高空作业车抬升液压支架设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 01339828或 11970985 I 摘要 本文主要以“ 高空作业车” 上、下 臂结构为研究对象，对 上、下 臂进行结构 和该车上的液压系统进行设计 。主要 分两部分进行阐述，其一 根据高空作业 车 的 最大作业高度 10 米 ，在满足 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；再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； 再进行强度、刚度、稳定性的校核， 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。 而液压控制部分 主要是指控制上下臂变幅运动的液压缸。 文中详细记录了高空作业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。 关键词 高空作业车；结构设计 ； 液压传动系统设计；液压缸 文档就送您 01339828或 11970985 n to of to of in of 0 of to of of a of of to of in of to of of of of to of to To or of of to to In a of at of In of on of 文档就送您 01339828或 11970985 I 目 录 1 绪论 . 1 . 1 空作业车的组成 . 1 作机构 . 2 属结构 . 2 力装置 . 2 制系统 . 3 . 3 . 3 . 4 业车作业状态主要技术参数 . 4 题的提出 . 5 课题所要研究的具 体任务 . 5 课题研究的意义 . 6 2 高空作业车的结构设计 . 7 料的选择 . 7 算上 、 下臂的长度 . 8 定油缸铰点的位置 . 9 定上臂油缸铰点的位置 . 9 臂截面尺寸的确定 . 9 上臂进行受力分析 . 9 算上臂截面尺寸 . 10 上臂进行强度校核 . 12 臂截面尺寸的确定 . 15 下臂进行受力分析 . 15 的截面尺寸 . 16 . 17 接处销轴尺寸的确定 . 20 3 液压系统设计 . 21 压系统的构成 . 21 . 21 计依据 . 21 要机构简述 . 21 买文档就送您 01339828或 11970985 要工作机构液压回路的设计 . 22 空作业车变幅机构液压回路设计 . 22 4 高空 作业部分液压系统的设计计算 . 24 . 24 定液压缸类型和安装方式 . 24 定液压缸 的主要性能参数和主要尺寸 . 24 . 28 定液压缸类型和安装方式 . 28 主要性能参数和主要尺寸 . 28 结论 . 33 致谢 . 34 参考文献 . 35 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 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。高空作业装置包括高空作业臂、动力系统、液压系统、电气系统还有操纵装置等部分组成。 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。 空作业车的组成 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： 买文档就送您 01339828或 11970985 2 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，液压油买文档就送您 01339828或 11970985 3 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。 工作装置为液压驱动 。除高空作业机构外 ,一机多用。 高空作业车辆升降机构的稳定可靠是实现安全作业的必要条件之一 ,这类设备的升降机构大多采用臂式 (如市政工程车辆、汽车起重机、飞机除冰车等 )或剪式 (如飞机食品车、残疾旅客登机车等 ) 升降机构 ,采用液压缸作为升降驱动力 ,液压缸需要随升降机构运动 ,因此液压缸与液压主回路须使用液压胶管连接。此时液压缸既作为升降时的动力 ,又作为施工作业时升降机构的支撑构件 ,因此液压缸及其连 接管路对于整个系统安全起着非常重要的作用。 高空作业车是以反复循环的方式完成设备安装的作业车 。 高空作业车主要由高空作业臂、工作平台、起升机构、动力系统、液压系统、电气系统等六部分组成。 整车外形图如图 1 图 1买文档就送您 01339828或 11970985 4 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。工作臂为 2节折叠臂。具有操作简便，稳定性好等特 点。其组成主要是高空作业臂，如图 1空作业 臂包括上臂 2和下臂 1，上臂头部有工作平台 6。行驶状态时， 2节工作臂折叠在一起；进行高空作业时， 2 节工作臂分别由上下臂油缸 4 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 1业臂示意图 1基本臂 (下臂 ) 2上臂 4上臂油缸 6工作平台 业车作业状态主要技术参数 作业车的技术参数如下表 1 表 1项 目 单位 数据 最大抬升重量 000 最高抬升高度 m 10 抬升速度 m/s 1 买文档就送您 01339828或 11970985 5 题的提出 本课题以“ 为研究对象，对该车的 作业臂结构、 液压系统 进行设计。该型作业车的作业臂有上臂、下臂组成，下臂与 底座 铰接，上臂头部有工作平台。上、下臂通过 伸 缩油缸调节臂的举升高度。传统的力学方法设计是：根据高空作业的需要，在满足升降高度的前提下，进行强度、刚度、 稳定性的校核，确定截面尺寸。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。在车辆在行驶过程中，由于臂重较大，产生多起车架断裂现象。由于 伸 降臂在作业时位于十几米甚至几十米的高空，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。 液压 系统设计在高空作业车的设计里占重要地位，例如起重工件装置主要由变幅机构组成，这 一 机构靠液压系统驱动，实现作业要求。液压系统元件的类型可分为动力元件，控制元件，执行元件，辅助元件等。 随着经济技术的快速发展，国内外起重机市 场和高空作业车市场对这两种产品的需求越来越大，我国近年来通过实行积极的财政政策和内需拉动等手段，加强和改善宏观调控，集中必要力量建设一批大型工程， “ 高空作业车”将有广阔的应用前景，将产生巨大的社会经济效益。 本研究课题 ，将以高空作业车 升 降臂结构 以及液压系统 为对象，根据作业高度 和液压驱动部分 进行结构设计 。 课题所要研究的具体任务 本课题主要研究工作如下： (1)进行大量的调查研究，收集整 理 资料，根据作业车的工作特点和受载状况，制定作业臂设计方案 和液压缸的基本参数设计 。 (2)根据受载状况 原始数据对作业臂进行结构设计，作业臂由上臂、下臂和升降油缸等组成，设计中要确定上、下臂的长度，油缸铰点位置，作业臂截面尺寸 ， 确定液压缸类型和安装方式 ， 确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸 。 (3)在实际计算中对上下臂 施 加 载荷和约束，进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。 (4)根据分析结果， 找出 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。画出作业臂总装图及上下臂零件图 ，液压系统图以及液压缸零件图 。 (5)在上述分析研究的基 础上进行总结，得出 上、下臂 在结构设计、铰点位置的确定、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。 买文档就送您 01339828或 11970985 6 课题研究的意义 通过本课题的研究，掌握 而达到优化结构、减轻自重、提高可靠性的目的，为研制 此同时 液压系统设计在整个高空作业车的设计里具有重要的意义，它使整个机器实现自动化。其中安全性等方面的考虑，设计更是减少了故障的发生，相当程度上确保 运行该高空作业车的工人的安全。 买文档就送您 01339828或 11970985 7 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 =注：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 其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=4屈服强度是 :s =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。 买文档就送您 01339828或 11970985 8 所以由表 1 屈服强度是 : =235M a 许用正应力是： = 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 上臂 ： B 下臂 ： C 则由三角关 系有 ： : (2) 1+.5/1+ 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 5H=2买文档就送您 01339828或 11970985 9 定油缸铰点的位置 臂油缸。 7 5 7 5 H = 8 . 5 2定上臂油缸铰点的位置 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 03 0 0 5 0 0 2 3 0 0 5 0 0 c o s 1 5 0 = 74 确定下臂油缸铰点的位置 取 5050075 由三角关系可得 : 2 2 2 03 5 0 4 5 0 2 3 5 0 4 5 0 c o s 7 5 =243472 93臂截面尺寸的确定 上臂进行受力分析 图 2此时上臂受到的力最大 买文档就送您 01339828或 11970985 10 弯矩900臂弯距图 可列公式 : 0 则 : 2F 300=3900 由 0F 可得 : 1F +F=1=上图所示的弯矩图 :则可得最大弯矩是 梁所需的截面系数， / = 533 8 . 2 2 . 2 1 . 6 1 01 7 6 . 6 9K N m a 再将求出来的 梁所需的截面系数 算上臂截面尺寸 (1)上臂梁高 买文档就送您 01339828或 11970985 11 h1 的截面图 按强度条件： 0式 (式中 ; 、 0 计时钢板的厚度一样 =0 =4 =0 则上式可简化为 : 式 (因此把计算所得的截面系数 532 1 0 和 4 10 m 可得上臂高 350 . 6 2 1 . 6 1 0 1804 1 0 (2)上臂梁宽 h1 臂的截面结构图 买文档就送您 01339828或 11970985 12 如图所示： =4 : 1 2 1 8 0 8 1 7 2h h m m 按整体稳定性条件 : 13局部稳定条件 : 60b 即 : 1 603 1 1 8 0 6 0 43 m m b m m 6 0 2 4 0m m b m m 则取 : 150b 由图可得 : 1 2 1 5 0 8 1 5 8b b m m 上臂进行强度校核 上臂梁的尺寸确定后应对其进行强度、钢度和整体稳定性 效核 ,不满足时应进行修改。 (1)正应力校核 静强度效核公式：正应力 式 (N） 2m ） 切应力 28 式 (N） m) 轴的惯性矩 ( 4m ) 买文档就送您 01339828或 11970985 13 F = 9 . 8 K = 1 2 7 . 4 K = 1 1 7 . 6 K F 0 m m 3 9 0 0 m 9 . 8 K 臂剪力图 在 截面 11 式 (梁的截面积是 : 11A hb h b = 0 m 则 : 331 1 1 7 . 6 1 01 4 4 . 5 2 . 6 4 1 0F M P 在截面 2 式 (则 : 339 . 8 1 02 3 . 7 2 . 6 4 1 0F M P 在截面 2118 式 (计算 z: 买文档就送您 01339828或 11970985 14 Z&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： 33 541 1 5 8 1 8 01 5 . 9 1 01 2 1 2z m 33 541 1 5 0 1 7 22 4 . 8 1 01 2 1 2z m 5 5 5 41 2 5 . 9 1 0 4 . 8 1 0 1 . 1 1 0I z I z I z m (2)把 1 1 1 7 N 和 541 0Iz m 切应力效核公式 : 则：切应力是 2 3 251 1 1 7 . 6 1 0 0 . 0 0 41 0 . 2 18 8 1 . 1 1 0F M P 在截面 应力是 : 22 28z 式 (把 2 N 和 541 0Iz m 代入式 (则 : 切应力是 2 3 252 9 . 8 1 0 0 . 0 0 42 0 . 0 1 78 8 1 . 1 1 0F M P 所以上臂的正应 力和切应力符合要求。 (3) 对上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 8 0 / 1 5 0 1 . 2 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。 买文档就送您 01339828或 11970985 15 臂截面尺寸的确定 下臂进行受力分析 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 图 2臂受力图 计算上臂的自重 板每平方米面积的理论质量 ,不同厚度的钢板 (密度为 每平方米理论质量按下列公式计 算： 2 /G kg m 式 (式中 kg/m =4 文档就送您 01339828或 11970985 16 所以 4 . 2 0 . 0 0 4 7 . 8 5 0 . 1 3M G k g (M=所以自重是 : 0 . 1 3 9 . 8 1 . 2 7F G K N 由上图可得 : 0F 即 : 1 . 2 7 9 . 8 1 1 . 0 7 G F K N 对下臂进行受力分析如下图 臂的弯距图 1 1 . 0 7F B F B K N 即力 力 0 4 5 0 3 5 6 0F g F B 所以 3 5 6 0 1 1 . 0 7 9 2 . 5 6450F g K N0F 所以 9 2 . 5 6 1 1 . 0 7 8 1 . 4 9F c K N 如上图所示的弯矩图 :则可得最大弯矩是 m a x 1 1 . 0 7 3 5 6 0 3 9 . 4 1M K N m 而 梁所需 的截面系数， / W M m = 433 9 . 4 1 . 2 . 2 1 01 7 6 . 6 9K N m a 算下臂的截面尺寸 再将求出来