高空作業(yè)車舉升臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及液壓控制

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本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題目 高空作業(yè)車舉升臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及液壓控制 系 別 工程技術(shù)系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 職 稱 教授 2013 年 04 月 18 日 摘 要 隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，交通運(yùn)輸?shù)然A(chǔ)行業(yè)發(fā)生著日新月異的變化。高空作業(yè)車作為專用起重運(yùn)輸汽車的一種，它可以將工作人員和工作裝備運(yùn)送到達(dá)指定現(xiàn)場(chǎng)并進(jìn)行作業(yè)的專用汽車。高空作業(yè)車主要用于郵電通訊、市政建設(shè)、消防救護(hù)、建筑裝飾、高空攝影以及造船、石油、化工、航空等行業(yè)。它具有機(jī)動(dòng)靈活、轉(zhuǎn)移迅速、覆蓋面廣、便于接近、到達(dá)作業(yè)地點(diǎn)后能迅速投入工作等優(yōu)點(diǎn)。而且折疊臂式高空作業(yè)汽車結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，改裝比較容易，因而發(fā)展比較快。 本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是選擇合適的二類底盤(pán)，在此基礎(chǔ)上對(duì)高空作業(yè)車的主要工作裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)支腿機(jī)構(gòu)、舉升機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，進(jìn)行各個(gè)應(yīng)用元件布置，并采用液壓系統(tǒng)對(duì)各個(gè)元件進(jìn)行控制以實(shí)現(xiàn)舉升和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)功能。同時(shí)，還對(duì)高空作業(yè)車的附件進(jìn)行了簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，并對(duì)高空作業(yè)車的穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算分析，結(jié)果表明基本達(dá)到國(guó)家對(duì)改裝車的標(biāo)準(zhǔn)要求。 關(guān)鍵詞： 高空作業(yè)車； 支腿機(jī)構(gòu)； 舉升機(jī)構(gòu)； 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)； 設(shè)計(jì) Abstract With the countrys economic development, transportation and so on the basis of an ever-changing industry. Folding-arm high above the ground as a dedicated car lifting of a transport vehicle, which can be the work of staff and equipment arrived at the designated on-site delivery and operation of the Special Purpose Vehicle. Folding-arm high above the ground the main vehicle for posts and telecommunications, municipal construction, fire rescue, building decoration, high-altitude photography, as well as shipbuilding, petroleum, chemical, aviation and other industries. It has a flexible, rapid transfer, coverage for close to reach the sites quickly after getting a work of the advantages. And arm-folding high above the ground vehicle structure is relatively simple, relatively easy modification, and therefore faster development. The main content of this design is to choose a suitable chassis in the second category, on this basis of arm-folding work high above the main work of the car plant design. The outrigger body, lifting and turning the body design, layout components for various applications. And the use of the hydraulic system to control the various components in order to achieve lift and rotary motor function. At the same time, also folded-arm high above the ground Annex cars were simple design, and folded-arm high above the ground vehicle for the stability of the calculation and analysis, results showed that the modification of the basic national standards of vehicles. Key words: Folded-arm high above the ground vehicles; Outrigger bodies; Lifting bodies; Body rotation; Design 目錄 1 緒 論 1 1.1概述 1 1.2高空作業(yè)車的定義、組成及功用 1 1.3國(guó)內(nèi)外高空作業(yè)車的發(fā)展概況 2 2 高空作業(yè)車總體方案分析 3 2.1動(dòng)力傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)與分析 3 2.1.1設(shè)計(jì)要求 3 2.1.2動(dòng)力傳動(dòng)裝置類型 4 2.1.3舉升機(jī)構(gòu) 5 2.1.4回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 6 2.2本章小結(jié) 8 3 高空作業(yè)車總布置設(shè)計(jì) 8 3.1 總體主要參數(shù)的確定 8 3.1.1尺寸參數(shù)的確定 8 3.1.2質(zhì)量參數(shù)的確定 8 3.2 高空作業(yè)車底盤(pán)的選擇 9 3.3本章小結(jié) 10 4 舉升機(jī)構(gòu)與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 10 4.1 舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 4.1.1舉升機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)范圍的確定 10 4.1.2動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和主要尺寸確定 11 4.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 12 4.2.1確定圓柱滾子的最大載荷 12 4.2.2確定圓柱滾子的允許載荷 14 4.3本章小結(jié) 14 5 支腿機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 14 5.1 支腿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 14 5.1.1支腿跨距的確定 15 5.1.2支撐腳接地面積確定 18 5.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 5.2.1液壓系統(tǒng)原理分析 19 5.2.2油缸選型確定 20 5.2.3液壓泵的選型計(jì)算 22 5.2.4油箱容積與管路內(nèi)徑計(jì)算 23 5.2.5液壓系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算 24 5.2.6液壓泵的選型確定 24 5.2.7取力器布置方案及基本參數(shù)選擇 25 5.3本章小結(jié) 26 6 高空作業(yè)車穩(wěn)定性能分析 27 6.1 支腿壓力的計(jì)算 27 6.2本章小結(jié) 30 7結(jié) 論 30 致 謝 33 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 緒 論 1.1概述 高空作業(yè)機(jī)械是在工程起重機(jī)械基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的高空作業(yè)設(shè)備，廣泛應(yīng)用在建筑、消防等行業(yè)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，對(duì)高空作業(yè)車的需求越開(kāi)越多，要求工作范圍也越來(lái)越廣泛。 目前，國(guó)內(nèi)外高空作業(yè)車朝著多品種、系列化、小批量方向發(fā)展。盡管就汽車市場(chǎng)而言，高空作業(yè)車在今天甚至是在今后很長(zhǎng)一段時(shí)間不可能占有太大的市場(chǎng)，但是，正因?yàn)楦呖兆鳂I(yè)車其獨(dú)特的作用，它在工程建設(shè)中起著越來(lái)越重要的作用，其輻射范圍也越來(lái)越大，郵電通訊、市政建設(shè)、消防救護(hù)、建筑裝飾、高空攝影以及造船、石油、化工、航空等行業(yè)都將活躍著它的身影。 折疊臂式高空作業(yè)汽車提高了機(jī)械化程度，減少了勞動(dòng)消耗，降低了成本，縮短了工作時(shí)間，提高了工作效率并且以滿足各種特殊需要。 經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前，高空作業(yè)車具有一定需求市場(chǎng)，但生產(chǎn)廠家相對(duì)較少，主要在于其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此難以形成批量生產(chǎn)，為使高空作業(yè)車能夠完善其結(jié)構(gòu)和性能，提高高空作業(yè)車的功能，形成小批量生產(chǎn)。本設(shè)計(jì)重點(diǎn)對(duì)高空作業(yè)車主要工作裝置所采用的各種方案進(jìn)行比較分析，分別列出各方案的優(yōu)劣點(diǎn)，以便選擇最合適方案。 1.2高空作業(yè)車的定義、組成及功用 高空作業(yè)汽車是用來(lái)運(yùn)送工作人員和使用器材到達(dá)指定現(xiàn)場(chǎng)并進(jìn)行作業(yè)的專用汽車。 高空作業(yè)汽車除底盤(pán)部分外，為實(shí)現(xiàn)高空作業(yè)功能，還有動(dòng)力傳動(dòng)裝置、工作裝置、安全裝置及液壓系統(tǒng)等。 高空作業(yè)車是用來(lái)運(yùn)送工作人員和工作裝備到指定高度進(jìn)行作業(yè)的特種車輛，是將折疊臂式高空作業(yè)裝置安裝在汽車底盤(pán)上組成的。折疊臂式高空作業(yè)裝置包括工作臂、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、副車架、工作斗、液壓系統(tǒng)和操縱裝置等?，F(xiàn)在的折疊臂式高空作業(yè)裝置具有操作平順、工作穩(wěn)定、自動(dòng)調(diào)速、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，大大提高了折疊臂式空中作業(yè)的工作效率。高空作業(yè)車是利用汽車底盤(pán)作為行走機(jī)構(gòu)，具有汽車的形勢(shì)通過(guò)性能，機(jī)動(dòng)靈活，行駛速度高，可快速轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移到工作場(chǎng)地后能迅速投入工作，因此被越來(lái)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)，是近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)發(fā)展最快的專用汽車產(chǎn)品之一[4,5]。 1.3國(guó)內(nèi)外高空作業(yè)車的發(fā)展概況 國(guó)外折疊臂式高空作業(yè)機(jī)械發(fā)展迅速，技術(shù)水平不斷提高。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家一般都有專門(mén)的跨國(guó)公司和集團(tuán)主營(yíng)和兼營(yíng)高空作業(yè)機(jī)械，如美國(guó)GROVE公司（格魯夫）和GENIE（吉尼公司）、英國(guó)COLES公司、SI-MON公司（西蒙）、意大利RICO（利高）、芬蘭BRONTO公司（波浪濤公司）、日本的多田野和愛(ài)知株式會(huì)社等[6]。 中國(guó)高空作業(yè)機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)從20世紀(jì)70年代起步，至今已有30多年的歷史。到目前為止，國(guó)內(nèi)高空機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)已由當(dāng)時(shí)的7、8家發(fā)展到100余家，其中與合資或合作的企業(yè)有4家。行業(yè)幾個(gè)骨干企業(yè)通過(guò)近幾年的技術(shù)改造，其生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，都形成了各具特色的產(chǎn)品系列，企業(yè)的各項(xiàng)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)逐步上升，經(jīng)濟(jì)效益也逐年提高，基本能滿足國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)大中小型高空作業(yè)機(jī)械的需要，并有部分產(chǎn)品出口。 根據(jù)協(xié)會(huì)對(duì)會(huì)員單位初步統(tǒng)計(jì)，2005年中國(guó)高空作業(yè)平臺(tái)的產(chǎn)量1734臺(tái)，出口150臺(tái)；2006年為1890臺(tái)，出口290臺(tái)。2005年高空作業(yè)車的產(chǎn)量為672臺(tái)，出口20臺(tái)；2006年為778臺(tái)，出口69臺(tái)。高空作業(yè)機(jī)械工業(yè)總產(chǎn)值初步統(tǒng)計(jì)為2005年26822萬(wàn)元，2006年32600萬(wàn)元。2007年上半年產(chǎn)量產(chǎn)值、出口量就接近2006年的全年總數(shù)。雖然這些年國(guó)內(nèi)高空作業(yè)機(jī)械發(fā)展很快，但是產(chǎn)品的技術(shù)水平相比國(guó)外的知名企業(yè)還有一定得差距，畢竟我們是處于起步階段，開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品大多還停留在模仿階段，幾乎所有產(chǎn)品或多或少的留有國(guó)外產(chǎn)品的影子甚至是全盤(pán)照搬。 我國(guó)從80年代開(kāi)始撫順起重機(jī)總廠、武漢起重機(jī)總廠、四川度巖機(jī)械廠、四川長(zhǎng)江起重機(jī)械有限責(zé)任公司、杭州園林機(jī)械廠、北京攀尼高空作業(yè)車有限公司、徐州重型機(jī)械廠等開(kāi)始著手研制高空作業(yè)車和登高平臺(tái)消防車，投放市場(chǎng)。撫順起重機(jī)械總廠生產(chǎn)的CDZ32型登高平臺(tái)消防車已出口泰國(guó)。四川長(zhǎng)江起重機(jī)有限責(zé)任公司研制的QZC5120JGKS25型高空作業(yè)車是最近推向市場(chǎng)的一種新產(chǎn)品。該產(chǎn)品采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段設(shè)計(jì)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)25m伸縮臂式高空作業(yè)車的空白[7]。 盡管我國(guó)在高空作業(yè)車設(shè)計(jì)制造上取得了一些成績(jī)，但是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)制造的高空作業(yè)機(jī)械同國(guó)外同類型高空作業(yè)機(jī)械產(chǎn)品相比仍有一定差距，主要表現(xiàn)為技術(shù)含量低、大型的較結(jié)構(gòu)笨重、作業(yè)時(shí)未動(dòng)性能差等問(wèn)題。在開(kāi)發(fā)研制過(guò)程中，應(yīng)采取有效措施、實(shí)驗(yàn)研究，逐項(xiàng)加以解決，以縮小差距。同時(shí)對(duì)目前存在的技術(shù)關(guān)鍵，有待于組織力量攻關(guān)解決，其關(guān)鍵是電液比例操縱、微動(dòng)性能問(wèn)題，支腿調(diào)平技術(shù)問(wèn)題，數(shù)顯微機(jī)自動(dòng)程序控制以及機(jī)電一體化問(wèn)題等[8,9]。 目前，高空作業(yè)車的發(fā)展動(dòng)向是實(shí)現(xiàn)“六化”、“三性”，以提高折疊臂式高空作業(yè)機(jī)械的適用性。 “六化”：即液壓化、最優(yōu)化（采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）、輕量化（采用高強(qiáng)度材料、減輕構(gòu)建重量）、機(jī)電液一體化（如安全保護(hù)、報(bào)警裝置等）、通用化、系列化。 “三性”：可靠性、安全性和舒適性。 綜上所述，在目前的高空作業(yè)車的生產(chǎn)水平上，改進(jìn)高空作業(yè)車的工作性能，開(kāi)發(fā)研制機(jī)動(dòng)靈活、技術(shù)含量高、安全可靠的高空作業(yè)機(jī)械具有重大意義。 2 高空作業(yè)車總體方案分析 高空作業(yè)車主要由動(dòng)力傳動(dòng)裝置、工作裝置（支腿機(jī)構(gòu)、舉升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、作業(yè)平臺(tái)及調(diào)平機(jī)構(gòu)）和液壓系統(tǒng)等組成。 本章主要對(duì)高空作業(yè)車的各個(gè)機(jī)構(gòu)的方案進(jìn)行分析。 2.1動(dòng)力傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)與分析 2.1.1設(shè)計(jì)要求 動(dòng)力傳動(dòng)裝置包括折疊臂式高空作業(yè)汽車各工作裝置的動(dòng)力傳動(dòng)部分，其設(shè)計(jì)要求如下： (1)對(duì)作業(yè)功能，在規(guī)定的載荷范圍內(nèi)，不論載荷大小，要求動(dòng)力傳動(dòng)裝置具有穩(wěn)定的工作轉(zhuǎn)速； (2)在同一工作循環(huán)內(nèi)，工作裝置的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、舉升機(jī)構(gòu)等是正向和逆向運(yùn)動(dòng)交替進(jìn)行的，因此要求能適應(yīng)運(yùn)動(dòng)方向的不斷改變； (3)在工作過(guò)程中，各工作裝置的工作速度應(yīng)能隨作業(yè)進(jìn)度及時(shí)調(diào)整，且調(diào)速范圍大，如舉升機(jī)構(gòu)需要有很低的微動(dòng)速度。 2.1.2動(dòng)力傳動(dòng)裝置類型 1、內(nèi)燃機(jī)——機(jī)械傳動(dòng) 這種傳動(dòng)方式僅在用途單一的高空作業(yè)汽車上使用，如用于電力設(shè)施維修的垂直升降式高空作業(yè)汽車多采用這種形式。動(dòng)力源為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，動(dòng)力經(jīng)變速器傳出后，還要經(jīng)分動(dòng)器、離合器、減速器、卷?yè)P(yáng)機(jī)、滑輪以及鋼絲繩等傳遞到工作裝置，傳動(dòng)路線長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 2、電力——機(jī)械傳動(dòng) 這種傳動(dòng)方式是利用外接電源或車載電源（蓄電池），通過(guò)電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)裝置將動(dòng)力傳遞到各工作裝置。由于電動(dòng)機(jī)具有逆轉(zhuǎn)性和在較大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速等特點(diǎn)，并且各機(jī)構(gòu)可由獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，簡(jiǎn)化了傳動(dòng)和操縱機(jī)構(gòu)，而且噪聲小、污染少，適用在外接電源方便或流動(dòng)性不大的場(chǎng)地作業(yè)。 3、內(nèi)燃機(jī)——電力傳動(dòng) 這種傳動(dòng)方式的路線是汽車發(fā)動(dòng)機(jī) → 發(fā)電機(jī) → 電動(dòng)機(jī)，然后帶動(dòng)各工作裝置運(yùn)轉(zhuǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是利用直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)良工作特性，使高空作業(yè)汽車獲得良好的作業(yè)性能，但這些傳動(dòng)裝置質(zhì)量較大，價(jià)格昂貴。 4、內(nèi)燃機(jī)——液壓傳動(dòng) 大部分折疊臂式高空作業(yè)汽車都采用這種工作方式，它可充分利用液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，簡(jiǎn)化傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，并且易于實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速和運(yùn)動(dòng)方向的變換，傳動(dòng)平穩(wěn)、操作簡(jiǎn)單、方便、省力、能防止過(guò)載。 綜上所述，通過(guò)以上各種動(dòng)力傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)性、適用范圍以及操作性能等多方面性能的分析，將動(dòng)力傳動(dòng)裝置選定為內(nèi)燃機(jī)——液壓傳動(dòng)這種形式。 2.1.3舉升機(jī)構(gòu) 舉升機(jī)構(gòu)的作用是實(shí)現(xiàn)作業(yè)平臺(tái)的升降和變幅，其結(jié)構(gòu)型式有交叉剪刀式、套筒式、伸縮臂式和折疊臂式。 1、交叉剪刀式舉升機(jī)構(gòu) 交叉剪刀式舉升機(jī)構(gòu)是按交叉布置，鉸接成剪刀型的連桿框架結(jié)構(gòu)。當(dāng)改變連桿交叉的角度時(shí)即實(shí)現(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)，如圖2-1（c）所示。連桿交叉角度的改變，可通過(guò)液壓油缸活塞桿的伸縮或鋼絲繩的收放來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種舉升機(jī)構(gòu)能完成較低高度的作業(yè)，工作平穩(wěn)，作業(yè)平臺(tái)較大，被廣泛的應(yīng)用于飛機(jī)、船舶制造、室內(nèi)維修、清潔電車線路維修等作業(yè)場(chǎng)地。但是，這種作業(yè)車越障能力差、工作范圍小。 2、套筒式舉升機(jī)構(gòu) 套筒式舉升機(jī)構(gòu)通過(guò)多節(jié)套筒的伸縮完成升降運(yùn)動(dòng)，如圖2-1(d)所示。驅(qū)動(dòng)方式也可采用液壓傳動(dòng)或鋼絲繩滑輪傳動(dòng)，這種垂直升降式舉升機(jī)構(gòu)作業(yè)高度有限，工作范圍小，但作業(yè)車平臺(tái)較大，且支撐穩(wěn)定。 (a) 伸縮式 (b) 折疊式 (c) 交叉剪式 (d) 套筒式 圖2-1 高空作業(yè)車的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 3、伸縮臂式舉升機(jī)構(gòu) 伸縮臂式舉升機(jī)構(gòu)由多節(jié)套裝、可伸縮的箱型臂構(gòu)成，如圖2-1（a）所示。它包括基本臂和伸縮臂兩部分。伸縮臂可為一節(jié)或多節(jié)，各節(jié)間裝有液壓缸。液壓缸工作時(shí)，各節(jié)臂在液壓缸活塞桿的推動(dòng)下可沿導(dǎo)向元件（滑塊）上、下滑動(dòng)，從而改變臂架的長(zhǎng)度。整個(gè)臂架系統(tǒng)支承在液壓缸底部的鉸支座和變幅液壓缸的兩端。通過(guò)變幅液壓缸活塞桿的伸縮實(shí)現(xiàn)臂架擺動(dòng)，從而達(dá)到變幅與升降的目的。這種型式的臂架其最大作業(yè)高度可達(dá)60～80米。由于伸縮臂式舉升機(jī)構(gòu)可獲得較大的作業(yè)高度和變幅，因此，被廣泛的應(yīng)用于各種高空作業(yè)汽車上。但是，這種作業(yè)車的越障能力差。 4、折疊臂式舉升機(jī)構(gòu) 折疊臂式舉升機(jī)構(gòu)由多節(jié)箱形臂折疊而成，如圖2-1（b）所示。這種型式一般采用2～3節(jié)折疊臂組成。其折疊的方式可分為上折式和下折式兩種。各節(jié)臂的折疊和展開(kāi)運(yùn)動(dòng)由各節(jié)間液壓缸完成。這種型式的舉升機(jī)構(gòu)可完成一定高度和幅度的作業(yè)，另外，下折式還可完成地平面以下的空間作業(yè)，擴(kuò)大了折疊臂式高空作業(yè)汽車的作業(yè)范圍。由于折疊臂式舉升機(jī)構(gòu)具有靈活多樣、適應(yīng)性好、越障能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，所以，應(yīng)用非常廣泛[11]。 綜上所述，由于折疊臂式舉升機(jī)構(gòu)比交叉剪刀式和套筒式的工作范圍大、越障能力好，且折疊式舉升機(jī)構(gòu)比伸縮臂式舉升機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)具有靈活多樣、適應(yīng)性好、越障能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。所以高空作業(yè)車的舉升機(jī)構(gòu)選定為折疊式舉升機(jī)構(gòu)，其折疊臂數(shù)目為兩個(gè)，如圖2-1(b)所示。 2.1.4回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是由回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)兩部分構(gòu)成的。 根據(jù)驅(qū)動(dòng)裝置的不同回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可分為：機(jī)械驅(qū)動(dòng)式、電力驅(qū)動(dòng)式和液壓驅(qū)動(dòng)式。 根據(jù)回轉(zhuǎn)支撐的結(jié)構(gòu)不同，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可分為轉(zhuǎn)柱式、立柱式和轉(zhuǎn)盤(pán)式，其中轉(zhuǎn)盤(pán)式是一種較常用的形式。 轉(zhuǎn)盤(pán)式回轉(zhuǎn)支撐裝置又可分為兩種：支撐滾輪式和滾動(dòng)軸承式。支撐滾輪式回轉(zhuǎn)支撐裝置增大了轉(zhuǎn)盤(pán)回轉(zhuǎn)裝置的高度，且質(zhì)量增加，成本增大；滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支撐裝置是目前應(yīng)用最多的一種，它是在普通滾動(dòng)軸承的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于放大了的滾動(dòng)軸承。其優(yōu)點(diǎn)是回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩小，承載能力大，高度低。由于回轉(zhuǎn)支撐裝置的高度降低，可以降低整車的質(zhì)心，從而增大了汽車的穩(wěn)定性。 滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)按結(jié)構(gòu)可分為以下幾種： 1、單排滾球式轉(zhuǎn)盤(pán) 如圖2-2所示，單排球轉(zhuǎn)盤(pán)多數(shù)是由內(nèi)外座圈組合成一個(gè)整體的滾道，其滾道是圓弧形曲面，是最簡(jiǎn)單的一種回轉(zhuǎn)支撐裝置，球和導(dǎo)向體從內(nèi)圈或外圈的圓孔中裝進(jìn)滾道里，然后將裝配孔堵塞。這種回轉(zhuǎn)支撐裝置的優(yōu)點(diǎn)是：質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、成本較低，但其承載能力小，故應(yīng)用不多。 2、雙排滾球式轉(zhuǎn)盤(pán) 如圖2-3所示，主要由上、下雙排球體、內(nèi)、外座圈、間隔體和潤(rùn)滑密封裝置等組成。上、下球體均排列在一整體的內(nèi)（或外）座圈內(nèi)。雙排球轉(zhuǎn)盤(pán)回轉(zhuǎn)支撐裝置比同樣大小和相同數(shù)目的單排球轉(zhuǎn)盤(pán)回轉(zhuǎn)支撐裝置的承載能力要大得多。 3、交叉滾柱式轉(zhuǎn)盤(pán) 如圖2-4所示，滾子的接觸角一般為45，相鄰的滾子軸線交叉排列，即相鄰的兩圓柱滾子軸線成90交叉。這不但使回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)能承受軸向和徑向載荷，而且還能承受翻傾力矩。此外，和滾球轉(zhuǎn)盤(pán)相比，這種滾道是平面，加工工藝比較簡(jiǎn)單，容易達(dá)到加工要求。 4、高承載能力轉(zhuǎn)盤(pán) 在一些大型的起重舉升專用汽車中，可用雙排、多排的滾球或滾柱式回轉(zhuǎn)支撐裝置。 (a) 外齒式 (b) 內(nèi)齒式 (a) 外齒式 (b) 內(nèi)齒式 圖2-2 單排球轉(zhuǎn)盤(pán)結(jié)構(gòu) 圖2-3 雙排球轉(zhuǎn)盤(pán)結(jié)構(gòu) (a) 外齒式圖 2-4 交叉圓柱滾子轉(zhuǎn)盤(pán)結(jié)構(gòu) (b) 內(nèi)齒式圖 以上通過(guò)對(duì)各種回轉(zhuǎn)支撐裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、承載能力、加工性能以及應(yīng)用情況等的分析，最后確定回轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)選擇交叉滾柱式。 2.2本章小結(jié) 本章主要對(duì)所要設(shè)計(jì)的高空作業(yè)車的支腿機(jī)構(gòu)、舉升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及其它附屬裝置的形式進(jìn)行了方案的比較分析。由于高空作業(yè)車的各個(gè)工作裝置結(jié)構(gòu)形式有很多種，且每種形式各有其優(yōu)缺點(diǎn)，經(jīng)過(guò)分析后選擇了最適合的方案，最后確定了高空作業(yè)車各工作裝置的類型。 3 高空作業(yè)車總布置設(shè)計(jì) 3.1 總體主要參數(shù)的確定 3.1.1尺寸參數(shù)的確定 高空作業(yè)車都是在二類底盤(pán)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝而成，主要尺寸參數(shù)原則上應(yīng)于原車底盤(pán)尺寸相同，保證性能參數(shù)與原車基本保持不變。只有整車的高度由于舉升機(jī)構(gòu)高于車頭的頂部，所以整車的高度會(huì)有所增加。 3.1.2質(zhì)量參數(shù)的確定 1. 額定裝載質(zhì)量me 對(duì)于作業(yè)型專用汽車，如起重舉升汽車、高空作業(yè)車等，總質(zhì)量主要由改裝后的汽車底盤(pán)質(zhì)量和專用工作裝置質(zhì)量確定，無(wú)需考慮裝載質(zhì)量。 2. 整車整備質(zhì)量m0 整車整備質(zhì)量是指專用汽車帶有全部工作裝置及底盤(pán)所有的附屬設(shè)備，加滿油和水，但未載人和載貨時(shí)整車質(zhì)量。參考同類高空作業(yè)車的整車整備質(zhì)量，在此基礎(chǔ)上在增加工作裝置的質(zhì)量，便可估算高空作業(yè)車的整車整備質(zhì)量m0。以東風(fēng)汽車有限公司生產(chǎn)的高空作業(yè)車做為參考，經(jīng)調(diào)查和查閱相關(guān)資料得知金杯的高空作業(yè)車的整車整備質(zhì)量約為5000kg, 3.總質(zhì)量ma 所謂總質(zhì)量是指專用汽車整備齊全，滿載（規(guī)定值）貨物及乘員時(shí)的質(zhì)量。 總質(zhì)量計(jì)算公式為： kg 式中：mp——乘員質(zhì)量（㎏），按每人65㎏計(jì)。 3.2 高空作業(yè)車底盤(pán)的選擇 根據(jù)我國(guó)目前生產(chǎn)的各類型專用車輛的基本模式，大多是為了滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)某一服務(wù)領(lǐng)域的特定使用要求，主要是在已定型的基本車型底盤(pán)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行車身及工作裝置的設(shè)計(jì)，與此同時(shí)對(duì)底盤(pán)各總成的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行局部的更改設(shè)計(jì)與合理匹配，以達(dá)到滿足使用需求的較為理想的整車性能。 因此，專用汽車性能的好壞直接取決于專用汽車底盤(pán)的好壞，通常專用車輛所采用的基本底盤(pán)按結(jié)構(gòu)分可分為二、三、四類底盤(pán)。二類底盤(pán)是在整車基礎(chǔ)上去掉貨廂，三類底盤(pán)是從整車上去掉駕駛室與貨廂，四類底盤(pán)是在三類底盤(pán)的上去掉車架總成剩下的散件。 汽車底盤(pán)的選擇主要是根據(jù)專用汽車的類型、用途、裝載質(zhì)量、使用條件、專用汽車的性能指標(biāo)、專用設(shè)備或裝置的外形、尺寸、動(dòng)力匹配等決定，目前，幾乎80%以上的專用車輛采用二類底盤(pán)進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)。采用二類汽車底盤(pán)進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)工作重點(diǎn)是整車總體布置和工作裝置設(shè)計(jì)，對(duì)底盤(pán)僅作性能適應(yīng)性分析和必要的強(qiáng)度校核，以確保改裝后的整車性能基本與原車接近。 在汽車底盤(pán)選型方面，一般應(yīng)滿足下述要求 （1）適用性 對(duì)于專用改裝車底盤(pán)應(yīng)適用于專用汽車特殊功能的要求，并以此為主要目標(biāo)進(jìn)行改裝造型設(shè)計(jì)。 （2）可靠性 所選用汽車底盤(pán)要求工作可靠，出現(xiàn)故障的幾率少，零部件要有足夠的強(qiáng)度和壽命。且同一車型各總成零部件的壽命應(yīng)趨于平衡。 （3）先進(jìn)性 應(yīng)使用整車在動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性、行駛平順性及通過(guò)性等基本性能指標(biāo)和功能方面達(dá)到同類車型的先進(jìn)水平的汽車底盤(pán)。而且在專用性能上要滿足國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。 （4）方便性 所選用的底盤(pán)要求便于安裝、檢查保養(yǎng)和維修，處理好結(jié)構(gòu)緊湊與裝配調(diào)試空間合理的矛盾。 在選用底盤(pán)時(shí)，除了上述因素外，還有以下兩個(gè)和重要的方面，一是汽車底盤(pán)價(jià)格，它是專用汽車購(gòu)置成本中很大的部分，一定要考慮到用戶可以接受。這也涉及到專用汽車產(chǎn)品能否很快的占有市場(chǎng)，企業(yè)能否增加效益問(wèn)題；二是汽車底盤(pán)供貨要有來(lái)源，所選的底盤(pán)在市場(chǎng)上必須有一定的保有量。 3.3本章小結(jié) 本章的主要任務(wù)是確定高空作業(yè)車的總體參數(shù)和二類底盤(pán)的選擇。首先根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)估算出高空作業(yè)車的總體參數(shù)，然后通過(guò)查閱資料將DFL1050BX11和EQ1050G46D3兩種底盤(pán)的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，從而選擇了DFL1050BX11底盤(pán)。對(duì)副車架進(jìn)行選型和設(shè)計(jì)，和已選的底盤(pán)的主車架進(jìn)行合適的配合，以利用這一底盤(pán)實(shí)現(xiàn)本次的設(shè)計(jì)內(nèi)容。 4 舉升機(jī)構(gòu)與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1.1舉升機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)范圍的確定 本設(shè)計(jì)中所設(shè)計(jì)的舉升機(jī)構(gòu)包括上臂和下臂兩個(gè)動(dòng)臂。下臂下端鉸接在回轉(zhuǎn)臺(tái)上，由下臂油缸驅(qū)動(dòng)；上臂下端與上臂下端鉸接，由撐臂液壓缸和平行四桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)；作業(yè)斗與上臂尾部鉸接，由外露式平行四桿機(jī)構(gòu)是作業(yè)斗保持水平。上臂和下臂在鉛錘面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)范圍為： 下臂相對(duì)于回轉(zhuǎn)臺(tái)：0～70； 上臂相對(duì)于下臂：0～140。 4.1.2動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和主要尺寸確定 動(dòng)臂受彎扭復(fù)合作用，為獲得較大強(qiáng)度和剛度，一般采用薄壁箱形結(jié)構(gòu)。為減少焊接變形，臂架采用兩根沖壓成型的槽形板對(duì)接而成，槽形板折邊采用大圓角形式，增強(qiáng)板件的局部剛度。為使主受彎截面獲得較高的抗彎截面模量，可加布上下加強(qiáng)筋板，獲得漸進(jìn)的等強(qiáng)度受力狀態(tài)，動(dòng)臂截面如圖4-1所示。 圖4-1 動(dòng)臂橫截面積 動(dòng)臂截面高度h可按經(jīng)濟(jì)條件（結(jié)構(gòu)質(zhì)量最?。┯?jì)算確定，有： （4-1） 式中：M——?jiǎng)颖鄢惺艿淖畲蠛铣蓮澗兀ㄒ宰鳂I(yè)斗的額定載荷處在最大臂幅時(shí)計(jì)算），Nm；6 γn——腹板的厚高比。 一般推薦。 計(jì)算得h=160㎜,則b=120㎜。 由底盤(pán)總長(zhǎng)及后軸中心至車前端的距離以及相關(guān)高空作業(yè)車的上下臂為參考最終確定上臂長(zhǎng)L1=4300mm；下臂長(zhǎng)L2=4030mm。 4.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 經(jīng)查閱有關(guān)書(shū)籍，按照有關(guān)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，高空作業(yè)車的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)應(yīng)能進(jìn)行正反兩個(gè)方向的360回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)速度不大于2r/min，回轉(zhuǎn)過(guò)程中的起動(dòng)、回轉(zhuǎn)、制動(dòng)要平穩(wěn)、準(zhǔn)確、無(wú)抖動(dòng)、晃動(dòng)現(xiàn)象，微動(dòng)性能良好。 圓柱滾子的接觸角一般為45，相鄰的兩圓柱滾子軸線成90交叉。這不但使回轉(zhuǎn)裝置能承受軸向和徑向載荷，而且還能承受翻傾力矩。 4.2.1確定圓柱滾子的最大載荷 圓柱滾子在工作時(shí)要受到三種作用載荷，如圖4-2所示。第一種為軸向力Q，即垂直力，它由轉(zhuǎn)臺(tái)及舉升機(jī)構(gòu)的重量、舉升貨物的重量以及升降時(shí)的慣性力等組成；第二種為徑向力H，即水平力，該力由舉升裝置及轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)離心力、風(fēng)載荷及回轉(zhuǎn)齒輪的嚙合力而產(chǎn)生；第三種為翻傾力矩Mov，它由軸向力和徑向力的偏心作用而引起。 圖4-2 圓柱滾子內(nèi)圈受力圖 圖4-3 圓柱滾子外載荷及承載最大的滾子位置 將方向交叉的兩組圓柱滾子，用Ⅰ和Ⅱ組表示。假定每組的圓柱滾子數(shù)目各占一半，并作一對(duì)一的間隔排列，則這組圓柱滾子在A點(diǎn)受力最大，如圖4-3所示。其中任一圓柱滾子的最大法向載荷FImax為: (4-5) 式中：FIQ—由軸向力Q引起的Ⅰ組任一圓柱滾子最大法向載荷，N； FIQ ; 見(jiàn)5.1.1 FIH—由徑向力H引起的Ⅰ組任一圓柱滾子上最大法向載荷，N； FIM—由傾翻力矩MOV引起的Ⅰ組任一圓柱滾子上最大法向載荷，N。 FIH和FIM由同等特性的高空作業(yè)車參考得出為240N。 對(duì)內(nèi)圈作受力分析，如圖4-4所示，由力系平衡條件可以求得FIQ和FIH。為求得FIM，可以近似地把座圈看成直徑為D的圓圈，如圖4-5所示，并假定圓柱滾子對(duì)座圈的壓力在座圈上連續(xù)分布，按圓柱滾子接觸壓力沿圓圈弧長(zhǎng)的比壓，列出平衡方程可求得FIM為950N。 圖4-4 翻傾力的計(jì)算 4.2.2確定圓柱滾子的允許載荷 根據(jù)赫茨公式，滾道與圓柱滾子的線接觸應(yīng)力為： (4-7) 式中：F ——圓柱滾子在接觸線上的法向載荷，N； E ——材料的彈性模量，一般滾道材料采用碳素鋼或低碳合金鋼，圓柱滾子材料采用軸承鋼。故可取E=2.1105MPa； L ——圓柱滾子與滾道的有效長(zhǎng)度，一般情況可取L=0.85d，m； ∑ρ ——圓柱滾子與滾道接觸表面的主曲率之和, ∑ρ=0.6； D ——圓柱滾子直徑，m。 用優(yōu)質(zhì)碳素鋼或低碳合金鋼軋制或鍛造成的座圈，其滾道表面的熱處理硬度為HRC59～60，在一般工作條件下，可取許用接觸應(yīng)力值[]為1800Pa。 依據(jù)所選用的許用應(yīng)力值[]，由式(4-7)便可求得圓柱滾子的允許載荷[F]=222N。 4.3本章小結(jié) 本章首先對(duì)舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)分析和受力分析，并確定了動(dòng)臂的主要尺寸；然后又對(duì)所設(shè)計(jì)的高空作業(yè)車的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)進(jìn)行了受力分析，從而計(jì)算出它的受力情況，并確定了回轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)的主要尺寸參數(shù)。 5 支腿機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 5.1 支腿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 高空作業(yè)車的支腿機(jī)構(gòu)起調(diào)平和保證整車工作穩(wěn)定的作用，要求堅(jiān)固可靠，操作方便。 5.1.1支腿跨距的確定 高空作業(yè)車的支腿一般為前后設(shè)置，并向兩側(cè)伸出，如圖5-1所示。支腿支撐點(diǎn)縱橫方向的位置選擇要適當(dāng)，其原則是作業(yè)平臺(tái)在標(biāo)定載荷和最大作業(yè)幅度時(shí)，整車穩(wěn)定性要達(dá)到規(guī)定的要求。 圖5-1 高空作業(yè)車的支腿跨距 1、支腿橫向跨距 支腿橫向外伸跨距的最小應(yīng)保證路燈裝車在側(cè)向作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性，即全部載荷的重力合力落在側(cè)傾覆邊以內(nèi)，并使繞左右傾覆邊AB或DC的穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩。如圖5-2(a)所示，1/2支腿橫跨距a應(yīng)滿足： (5-1) mm 由于車總寬B=2500mm，且2a＞B，故取 mm 式中：G1——轉(zhuǎn)臺(tái)重力，N；選取同等規(guī)格的高空作業(yè)車的轉(zhuǎn)臺(tái)的質(zhì)量作參考，質(zhì)量為60kg； G2——底盤(pán)重力， N；所選取DFL1050BX11的底盤(pán)資料查找為2910kg,即29100N。 Gb——臂架重力，N；Gb=G上臂+G下臂；上臂和下臂的材質(zhì)為Q345; cm3;Q345的密度為7.84g/cm3; ；式中1.20為體積誤差系數(shù)； ；。 q ——作業(yè)平臺(tái)重力，N；所設(shè)計(jì)的平臺(tái)具體尺寸為12008001040mm;平臺(tái)上部為鋁合金圍欄，下部為鋁合金板，經(jīng)估算質(zhì)量為45kg; Q ——作業(yè)平臺(tái)標(biāo)定載荷，N；平臺(tái)可容納3個(gè)人，每個(gè)人平均65kg,再加上一些操作工具，規(guī)定為300kg; L1 ——轉(zhuǎn)臺(tái)重力中心至回轉(zhuǎn)中心的距離，mm；經(jīng)下圖分析和相關(guān)高空作業(yè)車的側(cè)量為100mm； r —臂架重力中心至回轉(zhuǎn)中心距離。mm；經(jīng)下圖分析和相關(guān)高空作業(yè)車的側(cè)量為1400mm;下臂液壓缸一半的長(zhǎng)度為1044,求得r為1044cos70=1400mm R——作業(yè)半徑（臂幅），mm。當(dāng)下臂升起70時(shí)，下臂升起140時(shí)，以上臂上端點(diǎn)的垂線為旋轉(zhuǎn)中心，上臂和下臂交接處到旋轉(zhuǎn)中心的距離為作業(yè)半徑。即 2、支腿縱向跨距 支腿縱向跨距的確定和橫向跨距確定的原則一樣，應(yīng)繞前、后傾覆邊BC或AD的穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩。當(dāng)作業(yè)平臺(tái)在車輛后方作業(yè)時(shí)，如圖5-2(b)所示，可得后支腿支撐點(diǎn)至回轉(zhuǎn)中心的距離b1應(yīng)滿足： (5-2) mm 式中：L2 ——底盤(pán)質(zhì)心至回轉(zhuǎn)中心的距離。經(jīng)上圖分析和相關(guān)高空作業(yè)車的側(cè)量為864mm; 同理，可得前支腿支撐點(diǎn)至回轉(zhuǎn)中心的距離b2為：mm (a) (b) 圖5-2 支腿跨距的確定 支腿的縱向跨距： (5-3) 因此取mm；mm。 5.1.2支撐腳接地面積確定 為了使高空作業(yè)車工作時(shí)能在規(guī)定的地面承受壓力不下陷，且保證在不同地面能可靠支撐，支承腳要有足夠的接地面積Sj，保證在最大支反力Fmax下對(duì)地面的壓強(qiáng)不大于地基強(qiáng)度，即： (5-4) Fmax=9377,詳見(jiàn)（6-10） mm2 ； mm2 綜合考慮選取6000mm2 式中：[]——地基強(qiáng)度，一般為1.6Mpa。 5.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.2.1液壓系統(tǒng)原理分析 圖5.3為液壓系統(tǒng)原理圖。工作裝置如支腿的收放、舉升機(jī)構(gòu)的升降、轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)等都是通過(guò)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)將動(dòng)力通過(guò)取力器傳遞液壓泵，液壓油經(jīng)過(guò)油箱內(nèi)的粗濾器吸入齒輪泵，齒輪泵輸出的壓力油經(jīng)過(guò)細(xì)濾器進(jìn)入工作回路。各工作裝置均由電磁換向閥和調(diào)速閥控制，不工作時(shí)，液壓油通過(guò)卸荷回路直接回到油箱。支腿不工作時(shí)，1YA通電。支腿工作時(shí)，2YA通電。雙向液壓鎖保證垂直缸能在任意位置上停止，且停止后不在外力的作用下發(fā)生位移。上臂上升時(shí)，3YA通電，上臂下降時(shí)，4YA通電。5YA通電時(shí)，下臂上升。6YA通電時(shí)，下臂下降。平衡閥防止作業(yè)臂在停止后在重力的作用下自由下降。7YA通電時(shí)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作。8YA通電時(shí)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不工作。表5-1為電磁閥的工作狀態(tài)表。 圖5-3 液壓系統(tǒng)原理圖 5.2.2油缸選型確定 液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，其形式多樣，按照其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為活塞式、柱塞式和擺動(dòng)式按照作用方式分又可分為單作用和雙作用兩種。其中以雙作用活塞式液壓缸應(yīng)用最多。活塞式液壓缸重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、拆裝方便，易于維修的特點(diǎn)，廣泛適用于車輛、工程機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械、礦山機(jī)械及其它機(jī)械工業(yè)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中。柱塞式液壓缸適用于行程較長(zhǎng)的場(chǎng)合。擺動(dòng)式液壓缸加工工藝較復(fù)雜一般用于回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。高空作業(yè)車各液壓缸均采用雙作用單桿活塞缸。 1、液壓缸直徑的確定 液壓缸的選型主要依據(jù)路燈安裝車完成升降所需的最大作用力Fmax以及液壓缸實(shí)際工作行程。前者用以確定液壓缸的直徑，后者則用來(lái)確定液壓缸的工作行程。 表5-1 電磁閥工作狀態(tài)表 動(dòng)作名稱 電磁鐵狀態(tài) 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA 8YA 支腿工作 + 支腿不工作 + 上臂上升 + 上臂下降 + 下臂上升 + 下臂下降 + 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作 + 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不工作 + （5-5） 式中：P1 —液壓缸工作壓力，初算時(shí)可選取系統(tǒng)工作壓力pp，取為16 MPa； P2 —液壓缸回油腔背壓力，初算時(shí)，對(duì)于16MPa的系統(tǒng)可選為0； d/D—活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑之比，按液壓缸的工作壓力選定為0.7； F —工作時(shí)的最大外載荷；臂架和作業(yè)平臺(tái)標(biāo)定載荷的重力之和(400kg+240kg)10N/kg=6400N; Ffc — 液壓缸密封處摩擦力，它的精確值不易求得，常用液壓缸的機(jī)械效率ηcm進(jìn)行估算。 （5-6） 式中：ηcm—液壓缸的機(jī)械效率，一般ηcm＝0.9～0.97，取為0.9。 將ηcm值代入式（5-6），可求得 （5-7） 故，最終可求得液壓缸直徑D為 （5-8） 液壓缸直徑詳細(xì)計(jì)算見(jiàn)5.2.5 2、液壓缸工作行程的確定 （5-9） 式中：——工作時(shí)液壓缸兩鉸接點(diǎn)最長(zhǎng)距離 ——工作時(shí)液壓缸兩鉸接點(diǎn)的最短距離 5.2.3液壓泵的選型計(jì)算 常見(jiàn)的液壓泵有齒輪泵、柱塞泵、葉片泵類型。齒輪泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、體積小、重量輕、維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，葉片泵和柱塞泵結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、價(jià)格較高。高空作業(yè)車的液壓系統(tǒng)中采用齒輪泵即可滿足工作的需要，常用系列有CB、CBX、CG、CN等。 1、液壓泵理論流量Qr 高空作業(yè)車液壓泵理論流量應(yīng)按下臂缸上升時(shí)間確定。 L/min （5-10） 式中：ΔV ——油缸最大工作容積（m3），按下式計(jì)算： L （5-11） 、——均為下臂液壓缸的參數(shù)，且其單位均為m； ——升降時(shí)間，由設(shè)計(jì)要求，一般要求m，取s； ——液壓泵容積效率，。 2、油泵排量q mL/r （5-12） 式中：Qr——油泵流量，L/min； n ——油泵額定轉(zhuǎn)速， r/min。 3、油泵功率N W （5-13） 式中：p——油泵最大工作壓力，MPa； Qn——油泵額定流量，m3/s； ηt——油泵總效率。 按以上各式算出p、Qr、q、N后，即可從標(biāo)準(zhǔn)油泵系列中選取所需油泵型號(hào)。 5.2.4油箱容積與管路內(nèi)徑計(jì)算 1、油箱容積計(jì)算 在低壓系統(tǒng)中（MPa）可?。? （5-14） 在中壓系統(tǒng)中（MPa）可取： （5-15） 在中高壓或高壓大功率系統(tǒng)中（ MPa）可?。? （5-16） 式中：V——液壓油箱有效容量； qp——液壓泵額定流量。 2、油管內(nèi)徑計(jì)算 由可得高壓管路內(nèi)徑 （5-17） 式中：QT——油泵理論流量， L/min； V1——高壓管路中油的流速m/s。 低壓管路內(nèi)徑 （5-18） 式中：V2——低壓管路中油的流速m/s。 5.2.5液壓系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算 1、液壓缸選型確定 由公式（5-8）、（5-9）可計(jì)算得： （1）下臂液壓缸 mm 式中：F=上臂重力+平臺(tái)載荷重力 mm 查手冊(cè)，取關(guān)門(mén)液壓缸缸徑標(biāo)準(zhǔn)值為50 mm，活塞行程S標(biāo)準(zhǔn)值為320 mm （2）上臂液壓缸 mm 式中F=上臂重力+下臂重力+平臺(tái)載荷重力 mm 兩式中放入——工作時(shí)液壓缸兩鉸接點(diǎn)最長(zhǎng)距離；——工作時(shí)液壓缸兩鉸接點(diǎn)的最短距離是經(jīng)過(guò)建立模型，按照上下臂所升起的最大和最小度數(shù)測(cè)量所得。 查《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取舉升液壓缸缸徑D標(biāo)準(zhǔn)值為50mm，活塞行程S標(biāo)準(zhǔn)值為320 mm。 由上述結(jié)果，上臂液壓缸選取型號(hào)為DG-J50-E1E的雙作用單桿活塞液壓缸，下臂液壓缸選取型號(hào)為DG-J50-E1E的雙作用單桿活塞液壓缸。 5.2.6液壓泵的選型確定 1、液壓缸工作容積ΔV計(jì)算 由公式（5-11），可知 L 2、液壓泵流量QT 由公式（5-10）可知 L/min 3、液壓泵的排量 由公式（5-12），可知 mL/r 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，選取CBK0-1.25型齒輪泵，其性能參數(shù)如下： 額定排量 mL/r mL/r（實(shí)需排量） 額定壓力MPa MPa（實(shí)際使用油壓） 額定轉(zhuǎn)速 r/min r/min（實(shí)際轉(zhuǎn)速） 5.2.7取力器布置方案及基本參數(shù)選擇 專用車取力總布置方案決定于取力方式。常見(jiàn)的取力方式可分類如下： 從發(fā)動(dòng)機(jī)前端取力的特點(diǎn)是采用液壓傳動(dòng)，適合于遠(yuǎn)距離輸出動(dòng)力。固此種取力方式常用于由長(zhǎng)頭式汽車底盤(pán)改裝的大型混泥土攪拌運(yùn)輸車。 從飛輪后端取力的特點(diǎn)是取力器不受主離合器影響，傳動(dòng)系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)直接相連，取力器到工作裝置距離短、傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠、取出的功率大、傳動(dòng)效率高。這種方案應(yīng)用較廣，如平頭式汽車改裝的小、中型混泥土攪拌車等。 從變速器軸取力的布置方案又稱變速器上置式方案。此種方案將取力器疊置于變速器之上，用一惰輪與軸常嚙合齒輪嚙合獲取動(dòng)力，固需改制原變速器頂蓋。此方案應(yīng)用很廣，如自卸車、冷藏車、垃圾車等一般都從變速器上端取力。 5.3本章小結(jié) 本章首先主要對(duì)高空作業(yè)車的支腿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析，估算出了支腿的橫向跨距、縱向跨距以及支撐腳的接地面積；然后又對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了分析，并且對(duì)其主要執(zhí)行元件進(jìn)行了計(jì)算選型，以使系統(tǒng)能夠正常工作，從而使高空作業(yè)車能夠正常工作。另外，本章中也對(duì)取力器的布置進(jìn)行了分析，并選擇了適合的取力器。 6 高空作業(yè)車穩(wěn)定性能分析 專用汽車性能參數(shù)計(jì)算是總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一，其目的是檢驗(yàn)整車參數(shù)選擇是否合理，使用性能參數(shù)能否滿足要求。最基本的性能參數(shù)計(jì)算包括動(dòng)力性計(jì)算、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性計(jì)算。而對(duì)于本設(shè)計(jì)中所設(shè)計(jì)的高空作業(yè)車車來(lái)說(shuō)則只需要計(jì)算它的穩(wěn)定性就可以。 6.1 支腿壓力的計(jì)算 計(jì)算支腿壓力時(shí)要求確定折疊鄙視高空作業(yè)車在作業(yè)時(shí)所承受的最大支反力，該力是支腿強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù)。 假定高空作業(yè)車工作時(shí)支撐在A、B、C、D四個(gè)支腿上，臂架位于路燈安裝車縱軸線（x軸）角處，如圖6.1所示。若高空作業(yè)車不回轉(zhuǎn)部分的重力為G2，其重心為O2在離支腿對(duì)稱中心（坐標(biāo)原點(diǎn)O）e2處，回轉(zhuǎn)中心O0離支腿對(duì)稱中心O的距離為e0。又設(shè)高空作業(yè)車回轉(zhuǎn)部分的合力為G0，且合力至O2點(diǎn)的距離為r0，則作用在臂架平面內(nèi)的翻傾力矩M為G0r0。即： mm (6-1) mm (6-2) N (6-3) (6-4) mm 于是可求得四個(gè)支腿上的壓力各為： (6-5) 當(dāng)舉升臂在車輛正側(cè)方作業(yè)時(shí)即： =90，則上式可化簡(jiǎn)為： (6-6) 按四點(diǎn)支撐計(jì)算支腿壓力時(shí)，若有一支腿的壓力出現(xiàn)負(fù)值，應(yīng)該用三點(diǎn)支撐重新計(jì)算支腿壓力。如圖3-4所示，設(shè)舉升臂Ⅱ在工況位置作業(yè)時(shí)，支腿A不受力，支腿B、C、D受力，可求得支腿的反力為： (6-7) 這時(shí)，支腿C受力最大，并且當(dāng)時(shí)，F(xiàn)C獲得最大值為： （6-8） N 若舉升臂轉(zhuǎn)到Ⅰ工況位置時(shí)，角為鈍角，設(shè)支腿B不受力，支腿C、D、A受力，可求得受力最大的支腿D的壓力為： (6-9) 當(dāng)時(shí)，F(xiàn)D獲得最大值為： (6-10) N 由于，所以確定最大支反力N。 計(jì)算后發(fā)現(xiàn)支腿的最大支反力在支腿所能承受的壓力范圍內(nèi)，因此改裝后能保證整車的穩(wěn)定性。 6.2本章小結(jié) 本章是對(duì)本次改裝設(shè)計(jì)結(jié)果的檢驗(yàn)，以此判斷整車改裝設(shè)計(jì)的合理性及實(shí)用性。對(duì)于本次改裝設(shè)計(jì)的高空作業(yè)車而言，側(cè)重于穩(wěn)定性，因此本章對(duì)高空作業(yè)車的穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算，且通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)高空作業(yè)車的穩(wěn)定性良好，能滿足使用要求。由于改裝后的高空作業(yè)車在動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性方面較改裝前不會(huì)有太大變化，動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性滿足要求。 7結(jié) 論 高空作業(yè)車的改裝設(shè)計(jì)是在已有的載貨汽車底盤(pán)上加裝一套舉升、回轉(zhuǎn)裝置，使高空作業(yè)車將工作人員及工作裝備運(yùn)送到工作地點(diǎn)。 設(shè)計(jì)中，在查閱大量相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，完成了以下工作: （1）完成了對(duì)高空作業(yè)車設(shè)計(jì)的主要部分，包括有支腿機(jī)構(gòu)、舉升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)裝置和液壓系統(tǒng)等，作了相應(yīng)的方案設(shè)計(jì)與分析，確定最終選擇方案。 （2）完成了對(duì)各工作裝置的主要組成部分進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)分析，以此主要尺寸參數(shù)的計(jì)算與校核。 （3）完成了對(duì)液壓系統(tǒng)的各液壓元件的設(shè)計(jì)、計(jì)算及選型。 （4）對(duì)高空作業(yè)車的相關(guān)附件作了簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)。 （5）最后從整體上對(duì)改裝汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性作出相應(yīng)的分析計(jì)算，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)整車的可行性和正確性。 高空作業(yè)車的改裝設(shè)計(jì)理論部分雖然完成了，但還需要進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)用檢驗(yàn)。 29 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn) [1] 郭新華.汽車構(gòu)造.高等教育出版社.2007. 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