交通设施高空作业车改装设计【全套CAD图纸+毕业论文答辩资料】

黑龙江工程学院本科生毕业设计 目 录 摘要 第 1 章 绪论 . 1 述 . 1 . 1 计的主要内容 . 3 第 2 章 总体方案设计分析 . 4 案确定 . 4 . 5 . 7 . 8 第 3 章 工作机构设计 . 8 . 8 力分析 . 11 度校核 . 17 章小结 . 22 第 4 章 辅助机构设计 . 23 . 23 定圆柱滚子的最大载荷 . 23 . 25 腿机构设计计算 . 26 . 26 . 28 . 29 第 5 章 液压系统设计 . 30 购买文档送全套 咨询 14951605 下载文档送对应的 14951605 或 1304139763 . 30 幅回路 . 30 . 31 . 33 . 35 . 35 . 37 . 38 . 40 . 41 第 6 章 整车性能计算分析 . 42 . 43 . 43 . 45 . 46 . 48 油经济性计算 . 50 . 51 章小结 . 53 结论 . 54 参考文献 . 56 致谢 . 57 附录 . 58 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章 绪 论 述 由于交通管理部门经常会遇到交通信号灯、交通监控器、交通指示牌的维修和更换， 基础 交通设施的安装建设等高空作业问题，所以近年来交通设施高空作业车大量投入使用 。 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交通设施维修或安装作业的特种 车辆，是将高空作业装置安装在汽车底盘上组 成的。交通设施高空作业车装置包括工作臂、回转平台、副车架、工作平台 、液压系装置等。现在的高空作业装置具有操作平顺、工作稳定、安全可靠等优点，大大提高了空中作业的工作效率。交通设施高空作业车是利用汽车底盘作为行走机构，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，因此被广泛应用。 关技术的现状和发展趋势 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 。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。 购买文档送全套 咨询 14951605 2 产品性能提高：我国高空作业机 械产品的需求量随着国民经济和城市建设的发展逐年增加，各种规格的新产品近几年增加较快。如北京起重机器厂在短短几年时间先后开发了车载剪叉式平台、剪叉自行式平台、折臂式平台、单扼柱铝合金平台和双扼柱 铝合金平台、箱型界面铝合金扼柱平台、手动铝合金扼柱平台等近 10个品种、 30多个规格的产品。杭州赛奇工程机械厂近几年先后开发了单扼柱铝合金平台、双扼柱铝合金平台及多扼柱铝合金平台，其中多扼柱铝合金平台完成了 10m、 14 m、 16 m、 18 m、 20 种规格的研制。杭州爱知工程车辆有限公司开发了全液压驱动的自行式高空作业平台，为国内传播修造、建筑、机场及工矿企业的安装检修工程等提供了新的品种。浦沅集团有限公司开 发了 12 m、 16 m、 20 m、 25 m、 30 空作业 车。 锦州中型机械股份有限公司今年也完成了 22 m、 32 m、 50 州中型机械厂完成了 67 扩展产品的使用功能和用途：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佩玉出来。高空作业机械在有发展前途的电力、电信及有限电视系统使用较少，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要更新。如 将高空作业机械用在建筑使用中以替代某些脚手架施工、建筑物外墙表面的装饰、倾斜和维护等；绝缘架线和维修；消防救援及大型物体（传播、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。 随着我国经济的发展，停电对工农生产和人民生活带来的损失不可估量，国家已经开始实行电力法，对供电可靠性要求越来越高，在电力系统企业要求供电 可靠率 达到 所以如何解决不停电维修 带电作业的问题已经非常突出，这就要求不但能登高作业，还要具有绝缘性能好的高空作业车，这种新型高空作业车要打破常规 的格局，工作斗，臂架要求采用非金属的高性能绝缘材料，工作斗对整个作业的控制不能采用一般的电控和液控，还要具有起吊能力，并有更可靠的安全性、平稳性、微调性。电信和有 线 电视系统使用的高空作业车要求小巧灵活，能走街穿巷，操作方便、乘坐 舒适 ，这就要求设计小型先进的汽车 底盘 ，并解决动力输出问题。应该特别 注意 的是，高空作业车新产品的开发不能限制在汽车上，应该考虑它是一种工程机械，以适应用户的需要为前提，行走方式可以采用电动自行式、液控自行式、轮胎自行式、履带自行式等。我国 文化 传播购买文档送全套 咨询 14951605 3 行业对轮胎液控自行式高 空作业车的需求量很 大，建筑行业对履带自行式产品也将产生需求，室外 装修、 清洗行业大量需要 自行式高空作业车。随着 高速 公路 、高架桥的 建设 ， 将需要大量 具备 低空作业 能力 的高空作业车，以解决高架桥的维修问题，这种特殊的高空作业车在国外早已出现，但国内还刚刚起步。 开发专用车辆底盘：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改装之用。 计的主要内容 设计主要承担的任务是设计举升机构，初步选定采取 3节举升臂， 1节基础承重臂， 利用金属焊接及销轴连接将各臂组合起来，通过 选择的二类底盘 的动力输出来驱动液压泵，使用液压系统来控制各臂的运动，再运用平行四边形的四连杆机构对举升筐进行调平，给 工作人员 提供一个水平的、稳定 安全 的工作环境。 设计总体 分为三个方面：机械举升部分（包括举升臂的选材、外形尺寸的确定、铰接点的选择和机构的调平等）；液压控制部分（包括液压缸 的计算和型号确定、液压控制系统的设计和辅助元件的 选择等）； 相关辅助系统部分（包括转台的设计计算，支腿的设计计算，作业平台的设计等）。 购买文档送全套 咨询 14951605 4 第 2 章 总体 方案 设计 分析 案确定 举升的方法有很多种，出于结构简单、控制方便、成本低廉 的 主要设计思路，所以选 用型材作主承重臂，利用金属焊接及销轴连接将各臂组合起来，通过液压系统来控制各臂的运动 ，再将举升机构安装在转台上， 来实现举升的目的。 1举升的意义是：将人或物送往高处，由此又出现举升臂调平的问题，以往的调平系统中多为机械调平和重力调平，现在又出现了电子调平系统。机械调平中最常见的为 四连杆机构（即平行四边形变形原理），此机构简单、实用、举升高度高、摆动幅度小等，但增加了自重，使用材料增多，并且举升过程中更多的功耗要浪费在自重上面；重力调平系统，简单、实用，但举升的高度要降低很多，而且摆动幅度比较大；电子调平系统属于高科技产品，使资源消耗减少，但无形成本增多。 在这里选择四连杆调平方式 。 2 图 升机构 系统简图，其中 AB、 CD为调平辅助臂， I、 E、 F、 G、 购买文档送全套 咨询 14951605 5 图 升机构 总体结构图 工作原理：在平行四边形 过控制液压缸 的角度，从而使点 平行四边形 过控制液压缸 的角度，从而使点 点为圆心作圆弧运动。平行四边形 CDC,平行四边形 D为基础臂，只要液压缸 压缸 即 。由此只要控制液压缸 点的高度 15。 形尺寸确定 如图 步设定臂 50， 臂 35。 200000200500 购买文档送全套 咨询 14951605 6 图 举升臂全升图 综上所述，可以推出整个机构的外形参数，如表 表 论长度参数 最小高度 最大高度 整体长 2200 10200 3600 4500 2200 3000 2200 表 论角度参数 最大值 最小值 135 53 150 43 购买文档送全套 咨询 14951605 7 类底盘的选择 根据我国目前生产的各类型专用车辆的基本模式，大多是为了满足国民经济某一服务领域的特定使用要求，主要是在已定型的基本车型底盘的基础上，进行车身及工作装置的设计，与此同时对底盘各总成的结构与性能进行局部的更改设计与合理匹配，以达到满足使用需求的较为理想的整车性能。汽车底盘的选择主要是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、动力匹配等决定，目前，几乎 80%以上的专用车辆采用二类底盘进行改装设计。采用二类汽车底盘进行改装设计工作重点是整车总体布置和工作装置设计，对底盘仅作性能适应性分析和必要的强度校核，以确保改装后的整车性能基本与原车接近。 3 已知工作臂的长度，选用型材 估算工作臂部分总重约为 700估转台和支腿等其他辅助装置质量为 300定载荷为200 则 M=700+300+200=1200计算工作机构长度约为折起后 4000度不超过 2000 目前国内市场上底盘的种类多、品种全，因为解放牌 小型货车 价格便宜，市场保有量大， 维修方便， 所以选取哈尔滨轻型车制造厂生产的 二类底盘 。 表 术参数 底盘型号 车整备质量（ 2050 总质量 (3430 载重 (1250 外形尺寸（长 宽 高） 28019072151 轴距 (3100 轮距（前 /后 ） (1414/1370 发动机型号 490 购买文档送全套 咨询 14951605 8 额定功率 (47 最高车速（ km/h） 90 轮胎 章小结 本章通过综合分析后确定了总体构架，方案采用三节举升臂，使用平行四边形的四连杆变形原理对吊筐进行调平，通过对液压系统控制来完成特定的动作，并在大量几何计算后得出了各臂的长度和转动角度，其理论举升高度为10200通过确定的总体参数，最后确定 本次设计选用的二类底盘。 4 第 3 章 工作机构设计 定尺寸及 材料 表 的参数都为理论尺寸（即未开孔的尺寸），在实际加工中，为了使各臂连接起来，要留出一段长度用来钻孔穿销，因此每个臂的每一个端面都要留有 50余量， 需要拉杆的工作臂还要留有 300余量， 表 为各臂的实际参数。 购买文档送全套 咨询 14951605 9 表 际长度参数 600 2700 3100 3100 2250 根据以往设计实例及设计需求，初步选定冷拔无缝矩形钢管作为承重臂，具体参数见表 据表 臂 =4600 AB重量： ABG=ABLG =4600 BC重量： BCG=BCLG =270045.3 =310034.0 CD重量： CDG= =3100 =225056.3 料参数 6 基本尺寸 截面面积 F 2理论质量 G kg/m 惯性矩 截面模数 长 宽 厚 443380 100 6 B 90 60 4 C 200 150 9 170 2020 317 270 00 100 8 091 705 209 141 购买文档送全套 咨询 14951605 10 CD 70 50 4 O 220 150 10 687 2584 455 345 绘制结构简图及部分参数计算 表 直角三角形中的角度公式可以得出： 14 22B E E E =F= 22B F F F =G= 22D G G G =H= 22D H H H =买文档送全套 咨询 14951605 11 图 臂的结构简图 表 臂中的基本参数 长度 E F G H 500 40 20 2200 1800 25 3000 300 25 2200 1900 30 力分析 1、 对臂 行受力分析 (1)当臂 图 00 22 2 c o B F E B F B E B F =1600 S1s i E B E B F E F h h s i n F B E B E B 900对 1L 12L h 0 24买文档送全套 咨询 14951605 12 液压缸与水平所成的角度为 1 a r c s i n B F E c o s 1 0X I B F s i n 1 0Y A A B I B F F F 2B B X B F=+ (2)当臂 图 5050120 22 2 c o B F E B F B E B F =2100 S1s i E B E B F E F h h s i n F B E B E B 650买文档送全套 咨询 14951605 13 相对 F1L2LIFh 0 液压缸与水平所成的角度为 c o s 3 0 s i n 3 01 a r c s i n B F B E E c o s 1 0X I B F s i n 1 0Y A A B I B F F F 2B B X B F=+ 买文档送全套 咨询 14951605 14 2、对臂 BC进行受力分析 当臂 C所受力最大，见图 1 2 B A B L F C C X C F L 0 0 A A B B F+ F 22 31 22m a x m a xs i n 4 5C C X C Y F F BC受力分析图 购买文档送全套 咨询 14951605 15 3、 对臂 行受力分析 (1)当各臂位置如图 压缸 90C D O 90 73 22 2 c o D G D H H D G D G D H 1800D H G D H 11s i n 22D G D H H D G G H h s i n D G D H H D 685 s i n 6 0 c o s 6 02 C D A B A B C D B C C L L F L F L 02 I h 压缸 2 a r c s i n D H G 对 c o s 7 9 . 4X C X I I D F F= - - 0 s i n 7 9 . 4Y I I D Y A A B B C C F F F F F= - - - - - 0 F 2D X F=+ 买文档送全套 咨询 14951605 16 图 力分析图 (2)当各臂位置如图 压缸 90C D O 135 107 22 2 c o D G D H H D G D G D H 1800D H G D H 11s i n 22D G D H H D G G H h s i n D G D H H D 454 c o s 6 0 c o s 6 0202 C D A B A B C C D C D I L L F F F h 买文档送全套 咨询 14951605 17 图 力分析图 液压缸 2 a r c s i n D H G 对 c o s 7 9 . 4X C X I I D F F= - - 0 s i n 7 9 . 4Y I I D Y A A B B C C F F F F F= - - - - - 0 F 2D X F=+ 22m a x m a x s i n 4 5D X Y F F =度 校核 1、 臂 强度校核 当臂 切应力及剪切弯矩最大，由第二章可知3 q m， 300m,00于 此假设 购买文档送全套 咨询 14951605 18 F q 2R0 2 . 23 0 0 0 2 . 2 2 2 5 2 . 2 0 . 4 02 求得R=3 以 2 . 23 2 . 2 0 . 2 2 5 2 . 2 2 =kN m 图 已知m a x 7 . 1 5M k N m、 80M 、由表 查得 ，18据公式 6m a xm a 1 5 1 0 7 6 . 88 9 . 7 5 P 80M (m a x m a xm a 2318 4 1 . 95 . 3 6 1 0 8 1 0 M P a 100M P a ( 购买文档送全套 咨询 14951605 19 因此臂 2、 臂 BC的强度校核 由于臂 BC垂直地面，所以臂上所承受的弯矩全部来自于臂 点的载荷，因此当臂 C上所受的弯矩最大。 由第二章可知，3q 225N/m， 图 2 A B q A B = 2 . 23 2 . 2 0 . 2 2 5 2 . 22 =m 1 C C X C F L 0 0 A A B B F+ 22 25 22m a x m a x s i n 4 5C C X C Y F F 切力及弯矩如图 已知m a x 3 . 4 6M k N m、 80M 、由表 ，由表 据公式 6m a xm a 1 5 1 0 7 6 . 88 9 . 7 5 P 80M m a x m a xm a 232 8 . 1 6 3 . 95 . 3 6 1 0 8 1 0 M P a 100M P a 因此，臂 BC强度符合要求。 购买文档送全套 咨询 14951605 20 图 BC受力分析图及弯矩图 3、 臂 强度校核 当臂 图 以 s i n 6 0 c o s 6 02 C D A B A B C D B C C L L F L F L 02 I h 压缸 2 a r c s i n D H G 对 c o s 7 9 . 4X C X I I D F F= - - 0 s i n 7 9 . 4Y I I D Y A A B B C C F F F F F= - - - - - 0 F 买文档送全套 咨询 14951605 21 22D X F=+ 已知已知m a x 3 M k N m、 80M 、由表 ，由表 据公式 6m a xm a . 8 1 0 2 4 . 68 9 . 7 5 P 80M m a x m a xm a 234 2 . 3 8 2 . 65 . 3 6 1 0 8 1 0 M P a 100M P a 因此，臂 计算销的直径 为了使加工的标准化，均采用相同直径的销，根据此机构中的最大剪切力据公式 d 362 2 4 2 . 3 1 0 0 . 0 2 18 0 1 0P (其中 80算得出 d 1了安全起见，取 d 40买文档送全套 咨询 14951605 22 章小结 本章通过查阅了机械设计手册等书籍，利用相关计算公式和材料信息，确定了各臂的使用材料、实际外形尺寸和理论质量，绘制了结构简图，并对各臂进行了系统的受力分析，通过大量计算和理论推证得出了各绞接点的最大受力情况及液压缸的长度和升程。利用前面计算的数据，对主要承重的举升臂进行了弯曲校核和剪切校核；根据绞接点的剪切力，计算出了销轴的最小直径 。 购买文档送全套 咨询 14951605 23 第 4 章 辅助机构设计 转机构设计 回转机构是由回转驱动机构和回转支撑机构两部分构成的。 根据驱动装置的不同，回转机构可分为：机械驱动式、电力驱动式和液压驱动式。 根据回转支撑的结构不同，回转机构可分为转柱式、立柱式和转盘式，其中转盘式是一种较常用的形式。 转盘式回转支撑装置又可分为两种：支撑滚轮式和滚动轴承式。支撑滚轮式回转支撑装置增大了转盘回转装置的高度，且质量增加，成本增大；滚动轴承式回转支撑 装置是目前应用最多的一种，它是在普通滚动轴承的基础上发展起来的，结构上相当于放大了的滚动轴承。其优点是回转摩擦阻力矩小，承载能力大，高度低。由于回转支撑装置的高度降低，可以降低整车的质心，从而增大了汽车的稳定性。通过对各种回转支撑装置的结构特点、承载能力、加工性能以及应用情况等的分析，最后确定 本次设计 回转支撑机构选择交叉滚柱式。 按照专业标准 交通设施高空作业车的回转机构应能进行正反两个方向的 360回转，回转速度不大于 2r/转过程中的起动、回转、制动要平稳、准确 、无抖动、晃动现象，微动性能良好。 如图 圆柱滚子的接触角一般为 45，相邻的两圆柱滚子轴线成 90交叉。这不但使回转装置能承受轴向和径向载荷，而且还能承受翻倾力矩。 此外，和滚球转盘相比，这种滚道是平面的，加工工艺比较简，易加工。 6 定圆柱滚子的最大载荷 圆柱滚子在工作时要受到三种作用载荷，如图 一种为轴向力 Q，即垂直力，它由转台及举升机构的重量、举升货物的重量以及升降时的惯性力等组成；第二种为径向力 H，即水平力，该力由举升装置及转台的回转离心力、风载荷及回转齿轮的啮 合力而产生；第三种为翻倾力矩 由轴向力和径向力购买文档送全套 咨询 14951605 24 的偏心作用而引起。 7 图 图 将方向交叉的两组圆柱滚子，用 和 组表示。假定每组的圆柱滚子数目各占一半，并作一对一的间隔排列，则组圆柱滚子在 图 中任一圆柱滚子的最大法向载荷 Im a x I Q I H I F F 式中： 由轴向力 组任一圆柱滚子 最大法向载荷， N； 由径向力 组任一圆柱滚子上最大法向载荷， N； 购买文档送全套 咨询 14951605 25 由倾翻力矩 组任一圆柱滚子上最大法向载荷， N。 对内圈作受力分析，如图 力系平衡条件可以求得 求得 以近似地把座圈看成直径为 图 假定圆柱滚子对座圈的压力在座圈上连续分布，按圆柱滚子接触压力沿圆圈弧长的比压，列出平衡方程可求得 对于 组圆柱滚子，处于图 位置时受到的载荷最大。此时滚子不承受由水平力传来的载荷，且由于轴向力 Q 引起 的法向载荷与翻倾力矩 此 组中任一圆柱滚子的最大法