毕业设计-高空作业车抬升液压支架设计.doc
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1、摘要 本设计主要以小型折叠式高空作业车上、下臂结构为研究对象,对上、下臂进行结构和该车上的液压系统进行设计。主要分两部分进行阐述,第一部分:根据高空作业车的最大作业高度10米,在满足作业高度的前提下,进行高空作业臂的结构设计:首先根据工作载荷使用要求选择作业臂材料的类型;其次根据最大作业高度确定上、下臂的长度;再经过受力分析利用强度来确定臂的截面尺寸及油缸的铰接位置;进而校核强度、刚度、稳定性,查看作业臂的尺寸是否符合要求。对施加均布载荷和约束,进行结构的强度和刚度分析,确定危险截面或危险点的应力分布及变形。最后画出作业臂总装图及上、下臂零件图。第二部分:液压控制部分主要是指控制上下臂变幅运动
2、的液压缸。文中详细记录了高空作业机构上臂液压缸和下臂液压缸的设计过程。在确定液压系统元件参数的基础上,完成了液压传动系统的设计计算,并作出液压系图。关键词 高空作业车;结构设计;液压传动系统设计;液压缸AbstractIn this paper, to high-altitude vehicles, under the arm to study the structure of the upper and lower arm to the vehicle structure and the design of the hydraulic system. Mainly conducted in
3、two parts on, high-altitude vehicles under one of the largest 10 meters high degree of operating, to meet the high degree of operating under the premise of a high-altitude operations arm of the structural design: First, the use of operating arm asked to choose the type of material and secondly in ac
4、cordance with the largest Operating highly determined, under the arm length; another use of force analysis to determine the strength of the arm section size and location of the fuel tank of the hinged; further strength, stiffness, the stability of checking to see whether the size of the operating ar
5、m to meet the requirements . To impose uniform loading and constraints, structural strength and stiffness analysis, risk or danger point cross-section of the stress and deformation. Finally draw operating arm and hand, arm parts under the plans. And hydraulic control of the mainly refers to control
6、the movement from top to bottom arm Change hydraulic cylinders. In a detailed record of the agencies operating at high altitude upper arm hydraulic cylinders and hydraulic cylinders under the arm of the design process. In determining the parameters of the hydraulic system components, based on the co
7、mpletion of the hydraulic system design and calculation.Key words high-altitude vehicles structural design hydraulic system design hydraulic cylindersII目 录第1章 绪论11.1高空作业车的概况及其发展方向11.2 高空作业车的组成11.2.1 工作机构21.2.2 金属结构21.2.3 动力装置21.2.4 控制系统31.3 折叠式高空作业车的概况31.3.1整机结构简介31.3.2高空作业臂41.3.3 作业车作业状态主要技术参数41.4
8、课题的提出51.5 本课题所要研究的具体任务51.6 本课题研究的意义6第2章 高空作业车的结构设计72.1 材料的选择72.2 计算上、下臂的长度82.3 确定油缸铰点的位置92.3.1 确定上臂油缸铰点的位置92.4 上臂截面尺寸的确定92.4.1 对上臂进行受力分析92.4.2 计算上臂截面尺寸102.4.3 对上臂进行强度校核122.5 下臂截面尺寸的确定152.5.1 对下臂进行受力分析152.5.2计算下臂的截面尺寸162.5.3对下臂进行正应力校核172.6 连接处销轴尺寸的确定20第3章 液压系统设计213.1 液压系统的构成213.2液压系统设计概述213.3 设计依据213
9、.4 主要机构简述213.5 主要工作机构液压回路的设计223.5.1 高空作业车变幅机构液压回路设计22第4章 高空作业部分液压系统的设计计算244.1上臂油缸的设计244.1.1 确定液压缸类型和安装方式244.1.2 确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸244.2下臂油缸的设计计算284.2.1 确定液压缸类型和安装方式284.2.2确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸29结论34致谢35参考文献3636第1章 绪论1.1高空作业车的概况及其发展趋势 高空作业车是用来运送工作人员和工作装备到指定高度进行作业的特种车辆,是将高空作业装置安装在汽车底盘上组成的。高空作业装置包括高空作业臂、动力系
10、统、液压系统、电气系统还有操纵装置等部分组成。 现在的高空作业装置具有操作平顺、工作稳定、自动调速、安全可靠等优点,大大提高了空中作业的工作效率。高空作业车又称登高平台消防车,广泛用于建筑、市政、电讯、机场、工厂、园林、住宅等场所,从事消防、抢险救灾、施工、安装、维护等工作。高空作业车按工作臂的型式,有四种基本型式,分别为:垂直升降式、折叠臂式、伸缩臂式和混合臂式。垂直升降式高空作业车的升降机构只能在垂直方向上进行运动。它的主要特点是结构简单,承载能力强,但作业范围小,作业高度低,这种结构型式应用比较少。折叠臂式高空作业车工作臂之间的连接全部采用铰接型式,所以国外又把它叫做铰接式高空作业车。折
11、叠臂高空作业车结构适合于较低作业高度的车型,如要加大作业高度,必然要增加臂长或增加工作臂数量,增加臂长会使作业车体积庞大,降低灵活性;增加工作臂数量会造成操作繁琐,安全性降低。伸缩臂式的高空作业车在行驶状态时,工作臂缩回套叠,工作时伸出,可以有效增大作业高度,同时具有工作效率高、操作简单、动作平稳等特点。混合臂式高空作业车工作臂之间既有铰接,也有伸缩,是折叠臂式和伸缩臂式高空作业车的结合,它综合了两种结构型式的优点,工作性能最好,但结构也最为复杂。高空作业车利用汽车底盘作为行走机构,具有汽车的行驶通过性能,机动灵活,行驶速度高,可快速转移,转移到作业场地后能迅速投入工作,因此被越来越多的应用在
12、工程建设、工业安装、设备检修、物业管理、航空、船舶、石化、电力、影视、市政、园林等许多行业,是近几年来国内发展最快的专用汽车产品之一。高空作业车是高空作业机械在工程起重机械基础上发展起来的,高作业设备广泛应用在建筑、消防等行业。随着高空作业车作业高度越来越高,振动所导致的大幅度摆动,严重的影响了定位的准确性,降低了工作效率,加之高空摆动给人的安全感极差,也降低了设备的宜人性,间接的影响了工作效率。因此对高空作业车进行动力研究,有重要意义。目前国内生产的高空作业车几乎全部是折叠臂型式的,有更大的市场需求。1.2 高空作业车的基本组成高空作业车正常进行作业,需要工作机构、金属结构、动力装置与控制系
13、统四部分。这四个部分的组成及其作用分述如下:1.2.1 工作机构工作机构是为实现高空作业车不同的运动要求而设置的。高空作业车一般设有变幅机构、回转机构、平衡机构和行走机构。依靠变幅机构和回转机构实现载人工作斗在两个水平和垂直方向的移动;依靠平衡机构实现工作斗和水平面之间的夹角保持不变,依靠行走机构实现转移工作场所。高空作业车变幅是指改变工作斗到回转中心轴线之间的距离,这个距离称为幅度。变幅机构扩大了高空车的作业范围,由垂直上下的直线作业范围扩大为一个面的作业范围。高空作业车变幅机构一般采用液压油缸变幅。高空作业车的一部分(一般指上车部分或回转部分)相对于另一部分(一般指下车部分或非回转部分)做
14、相对的旋转运动称为回转。为实现高空作业车的回转运动而设置的机构称为回转机构。它是由液压马达经减速器将动力传递到回转小齿轮上,小齿轮既作自转又作沿着固定在底架上的回转支承大齿圈公转,从而带动整个上车部分回转。有了回转运动,从而使高空作业车从面作业范围又扩大为一定空间的作业范围。高空作业车在工作臂起伏时,工作斗与水平面夹角必须保持相对稳定,才能保证工作人员正常工作。平衡机构就是为了实现这一功能。对于伸缩臂或混合臂型式的高空作业车,通常有自重平衡、液压伺服缸平衡、电液平衡几种方式。高空作业车的行走机构就是通用或专用汽车底盘。1.2.2 金属结构工作臂、回转平台、副车架(车架大梁,门架、支腿等)金属结
15、构是高空作业车的重要组成部分。高空作业车的各工作机构的零部件都是安装或支承在这些金属结构上的。金属结构是高空作业车的骨架。它承受高空作业车的自重以及作业时的各种外载荷。组成高空作业车金属结构的构件较多,其重量通常占整机重量的一半以上,耗钢量大。因此,高空作业车金属结构的合理优化设计,对减轻高空作业车自重,提高作业性能,节约钢材,提高高空车的可靠性都有重要意义。1.2.3 动力装置动力装置是高空作业车的动力源。由于高空作业车采用汽车底盘作为行走机构,通常不再另外设置动力源,而是直接采用汽车底盘发动机作为整车的动力源。高空作业装置需要的功率不大,一般约 10-20kw,而载重汽车底盘发动机的功率根
16、据载重量不同从 50kw 一直到 150kw 以上,且高空作业装置工作时不允许底盘行驶,因此底盘发动机的动力足以保证高空作业装置工作。因为高空作业装置需要功率不大,通常高空作业车采用变速箱取力方式,通过安装在底盘变速箱侧面的取力器取出发动机的动力,并驱动液压油泵向高空作业装置供油。取力系统中还设置控制装置,在底盘行驶时,取力器没有输出,液压油泵不工作,需要进行高空作业时,取力器输出,油泵工作。1.2.4 控制系统高空作业车控制系统是控制和解决各机构怎样运动的问题。如动力传递的方向,各机构运动速度的快慢,以及使机构启动停止等。控制系统包括操纵装置、执行元件和安全装置。当今的高空作业车全部采用电气
17、液压操纵,因此控制装置包括各种液压操作阀,电控装置等,以实现机构的起动、调速、换向、制动和停止。执行元件包括变幅用的液压油缸、回转马达、油泵等,用来推动结构件实现动作。安全装置包括各种传感器、行程开关、报警器、液压锁止阀,用来检测危险工况,保证工作安全。1.3 小型折叠式高空作业车的发展概况1.3.1 整机结构简介折叠式高空作业车采用的工作装置为液压驱动。高空作业车辆升降机构的稳定可靠是实现安全作业的必要条件之一,这类设备的升降机构大多采用臂式(如市政工程车辆、汽车起重机、飞机除冰车等)或剪式(如飞机食品车、残疾旅客登机车等) 升降机构,采用液压缸作为升降驱动力,液压缸需要随升降机构运动,因此
18、液压缸与液压主回路须使用液压胶管连接。此时液压缸既作为升降时的动力,又作为施工作业时升降机构的支撑构件,因此液压缸及其连接管路对于整个系统安全起着非常重要的作用。高空作业车是以反复循环的方式完成设备安装的作业车。高空作业车主要由高空作业臂、工作平台、起升机构、动力系统、液压系统、电气系统等六部分组成。整车外形图如图 1-1。 图1-1 GKZ型高空作业车外形图图1-2 GKZ型高空作业车外形尺寸图1.3.2高空作业臂高空作业臂包括上臂和下臂,上臂头部有工作平台。行驶状态时,两节工作臂折叠在一起;进行高空作业时,两节工作臂分别由上下臂油缸举升伸展至一定角度,将工作人员送至工作位置。上臂和下臂间通
19、过水平销轴铰接,铰接处设有专门的滑动轴承,以保证工作臂转动时阻力小,运动平稳。该高空作业车采用折叠式工作臂结构,工作装置为液压驱动。工作臂为2节折叠臂。具有操作简便,稳定性好等特点。其组成主要是高空作业臂,如图1-2所示。高空作业臂包括上臂2和下臂1,上臂头部有工作平台6。行驶状态时,2节工作臂折叠在一起;进行高空作业时,2节工作臂分别由上下臂油缸4举升伸展至一定角度。上臂和下臂间通过水平销轴铰接。如图1-2图1-3 作业臂示意图1基本臂(下臂) 2上臂 4上臂油缸6工作平台1.3.3 作业车作业状态主要技术参数作业车的技术参数如下表1-1所示:表1-1作业车作业状态主要技术参数项 目单位数据
20、最大抬升重量kg1000最高抬升高度m10抬升速度m/s11.4 课题的提出本课题以“GKZ14高空作业车” 为研究对象,对该车的作业臂结构、液压系统进行设计。该型作业车的作业臂有上臂、下臂组成,下臂与底座铰接,上臂头部有工作平台。上、下臂通过伸缩油缸调节臂的举升高度。传统的力学方法设计是:根据高空作业的需要,在满足升降高度的前提下,进行强度、刚度、稳定性的校核,确定截面尺寸。为保证安全,设计过程中安全系数较大,造成质量偏大,成本增加等问题。在车辆在行驶过程中,由于臂重较大,产生多起车架断裂现象。由于伸降臂在作业时位于十几米甚至几十米的高空,事关人身安全,因此需要有一种较准确的设计计算方法,既
21、能满足设计要求,又能减轻臂重,降低成本。液压系统设计在高空作业车的设计里占重要地位,例如起重工件装置主要由变幅机构组成,这一机构靠液压系统驱动,实现作业要求。液压系统元件的类型可分为动力元件,控制元件,执行元件,辅助元件等。随着经济技术的快速发展,国内外起重机市场和高空作业车市场对这两种产品的需求越来越大,将产生巨大的社会经济效益。本研究课题,将以高空作业车升降臂结构以及液压系统为对象,根据作业高度和液压驱动部分进行结构设计,得出一种较为准确的设计方法.1.5 本课题所要研究的具体任务本课题主要研究工作如下:(1)进行大量的调查研究,收集整理资料,根据作业车的工作特点和受载状况,制定作业臂设计
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