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高空作业车液压和电气控制系统设计【3张CAD图纸和说明书】

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高空作业 液压 电气 控制系统 设计 3张 cad 图纸 说明书
资源描述:

目   录

摘要…………………………………………………………………………………………3

第一章   绪论 ……………………………………………………………………………3

1.1 空作业车的的现状和发展趋势…………………………………………………6

1.2 课题的来源和意义………………………………………………………………8

第二章   液压系统设计 …………………………………………………………………9

2.1 本参数及主要技术性能指标  …………………………………………………9

2.1.1 行驶状态主要技术参数 …………………………………………………9

   2.1.2 作业状态主要技术参数 …………………………………………………9

   2.1.3 作业车平台作业工作状态图 ……………………………………………9

   2.1.4 机构简述 …………………………………………………………………11

2.2 液压系统的构成…………………………………………………………………13

    2.3 各系统工作原理简述……………………………………………………………13

2.4 主要机构液压回路的设计与分析………………………………………………14

       2.4.1 升机构的回路设计 ………………………………………………………14

       2.4.2 伸缩机构回路设计 ………………………………………………………16

2.4.3 回转机构回路设计 ………………………………………………………17

       2.4.4 变幅机构回路设计 ………………………………………………………17

       2.4.5 整体液压回路设计 ………………………………………………………18

2.5 主要液压元气件的选择与计算…………………………………………………20

2.5.1 液压泵的确定 ……………………………………………………………20

2.5.2 上下臂液压缸确定 ………………………………………………………21

2.5.3 液压马达选择 ……………………………………………………………23

2.5.4 换向阀的选择 ……………………………………………………………24

2.5.5 油箱有效容的积确定 ……………………………………………………25

第三章   电气控制系统设计 ……………………………………………………………26

3.1  电气控制方案的确定 …………………………………………………………26

   3.1.1 高空作业机构的电气控制电路 …………………………………………26

   3.1.2 通讯装置 …………………………………………………………………27

   3.1.3 选择开关装置 ……………………………………………………………27

   3.1.4 总的控制电路 ……………………………………………………………27

    3.2  电气元器件的选择 ……………………………………………………………28

       3.2.1 按钮的选用 ………………………………………………………………28

       3.2.2 行程开关的选用 …………………………………………………………30

       3.2.3 热继电器的选用 …………………………………………………………30

       3.2.4 熔断器的选用 ……………………………………………………………30

3.2.5 电线的选择 ………………………………………………………………31

3.2.6 照明电器选择 ……………………………………………………………31

3.2.7 变压器的选择 ……………………………………………………………32

第四章  电气控制面板的操作……………………………………………………………33

4.1 转台处控制箱操作面板及其操作件介绍………………………………………33

4.2 平台(吊篮)控制箱操作面板及操作元件……………………………………34

4.3 高空作业电气部分操作方法……………………………………………………35

4.4 高空作业操作中注意事项………………………………………………………35

附录…………………………………………………………………………………………37

附录1 …………………………………………………………………………………37

附录2 …………………………………………………………………………………37

附录3 …………………………………………………………………………………39

附录4 …………………………………………………………………………………39

附录5 …………………………………………………………………………………40

结论…………………………………………………………………………………………42

后记…………………………………………………………………………………………43

参考文献……………………………………………………………………………………44


GKZ高空作业车液压和电气控制系统设计

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。本文针对徐州海伦哲工程机械有限公司GKZ14型高空作业车,进行了大量的理论研究和实验测试。

本设计是对该车的重要组成部分----液压系统和电气控制系统进行设计和研究,其液压系统由上车液压系统和下车液压系统组成。两者之间由中心回转接头连接(垂直升降式高空车除外),上车液压系统由变幅系统、伸缩系统和回转系统三个基本系统组成。在整个液压系统设计中,采用制动器控制克服了液压马达存在内泄而平衡阀不能锁住停在空中的重物,使重物可靠地停在空中。制动器采用恒压外控,可以进一步降低平衡阀的开启压力,提高回路效率。

从安全性、可靠性角度看,高空车不同于一般的工程机械, 其特点是作业频率不高, 负荷较小, 但要求安全性, 可靠性较高。因此, 高空车应具备紧急停止装置。高空车在各执行机构动作的终点位置设限位装置, 尤其是对于折叠臂式及混合臂式的高空车应设中臂限位装置, 以确保整车的稳定性。高空车的变幅系统和伸缩系统的速度必须加以控制, 以防止产生“超速”现象。

因此,为保证高空作业车的工作稳定、可靠、安全,作业灵活,效率高,设计出优良的液压系统和电气控制系统就显得尤为重要。


 [关键词]:高空作业车;制动器;内泄;恒压外控;限位装置。


Hydraulic and electricity control system design of the high-altitude working machine

Abstract

The high-altitude working machine has been widely used in architecture, city planning, airport, factory, garden, house and other place. It plays an important role in fire protection, dealing with an emergency, construction, installation, maintenance and so on. Aiming at the GKZ14 high-altitude working machine of XhZhou HaiLun machinery Group, It does a lot of theoretical research and experiment test.

This design is carries on the design and the research to this vehicleimportant constituent ---- hydraulic system and the electricitycontrol system, its hydraulic system by boards the hydraulic systemand alights the hydraulic system to be composed. Two between (verticalfluctuation type upper air vehicle is an exception) by the centerswivel joint connection, boards the hydraulic system by the amplitudesystem, the expansion and contraction system and the rotary systemthree basic systems is composed. In the entire hydraulic systemdesign, used the brake control to overcome in the oil motor existenceto release but the by-pass valve not to be able to lock in stops inthe airborne heavy item, caused the heavy item reliably to stop inairborne. The brake uses outside the constant pressure to control, mayfurther reduce the by-pass valve to open the pressure, enhances thereturn route efficiency.

From the security, the reliable angle looked that, the upper airvehicle is different with the general project machinery, it scharacte ristic is the work frequency is not high, load smaller, butthe request security, the reliability is higher. Therefore, the upperair vehicle should have the urgent stop device. The upper air vehiclesupposes the spacing installment in each implementing agency movementend position, regarding folds the arm type and the mix arm -like upperair vehicle in particular should suppose the arm spacing installment,guarantees the entire vehicle the stability. The upper air vehicleamplitude system and the expansion and contraction system speed mustperform to control, prevents the production "overspeed" thephenomenon.

Therefore, for guaranteed work high above the ground vehicle workstable, reliable, safe, work nimble, the efficiency is high, designs the fine hydraulic system and the electricity control system appears especially importantly.


Keywords: The high-altitude working machine; braker, iternal leakage;external control with constant voltage;The installment limits the position.


第一章    绪 论

1.1高空作业车的现状和发展趋势

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。

1906年,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。

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。


内容简介:
盾构推进液压系统同步协调控制仿真分析胡国良摘要: 设计了一种基于压力流量复合控制的盾构推进液压系统。采用AMESIM和MATLAB仿真软件对推进液压系统同步协调控制进行了仿真比较分析。仿真结果表明采用主从式同步控制策略能够达到很好的同步效果, 同步精度达到1mm,为实际盾构同步推进提供了参考依据关键词: 盾构;推进液压系统;同步控制;仿真。盾构是一种集机械、电器、液压、测量和控制等多学科技术于一体、专用于地下隧道工程开挖的技术密集型重大工程装备。它具有开挖速度快、质量高、人员劳动强度小、安全性高、对地表沉降和环境影响小等优点, 与传统的钻爆法隧道施工相比更具有明显的优势, 尤其在地质条件复杂、地下水位高而隧道埋深较大时, 只能依赖盾构。推进系统是盾构的关键系统之一, 主要承担着整个盾构的顶进任务, 要求完成盾构的转弯、曲线行进、姿态控制、纠偏以及同步运动等。推进系统的控制目标是在克服盾构推进过程中遇到的推进阻力的前提下, 根据掘进过程中所处的不同施工地层土质及其土压力的变化, 能够对推进速度及推进压力进行无级协调调节, 使得盾构在掘进过程中尽可能达到同步推进, 避免不必要的超挖和欠挖。为了达到控制要求, 推进液压系统要求能够在非线性变负载工况下实现压力和流量的实时控制, 并要求具有高的可靠性。基于此, 本文对推进液压系统的同步协调控制作了相关仿真分析研究。1推进液压系统集成设计盾构推进液压系统比较复杂, 属于变负载、大功率、小流量的应用场合。本系统在主油路上采用变量泵实现负载敏感控制; 对于6个执行元件液压缸, 将其分为6组, 进行分组控制, 以完成全推进、单个前进或后退、双个前进或后退等动作。各个分组的控制模块都相同, 均由比例溢流阀、比例调速阀、电磁换向阀、辅助阀及相关检测元件等组成。图1为推进液压系统单个分组的工作原理图。盾构推进时,二位二通电磁换向阀1 断电, 系统压力油经比例调速阀2 流出, 此时三位四通电磁换向阀9切换到工作状态B位置, 液压缸6 的活塞杆向前运动。推进过程中, 液压缸6 中的内置式位移传感器7 实时检测推进位移, 转换成电信号反馈到比例调速阀2 的比例电磁铁上, 控制比例调速阀2中节流口的开度, 从而实现推进速度的实时控制, 此时系统中多余的流量可从比例溢流阀3中流出。为了实现姿态调整, 还必须实时控制推进压力, 此时可由压力传感器5 检测液压缸6 的推进压力, 转换成电信号反馈到比例溢流阀3的比例电磁铁上, 控制比例溢流阀3的节流口开度来实现。分组中的比例溢流阀3和比例调速阀2与压力传感器5和位移传感器7一起构成压力流量复合控制, 可实时控制推进系统的推进速度和推进压力。快速回退时, 二位二通电磁换向阀1得电, 短路比例调速阀2, 系统采用大流量供油, 此时三位四通电磁换向阀9切换到工作状态A位置, 液压缸6的活塞杆快速回退, 以满足管片拼装的要求。各个分组中, 液压锁8 与具有Y型中位机能的三位四通电磁换向阀9组成在一起成为锁紧回路, 中位停止时可很好的防止液压油的泄漏。液压缸退回时, 平衡阀4能起到运动平稳的作用。2推进液压系统多缸仿真分析多缸机构的同步运动十分重要, 特别是在变负载的盾构设备中显得更为突出。由于盾构工作的特殊性, 盾构刀盘开挖面前方的负载经常发生变化, 在直线推进的情况下, 如果不采取必要的同步措施, 推进过程中盾构将偏离设定的轨道, 引起不必要的超挖或欠挖, 甚至会造成盾构设备性能低劣、失效或损坏。造成推进系统中各个分组液压缸不同步的原因有很多种, 主要有以下几个方面:(1) 由于流量增益不同、起始工作电流不同、线性工作区有差异, 使得在某一开度时流过比例调速阀的流量不相等, 从而导致液压缸运动时不同步。(2) 液压缸承受负载不同, 掘进过程中盾构刀盘工作面的水土压力都是随机变化的, 因此各个分组中的液压缸承受的负载大小也不同, 承载大的液压缸较承载小的液压缸运行慢。(3) 液压缸的制造精度有误差, 导致液压缸运动副摩擦力也不同; 另外, 安装时运动副的配合间隙不同, 使得运动副摩擦力也不相等。摩擦力大的液压缸运行相对慢。(4) 液压系统安装时油管长度和弯头数目的不同也会造成液压缸沿程阻力不相等; 此外, 长时间运行也会使得液压缸的工作特性发生变化, 这些因素也会导致各个分组中的液压缸推进时不同步 5 - 6 。基于此, 首先对没有采取同步控制措施的左右对称的2#和5#推进液压缸进行仿真分析。模拟实际推进过程中分区液压缸所受负载不同以及液压缸所受内摩擦力的不同。仿真中把2#液压缸的粘性摩擦系数设为1 104N /m / s, 负载中的弹簧刚度设为1 1010 N /m;而5#液压缸的粘性摩擦系数则设为1 103N /m / s, 负载中的弹簧刚度设为5 109N /m。图2为采用AMESim仿真软件搭建的推进液压系统多缸仿真模型图。图2推进液压系统多缸仿真模型仿真时两个液压缸的调速输入设为相同。图3和图4为两个左右对称液压缸的推进压力和推进速度仿真图。从图中可以看出, 由于两个液压缸所受负载不同, 2#液压缸所受压力比5#液压缸所受压力约大2MPa。另外, 2#液压缸的粘性摩擦系数比5#液压缸的粘性摩擦系数也要大, 反映在速度上也有所不同,受力大、粘性摩擦系数大的液压缸推进速度要慢些,从图4推进速度仿真曲线可以看出, 此时2#缸稳定后的推进速度为36mm /min, 而5#缸稳定后的推进速度约为39mm /min。图5和图6为两个液压缸的位移仿真曲线和位移差仿真曲线图。由于2#液压缸的推进速度比5#液压缸的推进速度要小, 随着时间的增大, 两个液压缸的位移差也越来越大。从图6可以看出, 在推进时间到达50 s时, 两个液压缸的推进位移差达到215mm。也就是说, 每推进1min, 就有约3mm的误差, 这样很容易导致实际掘进过程中盾构偏离预先设定的轨线,因此有必要采取同步控制策略。3推进液压系统多缸同步控制仿真分析目前常采用的液压同步控制方法主要有两种。一种是开环式的控制方法, 即用分流集流阀、同步缸、同步马达等组成同步液压回路, 其特点是原理简单,成本低, 但精度也较低。第二种方法是用电液伺服阀或电液比例阀组成闭环控制系统, 采用这种闭环控制方法时, “同等方式”和“主从方式”是通常采用的两种控制策略, 采用这种控制策略有望获得高精度的同步控制要求 7 。仿真中采用主从式同步控制, 把2#液压缸作为主液压缸, 5#液压缸作为从液压缸。以2#液压缸的输出为理想输出, 5#液压缸受到控制来跟踪这一选定的理想输出并达到同步驱动。图7为推进液压系统多缸同步仿真AMESim 模型, 图8则为采用Simulink构建的推进液压系统多缸同步仿真控制模型。仿真中所取参数与没有采取同步控制时相同, 并且两个液压缸的调速输入均相同。由于设定中所受负载以及液压缸的粘性摩擦系数不同, 导致推进过程中液压缸的推进速度和推进位移不同。此时, 把2# 和5# 两个液压缸的位移输入到AMESim的S函数中, 然后通过输出接口在Simulink中搭建控制模型进行仿真。仿真中把两缸的位移差与设定的位移进行比较, 所得的位移差信号反馈到调速设定值上, 进行补偿来达到同步控制。图9和图10为采用同步控制的液压缸推进压力和推进速度仿真曲线图。从图中可以看出, 两个液压缸所受压力与图3没有采用同步控制措施的推进压力曲线相比, 两者没有发生变化。但从图10可以看出,此时主从两个液压缸的推进速度基本重合, 稳定后的推进速度均为36mm /min。图11和图12为两个液压缸的位移仿真曲线和位移差仿真曲线图。由于2#液压缸的推进速度和5#液压缸的推进速度相同, 因此两个液压缸的推进位移很接近。从
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