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北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)選題報(bào)告
目 錄
1文獻(xiàn)綜述 1
1.1本課題國(guó)外研究進(jìn)展 1
1.2本課題國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展 2
2課題背景及開(kāi)展研究的意義 4
2.1課題背景 4
2.2升降機(jī)的研究意義 6
2.3剪叉式高空作業(yè)平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì) 6
3研究?jī)?nèi)容、方法及預(yù)期目的 8
3.1研究?jī)?nèi)容 8
3.2具體方法 8
3.3預(yù)期目的 8
4 進(jìn)度安排 9
第一學(xué)期 9
第二學(xué)期 9
參 考 文 獻(xiàn) 10
指導(dǎo)教師意見(jiàn) 11
1文獻(xiàn)綜述
1.1本課題國(guó)外研究進(jìn)展
當(dāng)前國(guó)外制造升降平臺(tái)的國(guó)家比較多，如意大利、芬蘭、美國(guó)、英國(guó)等國(guó)家。國(guó)外升降平臺(tái)生產(chǎn)在有的國(guó)家已有幾十年的歷史，升降平臺(tái)在機(jī)械產(chǎn)品中占有相當(dāng)大的比重。根據(jù)叉臂的數(shù)量分單節(jié)和多節(jié)升降平臺(tái)，還有固定式（圖1.1）、超低式（圖1.2）、移動(dòng)式（圖1.3）等各種型式。目前升降平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)力多用液壓驅(qū)動(dòng)，在倉(cāng)庫(kù)、航空、工業(yè)、碼頭等場(chǎng)所廣泛運(yùn)用。特別在高空作業(yè)升降平臺(tái)及商業(yè)貨物平臺(tái)中己形成系列化的生產(chǎn)，如英國(guó)起重有限公司，他們根據(jù)各類(lèi)倉(cāng)庫(kù)的裝卸需求，生產(chǎn)適應(yīng)商業(yè)貨物系統(tǒng)方面不同型號(hào)的升降平臺(tái)，大部分高空作業(yè)搬運(yùn)作業(yè)其技術(shù)先進(jìn)。還有Geda公司的Multilift系列施工升降平臺(tái)，這臺(tái)施工升降機(jī)可以通過(guò)電子顯示裝置對(duì)“高度預(yù)定控制系統(tǒng)”進(jìn)行操作。通過(guò)該系統(tǒng)，要使升降平臺(tái)輕松地?？吭诓煌叨?，操作員只需簡(jiǎn)單的按鈕操作就可。該升降平臺(tái)配有嵌入式的控制裝置，使升降平臺(tái)的急停急走不再發(fā)生。美國(guó)專(zhuān)家Hashem 等根據(jù)剪叉式液壓升降機(jī)的特點(diǎn)提出采用并聯(lián)連接剪叉臂的結(jié)構(gòu)形式，之前的升降機(jī)主要是串聯(lián)連接剪叉臂，串聯(lián)連接限制了其工作臺(tái)面的增加，并聯(lián)連接不僅可以增加工作面積，還能夠大大增加其穩(wěn)定性[1-2]。
此外，Geda公司的Multilift系列施工升降平臺(tái)可上升到150米的高度，同時(shí)承載12人[3]。芬蘭的博浪濤公司是全球最著名生產(chǎn)大高度高空作業(yè)升降平臺(tái)車(chē)的企業(yè)，結(jié)構(gòu)型式都是二級(jí)伸縮臂加多級(jí)伸縮折臂結(jié)構(gòu)，升降高度可達(dá)到36-60米。
另外還有許多國(guó)外專(zhuān)家學(xué)者對(duì)剪叉機(jī)構(gòu)以及液壓剪叉升降平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)及其力學(xué)性能進(jìn)行了研究。并通過(guò)數(shù)值仿真研究了關(guān)節(jié)的柔性和滑塊的慣性對(duì)連桿彈性振動(dòng)的影響 [4]。Liu等基于Matlab/Simulink軟件對(duì)液壓剪叉式升降臺(tái)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，得到了升降臺(tái)的運(yùn)動(dòng)曲線，并基于Pro/E軟件，以機(jī)構(gòu)質(zhì)量最小化為目標(biāo)，對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。H.Spackman介紹了一種計(jì)算液壓剪叉式升降臺(tái)驅(qū)動(dòng)力的方法，運(yùn)用該方法，設(shè)計(jì)者可以很快地得出驅(qū)動(dòng)源的優(yōu)化位置以及驅(qū)動(dòng)力的大小 [5]。
圖1.2超低式升降平臺(tái)
圖1.1固定式升降平臺(tái)
圖1.3移動(dòng)式升降平臺(tái)
1.2本課題國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展
隨著中國(guó)城鎮(zhèn)化的擴(kuò)展，道路，橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)不斷增多，需求不斷擴(kuò)大，升降平臺(tái)以及升降機(jī)的種類(lèi)需求也不斷增加。而且近幾年，液壓升降平臺(tái)發(fā)展正處在一個(gè)發(fā)展的高峰期，并且逐步向產(chǎn)業(yè)化和集群模式發(fā)展。
現(xiàn)在不管是在建筑工地、市政施工、企業(yè)、工業(yè)、工廠、裝潢、酒店還是私家庭院，升降機(jī)以及是到處可見(jiàn)，使用也是非常廣泛。因此，升降平臺(tái)市場(chǎng)發(fā)展前景廣闊。我國(guó)升降平臺(tái)市場(chǎng)進(jìn)入高速發(fā)展階段，有望保持高速發(fā)展態(tài)勢(shì)。
關(guān)鍵是在中國(guó)改革開(kāi)放，經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展期，國(guó)內(nèi)企業(yè)，工廠以及基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目大批開(kāi)工建設(shè)，升降平臺(tái)的實(shí)用型、便捷性凸顯出來(lái)。在強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求帶動(dòng)下，我國(guó)升降機(jī)產(chǎn)業(yè)逐步發(fā)展起來(lái)。以山東為例，山東濟(jì)陽(yáng)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)最大的大噸位液壓升降平臺(tái)制造基地，產(chǎn)業(yè)及規(guī)模全國(guó)第一，年產(chǎn)值上億元，而全國(guó)其他地方如：江蘇，廣東，河南等地也出現(xiàn)產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展趨勢(shì)，江蘇則呈現(xiàn)出多元化升降平臺(tái)制造態(tài)勢(shì)，如：鋁合金升降機(jī)，液壓升降平臺(tái)，高空作業(yè)臺(tái)等都生產(chǎn)制造，產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展迅速。
當(dāng)前，國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)相對(duì)穩(wěn)定，市場(chǎng)發(fā)展一切向好，國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉?；旧蠞M(mǎn)足了國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的需求。此外，國(guó)產(chǎn)升降設(shè)備出口也取得了很大進(jìn)展，出口升降機(jī)的種類(lèi)也是越來(lái)越多，出口國(guó)家從東南亞擴(kuò)展到非洲、北美，一些發(fā)展中國(guó)家也成為我國(guó)液壓升降機(jī)的出口對(duì)象，出口技術(shù)含量和附加值也在逐步提高。
隨著升降機(jī)產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢(shì)和集群發(fā)展逐漸明顯，升降機(jī)將向高新技術(shù)發(fā)展，升降機(jī)產(chǎn)業(yè)將信息化、網(wǎng)絡(luò)化，綠色環(huán)保將成為升降機(jī)發(fā)展趨勢(shì)。
目前國(guó)外生產(chǎn)升降機(jī)比較知名的企業(yè)有愛(ài)知公式、JLG公司和 Alter 公司等。在國(guó)內(nèi)主要有山東濟(jì)陽(yáng)和江蘇鎮(zhèn)江兩大生產(chǎn)基地。比較知名的國(guó)內(nèi)企業(yè)有徐州重工，浙江定力和京城重工等企業(yè) [6]。
國(guó)內(nèi)的升降平臺(tái)的制造起步比國(guó)外的晚，但是近幾年的發(fā)展相對(duì)較為迅速，主要表現(xiàn)在產(chǎn)品種類(lèi)的不斷增加。如沈陽(yáng)北方交通中共集團(tuán)研制了 54m 的高空消防救援車(chē)。目前，徐州重型機(jī)械有限公司正在研發(fā) 80m 的高空消防車(chē)，在此之前，它已經(jīng)成功研制了 22-68m 的高空消防救援車(chē)。杭州愛(ài)知公司也研發(fā)完成了絕緣型高空作業(yè)車(chē)。在國(guó)內(nèi)，升降平臺(tái)仍然有著很大的市場(chǎng)發(fā)展空間，促進(jìn)其快速發(fā)展的主要因素為日漸增長(zhǎng)的勞動(dòng)力成本，同時(shí)還有國(guó)家各項(xiàng)政策及規(guī)劃的引導(dǎo)和扶持，如機(jī)場(chǎng)的建設(shè)、城市鐵路公路、船舶工業(yè)等[7]。相關(guān)的“十二五”規(guī)劃，另外《商貿(mào)物流發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》也在不同程度上對(duì)快速發(fā)展我國(guó)的高空作業(yè)平臺(tái)起到了推動(dòng)作用[8]。
在剪叉機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度方面的研究，郭克希等人通過(guò)對(duì)剪叉式機(jī)構(gòu)的演變方式的分析對(duì)比，得到了變異剪叉結(jié)構(gòu)，并對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，通過(guò)對(duì)該空間展開(kāi)式剪叉機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度分析，得出了該機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)尺寸，從而設(shè)計(jì)出一種新型的能夠廣泛應(yīng)用于各種特殊的場(chǎng)合的機(jī)動(dòng)平臺(tái)[9]。胡小舟等人分析了剪叉式升降機(jī)的受力，建立了其力學(xué)模型，然后利用 Matlab 軟件進(jìn)行分析，研究了影響油缸最大推力的關(guān)鍵參數(shù)[10]。張榮敏等人對(duì)剪叉機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了分析，并利用 ANSYS /APDL 的優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊對(duì)剪叉臂進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析，得出剪叉臂的最優(yōu)參數(shù)[11]。鄧宏光等人根據(jù)剪叉式升降平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征，建立了起升結(jié)構(gòu)的力學(xué)方程，并確定了起升結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)[12]。浙江交通設(shè)計(jì)院的陳向陽(yáng)等提出一種新的推導(dǎo)宏單元?jiǎng)偠染仃嚨姆椒?，并推?dǎo)出剪式宏單元的幾何非線性切線剛度矩陣，并給出了顯示線性剛度矩陣[13]。解本銘等對(duì)剪叉機(jī)構(gòu)進(jìn)行了靜態(tài)應(yīng)力電測(cè)測(cè)試，同時(shí)對(duì)剪叉機(jī)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析，通過(guò)實(shí)驗(yàn)與理論分析比較，結(jié)果顯示分析所得結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致，從而確定了剪叉機(jī)構(gòu)發(fā)生最大應(yīng)力的區(qū)域[14]。
2課題背景及開(kāi)展研究的意義
2.1課題背景
工程機(jī)械是我國(guó)裝備工業(yè)的重要組成部分。為了保證各種工程建設(shè)高速度、高質(zhì)量、低成本施工的進(jìn)行，工程機(jī)械是重要手段。現(xiàn)代化建設(shè)速度的快慢取決于工程建設(shè)的速度。工程機(jī)械發(fā)展水平的高低直接影響工程建設(shè)的速度，因此工程機(jī)械是世界工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的重點(diǎn)發(fā)展行業(yè)。我國(guó)的機(jī)械工業(yè)發(fā)展較晚，基礎(chǔ)較差，但是經(jīng)過(guò)多年的努力，從無(wú)到有，從模仿一般的小型機(jī)械到自主研發(fā)制造大型精密設(shè)備，我國(guó)的工程機(jī)械行業(yè)不斷地發(fā)展為一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品門(mén)類(lèi)齊全，產(chǎn)品技術(shù)具有先進(jìn)水平的工業(yè)體系[15]。
液壓升降臺(tái)是一種將人或者貨物升降到一定高度的升降設(shè)備，主要用于人員登高作業(yè)和貨物垂直運(yùn)輸。按照升降機(jī)構(gòu)型式，升降臺(tái)大致可分為4 種類(lèi)型。即剪叉式升降臺(tái)（圖1.1）、桁架式升降臺(tái)（圖1.2）、多級(jí)液壓缸直頂式升降臺(tái)（圖1.3）、懸臂式升降臺(tái)（圖1.4）[16]。
剪叉式液壓升降臺(tái)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、承載量大、安裝空間小、自動(dòng)化程度高且易于實(shí)現(xiàn)集中控制等特點(diǎn)，因此在現(xiàn)代物流、航空、自動(dòng)化生產(chǎn)線等場(chǎng)合中得到廣泛應(yīng)用[17]。剪叉式升降平臺(tái)是應(yīng)用非常廣泛的一種升降裝置，剪叉式升降平臺(tái)的結(jié)構(gòu)決定了其功能和特點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、運(yùn)行可靠、安全高效、故障率低、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛用于車(chē)站、碼頭、橋梁、大廳、廠房、室內(nèi)外機(jī)械安裝、設(shè)備維修、建筑保養(yǎng)等場(chǎng)合。但是，剪叉式升降平臺(tái)也存在一定的不足之處，例如粗大笨重，造價(jià)較高，造成使用上的不便。一般起升高度在 10 m 左右的剪叉式升降平臺(tái)其重量往往超過(guò) 1 t，這樣的重量在施工現(xiàn)場(chǎng)很難靈活移動(dòng)，用專(zhuān)車(chē)配合使用成本高，也會(huì)降低工作效率。剪叉式升降平臺(tái)含有大量的鋼結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和力學(xué)性能會(huì)對(duì)平臺(tái)的質(zhì)量和性能產(chǎn)生直接影響[18]。
圖2.1剪叉式升降臺(tái)
圖2.2桁架式升降臺(tái)
圖2.4懸臂式升降臺(tái)
圖2.3多級(jí)液壓缸直頂式升降臺(tái)
2.2升降機(jī)的研究意義
升降機(jī)不論是在工業(yè)生產(chǎn)還是我們的日常生活中都有著非常重要的作用。給我們帶來(lái)許多便捷、便利。升降機(jī)有許多特色的功能，電梯在我們生活中的好多地方都會(huì)用到，升降機(jī)就如電梯的性能大同小異，我們?cè)谏禉C(jī)的使用過(guò)程中也可以針對(duì)自己的需求對(duì)升降機(jī)的具體參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。升降機(jī)在我們生產(chǎn)中的應(yīng)用非常普遍，可見(jiàn)升降機(jī)在我們的生活中的重要性。然而在我們生產(chǎn)中升降機(jī)也有著非常重要的作用，尤其是貨物高空操作。
現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展，生產(chǎn)力不斷的加大，對(duì)生產(chǎn)效率的要求也越來(lái)越高。高空操作也比過(guò)去頻繁，所以升降機(jī)在進(jìn)行高空操作業(yè)的時(shí)候意義重大，即降低了工作人員的危險(xiǎn)系數(shù)又提高了工作效率。升降機(jī)操作簡(jiǎn)單，而且可以給我們提供一個(gè)安全穩(wěn)定的工作平臺(tái)。為我們?cè)诟呖兆鳂I(yè)的時(shí)候提供更多的安全提供保障。升降機(jī)不僅在生產(chǎn)中有著重要的作用，在我們生活中的應(yīng)用也非常廣泛。在酒店、賓館、影院等等公共休閑娛樂(lè)場(chǎng)所我們都會(huì)見(jiàn)到升降機(jī)在這里進(jìn)行燈具的清潔維修，和各種公共設(shè)備的調(diào)試安裝維護(hù)保養(yǎng)等工作。所以對(duì)升降機(jī)的研究具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
2.3剪叉式高空作業(yè)平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)
目前，高空作業(yè)機(jī)械品種規(guī)格多樣，功能不斷完備，產(chǎn)業(yè)化規(guī)?；男袠I(yè)形態(tài)已經(jīng)形成?？v觀近些年國(guó)際工程機(jī)械發(fā)展史，將剪叉式高空作業(yè)平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)歸納如下：
（1）擴(kuò)大可進(jìn)行作業(yè)的范疇，不同工作環(huán)境均能滿(mǎn)足需要。自年以來(lái)，剪叉式高空作業(yè)平臺(tái)的市場(chǎng)需用量呈不斷上漲趨勢(shì)，幾乎每個(gè)廠家開(kāi)始從電動(dòng)機(jī)作手開(kāi)始轉(zhuǎn)向大中型越野型平臺(tái)產(chǎn)品。尤其在作業(yè)高度上得到了全面提升。最關(guān)鍵的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都是按特別耐用和惡劣環(huán)境下的工況進(jìn)行設(shè)計(jì)。
（2）差異化、個(gè)性化，滿(mǎn)足用戶(hù)多種功能性的需求。由于高空作業(yè)平臺(tái)的用途非常廣泛，有多個(gè)行業(yè)涉及到，但是行業(yè)之間的作業(yè)內(nèi)容不盡相同，即使是相同行業(yè)在不同的地理位置其環(huán)境和操作規(guī)范等因素也不同，另外對(duì)于產(chǎn)品功能的要求也不同，市場(chǎng)上的要求表現(xiàn)的各有不同，逐漸呈現(xiàn)出了差異化、個(gè)性化，滿(mǎn)足用戶(hù)多種功能性的需求的特點(diǎn)。短期內(nèi)多種功能性的要求仍然是剪叉式高空作業(yè)平臺(tái)的一個(gè)重要發(fā)展方向。
（3）向智能化、小型化、大高度發(fā)展。由于城市運(yùn)行的高效率和維修和緊急維修的特點(diǎn)，對(duì)產(chǎn)品的要求應(yīng)是足夠高的工作效率，并確保足夠的安全，同時(shí)預(yù)防和減少災(zāi)害不出現(xiàn)新的災(zāi)難，依靠對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械和人工操作控制是非常困難的事，必須通過(guò)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能控制技術(shù)的實(shí)施，使智能控制是產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在場(chǎng)地狹窄，地面承載能力差，要求產(chǎn)品具有體積小，質(zhì)量輕的特點(diǎn)，因此，產(chǎn)品必須走小型化，重量輕的方向。
（4）不斷提高安全意識(shí)和環(huán)保概念。剪叉式高空作業(yè)平臺(tái)在業(yè)界得到了越來(lái)越廣泛的使用，各個(gè)廠家的安全意識(shí)也不斷提升，通過(guò)提高安全性及安裝各類(lèi)安全設(shè)施，保護(hù)操作者的人身安全，并且越來(lái)越多的法律法規(guī)及安全生產(chǎn)規(guī)程也在不斷完善。[19]
3研究?jī)?nèi)容、方法及預(yù)期目的
3.1研究?jī)?nèi)容
1.液壓升降機(jī)的研究
2.虛擬樣機(jī)技術(shù)研究和Pro/E軟件學(xué)習(xí)
3.液壓升降機(jī)方案設(shè)計(jì)和分析
4.液壓升降機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)分析
5.液壓升降機(jī)三維造型
3.2具體方法
1.根據(jù)生產(chǎn)線的使用和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)要求，做大量的資料和調(diào)查，對(duì)目前運(yùn)用比較廣泛的剪叉式升降平臺(tái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及力學(xué)分析，并提出自己的設(shè)計(jì)方案。
2.本設(shè)計(jì)是以水平驅(qū)動(dòng)作為指導(dǎo)思想，對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及力學(xué)分析，并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)分析，得出本設(shè)計(jì)的優(yōu)越性和可行性。
3.確定主要構(gòu)件參數(shù)，并對(duì)主要構(gòu)件和零部件進(jìn)行強(qiáng)度校核。
4.用Pro/E軟件對(duì)剪式升降平臺(tái)三維造型，并進(jìn)行仿真，導(dǎo)出仿真動(dòng)畫(huà)。
3.3預(yù)期目的
本課題基于對(duì)剪叉式液壓升降機(jī)的了解，從而完成剪叉式液壓升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)分析，具體內(nèi)容有剪叉式液壓升降機(jī)的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)分析、三維造型，并根據(jù)提出的技術(shù)參數(shù)，給出剪叉式液壓升降機(jī)的整體設(shè)計(jì)方案。
4 進(jìn)度安排
第一學(xué)期
第14∽16周: 查閱資料、初步研究、撰寫(xiě)并完成開(kāi)題報(bào)告
第二學(xué)期
第1∽2周: 翻譯外文、熟悉軟件
第3∽5周：液壓升降機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)分析
第6∽8周：基于Pro/E的升降機(jī)關(guān)鍵部件造型
第9∽11周：完成升降機(jī)虛擬樣機(jī)總體裝配設(shè)計(jì)
第12∽13周：整理論文，準(zhǔn)備答辯
參 考 文 獻(xiàn)
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指導(dǎo)教師意見(jiàn)
選題具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，選題內(nèi)容恰當(dāng)，工作量合適，“液壓升降機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)分析及三維造型”有一定難度，但基本可以完成相關(guān)內(nèi)容。
指導(dǎo)教師1： 年 月 日
指導(dǎo)教師2： 年 月 日
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