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高空作业车下车的设计论文.doc

高空作业车下车部分设计【机+液】【8张图纸-3A0+毕业论文】【优秀】

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支腿的液压原理图A2.dwg---(点击预览)

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关键词：: 高空作业车下车部分设计图纸优秀

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高空作业车下车的设计

50页 24000字数+说明书+外文翻译+8张CAD图纸【详情如下】

传动齿轮A2.dwg

回转机构的液压原理图A2.dwg

外文翻译--浅谈油管液压管路系统设计.doc

支腿的液压原理图A2.dwg

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油箱A2.dwg

油箱盖板A2.dwg

液压缸A2.dwg

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油箱盖板A2.gif

支腿的液压原理图A2.gif

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摘要I

AbstractII

1 绪论1

1.1 概论1

1.2高空作业车的概况及市场的发展水平和前景1

1.2.1高空作业车的概况1

1.2.2高空作业车国内外的发展状况2

1.3课题简介4

1.3.1课题的背景和意义4

2 高空作业车的主要参数和构造6

2.1 高空作业车的主要构造6

2.2主要性能参数7

3底盘选型9

3.1高空作业车的底盘分类9

3.2底盘选择10

4转台结构设计12

4.1转台的组成12

4.1.1 底板12

4.1.2 转台的回转支承12

4.1.3传动齿轮15

4.1.4转台结构15

4.2回转支承装置的计算与选用16

4.2.1高空作业车的工况分析16

4.2.2转盘式回转支承装置的计算17

4.2.3按承载能力曲线选取合适的回转支承型号18

4.2.4选择传动齿轮18

4.2.5回转机构液压马达的设计21

5车架及支腿的选择设计与计算24

5.1副车架的结构分析24

5.1.1 几何约定将副车架的受力几何模型简化24

5.1.2 外载荷条件24

5.1.3副车架双纵梁门框结构的静力学计算24

5.2支腿的分类25

5.3支腿的受力分析25

5.4支腿的截面计算26

6液压系统的设计及液压元件的选择27

6.1液压系统类型27

6.1.1开式和闭式系统27

6.2液压控制系统27

6.2.1定量系统28

6.2.2变量系统28

6.3高空作业车下车的液压系统设计28

6.3.1各机构油路的组成及其特点28

6.3.2液压系统压力选择29

6.3.3液压回路设计29

6.4液压缸的选择31

6.4.1缸体与缸盖连接结构31

6.4.2活塞与活塞杆连接结构31

6.4.3活塞杆头部结构31

6.4.4导向套结构31

6.4.5密封与防尘结构32

6.4.6缓冲结构32

6.4.7液压缸的类型、主要材料及技术要求32

6.4.8垂直液压缸的选择33

6.4.10液压缸其他结构的设计37

6.5其他液压元件的选择37

6.5.1液压泵的选型与计算37

6.5.2阀的选择38

6.5.3 油箱的选择39

6.6液压系统主要性能验算39

6.6.1液压系统压力损失的验算39

6.6.2液压系统总效率的验算40

6.6.3液压系统发热温升的计算40

6.7液压油的性能要求41

结论42

致谢43

参考文献44

摘要

　　　高空作业车广泛用于建筑、市政、机场、工厂、园林、住宅等场所，从事消防、抢险、救灾、安装、维护等工作。高空作业车是将高空作业人员和必要的工具送至空中，并提供

工作人员空中作业场所的机械。

　　　本文首先介绍了高空作业车的现状，对高空作业车下车的各主要部分进行了分析和设计。主要包括了底盘的选型、回转机构的设计分析、支腿的设计、液压系统的设计以及液压元件的选择。本次设计的重点在于回转机构的设计与计算，回转机构采用液压马达，通过齿轮的啮合来实现转台的回转，支腿机构通过水平液压缸和垂直液压缸实现各支腿的收缩动作，采用并联控制系统实现各支腿的同时动作。

关键词高空作业车；回转机构；液压系统

1 绪论

1.1 概论

在国家生产建设当中，大型的工程机械是不能缺少的技术设备，它在城市建设、交通运输、农田水利、能源开发和国防建设等各个方面都起着至关重要的作用。自从改革开放以后，国家加大了对基础设施的建设，以及引进了大量先进的国外技术设备、制造技术的，加速了整个工程机械行业的发展壮大。

高空作业车是一种用来运送工作人员和工作器材到达指定高度进行作业的工程机械。由于它具有安全可靠、机动灵活、操作简单等特点，因此在大型场馆、桥梁、港口海岸的检护;高层建筑的装饰、清洁与维护;通讯、供电及城市交通设施的安装与检修;影视作品的拍摄与现场直播;高空险境及近岸水面的脱困救生;树木的剪枝修整及药剂喷洒等方面被广泛地应用。

图1-1高空作业车在生活中的应用

1.2高空作业车的概况及市场的发展水平和前景

1.2.1高空作业车的概况

高空作业车用被称为高平台消防车，在市政、建筑、机场、电讯、工厂、住宅、园林

等场所被广泛应用，从事抢险救灾、消防、施工、安装、维护等工作。其中，最主要的一个功能就是让消防部门用于灭火、辅助灭火或消防救援。高空作业车是由将高空作业装置安装在汽车底盘上组成并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。现在的高空作业装置具有自动调速、工作稳定、操作平顺、安全可靠等优点，极大地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（如图1-2），分别为：垂直升降式、折叠臂式、混合臂式和伸缩臂式。

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，灵活机动，行

驶速度高，可以快速在转移到作业场地后迅速投入，是近几年来发展最快的一种国内专用

汽车产品。高空作业车这类高空作业器械是以工程起重机械为基础而发展起来的，高作业

设备广泛应用在建筑、消防、维护等行业。随着越来越高的作业高度，高空作业车振动所导致的大幅度摆动，定位的准确性受到了严重的影响，降低了工作效率，加之高空摆动给人的安全感极差，使得设备的宜人性也降低了，从而间接影响工作效率。因此针对高空作业车的动力系统研究有及其重要的意义。

内容简介：: 徐州工程学院毕业设计(论文)毕业设计(论文)高空作业车下车部分设计THE INFRASTRUCTURE DESIGN OFAERIAL VEHICLES学生姓名学院名称徐州工程学院专业名称机械设计制造及自动化指导教师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I摘要高空作业车广泛用于建筑、市政、机场、工厂、园林、住宅等场所，从事消防、抢险、救灾、安装、维护等工作。高空作业车是将高空作业人员和必要的工具送至空中，并提供工作人员空中作业场所的机械。本文首先介绍了高空作业车的现状，对高空作业车下车的各主要部分进行了分析和设计。主要包括了底盘的选型、回转机构的设计分析、支腿的设计、液压系统的设计以及液压元件的选择。本次设计的重点在于回转机构的设计与计算，回转机构采用液压马达，通过齿轮的啮合来实现转台的回转，支腿机构通过水平液压缸和垂直液压缸实现各支腿的收缩动作，采用并联控制系统实现各支腿的同时动作。关键词高空作业车；回转机构；液压系统AbstractAerial vehicles are widely used in construction, municipal, airport, factories, gardens, residential，engaged in fire，rescue，relief，installation，maintenance and other work. Aerial vehicles is a machine which can carry the aloft working people and necessary tools to high altitude，and provides the high place for the staff.This article introduces the status of aerial vehicles，analysis and design the main part of the aerial vehicles. Including the selection of the chassis, rotating design, legs design, hydraulic system design and selection of hydraulic components. The key part of the design is design and calculation of the swing mechanism, swing mechanism uses hydraulic motor, by the meshing of the gears to complete rotation of the turntable, legs complete the contraction action by level hydraulic cylinder and vertical hydraulic cylinder, use parallel control system moving each leg at the same time.Keywords Aerial vehicles；Rotating；Hydraulic system徐州工程学院毕业设计(论文)目录摘要IAbstractII1 绪论11.1 概论11.2高空作业车的概况及市场的发展水平和前景11.2.1高空作业车的概况11.2.2高空作业车国内外的发展状况21.3课题简介41.3.1课题的背景和意义42 高空作业车的主要参数和构造62.1 高空作业车的主要构造62.2主要性能参数73底盘选型93.1高空作业车的底盘分类93.2底盘选择104转台结构设计124.1转台的组成124.1.1 底板124.1.2 转台的回转支承124.1.3传动齿轮154.1.4转台结构154.2回转支承装置的计算与选用164.2.1高空作业车的工况分析164.2.2转盘式回转支承装置的计算174.2.3按承载能力曲线选取合适的回转支承型号184.2.4选择传动齿轮184.2.5回转机构液压马达的设计215车架及支腿的选择设计与计算245.1副车架的结构分析245.1.1 几何约定将副车架的受力几何模型简化245.1.2 外载荷条件245.1.3副车架双纵梁门框结构的静力学计算245.2支腿的分类255.3支腿的受力分析255.4支腿的截面计算266液压系统的设计及液压元件的选择276.1液压系统类型276.1.1开式和闭式系统276.2液压控制系统276.2.1定量系统286.2.2变量系统286.3高空作业车下车的液压系统设计286.3.1各机构油路的组成及其特点286.3.2液压系统压力选择296.3.3液压回路设计296.4液压缸的选择316.4.1缸体与缸盖连接结构316.4.2活塞与活塞杆连接结构316.4.3活塞杆头部结构316.4.4导向套结构316.4.5密封与防尘结构326.4.6缓冲结构326.4.7液压缸的类型、主要材料及技术要求326.4.8垂直液压缸的选择336.4.10液压缸其他结构的设计376.5其他液压元件的选择376.5.1液压泵的选型与计算376.5.2阀的选择386.5.3 油箱的选择396.6液压系统主要性能验算396.6.1液压系统压力损失的验算396.6.2液压系统总效率的验算406.6.3液压系统发热温升的计算406.7液压油的性能要求41结论42致谢43参考文献44461 绪论1.1 概论在国家生产建设当中，大型的工程机械是不能缺少的技术设备，它在城市建设、交通运输、农田水利、能源开发和国防建设等各个方面都起着至关重要的作用。自从改革开放以后，国家加大了对基础设施的建设，以及引进了大量先进的国外技术设备、制造技术的，加速了整个工程机械行业的发展壮大。高空作业车是一种用来运送工作人员和工作器材到达指定高度进行作业的工程机械。由于它具有安全可靠、机动灵活、操作简单等特点，因此在大型场馆、桥梁、港口海岸的检护;高层建筑的装饰、清洁与维护;通讯、供电及城市交通设施的安装与检修;影视作品的拍摄与现场直播;高空险境及近岸水面的脱困救生;树木的剪枝修整及药剂喷洒等方面被广泛地应用。图1-1高空作业车在生活中的应用1.2高空作业车的概况及市场的发展水平和前景1.2.1高空作业车的概况高空作业车用被称为高平台消防车，在市政、建筑、机场、电讯、工厂、住宅、园林等场所被广泛应用，从事抢险救灾、消防、施工、安装、维护等工作。其中，最主要的一个功能就是让消防部门用于灭火、辅助灭火或消防救援。高空作业车是由将高空作业装置安装在汽车底盘上组成并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。现在的高空作业装置具有自动调速、工作稳定、操作平顺、安全可靠等优点，极大地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（如图1-2），分别为：垂直升降式、折叠臂式、混合臂式和伸缩臂式。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，灵活机动，行驶速度高，可以快速在转移到作业场地后迅速投入，是近几年来发展最快的一种国内专用汽车产品。高空作业车这类高空作业器械是以工程起重机械为基础而发展起来的，高作业设备广泛应用在建筑、消防、维护等行业。随着越来越高的作业高度，高空作业车振动所导致的大幅度摆动，定位的准确性受到了严重的影响，降低了工作效率，加之高空摆动给人的安全感极差，使得设备的宜人性也降低了，从而间接影响工作效率。因此针对高空作业车的动力系统研究有及其重要的意义。图1-2高空作业车外观图1.2.2高空作业车国内外的发展状况1.2.2.1国外发展现状在欧美日等发达国家和地区，高空作业车起步发展较早，从20世纪20年代就开始研制高空作业车，已经有了百年的发展历史。国外研发的产品具有技术水平高，作业高度高，安全性好，可靠性高，作业高度高，结构型式丰富，功能多样，规格齐全等特点。欧洲高空作业车的制造商主要以BRONTO（波浪涛)、RUTHMANN（胡特曼)、PALFINGER（帕尔菲格）、OIL&STEEL、SOCAGE等厂家为代表；美国以ALTEC（阿尔泰克)、TEREX（特雷克斯)、TIME（时代)等为代表；日本以AICHI（爱知)、TADANO（多田野)等为代表。欧美日的高空作业车主要用途和风格完全不同。美国的高空作业车作业高度基本不会超过40m，主要是带电作业的绝缘型，绝缘等级达到世界最高的500kV超高压水平，主要应用于电力系统中电力线路的带电维护作业，其年销售量约为1.6万台，远低于高空作业平台的平均年销售量，其它领域高空作业以牵引式高空作业平台和自行式高空作业平台为主。欧洲与美国恰恰相反，主要是非绝缘型高空作业车，绝缘型高空作业车数量非常少，所谓的绝缘型也不过是采用玻璃钢工作斗，绝缘等级不超过1kV。欧洲的高空作业车应用领域相当广泛，包括园林、市政、交通设施维护、室外装潢、建筑、风电维修等，年销售量超过2万台，且保有量巨大，仅荷兰一国高空作业车的保有量就超过1万台。欧洲高空作业车主要以租赁为主，目前世界作业高度最高的高空作业车均出自欧洲，包括BRONTO（波浪涛)、RUTHMANN（胡特曼)、WUMAG（乌马格）在内的厂家均研制了100m以上的高空作业车，SOCAGE公司也正在研制100m以上的高空作业车，但使用和保有量最大的还是作业高度在2025m之间，以伸缩臂为主的臂架形式的车型。日本高空作业车的年销售量超过6千台，兼备绝缘型和非绝缘型两种类型，但其绝缘型的绝缘等级比美国的水平要降低不少，非绝缘型的作业高度也不如欧洲的作业高度，以日本爱知为例：非绝缘型高空作业车最大作业高度为28m，绝缘型高空作业车的最大绝缘等级为220kV。1.2.2.2国内发展现状我国高空作业车行业起步与国外相比较晚，开始研制的时间是20世纪60年代，商业化样机在70年代才被推出。随着改革开放的逐渐深入和引进国外的高新技术及其产品，我国的高空作业车才开始在交通、城市道路照明、公安、园林领域和电力等行业进行推广使用。目前我国高空作业车年销售量在2千台左右，产品技术水平与国外的差距比较大，产品结构相对单一。市场销售、使用及保有量最大的车型还是以折叠臂式为主，其他型式如伸缩臂式和混合臂式占有的比重还很小，最大作业高度只有35m。国内存在各种原始方式的高空作业，高空作业安全法规尚待完善，法规的普及应用的范围与国外相比还有很大差距，还应继续深化法规教育。针对这种情况，一些国内高空作业机械行业的骨干企业在原有产品的基础上，不断加大新产品的开发力度。如杭州爱知车辆有限公司在短时间内先后研制了包括绝缘型高空作业车等10多种系列高空作业车产品，并自主开发了全液压驱动自行伸缩臂式高空作业平台，其最大作业高度达到了26.7m，填补了国内该型式产品的空白，为船舶修造、建筑、机场及工矿企业的安装检修等提供了新产品。此外，锦州重型机械股份有限公司、抚顺起重机总厂、徐州工程机械集团以及重庆大江工业(集团)有限公司等也先后开发了30m以上的高空消防作业车，彻底打破了以往该类型产品只能依赖国外进口的局面。在产品性能上，我国高空作业机械行业的一些骨干企业通过学习、引进和消化国外先进技术，不断提高新产品的技术水平和质量性能，已有部分产品达到或接近国际同类产品的水平。这些企业新产品的开发对推动整个行业技术的进步起到了一定作用，但总体来说，国内生产的高空作业车与国外同类型产品相比仍存在一定的差距，主要表现为产品型谱未系列化、高空作业车专用底盘缺乏、基础零部件配套水平较差、关键技术不成熟等。在今后的开发研制中，应针对这些问题采取有效措施，通过引进、学习、消化国外先进技术和企业自主技术攻关，不断提高产品的质量与技术水平，逐渐缩小国内外产品的差距。1.2.2.3高空作业车发展趋势的展望随着科学技术水平的不断提高，新技术的不断发现，越来越多结构型式更加完善的高空作业车将被研发出来，其将具备更高的安全性能，更加宜人化，作业范围将更加广阔，操纵也更加方便。如：英国Simon公司S400高空作业车为了正确完成支车并调整水平度，保证其作业安全，仅在支腿控制装置上就设置了21个指示灯和警告灯，还有纵横向电子斜度监视器及一整套支收腿动作顺序互锁机构。每次支车和收车都必须按同样的顺序和要求进引操作。否则按钮不工作。电子斜度监测器用于车辆倾斜度的监测显示，在支车和作业过程中若出现任意方向的倾斜超过允许值，斜度监测器就与讯响器接通发出音响警告。该机还设有支车和支臂的互锁机构：当支车、调平未达到规定值以内，上车不能操作；反之，若上车不恢复到运输状态，支腿则不能收回。我国的高空作业车当前的技术实力与国外还有很大差距，不能直接将他们的先进的技术直接制成成品。但是我们可以借鉴国外的技术来进行自主研发，设计出符合我们国情的安全、合格的高空作业车。主要趋势是六化、三性：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。1.3课题简介1.3.1课题的背景和意义高空作业车主要应用于路灯、电力、交通、高速公路、造船修船、通信、建筑、园林、广告、机场、港口、有线电视等行业，使用面广、作业效率高、安全方便，拥有巨大的市场潜力。当采用高空作业车作业时，工作人员会处于十几米甚至几十米的高空，为了确保他们的人身安全，高空作业车的作业臂应具有更高的安全性和可靠性。本课题主要是对其下车部分进行理论分析、计算并进行结构设计。1.3.2课题的研究内容本课题主要是针对高空作业车的下车进行设计和分析主要包括下车转台、回转装置、车架、支腿进行机构设计计算以及底盘的选型。下车液压系统的设计和液压元件的选型计算等。重点是高空作业车下车的机械传动原理，结构设计，可靠性计算。难点是液压设备的动力提升计算和液压控制系统。2 高空作业车的主要参数和构造2.1 高空作业车的主要构造高空作业车通常由动力装置、工作机构、金属结构和控制系统四部分组成。各部分组成与功能如下:（1）动力装置高空作业车的动力源就是动力装置。一般直接采用汽车底盘发动机作为整车的动力源的高空作业车被称为车载式高空作业车。自行式高空作业车的动力源有内燃机和电动两种形式，其中较为常见的是内燃机式，电动式适用于在流动性不大或外接电源方便的场地作业。(2)工作机构为实现不同的高空作业车运动要求而设置的机构称为工作机构。一般高空作业车设有回转机构、变幅机构、行走机构和平衡机构。载人工作斗在两个水平和垂直方向的移动主要依靠变幅机构和回转机构实现；依靠平衡机构保持工作斗和水平面之间的夹角不变，依靠行走机构来转移工作场所。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。变幅机构使得原本由垂直上下的直线作业范围扩大成为一个面的作业范围。高空作业车变幅机构一般由液压油缸的变幅来实现。高空作业车的回转运动主要是高空作业车的一部分（一般指回转部分或上车部分）相对于另一部分（一般指非回转部分或下车部分）做相对的旋转运动。回转机构是为了实现高空作业车的回转运动而设置的机构。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，要想保证工作人员正常工作，工作斗与水平面夹角必须保持相对稳定。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，通常有液压伺服缸的平衡、自重平衡、电液平衡等几种方式。高空作业车的行走机构就是指通用或专用汽车底盘。(3)金属结构高空作业车的重要组成部分包括工作臂、回转平台、副车架（车架大梁，门架、支腿等）金属结构。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，提高高空作业车车的可靠性都有重要意义。(4)控制系统控制系统一般包括操纵装置和安全装置，是用来解决各机构如何运动问题的。高空作业车一般要求设置上(工作平台)、下(操作台)两处操作控制面板，上操作控制面板为主控面板，下操作控制面板只有在主控面板操作失效或其它紧急情况下才能使用。目前，国内大多采用电开关控制电磁阀实现上、下操作，而国外除采用电控操纵外，还采用液控操纵。安全装置包括各种传感器、行程开关、液压锁止阀和报警器等，可以检测危险工况，保证工作的安全性。此外，高空作业车还应配备紧急停止装置，并安装在操作者的应急位置，在紧急情况下，该装置可有效地停止一切动作，保护高空作业车和工作人员的安全。图2-1高空作业车外形图2.2主要性能参数高空作业车的主要性能参数如下：(1)作业高度H作业高度是指工作平台底面离地高度与工作人员手臂所能到达的平均高度之和。通常把作业高度分为最大作业高度和最大作业幅度时的作业高度H。(2)作业幅度R作业幅度是指高空作业车回转中心线(对于垂直升降式高空作业车为升降的中心线)至工作平台外边缘的水平距离R。(3)作业速度V高空作业车的作业速度包括:工作平台在垂直方向起升的平均速度和下降的平均速以及工作平台的回转速度。(4)工作平台的装载质量Q高空作业车工作平台的装载质量是指标定装载质量，不包含工作平台的自身质量。本设计的主要参数确定如下： 1，最大回转速度：0.36 2，回转范围360度无限位回转高空作业车平台作业工作状态图：图2-2高空作业车平台作业工作状态图3底盘选型在进行高空作业车的设计前，根据高空作业车基本的载重，在确保高空作业车的安全性能和使用寿命的情况下选择适当的底盘。3.1高空作业车的底盘分类高空作业车的底盘主要可分为通用汽车底盘、专用汽车底盘两种。通用汽车底盘(图3-1 a)指除车架更换外，其余皆采用原来的汽车底盘。因为原汽车车架的强度和刚度都不符合高空作业车高空作业时的要求，因此需要在原来的底盘上附加副车架和支腿以便支撑整个上车结构，但却使得整个高空作业车的重心偏高、重量偏大，从而降低了整车的性能。但通用底盘价格比较低廉，因此中小吨位高空作业车经常采用此底盘。专用的汽车底盘是为了满足高空作业车的工作性能要求而设计的。专用底盘拥有更长的轴距和刚性，可以承受更大的载重，能够使得高空车达到更高的高度和更广阔的作业范围。驾驶室有三种布置形式，一是正置平头式驾驶室(与通用汽车一样)，如图3- la，二是侧置的偏头式驾驶室(图3-lb)，三是前悬下沉式驾驶室(图3-lc)。正置平头驾驶室的作业车重心较高，臂架放置在驾驶室上面；侧置偏头式驾驶室的作业车其臂架位于驾驶室侧方，使得整车的重心大大降低，但作业车的视野不好;前悬下沉式驾驶室的作业车，尽管视野开阔、臂架位置不高、重心低，驾驶室悬挂在前桥前面，使得车身较长，可以使用较长的臂架，且乘坐舒适，但由于驾驶室悬挂在前桥前，前桥轴荷大，使得车身过长，接近角减小，通过性稍差。前悬下沉式的驾驶室多在大型高空作业车中使用。还有一种适用于活动范围较小，空间较窄的高空作业车的专用底盘，和以往的高空作业车只能采用汽车或起重机底盘有很大的区别。这种底盘使得高空作业车变得很小能够进入狭小的空间进行作业，也使得高空作业车变得更加灵活机动，作用的范围更加广泛。（如图3-2）图3-1底盘类型图图3-2 迷你型的高空作业车底盘3.2底盘选择要根据通用载重汽车的承载能力和最大总质量来选择高空作业车的通用底盘。中、小型高空作业车改装后的最大额定起重量即为将汽车满载后的总重量乘上0. 700. 83得到的数值。可以在调整总布置时通过改变上车三铰点的位置及配重的重量和距回转中心的位置来合理分配原车的轴荷。高空作业车一般装设在汽车通用底盘或专用底盘上。选装通用汽车底盘，具有机动灵活、转移迅速、改装较易、工装较少、批量适中、专业化水平较高等特点，适合于线长点多，作业场所不固定的场合；选专用底盘时，轴距可以小些，车身可以短些，车高可以低些，增加了行驶总成、部件的制造、装配量，工作较复杂，适合于活动范围较小和针对性较强的场合。因为所设计高空作业车的承载能力和最大总质量并不是非常大故采用通用汽车底盘。考察国内底盘选用JX1060TSG23底盘技术参数为：底盘型号 JX1060TSG23轮胎数 6轴数 2轴距(mm) 3360前悬/后悬(mm) 1015/1605车辆(长宽高) (mm) 715019502995底盘整备质量(kg)(含固定支腿箱) 4340厂定最大总质量(kg) 5400接近角/离去角 27/14最高车速(km/h) 95 燃油种类柴油轴荷（kg） 1935/2730此高空作业车的底盘安装了四个液压支腿以保证整车在工作时的安全性和稳定性。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。可以进行360连续回转。4转台结构设计回转平台，俗称为转台，它是构成轮式全回转高空作业车的三大承载结构件之一。常见的转台形式有：框架式、单墙大箱式、单板加肋式、箱形立板式和箱形积木式等。转台结构为高空作业车组成的重要组成部分之一,属于金属结构部分。在设计的过程中要综合考虑转台的结构大小、转台的选材、和转台受到的力的大小。4.1转台的组成转台的结构主要有：底板、转台的回转支承、传动齿轮、以及转台组成。4.1.1 底板不论采用何种结构的转台，整体刚度都必须达到一定程度的，以保证它所承受的载荷能有效的传递，可以平稳地进行高空工作。而转台底板的平面刚度则对保证回转支承的转动灵活及转台整体刚度起着至关重要的作用。在高空作业车中底板放在固定转塔上。一般均采用圆盘型结构。如下图：图4-1转台的底板转盘的大小通常根据设计者对转台设计的尺寸来确定，根据不同型号的作业小车所需要的不同结构的转台来设计底板的大小。4.1.2 转台的回转支承转台的回转支承属于回转机构。回转机构由回转支承装置和回转驱动装置两部分组成。前者将高空作业车的回转部分支持在固定部分上，后者驱动回转部分相对于固定部分回转。回转支承装置简称回转支承，主要分为柱式和转盘式两大类，根据不同的使用要求各种回转支承的特点以及制造厂的加工条件等合理地选定。回转支承保证作业车回转部分有确定的回转运动，并承受作业车回转部分作用于它的垂直力、水平力和倾覆力矩。4.1.2.1 柱式回转支承装置(1)定柱式回转支承装置定柱式回转支承装置结构简单、制造方便，起重机回转部分的转动惯量小，自重和驱动功率较小，能使起重机的重心降低。(2)转柱式回转支承装置转柱式回转支承装置结构简单，制遣方便。适用于起升高度和工作幅度较大而起重机的高度尺寸没有严格限制的起重机(如塔式、门座起重机)。4.1.2.2 转盘式回转支承装置现代转盘式回转支承装置主要有滚子夹套式和滚动轴承式(过去中小吨位起重机上使用的滚轮式回转支承已由滚动轴承式取代)。(1)滚子夹套式回转支承装置它由许多圆锥或圆柱形滚子装在上下两个环形轨道之间.固结在转台底面的轨道通常在受力大的前后方制成两段圆弧形。圆锥滚子用于轨道直径较小的情况，可以避免附加的摩擦阻力与磨损。由于圆锥形滚子产生轴向力，因此滚子装在由许多拉杆构成的保持架上。在轨道直径较大的情况下，可以采用圆柱形滚子。圆柱形滚子可制成单轮缘或双轮缘装在由槽钢制成的保持架上。这种保持架应该有足够的强度和刚度。滚子夹套式回转支承装置已逐渐被滚动轴承式回转支承装置所取代。(2) 滚动轴承式回转支承装置(图4245)图4-2 单排四点接触球式回转支承图4-3 双排式回转球轴承图4-4 单排交叉镶柱式回转支承图4-5 三排滚柱式回转支承图4-2它由两个座圈组成，结构紧凑、重量轻、高度尺寸小。内外座圈上的滚道是两个对称的圆弧面，钢球与圆弧面滚道四点接触，能同时承受轴向、径向力和覆复力矩。适用子中小型起重机。图4-3它有二个座圈，采用开式装配，钢球和隔离块可直接排入上下滚道，上下两排钢球采用不同直径以适应受力状况的差异。滚道接触压力角较大(60度90度)，因此能承受很大的轴向载荷和倾覆力矩。适用于中型塔式起重机汽车起重机。图4-4它由两个座圈组成，滚柱轴线1：1交叉排列，接触压力角为45度,由于滚柱与滚道间是线接触，所以承载能力高于单排钢球式。这种回转支承制造精度高。装配间隙小，安装精度要求较高，适用于中小型起重机。图4-5它由三个座圈组成，上下及径向滚道各自分开。上下两排滚柱水平平行排列，承受轴向载荷和倾覆力矩，径向滚道垂直排列的滚珠承受径向载荷，是常用四种形式的回转支承中承载能力最大的一种，适用于回转支承直径较大的大吨位起重机。在本设计中采用的转台辅助支承是单排四点接触球式回转支承，其与上部转台的底板的连接方式如下图：图4-6 转台与支撑的联结采用此种支承的主要优点是：结构紧凑、重量轻、高度尺寸小且能同时承受轴向、径向力和复合力矩适用于中小型起重机。由上图可以看出转台的底板与下部的回转支承之间采用的是螺栓连接。当液压马达输出的转矩带动传动轴做回转运动时，这时传动齿轮与传动轴之间也用了几个小螺钉连接，将动力传给了传动齿轮，传动齿轮带动回转支承上的齿轮，支承上的齿轮的外圈与上部转台底板用了6个螺栓联结将动力传给了转台，而齿轮的内圈上则用螺钉与底盘连接固定。4.1.3传动齿轮在传动机构中应用最多的是齿轮传动，蜗杆传动使用较少，链传动只在个别情况下使用。齿轮传动分开式传动和闭式传动，电动起重机的所有机构都采用闭式齿轮传动(减速器)，开式齿轮传动只在特殊情况下使用(如回转机构的布置，要求末级传动为开式齿轮传动，设计机构时无合适的减速器可供选用)。使用开式齿轮传动时，齿轮圆周速度一般不超过1 .5 m/s。齿轮传动还有定轴传动(或普通齿轮传动，齿轮的几何轴线固定不动)和行星传动齿轮的几何轴线可动之分。平行轴传动多采用圆柱直齿或斜齿轮:相交轴传动多采用锥齿轮或蜗杆传动;两轴不平行不相交时，可采用双曲面齿轮、蜗杆传动、交错轴斜齿轮和曲线锥齿轮传动等。在齿轮传动中，如果从动齿轮直径很大(一般大于3 m),或者从动部分为大模数齿条(模数大于16mm)，齿轮圆周速度又在0. 6 m/s以下，为了简化制造，可使用针轮柱销传动。门座起重机的回转机构和变幅机构有时采用针轮柱销传动。链条传动只用子传动距离较大、不便于采用齿轮传动的场合(如某些门式起重机的大车运行机构)。在本次设计的过程中传动齿轮与固节在转台支承的齿轮是开式传动，采用的是外啮合由小齿轮的转动来带动外啮合齿轮转动，由于外啮合齿轮和转台之间是用螺栓联结从而来带动转台运动，最后带动杆臂工作。所以这里的传动齿轮起着重要的作用，通过传动齿轮才能把动力传给转台，来控制臂工作的时候所需要的条件。4.1.4转台结构转台结构的主要作用是连接下部传动齿轮与杆件，也是此次设计的重点。转台结构采用前后两个高强板，在前后高强板上再加上加强筋形成倒型结构，底部采用圆盘形结构。如下图4-7 图4-7转台的外部结构图由图可以看出转台上圆孔主要用于装下臂的销轴，下圆孔用来装升缩缸的销轴。上下盖板及两侧与高强板构成了箱形结构，在外侧加了两个加强筋以提高强度、刚度和稳定性。在本图中没有涉及到底板与回转支承的连接。两个加强筋均采用的是三棱形，又省材，体积和重量均比较小。前后加强筋的在中间位置开有小孔，主要是省材和减轻重量，来减小转台支承承受的重量。4.2回转支承装置的计算与选用在本章的第一节中讲到转台的结构时候提到过回转支撑的概念以及相应的类型在本章节中将会着重介绍回转支承的的选用以及相应的计算。4.2.1高空作业车的工况分析高空作业车转台的工作情况一般可分为以下四种：载荷工况A为高空作业车静载试验工况，通常按此工况计算回转支承装置的静容量。载荷工况B为高空作业车在最小幅度最大起重G的工况，承受工作状态下的最大风载荷,钢丝绳偏斜角为。载荷工况C为高空作业车在最大幅度的额定起重Q的工况(可能等于Q，也可能小于Q)。载荷工况D为高空作业车在非工作状态时承受非工作状态最大风压R产生的风载荷,风向按不利于回转支承装置受载的方向选取。1 总轴向力工况A：式（4.1）工况B：式（4.2）工况C：式（4.3）工况D：式（4.4）总轴向力最大起重量工作斗的载重等效载荷系数2 总径向力式（4.5）3 总力矩式（4.6）式（4.7）式（4.8）超载系数（0.55+（1+）起升载荷上车其他部分载荷臂架自重垂直力水平力分别为吹在工作斗和高空作业车上的风力离心力和风力引起的力矩一般占起升载荷引起的力矩10%左右式（4.9）最大计算工况为高空作业车受最大起重力矩工况，即：=20000N，R=6m，此时=2000N、Lb=1.2m、G1=2000N、L1=0.3m，把以上数据代入上式得：4.2.2转盘式回转支承装置的计算1 作用在回转支承上的载荷：主要工作条件：进行高空作业。2 确定回转支承的结构形式：采用单排四点式。3 计算回转支承当量载荷：式（4.10）4.2.3按承载能力曲线选取合适的回转支承型号根据设计可知：分别为上下臂的重量回转支承不同工况下受到的力也是不同的。1 考虑在八级风力时的最大工作载荷 2 不计风力、考虑实验载荷的最大工作载荷3 不计风力最大工作载荷（工况1为动态容量计算载荷，工况2为静态容量计算载荷）回转支承考虑采用单排四点式（01）系列。工况参数和载荷换算系数如下：回转支承当量载荷为静态：动态：螺栓计算载荷： 4.2.4选择传动齿轮齿轮传动是机械传动中最主要的传动形式之一。其优点是：效率高；结构紧凑；工作可靠，寿命长；具有稳定的传动比；承载能力高，传动速功率和转速适用范围广。缺点是：制造和安装精度要求高，价格贵；振动和噪声较大；不宜用于传动距离过大的场合。在高空作业车回转台的结构设计中，必须要通过传动齿轮将下部连接的液压马达的输出功率传给转台，转台才可以带动作业臂正常起升及转向。故齿轮的设计的设计是转台设计的重要部分。本设计的传动齿轮采取外啮合的传动形式。根据液压马达的输出可知：马达的输出转矩：T=7350 ；马达的输出转速为：；选转速为10r/min，由转台设计条件可知转台的转速为0.36 r/min，故将齿数比选择为。4.2.4.1齿轮的材料选择因为载荷平稳，传递的转矩小，小齿轮选钢，调质处理，齿面硬度为，大齿轮采用45钢，调质处理，齿面硬度为220HBS。如表4-1表4-1齿轮常用钢材钢号热处理方法截面尺寸机械性能硬度直径（mm）壁厚（mm）HBHRC45正火100100-300301-500501-8005051-150151-250251-400588569549530294284275265169-217162-217162-217156-217调质100101-300301-5005051-150151-250647735608373441314229-286217-269197-255表面淬火40-5035SiMn调质100100-301301-400401-5005051-150151-200201-250785735686637510441392373229-286217-259217-255196-255表面淬火45-5540Mn调质200201-300100101-130735686400441241-288241-286表面淬火45-5540Cr调质100100-300301-500501-8005051-150151-250251-400715686627588539490441343241-286241-286229-269217-254表面淬火48-554.2.4.2齿数和齿宽的确定初定齿数为：齿宽系数。4.2.4.3齿轮的许用应力根据两齿轮的齿面强度，由下图可得两轮的齿面接触疲劳强度极限和齿根弯曲疲劳强度极限分别为：图4-8 接触疲劳强度极限图4-9 弯曲疲劳强度极限查相关手册可得安全系数：有 4.2.4.4齿轮的接触强度（1）小齿轮所传递的转矩为液压马达的输出转矩是马达的输出转矩：T=7350 （2）根据齿轮传动条件得载荷系数K=1.1 查相关机械设计手册（3）确定小齿轮的直径（取为60）式（4.11）4.2.4.5确定模数和齿宽模数：查下表有模数为3的选择正确表4-2 齿轮的模数第一系列第二系列1 1.25 1.5 2 3 4 5 6 1.75 2.25 （2.25） 3 （3.75） 4.5 5.5第一系列第二系列 8 10 15 20 26 32（6.5） 7 9 14 18 22 28 （30） 36则齿宽： 4.2.4.6验算齿根的弯曲强度由设计手册可得：齿形系数: 应力校正系数由计算可得两齿轮的轮齿的弯曲强度足够。4.2.4.7传动齿轮的几何尺寸两轮分度圆直径: 两轮的中心距：两轮的齿宽: ; (按所选型号取为60)其他尺寸略。4.2.5回转机构液压马达的设计4.2.5.1 转矩计算图4-10高空车的作业受力图其中，平台最大载荷；上臂和下臂总重。查机械设计手册4得到摩擦系数：摩擦系数。如上图4-10所示，力对支架中心点取矩，得：力对支架中心点取矩，得：查机械设计手册4表4-3 各种液压马达的适用工况和应用范围,选取适合的液压马达类型。表4-3各种液压马达的适用工况和应用范围马达类型适用工况应用范围齿轮马达结构简单,制造简单,但转速脉动性较大,齿轮马达负载转矩不大,速度平稳性要求不高,噪声限制不严,适用于高转速低转矩情况下。钻床，通风设备叶片马达结构紧凑，外型尺寸小，运动平稳，噪声小，负载转矩较小。磨床回转工作台，机床操纵机构摆线马达负载速度中等，体积要求小塑料机械、煤矿机械、挖掘机轴向柱塞马达结构紧凑，径向尺寸小，转动惯量小，转速较高负载大，有变速要求，负载转矩小，低速平稳性要求高。起重机、铰车、铲车、内燃机车、数控机床行走机械径向柱塞马达负栽转矩较大，速度中等，径向尺寸大塑料机械，行走机械等内曲线径向马达负载转矩很大，转速低，平稳性高的场合挖掘机、拖拉机、起重机、采煤机等由转矩，查机械设计手册4表4-4 1JMD型液压马达技术规格表4-4 1JMD型径向柱塞液压马达技术规格型号排量转速压力/转矩/功率/机械效率偏心距重量额定最大额定最大额定最大（%）/1JMD-400.20110-40016220.470.64519.226.491.51644.51JMD-630.7801020016221.8152.5037.251.291.5251071JMD-801.6081015016223.755.1657.879.291.532160.41JMD-1003.1401010016227.7510.0775.310391.5402571JMD-1256.14010-75162214.3019.7011015191.550521取马达型号为： 1JMD-100 此类马达具有噪声低、起动转矩大、低速稳定性好、效率高、寿命长、转速范围宽等优点。5车架及支腿的选择设计与计算5.1副车架的结构分析本节对高空作业车的副车架结构进行初步分析设计。高空作业车的副车架主要是薄壁封闭大箱形结构，即双纵梁结构。车架普遍采用H 形支腿，固定支腿与车架焊为一体。高空作业时，伸出支腿用以承受载荷。5.1.1 几何约定将副车架的受力几何模型简化如图5-1 所示。图5-1副车架的集合简图5.1.2 外载荷条件用设计出三维模型，能找到各部分结构的重量及重心位置，从而得出：高空作业车的回转部分质量和非回转部分质量；高空作业车的回转部分对工作装置回转中心的弯矩，而。5.1.3副车架双纵梁门框结构的静力学计算计算模型假定为2个形平面框架，在回转支承处视为固定端，如图5-2所示图5-2平面框架的示意图对前后框架分别分析，根据受力情况和形平面框架的结构对称性，将外力分解成对称载荷和反对称载荷，并计算出对称载荷和反对称载荷。图5-3对称载荷和反对称载荷简图根据以下2种情况，取框架的一半进行分析：对称载荷、对称结构；反对称载荷、对称结构。根据力方程计算出其未知反力，按第四强度理论对其进行校核，由计算结果可知，前后形平面框架都满足强度要求。在计算副车架，考虑车架的扭转刚度和支腿横梁的弯曲刚度得到的计算结果和实际情况较为接近。副车架较大应力部位转台座圈与上盖板连接处周围、活动支腿与固定支腿搭接处,对副车架的设计满足强度要求。5.2支腿的分类高空作业车支腿从结构特点上可分为四类：蛙式支腿、H式支腿、X式支腿、辐射式支腿蛙式支腿的每个支腿只有一个液压缸。这种支腿形式的液压回路与具有调平起重机底架和锁住支腿功能的支腿液压回路相同，所不同的是仅有四个液压缸及其操纵元件，因此，较为简单。高空作业车在高空作业时由支腿支撑整车，普遍采用H形支腿，这种形式中每个支腿都有一个水平液压缸。行驶时，支腿收回，不随路面颠簸而伸出或下落；作业时，支腿撑地应坚固可靠，不得回缩；支腿油路必须具有良好的闭锁能力，操纵方便，能调整作业车的底架，保持水平。在本设计中我们采用H式支腿。5.3支腿的受力分析高空作业车的支腿压力是指支腿在高空作业时所承受的最大法向反作用力。按最危险工况汽车大部分轮胎被支承油缸顶起，整车处三点支承状态。若每个支腿上的压力按均布载荷考虑，则：式（5.1）式中 F单个支腿所承受的载荷 G整车满载时的重力5.4支腿的截面计算活动支腿危险截面为固定支腿与活动支腿的搭接处，对其强度和腹板的稳定性需要进行校核计算。截面尺寸及其余条件如下：支腿最大反力：支腿反力到危险截面的距离：危险截面对于X轴上部抗弯模量：腹板的高度：危险截面对于X轴下部抗弯模量：腹板的厚度：许用应力(材料选用HG60)：由于：式（5.2）式（5.3），所以强度满足设计要求。截面腹板局部稳定性验算：由于查表得：所以截面局部不失稳。6液压系统的设计及液压元件的选择6.1液压系统类型液压系统有传动系统和控制系统之分。传动系统按循环方式可分为开式系统和闭式系统。控制系统是以电机提供动力基础，使用液压泵将机械能转化为压力，推动液压油。通过控制各种阀门改变液压油的流向，从而推动液压缸做出不同行程、不同方向的动作，完成各种设备不同的动作需要。下面来介绍一下传动和控制系统6.1.1开式和闭式系统液压系统种类繁多，按油路液压系统可分为开式系统和闭式系统。在开式系统中，液压泵自油箱吸油，执行元件回油返回油箱。系统需要大容积的油箱。开式系统的示例见图6-1（a），在开式系统中，采用的液压泵多为单向变量泵或定量泵，考虑到泵的自吸能力和避免产生吸空现象，对自吸能力差的液压泵，通常将其工作转速限制在额定转速的75%以内，或增设一个辅助泵。液压泵经过滤器从油箱吸油，经节流阀、换向阀进入液压缸，液压缸或液压马达的回油经阀排回油箱，工作液在油箱中冷却及沉淀后在进入工作循环。液压缸的换向和调速分别由换向阀和节流阀完成。这种系统的应用最为普遍（在固定机械和行走机械中都有应用）。在闭式系统中，执行原件排出的油液返回到泵的进口。系统效率极高，需用补油装置补油，并用冲洗阀换油进行热交换。这种系统多用于车辆、起重机运输、船舶绞车、造纸和纺织等机械设备中。闭闭式系统示例见图6-1（b），变量液压泵的吸油管路直接与液压马达的回油管路相连通，形成一个闭合回路，液压泵经单向阀向高压侧补油，以补偿系统中各液压元件的泄露损失。液压马达是通过改变液流方向与流量实现换向和调速的，故闭合系统常采用双向变量泵。图6-1开式系统和闭式系统6.2液压控制系统6.2.1定量系统定量系统是指采用定量泵的液压系统。定量系统所用的液压泵为齿轮泵、叶片泵或柱塞泵。由于是定量泵，当发动机转速一定时，流量也一定。而压力是根据工作循环中需要克服的最大阻力确定的，因此液压系统工作时，液压泵功率是随工作阻力变化而变化的。在一个工作循环中液压泵达到满功率的情况是很少的，这就造成了发动机的功率损耗。在定量系统中，执行元件的速度是由控制元件以节流方式控制的，如图6-la中，泵输出的流量一定，进入油缸的油液流量大小由换向阀控制，当需要控制液压缸的速度时，操纵换向阀阀杆使阀芯与阀体之间的流油通道变小，从而减少流入液压缸的油量，减少的部分通过溢流阀流回油箱，从而不可避免的造成能量损耗。定量节流控制系统特点:结构简单、控制方便、价格便宜、发动机的功率有一定的损耗。6.2.2变量系统变量系统是指采用变量泵的液压系统。图6-2的变量系统中所用到的液压泵为恒功率控制的轴向柱塞泵。图中功率调节器中控制活塞右面有压力油作用，控制活塞左面有弹簧力作用，当泵的出口压力低于弹簧装置的预紧压力时，弹簧装置未被压缩，液压泵摆角处于最大摆角位置，此时泵的排量最大。随着液压泵出口压力的增高，弹簧被压缩，液压泵的摆角也就随之减小，排量也随之减少。当液压泵出口压力大于起调压力时，由于调节器中弹簧压缩力与其行程有近似双曲线的变化关系，因而在转数恒定的情况下，液压泵与流量也呈近似双曲线关系，这样液压泵在调节范围之内始终保持恒功率特性。由于液压泵工作压力随外载荷大小而变化，因此，可使工作机构的速度随外载荷的增大而变小，或随外载荷的减小而增大，使发动机功率在液压泵调定范围内得到充分的利用。其缺点是结构和制造工艺复杂、成本高。图6-2 恒功率控制变量泵6.3高空作业车下车的液压系统设计6.3.1各机构油路的组成及其特点高空作业车下车的机构包括回转机构、液压支腿等。各机构的组成和主要特点如下：1.回转机构的液压油路：回转机构用以改变工作方位。考虑到载荷的摆动会造成倾翻的危险，对微动性和平稳性要求较高。液压驱动的回转机构有高速方案和低速方案之分。高速方案采用高速液压马达，通过减速装置降速，增大扭矩，以驱动回转机构的回转;低速方案采用低速液压马达以驱动回转机构的回转。2.支腿油路：液压支腿在高空作业车工作时，支撑着整个车重和外载荷重量，要求安全可靠。如发生支腿自缩，就会使整个高空车有倾翻的危险。因此在支腿油路中设置双向液压锁元件，且直接安装在垂直液压缸上，防止管路破坏或液压缸活塞密封圈损坏时可能发生的事故。为了提高工作效率及整机调平需要，水平液压缸、垂直液压缸既可同时伸缩又可单独伸缩。3.中心回转接头：中心回转接头由液压滑环、导电滑环两部分组成，它的作用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畅通。4.转台控制箱和吊篮控制箱：吊篮控制箱与转台控制箱的设置，使得全车既可在吊篮处操作，又可在转台处操作，两处操作具有互锁功能，不能在两处同时对高空作业车进行操作。6.3.2液压系统压力选择高空作业车的液压系统采用定量齿轮泵供油，系统工作压力为16MPa，油路中设有安全溢流阀，保证系统安全。6.3.3液压回路设计6.3.3.1高空作业车回转机构液压回路(1) 动作分析进行回转时，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。(2) 液压回路设计图6-3回转机构的液压图电磁换向阀：电磁换向阀借助于电磁铁吸力推动阀心动作来改变流液流向。梭阀：梭阀相当于有两个单向阀组合而成，有两个输入口和一个输出口，在液压回路中起逻辑“或”的作用。单向节流阀：正向流动时起单向阀作用，反向流动时起节流阀作用。制动器：制动器一般都采用常闭式，即向制动器供压力油时，制动器打开，反之，则在弹簧力作用下使马达制动。控制过程分析如下：如图6-3所示，换向阀置于右位时，压力油经梭阀进入制动器液压缸，制动器松开。液压油同时经平衡阀中的单向阀进入回转机构液压马达，驱动其转动，使吊臂回转。换向阀置于左位时，液压油经单向节流阀进入回转机构液压马达的另一腔，同时经梭阀进入制动器液压缸，松开制动器，液压马达反转。换向阀处在中位时，整个回路卸荷，制动器液压缸在自身弹簧的作用下迅速刹住液压马达。这样，即使液压马达有内泄露也能保证吊臂被迅速制动住。6.3.3.2支腿油路的设计 (1)动作分析在水平缸动作时，轮胎未离开地面，支腿机构未起作用，负载阻力不大，而且只要伸到适当位置即可，所以水平缸的控制很简单。每个垂直液压缸均有一双向液压锁，它保证在高空作业车支腿在负载作用下不会缩回，此外，假使油管破裂，液压油缸的活塞杆也不会突然回缩，避免发生翻车事故，当行驶或停放时，支腿不会在重力作用下自动下降，保证高空作业车高空作业和行使的安全。（2）液压回路设计搬动换向阀2、换向阀3至下位，泵高压油经换向阀到水平液压缸无杆腔，水平液压缸伸出，待水平液压缸全伸出后搬动换向阀5至上位，高压油经单向节流阀、液压锁(开锁压力为20Mpa)使垂直液压缸伸出；若收支腿时分别搬动换向阀2至上位、5至下位，泵高压油经换向阀、双向液压锁至垂直液压缸有杆腔，垂直液压缸缩回，另高压油经进换向阀入水平液压缸有杆腔，水平液压缸缩回。由于此油路是并联油路，同时搬动四个换向阀，可实现四个支腿的同时动作，提高了效率。单向节流阀的作用是控制收腿速度，当打开支腿时，单向节流阀中的单向阀向垂直支腿液压缸的无杆腔供油，而收支腿时是向有杆腔供油，其回油经节流阀回油箱，来控制收支腿的速度，防止收支腿的速度过快。(如图6-4)电磁换向阀：电磁换向阀借助于电磁铁吸力推动阀心动作来改变流液流向。单向节流阀：正向流动时起单向阀作用，反向流动时起节流阀作用。图6-4支腿的液压图6.4液压缸的选择液压缸作为液压系统中的执行原件，以直线往复运动或回转摆动的形式，将液压缸能转变为机械能输出。液压缸结构简单、制造容易，用来实现直线往复运动尤其方便，其应用范围广泛。液压缸输出力和活塞有效面积及其两边的压差成正比；液压缸基本上由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置组成。缓冲装置与排气装置视具体应用场合而定，其他装置则必不可少。6.4.1缸体与缸盖连接结构缸体和缸盖连接结构对液压缸的工作性能和加工装配工艺有很大的影响，常见形式如下：1）当缸盖允许永久连接时，采用焊接式结构，优点是结构简单，但焊后缸内径易变形且不易再加工。2）螺纹连接结构具有重量轻、外径小的优点，但端部结构复杂，工艺要求高，装卸时要有专用工具。3）法兰连接结构较简单，易加工、易装配，但外形大，但工作压力不高时，缸体材料常用铸铁，它与端盖用法兰螺钉或螺栓连接；工作压力较高时缸体材料采用无缝钢管。6.4.2活塞与活塞杆连接结构活塞与活塞杆连接分成三类：螺纹连接结构使用广泛。在工作机械振动较大的情况下，固定活塞的螺母有可能松动，因此需要采用柱销或弹簧挡圈连接；如负载压力较大，则采用半环连接；整体式结够构简单、装配方便，适合尺寸较小的场合，缺点是损坏时需要整体更换。6.4.3活塞杆头部结构活塞杆头部结构形式可根据负载部件的工作条件而定。6.4.4导向套结构导向套对活塞杆或柱塞起导向和支撑作用，其结构形式如：1不设导向套，直接用缸盖孔导向，这种缸盖的结构虽然简单，但磨损后必须更换缸盖；2为内置导向套结构，它的特点是导向套安装在密封圈与油腔的压力油润滑导向套；3为外置导向套结构，其特点是导向套安装在液压缸外部，用螺钉紧固在缸盖上，易于拆卸；4导向结构的特点是导向套为球面，导向套可自动调整位置，从而使导向套轴线始终与运动方向一致。6.4.5密封与防尘结构液压缸的密封装置用以防止液压油外漏或从高压腔至低压腔的内泄露。防尘罩的作用是防止尘污掉在活塞上，防尘圈的作用是将掉在活塞杆上的尘污刮掉，可用O、Y型密封圈，也可用J形、三角形、骨架式防尘圈和毛毡圈等。6.4.6缓冲结构液压缸缓冲装置的作用是使活塞在接近缸盖时速度减慢，从而避免与缸盖发生碰撞冲击，这种缓冲效果也可以在液压回路中设置减速阀来实现，但在油缸内设置缓冲装置能使结构更紧凑。6.4.7液压缸的类型、主要材料及技术要求6.4.7.1液压缸的类型根据常用液压缸的结构形式，可将其分为四种类型：（1）活塞式单活塞杆液压缸只有一端有活塞杆。如图所示是一种单活塞液压缸。其两端进出口油口A和B都可通压力油或回油，以实现双向运动，故称为双作用缸。（2）柱塞式柱塞式液压缸是一种单作用式液压缸，靠液压力只能实现一个方向的运动，柱塞回程要靠其它外力或柱塞的自重；柱塞只靠缸套支承而不与缸套接触，这样缸套极易加工，故适于做长行程液压缸；工作时柱塞总受压，因而它必须有足够的刚度；柱塞重量往往较大，水平放置时容易因自重而下垂，造成密封件和导向单边磨损，故其垂直使用更有利。（3）伸缩式伸缩式液压缸具有二级或多级活塞，伸缩式液压缸中活塞伸出的顺序式从大到小，而空载缩回的顺序则一般是从小到大。伸缩缸可实现较长的行程，而缩回时长度较短，结构较为紧凑。此种液压缸常用于工程机械和农业机械上。（4）摆动式摆动式液压缸是输出扭矩并实现往复运动的执行元件，也称摆动式液压马达。有单叶片和双叶片两种形式。定子块固定在缸体上，而叶片和转子连接在一起。根据进油方向，叶片将带动转子作往复摆动。6.4.7.2.液压缸材料选择液压缸的材料可根据工作介质的压力大小及工作缸的尺寸大小来选择，选择范围很广，对于低压小尺寸的液压缸，可使用灰口铸铁，常用的为HT200到HT350之间，要求高一些的，则可选用球墨铸铁QT450-10、QT500-7及QT600-3等。要求再高的可以采用铸钢，如ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570等。对于大、中型锻造液压机，则常用35或40锻钢，有时也用20MnMo等低合金钢来制造液压缸。而在一些大吨位的锻造或模锻液压机中，液压缸的材料有时选用18MnMoNb合金钢，用大的钢锭直接锻造成液压缸的毛坯。小尺寸的液压缸也常用无缝钢管作坏料，加工余量小、工艺性能好，生产准备周期短，适合于批量较大的生产。6.4.7.3.技术要求技术要求：缸体内径采用H8或H9配合，表面粗糙度：当活塞采用橡胶密封圈时，Ra为，当活塞用密封环密封时，Ra为，且均需研磨。缸筒内径的圆度误差，圆柱度误差不大于直径误差之半，缸体内表面的轮廓误差在500mm长度上不大于0.03mm.;端面与缸盖固定时，缸体端面的跳动的直径100mm上不大于0.04mm；带耳环的缸体耳环销钉孔中心线对缸体内径的轴线位置度误差不大于0.30mm，带耳轴的缸体耳轴的轴线垂直度误差不大于0.10mm，其轴线垂直度误差在100mm上不大于0.10mm。缸体与端部用螺纹连接时，其螺纹等级取为六级；为防止腐蚀提高寿命，缸体内表面可以镀铬，镀铬层厚度应为，镀铬后进行研磨抛光。缸盖材料常用35号、45号钢锻件，ZG270-500、ZG310-570铸钢，HT250、HT300、HT350灰铸铁等。其技术要求：缸径D、活塞杆密封圈的外径的圆度误差和圆柱度误差不大于直径之一半。6.4.8垂直液压缸的选择根据高空作业车的运动要求，选择液压缸的类型为双作用单活塞式液压缸。图6-5双作用但活塞式液压缸示意图1）液压缸内径D的计算工作负载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：式（6.1）式中液压缸内径（m）；工作负载（）；选定的工作压力16（）。往返速比，根据优先系列=2.5效率为0.95代入数据，则按机械设计手册4表6-1给出的缸筒内径尺寸系列圆整成标准值。表6-1液压缸内径尺寸系列840125（280）1050（140）3201263160（360）1680（180）40020（90）200（450）25100（220）50032（110）250即取2）活塞杆直径d ：式（6.2）式中活塞杆直径(); 液压缸直径(); 速度比式（6.3）活塞杆的缩入速度; 活塞杆的伸出速度。此处，取液压缸的往复运动速度比为1.46.查表得式（6.4）将代入式(6.4) 得表6-2液压缸活塞杆外径尺寸系列（mm）420561605226318062570200828802201032902501236100280144011032016451253601850140由上表可求得活塞杆外径尺寸：d=63mm3）最小导向长度H: 式（6.5）式中 L液压缸最大行程 D缸筒内径活塞的宽度，一般取B=(0.61.0)D,导向套滑动面的长度A,在D80mm时取A=（0.61.0）d。活塞宽度B为的(0.61.0)D,B取100mm。4）壁厚计算: 式（6.6）式中：缸筒材料许用拉应力，= 缸筒材料的抗拉强度极限，600 ； n安全系数，一般取n=5；代入，=0.0053m 选用10mm。5）缸筒外径的确定: 式（6.7）6）缸底厚度: 取1=20mm。7）活塞杆强度计算:活塞杆受纯压缩或拉伸时式（6.8）式中 d外径空心杆孔径，实心杆为0 P最大推力32000 N取安全系数n=2，=300MPa，带入数据上式：所以活塞杆的强度满足要求。垂直液压缸的闭锁压力式（6.9）式中起高空作业时垂直液压缸的最大闭锁力，H式支腿垂直液压缸的等于高空作业时的最大支腿反力，=32000N。计算垂直液压缸的收放时间为15s。液压缸流量 6.4.9水平液压缸的选择1）工作负载: 2）内径的计算: 式中代入数据，得D0.016（m）根据工程机械用液压缸内径系列，选取D=50mm3）活塞杆直径d: 4）最小导向长度H：导向长度应满足导向套滑动面长度A取活塞杆直径的(0.61.0)倍,A取40mm；活塞宽度B为液压缸内径的(0.61.0)倍,B取40mm。5）壁厚计算: PD/2=1.04(mm) 选用5mm。6）缸筒外径的确定: D1=D+2=50+10=60(mm)7）缸底厚度：10.433D2=2.65(mm) 取1=10mm。水平液压缸的收放时间为15s。8）液压缸流量：Q= =4.09L/min6.4.10液压缸其他结构的设计密封是防止工作介质的泄漏（内泄和外泄）和防止外界异物（如空气、灰尘和水等）进入液压元件和液压系统的机构。虽然密封件是液压设备中的辅件，但密封与密封装置的好坏是直接影响到液压系统能否正常工作的关键之一。密封件的好坏在一定程度上已制约着液压元件和液压系统性能和可靠性能的提高，使用寿命的长短，以及影响到液压设备上档次和上水平以及参与国际竞争的关键所在，这也是国内外液压原件质量差异的主要因素之一。往往个别密封件的失效所造成的损失可能是密封件本身价值的千万倍。（1）密封圈密封：当液压缸采用密封圈密封时，由于基本上杜绝了泄漏，因此容积效率很高，液压缸的效率近似等于它的机械效率。一般来说，工作压力越高，液压缸的效率越高。应该着重减小静摩擦力来提高起动机械效率。此时要注意的是，合理选用密封圈的材料、型式并保证正确的安装尺寸。（2）间隙密封：对采用间隙密封的液压缸，容积效率随工作压力的提高和间隙的增大而降低，机械效率则正好相反。因此从能量损失的观点来看，存在一个合理的间隙和工作压力，在此间隙和压力时效率最佳。然而此间隙值未必能够得到保证，因此它还会受到加工、装配、油液的污染、活塞（活塞杆）的热膨胀和变形等因素的限制。6.5其他液压元件的选择6.5.1液压泵的选型与计算液压泵是将机械能转化为液压能的能量转换元件，即由原动机驱动，把输入的机械能转换成液压能，再以压力和流量的型式输送到系统中取。液压泵的主要类型由齿轮式、叶片式、螺杆式、轴向柱塞式和径向柱塞式。6.5.1.1液压泵的主要参数（1）额定压力（）：正常工作条件下，按试验标准规定，能连续运转的最高压力称为液压泵的额定压力.（2）最高允许压力（）：超过额定压力允许短暂运行的最高压力称为液压泵的最高允许压力。（3）工作压力（）：液压泵实际工作的压力称为液压泵的工作压力。（4）额定转速：在额定压力下，能长时间正常运转的最高转速称为液压泵的额定转速。（5）最高转速：在额定压力下，超过额定转速允许短暂运行的转速称为液压泵的在高转速（6）排量V（）：液压泵轴每转一周（或一弧度），按其尺寸计算而得到的排出（或流入）的液体体积，称为液压泵的排量。（7）理论流量（）在额定转速时、用计算方法得到的单位时间内泵能排出的最大流量。（8）额定流量（）在正常工作条件下，保证泵长时间运转所能输出的最大流量。（9）泵的容积效率（%）泵的实际输出流量和理论流量的比值。（10）泵的总效率（%）泵输出的液压功率与输入的机械效率的比值。（11）泵的驱动功率（）在正常工作条件下能驱动液压泵的机械效率。1.确定液压泵的最大工作压力式（6.10）式中缸或马达的最大工作压力16Mpa系统工作时的总压力损失，包括直管中的沿途损失，弯管、各种接头和阀的损失，对一般中高压，流量较大的液压系统取为0.5MPa。则2.确定液压泵的出口流量式（6.11） =25(L/min)又由条件,选择CBQF532齿轮泵，属于高压齿轮泵，采用铝合金壳体和DU轴承机构，具有体积小、重量轻、寿命长等优点。排量为32mL/r，额定转速为2500 r/min，额定压力为20MPa，驱动功率为26KW。6.5.2阀的选择根据压力和流量选择阀如下：节流阀选择C-175-C-11 额定流量为12L/min,联接方式为管式。溢流阀选择DBDH15G10，手动换向阀选用WMM型。6.5.3 油箱的选择油箱在液压系统中除了储油外，还起着散热、分离油液中的气泡、沉淀杂质等作用。油箱中安装有很多辅件，如冷却器、加热器、空气过滤器及液位计等。查机械设计手册4表6-3 油箱容量：表6-3 油箱容量JB/T79381999(L)46.31025406310016025031540050063080010001250160020003150400050006300油箱容量与系统的流量有关,一般容量可取最大流量的35倍。取油箱容量为160L。6.6液压系统主要性能验算6.6.1液压系统压力损失的验算验算的目的在于了解执行元件能否得到所需的工作压力。系统进油路上的压力损失由管道的沿程压力损失、局部压力损失和阀类元件的局部压力损失三部分组成。即：式（6.12）上式中沿程损失（达西公式）和局部损失可按下式计算式（6.13）式（6.14）式中：、d直管长度和内径 v 液流平均速度液压油的密度、沿程阻力系数和局部阻力系数=10m,d=0.02m, =0.9,=0.5,=0.021,代入上式可得： =0.22MPa =0.06MPa流经标准阀类元件时的压力损失值与其额定流量、额定压力损失和实际通过的流

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