0 0F 2 N又由 F=0可得 : 12F F F1 7 4 . 2 9 . 8 6 4 . 4F K N 如上图所示的弯矩图，则可得最大弯矩是： m a x 9 . 8 4 . 6 4 5 . 8M K N M 而 梁所需的截面系数， / = 434 5 . 0 8 2 . 7 1 01 7 6 . 6 9K N m a 臂截面尺寸的设计计算 （ 1） 上臂梁高 买文档就送您 01339828或 11970985 10 图 2的截面图 按强度条件 可得 ： 0式 （ 式中 W 梁所需的截面系数， / M 梁的最大弯矩； 使用钢材的许用应力； 、 0 钢板的厚度，设计时钢板的厚度一样 =0 =8 =0 则上式可简化为 : 因此把计算所得的截面系数 536 0 和 8 10 m 可得上臂高： 340 . 6 2 . 7 1 0 1448 1 0 （ 2） 上 臂 梁 宽 b 的 确 定 买文档就送您 01339828或 11970985 11 图 2臂的截面结构图 如图所示： =8 : 1 2 1 4 4 1 6 1 2 8h h m m 按整体稳定性条件 : 13局部稳定条件 : 60b 即： 1 603 1 1 4 4 6 0 83 m m b m m 4 8 4 8 0m m b m m 则取 : 260b 由图可得 : 1 2 2 6 0 1 6 2 7 6b b m m 臂的强度校 核 (1) 效核正应力 买文档就送您 01339828或 11970985 12 图 2臂剪力图 在截面 11 式 （ 的截面积是 : 11A hb h b0 . 1 4 4 0 . 2 7 6 0 . 1 2 8 0 . 2 6 0 0 m 则 : 331 6 4 . 4 1 01 1 0 6 . 4 1 0F M P 在截面 2 式 （ 则 : 339 . 8 1 02 1 . 5 3 6 . 4 1 0F M P (2) 效核切应力 在截面 2118 式 （ 计算 z: 买文档就送您 01339828或 11970985 13 图 2臂的惯性矩图 如图所示建立坐标系： 矩形对 312惯性矩： 12z 所以此题的惯性矩为： 33 4411 2 7 6 1 4 4 2 . 5 1 01 2 1 2z m 33 4421 2 6 0 1 2 8 1 . 9 1 01 2 1 2z m 4 4 5 412 2 . 5 1 0 1 . 9 1 0 6 . 5 1 0I z I z I z m 把1 7 4 N和 546 0Iz m 切应力效核公式 : 则 切应力是 ： 2 321 57 4 . 4 1 0 0 . 0 0 81 9 . 58 8 6 . 5 1 0F K P 在截面 22 2 8 式 （ 把 2 N 和 546 0Iz m 代入 式 （ 买文档就送您 01339828或 11970985 14 则切应力是 ： 2 322 59 . 8 1 0 0 . 0 0 82 1 . 28 8 6 . 5 1 0F K P 所以上臂的正应力和切应力符合要求。 (3) 对下 臂进行整体稳定性 验算。 箱型组合梁通常刚度很大 ,若梁的高宽之比 /3,则梁的整体稳定性不需验算。 所以 / 1 4 4 / 2 6 0 0 . 5 5 3 则不需要整体稳定性不需验算。 从以上对上臂的验算可得上臂尺寸的选择符合要求。 臂截面尺寸的确定 臂的 受力分析 图 2臂工作到水平位置时 ,此时 下臂受力最大，由此来计算梁的受力情况。 图 2臂的受力图 把上图分解后计算各个力的大小力 买文档就送您 01339828或 11970985 15 图 2臂受 力图 计算上臂的自重 G： G S l g 式中 G 上臂的自重， S 钢板截面积 , 2m ； l 上臂的长度， m ； 钢 板密度 3 37 1 0 kg m 所以 可以计算上臂的尺寸： 6 . 4 5 . 3 7 . 8 5 9 . 8 2 . 6 1G k g 由上图可得 : 0F 即 : 2 . 6 1 9 . 8 1 2 . 4 1F B G F K N 对下臂进行受力分析如下图 ： 买文档就送您 01339828或 11970985 16 图 2臂的弯距图 3 . 9 2F B F B K N 即力 与力 0 7 0 0 5 0 3 0F g F B 所以 ： 5 0 3 0 1 2 . 4 1 8 1 . 1 7700F g K N0F 所以 ： 8 1 . 1 7 1 2 . 4 1 7 6 . 7 6F c K N 如上图所示的弯矩图 :则可得最大弯矩是 m a x 1 2 . 4 1 4 . 3 3 5 3 . 7 4 N m 而 梁所需的截面系数 ： / W M m = 435 3 . 7 4 . 3 . 0 1 01 7 6 . 6 9K N m a 臂截面尺寸的 设计 计算 再将求 出来的 梁所需的截面系数 可得 ： 0 m a 340 . 6 3 . 0 1 0 1508 1 0 买文档就送您 01339828或 11970985 17 图 2臂的截面图 如图所示： =4上臂的厚度一样 ) 则 : 1 2 1 5 0 1 6 1 3 4h h m m 按整体稳定性条件 : 13局部稳定条件 : 60b 即 : 1 603 1 1 5 0 6 0 83 m m b m m 5 0 4 8 0m m b m m 可取 : 320b 由图可得 : 1 2 3 2 0 1 6 3 3 6b b m m 同样方法可以计算出下臂的重量为： 2 N计算过程省略。 买文档就送您 01339828或 11970985 18 臂 的强度校 核 下 臂梁的 截面 尺寸确定后应对其进行强度、钢度和整体稳定性 ,不满足 应 进行修改。 其计算方法和计算公式和上臂一样 (1) 效核正应力 图 2臂的剪力图 在截面 11 式 （ 梁的截面积是 : 11A hb h b 0 . 1 5 0 . 3 3 6 0 . 1 3 4 0 . 3 2 327 1 0 m 则 : 337 6 . 7 6 1 01 1 0 . 2 17 . 5 2 1 0 P 在截面 2 式 （ 则 : 33 1 2 . 4 1 1 02 1 . 6 5 7 . 5 2 1 0 P (2) 效核切应力 买文档就送您 01339828或 11970985 19 在截面 2118 式 （ 计算 z: 图 2性矩图 如图所示建立坐标系： 矩形对 312 则惯性矩： 12z 所以此题的惯性矩为： 33 441 3 3 6 1 5 01 4 . 7 1 01 2 1 2z m 33 441 3 2 0 1 3 42 3 . 6 1 01 2 1 2z m 4 4 4 41 2 4 . 7 1 0 3 . 6 1 0 1 . 1 1 0I z I z I z m 把 1 7 6 F s K N 和 441 0Iz m 切应力效核 公式 : 则切应力是： 2 3 247 6 . 7 6 1 0 0 . 0 0 81 5 . 68 8 1 . 1 1 0 P 买文档就送您 01339828或 11970985 20 在截面 2228 式 （ 把 2 1 2 N 和 441 0Iz m 代入上 式 则切应力是 ： 2 3 24 1 2 . 4 1 1 0 0 . 0 0 82 9 . 08 8 1 . 1 1 0 P 所以下 臂 的 正应力和切应力 符合要求。 (3) 对下 臂进行整体稳定性 验算 箱型组合梁通常刚度很大 ,若梁的高宽之比 /3,则梁的整体稳定性不需验算。所以/ 1 5 0 / 3 2 0 0 . 4 7 3 则不需要整体稳定性不需验算。从以上对下臂的验算可得上臂尺寸的选择符合要求。