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本科學生畢業(yè)設計
江鈴15米三節(jié)臂高空作業(yè)車改裝設計
（液壓、支腿系統）
院系名稱： 汽車與交通工程學院
專業(yè)班級： 車輛工程 07-10班
學生姓名： 郭世琦
指導教師： 齊曉杰
職 稱： 教 授
黑 龍 江 工 程 學 院
二○一一年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
Jiangling 15 meters three arms aloft Working car modification design
(hydraulic pressure, a leg system)
Candidate： Guo Shiqi
Specialty： Vehicle Engineering
Class： B07-10
Supervisor： Prof. Qi Xiaojie
Heilongjiang Institute of Technology
2006-06·Harbin
黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 緒論 1
1.1高空作業(yè)車的發(fā)展概況 1
1.1.1概況 1
1.1.2 國外趨勢與動向 2
1.2 國內現狀、差距與如何提高的方法 3
1.2.1 現狀 3
1.2.2 差距 4
1.2.3 液壓系統及液壓原理分析 4
1.3 設計部分與要求 4
1.3.1 設計參數 4
1.3.2 設計目標 5
1.3.3 設計內容 5
1.4 設計技術路線 6
第2章 高空作業(yè)車總體結構及參數確定 7
2.1高空作業(yè)車總體結構 7
2.1.1工作裝置 7
2.1.2動力裝置 8
2.2 運動參數確定 8
2.2.1作業(yè)高度、幅度、速度 8
2.2.2液壓缸基本參數確定 9
第3章 高空作業(yè)車副車架設計 13
3.1副車架主要尺寸設計 13
3.2副車架的強度剛度彎曲適應性校核 13
第4章 液壓支腿設計 20
4.1 結構設計 20
4.1.1 支腿的選型 20
4.1.2 支腿跨距的確定 22
4.2 力學計算 支腿的壓力計算 26
4.3支腿液壓缸設計 29
4.3.1打開支腿 29
4.3.2 最大載荷時支腿力的計算 30
4.3.3 液壓缸的內徑計算 31
4.3.4 液壓缸缸筒壁厚和外徑計算 31
4.3.5 液壓缸活塞桿直徑 32
4.3.6 液壓缸活塞桿強度校核 32
4.3.7 液壓缸活塞桿穩(wěn)定性校核 33
第5章 液壓系統設計 35
5.1回路設計 35
5.1.1 動臂的回路設計（變幅機構） 35
5.1.2 回轉臺回路設計 36
5.1.3 支腿回路油設計 37
5.1.4 液壓油路總圖設計 38
5.2 液壓元件的選擇 39
5.2.1 液壓馬達計算： 39
5.2.2 液壓泵的選擇 43
5.2.3 管路選擇 45
5.2.4 油液選用 46
5.2.5 控制閥的選擇 46
5.4 油箱的設計 47
結論 49
參考文獻 51
致謝 52
附錄 53
附錄A 54
附錄B 59
摘 要
文中主要對江鈴JX1060TSG23型15米三節(jié)臂高空作業(yè)車的二類底盤的選型和整體布置、動力傳動裝置設計分析、工作裝置設計分析和控制系統設計分析，最后進行整車穩(wěn)定性校核。
根據設計要求及其技術參數的要求，其設計思路為：根據高空作業(yè)車的質量要求，確定支腿的結構方案，然后確定汽車及車輛液壓控制系統。
在設計說明中，首先對升降機不同結構方案進行了比較，得出了設計方案，然后對負載進行分析計算，選擇確定了整車的結構參數，然后根據負載和使用狀況進行液壓系統的設計。
文中主要完成的是JX1060TSG23高空作業(yè)車的總體結構設計、液壓回路設計及傳動裝置工作裝置的詳細設計。
關鍵詞：高空作業(yè)車；動力傳動裝置；工作裝置；控制系統；液壓系統；液壓支腿.
ABSTRACT
Focuses on JX1060TSG23 aerial second class chassis selection and the overall layout, power transmission equipment design analysis, work equipment design analysis and control system design and analysis, the last vehicle stability check.
According to design requirements and technical parameters of the requirements, design ideas are as follows: under the aerial lift vehicle quality requirements, to determine the structure of the lift program, and then determine the vehicle chassis and the overall layout and control system.
In the design specification, the first lift programs with different structures are compared, obtained design program, then loads analysis and calculation, select the vehicle to determine the structural parameters and based load and use the situation to the hydraulic system design.
In the main text to complete the JX1060TSG23 Aerial overall structural design, hydraulic circuit design and gear detailed design of working device.
Key words: Aerial work car; Power transmission device; Work device; Control system; Hydraulic system; Hydraulic a leg.
I
第1章 緒 論
1.1高空作業(yè)車的發(fā)展概況
1.1.1概況
高空作業(yè)機械是在工程起重機械基礎上發(fā)展起來的產業(yè)系統，只有二十幾年的歷史。盡管我國在高空作業(yè)車設計制造上取得了一些成績，但是國內生產制造的高空作業(yè)機械同國外同類型高空作業(yè)機械產品相比仍有一定差 ,主要表現為技術含量低、大型的較少、結構笨重、作業(yè)時微動性能差等問題。高空作業(yè)車在世界上已有近四十年的發(fā)展歷史，現已形成一個完整的專用產品研發(fā)、生產體系。如美國的CROVE(格洛夫)、GENIE(吉尼)、英國的COLES (西蒙)， 意大利的RICO (利高)，芬蘭的BRONTO(布朗托)公司等，并且它們各有側重，如BRONTO側重于高空消防車系列，COLES側重于車載高空作業(yè)平臺等。高空作業(yè)車發(fā)展到現在，其作業(yè)高度最高已到達72m(BRONTO公司生產)，作業(yè)車的可靠性、安全性、舒適性、操作方便和簡單的直接性等方面都有較大提高，而且隨著電子計算機的普及和發(fā)展以及機、電、液一體化研究的進展，國外各大公司競相采用電腦(電子)操控系統，提高整機性能，減少整機液壓元件的使用，減小整機體積及重量，提高操控的靈敏度。
在我國，雖然對高空作業(yè)車的研制、生產起步較晚，但是隨著我國經濟的快速發(fā)展，高空作業(yè)車的使用面、服務領域不斷擴大，現正處于較快的發(fā)展階段，特別是各生產廠家積極引進和消化國外先進技術，開發(fā)新品種，提高產品技術和質量水平，已有部分達到或接近國際同類產品的水平。如浦沅集團公司已能生產作業(yè)高空6m到60m共12種規(guī)格近30個品種的高空作業(yè)車，杭州園林機械廠引進日本先進技術和管理經驗，在近幾年內開發(fā)出適合國內用戶需要的l0多個新品種，能生產26m 內的各種絕緣及通用高空作業(yè)車，形成年產350臺以上的生產能力，占有國內中小高度高空作業(yè)車市場50％左右的份額，并有部分產品出口；撫順起重機總廠錦州重型機械股份有限公司和徐州重型機械廠針對國內大高度消防救援作業(yè)車依賴進口狀況，先后開發(fā)了30m 以上的高空消防作業(yè)車，產銷良好，深受用戶歡迎；徐工集團生產非常適合路燈、隧道維護使用的20m 以內的高空作業(yè)車，并完成了53m大高度高空消防車的研制。有關專家預測，我國高空作業(yè)車在未來幾年仍將保持較高的產銷增長率，特別是大中城市基礎設施建設和維護等方面的需求增長更快。
然而現階段我國高空作業(yè)車發(fā)展中還存在許多問題：1、大多數廠家產品單一，型號老化，產量小，企業(yè)規(guī)模??；2、部分企業(yè)技術創(chuàng)新能力較差，技術儲備明顯不足，市場經營范圍窄，企業(yè)效益差；3、國內基礎材料的質量參差、研發(fā)水平又較低，基礎零部件配套水平較差，許多原材料依賴進口；4、基礎零部件配套廠家少，規(guī)格品種少，產品質量、性能可靠性不高，不穩(wěn)定；5、專業(yè)化、機械化生產水平低，工藝落后，裝配水平較低；6、主機(底盤)型號單一，不能滿足生產廠的組裝要求，直接影響新產品的開發(fā)；7、產品的售后服務水平較差，缺乏專業(yè)的檢測和維修設備，維修人員專業(yè)技能不足，未形成善的售后服務體系；8、對高空作業(yè)車等專用車的管理上，有關政策滯后，不利于特種高空作業(yè)車的小批量改裝、生產。
為了適應我國高空作業(yè)車發(fā)展的需求，筆者認為，要著眼于長遠目標，走規(guī)?；?、標準化、集約化、產品配套化、系列化的道路；要盡快地培養(yǎng)高素質的專業(yè)人才，要建立一套適合國際標準的生產體系和質量體系， 在高空作業(yè)機械國際標準化組織(TC214)已有的標準范圍之外，建立適合我國的標準化質量體系，以防止國外技術壟斷；各廠家要做到強強聯合，在研發(fā)上與高校及專業(yè)研究機構聯合研發(fā)，加快相關產品的研制和研究成果的生產轉化，提高產品質量，避免各自為營的現象；要能帶動國內基礎零件配套產品的發(fā)展，使之形成完整的生產體系、配套體系，同時，形成幾家在技術力量、產品質量、人才儲備上能達到國際先進水平的配套件生產廠家。
尤其在現階段， 筆者認為要優(yōu)先做好以下產品和技術的研發(fā)：l、建筑用自行式作業(yè)平臺和蜘蛛式作業(yè)平臺；2、帶電作業(yè)(10KV 以上)的絕緣高空作業(yè)車；3、25m 以上多功能消防救援高空作業(yè)車；4、室內外輕型作業(yè)平臺；5、大作業(yè)幅度平臺及新型多功能高空作業(yè)車；6、高空作業(yè)機械的自動控制和安全保護技術的研制；7、機、電、液一體化技術在高空作業(yè)車上的應用。
1.1.2 國外趨勢與動向
國外高空作業(yè)機械屬新興行業(yè)，是在工程起重機械基礎上發(fā)展起來的高新技術產業(yè)系統，只有二十幾年的歷史。目前，專業(yè)生產高空作業(yè)機械的公司比較少。近年來，由于汽車起重機銷售量下降及市場平淡，一批汽車起重機制造公司，相繼發(fā)展高空作業(yè)機械，但總計年產量仍不能滿足市場需求，正處于發(fā)展時期。
國外高空作業(yè)機械，發(fā)展迅速，技術水平不斷提高。工業(yè)發(fā)達國家，一般都有專門的跨國公司和集團主營和兼營高空作業(yè)機械，如美國GROVE公司(格魯夫)和(吉尼公司)、英國COLES公司、ST-MON公司(西蒙)、意大利RICO(利高)、芬蘭BRONTO公司(波浪濤公司)、日本的多田野和愛知株式會社等。高空作業(yè)機械的底盤分通用型和專用型，
采用通用汽車底盤的高空作業(yè)機械，機動靈活，能快速轉移，作業(yè)高度較高，采用專用底盤的高空作業(yè)機械，即自行式高空平臺車，適用于固定場所作業(yè)，具有微動行駛，擴大作業(yè)半徑等特點。
為了滿足實際工程的需要，高空作業(yè)車的作業(yè)高度越來越高，隨之作業(yè)半徑也越來越大。如西蒙公司S600高度已達62 m、芬蘭BROTO公司產品最高己達72 m，自命為“天梯”，高空作業(yè)車的下車、工作斗均采用微機進行操縱。
操作越來越簡單可靠，自動化程度不斷提高。如GENIE〔吉尼公司)的自行式直臂式高空作業(yè)車、自行式曲臂式高空作業(yè)車、自行式剪型高空作業(yè)車。由于采用自動化控制，高空作業(yè)車的微動性能好，定位也來越來越準確。
但根據不同的工況條件，考慮到造價等原因，拖動式和手動式很有實用價值，目前在一些場所仍被廣泛使用。此類高空作業(yè)車有拖動式曲臂高空作業(yè)車和手動式物料升降機。
高空作業(yè)車的發(fā)展主要動向是實現六化、三性，以提高高空作業(yè)機械的適用性。六化: 即液壓化、最優(yōu)化(采用計算機輔助設計)、輕量化(采用高強度材料、減輕構件重量)、機電液一體化(如安全保護、報警裝置等)、通用化、系列化。三性:可靠性、安全性和舒適性。
為了滿足高層建筑的復雜情況，要求人們不斷改進舉高車，以適應施工、滅火等需要，以及舉高車制造公司間日趨激烈的競爭，促進了舉高車技術的發(fā)展。新技 術 的 采用，使發(fā)達國家80年代的舉高車在性能和安全上有較大的提高，這主要體現在三個方面:
1.2 國內現狀、差距與如何提高的方法
國內高空作業(yè)機械發(fā)展剛剛起步，只有十幾年的發(fā)展歷史，雖然起步晚，由于高空作業(yè)機械制造企業(yè)的努力，已逐步走向穩(wěn)定的發(fā)展軌道。
1.2.1 現狀
我國高空作業(yè)機械的生產于20世紀70年代末開始起步，發(fā)展較快， 目前生產經營企業(yè)已由原來的幾家迅速增加到40余家，其中與國外合資或合作生產的企業(yè)有5家。根據2004年和2005年《中國工程機械年鑒》，2003年高空作業(yè)機械工業(yè)總產值為32139萬元，生產各類高空作業(yè)平臺1906臺，高空作業(yè)車740臺；2004年高空作業(yè)機械工業(yè)總產值為36340萬元，生產各類高空作業(yè)平臺2500臺，高空作業(yè)車800臺。行業(yè)幾個骨干企業(yè)通過近幾年的技術改造，其生產規(guī)模不斷擴大，形成了各自特色的產品系列，基本能滿足國內市場高空作業(yè)機械的需要，企業(yè)的各項主要經濟指標逐步上升，經濟效益也逐年提高。從 80 年 代開始撫順起重機總廠、武漢起重機廠、四川度巖機械廠、四川長江起重機有限責任公司、杭州園林機械廠、北京攀尼高空作業(yè)車有限公司、徐州重型機械廠等開始著手研制高空作業(yè)車和登高平臺消防車，投放市場。撫順市起重機總廠生產的CDZ32型登高平臺消防車已出口泰國。最近四川長江起重機有限責任公司，研制的QZC5120JGKS25型高空作業(yè)車是最近向推向市場的一種新產品。該產品采用現代設計手段設計，填補了國內25m伸縮臂式高空作業(yè)車的空白。
1.2.2 差距
盡管我國在高空作業(yè)車設計制造上取得了一些成績，但是國內生產制造的高空作業(yè)機械同國外同類型高空作業(yè)機械產品相比仍有一定差距，主要表現為技術含量低、大型的較少、結構笨重、作業(yè)時微動性能差等問題。在開發(fā)研制過程中，應采取有效措施、試驗研究，逐項加以解決，以縮小差距。同時對目前存在的技術關鍵，有待于組織力量攻關解決，其關鍵是電液比例操縱、微動性能問題，支腿調平技術問題，數顯微機自動程序控制以及機電__航天、導彈發(fā)射等。
綜上所述，在目前的高空作業(yè)車的生產水平上，改進高空作業(yè)車的工作性能，開發(fā)研制機動靈活、技術含量高安全、可靠的高空作業(yè)機械具有重大的意義。
1.2.3 液壓系統及液壓原理分析
一部完整的機器是由原動機、傳動機構及控制部分、工作機(含輔助裝置)組成。原動機包括電動機、內燃機等。工作機即完成該機器之工作任務的直接工作部分，如剪床的剪刀，車床的刀架、車刀、卡盤等。由于原動機的功率和轉速變化范圍有限，為了適應工作機的工作力和工作速度變化范圍較寬，以及其它操縱性能的要求，在原
動機和工作機之間設置了傳動機構，其作用是把原動機輸出功率經過變換后傳遞給工作機。
傳動機構通常分為機械傳動、電氣傳動和流體傳動機構。流體傳動是以流體為工作介質進行能量轉換、傳遞和控制的傳動。它包括液壓傳動、液力傳動和氣壓傳動。
液壓傳動和液力傳動均是以液體作為工作介質來進行能量傳遞的傳動方式。液壓傳動主要是利用液體的壓力能來傳遞能量；而液力傳動則主要是利用液體的動能來傳遞能量。由于液壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因此，它被廣泛地應用于機械制造、工程建筑、石油化工、交通運輸、軍事器械、礦山冶金、輕工、農機、漁業(yè)、林業(yè)等各方面。同時，也被應用到航天航空、海洋開發(fā)、核能工程和地震預測等各個工程技術領域。
1.3 設計部分與要求
1.3.1 設計參數
表1.1 作業(yè)部分主要技術參數
最大作業(yè)高度
15米
最大作業(yè)半徑
6米
回轉角度
360°
額定平臺載荷
200kg
操作方式
下操作、上操作可以任意選擇
支腿形式/數量
H型/4
旋轉速度
0-3r/min
兩支臂變幅時間
起臂：t≤70s
落臂：t≤60s
支腿收放時間
收支腿：t≤60s
放支腿：t≤60s
1.3.2 設計目標
本課題將以江鈴JX1060TSG23高空作業(yè)車為例，對其進行特性分析。建立起數學模型和液壓系統模型，然后針對具體的參數給出實例計算。最終設計出一種可以有一定的承載能力，可以用于工程建設、工業(yè)安裝、設備檢修、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)的高空作業(yè)車。
通過本課題的研究和設計，可以進一步熟悉機械設計的流程，加深對工程機械的了解，尤其是對高空作業(yè)設備的發(fā)展歷史和國內外的現狀都有了全面的認識。其中，最為重要的是在這次畢業(yè)設計的過程中可以進一步的加強對液壓系統的認識，進一步熟悉液壓系統的設計方法和設計步驟。
通過本課題的研究和設計，尤其可以對液壓泵站的設計和制造有一個較為全面的了解，能夠從中學會一些比較簡單的液壓泵站的設計方法，同時加強對液壓系統的認識，提高了獨立思考問題和解決問題的能力。
1.3.3 設計內容
本次設計的目的是通過對折疊臂高空作業(yè)車各項技術的研究，設計一種折疊臂型式的高空作業(yè)車的液壓系統。根據折疊型式高空作業(yè)車的使用特點和國內實際需求情況，本課題將要研制的是最大作業(yè)高度15米的折疊臂高空作業(yè)車及其液壓系統。作業(yè)車通過工作臂的舉升能夠將工作人員安全送至15米高空進行工作，作業(yè)車的作業(yè)半徑不小于8米，可以進行 360°的連續(xù)回轉。而液壓系統是高空作業(yè)車的主要部分，故重點進行設計和相應的計算。
1.4 設計技術路線
如圖1.1所示
調研、收集資料
完成報告
確定總體設計方案
液壓系設計
取力器選擇
二類底盤的選擇
舉升機構設計計
支腿選擇設計計
車架選擇
整車機構設計計算分析
校核造型，分析各部件
審查校核
完成設計說明書
圖1.1設計技術路線框架
第2章 高空作業(yè)車總體結構及參數確定
2.1高空作業(yè)車總體結構
圖 2.1 折疊臂式高空作業(yè)車
2.1.1 工作裝置
工作裝置為實現高空作業(yè)車不同的運動要求而設置的。高空作業(yè)車一般設有變幅機構、回轉機構、平衡機構和行走機構。依靠變幅機構和回轉機構實現載人工作斗在兩個水平和垂直方向的移動；依靠平衡機構實現工作斗和水平面之間的夾角保持不變，依靠行走機構實現轉移工作場所。
高空作業(yè)車的工作裝置包括支腿機構、舉升機構、回轉機構、作業(yè)平臺及其調平機構。
高空作業(yè)車的行走機構就是通用或專用汽車底盤。
工作臂、回轉平臺、副車架（車架大梁，門架、支腿等），金屬結構是高空作業(yè)車的重要組成部分。高空作業(yè)車的各工作機構的零部件都是安裝或支承在這些金屬結構上的。金屬結構是高空作業(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。
2.1.2 動力裝置
動力裝置是高空作業(yè)車的動力源。通常不再另外設置動力源，而是直接采用汽車底盤發(fā)動機作為整車的動力源。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面的取力器取出發(fā)動機的動力，并驅動液壓油泵向高空作業(yè)裝置供油。取力系統中還設置控制裝置，在底盤行駛時，取力器沒有輸出，液壓油泵不工作，需要進行高空作業(yè)時，取力器輸出，油泵工作。
2.2 運動參數確定
2.2.1 作業(yè)高度、幅度、速度
圖 2.2 工作示意圖
1. 作業(yè)幅度
作業(yè)幅度是指高空作業(yè)車回轉中心線至作業(yè)臺外邊緣的水平距離R ，如圖2-1所示。根據技術參數知R=5.0m。
2. 作業(yè)高度
作業(yè)高度是指作業(yè)平臺底面離地高度與作業(yè)人員手臂所能達到的平均高度之和。
通常把作業(yè)高度分為最大高度和最大作業(yè)幅度時的作業(yè)高度H,如圖所示。根據技術參數知，
=15m，H=6.8m.
3. 作業(yè)速度
高空作業(yè)車的作業(yè)速度包括：作業(yè)平臺的垂直方向起升的平局速度和下降的平均速度，以及作業(yè)平臺的回轉速度。根據國標GB94652-88中的規(guī)定，
取作業(yè)平臺起升速度 =0.5 ，
取下降速度
回轉機構的最大回轉速度取 。
2.2.2液壓缸基本參數確定
1 力學參數確定 液壓缸的最大載荷
Ⅰ支臂液壓缸
（1）狀態(tài)一：如圖 2.3所示
圖 2.3 液壓臂工作狀態(tài)一
，，
，
=56387N
（2）狀態(tài)二：如圖 2.4 所示
圖 2.4 液壓工作狀態(tài)二
=0.873
F=-44069N
故可知Ⅰ支臂液壓缸的最大載荷為
Ⅱ支臂液壓缸
如圖 2.5 所示，在圖示狀態(tài)液壓缸受力最大
圖 2.5 Ⅱ支臂液壓缸工作狀態(tài)
=28408N
Ⅲ支臂液壓缸
F=2790.3N
2、兩支臂液壓缸長度計算
Ⅰ支臂液壓缸：
完全收回
完全伸出
Ⅱ支臂液壓缸：
完全收回
完全伸出
Ⅲ支臂液壓缸:
完全收回
完全伸出
3、各液壓缸速度
Ⅰ支臂液壓缸:
Ⅱ支臂液壓缸：
Ⅲ支臂液壓缸:
4、 各支臂液壓缸的功率
Ⅰ支臂液壓缸：
Ⅱ支臂液壓缸：
Ⅲ支臂液壓缸:
第3章 高空作業(yè)車副車架設計
3.1副車架主要尺寸設計
副車架對主車架起到加固作用，其寬度和選用的底盤的寬度相同，高度也相同，長度在底盤主車架長度基礎上去掉主車架與車廂之間的距離長度。其尺寸設計如下：
副車架長度： 4708mm
副車架寬度： 800mm
副車架高度： 240mm
副車架厚度： 160mm
3.2副車架的強度剛度彎曲適應性校核
1、工作時整車重心作用點的求解
在高空作業(yè)車起升到最高點時，對主車架來說，其整車重心后移。其受力簡圖見圖3.1。
xmm
G
F1 F2
圖3.1 受力簡圖
設定高空作業(yè)車在額定裝載質量下，其前后軸承受的載荷相同，即有：
N
由圖，可以列出：
=2F
求得
2、副車架剪力及彎矩的求解
副車架和主車架通過U型螺栓相聯，在額定裝載時，由主車架重心作用簡圖及求得的整車重心作用點，可以畫出額定裝載質量時副車架受力簡化圖3.2。
G
F
L=4708mm
圖3.2 副車架受力簡圖
將此時受力的副車架看為簡支梁(見下圖3.3)，以便進行強度剛度及彎曲變形的校核。由圖3.3，可以列方程組：
圖3.3 副車架等效簡支梁簡圖
可求得：
=
=
=59920.7N
即大小為59920.7N，方向與設定的方向相同。
可求得：
=
=
即大小為18773.79N，方向與設定的方向相反。
圖3.4 副車架實際等效梁簡圖
由以上，可畫出實際的副車架等效梁示意圖3.4。
列出彎曲剪力及彎矩方程：
OA段
= = 59920.71 N (0
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