摘 要
文中主要对JX1060TSG23高空作业车的二类底盘的选型和整体布置、动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JX1060TSG23高空作业车的总体结构设计及传动装置工作装置的详细设计。高空作业车设计时按4单元展开，所有的设计工作都是围绕这4个单元展开的。①选用合适平台②动力传动装置设计③工作装置设计④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
ABSTRACT
Focuses on JX1060TSG23 aerial second class chassis selection and the overall layout, power transmission equipment design analysis, work equipment design analysis and analysis, the last vehicle stability check.
According to design requirements and technical parameters of the requirements, design ideas are as follows: under the aerial lift vehicle quality requirements, to determine the structure of the lift program, and then determine the vehicle chassis and the overall layout. In the design specification, the first lift programs with different structures are compared, obtained design program, then loads analysis and calculation, select the vehicle to determine the structural parameters and based load and use the situation to the hydraulic system design. In the main text to complete the JX1060TSG23 Aerial overall structural design, hydraulic circuit design and gear detailed design of working device. Aerial vehicles designed to start by 4 units, all of the design work around these six units started. ①choose the right platform②Power Transmission Device③Working Device type④vehicle stability check
Key words: Aerial work; Power transmission devices; Working devices; Control system; Stability
目 录
摘要Ⅰ
AbstractII
第1章 绪 论1
1.1选题的目的及意义1
1.2高空作业车的国内外发展概况1
1.2.1高空作业车的国外发展趋势与动向1
1.2.2高空作业车发展动向2
1.3高空作业车的组成及功用3
1.3.1 工作装置4
1.3.2 动力装置5
1.4设计目标和主要设计内容6
第2章 高空作业车总体布置7
2.1 高空作业车底盘的选择7
2.1.1二类底盘选择依据7
2.1.2 选择二类底盘要求7
2.2 总体尺寸和主要参数确定9
2.2.1 尺寸参数的确定9
2.2.2 质量参数的确定9
2.2.3 总质量ma9
2.2.4 高空作业车平台作业工作状态图9
2.3 主要机构简述10
2.4 本章小结11
第3章 高空作业车总体设计12
3.1工作装置设计与分析12
3.1.1举升机构12
3.1.2支腿机构13
3.1.3 回转机构16
3.1.4作业平台及调平机构17
3.1.5操作及安全防护装置18
3.2动力传动装置设计与分析19
3.2.1设计要求19
3.2.2动力传动装置类型20
3.3本章小结20
第4章 工作装置设计计算21
4.1 举升机构设计21
4.1.1 设计步骤21
4.1.2 举升机构运动范围的确定21
4.2 工作臂的结构设计和主要尺寸确定21
4.2.1工作臂金属材料的选择21
4.2.2 工作臂尺寸确定22
4.3 确定油缸铰点的位置23
4.3.1 确定上臂油缸铰点的位置24
4.3.2 确定中臂油缸铰点的位置24
4.3.3 确定下臂油缸铰点的位置24
4.4 上臂截面尺寸的确定25
4.4.1 上臂的强度计算25
4.5 中臂截面尺寸的确定30
4.5.1 中臂的强度计算32
4.6下臂截面尺寸的确定36
4.6.1 下臂的强度计算36
4.7 转台回转机构设计45
4.7.1 转台结构45
4.7.2 转台受力分析 47
4.7.3 转台的自重G 48
4.8 支腿机构设计计算49
4.8.1支腿跨距的确定49
4.8.2支腿脚接地面积确定52
4.9 本章小结52
第5章 高空作业车稳定性能分析53
5.1 支腿压力的计算53
5.2 转台支承装置的计算载荷56
5.2.1 转台工作情况56
5.2.2 转台支撑情况计算56
5.2.3 转盘式回转支承装置的计算57
5.2.4 按承载能力曲线选取合适的回转支承型号58
5.3 本章小结61
结 论…………………………………………………………………………………62
参考文献…………………………………………………………………………………63
致 谢……………………………………………………………………………………64
附 录65
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——ZBT50004-89专用汽车的术语及其定义。定义内容为“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”。ZBT50004-89标准还将国产专用汽车划分为厢式汽车、罐式汽车、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。
1.1选题的目的及意义
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。
1.2高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。
1.2.1高空作业车的国外发展趋势与动向
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。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CDZ32型登高平台消防车已出口泰国。四川长江起重机有限责任公司研制的QZC5120JGKS25型高空作业车是最近推向市场的一种新产品。该产品采用现代设计手段设计，填补了国内25m伸缩臂式高空作业车的空白。尽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。
1.2.2高空作业车发展动向
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、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。
1.3高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]。
折叠臂式高空作业车中外观如图1.1所示。
高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：
图1.1 高空作业车
1.3.1 工作装置
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60～80m。折臂式是由多节箱型臂折叠而成，一般采用2～3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。
1.3.2 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。路灯安装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。
1.4设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>400Kg的高空作业车。本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 高空作业车总体布置
2.1 高空作业车底盘的选择
2.1.1二类底盘选择依据
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[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。
2.1.2 选择二类底盘要求
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。
表2.1 JX1060TSG23底盘参数
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：
7240×1950×2995(mm)
底盘型号：
JX1060TSG23
货厢尺寸：
××(mm)
总质量：
5615(Kg)
接近/离去角：
27/14(°)
额定质量：
(Kg)
前悬后悬：
1015/1855(mm)
整备质量：
5290(Kg)
最高车速：
95(km/h)
发动机：
JX493ZLQ3，JX493ZLQ3A
排量：
2771，2771(ml)
功率：
85，75(kw)
生产厂家：
江铃汽车股份有限公司，江铃汽车股份有限公司
排放标准：
GB17691-2005国Ⅲ, GB3847-2005
轴数：
2
前轮距：
1385/1425(mm)
轴距：
3360
后轮距：
1425(mm)
轮胎数：
6
轮胎规格：
7.00R16LT
燃料种类：
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750mm,后伸260mm.
专用性能：
1、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9~10t的中型汽车，选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JX1060TSG23系列二类底盘是东风汽车有限公司长头九吨底盘，采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。表3.1为JX1060TSG23底盘的部分参数列表。市场价格经济和在市场上的占有率高，因此，JX1060TSG23底盘是最佳选择，适合于高空作业车车改装设计，所以选择JX1060TSG23底盘作为本次设计汽车所用底盘。
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