曲臂式高空作业平台及其液压系统设计

精品文档 1欢迎下载 摘要 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 起重机是一种能在一定范围内垂直起升和水平移动物品的 机械 动作间歇性和作业循环性是起重机工作的特点 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 本课题主要是对其上车部分进行理论分析 计算并进行结构设计 高空作业车是由两个机械臂组成 合理确定其一些基本尺寸 运用理论力 学知识对其受力分析 用材料力学知识进行强度校核 确定其他尺寸 根据负 载条件 选择液压元件 设计液压系统 运用绘图软件 Pro e CAD 画出零 件图和装配图 关键字 起重机构 强度校核 液压系统 液压缸 精品文档 2欢迎下载 Abstract The aerial platform vehicle sends high rise operation personnel and the tool of the necessity to the air and provide the staff member with the high rise operation amenity machine The derrick is a kind of machine that cans be perpendicular in the certain scope to rise to rise to move a product with level the action by fits and starts and the homework circulation are the characteristicses of the derrick work can press the main use and the structure characteristic classification It is widely used efficient safe and convenient It has a great potential in the market This article mainly finished the theoretical analysis calculation and structure design Aerial Work Platform is composed by two manipulators after reasonably determining some of its basic dimensions making its force analysis according to theoretical mechanics I use material mechanics knowledge to make its strength check and decide the other dimensions According to load conditions I choose hydraulic components design hydraulic system Make use of the drawing software such as Pro e CAD to paint parts graphs and assembly drawings KeywordsKeywords jack mechanism Strength check Hydraulic system fluid cylinder 精品文档 3欢迎下载 目录 1 绪论 1 1 1 高空作业车简介 1 1 2 课题的来源和意义 2 1 3 国内外的发展状况 2 1 4 课题研究内容 5 2 折叠机构工作原理和计算分析 6 2 1 折叠机构组成 6 2 2 机构工作原理确定 6 2 3 结构尺寸的确定 7 2 3 1 曲臂的受力分析 7 2 3 2 参数的确定 9 2 4 可靠性分析 9 2 4 1 臂 L 强度校核 11 1 2 4 2 臂 L 强度校核 13 2 2 4 3 铰接旋转轴的强度校核 16 3 行走底盘动力分析 17 3 1 非工作状态下底盘设计计算 17 3 2 工作状态下底盘设计计算 18 3 3 轴荷分配 19 4 液压系统的设计 21 4 1 液压系统的构成 21 4 2 液压系统设计概述 21 4 3 设计依据 22 4 4 主要机构简述 22 4 5 主要工作机构液压回路的设计 23 4 6 上臂油缸的设计 25 精品文档 4欢迎下载 4 6 1 确定液压缸类型和安装方式 25 4 6 2 确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸 25 4 7 下臂油缸的设计计算 30 4 7 1 确定液压缸类型和安装方式 30 4 7 2 确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸 30 结论 36 致谢 37 参考文献 38 精品文档 1欢迎下载 1 绪论 1 1 高空作业车简介 高空作业车作为一种工程机械设备 目前广泛应用在船舶 建筑 市政建 设 消防 港口等行业 有着广阔的发展前景 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 现今 高空作业车已发展到其作业高度最 高已到达72m BRONTO公司生产 且作业车的可靠性 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 高空作业车大体有折叠臂 伸缩臂 混合臂 自行式 剪叉式等五个系列 东风小霸王高空作业车 东风多利 卡高空作业车 东风 145高空作业车 江铃高空作业车 庆铃高空作业车 奥铃高空作业车 高空作业车的颜色以工程黄的颜色为主 不论是在白天 和黑夜 黄色比较醒目 另提供多种选择 液压系统设计在高空作业车的设计里占重要地位 例如起重工件装置主要由 起升 变幅 吊臂升缩和回转等机构组成 这些机构都靠液压系统驱动 实现 作业要求 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 高空车液压系统应具 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 在 高空车的下车支腿液压系统中 还须防止 软腿 及 掉腿 现象 高空作业车辆 升降机构的稳定可靠是实现安全作业的必要条件之一 这类设备的升降机构大多 采用臂式 如市政工程车辆 汽车起重机 飞机除冰车等 或剪式 如飞机食品车 残疾旅客登机车等 升降机构 采用液压缸作为升降驱动力 液压缸需要随升降 机构运动 因此液压缸与液压主回路须使用液压胶管连接 此时液压缸既作为升 降时的动力 又作为施工作业时升降机构的支撑构件 因此液压缸及其连接管路 对于整个系统安全起着非常重要的作用 高空作业车液压系统早期都是由汽车 精品文档 2欢迎下载 起重机的液压系统改造而成 外表一样而作业性能要求完全不一样 高空车液 压系统的设计资料很少 随着液压技术的进步 近几年的高性能的液压控制阀 不断出现 采用新型液压阀的液压系统的设计不断出现 下面就笔者在实际设 计中的一种采用新的插装阀 设计的一种适合厂区作业 移动方便的自走式高 空作业车的液压系统及系统计算做一论述 1 2 课题的来源和意义 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 高空作业车除高空作业机构外还设有起重装 置 一机多用 液压系统设计在高空作业车的设计里占重要地位 例如起重工 件装置主要由起升 变幅 吊臂升缩和回转等机构组成 这些机构都靠液压系 统驱动 实现作业要求 液压系统元件的类型可分为动力元件 控制元件 执 行元件 辅助元件等 随着经济技术的快速发展 国内外起重机市场和高空作 业车市场对这两种产品的需求越来越大 我国近年来通过实行积极的财政政策 和内需拉动等手段 加强和改善宏观调控 集中必要力量建设一批大型工程 高空作业车将有广阔的应用前景 将产生巨大的社会经济效益 1 3 国内外的发展状况 国外高空作业车的起步较早 欧洲仅意大利已知的就有二十家左右高空作 业车生产厂 德国 法国 英国 芬兰 丹麦等国也都有很多高空作业车生产 厂 可以说欧洲是高空作业车最主要的产地 欧洲产品的结构型式齐全 高空 作业机械按臂架结构可分为折叠臂 伸缩臂 混合臂等型式 欧洲产品各种结 构都有采用 尤其是各种结构的混合臂产品 美国和日本很少见 而欧洲混合 臂产品非常多 欧洲产品作业高度规格全 作业高度最低在10m左右 最大高度 超过100m 北美地区的产品最大作业高度基本不超过70m 日本产品最大作业高 度不超过60m 欧洲高空作业机械生产历史长 技术水平高 因此目前欧洲产品 在世界上销售范围最为广泛 中东 东南亚 南美洲等地都是以欧洲产品为主 精品文档 3欢迎下载 从以上几点可以说明欧洲是高空作业车最发达 技术水平最高的地区 北美高空作业车产品以绝缘型为主 约占总量的65 这是由于北美地区的 法规 政策对多数高空作业具有绝缘性能要求 世界上最大的三家绝缘型高空 作业车生产企业集中在美国 其绝缘式高空作业车产品在世界上处于领先地位 北美也是高空作业车 包括绝缘型和普通型 销量最大的地区 和欧洲相比 北美地区的高空作业车作业高度较低 为保证绝缘性能 北美高空作业车多采 用较为简单的结构型式 只有低高度产品和低绝缘等级的产品 使用复杂程度 较高的混合臂结构 中等高度产品使用折叠臂结构较多 大高度产品多使用伸 缩臂结构 北美的高空作业车生产厂家较为集中 美国Terex Altec Time是 最大的三家生产厂 其余厂家均规模较小 日本高空作业车使用普遍 普通型和绝缘型产品都得到广泛使用 日本高 空作业车的作业高度较低 小巧 灵活是其主要特点 日本高空作业车生产厂 家高度集中 主要是AICHI 爱知 和多田野 爱知和多田野高空车的产品线都 非常齐全 既有普通高空作业车 又有绝缘车 同时也生产自行走产品 此外 日立公司生产自行走高空作业平台 东急车辆公司生产高空作业车 我国高空作业机械生产企业从七十年代初起步 至今已有30多年的历史 到目前为止 国内生产企业已由当时的七八家发展到现在的一百余家 截至 2009年10月 列入工信部公告的生产高空作业车的厂家共40家 生产高空作业 平台的企业有100余家 与国外合资企业有4家 国外独资企业有4家 截至2009年10月第201批 已列入公告的高空车类产品共265个 产品公告 数量前5位厂家为 杭州爱知34种 沈阳北方交通28种 徐州海伦哲27种 北京 凯特17种 北京三兴14种 其中绝缘车48个 普通车220个 220个普通车产品 中 折叠臂产品150个 占68 6 伸缩臂产品39个 占17 6 混合臂产品14 个 占5 4 其它17个 占8 3 可见折叠臂产品仍是目前国内最主要的产 品型式 最近几年各厂家陆续开发生产伸缩臂产品 公告产品的数量已占到 17 6 说明其发展迅速 但用户对伸缩臂的认可程度 低于厂家预期 混合 臂产品结构复杂 技术难度高 公告数量较少 在国内仍处于起步阶段 徐州 海伦哲公司是混合臂产品数量最多的厂家 共有6个混合臂产品公告 已经形成 较为完整的系列 精品文档 4欢迎下载 作业高度情况 所有产品中 30m以上5个 占2 5 22 30m共13个 占 6 5 17 21m共66个 占33 12 16m共102个 占51 11m以下14个 占 7 所有产品中12 16m的产品仍占优势 17 21m占的份额也较大 近几年我国高空作业平台的发展主要表现在品种数量不断增加 十年前 我国高空作业平台产品以剪叉式 套筒油缸式等产品为主 产品的移位大都靠 手推为主 随着国民经济和城市建设的发展 需求量逐年增加 新产品增加较 快 如单桅柱铝合金平台 双桅柱铝合金平台 车载剪叉式平台 剪叉式平台 折臂式平台 箱型截面铝合金桅柱平台 自行式剪叉式平台 蜘蛛式高空作业 平台和自行式曲臂 直臂平台等产品相继开发成功 折叠臂式高空作业车仍然是市场主流产品 但市场份额将逐步下降 伸缩 臂和混合臂式高空作业车将以无可替代的优势占据市场半壁江山 折叠臂式 高空作业车由于市场保有量大 用户熟悉 价格低廉 维护简单等优势仍然会 成为市场主流产品 但需在安全性和人性化方面改进提高 伸缩臂式高空作 业车将以其作业效率高 操作简单 安全性好等优势得到快速发展 作业高度 在18 28m之间的将成为主力产品 混合臂式高空作业车既有折叠臂式跨越障 碍能力 又有伸缩臂式操作简单 作业效率高的优点 在特殊领域和大高度上 具有无比优势 但由于该型式车技术复杂 制造工艺要求高 成本高等缺点 普及程度要低于伸缩臂式高空作业车 采用越野底盘的高空作业车也将成为 一个新的产品方向 杭州赛奇高空作业机械有限公司近几年先后开发了单桅柱铝合金平台 双桅柱 铝合金平台及多桅柱铝合金平台 其中多桅柱铝合金平台完成了 10m 12m 14m 16m 18m 20m 22m七种规格的研制 完成了自行式桅柱铝合 金平台和防爆型桅柱铝合金平台的研制 浙江鼎力机械有限公司完成了自行式 单桅柱 自行式双桅柱铝合金平台及剪叉自行式平台以及自行剪叉式升降平台 自行式伸缩臂平台的研制 湖南运想重工科技有限公司 徐州重型机械有限公 司 湖南星邦重工有限公司 北京京城重工有限责任公司开发了全液压底盘驱 动的40m自行式高空作业平台 为国内船舶修造 建筑 机场及工矿企业的安装 检修等工程提供了新的品种 并在短短的几年里先后开发了10多种系列的高空 作业平台产品 杭州爱知公司 徐州海伦哲公司开发完成了绝缘型高空作业车 精品文档 5欢迎下载 其产品的工作斗耐电压20kv 5min 工作斗内衬耐电压50kv 5min 绝缘臂耐电 压可达到100kv 1min 沈阳北方交通重工集团完成54m高空消防救援车的研制 徐州重型机械有限公司先后完成了22 68m大高度高空消防救援车的研制 目前 正在开发研制80m高空消防救援车 中联重科目前正在开发研制100m以上高空消 防救援车 图1 北方交通高空作业车 车上的任何技术设备 都需要维修和保养 保养的范围和次数根据高空 作业车的工作状况而决定 按照保养规则和保养时间间隔不同 分三个保养 范畴 保养预备工作和保持工作可靠性的要求都在保养手册里论述 检查和 保养需要纯熟的技术 这些不能在 说明书里得到 要进行这项工作 建议 派人到疾驰维修站培训 为保持维修好 要有纯熟的经验 工厂的技术资料 车间设备和维修工具 由维修站把一个提醒维修工作的牌子 附在司机座位 的门边 任何修理和保养都要根据高空作业车的工作情况而定 要把润滑油 燃油 冷却水放在盆里或类似的容器里 不要放在地面上 环境污染 不要 长时间开动发动机 在车上操作时 要注重安全规则 关于润滑 使用黄油 枪的最高压力不超过 400 巴 黄油枪没有安全装置 可能损坏轴承 球形接 头 油封等 加油前要注重清洁润滑油嘴 旋出放油塞之前 要注重清洁之 润滑的专用设备 按照 制造厂的说明书进行 所需的专用工具 诸如一套通 用工具和扭力扳手等工具都可由维修站备件部门供应 所有维修站都储有供 维修和保养所需的原配件 保证迅速供应世界和地用户原配件 在中央设备 仓库 储有二十多万不同的配件 旧型号高空车的配件更多 高空作业车使 用原配件 可保持高空作业车的最佳功能及可靠性 这些部件可经得起最高 精品文档 6欢迎下载 质量的检查 特殊是各部件的研制 制造 或选择都适用于高空作业车 因 此 只能使用原配件 一 翻转驾驶室 留意 翻转驾驶室 使发动机熄火 降下保 险杠上的防护装置 为确保安全 清理驾驶室前部范围和变速杆 向 前翻转 1 把变速杆置于空挡 2 短驾驶室 解除司机座和助手座位后 面的锁定机构 长驾驶室 解除司机座后面的锁定机构 3 确实关住两侧 车门和前保护栏板 4 按翻转方向移动液压阀杆 5 作用液压泵 直到 驾驶室翻转到最适当位置 留意 假如液压驾驶室翻转装置有故障 或者 没装有这个装置 从变速器拆下变速杆 用外部辅助设备翻转驾驶室 一个 起重机 翻回驾驶位置 1 向翻转方向移动液压泵阀杆 2 作用液 压泵 直到驾驶室翻转回到驾驶位置 注 对短驾驶室 要把 橡胶垫准 确地放在叶子板与车架的接触处 必要时 校正橡胶垫 对长驾驶室 连续 作用液压泵 直到感到有很大阻力为止 3 短驾驶室 锁闭司机座和助手 座后面的锁定机构 长驾驶室 检查司机座后面的安全杆位置 4 向前压 变换械杆 直到变速杆接合 注 高空平台车工作时 驾驶室翻转泵上的 阀杆 要指向驱动方向 当作用驾驶室外翻转泵时 假如感到没有阻力 检查驾驶室翻转泵是否有足够的油量 当作用驾驶室翻转泵时 假如感到有 很大阻力 二 润滑翻转驾驶室轴承 长驾驶室轴承 要定期使用多用途润滑 脂 润滑时 要把驾驶室向前翻转 检查驾驶室锁定是否解除 驾驶室翻 转泵上的阀杆是否指向所需的翻转方向 发动机 机油和滤清器的更换 高空作业车长距离行驶后 趁机油还热较稀的时候 更换机油 放出发动 机和机油滤清器壳里的机油 卸下滤清器壳的中央螺栓 取出滤芯及滤壳 放出存油并用 汽油清洗 每次更换机油 换上滤芯和滤壳与盖之间的衬垫 检查所有密封环是否准确密封和有无损坏 必要时 更换之 清洗耳恭听放 油塞 滤芯弹簧必须对准滤清器壳 把滤壳垂直对冷滤清器支架 向上推 之 然后 用手或扳手上紧中央螺栓 灰尘分离阀的保养 定期倒空进气 管路的灰尘分离阀 在积聚灰尘我的情况下 每周清除一次 灰尘特殊严峻 天天都要清除 要倒空 压缩橡胶波纹管 油封的准确安装很重要 要留 精品文档 7欢迎下载 意按规定的扭力上昆机油滤清器壳 旋入并上紧放油螺塞 观察紧定扭力 把机油注入发动机 转动发动机 不超过20 秒 直到机油压力表指示机 油压力 此时 要作用排气制动 防止发动机起动 注意 如果压缩空气 系没有供应压力 把驾驶室向前翻转 使喷油泵控制杆移到停止位置 推动 发动机上的起动器按钮 使发动机怠速 一会 检查机油滤清器是否泄漏 五分钟后关住发动机 并检查发动机机油平面 重新把机油注到油标尺上标 记 纸质式空气滤清器的检查和保养 检查 422 423 发动机 发动机预热 后 全开油门 加速踏板全部压下 观察保养指示器 如果约色区域全部 可见 清洁或更换滤芯 422A 422L A 发动机 如果保养指示器全部红色 区域都可看到 清洁或更换滤芯 带两个转向 前桥和大驾驶室的高空作业 车配件 1 如果保养指示器的红色区域完全可见 推动按钮 除去红色区域 2 全速开动发动机 油门踏板全部压下 观察保养指示器 如果红色区域 出现 清洁或更换滤芯 3 推动按钮 清除红色区域 清洗 1 松开 固定螺帽 取出滤芯 2 盖住滤芯内部 用最大 5 巴的压缩空气沿滤芯外 部折叠方向吹气 然后 注意吹滤芯里面 这样清洁不够彻底 也可用清洁 剂清洗滤芯 如若清洗 要严格按下列安全规则进行 2 使用制造厂的清 洁剂 任何疾驰维修站将予提供 如果没有制造厂的清洁剂 也可使用无泡 沫变通清洁剂 注意 制造厂的滤清器清洁剂有很强的去油作用 使用时 戴上橡皮套或涂上皮肤保护膏 以保护手 约不要使用碱液或热液 3 把 滤芯浸入约 40 的清洁液中 10 分钟 然后在清洁液中洗耳恭听涤五分钟 再用干净的水冲洗 甩抻滤器上的水后 然后 放到隔尘室里使其干燥 约 60 只有彻底干燥 才能安装 4 清洁滤清器衬垫与滤清清器壳的封 面 5 装上滤芯之前 用检查灯检查已清洁的滤芯和衬垫有元损坏 裂纹 针孔 更换已损坏的滤芯 6 注意在滤芯面上标记清洁的次数 装上滤芯 并上紧固定螺帽 清洗三次 或最多两年后 要更换滤芯 灰尘沉积在进气 管道 表明进气 系统有泄漏现象 应立刻排除之 三 油浴式空气滤清器的保养 定期检查空气滤清器的油平面 如果有 大量的灰尘进入空气滤清器 要每周检查一次 如若灰尘很多 天天都要检 查 始终保持油平面达到标记 至少高于油壳底部形成油泥层5 毫米 如 精品文档 8欢迎下载 果空气滤清器污物增多 更换机油 进入不干净的空气将导致加速活塞和汽 缸的磨损 用 柴油清洗空气滤芯和滤壳 并用压缩空气吹干 彻底干燥 把发动机油注入滤器壳 直至注到上标记 装配空气滤清器时 检查其密封 状况 如果必要 更换之 灰尘沉积在进气管道 表明进气系统有泄漏现 象 应立刻排除之 四 飞轮齿圈的润滑 定期润滑飞轮齿圈 使用长效润滑脂经检查孔逐 一润滑齿圈润滑点 五 正时齿轮驱动 动力轮输出轴 按照保养手册里的说明 检查弹性联 接器橡胶块是否裂纹和损坏 固定螺栓是否紧定 观察扭力 有关橡胶块的 更换 参看 故障判定 六 气缸盖罩的拆下和安装 拆下汽缸盖罩之前 要清除上面的灰尘 更换变形严峻或损坏的汽缸盖衬垫和紧定螺栓下的弹簧垫圈 观察紧定扭力 七 气门间隙的调整 用厚薄规在冷发动机 检查摇臂与进排气门杆之 间的间隙 发动机熄火后 20 分钟检查 在点火上止点时 进排气门同时 关闭 调整第一缸气门间隙 进排气门间隙 重叠检查 进排气同时稍为 打开 重叠 时 汽缸活塞应燃烧完毕 422 发动机 1 6 2 8 3 5 4 7 气缸活塞 423 发动机 1 7 2 9 3 6 4 10 5 8 气缸活塞 松开埋头螺母 转动调整螺钉 调整气门间隙 调整后 重新上紧埋头螺母 并再检查一次气门间隙 使用 专用工作转动曲轴 气门间隙参看 技术数据 1 4 课题研究内容 1 对整机的结构进行了设计 把整机分为了几大系统 2 对底盘系统进行了设计计算 3 对于实现运动的曲臂结构进行了设计 同时对于结构的强度进行了验 证 4 对于机器的液压系统进行了设计 精品文档 9欢迎下载 精品文档 10欢迎下载 2 折叠机构工作原理和计算分析 2 1 折叠机构组成 曲臂式高空作业平台的折叠机构主要有以下几个部分组成 一级折叠臂 二级折叠臂 一级折叠油缸 二级折叠油缸 作业平台 机构如图2 1所示 图2 1 折叠机构 2 2 机构工作原理确定 依照设计要求 作业平台的额定升降高度为4米 额定作业高度是4 7米 精品文档 11欢迎下载 则本工控作业平台属于低空作业高度 平台的原理图如图2 2 图2 2 工作原理图 2 3 结构尺寸的确定 两机械臂中间铰接 构成一个二杆开链 该二杆机构一端自由 一端铰接 在机架上 在两个液压缸给定的推力下 有确定的运动 由于在载荷作用下 高空作业车有一定的强度要求 运用理论力学知识对上悬臂进行受力分析 建立简化的力学模型 使其合力 合力矩为零 处于静平衡状态 运用材料力学知识对其危险部分进行强度校核 保证高空作业车在给定载荷作用下正常工作 2 3 1 曲臂的受力分析 机械传动结构设计 已知最大起重量为 160kg 其可靠性设计过程如下 注意 13 2 1 42 4 3 运用理论力学知识 对上臂进行受力分析 X 轴方向的受力平衡 2 1 0cos 311 gxx FFF Y 轴方向的受力平衡 2 2 0sin 3 11 GFFGF gyy 对铰接点的合力矩为零 2 3 0 cos 2 coscos 133111111 LFLGGLM go 通过其它参数可以求得 F F 1x 1y 精品文档 12欢迎下载 图 2 3 中 13 2 1 图 2 3 上臂受力图 同理 运用理论力学知识 对上臂进行受力分析 X 轴方向的受力平衡 2 4 0cos 4221 gxxx FFFF Y 轴方向的受力平衡 2 5 0sin 4221 gyyy FFFF 对铰接点的合力矩为零 2 6 0 cos cossin 24422212211 LFLFLFM gyxo 图 2 4 中 42 4 3 精品文档 13欢迎下载 图 2 4 下臂受力图 2 3 2 参数的确定 由以上的分析确定各主要机构参数尺寸 取曲臂1为1 5米 曲臂2为2米 并且曲臂1和曲臂2的活动角度都为60度 2 4 可靠性分析 材料选为合金钢 20CrMnTi 根据其力学性能 运用材料力学的知识对其分 析 见图 2 5 图 2 5 上臂与上臂液压缸位置关系图 L1 L2 水平位置时 2 7 x 4 0 20tan 精品文档 14欢迎下载 时由式 2 7 得 20 3 1 1 x 在图 2 6 中 图 2 6 下臂与下臂液压缸位置关系图 2 8 2 1 tan 4 57 26 4 如图 2 7 液压缸伸长后 2 9 cos 39 1239 1 max2max1 22 max1 g L 2 10 max2max2 cos31 g L 得 H 2 2 11 max215 sin70 5sin70 5LLL 如图 2 7 精品文档 15欢迎下载 图 2 7 高空作业车上车机构简图 2 4 1 臂 L 强度校核 1 易知液压缸 g 与臂 L 相交处的 L 臂处的截面易折断 是危险截面 对危险截 111 面进行受力分析 如图 2 8 精品文档 16欢迎下载 图 2 8 上臂危险截面受力分析图 根据其受力平衡可知其载荷之和与合力矩之和为零 2 12 1 5 8 FGG M 2 13 1 G 1 5 5cos2 5cos 8 G M 对危险截面的弯矩 1 2 14 sin n FF 危险截面的正应力 n F 2 15 cosFF 危险截面的切应力 F 2 16 z I yM M 1 由弯矩引起的应力值 M 根据材料力学的知识 有上臂断面上部处应力分析 2 17 S Fn M 上 上臂断面上端所受正应力 上 精品文档 17欢迎下载 2 18 S F S F cos 上臂断面所受的切应力 见图 3 2 3 形心坐标公式有 2 19 i ii A yA y 对 y 轴的形心坐标 y 0 043m y 对 z 轴的转动惯量 z I 022 0 09 0 13 0 12 09 0 13 0 017 0 12 0 15 0 12 12 0 15 0 2 3 2 3 1 324 10 45 m 代入得 605 MpaM sin1074 4 cos105 06 68 上 cos1074 4 6 根据第三强度理论 2 20 s s n 4 22 31 代入不等式后 当时左边取最大值 0 605 1 0 2g 90 57 26 4 所以有以下关系 12 12 yy xx FF FF 取 L 臂与支座铰接处旋转轴直径 d 1 7m 强度足够 22 2 10 精品文档 21欢迎下载 3 行走底盘动力分析 总布置设计人员应初步确定以下各种参数 作为整车和总成的原始数据和 工作目标 在整车的方案 车头 驾驶室的型式 发动机的种类 整车初步的外 廓尺寸 主要布置参数和布置草图 初步确定之后 整车设计人员通过图面工作 和计算 初步确定如下目标参数 汽车主要尺寸参数 汽车质量参数 主要性 能参数 汽车的机动性参数 估算发动机的最大功率 最大扭矩及其对应的转 速 变速器的头档速比和档位数和驱动桥的主减速比 图 2 1 高空作业平台底盘 3 1 非工作状态下底盘设计计算 整车整备质量 自重 按下式计算 Mc 3 1 Mc No i Mi 1 式中 No 用估算整车整备质量的全部总成数量 总成的划分可根据实际 情况由设计人员自定 整车装备质量 kg Mc 空车后轴荷按下式计算 Mcr 3 2 Mcr L XiMi No i 1 精品文档 22欢迎下载 式中 L 轴距 mm 空车后轴荷 kg Mcr 空车前轴荷 Mci 按下式计算 McrMcMcf 式中 Mcf 空车前轴荷 kg 空车质心高度 mgo 按下式计算 3 3 Mc ZMi H No i g 1 0 0 式中 空车质心高度 mm 0gH 3 2 工作状态下底盘设计计算 整车最大总质量 总重 按下式计算 Mt 1 1 N i MiMt N1 用于估算整车最大总质量的全部总成和负载的数量 一般在整车整备 质量基础上加上乘员和最大装载质量 满载后轴荷按下式计算 Mtr L XiMi Mtr N i 1 1 式中 满载后轴荷 kg Mtr 满载前轴荷按下式计算tfM tfMMtrMt 式中 满载前轴荷 kg tfM 满载质心高度按下式计算 1gH Mt ZliMi H N i g 1 1 1 精品文档 23欢迎下载 式中 满载质心高度 mm 1gH 3 3 轴荷分配 在确定汽车的轴荷分配时 还要考虑汽车的静态方向稳定性和动态方向稳 定性 根据理论分析 汽车质心位置到汽车中性转向点的距离 s 对汽车的静态 方向稳定性有决定性的影响 这个距离可由下式计算得到 3 4 a aa C CLCL s 2112 式中 分别为汽车质心离前 后轴的距离 和取决于轴荷分 1 L 2 L 1 L 2 L 配 L G G L 1 1 L G G L 2 2 两个前轮的轮胎侧偏刚度之和 N rad 1a C 后轮的轮胎侧偏刚度之和 N rad 2a C 汽车全部轮胎的总侧偏刚度之和 N rad a C 当 s 0 时 亦即当 L1Ca1 L2Ca20 时 汽车具有过度转 向特性 此时存在着一个临界车速 低于此车速时 汽车的行驶时稳定的 高 与此车速 则汽车就不能稳定行驶 在汽车设计时一般希望汽车具有适度的不 足转向特性 为此 要很好地匹配上述参数 使 L1Ca1 L2Ca2 0 汽车动态方向稳定性的条件是 3 5 011 2 2 1 2 2 12 L v C L C L g G Kv aa 式中 K 稳定性因素 v 汽车车速 m s 精品文档 24欢迎下载 L 轴距 m 精品文档 25欢迎下载 4 液压系统的设计 4 1 液压系统的构成 GKZ 系列车型采用折叠式工作臂结构 工作装置为液压驱动 360 全回转 0 除高空作业机构外 GKZ 系列车型还设有起重装置 一机多用 该系列车分为 底盘 简称下车 和起重工作装置 高空作业装置 简称上车 两大部分 底 盘的作用在于转移整机装置的作业场所 在起重或高空作业时用于支承上车 保持整机的稳定 起重工作装置和高空作业装置主要由起升 变幅 吊臂伸缩 和回转等机构组成 起升机构和吊臂伸缩机构属于起重装置部分 变幅机构和 回转机构属于高空作业装置部分 这些机构都靠液压系统驱动 实现作业要求 液压系统元件按构成类型可以分为动力元件 执行元件和辅助元件等 在此次 液压系统设计过程中 将构成作业车主要工作机构的液压回路分成起升机构 变幅机构 回转机构 吊臂伸缩机构和支腿收放这几部分 其中起升机构和回 转机构由液压马达控制 吊臂伸缩机构和上下吊臂的变幅由液压缸控制 在此次 设计中主要是对这两部分进行液压设计 而支腿是用于支撑整机 同时调整整 机平衡 支腿收放部分的液压设计在此次设计中不加以考虑 4 2 液压系统设计概述 液压系统有传动系统和控制系统之分 本次设计中所说的系统设计主要是针 对传动系统设计而言 主要是确定整个高空作业车的液压回路 以及其间主要执 行元件 控制元件等的主要尺寸和基本性能参数 其实从结构组成和工作原理 来看 传动系统和控制系统并无本质上的区别 仅仅一类以传递动力为主 追 求传动特性的完善 其执行元件用来驱动某个控制元件的操纵装置 例如液压 泵 液压马达的变量机构 控制阀的阀心等 而已 因此 传动系统的设计内 容和方法只需略做调整 即可直接用于控制系统的设计 系统的设计除应满足主机要求的功能和性能外 还必须考虑符合质量轻 精品文档 26欢迎下载 体积小 成本低 效率高 结构简单 使用维护方便等一般要求及工作可靠这 一特别重要的要求 系统设计的出发点 可以是充分发挥其组成元件的工作性能 也可以是着 重追求其工作状态的绝对可靠 前者着眼于效能 后者着眼于安全 实际的设 计工作则常常是这两种观点不同程度的组合 考虑具体要求不同而有所侧重 4 3 设计依据 此次液压系统设计以徐州海伦哲工程机械有限公司研制开发 GKZ14 型高空作 业车 为模版 主要依据 机械设计手册 4 里液压传动系统设计步骤和方法 4 以及 起重机机设计手册 里起重机液压部分设计步骤和方法 4 4 主要机构简述 一 高空作业工作臂 高空作业工作臂包括上臂和下臂 行驶状态时 两节工作臂折叠在一起 进行高空作业时 两节工作臂分别由上下臂油缸举升伸展至一定角度 将工作 人员送至工作位置 上臂和下臂 下臂和转台铰接处设有专门的滑动轴承 保证 工作臂转动时阻力小 运动平稳 二 起重工作臂 起重工作臂由基本臂和伸缩臂组成 高空作业工作臂兼做起重基本臂 伸缩 臂由伸缩油缸控制 不工作时 回缩至基本臂内部 进行起重作业时 伸缩臂 根据需要的起重幅度和起升高度进行伸缩 三 工作平台 工作吊篮 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 GKZ 系列车型的工作平台采用钢管焊接框架结构 周围设 有护栏 右侧护栏开有侧门 方便人员进出 平台底板采用防滑的花纹铝板 平台周圈下部设有护围 防止工具和其它物品掉落 四 液压系统 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 精品文档 27欢迎下载 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 输出流量和负荷变化无关 可使系统达到稳定的工 作速度 并且能够实现无级调速 系统工作压力由电磁溢流阀调定 支腿的收放由下车多路换向阀控制 下车多路换向阀可对个支腿的进回油 分别控制 因此各支腿的伸缩量均可单独调节 使作业车能适应不同的路面状 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 五 电器系统 电气系统包括示廊灯 警示灯 照明灯 可选件 等灯具 上臂限位系统 下臂限位系统 上下车互锁系统 蜂鸣器 转台控制箱和吊篮控制箱等部分 示廊灯和汽车行车灯并联 表示该车的轮廓 警示灯为夜间工作时显示吊 篮位置 提醒过往车辆和行人 照明灯在夜间工作时起照明作用 当支腿油缸支起 下臂离开原始位置后 系统自动切断支腿油缸的回油油 路 确保高空作业时支腿油缸不会因误操作而收回 上 下臂限位行程开关限制上 下臂最大仰角 当工作臂举升至最大仰角 时 行程开关自动接通蜂鸣器 提醒操作者注意 同时系统切断油缸进油路 使工作臂不能继续举升 但工作臂的下落不受影响 蜂鸣器受蜂鸣器按钮和上 下臂限位行程开关控制 在作业车开始作业及 工作臂处于极限位置时起警示作用 转台控制箱与吊篮控制箱的设置 使得全车即可在转台处操作 又可在吊 篮处操作 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 4 5 主要工作机构液压回路的设计 该高空作业车工作下臂兼做起重基本臂 伸缩臂由伸缩油缸控制 不工作时 回缩至基本臂内部 进行起重作业时 伸缩臂根据需要的起重幅度和起升高度 进行伸缩 该伸缩臂式起重机可采用单液压缸或双液压缸变轴 变幅机构由液 压马达驱动 其液压回路与起升机构相同 精品文档 28欢迎下载 行驶状态时 两节工作臂折叠在一起 进行高空作业时 两节工作臂分别 由上下臂油缸举升升展至一定家度 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 液压回路设计 图 4 1 液压回路 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 平衡阀 可使运动速度不受载荷变化的影响 保持稳定 附加的单向阀功 能 密封性好 在管路损坏或制动失灵时 可防止重物自由下落造成事故 以下简述动作分析过程 因为上下臂的液压设计很相似 所以分开分析 先看左边液压缸的控 制过程 如上图所示 当电磁换向阀置于左位时 油液经过左边单向节流阀的 单向阀部分到达平衡阀 再经过平衡阀到液压缸的左腔 推动活塞杆向外运动 而右腔的油液则从右边的平衡阀到右边的节流阀再流出 当电磁换向阀置于右 位时 油液经右边的单向节流阀和平衡阀到达液压缸的右腔 推动活塞杆向左 运动 左腔的油液的经左边的平衡阀和单向节流阀流出 当电磁换向阀处于中 位时 液压缸不运动 13 精品文档 29欢迎下载 右边液压缸的控制过程如上 4 6 上臂油缸的设计 设液压缸单活塞杆双向运动时的负载力相同 不记执行件质量 液压系统工 作压力为 P 16MPa 4 6 1 确定液压缸类型和安装方式 根据主机的运动要求 按 机械设计手册 4 表 23 6 39 选择液压缸类型 为单杆活塞式双作用液压缸 4 下图为单杆活塞式双作用液压缸示意图 图 4 2 液压缸 此类液压缸特点为活塞双向运动产生推 拉力 活塞在行程终了时不减速 将缸体固定 活塞杆运动 按 机械设计手册 4 表 23 6 40 液压缸的安装 方式 选择合适的安装方式 4 考虑机构的结构要求 上臂起升 下降时液压 缸的活塞杆进行伸缩实现运动需求 查 机械设计手册 4 表 23 6 40 液压缸 的安装 P23 176 选择耳环型安装方式 这种安装方式使液压缸在垂直面内可 摆动 满足上臂动作要求 4 4 6 2 确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸 根据主机的动力分析和运动分析 确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸 1 液压缸内径 D 的计算 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 精品文档 30欢迎下载 3 57 4 1 D 2 10 p F 式中 液压缸内径 m D 液压缸推力 kM F 选定的工作压力 MPa p 其中的计算过程如下 F 当高空作业车上下臂处于如下状态时 如图 3 1 2 上臂液压缸所受的力最大 即液压缸具备的最大力必须大于此时的力 上 图 4 3 受力分析 4 2 SFSGFh 1 2 1 其中 上臂自重 由计算为 7 53 10 G 5 N 上臂长度 为 5 950m S 高空作业车吊篮最大承受力 由计算知为 2 0 1 F 6 10 N 点到力的垂直距离 由计算得 1 796m haFh 代入公式 4 2 得 796 1 950 5 100 2950 5 2 1 1032 7 65 FN 6 1087 7 将 代入式 3 1 FN 6 1087 7 MPap16 得 MPa kN D 16 1087 7 1057 3 3 2 m79 0 精品文档 31欢迎下载 按 机械设计手册 4 表 23 6 33 给出的缸筒内径尺寸系列圆整成标准值 4 D 表 23 6 33 液压缸内径尺寸系列 摘自 GB T2348 1993 mm 840125 280 1050 140 320 1263160 360 1680 180 400 20 90 200 450 25100 220 500 32 110 250 即取 mmD80 2 活塞杆直径的计算d 根据速度比的要求来计算活塞杆直径d 4 3 1 Dd 式中 活塞杆直径 dm 液压缸直径 Dm 速度比 22 2 1 2 dD D v v 活塞杆的缩入速度 2 vmin m 活塞杆的伸出速度 1 vmin m 此处 取液压缸的往复运动速度比为 1 46 由 机械设计手册 4 表 23 6 57 P23 191 4 查得 4 4 Dd56 0 将代入式 4 4 得 mmD80 mmd 8 44 精品文档 32欢迎下载 查 机械设计手册 4 表 23 6 34 液压缸活塞杆外径尺寸系列 摘自 GB T2348 1993 4 表 23 6 34 液压缸活塞杆外径尺寸系列 摘自 GB T 2348 1993 mm 42056160 52263180 62570200 82880220 103290250 1236100280 1440110320 1645125360 1850140 取液压缸活塞杆外径尺寸如下 mmd50 3 液压缸行程的确定S 由于上下臂工作状态最大夹角为 如下图所示 0 752 图 4 4 上下臂夹角示意图 精品文档 33欢迎下载 上下臂铰点位置如上所示 代入数据可求出线段的长度 由此长度计算上ab 臂油缸的最大行程 计算过程如下 022 150495 0859 12495 0 859 1 COSab m3 2 查 机械设计手册 4 表 23 6 35 液压缸活塞行程第一系列 4 mm 表 23 6 35 液压缸活塞行程第一系列 摘自 GB2349 1980 mm 255080100125160200250320400 5006308001000125016002000250032004000 由以上条件取 S 值如下 mmS800 4 液压缸结构参数的计算 1 缸筒壁厚的计算 按薄臂筒计算 4 5 2 Dpy 式中 液压缸缸筒厚度 m 试验压力 取 即 y pMPappy5 1 MPappy24165 15 1 液压缸内径 m D 刚体材料的许用应力 取 MPa MPa100 代入式 3 5 中 得 mm MPa mmMPa 6 9 1002 8024 2 缸体外径的计算 4 6 2 1 DD 代入数据得 mmD2 996 9280 1 查 机械设计手册 4 表 23 6 60 P23 192 圆整液压缸外径为 105 4 1 Dmm 3 流量的计算 精品文档 34欢迎下载 由原始数据得 上臂的变幅时间小于等于 40 且由上面计算可知液压缸活S 塞杆的行程为 1000 则 液压缸活塞杆运动的最小速度mm 13 smmtS 25401000 查 机械设计手册 4 表 23 4 知 取最大为 0 12 即 sm 16 0 sm 液压缸活塞杆运动的最大速度为 sm 12 0 则液压缸流量 4 2 D qv min 2 36412 0 08 0 14 3 2 L 4 7 下臂油缸的设计计算 设液压缸单活塞杆双向运动时的负载力相同 不记执行件质量 液压系统工 作压力为 P 16MPa 4 7 1 确定液压缸类型和安装方式 根据主机的运动要求 按 机械设计手册 4 表 23 6 39 选择液压缸类型 为单杆活塞式双作用液压缸 此类液压缸特点为活塞双向运动产生推 拉力 活塞在行程终了时不减速 与上一个液压缸相似 查 机械设计手册 4 表 23 6 40 液压缸的安 装 P23 176 选择耳环型安装方式 4 这种安装方式使液压缸在垂直面内可摆 动 满足下臂动作要求 4 7 2 确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸 根据主机的动力分析和运动分析 确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸 1 液压缸内径 D 的计算 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 3 57 4 7 D 2 10 p F 式中 液压缸内径 m D 精品文档 35欢迎下载 液压缸推力 kM F 选定的工作压力 MPa p 其中的计算过程如下 F 当高空作业车上下臂处于如下状态时 如图 3 2 1 上臂液压缸所受的力 最大 此时 上下臂夹角为 下臂水平放置 上臂抬起与下臂成夹角 0 75 0 75 图 4 5 受力分析 把上下臂当成一个整体 将所受力对点取矩 9 得 a 4 8 hFhFSGSGhF 22221111 其中 上臂自重 由计算为 7 53 10 1 G 5 N 高空作业车吊篮最大承受力 由计算知为