DGS18Y型高空作业车设计书

高空作业车设计书 1. 工作环境 环境温度 20 40 C 工作风级 s(6级 ) 使用路面 无严重油污，平坦的混凝土、沥青或压实的级配石路面。 序号 分类 项目 注 1 重量 整机重量 123122 额定载重 2303 工作范围 最大工作高度 18m 4 最大工作幅度 16m 5 工作臂变幅角度 1372 6 平台回转角度 360 连续回转 7 工作篮摆动角度 80 8 平台尺寸（ 长宽高） 8867428149 行走模式 直行、八字转向、斜行（最大 38） 四轮驱动 四轮转向 10 工作臂 运动 独立动作 工作臂伸展 工作臂边幅 平台回转 11 复合动作 工作篮水平运动 偏离范围工作篮横向运动 工作篮竖直运动 2 地面坡度 最大爬坡能力 14 13 最大工作坡度 5 14 速度 行走速度（两档） 高速 0s 低速 0s 15 平台回转速度 01r/16 工作臂变幅速度 60s/行程 17 工作臂伸缩速度 60s/行程 18 车轮 轮胎 15心轮胎 19 轮辋 20 轴距 21 离地间隙 17522 外形尺寸（长宽高） 藏或运输状态 序号 项目 洛阳一拖柴油机 1 型号 形式 直列四缸、水冷 3 数量 1 4 额定功率 /额定转速 57200r/ 最大扭矩 /最大转速 2846001800r/ 燃油耗 235g/ 排放标准 欧 J 8 油箱容积 100L 全车液压传动 整车的驱动、液压转向，工作臂的伸缩、变幅、回转，均为液压驱动。 压驱动 整车四个车轮均为驱动轮，采用液压马达驱动。要求实现车轮的同步形式、转向时“差轮差力”并防止单个车轮打滑影响整车行走。 压转向 四只驱动轮均有一支油缸来控制转向。控制各个车轮转向角度，可实行直行、八字转向、前轮转向、后轮转向、斜行多种行走模式。 轮液压扩张 开始高空作业前，四只车轮必须扩张开以增大整车稳定性，扩张后支撑距离 同一轴线上的两只车轮通过同一只油缸伸缩实现扩张与收回，由行程开关和接近开关来检测扩展、收回是否到位。车轮扩展要求在行进中进行。 台回转 由一个液压马达减速机通过齿轮传动带动整个平台连续回转。同过比例阀分配流量来控制平台转速，减速机内置振动器，在行驶状态时，回转平台不得产生 相对运动。在吊运过程中，平台与底盘之间可锁死，防止平台意外转动。 作臂变幅 工作臂的变幅由固定在平台上的一直变幅油缸来控制，通过比例阀分配流量可控制变幅速度。 工作臂伸缩 工作臂分为三节，由下到上依次称为一号臂、二号臂、三号臂。工作臂的伸出是通过固定在一号臂上的伸缩油缸，来推动套在其中的二号臂，以及油缸端部的动滑轮机构，再由滑轮组通过钢丝绳拉出套在二号臂内的三号臂，最终使三号臂的工作篮伸出。 工作臂的缩回是用伸缩油缸拉回二号臂，再由固定在二号臂上的动滑轮机构拉回三号臂，最终使工作 篮收回。三号臂之间用自润滑的尼龙材料支承，可相对滑动。 这个动作的执行元件就是伸缩油缸，通过比例阀控制其动作速度来控制工作篮的伸缩速度。 工作篮摇动 工作篮摆动通过摆动马达实现，其摆动角度可达到 90，受到结构限制，使用其 80 工作范围。 作篮调平 在工作臂的变幅过程中，臂架角度随之改变，为保证操作者站立平稳，要求固定工作臂端的工作篮具有自动调平功能。 这个功能采用两种串联的油缸组成的封闭回路来实现。一直固定在工作篮与工作臂连接处，调整工作臂与工作篮之间的夹角；另一只固定在平台与一号臂之间，随工作臂的变幅而伸缩，两者之间保证 1： 1的传动比。 当封闭回路液压油泄露造成工作篮不能保持水平时，可通过外部补油恢复水平。 急下降功能 配备应急泵，当主动力（柴油机）无法工作时，使用电机驱动的液压泵可使工作臂下贱、收回及回转，保证操作人员能够安全回到地面。 路破裂安全防护 工作臂变幅、伸缩、工作篮调平液压缸及平台回转马达，设置液压锁，防止液 压软管意外爆裂后，大臂自动下降、回转，工作篮倾翻。 回转平台与底盘的液压系统连接 需要实现平台的连续回转，回转平台与底盘液压管路连接通过中心回转接头实现。 控制系统 微电脑控制系统，协调、控制全车功能，工作电压 24V. 需控制的执行机构 名称 驱动马达 转向油缸 车轮扩展油缸 平台回转马达 变幅油缸 伸缩油缸 工作篮摆动马达 数量 4 4 2 1 1 1 1 速度比例控制 需要 需要 无 需要 需要 需要 无 需要控制的复合动作 名称 行驶中转向 行驶中车轮扩张 工作篮水平运动 工作篮竖直运动 工作篮横向运动 参加运动的执行元件 驱动马达+转向油缸 驱动马达 +车轮扩展油缸 变幅油缸+伸缩油缸 变幅油缸+伸缩油缸 变幅油缸 +伸缩油缸 +平台回转马达 元件间速度比例控制 无 无 需要 需要 需要 操作互锁要求 行驶速度限制 工作臂完全收回并降至水平以下，车辆可在两档速度下行驶，高速 0s，低速 0s; 工作臂有超出水平线的变幅、伸出动作时，车辆只能有低速档低速 0s。 车轮扩展 工作臂完全收回并降至水平以下，车轮方可收回至正常宽度；在车轮未扩展到位之前，大笔不能有伸缩或超出水平线的变幅等动作。 变幅与伸缩 大笔变幅处于 45 度以下时，伸缩油缸伸出长度不得超过 缩油缸伸出长度超过 臂变幅至 45 度，不能再下落。 坡度限制 当底盘所在路面坡度大于 5 时，需要报警提示，并禁止工作臂伸出和上升。 操作权限 工作篮及地面具有相同的操作项目（行走除外），但在工作篮中须踩下工作踏板后，才能进行操作；并且工作篮操作权限高于下车，工作篮中工作踏板踩下后，禁止下车所有操作。 安全设施 急停 工作篮及下车均安装急停设置，并置于操作者方便的操作位置，紧急情况下，可有效停止一切操作。 防倾翻限位 工作篮位置达到、超出规定的作业范围界限，或者超载时，有相应的报警装置及自动限位。 工作篮水平 工作篮倾斜超过 5 时，需要报警提示。 其他要求 当工作篮因为液压油泄露无法保持水平时，有电磁阀箱封闭回路中补油。 当控制大臂回转、变幅、伸缩，工作篮摆动时，需要缓冲功能，保障动作平稳、准确，无爬行、剧烈振颤、冲击。 工作篮在额定载荷下作业时应能在任意位置可靠制动 。 工作篮起升和下降速度不得大于 s。 为安全行车考虑，车辆配装：夜间行驶照明灯、警示灯和工作灯等。 工作篮上应醒目注明额定载荷或载人数。 工作篮应备有安全带及绳索的结点。 涂漆 全车涂漆遵照 要产品面漆颜色和 装通用技术条件的规定执行，全车底漆二道，面漆二道，面漆颜色按用户要求进行。 液压系统通用技术条件 3766机动车运行安全技术条件 258高空作业车 719高空作业平台 51005140体机构及主要元件选型 从左到右依次是 3， 2,1号工作臂的截面尺寸图 1. 总体结构图及各部分名称 序号 名称 参数 备注 1 回转平台 安装下调平油缸、变幅油缸 材质 1号工作臂 长度 质 2号工作臂 长度 质 3号工作臂 长度 质 工作篮操作台 6 配重 1800质 下车操作台 8 驱动轮组 实心轮胎 15套 9 底盘 轴距 质 0 平台回转机构 齿轮传动 11 拖链机构 共两段 12 上调平油缸 13 工作篮摆动马达 14 工作篮 15 柴油机 16 柴油箱 72L 17 转向油缸 18 车轮扩展油缸 19 液压油散热器 20 液压油箱 144L 21 回转马达减速机 22 伸缩油缸 带滑轮组 2 主要元件选型表 序号 分类 元件名称 规格 数量 1 主动力 发动机 2 主泵 3 联轴器 651 4 燃油箱 72L 1 5 紧急动力 应急泵 10406 6 直流电机 104) 1 7 执行元件 转向油缸 缸径 /杆径 /行程80/45/300 4 8 车轮扩展油缸 80/50/1120 2 9 变幅油缸 180/140/1610 1 10 伸缩油缸 110/90/6800 1 11 调平油缸 80/40/335 2 12 行走马达减速机 13 回转马达减速机 14 工作篮摆动马达 15 轮胎 /轮辋 15 16 回转支撑 17 钢丝绳（伸出） 137+ 18 钢丝绳（收回） 7+ 19 液压附件 中心回转接头 定制 1 20 油箱散热器 21 液压油箱 144L 1 1. 整机稳定性计算 部分重量及重心位置统计 作臂及工作篮部分重心及重心位置 完全伸出 不完全伸出（ 完全缩回 注：重心坐标以各部分左端为基准，工作臂重心在其中心线上。 1)1号臂：重量 重心 X 1号臂 =)2号臂：重量 重心 X 2号臂 =3582)3号臂：重量 重心 X 3 号臂 =4)伸缩油缸及滑轮组：重量 重心取 1、 2号工作臂中部 5)拖链机构及油管、电缆：重量 G 拖链 =心取 2、 3 号工作臂中部 6)工作篮及条平油缸、摆动马达： 心坐标 0 幅油缸重心位置统计 （注：重心坐标以回转中心线与地面交点为基准） 变幅油缸重量： 心坐标如下： 变幅角度（单位：） 重心坐标（单位： 13 （ 0 （ 45 （ 72 （ 平台及底盘重量统计及重心位置 （注： 整车左右两侧重量基本对称，取其重心在对称面上 ; 重心坐标以回转中心与地面交点为基准，单位： 1）底盘重量： G 底盘 =心位置：（ 0， 2）平台重量： G 平台 =心位置：（ 3）配重重量： G 配重 =心位置：（ 4）平台上的安装件（包括发动机、液压泵、液压油箱、燃油箱、回转马达、电气设备等）： 心位置：（ 工作载荷 重心位置：（ 48 以工作篮左端为基准，取最大偏载距离。 风载荷计算 C q A（ N） 其中 C 风力系数。根据单片结构的风力系数表，取 C=h 风力高度变化系数。见图。 q 计算风压（ N/（风速在沿海为 20m/s） 根据起重机计算风压，取 50N/ 度稳定性计算）， 50 N/ 阻力计算） A 垂直于风向的迎面面积（ 1）迎面面积统计 (单位： 工作篮以钢管桁架，充实率取 架及工作篮臂为实体，充实率取 1，得： A 13 0 45 72 完全伸出 10 20m： 10m： 0 20m： 10m： 完全 伸出（ 10 20m： 0 0 10m： 0 20m： 0 0 10m： 全缩回 10 20m： 0 0 10m： 0 20m： 10m： ：以上数据从图中测得 2）以各部分的形心作为风载荷的作用点，作用点高度统计（单位 m） A 13 0 45 72 完全伸出 10 20m： 10m： 0 20m： 15 0 10m： 完全伸出（ 16m） 10 20m： 0 0 10m： 0 20m： 0 0 10m： 全缩回 10 20m： 0 0 10m： 0 20m： 10m： ：以上数据从图中测得 3）风载荷数据（单位： N） C q A（ N） 13 0 45 72 完全伸出 4060 4133 不完全伸出（ 16m） 3331 3331 完全缩回 2772 2810 1） 对整车倾翻力矩（单位： N m） h（ N m） 13 0 45 72 完全伸出 16034 23468 不完全伸出（ 16m） 4331 4664 完全缩回 3881 8152 部分重心位置计算 工作臂及工作篮重心位置 1）工作臂部分。 包括： 1号臂； 2号臂； 3号臂；伸缩油缸及滑轮组、拖链机构及油管、电缆；总重量： 设重心在工作臂中心线上，以工作臂左端为基准，计算总体重心； 根据 伸缩状态 重心位置 X 完全伸出 完全伸出（ 16m） 全缩回 图： 有上图可测得工作臂在各工况重心位置 工作臂 13 0 45 72 完全伸出 完全伸出（ 16m） 全缩回 ： 以回转中心与地面交点为基准，单位 2）工作篮部分。包括工作篮及调平油缸、摆动马达。总重 由 中数据，从图中测得： 工作篮 13 0 45 72 完全伸出 完全伸出（ 16m） 全缩回 ： 以回转中心与地面交点为基准，单位 3）工作臂及工作篮 合计以上两项，总重 工作篮 13 0 45 72 完全伸出 完全伸出（ 16m） 全缩回 ： 以回转中心与地面交点为基准，单位 回转中心以上部分重心计算 包括：平台、配重、平台上的安装件（包括发动机、液压泵、液压油箱、燃油箱、回转马达。电气设备等）及 重 根据 回转部分 13 0 45 72 完全伸出 完全伸出 （ 全缩回 ： 以回转中心与地面交点为基准，单位 整车重心计算 包括：整车除载荷外所有部件。总重： 根据 整车 13 0 45 72 完全伸出 完全伸出（ 16m） 全缩回 轴距支撑面半径 r=地、空载、静止情况下，整车稳定性安全系数： n 空 =1750 载情况下，重心位置计算 由 从 中测得工作载荷作用位置。重量： 工作载荷 13 0 45 72 完全伸出 完全伸出 （ 全缩回 ： 以回转中心与地面交点为基准，单位 臂重心位置 总重： 可得： 工作臂、满载 13 0 45 72 完全伸出 完全伸出（ 16m） 全缩回 . 满载工况下，回转重心以上部分重心计算 总重： 据 . 中数据可得： 回转部分、满载 13 0 45 72 完全伸出 完全伸出（ 16m） 全缩回 车重心计算 总重： 据 整车、满载 13 0 45 72 完全伸出 完全伸出（ 16m） 全缩回 轴距支撑面半径 r=1 地、满载、静止情况下，整车稳定性安全系数： n 空 =1750 度对稳定性影响（最大工 作坡度最） 空载、平地时，各工况下是车辆倾翻的最大作用力矩 M 空 =G 车重 g （ 1750- ） 10 单位： N m G 车重 整车重量，单位： kg g 重力加速度，取 2 整车重心的横坐标值，单位： M 空 1 13 0 45 72 完全伸出 103 103 不完全伸出 （ 103 103 完全缩回 103 103 空载、 5坡时，各工况下使车辆侧翻的最大作用力矩 M 空 2= M 空 M 空 2 13 0 45 72 完全伸出 162 103 103 不完全伸出（ 16m） 103 103 完全缩回 203 103 103 满载时，各工况下使车辆侧翻的最大作用力矩 M 满 1 13 0 45 72 完全伸出 103 103 不完全伸出 （ 103 103 完全缩回 103 103 满载、 5坡时，各工况下使车辆侧翻的最大作用力矩 M 满 2 13 0 45 72 完全伸出 103 103 不完全伸出 （ 103 132 103 完全缩回 103 103 空载、 5坡时，坡度对车辆产生的侧翻力矩 M 空 12= G 车重 g 10 单位： N m G 车重 整车重量，单位： kg g 重力加速度，取 2 整车重心的横坐标值，单位： 空 2 13 0 45 72 完全伸出 103 103 不完全伸出 （ 103 103 完全缩回 103 103 满载、 5坡时，坡度对车辆产生的侧翻力矩 M 满 2 13 0 45 72 完全伸出 103 103 不完全伸出 （ 103 103 完全缩回 103 103 论 由表 M 空 2 M 空 2 由表 M 满 2 M 满 2 由此可知：在工作范围内，车辆不会倾翻。 由 ），可知在各工况下风载荷产生的倾覆力矩 其于满载时、坡度对车辆产生的侧翻力矩叠加得：（单位： N m） M 满 2 + 13 0 45 72 完全伸出 103 103 不完全伸出 （ 103 103 完全缩回 103 103 由表 对比得： M 满 2 + M 满 2，可知：在 5坡、满载、规定风力作用下，车体能够保持稳定，不发生倾覆。 其中较危险工况为： 5坡、满载、规定风力作用下，工作臂完全伸出、变幅 45时； 5坡、满载、规定风力作用下，工作臂完全伸出、变幅 72时； 在 车的稳定性计算 重心坐标及倾翻力矩计算 工作载荷取 230=345加重量 车总重： 表 1, 13 0 45 72 完全伸出 完全伸出 （ 全缩回 斜坡下，最大允许侧翻力矩： 13 0 45 72 完全伸出 103 103 不完全伸出 （ 103 103 完全缩回 103 103 注：根据 位 N m。 5斜坡下，坡度对车辆产生的侧翻力矩 13 0 45 72 完全伸出 103 103 不完全伸出 （ 103 103 完全缩回 103 103 注：根据 位 N m。 加入风载荷 W 13 0 45 72 完全伸出 103 103 不完全伸出 （ 103 103 完全缩回 103 103 注：由 ）数据得。 结论 由表 1+可知：在 5斜坡、 工作载荷下，在工作范围内，车辆不会发生侧翻。最危险工况发生在：变幅 45，大臂全伸时。 在工作臂 动载荷作用下，整车稳定性计算 大臂重量取 加重量： 重： 心坐标 13 0 45 72 完全伸出 完全伸出 （ 全缩回 斜坡下，最大允许侧翻力矩： 13 0 45 72 完全伸出 103 103 不完全伸出 （ 103 103 完全缩回 103 103 注：根据 位 N m。 加入风载荷 5斜坡下，坡度对车辆产生的侧翻力矩 13 0 45 72 完全伸出 103 103 不完全伸出 （ 103 103 完全缩回 103 103 注：根据 位 N m。 加入风载荷 W 13 0 45 72 完全伸出 103 103 不完全伸出 （ 103 103 完全缩回 103 103 注：由 ）数据得。 结论 由表 2+可知： 5斜坡、 大臂动载荷下，在工作范围内，车辆不会发生侧翻。最危险工况发生在：变幅 45，大臂全伸时。 结论 作业车在各工况下的稳定性： 安全系数计算：（车辆侧翻总力矩 =车重支撑半径） N= 状态 最危险工况 力矩差值计算 稳定性安全系数 空载 变幅 72， 完全缩回 n=载 变幅 72， 完全缩回 n=载、 5坡 变幅 72， 完全缩回 表 m n=载、 5坡 变幅 72， 完全缩回 表 m n=载、 5坡、计入风载 变幅 45，完全伸 表 与 m n=载、 5坡、风载、 变幅 45，大臂全伸时 表 N m n= =载、 5坡、风载、 变幅 45，大臂全伸时 表 N m n= =. 起吊工况重心位置 起吊运输工况 空载、大臂变幅 完全缩回，回转至正前方 重心坐标（ 起吊运输时，整车重心偏离回转中心 保证整车平衡。 2. 工作臂受力计算（满载工况） 工作臂在 0、 45、 72四种幅度下最大伸出情况作图： 由回转中心与工作臂铰点水平距离 1764表 作臂重心与铰点水平距离；根据上图由变幅油缸作用力臂。 幅度 0 45 72 重心与铰点水平距离 幅油缸作用力臂 ：单位 变幅油缸推力计算 计算变幅油缸推力 F 变幅 （工作臂满载总重 1) 幅度 F 变幅 =) 幅度 0， F 变幅 =) 幅度 45， F 变幅 =) 幅度 72， F 变幅 =计算工作臂铰点受力 根据图中各工况变幅油缸与水平线夹角 ，和变幅油缸推力，计算工作臂铰点所受水平力 F 铰 x。 1) 幅度 ,F 变幅 = =3， F 铰 x=) 幅度 0 ,F 变幅 = =19， F 铰 x=) 幅度 45 ,F 变幅 = =62， F 铰 x=) 幅度 72， F 变幅 = =83， F 铰 x=据变幅油缸推力 F 变幅 、工作臂总重 工况变幅油缸与水平线夹角 ，计算铰点竖直方向受力 F 铰 y。 1) 幅度 F 变幅 = =3， F 铰 x= 铰 y+ F 变幅 =0 得： F 铰 y=) 幅度 0， F 变幅 = =19， F 铰 x= 铰 y+ F 变幅 得： F 铰 y=) 幅度 45， F 变幅 = =62， F 铰 x= 铰 y+ F 变幅 得： F 铰 y=) 幅度 72， F 变幅 = =83， F 铰 x= 铰 y+ F 变幅 得： F 铰 y=论 工作臂受力列表（单位： T） 幅度 0 45 72 油缸推力 点受力 水平 直 选型计算 根据稳定性计算表 满载大臂变幅 72，完全收回时，回转支承受力最大，该工况重心距回转中心 轴向力： 翻力矩： M= m（用于螺旋校核） 取回转支承安全系数 k= m（用于回转支撑校核） 根据马鞍山方圆回转支承提供承载曲线图（ 01 10 型回转支承） 选择 回转支承，配 合要求。 齿轮计算 回转支承参数：外齿 104 个，模数 8，齿宽 60轮圆周力 105子圆周直径 d=710 与其配合小齿轮参数：齿数 17，模数 8，齿宽 70变位 a 由变位齿轮中心距 a=m（ 2z 21 ）； 中心距变动系数 y=221 1）； 啮合脚 = 21 12 2(； m=8， 04， 7， x1= =20。 ，求中心距 a。 a= 回转扭矩计算 大臂变幅 45，完全伸出时回转阻力最大，用该工况计算回转扭矩 1）摩擦阻力矩 由上车侧翻力矩 m，轴向载荷 计算回转支承两端受压 F 远 、 F 近 F 远 m 得： F 远 =F 近 = F 远 +轴承的摩擦力矩计算： F 轴承摩擦力矩，单位： T 轴承摩擦系数，取铰接触球轴承摩擦系数 F 轴承载荷： F=F 远 +F 近 =d 轴承内径 ,710 得 020N m 2）在 5坡上时，产生的坡度阻力。 根据 作臂完全伸出，变幅 45工况。 坡度阻力矩，单位 T 回转台上部重量， X 重心距回转中心最大水平距离， 408N m 取等效风阻力 p m 3）风阻力矩 在大臂完全伸出、变幅 45，工况风阻力矩 W 侧面应付阻力，由表 060N， 形心与回转中心距离：根据 m 取等效风阻力 ）由回转部分自重产生的惯性力矩 设回转平台 5s 由启动加速至最高转速 1r/ 回转平台上部对回转中心转动惯量计算： 由 1号臂前段： G g= =号臂后段： G g= 号臂： （ g = 号臂： G（ g = 缩油缸前段： G g= 缩油缸后段： G g= 链机构： G（ g =( /3 作篮： g=1987幅油缸： G g= 3台： G g=4 2196 80重： g=1800 台附件： g=作载荷： g=230 J=性力矩： J n 回转速度， 1r/t 启动制动时间， 5s 惯性力矩，单位： N m 得： 回转阻力矩： T=g=1020+526+m=m 齿轮受力计算 齿轮受力： F=T/= 回转阻力矩，取 m。 齿轮分度圆直径，单位： m。 回转支承齿轮圆周力为 83轮受力满足。 小齿轮输入扭矩及转速 由传动比 i=Z 1/Z 2=104/17=要的输入扭矩 M=T/i=m 平台最高转速 1r/齿轮转速 n= 论 回转支承选型数据 回转支承 配 模数 齿数 齿宽 变位系数 回转支承齿轮参数 8 104 60 5 配合的齿轮参数 8 17 70动比 实际中心距 转动阻力矩 输入最大转速 配合参数 91 59900N m 车轮受力计算 计算工作状态时支承反力 按刚性车架计算支撑反力，底盘为 4点支承。 底盘重力为 转平台之上重力 心在支承面上的投影 E，回转重心 o，臂架所在平面与 转部分重心会回转重心距离 e。 刚性车架 4个支撑点在静止状态垂直反力分别为： -+ + - - 式中： 底盘自重，取 回转平台以上自重，取 旋转部分荷载对回转中心力矩，在 x、 e+M 坡 +M 风 ）， e+M 坡 +M 风 ）； L 跨距， B 轴距， e 回转部分重心到回转中心距离； 臂架所在平面夹角 由极值条件 =0，求出当 =臂架垂直于支撑面对角线 D 最小，此时 = 5。考虑到坡度和风载的影响，由表 坡 =m，由表 风 =m 由表 回