GKT-13型高位举升路灯维护车改装设计（底盘、液压部分）

黑龙江工程学院本科生毕业设计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，键词：曲臂式高空作业车；举升机构；液压系统设计；小型；设计黑龙江工程学院本科生毕业设计s of is to is of a of of is of ec of of a of of of of a of to of of of to of of of to 摘要. 概述. 相关技术的现状和发展趋势. 设计的主要内容. 方案确定. 外形尺寸确定. 三类底盘的选择. 本章小结. 确定尺寸及材料. 受力分析. 本章小结. 回转机构简介. 支腿机构设计计算.腿跨距的确定.大载荷时支腿力的计算.脚接地面积确定. 取力器布置方案及基本参数选择. 本章小结. 主要机构液压回路的设计与分析.幅回路.转机构. 主要液压元器件的选择计算.动液压缸的计算确定.压泵的选型计算.压控制阀的选用.箱容积与管路内径计算.路内径计算.压油的选用. 本章小结. 动力性计算. 高空作业车汽车变速器速比.动机外特性.车的行驶方程式.力性评价指标的计算. 燃油经济性计算. 稳定性计算. 本章小结.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黑龙江工程学院本科生毕业设计2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、14m、16m、18m、20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12m、16m、20m、25m、30州中型机械股份有限公司今年也完成了22m、32m、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，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黑龙江工程学院本科生毕业设计3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。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）。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。中C、B、CD为调平辅助臂，I、F、G、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，从而使点点为圆心作圆弧运动；在平行四边形龙江工程学院本科生毕业设计5通过控制液压缸 的角度，从而使点点为圆心作圆弧运动。平行四边形,平行四边形基础臂，只要液压缸点就升高，液压缸点就升高（即由此只要控制液压缸5。步设定臂臂升臂全升图综上所述，可以推出整个机构的外形参数，论长度参数 大高度 整体长 B 0200 3600 4500 2200 3000 论角度参数最大值 最小值35 5350 43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 M=700+300+200=1200度不超过2000盘技术参数底盘型号整车重量(2000吊斗载重(200外形尺寸（长宽高）90019503070轴距(2300轮距（前/后）(1950/1950发动机型号 55转速（r/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，使用平行四边形的黑龙江工程学院本科生毕业设计7四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10200900790过确定的总体参数，最后确定本次设计选用的三类底盘。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要拉杆的工作臂还要留有300际长度参数 A B C 600 2700 3100 3100 G=4600重量： ABG = ABL G=4600重量：BCG = BCL G=2700 G=3100重量： CDG = C G=3100 G=2250步选定冷拔无缝矩形钢管作为承重臂，料参数6基本尺寸 截面面积论质量m 惯性矩 截面模数长J 4J 4W 3W 380 100 6 90 60 4 200 150 9 170 2020 317 27000 100 8 091 705 209 141CD 70 50 4 20 150 10 687 2584 455 直角三角形中的角度公式可以得出：4E 2 2 E =2 2 F =2 2 G =2 2 H =臂中的基本参数长度 E F G H HH500 40 20 2200 1800 25 3000 300 25 2200 1900 力分析1、对臂002 2 2F E =1600SE F h hE 900 1L 12L h0 4 受力为 0X I F 0Y A F F F B F= + 50501202 2 2F E =2100SE F h hE 650 1L 12L h0黑龙江工程学院本科生毕业设计12E 受力为 0X I F 0Y A F F F B F= + 臂BC进行受力分析当臂所受力最大， 2B M F L F 1 C C X F L 0 C 0C A F+ + 2 2+ 3122X F F F F BC受力分析图3、压缸0 90732 2 2G G 1800 1 12 2H H h H H 685 B D B C L L F L F L 02 h 黑龙江工程学院本科生毕业设计14 X F F= - - 0 I C F F F F F= - - - - - 0 D X F= + 压缸 1351072 2 2G G 1800 黑龙江工程学院本科生毕业设计151 12 2H H h H H 454 02 B D M F L L F F F h X F F= - - 0 I C F F F F F= - - - - - 0 D X F= + 22 Y F F =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。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8。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。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，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。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： )()(21 11 )10002000(6812205001000 05003000)10002000(10006812 a 705a 9502aB，故取 1840a 1转台重力，N；底盘重力，N；臂架重力，N；q作业平台重力，N；Q作业平台标定载荷，N；转台重力中心至回转中心的距离，龙江工程学院本科生毕业设计19r臂架重力中心至回转中心的距离，作业半径（臂幅），、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)(21 221 b )10002000(6812205001000 10002050012001 b 2761 b 2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(21 222 b )10002000(6812205001000 10002050012002 b 18542 b 221 因此取 1 700b 2 3000b 前两支腿反力 1 2( )R R 21 2 1 212 G b b 1 300020000 81082 3700 N 后两支腿反力 3 4( )R 1 212 G b b 1 70020000 18922 3700 N 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 ( ) ( 2 2 2cd ab cd cd bc dM m g m g l m m g l l m 3.6 2 2 00 200) .6 53254N m 产生的附加支承反力为11 53254 L 2、当臂 1 2 21 ) ( 2 2bc cd cd cd ab ab ab m gl m g l m g l lm m g l l 26098N m 附加支承反力为22 26098 L 21(2) 1 2 3000 Nb b 13(4) 1 2 700 Nb b 黑龙江工程学院本科生毕业设计21可见，状态一最危险。1(2) 1(2) 1(2) 8108 R N 3(4) 3(4) 3(4) 1892 R N 所以，支腿液压缸最大封闭压力为：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证在最大支反力： 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