折臂式高空作業(yè)車設(shè)計(jì)說明書

1高空作業(yè)車是一種用于家庭、裝飾裝修、市政建設(shè)、道路橋梁工程等需要高空作業(yè)場合的機(jī)械，主要用來運(yùn)送作業(yè)人員和工作裝備到指定高度進(jìn)行作業(yè)的特種車輛，是將高空作業(yè)裝置安裝在小車底盤上組成的。高空作業(yè)裝置包括作業(yè)臂、其中工作臂、起升機(jī)構(gòu)、動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)還有操縱裝置等部分組成。現(xiàn)在的高空作業(yè)裝置具有操作平順、工作穩(wěn)定、自動調(diào)速、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，大大提高了高空作業(yè)的工作效率。高空作業(yè)車是利用小車底盤作為行走機(jī)構(gòu)，具有汽車的行駛通過性能，機(jī)動靈活，行駛速度高，可快速轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)業(yè)到作業(yè)場地后能迅速投入工作，因此被越來越多的應(yīng)用在工程建設(shè)、工業(yè)安裝、設(shè)備檢修、物業(yè)管理、航空、船舶、石化、電力、影視、市政、園林等許多行業(yè)，是近年來國內(nèi)發(fā)展最快的產(chǎn)品之一。高空作業(yè)車大體有折疊臂式、伸縮臂式、垂直升降式、混合臂式等四個系列。作業(yè)高度也從幾米到幾十米不等。1.2高空作業(yè)車的概況1.2.1高空作業(yè)車在國內(nèi)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢我國高空作業(yè)機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)從七十年代初起步，至今已有30多年的歷史。到目前為止，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)已由當(dāng)時的七八家發(fā)展到現(xiàn)在的一百余家，截至2009年10月，列入工信部公告的生產(chǎn)高空作業(yè)車的廠家共40家；生產(chǎn)高空作業(yè)平臺的企業(yè)有100余家；與國外合資企業(yè)有4家；國外獨(dú)資企業(yè)有4家。根據(jù)協(xié)會對會員單位不完全統(tǒng)計(jì)，我國高空作業(yè)機(jī)械行業(yè)產(chǎn)銷量見表1-1。2我國裝修與高空作業(yè)機(jī)械產(chǎn)銷情況統(tǒng)計(jì)表產(chǎn)品名稱產(chǎn)量(臺)銷量(臺)產(chǎn)值(萬元)出口數(shù)(臺)出口額(萬元)高空作業(yè)車高空作業(yè)平臺表1-1截至2009年10月第201批，已列入公告的高空車類產(chǎn)品共265個。產(chǎn)品公告數(shù)量前5位廠家為：杭州愛知34種，沈陽北方交通28種，徐州海倫哲27種，北京凱特17種，北京三興14種。其中絕緣車48個，普通車220個。220個普通車產(chǎn)品中，折疊臂產(chǎn)品150個，占68.6%;伸縮臂產(chǎn)品39個，占17.6%;混合臂產(chǎn)品14個，占5.4%;其它17個，占8.3%。可見折疊臂產(chǎn)品仍是目前國內(nèi)最主要的產(chǎn)品型式。最近幾年各廠家陸續(xù)開發(fā)生產(chǎn)伸縮臂產(chǎn)品，公告產(chǎn)品的數(shù)量已占到17.6%,說明其發(fā)展迅速，但用戶對伸縮臂的認(rèn)可程度，低于廠家預(yù)期。混合臂產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度高，公告數(shù)量較少，在國內(nèi)仍處于起步階段，徐州海倫哲公司是混合臂產(chǎn)品數(shù)量最多的廠家，共有6個混合臂產(chǎn)品公告，已經(jīng)形成較為完整的系列。作業(yè)高度情況：所有產(chǎn)品中，30m以上5個，占2.5%;22～30m共13個，占6.5%;17～21m共66個，占33%;12～16m共102個，占51%;11m以下14個，占7%。所有產(chǎn)品中12～16m的產(chǎn)品仍占優(yōu)勢，17～21m占的份額也較大。國內(nèi)高空作業(yè)車產(chǎn)品有以下1)大高度產(chǎn)品缺乏，這是目前國產(chǎn)產(chǎn)品和國外產(chǎn)品的最大差距。5個30m以上公告產(chǎn)品為徐州海倫哲公司的33m和35m,杭州愛知引進(jìn)德國上裝的35m,北方交通的32m和中聯(lián)重科的30m。2)折疊臂產(chǎn)品為主，尤其以三節(jié)折疊臂結(jié)構(gòu)為主。3)伸縮臂產(chǎn)品快速發(fā)展，杭州愛知和徐州海倫哲已經(jīng)形成了較為齊全的伸縮臂系列，具有很強(qiáng)的競爭力，北方交通也已經(jīng)初步形成較為完善的前置伸縮臂和后置伸縮臂兩個系列。其它有伸縮臂產(chǎn)品的廠家，產(chǎn)品以上裝進(jìn)口為主。4)控制系統(tǒng)水平低，使用控制器進(jìn)行控制的產(chǎn)品很少，目前國內(nèi)主要骨干企業(yè)在高空作3業(yè)車控制上主要依賴國外公司進(jìn)行配套。5)多個公司都開發(fā)了進(jìn)口上裝產(chǎn)品。引進(jìn)產(chǎn)品以小高度為主，主要是伸縮臂，北方交通引進(jìn)了混合臂結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。1.2.2高空作業(yè)車在國外的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢國外高空作業(yè)機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)主要集中在歐美和日本等發(fā)達(dá)國家，三個地區(qū)的高空作業(yè)機(jī)械產(chǎn)品又各有特點(diǎn)。1.2.2.1歐洲高空作業(yè)車行業(yè)歐洲高空作業(yè)車生產(chǎn)廠家多，歐洲僅意大利已知的就有二十家左右高空作業(yè)車生產(chǎn)廠，德國、法國、英國、芬蘭、丹麥等國也都有很多高空作業(yè)車生產(chǎn)廠，可以說歐洲是高空作業(yè)車最主要的產(chǎn)地。歐洲產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)型式齊全，高空作業(yè)機(jī)械按臂架結(jié)構(gòu)可分為折疊臂、伸縮臂、混合臂等型式，歐洲產(chǎn)品各種結(jié)構(gòu)都有采用，尤其是各種結(jié)構(gòu)的混合臂產(chǎn)品，美國和日本很少見，而歐洲混合臂產(chǎn)品非常多。歐洲產(chǎn)品作業(yè)高度規(guī)格全，作業(yè)高度最低在10m左右，最大高度超過100m;北美地區(qū)的產(chǎn)品最大作業(yè)高度基本不超過70m,日本產(chǎn)品最大作業(yè)高度不超過60m。歐洲高空作業(yè)機(jī)械生產(chǎn)歷史長，技術(shù)水平高，因此目前歐洲產(chǎn)品在世界上銷售范圍最為廣泛，中東、東南亞、南美洲等地都是以歐洲產(chǎn)品為主。從以上幾點(diǎn)可以說明歐洲是高空作業(yè)車最發(fā)達(dá)，技術(shù)水平最高的地區(qū)。但歐洲基本上不生產(chǎn)和使用高空絕緣車，目前僅芬蘭博浪濤(Bronto)公司生產(chǎn)大高度高空絕緣車。歐洲主要高空作業(yè)車生產(chǎn)商如下：1)Bronto:中文名博浪濤，芬蘭公司，產(chǎn)品為高空作業(yè)車和消防救援車。消防車在中國具有很高知名度，我國進(jìn)口的大高度高空作業(yè)車見表1。高空作業(yè)車以大高度為主，作業(yè)高度23～110m。目前是已知?dú)W洲唯一生產(chǎn)高空絕緣車的廠家，高空絕緣車作業(yè)高度38～60m。芬蘭博浪濤(Bronto)公司是全球最著名生產(chǎn)大高度高空作業(yè)車的企業(yè)，結(jié)構(gòu)型式都是二級伸縮臂加多級伸縮折臂結(jié)構(gòu)。2)Palfinger:奧地利帕爾菲格起重技術(shù)有限公司，2008年全球工程機(jī)械50強(qiáng)第31位，主要業(yè)務(wù)為隨車起重機(jī)，2007年在深圳建立組裝廠—博威格起重設(shè)備公司。高空作業(yè)車業(yè)務(wù)包括高空作業(yè)車規(guī)格從14～6123～102m。目前產(chǎn)品分為：全伸縮臂系列、伸縮臂加飛臂系列、伸縮臂加飛臂、轉(zhuǎn)臺可回轉(zhuǎn)系列、兩級伸縮臂加飛臂系列。3)MultitelPaglieroSpA:產(chǎn)品有汽車底盤式和蜘蛛式高空平臺，車載式產(chǎn)品作4業(yè)高度從13～72m,是意大利最大的高空作業(yè)車生產(chǎn)廠，2008年產(chǎn)量超過1000臺。產(chǎn)品為三個系列，分別為：鋁合金全伸縮工作臂系列、MX交叉布置混合臂系列、兩級伸縮臂混合臂系列。4)Oil&steel:意大利公司，屬于PM集團(tuán)，成立于1995年，產(chǎn)品有汽車底盤式和蜘蛛式高空平臺。產(chǎn)品分為四個系列，分別為：全伸縮臂系列、聯(lián)動折疊混合臂系列、兩級伸縮臂混合臂系列、蜘蛛式自行式系列。作業(yè)高度10～70m。5)Ruthmann:中文名胡特曼，德國公司，生產(chǎn)高空作業(yè)車和蜘蛛式產(chǎn)品，作業(yè)高度范圍11～102m。產(chǎn)品分為折疊臂系列、伸縮臂加飛臂系列、全伸縮臂系列、二級伸縮臂加飛臂系列、重型系列、蜘蛛式產(chǎn)品系列。6)其它廠家：意大利CTE&Bizzocchi、意大利ISOLI。北美高空作業(yè)車產(chǎn)品以絕緣型為主，約占總量的65%,這是由于北美地區(qū)的法規(guī)、政策對多數(shù)高空作業(yè)具有絕緣性能要求。世界上最大的三家絕緣型高空作業(yè)車生產(chǎn)企業(yè)集中在美國，其絕緣式高空作業(yè)車產(chǎn)品在世界上處于領(lǐng)先地位。北美也是高空作業(yè)車(包括絕緣型和普通型)銷量最大的地區(qū)，和歐洲相比，北美地區(qū)的高空作業(yè)車作業(yè)高度較低，為保證絕緣性能，北美高空作業(yè)車多采用較為簡單的結(jié)構(gòu)型式，只有低高度產(chǎn)品和低絕緣等級的產(chǎn)品，使用復(fù)雜程度較高的混合臂結(jié)構(gòu)，中等高度產(chǎn)品使用折疊臂結(jié)構(gòu)較多，大高度產(chǎn)品多使用伸縮臂結(jié)構(gòu)。北美的高空作業(yè)車生產(chǎn)廠家較為集中，美國Terex、Altec、Time是最大的三家生產(chǎn)廠，其余廠家均規(guī)模較小。北美主要高空作業(yè)車生產(chǎn)商如下：1)Altec:北美最大的高空作業(yè)車和市政車輛生產(chǎn)商，除絕緣和非絕緣高空車外，還生產(chǎn)伸縮臂吊車、布纜車、綜合作業(yè)車、絕緣件水沖洗車、林業(yè)機(jī)械等。2)TerexUtilities:北美第二大高空車和市政車輛生產(chǎn)商，產(chǎn)品和Altec類似。3)TimeManufacturing:北美第三大高空車和市政車輛生產(chǎn)商，產(chǎn)品和Altec、TerexUtilities相比較為單一，只有高空作業(yè)車類產(chǎn)品，其出口部在丹麥，普通型高空作業(yè)車產(chǎn)品的生產(chǎn)廠也在丹麥。4)其它廠家：美國ElliottEquipmentCompany、美國ETI、加拿大Posi-Plus。1.2.2.3日本高空作業(yè)車行業(yè)日本高空作業(yè)車使用普遍，普通型和絕緣型產(chǎn)品都得到廣泛使用。日本高空作業(yè)車的(愛知)和多田野。愛知和多田野高空車的產(chǎn)品線都非常齊全，既有普通高空作業(yè)車，又有絕緣車，同時也生產(chǎn)自行走產(chǎn)品。此外，日立公司生產(chǎn)自行走高空作業(yè)平臺，東急車輛5公司生產(chǎn)高空作業(yè)車。日本主要高空作業(yè)車生產(chǎn)商如下：1)Aichicorporation:日本最大的高空作業(yè)車、自行式高空作業(yè)車和市政車輛生產(chǎn)商，專業(yè)生產(chǎn)高空作業(yè)車產(chǎn)品，在美國和中國有分公司生產(chǎn)高空作業(yè)車，在歐洲和中國有分公司生產(chǎn)自行式高空作業(yè)車。愛知公司的高空作業(yè)車在日本占領(lǐng)先地位，日本市場占有率達(dá)70%,電力行業(yè)份額82%,通訊行業(yè)81%,建筑、造船和其它行業(yè)占68%。2)TadanoLTD:日本著名工程機(jī)械公司，主要生產(chǎn)各種汽車起重機(jī)，高空作業(yè)車是其業(yè)務(wù)之一，高空作業(yè)車產(chǎn)品線和AICHI相似。1.2.2.4其它地區(qū)高空作業(yè)車行業(yè)除以上國家和地區(qū)外，其它地區(qū)高空作業(yè)車生產(chǎn)廠很少。韓國近幾年出現(xiàn)多家高空作業(yè)平臺生產(chǎn)企業(yè)，除JUNJIN(全進(jìn))公司外，其它規(guī)模較小。1.3高空作業(yè)車的基本組成高空作業(yè)車正常進(jìn)行作業(yè)，需要工作機(jī)構(gòu)、金屬結(jié)構(gòu)、動力裝置與控制系統(tǒng)四部分。這四個部分的組成及其作用分述如下：1.3.1工作機(jī)構(gòu)工作機(jī)構(gòu)是為實(shí)現(xiàn)高空作業(yè)車不同的運(yùn)動要求而設(shè)置的。高空作業(yè)車一般設(shè)有變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、平衡機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)。依靠變幅機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)載人工作斗在兩個水平和垂直方向的移動；依靠平衡機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工作斗和水平面之間的夾角保持不變，依靠行走機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移工作場所。高空作業(yè)車變幅是指改變工作斗到回轉(zhuǎn)中心軸線之間的距離，這個距離稱為幅度。變幅機(jī)構(gòu)擴(kuò)大了高空車的作業(yè)范圍，由垂直上下的直線作業(yè)范圍擴(kuò)大為一個面的作業(yè)范圍。高空作業(yè)車變幅機(jī)構(gòu)一般采用液壓油缸變幅。高空作業(yè)車的一部分(一般指上車部分或回轉(zhuǎn)部分)相對于另一部分(一般指下車部分或非回轉(zhuǎn)部分)做相對的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動稱為回轉(zhuǎn)。為實(shí)現(xiàn)高空作業(yè)車的回轉(zhuǎn)運(yùn)動而設(shè)置的機(jī)構(gòu)稱為回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。它是由液壓馬達(dá)經(jīng)減速器將動力傳遞到回轉(zhuǎn)小齒輪上，小齒輪既作自轉(zhuǎn)又作沿著固定在底架上的回轉(zhuǎn)支承大齒圈公轉(zhuǎn)，從而帶動整個上車部分回轉(zhuǎn)。有了回轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而使高空作業(yè)車從面作業(yè)范圍又?jǐn)U大為一定空間的作業(yè)范圍。高空作業(yè)車在工作臂起伏時，工作斗與水平面夾角必須保持相對穩(wěn)定，才能保證工作人員正常工作。平衡機(jī)構(gòu)就是為了實(shí)現(xiàn)這一功能。對于伸縮臂或混合臂型式6的高空作業(yè)車，通常有自重平衡、液壓伺服缸平衡、電液平衡幾種方式。高空作業(yè)車的行走機(jī)構(gòu)就是通用或?qū)Ｓ闷嚨妆P。1.3.2金屬結(jié)構(gòu)工作臂、回轉(zhuǎn)平臺、副車架(車架大梁，門架、支腿等)金屬結(jié)構(gòu)是高空作業(yè)車的重要組成部分。高空作業(yè)車的各工作機(jī)構(gòu)的零部件都是安裝或支承在這些金屬結(jié)構(gòu)上的。金屬結(jié)構(gòu)是高空作業(yè)車的骨架。它承受高空作業(yè)車的自重以及作業(yè)時的各種外載荷。組成高空作業(yè)車金屬結(jié)構(gòu)的構(gòu)件較多，其重量通常占整機(jī)重量的一半以上，耗鋼量大。因此，高空作業(yè)車金屬結(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化設(shè)計(jì)，對減輕高空作業(yè)車自重，提高作業(yè)性能，節(jié)約鋼材，提高高空車的可靠性都有重要意義。1.3.3動力裝置動力裝置是高空作業(yè)車的動力源。由于高空作業(yè)車采用汽車底盤作為行走機(jī)構(gòu)，通常不再另外設(shè)置動力源，而是直接采用汽車底盤發(fā)動機(jī)作為整車的動力源。高空作業(yè)裝置需要的功率不大，一般約10-20kw,而載重汽車底盤發(fā)動機(jī)的功率根據(jù)載重量不同從50kw一直到150kw以上，且高空作業(yè)裝置工作時不允許底盤行駛，因此底盤發(fā)動機(jī)的動力足以保證高空作業(yè)裝置工作。因?yàn)楦呖兆鳂I(yè)裝置需要功率不大，通常高空作業(yè)車采用變速箱取力方式，通過安裝在底盤變速箱側(cè)面的取力器取出發(fā)動機(jī)的動力，并驅(qū)動液壓油泵向高空作業(yè)裝置供油。取力系統(tǒng)中還設(shè)置控制裝置，在底盤行駛時，取力器沒有輸出，液壓油泵不工作，需要進(jìn)行高空作業(yè)時，取力器輸出，油泵工作。1.3.4控制系統(tǒng)高空作業(yè)車控制系統(tǒng)是控制和解決各機(jī)構(gòu)怎樣運(yùn)動的問題。如動力傳遞的方向，各機(jī)構(gòu)運(yùn)動速度的快慢，以及使機(jī)構(gòu)啟動停止等?？刂葡到y(tǒng)包括操縱裝置、執(zhí)行元件和安全裝置。當(dāng)今的高空作業(yè)車全部采用電氣液壓操縱，因此控制裝置包括各種液壓操作閥，電控裝置等，以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的起動、調(diào)速、換向、制動和停止。執(zhí)行元件包括變幅用的液壓油缸、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、油泵等，用來推動結(jié)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)動作。安全裝置包括各種傳感器、行程開關(guān)、報(bào)警器、液壓鎖止閥，用來檢測危險(xiǎn)工況，保證工作安全。71.4課題背景本課題以“小型折臂式高空作業(yè)車”為研究對象，對該車的作業(yè)臂結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。該型作業(yè)車的作業(yè)臂有上臂、下臂組成，下臂與底座鉸接，上臂頭部有工作平臺。上、下臂通過伸縮油缸調(diào)節(jié)臂的舉升高度。傳統(tǒng)的力學(xué)方法設(shè)計(jì)是：根據(jù)高空作業(yè)的需要，在滿足升降高度的前提下，進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的校核，確定截面尺寸。為保證安全，設(shè)計(jì)過程中安全系數(shù)較大，造成質(zhì)量偏大，成本增加等問題。在車輛在行駛過程中，由于臂重較大，產(chǎn)生多起車架斷裂現(xiàn)象。由于伸降臂在作業(yè)時位于十幾米甚至幾十米的高空，事關(guān)人身安全，因此需要有一種較準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，既能滿足設(shè)計(jì)要求，又能減輕臂重，降低成本。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)在高空作業(yè)車的設(shè)計(jì)里占重要地位，例如起重工件裝置主要由變幅機(jī)構(gòu)組成，這一機(jī)構(gòu)靠液壓系統(tǒng)驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)作業(yè)要求。液壓系統(tǒng)元件的類型可分為動力元件，控制元件，執(zhí)行元件，輔助元件等。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的快速發(fā)展，國內(nèi)外起重機(jī)市場和高空作業(yè)車市場對這兩種產(chǎn)品的需求越來越大，將產(chǎn)生巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。本研究課題，將以高空作業(yè)車升降臂結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)為主要研究對象，根據(jù)作業(yè)高度和液壓驅(qū)動部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，得出一種較為準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)方法.1.5本課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容及意義1.5.1本課題主要研究工作(1)進(jìn)行大量的調(diào)查研究，收集整理資料，根據(jù)作業(yè)車的工作特點(diǎn)和受載狀況，制定作業(yè)臂設(shè)計(jì)方案和液壓缸的基本參數(shù)設(shè)計(jì)。(2)根據(jù)受載狀況原始數(shù)據(jù)對作業(yè)臂進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，作業(yè)臂由上臂、下臂和升降油缸等組成，設(shè)計(jì)中要確定上、下臂的長度，油缸鉸點(diǎn)位置，作業(yè)臂截面尺寸，確定液壓缸類型和安裝方式，確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸。(3)在實(shí)際計(jì)算中對上下臂施加載荷和約束，進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度分析，確定危險(xiǎn)截面或危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力分布及變形。(4)根據(jù)分析結(jié)果，找出支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和液壓系統(tǒng)中的不合理因素，提出改進(jìn)方案，并對改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行分析，對兩種分析結(jié)果進(jìn)行比較。畫出作業(yè)臂總裝圖及上下8臂零件圖，液壓系統(tǒng)圖以及液壓缸零件圖。(5)在上述分析研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行總結(jié)，得出上、下臂在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鉸點(diǎn)位置的確定、液壓缸類型和安裝方式、液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸等方面的可靠數(shù)據(jù)，為同類型產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和改造提供了科學(xué)的理論依據(jù)。1.5.2研究本課題的意義通過本課題的研究，掌握折臂式高空作業(yè)車作業(yè)臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和分析方法，得出較為準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)方法從而達(dá)到優(yōu)化結(jié)構(gòu)、減輕自重、提高可靠性的目的，為研制高空作業(yè)車奠定基礎(chǔ)。與此同時液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)在整個高空作業(yè)車的設(shè)計(jì)里具有重要的意義，它使整個機(jī)器實(shí)現(xiàn)自動化。其中安全性等方面的考慮，設(shè)計(jì)更是減少了故障的發(fā)生，相當(dāng)程度上確保運(yùn)行該高空作業(yè)車的工人的安全。9第2章總體方案設(shè)計(jì)高空作業(yè)車是一種用于家庭、裝飾裝修、市政建設(shè)、道路橋梁工程等需要高空作業(yè)場合的機(jī)械，這類產(chǎn)品的品種規(guī)格很多；本設(shè)計(jì)擬設(shè)計(jì)一種滿足家庭和裝飾裝修工程使用的高空作業(yè)車，希望設(shè)計(jì)的產(chǎn)品外形美觀、體積小、價(jià)格低。并且達(dá)到以下技術(shù)指標(biāo)：起升高度為4-10米，最大載重量1000kg,要求起升安全快速，定位準(zhǔn)確可靠，操作控制靈活2.1選取高空作業(yè)車形式通過大量分析市場現(xiàn)有產(chǎn)品得知，高空作業(yè)車大體有折疊臂式、伸縮臂式、垂直升降式、混合臂式等四個系列。其各自有優(yōu)缺點(diǎn)如下：折臂式能懸伸作業(yè)、跨越一定的障礙或在一處升降可進(jìn)行多點(diǎn)作業(yè)；平臺載重量大，可供兩人或做人同時作業(yè)并可搭載一定的設(shè)備；升降平臺移動性好，移動場地方便；外形美觀，適于室內(nèi)作業(yè)和存放。適用于車站、碼頭、商場、體育場館、小區(qū)物業(yè)、廠礦車間等大范圍作業(yè)。故其市場保有量大、用戶熟悉、價(jià)格低廉、維護(hù)簡單等優(yōu)勢仍然成為我國高空作業(yè)平臺市場主流產(chǎn)品.伸縮臂式高空作業(yè)車實(shí)現(xiàn)了輕量化和外形尺寸小型化(相同作業(yè)高度比較).并以其作業(yè)效率、操作簡單、安全性好等優(yōu)勢得到快速發(fā)展，作業(yè)高度在18~28m之間的將成為高空作業(yè)平臺的主力產(chǎn)品。垂直升降式高空作業(yè)車的升降機(jī)只能在垂直方向上下運(yùn)動。它的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，承載能力強(qiáng)，但作業(yè)范圍小，作業(yè)高度低，這種結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用比較少。混合臂式高空作業(yè)車既有折臂式跨越障礙能力，又有伸縮臂式操作簡單，作業(yè)效率高的優(yōu)點(diǎn)，在特殊領(lǐng)域和大高度上具有務(wù)必優(yōu)勢，但由于該型式車技術(shù)復(fù)雜、制造工藝要求高、成本高等缺點(diǎn)，普及程度要低于伸縮臂式高空作業(yè)車。由于本次設(shè)計(jì)的要求載重量大，作業(yè)范圍和用途較廣，經(jīng)分析比較之后，選用折臂式。2.2移動方式及動力源和傳動方式的確定然而按其移動方式，高空作業(yè)車還有拖車式、手推式、自行式等。手推式高空作業(yè)車，雖然體積較小，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，但是由于用的是人力，故存在一定的不方便之處，比如，如果作業(yè)人員在高空作業(yè)過程中想換地方，就需要另外一個人在下面推，才能使作業(yè)車行駛，所以不推薦手推式。而自行式行動速度緩慢，不便于廣范圍的行走和操作。又根據(jù)本次設(shè)計(jì)的需求，決定采用拖車式移動方式。市場上有許多品牌的汽車式底盤，根據(jù)設(shè)計(jì)需求以及市場供應(yīng)情況和綜合參數(shù)考慮，最終決定選用東風(fēng)小霸王品牌的底盤。其主要技術(shù)參數(shù)如下表2-1所示：底盤型號東風(fēng)EQ1042N14DJ3A總質(zhì)量(kg)4498額定載質(zhì)量(kg)1700整備質(zhì)量(kg)2408車輛參數(shù)接近角/離去角(mm)燃油種類百公里油耗(L)最高車速型號發(fā)動機(jī)參數(shù)生產(chǎn)廠家型式驅(qū)動型式軸距(mm)前橋描述底盤說明后橋描述轉(zhuǎn)向器說明變速箱描述離合器描述柴油94100QBZL/CY4100ZLQ3298/70,3707/70(95馬力)昆明云內(nèi)動力股份有限公司/東風(fēng)朝陽柴油機(jī)有限責(zé)任公司直列四缸柴油機(jī)25000雙輻條式方向盤，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器五個前進(jìn)檔，一個倒檔，機(jī)械傳動，軟軸拉絲式操縱。單片、干式膜片彈簧離合器制動系統(tǒng)說明駕駛室制動系統(tǒng)說明駕駛室輪胎規(guī)格空調(diào)工作高度平頭雙排座選裝高空作業(yè)車高空作業(yè)車專用性能參數(shù)工作斗額定載荷1000kg專用性能參數(shù)工作斗容納人數(shù)5人表2-1由于是高空作業(yè)，并綜合考慮其承載能力，本設(shè)計(jì)決定采用液壓傳動形式。主要運(yùn)用電機(jī)帶動液壓泵，然后用液壓泵帶動液壓缸，用以實(shí)現(xiàn)作業(yè)任務(wù)所需。因?yàn)橐簤簜鲃优c機(jī)械傳動、電氣傳動相比有以下主要優(yōu)點(diǎn)：①在同等功率情況下，液壓執(zhí)行元件體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。②液壓傳動的各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活的來布置。③液壓裝置工作比較平穩(wěn)，由于重量輕、慣性小、反應(yīng)快，液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向。④操縱控制方便，可實(shí)現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速，還可在運(yùn)行的過程中進(jìn)行調(diào)速。⑤一般采用礦物油為工作介質(zhì)，相對運(yùn)動面可自行潤滑，使用壽命長。⑥容易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動。通過對高空作業(yè)車形式的確定、移動方式的選取、動力源的選擇以及傳動形式的確定，本設(shè)計(jì)的高空作業(yè)車的大體框架結(jié)構(gòu)已經(jīng)確立，本產(chǎn)品的設(shè)計(jì)名稱也可以設(shè)定為：折臂式拖車式高空作業(yè)車。整車外形示意圖如圖2-1所示：圖2-12.3結(jié)構(gòu)組成高空作業(yè)車主要由高空作業(yè)臂、作業(yè)平臺、起升機(jī)構(gòu)、動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系1)高空作業(yè)工作臂高空作業(yè)工作臂包括上臂和下臂。行駛狀態(tài)時，兩節(jié)工作臂折疊在一起，進(jìn)行高空作業(yè)時，兩節(jié)工作臂分別由上下臂油缸舉升伸展至一定角度，將工作人員送至工作位置。上臂和下臂、下臂和轉(zhuǎn)臺鉸接處設(shè)有專門的滑動軸承，保證工作臂轉(zhuǎn)動時阻力小，運(yùn)動平穩(wěn)。2)工作平臺工作平臺的作用是將高空作業(yè)人員和必要的工具送至空中，并作為工作人員空中作業(yè)的場所。本機(jī)的工作平臺采用鋼管焊接框架結(jié)構(gòu)，周圍設(shè)有護(hù)欄，護(hù)欄開有側(cè)門，方便人員進(jìn)入，平臺底版采用防滑的花紋鋁板，平臺周圍下都有護(hù)欄，防止工具或其他物品掉落。3)動力系統(tǒng)本機(jī)的動力源為底盤交流電機(jī)。其驅(qū)動效率高、有良好的調(diào)速性能、可遠(yuǎn)距離控制，啟動、制動、反向調(diào)速都易控制，且功率范圍廣。本機(jī)由電機(jī)帶動泵，把機(jī)械能變?yōu)橐簤河偷膲毫δ?，然后通過泵向油缸供油，從而將液壓油的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)樗璧臋C(jī)械能。4)液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)采用定量齒輪泵供油，系統(tǒng)工作壓力為8MPa,油路中設(shè)有安全溢流閥，保證系統(tǒng)安全。液壓系統(tǒng)通過三位四通電磁換向閥對舉升油缸供油，輸出流量與負(fù)荷變化無關(guān)，可使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的工作速度，并且能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)速。5)電氣系統(tǒng)電氣系統(tǒng)包括示廓燈、警示燈、照明燈(可選件)等燈具、上限位系統(tǒng)、下限位系統(tǒng)、上下車互鎖系統(tǒng)、蜂鳴器、吊籃控制箱等部分。第3章高空作業(yè)車變幅機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖3-1載荷變化復(fù)雜、不允許產(chǎn)生塑性變形和人為的不文明(1)金屬結(jié)構(gòu)工作級別按結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)力狀態(tài)(名義應(yīng)力譜系數(shù))和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)(應(yīng)力循環(huán)等級)分為A1-A8八級。(2)金屬結(jié)構(gòu)計(jì)算應(yīng)采用許用應(yīng)力法。(許用正應(yīng)力和許用切應(yīng)力)(3)金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算，并滿足其規(guī)定的要求。(4)金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)按三類載荷情況進(jìn)行疲勞強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算。第I類----按正常工作時的等效載荷進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算。對A6—A8工作級別的起重結(jié)構(gòu)第Ⅱ類----按工作時的最大的載荷進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算。第山類---按非工作時的最大載荷或工作時的特殊載荷進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性的驗(yàn)算。(5)對三類載荷情況分別規(guī)定了不同的許用應(yīng)力。表3-1許用應(yīng)力計(jì)算公式載荷組合種類安全系數(shù)拉伸、壓縮、彎曲、許用應(yīng)力剪切許用應(yīng)力組合InI=1.5nII=1.33組合IIInIII=1.15注：表中屈注：表中屈服點(diǎn)σs應(yīng)按選取的鋼材厚度取不同的值由此確定作業(yè)臂的材料：根據(jù)選材原則及規(guī)定，主要選用Q235鋼板，其主要特點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度、韌性和塑性，以及加工等綜合方面的性能好，價(jià)格較低。鋼板的厚度t=4mm。其由于工作時應(yīng)按最大的載荷進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算---結(jié)構(gòu)應(yīng)按第二類載荷情況進(jìn)行疲勞強(qiáng)度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算。3.2.計(jì)算上、下臂的長度如圖3-3所示作業(yè)臂的仰角是指上臂與水平線之間的夾角用字母θ來表示，它可從0°到80°,為便于對吊臂端部進(jìn)行操作，仰角θ可為-3°,作業(yè)臂實(shí)際作業(yè)時通常在30°~75°范圍內(nèi)。設(shè)計(jì)時仰角取75°,在圖3-3中∠ABH=75°,∠HBC=75°,起升高度AC=8.5m。由于上臂的頭部有工作臺，所以在上臂頭部應(yīng)留有一定的余量裝工作平臺，故上臂長必須大于下臂長即：L1>L2由式3.1和式3.2可以取上臂L1=4.20m,下臂L2=4.01m.式(3.1)式(3.2)B圖3-2作業(yè)臂最大仰角3.3確定油缸鉸點(diǎn)的位置圖3-3油缸工作鉸點(diǎn)3.3.1確定上臂油缸鉸點(diǎn)的位置則由三角關(guān)系可得：EF2=BE2+BF2-2BEBFcos150°=3002+5002-2×300×500×cos150°=599807.6mm3.3.2確定下臂油缸鉸點(diǎn)的位置取HC=350mm,CG=450mm,∠HCG=75°由三角關(guān)系可得：HG2=3502+4502-2×350×450×cos75=243472mm3.4上臂截面尺寸的確定3.4.1對上臂進(jìn)行受力分析圖3-4所示是上臂工作到水平位置時的受力圖，此時上臂受到的力最大可列公式：圖3-4上臂彎距圖ZMB=0F2×300=9.8×3900F2=127.4KNF1=127.4-9.8=117.6KN如上圖所示的彎矩圖：則可得最大彎矩是Mmax=9.8x3.9=38.22KN.m再將求出來的梁所需的截面系數(shù)W值代入式(3.4)。3.4.2計(jì)算上臂截面尺寸(1)上臂梁高h(yuǎn)的確定圖3-5梁的截面圖式(3.3)式(3.3)式中W---------梁所需的截面系數(shù)，W=M/[o];M---------梁的最大彎矩；[σ]-------所用鋼材的許用應(yīng)力；ō、δ0----鋼板的厚度，設(shè)計(jì)時鋼板的厚度一樣δ=δ0=4mm式(3.4)因δ=δ0則上式可簡化為：式(3.4)因此把計(jì)算所得的截面系數(shù)w=21.6×10?m3和δ=4×103m可得上臂高(2)上臂梁寬b的確定圖3-6上臂的截面結(jié)構(gòu)圖如圖所示：δ=4mmb=150mm由圖可得：bl=b+2σ=150+8+158mm3.4.3對上臂進(jìn)行強(qiáng)度校核上臂梁的尺寸確定后應(yīng)對其進(jìn)行強(qiáng)度、鋼度和整體穩(wěn)定性效核，不滿足時應(yīng)進(jìn)行修(1)正應(yīng)力校核靜強(qiáng)度效核公式：正應(yīng)力式(3.5)F----------梁所受的力(N)A----------截面積(m2)切應(yīng)力式(3.6)ǒ----------鋼板厚度(m)Iz----------梁對Z軸的慣性矩(m?)BF2F1=117.6KN圖3-7上臂剪力圖=0.18×0.158-0.172×0.15=2.64×10~3m2在截面BE所受的切應(yīng)力應(yīng)是：計(jì)算Z軸慣性矩Iz:式(3.7)式(3.8)式(3.9)如圖所示建立坐標(biāo)系：矩形對Z軸的慣性矩是：所以此題的慣性矩為：圖3-8上臂的慣性矩圖Iz=1z1-1z2=5.9×10~?-4.8×10~?=1.1×10~?m?(2)把Fs1=117.6KN和Iz=1.1×10~?m?切應(yīng)力效核公式式(3.10)則：切應(yīng)力是式(3.10)把Fs2=9.8KN和Iz=1.1×10~?m?代入式(2.10)所以上臂的正應(yīng)力和切應(yīng)力符合要求。(3)對上臂進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算箱型組合梁通常剛度很大，若梁的高寬之比h/b≤3,則梁的整體穩(wěn)定性不需驗(yàn)算。所以h/b=1801150=1.2<3則不需要整體穩(wěn)定性不需驗(yàn)算。從以上對上臂的驗(yàn)算可得上臂尺寸的選擇符合要求。3.5下臂截面尺寸的確定3.5.1對下臂進(jìn)行受力分析圖3-9所示是下臂工作到水平位置時，此時下臂受力最大，由此來計(jì)算梁的受力情況。B圖3-9下臂的受力圖把上圖分解后計(jì)算各個力的大小力圖3-10上臂受力圖計(jì)算上臂的自重FG鋼板每平方米面積的理論質(zhì)量，不同厚度的鋼板(密度為7.85)的每平方米理論質(zhì)量按G=σ×pkg/m2式(3.11)式中G-----給定鋼板厚度下的每平方米重量，kg/mo-----鋼板厚度σ=4mmp-----鋼板密度7.85所以MG=4.2×0.004×7.85=0.13kg對下臂進(jìn)行受力分析如下圖彎矩M圖3-11下臂的彎距圖FB1=-FB=11.07KN即力FB’與力FB大小相等方向相反。Fg×450=FB'×3560所以Fc=92.56-11.07=81.49KN如上圖所示的彎矩圖：則可得最大彎矩是Mmax=11.07×3560=39.41KNm而梁所需的截面系數(shù)，w=Mmax/[o]3.5.2計(jì)算下臂的截面尺寸再將求出來的梁所需的截面系數(shù)W值代入式(3.2)可得圖3-12下臂的截面圖按局部穩(wěn)定條件：Q235鋼b≤60δ60mm≤b≤240mm3.5.3對下臂進(jìn)行正應(yīng)力校核下臂梁的截面尺寸確定后應(yīng)對其進(jìn)行強(qiáng)度、鋼度和整體穩(wěn)定性，不滿足時應(yīng)進(jìn)行修改。其計(jì)算方法和計(jì)算公式和上臂一樣，計(jì)算公式是式(3.5)和式(3.6)(1)效核正應(yīng)力Fc=81.49KN=0.18×0.158-0.172×0.15=2.64×10m2在截面AD上所受的正應(yīng)力是：(2)效核切應(yīng)力計(jì)算Z軸慣性矩Iz:式(3.12)式(3.13)式(3.14)如圖所示建立坐標(biāo)系，見圖3-14慣性矩圖Iz=Iz1-Iz2=7.6×10~?-4.8×10~?=2.8×10~?m?把FsC=81.49KN和Iz=2.8×10~?m?切應(yīng)力效核公式：在截面AD上所受的切應(yīng)力是：式(3.15)把FsB=11.07KN和Iz=2.8×10~?m?代入式(3.15)所以下臂的正應(yīng)力和切應(yīng)力符合要求。(3)對下臂進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算箱型組合梁通常剛度很大，若梁的高寬之比h/b≤3(圖3-12),則梁的整體穩(wěn)定性不需驗(yàn)算。所以h/b=180/150=1.2<3則不需要整體穩(wěn)定性不需驗(yàn)算。從以上對下臂的驗(yàn)算可得上臂尺寸的選擇符合要求。3.6連接處銷軸尺寸的確定確定銷軸的基本參數(shù)：公稱直徑d,總長度根據(jù)高空作業(yè)車上下臂的結(jié)構(gòu)可以確定其尺寸，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊2》表6.3-61銷軸(摘自GB/T882--2000),選定a=50mm,總長度1=200mm、材料為35鋼、熱處理硬度28~38HRC、表面氧化處理的A型銷軸。確定其相關(guān)尺寸：dmax=70mm,k(公稱)=7mm,d?=10mm,r=1.5mm,c≈5mm第4章液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1簡介液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論和方法目前還不夠完善。比如液壓系統(tǒng)的組成，當(dāng)前主要采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法，也即靠設(shè)計(jì)人員熟練掌握液壓元件、回路知識和運(yùn)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在分析現(xiàn)有回路和系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行比較、綜合，組成所需的液壓系統(tǒng)。此外，隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，運(yùn)用邏輯代數(shù)進(jìn)行液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)也逐漸變?yōu)榭赡?，其具體方法還有待技術(shù)的發(fā)1、明確設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求是進(jìn)行每項(xiàng)工程設(shè)計(jì)的依據(jù)，設(shè)計(jì)前要明確以下幾個主要問題：1、主機(jī)的概況：用途、性能、工藝流程、作業(yè)環(huán)境、總體布局等；2、液壓系統(tǒng)要完成哪些動作，動作順序及彼此聯(lián)鎖關(guān)系如何；3、液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動形式、運(yùn)動速度；4、各動作機(jī)構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì)；5、對調(diào)速范圍、運(yùn)動平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等性能方面的要求；6、自動化程度、操作控制方式的要求；7、對防塵、防爆、防寒、噪聲、安全可靠性的要求；8、對效率、成本等方面的要求。2、工作原理簡述如前所述，開發(fā)高空作業(yè)車已成為迫切的需要。高空作業(yè)機(jī)械不同于一般的工程機(jī)械，其特點(diǎn)是作業(yè)頻率不高、負(fù)荷較小，但要求可靠性高、操作靈活、展開迅速，尤其是安全適用性更嚴(yán)格，必須防水、防塵、防震。目前，高空作業(yè)車基本上有四種形式，即伸縮臂式、曲臂式、垂直升降式及混合式。其基本工作原理相似，控制方式均是液壓控制，由發(fā)動機(jī)帶動油泵作為系統(tǒng)的動力源，液壓系統(tǒng)由上車液壓系統(tǒng)及下車液壓系統(tǒng)組成，兩者之間由中心回轉(zhuǎn)接頭連接(垂直升降式高空車除外),液壓系統(tǒng)的控制方式如下：液壓油通過方向閥控制，可進(jìn)入各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)(包括動作缸、馬達(dá)等),完成上、下油缸的伸縮等動作。折臂式高空作業(yè)車動作分析如下：行駛狀態(tài)時，兩節(jié)工作臂折疊在一起，進(jìn)行高空作業(yè)時，兩節(jié)工作臂分別由上下臂油缸舉升升展至一定高度，將工作人員送至工作位置。上臂和下臂、下臂和轉(zhuǎn)臺鉸接處均設(shè)有專門的滑動軸承，保證工作臂轉(zhuǎn)動時阻力小，運(yùn)動平穩(wěn)。4.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)4.2.1液壓系統(tǒng)的要求1、上臂和下臂的舉升機(jī)構(gòu)均應(yīng)能獨(dú)立動作、伸縮平穩(wěn)、無抖動、晃動現(xiàn)象；在作業(yè)過程中不得有回縮現(xiàn)象，在收回狀態(tài)時不得由于自重而下落。2、當(dāng)兩臂的舉升機(jī)構(gòu)同時工作時，應(yīng)保證工作平臺起升、下降作業(yè)時動作平穩(wěn)、準(zhǔn)確，無爬行、振顫、沖擊及不出現(xiàn)驅(qū)動功率異常增大等現(xiàn)象；工作平臺在額定載荷下工作時，應(yīng)能在任意位置可靠制動，另外，工作平臺還應(yīng)具備自動調(diào)平系統(tǒng)及安全保護(hù)系統(tǒng)(防止傾翻)。3、為方便操作，作業(yè)車應(yīng)裝有上、下兩套控制裝置，使在底座與工作平臺里均可進(jìn)行操作；上控制裝置應(yīng)設(shè)在工作平臺上或其側(cè)面，下控制裝置應(yīng)具有上控制裝置的功能，并應(yīng)具有超越上控制裝置的作用。4.2.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)本文折臂式拖車式高空作業(yè)車所選設(shè)計(jì)參數(shù)如下：最大工作平臺高度額定工作平臺載荷工作平臺起升和下降速度整車重量4.3制定液壓系統(tǒng)基本方案4.3.1確定液壓執(zhí)行元件的形式液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件有液壓缸、液壓馬達(dá)和擺動馬達(dá)等幾種型式，要根據(jù)運(yùn)動要求合理選用，從結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、運(yùn)動速度一般不受性，所以在液壓系統(tǒng)中執(zhí)行元件多選用液壓缸。往復(fù)運(yùn)動機(jī)構(gòu)一般選不大的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動也常用液壓缸來實(shí)現(xiàn)，也可采用擺動馬達(dá)。此外程機(jī)械的行走機(jī)構(gòu)、卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)中，則必須采用液壓馬達(dá)。表2.1是幾種常用的液壓執(zhí)行元表4.1常用液壓執(zhí)行元件的類型、特點(diǎn)、適用場合名稱特點(diǎn)適用場合雙活塞桿液壓缸雙向?qū)ΨQ雙向工作的往復(fù)運(yùn)動單活塞桿液壓缸有效工作面積大、雙向不對稱往返不對稱的直線運(yùn)動，差動連接可實(shí)現(xiàn)快進(jìn)，A?=2A?往返速度相等柱塞缸結(jié)構(gòu)簡單單向工作，靠重力或其它外力返回?cái)[動缸單葉片式轉(zhuǎn)角小于3600雙葉片式轉(zhuǎn)角小于1800小于3600的擺動運(yùn)動小于1800的擺動運(yùn)動齒輪馬達(dá)結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜高轉(zhuǎn)速、低扭矩的同轉(zhuǎn)運(yùn)動葉片馬達(dá)體積小、轉(zhuǎn)動慣量小高速低扭矩、動作靈敏的回轉(zhuǎn)運(yùn)動擺線齒輪馬達(dá)體積小、輸出扭矩大低速、小功率、大扭矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動軸向柱塞馬達(dá)運(yùn)動平穩(wěn)、扭矩大、轉(zhuǎn)速范圍寬大扭矩回轉(zhuǎn)運(yùn)動徑向柱塞馬達(dá)轉(zhuǎn)速低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、輸出大扭矩低速大扭矩回轉(zhuǎn)運(yùn)動注：A?！獰o桿腔活塞面積A?！袟U腔活塞面積。本機(jī)動作機(jī)構(gòu)均為直線往復(fù)運(yùn)動，故可以選用液壓缸作為液壓執(zhí)行作業(yè)機(jī)械具有負(fù)荷小、工作頻率不高、慣性小運(yùn)動方向的控制用換向閥或邏輯控制單元來實(shí)現(xiàn)。對一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過換向閥的有機(jī)組合來實(shí)現(xiàn)所要求的動作；對高壓大流量的液壓系統(tǒng)，多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥邏輯組合來實(shí)現(xiàn)。運(yùn)動速度的控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出流量或通過改變密封空間的容積來實(shí)現(xiàn)。如：節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合——容積節(jié)流調(diào)速。節(jié)流調(diào)速一般用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度。這種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單，但系統(tǒng)中必須用溢流閥，因此效率低、發(fā)熱量大，多用于功率不大的場合。容積調(diào)速靠改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量來達(dá)到調(diào)速的目的。它無溢流損失和節(jié)流損失，效率較高，但為了散熱和補(bǔ)充泄漏，需要有輔助泵。這種調(diào)速方式適合功率大、運(yùn)動速度高的液壓系統(tǒng)。容積節(jié)流調(diào)速一般用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元回油節(jié)流常用于有負(fù)載的場合，旁路節(jié)流常用于高速。調(diào)速回路一經(jīng)確定，回路的循環(huán)形系統(tǒng)。表4.2是開式系統(tǒng)與閉式系統(tǒng)的比較。表4.2開式系統(tǒng)與閉式系統(tǒng)的比較循環(huán)形式適應(yīng)工況一般均能適應(yīng)，液壓泵可向多支路供油限于要求換向平穩(wěn)、換向速度高的一部向多支路供油結(jié)構(gòu)特點(diǎn)簡單復(fù)雜散熱較方便，但油箱較大較復(fù)雜，須用輔助液壓泵換油冷卻抗污染能力較差，可采用壓力油箱來改善較好，但油液過濾要求較高管路損失及效率管路損失大，用節(jié)流調(diào)管速時效率低路損失較小，用容積調(diào)速時效率較高4.3.3液壓源系統(tǒng)液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)由液壓源提供，液壓源的核心是液壓泵。如前所述，節(jié)流大多用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。為節(jié)省能源提高效率，泵的供油量要整機(jī)的液壓系統(tǒng)圖由各基本回路加上其它輔助回路及液壓4.4.1選定液壓回路首先確定基本回路，它是決定主機(jī)的動作和性能的基礎(chǔ)，是組成系統(tǒng)的骨架，然4.4.2綜合考慮其它問題6、從系統(tǒng)的生產(chǎn)成本及周期考慮，系統(tǒng)組成要簡單，元輔件盡量少，還應(yīng)8、系統(tǒng)圖中要注明各液壓執(zhí)行元件的名稱和動作，注明各液壓元件的序號和電4.4.3最終液壓回路圖如圖4-1所示：圖4-1液壓回路1上臂液壓缸2下臂液壓缸3平衡閥4三位四通電磁換向閥5單向節(jié)流閥6壓力表7單向閥8液壓泵9過濾器10油箱電磁換向閥：電磁換向閥借助于電磁鐵吸力推動閥心動作來改變流液流向。平衡閥：可使運(yùn)動速度不受載荷變化的影響，保持因?yàn)樯舷卤鄣囊簤涸O(shè)計(jì)很相似，所以分開分析。先看左邊液壓缸的控制過程。如上圖所示，當(dāng)電磁換向閥置于左位時，油液經(jīng)過左邊單向節(jié)流閥的單向閥部分到達(dá)平衡閥，再經(jīng)過平衡閥到液壓缸的左腔，推動活塞桿向外運(yùn)動。而右腔的油液則從右邊的平衡閥到右高空作業(yè)部分主要由變幅機(jī)構(gòu)構(gòu)成，其中，變幅機(jī)構(gòu)主要是指上下臂液壓缸。上臂液指下臂與支架之間的液壓缸，它主要用于控制下臂的上升和下降動作。以下查[5]如表23.4-3,選定系統(tǒng)工作壓力為P=16Mpa。4.6.1.1確定液壓缸類型和安裝方式根據(jù)主機(jī)的運(yùn)動要求，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊5》表37.7—5,選擇液壓缸類型為單桿活塞式雙作用液壓缸。下圖為單桿活塞式雙作用液壓缸示意圖：此類液壓缸特點(diǎn)為活塞雙向運(yùn)動產(chǎn)生推、拉力?；钊谛谐探K了時不減速。將缸體固定，活塞桿運(yùn)動，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊5》表37.7—6液壓缸的安裝方式，選擇合適的安裝方式?？紤]機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要求，上臂起升、下降時液壓缸的活塞桿進(jìn)行伸縮實(shí)現(xiàn)運(yùn)動需求。查表37.7—6液壓缸的安裝(P37-179)選擇耳環(huán)型安裝方式，這種安裝方式使液壓缸在垂直面內(nèi)可擺動，滿足上臂動作要求。4.6.1.2確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸根據(jù)主機(jī)的動力分析和運(yùn)動分析，確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸，包括液壓缸的內(nèi)徑D,活塞桿直徑d和液壓缸行程s等。(1)液壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算。根據(jù)載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D式中D--液壓缸內(nèi)徑(m);F,--液壓缸推力(KN);p--選定的工作壓力(MPa)。式(4.1)當(dāng)高空作業(yè)車上下臂處于如下狀態(tài)時，如圖4-3。上臂液壓缸所受的力最大，即液壓缸具備的最大力必須大于此時的力。圖4-3上下臂受力狀態(tài)式(4.2)式(4.2)F--高空作業(yè)車吊籃最大承受力，由計(jì)算知為=9.8×103nh--B點(diǎn)到力F,的垂直距離，由計(jì)算得0.283m.代入公式(4.2)得：=1.55×10?N將F,=1.55×10?N,p=16MPa代入式(4.1),=0.11m查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊5》表37.7-1,如表4-1給出的缸筒內(nèi)徑尺寸系列圓整D成標(biāo)準(zhǔn)值。表4-3液壓缸內(nèi)徑尺寸系列8D=100mm(2)活塞桿直徑a的計(jì)算根據(jù)速度比的要求來計(jì)算活塞桿直徑式(4.3)式中d--活塞桿直徑(m);D--液壓缸直徑(m);v?-活塞桿的縮入速度(m/min);此處，《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊5》表37.7-63(P37-245)取液壓缸的往復(fù)運(yùn)動速度比為1.46,表d=0.56D式(4.4)將D=100mm代入式(4.4)得：d=56mm查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊5》37.7-2,如表4-4液壓缸活塞桿外徑尺寸系列(摘自GB2348-80)表4-4液壓缸活塞桿外徑尺寸系列(摘自GB2348—80)(mm)4568取液壓缸活塞桿外徑尺寸如下(3)液壓缸行程s的確定由于上下臂工作狀態(tài)最大夾角為2×75°,如圖4-4所示圖4-4上下臂最大夾角圖上下臂鉸點(diǎn)位置如上所示，代入數(shù)據(jù)可求出線段EF的長度，由此長度計(jì)算上臂油缸的 EF=√0.S2+0.32-2×0.5×0.3×COS=0.774m查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊5》表37.7-3(P37-173),如4-5液壓缸活塞行程第一系列(mm)。表4-5液壓缸活塞行程第一系列(mm)摘自(GB2349—80)由以上條件取S值如下：S=250mm。(4)液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算1)缸筒壁厚的計(jì)算按薄臂筒計(jì)算：對于低壓系統(tǒng)，液壓缸缸筒厚度一般按薄壁筒計(jì)算。式(4.5)式中δ--液壓缸缸筒厚度(m);D--液壓缸內(nèi)徑(m);代入式(4.5)中，得：2)缸體外徑的計(jì)算式(4式(4.6)D?=100+2×12=124查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊5》表37.7-66(P37-246)圓整液壓缸外徑D,為120mm。4.6.2下臂油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)液壓缸單活塞桿雙向運(yùn)動時的負(fù)載力相同，不記執(zhí)行件質(zhì)量。液壓系統(tǒng)工作壓力為P=16MPa。4.6.2.1確定液壓缸類型和安裝方式將缸體固定，活塞桿運(yùn)動，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊5》表37.7—6液壓缸的安裝方式，選擇合適的安裝方式?？紤]機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要求，上臂起升、下降時液壓缸的活塞桿進(jìn)行伸縮實(shí)現(xiàn)運(yùn)動需求。查表37.7—6液壓缸的安裝(P37-179)選擇耳環(huán)型安裝方式，這種安裝方式使液壓缸在垂直面內(nèi)可擺動，滿足上臂動作要求。4.6.2.2確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸根據(jù)主機(jī)的動力分析和運(yùn)動分析，確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸：(1)液壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算根據(jù)載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D40式(4.7)式中D--液壓缸內(nèi)徑(m);F--液壓缸推力(kM);p--選定的工作壓力(MPa)。其中F(Fg)的計(jì)算過程如下：當(dāng)高空作業(yè)車上下臂處于如下狀態(tài)時，如圖4-5。上臂液壓缸所受的力最大。此時，上下臂夾角為75°,下臂水平放置，上臂抬起與下臂成夾角75°。把上下臂當(dāng)成一個整體，將所受力對cF×h?+G?×S?+G?×S?+F?×h?=F×h圖4-5上下臂狀態(tài)點(diǎn)取矩，得：式(4.8)F--高空作業(yè)車吊籃最大承受力，由計(jì)算知為9.8×103n。F?--最大起重量，由計(jì)算得117.6×103N。h?--點(diǎn)c到力F?的垂直距離，為4.01m。已知上下臂夾角為75°,上臂長為4.2m,下臂長為4.01m,且已知上下臂上各鉸點(diǎn)位41h?=2.92m;S?=3.46m;S,=2.5m;h=0.308m。圖4-6下臂尺寸h=0.308m。將所得數(shù)據(jù)代入公式(4.8)得：m9.8×103N×2.92m+1.27×103N×3.46m+1.24×103N×2.5m+117.6×103×4.01m=F?×0.308m將F=1.65×10?N,p=16MPa代入式4-7,D=115mm查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊5》表37.7-1)給出的缸筒內(nèi)徑尺寸系列圓整D成標(biāo)準(zhǔn)值。D=125mmo(2)活塞桿直徑a的計(jì)算根據(jù)速度比的要求來計(jì)算活塞桿直徑a式(4.9)式中d--活塞桿直徑(m);D--液壓缸直徑(m);φ--速度比此處，《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊5》表37.7-63(P37-245)取液壓缸的往復(fù)運(yùn)動速度比為1.46,表37.7-2(P37-173)查得：d=0.56D式(4.10)將D=125mm代入式(4.4)得：d=70mm查[5]表23.6-34液壓缸活塞桿外徑尺寸系列(摘自GB/T2348-1993)取液壓缸活塞桿外徑尺寸如下：d=70mm(3)液壓缸行程S的確定首先計(jì)算下臂升至最大角時，下臂鉸點(diǎn)與底盤鉸點(diǎn)之間的距離。如下圖所示：如上圖4-7所示，由計(jì)算得下臂升至最大角時，下臂鉸點(diǎn)與底盤鉸點(diǎn)之間的距離為：493mmo查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊5》表37.7-3(P37-173)液壓缸活塞行程第一系列(mm),由以上條件取S值如下：S=160mm。(4)液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算1)缸筒壁厚的計(jì)算式(4.11)式中δ--液壓缸缸筒厚度(m);D--液壓缸內(nèi)徑(m);代入式(4.5)中，得：2)缸體外徑的計(jì)算代入數(shù)據(jù)得：D?=D+2δ式(4.12)D?=D+2δD?=125+2×15=155mm查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊5》表37.7