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哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計
第1章 緒 論
1.1 前言
隨著世界經(jīng)濟(jì)的大繁榮，各個行業(yè)都起了翻天覆地的改變，尤其最近幾十年以來，世界各國都改變了自己的面貌，無論是在外表還是在社會內(nèi)層。在這其間，社會的建設(shè)少不了各種機(jī)械，而在這些機(jī)械中，高空作業(yè)車的重要性不言而寓。
高空作業(yè)車之所以發(fā)揮著如此大的作用，跟其自身的特點是分不開的。高空作業(yè)車其結(jié)構(gòu)緊湊、傳遞平穩(wěn)、操作輕便、舉升高，易于實現(xiàn)自動化控制；同時還具有機(jī)動靈活、轉(zhuǎn)移速度快的特點。它特別適于從事消防、搶險救災(zāi)、施工、安裝、維護(hù)等工作，廣泛應(yīng)用在電力、攝影、建筑、市政、機(jī)場、工廠、園林、住宅等場所。因此，近年來高空作業(yè)車發(fā)展很迅速，一舉成了市政及其他部門主要的高空作業(yè)機(jī)械。
我國高空作業(yè)車技術(shù)的研究與國外先進(jìn)水平相比還有一定的差距，還具有很大的研究空間，我們應(yīng)該加大力度的研究此方面以拉近我國與國外的差距；同時，通過此次畢業(yè)設(shè)計，我可以將自己以前所學(xué)運用到設(shè)計中來，鍛煉自己的動手能力和運用知識的綜合能力，對我各個方面的提高將會起到很大的作用，是一次鍛煉自己的很好的機(jī)會。
1.2國內(nèi)外研究狀況
1.2.1 國內(nèi)現(xiàn)狀
部分企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力較差：部分企業(yè)不重視產(chǎn)品的更新和新產(chǎn)品的開發(fā)，產(chǎn)品幾十年一貫制，品種規(guī)格單一、市場經(jīng)營范圍窄，使企業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量逐年下降，企業(yè)效益差。近幾年，國外高空作業(yè)機(jī)械產(chǎn)品紛紛進(jìn)入國內(nèi)，如芬蘭BRONTO公司、美國的JLG 、GENIN、UP-RIGHT, SNORKEI，SKYJACK等公司以及英國、意人利、丹麥的一些著名公司在國內(nèi)都相繼設(shè)立了辦事機(jī)構(gòu)，而且在大高度產(chǎn)品和特殊產(chǎn)品中仍然占有國內(nèi)主要市場，如高空絕緣作業(yè)車、蜘蛛式大高度作業(yè)平臺、自行式高空作業(yè)平臺等。這些進(jìn)口產(chǎn)品性能好、外觀美，價格與國內(nèi)產(chǎn)品相差不多，具有很強(qiáng)的競爭力。
缺乏高空作業(yè)車的專用底盤： 高空作業(yè)車是由汽車底盤改裝而成的，屬于工程車輛范疇，長期處于重載狀態(tài)，行駛距離短、車速慢，使用頻率不高。為便于在各種街道行駛，要求體積小、軸距短，又因其重心高，要求底盤大梁低。使用的底盤與一般貨車底盤有所不同，在汽車人梁兩側(cè)應(yīng)力集中處都進(jìn)行了加強(qiáng)，發(fā)動機(jī)功率比一般貨車大，輪胎小而載荷大，部分底盤大梁前高后低，其它部分也作了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。我國到目前為止還沒有高空作業(yè)車專用底盤，只能選擇一般貨車底盤。由于選擇范圍比較窄，給設(shè)計、選型帶來許多困難，同樣高度的高空作業(yè)車底盤往往比國外產(chǎn)品的底盤大一個檔次，造成車身寬、軸距長，使整車外型又大又高，行駛也不靈活。
專一業(yè)化生產(chǎn)水平低的小作坊式企業(yè)較多：國內(nèi)大部分企業(yè)以自主生產(chǎn)為主，專一業(yè)化生產(chǎn)水平很低，工藝落后、勞動生產(chǎn)率低。一些小公司、小作坊式企業(yè)紛紛生產(chǎn)高空作業(yè)機(jī)械，如在江蘇、廣東等地。一個地區(qū)就有數(shù)十家企業(yè)。這些小企業(yè)的產(chǎn)品產(chǎn)量少、質(zhì)量差、價格低，嚴(yán)重沖擊和影響著正常的市場銷售。
1.2.2 國外現(xiàn)狀
高空作業(yè)車在世界上已有近四十年的發(fā)展歷史，發(fā)展非常迅速，隨著世界整體工業(yè)水平及電子技術(shù)的大發(fā)展，技術(shù)水平提高很快，工業(yè)發(fā)達(dá)國家一般都有專門的研發(fā)機(jī)構(gòu)，并且擁有很大的跨國公司和集團(tuán)總營或兼營高空作業(yè)車，并形成了大批的配套件生產(chǎn)廠家?，F(xiàn)已形成了一個完整的專業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)、研發(fā)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(cè)重，如BRONTO側(cè)重于高空消防車系列，COLES側(cè)重于車載高空作業(yè)平臺等。高空作業(yè)車發(fā)展到現(xiàn)在，其作業(yè)高度最高已達(dá)到72米（BRONTO公司生產(chǎn)）。不僅在作業(yè)高度上取得了很大的發(fā)展 ，綜合現(xiàn)代工業(yè)水平的發(fā)展和應(yīng)用，高空作業(yè)車在各方面都取得了巨大的發(fā)展，可靠性，安全性，舒適性，操作的方便、簡單直接性等方面都有較大提高。由于電子計算機(jī)的普遍發(fā)展，機(jī)、電、液一體化研究的進(jìn)展，機(jī)械設(shè)計中更多地融入電子技術(shù)，國外各大公司競相采用電腦（電子）操作系統(tǒng)，提高整機(jī)性能，減少整機(jī)液壓元件的使用，降低整機(jī)體積及重量，提高操控的靈敏度，使機(jī)、電、液一體化的高空作業(yè)車的應(yīng)用漸趨完善和成熟 。
1.3 研究方向
課題開題之前，我查找大量的資料，發(fā)現(xiàn)高空作業(yè)設(shè)備主要有高空作業(yè)車（如圖1-1）、高空作業(yè)平臺（如圖1-2），高空作業(yè)平臺又分為自行式高空作業(yè)平臺和牽引式高空作業(yè)平臺。
圖1-1 高空作業(yè)車 圖1-2高空作業(yè)平臺
高空作業(yè)車是由升降臺和汽車配套改裝的高空作業(yè)設(shè)備。其升降臺利用車輛的直流電及引擎動力驅(qū)動升降。車輛本身具有行走功能，使得升降臺有更好的靈活性和機(jī)動性，提高了高空作業(yè)的工作效率，能適應(yīng)區(qū)域范圍廣、流動性大的高空作業(yè)。目前最高的達(dá)到了70多米。功能上也增加不少，比如增加照明設(shè)施，在載人的基礎(chǔ)上增加了起重機(jī)的功能等。
自行式高空作業(yè)平臺的動力來源為發(fā)動機(jī)和外部電源，和車載式高空作業(yè)平臺相比不能長途行走，只能在固定區(qū)域內(nèi)使用。和牽引車式高空作業(yè)平臺相比，自行式高空作業(yè)平臺具有自動行走的功能，移動不需要外部動力源，方便，快捷。其體積小可以在室內(nèi)和狹窄地區(qū)使用。
牽引式高空作業(yè)平臺的臂型結(jié)構(gòu)與車載式類似，作業(yè)范圍廣、配合牽引車可以長距離連續(xù)使用，由于體積較大適合在相對空曠的環(huán)境下作業(yè)。底盤結(jié)構(gòu)分為支腿型和無支腿型2種，支腿型的整機(jī)質(zhì)量相對較小，無支腿型則需要在底盤上增加一定數(shù)量的配重，所以整機(jī)重量大。底盤結(jié)構(gòu)比自行式高空作業(yè)車簡單，無發(fā)動機(jī)和自動轉(zhuǎn)功能。
由于高空作業(yè)設(shè)備向著功能全，作業(yè)范圍大、起升高度高、載重量大的趨勢發(fā)展，因此我這次畢業(yè)設(shè)計是設(shè)計高空作業(yè)車的工作裝置。
1.4高空作業(yè)車組成
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：
1.4.1工作機(jī)構(gòu)
工作機(jī)構(gòu)是為實現(xiàn)高空作業(yè)車不同的運動要求而設(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)運動稱為回轉(zhuǎn)。為實現(xiàn)高空作業(yè)車的回轉(zhuǎn)運動而設(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。
1.4.2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)的合理設(shè)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。
1.4.3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(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。
1.4.4控制系統(tǒng)
高空作業(yè)車控制系統(tǒng)是解決各機(jī)構(gòu)怎樣運動的問題。如動力傳遞的方向，各機(jī)構(gòu)運動速度的快慢，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)件實現(xiàn)動作。安全裝置包括各種傳感器、行程開關(guān)、報警器、液壓鎖止閥，用來檢測危險工況，保證工作安全。
第2章 高空作業(yè)車方案的確定
2.1動力傳動的方案確定
動力傳動裝置包括高空作業(yè)車各工作裝置的動力傳動部分，其要求有：對作業(yè)功能，在規(guī)定的載荷范圍內(nèi)，不論載荷大小，要求動力傳動裝置具有穩(wěn)定的工作轉(zhuǎn)速。在同一作業(yè)循環(huán)內(nèi)，工作裝置的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、舉升機(jī)構(gòu)等是正向和逆向運動交替進(jìn)行的。因此，要求能適應(yīng)運動方向的不斷改變。在作業(yè)過程中，各工作裝置的工作速度應(yīng)能隨作業(yè)進(jìn)度及時調(diào)整，且調(diào)速范圍大，如舉升機(jī)構(gòu)需要有很低的微動速度。
動力傳動有以下幾種型式：
①內(nèi)然機(jī)——機(jī)械傳動
這種傳動方式僅在用途單一的高空作業(yè)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)車多采用這種型式。動力源為汽車發(fā)動機(jī)，動力經(jīng)變速器傳出后，還要經(jīng)分動器、離合器、減速器、卷揚機(jī)、滑輪以及鋼絲繩等傳遞到工作裝置，傳動路線長，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。
②電力——機(jī)械傳動
這種傳動方式是利用外接電源或車載電源(蓄電池)，通過電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，再經(jīng)機(jī)械傳動裝置將動力傳遞到各工作裝置。由于電動機(jī)具有可逆轉(zhuǎn)性和在較大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速等特點，并且各機(jī)構(gòu)可由獨立的電機(jī)驅(qū)動，簡化了傳動和操縱機(jī)構(gòu)，而且噪聲小、污染少，適用在外接電源方便或流動性不大的場地作業(yè)。
③內(nèi)燃機(jī)——電力傳動
這種傳動力方式的路線是汽車發(fā)動機(jī)一發(fā)電機(jī)一電動機(jī)，然后帶動各工作裝置運轉(zhuǎn)。其優(yōu)點是利用直流電動機(jī)的優(yōu)良工作特性，使高空作業(yè)車獲得好的作業(yè)性能。但這套傳動裝置質(zhì)量較大，價格昂貴。
④內(nèi)燃機(jī)——液壓傳動
大部分高空作業(yè)車都采用這種傳動方式，它可充分利用液壓傳動的優(yōu)點，簡化傳動結(jié)構(gòu)，并且易于實現(xiàn)無級調(diào)速和運動方向的變換，傳動平穩(wěn)、操作簡單、方便、省力、能防止過載。液壓傳動的動力來自汽車發(fā)動機(jī)變速器通過取力器所輸出的動力，也有通過分動器的。通用汽車底盤汽車變速器有左取力口、右取力口和上取力口。高空作業(yè)車根據(jù)選用汽車底盤的取力口來安裝取力器。取力器有手動與氣動兩種操控方式。取力器及油泵、連接座、傳動軸組成取力裝置。
取力裝置如圖2-1所示。
2-1 取力裝置
綜上所述，我采用內(nèi)燃機(jī)——液壓傳動的動力傳動方案。
2.2底盤確定
我們采用的是EQ1101GLJ2底盤，取力器的離合采用推拉軟軸控制。工作機(jī)構(gòu)手柄分布在駕駛室。具體參數(shù)見表2-1。
表2-1 本系統(tǒng)高空作業(yè)車底盤參數(shù)
項目
單位
參數(shù)
底盤型號 EQ1101GLJ2
總質(zhì)量
4100
額定載質(zhì)量
Kg
kg
420
整備質(zhì)量
kg
3485
車輛長寬高
Mm
6700×1500×2550
軸距
mm
3360
接近角/離去角
°
23/14
發(fā)動機(jī)
?
東風(fēng)康明斯柴油環(huán)保發(fā)動機(jī) EQB160-20
排量/功率
ml/PS
3298 / 80
最高車速
km/h
80
2.3舉升機(jī)構(gòu)的方案確定
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(jī)構(gòu)只能在垂直方向上進(jìn)行運動。它的主要特點是結(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)型式應(yīng)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(jié)構(gòu)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，并且使設(shè)計過程復(fù)雜化。
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。
混合臂式高空作業(yè)車工作臂之間既有鉸接，也有伸縮，是折疊式和伸縮臂式高空作業(yè)車的結(jié)合，它綜合了兩種結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點，工作性能最好，但結(jié)構(gòu)也最為復(fù)雜。
根據(jù)以上敘述，由于我設(shè)計的高空作業(yè)車作業(yè)高度不高，因此，我采用折疊臂式的舉升機(jī)構(gòu)。
2.4回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的方案確定
高空作業(yè)車的轉(zhuǎn)臺可繞回轉(zhuǎn)中心作360°全周回轉(zhuǎn)。機(jī)架是斗臂式高空作業(yè)車必不可少的重要總成(一般臺架式高空作業(yè)車都不需回轉(zhuǎn))。轉(zhuǎn)臺上面連接工作臂、舉升機(jī)構(gòu)、工作斗、工作斗平衡機(jī)構(gòu)，通過液壓傳動，將人和物舉送到高空作業(yè)車工作空間范圍內(nèi)的任何位置；下面通過回轉(zhuǎn)支承，使高空作業(yè)車的上車與下車以滾動支承形式連接起來。將上車重量及工作載荷傳遞到副車架，進(jìn)而到汽車底盤的底架上。轉(zhuǎn)臺上安裝有回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)、回轉(zhuǎn)減速器、回轉(zhuǎn)支承構(gòu)成。高空作業(yè)車回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的工作速度必須很慢，所以它的傳動比要大，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的作用就是低速回轉(zhuǎn)并增大轉(zhuǎn)矩。
回轉(zhuǎn)減速器較常用的有三種形式：
①蝸輪蝸桿減速器
這種傳動方式有較大的傳動比，成本低，傳動穩(wěn)定，但傳動效率低，使用壽命短。
②擺線針輪減速器
這種傳動方式為少齒差行星減速，傳動比較大，傳動效率較高，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，自重輕，成本較高，使用壽命較長。
③兩級行星減速器
這種傳動方式傳動比大，傳動效率高，結(jié)構(gòu)亦緊湊，體積亦小，但成本高。
回轉(zhuǎn)減速器輸出小齒輪下置，與回轉(zhuǎn)支承齒圈嚙合，從而帶動轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)。
回轉(zhuǎn)支承是高空作業(yè)車承上啟下的大型滾動軸承。它的作用是連接與支承，可承受高空作業(yè)車工作的全部載荷：上車的自重，舉升載荷產(chǎn)生的力矩，風(fēng)載荷和回轉(zhuǎn)慣性力等，承受軸向、徑向和傾翻力矩。
回轉(zhuǎn)支承有多種結(jié)構(gòu)形式：單、雙排滾球式，單、雙排交叉滾柱式，單、多排滾球／滾柱式等；兩種傳動方式：外齒嚙合和內(nèi)齒嚙合。
滾球式的滾動體是鋼球，為四點線接觸，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，允許安裝中存在適當(dāng)?shù)恼`差。
交叉滾柱式的滾動體是圓柱形的滾柱，交叉90°排列，為面接觸，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，且壽命長，承載能力大，但需要較高的安裝精度和座圈剛度。
滾球式和滾校式回轉(zhuǎn)交承如圖2-2所示。
（a） 滾球式
（b） 滾珠式
圖2-2 滾球式和滾珠式回轉(zhuǎn)支承
考慮到設(shè)計要求，本系統(tǒng)采用行星減速器加上單排滾球式外嚙合的回轉(zhuǎn)支承。
2.5作業(yè)平臺及調(diào)平機(jī)構(gòu)的方案確定
高空作業(yè)車的工作平臺用于承載人和物，它主要由底板和防護(hù)欄桿構(gòu)成。底板下有L形托架，并在相應(yīng)部位裝設(shè)了連接座，以與工作臂鉸接。有的開設(shè)了可朝內(nèi)開的門或擋桿、檔鏈及踏腳，方便人員進(jìn)出。工作平臺一般采用普通管材、型材制作，或采用鋁合金管材、型材，減輕工作平臺自重，增加有效載荷。具有絕緣性能的工作平臺選用高絕緣材料玻璃鋼、增強(qiáng)塑料，往往將防護(hù)欄桿換成全周封閉的圍板，就像一個無蓋的箱籠。工作平臺的構(gòu)件具有可靠的強(qiáng)度和剛度，底板必須是防滑的，裝置保證平臺上人員的人身安全。
高空作業(yè)車的工作斗(平臺)在空間運動的軌跡是曲線，為了始終保持工作斗(平臺)的承載面與地面平行，配置了工作斗(平臺)平衡機(jī)構(gòu)。臺架式高空作業(yè)車的工作平臺在空間運動時基本是垂直升降，所以不必配置平衡機(jī)構(gòu)。
高空作業(yè)車的工作斗平衡機(jī)構(gòu)主要有以下幾種：
①自重調(diào)平機(jī)構(gòu)
如圖2-3自重調(diào)平機(jī)構(gòu)，其原理是將作業(yè)臂的頂端與作業(yè)平臺質(zhì)心鉛垂線上的一點鉸接，這樣使工作臂無論作什么運動、作業(yè)平臺始終處于鉛垂?fàn)顟B(tài)，其底平面能保持水平位置。但是這種機(jī)構(gòu)在舉力過程中由于慣性力的作用及作業(yè)人員的質(zhì)心不能與作業(yè)平臺的質(zhì)心完全重合、使作業(yè)平臺出現(xiàn)偏移和偏擺，減少了安全感，這種機(jī)構(gòu)已很少采用。
圖2-3 自重調(diào)平機(jī)構(gòu)示意圖 圖2-4 平行四連桿調(diào)平機(jī)構(gòu)示意圖
1-平臺 2-鉸軸 3-臂桿 1-回轉(zhuǎn)臺 2-下平行四邊形3-上平行四邊形 4-工作平臺
②平行四連桿調(diào)平機(jī)構(gòu)
平行四連桿調(diào)平機(jī)構(gòu)由一組或多組平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)組成，原理見圖2-4，調(diào)平機(jī)構(gòu)一端與工作平臺4相連，另一端與回轉(zhuǎn)臺1連接，上平行四邊形3和下平行四邊形2相連處的短邊固聯(lián)在一起，利用平行四邊形在變形過程中兩組對邊始終分別保持平行的原理，無論上臂如何升降，工作平臺始終保持水平狀態(tài)。其調(diào)平過程是連續(xù)的，具有調(diào)平可靠、同步性好的特點。缺點是平行四連桿機(jī)構(gòu)只能在臂桿外側(cè)布置，結(jié)構(gòu)不緊湊，由于平行四連桿的限制，臂桿之間的工作角度范圍小于180°。
③靜液壓調(diào)平機(jī)構(gòu)
靜液壓調(diào)平也稱為液壓伺服液壓缸調(diào)平，如圖2-5所示，主體部分由兩只結(jié)構(gòu)尺寸完全相同的調(diào)平液壓缸I和調(diào)平液壓缸Ⅱ組成。兩根液壓缸的無桿腔與無桿腔相連，有桿腔與有桿腔相連，能保證一只液壓缸伸長(縮短)一定長度，另一只液壓缸縮短(伸長)相同的長度。調(diào)平液壓缸I連接在回轉(zhuǎn)臺1與臂桿2之間，調(diào)平液壓缸Ⅱ連接在臂桿2與工作平臺3之間。當(dāng)臂桿變幅時，調(diào)平液壓缸I長度發(fā)生改變，與工作平臺相連的調(diào)平液壓缸Ⅱ發(fā)生相反方向的長度改變。調(diào)平液壓缸I伸長一段距離，ABC增加；調(diào)平液壓缸Ⅱ縮短相同的距離，A`B`C` 減少。合理設(shè)計ABC和A`B`C` 的邊長，A`B`C`減少的角度約等于ABC增加的角度，從而使工作平臺保持水平。兩只調(diào)平液壓缸組成閉環(huán)系統(tǒng)，不受外部系統(tǒng)的影響，為防止密封和接頭處泄漏影響工作平臺的調(diào)平性能，需在系統(tǒng)中安裝補油裝置。這種調(diào)平機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、精度高的特點，適用于伸縮臂式高空作業(yè)車。但存在滯后現(xiàn)象，且滯后現(xiàn)象隨著高度的增加而更加明顯。
圖2-5 靜液壓式調(diào)平機(jī)構(gòu)示意圖
1-回轉(zhuǎn)臺 2-臂桿 3-工作平臺 4-調(diào)平液壓缸 5-有桿腔連接油路 6-無桿腔連接油路7-調(diào)平液壓缸Ⅱ
④電液自動調(diào)平機(jī)構(gòu)
如圖2-6所示，電液自動調(diào)平機(jī)構(gòu)主要部件包括水平傳感器4、調(diào)平油缸1和電磁換向閥6。其中水平傳感器4安裝在工作平臺3上，當(dāng)工作平臺處于水平狀態(tài)時，水平傳感器輸出電流為零，當(dāng)工作平臺發(fā)生傾斜時，水平傳感器產(chǎn)生控制電流，電流的大小不隨工作平臺的傾斜角度變化而改變。根據(jù)工作平臺傾斜方向的不同，控制電流進(jìn)入電磁換向閥6的2個電磁線圈中的1個，使電磁換向閥工作，調(diào)平油缸1伸長或縮短，最終使工作平臺趨于水平。調(diào)平是不連續(xù)的，適用于上臂式和伸縮臂式高空作業(yè)車。
圖2-6 電液自動調(diào)平機(jī)構(gòu)示意圖
1-調(diào)平油缸 2-臂桿 3-工作平臺 4-水平傳感器 5-液壓鎖 6-電磁換向閥
從高空作業(yè)車向自動化的方向發(fā)展角度看，我采用電液調(diào)平機(jī)構(gòu)。
第3章 高空作業(yè)車工作裝置的設(shè)計
3.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計
高空作業(yè)車回轉(zhuǎn)支承裝置設(shè)計為01系列011.30.560型單排滾球外齒式軸承支承轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤外座圈設(shè)有內(nèi)齒圈，通過螺栓與回轉(zhuǎn)平臺法蘭連接，轉(zhuǎn)盤內(nèi)座圈未剖分式，通過螺栓固定在底架的支承圓盤上。
圖3-1 回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)示意圖（011.30.560）
所采用的單排滾球式軸承為四點接觸球式軸承，其回轉(zhuǎn)支承的受力與高空作業(yè)車工況有關(guān)，強(qiáng)度計算應(yīng)取最大當(dāng)量負(fù)荷工況為計算工況。
取典型的作業(yè)工況作為當(dāng)量負(fù)荷的計算工況：該典型計算工況即高空作業(yè)車處于最高作業(yè)位置時的受力情況,如圖3-2所示。
圖3-2 回轉(zhuǎn)支承當(dāng)量負(fù)荷計算工況
3.1.1回轉(zhuǎn)支承當(dāng)量負(fù)荷的計算
對單排四點接觸球式回轉(zhuǎn)支承，其當(dāng)量負(fù)荷由下式求出：
(N) （3-1）
式中：——滾道中心直徑，=0.560m；
——作用在回轉(zhuǎn)支承上的總軸向力，單位（N）
——作用在回轉(zhuǎn)支承上的總傾覆力矩，單位（N.m）
——在總傾覆力矩M作用平面內(nèi)的總徑向力，=0N
如圖3-1所示，取回轉(zhuǎn)支承上部為脫離體，對回轉(zhuǎn)支承中心O點取矩，則 （N.m） （3-2）
沿回轉(zhuǎn)中心軸線方向的合力為：
（N） （3-3）
式中：～——分別為下臂油缸、下臂、上臂油缸、作業(yè)斗及人、上臂和調(diào)平油缸重量，單位（N）
～——分別～為對回轉(zhuǎn)中心O取矩的力臂，單位（m）
k——回轉(zhuǎn)支承工作條件系數(shù)，取k=1.4。
以上重力或挖掘阻力與相應(yīng)的力臂列表如下：
表3.1 重力與力臂相應(yīng)列表
作用力
N
300
9800
300
2000
9400
180
力臂
m
0.1
0.63
0.95
0.8
0.46
0.14
將上述已知參數(shù)分別代入（3-1）式、（3-2）式、（3-3）式，即可分別求出M、和:
當(dāng)量負(fù)荷為：
3.1.2回轉(zhuǎn)支承與轉(zhuǎn)臺骨架之間螺栓組的強(qiáng)度校核
由于此處為螺栓組聯(lián)接，因此必須按螺栓組受力情況來計算。
螺栓個數(shù)為Z=10，
螺栓直徑
所用材料
所受的傾覆力矩為
螺栓組呈圓形分布，其分布圓直徑為626mm
校核所受的傾覆力矩
螺栓中受力最大的螺栓所受的力
螺栓所受的應(yīng)力為:
因為＞，所以滿足要求。
3.1.3回轉(zhuǎn)支承負(fù)荷能力計算
由于高空作業(yè)車的回轉(zhuǎn)支承是低速回轉(zhuǎn)支承，故不考慮滾動和滾道抗疲勞裂紋的負(fù)荷能力，而只校核其回轉(zhuǎn)支承靜容量負(fù)荷能力。
對單排四點接觸球式回轉(zhuǎn)支承，其靜容量按下式計算：
(N) （3-4）
式中——靜容量系數(shù)（Kgf/m2）取=3.5 Kgf/m2（滾道表面硬度為HRC=55）
——滾動體直徑（mm），=25mm
——滾動體總數(shù)，Z=77
α——滾動體與滾道的接觸角，α=45o
由（3-4）式可算出回轉(zhuǎn)支承靜容量負(fù)荷能力：
計算結(jié)果表明： ＜ 滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承承載能力足夠
3.1.4回轉(zhuǎn)齒輪強(qiáng)度校核
轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)齒輪為開式齒輪，且傳動比大，轉(zhuǎn)速低，顯然其主要破壞形式為疲勞彎曲破壞，故只需對驅(qū)動小齒輪做彎曲強(qiáng)度驗算。
直齒圓柱齒輪齒根彎曲應(yīng)力計算公式，計算最大彎曲應(yīng)根據(jù)力即:
(MPa) （3-5）
式中：—— 運轉(zhuǎn)中在分度圓上出現(xiàn)的最大圓周嚙合力（KN）
式中：——油馬達(dá)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的額定輸出扭矩，=1.5KN.m
m——齒輪模數(shù)，m=5mm
Z——小齒輪齒數(shù)，Z=12
q——齒形系數(shù)。根據(jù)變位系數(shù)X=+0.15，齒數(shù)Z=12，由曲線圖查得q=3
b——齒寬，b=45mm
e——影響載荷系數(shù)，取e=1.25
將上述參數(shù)代入（3-5）式得：
齒根疲勞極限應(yīng)力，由下式求出:
= （MPa） （3-6）
式中 ——壽命系數(shù)，有壽命系數(shù)圖查的：=1.9
——尺寸系數(shù)，由尺寸系數(shù)圖查得：=1
——相對應(yīng)力集中系數(shù)，由系數(shù)圖查得：=0.88
——彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)，由表查得：=1.5
由（3-6）式計算得：
=525×1.9×1/0.88×1.5=755.67MPa
計算結(jié)果表明：，齒根抗彎強(qiáng)度足夠。
3.2舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計
本系統(tǒng)的舉升機(jī)構(gòu)是由兩個動臂組成，即下臂和上臂。下臂的下端鉸接在回轉(zhuǎn)臺上，由下臂液壓缸驅(qū)動；上臂的下端與下臂的上端鉸接，由上臂液壓缸驅(qū)動；上臂的一端與作業(yè)斗鉸接，且其上還有一個調(diào)平油缸，使作業(yè)斗保持水平。
3.2.1確定下臂和上臂的長度
本系統(tǒng)的舉升機(jī)構(gòu)在鉛垂平面內(nèi)的運動范圍為：下臂相對于回轉(zhuǎn)臺為0°-80°；上臂相對于下臂為0°-100°。
圖3-3 上下臂簡圖
本系統(tǒng)的高空作業(yè)車最大作業(yè)高度要達(dá)到10m，由于回轉(zhuǎn)臺鉸點到地面的距離有1.5m，因此下臂和上臂能舉起8.5m就可以了。
據(jù)圖3-3有：
考慮到上臂末端須安裝作業(yè)斗，且參考同類產(chǎn)品，可得：
由上兩式可得：下臂長度 上臂長度
3.2.2確定上臂上的鉸點
圖3-4 求上臂鉸點簡圖
考慮到安裝位置以及能使高空作業(yè)車伸到最高，取。具體計算中F可以看成在DE的延長線上，則：
圖3-4中EF表示上臂油缸，虛線表示油缸能把上臂推到的極限位置，根據(jù)油缸的行程規(guī)律可知：
根據(jù)三角形的余弦定理可得：
由以上三式可解得：油缸在上臂上的距離。
3.2.3確定下臂上的鉸點
實際中高空作業(yè)車的回轉(zhuǎn)臺總比車頭矮一些，因此，下臂縮回時不可能保持水平，本系統(tǒng)取下臂縮回時與水平面成3°。而回轉(zhuǎn)臺上的上臂油缸的鉸點位置一般在下臂鉸點下方45°的方向上，參考同類產(chǎn)品并考慮安裝的尺寸要求取。
圖3-5 求下臂鉸點簡圖
圖3-5中BC表示下臂油缸，虛線表示油缸能把下臂推到的極限位置，根據(jù)油缸的行程規(guī)律可知：
根據(jù)三角形的余弦定理可得以下兩式：
由以上三式可解得：油缸在下臂上的距離。
3.2.4下臂和上臂的主要尺寸和結(jié)構(gòu)
下臂和上臂為主要受力構(gòu)件，受彎曲和拉壓聯(lián)合作用。為獲得較大的強(qiáng)度和剛度，一般采用薄壁箱形結(jié)構(gòu)。16Mn是低合金結(jié)構(gòu)鋼,它具有良好的綜合力學(xué)性能、焊接性能良好。本系統(tǒng)臂架采用四塊16Mn鋼板對接而成，如圖3-6所示。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，獲得漸近的等強(qiáng)度受力狀態(tài)。
圖3-6 上下臂截面圖
初步設(shè)計下臂的截面尺寸為：。
考慮到上臂與下臂的安裝要求，設(shè)計上臂的截面尺寸為：。
16Mn鋼
上下臂的具體結(jié)構(gòu)如圖3-7和3-8所示:
圖3-7 上臂結(jié)構(gòu)
圖3-8 下臂結(jié)構(gòu)
3.2.5上臂和下臂的受力分析及強(qiáng)度校核
此兩臂主要受三種力：支反力、油缸給的反力、重力。在進(jìn)行兩臂的強(qiáng)度校核時,必須先找到其受力情況最惡劣的位置進(jìn)行受力分析。當(dāng)下臂處于最大角度且上臂處于水平位置時，兩臂的受力狀況最惡劣。如圖3-9。
圖（3-9）
（1）先分析上臂
分析時需對上臂進(jìn)行簡化為力學(xué)模型如圖3-10,從圖中可以看出上臂受彎矩和拉伸的組合變形。
圖3-10 上臂力學(xué)模型
根據(jù)三角形的正弦定理先求出：
解得：
求F：
據(jù)，
可得：F=63771N
求O點支點反力：
據(jù)，
可得：
據(jù)，
可得：
根據(jù)支點反力可以畫出彎矩圖和軸力圖：
圖3-11 彎矩圖
圖3-12 軸力圖
從圖3-11和圖3-12可知，在C截面上臂受力最大，須選擇C截面進(jìn)行強(qiáng)度校核：
C截面的抗彎截面系數(shù)：
C截面的面積：
C截面的最大應(yīng)力：
< ，因此，上臂的強(qiáng)度符合要求。
（2）再分析下臂
分析時需對上臂進(jìn)行簡化為力學(xué)模型如下圖,從圖中可以看出上臂受彎矩和拉伸的組合變形。
圖3-13 下臂力學(xué)模型圖
為了方便畫彎矩圖和軸力圖還須將圖3-13旋轉(zhuǎn)為水平狀態(tài)，如下圖：
圖3-14 下臂力學(xué)模型圖
根據(jù)三角形的正弦定理先求出：
解得：=15°
求：
據(jù)，
可得：
求A點支點反力：
據(jù)，
可得：
據(jù)，
可得：
根據(jù)支點反力可以畫出彎矩圖和軸力圖：
圖3-15 彎矩圖
圖3-16軸力圖
從圖3-15和圖3-16可知，B、C、D截面下臂受力都較大，須分別求出B、C、D截面的應(yīng)力，取較大值進(jìn)行強(qiáng)度校核：
B、C、D截面的抗彎截面系數(shù)：
B、C、D截面的面積：
B截面的最大應(yīng)力：
C截面的最大應(yīng)力：
D截面的最大應(yīng)力：
因此，下臂的最大應(yīng)力在C截面：
由于< ，因此，上臂的強(qiáng)度符合要求。
3.3調(diào)平機(jī)構(gòu)的設(shè)計
作業(yè)平臺電控調(diào)平系統(tǒng)的特點是所有環(huán)節(jié)均可設(shè)在平臺上，調(diào)平機(jī)構(gòu)簡單，使調(diào)平的可靠性進(jìn)一步提高。特別是對于臂架結(jié)構(gòu)復(fù)雜、作業(yè)高度較高的作業(yè)平臺，更能顯出其優(yōu)勢；電控調(diào)平系統(tǒng)組成參見圖3-17。在這一系統(tǒng)中，從實用的角度出發(fā)，電液換向閥可選用開關(guān)閥或比例閥，這兩種閥的抗油液污染能力較強(qiáng)。本系統(tǒng)選用開關(guān)閥，角位移傳感單元是角位移傳感開關(guān)，放大器就是開關(guān)控制電路。
圖3-17 電控調(diào)平系統(tǒng)框圖
3.3.1 直線角位移傳感開關(guān)工作原理
圖3-18所示是由微動開關(guān)組成的直線角位移傳感開關(guān)示意圖。在重力的作用下，重錘使擺桿保持垂直，擺輪不動。當(dāng)所測平面傾斜時，調(diào)平開關(guān)l與擺輪的位置發(fā)生變化，使遠(yuǎn)離擺桿的調(diào)平開關(guān)動作，發(fā)出開關(guān)量電信號。改變開關(guān)在擺輪圓周上的位置，就可以改變動作角度。重錘應(yīng)有足夠的重量，以保證開關(guān)可靠動作。
1-擺輪、擺桿及重錘 2-調(diào)平開關(guān) 3-螺栓 4-銷軸
圖3-18 直線角位移傳感開關(guān)
3.3.2 開關(guān)閥調(diào)平電路的設(shè)計
圖3-19所示是微動開關(guān)控制的調(diào)平電路。XK1 和XK2 就是圖2中的調(diào)平開關(guān)，當(dāng)平臺向里傾斜且達(dá)到規(guī)定的角度時，XK2閉合，繼電器YV2得電，開關(guān)閥“外側(cè)”線圈得電，隨即開始調(diào)平，調(diào)平結(jié)束后，電路恢復(fù)圖示狀態(tài)；當(dāng)平臺向外側(cè)傾斜時亦然。若微動開關(guān)觸點容量足夠，可將繼電器及其續(xù)流二極管省去。
圖3-19 作業(yè)平臺（開關(guān)閥）調(diào)平電路
第4章 高空作業(yè)車液壓系統(tǒng)設(shè)計
4.1高空作業(yè)車的液壓系統(tǒng)設(shè)計
我此次設(shè)計的高空作業(yè)車行駛部分為機(jī)械傳動，其他工作機(jī)構(gòu)均為液壓傳動。原動機(jī)為底盤發(fā)動機(jī)。其液壓系統(tǒng)原理如圖4-1所示。該液壓系統(tǒng)為開式變量系統(tǒng)，分為油源、下車油路、上車油路三大部分。動力源為油泵排出的壓力油，可按需要分別單獨給下車油路或上車油路供油。
圖4-1 高空作業(yè)車液壓原理圖
1-調(diào)平油缸 2-支腿水平油缸 3-支腿垂直油缸 4-液壓鎖 5-下臂油缸 6-上臂油缸7-平衡閥 8-回轉(zhuǎn)馬達(dá) 9-梭閥 10-安全閥 11-上車多路閥 12-雙聯(lián)葉片泵
13-過濾器 14-溢流閥 15-下車多路閥 16-壓力表 17-三位四通電磁閥
下車油路為支腿油路，由支腿操縱閥、支腿水平伸縮油缸、支腿垂直升降油缸組成。支腿操縱閥采用一個先導(dǎo)式溢流閥(安全閥)，一個三位六通換向閥(選擇閥、彈簧復(fù)位)和四個三位四通換向閥(操縱閥、彈簧復(fù)位)組成。泵開啟，當(dāng)選擇閥操縱桿處于中位時，壓力油從P口進(jìn)，經(jīng)選擇閥V口進(jìn)入上車油路。支腿動作時，首先可分別或同時操控操縱閥，操縱閥都處于下位，再操控選擇閥也處于下位，支腿水平伸縮油缸同時伸出；反之，則縮回。同理，操縱閥都處于上位，再操控選擇閥處于下位，支腿垂直升降油缸伸出；反之，則縮回。單獨調(diào)整某支腿水平伸縮油缸或支腿垂直升降油缸，只需操控其對應(yīng)的操縱閥桿處于相應(yīng)位置，再操控選擇閥桿即可。
支腿油路工作時，支腿伸出，應(yīng)先伸出支腿水平伸縮油缸，后伸出支腿垂直升降油缸；支腿縮回，應(yīng)先收支腿垂直升降油缸，再收支腿水平伸縮油缸。支腿伸縮完畢，選擇閥桿必須回復(fù)中位。
支腿垂直升降油缸上都安裝了液壓鎖。它能使支腿垂直升降油缸在任意位置停留并鎖緊，其結(jié)構(gòu)和原理如圖4-2所示。
支腿鎖由閥體、兩個帶外伸桿的控制活塞和一對錐閥式單向閥組成。油口A、B接通換向閥的壓力油口和回油口，油口C、D接通支腿垂直升降油缸的無桿腔和有桿腔。當(dāng)操控?fù)Q向閥時，壓力油從B口進(jìn)入支腿鎖，打開左單向閥，從D口進(jìn)入支腿垂直升降油缸無桿腔，同時通過控制活塞打開右單向閥，使支腿垂直升降泊缸有桿腔油流從C口通過A口接通回油，活塞桿伸出；反之，活塞桿縮回。
圖4-2 液壓鎖
閥恢復(fù)中位時，單向閥復(fù)位，封閉油路，支腿垂直升降油缸上的載荷越大，鎖緊程度越高，可靠地防止了活塞桿自動縮回，同時也能防止高空作業(yè)車行駛或停放時，支腿自動下落。
上車油路包括變幅、下臂伸縮、上臂伸縮回轉(zhuǎn)、工作斗調(diào)平等基本油路。各油路的供油、換向、停止都分別由對應(yīng)的換向閥操控。換向閥內(nèi)設(shè)溢流閥。換向閥為手控。
變幅、下臂伸縮、上臂、上臂伸縮油路通常是由油缸來完成所規(guī)定的動作。操控其對應(yīng)的換向閥閥桿，油道連通。油泵排出的壓力油打開平衡閥的單向閥進(jìn)入油缸無桿腔，使臂起、伸、折，油缸回油經(jīng)另—油道流回油箱。反向操控，則壓力油進(jìn)入油缸有桿腔，使臂、落、縮、疊。
變幅、伸縮、折疊油路都必須裝設(shè)平衡閥。平衡閥由單向閥與溢流閥組合而成。變幅、伸縮、折疊油缸在下降的過程中，由于載荷或白重力的作用，速度越來越快，以致失控，為可靠地控制下降速度，必須采取限速措施，加裝平衡閥。
回轉(zhuǎn)油路由液壓馬達(dá)來執(zhí)行回轉(zhuǎn)工況。馬達(dá)裝有平衡限速、制動緩沖和補油等綜合機(jī)能的雙向緩沖閥。雙向緩沖閥從相反的方向并聯(lián)在液壓馬達(dá)的進(jìn)出油路上，在制動過程中，當(dāng)一側(cè)油路過載，而另一側(cè)油路產(chǎn)生負(fù)壓時，相應(yīng)的緩沖閥立即打開，形成短路，使進(jìn)回油路自行循環(huán)，防止了液壓馬達(dá)回油路壓力突然升高帶來的沖擊和進(jìn)油路因負(fù)壓產(chǎn)生的汽蝕現(xiàn)象?；剞D(zhuǎn)油路上還裝設(shè)有梭閥，以控制制動器的離合。
4.2 上臂液壓缸的設(shè)計
根據(jù)運動要求，確定下臂液壓缸為雙作用單桿活塞液壓缸；選擇液壓缸安裝方式采用耳環(huán)型。
當(dāng)高空作業(yè)車下臂伸到最高位置，上臂處于水平位置時，上臂液壓缸受最大負(fù)載，根據(jù)上章知液壓缸活塞桿上的最大外部載荷
則：
式中：——液壓缸機(jī)械效率，一般取0.90—0.95，此處取=0.92
計算液壓缸主要結(jié)構(gòu)尺寸：
一般情況下，液壓缸在受壓狀態(tài)下工作，其活塞面積為：
式中：——液壓缸無桿腔活塞有效作用面積為；
——液壓缸有桿腔活塞有效作用面積為；
——液壓缸工作腔壓力，按《機(jī)械設(shè)計手冊》表23.4-3，取16；
——液壓缸回油腔壓力，即背壓力。根據(jù)系統(tǒng)工作情況并參照《機(jī)械設(shè)計手冊》表23.4-4選取=0.5
D——活塞直徑（m）
d——活塞桿直徑（m）
令并參照《機(jī)械設(shè)計手冊》表23.4-5選取=0.7，則
=
按《機(jī)械設(shè)計手冊》表23.4-7，取標(biāo)準(zhǔn)值。
則：
按《機(jī)械設(shè)計手冊》表23.4-7， 取標(biāo)準(zhǔn)值。
假設(shè)下臂液壓缸無桿腔活塞運動速度
則液壓缸工作時所需流量：
取，支腿完全伸出所需時間
4.3 下臂液壓缸的設(shè)計
根據(jù)運動要求，參照《機(jī)械設(shè)計手冊》表23.6-39，確定下臂液壓缸為雙作用單桿活塞液壓缸；按照《機(jī)械設(shè)計手冊》表23.6-40，選擇液壓缸安裝方式采用耳環(huán)型。
當(dāng)高空作業(yè)車下臂水平，上臂處于最大角度時，下臂液壓缸受最大負(fù)載，其受力簡圖如下圖所示：
圖4-3 求下臂液壓缸負(fù)載圖
據(jù)，
可得液壓缸活塞桿上的最大外部載荷
則
式中：——液壓缸機(jī)械效率，一般取0.90—0.95，此處取=0.92
計算液壓缸主要結(jié)構(gòu)尺寸：
一般情況下，液壓缸在受壓狀態(tài)下工作，其活塞面積為：
式中：——液壓缸無桿腔活塞有效作用面積為；
——液壓缸有桿腔活塞有效作用面積為；
——液壓缸工作腔壓力，取16；
——液壓缸回油腔壓力，即背壓力。根據(jù)系統(tǒng)工作情況選取=0.5
D——活塞直徑（m）
d——活塞桿直徑（m）
令選取=0.7，則
=
按《機(jī)械設(shè)計手冊》表23.4-7，取標(biāo)準(zhǔn)值。
則：
按《機(jī)械設(shè)計手冊》表23.4-7， 取標(biāo)準(zhǔn)值。
假設(shè)下臂液壓缸無桿腔活塞運動速度
則液壓缸工作時所需流量：
取，支腿完全伸出所需時間：
4.4 液壓泵的選擇
①確定系統(tǒng)液壓泵的最大工作壓力
式中：——液壓缸或液壓馬達(dá)最大工作壓力，取16；
——從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達(dá)入口之間總的管路損失。本系統(tǒng)屬于管路簡單，流速不大的，一般取=（0.2-0.5）,本處取=0.4。
故： =16+0.3=16.4
②確定液壓泵的流量
本系統(tǒng)為多液壓缸同時工作，液壓泵的輸出流量應(yīng)為：
式中：——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取=1.1-1.3，此處取=1.2；
——同時動作的液壓缸或液壓馬達(dá)的最大總流量。
則： =
③選擇液壓泵的規(guī)格
參照《機(jī)械設(shè)計手冊》表23.5-27，選取由榆次液壓件廠生產(chǎn)的PEFD-4131029/016型雙聯(lián)葉片泵，其具體參數(shù)如下：
前泵排量 29.3 后泵排量 16.5 前泵額定壓力 21 后泵額定壓力 21
前泵輸出流量 34 后泵輸出流量 16
前泵驅(qū)動功率 17 后泵驅(qū)動功率 10
轉(zhuǎn)速范圍 800-2500
4.5 液壓元件的選擇
選擇液壓元件主要根據(jù)液壓元件的工作壓力和通過元件的流量。本系統(tǒng)工作壓力在16MPa左右，所以液壓元件都選用高壓元件。所選液壓元件的規(guī)格型號見表4-1。
表1-1 液壓元件規(guī)格及型號
序號
名稱
選用規(guī)格
生產(chǎn)商
1
調(diào)平油缸
自制
2
支腿水平油缸
自制
3
支腿垂直油缸
自制
4
液壓鎖
SYS-B10
無錫昌林自動化科技有限公司
5
下臂油缸
自制
6
上臂油缸
自制
7
平衡閥
CCB6
余姚華隆液壓機(jī)械廠
8
回轉(zhuǎn)馬達(dá)
9
梭閥
KS-10
無錫昌林自動化科技有限公司
10
安全閥
YF3-E10B
上海超眾液壓氣動設(shè)備廠
11
上車多路閥
ZS1-L10
四川長江液壓件廠
12
雙聯(lián)葉片泵
PEFD-4131029/016
榆次液壓件廠
13
過濾器
XU-B50x100
無錫昌林自動化科技有限公司
14
溢流閥
YF3-E10B
上海超眾液壓氣動設(shè)備廠
15
下車多路閥
ZS1-L10
四川長江液壓件廠
16
壓力表
KF3-EA10B
無錫昌林自動化科技有限公司
17
三位四通電磁閥
34EF-10B
無錫昌林自動化科技有限公司
4.6管道尺寸的確定
①管道內(nèi)徑計算
式中： ——通過管道內(nèi)的流量；
——管內(nèi)允許流速，參照《機(jī)械設(shè)計手冊》表23.4-10選取=。
則： =
參照《機(jī)械設(shè)計手冊》表23.9-2，可取鋼管公稱通徑，外徑的管子。
②管道壁厚的計算
管道壁厚的計算公式為：=
式中： ——管道內(nèi)最高工作壓力，此處取=16；
——管道內(nèi)徑；
——管道材料的許用應(yīng)力，選擇管道材料為鋼，其許用應(yīng)力為100-110，此處取=
則： =，選取=
4.7 油箱容量的確定
油箱容量經(jīng)驗公式為
式中：——液壓泵每分鐘排出壓力油的容積；
——經(jīng)驗系數(shù)，選取=10
則： =。
第5章 高空作業(yè)車操作方法及使用說明
高空作業(yè)車是當(dāng)代先進(jìn)的物種機(jī)械設(shè)備。只要正確使用，安全得到保證。但操作不妥或安全措施未落實，它又是一種十分危險的主空作業(yè)規(guī)程，物制定如下行為規(guī)范。
①.行車
1、汽車駕駛員必須持有大客車行車執(zhí)照。
2、輔加變速箱必須脫離液壓油泵。
3、注意橋梁、隧道通行高度。
4、車速一般不超過30公里/小時，郊區(qū)不超過40公里/小時。
5、作業(yè)斗（平臺）內(nèi)謝絕滯留人員。
②.作業(yè)
1、停車位置選擇應(yīng)是堅實地面，整車傾斜度不大于3°，并開啟警示閃燈。
2、作業(yè)高度與風(fēng)力（鮑福特）；
風(fēng)力 6級及以下適宜高度10米以下作業(yè)；
風(fēng)力 5級能以下適宜高度11~20米以下作業(yè)；
風(fēng)力 4級及以下適宜高度21~30米以下作業(yè)。
3、起動油泵，踩下汽車離合器，拉上手剎車，變速箱掛空擋，扳動液壓油泵離合 拉桿，使液壓油 泵處于工作狀態(tài)。
4、液壓油泵運轉(zhuǎn)2~5分鐘后，方可操縱各動作手柄。
5、高空作業(yè)車的操作，應(yīng)經(jīng)培訓(xùn)并持有操作上崗證人員負(fù)責(zé)。
6、操作人員要精神集中，防止誤操作并嚴(yán)格禁酒后作業(yè)。
7、首先放下支腿，必要時在支腿掌下放本墊，確保車輛處于水平狀態(tài)。
8、操作手柄時要平穩(wěn)，切勿急速迅猛，以免導(dǎo)致作業(yè)臂慣性擺動過大及意外事故 。
9、要嚴(yán)格按照設(shè)備規(guī)定的技術(shù)參數(shù)及作業(yè)范圍作業(yè)。
10、作業(yè)斗（平臺）上工作人員要系好安全帶。
11、升降作業(yè)斗（平臺）時，應(yīng)使上下臂交替動作，以保證作業(yè)斗（平臺）處于最佳升幅半徑狀態(tài) ，嚴(yán)禁將作業(yè)臂作其它用途。
12、作業(yè)時，操作人員要注意斗（平臺）、臂與高低壓導(dǎo)線、電話線及建筑物、大樹、廣告牌、燈 飾等物的安全距離。
13、當(dāng)值司機(jī)，負(fù)責(zé)地面并注意往來車輛的安全防護(hù)工作。
14、使用作業(yè)高度25米以上作業(yè)車，除設(shè)置好安全標(biāo)志及護(hù)欄外，地面監(jiān)護(hù)人除司機(jī)外，還要設(shè)1-2人專責(zé)加強(qiáng)監(jiān)護(hù)。
15、作業(yè)過程中，若發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)有異音或突然外漏油液，應(yīng)即停止工作，待檢查或修復(fù)后，方可 繼續(xù)工作。
16、液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，作業(yè)臂不能動作時，應(yīng)設(shè)法使作業(yè)斗（平臺）上工作人員安全撤離，并通 知專業(yè)維修人員處理。
17、作業(yè)完畢，作業(yè)斗（平臺），作業(yè)臂復(fù)位，收起支腿，并脫開液壓油泵，松開手剎車，方可起 動行車。
結(jié) 論
經(jīng)過近三個月的努力，我終于完成了我的畢業(yè)設(shè)計。我本次畢業(yè)設(shè)計的課題是高空作業(yè)車工作裝置的設(shè)計，屬于工程機(jī)械的范疇。所以，涉及到的知識除了大學(xué)四年所學(xué)的機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)知識以外，還包括許多工程機(jī)械方面的知識。因此本次設(shè)計不僅是我對以前的知識的一種鞏固，也是我專業(yè)知識的拓展，使我學(xué)會將所學(xué)知識融會貫通。
設(shè)計之初，通過在圖書館和上網(wǎng)查詢資料，使我基本上了解到當(dāng)前高空作業(yè)車的市場，國際上的大體形勢格局以及中國在其中所占的地位，同時也了解到高空作業(yè)車的基本結(jié)構(gòu)和性能，從而確定出總體的設(shè)計方案。
本次設(shè)計的重點是回轉(zhuǎn)裝置、舉升機(jī)構(gòu)和調(diào)平機(jī)構(gòu)的設(shè)計；其次，我還對高空作業(yè)車的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計。通過設(shè)計計算，最終設(shè)計選定高空作業(yè)車回轉(zhuǎn)支承為01系列013.30.560型單排滾球式軸承支承轉(zhuǎn)盤，舉升機(jī)構(gòu)采用折疊臂式，調(diào)平機(jī)構(gòu)采用電液自動調(diào)平。并經(jīng)計算證明符合設(shè)計需要要求。
最后是對高空作業(yè)車工作裝置的零件設(shè)計，主要包括回轉(zhuǎn)平臺的設(shè)計、動臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計和校核。
整個設(shè)計在老師的指導(dǎo)和同學(xué)幫助下，還算是較圓滿地完成了任務(wù)?？傊?，在此次設(shè)計中，我收益匪淺。
致 謝
經(jīng)過3個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于知識和經(jīng)驗的匱乏，在設(shè)計中難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。
在此，我要感謝跟我一起畢業(yè)設(shè)計的同學(xué)，在我設(shè)計時給了我很大的幫助，如果沒有他們的幫助，我的畢業(yè)設(shè)計也不會這么順利的完成。
最后，真心的感謝對我大學(xué)四年來所有的老師，是你們?yōu)槲业脑O(shè)計打下了專業(yè)知識的基礎(chǔ)。同時大學(xué)四年的辛勤栽培！
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