江铃15米三节臂高空作业车改装设计（举升、吊斗部分）

摘 要文中主要对力传动装置设计分析、工作装置设计分析进行整车稳定性校核。根据设计要求及其技术参数的要求，其设计思路为：根据高空作业车的举升质量要求，确定升降机的结构方案，然后确定汽车底盘及车辆的总体布置和控制系统。在设计说明中，首先对升降机不同结构方案进行了比较，得出了设计方案，然后对负载进行分析计算，选择确定了整车的结构参数，然后根据负载和使用状况进行液压系统的设计。文中主要完成的是空作业车设计时按4单元展开，所有的设计工作都是围绕这4个单元展开的。选用合适平台动力传动装置设计工作装置设计整车稳定性校核关键词：高空作业车；动力传动装置；工作装置；稳定性to of as to to to to of to of 摘要 论作装置力装置6第2章 高空作业车总体布置空作业车底盘的选择择二类底盘要求体尺寸和主要参数确定寸参数的确定量参数的确定质量空作业车平台作业工作状态图要机构简述章小结11第3 章 高空作业车总体设计转机构20第4 章 工作装置设计计算升机构设计计步骤升机构运动范围的确定作臂的结构设计和主要尺寸确定作臂尺寸确定定油缸铰点的位置定上臂油缸铰点的位置定中臂油缸铰点的位置定下臂油缸铰点的位置臂截面尺寸的确定臂的强度计算臂截面尺寸的确定臂的强度计算臂的强度计算台回转机构设计台结构台受力分析 台的自重G 腿机构设计计算章小结52第5 章 高空作业车稳定性能分析腿压力的计算台支承装置的计算载荷台工作情况台支撑情况计算盘式回转支承装置的计算承载能力曲线选取合适的回转支承型号章小结61结 论62参考文献63致 谢64附 录65第 1章 绪 论汽车工业发展的经济效益不只是汽车本身，而是集中表现在汽车的使用和流通的全过程中，随着汽车工业的发展必然是汽车运输业的发展，从而对专用汽车的性能要求也越来越高，使用越来越专门化，品种也越来越多。并且社会对汽车的运输效率和经济性以及各种功能的要求也越来越高，这些是运输工具专用化发展成为必然趋势。我国对“专用汽车”术语于1989年已经制定了相应的标准义内容为“装置有专用设备，具备有专用功能，用于承担专门运输任务或专项作业的汽车和汽车列车”。式汽车、专用自卸汽车、起重举升汽车、仓栅汽车和特种结构汽车等六大类。本设计所研究的折叠臂式高空作业车为起重举升汽车的一种。题的目的及意义高空作业机械式在工程起重机械基础上发展起来的高空作业设备，广泛应用在建筑、消防等行业。随着我国经济建设的不断发展，对高空作业车的需求越来越多，要求工作范围也越来越广泛。高空作业车提高了机械化程度，减少了劳动消耗，降低了成本，缩短了工作时间，提高了工作效率并且以满足各种特殊需要。经调研发现，目前高空作业车具有一定需求市场，但生产厂家相对较少，主要在于其结构较为复杂，因此难以形成批量生产，为使高空作业车能够完善其结构和性能，提高高空作业车的功能，形成小批量生产。本设计将对高空作业车主要工作装置所采用的各种方案进行比较分析，分别列出各方案的优劣点，以便选择最合适方案。空作业车的国内外发展概况高空作业车的分类方式有好多种，按臂架的展开方式分类，有折叠式和伸缩式及混合式三种;按臂架的形状分类有，直臂式和曲臂式;按驱动方式分类，有自动式、拖动式和手动式等等。在工程起重机械基础上发展起来的高新技术产业系统，只有二十几年的历史。但是发展速度很快，随着科学技术不断发展，尤其是电子技术在机械领域的应用，是高空作业更加智能化，更加人性化，操作更加方便，更加安全的方向发展，采用自动化控制，高空作业车的微动性能好，定位也来越来越准确。国外高空作业机械，发展迅速，技术水平不断提高。我国在其主要差距在设计方法。其关键是电液比例操纵、微动性能问题，支腿调平技术问题，微机自动程序控制以及机电一体化问题等和国外有很大的差距。国内折叠臂式高空作业机械发展刚刚起步，只有十几年的发展历史，虽然起步晚，但由于高空作业机械制造企业的努力，已逐步走向稳定的发展轨道。目前，专业生产高空作业机械的公司比较少。近年来，由于汽车起重机销售量下降及市场平淡，一批汽车起重制造公司，相继发展高空作业机械，但总计年产量仍不能满足市场需求，正处于发展时期。抚顺起重机械总厂生产的川长江起重机有限责任公司研制的产品采用现代设计手段设计，填补了国内25管我国在折叠臂式高空作业车设计制造上取得了一些成绩，但是国内生产制造的高空作业机械同国外同类型高空作业机械产品相比仍有一定差距，主要表现为技术含量低、大型的较结构笨重、作业时未动性能差等问题。在开发研制过程中，应采取有效措施、实验研究，逐项加以解决，以缩小差距。同时对目前存在的技术关键，有待于组织力量攻关解决，其关键是电液比例操纵、微动性能问题，支腿调平技术问题，数显微机自动程序控制以及机电一体化问题等。为了提高我国高空作业的生产水平，从目前的状况来看应首先从如下的几个方面来进行。1、解决工程汽车底盘问题，这样才可使高空作业车轻便、可靠，使用上既灵活又可承担繁重的工作任务；2、提高液压元件的制造质量，这样就可以提高使用寿命和可靠性，相应的也就提高了高空作业车的质量和性能；3、改变高空作业车的生产方式，向规模化模块化发展，这不但可保证质量还可降低成本；4、要扩大新型高空作业车的使用范围，可刺激本行业的发展，并投入力量加强对新产品的开发；5、应用现代的设计方法和手段对现有的产品进行改造。在目前的高空作业车的生产水平上，改进高空作业车的工作性能，开发研制机动灵活、技术含量高安全、可靠的高空作业机械具有重大的意义。性，以提高高空作业机械的适用性。六化:即液压化、最优化、轻量化、机电液一体化、通用化、系列化。三性：可靠性、安全性和舒适性。空作业车的组成及功用高空作业车是用来运送工作人员和使用器材到达指定现场并进行作业的专用汽车。高空作业车除底盘部分外，为实现高空作业功能，还有动力传动装置、工作装置、安全装置及控制系统等。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，是将高工作装置安装在汽车底盘上组成的。工作装置包括工作臂、回转平台、副车架、工作斗、液压系统和操纵装置等2。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。高空作业车是利用汽车底盘作为行走机构，具有汽车的形势通过性能，机动灵活，行驶速度高，可快速转移，转移到工作场地后能迅速投入工作3。空作业车正常进行作业，需要工作装置、动力装置与控制系统三部分。这三个部分的组成及其作用分述如下：作装置工作装置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。高空作业车的工作装置包括支腿机构、举升机构、回转机构、作业平台及其调平机构。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，提高高空作业车的可靠性都有重要意义。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。这类装置时从外接动力驱动液压泵，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。在作业车的两侧，一般备有操纵机构，可以使前、后、左、右四个液压支腿单独的伸出或缩回，所以即使在不平整或者倾斜的地面上，也能把车体调整到水平状态，安全作业。举升机构的作用是实现作业平台的升降和变幅，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。其结构型式有垂直升降式和动臂式。垂直升降式举升机构按转动方式，可分为液压传动和机械传动；按其结构分交叉剪刀式和套筒式交叉见导师是按交叉布置，铰接成剪刀形的连杆框架结构，当改变连杆交叉的角度就可以实现升降运动。套筒有桁架式、箱式和圆筒式等型式，通过多节套筒的伸缩完成升降运动，驱动方式也可以采用液压传动和钢丝滑轮传动，垂直升降式举升机构作业高度有限，工作范围小，但作业平台较大，且支撑稳定。动臂式举升机构可以分为伸缩臂式或直臂式、折叠式或者曲臂式、伸缩和折叠混合组成的混合臂式等三种型式。伸缩臂式是由多节套装、可伸缩的箱形臂结构，包括基本臂和伸缩臂两部分。伸缩臂可以一节或多节，各节间装有液压缸，液压缸工作是，各节臂可以伸缩，从而改变臂架的长度。整个臂架系统职称在液压缸底部的铰支座和变幅液压缸的两端，通过变幅液压缸的伸缩实现臂架摆动，从而达到变幅和升降的目的，这种型式的最大作业高度可达6080m。折臂式是由多节箱型臂折叠而成，一般采用23节折叠臂组成，折叠方式可分为上折式和下折式两种，各节臂的折叠和展开都是由各节液压缸完成，这种型式的举升机构可以完成一定高度和幅度的作业，还可以完成地平面以下空间的作业。混合臂式举升机构是由折叠臂式和伸缩式混合组成，这种型式组合上诉两种举升机构的优点，使这种型式的举升机构具有更大的作业空间。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作业车的作业范围，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。高空作业车的回转机构一般采用全回转式回转机构，一般是由液压马达带动具有减速作用的机械回转装置旋动。回转机构的回转部分和作业平台均安装在回转支撑转台上。回转机构的机械传动型式有蜗杆涡轮传动、行星齿轮传动等。高空作业车的行走机构就是通用或专用汽车底盘。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，提高高空作业车的可靠性都有重要意义。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。路灯安装装置需要的功率不大，一般约 1020载重汽车底盘发动机的功率根据载重量不同从 50直到 150上，且高空作业车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车工作装置工作。因为高空作业车工作装置需要功率不大，通常高空作业车采用变速箱取力方式，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。计目标和主要设计内容本设计目标是设计一种最大举升高度为15m，举升质量400设计的主要研究内容有：支腿机构设计、举升机构设计、回转机构设计以及整车的整体布置。主要解决的问题有：二类底盘的选择、高空作业车的总体布置、工作装置的设计、整车性能计算。设计技术路线安排如下：1、方案设计与分析；2、二类底盘选型；3、总体布置设计；4、工作装置设计；5、高空作业车稳定性能计算。第 2章 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11。因此，专用汽车性能的好坏直接取决于专用汽车底盘的好坏，通常专用车辆所采用的基本底盘按结构分可分为二、三、四类底盘。二类底盘是在整车基础上去掉货厢，三类底盘是从整车上去掉驾驶室与货厢，四类底盘是在三类底盘的上去掉车架总成剩下的散件。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。择二类底盘要求在汽车底盘选型方面，一般应满足下述要求：1、适用性对于专用改装车底盘应适用于专用汽车特殊功能的要求，并以此为主要目标进行改装造型设计。2、可靠性所选用汽车底盘要求工作可靠，出现故障的几率少，零部件要有足够的强度和寿命。且同一车型各总成零部件的寿命应趋于平衡。3、先进性应使用整车在动力性、经济性、操纵稳定性、行驶平顺性及通过性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平的汽车底盘。而且在专用性能上要满足国家或行业标准的要求。4、方便性所选用的底盘要求便于安装、检查保养和维修，处理好结构紧凑与装配调试空间合理的矛盾。在选用底盘时，除了上述因素外，还有以下两个和重要的方面，一是汽车底盘价格，它是专用汽车购置成本中很大的部分，一定要考虑到用户可以接受。这也涉及到专用汽车产品能否很快的占有市场，企业能否增加效益问题。二是汽车底盘供货要有来源，所选用的底盘在市场上必须具有一定的保有量。盘参数江铃15米三节臂高空作业车主要技术型号参数介绍江铃15米三节臂高空作业车 主要技术参数产品名称： 江铃15米三节臂高空作业车 外型尺寸： 724019502995(盘型号： 厢尺寸： (质量： 5615(接近/离去角： 27/14()额定质量： (前悬后悬： 1015/1855(备质量： 5290(最高车速： 95(km/h)发动机： 2771，2771(功率： 85，75(产厂家： 江铃汽车股份有限公司，江铃汽车股份有限公司排放标准： 2 前轮距： 1385/1425(距： 3360 后轮距： 1425(胎数： 6 轮胎规格： 柴油 弹簧片数： 7/5+5轴荷： 1960/3655 驾驶室乘人数： 2+3整车备注： 前伸7501、我公司生产的高空作业车关键件靠性高，性能优良，使用寿命长。2、随车安装四个液压支腿，以保证整车在操作时的稳定性与安全性。3、高空作业车支腿与工作臂互锁，防止误操作过位。支腿跨距大，稳定性好，可同时或单独操作。4、具有限位功能，危险工况报警，安全性能卓越。5、我公司生产的高空作业车可双向360连续回转。目前国内市场上底盘的种类多、品种全，因为解放和东风系列底盘性能好，价格便宜，市场保有量大，在载重量围910用的底盘多为解放和东风系列的产品。东风汽车有限公司生产的用东风汽车有限公司成熟总成，经过优化设计，各总成匹配合理，通用性强。场价格经济和在市场上的占有率高，因此，合于高空作业车车改装设计，所以选择寸参数的确定高空作业车都是在二类底盘的基础上进行改装而成，主要尺寸参数原则上应与原车底盘尺寸相同，保证性能参数与原车基本保持不变。只有整车的高度由于举升机构高于车头的顶部，所以整车的高度会有所增加。量参数的确定1、额定装载质量起重举升汽车、高空作业车等，总质量主要由改装后的汽车底盘质量和专用工作装置质量确定，无需考虑装载质量10。2、整车整备质量满油和水，但未载人和载货时整车质量。参考同类高空作业车的整车整备质量此基础上在增加工作装置的质量，便可估算高空作业车的整车整备质量空作业车的整车整备质量约为： 4650165030000 m 中：底盘整备质量3000作装置质量质量 载（规定值）货物及乘员时的质量。总质量计算公式为： 484536546500 pa 中：乘员质量（按每人65 设计的最大作业高度为12m，转台可以进行360旋转，可以进行大范围的作业，并且可以越过障碍物进行路灯的安装维修工作。工作台部分的最大载荷为400可以保持水平状态。要机构简述1、高空作业工作臂高空作业工作臂包括上臂和下臂。行使状态时，两节工作臂折叠在一起，进行高空作业时，两节工作臂分别有上下臂油缸举升至一定高度，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。2、工作平台工作平台的作用是将高空作业人员和必要的工具送至空中，并作为工作人员空中作业的场所。本高空作业车的工作平台采用钢管焊接框架结构，周围设有护拦，右侧护拦开有侧门，方便人员进出，平台底版采用防滑的花纹铝板，平台周圈下部设有护围，防止工具或其它物品掉落。3、回转机构回转机构由液压马达、回转减速机以及回转小齿轮、回转支承等组成。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。4、起升机构起升机构由液压马达和起升减速机组成。其工作原理是：起升液压马达驱动起升减速机旋转，带动滚筒将钢丝绳收进或放出，实现重物的提升和下降。5、动力系统高空作业车的动力源为底盘发动机，其动力由取力器从底盘变速箱取出。取力器和变速箱之间的动力传递由机械式操纵系统控制，平时取力器与变速箱取力齿轮处于断开状态，当进行高空作业或起重作业时，操纵拉杆使取力器的滑移齿轮与变速箱的输出取力齿轮啮合，取力器输出轴带动油泵工作，从而将发动机的机械能转为液压能，为系统提供动力。6、中心回转接头中心回转接头由导电滑环、液压滑环两部分组成，它的作业是当作业车进行回转动作时，作业车转动部分与固定部分的电路及液压油路始终保持畅通。7、液压系统液压系统采用定量齿轮泵供油，系统工作压力为16路中设有安全溢流阀，保证系统安全。液压系统通过电液比例流量阀对工作臂油缸、回转马达和卷扬马达供油，供油量大小由比例阀控制，输出流量与负荷变化无关，可使系统达到稳定的工作速度，并且能够实现无级调速。系统工作压力由溢流阀调定。支腿的收放由下车多路换向阀控制，下车多路换向阀可对各支腿的进回油油路分别控制，因此各支腿的伸缩量均可单独调节，使作业车能够适应不同的路面状况。为了增加液压系统的安全性，在下车附设了手动泵作为应急液压源，当主动力源发生故障时，可用手动泵压杆操纵手动泵收回工作臂。章小结本章的主要任务就是确定高空作业车的总体参数以及二类底盘的选择。首先根据实际数据估算出高空作业车的总体参数，然后通过查阅资料将而选择了利用这一底盘实现本次的设计内容。另外还对高空作业车的主要机构进行简述。第 3章 高空作业车总体设计高空作业车由动力传动装置、工作装置（支腿机构、举升机构、回转机构、作业平台及调平机构）和控制系统等组成。本章主要对高空作业车的各个机构的方案进行分析。作装置设计与分析高空作业车的工作装置包括支腿机构、举升机构、回转机构、作业平台及调平机构、操作及安全保护装置等。结构型式有交叉剪刀式、套筒式、伸缩臂式和折叠臂式5。1、交叉剪刀式举升机构交叉剪刀式举升机构是按交叉布置，铰接成剪刀型的连杆框架结构。当改变连杆交叉的角度时即实现升降运动，如图3.1（c）所示。连杆交叉角度的改变，可通过液压油缸活塞杆的伸缩或钢丝绳的收放来实现。这种举升机构能完成较低高度的作业，工作平稳，作业平台较大，被广泛的应用于飞机、船舶制造、室内维修、清洁电车线路维修等作业场地。但是，这种作业车越障能力差、工作范围小。2、套筒式举升机构套筒式举升机构通过多节套筒的伸缩完成升降运动，如图3.1（d）所示。驱动方式也可采用液压传动或钢丝绳滑轮传动，这种垂直升降式举升机构作业高度有限，工作范围小，但作业车平台较大，且支撑稳定。(a) 伸缩式 (b)折叠式 (c)交叉剪式 (d)空作业车的结构简图3、伸缩臂式举升机构伸缩臂式举升机构由多节套装、可伸缩的箱型臂构成，如图3.1（a）所示。它包括基本臂和伸缩臂两部分。伸缩臂可为一节或多节，各节间装有液压缸。液压缸工作时，各节臂在液压缸活塞杆的推动下可沿导向元件（滑块）上、下滑动，从而改变臂架的长度。整个臂架系统支承在液压缸底部的铰支座和变幅液压缸的两端。通过变幅液压缸活塞杆的伸缩实现臂架摆动，从而达到变幅与升降的目的。这种型式的臂架其最大作业高度可达6080米。由于伸缩臂式举升机构可获得较大的作业高度和变幅，因此，被广泛的应用于各种高空作业车上。但是，这种作业车的越障能力差。4、折叠臂式举升机构折叠臂式举升机构由多节箱形臂折叠而成，如图3.1（b）所示。这种型式一般采用23节折叠臂组成。其折叠的方式可分为上折式和下折式两种。各节臂的折叠和展开运动由各节间液压缸完成。这种型式的举升机构可完成一定高度和幅度的作业，另外，下折式还可完成地平面以下的空间作业（如立交桥下桥梁的维修与装饰），扩大了高空作业车的作业范围。由于折叠臂式举升机构具有灵活多样、适应性好、越障能力强等优点，所以，应用非常广泛11。综上所述，结合本设计的技术要求，采用折叠臂式举升机构较交叉剪刀式和套筒式的工作范围大、越障能力好，且折叠式举升机构较伸缩臂式举升机构来说具有灵活多样、适应性好、越障能力强等优点。所以高空作业车的举升机构选定为折叠式举升机构，其折叠臂数目为两个，如图3.1（b）所示。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5。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。1、单缸双支腿是用一个双作用液压缸来驱动两侧支腿伸缩的。这种支腿结构简单，操作方便，但液压缸行程长，且是浮置于箱形长槽内，动作慢，强度差，一般较少采用。2、双缸双支腿其各支腿均由单独的液压缸驱动，其具有结构紧凑，动作迅速，制成效能高等特点。3、四支腿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，