【正文】 車輕便、可靠，使用上既靈活又可承擔繁重的工作任務(wù)； 提高液壓元件的制造質(zhì)量，這樣就可以提高使用壽命和可靠性，相應(yīng)的也就提高了高空作業(yè)車的質(zhì)量和性能； 改變高空作業(yè) 車的生產(chǎn)方式，向規(guī)模化模塊化發(fā)展，這不但可保證質(zhì)量還可降低成本； 要擴大新型高空作業(yè)車的使用范圍，可刺激本行業(yè)的發(fā)展，并投入力量加強對新產(chǎn)品的開發(fā)； 應(yīng)用現(xiàn)代的設(shè)計方法和手段對現(xiàn)有的產(chǎn)品進行改造。 高空作業(yè)車的國內(nèi)研究狀況 概況 我國高空作業(yè)車行業(yè)起步較晚，自 20 世紀 60 年代開始研制、 70年代才推出商業(yè)化樣機，隨著改革開放的深入，逐漸引入國外高新技術(shù)及其產(chǎn)品， 開始在市政、園林、電力等行業(yè)推廣使用，但最大作業(yè)高度只有 35m，且功能單一。在高空作業(yè)車產(chǎn)品中，目前只有杭州愛知 (日資控股 )、徐州海倫哲等近 30 家企業(yè)生產(chǎn)，最大作業(yè)高度只有杭州愛知和徐州海倫哲達到 35m，與歐美的差距較大。限制這一行業(yè)發(fā)展的主要因素是大高度復(fù)雜截面混合臂架技 術(shù)、安全技術(shù)、智能化高效控制技術(shù)、可靠性等，缺乏前瞻性研究，缺少向更大高度發(fā)展的技術(shù)支撐。進一步的發(fā)展將依賴于下面幾個主要方面： (1) 更加重視文明、安全施工，需要相應(yīng)出臺有關(guān)政策、法規(guī)，限制傳統(tǒng)落后、無安全保障、低效率、勞動強度大、能耗高的高空作業(yè)方式，更多地使用高空作業(yè)車。 (3) 隨著經(jīng)濟發(fā)展水平的提高和社會保障要求的嚴格，高空作業(yè)車也將成為應(yīng)急保障的必備設(shè)備。 (4) 目前高空作業(yè)車的應(yīng)用多為市政、電力等公用部門，隨著整個社會經(jīng)濟發(fā)展和企業(yè)經(jīng)濟效益的增長，高空作業(yè)車使用場合將大大拓寬，為高空作業(yè)車的發(fā)展帶來極為廣闊的發(fā)展前景。 高 空作業(yè)車發(fā)展動向 高空作業(yè)車的發(fā)展主要動向是實現(xiàn)六化、三性，以提高高空作業(yè)機械的適用性。 三性：可靠性、安全性和舒適性。 高空作業(yè) 車除底盤部分外，為實現(xiàn)高空作業(yè)功能，還有動力傳動裝置、工作裝置、安全裝置及 控制 系統(tǒng)等。 工作 裝置包括工作臂、回轉(zhuǎn)平臺、副車架、工作斗、液壓系統(tǒng)和操縱裝置等 [2]。 高空作業(yè)車 是利用汽車底盤作為行走機構(gòu)，具有汽車的形勢通過性能，機動靈活，行駛速度高，可快速轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移到工作場地后能迅速投入工作 [3]。 高空作業(yè)車 正常進行作業(yè)，需要工作裝置、動力裝置與控制系統(tǒng)三部分。 高空作業(yè)車 一般設(shè)有變幅機構(gòu)、平衡機構(gòu)和行走機構(gòu)。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 4 圖 剪叉式高空作業(yè)車 高空作業(yè)車的工作裝置包括支腿機構(gòu)、舉升機構(gòu)、作業(yè)平臺及其調(diào)平機構(gòu)。 高空作業(yè)車 的各工作機構(gòu)的零部件都是安裝或支承在這些金屬結(jié)構(gòu)上的。它承受 高空作 業(yè)車的自重以及作業(yè)時的各種外載荷。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 高空作業(yè)車 的可靠性都有重要意義。這類裝置時從外接動力驅(qū)動液壓泵，通過控制閥把液壓泵產(chǎn)生的液壓油供給液壓支腿的工作缸，實現(xiàn)支腿伸縮。 舉升機構(gòu)的作用是實現(xiàn)作業(yè)平臺的升降和變幅，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。 垂直升降式舉升機構(gòu)按轉(zhuǎn)動方式，可分為液壓傳動和機械傳動；按其結(jié)構(gòu)分交叉剪刀式和套筒式交叉見導(dǎo)師是按交叉布置，鉸接成剪刀形的連桿框架結(jié)構(gòu)，當改變連桿交叉的角度就可以實現(xiàn)升降運動。 動臂式舉升機構(gòu)可以分為伸縮臂式或直臂式、折疊式或者曲臂式、伸縮和折疊混合組成的混合臂式等三種型式。伸縮臂可以一節(jié)或多節(jié)，各節(jié)間裝有液壓缸，液壓缸工作是，各節(jié)臂可以伸縮，從而改變臂架的長度。折臂式是由多節(jié)箱型臂折疊而成，一般采用 2～ 3節(jié)折疊臂組成，折疊方式可分為上折式和 下折式兩種，各節(jié)臂的折疊和展開都是由各節(jié)液壓缸完成，這種型式的舉升機構(gòu)可以完成一定高度和幅度的作業(yè)，還可以完成地平面以下空間的作業(yè)。 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。 高空作業(yè)車 變幅機構(gòu)一般采用液壓油缸變幅。為實現(xiàn) 高空作業(yè)車 的回轉(zhuǎn)運動而設(shè)置的機構(gòu)稱為回轉(zhuǎn)機構(gòu)。有了回轉(zhuǎn)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。平衡機構(gòu)就是為了實現(xiàn)這一功能。 高空作業(yè)車 的行走機構(gòu)就是通用或?qū)Ｓ闷嚨妆P。 高空作業(yè)車 的各工作機構(gòu)的零部件都是安裝或支承在這些金屬結(jié)構(gòu)上的。它承受 高空作業(yè)車 的自重以及作業(yè)時的各種外載荷。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 高空作業(yè)車 的可靠性都有重要意義。 由于 高空作業(yè)車 采用汽車底盤作為行走機構(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)動機作為整車的動力源。因為 高空作業(yè)車工作 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)動機的動力，并驅(qū)動液壓油泵向高空作業(yè)裝置供油。 設(shè)計技術(shù)路線 主要內(nèi)容 本設(shè)計目標是設(shè)計一種 最大舉升高度為 8m，舉升質(zhì)量 300Kg 的高空作業(yè)車。 主要解決的問題有：二類底盤的選擇、 高空作業(yè)車 的總體布置、工作裝置的設(shè)計、整車性能計算 。 技術(shù)路線 技術(shù)路線如圖 。 因此，專用汽車性能的好壞直接取 決于專用汽車底盤的好壞，通常專用車輛所采用的基本底盤按結(jié)構(gòu)分可分為二、三、四類底盤。 汽車底盤的選擇主要是根據(jù)專用汽車的類型、用途、裝載質(zhì)量、使用條件、專用汽車的性能指標、專用設(shè)備或裝置的外形、尺寸、動力匹配等決定，目前，幾乎 80%以上的專用車輛采用二類底盤進行改裝設(shè)計。 選擇 二類底盤要求 在汽車底盤選型方面，一般應(yīng)滿足下述要求 ： 適用性 對于專用改裝車底盤應(yīng)適用于專用汽車特殊功能的要求，并以此為主要目標進行改裝造型設(shè)計。且同一車型各總成零部件的壽命應(yīng)趨于平衡。而且在專用性能上要滿足國家或行業(yè)標準的要求。 目前國內(nèi)市場上底盤的種類多、品種全，因為解放和東風(fēng)系列底盤性能好，價格便宜，市場保有量大，在載重量圍 5~6t 的中型汽車，選用的底盤多為解放和東風(fēng)系列的產(chǎn)品。表 為 EQ1050D3ADJ3AC 底盤 的部分參數(shù)列表。 表 EQ1050D3ADJ3AC底盤參數(shù) 底盤型號 EQ1050D3ADJ3AC 整車整備質(zhì)量 （ kg） 3300 總質(zhì)量 (kg) 5590 外形尺寸（長 *寬 *高） mm 5995*2080*2310 軸距 (mm) 3300 最小離地間隙 (mm) 210 發(fā)動機型號 4DX13100E3 最高車速 (km/h) 90 最小轉(zhuǎn)彎半徑 (m) 7 最大爬坡度 (%) ≥ 30% 最大駐坡度 (%) 20% 百公里油耗 (L) 接近角 (176。) 13 車胎類型與規(guī)格 ； 成員數(shù) 3 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 10 工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計和主要尺寸的確定 臺板位于升降臺的最上部，是支撐件的組成部分。在進行維修作業(yè)之前首先得駛上臺板。下底板 也如此，如下圖 。其形狀見圖紙。 上頂板和載荷直接接觸，其結(jié)構(gòu)采用由若干根相互交叉垂直的熱軋槽鋼通過焊接形式焊接而成，然后在槽鋼的四個側(cè)面和上頂面上鋪裝 2200x1500x3mm的鋼板，其結(jié)構(gòu)形式大致如下圖 所示。在最外緣延長度方向加工出安裝上下支架的滑槽。滑槽的具體尺寸根據(jù)上下支架的具體尺寸和結(jié)構(gòu)而定。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 11 沿寬度方向的 6根 10 號熱軋槽鋼的結(jié)構(gòu)參數(shù)為 1h b d t r r? ? ? ? ?=1 0 0 4 8 5 .3 8 .5 8 .5 4 .2 mm? ? ? ? ? （ ） 截面面積為 ，理論重量為 /kg m ，抗 彎截面系數(shù)為 。 舉升機構(gòu)的設(shè)計 舉升機構(gòu)的作用是實現(xiàn)作業(yè)平臺的升降和變幅，其結(jié)構(gòu)型式有交叉剪刀式 、 套筒式 、 伸縮臂式和折疊臂式 [5]。當改變連桿交叉的角度時即實現(xiàn)升降運動，如圖 （ c）所示。這種舉升機構(gòu)能完成較低高度的作業(yè)，工作平穩(wěn)，作業(yè)平臺較大，被廣泛的應(yīng)用于飛機、船舶制造、室內(nèi)維修 、清潔電車線路維修等作業(yè)場地。 套筒式舉升機構(gòu) 套筒式 舉升機構(gòu) 通過多節(jié)套筒的伸縮完成升降運動，如圖 （ d）所示。 伸縮臂式舉升機構(gòu) 伸縮臂式舉升機構(gòu)由多節(jié)套裝、可伸縮的箱型臂構(gòu)成，如圖 （ a）所示。伸縮臂可為一節(jié)或多節(jié)，各節(jié)間裝有液壓缸。整個臂架系統(tǒng)支承在液壓缸底部的鉸支座和變幅液壓缸的兩端。這種型式的臂架其最大作業(yè)高度可達 60~80 米。但是，這種作業(yè)車的越障能力差。這種型式一般采用 2~3 節(jié)折疊臂組成。各節(jié)臂的折疊和展開運動由各節(jié)間液壓缸完成。由于折疊臂式舉升機構(gòu)具有靈活多樣、適應(yīng)性好、越障能力強等優(yōu)點，所以，應(yīng)用非常廣泛 [11]。 它使 高空作業(yè) 效率更高， 安全 更保障。 剪叉臂材料的選擇 金屬結(jié)構(gòu)是指由扎制的型鋼和鋼板作為基本元件，按照一定的結(jié)構(gòu)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。 結(jié)構(gòu)計算應(yīng)采用許用應(yīng)力法。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 13 結(jié)構(gòu)應(yīng)按三類載荷情況進行疲勞強度、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。 第 II類 按工作時的最大的載荷進行強度和穩(wěn)定性計算。 根據(jù)選材原則及規(guī)定：主要選用 Q345 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。 表 許用應(yīng)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(yīng)力 剪切許用應(yīng)力 組合 I nI= [σ]Ι= 3?[ ] =[σ]?? 組合 II nII= [σ]Ι?= 3?[ ] =[σ]?I?I 組合 III nIII= [σ]Ι??= 3?[ ] =[σ]?II?II 注：表中屈服點 ?s 應(yīng)按選取的鋼材厚度取不同的值 由此確定作業(yè)臂的材料 [17] ： 根據(jù)選材原則及規(guī)定：主要選用 Q345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。其屈服強度是 :σ? =345Mpa. 根據(jù)工作時的最大的載荷進行強度和穩(wěn)定性計算 結(jié)構(gòu)應(yīng)按第二類載荷情況進行疲勞強度、強度和穩(wěn)定性計算。 L 中 =A（ C1+C2） =2200(250+250)=1700 mm （ ） 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 14 C1—— 固定鉸耳側(cè)距離 C2—— 滾輪側(cè)距離 圖 剪叉式舉升機構(gòu)簡圖 跟據(jù)垂直行程確定叉數(shù)： n=（ L 行 +L 底 ） /L 中 *sin55 = 取整 n=6 （ ） 叉桿是升降臺最主要的舉升部件，是主要的受力機構(gòu)。叉桿的外形圖如圖 所示。計算桿該狀態(tài)下的工作應(yīng)力，設(shè)叉桿橫截面積 A=bh,如圖 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 15 []? —— 材料許用應(yīng)力 。 n—— 安全系數(shù) ,一般為大于 1 的值，這里取 n=2。 由此式可以看出彎矩對工作應(yīng)力 ? 的影響較軸向力要顯著的多，所以在計算時應(yīng)以最大彎矩為主要計算對象。桿 1 的 C截面擁有最大彎矩，即可以認為 C截面擁有最大的工作應(yīng)力。將 h= 代入上式： 最大工作應(yīng)力： 36165 1 7 0 2 1 . 30 . 0 1 M P a b m mb? ? ? ? ? 取 25b mm? （ ） 即叉桿的橫截面為 hb??100?25 2mm （ ） 支架由 24根形狀基本相同的截面為矩形的鋼柱組成，在支架的頂端和末端分別加工出圓柱狀的短軸，以便支架的安裝。 每根支架的上頂端承受的作用力設(shè)為 ： 1 2 38 ( )N m m m g G? ? ? ? 額 載 （ ）