江铃15米三节臂高空作业车改装设计（液压、支腿系统）

摘 要文中主要对江铃力传动装置设计分析、工作装置设计分析和控制系统设计分析，最后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：根据高空作业车的质量要求，确定支腿的结构方案，然后确定汽车及车辆液压控制系统。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。文中主要完成的是压回路设计及传动装置工作装置的详细设计。关键词：高空作业车；动力传动装置；工作装置；控制系统；液压系统；to of as to of to to to 摘 要.高空作业车的发展概况.外趋势与动向. 国内现状、差距与如何提高的方法.状.距.压系统及液压原理分析. 设计部分与要求.计参数.计目标.计内容. 设计技术路线.高空作业车总体结构. 运动参数确定.度、速度.副车架主要尺寸设计.副车架的强度刚度弯曲适应性校核. 结构设计.腿的选型.腿跨距的确定. 力学计算支腿的压力计算.支腿液压缸设计.大载荷时支腿力的计算.压缸的内径计算.压缸缸筒壁厚和外径计算.压缸活塞杆直径.压缸活塞杆强度校核.压缸活塞杆稳定性校核.回路设计.臂的回路设计（变幅机构）.转台回路设计.腿回路油设计.压油路总图设计. 液压元件的选择.压马达计算：.压泵的选择.路选择.液选用.制阀的选择. 油箱的设计. 有二十几年的历史。尽管我国在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,主要表现为技术含量低、大型的较少、结构笨重、作业时微动性能差等问题。高空作业车在世界上已有近四十年的发展历史，现已形成一个完整的专用产品研发、生产体系。如美国的洛夫)、尼)、英国的蒙)，意大利的高)，芬兰的朗托)公司等，并且它们各有侧重，如空作业车发展到现在，其作业高度最高已到达72m(作业车的可靠性、安全性、舒适性、操作方便和简单的直接性等方面都有较大提高，而且随着电子计算机的普及和发展以及机、电、液一体化研究的进展，国外各大公司竞相采用电脑(电子)操控系统，提高整机性能，减少整机液压元件的使用，减小整机体积及重量，提高操控的灵敏度。在我国，虽然对高空作业车的研制、生产起步较晚，但是随着我国经济的快速发展，高空作业车的使用面、服务领域不断扩大，现正处于较快的发展阶段，特别是各生产厂家积极引进和消化国外先进技术，开发新品种，提高产品技术和质量水平，已有部分达到或接近国际同类产品的水平。如浦沅集团公司已能生产作业高空6州园林机械厂引进日本先进技术和管理经验，在近几年内开发出适合国内用户需要的生产26成年产350台以上的生产能力，占有国内中小高度高空作业车市场50左右的份额，并有部分产品出口；抚顺起重机总厂锦州重型机械股份有限公司和徐州重型机械厂针对国内大高度消防救援作业车依赖进口状况，先后开发了30销良好，深受用户欢迎；徐工集团生产非常适合路灯、隧道维护使用的20完成了53关专家预测，我国高空作业车在未来几年仍将保持较高的产销增长率，特别是大中城市基础设施建设和维护等方面的需求增长更快。然而现阶段我国高空作业车发展中还存在许多问题：1、大多数厂家产品单一，型号老化，产量小，企业规模小；2、部分企业技术创新能力较差，技术储备明显不足，市场经营范围窄，企业效益差；3、国内基础材料的质量参差、研发水平又较低，基础零部件配套水平较差，许多原材料依赖进口；4、基础零部件配套厂家少，规格品种少，产品质量、性能可靠性不高，不稳定；5、专业化、机械化生产水平低，工艺落后，装配水平较低；6、主机(底盘)型号单一，不能满足生产厂的组装要求，直接影响新产品的开发；7、产品的售后服务水平较差，缺乏专业的检测和维修设备，维修人员专业技能不足，未形成善的售后服务体系；8、对高空作业车等专用车的管理上，有关政策滞后，不利于特种高空作业车的小批量改装、生产。为了适应我国高空作业车发展的需求，笔者认为，要着眼于长远目标，走规模化、标准化、集约化、产品配套化、系列化的道路；要尽快地培养高素质的专业人才，要建立一套适合国际标准的生产体系和质量体系，在高空作业机械国际标准化组织(有的标准范围之外，建立适合我国的标准化质量体系，以防止国外技术垄断；各厂家要做到强强联合，在研发上与高校及专业研究机构联合研发，加快相关产品的研制和研究成果的生产转化，提高产品质量，避免各自为营的现象；要能带动国内基础零件配套产品的发展，使之形成完整的生产体系、配套体系，同时，形成几家在技术力量、产品质量、人才储备上能达到国际先进水平的配套件生产厂家。尤其在现阶段，笔者认为要优先做好以下产品和技术的研发：l、建筑用自行式作业平台和蜘蛛式作业平台；2、带电作业(10绝缘高空作业车；3、25、室内外轻型作业平台；5、大作业幅度平台及新型多功能高空作业车；6、高空作业机械的自动控制和安全保护技术的研制；7、机、电、液一体化技术在高空作业车上的应用。外趋势与动向国外高空作业机械属新兴行业，是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。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，一批汽车起重机制造公司，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。国外高空作业机械，发展迅速，技术水平不断提高。工业发达国家，一般都有专门的跨国公司和集团主营和兼营高空作业机械，如美国鲁夫)和(吉尼公司)、英国蒙)、意大利高)、芬兰浪涛公司)、日本的多田野和爱知株式会社等。高空作业机械的底盘分通用型和专用型，采用通用汽车底盘的高空作业机械，机动灵活，能快速转移，作业高度较高，采用专用底盘的高空作业机械，即自行式高空平台车，适用于固定场所作业，具有微动行驶，扩大作业半径等特点。为了满足实际工程的需要，高空作业车的作业高度越来越高，随之作业半径也越来越大。如西蒙公司兰命为“天梯”，高空作业车的下车、工作斗均采用微机进行操纵。操作越来越简单可靠，自动化程度不断提高。如尼公司)的自行式直臂式高空作业车、自行式曲臂式高空作业车、自行式剪型高空作业车。由于采用自动化控制，高空作业车的微动性能好，定位也来越来越准确。但根据不同的工况条件，考虑到造价等原因，拖动式和手动式很有实用价值，目前在一些场所仍被广泛使用。此类高空作业车有拖动式曲臂高空作业车和手动式物料升降机。高空作业车的发展主要动向是实现六化、三性，以提高高空作业机械的适用性。六化:即液压化、最优化(采用计算机辅助设计)、轻量化(采用高强度材料、减轻构件重量)、机电液一体化(如安全保护、报警装置等)、通用化、系列化。三性:可靠性、安全性和舒适性。为了满足高层建筑的复杂情况，要求人们不断改进举高车，以适应施工、灭火等需要，以及举高车制造公司间日趋激烈的竞争，促进了举高车技术的发展。新技术的采用，使发达国家80年代的举高车在性能和安全上有较大的提高，这主要体现在三个方面:距与如何提高的方法国内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，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。状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1906台，高空作业车740台；2004年高空作业机械工业总产值为36340万元，生产各类高空作业平台2500台，高空作业车800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。从80年代开始抚顺起重机总厂、武汉起重机厂、四川度岩机械厂、四川长江起重机有限责任公司、杭州园林机械厂、北京攀尼高空作业车有限公司、徐州重型机械厂等开始着手研制高空作业车和登高平台消防车，投放市场。抚顺市起重机总厂生产的近四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 差距尽管我国在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、大型的较少、结构笨重、作业时微动性能差等问题。在开发研制过程中，应采取有效措施、试验研究，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_航天、导弹发射等。综上所述，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。压系统及液压原理分析一部完整的机器是由原动机、传动机构及控制部分、工作机(含辅助装置)组成。原动机包括电动机、内燃机等。工作机即完成该机器之工作任务的直接工作部分，如剪床的剪刀，车床的刀架、车刀、卡盘等。由于原动机的功率和转速变化范围有限，为了适应工作机的工作力和工作速度变化范围较宽，以及其它操纵性能的要求，在原动机和工作机之间设置了传动机构，其作用是把原动机输出功率经过变换后传递给工作机。传动机构通常分为机械传动、电气传动和流体传动机构。流体传动是以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动。它包括液压传动、液力传动和气压传动。液压传动和液力传动均是以液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式。液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量；而液力传动则主要是利用液体的动能来传递能量。由于液压传动有许多突出的优点，因此，它被广泛地应用于机械制造、工程建筑、石油化工、交通运输、军事器械、矿山冶金、轻工、农机、渔业、林业等各方面。同时，也被应用到航天航空、海洋开发、核能工程和地震预测等各个工程技术领域。5米最大作业半径 6米回转角度 360额定平台载荷 200操作、上操作可以任意选择支腿形式/数量 旋转速度 0臂：t70t60支腿：t60t计目标本课题将以江铃其进行特性分析。建立起数学模型和液压系统模型，然后针对具体的参数给出实例计算。最终设计出一种可以有一定的承载能力，可以用于工程建设、工业安装、设备检修、物业管理、航空、船舶、石化、电力、影视、市政、园林等许多行业的高空作业车。通过本课题的研究和设计，可以进一步熟悉机械设计的流程，加深对工程机械的了解，尤其是对高空作业设备的发展历史和国内外的现状都有了全面的认识。其中，最为重要的是在这次毕业设计的过程中可以进一步的加强对液压系统的认识，进一步熟悉液压系统的设计方法和设计步骤。通过本课题的研究和设计，尤其可以对液压泵站的设计和制造有一个较为全面的了解，能够从中学会一些比较简单的液压泵站的设计方法，同时加强对液压系统的认识，提高了独立思考问题和解决问题的能力。计内容本次设计的目的是通过对折叠臂高空作业车各项技术的研究，设计一种折叠臂型式的高空作业车的液压系统。根据折叠型式高空作业车的使用特点和国内实际需求情况，本课题将要研制的是最大作业高度15米的折叠臂高空作业车及其液压系统。作业车通过工作臂的举升能够将工作人员安全送至15米高空进行工作，作业车的作业半径不小于8米，可以进行360的连续回转。而液压系统是高空作业车的主要部分，故重点进行设计和相应的计算。集资料完成报告确定总体设计方案取力器选择支腿选择设计计整车机构设计计算分析校核造型，分析各部件审查校核完成设计说明书二类底盘的选择 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。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。力装置动力装置是高空作业车的动力源。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。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。业高度、幅度、速度图 作业幅度作业幅度是指高空作业车回转中心线至作业台外边缘的水平距离R，如图2据技术参数知R=. 作业高度作业高度是指作业平台底面离地高度与作业人员手臂所能达到的平均高度之和。通常把作业高度分为最大高度 最大作业幅度时的作业高度H,如图所示。根据技术参数知， 15m，H=作业速度高空作业车的作业速度包括：作业平台的垂直方向起升的平局速度和下降的平均速度，以及作业平台的回转速度。根据国标作业平台起升速度 起升 =下降速度 。下降 m/回转机构的最大回转速度取 r/转 。臂液压缸（1）状态一：()()(2 1 ， ， 1 m ， 20 2 2 a b 22 2 2 211 11 11 2 d cl d 11 l m 0 F =56387N（2）状态二：()( 2222 ld = F=臂液压缸的最大载荷为6387图示状态液压缸受力最大图 臂液压缸工作状态 F=28408N支臂液压缸F=支臂液压缸长度计算支臂液压缸： 完全收回 6001 完全伸出 3002 支臂液压缸：完全收回 2961 完全伸出 5002 支臂液压缸: 完全收回 101 完全伸出 2002 3、各液压缸速度支臂液压缸: 支臂液压缸： 支臂液压缸: 4、各支臂液压缸的功率支臂液压缸： 5638721 支臂液压缸： 2840822 支臂液压缸: 宽度和选用的底盘的宽度相同，高度也相同，长度在底盘主车架长度基础上去掉主车架与车厢之间的距离长度。其尺寸设计如下：副车架长度： 4708800240作时整车重心作用点的求解在高空作业车起升到最高点时，对主车架来说，其整车重心后移。其受力简图见图3.1。前后轴承受的载荷相同，即有：259212 由图，可以列出： 2 =2 3950 1590 2 35652x 2、副车架剪力及弯矩的求解副车架和主车架通过额定装载时，由主车架重心作用简图及求得的整车重心作用点， 以便进行强度刚度及弯曲变形的校核。以列方程组：C F 1O F 可求得： 1G = 4708 =向与设定的方向相同。可求得： 1G = 4708 即 向与设定的方向相反。出弯曲剪力及弯矩方程： 1 = 0X331) 1M X = =0X331)2 = =2271=331X2306) 2M X = 331 G X =27231701 (331X2306) 3 = 1 F = 2306X3600) 3M X = 331 23062O G X X = 67626762(2306X3600)根据以上剪力和弯矩的求解，可以画出剪力及弯矩图3车架强度刚度校核对于塑性材料，其弯曲正应力强度条件为： 由 W y即有zM (中， 内最大弯矩截面弯矩值；弯截面模量；截面对中性轴的惯性矩；大弯矩截面距中性轴最远处。对与矩形副车架截面，截面惯性矩 22 112by dy (有： 33 0 101 60 10 120 1012 mN m 于副车架设计成对称的矩形，其截面上下边缘最大抗拉应力 t 与最大抗压应力 c 相等，即有： c 510所选材料的许用应力范围内。4、副车架弯曲变形校核由以上知道副车架的等效简支梁形式，利用叠加法可求得梁的最大挠度 最大转角 ，然后进行副车架弯曲变形的校核。的挠曲线方程为：2 2 26l x (0xa) ( 3 2 2 316x a l b x b (axl) （的转角方程为： 6A l ( 6B l (中，定其向下为正,向上为负；0E ；行叠加后求得，在额定工作时,其挠度5 3 0 0y x x (0xa)15 3 6 0 0 0y x x (axl)即有最大挠度 15 30y x 15 0 3600 得A、：A 1582271 331 3269 3600 3269 306 1294 3600 129439191040 10 0 1582271 331 3269 3600 331 306 1294 3600 230639191040 10B 0 即梁的最大转角 ：10 度由计算的挠度和转角，参照选材的许用挠度和许用最大转角，均在许用数值之内。腿的选型1、腿的伸缩动作由一个液压缸完成。在运动过程中，支腿除有垂直位移接地过程中还有水平位移x（这种支腿结构简单，液压缸数少，一支腿一液压缸，结构质量小。但支腿在伸出过程中受摇臂尺寸的限制，支腿的跨距（能很大，调平性能较差，且在支反力变化过程中有爬移现象。种形式的支腿对地面适应性好，易于调平，且在支反力变化过程中无爬移现象，是高空作业车较理想的支腿形式。种支腿形式的稳定性良好。种支腿的垂直液压缸作用在伸缩腿的中间，当推力液压缸将腿伸出后，垂直支撑液压缸将支腿压向地面，使轮胎离地如图4.4(a)所示,四个伸缩腿是同步工作的，而垂直液压缸可同时顶升，也可单独工作，以便对车架进行调平。由于横梁又直接支撑在地面上，这就比伸支腿的接地过程中有水平位移运动，从而加大了液压缸的推力，液压缸易损坏。综上所述，然此，高空作业车的支腿机构选择（a） (b)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。1、支腿横向跨距支腿横向外伸跨距的最小应保证高空作业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，并使绕左右倾覆边图4.6(a)所示，1/2支腿横跨距)()(21 11 （4902450(438527000500 2265008000)4902450(31504385 a 9502aB，故取 1900a 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，mm；r臂架重力中心至回转中心的距离，作