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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
小型舉升車改裝設(shè)計(jì)
院系名稱： 汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)班級(jí)： 車輛工程 B07-1班
學(xué)生姓名： 王 紅
指導(dǎo)教師： 于春鵬
職 稱： 副教授
黑 龍 江 工 程 學(xué) 院
二○一一年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
Small lift truck design modifications
Candidate：Wang Hong
Specialty：Vehicle Engingeering
Class：B07-1
Supervisor：Associate Prof.Yu Chunpeng
Heilongjiang Institute of Technology
2011-06·Harbin
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
本設(shè)計(jì)主要以小型舉升車改裝結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，對(duì)于副車架結(jié)構(gòu)、上下臂進(jìn)行結(jié)構(gòu)和該車上的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要分三部分進(jìn)行闡述，第一部分：根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇合適的二類底盤，對(duì)副車架進(jìn)行設(shè)計(jì)及校核，確定副車架與車架的安裝方式。最后畫出副車架的總裝圖及零件圖。第二部分：根據(jù)高空作業(yè)車的最大作業(yè)高度4.5m，在滿足作業(yè)高度的前提下，進(jìn)行高空作業(yè)臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；首先根據(jù)工作載荷使用要求選擇作業(yè)臂材料的類型；其次根據(jù)最大作業(yè)高度確定上下臂的長(zhǎng)度；在經(jīng)過(guò)受力分析利用強(qiáng)度來(lái)確定臂的截面尺寸及油缸的鉸接位置；進(jìn)而校核強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，查看作業(yè)臂的尺寸是否符合要求。對(duì)施加均布載荷和約束，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度分析，確定危險(xiǎn)截面或危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力分布及變形。最后畫出作業(yè)臂總裝圖及上下臂零件圖。第三部分：液壓控制部分主要是指控制上下臂變幅運(yùn)動(dòng)的液壓缸。文中詳細(xì)記錄了舉升機(jī)構(gòu)上臂液壓缸和下臂液壓缸的設(shè)計(jì)過(guò)程。在確定液壓系統(tǒng)元件參數(shù)的基礎(chǔ)上，完成了液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，并作出液壓系統(tǒng)圖。
關(guān)鍵詞：舉升車；高空作業(yè)車；液壓系統(tǒng)；支腿；液壓缸。
ABSTRACT
This is designed to be small lift vehicles into the structure of the study, the sub-frame structure, upper and lower arm to the vehicle structure and hydraulic system design. Main component the same elaborate, part one : according to the maximum working height 4 aerial. 5mm , in meet job height of premise Xia , for aerial arm of structure design ; first under work load using requirements select job arm material of type ; second under maximum job height determine upper and lower arm of length ; in after by force analysis using strength to determine arm of section size and the oil cylinder of articulated location ; turn check strength , and stiffness , and stability , view job arm of size is meet requirements . To impose uniform load and constraint, strength and stiffness of the structural analysis to determine stress distribution and deformation of the dangerous section or so points. Last draw operations arm Assembly plans and parts of upper and lower arm. Part II : hydraulic control part mainly refers to the control arm of luffing motion up and down hydraulic cylinder. Aerial institutions the upper arm is recorded in detail design of hydraulic cylinder with hydraulic cylinders and lower arm. On the basis of determining parameters of hydraulic system components, completed the design and calculation of hydraulic system and hydraulic system diagram.
Key words: Lift car; Adrial work; Hydraulic pressure system ;Leg ; Hydraulic cylinder.
I
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1研究背景 1
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀 2
1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 3
1.3研究課題的意義和目的 3
1.4 研究?jī)?nèi)容和方法 4
第2章 總體設(shè)計(jì)方案 6
2.1行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 6
2.2舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 6
2.2.1舉升機(jī)構(gòu)的概述 6
2.2.2舉升機(jī)構(gòu)方案的確定 7
2.3 本章小結(jié) 7
第3章 主要部件設(shè)計(jì) 9
3.1行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
3.2副車架的設(shè)計(jì)與校核 11
3.2.1副車架的概述 11
3.2.2副車架與車架的安裝方式 12
3.2.3 U型螺栓和止推連接板的布置和選擇 13
3.2.4車架強(qiáng)度校核 13
3.2.5主要零件制造工藝 14
3.3舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 15
3.3.1材料的選擇 15
3.3.2計(jì)算上、下臂的長(zhǎng)度 16
3.3.3確定油缸鉸點(diǎn)的位置 17
3.3.4上臂截面尺寸的確定 17
3.3.5下臂截面尺寸的確定 20
3.3.6連接處銷軸尺寸的確定 24
3.4支腿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 25
3.4.1支腿跨距的確定 25
3.4.2支腿腳的設(shè)計(jì) 25
3.5本章小結(jié) 25
第４章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26
4.1液壓系統(tǒng)的構(gòu)成 26
4.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 26
4.3設(shè)計(jì)依據(jù) 26
4.4主要機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)述 26
4.5主要工作機(jī)構(gòu)液壓回路的設(shè)計(jì) 27
4.5.1舉升車變幅機(jī)構(gòu)液壓回路設(shè)計(jì) 27
4.5.2上臂油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 28
4.5.3下臂油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 32
4.6本章小結(jié) 35
結(jié)論 36
參考文獻(xiàn) 37
致謝 39
第1章 緒 論
1.1研究背景
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，路燈維護(hù)、住宅小區(qū)物業(yè)管理、園林維護(hù)等作業(yè)逐步規(guī)范，但相應(yīng)的服務(wù)用舉升車卻處于滯后狀態(tài)，目前舉升車由液壓或電動(dòng)系統(tǒng)支配多支液壓油缸，能夠上下舉升進(jìn)行作業(yè)。采用液壓傳動(dòng)的載人舉升車，是當(dāng)代先進(jìn)的物種機(jī)械設(shè)備。施工人員借助高空作業(yè)車升空工作，只要正確使用，安全得到保證。但操作不妥或安全措施未落實(shí)，它又是一種十分危險(xiǎn)的主空作業(yè)規(guī)程，物制定如下行為規(guī)范。舉升車車大體有折疊臂、伸縮臂、混合臂、剪叉式等系列。
常用的有折疊臂式舉升車和剪叉式舉升車。
折疊臂式舉升車：有柴油機(jī)自行式、電瓶自行式、拖車式，具有伸縮臂，能懸伸作業(yè)，跨越一定的障礙或在一處升降可進(jìn)行多點(diǎn)作業(yè)；360度旋轉(zhuǎn)，平臺(tái)載重量大，可供兩人或多人同時(shí)作業(yè)并可搭載一定的設(shè)備；升降平臺(tái)移動(dòng)性好，轉(zhuǎn)移場(chǎng)地方便；外型美觀，適于室內(nèi)外作業(yè)和存放?？蓮V泛用于車站、碼頭、機(jī)場(chǎng)、賓館、郵電、市政園林、糧庫(kù)、清洗公司、公共建筑門面的裝飾、裝修或者電力系統(tǒng)的安裝維修等等。承載一個(gè)人到兩個(gè)人之間，消防隊(duì)普遍使用這種升降機(jī)。有時(shí)隨車裝配四個(gè)液壓支腿，支腿型式為H型，以保證整車在操作時(shí)的穩(wěn)定性和安全性。能適合室外作業(yè)，采用柴油機(jī)作為動(dòng)力。也可以根據(jù)需要，采用蓄電池作為機(jī)器的行走和工作動(dòng)力。
剪叉式舉升車又分為自行剪叉式和固定剪叉式。自行剪叉式舉升車：能夠在不同高度工作狀態(tài)下快速、慢速行走，可以在空中方便的操作平臺(tái)連續(xù)完成上下、前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向等工作。一般采用優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，激光焊接電子機(jī)械手單面焊接雙面成型工藝，意大利原裝進(jìn)口液壓泵站或鞍山合資液壓泵站，航天插裝閥技術(shù)，平臺(tái)裝有水平報(bào)警儀、平衡閥、自動(dòng)安全板等警報(bào)裝置，平臺(tái)安全可靠耐用，作業(yè)高度可達(dá)12米，載重300公斤，圍欄可水平延伸極大的擴(kuò)展了作業(yè)范圍，整機(jī)一年保修，關(guān)鍵部件五年保修，適合工廠車間、廣場(chǎng)大堂機(jī)場(chǎng)、園區(qū)等有高空作業(yè)需求的客戶。 固定剪叉式舉升車于建筑物層高間運(yùn)送貨物的專用液壓升降機(jī)產(chǎn)品主要用各種工作層間貨物上下運(yùn)送；立體車庫(kù)和地下車庫(kù)層高間汽車舉升等。產(chǎn)品液壓系統(tǒng)設(shè)置防墜、超載安全保護(hù)裝置，各樓層和升降臺(tái)工作臺(tái)面均可設(shè)置操作按鈕，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)控制。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，承載量大，升降平穩(wěn)，安裝維護(hù)簡(jiǎn)單方便，是經(jīng)濟(jì)實(shí)用的低樓層間替代電梯的理想貨物輸送設(shè)備。根據(jù)升降臺(tái)的安裝環(huán)境和使用要求，選擇不同的可選配置，可取得更好的使用效果。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀
歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)。舉升車發(fā)展起步較早，從20世紀(jì)到二十年代就開始研制，已有近百年的發(fā)展歷史。產(chǎn)品技術(shù)水平高、作業(yè)高度大、規(guī)格齊全、結(jié)構(gòu)型式豐富、功能多樣?？傮w上看，技術(shù)和市場(chǎng)均已很成熟，典型產(chǎn)品具有高空作業(yè)、搶險(xiǎn)、救援、消防等功能，作業(yè)平臺(tái)最大載荷可達(dá)500k g，最大作業(yè)高度已經(jīng)超過(guò)1 00m，具有各種安全保護(hù)措施，適應(yīng)在各種場(chǎng)地作業(yè)。舉升車的主要制造商歐洲以RUTHMANN、BRONTO、CTE、Of L&STEEL等廠家為代表，美國(guó)以TEREX、ALTEC TIME等廠家為代表。日本以AICHI、TADANO等為代表。其產(chǎn)品主要特點(diǎn)有：
1.控制系統(tǒng)普遍智能化
國(guó)外高水平的高空作業(yè)車大量采用比例控制對(duì)各種動(dòng)作均有檢測(cè)系統(tǒng)， 可以進(jìn)行不同程度的自動(dòng)控制，可根據(jù)實(shí)際情況不斷自動(dòng)變速和調(diào)壓。在工作臂達(dá)到極限點(diǎn)前自動(dòng)減速。到達(dá)極限位置自動(dòng)停止，根據(jù)支腿跨距變化自動(dòng)確定工作范圍等。另外其控制系統(tǒng)集成化程度高，所有動(dòng)作均通過(guò)2～3個(gè)操縱桿(手柄)進(jìn)行操作大大簡(jiǎn)化了操作程序，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了安全性和可靠性。
2.采用高強(qiáng)度材料和輕質(zhì)金屬材料
工作臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，選用高強(qiáng)度的特殊合金材料，因而工作臂截面小，一些非受力件或受力較小的件采用鋁合金輕質(zhì)材料，有效地降低了整車質(zhì)量，提高了底盤的使用性能。
3.安全裝置齊全
國(guó)外舉升車尤其是作業(yè)高度較高的舉升業(yè)車對(duì)安全性非常重視，設(shè)置了各種安全裝置。這些裝置包括：支腿壓力控制系統(tǒng)，確保每個(gè)支腿的支承力達(dá)到安全值后，才能對(duì)上車進(jìn)行操作。支腿狀況與上車動(dòng)作互鎖工作臂極限位置限位：工作平臺(tái)過(guò)載保護(hù)高電壓報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)平臺(tái)接近危險(xiǎn)電壓電源時(shí)，自動(dòng)實(shí)施報(bào)警，以提醒工作人員注意。這些安全裝置的設(shè)置，極大地保證了操作人員的安全。
4.做工精良
國(guó)外舉升車制造工藝水平普遍高于國(guó)內(nèi)車型，表現(xiàn)在為金屬表面處理后噴涂質(zhì)量高，同時(shí)基礎(chǔ)件質(zhì)量也高，早期故障率低。
5.應(yīng)用成熟
發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)缀踉谒懈呖兆鳂I(yè)領(lǐng)域均普遍使用舉升車，銷售以代理和租賃為主。歐美等地區(qū)年需求量均在1～27萬(wàn)，同時(shí)已經(jīng)形成了完善的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)協(xié)會(huì)組織及其培訓(xùn)體系。
1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
我國(guó)舉升車行業(yè)起步較晚，自20世紀(jì)60年代開始研制、70年代才推出商業(yè)化樣機(jī)。隨著改革開放的深入，逐漸引入國(guó)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。在消防救援高空車產(chǎn)品中，錦州重型機(jī)械股份有限公司開發(fā)出50m產(chǎn)品，沈陽(yáng)北方交通重工集團(tuán)開發(fā)了53m產(chǎn)品，徐州重型機(jī)械有限公司開發(fā)出68m產(chǎn)品。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(dá)到35m，與歐美的差距較大。也正因?yàn)榇?，舉升車目前還只是用于電力保障，城市道路照明保障、城市園林維護(hù)和公安、交通等行業(yè)。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。
我國(guó)舉升車的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)尚處于初級(jí)階段，目前僅在電力、國(guó)防、市政 通訊、園林、交通、造船、消防等行業(yè)使用，在電力、市政等少數(shù)行業(yè)普及使用，而且也只是在最近5年才進(jìn)入快速發(fā)展階段。進(jìn)一步的發(fā)展將依賴于下面幾個(gè)主要方面：
1.更加重視文明、安全施工，需要相應(yīng)出臺(tái)有關(guān)政策、法規(guī) 限制傳統(tǒng)落后、無(wú)安全保障、低效率、勞動(dòng)強(qiáng)度大、能耗高的高空作業(yè)方式，更多地使用舉升車。
2.隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和勞動(dòng)力成本的上升更多的高空作業(yè)依靠機(jī)械化，而不是靠更多的人工作業(yè)，促進(jìn)舉升車需求量的快速增長(zhǎng)。
3.隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高和社會(huì)保障要求的嚴(yán)格，舉升車也將威為應(yīng)急保障的必備設(shè)備。目前我國(guó)在應(yīng)急保障方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。
4.目前舉升車的應(yīng)用多為市政、電力等公用部門，隨著整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的增長(zhǎng)，舉升車使用場(chǎng)合將大大拓寬，為舉升車的發(fā)展帶來(lái)極為廣闊的發(fā)展前景。
5.35m以上高度高空作業(yè)車目前基本依賴進(jìn)口，也將為國(guó)產(chǎn)大高度高空作業(yè)車提供發(fā)展的機(jī)會(huì)?！ ?
在隨后的幾年內(nèi)，我過(guò)舉升車發(fā)展將上升到一個(gè)新的階段。舉升車的進(jìn)一步發(fā)展主要依賴于很多方面。例如：在舉升車的適用過(guò)程中，要加重安全防范意識(shí)，需要出臺(tái)更加安全政策、法律法規(guī)，制止那些傳統(tǒng)的落后的法律政策，確保施工的人員在進(jìn)行高空作業(yè)車時(shí)的安全保障，并且高效率的進(jìn)行安全施工。
1.3研究課題的意義和目的
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及勞動(dòng)力本身成本的增長(zhǎng)，更多的高處作業(yè)依靠機(jī)械化，而不是依靠更多的人工作業(yè)，這樣就促使舉升車的需求迅速的增長(zhǎng)。這個(gè)同時(shí)，舉升車也就將成為社會(huì)急需的必要設(shè)備，目前我國(guó)的舉升車的需求好不如國(guó)外一些發(fā)達(dá)的國(guó)家。這就要求在技術(shù)發(fā)面，要引進(jìn)新的技術(shù)，研究新的產(chǎn)品，讓舉升車更大限度的適用在國(guó)內(nèi)各個(gè)行業(yè)、各個(gè)領(lǐng)域。
舉升車有以下技術(shù)特點(diǎn)：
1.新型的全液壓自行式專用底盤
研制的具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自行式舉升升降平臺(tái)車，采用了機(jī)電液一體化、可靠性設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等技術(shù)，成功地研制了一種全液壓驅(qū)動(dòng)、自行式專用底盤，突破了以往國(guó)內(nèi)舉升升降平臺(tái)車只能采用汽車或起重機(jī)底盤改裝設(shè)計(jì)的限制。
2.帶載行駛、作業(yè)穩(wěn)定性好
底盤結(jié)構(gòu)突破了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論和方法，通過(guò)優(yōu)化上車平臺(tái)總體布局與載荷分布，減少了重心偏移。采用獨(dú)特的大角度后仰式鉸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，合理設(shè)置多種配重模塊，有效地平衡了工作力矩。采用H型變截面復(fù)合箱梁剮性車架和高負(fù)荷實(shí)心橡膠輪胎，增加了底盤整體剛度，保證了整機(jī)行駛、作業(yè)過(guò)程的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了高空作業(yè)升降平臺(tái)車帶載行駛的功能。
3.多功能、多用途的作業(yè)裝置
通過(guò)大臂前端托架，可以快速安裝舉升裝置或載人平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)物料舉升、起重吊裝和載人高空作業(yè)等功能，同時(shí)為擴(kuò)展作業(yè)裝置以及各種工作裝置的快速切換提供了接口。
4.獨(dú)特的三維旋轉(zhuǎn)托舉裝置
設(shè)計(jì)的三維旋轉(zhuǎn)托舉裝置，既能夠自動(dòng)保持被舉升物料的姿態(tài)，又可以實(shí)現(xiàn)舉升物料在空間內(nèi)任意高度、任意位置和任意方向的調(diào)整要求，速度控制精確靈敏，微動(dòng)性能好，滿足了大型洞庫(kù)內(nèi)高空作業(yè)與通風(fēng)管道安裝的要求。
1.4 研究?jī)?nèi)容和方法
1.調(diào)研、資料收集
緊密圍繞調(diào)研數(shù)據(jù)及給定參數(shù)，完成方案，包括行走機(jī)構(gòu)的選擇或設(shè)計(jì)、舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、行走機(jī)構(gòu)與舉升機(jī)構(gòu)的連接方案等。以蓄電池為動(dòng)力源，發(fā)動(dòng)機(jī)為原動(dòng)力，通過(guò)帶傳動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)了小型舉升車行駛功能。在滿足使用功能的前提下，實(shí)現(xiàn)舉升車結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理，車本較低。舉升高度不小于4.5m、舉升質(zhì)量不小于100kg，有調(diào)速回路，壓力控制回路，鎖緊回路等構(gòu)成的液壓系統(tǒng)使工作平臺(tái)具備在升降過(guò)程中可自動(dòng)停留在任何高度位置的功能。并且選用了結(jié)構(gòu)緊湊操縱簡(jiǎn)單的液壓動(dòng)力裝置，使整臺(tái)舉升車液壓系統(tǒng)安全可靠。
2.制定設(shè)計(jì)方案
自動(dòng)力小型舉升車總體方案為當(dāng)需要舉升車時(shí)按下舉升開關(guān)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)液壓缸工作，液壓油推動(dòng)拉桿回縮拉動(dòng)鋼絲繩。鋼絲繩繞與滑輪上連接于四根立柱頂端。這樣在鋼絲繩的帶動(dòng)下提升橫梁向上運(yùn)動(dòng)，載人板固定于橫梁之上。當(dāng)需要下行時(shí)，現(xiàn)將舉升機(jī)提升些許高度，關(guān)閉保險(xiǎn)鎖，關(guān)閉開關(guān)，在人自重下慢慢下落到地面。為防止意外，工作平臺(tái)板與支架立柱間設(shè)有防墜落保險(xiǎn)裝置，通過(guò)保險(xiǎn)的機(jī)械撞擊聲可判斷保險(xiǎn)是否進(jìn)入鎖止?fàn)顟B(tài)，在液壓缸下腔油壓突然喪失時(shí)可保證車輛與人員的安全。
第2章 總體設(shè)計(jì)方案
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，路燈維護(hù)、住宅小區(qū)物業(yè)管理、園林維護(hù)等作業(yè)逐步規(guī)范，但相應(yīng)的服務(wù)用舉升車卻處于滯后狀態(tài)。目前，主要是使用車載吊藍(lán)、消防云梯或機(jī)械支撐等方式替代作業(yè)?；诖耍兄谱孕凶咝⌒团e升車就成為當(dāng)務(wù)之急，考慮到學(xué)生基本能力及知識(shí)結(jié)構(gòu)，將舉升車設(shè)計(jì)分為舉升機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)兩部分，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)完成，最后合成。
根據(jù)任務(wù)書要求制定設(shè)計(jì)方案，緊密圍繞調(diào)研數(shù)據(jù)及給定參數(shù)，完成方案，包括行走機(jī)構(gòu)的選擇或設(shè)計(jì)、舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、行走機(jī)構(gòu)與舉升機(jī)構(gòu)連接方案等，設(shè)計(jì)出具備自行走能力、舉升高度不小于4.5m、舉升質(zhì)量不小于100kg的自動(dòng)力小型舉升車。
2.1行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇二類底盤：初步估算汽車載荷，正確選定整車參數(shù)，合理布置工作裝置和附件，取力裝置、專用工作裝置、其他附件裝置與所選定的汽車底盤形成相互協(xié)調(diào)和匹配的整體，達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。因?yàn)樵O(shè)計(jì)的車輛主要工作在小區(qū)和園林當(dāng)中，所以可以選擇功率比較小的二類底盤。
在選擇二類底盤時(shí)因考慮以下幾點(diǎn)：
1.應(yīng)考慮產(chǎn)品的系列化、產(chǎn)品變型要求；
2.對(duì)自制零件設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮通用設(shè)備加工的可能性；
3.對(duì)專用車工作裝置中的核心部件和總成要進(jìn)行優(yōu)選；
4.載荷變化，要對(duì)一些重要的總成結(jié)構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度校核；
5.應(yīng)滿足有關(guān)機(jī)動(dòng)車輛公路交通安全法規(guī)的要求；
6.專用汽車有良好的適應(yīng)性、工作可靠，且要設(shè)安全裝置；
7.要了解、掌握國(guó)家行業(yè)相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。
2.2舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
2.2.1舉升機(jī)構(gòu)的概述
舉升機(jī)構(gòu)的作用是實(shí)現(xiàn)作用平臺(tái)的升降和變幅，其結(jié)構(gòu)形式有直升式和動(dòng)臂式。該設(shè)計(jì)選用動(dòng)臂式中的折疊臂式。
折疊臂式：舉升機(jī)構(gòu)由多節(jié)箱形臂折疊而成，它一般由2至3節(jié)折疊臂組成。折疊臂包括上臂和下臂，上臂頭部有工作平臺(tái)。行駛狀態(tài)時(shí)，兩節(jié)作業(yè)臂折疊在一起；進(jìn)行高空作業(yè)時(shí)，兩節(jié)工作臂分別有上下臂油缸舉升伸展至一定角度，將工作人員送至工作位置。上臂和下臂剪通過(guò)水平銷軸鉸接，鉸接處設(shè)有專門的滑動(dòng)軸承，以保證工作臂轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)阻力小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。該高空作業(yè)車采用折疊式工作臂結(jié)構(gòu)，工作裝置為液壓驅(qū)動(dòng)。工作臂為2節(jié)折疊臂。具有操作簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。如下表舉升車的技術(shù)參數(shù)。
表2.1 舉升車的技術(shù)參數(shù)如下表
項(xiàng)目
單位
數(shù)據(jù)
最大舉升重量
Kg
100
最大舉升高度
m
4.5
舉升升速度
m/s
≥1
在滿足舉升高度的前提下，進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的校核，確定截面的尺寸。為保證安全，設(shè)計(jì)過(guò)程中安全系數(shù)較大，造成質(zhì)量偏大，成本增加等問題。在車輛行駛過(guò)程中，由于臂的質(zhì)量較大，產(chǎn)生多起車架斷裂現(xiàn)象。事關(guān)人身安全，因此需要有一種較準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，既能滿足設(shè)計(jì)要求，又能減輕臂重，降低成本。
2.2.2舉升機(jī)構(gòu)方案的確定
1.進(jìn)行大量的調(diào)查研究，收集整理資料，根據(jù)舉升車的工作特點(diǎn)和受載狀況，制定舉升臂設(shè)計(jì)和液壓缸的基本參數(shù)設(shè)計(jì)。
2.根據(jù)受載狀況原始數(shù)據(jù)對(duì)舉升車進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，舉升臂由上臂、下臂和升降油缸等組成，設(shè)計(jì)中要確定上、下臂的長(zhǎng)度，油缸鉸接點(diǎn)的位置，作業(yè)臂截面尺寸，確定液壓缸類型和安裝方法，確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸。
3.在實(shí)際計(jì)算中對(duì)上下臂施加載荷和約束，進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度分析，確定危險(xiǎn)截面或危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力分布及變形。
4.根據(jù)分析結(jié)果，找出支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和液壓系統(tǒng)中的不合理因素，提出改進(jìn)方案，并對(duì)改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行分析，對(duì)兩種分析結(jié)果進(jìn)行比較。畫出舉升臂總裝圖及上下臂零件圖，液壓系統(tǒng)圖以及液壓缸零件圖。
5.在上述分析研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行總結(jié)，得出上、下臂在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，鉸接位置的確定、液壓缸類型和安裝方式、液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸等方面的可靠數(shù)據(jù)，為同類型產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和改造提供了科學(xué)的理論依據(jù)。
2.3 本章小結(jié)
通過(guò)本章學(xué)習(xí)，掌握了折疊臂式舉升車舉升臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和分析方法，得出較為準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)方法從而達(dá)到優(yōu)化結(jié)構(gòu)、減輕自重、提高可靠性的目的，為研制高空作業(yè)舉升車奠定基礎(chǔ)。于此同時(shí)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)在整個(gè)舉升車設(shè)計(jì)中具有重要的意義，它使整個(gè)機(jī)器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。起重安全性能等方面的考慮，設(shè)計(jì)更是減少了故障的發(fā)生，相當(dāng)程度上確保運(yùn)行該舉升車的工人的安全。
第3章 主要部件設(shè)計(jì)
3.1行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.二類底盤的選擇
汽車底盤通常是指除車身以外的其余部分。在車架上安裝好發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)以及轉(zhuǎn)向和制動(dòng)系統(tǒng)等。目前，改裝專用汽車選用的底盤主要是二類或三類汽車底盤，也有為某些專用汽車設(shè)計(jì)的專用底盤。專用汽車底盤選型的好壞對(duì)專用汽車性能影響很大。汽車底盤的選擇或設(shè)計(jì)專用底盤主要根據(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(biāo)、專用設(shè)備或裝置的外形尺寸、動(dòng)力匹配等來(lái)決定。根據(jù)整車的結(jié)構(gòu)的需要，本設(shè)計(jì)采用二類底盤，是指在基本型整車的基礎(chǔ)上去掉貨廂。
選型依據(jù)：專用汽車的類型、用途、裝載質(zhì)量、使用條件、性能指標(biāo)、專用設(shè)備或裝置的外形尺寸、動(dòng)力匹配等 。
1.底盤或總成選型的要求
（1）適用性：滿足功能要求。
（2）可靠性：故障少，壽命長(zhǎng)。
（3）先進(jìn)性：動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、制動(dòng)性、操縱穩(wěn)定性、行駛平順性、通過(guò)性，功能性。
（4）方便性：安裝、檢查、保養(yǎng)、維修。
2.初不選擇二類底盤：凱馬牌載貨汽車二類底盤，如下表3.1。
表3.1 凱馬牌載貨汽車二類底盤主要技術(shù)參數(shù)表
產(chǎn)品型號(hào)
KMC1033D3
產(chǎn)品名稱
載貨汽車底盤
底盤類別,ID號(hào)
二類,1242595
批次,發(fā)布日期
189批20090513發(fā)布
VIN號(hào)(前8位)
LWU2DM1C
駕駛室準(zhǔn)乘人數(shù)
2
整車外形尺寸(mm)
4350*1565*1900
貨廂欄板內(nèi)尺寸mm
/
前懸/后懸(mm)
760/1030
續(xù)表3.1 凱馬牌載貨汽車二類底盤主要技術(shù)參數(shù)表
總質(zhì)量(軸荷)kg
3450(1360/2090)
額定載質(zhì)量(kg)
/
整備質(zhì)量(kg)
1110(720/390)
載質(zhì)量利用系數(shù)
/
接近角/離去角°
35/27
最高車速(km/h)
86
防抱死制動(dòng)系統(tǒng)
無(wú)
軸距(mm)
2560
輪距(前/后)(mm)
1285/1185
鋼板彈簧片數(shù)
3/4
輪胎規(guī)格
6.00-13,6.00-14
發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)
4D18E
缸徑*行程
80*90
發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)
安徽全柴動(dòng)力股份有限公司
發(fā)動(dòng)機(jī)排量(ml)
1809
發(fā)動(dòng)機(jī)功率/轉(zhuǎn)速
45/3200
最大扭矩/轉(zhuǎn)速
150/2000
軸數(shù)/輪胎數(shù)
2/6
燃油種類
柴油
排放依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)
GB18352.3-2005國(guó)Ⅲ,GB3847-2005
排放水平
國(guó)三
轉(zhuǎn)向型式
方向盤
其它
不裝OBD
3.專用汽車功率平衡與比功率
（1）專用汽車的功率平衡計(jì)算：
動(dòng)力性能要求驅(qū)動(dòng)功率Pt：
Pt=1ηT(Pf+Pw)+P0η0=1ηT(ma?g?fr3600?Vmax+CD?A76140?Vmax3)+ P0η0(Kw) (3.1)
式中：ηT—汽車底盤傳動(dòng)系的機(jī)械效率,單級(jí)主減速器取0.9，雙級(jí)取0.86；
ma —整車總質(zhì)量（kg）；
fr —滾動(dòng)阻力系數(shù)，貨車取0.02，礦用車取0.86；
CD—空阻系數(shù)，貨車取0.8~1.0，客車取0.6~0.7 ；
AD—整車迎風(fēng)面積，貨車A=B1?H；B1—前輪距，H—車總高；
Vmax—最高車速（km/h)；
P0—專用工作裝置在車輛行駛中從汽車底盤所取的功率（kW）；
η0—專用工作裝置的機(jī)械效率。
專用汽車的總功率P
P=Pt(0.75~0.9)(kw) (3.2)
專用汽車的比功率計(jì)算：
Pd=pma(kw/kg) (3.3)
一般要求：Pd > 0.006 kW/kg
專用汽車（含汽車列車）比功率推薦值,如下表3.2
表3.2 專用汽車比功率推薦值
總質(zhì)量ma(kg)
比功率Pd范圍（kW/kg）
<5×103kg
0.015～0.021 kW/kg
≥5×103kg
0.0075～0.0011 kW/kg
>19×103kg
0.00478～0.007 kW/kg
根據(jù)計(jì)算符合設(shè)計(jì)要求，可以選擇該二類底盤。
3.2副車架的設(shè)計(jì)與校核
3.2.1副車架的概述
為了改善主車架的承載情況，避免集中載荷。同時(shí)也為了不破壞主車架的結(jié)構(gòu)，一般多采用副車架(副梁)過(guò)渡。在增加副車架的同時(shí)，為了避免由于副車架剛度的急劇變化而引起主車架上的應(yīng)力集中，所以對(duì)副車架的形狀、安裝位置及與主車架的連接方式都有一定的要求。
副車架承受來(lái)自車廂的自重、物料重，裝載時(shí)的瞬間沖擊力，行駛在不平道路上的隨機(jī)顛簸力、卸載時(shí)的沖擊力。副車架承受彎曲、剪切及共同作用下的復(fù)雜力。所以對(duì)副車架的要求就非常高，在選材與校核上更應(yīng)該加以慎重。如下圖3.1副車架結(jié)構(gòu)圖。
副車架的截面形狀一般和主車架縱梁的截面形狀相同，多采用槽形結(jié)構(gòu)，其截面形狀尺寸取決于自卸車的型式及其承受載荷的大小。副車架的材料采用16Mn板材壓制的型鋼經(jīng)鉚接和焊接而成。為了避免由于副車架剛度的突然改變而引起的車架縱梁的應(yīng)力集中，副梁前端形式采用U形過(guò)渡方式。
其尺寸形狀如下圖所示：t=(1.0~1.2)H
h=(0.6~0.7)H
副車架主架主要由兩個(gè)縱梁六個(gè)橫梁組成。
如圖3.2所示其截面型式，故推知兩個(gè)縱梁的材料和尺寸：槽鋼H=150mm、、。
圖3.1 副車架結(jié)構(gòu)圖
圖3.2 U形過(guò)度方式
3.2.2副車架與車架的安裝方式
副車架與車架之間有20的緩沖墊。緩沖墊常選用木質(zhì)、橡膠、聚合材料等。緩沖墊不僅能減弱沖擊，使載荷分布更均勻，也使副梁避開車架鉚釘頭等高起物。
副車架在車架上固定時(shí)，副梁的前端應(yīng)盡可能向前伸，副梁前端越靠近駕駛室越好，有利于改善該處的受力情況。
副車架與車架固定時(shí)采用了三個(gè)U形螺栓和兩個(gè)止推連接板，U形螺栓可以控制副車架豎直方向的力，而止推連接板則可以控制副車架水平方向的力。采用U形螺栓可以使主副車架夾緊，但在車架受扭轉(zhuǎn)載荷最大的范圍內(nèi)不允許采用U形螺栓。當(dāng)采用U形螺栓固定時(shí)，為防止車架縱梁翼面變形，防止緊固松動(dòng)，需要在U形螺栓連接部位的車架縱梁槽形斷面內(nèi)襯一墊木或型鋼，但在消聲器附近，必須使用鋼內(nèi)襯。
止推連接板上端通過(guò)焊接與副梁固定，而下端則利用螺栓與車架縱梁腹板相連接。止推連接板的優(yōu)點(diǎn)在于可以承受較大的水平載荷，防止副梁與車架縱梁產(chǎn)生相對(duì)水平移動(dòng)。相鄰兩止推連接板之間的距離在500~1000mm范圍內(nèi)。
3.2.3 U型螺栓和止推連接板的布置和選擇
1.U型螺栓的布置方式是一側(cè)三個(gè)，分別布置在中間和兩邊。U型螺栓的材料為：Q235號(hào)鋼：σs=205~235Mpa（材料的屈服極限）。通過(guò)查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選擇了M12型的JB/ZQ 4321-1997的U型螺栓，螺母選擇GB/T 1229-1991的M12-8H螺母。
2.止推連接板的布置方式是一側(cè)兩個(gè)，分別布置在U形螺栓之間。止推連接板的材料為：Q235號(hào)鋼：σs=205~235Mpa（材料的屈服極限）。通過(guò)查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇了M24型的GB/T 5782－2000的六角頭螺栓，螺母選GB/T 6170-2000的M24螺母。
3.2.4車架強(qiáng)度校核
在實(shí)際使用狀況下車架受力比較復(fù)雜，在車架初始設(shè)計(jì)時(shí)，一般對(duì)車架強(qiáng)度校核簡(jiǎn)化為對(duì)車架縱梁進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核。
1.基本假設(shè)
車架縱梁進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核時(shí)，作以下假設(shè)：縱梁是支承在懸架支座上的簡(jiǎn)支梁；所有作用力均通過(guò)車架縱梁斷面的彎曲中心(即縱梁只發(fā)生純彎曲)；空車簧載質(zhì)量均勻分布在汽車左、右縱梁上；滿載時(shí)有效載質(zhì)量e為集中載荷，分布如圖3.2所示：主、副車架為剛性連接，即主、副車架撓度。
2.車架受力分析及計(jì)算
車架受力分析如圖所示。
圖中：Gef,Ger為前、后支架所承受的有效載質(zhì)量，計(jì)算可得
Gef=Ge(f+n/2)/(d/2+e+f+n/2) （3.4）
Ger=Ge-Gef=Ge(e+d/2)(d/2+e+f+n/2) （3.5）
Ff、Fr為前后軸對(duì)車架的支反力，由車架平衡條件計(jì)算可得：
Ff=[Gs(L/2-a)+ Ge(b+l-f-n)]/b （3.6）
Fr=[Gs(L/2-L)+ Ge(f+n-1)]/b （3.7）
3.主、副車架彎矩計(jì)算
設(shè)車架縱梁在任一截面的彎矩為M,而在截面處，主車架縱梁所受彎矩Mz,副車架所受的彎矩為Mf，則有如下關(guān)系式；
(3.8)
(3.9)
(3.10)
(3.11)
式中：yz、yf為主副車架縱梁的撓度；Ez、Ef為主，副車架縱梁材料的彈性模量， Jz、Jf為主副車架縱梁的截面慣性矩；假設(shè)主副車架縱梁的材料基本相似，即Ez=Ef,則可求得主副車架的彎矩。
(3.12)
4.強(qiáng)度校核
主車架縱梁強(qiáng)度校核
(3.13)
式中： Wz為主車架縱梁危險(xiǎn)截面系數(shù)；Hz為主車架縱梁高度。
主車架縱梁最大動(dòng)彎曲應(yīng)力
(3.14)
式中：Kd為動(dòng)載荷系數(shù)；n為疲勞系數(shù)；Pzs為主車架縱梁材料彎曲應(yīng)力。
5.副車架縱梁強(qiáng)度校核
副車架縱梁最大東彎曲應(yīng)力：
(3.15)
式中：Hf為副車架縱梁高度；[Pfs]為副車架縱梁材料許用應(yīng)力。
3.2.5主要零件制造工藝
1.縱梁和橫梁材料：縱梁采用C型槽鋼，由于縱梁受力特別復(fù)雜（主要是有彎曲應(yīng)力）既要有很高的強(qiáng)度，又要滿足連接的加工工藝，一般采用16Mn C型槽鋼。
2.縱梁和橫梁加工工藝：由于縱梁一般長(zhǎng)度很長(zhǎng)，常用滾壓的方法來(lái)加工，少數(shù)也采用沖壓的方法來(lái)加工。橫梁一般較短，常采用沖壓來(lái)加工。
3.縱橫梁孔的加工工藝：車架連接精度要求特別高，對(duì)孔的加工工藝要求特別高?？滓话阌邢旅鎯煞N加工方法。
a.采用鈑金數(shù)控加工中心（投入成本特別大）。
b.采用傳統(tǒng)的加工方法，先鉆，然后用鉸刀鉸孔達(dá)到一定精度要求。
4.縱橫梁的連接：由于驅(qū)動(dòng)裝置和轉(zhuǎn)向裝置都安裝在車架上，對(duì)定位要求比較高，一般連接采用鉚釘鉚接，少數(shù)的采用螺栓連接。
5.防銹工藝：車架防銹一般采用涂抹防銹漆的方法，大致工藝流程為除銹、噴底漆、然后噴面漆。
3.3舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.3.1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)用栓接、鉚接或焊接的方法連接起來(lái)，用于承受一定的載荷。為保證舉升車能不同種工作環(huán)境中安全、可靠的工作，對(duì)其金屬規(guī)定如下計(jì)算原則：
1.金屬結(jié)構(gòu)工作級(jí)別按結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)力狀態(tài)（名義應(yīng)力譜系數(shù)）和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（應(yīng)力循環(huán)等級(jí)）分A1-A8 八級(jí)。
2.金屬結(jié)構(gòu)計(jì)算應(yīng)采用許用應(yīng)力法。（許用正應(yīng)力和許用切應(yīng)力）
3.金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算，并滿足其規(guī)定的要求。
4.金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)按三類載荷情況進(jìn)行疲勞強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算。
第一類-----按正常工作時(shí)的等效載荷進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算。對(duì)A6-A8工作級(jí)別的起重結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算，對(duì)A1-A5工作級(jí)別的起重機(jī)結(jié)構(gòu)，一般可不進(jìn)行此項(xiàng)計(jì)算。
第二類-----按工作時(shí)的最大的載荷進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算。
第三類-----按非工作時(shí)的最大載荷或工作時(shí)的特殊載荷進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性的驗(yàn)算。
5.對(duì)三類載荷情況分別規(guī)定了不同的許用應(yīng)力。
表3.3 三類載荷情況的許用應(yīng)力
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Ι
nΙ=1.5
[σ]Ι=σs1.5
[τ]Ι=[σ]Ι3
組合Π
nΠ=1.33
[σ]Π=σs1.33
[τ]Π=[σ]Π3
由此確定舉升臂的材料：根據(jù)選材原則及規(guī)定，主要選用Q235鋼板，其主要特點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度、韌性和塑性，以及加工等綜合方面的性能好，價(jià)格較低。鋼板的厚度t=4mm。其屈服強(qiáng)度式：σs=235Mpa。
由于工作時(shí)應(yīng)按最大的載荷進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算，結(jié)構(gòu)分析應(yīng)按第二類載荷情況進(jìn)行疲勞強(qiáng)度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算。
所以由表3.3可得安全系數(shù)是： nΠ=1.33
Q235鋼板的屈服強(qiáng)度式：σs=235Mpa
許用正應(yīng)力：[σ]Π=σs1.33=176.69Mpa
許用切應(yīng)力：[τ]Π=[σ]Π3=102.1Mpa
3.3.2計(jì)算上、下臂的長(zhǎng)度
如圖3.3所示舉升臂的仰角是指上臂與水平線之間的夾角用字母θ來(lái)表示，它可從0度到80°，為便于對(duì)舉升臂進(jìn)行操作，仰角θ可以為-3°，舉升臂實(shí)際作業(yè)時(shí)通常在30°~75°范圍內(nèi)。設(shè)計(jì)時(shí)仰角取75°，在圖3.1中?！螦BH=75°,∠HBC=75°,起升高度AC-3.5m。
上臂：L1=AB
下臂：L2=BC
則由三角關(guān)系有：ABsin75°+BCsin75°=3.5
即：（L1+L2）sin75°=3.5
L1+L2=3.62m （3.16）
由于上臂的頭部有工作臺(tái)，所以在上臂頭部應(yīng)留有一定的余量裝工作平臺(tái)，故上臂長(zhǎng)必須大于下臂長(zhǎng)即可：L1>L2 （3.17）
由式3.1和3.2可以取上臂L1=1.90m下臂 L2=1.72m
圖3.3 上下臂尺寸及夾角 圖3.4 上下臂油缸鉸點(diǎn)位置
3.3.3確定油缸鉸點(diǎn)的位置
如圖3.4，EF是上臂油缸，GH是下臂油缸
確定上臂油缸鉸點(diǎn)的位置，取BE=400mm，BF=300mm
則由三角關(guān)系可得：EF2=BE2+BF2-2BE?BFcos150°
=400×400+300×300-2×400×300×cos150°
=457846mm
即EF=676 mm
確定下臂油缸鉸點(diǎn)的位置
取HC=250mm，CG=350mm， ∠HCG=75°
由三角關(guān)系可得：HG=250×250+350×350-2×350×250×cos75°
=373.77mm
3.3.4上臂截面尺寸的確定
1.對(duì)上臂進(jìn)行受力分析
圖3.5為上臂工作到水平位置時(shí)的受力圖，此時(shí)上臂受力最大。
上圖F=9.8KN
可列公式：∑MB=0，則F2×400=9.8×1500，F(xiàn)2=36.75KN
又由∑F=0可得：F1+ F= F2，所以F1=26.95 KN
如上圖所示的彎矩圖：則可得最大彎矩式Mmax=9.8×1.5=14.7 KN.m。
圖3.5 上臂受力圖
而梁所需的截面系數(shù)，W=M/[σ]=14.7/176.69=8.31×10-5m3。
再將求出來(lái)的梁所需的截面系數(shù)W值代入式（3.4）。
計(jì)算上臂截面尺寸，如圖3.6上臂截面圖
圖3.6上臂截面圖
上臂梁高h(yuǎn)的確定
按強(qiáng)度條件：h=1.2wσ+σ0 （3.18）
式中W---梁所需的截面系數(shù)，W= M/[σ]；
M---梁的最大彎矩；
[σ]—-所用鋼材的許用應(yīng)力；
σ、σ0---鋼板的厚度，設(shè)計(jì)時(shí)鋼板的厚度一樣σ=σ0=4mm。
因σ=σ0則上式可簡(jiǎn)化為：h=0.6wσ， （3.19）
因此把計(jì)算所得的截面系數(shù)W=9.43×10-5m3和σ=4mm,可得h=0.6wσ=119mm。
2.上臂梁寬b的確定
如圖3.6所示：σ=4mm，則h1=h-2σ=119-8=111mm。
按整體穩(wěn)定性條件：b≥13h
按局部穩(wěn)定條件：Q235鋼b≤60σ
即13h≤b≤60σ
13×119mm≤b≤60×4mm
39.67mm≤b≤240mm
則取：b=100mm
由圖可得：b1=b+2σ=108mm
3.對(duì)上臂進(jìn)行強(qiáng)度校核
上臂梁的尺寸確定后應(yīng)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和整體穩(wěn)定性校核，不滿足時(shí)應(yīng)進(jìn)行修改。如圖3.7為上臂剪力圖
（1）正應(yīng)力校核
強(qiáng)度校核公式：正應(yīng)力σ=FA≤[σ] （3.20）
F----梁所受的力（N）
A----截面積（m2）
切應(yīng)力 τ=Fsδ28Iz≤[τ]
Fs----梁所受的剪力（N）
Σ----鋼板厚度（mm）
Iz----梁對(duì)Z軸的慣性矩（m4）
圖3.7 上臂剪力圖
F2=93.1KN，F(xiàn)1=83.3KN
在截面BE所受的正應(yīng)力是：σ1=F1A≤[σ] （3.21）
梁的截面積是：A=hb1-hb=1.752×10-3m2
則：σ1=F1A=47.55MPa≤[σ]
在截面AE所受的正應(yīng)力是：σ2=FA≤[σ] （3.22）
則：σ2=FA=5.59MPa≤[σ]
(2)在截面BE所受的切應(yīng)力是：τ1=Fsδ28Iz≤[τ] （3.23）
計(jì)算z軸慣性矩Iz：
圖3.8 上臂的慣性矩圖
如圖3.8上臂的慣性矩圖所示建立坐標(biāo)系：
矩形對(duì)Z軸的慣性矩是：Iz=b3h12,則慣性矩：Iz= Iz1- Iz2
所以此慣性矩為：Iz1=b13h12=1.25×10-5m4
Iz2=b3h112=0.925×10-5m4
Iz= Iz1- Iz2=0.325×10-5m4
把Fs1=83.3KN 和Iz=0.325×10-5m4切應(yīng)力校核公式：
則：切應(yīng)力τ1=Fsδ28Iz=0.0512MPa≤[τ]
在截面AD所受的切應(yīng)力是：τ2=Fs2δ28Iz≤[τ] （3.24）
把Fs2=93.1KN 和Iz=0.325×10-5m4代入（3.10）
則：切應(yīng)力是τ2=Fs2δ28Iz=0.006MPa≤[τ]
所以上臂的正應(yīng)力和切應(yīng)力符合要求。
（3）對(duì)上臂進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算
箱型組合梁通常剛度很大，若梁的高寬之比hb≤3，則梁的整體穩(wěn)定性不需要驗(yàn)算。所以hb=119/100=1.1≤39則不需要整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。
從以上對(duì)上臂的驗(yàn)算可得上臂尺寸的選擇符合要求。
3.3.5下臂截面尺寸的確定
1.對(duì)下臂進(jìn)行受力分析
圖3.9所示下臂工作到水平位置時(shí)的受力圖，此時(shí)下臂受力最大，由此來(lái)計(jì)算量的受力情況。
圖3.9 下臂的受力圖
把上圖分解后計(jì)算各個(gè)力的大小力
圖3.10 上臂受力圖
計(jì)算上臂的自重FG
鋼板每平方米面積的理論質(zhì)量，不同厚度的鋼板（密度為7.85）的每平方米理論質(zhì)量按下列公式計(jì)算：
G=σ×ρkg/m2 （3.11）
式中 G---給定鋼板厚度下的每平方米重量，kg/m
σ---鋼板厚度σ=4mm
ρ---鋼板的密度7.85
所以自重是：FG=0.13×9.8=1.27 KN
由上圖可得：F=0
即：FB=FG+F=11.07 KN
對(duì)下臂進(jìn)行受力分析如圖3.11所示。
圖3.11 下臂受力圖
FB，=-FB=11.07KN，即力FB，與力FB大小相等方向相反。
Mc=0，F(xiàn)g×350=FB，×1370，所以Fg=43.33 KN
F=0，所以Fc=43.33 KN-11.07KN=32.26 KN
如上圖所示的彎矩圖：則可得最大彎矩式Mmax=11.07×1370=15.16KNm
而梁所需的截面系數(shù)，W=Mmax/[σ]=0.858×10-4m3
計(jì)算下臂的截面尺寸
再將求出的梁所需的截面系數(shù)W值代入式（3.2）
可得h=0.6wσ=113mm
2.下臂梁寬b的確定
圖3.12 下臂的截面圖
如圖所示：σ=4mm,（和上臂的厚度一樣）
則h1=h-2σ=113-8=105mm
按整體穩(wěn)定性條件：b≥13h
按局部穩(wěn)定條件：Q235鋼 b≤60σ
即13h≤b≤60σ
13×113mm≤b≤60×4mm
37.67mm≤b≤240mm
則?。篵=100mm
由圖可得：b1=b+2σ=108mm
3.對(duì)下臂進(jìn)行正應(yīng)力校核
下臂梁的截面尺寸確定后應(yīng)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和整體穩(wěn)定性，不滿足時(shí)應(yīng)進(jìn)行修改。其計(jì)算方法和計(jì)算公式和上臂一樣，計(jì)算公式是式（3.5）和式（3.6）
校核正應(yīng)力,圖3.13為下臂的剪力圖
圖3.13 下臂的剪力圖
在截面CG上所受的正應(yīng)力是：σ1=F1A≤[σ] （3.25）
梁的截面積是：A=hb1-hb=3.5×10-3m2
則：σ1=FcA=9.25MPa≤[σ]
在截面AD所受的正應(yīng)力是：σ2=FA≤[σ] （3.26）
則：σ2=FB，A=3.16MPa≤[σ]
（2）校核切應(yīng)力
在截面BD所受的切應(yīng)力是：τ1=Fsδ28Iz≤[τ] （3.27）
計(jì)算z軸慣性矩Iz：
圖3.14 慣性矩圖
則：切應(yīng)力是τ2=Fs2δ28Iz=0.007MPa≤[τ]
所以上臂的正應(yīng)力和切應(yīng)力符合要求。
（3）對(duì)下臂進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算
箱型組合梁通常剛度很大，若梁的高寬之比hb≤3，則梁的整體穩(wěn)定性不需要驗(yàn)算。所以hb=113/100=1.13≤3則不需要整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。
從以如圖所示建立坐標(biāo)系：
矩形對(duì)Z軸的慣性矩是：Iz=b3h12,則慣性矩：Iz= Iz1- Iz2
所以此慣性矩為：Iz1=b13h12=1.19×10-5m4
Iz2=b3h112=0.875×10-5m4
Iz= Iz1- Iz2=0.315×10-5m4
把FsC=32.26KN 和Iz=0.315×10-5m4切應(yīng)力校核公式：
則：切應(yīng)力τ1=Fsδ28Iz=0.0205MPa≤[τ]
在截面AD所受的切應(yīng)力是：τ2=Fs2δ28Iz≤[τ] （3.28）
把FsB=11.07KN 和Iz=0.315×10-5m4代入（3.15）
上對(duì)下臂的驗(yàn)算可得下臂尺寸的選擇符合要求。
3.3.6連接處銷軸尺寸的確定
確定銷軸的基本參數(shù)：工程直徑d，總長(zhǎng)度l
根據(jù)舉升車上下臂的結(jié)構(gòu)可以確定其尺寸，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)2》表6.3-61銷軸（摘自GB/T882-2000）,選定d=mm,總長(zhǎng)度l=mm、材料為 鋼、熱處理剛度硬度 表面氧化處理的型銷軸。
3.4支腿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
舉升車車有各種不同類型的支腿，起調(diào)平和保證車工作穩(wěn)定的作用，要求堅(jiān)固可靠，操作方便。本設(shè)計(jì)采用H式支腿,此支腿外伸距離大，每一支腿有兩個(gè)液壓缸,一個(gè)水平的（(或略帶傾斜的)，一個(gè)垂直的支承液壓缸，支腿外伸后呈H形。為保證足夠的外伸距離，左右支腿相互叉開。H式支腿對(duì)地面適應(yīng)性好，易于調(diào)平，廣泛采用在中、大型起重機(jī)上。但H式支腿高度高，影響作業(yè)空間。同時(shí)支腿必須與橫梁固接，以保證支腿結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定。
3.4.1支腿跨距的確定
舉升車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)，保證作業(yè)平臺(tái)在標(biāo)定載荷和最大作業(yè)幅度時(shí)，整車穩(wěn)定性要達(dá)到規(guī)定的要求。
1.支腿橫向跨距：支腿橫向外審跨距的最小值應(yīng)保證舉升車在側(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)傾覆邊以內(nèi)，并使繞左右傾覆邊AB或DC的穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩。
2.支腿總想跨距：支腿縱向跨距的確定和橫向跨距確定原則一樣，應(yīng)使繞前、后傾覆邊BC或AD的穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩。
3.4.2支腿腳的設(shè)計(jì)
支承腳要保證舉升車在工作時(shí)能在規(guī)定的地面上可靠支承。為了使支承腳在承受壓力式不下線，要求支承腳在受最大支反力F的作用下有足夠的接地面積A。即
A≥F[σd] （3.29）
式中[σd]——地基強(qiáng)度一般取1.6MPa。
支撐腳與支腿采用球式鉸接，滿足不同地形的支承要求。
3.5本章小結(jié)
本章進(jìn)行了二類底盤的選擇，確定了所用車型的基本參數(shù)，并對(duì)二類底盤和總成進(jìn)行了適用性、可靠性、先進(jìn)性和方便性分析，確定滿足條件后進(jìn)行了舉升車舉升臂的設(shè)計(jì)和質(zhì)量的計(jì)算，副車架的設(shè)計(jì)和其與主車架的固定方式的確定，支腿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等，并對(duì)部分計(jì)算進(jìn)行了校核，結(jié)果都滿足了相應(yīng)要求。
第４章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1液壓系統(tǒng)的構(gòu)成
折疊式舉升車工作裝置為液壓驅(qū)動(dòng)。該系列車分為底盤（簡(jiǎn)稱下車）和舉升裝置（簡(jiǎn)稱上車）兩部分。底盤的作用在于轉(zhuǎn)移整機(jī)裝置的作用場(chǎng)所，在舉升時(shí)用于支撐上車，保持整機(jī)穩(wěn)定。舉升裝置由變幅機(jī)構(gòu)組成，這機(jī)構(gòu)靠液壓驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)要求。液壓系統(tǒng)元件按構(gòu)成類型可以分為動(dòng)力元件、執(zhí)行元件和輔助元件等。在此次液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，將構(gòu)成作用車主要工作機(jī)構(gòu)的液壓回主要是變幅機(jī)構(gòu)。上下臂的變幅有液壓剛控制，在此次設(shè)計(jì)中主要是對(duì)這部分進(jìn)行液壓設(shè)計(jì)，而支腿適用于支撐整機(jī)，同時(shí)調(diào)整整機(jī)平衡，支腿收放部分的液壓設(shè)計(jì)在此次設(shè)計(jì)為次要設(shè)計(jì)。
4.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述
液壓系統(tǒng)有傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)之分，本次設(shè)計(jì)中所說(shuō)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是針