【正文】 （ 21） 式中： a—— 支腿橫向跨距（ m）； G1—— 轉(zhuǎn)臺重力（ N）； G2—— 底盤重力（ N）； Gb—— 臂架重力（ N）； q—— 作業(yè)平臺重力（ N）； Q—— 作業(yè)平臺的 額定 載荷（ N）； L1—— 轉(zhuǎn)臺重力中心至回轉(zhuǎn)中心的距離（ m）； r—— 臂架重力中心至回轉(zhuǎn)中心的距離（ m）； R—— 作業(yè)半徑（臂幅）（ m）。 支腿水平外套由高強度合金鋼冷拉無縫型材制作，副梁是由高強度鋼板經(jīng)冷彎后焊接 而成的箱式結(jié)構(gòu)，從而保證了支撐機構(gòu)的安全性和可靠性。 X 型支腿結(jié)構(gòu) 如圖 219 所示， 可有效避開施工場地障礙物，在場地受限的狹窄場所也能靈活快速 地 自由伸縮。支腿形式通常采用圖 218 的 H 型或圖 219 的 X 型 。 剛性支撐三種支撐方式中三點支撐 能夠方便的實現(xiàn)平臺自動調(diào)整，但因為武漢理工大學碩士學位論文 27 支撐點少， 其穩(wěn)定性及抗傾覆能力太差， 為此必須盡量增大三個支撐點之問的跨距 ；而 在同樣的空問內(nèi)，四點 以上 支撐的抗傾覆力矩 (穩(wěn)定矩 )遠大于三點支撐的抗傾覆力矩 ， 所以一般選用四點或六點支撐。 3）彈性支撐是指登高平臺救援消防車用前后車輪支撐于地面，工作時的載荷通過前、后車輪傳給地面。 調(diào)平系統(tǒng)支腿支撐分為剛性支撐、半剛性 支撐、彈性支撐三種支撐方式。副梁的截面尺寸取決于專用汽車的種類及所受載荷的大?。桓拱宓暮穸葹楦绷汉穸鹊?70%以上，長度可視所受載荷的大小及受載面長短而定。在副車架兩側(cè)焊有 U 形板，通過 U 形螺栓將主、副車架緊固在一起。 圖 213 止推連接板 武漢理工大學碩士學位論文 25 c． U 形螺栓 連接 當選用其他連接裝置有困難時，可采用 U 形夾緊螺栓 ， 但在車架受扭轉(zhuǎn)載荷最大 的區(qū)域內(nèi) 不允許采用 U 形螺栓。一般布置 方式為： 在后懸架前支座前用連接支架連接，在后懸架前支座后用止推連接板連接。柔性連接方式首推支架連接，其次是彈性元件連接， U 形螺栓連接作為柔性連接的輔助連接方式。 （ 2）主車架與副車架的連接 副車架與車架之間不允許加任何中間層，副車架直接放在車架縱梁上，必須保證主、副車架的連接強度，從而保證車輛重心穩(wěn)定和橫向穩(wěn)定性。 c．橫梁同時與縱梁的腹板及上翼板或下翼板相連 如 圖 211(c)所示，該 連接方式兼有以上兩 種方式連接的特點 ， 但作用在縱梁上的力直接傳遞到橫梁上 ， 對橫梁的強度要求較高。 1縱梁 2連接板 3橫梁 圖 210 縱梁與橫梁的連接方式 a．橫梁與縱梁上下翼板連接 如 圖 211(a)所示， 該連接方式 有 利于提高縱梁的抗扭剛度 ，其 缺點是當車架產(chǎn)生較大扭轉(zhuǎn)變形時 ， 縱梁上下翼面應力將大幅增加 ， 易引起縱梁上下翼面的早期損壞。 車架末端 圖 27 對角線支承方式 ③ 增加 一種中央扭力管并設計相應結(jié)構(gòu)的副車架，見圖 28 所示。 （ 2） 副車架 尺寸 由于副車架上 水罐和回轉(zhuǎn)機構(gòu) 位置受力較大， 為提高 這些 區(qū)域的抗扭性，也可以使 用 以下三種方式進行加固。 橫梁設計 橫梁的主要作用在于連接左、右二縱梁而構(gòu)成一完整的框架，以保證車架具有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度， 登高平臺 救援消防車 車架 一般需 裝 5~6 根 U 形截面材料的 橫梁 。 表 23 載貨汽車依公路運行時廠定最大總質(zhì)量（ GA） 分類 微型貨車 輕型貨車 中型貨車 重型貨車 GA≤1． 8 噸 1． 8 噸＜ GA≤6噸 6． 0 噸＜ GA≤14噸 GA＞ 14 噸 在選定板料厚度為 t 的情況下，縱梁翼緣的最大寬度應為 ? ??? 21 4.?? Eotb 取σ =350N/mm2，故有 tb 16? 即 128?b mm 本設計中初取 b=125mm?！?泊松比，一般取 181。登高平臺救援消防車作為一種專用汽車，其副車架縱梁的截面形狀一般和主車架縱梁的截面形狀相同，多采用如圖 25 所示的槽形結(jié)構(gòu)，截面形狀尺寸取決于其承受載荷的大小。本消防車底盤為北方奔馳 ND1255B44，底盤總長為 9500mm，非駕駛室長度為 8000mm，因此 縱梁長度設計為 8000mm。如果工藝條件允許，副車架材料可采用疲勞強度高的 16Mn 鋼板沖壓成型以提高其抗疲勞扭轉(zhuǎn)強度及其他機械性能。圖 24 為 登高平臺救援消防車 的 支架 、副車架相對于汽車底盤的安裝位置。 圖 23 副車架 前端簡易 形狀 其中 ： h0=57mm； l0=200~300mm。 =15~20mm。 副車架的前端形狀 武漢理工大學碩士學位論文 18 為了避免由于副車架截面高度尺寸的突然變化而引起主車架縱梁的應力集中，副車架的前端形狀應采用逐步過渡的方式。綜合式車架多采用在轎車上，也由于制造工藝較復雜，所以用得并不太廣。因此本文對登高平臺救援消防車的副車架進行設計，并對其結(jié)構(gòu)設計及受載合理性進行分析。 根據(jù)國家工信部要求，登高平臺救援消防車底盤排放標準達到“ 國 Ⅲ”才能上產(chǎn)品公告，因此從兩者中選擇北方奔馳 ND1255B44 底盤作為本次設計對象所用底盤。 登高 平臺 救援消防車底盤使用現(xiàn)狀 通過調(diào)查消防車生產(chǎn)廠商現(xiàn)有產(chǎn)品 ， 得到 信息 如 表 21 所示。由于受到底盤自身的限制，國產(chǎn)消防車往往 在 加速性能與爬坡性能上無法同時達到令人滿意的表現(xiàn)。 本章首先對 25m 登高平臺救援消防車 支腿形式 進行設計，并設計計算合理的支腿跨距，之后對整車所需副車架 進行設計，并對支腿及副車架所組成支撐系統(tǒng)進行三維建模和 穩(wěn)定性有限元分析， 以驗證設計合理性 。副車架不僅強化了車架，而且可將登高平臺救援消防車專用裝置和裝備的集中載荷較均勻地分布在車架上，并起到緩沖作用，改善車架的受力情況。 （ 6） 整車 系統(tǒng) 實物 模型搭建 購置相關(guān)元件，根據(jù)設計方案，搭建出整車調(diào)平系統(tǒng)實物模型，并進行調(diào)平演示，以驗證設計合理性。 （ 3） 支撐系統(tǒng)設計 根據(jù)汽車設計手冊及特種車改裝設計手冊，參考相關(guān)法 規(guī)、標準，考慮整車防傾覆極限條件，計算 前、后傾覆邊的穩(wěn)定力矩 ，設計 支腿 橫向及縱向 跨距 。 （ 2） 支腿 、 作業(yè)平臺 調(diào)平系統(tǒng)設計 ①進行 支腿 調(diào)平系統(tǒng) 的 設計 通過對傳統(tǒng)支腿 調(diào)平系統(tǒng) 和現(xiàn)代調(diào)平系 統(tǒng)優(yōu)缺點的比較，設計適合登高平臺救援消防車的支腿 調(diào)平系統(tǒng) ；通過對不同控制方法、不同 控制體系 結(jié)構(gòu)的對比，設計出適合登高平臺救援消防車 調(diào)平系統(tǒng) 的 控制方案 ；通過分析 調(diào)平系統(tǒng)的 3 種不同 支腿支撐方式 的優(yōu)缺點，選擇合理的支撐方式；分析現(xiàn)有幾種支腿武漢理工大學碩士學位論文 14 形式 （主要是 X 型、 H 型）的優(yōu)缺點及應用范圍，設計出適用于登高平臺救援消防車的支腿 形式 ；對支腿的 支承腳 形式 進行分析對比，設計出一種最適合的支承腳 形式；最后分析研究 支腿調(diào)平系統(tǒng) 應 注意 的一些 事項 ，如 虛腿問題 、 調(diào)平過程振蕩 問題等，并針對此調(diào)平系統(tǒng)進行解決。同時， 30 萬 ~200 萬人口城市在全國城市中數(shù)量最多， 而這類 城市現(xiàn)有樓層平均高度為 24m。 論文的課題支撐及主要研究內(nèi)容 課題 支撐 校企合作項目：登高平臺救援消防車關(guān)鍵技術(shù)研究與總體方案設計 研究對象選擇 截止 2020 年末，我國建制城市數(shù)量達 655 個，其中直轄市 4 個，副省級城市 15 個，地級市（區(qū)） 333 個，其他為 303 個，其中全 國地級及以上城市（不包括市轄縣） GDP 占全國 62％。 登高平臺救援消防車的整車穩(wěn)定性能主要由副車架及支腿組成的支撐系統(tǒng)來保證。登高平臺救援消防車在工作時需要 — 個高精準的水平平臺，在其到達救援目的地后，就必需對平臺的水平度進行調(diào)節(jié)，為正式工作做好準備。由于提高了通用化程 度，可使單件小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)轉(zhuǎn)換成大批量的模塊化生產(chǎn)，實現(xiàn)標準化生產(chǎn)。選用不同的模塊進行組合，可形成各種不同類型和規(guī)格的通用或?qū)Ｓ孟儡?。這種設計方法是數(shù)學規(guī)劃與計算機技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，成為解決復雜設計問題的一種有效方法。反求設計是通過實物或技術(shù)資料對已有的先進產(chǎn)品進行分析、研究、解剖和試驗，了解其參數(shù)、性能、構(gòu)造和功能，掌握其關(guān)鍵技術(shù)、工作機理和工藝原理，以進行仿制、改進和發(fā)展創(chuàng)造新產(chǎn)品的一種方法。 國產(chǎn)消防車輛的向以下幾個方向發(fā)展： ,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)趨于合理 ,生產(chǎn)出消防車輛專用底盤 。在穩(wěn)定性上，如在作業(yè)允許的風速上，國內(nèi)的 DG68 登高平臺消防車為 14m/s，國外的則不管作業(yè)高度如何一律為 16m/s。登高平臺救援消防車的穩(wěn)定性是用以表述消防車在消防滅火或高空救援狀態(tài)下，抗御整機傾覆的能力。 2）軟件設計技術(shù)，如窗口界面、軟件工程規(guī)范及其工具系統(tǒng)的使用等。 目前該行業(yè)廣泛應用的 CAD 軟件僅限于： 1）圖形處理技術(shù)，如二維交互圖形技術(shù)、三維幾何造型及其它圖形輸入輸出技術(shù)。 國內(nèi) 外 結(jié)構(gòu)設計現(xiàn)狀 我國消防車生產(chǎn)是在對國外同類產(chǎn)品進行消化吸收的基礎上發(fā)展起來的，參照汽車起重機的設計方法來設計各臂段長度、臂與臂之間的搭接以及吊臂外露部分，吊臂截面主要通過同行業(yè)經(jīng)驗 數(shù)據(jù)進行設計，粗略進行強度、穩(wěn)定性校核。 國外發(fā)達國家對登高平臺救援消防車的研究較早，且很多國家也已經(jīng) 取得了很好的成就。 還有就 是水炮滅火能力的局限，現(xiàn)在的狀況是每分鐘滅火車的水流量限制為 1800 升到 2200 升，使得滅火強度并不理想。國內(nèi)登高平臺消防車現(xiàn)在可實現(xiàn) 88m 的最大工作高度、 25m 的最大工作幅度，創(chuàng)造了世界巨型登高車第三高度。主要廠家和產(chǎn)品有：錦州重型機械有限公司，生產(chǎn)錦重牌： eDQ22 型、 eDz32 型、 eDzso型；上海格拉曼國際消防裝備有限公司，生產(chǎn)上格牌： DG22 型；上海申龍消防設備器材有限公司，生產(chǎn)菱箭牌 :KP22 型、 YTSO 型；沈陽捷通消防車有限公司，生產(chǎn)金猴牌： DG22 型、 DG51 型、 DG32 型、 DG40 型；沈陽消防車廠，生產(chǎn)金猴牌： eDQ24 型、 CDQ228 型、 CDZ32 型、 DG40 型；撫順重型機械有限公司，生產(chǎn)撫起牌： CDZ20 型、 CDZ25 型、 CDZ32 型、 CDZ40 型、 CJQ25 型、 CJZ30型；蘇州市捷達消防車輛裝備有限公司，生產(chǎn)蘇捷牌： DG22F 型、 DG 犯型；重慶大江車輛總廠，生產(chǎn)鱉魚牌： KP20 型；徐州工程機械集團有限公司，生產(chǎn)徐工牌： CDZ22 型、 CDZ32 型、 CDZ40 型、 DG22 型、 DG24 型、 DG32 型、 DG34型、 DG40 型、 DG53 型、 DG68 型。 60 多年來 ,國產(chǎn)消防車行業(yè)經(jīng)歷了引進仿制、自主改裝、合資生產(chǎn)到獨立研發(fā)的過程。 （ 3）支腿系統(tǒng) 登高平臺救援消防車在作業(yè)時臂架容易受到風力、重力、噴射反力等作用力的影響而發(fā)生傾覆的危險。作業(yè)平臺的放置位置有前置式、中置式和后置式三種形式，應該結(jié)合臂架和底盤形式來確定。下車包括汽車底盤、副車架總成、支腿總成、下車消防系統(tǒng)、油泵裝置、應急動力、下車液壓系統(tǒng)、下車電氣系統(tǒng)等。平臺下部或側(cè)面裝有救援用輔助固定裝置，利于營救和轉(zhuǎn)移已傷殘的人員。 2）為操作人員提供更為安全、適宜的高空作業(yè)位置，便于進行救援、排風、外部檢修與噴水作業(yè)。 登高平臺救援消防車 作為 消防車體系中的重要一員， 既 有優(yōu)越的滅火 性能，又有強大的 救援性能，在現(xiàn)代城鎮(zhèn)高層建筑消防救援中發(fā)揮 著 其它消防車無法替代的作用。 武漢理工大學碩士學位論文 6 圖 11 舉高噴射消防車 圖 12 云梯消防車 圖 13 登高平臺消防車 舉高消防車 按臂架的結(jié)構(gòu)型式可分為曲臂式舉高消防車、直臂式舉高消防車和組合臂式舉高消防車。登高平臺消防車 的特點 ：桿狀液壓臂架和其頂部的載人平臺和滅火噴射裝置是其標志性配置。 舉高噴射消防車的特點：裝備折迭式或折迭、伸縮組合式臂架、轉(zhuǎn)臺及滅火裝置，桿狀液壓臂架和其頂部滅火噴射裝置是其標志性配置。為適應這種需要，傳統(tǒng)的單一品種的消防車已從單一的水罐消防車逐步向大功率、高效能、多功能、多品種系列化發(fā)展。 據(jù)統(tǒng)計，我國高層建筑有 162,000 棟， 就 大城市 而言 ，上海差不多有 10000 多棟的高層建筑，其中 30 層以上的就有 2020 棟；另外，廣東省有 2,0000 棟，北京有 8000 棟 ；杭州市近年來高層建筑的高度也不斷被刷新，百米以上的超高層建筑有 50 多幢；沈陽市至少擁有超過 50 座的百米高樓。本人授權(quán)武漢理工大學可以將本學位論文的全部內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù) 庫進行檢索，可以采用影印、縮印或其他復制手段保存或匯編本學位論文。 分類號 密 級 UDC 學校代碼 10497 學 位 論 文 題 目 登高平臺救援消防車支承系統(tǒng)設計 英 文 題 目