机械毕业设计（论文）-高空作业车抬升液压支架设计【全套图纸】

图书分类号： TD402 密 级：公开 毕业设计(论文) 高空作业车抬升液压支架设计高空作业车抬升液压支架设计 THE DESIGN OF UPLIFT HYDRAULIC SUPPORT OF AERIAL VEHICLES 学生姓名 学院名称机电工程学院 专业名称机械制造及其自动化 指导教师 2008 年6 月2 日 徐州工程学院毕业设计(论文 ) I 徐州工程学院学位论文原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 徐州工程学院学位论文版权协议书 本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。 徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件 和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的 全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进 行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 徐州工程学院毕业设计(论文 ) II 摘要 本文主要以“GKZ 型高空作业车”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。 关键词关键词 高空作业车；结构设计；液压传动系统设计；液压缸 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 徐州工程学院毕业设计(论文 ) III Abstract In this paper, to “GKZ high-altitude vehicles“, under the arm to study the structure of the upper and lower arm to the vehicle structure and the design of the hydraulic system. Mainly conducted in two parts on, high-altitude vehicles under one of the largest 10 meters high degree of operating, to meet the high degree of operating under the premise of a high-altitude operations arm of the structural design: First, the use of operating arm asked to choose the type of material and secondly in accordance with the largest Operating highly determined, under the arm length; another use of force analysis to determine the strength of the arm section size and location of the fuel tank of the hinged; further strength, stiffness, the stability of checking to see whether the size of the operating arm to meet the requirements . To impose uniform loading and constraints, structural strength and stiffness analysis, risk or danger point cross-section of the stress and deformation. Finally draw operating arm and hand, arm parts under the plans. And hydraulic control of the mainly refers to control the movement from top to bottom arm Change hydraulic cylinders. In a detailed record of the agencies operating at high altitude upper arm hydraulic cylinders and hydraulic cylinders under the arm of the design process. In determining the parameters of the hydraulic system components, based on the completion of the hydraulic system design and calculation. Key words high-altitude vehicles structural design hydraulic system design hydraulic cylinders 徐州工程学院毕业设计(论文 ) IV 徐州工程学院毕业设计(论文 ) I 目目 录录 1 绪论.1 1.1 高空作业车的概况及其发展方向.1 1.2 高空作业车的组成1 1.2.1 工作机构.2 1.2.2 金属结构.2 1.2.3 动力装置.2 1.2.4 控制系统.3 1.3 GKZ 型高空作业车的概况.3 1 1.3.1 整机结构简介3 1.3.2 高空作业臂4 1.3.3 作业车作业状态主要技术参数.4 1.1.4 课题的提出5 1.5 本课题所要研究的具体任务5 1.6 本课题研究的意义6 2 高空作业车的结构设计.7 2.1 材料的选择7 2.2 计算上、下臂的长度8 2.3 确定油缸铰点的位置9 2.3.1 确定上臂油缸铰点的位置.9 2.4 上臂截面尺寸的确定9 2.4.1 对上臂进行受力分析.9 2.4.2 计算上臂截面尺寸.10 2.4.3 对上臂进行强度校核.12 2.5 下臂截面尺寸的确定15 2.5.1 对下臂进行受力分析.15 2.5.2 计算下臂的截面尺寸16 2.5.3 对下臂进行正应力校核17 2.6 连接处销轴尺寸的确定20 3 液压系统设计.21 3.1 液压系统的构成21 3.2 液压系统设计概述.21 3.3 设计依据21 3.4 主要机构简述21 徐州工程学院毕业设计(论文 ) II 3.5 主要工作机构液压回路的设计22 3.5.1 高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 4.1 上臂油缸的设计.24 4.1.1 确定液压缸类型和安装方式.24 4.1.2 确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸.24 4.2 下臂油缸的设计计算.28 4.2.1 确定液压缸类型和安装方式.28 4.2.2 确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸29 结论.33 致谢.34 参考文献.35 徐州工程学院毕业设计(论文 ) 1 1 绪论 1.1 高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。 1.2 高空作业车的组成 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。 徐州工程学院毕业设计(论文 ) 2 这四个部分的组成及其作用分述如下： 1.2.1 工作机构 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。 1.2.2 金属结构 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。 1.2.3 动力装置 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 10-20kw，而载重汽车底盘发动机的功率根据载重量不同从 50kw 一直到 150kw 以上，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 徐州工程学院毕业设计(论文 ) 3 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。 1.2.4 控制系统 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。 1.3 GKZ型高空作业车的概况 1 1.3.1整机结构简介 GKZ 型系列高空作业车采用折叠式工作臂结构,工作装置为液压驱动。除高空作业机 构外,GKZ 系列车型还设有起重装置,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 1-1。 徐州工程学院毕业设计(论文 ) 4 图 1-1 高空作业车外形图 1.3.2 高空作业臂 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 1-2 所示。高空作业 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 1-2 图1-2 作业臂示意图 1基本臂(下臂) 2上臂 4上臂油缸 6工作平台 1.3.3 作业车作业状态主要技术参数 作业车的技术参数如下表 1-1 所示： 表 1-1 作业车作业状态主要技术参数 项 目单位数据 最大抬升重量 kg1000 最高抬升高度 m10 抬升速度m/s 1 徐州工程学院毕业设计(论文 ) 5 1.1.4 课题的提出 本课题以“GKZ14型高空作业车” 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， “GKZ14 型 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。 1.5 本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、 徐州工程学院毕业设计(论文 ) 6 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。 1.6 本课题研究的意义 通过本课题的研究，掌握GKZ型高空作业车作业臂的结构设计理论和分析方法，从而 达到优化结构、减轻自重、提高可靠性的目的，为研制GKZ系列工作臂的高空作业车奠定 基础。于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。 徐州工程学院毕业设计(论文 ) 7 2 高空作业车的结构设计 2.1 材料的选择 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A1-A8八级。 (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I类-按正常工作时的等效载荷进行疲劳强度计算。对A6A8工作级别的起重结 构必须进行疲劳强度计算，对A1-A5工作级别的起重机结构，一般可不进 行此项计算。 第II类-按工作时的最大的载荷进行强度和稳定性计算。 第类-按非工作时的最大载荷或工作时的特殊载荷进行强度和稳定性的验算。 (5)对三类载荷情况分别规定了不同的许用应力。 表2-1 许用应力计算公式 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 nI=1.5 1.5 s = 3 = 组合II nII=1.33 1.33 s = 3 = I I 组合III nIII=1.15 1.15 s = 3 = II II 注：表中屈服点应按选取的钢材厚度取不同的值s 由此确定作业臂的材料：根据选材原则及规定，主要选用Q235钢板，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=4mm。 徐州工程学院毕业设计(论文 ) 8 其屈服强度是:=235Mpa.s 根据工作时的最大的载荷进行强度和稳定性计算-结构应按第二类载荷情况进行疲 劳强度、强度和稳定性计算。 所以由表1-1可得安全系数是： nII=1.33 Q235钢板的屈服强度是:=235Ma 许用正应力是：= 1.33 s =176.69 235 Pa 1.33 许用切应力是：= 3 = 102.1 176.69 Pa 3 2.2 计算上、下臂的长度 如图2-1 所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-3，作业臂实际作业时通常在 3075范围内。设计时仰角取75，在图2-1中，起升高度 0 75ABH 0 75HBC AC=8.5。 上臂：L1=AB 下臂：L2=BC 则由三角关系有：ABsin75+BCsin75=8.5 即: (L1+L2) sin75=8.5 L1+L2=8.5/sin75 L1+L2=8.21 式(2.1) 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：L1L2 式(2.2) 由式2-1和式2-2可以取上臂L1=4.20,下臂L2=4.01。 徐州工程学院毕业设计(论文 ) 9 C L2 B L1 A 75 75 H=8.5m 图 2-1作业臂最大仰角 2.3 确定油缸铰点的位置 EF是上臂油缸，GH是下臂油缸。 75 75 H=8.5m L1 E B L2 G H C A 图 2-2油缸工作铰点 2.3.1 确定上臂油缸铰点的位置 取BE=300mm BF=500mm 则由三角关系可得: 2220 2cos150EFBEBFBEBF = 220 3005002 300 500 cos150 =599807.6mm 即 EF=774mm 徐州工程学院毕业设计(论文 ) 10 2. .3.2 确定下臂油缸铰点的位置 取 HC=350mm，CG=450mm， 0 75HCG 由三角关系可得: 2220 3504502 350 450 cos75HG =243472mm 即 HG=493mm 2.4 上臂截面尺寸的确定 2.4.1 对上臂进行受力分析 图 2-3 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 弯矩M x Mmax 300mm 3900mm B F2 F1 A F=9.8KN E 图2-3 上臂弯距图 可列公式: 0MB 则: 300=9.8 39002F F2=127.4KN 又由可得: +F=F20F 1F F1=127.4-9.8=117.6KN 如上图所示的弯矩图:则可得最大弯矩是 Mmax=9.83.9=38.22KN.mx 而梁所需的截面系数，/ WM = 53 38.22. 21.6 10 176.69 KN m m MPa 徐州工程学院毕业设计(论文 ) 11 再将求出来的梁所需的截面系数W值代入式(2.4)。 2.4.2 计算上臂截面尺寸 (1)上臂梁高h的确定 b b1 / WM M-梁的最大弯矩； -所用钢材的许用应力； 、-钢板的厚度，设计时钢板的厚度一样=4mm00 因=则上式可简化为: 式(2.4)0 0.6W h= 因此把计算所得的截面系数和 53 21.6 10wm -3 =4 10 m 可得上臂高 0.6W h= 3 5 0.6 21.6 10 180 4 10 mm (2)上臂梁宽b的确定 徐州工程学院毕业设计(论文 ) 12 b b1 2 F -选定的工作压力（MPa） 。p 其中的计算过程如下： 2 F 当高空作业车上下臂处于如下状态时，如图 4-2。上臂液压缸所受的力最大，即液压 缸具备的最大力必须大于此时的力。 FG上 F2 B 图 4-2 上下臂受力状态 有: 式 112 ) 2 1 (LFLGhF （4.2） 其中:-上臂自重,由计算为。G 3 1.27 10 N -上臂长度，为 4.2m. 1 L -高空作业车吊篮最大承受力，由计算知为F 3 9.8 10 N -点到力的垂直距离，由计算得 0.283m.hB 2 F 代入公式(4.2)得: 33 2 1 (1.27 104.29.8 104.2)0.283 2 F 5 1.55 10 N 将,代入式(4.1), 2 F 5 1.55 10 NMPap16 得: MPa kN D 16 1055 . 1 1057 . 3 2 2 徐州工程学院毕业设计(论文 ) 26 m11 . 0 查5,如表 4-1 给出的缸筒内径尺寸系列圆整成标准值。D 表 4-1 液压缸内径尺寸系列 (摘自 GB/T23481993) ()mm 840125 （280） 1050 （140） 320 1263160 （360） 1680 （180） 400 20 （90） 200 （450） 25100 （220） 500 32 （110） 250 即取: mmD100 (2)活塞杆直径的计算d 根据速度比的要求来计算活塞杆直径d 式(4.3) 1 Dd 式中 -活塞杆直径();dm -液压缸直径();Dm -速度比 22 2 1 2 dD D v v -活塞杆的缩入速度; 2 vmin)/(m -活塞杆的伸出速度。 1 vmin)/(m 此处，取液压缸的往复运动速度比为 1.46,由5表 23.6-57(P23-191)查得: 式Dd56 . 0 （4.4） 徐州工程学院毕业设计(论文 ) 27 将代入式（4.4）得:mmD100 mmd56 查5,如表 4-2 液压缸活塞杆外径尺寸系列（摘自 GB/T2348-1993） 表 4-2 液压缸活塞杆外径尺寸系列 (摘自 GB/T 23481993) ()mm 42056160 52263180 62570200 82880220 103290250 1236100280 1440110320 1645125360 1850140 取液压缸活塞杆外径尺寸如下： 。mmd56 (3)液压缸行程的确定S 由于上下臂工作状态最大夹角为,如图 4-3 所示 0 752 E 500 300 F 图 4-3 上下臂最大夹角图 上下臂铰点位置如上所示,代入数据可求出线段的长度,由此长度计算上臂油缸的EF 最大行程,计算过程如下: 徐州工程学院毕业设计(论文 ) 28 022 1503 . 05 . 023 . 05 . 0COSEF m774 . 0 查5,如 4-3 液压缸活塞行程第一系列()。mm 表 4-3 液压缸活塞行程第一系列()mm 摘自(GB23491980) 255080100125160200250320400 5006308001000125016002000250032004000 由以上条件取 S 值如下: 。mmS250 (4)液压缸结构参数的计算 1)缸筒壁厚的计算 按薄臂筒计算: 式 2 Dpy （4.5） 式中 -液压缸缸筒厚度();m -试验压力()。取，即，。 y pMPappy5 . 1MPappy24165 . 15 . 1 -液压缸内径（m） ；D -刚体材料的许用应力（） ，取。 MPa MPa100 代入式（4.5）中，得： mm MPa mmMPa 12 1002 10024 2)缸体外径的计算 式2 1 DD （4.6） 代入数据得: mmD124122100 1 查机械设计手册 4表 23.6-60(P23-192)圆整液压缸外径为 120。 1 Dmm 4.2 下臂油缸的设计计算 设液压缸单活塞杆双向运动时的负载力相同,不记执行件质量。液压系统工作压力为 P=16MPa。 4.2.1 确定液压缸类型和安装方式 徐州工程学院毕业设计(论文 ) 29 根据主机的运动要求,查5表 23.639,选择液压缸类型为单杆活塞式双作用液压缸。 此类液压缸特点为活塞双向运动产生推、拉力。活塞在行程终了时不减速。 与上一个液压缸相似，查5表 23.6-40 液压缸的安装 (P23-176)选择耳环型安装方 式，这种安装方式使液压缸在垂直面内可摆动,满足下臂动作要求。 4.2.2 确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸 根据主机的动力分析和运动分析,确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸: (1)液压缸内径 D 的计算 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 式D 2 10 p F （4.7） 式中 -液压缸内径（m） ；D -液压缸推力（kM） ；F -选定的工作压力（MPa） 。p 其中（Fg）的计算过程如下：F 当高空作业车上下臂处于如下状态时，如图 4-4。上臂液压缸所受的力最大。此时， 上下臂夹角为，下臂水平放置，上臂抬起与下臂成夹角。 0 75 0 75 F1 C Fg G2 G1 F 图 4-4 上下臂状态 把上下臂当成一个整体，将所受力对 c 点取矩，得： 式hFhFSGSGhF g 2122111 （4.8） 徐州工程学院毕业设计(论文 ) 30 其中: -上臂自重,由计算为。 1 G 3 1.27 10N -高空作业车吊篮最大承受力，由计算知为。F 3 9.8 10N -下臂自重,由计算知其值是。 2 GN 3 1024 . 1 -点 c 到力的垂直距离。 1 hF -点 c 到上臂重力的垂直距离。 1 S 1 G -点 c 到下臂重力的垂直距离。 2 S 2 G -最大起重量，由计算得。 1 FN 3 10 6 . 117 -点 c 到力的垂直距离，为 4.01。 2 h 1 Fm 已知上下臂夹角为，上臂长为 4.2,下臂长为 4.01,且已知上下臂上各铰点位 0 75mm 置,通过计算得: ;mh92 . 2 1 ;46 . 3 1 mS ;5 . 2 2 mS 。mh308 . 0 其中为点 c 到力的垂直距离，计算过程如下所示：h g F 已知尺寸如下图 4-5 所标示。 G2 Fg c 148 315 450 下臂： F1 H 图 4-5 下臂尺寸 由此计算得: 。mh308 . 0 将所得数据代入公式（4.8）得: 徐州工程学院毕业设计(论文 ) 31 mFmmNmNmN g 308. 001 . 4 10 6 . 1175 . 21024 . 1 46 . 3 1027 . 1 92 . 2 108 . 9 3333 NFF g 6 1065 . 1 将,代入式 4-7,NF 6 1065 . 1 MPap16 得: MPa kN D 16 1065 . 1 1057 . 3 2 2 mmD115 查5如表 23.6-33(P23-173)给出的缸筒内径尺寸系列圆整成标准值。D 即取： 。mmD125 (2)活塞杆直径的计算d 根据速度比的要求来计算活塞杆直径d 式 1 Dd （4.9） 式中 -活塞杆直径();dm -液压缸直径();Dm -速度比 22 2 1 2 dD D v v -活塞杆的缩入速度; 2 vmin)/(m -活塞杆的伸出速度。 1 vmin)/(m 此处，取液压缸的往复运动速度比为 1.46,查5表 23.6-57(P23-191)查得: 式Dd56 . 0 （4.10） 将代入式（4.4） 得:mmD125 mmd70 查5表 23.6-34 液压缸活塞杆外径尺寸系列（摘自 GB/T2348-1993）取液压缸活塞 杆外径尺寸如下： mmd70 徐州工程学院毕业设计(论文 ) 32 (3)液压缸行程 S 的确定 首先计算下臂升至最大角时，下臂铰点与底盘铰点之间的距离。 如下图所示： 450 315 148 图 4-6 下臂升至最大角 如上图 4-6 所示，由计算得下臂升至最大角时，下臂铰点与底盘铰点之间的距离为： 。mm493 查5表 23.6-35 液压缸活塞行程第一系列(),由以上条件取 S 值如下:mm 。mmS160 (4)液压缸结构参数的计算 1)缸筒壁厚的计算 按薄臂筒计算: 式 2 Dpy （4.11） 式中 -液压缸缸筒厚度();m -试验压力()。取，即，。 y pMPappy5 . 1MPappy24165 . 15 . 1 -液压缸内径（m） ；D -刚体材料的许用应力（） ，取。 MPa MPa100 代入式（4.5）中，得： mm MPa mmMPa 15 1002 12524 2)缸体外径的计算 徐州工程学院毕业设计(论文 ) 33 式2 1 DD （4.12） 代入数据得: mmD155152125 1 查5表 23.6-60(P23-192)取液压缸外径为 150。mm 结论 本文在目前国内外各种高空作业车的发展趋势和现状的基础上，主要是对高空作业车 的工作臂（即上臂和下臂）和液压系统进行了总体的设计计算。本论文基本完成了对高 空作业臂和液压系统的总体设计，主要取得了以下的成果： (1)分析了 GKZ 型高空作业车的基本结构，确定高空作业臂所涉及的相关参数。 (2)根据相关计算公式以及所知的参数进行计算，从而确定了高空作业臂的上臂长度、下 臂长度，油缸铰点位置，以及作业臂截面尺寸等主要参数。 (3)在确定了高空作业臂的全部尺寸后，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。所以根据相关的效核公式进行强度、钢度和整体稳定性效核，效核结 果是上、下臂的尺寸符合强度、钢度和整体稳定性的要求，所取尺寸能够达到要求。 (4)在液压系统的设计中，主要是设计变幅机构的参数，即上下臂液压缸基本参数的确定， 通过前面对上下臂的受力分析和计算，从而进一步的设计液压缸的尺寸。 在设计过程中，高空作业臂的性能校核结果表明，本论文的高空作业臂的设计计算结 果是正确的。但对于此设计的高空作业臂用于实现实际的高空作业时还必须再做大量的 工作，必须通过实际的高空作业才能检验出设计的是否正确，如有差错，还必须进一步 的分析，找出错误原因，进行改善，最终使设计的高空作业臂能够完成实际的高空作业 要求。 在液压系统设计过程中，各个动作由不同的执行元件来控制。同时又在系统中加入 安全控制部分，例如安全阀的加入，当回路中压力过大时可使油液溢流，使整个系统中 压力维持恒定。手动换向阀的加入，在系统油路出现问题时可以直接按动手柄切断油路， 使机构停止动作，防止事故的发生。 通过这次毕业设计不但使我巩固和重温了大学三年来我所学的专业理论知识，而且 让我从中吸取了很多新的知识，很好地锻炼了我独立思考问题、分析问题、解决问题的 能力，尤其是增进了我对工程力学及液压这一领域的了解和认识。毕业设计是将所学专 业理论知识有机融合的一个过程，是对我们专业综合素质的一个考核。我的设计题目是 高空作业车抬升液压支架设计，由于工程力学和液压系统设计比较烦琐，且设计又比较 灵活，在整个设计过程中，我不断遇到各种各样的问题和困难，在指导老师的指导下熟 徐州工程学院毕业设计(论文 ) 34 悉了独立进行项目设计的全过程以及设计过程中如何解决碰到的难题。在设计过程中经 常会碰到书本上推荐的理论数据与工厂里实际应用不符合，这时候就必须理论联系实际 综合考虑实际的应用性进行合