【文章內(nèi)容簡介】 御整機(jī)傾覆的能力。登高平臺(tái)救援消防車在作業(yè)時(shí)，由于負(fù)荷過大，操作失誤而引起過大的慣性力，或由于風(fēng)載過大或支承面下沉等原因，往往會(huì)喪失穩(wěn)定，甚至傾翻。因此，必須對(duì)登高平臺(tái)救援消防車的穩(wěn)定性給予足夠的重視與研討。 國內(nèi)外對(duì)登高平臺(tái)救援消防車調(diào)平與支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)及分析的研究主要集中在以下五個(gè)方面： （ 1） 登高消防車國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及穩(wěn)定性研究 （ 2） 支腿調(diào)平系統(tǒng)設(shè)計(jì)及研究方法 （ 3） 作業(yè)平臺(tái)調(diào)平系統(tǒng)設(shè)計(jì)及研究方法 （ 4） 支 撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性分析 （ 5） 軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)、實(shí)物模型搭建 綜合比較發(fā)現(xiàn)，國外在超高型登高平臺(tái)救援消防車上優(yōu)勢明顯，比如芬蘭的博浪濤公司已經(jīng)制造出的作業(yè)高度達(dá) 112m 的云梯車。在穩(wěn)定性上，如在作業(yè)允許的風(fēng)速上，國內(nèi)的 DG68 登高平臺(tái)消防車為 14m/s，國外的則不管作業(yè)高度如何一律為 16m/s。同時(shí)在諸如臂架變幅穩(wěn)定性控制、支腿調(diào)平以及作業(yè)平臺(tái)調(diào)平性能上，國內(nèi)相對(duì)于國外產(chǎn)品也有一定差距。 從整體上來說，國外高端產(chǎn)品無論從功能還是性能上都要高于國內(nèi)產(chǎn)品，要躋身世界舉高消防車的先進(jìn)行列還有很長一段路要走。 發(fā)展趨勢 目前，登高平臺(tái)救援消防車 整體 正向著巨型化、智能化、輕量化、省力化、安全化、舒適化、多功能化、整機(jī)制作精美宜人化方向發(fā)展。 國產(chǎn)消防車輛的向以下幾個(gè)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 。 一是消防車小型化、二是制造特大功率的巨型消防車。 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 11 設(shè)計(jì)手段滯后極大地影響我國消防車行業(yè)的發(fā)展。隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展和國內(nèi)外市場競爭的加劇，消防車的設(shè)計(jì)計(jì)算方法需不斷充實(shí)和完善，研發(fā)過程中主要運(yùn)用的現(xiàn)代設(shè) 計(jì)理論及方法如下： 1）反求設(shè)計(jì) 反求設(shè)計(jì)是針對(duì)消化吸收先進(jìn)技術(shù)的一系列分析方法和應(yīng)用技術(shù)的組合。反求設(shè)計(jì)是通過實(shí)物或技術(shù)資料對(duì)已有的先進(jìn)產(chǎn)品進(jìn)行分析、研究、解剖和試驗(yàn)，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(jī)理和工藝原理，以進(jìn)行仿制、改進(jìn)和發(fā)展創(chuàng)造新產(chǎn)品的一種方法。通過反求分析，對(duì)反求對(duì)象從功能、原理、方案、結(jié)構(gòu)、尺寸、材料、加工裝配工藝等有全面深入的了解，明確關(guān)鍵功能和關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)設(shè)計(jì)中的特點(diǎn)和不足之處做出必要的評(píng)估，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行測繪仿制，變參數(shù)設(shè)計(jì)，適應(yīng)性設(shè)計(jì)或開發(fā)性設(shè)計(jì)。 2）優(yōu)化設(shè)計(jì) 由于消防車設(shè)計(jì)長期以來采用經(jīng)驗(yàn)類比設(shè)計(jì)方法，不僅需要花費(fèi)較多的設(shè)計(jì)時(shí)間，而且只限于在少數(shù)幾個(gè)候選方案中進(jìn)行比較分析，同時(shí)選擇的方案也沒有十分精確的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來衡量其優(yōu)劣，一般很難得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，可以建立設(shè)計(jì)過程能自動(dòng)擇取最優(yōu)方案的一種迅速有效的方法，即優(yōu)化設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方法是數(shù)學(xué)規(guī)劃與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，成為解決復(fù)雜設(shè)計(jì)問題的一種有效方法。消防車設(shè)計(jì)采用優(yōu)化方法，能根據(jù)產(chǎn)品要求，合理確定和計(jì)算各項(xiàng)參數(shù)，以期達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)目標(biāo)，例如重量、成本、性能和承載能力等?，F(xiàn)代產(chǎn)品 設(shè)計(jì)向有限元優(yōu)化、成本優(yōu)化、系統(tǒng)優(yōu)化等全方位、深層次方向發(fā)展。 3）模塊化設(shè)計(jì) 模塊化設(shè)計(jì)可將消防車上同一功能的基本部件、元件、零件設(shè)計(jì)成具有不同用途、不同性能的模塊，這些模塊具有相同的聯(lián)接要素，可以互換。選用不同的模塊進(jìn)行組合，可形成各種不同類型和規(guī)格的通用或?qū)Ｓ孟儡嚒ＴO(shè)計(jì)新型消防車只需選用不同模塊重新進(jìn)行組合，車輛改進(jìn)只需針對(duì)某幾個(gè)模塊。某些最新技術(shù)可應(yīng)用于模塊中，待試驗(yàn)研究達(dá)到結(jié)構(gòu)可靠、性能穩(wěn)定后，即可加到新產(chǎn)品中，取代已有結(jié)構(gòu)。模塊化設(shè)計(jì)加快了老產(chǎn)品的更新?lián)Q代和新產(chǎn)品的研制速度。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(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。生產(chǎn)廠家也能以較少的模塊形式，組合成不同功能和不同規(guī)格的消防車，以滿足市場多品種要求，增強(qiáng)競爭能力。模塊化設(shè)計(jì)方法主要適用于批量生產(chǎn)的消防車系列。 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 12 論文的研究目的和意義 登高平臺(tái)救援消防車的穩(wěn)定性是決定其能否安全、順利工作的重要因素，支腿調(diào)平系統(tǒng)能否快速有效的工作是整車開始作業(yè)的前提。登高平臺(tái)救援消防車在工作時(shí)需要 — 個(gè)高精準(zhǔn)的水平平臺(tái)，在其到達(dá)救援目的地后，就必需對(duì)平臺(tái)的水平度進(jìn)行調(diào)節(jié)，為正式工作做好準(zhǔn)備。平臺(tái)是否調(diào)平不僅關(guān)系到 作業(yè)人員和被救人員的人身安全，而且也關(guān)系到消防車的機(jī)動(dòng)性能的好壞。因此，對(duì)于調(diào)平系統(tǒng)的調(diào)平精度和調(diào)平的速度以及穩(wěn)定性和可靠性都有一定的要求。如何能夠有效地提高設(shè)備自動(dòng)化程度使之易于操作，降低對(duì)人員技巧的要求，有效減少調(diào)平時(shí)間、提高調(diào)平精度，是近年來該領(lǐng)域?qū)＜已芯康臒狳c(diǎn)之一。 登高平臺(tái)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。支撐系統(tǒng)主要是金屬結(jié)構(gòu)件，應(yīng)有足夠的強(qiáng)度 、 剛度 ， 以承受車身自重 和 外載荷 ，因此 需對(duì)登高平臺(tái)救援消防車支撐系統(tǒng) 的 穩(wěn)定性進(jìn)行分析 ， 以保證整車穩(wěn)定。 通過研究相關(guān)舉高類援消 防車、高空作業(yè)車及起重機(jī)械的支腿調(diào)平系統(tǒng)和作業(yè)平臺(tái)調(diào)平系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出一種適合登高平臺(tái)救援消防車的快速、有效的調(diào)平系統(tǒng)。將其應(yīng)用在現(xiàn)有登高平臺(tái)救援消防車上，有效地提高設(shè)備自動(dòng)化程度及調(diào)平精度，有效減少調(diào)平時(shí)間，使之易于操作并降低對(duì)人員技巧的要求。 論文的課題支撐及主要研究內(nèi)容 課題 支撐 校企合作項(xiàng)目：登高平臺(tái)救援消防車關(guān)鍵技術(shù)研究與總體方案設(shè)計(jì) 研究對(duì)象選擇 截止 2020 年末，我國建制城市數(shù)量達(dá) 655 個(gè)，其中直轄市 4 個(gè)，副省級(jí)城市 15 個(gè)，地級(jí)市（區(qū)） 333 個(gè)，其他為 303 個(gè)，其中全 國地級(jí)及以上城市（不包括市轄縣） GDP 占全國 62％。據(jù)估測， 2020 年之后的 10 年內(nèi)，我國建制城市數(shù)量將突破 1000 個(gè)。 根據(jù)國家工信部相關(guān)政策法規(guī)，結(jié)合市場調(diào)研得出如下結(jié)論： 1）全國百萬人口城市 30 余個(gè)，對(duì)作業(yè)高度為 30~50 米的登高平臺(tái)救援消防車的年需求量約為 120 臺(tái)； 2）全國人口數(shù)量在 20~100 萬的城市近 500 個(gè)，對(duì)作業(yè)高度為 16~20 米的登高平臺(tái)救援消防車的年需要量約為 1000 臺(tái)； 3）全國大型油田、煉油廠和大型儲(chǔ)油庫系統(tǒng)對(duì)大型登高平臺(tái)救援消防車的年需要量約為 70 臺(tái)； 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 13 4）電力部門對(duì)作業(yè)高度為 12~30 米的各類高空作業(yè)車年需求量約為 20 臺(tái)； 5）城市路燈園林部門對(duì)作業(yè)高度為 6~16米的高空作業(yè)車年需求量約為 1000臺(tái)； 6）國防軍工系統(tǒng)對(duì)作業(yè)高度為 20~40 米的越野高空作業(yè)車需求量較大； 7）中國船舶系統(tǒng)對(duì)作業(yè)高度為 16~25 米的高空作業(yè)車年需求量約為 80~100臺(tái)。 由調(diào)研數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，作業(yè)高度為 15~35 米的登高平臺(tái)救援消防車的市場需求量最大。同時(shí)， 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。 因此，本 論文 選擇 市場需求量最大， 額定作業(yè)高度為 20~30 米的車 型進(jìn)行設(shè)計(jì)，并以額定作業(yè)高度為 25 米的車型作為基本型產(chǎn)品進(jìn)行研究 。 主要研究內(nèi)容： 在查閱大量關(guān)于國內(nèi)外舉高類消防車、高空作業(yè)車、舉重機(jī)械相關(guān)產(chǎn)品功能和性能特點(diǎn)的文獻(xiàn)以及對(duì)國內(nèi)各主要生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品調(diào)研的基礎(chǔ)上， 本論文分析國內(nèi)登高平臺(tái)救援消防車在底盤調(diào)平系統(tǒng)、作業(yè)平臺(tái)調(diào)平系統(tǒng)以及整車支撐系統(tǒng)目前存在的主要問題，發(fā)現(xiàn)與國外登高平臺(tái)救援消防在調(diào)平及支撐系統(tǒng)上存在的差距，最后提出相應(yīng)的改進(jìn)措施 ； 分析登高平臺(tái)救援消防的功能需求，針對(duì)我國現(xiàn)有的技術(shù)條件和登高平臺(tái)救援消防的發(fā)展情況，提出更加合理的調(diào)平及支撐系統(tǒng) 方案及開發(fā)設(shè)計(jì)方法和流程 ； 在完成設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，通過Visual Basic 軟件搭建調(diào)平及支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)高效、程序化設(shè)計(jì) ；最后 購買相關(guān)元件，搭建高平臺(tái)救援消防實(shí)際模型，并模擬其調(diào)平系統(tǒng)工作狀態(tài)，以驗(yàn)證所設(shè)計(jì)調(diào)平系統(tǒng)能否自動(dòng)快速、高效的調(diào)平。 具體研究內(nèi)容如下： （ 1）調(diào)平算法理論分析及應(yīng)用比較 通過對(duì)現(xiàn)有調(diào)平算法理論進(jìn)行研究及應(yīng)用比較，確定適合國內(nèi)支腿調(diào)平算法、作業(yè)平臺(tái)調(diào)平算法，設(shè)計(jì)出合理的 調(diào)平策略 。 （ 2） 支腿 、 作業(yè)平臺(tái) 調(diào)平系統(tǒng)設(shè)計(jì) ①進(jìn)行 支腿 調(diào)平系統(tǒng) 的 設(shè)計(jì) 通過對(duì)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(diǎn)的比較，設(shè)計(jì)適合登高平臺(tái)救援消防車的支腿 調(diào)平系統(tǒng) ；通過對(duì)不同控制方法、不同 控制體系 結(jié)構(gòu)的對(duì)比，設(shè)計(jì)出適合登高平臺(tái)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(diǎn)，選擇合理的支撐方式；分析現(xiàn)有幾種支腿武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 14 形式 （主要是 X 型、 H 型）的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍，設(shè)計(jì)出適用于登高平臺(tái)救援消防車的支腿 形式 ；對(duì)支腿的 支承腳 形式 進(jìn)行分析對(duì)比，設(shè)計(jì)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(yīng) 注意 的一些 事項(xiàng) ，如 虛腿問題 、 調(diào)平過程振蕩 問題等，并針對(duì)此調(diào)平系統(tǒng)進(jìn)行解決。 ② 進(jìn)行 作業(yè)平臺(tái)調(diào)平系統(tǒng) 的 設(shè)計(jì) 通過對(duì)現(xiàn)有不同 調(diào)平機(jī)構(gòu) 進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)比較及應(yīng)用范圍分析，選擇合適的調(diào)平結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出適用于本研究的 調(diào)平方案 ；分析現(xiàn)有 調(diào)平 控制方法，結(jié)合本研究實(shí)際應(yīng)用，設(shè)計(jì)出合理的調(diào)平控制方法；對(duì) 作業(yè)平臺(tái) 工作過程中可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)情況進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)出合理的 安全 保護(hù) 裝置 。 ③對(duì) 調(diào)平系統(tǒng) 核心部件選型 對(duì)支腿 調(diào)平系統(tǒng) 、作業(yè)平臺(tái)調(diào)平系統(tǒng)在工作過程中所用核心部件進(jìn)行選型。分析市場上現(xiàn)售液壓元件和 調(diào)平系統(tǒng) 傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)、價(jià)格合理性及應(yīng)用范圍，對(duì)調(diào)平系統(tǒng)所用核心部件進(jìn)行選型。 （ 3） 支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù)汽車設(shè)計(jì)手冊及特種車改裝設(shè)計(jì)手冊，參考相關(guān)法 規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，考慮整車防傾覆極限條件，計(jì)算 前、后傾覆邊的穩(wěn)定力矩 ，設(shè)計(jì) 支腿 橫向及縱向 跨距 。根據(jù)登高平臺(tái)救援消防車上車系統(tǒng)的總質(zhì)量及質(zhì)量分布，結(jié)合改裝底盤的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)承載副車架的外形、尺寸及材質(zhì)以及支腿結(jié)構(gòu)。 （ 4） 支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析 運(yùn)用 SolidWorks 軟件對(duì)副車架、支腿系統(tǒng)進(jìn)行三維建模，計(jì)算出支撐系統(tǒng)最危險(xiǎn)工況以及危險(xiǎn)工況時(shí)支撐系統(tǒng)受力情況，對(duì)比結(jié)構(gòu) 分析 可用方法的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍，應(yīng)用 ANSYS 軟件對(duì)支撐系統(tǒng)模型進(jìn)行有限元分析。 （ 5） 搭建 調(diào)平 設(shè)計(jì)平臺(tái) 應(yīng)用 Visual Basic 進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，搭建一體 化 調(diào)平 設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)。 （ 6） 整車 系統(tǒng) 實(shí)物 模型搭建 購置相關(guān)元件，根據(jù)設(shè)計(jì)方案，搭建出整車調(diào)平系統(tǒng)實(shí)物模型，并進(jìn)行調(diào)平演示，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)合理性。 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 15 第 2 章 支 承 系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 登高平臺(tái)救援消防車在工作時(shí) ，主車架受到較大的附加集中載荷，為了保證車架的強(qiáng)度和提高整車的舉高救援能力，必須設(shè)置支腿 ，其對(duì) 登高平臺(tái)救援消防車 作業(yè)時(shí)整車的工作穩(wěn)定性有較大的影響 ，要求堅(jiān)固可靠，操作方便 。 由于登高平臺(tái)救援消防車的結(jié)構(gòu)和使用條件復(fù)雜，使車架承受較大的動(dòng)載荷和扭矩，所以必須加強(qiáng)車架?，F(xiàn)有登高平臺(tái)救援消防車的底盤多為生產(chǎn) 廠商直接購買應(yīng)用，未對(duì)其主車架進(jìn)行改裝，在不破壞主車架結(jié)構(gòu)的情況下增加一個(gè)副車架過渡，以改善主車架的承載情況，避免集中載荷。副車架不僅強(qiáng)化了車架，而且可將登高平臺(tái)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。因此在登高平臺(tái)救援消防車設(shè)計(jì)中，必須對(duì)副車架進(jìn)行設(shè)計(jì)。 通過近幾年對(duì)專用汽車使用情況的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，專用汽車副車架出現(xiàn)裂紋、斷裂及焊縫撕裂現(xiàn)象是專用汽車使用中存在的主要問題，而副車架的載荷分析是否正確、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，則是產(chǎn)生這些現(xiàn)象的重要原因。 對(duì) 登高平臺(tái)救援 消防車 作業(yè)時(shí)，其 基準(zhǔn)平面由 主車架 、副車架、支撐支腿組成。 本章首先對(duì) 25m 登高平臺(tái)救援消防車 支腿形式 進(jìn)行設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)計(jì)算合理的支腿跨距，之后對(duì)整車所需副車架 進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)支腿及副車架所組成支撐系統(tǒng)進(jìn)行三維建模和 穩(wěn)定性有限元分析， 以驗(yàn)證設(shè)計(jì)合理性 。 底盤選型 登高平臺(tái)救援消防車底盤介紹 底盤是登高平臺(tái)救援消防車非常重要的組成部分，通常選用通用車二類底盤或消防車專用底盤，其載重能力直接影響到登高平臺(tái)救援消防車能達(dá)到的最大作業(yè)高度 。 底盤不僅為整車提供行駛 能力 ，并且也是整車動(dòng)力的提供者，其性能的優(yōu)劣 直接影響整車性能。 目前，我國消防車一般選用國產(chǎn)載重汽車底盤，主要集中在中國重汽、一汽、東風(fēng)、慶鈴（五十鈴）、北方奔馳等。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(shí)達(dá)到令人滿意的表現(xiàn)。國外消防車 ，尤其 是美國消防車多采用消防車專用底盤，性能遠(yuǎn)優(yōu)于 采用 普通商用車底盤的消防車 ， 但 其 生產(chǎn)量小、價(jià)格高、維修不方便， 因此 消防車專用底盤只在普通商用 底盤 無法滿足要求時(shí)才使用。 消防車底盤 的 選型改裝應(yīng)符合 《 消防車通用底盤系列、型式、基本參數(shù)和武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 16 技術(shù)要求》的規(guī)定。 設(shè)計(jì) 登高平臺(tái)救援消防車 時(shí) ，可優(yōu)先選用 以 柴 油機(jī)為動(dòng)力的中、重系列底盤，以發(fā)揮其功率范圍寬、轉(zhuǎn)矩 大 和電氣故障少的優(yōu)勢。 登高 平臺(tái) 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。 表 21 國內(nèi)三家大型生產(chǎn)廠商現(xiàn)有產(chǎn)品調(diào)查 序號(hào) 品牌 型號(hào) 工作高度（ m） 底盤型號(hào) 滿載質(zhì)