高空作業(yè)車抬升液壓支架設計附全套圖紙

1、畢業(yè)設計(論文)高空作業(yè)車抬升液壓支架設計THE DESIGN OF UPLIFT HYDRAULIC SUPPORT OF AERIAL VEHICLES學生姓名魯 建學院名稱機電工程學院專業(yè)名稱機械制造及其自動化指導教師陳 躍2008年6月2日徐州工程學院學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明： 所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標注。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。論文作者簽名： 日期： 年 月 日徐州

2、工程學院學位論文版權協(xié)議書本人完全了解徐州工程學院關于收集、保存、使用學位論文的規(guī)定，即：本校學生在學習期間所完成的學位論文的知識產(chǎn)權歸徐州工程學院所擁有。徐州工程學院有權保留并向國家有關部門或機構送交學位論文的紙本復印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學院可以公布學位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫進行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。論文作者簽名： 導師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘要本文主要以“GKZ型高空作業(yè)車”上、下臂結構為研究對象，對上、下臂進行結構和。主要分兩部分進行闡述，其一

3、根據(jù)高空作業(yè)車的最大作業(yè)高度10米，在滿足作業(yè)高度的前提下，進行高空作業(yè)臂的結構設計：首先根據(jù)使用要求選擇作業(yè)臂材料的類型；其次根據(jù)最大作業(yè)高度確定上、下臂的長度；再經(jīng)過受力分析利用強度來確定臂的截面尺寸及油缸的鉸接位置；再進行強度、剛度、穩(wěn)定性的校核，查看作業(yè)臂的尺寸是否符合要求。對施加均布載荷和約束，進行結構的強度和剛度分析，確定危險截面或危險點的應力分布及變形。最后畫出作業(yè)臂總裝圖及上、下臂零件圖。而液壓控制部分主要是指控制上下臂變幅運動的液壓缸。關鍵詞 高空作業(yè)車；結構設計；目 錄1 緒論11.1高空作業(yè)車的概況及其發(fā)展方向11.2 高空作業(yè)車的組成11.2.1 工作機構21.2.2

4、金屬結構21.2.3 動力裝置21.2.4 控制系統(tǒng)31.3 GKZ型高空作業(yè)車的概況31.3.1整機結構簡介3高空作業(yè)臂41.3.3 作業(yè)車作業(yè)狀態(tài)主要技術參數(shù)41.4 課題的提出51.5 本課題所要研究的具體任務51.6 本課題研究的意義62 高空作業(yè)車的結構設計72.1 材料的選擇72.2 計算上、下臂的長度82.3 確定油缸鉸點的位置92.3.1 確定上臂油缸鉸點的位置92.4 上臂截面尺寸的確定92.4.1 對上臂進行受力分析9 計算上臂截面尺寸102.4.3 對上臂進行強度校核122.5 下臂截面尺寸的確定152.5.1 對下臂進行受力分析152.5.2計算下臂的截面尺寸16對下臂

5、進行正應力校核172.6 連接處銷軸尺寸的確定203 液壓系統(tǒng)設計213.1 液壓系統(tǒng)的構成213.2液壓系統(tǒng)設計概述213.3 設計依據(jù)213.4 主要機構簡述213.5 主要工作機構液壓回路的設計223.5.1 高空作業(yè)車變幅機構液壓回路設計224 高空作業(yè)部分液壓系統(tǒng)的設計計算244.1上臂油缸的設計244.1.1 確定液壓缸類型和安裝方式244.1.2 確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸244.2下臂油缸的設計計算28 確定液壓缸類型和安裝方式28確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸29結論33致謝34參考文獻351 緒論1.1高空作業(yè)車的概況及其發(fā)展方向高空作業(yè)車又稱登高平臺消防車，廣

6、泛用于建筑、市政、電訊、機場、工廠、園林、住宅等場所，從事消防、搶險救災、施工、安裝、維護等工作。其中，供消防部門用于滅火、輔助滅火或消防救援，是最主要的一個功能。高空作業(yè)車是用來運送工作人員和工作裝備到指定高度進行作業(yè)的特種車輛，是將高空作業(yè)裝置安裝在汽車底盤上組成的。高空作業(yè)裝置包括高空作業(yè)臂、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，大大提高了空中作業(yè)的工作效率。高空作業(yè)車按工作臂的型式，有四種基本型式，分別為：垂直升降式、折疊臂式、伸縮臂式和混合臂式。垂直升降式高空作業(yè)車的升降機構只能在垂直方向上進行運動。

7、它的主要特點是結構簡單，承載能力強，但作業(yè)范圍小，作業(yè)高度低，這種結構型式應用比較少。折疊臂式高空作業(yè)車工作臂之間的連接全部采用鉸接型式，所以國外又把它叫做鉸接式高空作業(yè)車。折疊臂高空作業(yè)車結構適合于較低作業(yè)高度的車型，如要加大作業(yè)高度，必然要增加臂長或增加工作臂數(shù)量，增加臂長會使作業(yè)車體積龐大，降低靈活性；增加工作臂數(shù)量會造成操作繁瑣，安全性降低。伸縮臂式的高空作業(yè)車在行駛狀態(tài)時，工作臂縮回套疊，工作時伸出，可以有效增大作業(yè)高度，同時具有工作效率高、操作簡單、動作平穩(wěn)等特點?；旌媳凼礁呖兆鳂I(yè)車工作臂之間既有鉸接，也有伸縮，是折疊臂式和伸縮臂式高空作業(yè)車的結合，它綜合了兩種結構型式的優(yōu)點，工作

8、性能最好，但結構也最為復雜。高空作業(yè)車是利用汽車底盤作為行走機構，具有汽車的行駛通過性能，機動靈活，行駛速度高，可快速轉移，轉移到作業(yè)場地后能迅速投入工作，因此被越來越多的應用在工程建設、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)，是近幾年來國內(nèi)發(fā)展最快的專用汽車產(chǎn)品之一。高空作業(yè)車是高空作業(yè)機械是在工程起重機械基礎上發(fā)展起來的，高作業(yè)設備廣泛應用在建筑、消防等行業(yè)。隨著高空作業(yè)車作業(yè)高度越來越高，振動所導致的大幅度擺動，嚴重的影響了定位的準確性，降低了工作效率，加之高空擺動給人的安全感極差，也降低了設備的宜人性，間接的影響了工作效率。因此對高空作業(yè)車進行

9、動力研究，有重要意義。目前國內(nèi)生產(chǎn)的高空作業(yè)車幾乎全部是折疊臂型式的，有更大的市場需求。1.2 高空作業(yè)車的組成高空作業(yè)車正常進行作業(yè)，需要工作機構、金屬結構、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： 工作機構工作機構是為實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)工作斗和水平面之間的夾角保持不變，依靠行走機構實現(xiàn)轉移工作場所。高空作業(yè)車變幅是指改變工作斗到回轉中心軸線之間的距離，這個距離稱為幅度。變幅機構擴大了高空車的作業(yè)范圍，由垂直上下的直

10、線作業(yè)范圍擴大為一個面的作業(yè)范圍。高空作業(yè)車變幅機構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部分）相對于另一部分（一般指下車部分或非回轉部分）做相對的旋轉運動稱為回轉。為實現(xiàn)高空作業(yè)車的回轉運動而設置的機構稱為回轉機構。它是由液壓馬達經(jīng)減速器將動力傳遞到回轉小齒輪上，小齒輪既作自轉又作沿著固定在底架上的回轉支承大齒圈公轉，從而帶動整個上車部分回轉。有了回轉運動，從而使高空作業(yè)車從面作業(yè)范圍又擴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。平衡機構就是為了實現(xiàn)這一功能。對于伸縮臂或混合臂型式的高空作業(yè)車，通常

11、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)車的行走機構就是通用或專用汽車底盤。 金屬結構工作臂、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。組成高空作業(yè)車金屬結構的構件較多，其重量通常占整機重量的一半以上，耗鋼量大。因此，高空作業(yè)車金屬結構的合理設計，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。 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構，通常不

12、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。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)動機的動力足以保證高空作業(yè)裝置工作。因為高空作業(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(tǒng)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。 控制系統(tǒng)高空作業(yè)車控制系統(tǒng)是解決各機構怎樣運動的問題。如動力

13、傳遞的方向，各機構運動速度的快慢，以及使機構啟動停止等?？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，以實現(xiàn)機構的起動、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、回轉馬達、油泵等，用來推動結構件實現(xiàn)動作。安全裝置包括各種傳感器、行程開關、報警器、液壓鎖止閥，用來檢測危險工況，保證工作安全。1.3 GKZ型高空作業(yè)車的概況1.3.1整機結構簡介GKZ型系列高空作業(yè)車采用折疊式工作臂結構,工作裝置為液壓驅動。除高空作業(yè)機構外,GKZ系列車型還設有起重裝置,一機多用。高空作業(yè)車輛升降機構的穩(wěn)定可靠是實現(xiàn)安全作業(yè)

14、的必要條件之一,這類設備的升降機構大多采用臂式(如市政工程車輛、汽車起重機、飛機除冰車等)或剪式(如飛機食品車、殘疾旅客登機車等) 升降機構,采用液壓缸作為升降驅動力,液壓缸需要隨升降機構運動,因此液壓缸與液壓主回路須使用液壓膠管連接。此時液壓缸既作為升降時的動力,又作為施工作業(yè)時升降機構的支撐構件,因此液壓缸及其連接管路對于整個系統(tǒng)安全起著非常重要的作用。高空作業(yè)車是以反復循環(huán)的方式完成設備安裝的作業(yè)車。高空作業(yè)車主要由高空作業(yè)臂、工作平臺、起升機構、動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等六部分組成。整車外形圖如圖 1-1。圖1-1高空作業(yè)車外形圖高空作業(yè)臂高空作業(yè)臂包括上臂和下臂,上臂頭部有工作平

15、臺。行駛狀態(tài)時，兩節(jié)工作臂折疊在一起；進行高空作業(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。上臂和下臂間通過水平銷軸鉸接，鉸接處設有專門的滑動軸承，以保證工作臂轉動時阻力小，運動平穩(wěn)。該高空作業(yè)車采用折疊式工作臂結構，工作裝置為液壓驅動。工作臂為2節(jié)折疊臂。具有操作簡便，穩(wěn)定性好等特點。其組成主要是高空作業(yè)臂，如圖1-2所示。高空作業(yè)臂包括上臂2和下臂1，上臂頭部有工作平臺6。行駛狀態(tài)時，2節(jié)工作臂折疊在一起；進行高空作業(yè)時，2節(jié)工作臂分別由上下臂油缸4舉升伸展至一定角度。上臂和下臂間通過水平銷軸鉸接。如圖1-2圖1-2 作業(yè)臂示意圖1基本臂(下臂) 2上臂 4

16、上臂油缸 6工作平臺 作業(yè)車作業(yè)狀態(tài)主要技術參數(shù)作業(yè)車的技術參數(shù)如下表1-1所示：表1-1作業(yè)車作業(yè)狀態(tài)主要技術參數(shù)項 目單位數(shù)據(jù)最大抬升重量kg1000最高抬升高度m10抬升速度m/s11.4 課題的提出本課題以“GKZ14型高空作業(yè)車” 為研究對象，對該車的作業(yè)臂結構、液壓系統(tǒng)進行設計。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)的力學方法設計是：根據(jù)高空作業(yè)的需要，在滿足升降高度的前提下，進行強度、剛度、穩(wěn)定性的校核，確定截面尺寸。為保證安全，設計過程中安全系數(shù)較大，造成質量偏大，成本增加等問題。在車輛在行駛過程中，由

17、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，事關人身安全，因此需要有一種較準確的設計計算方法，既能滿足設計要求，又能減輕臂重，降低成本。液壓系統(tǒng)設計在高空作業(yè)車的設計里占重要地位，例如起重工件裝置主要由變幅機構組成，這一機構靠液壓系統(tǒng)驅動，實現(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)濟技術的快速發(fā)展，國內(nèi)外起重機市場和高空作業(yè)車市場對這兩種產(chǎn)品的需求越來越大，我國近年來通過實行積極的財政政策和內(nèi)需拉動等手段，加強和改善宏觀調(diào)控，集中必要力量建設一批大型工程，本研究課題，將以高空作業(yè)車升降臂結構以及液壓系統(tǒng)為對象，根據(jù)

18、作業(yè)高度和液壓驅動部分進行結構設計。1.5 本課題所要研究的具體任務本課題主要研究工作如下：(1)進行大量的調(diào)查研究，收集整理資料，根據(jù)作業(yè)車的工作特點和受載狀況，制定作業(yè)臂設計方案和液壓缸的基本參數(shù)設計。(2)根據(jù)受載狀況原始數(shù)據(jù)對作業(yè)臂進行結構設計，作業(yè)臂由上臂、下臂和升降油缸等組成，設計中要確定上、下臂的長度，油缸鉸點位置，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)在實際計算中對上下臂施加載荷和約束，進行結構強度和剛度分析，確定危險截面或危險點的應力分布及變形。(4)根據(jù)分析結果，找出支架結構設計和液壓系統(tǒng)中的不合理因素，提出改進方案，并對改進后

19、的結構和性能進行分析，對兩種分析結果進行比較。畫出作業(yè)臂總裝圖及上下臂零件圖，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上進行總結，得出上、下臂在結構設計、鉸點位置的確定、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)品的結構設計和改造提供了科學的理論依據(jù)。1.6 本課題研究的意義通過本課題的研究，掌握GKZ型高空作業(yè)車作業(yè)臂的結構設計理論和分析方法，從而達到優(yōu)化結構、減輕自重、提高可靠性的目的，為研制GKZ系列工作臂的高空作業(yè)車奠定基礎。于此同時液壓系統(tǒng)設計在整個高空作業(yè)車的設計里具有重要的意義，它使整個機器實現(xiàn)自動化。其中安全性等方面的考慮，設

20、計更是減少了故障的發(fā)生，相當程度上確保運行該高空作業(yè)車的工人的安全。2 高空作業(yè)車的結構設計2.1 材料的選擇金屬結構是指由扎制的型鋼和鋼板作為基本元件，按照一定的結構組成規(guī)則用栓接、鉚接或焊接的方法連接起來，用于承受一定的載荷。為保證高空作業(yè)車能在工作環(huán)境惡劣、載荷變化復雜、不允許產(chǎn)生塑性變形和人為的不文明操作等因素下能安全、可靠地工作對其金屬結構規(guī)定如下計算原則：(1)結構工作級別按結構件中的應力狀態(tài)（名義應力譜系數(shù)）和應力循環(huán)次數(shù)（應力循環(huán)等級）分為A1-A8八級。(2)結構計算應采用許用應力法。(3)結構應進行強度、剛度和穩(wěn)定性計算，并滿足其規(guī)定的要求。(4)結構應按三類載荷情況進行疲

21、勞強度、剛度和穩(wěn)定性計算。第I類-按正常工作時的等效載荷進行疲勞強度計算。對A6A8工作級別的起重結構必須進行疲勞強度計算，對A1-A5工作級別的起重機結構，一般可不進行此項計算。第II類-按工作時的最大的載荷進行強度和穩(wěn)定性計算。第類-按非工作時的最大載荷或工作時的特殊載荷進行強度和穩(wěn)定性的驗算。(5)對三類載荷情況分別規(guī)定了不同的許用應力。 表2-1 許用應力計算公式載荷組合種類安全系數(shù)拉伸、壓縮、彎曲、許用應力剪切許用應力組合InI=1.5組合IInII=1.33組合IIInIII=1.15注：表中屈服點應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Q23

22、5鋼板，其主要特點是機械強度、韌性和塑性，以及加工等綜合方面的性能好，價格較低。鋼板的厚度t=4mm。其屈服強度是:=235Mpa.根據(jù)工作時的最大的載荷進行強度和穩(wěn)定性計算-結構應按第二類載荷情況進行疲勞強度、強度和穩(wěn)定性計算。 所以由表1-1可得安全系數(shù)是： nII=1.33 Q235鋼板的屈服強度是:=235Ma 許用正應力是：= 許用切應力是：=2.2 計算上、下臂的長度如圖2-1 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來表示，它可從0º到80º，為便于對吊臂端部進行操作，仰角可為-3º，作業(yè)臂實際作業(yè)時通常在30º75º范圍

23、內(nèi)。設計時仰角取75º，在圖2-1中，起升高度AC=8.5。上臂：L1=AB下臂：L2=BC則由三角關系有：ABsin75º+BCsin75º=8.5 即: (L1+L2) sin75º=8.5 L1+L2=8.5/sin75º L1+L2=8.21 式(2.1)由于上臂的頭部有工作臺，所以在上臂頭部應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 式(2.2)由式2-1和式2-2可以取上臂L1=4.20,下臂L2=4.01。圖 2-1作業(yè)臂最大仰角2.3 確定油缸鉸點的位置EF是上臂油缸，GH是下臂油缸。圖 2-2油缸工

24、作鉸點 確定上臂油缸鉸點的位置取BE=300mm BF=500mm則由三角關系可得: = =599807.6mm 即 EF=774mm2.3.2 確定下臂油缸鉸點的位置取HC=350mm，CG=450mm，由三角關系可得: =243472mm即 HG=493mm2.4 上臂截面尺寸的確定 對上臂進行受力分析圖2-3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圖2-3 上臂彎距圖可列公式: 則: 300=9.83900 F2=127.4KN又由可得: +F=F2 F1=127.4-9.8=117.6KN如上圖所示的彎矩圖:則可得最大彎矩是 Mmax=9.8而梁所需的截面系數(shù)， =再將

25、求出來的梁所需的截面系數(shù)W值代入式(2.4)。 計算上臂截面尺寸(1)上臂梁高h的確定圖2-4 梁的截面圖按強度條件： 式(2.3)式中 W-梁所需的截面系數(shù)，;M-梁的最大彎矩；-所用鋼材的許用應力；、-鋼板的厚度，設計時鋼板的厚度一樣=4mm因=則上式可簡化為: 式(2.4)因此把計算所得的截面系數(shù)和可得上臂高 (2)上臂梁寬b的確定圖2-5 上臂的截面結構圖如圖所示：=4mm 則: 按整體穩(wěn)定性條件: 按局部穩(wěn)定條件: Q235鋼 即: 則取: 由圖可得: 對上臂進行強度校核 上臂梁的尺寸確定后應對其進行強度、鋼度和整體穩(wěn)定性效核,不滿足時應進行修改。(1)正應力校核 靜強度效核公式：正

26、應力 式(2.5) F-梁所受的力（N） A-截面積（） 切應力 式(2.6)Fs-梁所受的剪力（N）-鋼板厚度(m)Iz-梁對Z軸的慣性矩()圖2-6 上臂剪力圖在截面BE所受的正應力是: 式(2.7) 梁的截面積是: =0.18×0.158-0.172×0.15 = 則: 在截面AE所受的正應力是: 式(2.8)則: 在截面BE所受的切應力應是: 式(2.9)計算Z軸慣性矩Iz:圖 2-7 上臂的慣性矩圖如圖所示建立坐標系：矩形對Z軸的慣性矩是：則慣性矩：所以此題的慣性矩為：(2)把和切應力效核公式:則：切應力是 在截面AD上所受的切應力是: 式(2.10)把和代入式(

27、2.10)則: 切應力是所以上臂的正應力和切應力符合要求。(3) 對上臂進行整體穩(wěn)定性驗算箱型組合梁通常剛度很大,若梁的高寬之比,則梁的整體穩(wěn)定性不需驗算。所以則不需要整體穩(wěn)定性不需驗算。從以上對上臂的驗算可得上臂尺寸的選擇符合要求。2.5 下臂截面尺寸的確定 對下臂進行受力分析 圖2-8所示是下臂工作到水平位置時,此時下臂受力最大，由此來計算梁的受力情況。圖2-8 下臂的受力圖把上圖分解后計算各個力的大小力圖2-9 上臂受力圖計算上臂的自重FG鋼板每平方米面積的理論質量,不同厚度的鋼板(密度為7.85)的每平方米理論質量按下列公式計算： 式(2.11)式中 G-給定鋼板厚度下的每平方米重量,

28、kg/m-鋼板厚度=4mm-鋼板密度7.85所以 (M=L1=4.2m)所以自重是: 由上圖可得: 即: 對下臂進行受力分析如下圖圖2-10 下臂的彎距圖 即力FB與力FB大小相等方向相反。所以 所以 如上圖所示的彎矩圖:則可得最大彎矩是而梁所需的截面系數(shù)， = 計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(2.2)可得 圖2-11 下臂的截面圖如圖所示：=4mm(和上臂的厚度一樣) 則: 按整體穩(wěn)定性條件: 按局部穩(wěn)定條件: Q235鋼 即: 可取: 由圖可得: 對下臂進行正應力校核下臂梁的截面尺寸確定后應對其進行強度、鋼度和整體穩(wěn)定性,不滿足時應進行修改。其計算方法和計算公式和

29、上臂一樣，計算公式是式(2.5)和式(2.6)。(1)效核正應力圖2-12 下臂的剪力圖在截面CG上所受的正應力是: 式(2.12) 梁的截面積是: 則: 在截面AD上所受的正應力是: 式(2.13)則: (2)效核切應力在截面BD上所受的切應力應是: 式(2.14)計算Z軸慣性矩Iz:圖2-13 慣性矩圖如圖所示建立坐標系，見圖2-13慣性矩圖矩形對Z軸的慣性矩是： 則慣性矩： 所以此題的慣性矩為：把和切應力效核公式:則：切應力是 在截面AD上所受的切應力是: 式（2.15）把和代入式（2.15）則: 切應力是 所以下臂的正應力和切應力符合要求。（3）對下臂進行整體穩(wěn)定性驗算箱型組合梁通常剛

30、度很大,若梁的高寬之比（圖2-11）,則梁的整體穩(wěn)定性不需驗算。所以則不需要整體穩(wěn)定性不需驗算。從以上對下臂的驗算可得上臂尺寸的選擇符合要求。2.6 連接處銷軸尺寸的確定確定銷軸的基本參數(shù)：公稱直徑，總長度根據(jù)高空作業(yè)車上下臂的結構可以確定其尺寸，按機械設計手冊2表6.3-61 銷軸（摘自GB/T882-2000），選定=50mm，總長度=200mm、材料為35鋼、熱處理硬度2838HRC、表面氧化處理的A型銷軸。確定其相關尺寸：max=70mm，=10mm，r=1.5mm，c5mm3 液壓系統(tǒng)設計3.1 液壓系統(tǒng)的構成 GKZ14系列車型采用折疊式工作臂結構，工作裝置為液壓驅動。該系列車分為

31、底盤（簡稱下車）和高空作業(yè)裝置（簡稱上車）兩大部分。底盤的作用在于轉移整機裝置的作業(yè)場所，在高空作業(yè)時用于支承上車，保持整機的穩(wěn)定。高空作業(yè)裝置主要由變幅機構組成， 變幅機構屬于高空作業(yè)裝置部分，這機構靠液壓系統(tǒng)驅動，實現(xiàn)作業(yè)要求。液壓系統(tǒng)元件按構成類型可以分為動力元件、執(zhí)行元件和輔助元件等。在此次液壓系統(tǒng)設計過程中，將構成作業(yè)車主要工作機構的液壓回路主要是變幅機構。上下吊臂的變幅由液壓缸控制,在此次設計中主要是對這部分進行液壓設計，而支腿是用于支撐整機，同時調(diào)整整機平衡，支腿收放部分的液壓設計在此次設計中不加以考慮。3.2液壓系統(tǒng)設計概述 液壓系統(tǒng)有傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)之分,本次設計中所說的系

32、統(tǒng)設計主要是針對傳動系統(tǒng)設計而言,主要是確定整個高空作業(yè)車的液壓回路,以及其間主要執(zhí)行元件、控制元件等的主要尺寸和基本性能參數(shù)。其實從結構組成和工作原理來看，傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)并無本質上的區(qū)別，僅僅一類以傳遞動力為主，追求傳動特性的完善，其執(zhí)行元件用來驅動某個控制元件的操縱裝置（例如液壓泵、液壓馬達的變量機構、控制閥的閥心等）而已。因此，傳動系統(tǒng)的設計內(nèi)容和方法只需略做調(diào)整，即可直接用于控制系統(tǒng)的設計。 系統(tǒng)的設計除應滿足主機要求的功能和性能外，還必須考慮符合質量輕、體積小、成本低、效率高、結構簡單、使用維護方便等一般要求及工作可靠這一特別重要的要求。 系統(tǒng)設計的出發(fā)點，可以是充分發(fā)揮其組成元

33、件的工作性能，也可以是著重追求其工作狀態(tài)的絕對可靠。前者著眼于效能，后者著眼于安全；實際的設計工作則常常是這兩種觀點不同程度的組合，考慮具體要求不同而有所側重。 設計依據(jù) 此次液壓系統(tǒng)設計3.4 主要機構簡述(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、下臂和轉臺鉸接處設有專門的滑動軸承,保證工作臂轉動時阻力小,運動平穩(wěn)。(2)工作平臺（工作吊籃） 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。GKZ系列車型的工作平臺采用

34、鋼管焊接框架結構，周圍設有護欄，右側護欄開有側門，方便人員進出，平臺底板采用防滑的花紋鋁板，平臺周圈下部設有護圍，防止工具和其它物品掉落。(3)動力系統(tǒng) GKZ系列作業(yè)車高空作業(yè)動力源為底盤發(fā)動機，其動力由取力器從底盤變速箱取出。取力器和變速箱之間的動力傳遞由機械式操縱系統(tǒng)控制，平時取力器與變速箱取力齒輪處于斷開狀態(tài)，當進行高空作業(yè)時，操縱拉桿使取力器的滑移齒輪與變速箱的輸出取力齒輪嚙合，取力器輸出軸帶動油泵工作，從而將發(fā)動機的機械能轉為液壓能，為系統(tǒng)提供動力。 在行駛狀態(tài)時，務必將取力器脫開。(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16MPa，油路中設有安全溢流閥，保證系統(tǒng)

35、安全。 液壓系統(tǒng)通過電液比例流量閥對工作臂油缸供油，供油量大小由比例閥控制，輸出流量和負荷變化無關，可使系統(tǒng)達到穩(wěn)定的工作速度，并且能夠實現(xiàn)無級調(diào)速。系統(tǒng)工作壓力由電磁溢流閥調(diào)定。3.5 主要工作機構液壓回路的設計 高空作業(yè)車變幅機構液壓回路設計(1)動作分析行駛狀態(tài)時，兩節(jié)工作臂折疊在一起，進行高空作業(yè)時，兩節(jié)工作臂分別由上下臂油缸舉升升展至一定家度，將工作人員送至工作位置。上臂和下臂、下臂和轉臺鉸接處均設有專門的滑動軸承，保證工作臂轉動時阻力小，運動平穩(wěn)。(2)液壓回路設計：圖3-1液壓回路電磁換向閥：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：可使運動速度不受載荷變化的

36、影響，保持穩(wěn)定，附加的單向閥功能，密封性好，在管路損壞或制動失靈時，可防止重物自由下落造成事故。以下簡述動作分析過程： 因為上下臂的液壓設計很相似，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，推動活塞桿向外運動。而右腔的油液則從右邊的平衡閥到右邊的節(jié)流閥再流出。當電磁換向閥置于右位時，油液經(jīng)右邊的單向節(jié)流閥和平衡閥到達液壓缸的右腔，推動活塞桿向左運動，左腔的油液經(jīng)左邊的平衡閥和單向節(jié)流閥流出。當電磁換向閥處于中位時，液壓缸不運動。 右邊液壓缸的控制過程如上。4 高空作業(yè)部分液壓系統(tǒng)的設計計

37、算高空作業(yè)部分主要由變幅機構構成，其中，變幅機構主要是指上下臂液壓缸。上臂液壓缸是聯(lián)結上臂和下臂鉸點的液壓缸，它主要控制上臂的上升，下降動作。下臂液壓缸是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，就主上臂油缸，下臂油缸進行設計計算。4.1上臂油缸的設計設液壓缸單活塞桿雙向運動時的負載力相同,不記執(zhí)行件質量。液壓系統(tǒng)工作壓力，查5如表23.4-3，選定系統(tǒng)工作壓力為P=16Mpa。 確定液壓缸類型和安裝方式根據(jù)主機的運動要求,按機械設計手冊4表23.639,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：圖4-1單桿活塞式雙作用液壓缸此類液壓

38、缸特點為活塞雙向運動產(chǎn)生推、拉力?；钊谛谐探K了時不減速。將缸體固定，活塞桿運動，查5表23.640 液壓缸的安裝方式，選擇合適的安裝方式?？紤]機構的結構要求，上臂起升、下降時液壓缸的活塞桿進行伸縮實現(xiàn)運動需求。查表23.6-40 液壓缸的安裝 (P23-176)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。 確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸根據(jù)主機的動力分析和運動分析,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的計算 根據(jù)載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來計算液壓缸內(nèi)徑D 計算公式： =3.57 式（4

39、.1）式中 -液壓缸內(nèi)徑（m）； -液壓缸推力（KN）; -選定的工作壓力（MPa）。其中的計算過程如下： 當高空作業(yè)車上下臂處于如下狀態(tài)時，如圖4-2。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4-2上下臂受力狀態(tài)有: 式（4.2）其中:-上臂自重,由計算為。 -上臂長度，為4.2m. -高空作業(yè)車吊籃最大承受力，由計算知為-點到力的垂直距離，由計算得0.283m.代入公式(4.2)得:將,代入式(4.1),得: 查5,如表4-1給出的缸筒內(nèi)徑尺寸系列圓整成標準值。表4-1 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列(摘自GB/T23481993) () 840125（280）1050 （14

40、0）3201263160（360）1680（180）40020（90）200（450）25100（220）50032（110）250即取:(2)活塞桿直徑的計算 根據(jù)速度比的要求來計算活塞桿直徑 式(4.3)式中 -活塞桿直徑(); -液壓缸直徑(); -速度比 -活塞桿的縮入速度; -活塞桿的伸出速度。此處，取液壓缸的往復運動速度比為1.46,由表23.6-57(P23-191)查得: 式（4.4）將代入式（4.4）得:查5,如表4-2 液壓缸活塞桿外徑尺寸系列（摘自GB/T2348-1993）表4-2 液壓缸活塞桿外徑尺寸系列(摘自GB/T 23481993) ()420561605226

41、318062570200828802201032902501236100280144011032016451253601850140取液壓缸活塞桿外徑尺寸如下： 。(3)液壓缸行程的確定由于上下臂工作狀態(tài)最大夾角為,如圖4-3所示圖4-3 上下臂最大夾角圖上下臂鉸點位置如上所示,代入數(shù)據(jù)可求出線段的長度,由此長度計算上臂油缸的最大行程,計算過程如下:查5,如4-3 液壓缸活塞行程第一系列()。表4-3液壓缸活塞行程第一系列()摘自(GB23491980)2550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000由以上條件取S

42、值如下: 。(4)液壓缸結構參數(shù)的計算1)缸筒壁厚的計算按薄臂筒計算: 式（4.5）式中 -液壓缸缸筒厚度(); -試驗壓力()。取，即，。 -液壓缸內(nèi)徑（m）； -剛體材料的許用應力（），取。代入式（4.5）中，得：2)缸體外徑的計算 式（4.6）代入數(shù)據(jù)得:查機械設計手冊4表23.6-60(P23-192)圓整液壓缸外徑為120。4.2下臂油缸的設計計算 設液壓缸單活塞桿雙向運動時的負載力相同,不記執(zhí)行件質量。液壓系統(tǒng)工作壓力為P=16MPa。 確定液壓缸類型和安裝方式根據(jù)主機的運動要求,查5表23.639,選擇液壓缸類型為單桿活塞式雙作用液壓缸。此類液壓缸特點為活塞雙向運動產(chǎn)生推、拉力。

43、活塞在行程終了時不減速。 與上一個液壓缸相似，查5表23.6-40 液壓缸的安裝 (P23-176)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,滿足下臂動作要求。確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸根據(jù)主機的動力分析和運動分析,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的計算 根據(jù)載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來計算液壓缸內(nèi)徑D 計算公式： =3.57 式（4.7）式中 -液壓缸內(nèi)徑（m）； -液壓缸推力（kM）； -選定的工作壓力（MPa）。其中（Fg）的計算過程如下： 當高空作業(yè)車上下臂處于如下狀態(tài)時，如圖4-4。上臂液壓缸所受的力最大。此時，上下臂夾角為，下臂水平放

44、置，上臂抬起與下臂成夾角。圖4-4上下臂狀態(tài) 把上下臂當成一個整體，將所受力對c點取矩，得： 式（4.8）其中: -上臂自重,由計算為。 -高空作業(yè)車吊籃最大承受力，由計算知為。-下臂自重,由計算知其值是。 -點c到力的垂直距離。 -點c到上臂重力的垂直距離。 -點c到下臂重力的垂直距離。 -最大起重量，由計算得。 -點c到力的垂直距離，為4.01。已知上下臂夾角為，上臂長為4.2,下臂長為4.01,且已知上下臂上各鉸點位置,通過計算得: ; 。其中為點c到力的垂直距離，計算過程如下所示：已知尺寸如下圖4-5所標示。圖4-5下臂尺寸由此計算得: 。將所得數(shù)據(jù)代入公式（4.8）得:將,代入式4-

45、7,得: 查5如表23.6-33(P23-173)給出的缸筒內(nèi)徑尺寸系列圓整成標準值。即?。?。(2)活塞桿直徑的計算 根據(jù)速度比的要求來計算活塞桿直徑 式（4.9）式中 -活塞桿直徑(); -液壓缸直徑(); -速度比 -活塞桿的縮入速度; -活塞桿的伸出速度。此處，取液壓缸的往復運動速度比為1.46,查5表23.6-57(P23-191)查得: 式（4.10）將代入式（4.4） 得: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：(3)液壓缸行程S的確定 首先計算下臂升至最大角時，下臂鉸點與底盤鉸點之間的距離。如下圖所示：圖4-6下臂升至最大角 如上圖4-6所示，由計算得下臂升至最大角時，下臂鉸點與底盤鉸點之間的距離為：。查5表23.6-35 液壓缸活塞行程第一系列(),由以上條件取S值如下: 。(4)液壓缸結構參數(shù)的計算1)缸筒壁厚的計算按薄臂筒計算: 式（4.11）式中 -液壓缸缸筒厚度(); -試驗壓力()。取，即，。 -液壓缸內(nèi)徑（m）； -剛體材料的許用應力（），取。代入式（4.5）中，得：2)缸體外徑的計算 式（4.12）代入數(shù)據(jù)得:查5表23.6-60(P23-192)取液壓缸外徑為150。結論本文在目前國內(nèi)外各種高空作業(yè)車的