【導(dǎo)讀】置設(shè)計(jì)分析、工作裝置設(shè)計(jì)分析和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析，最后進(jìn)行整車(chē)穩(wěn)定性校核。要求，確定升降機(jī)的結(jié)構(gòu)方案，然后確定汽車(chē)底盤(pán)及車(chē)輛的總體布置和控制系統(tǒng)。高空作業(yè)車(chē)設(shè)計(jì)時(shí)按6單元展開(kāi)，所有的設(shè)計(jì)工作都是圍繞。高空作業(yè)車(chē)的國(guó)內(nèi)研究狀況······················································2. 高空作業(yè)車(chē)發(fā)展動(dòng)向······························································

　　

【正文】 中間，而橫梁又直接支撐在地面上，這就比 H 式支腿更加穩(wěn)定。但 X 式支腿離地間隙較小，在伸支腿的接地過(guò)程中有水平位移運(yùn)動(dòng)，從而加大了液壓缸的推力，液壓缸易損壞 [10]。 綜上所述， H 型支腿穩(wěn)定性較蛙式支腿好，雖然 X 型支腿的穩(wěn)定性比 H 型支腿更黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 好，但 X 型支腿的離地間隙比 H 型支腿小。因此，高空作業(yè)車(chē)的 支腿機(jī)構(gòu)選擇 H 型支腿，如圖 所示。 （ a） (b) 圖 X式支腿 支腿跨距的確定 高空作業(yè)車(chē) 的支腿一般為前后設(shè)置，并向兩側(cè)伸出。支腿支撐點(diǎn)縱橫方向的位置選擇要適當(dāng)，其原則是作業(yè)平臺(tái)在標(biāo)定載荷和最大作業(yè)幅度時(shí)，整車(chē)穩(wěn)定性要達(dá)到規(guī)定的要求。 支腿橫向跨距 支腿橫向外伸跨距的最小應(yīng)保證 高空作業(yè)車(chē) 在側(cè)向作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性，即全部載荷的重力合力落在側(cè)傾覆邊以?xún)?nèi) [17]，并使繞左右傾覆邊 AB 或 DC 的穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩 [18]。 1/2 支腿橫跨距 a 應(yīng)滿(mǎn)足： )()(21 11 qQGGG LGRqQrGa bb ???? ???? （ ） )4 9 02 4 5 0(4 3 8 54 3 2 5 05 0 0 2 2 65 0 05 0 0 0)4 9 02 4 5 0(3 1 5 04 3 8 5 ???? ???????a ?a mm 由于車(chē)總寬 B=2080mm，且 2a＞ B，故 取 a=1500mm 式中 G—— 底盤(pán)重力 ， N； Gb—— 臂架重力 ， N； q —— 作業(yè)平臺(tái)重力 ， N； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 Q —— 作業(yè)平臺(tái)標(biāo)定載荷 ， N； L1 —— 轉(zhuǎn)臺(tái)重力中心至回轉(zhuǎn)中心的距離 ， mm； r —— 臂架重力中心至回轉(zhuǎn)中心的距離 ， mm； R—— 作業(yè)半徑（臂幅） ， mm； 支腿縱向跨距 支腿總向跨距的確定和橫向跨距確定的原則一樣，應(yīng)繞前、后傾覆邊 BC 或 AD的穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩。當(dāng)作業(yè)平臺(tái)在車(chē)輛后方作業(yè)時(shí)，可得后支腿支撐點(diǎn)至中心的距離 b1應(yīng)滿(mǎn)足： )(21 qQGG GLab b ????? （ ） )4 9 02 4 5 0(5 0 0 04 3 2 5 0 9 7 04 3 2 5 01 5 0 01 ??? ???b ?b mm 式中 L2 —— 底盤(pán)質(zhì)心中心的距離。 同理，可得前支腿支撐點(diǎn)至回轉(zhuǎn)中心的距離 b2 )(21 222 qQGGG LGab b ?????? （ ） )4 9 02 4 5 0(5 0 0 03 2 8 3 05 0 0 9 7 03 2 8 3 01 5 0 02 ???? ???b ?b mm 支腿的縱向跨距 ： 2b abb 221 ??? （ ） 因此取 19001?b mm； 15002?b mm。 支撐腳接地面積確定 為了使 高空作業(yè)車(chē) 工作時(shí)能在規(guī)定的地面承受壓力不下陷，且保證在不同地面能黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 可靠支撐，支承腳要有足夠的接地面積 Sj，保證在最大支反力 Fmax下對(duì)地面的壓強(qiáng)不大于地基強(qiáng)度，即： ? ?dj FS ?max? （ ） ?jSmm2 ?jS mm2 取 9000?jS mm2。 式中 [ b? ]—— 地基強(qiáng)度，一般為 。 支撐腳和支腿采用球式鉸接，滿(mǎn)足不同的地形。 總體主要參數(shù)確定 尺寸參 數(shù)的確定 高空作業(yè)車(chē) 都是在二類(lèi)底盤(pán)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝而成，主要尺寸參數(shù)原則上應(yīng) 與 原車(chē)底盤(pán)尺寸相同，保證性能參數(shù)與原車(chē)基本保持不變。只有整車(chē)的高度由于舉升機(jī)構(gòu)高于車(chē)頭的頂部，所以整車(chē)的高度會(huì) 有所增加。 質(zhì)量 參數(shù)的確定 額定裝載質(zhì)量 me 對(duì)于作業(yè)型專(zhuān)用汽車(chē)，如起重舉升汽車(chē)、 高空作業(yè)車(chē) 等，總質(zhì)量主要由改裝后的汽車(chē)底盤(pán)質(zhì)量和專(zhuān)用工作裝置質(zhì)量確定，無(wú)需考慮裝載質(zhì)量 [10]。 整車(chē)整備質(zhì)量 m0 整車(chē)整備質(zhì)量是指專(zhuān)用汽車(chē)帶有全部工作裝置及底盤(pán)所有的附屬設(shè)備，加滿(mǎn)油和水，但未載人和載貨時(shí)整車(chē)質(zhì)量。參考同類(lèi) 高空作業(yè)車(chē) 的整車(chē)整備質(zhì)量 m0，在此基礎(chǔ)上在增加工作裝置的質(zhì)量，便可估算 高空作業(yè)車(chē) 的整車(chē)整備質(zhì)量 m0。 高空作業(yè)車(chē) 的整車(chē)整備質(zhì)量約為： 4 9 5 01 6 5 03 3 0 00 ???m kg () 式中：底盤(pán)整備質(zhì)量 —— 2270kg，工作裝置質(zhì)量 —— 1650kg 總質(zhì) 量 ma 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 所謂總質(zhì)量是指專(zhuān)用汽車(chē)整備齊全，滿(mǎn)載（規(guī)定值）貨物及乘員時(shí)的質(zhì)量。 總質(zhì)量計(jì)算公式為： 514536549500 ?????? pa mmm kg () 式中 ： mp—— 乘員質(zhì)量 （ kg） ，按每人 65kg 計(jì)。 本章小結(jié) 本章主要對(duì)所要設(shè)計(jì)的高空作業(yè)車(chē)的工作臺(tái)、支腿機(jī)構(gòu)、舉升機(jī)構(gòu)以及其它附屬裝置的形式進(jìn)行了方案的比較分析。由于高空作業(yè)車(chē)的各個(gè)工作裝置結(jié)構(gòu)形式有很多種，且每種形式各有其優(yōu)缺點(diǎn)，經(jīng)過(guò)分析后選擇了最適合的方案。最后確定了高空作業(yè)車(chē)各工作裝置的類(lèi)型。其中：舉升機(jī)構(gòu)選擇剪叉式；支腿機(jī)構(gòu)選擇 H式支腿；動(dòng)力傳動(dòng)裝 置選定為內(nèi)燃機(jī) —— 液壓傳動(dòng)形式；控制系統(tǒng)采用機(jī)電液壓控制系統(tǒng)。還對(duì)工作臂金屬材料進(jìn)行選擇，又對(duì)舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行了受力分析。確定了工作臂的長(zhǎng)度、橫截面主要尺寸；然后又對(duì)所設(shè)計(jì)的 HQ5050JGK 高空作業(yè)車(chē)的支撐機(jī)構(gòu)進(jìn)行了受力分析、工作狀態(tài)計(jì)算和自重 G的計(jì)算分析，然后對(duì)高空作業(yè)車(chē)的支腿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析，估算出了支腿的橫向跨距、縱向跨距以及支撐腳的接地面。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 第 3 章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 執(zhí)行元件類(lèi)型、數(shù)量和安裝位置 類(lèi)型選擇如圖 。 表 執(zhí)行元件類(lèi)型的選擇 運(yùn)動(dòng)形式 往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 往復(fù)擺 動(dòng) 短行程 長(zhǎng)行程 高速 低速 擺動(dòng)液壓馬達(dá) 執(zhí)行元件的類(lèi)型 活塞缸 柱塞缸 液壓馬達(dá)和絲杠螺母機(jī)構(gòu) 高速液壓馬達(dá) 低速液壓馬達(dá) 根據(jù)上表選擇執(zhí)行元件類(lèi)型為活塞缸，再根據(jù)其運(yùn)動(dòng)要求進(jìn)一步選擇液壓缸類(lèi)型為雙作用單活塞桿無(wú)緩沖式液壓缸， 數(shù)量：該升降平臺(tái)為雙單叉結(jié)構(gòu)，故其采用的液壓缸數(shù)量為 4 個(gè)完全相同的液壓缸，其運(yùn)動(dòng)完全是 同步的，但其精度要求不是很高。 安裝位置：液壓缸的安 裝方式為耳環(huán)型，尾部單耳環(huán)，氣缸體可以在垂直面內(nèi)擺動(dòng)，安裝的位置為前后兩固定支架之間的橫梁之上，橫梁和支架組成為一體，通 過(guò)橫梁活塞的推力逐次向外傳遞，使升降機(jī)升降。 速度和載荷計(jì)算 速度計(jì)算及速度變化規(guī)律 參考國(guó)內(nèi)升降臺(tái)類(lèi)產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)可知。最大起升高度為 5000m 就是從液壓缸活塞開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到活塞行程末端所用時(shí)間大約為 45s，設(shè)本升降臺(tái)的最小氣升降時(shí)間為 40s,最大起升時(shí)間為 50s，由此便可以計(jì)算執(zhí)行元件的速度 v: lv t? （ ） 式中： v—— 執(zhí)行元件的速度，單位 m/s L—— 液 壓缸的行程，單位 m t—— 時(shí)間，單位 s 當(dāng) 40ts? 時(shí)： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 max min t??=當(dāng) 50ts? 時(shí)： m i n 0 .5 3 0 .0 1 0 6 /40lv m st? ? ? 液壓缸的速度在整個(gè)行程過(guò)程中都比較平穩(wěn)，無(wú)明顯變化，在起升的初始階段到運(yùn)行穩(wěn)定階段，其間有一段加速階段，該加速階段加速度比較小，因此速度變化不明顯，形成終了時(shí)，有一個(gè)減速階段，減速階段加速度亦比較 小，因此可以說(shuō)升降機(jī)在整個(gè)工作過(guò)程中無(wú)明顯的加減速階段，其運(yùn)動(dòng)速度比較平穩(wěn)。 執(zhí)行元件的載荷計(jì)算及變化規(guī)律 執(zhí)行元件的載荷即為液壓缸的總阻力，油缸要運(yùn)動(dòng)必須克服其阻力才能運(yùn)行，因此在次計(jì)算油缸的總阻力即可，油缸的總阻力包括：阻礙工作運(yùn)動(dòng)的切削力 F切 ，運(yùn)動(dòng)部件之間的摩擦阻力 F磨 ，密封裝置的摩擦阻力 F密 ，起動(dòng)制動(dòng)或換向過(guò)程中的慣性力F慣 ，回油腔因被壓作用而產(chǎn)生的阻力 F背 ，即液壓缸的總阻力也就是它的最大牽引力： F = + F F F FF ???切 磨 密 慣 背 （ ） （ 1） 切削力。根據(jù)其概念：阻礙工作運(yùn)動(dòng)的力，在本設(shè)計(jì)中即為額定負(fù)載的重力和支架以及上頂板的重力： 其計(jì)算式為： F F FF ? ? ?切 額 載 支 架 上 頂 板 （ ） （ 2） 摩擦力。各運(yùn)動(dòng)部件之間的相互摩擦力由于運(yùn)動(dòng)部件之間為無(wú)潤(rùn)滑的鋼 鋼之間的接觸摩擦，取 ?? ， 其具體計(jì)算式為： 1 2 3 4F G= m m m m g+ G? ? ?? +磨 額 載（ ++ ） （ ） 式中各符號(hào)意義同第三章。 （ 3） 密封裝置的密封阻力。根據(jù)密封裝置的不同，分別采用下式計(jì)算： O形密封圈： F F?密 液壓缸的推力 Y形密封圈： 1F =fp dh?密 f—— 摩擦系數(shù)，取 f ? 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 p—— 密封處的工作壓力，單位 Pa d—— 密封處的直徑，單位 m 1h —— 密封圈有效高度，單位 m 密封摩擦力也可以采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，一般取 F 0 05 0 1 F?密 （ . .） （ 4） 運(yùn)動(dòng)部件的慣性力。 其計(jì)算式為： FG v vF m ag t g t??? ? ? ? ?切慣 （ ） 式中： G—— 運(yùn)動(dòng)部件的總重力，單位 N g—— 重力加速度，單位 2m/s v ? —— 啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)的速度變量，單位 m/s t? —— 起動(dòng)制動(dòng)所需要的時(shí)間，單位 s 對(duì)于行走機(jī)械取 2v / st? ??? ，本設(shè)計(jì)中取值為 （ 5） 背壓力。背壓力在此次計(jì)算中忽略，而將其計(jì)入液壓系統(tǒng)的效率之中。 由上述說(shuō)明可以計(jì)算出液壓缸的總阻力為： F= +F F FF ??切 磨 密 慣 （ ） = 1 2 3 4 1 2 3( m m m m ) g G ( m m m ) g G??? ? ? ? ? ? ? ? ?額 載 額 載F v gt????切 切 =(+316+120+188+2500)+(+316+120)+(+316+120+188+2500)+(+316+120+188+2500) ? ? =40KN 液壓缸的總負(fù)載為 40KN，該系統(tǒng)中共有四個(gè)液壓缸個(gè)液壓缸，故每個(gè)液壓缸需要克服的阻力為 10KN。 該升降臺(tái)的額定載荷為 300Kg ，其負(fù)載變化范圍為大于 300Kg，在工作過(guò)程中無(wú)沖擊負(fù)載的作用，負(fù)載在工作過(guò)程 中無(wú)變化，也就是該升降臺(tái)受恒定負(fù)載的作用。 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定 系統(tǒng)壓力的初步確定 液壓缸的有效工作壓力可以根據(jù)表 確定。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 表 液壓缸牽引力與工作壓力之間的關(guān)系 牽引力 F（ KN） 5 510 1020 2030 3050 50 工作壓力 P（ MPa） 34 45 57 由于該液壓缸的推力即牽引力為 10KN，根據(jù)上表，可以初步確定液壓缸的工作壓力為： P=2MPa 。 液壓執(zhí)行元件 的主要參數(shù) 壓缸的作用力 液壓缸的作用力及時(shí)液壓缸的工作是的推力或拉力，該升降臺(tái)工作時(shí)液壓缸產(chǎn)生向上的推力，因此計(jì)算時(shí)只取液壓油進(jìn)入無(wú)桿腔時(shí)產(chǎn)生的推力： F= 2cmpD4? ? （ ） 式中： p—— 液壓缸的工作壓力， Pa 取 p= 5(203) 10 Pa? D—— 活塞內(nèi)徑，單位 m， cm? —— 液壓缸的效率， 代入數(shù)據(jù) : F = 3 2 5( 9 0 1 0 ) ( 2 0 3 ) 1 0 0 . 9 54? ?? ? ? ? ? ? F = 即液壓缸工作時(shí)產(chǎn)生的推力為 。 缸筒內(nèi)徑的確定 該液壓缸宜按照推力要求來(lái)計(jì)算缸筒內(nèi)經(jīng)，計(jì)算式如下： 要求活塞無(wú)桿腔的推力為 F 時(shí)，其內(nèi)徑為： 4cmFD p??? （ ） 式中： D—— 活塞桿直徑 缸筒內(nèi)經(jīng)，單位 m ； F—— 無(wú)桿腔推力，單位 N； P—— 工作壓力，單位 MPa ； cm? —— 液壓缸機(jī)械效率， 。 代入數(shù)據(jù)： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 D= 34 10 102 10 ????= D=83mm 取圓整值為 D=90mm 液壓缸的內(nèi)徑，活塞的的外徑要取標(biāo)注值是因?yàn)榛钊突钊麠U還要有其它的零件相互配合，如密封圈等，而這些零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，有專(zhuān)門(mén)的生產(chǎn)廠(chǎng)家，故活塞和液壓缸的內(nèi)徑也應(yīng)該標(biāo)準(zhǔn)化，以便選用標(biāo)準(zhǔn)件。 活塞桿直徑的確定 （ 1）活塞桿直徑根據(jù)受力情況和液壓缸的結(jié)構(gòu)形式來(lái)確定 受拉時(shí)： ( )dD?? 受壓時(shí)： 5p MPa? ( )dD?? 5 p 7MPa ?? ( )dD?? p 7 MPa? ? 該液壓缸的工作壓力為為： p=2MPa,5MPa,取 d=,d=45mm。 （ 2） 活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算 活塞桿在穩(wěn)定情況下，如果只受推力或拉力，可以近似的用直桿承受拉壓載荷的簡(jiǎn)單強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行： ? ?62104Fd??????? （ ） 式中： F—— 活塞桿的推力，單位 N； d—— 活塞桿直徑，單位 m； ? —— 材料的許用應(yīng)力，單位 MPa ，活塞桿用 45 號(hào)鋼 ? ? , 3 4 0 , 2 . 5s s M P a nn???? ? ? 代入 數(shù)據(jù)： 36321 0 1 0 1 0 43 .1 4 ( 4 5 1 0 )???? ? ?? ?? = ??? 活塞桿的強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。 （ 3）穩(wěn)定性校核 該活塞桿不受偏心載荷，按照等截面法，將活塞桿和缸體視為一體，其細(xì)長(zhǎng)比為： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 L mnK? 時(shí)， 22K n EJF L??（ ） 在該設(shè)計(jì)及安裝形式中，液壓缸兩端采用鉸接，其值分別為： 1, 8 5 , 1 2 6 0n m L m m? ? ? （ ） 4JdK A?? （ ） 將上述值代入式中得： L mnK? （ ）