高速公路绿化带树木修整车

黑龙江工程学院本科生毕业设计摘 要高速公路绿化带树木修整车是由随车起重运输车改装而成，属于臂架型起重装置，集起重和运输于一体，结构紧凑、易于操作，不仅节省劳动力，而且极大的降低了工作强度、提高了工作效率。广泛应用于各个高速公路上。此次毕业设计在对修整车进行调研和可行性分析的基础上，从力学角度，对0.85吨随车起重装置的起升机构变幅机构和回转机构进行了具体设计。所设计的起升机构包括液压马达、齿轮齿条、起重臂和液压缸几部分。齿轮齿条是利用液压泵驱动液压缸，进而驱动齿条齿轮使起重装置进行回转，根据液压系统的液压流量及相关的限速阀可以控制回转的速度。本论文中，树木修整车的起重装置采用了折臂伸缩式结构。起重装置的变幅可通过液压缸实现。回转机构包括回转支承装置和回转驱动装置，并采用齿轮齿条机构和液压泵。这种结构自重轻，受力合理，运行平稳。关键词: 园艺工具；修枝工具；高空作业车；起升机构；变幅机构；回转机构；ABSTRACTHighway trees trimmed by car is green belt accessory lifting truck modification and into. Truck Mounted Crane (TMC) belongs to boom-crane. Combining the advantages of booming and transporting together, it has the features of compact structure and easy operation，not only saves the labor force, but also decreases the labor intensity and increases the efficiency of working. It is widely used in traffic transportation, docks and warehouses. In this paper, based on the investigation and feasibility analysis of TMC, the winch mechanism, the arm-changing mechanism and the swing mechanism of the TMC 0.85T were designed from the mechanics angle.The winch mechanism consists of hydraulic motor, decelerating machine, ratchet wheel stopping machine and reel. Decelerating machine lowers the speed of the hydraulic motor for driving, and its size was defined according to the ratio of the speed variety. Cylinder bodies are fitted on the boom. The working range of TMC can be realized by the extension or retraction of the cylinder body. Bearings, pinion-and-rack steering device and hydraulic motor were adopted. This structure has the advantages of light weight, reliable force and smooth action. Key words: Gardening tools; Aerial work car; Lifting mechanism; Luffing mechanism; Rotary organization目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1 引言11.2 选题目的、意义11.3我国树木修整车发展现状21.3.1 技术水平落后21.3.2 研发能力薄弱31.4 本课题研究的意义41.5 本章小结6第2章树木修整车的总体设计72.1树木修整车的总体布置72.1.1总体布置的设计72.1.2整车总体参数的确定82.1.3取力器的布置92.1.4轴荷分配92.2整车性能计算分析112.2.1动力性计算112.2.2 燃油经济性172.2.3 静态稳定性计算192.3 本章小结20第三章 树木修整车结构与总体设计213.1树木修整车的结构213.1.1 树木修整车的结构形式213.2 变幅机构的设计233.2.1 三铰点设计233.2.2 起重臂基本参数计算与选用243.2.3变幅油缸的计算与选用283.3 回转机构的设计计算293.3.1回转支撑结构的选用293.3.2 回转载荷的计算293.3.3 回转阻力矩的设计计算313.3.4 齿轮齿条设计计算323.4 副车架主要尺寸参数设计计算343.4.1副车架尺寸设计343.4.2 副车架的选材343.4.3 副车架的校核343.5快速固定安装设备的设计363.6 油锯，动力剪的选择及使用363.6.1 油锯，动力剪的选择363.6.2 油锯 动力剪的使用事项373.7本章小结39结论40参考文献41致 谢43附录英文文献：44外文文献翻译：4746第1章 绪 论1.1 引言高速公路绿化带树木修整车，属于绿化设备，其结构包括承载车和修剪机，修剪机包括伸缩臂、剪切刀和控制机构，伸缩臂包括第一液压伸缩臂、横向液压伸缩臂和第二液压伸缩臂，剪切刀包括刀架和刀片，刀架与第二液压伸缩臂的伸缩端底端相连，控制机构包括控制伸缩臂旋转的转动机构、液压泵、液压马达和油箱，液压泵与伸缩臂相连，液压马达设置在剪切刀的刀架上，油箱设置在第二液压伸缩臂的顶部，并与液压马达相连。本实用新型的绿化用修剪车具有对各种高低植物的机械化修剪及高速公路绿化带及边坡草高标准修剪，并且节省人工，降低工人劳动强度，提高了作业中的安全性，经济性，提高了工作效率，提高了修剪质量等特点。1.2 选题目的、意义近几年来，公路交通运输业的蓬勃发展，机动车保有量迅猛增加，公路交通对环境的破坏作用也已经到了十分严重的地步，因此，加强公路建设的环境保护措施已迫在眉睫。公路对环境地影响主要表现为公路对社会经济地影响、对生态环境地影响、对大气环境地影响、对声音环境地影响、对自然景观地影响等。在以上几个方面地影响当中，公路除了对社会经济环境有所贡献之外，如果采取措施不当， 会对其他几个方面造成严重的后果。公路对生态环境地影响主要指以下几个方面：包括新建公路对动、植物生活环境地影响、对占用土地造成的土壤流失地影响、对农作物环境地影响以及公路对水环境地影响，尤 其是对饮用水源地影响。公路对大气环境地影响主要是指公路在建设当中产生的扬尘和在道路通车以后车辆排放地污染。 在施工期间，公路施工的特点之一是大量开挖土基，少则几十万立方米，多则上百万立方米 ，造成的粉尘污染是相当严重的。在公路运营期产生的污染主要来自汽车的尾气。汽车尾气中含有一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOX)、黑烟、碳氢化合物、醛及含铅颗粒物等。汽车排放污染与车速、运行状态以及车辆位置到受到污染的地点的距离等因素有关，当汽车匀速行驶时，一氧化碳(CO)的排放与车速成反比的关系，而氮氧化物(NOX)则相反，氮氧化物(NOX)的排放随车速的增加而增加。汽车排放污染与道路服务水平有着密切地关系，在服务水平较高的路段车辆的排放污染要小于服务水平低的路段。另外，排放的污染同车辆位置和受到污染的位置距离有关，例如：一氧化碳(CO)浓度的分布与路基高度及到路边的距离成反比 。根据资料显示，当路基高度在3米以下或路堑时，一氧化碳(CO)浓度的最大值出现在路边外，随着离路边的距离增加而减小，当路基高度在3米以上时，一氧化碳(CO)浓度的最大值出现在离路边2025米左右，然后随离开路边的距离的增加而减小。在平原地区的道路上，离路边25米处的一氧化碳(CO)的浓度为公路上的一半左右，而离路边150米处，浓度则减至公路上的1020%。1.3我国树木修整车发展现状1.3.1 技术水平落后由于高速公路绿化带树木修整车是以随车起重机为原型进行改装，将原有的挂钩机构换成修枝工具，所以因为我国随车起重机起步相对较晚，最初是湖南专用汽车制造厂（大汉汽车制造有限公司）引进日本技术开发了国内的产品。和国外产品相比，还在技术上还存在一定的差距。（1）我国随车起重机现处于初级发展阶段，品种较少，由于中国载货汽车以5-8吨为主，所以国内企业随车起重机产品主要集中的3-8吨的品种，中小吨位重复较多，至今尚未形成大、中、小完整的系列，年产量只相当于国外一个厂家的生产能力。（2）起重力矩小，技术水平低。我国随车起重机以直臂卷扬为主，受国内汽车底盘的限制，起重力矩小，其他性能指标也一般低于国外先进产品。目前国内企业对随车起重机的研究开发投入很少，液压系统、控制系统的技术水平也有一定差距。（3）安全装置不齐全，操作不方便。我国随车起重机仅装有起升高度限位及平衡阀、溢流阀等一般安全装置，全部为手动操作。而国外早已将电子技术广泛运用到随车起重机上，如带有微电脑的力矩限制器及防倾翻保护器等，并且已实现了有线与无线遥控。（4）功能单一。我国修枝工具以起重作业及运输功能为主，而国外随车起重机均有多种附具，主要加装在吊臂头部，如工作斗、抓斗、高空作业平台、各种抓具、夹具、吊篮、螺旋钻、板叉、装轮胎机械手、拔桩器等，使随车起重机具备了一机多用的功能。另外，国外一些厂家进一步开发了铁路专用修枝工具等专用产品。（5）外形不美观。我国修枝工具设计单调，忽视了和汽车外形的协调，而国外对修枝工具的着色非常严格，不仅在外形和着色上实现和卡车的一体化，还要求和城市的景观相协调。1.3.2 研发能力薄弱中国企业还不够重视修枝工具的技术开发投入，没有哪一个企业愿意花费大的人力、物力去开发和培育市场，这导致修枝工具的应用价值远未开发出来。在欧美等发达国家的企业视用户为上帝，不是流于形式，而是通过仔细的市场研究后，对市场将来需求什么产品有一个预测，然后开发出更加满足和符合用户需求的产品来引导和指导市场消费。他们想在用户的前面、走在用户的前面，始终处于主动地位。而国内企业仅仅是被动地跟着用户走，缺乏市场开拓意识，主动性不强。随车起重机在产品的研发方面没有取得突破性的进展，其原因主要有：国内企业制造水平和工艺装备落后，企业对制造水平、工艺装备的投入比较少，新的产品就算是设计出来了也制造不出来。应该说，国内企业对修枝工具的研发多数处在产品系列的扩展和功能扩展水平上，产品的研发同企业的经济效益、国内基础元器件、产品售价、市场需求量等都有密切的关系。1.3.3 产业政策制约随着行业不断发展，目前随车起重机统一执行汽车公告与“3C”认证管理制度，同时列入特种设备的管理范畴。国家将随车起重机列入公告管理是一把双刃剑：一方面，提高了进入门槛，规范了产品市场秩序，保护了现有的随车起重机生产厂商的利益；另一方面，它影响了随车起重机与汽车底盘的组合，阻碍了随车起重机的发展，主要体现在：一种规格的随车起重机安装一种载货汽车必须上一个产品公告和“3C”认证；随车起重机只能进行新车的改装；随车起重机列入特种设备管理，就面临着多头管理、重复检查。从国外该产品的行业规范来看，我国实行的政策确实对随车起重机发展有一定的制约，因此目前没有一个厂家会把所有可用于装配随车起重机的底盘都拿去完成公告的申报。而检测过程的烦琐、检测费用的昂贵、公告周期的漫长、效率低下、审批批准的不一致性、执行部门的随意性等问题都影响着随车起重机厂的生产销售和用户的使用。1.3.4 品牌意识缺失国内随车起重机企业宣传意识普遍淡薄，很多企业根本不做宣传或几乎没有什么新的宣传手段。目前很多物流公司对随车起重机的了解很有限，有的根本不知其为何物。至于市场上目前都有哪些品牌的随车起重机，就更无从谈起了。国内随车起重机最大的优势就是价格低廉，但随着国外随车起重机企业以合资等方式不断入侵，国内企业仅以原有价格优势将难以与之全面抗衡，国内新兴的随车起重机行业也面临重新洗牌的局面。目前，全国生产随车起重机的主要企业有徐州徐工随车起重机公司、石家庄煤矿机械厂、湖北程力起重机有限公司等。另外，近年锦州重型机械股份有限公司与韩国广林特装车株式会社组建的合资公司开始涉足随车起重机领域，常林股份有限公司与奥地利的PALFINGER公司也将开始合作生产随车起重机。因此，面对企业利润率不断下降的微利时代，随车起重机企业必须选择差异化竞争谋求生存发展的空间，抢占市场占有率、扩大利润空间，而尽快树立起国内随车起重机的自有品牌形象也是当务之急。1.4 本课题研究的意义高速公路绿化是国土绿化的重要组成部分，是可持续发展战略的具体内容。中华人民共和国公路法、森林法、水土保持法都有明确规定，交通部对公路绿化也有明确要求，我省林业、交通主管部门和各级政府也一直将公路绿化工作列于重要议事日程，并一直在不断努力。高速公路的建设和运营对自然环境的质量产生了影响，应采取措施，搞好环境保护，保持生态平衡。而绿化是重要的措施，因为植物茂密的树冠、落叶及草皮可防雨水的冲蚀，高大的枝叶可以遮阳，叶面的绒毛或气孔可以帮助净化空气，植物的各部分可将声音吸收、折射偏向，所以上述环境上的问题可以用栽植植物的方法控制，而且采用植栽方式不仅能够增进环境协调，恢复自然生态，并能持久发挥作用或随时间增强。所以植物在保护维系环境及生态系统中都扮演着重要的角色，因而高速公路绿化是必不可少的一项工作。公路绿化的作用:自然环境调和：通过适当规划公路绿化，可解决破坏当地自然生态平衡及与自然环境不调和的感觉，使公路融于自然环境之中，达到相得益彰之效。生活环境调和：人类大肆的开发利用绿地，已使生活环境的绿色资源逐渐减少。公路绿化可为单调的道路平添绿意，也具有削弱车辆噪音，及吸收车辆废气，净化生活环境的作用。防止灾害发生：公路的兴建经常破坏沿线地区自然环境的平衡状态，加强公路绿化可以减缓此种不良冲击，减少灾害发生。稳固边坡：裸露的边坡长期在自然条件下可能发生崩塌、滑坡、散落等侵蚀现象，增加了养护的难度，而边坡植被可达到水土保持、稳定边坡的目的。视线诱导功能：合理规划苗木栽植位置，有助于引导驾驶员视线，集中注意力。公路沿途连续的植物绿带，可以显示公路线形变化，使驾驶员预判前方线形走向，避免弯道突兀出现。防止事故发生：中央分隔带规划整齐的花木绿带可以有效遮蔽对向车辆灯光，起到防眩作用，有助于降低交通事故。边坡栽植的柔韧性强、耐冲撞的灌木丛，为失控车辆提供了缓冲地带，有助于减低伤亡程度。协助休憩：公路沿线由植物营造的绿意盎然的环境，能有效消除驾乘人员长途旅行的疲劳。通过园林规划的服务区，为暂停休息的旅客提供了优美的休憩场所。调整景观：借助密集连续的绿墙遮掩路旁不雅观的景物，达到美化路容的效果。通过规划公路绿化，可降低公路所造成的不协调性，将公路融入当地景观中，加强景致特色。1.5 本章小结全面训练资料查询能力和专业知识综合运用能力，综合训练独立设计能力和工程设计软件的应用能力，提高独立工作能力和素质。由于树木修整车在民用方面表现出比较良好的发展趋势，它在一定程度上节省了劳动力，一车两用，一车多用是它的最大特点，它在一定程度上节省了劳动力，在工程、运输等市场得到广泛推广。在社会上，它给社会提供了适用的车辆，满足了社会需求，给人类带来了更多的便利。所以对随车起重运输车的研究意义重大。因此，本课题设计研究的内容，对于全面提高学生工程设计能力和素质，研究树木修整车改装设计等问题具有重要的现实意义和良好的使用意义。第2章树木修整车的总体设计2.1树木修整车的总体布置2.1.1总体布置的设计树木修整车总体布置的任务是正确选定整车参数，合理布置工作装置和附件。使取力装置、回转装置、快速固定装置、修枝工具等其他附件与选定的汽车底盘构成相互协调和匹配的整体，达到设计任务书所提出的整车基本性能和专用性能的要求。在进行总体布置时应遵循以下原则。1、 尽量避免对汽车底盘个总成位置的变动因为一些总成部件位置的变动，不仅仅会增加成本，而且也可能影响到整车的性能。但又是为了满足个工作装置的性能要求，也需要做一些改动，如截断原汽车底盘的后悬、对油箱和备胎架的位置做适当的调整。但调整的原则是不影响整车性能。2、 应满足工作装置性能的要求，使专用功能得到充分发挥3、 装载质量、轴载质量分配等参数的估算和校核为适应汽车底盘或总成件的承载能力和整车性能要求，在总布置初步完成后应对某些参数，其中最主要涉及的是装载质量的确定和轴载质量的分配进行估算和校核，这些参数对整车性能有很大影响。若不能满足要求，应修改总体布置方案。4、 应避免工作装置的布置对车架造成集中载荷5、 应尽量减少树木修整车的整车整备质量，提高装配质量由于专用汽车工作装置的增加，使得专用汽车的整备质量比同类底盘的普通货车要增加。据统计，一般自卸车要增加耗材5%10%，一般罐式车要增加耗材15%25%，因此，减少整备质量，充分利用底盘的装载质量，增大质量利用系数，是专用汽车改装设计过程中要追求的主要指标之一。6、 应符合有关法规的要求应对整车的长、宽、高、后悬等尺寸在相关法规中有明确的规定，一定不能超出标准要求。2.1.2整车总体参数的确定图2.1所示以东风金霸随车起重运输改装的树木修整车车的外形图，用来进行改装制造，其发动机的外特性如图2.5所示，整车的有关参数见表2.1和表2.3。 图2.1 树木修整车的外形图表2.1 高速公路绿化带树木修整车计算有关的整车参数名称符号数值与单位发动机最大功率102kw发动机最大功率时的转速2000r/min发动机最大转矩1430Nm发动机最大转矩时的转速1300 r/min车轮动力半径0.38m车轮滚动半径0.395m主减速比4.72汽车列车迎风面积A 5.63m汽车列车总质量（满载）6495kg2.1.3取力器的布置除了少量专用汽车的工作装置因考虑工作可靠的要求而配备专门的动力驱动外（例如部分冷藏汽车的机械制冷系统），绝大多数专用汽车上的专用设备都是以汽车底盘自身的发动机为动力源，经过取力器，用来驱动齿轮液压泵、真空泵、柱塞泵、轻质油液压泵、自吸液压泵、水泵、空气压缩机等，从而为自卸车、加油车、牛奶车、垃圾车、随车起重运输车、高空作业车、散装水泥车、拦板起重运输车等诸多专用汽车配套使用。因此，取力器在专用汽车的设计和制造方面显得尤为重要。 根据取力器相对于汽车底盘变速器的位置，取力器的取力方式可以分为前置、中置、后置3种基本形式，每一种基本形式有包括若干种具体的结构。 此次设计的随车起重运输车的结构形式是前置的，综合多方满考虑，取力器的取力方式为中置式变速器侧盖取力。2.1.4轴荷分配汽车的轴荷分配是指汽车在空载或满载状态下，各车轴对支承平面的垂直载荷，可以用载荷的绝对值表示，也可以用占空载或满载质量的百分比表示。轴荷分配直接影响轮胎寿命和汽车使用性能。而汽车的发动机布置和驱动形式对轴荷分配有显著影响。影响和决定轴荷分配的因素主要包括以下几个方面：设计轴荷必须符合国家标准规定的车辆最大允许轴荷限值；从轮胎磨损均匀和使用寿命相近考虑，每个车轮的载荷应相差不大；为了保证汽车有良好的动力性和通过性，希望驱动桥应有足够大的载荷，从动轴载荷可以适当减小；为了保证汽车的操纵稳定性，希望转向轴的载荷不要太小。GB15892004道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值中对不同类型汽车的最大允许轴荷限值如表2.2所示。表2.2 汽车及挂车单轴的最大载荷的最大限值（kg）车辆类型最大允许轴荷最大限值挂车及二轴货车每侧单轮胎6000每侧双轮胎10000客车、半挂牵引车及三轴以上（含三轴）货车每侧单轮胎7000每侧双轮胎非驱动轴10000驱动轴11500起重机作业时，所吊重物在正前方时，支腿的支撑反力最大，如图2.2所示。所吊重物在正后方时，后轴的轴荷最大，如图2.3所示。又经查询，前轴轴荷，后轴轴荷。 图2.2 重物在正前方，支腿及后轴受力图 图2.3重物在正后方，支腿及后轴受力图式中 支腿的支撑反力； 后轴的轴荷反力；支腿距重物的水平距离，mm；支腿与后轴间的水平距离，mm；后轴距重物的水平距离，mm；如图2.2所示 所以 ， 合格起重机不工作时，前后轴的受力，如图2.4所示。 图2.4 起重机运输状态时，前轴及后轴受力图式中 前轴的轴荷反力； 后轴的轴荷反力；起重机所受重力，N；起重机与前轴间的水平距离，mm；起重机与后轴间的水平距离，mm； 所以 Nkg，Nkg， 合格 2.2整车性能计算分析2.2.1动力性计算 整车的动力性计算步骤如下：1、确定动力性计算时所需的有关系数系数、和的确定劫结果见表2.4，回转质量换算系数见表2.5。表2.3 树木修整车变速器比挡位123455.5682.8321.63410.794 表2.4 动力性计算需确定的有关系数名称符号数值发动机外特性修正系数0.82直接挡时传动效率0.89其他挡时传动效率0.86空气阻力系数0.8873滚动阻力系数0.0120的计算公式为 （2.1）式中 。低挡时取上限，高档时取下限。 表2.5 旋转质量换算系数计算结果挡位123451.25481.14711.10031.0341.0072、确定发动机外特性曲线的数学方程 图2.5 CY4102发动机的外特性 利用拉氏三点插值法来拟合该发动机的外特性。首先在图2.2和表2.1中选择3点有代表性的坐标值，即 由公式 （2.2） （2.3） （2.4）求得 则 即发动机的外特性的数学方程如下 （2.5） 3、计算各档位时的系数、和值将上面确定的有关参数和系数分别代入以下计算，计算的结果见表2.6。 （2.6） （2.7） （2.8） （2.9） （2.10） 表2.6 各档的、和值挡位123454、计算最高车速将直接挡（第4挡）的、和值代入 （2.11）可得该树木修整车的最高车速，即 （km/h）5、计算最大爬坡度将最低档（第1挡）的的、和值代入 （2.12） 将值代入式 （2.13） 所以得到该车的最大爬坡度6、计算最大加速度将各挡的、和值代入，可得到该树木修整车在各档时的最大加速度，有其结果见表2.7。 表2.7 各档的最大加速度挡位123451.19521.12671.09451.04961.0233同理，由式 可求得该车的加速时间t、加速行程s等性能曲线。如图2.6和图2.7所示。 图2.6 原地起步连续换挡加速特性图图2.7 直接挡加速特性图2.2.2 燃油经济性专用汽车的燃油经济性通常用车辆在水平的混凝土或沥青路面上以经济车速满载行驶的百公里耗油量来评价，又称百公里油耗或等速百公里油耗，其计算公式为 (r/min) （2.14） 然后计算出道路清障车在该车速时的整车驱动功率或发动机的有效输出功率（平坦路面上匀速行驶时，=0，=0） （kw） (2.15) 根据和的计算值，在万有特性图上查出有效燃油消耗率（g/kwh），再利用下式计算百公里燃油消耗量（kg/100km）： (kg/100km) (2.16)式中：燃油的密度，（kg/L）。汽油可取=6.96N/L7.15N/L；柴油可取=7.94N/L8.13N/L。随着车速的不同，各挡位燃油消耗量也不同，下面来计算一下道路清障车在直接挡时经济速度下的燃油消耗量，代入式(2.14)中，得：r/min由公式(2.15)，得： kw由公式（2.16），得： kg/100km2.2.3 静态稳定性计算由普通汽车底盘改装成的专用汽车，其质心位置均较普通货车高，其原因是由于副车架或工作装置，使装载部分的位置提高了，如罐体、箱体等，因此应对整车的静态稳定性进行计算。对有些专用汽车，不仅要对运输状态进行稳定性计算，而且对作业状态的稳定性也应进行计算，如自卸汽车在举升卸货时，就有纵向或侧向失稳的可能性。车辆的稳态稳定性是指车辆停放或等速行驶在坡道上，当整车的重力作用线越过车轮的支承点(接地点)，则车辆会发生翻倾。若整车的重力作用线正好通过支承点，则车辆处于临界的倾翻状态，此时的坡度角称为最大倾翻稳定角。另一方面，当车辆停放在坡道或在坡道行驶时，若坡道阻力大于附着力时车辆由于附着力不足而向下滑移，同样也会出现失稳，其最大滑移角仅取决于车轮和路面间的附着系数，有： （2.17）由于侧翻是一种危险的失稳工况，因此，为避免侧翻，依据测滑先于侧翻的条件有： （2.18）取树木修整车轮胎和普通混凝土路面间的横向附着系数=0.7，则树木修整车的最大侧倾稳定角不小于。侧向稳定的临界状态，有： 式中：B轮距（） 所以交通设施树木修整车的横向稳定性能够保证。，所以，所以交通设施树木修整车的纵向稳定性得到保证。2.3 本章小结 专用汽车的设计有其自身的特点和要求，既要满足汽车设计的一般要求，同时又要获得好的专用性能。专用汽车性能参数计算是总体设计的主要内容之一，其目的是检验整车参数选择是否合适，使用性能参数能满足要求，这就要求汽车和专用工作装置合理匹配，构成一个协调的整体，使汽车的动力性、经济性和稳定性等主要性能和专用功能得到充分发挥。第三章 树木修整车结构与总体设计3.1树木修整车的结构高速公路绿化带树木修整车车是在定型载货汽车上装有臂架式起重机的运输汽车，能实现修枝工具自行装卸的专用车。因而它既有普通载货汽车的性能，又具有起重机的功能，同时具有修枝的功能。除完成本车厢的货物装卸之外，还能完成车厢与车厢之间的货物装卸，以及完成其他装卸工作，近年来取得较大发展。树木修整车的起重机类型可分为液压式和机械式两类。由于液压式起重机具有结构紧凑、操作方便、质量小等优点，因此树木修整车几乎均装备液压起重机。3.1.1 树木修整车的结构形式 按照起重机相对于汽车的位置，树木修整车可分为前置、中置、和后置3种结构形式，如图3.1所示。 图3.1 随车起重运输车的整车结构形式1、 前置式前置式的起重机安装在汽车驾驶室和车厢之间，如图3.1 (a)所示。这种形式多为起重能力小于1t的中、小型随车起重运输车，适用于装卸包装成件的货物和集装箱等。这种布置形式可充分利用货箱面积，并保证起重在允许的伸出长度内和相应的运动条件下，能达到车厢的所有位置。此外，因液压泵安装在汽车前部的发动机处，故从液压泵到起重机液压缸的管道较短，流动阻力小，液压传动效率比其他布置形式高。所以，多采用这种结构形式，在进行这种车型的整车布置时，要注意防止前轴超载。2、中置式中置式的起重机安装在汽车车厢中间，如图3.1 (b)所示。这种形式的起重能力一般在13t的范同内，且采用加长的大、中型汽车底盘。这种布置形式的特点是起重臂短，轴荷分配易于满足要求，基本可保持原车的质心位置，适于装卸和运输长度整齐的管材、建筑材料、条状物件及木材等，货物沿车厢纵向安放。但由于起重机布置在车厢中部，使车厢面积的利用率较低。3、后置式 后置式的起重机安装在汽车车厢后部，如图3.1(c)所示。这种布置适用于带有挂车的随车起重运输车。其特点是车厢面积利用率高，起重臂能完成汽车和挂车之间的装卸作业。但由于这种布置是起重机安放在车辆的尾部，因此带来的不利影响是改变了原车的轴荷分配，使操纵性变差。此外，主车架需做改装设计，并且受载情况变坏。此次设计车为前置折臂式随车起重运输车，其结构如图3.2所示。 1载货汽车 2支腿 3回转机构 4支架 5上节臂 6伸缩臂次液压缸 7主伸缩臂 8次伸缩臂 9伸缩臂主液压缸 10调节液压缸 图3.2 树木修整车的整车结构形式3.2 变幅机构的设计 吊臂是随车起重机的主要受力构件，吊臂的设计合理与否直接影响着起重机的承载能力、整机稳定性和自重。为了提高产品的竞争力，吊臂截面的选择与外观均要合理。本设计采用折臂式吊臂。3.2.1 三铰点设计三铰点定位： 在计算臂前，首先要确定三铰点的位置。已知条件起升高度是9m，最大工作幅度为6m。暂定汽车从地面到臂的后铰点距离为2.6m，臂后铰点距回转中心的距离为a=0.2m，起升角。其参数暂定如下：变幅缸原始长度mm起重臂后铰点距回转中心的距离mm；变幅缸下铰点距回转中心的距离mm；变幅缸上铰点距臂后铰点的距离mm。可得： mm式中 mm变幅缸全伸时的长度 mm 根据经验，之间，液压缸做的方便、实用，所以符合实际，所选值合适。3.2.2 起重臂基本参数计算与选用1、初步估起重臂的基本尺寸上节臂的长度为，主伸缩臂的长度为，次伸缩臂的长度为。2、各段支臂结构长度确定如图3.3所示，各段支臂结构长度为： , ， 图3.3 支臂机构图3、支臂液压缸长度计算支架液压缸： 完全收回1420 mm完全伸出mm 主伸缩臂液压缸： 完全收回mm，完全伸出mm次伸缩臂液压缸完全收回mm，完全伸出mm调节伸缩液压缸：完全收回mm，完全伸出mm4、支臂截面取值下节臂截面尺寸如图3.4所示，上节臂截面尺寸如图3.5所示，伸缩臂截面尺寸如图3.6所示 图3.4 上节臂截面尺寸图 图3.5 主伸缩臂截面尺寸图 图3.6 次伸缩臂截面尺寸图5、各工作件质量估算查表知Q345密度为： 上节臂： 取 主伸缩臂: 取 次伸缩臂： 取 6、起重臂的校核，受力分析图如图3.7所示图3.7 起重臂的受力分析图 经查GB/T707-1988，知 （1)校核点：，合格（2)校核点：，合格（3)校核点：，合格3.2.3变幅油缸的计算与选用1、变幅油缸推力的计算式中 缸推力（） 载荷5000 臂架自重载荷2000 作用在起重臂架上的风载荷200 作用在货物上的风载荷150 起升臂架长度3170 臂架重心到下铰点的距离2100 油缸活塞杆铰点到臂架下铰点的距离240 起升液压缸的拉力12820 起升臂架的仰角（） 变幅油缸轴线和水平线的夹角75算得 =19002）变幅油缸缸径的计算： （） 代入得 D153，取1603.3 回转机构的设计计算3.3.1回转支撑结构的选用本回转机构采用液压缸驱动。回转机构由回转支承装置和回转驱动装置两部分组成。前者将起重机的回转部分支承在固定部分上,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，它保证起重机回转部分作用于它的垂直力、水平力和倾覆力矩。本设计采用滚动轴承式回转支承装置，起重机回转部分固定在大轴承的固定座圈上，而大轴承的固定座圈则与底架的顶面相固定。采用单排八点接触式回转支承，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，滚柱与和倾弧面滚道八点接触，能同时承受轴向力、径向力和倾覆力矩。本设计采用：液压缸齿轮齿条转支承。液压驱动的齿条，通过液压回路和换向阀的合适机能，可以使回转机构不装制动器，同时保证回转部分在任意位置上停住，并避免冲击。3.3.2 回转载荷的计算1、垂直载荷式中 超载系数为1.1起重量取起重力矩最大时为500主起重臂重量2000上车不回转其他部分的重量=290则 =28402、水平载荷因为水平载荷是由风吹在生物上的力,风吹在起重机上的力,重物的离心力,回转支承的啮合力所组成。由于水平力达不到的10%，按=10%，=284计算。3、弯矩M（倾覆力矩） =7.77式中 主臂重心到回转中心线距离 =1.40.21.2m主臂重心到主臂后铰点距离1.4m主臂仰角0转中心到吊臂后铰点的距离0.20m上车不回转部分的重量重心到回转中心线距离0.08m4、偏心距为 =2.74m5、考虑风力时最大工作载荷kg tm6、静态 tm7、动态 tm由起重机设计手册图2-5-12查得型号为012.30.630 调质后圆周力3.3.3 回转阻力矩的设计计算1、回转支承装置的摩擦阻力矩力计算回转支承装置轨道中心直径2、回转平台倾斜引起的阻力矩3、惯性回转阻力矩 4、风压引起的回转阻力矩式中 吊臂迎风面积回转部分迎风面积 回转部分形心离回转中心的距离5、回转时最大阻力矩+6、额定工况F的回转阻力矩当不计风力，惯性阻力矩和倾斜力矩按计算：+(+) 7、校核回转支承调质后齿轮所受圆周力为本设计中: ，合格。3.3.4 齿轮齿条设计计算1、选择材料及确定许用应力齿轮用40MnB调质，齿面硬度为，齿条用ZG35Mn调质，齿面硬度为，。取 2、按齿面接触强度设计设齿轮按8级精度制造。取载荷系数K=1.5，齿宽系数小齿轮上的转矩取=齿数取模数齿宽，取3、 验算齿轮弯曲强度齿形系数，由式 ，安全。 3.4 副车架主要尺寸参数设计计算3.4.1副车架尺寸设计 为了增加车架的强度及刚度，延长车架的使用寿命，在原有主车架的基础上增加了副车架。其副车架的尺寸如图3.9所示。 图3.9 副车架示意图3.4.2 副车架的选材我国载重汽车车架的纵梁和横梁已经全部采用低碳合金高强度钢钢板制造。横梁可以用抗拉强度为390MPa的08TiL和B420L钢板来生产，纵梁可以用抗拉强度为510MPa的16MnL、10TiL和B510L钢板生产。3.4.3 副车架的校核 副车架横梁的 副车架纵梁的 由上几章可知，副车架的承载质量为3吨。（）对其一根横梁进行受力分析，并绘出剪力图和弯矩图。如图3.10所示 图3.10 副车架横梁的剪力图和弯矩图副车架横梁的断面尺寸如图3.11所示图3.11 副车架横梁的断面尺寸腹板上切应力 满足 翼缘上切应力 满足综合计算，副车架的设计符合要求。3.5快速固定安装设备的设计快速固定安装设备的作用就是通过一种方式使修枝工具（动力剪和油锯）与伸缩机构端部相互连接，通过伸缩机构的举升功能使修枝工具升到一定高度，从而达到修剪高处树木的要求。快速固定安装设备的要求必须拆卸方便，操作简单，并且能固定住修枝工具，保证其横向和纵向的自由度的限制，防止其因为松动而达不到修枝的功能。固定装置是由三个正方形箱体构成，彼此之间用螺栓连接固定。中间箱体与伸缩臂端部有螺栓连接固定，两侧箱体用于安放修枝工具。同时两侧箱体上部开口，用于放入修枝工具。前部和底部有豁口为了使修枝工具的刀具伸出箱体以便修剪树木。这样可以是修枝工具横向和纵向摆放，从而可以实现树木的端部和两侧的修枝功能。箱体底部设有滑道如图3.12所示。当修枝工具放入箱体内后可以用挡板使其限制住自由度，挡板上有螺栓，与滑道连接，可以使挡板通过滑道进行滑动，通过拧紧螺栓达到固定修枝工具。一般情况下可以使用左右两侧和后侧的挡板使其限制其三个方向的自由度就可以达到修枝工具的固定作用。 图3.12 滑道3.6 油锯，动力剪的选择及使用3.6.1 油锯，动力剪的选择随着城市化的不断推进，城市已越来越拥挤，很多人都开始回归家乡，投入到家乡的建设当中。相对于城市，更多的人开始喜欢乡镇的慢节奏生活，更加的悠闲与自由。就算很多还在大城市打拼的人，也开始在郊区购置自己的住房，远离城市的喧嚣。 基于这样一种趋势的发展，园艺技术，园林行业在不断的发展。随之带动的是整个园