车辆工程毕业设计（论文）-GKT-13型高位举升路灯维护车改装设计（底盘、液压部分）【全套图纸】 .doc

本科学生毕业设计gkt-13高位举升路灯维护车改装设计（底盘、液压部分） 院系名称： 汽车与交通工程学院 专业班级： 车辆工程 学生姓名： 指导教师： 职 称： 教授 the graduation design for bachelors degreethe top digit lifting street light maintenance vehicle re-equips the design of gtk-13（chassis，hydraulic pressure part）candidate：specialty： vehicle engineeringclass： b07-6supervisor：prof. heilongjiang institute of technology 摘 要在人们生活水平日益提高的今天，越来越多的高空作业问题围绕着我们，并且困扰着我们，主要的原因是由于使用的举升方法既不便捷，也不专业，更不安全，占用了大量人力、物力，并造成了很多财务、资源浪费。因此特拟定自行走小型举升车这样一个设计题目，利用所学习的知识，借鉴前人的产品，设计出有特色的专用举升车辆，从而给人们生活带来方便。设计承担的任务是设计三类底盘的设计和液压系的统设计，三类底盘的设计即为横梁、纵梁的布局，液压系的统设计主要完成液压系统原理、液压油箱以及支腿机构的设计。机械举升部分采用三节举升臂，利用金属焊接及销轴连接组合各臂，使用平行四边形的四连杆变形对吊篮进行调平，通过对液压系统控制来完成特定的动作；液压控制系统包括选取液压缸、控制系统及元件的选择。设计依据国家标准和机械行业标准，通过查阅机械设计手册等书籍，利用相关计算公式和材料信息，系统的对机构进行了强度校核，验证了设计的合理性，确定了各零件的使用材料、外形尺寸和加工方法，并完成了整体构架的装配方案，使机构能够实现最大举升达10.79m这样一个高度。全套图纸，加153893706关键词：曲臂式高空作业车；举升机构；液压系统设计；小型；设计abstractin peoples standard of living increased today, more and more aerial problems around us and haunt us, the main reason is due to the lifting method is neither convenient nor professional, more insecurity, which takes a lot of manpower, material resources, and caused a lot of financial, resource waste. therefore, developing their own special take such a small lift truck design topic, the use of the knowledge acquired, the previous reference products, designed with special features lift vehicle, to bring convenience to peoples lives. the task is designed for selecting three chassis design of hydraulic design, three types of ec namely for the chassis design of longitudinal beams and the integration of layout, hydraulic design mainly complete hydraulic system principle, hydraulic oil tank, and a leg design of organization. and design of lifting mechanism; type selection small vehicles from car chassis, lifting mechanism mainly complete mechanical lifting part design and hydraulic control system design. one mechanical lifting part adopts three lifting arm, using metal welding and pin shaft connecting each arm, the use of combination of a parallelogram linkage deformation of the basket, through adjusting hydraulic system to specific action control, the hydraulic control system, including the selection of hydraulic cylinder, control systems and components.on the basis of the national standards and design of mechanical industry standard, access to mechanical design manuals, etc, using the formula for calculating the related books and materials, the information system of organization, the intensity of the rationality of the design and use of materials, components, the dimensions and processing method and completed the overall architecture of the assembly, the most heavily to realize that institutions such a height of 10.79 m.keywords: song arm type aloft working car；lifting mechanism；hydraulic system design；small；designii目 录摘要iabstractii第1章 绪论11.1 概述11.2 相关技术的现状和发展趋势11.3 设计的主要内容3第2章 总体方案设计分析42.1 方案确定42.2 外形尺寸确定52.3 三类底盘的选择62.4 本章小结6第3章 工作机构设计83.1 确定尺寸及材料83.2 受力分析103.3 本章小结16第4章 辅助机构设计174.1 回转机构简介174.2 支腿机构设计计算174.2.1 支腿跨距的确定174.2.2 最大载荷时支腿力的计算204.2.3 撑脚接地面积确定214.3 取力器布置方案及基本参数选择214.4 本章小结22第5章 液压系统设计235.1 主要机构液压回路的设计与分析235.1.1 变幅回路235.1.2 回转机构245.2 主要液压元器件的选择计算265.2.1 驱动液压缸的计算确定265.2.2 液压泵的选型计算315.2.3 液压控制阀的选用335.2.4 油箱容积与管路内径计算345.2.5 管路内径计算355.2.6 液压油的选用365.3 本章小结36第6章 整车性能计算分析376.1 动力性计算376.2 高空作业车汽车变速器速比376.2.1 发动机外特性376.2.2 汽车的行驶方程式396.2.3 动力性评价指标的计算406.3 燃油经济性计算446.4 稳定性计算456.5 本章小结45结论46参考文献47致谢48附录49第1章 绪 论1.1 概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。1.2 相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1。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。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 m共7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 m高空作业车和qkh8-19-8起重机高空作业车。锦州中型机械股份有限公司今年也完成了22 m、32 m、50 m大高度高空消防救援车的研制，徐州中型机械厂完成了67 m大高度高空消防救援车的研制2。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99.9%，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3。1.3 设计的主要内容 设计主要承担的任务是液压系统、三类底盘的设计，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：机械举升部分的选取（包括举升臂的选材、外形尺寸的确定等）；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（支腿的设计计算、油箱的设计等）。第2章 总体方案设计分析2.1 方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4。图2.1所示即为整个举升机构系统简图，其中ab、bc、cd为承重臂，dh为基础臂，ab、cd为调平辅助臂，i、ii为液压缸，e、f、g、h分别为液压缸与基础臂及承重臂的绞接点。图2.1 举升机构总体结构图工作原理：在平行四边形aabb中，通过控制液压缸i的长度来控制的角度，从而使点a以ab为半径，b点为圆心作圆弧运动；在平行四边形ccdd中，通过控制液压缸ii的长度来控制的角度，从而使点c以cd为半径，d点为圆心作圆弧运动。平行四边形aabb与平行四边形ccdd共用一条公共边bc,平行四边形ccdd的另一条边dd为基础臂，只要液压缸i增长，a点就升高，液压缸ii增长，c点就升高（即b点升高）。由此只要控制液压缸i和ii就能控制a点的高度15。2.2 外形尺寸确定如图2.2所示，初步设定臂cd与臂do所成的最大角度为150，臂cb与臂ab所成的最大角为135。do长2200mm，dc长3000mm，bc长2200mm，ab长4500mm。图2.2 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2.1、2.2所示。表2.1 理论长度参数 mm 最小高度最大高度整体长22001020036004500220030002200表2.2 理论角度参数最大值最小值ab与bc的角度135 53 cd与od的角度150 43 2.3 三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，同样的对于本车的设计，设计选取三类底盘是由价格与性能的决定6。已知工作臂的长度，选用型材q235结构用冷弯空心型钢，可估算工作臂部分总重约为700kg；预估转台和支腿等其他辅助装置质量为300kg；额定载荷为200kg。则 m=700+300+200=1200kg经计算工作机构长度约为折起后4000mm，宽度不超过2000mm。表2.3 底盘技术参数底盘型号整车重量(kg)2000吊斗载重(kg)200外形尺寸（长宽高）mm390019503070轴距(mm)2300轮距（前/后）(mm)1950/1950发动机型号cy4102bzlq额定功率(kw)55转速（r/min）36002.4 本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10200mm+590mm=10790mm。通过确定的总体参数，最后确定本次设计选用的三类底盘。第3章 工作机构设计3.1 确定尺寸及材料表3.1中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50mm的余量，需要拉杆的工作臂还要留有300mm的余量，表3.1既为各臂的实际参数。表3.1 实际长度参数 mm 460046002700310031002250 根据表3.1即可计算出各承重臂的质量。臂ab重量：=460024.517 kg112.8kg 臂ab重量：=46008.594 kg=39.5kg臂bc重量：=270045.3 kg =122.3kg臂cd重量：=310034.0 kg105.4kg臂cd重量：=31006.710 kg20.8kg臂do重量：=225056.3 kg126.7kg 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3.2和各臂的基本参数见表3.3。表3.2 材料参数6基本尺寸截面面积 f理论质量 gkg/m惯性矩截面模数长宽厚ab180100631.23224.5171809.531523.767145.503104.753ab9060410.9478.594117.49962.38726.11120.795bc200150957.6745.331702020317270cd200100843.234.02091705209141cd705048.5476.71054.66332.21015.61812.884do2201501071.756.356872584455345绘制结构简图及部分参数计算表3.1为图3.1中的基本参数，由直角三角形中的角度公式可以得出：arctanarctan0.2514arctanarctan0.116.3arctanarctan0.3318.5arctanarctan0.179.5be=41.2cmbf=90.5cmdg=31.6cmdh=91.2cm 图3.1 各臂的结构简图表3.3 各臂中的基本参数长度abbeeebcbfffcddgggdodhhhmm45004020220018002530003002522001900303.2 受力分析1、对臂ab进行受力分析当臂ab水平时，如图3.2所示。ebf=90-=90-14-6.3=69.7ef= =1600mmsbef = sbef h900mm相对b点进行受力分析 h0 24kn液压缸与水平所成的角度为72.5b受力为 8.35kn13.45kn 16.65kn图3.2 臂ab水平位置受力分析图当臂ab举至最高位置时，如图3.3所示。ebf=150-=150-14-6.3=120ef= =2100mmsbef = sbef h650mm相对b点进行受力分析sin30sin30h021.3kn图3.3 臂ab最高位置受力分析图液压缸与水平所成的角度为68.5b受力为 4.0kn 22.3kn 24.5kn2、对臂bc进行受力分析当臂ab水平时臂bc所受力最大，如图3.4所示。 7.5kn 0 0 23.7kn 23.7kn 又5.28kn22.2kn31kn 32.3kn图3.4 臂bc受力分析图3、对臂cd进行受力分析当各臂位置如图3.5所示时，液压缸ii所受的压力最大。 90-18.5-9.573 1800mm 又 685mm 16.4kn液压缸ii与水平方向所成的角度为68.3对d点受力分析0016.2kn19.3kn25.2kn图3.5 臂cd受力分析图当各臂位置如图3.6所示时，液压缸ii所受的拉力最大 13518.59.5107 1800mm 又 454mm 8.4kn图3.6 臂cd受力分析图液压缸ii与水平方向所成的角度为82.4对d点受力分析0021.3kn12.3kn24.3kn=48.5kn3.3 本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位置。 第4章 辅助机构设计4.1 回转机构简介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7。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zbt530001-1986的要求，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/min，回转过程中的起动、回转、制动要平稳、准确、无抖动、晃动现象，微动性能良好8。4.2 支腿机构设计计算路灯安装车的支腿机构起调平和保证整车工作稳定的作用，要求坚固可靠，操作方便。支腿机构是大多数高空作业车所必备的工作装置，目前均采用液压支腿。这类装置是利用从汽车发动机取出的动力来驱动液压泵，通过控制阀把液压泵产生的液压油供给液压支腿的工作缸，实现支腿伸缩。其优点是操作简单，动作迅速。液压式支腿按数量来分有双支腿和四支腿两种。双支腿的两个支脚布置在起重装置下的车体两侧，起支撑点只有两个，因而支撑能力低，稳定性差。本次设计选取四支腿形式。其中两个支腿安装在汽车的后部，另两个支腿安装在前后轮之间。在作业车的两侧，一般具有操纵杆，可使前、后、左、右4个液压支腿单独地伸出或缩回，所以即使在不平整或倾斜的地面上，也能把车调整到水平状态，提高了整车作业时的稳定性9。4.2.1 支腿跨距的确定1、支腿横向跨距路灯安装车的支腿一般为前后设置，并向两侧伸出，如图4.1所示。支腿支撑点纵横方向的位置选择要适当，其原则是作业平台在标定载荷和最大作业幅度时，整车稳定性要达到规定的要求10。图4.1高空作业车的支腿跨距支腿横向跨距：支腿横向外伸跨距的最小应保证路灯装车在侧向作业时的稳定性，即全部载荷的重力合力落在侧倾覆边以内，并使绕左右倾覆边ab或dc的稳定力矩大于倾覆力矩。1/2支腿横跨距a应满足： mm由于车总宽b=1950mm，且2ab，故取 mm式中：g1转台重力，n；g2底盘重力，n；gb臂架重力，n；q 作业平台重力，n；q 作业平台标定载荷，n；l1 转台重力中心至回转中心的距离，mm；r臂架重力中心至回转中心的距离，mm；r作业半径（臂幅），mm。2、支腿纵向跨距支腿纵向跨距的确定和横向跨距确定的原则一样，应绕前、后倾覆边bc或ad的稳定力矩大于倾覆力矩。当作业平台在车辆后方作业时，可得后支腿支撑点至回转中心的距离b1应满足： mm式中：l2 底盘质心至回转中心的距离。 同理，可得前支腿支撑点至回转中心的距离b2为： mm支腿的纵向跨距： 因此取mm；mm。故前两支腿反力 后两支腿反力 4.2.2 最大载荷时支腿力的计算 该高空作业车工作时，支承在a、b、c、d 四个支腿上由于回转工作部分的回转变幅作业等运动，则作用工作面内必然产生附加力矩。1、当臂ab水平时，见图3.2所示。 产生的附加支承反力为 2、当臂ab举至最高位置时，见图3.3所示。 附加支承反力为 可见，状态一最危险。所以，支腿液压缸最大封闭压力为： 4.2.3 撑脚接地面积确定为了使路灯安装车工作时能在规定的地面承受压力不下陷，且保证在不同地面能可靠支撑，支承脚要有足够的接地面积sj，保证在最大支反力fmax下对地面的压强不大于地基强度，即： mm2 mm2 取 mm2。 式中：地基强度，一般为1.6mpa。4.3 取力器布置方案及基本参数选择各类专用汽车的专用工作装置的动力来源，主要由汽车发动机提供。取力器就是其中一种动力输出的专用装置，它能够实现从发动机取出部分功率，用于驱动各类液压泵、真空泵、空压机以及各类专用汽车工作机械11。 专用车取力方案的布置取决于取力方式。常见的取力方式分类： 1、发动机取力 从前端取力：从发动机前端取力的特点是采用液压传动，适合于远距离输出动力，常用于长头式汽车底盘改装的大型混凝土搅拌运输车。从发动机飞轮后端取力：从飞轮后端取力的特点是取力器不受主离合器影响，传动系统与发动机直接相连，取力器到工作装置距离短，传动系统简单可靠，取力功率大，传动效率高。此种方案应用较广，适用于平头式汽车改装的大中型混凝土搅拌车。2、变速器取力从一轴取力：从变速器一轴取力的布置方案又称为变速器上置式取力方案。此种方案取力器叠置于变速器之上，用一惰轮与一轴常啮合齿轮啮合获取动力，需要改制原变速器顶盖。此种应用方案应用很广，自卸车冷藏车垃圾车等一般均采用此种方案。从中间轴齿轮取力：此种取力方案较为常见，又称侧置式取力，又分为左侧和右侧布置方案。3、传动轴取力传动轴取力方案是将取力器设计成一个独立结构，置于变速器输出轴于汽车万向传动轴之间，固定在汽车车架上不随传动轴摆动、伸缩。设计时使用可伸缩的附件传动轴与其相连，并应注意动平衡与隔振、消振。4、分动器取力 分动器取力布置方案主要用于全轮驱动的牵引车、汽车起重机，用来驱动绞盘或起重机构。从取力器到工作装置间可采用机械传动或液压传动。本设计选用底盘为三类底盘，所以可选用从中间轴齿轮取力的布置方案，选取的的取力器是变速器自带取力器型号为df6s750。4.4本章小结本章首先对所设计的交通设施高空作业车的回转机构的回转支撑机构进行了受力分析，从而计算出它的受力情况，并确定了回转支撑机构的主要尺寸参数。然后对交通设施高空作业车的支腿机构进行了分析，估算出了支腿的横向跨距、纵向跨距以及支撑脚的接地面积，使其能够稳定的工作。另外，本章中也对取力器的布置进行了分析，并选择了适合的取力器。第5章 液压系统设计交通设施高空作业车型采工作装置为液压驱动，360全回转。作业车主要工作机构的液压回路分成变幅机构、回转机构、和支腿收放这几部分。其中回转机构由液压马达控制，上下吊臂的动作由液压缸控制,在此次设计中主要是对这两部分进行液压设计，而支腿是用于支撑整机，同时调整整机平衡12。5.1主要机构液压回路的设计与分析5.1.1 变幅回路变幅就是用液压缸来改变上下臂的角度。变幅液压缸由三位四通电磁换向阀来控制，为防止在变幅作业时因自重而使吊臂下落，在油路中设有平衡回路。图5.1 变幅机构回路1、动作分析由于上下臂机构相似，所以只需要分析其中之一即可。当换向阀置于左位液压泵换向阀左向节流阀左平衡阀液压缸右平衡阀右节流阀换向阀油箱当电磁换向阀置于右位液压泵换向阀右向节流阀右平衡阀液压缸左平衡阀左节流阀换向阀油箱当电磁换向阀处于中位时，液压缸不运动。2、性能分析行驶状态时，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升展至一定高度，将工作人员送至工作位置。上臂和下臂、下臂和转台铰接处均设有专门的滑动轴承，保证工作臂转动时阻力小，运动平稳13。5.1.2 回转机构回转机构采用液压作为执行元件，液压马达通过蜗轮蜗杆减速箱和一对内啮合的齿轮来驱动转盘。系统中一个由三位四通手动换向阀控制转盘的正转、反转和不动三种工况。图5.2 回转机构回路1、动作分析换向阀置于左位液压泵换向阀梭阀液压缸制动器松开左节流阀 液压马达换向阀置于右位液压泵换向阀梭阀液压缸制动器松开右节流阀 液压马达换向阀置于中位整个回路卸荷，制动器液压缸在自身弹簧的作用下迅速刹住液压马达。2、性能分析进行回转时，液压马达输出动力，通过回转减速机减速后带动输出轴上的小齿轮旋转，小齿轮与回转支承的齿圈啮合，由于回转支承的齿圈与车架刚性连接，因而回转减速机带动与之相连的转台回转。如图5.2所示， 换向阀处在中位时，整个回路卸荷，制动器液压缸在自身弹簧的作用下迅速刹住液压马达。这样，即使液压马达有内泄露也能保证吊臂被迅速制动住,保证了安全性。5.1.3 整车液压回路设计1、系统分析系统中只有当单向阀的电磁线圈y1接通，变幅机构和回转机构才能进行工作。回转机构的马达外控口都与油箱直接相连，起到一定的保护作用，在每个液压缸的进回油回路中都设节流阀调速，在整个系统中安全阀作为系统的安全保证。整个系统设置合理，采用模块设计。2、性能分析系统的设计除应满足主机要求的功能和性能外，还考虑符合质量轻、体积小、成本低、效率高、结构简单、使用维护方便等一般要求及工作可靠这一特别重要的要求。系统设计的出发点，可以是充分发挥其组成元件的工作性能，也可以是着重追求其工作状态的绝对可靠。前者着眼于效能，后者着眼于安全；实际的设计工作则常常是这两种观点不同程度的组合。在整个液压系统设计中，考虑到由于液压马达存在内泄，平衡阀不能锁住停在空中的重物，必须靠制动器使重物可靠地停在空中。在开式回路中再次提升重物时，当制动器打开先与系统建立起负载压力或制动器开启虽与系统建立起负载同步，但流向马达的流量如小于马达的泄露流量，会产生二次下滑。采用压力记忆回路虽可保证制动器开启与系统建立起负载压力同步，但系统复杂。采用负荷传感回路，可使制动器打开的同时系统压力也建立起来，有效地消除因马达内泄产生的二次下滑现象10。马达制动器控制采用的为内控，制动器压力随负载变化而变化，在负载压力小于制动器开启压力时，起升会出现抖动现象。另一方面，为了弥补回路的开启压力。这种回路特别在空钩时会出现抖动现象。在回路上增加背压阀解决抖动现象会使系统效率降低。最好的解决办法是制动器采用恒压外控。这样还可以进一步降低平衡阀的开启压力，提高回路效率，图5.3为液压系统原理图。图5.3 液压系统原理图工作装置如支腿的收放、举升机构的升降、转台的回转等都是通过液压传动系统实现的。汽车发动机将动力通过取力器传递液压泵，液压油经过油箱内的粗滤器吸入齿轮泵，齿轮泵输出的压力油经过细滤器进入工作回路。各工作装置均由电磁换向阀和调速阀控制，不工作时，液压油通过卸荷回路直接回到油箱。支腿不工作时，1ya通电。支腿工作时，2ya通电。双向液压锁保证液压缸能在任意位置上停止，且停止后不在外力的作用下发生位移。上臂上升时，3ya通电，上臂下降时，4ya通电。5ya通电时，下臂上升。6ya通电时，下臂下降。平衡阀防止作业臂在停止后在重力的作用下自由下降。7ya通电时，回转机构工作。8ya通电时，回转机构不工作14。5.2主要液压元器件的选择计算5.2.1 驱动液压缸的计算确定设计液压缸时，要在分析液压缸系统工作情况的基础上，根据液压缸在机构中所要完成任务来选择液压缸的结构形式，然后按负载、运动要求、最大行程来确定主要尺寸15。液压缸确定1、上臂液压缸内径d的确定根据载荷力的大小和选定的系统压力来计算液压缸内径d： 计算公式： =3.57 -液压缸内径（m） -液压缸推力（km） -根据车型选定的工作压力16mp9 式中 -上臂自重,由计算为1100 -上臂长度，为4500mm -高空作业车吊篮最大承受力，由计算知为3000-为力距，由计算得5m。可得 所以 按机械设计手册4表23.6-33给出的缸筒内径尺寸系列圆整成标准值，即取：d=80mm2、活塞杆直径的确定 根据速度比的要求来计算活塞杆直径： -活塞杆直径() -液压缸直径() -速度比液压缸的往复运动速度比，一般有1.46 1.33 1.25和1.15等几种，取2由机械设计手册4表23.6-57(p23-191)查得：d=0.707d 将代入式(4) 得： d=56.56查机械设计手册4表23.6-34 液压缸活塞杆外径尺寸系列。取液压缸活塞杆外径尺寸3、液压缸行程的确定由于上下臂工作状态最大夹角为时，上臂油缸伸出为最大。可求出此长度为 ： l油缸的最大行程一般取此长度的一半，参照表5.1（gb23491980）液压缸行程选择如下：表5.1（gb23491980）2550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000取4、液压缸结构参数的确定（1）缸筒壁厚的确定 -液压缸缸筒厚度(); -试验压力()。取，即，。 -液压缸内径（m）； -刚体材料的许用应力（），取。代入，得：=5.0mm代入相关数据计算最后得：5.0mm（2）缸体外径的确定 d=90 查机械设计手册4表23.6-60圆整液压缸外径为90。5、下臂油缸的相关尺寸设计计算与上臂液压缸计算类似（过程省略）（1）液压缸内径d 取d=125mm（2）活塞杆直径 取（3）液压缸行程s （4）液压缸结构参数的计算缸筒壁厚 20mm 缸体外径 取液压缸外径为150。6、支腿油缸的相关尺寸设计计算与上臂液压缸计算类似（过程省略）（1）液压缸内径d 取（2）活塞杆直径 取（3）液压缸行程s （4）液压缸结构参数的计算5缸筒壁厚 5mm 缸体外径 取液压缸外径为90。7、液压缸活塞杆强度校核 式中 液压缸最大载荷，即，n 材料的屈服极限， 屈服极限安全系数，取 （1）上臂液压缸 故上臂液压缸满足强度条件（2）下臂液压缸 故下臂液压缸满足强度条件（3）支腿液压缸 8、液压缸的工作压力 式中 液压缸效率， 回油背压，取 （1）上臂液压缸 （2）下臂液压缸 （3）支腿液压缸 9、液压缸的