GKT-13型高位舉升路燈維護車改裝設計(底盤、液壓部分)【說明書+CAD】
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SY-025-BY-5
畢業(yè)設計(論文)中期檢查表
填表日期
2011年4月18日
迄今已進行 周剩余 周
學生姓名
鮑仕林
院系
汽車與交通工程 學院
專業(yè)、班級
車輛07-6班
指導教師姓名
齊曉杰
職稱
教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱
GKT-13型高位舉升路燈維護車改裝設計(底盤、液壓部分)
指
導
教
師
填
寫
畢業(yè)
設計
(論文)工作
進度
已完成主要內容
待完成主要內容
存在問題及努力方向
學生簽字:
指導教師
意 見
指導教師簽字: 年 月 日
教研室
意 見
教研室主任簽字: 年 月 日
SY-025-BY-2
畢業(yè)設計(論文)任務書
學生姓名
鮑仕林
系部
汽車與交通工程學院
專業(yè)、班級
車輛工程B07-6班
指導教師姓名
齊曉杰
職稱
教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
■否
題目名稱
GKT-13型高位舉升路燈維護車改裝設計(底盤、液壓部分)
一、設計目的、意義
全面訓練資料查詢能力和專業(yè)知識綜合運用能力,綜合訓練獨立設計能力和工程設計軟件的應用能力,提高獨立工作能力和素質。
通過對曲臂式舉升路燈維護車的使用情況的調研,了解設計過程中出現(xiàn)的問題,并提出改進方案。利用增加自動限制幅度、高度、載荷、角度、支腿的穩(wěn)定性等安全措施提高其安全性,并運用材料力學、理論力學的理論基礎和計算方法,在滿足材料強度、剛度和穩(wěn)定性的條件下,設計即經濟又安全的金屬結構,優(yōu)化車輛的設計發(fā)現(xiàn)并更正設計缺陷,完善設計方案,從而研制出一種高穩(wěn)定性、高可靠性、高適用性的好產品。因此,本課題設計研究內容對于全面提高學生工程設計能力和素質,研究高位舉升問題具有重要的顯示意義和良好的實用意義。
二、設計內容、技術要求(研究方法)
研究的基本內容:
改裝對象:學校高位舉升路燈維護車;舉升高度:10.79米,吊斗負荷:200kg;進行使用情況、故障情況調查;
設計主要內容及分析、校核:
1、 測量繪制底盤、舉升結構圖;
2、 進行使用情況、故障情況調查;
3、 進行總體結構改裝優(yōu)化方案設計;
4、 進行發(fā)動機、離合器、變速箱、傳動軸、驅動橋以及車輪的選型和校核;
5、 進行學校高位舉升路燈維護車動力性、經濟性、穩(wěn)定性校核,實現(xiàn)優(yōu)化匹配;
6、 進行舉升結構、吊斗機構、自鎖結構車廂與底盤連接結構等的設計與校核;
繪制設計總圖和上述部分的結構裝配圖、零件圖。
三、設計完成后應提交的成果
1、設計完整的整體裝配圖,零、部件圖,折合 A0圖紙至少3.5張;
2、設計計算說明書:1.5~2.0萬字;
3、相關設計資料應齊全。
四、設計進度安排
(1)第1周:領取任務、資料收集,進行調研 ;
(2)第2周:繼續(xù)調研,撰寫開題報告,制定方案;
(3)第3周:開題答辯、設計任務、總體方案草圖設計與計算;
(4)第4周:總體設計方案草圖審核與修改;
(5)第5-10周:完成圖紙各總成、所有零件圖的設計、計算與校核;
(6)第11-12周:總圖的修訂、部件修訂、校核、完成計算、修訂說明書 ;
(7)第13周:畢業(yè)設計(論文)修改、完善;
(8)第14周:畢業(yè)設計(論文)委員會小組審核、預審;
(9)第15周:畢業(yè)設計(論文)修改、完善;
(10)第16周:畢業(yè)設計(論文)指導教師總審核 ;
(11)第17周:畢業(yè)設計(論文)答辯準備及答辯。
五、主要參考資料
[1]陳家瑞.汽車構造(上.下冊)[M].北京:人民交通出版社,1994.
[2]余志生.汽車理論[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000.
[3]王望予.汽車設計(第四版)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.
[4]劉惟信.汽車設計[M].北京:清華大學出版社,2001.
[5]卞學良.專用汽車結構與設計.機械工業(yè)出版社,2008.1版.
[6]王國權、龔國.汽車設計課程設計指導書.機械工業(yè)出版社,2010.3版.
[7]參考網(wǎng)址:http://www.51kache.com/zixieche/Products2.html
六、備注
指導教師簽字:
年 月 日
教研室主任簽字:
年 月 日
畢業(yè)設計(論文)開題報告
設計(論文)題目: GKT-13型高位舉升路燈維護車改裝設計
(底盤、液壓部分)
院 系 名 稱: 汽車與交通工程學院
專 業(yè) 班 級: 車輛B07-6班
學 生 姓 名: 鮑仕林
導 師 姓 名: 齊曉杰
開 題 時 間:
指導委員會審查意見:
簽字: 年 月 日
開題報告撰寫要求
一、“開題報告”參考提綱
1. 課題研究目的和意義;
2. 文獻綜述(課題研究現(xiàn)狀及分析);
3. 基本內容、擬解決的主要問題;
4. 技術路線或研究方法;
5. 進度安排;
6. 主要參考文獻。
二、“開題報告”撰寫規(guī)范
請參照《黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計說明書及畢業(yè)論文撰寫規(guī)范》要求。字數(shù)應在4000字以上,文字要精練通順,條理分明,文字圖表要工整清楚。
畢業(yè)設計(論文)開題報告
學生姓名
鮑仕林
系部
汽車與交通工程學院
專業(yè)、班級
車輛B07-6班
指導教師姓名
齊曉杰
職稱
教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱
GKT-13型高位舉升路燈維護車改裝設計(底盤、液壓部分)
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
高空作業(yè)車是指3米以上,由液壓或電動系統(tǒng)支配多支液壓油缸,能夠上下舉升進行作業(yè)的一種車輛。 其主要特點為:在作業(yè)斗內和回轉座上均設有操縱裝置, 遠距離控制發(fā)動機的啟動/停止、高速/低速,采用電液比例閥控制臂的動作,平穩(wěn)性好,工作臂可左、右360°連續(xù)旋轉,靠連桿機構自動維持作業(yè)槽水平,主泵出現(xiàn)故障時可操縱應急泵下降作業(yè)槽,具備夜間照明,可起吊重物。產品被廣泛用于電力、路燈、市政、園林、通信、機場、造(修)船、交通、廣告、攝影等高空作業(yè)領域。
研究現(xiàn)狀:
國外專用車發(fā)展趨勢:1、專用車重型化趨勢。國外專用汽車以重型居多,重型專用汽車經濟效益好和重型車功率大、強度高,有中、小型專用車無法替代的優(yōu)點;2、一車多用化的趨勢。為提高專用汽車的適應性,以滿足各種特殊需要,使專用車功能由單一向多功能與專用底盤專業(yè)化發(fā)展趨勢,車型有更多的組合變化;3、新材料、新技術和微電腦的應用趨勢。國外專用汽車廠家新材料、新技術在專用汽車上的應用,如采用GRP〔玻璃纖維增強塑料)替代金屬材料制造冷藏車廂體,具有強度高、質量輕、壽命長等優(yōu)點,應用日趨廣泛;4、輕量化發(fā)展趨勢。要求結構設計優(yōu)化簡化,鋁合金、高強度鋼等材料將得到廣泛應用;5、標準化設計應用趨勢。產品結構標準化,以盡量少的內部變化組合成適度的多樣化產品或產品的多樣化組合,減少采購成本、簡化生產流程、提高產品質量、降低生產成本;6、在功能、結構、外觀上注重個性化和人性化設計。近年來國外市場對專用車產品技術含量和附加值的要求越來越高,一些高新技術開始在專用汽車上得到廣泛的應用,一些能夠滿足特殊功能要求的專用車底盤被開發(fā)研制。不論是液壓舉升裝置、排料卸料裝置、計量測量裝置、機械作業(yè)裝置,還是制冷保溫裝置、安全防護裝置、自動控制裝置、作業(yè)監(jiān)視裝置;還是各類缸、泵、閥、儀表等總成,或是各種箱體、罐體等車身結構,均在專用汽車上得到了廣泛應用,在一定程度上滿足了新形勢下用戶對專用車產品的多樣化需求。
國內專用車發(fā)展現(xiàn)狀:1、技術水平落后產品結構失衡、發(fā)展不均。目前,國產專用車從技術角度而言,雖經過十多年的苦練內功與摔打磨練,不斷地汲取國外技術,取得了很大進步,但同國外著名品牌相比,仍然存在較大差距,仍基本停留在仿制階段,開發(fā)設計雷同現(xiàn)象十分普遍,專用車的品種還較少,而且產品同質化現(xiàn)象十分嚴重。表現(xiàn)在核心技術缺失,重、中、輕,高、中、普、特、新比例嚴重失調,大多數(shù)企業(yè)只能生產中型普通專用車、其他類型的專用車產量仍較少且功能簡單。高技術含量、高附加值、高可靠性的國產專用車還不夠多,底盤企業(yè)與專用車企業(yè)嚴重脫節(jié),這些都嚴重影響了我國專用車行業(yè)的結構調整和產業(yè)升級。2、關鍵部件無法自主生產。到現(xiàn)在為止,國產專用汽車底盤還十分匱乏。我國生產的專用車,仍大多是采用東風、解放、斯太爾、依維柯等普通載貨(客)車底盤,經過調整軸距等小幅度的改動進行改裝的,根本談不上特種車專用底盤的技術儲備;生產出的大部分專用車仍基本是技術含量低、售價低的勞動密集型的普通專用車,如低噸位自卸車、半掛牽引車、罐車、郵政車等。即使目前國內廠家生產的比較先進的斯太爾系列汽車底盤,其技術在國際上已經顯得很落后,在國際競爭中處于非常被動的地位。
高空作業(yè)車存在的問題及針對問題的改進:
(1)產品標準的更新問題 中國大部分高空作業(yè)機械標準標齡過長,老化現(xiàn)象嚴重,標準內容陳舊,尤其是涉及到產品安全、環(huán)保等性能要求上更是落后,嚴重制約了國內產品技術的發(fā)展,致使國內許多高空作業(yè)機械產品技術水平低、檔次低,不能適應目前市場發(fā)展的需要,更談不上參與國際市場的競爭。
(2)產品結構的調整問題 目前,我國高空作業(yè)平臺產品大多仍以手推式為主,體積大、重量重,更換工作場地非常困難,給用戶使用帶來不便,這一點國外先進國家在產品上早已更新。因此,開發(fā)輕便的鋁合金平臺和自行式平臺有著廣闊的前景,從國內近幾年開發(fā)的鋁合金平臺銷量來看也證明了這一點。
?? 高空作業(yè)車國內大多廠家把用戶集中在車站、地鐵、商店、工廠、供電、路燈等部門,但其市場遠遠沒有挖掘和培育出來。究其原因是國內產品品種單一,產品在用途和功能上還需更新。比如,將高空作業(yè)機械用在建筑施工中以替代某些腳手架施工、建筑物外墻表面的裝飾、清洗和維護等;絕緣架線和維修;消防救援及大型物體(船舶、飛機)維護檢查等,但開發(fā)以上產品需要從適應性、技術上有很大的突破。
(3)產品銷售和租賃并存發(fā)展問題 國內大多數(shù)企業(yè)在產品開發(fā)上只注重產品銷售,沒有看到潛在的巨大的租賃市場。近兩年國內吊籃企業(yè)在這方面已有所覺悟并嘗到了甜頭,平臺、高空車也開始慢慢崛起,國外許多著名企業(yè)如美國的JLG、Genin、upright、日本的美裝公司等生產的大部分產品都用于租賃。租賃可以有多種方式,生產企業(yè)自辦租賃型、生產企業(yè)與其他企業(yè)股份制等等,應當說產品銷售和租賃并存兩條腿走路是高空作業(yè)機械行業(yè)企業(yè)今后一個時期新的發(fā)展方向,它既能拓寬市場的需求量,也能擴大生產企業(yè)的規(guī)模,并能更直接地服務于用戶。因此,作為高空作業(yè)車生產和銷售的領導一定要有戰(zhàn)略的眼光謀劃策略,拓寬市場空間,把產品銷售和租賃放到企業(yè)同等發(fā)展的策略中。
目的:
此次畢業(yè)設計選題關于學校高位舉升路燈維護車改裝設計目的在于了解專用汽車的設計過程,提高自己在專業(yè)汽車(尤其是高位舉升專用汽車)的知識占有量,更是為以后工作打下基礎做好鋪墊;研究學校高位舉升路燈維護車的液壓油路以及底盤各部分組件的布局,對學校高位舉升路燈維護車有了更深一層的認識,再設計過程中發(fā)現(xiàn)問題并解決問題,同時提出改進方案;學校高位舉升路燈維護車改裝設計是為了將其應用于對學校路燈維護的過程,顯現(xiàn)出專用車特有的用途,同時減少故障的產生,更好的應用于路燈維護。
專用車的純在是為了滿足市場需求,解決中國基礎設施嚴重不足的問題,促使政府加大基礎設施的投資,拉動工程機械、輸變電設備等領域的發(fā)展。從長遠來看,國家將加強公共基礎設施建設和路面設施建設,這為專用汽車提供了廣闊的發(fā)展空間,使專用車發(fā)展創(chuàng)造更高的經濟效益,以及為人民生活提供更好的社會服務。
意義:
經濟意義:專用汽車所產生的經濟效益不只是專用汽車設計制造本身,而且還表現(xiàn)在汽車流通和使用的全過程中,這促進了汽車運輸業(yè)及相關行業(yè)的發(fā)展。
從產品使用過程來看,汽車使用帶動的范圍很廣。如汽車行駛要有道路,隨著汽車的增多,需要不斷地對道路進行改造,建設新的道路,提高公路質量相等級,完善公路網(wǎng)。加強對公路的管理,從而推動道路建設事業(yè)的發(fā)展;汽車的行駛需要燃油,隨著汽車增多,燃油需求不斷增加,從而推動了石油工業(yè)的發(fā)展;汽車是使用最廣的交通工具,隨著汽車的增多,又推動了客貨運輸業(yè)、城市公共交通業(yè)、汽車租賃業(yè)等行業(yè)的發(fā)展;為了保證汽車的正常運行,需要一系列服務業(yè),包括金融業(yè)、保險業(yè)、維修業(yè)、加油站業(yè)、汽車修理業(yè)、停車場業(yè)等為其服務,從而推動了這些服務業(yè)的發(fā)展。
從產品生產過程來看,汽車是一種高深度加工的最終產品,由數(shù)千種、上萬個零部件組成,因此,汽車工業(yè)是國家工業(yè)水平的代表性產業(yè),汽車的發(fā)展帶動工業(yè)和國民經濟相關行業(yè)的快速發(fā)展。汽車工業(yè)的發(fā)展促進了專用汽車的發(fā)展,同時專用汽車的發(fā)展擴大了汽車的應用領域,增加了汽車的工業(yè)產出,與汽車工業(yè)共同進步。由于社會的不斷進步,人們對專用汽車的經濟性、工作效率以及各種性能和功能的要求也越來越高,同時諸如物流運輸、建筑和環(huán)保等行業(yè)的不斷進步也促進了專用汽車的不斷發(fā)展。然而隨著科技進步,一些以前靠人工完成的工作都逐步由專用汽車來完成,專用汽車作業(yè)能減少人的勞動強度,保證人身安全,降低人工操作的危險,提高工作效率,如水泥泵車、修鉆井車和其它專用汽車輛在這方面均有突出的作用;專用汽車的研制、生產和應用不僅在實現(xiàn)門到門的專業(yè)化運輸和作業(yè)方面受到社會的廣泛重視和歡迎,而且在大幅度地提高運輸效率、降低運輸成本、擴大汽車的應用領城等方面都發(fā)揮著重要的作用;汽車運輸?shù)膶I(yè)化,可以減少運輸途中的貨損和貨差,提高運輸?shù)陌踩?,同時減少了污染,保護了環(huán)境。
社會意義:中國國民經濟的快速發(fā)展促進了公路運輸事業(yè)的繁榮,專用汽車作為中國道路運輸?shù)闹饕α恐?,承擔了大量商品的流通和特殊商品的運輸、儲存功能。
近幾年,中國連續(xù)遭遇大規(guī)模自然災害,這些災害對人民生命財產、生活以及當?shù)亟洕斐闪司薮笥绊?。在應急工程救援保障體系和保障供應體系中,專用汽車發(fā)揮著非常重要的作用,在四川地震救災和重建工作中,拆除倒塌建筑物主要用到的設備是配備破碎炮、液壓剪的挖掘機,用于清理廢物的推土機,以及轉運廢物的裝載機和重型貨車,如果有大型架構需要吊起、移動,還需要汽車、履帶起重機。
研究高空作業(yè)車意義在于利用其臂架的伸縮、變幅等功能,使工作臺升降,進行高空作業(yè)的專用汽車。而學校高位舉升路燈維護車就是利用其高位舉升的功能更好的對路燈進行維護修理。
二、設計(論文)的基本內容、擬解決的主要問題
基本內容:
1) 客觀分析高空作業(yè)車的特點以及學校高位舉升路燈維護車的使用環(huán)境和自身特點:1、確定學校高位舉升路燈維護車的改進系統(tǒng)方案,系統(tǒng)研液壓油路總成的控制策略;2、選擇動力總成參數(shù)和控制參數(shù);3、提出學校高位舉升路燈維護車的改裝方案,并結合電腦軟件,對學校高位舉升路燈維護車進行改裝。
2) 具體設計參數(shù)的給定:1、改裝對象:學校高位舉升路燈維護車;2、舉升高度:10.79米,吊斗負荷:200kg;3、進行使用情況、故障情況調查;4、進行總體結構改裝優(yōu)化方案設計。
設計主要內容及分析、校核:
1、 測量繪制底盤、舉升結構圖;
2、 進行使用情況、故障情況調查;
3、 進行總體結構改裝優(yōu)化方案設計;
4、 進行底盤設計及發(fā)動機、離合器、變速箱、傳動軸、驅動橋以及車輪的選型和校核;
5、 進行液壓系統(tǒng)設計和液壓元件的選型;
6、 進行學校高位舉升路燈維護車動力性、經濟性、穩(wěn)定性校核,實現(xiàn)優(yōu)化匹配;
7、 繪制設計總圖、液壓系統(tǒng)圖和上述部分的結構裝配圖、零件圖。
解決問題:
進行學校高位舉升路燈維護車使用情況、故障情況調查,分析液壓油路,底盤系統(tǒng)總成,確定并提出改進方案,進行總體改裝結構優(yōu)化設計。
其中包括:學校高位舉升路燈維護車使用時的穩(wěn)定性;解決學校高位舉升路燈維護車的漏油情況;減少學校高位舉升路燈維護車的故障產生;對高位舉升路燈維護車液壓系統(tǒng)中的液壓元件進行分析,并確定其型號,如型號不對,提出改進方案并選擇標準件;在高位舉升路燈維護車使用過程中,保證該空作業(yè)人員的安全性;分析高位舉升路燈維護車的液壓油路,從中查看是否是最佳油路,如不是聽出改進方案,并驗證是否可行;分析高位舉升路燈維護車配備的緊急停止裝置,發(fā)生錯誤操作時,該裝置是否能有效地排除由此而產生的故障和危險,以保護高空作業(yè)人車和各機構的安全,如不合理,須提出可行改進措施;解決學校高位舉升路燈維護車在使用過程中液壓油路中雜質問題,保證液壓油的純度,以便更好的達到使用要求。
三、技術路線(研究方法)
進行GKL-13曲臂式舉升路燈維護車使用情況、故障情況調查
提出高空作業(yè)車底盤,液壓油路的確定
對總圖修訂
計算與校核
完成設計圖紙,說明書
應用電腦繪圖軟件進行總圖設計
經過調研后進行液壓系統(tǒng)部件選型及參數(shù)設計
部件圖、零件圖與其總成
對GKL-13曲臂式舉升路燈維護車進行初步任務分析
對使用情況、故障情況了解后進行資料調研
調研和查閱資料
四、進度安排
1周 領取任務進行資料的搜集和調研;
2周 繼續(xù)調研整理開題報告,制定技術方案路線;
3周 開題答辯,設計任務總體方案,進行草圖設計與計算;
4周 總體設計方案的審核與修訂;
5~10周 總成,各總成(底盤,車架,取力器等著裝置)設計,計算,校核并出圖;
11~12周 總圖修訂和部件修訂,校核;
13周 整體修改設計內容;
14周 預答辯,修改設計內容;
15周 全面完善設計內容;
16~17周 修訂答辯。
五、參考文獻
[1]卞學良主編《專用汽車結構與設計》,機械工業(yè)出版社,2008.1版;
[2]王國權、龔國慶編《汽車設計課程設計指導書》,機械工業(yè)出版社,2010.3版;
[3]喬維高主編《專用汽車結構與設計》,北京大學出版社,2010.1版;
[4]徐達、從錫堂主編《專用汽車構造與設計》,人民交通出版社,2008.1版
[5]臧杰、閻巖主編《汽車構造》(下冊),機械工業(yè)出版社,2007.1版;
[6]齊曉杰主編《汽車液壓、液力與氣壓傳動》,化學工業(yè)出版社,2009.2版;
[7]周士昌主編《液壓系統(tǒng)設計》,機械工業(yè)出版社,2005.1版;
[8]王望予主編《汽車設計》,機械工業(yè)出版社,2010.4版;
[9]劉哲義主編《專用汽車構造》,武漢工業(yè)大學出版社,1992.1版
[10]將崇賢主編《專用汽車設計》,武漢工業(yè)大學出版社,1992.1版
[11]張洪欣主編《汽車設計》,機械工業(yè)出版社,1990.1版
[12]喬維高主編《直升式高空作業(yè)車的特點和設計》,專用汽車,1992(1)
[13]余志生主編《汽車理論》,機械工業(yè)出版社,2001.1版
[14]QIAO W G,ZHANG X.Student about the Dynamic Analysis and Optimize Design of Container Vehicle with Cranes[A].Proceedings of 5th International Conference on Material Handling ,Chongqing,2005
[15] Bayrakceken H.Automotive sectors analysis of world and Turkey[J].Techno 1
Res EJM T,2005.
[16] 凌學儉,高空作業(yè)機械液壓系統(tǒng)組成功能特點及可靠性分析[J],工程機械 1993年01期
[17] 鐘玉龍,改進的高空作業(yè)液壓系統(tǒng)[J],工程機械 2006年01期
[18]參考網(wǎng)址:http://www.51kache.com/zixieche/Products2.html;
[19]參考網(wǎng)址:http://helispv.com/NewsView567.html;
[20]參考網(wǎng)址:http://www.jnrhyy.com/changjianwenti/gngkzyjxhyxzjfzfx.html;
六、備注
指導教師意見:
簽字: 年 月 日
本科學生畢業(yè)設計
GKT-13高位舉升路燈維護車改裝設計(底盤、液壓部分)
院系名稱: 汽車與交通工程學院
專業(yè)班級: 車輛工程B07-6班
學生姓名: 鮑仕林
指導教師: 齊曉杰
職 稱: 教授
黑 龍 江 工 程 學 院
二○一一年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
The top digit lifting street light maintenance vehicle re-equips the design of GTK-13
(chassis,hydraulic pressure part)
Candidate:Bao Shilin
Specialty: Vehicle Engineering
Class: B07-6
Supervisor:Prof. Qi Xiaojie
Heilongjiang Institute of Technology
2011-06·Harbin
黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計
摘 要
在人們生活水平日益提高的今天,越來越多的高空作業(yè)問題圍繞著我們,并且困擾著我們,主要的原因是由于使用的舉升方法既不便捷,也不專業(yè),更不安全,占用了大量人力、物力,并造成了很多財務、資源浪費。因此特擬定自行走小型舉升車這樣一個設計題目,利用所學習的知識,借鑒前人的產品,設計出有特色的專用舉升車輛,從而給人們生活帶來方便。
設計承擔的任務是設計三類底盤的設計和液壓系的統(tǒng)設計,三類底盤的設計即為橫梁、縱梁的布局,液壓系的統(tǒng)設計主要完成液壓系統(tǒng)原理、液壓油箱以及支腿機構的設計。機械舉升部分采用三節(jié)舉升臂,利用金屬焊接及銷軸連接組合各臂,使用平行四邊形的四連桿變形對吊籃進行調平,通過對液壓系統(tǒng)控制來完成特定的動作;液壓控制系統(tǒng)包括選取液壓缸、控制系統(tǒng)及元件的選擇。
設計依據(jù)國家標準和機械行業(yè)標準,通過查閱機械設計手冊等書籍,利用相關計算公式和材料信息,系統(tǒng)的對機構進行了強度校核,驗證了設計的合理性,確定了各零件的使用材料、外形尺寸和加工方法,并完成了整體構架的裝配方案,使機構能夠實現(xiàn)最大舉升達10.79m這樣一個高度。
關鍵詞:曲臂式高空作業(yè)車;舉升機構;液壓系統(tǒng)設計;小型;設計
ABSTRACT
In people's standard of living increased today, more and more aerial problems around us and haunt us, the main reason is due to the lifting method is neither convenient nor professional, more insecurity, which takes A lot of manpower, material resources, and caused a lot of financial, resource waste. Therefore, developing their own special take such a small lift truck design topic, the use of the knowledge acquired, the previous reference products, designed with special features lift vehicle, to bring convenience to people's lives.
The task is designed for selecting three chassis design of hydraulic design, three types of ec namely for the chassis design of longitudinal beams and the integration of layout, hydraulic design mainly complete hydraulic system principle, hydraulic oil tank, and a leg design of organization. and design of lifting mechanism; type selection small vehicles from car chassis, lifting mechanism mainly complete mechanical lifting part design and hydraulic control system design. One mechanical lifting part adopts three lifting arm, using metal welding and pin shaft connecting each arm, the use of combination of a parallelogram linkage deformation of the basket, through adjusting hydraulic system to specific action control, The hydraulic control system, including the selection of hydraulic cylinder, control systems and components.
On the basis of the national standards and design of mechanical industry standard, access to mechanical design manuals, etc, using the formula for calculating the related books and materials, the information system of organization, the intensity of the rationality of the design and use of materials, components, the dimensions and processing method and completed the overall architecture of the assembly, the most heavily to realize that institutions such a height of 10.79 m.
Keywords: Song arm type aloft working car;Lifting mechanism;Hydraulic system design;small;Design
I
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 相關技術的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1
1.3 設計的主要內容 3
第2章 總體方案設計分析 4
2.1 方案確定 4
2.2 外形尺寸確定 5
2.3 三類底盤的選擇 6
2.4 本章小結 6
第3章 工作機構設計 8
3.1 確定尺寸及材料 8
3.2 受力分析 10
3.3 本章小結 16
第4章 輔助機構設計 17
4.1 回轉機構簡介 17
4.2 支腿機構設計計算 17
4.2.1 支腿跨距的確定 17
4.2.2 最大載荷時支腿力的計算 20
4.2.3 撐腳接地面積確定 21
4.3 取力器布置方案及基本參數(shù)選擇 21
4.4 本章小結 22
第5章 液壓系統(tǒng)設計 23
5.1 主要機構液壓回路的設計與分析 23
5.1.1 變幅回路 23
5.1.2 回轉機構 24
5.2 主要液壓元器件的選擇計算 26
5.2.1 驅動液壓缸的計算確定 26
5.2.2 液壓泵的選型計算 31
5.2.3 液壓控制閥的選用 33
5.2.4 油箱容積與管路內徑計算 34
5.2.5 管路內徑計算 35
5.2.6 液壓油的選用 36
5.3 本章小結 36
第6章 整車性能計算分析 37
6.1 動力性計算 37
6.2 高空作業(yè)車汽車變速器速比 37
6.2.1 發(fā)動機外特性 37
6.2.2 汽車的行駛方程式 39
6.2.3 動力性評價指標的計算 40
6.3 燃油經濟性計算 44
6.4 穩(wěn)定性計算 45
6.5 本章小結 45
結論 46
參考文獻 47
致謝 48
第1章 緒 論
1.1 概述
由于交通管理部門經常會遇到交通信號燈、交通監(jiān)控器、交通指示牌的維修和更換,基礎交通設施的安裝建設等高空作業(yè)問題,所以近年來交通設施高空作業(yè)車大量投入使用。
高空作業(yè)車是用來運送工作人員和工作裝備到指定高度進行交通設施維修或安裝作業(yè)的特種車輛,是將高空作業(yè)裝置安裝在汽車底盤上組成的。交通設施高空作業(yè)車裝置包括工作臂、回轉平臺、副車架、工作平臺、液壓系裝置等?,F(xiàn)在的高空作業(yè)裝置具有操作平順、工作穩(wěn)定、安全可靠等優(yōu)點,大大提高了空中作業(yè)的工作效率。交通設施高空作業(yè)車是利用汽車底盤作為行走機構,機動靈活,行駛速度高,可快速轉移,轉移到作業(yè)場地后能迅速投入工作,因此被廣泛應用。
1.2 相關技術的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
我國高空作業(yè)機械的生產于20世紀70年代末開始起步,發(fā)展較快,目前生產經營企業(yè)已由原來的幾家迅速增加到40余家,其中與國外合資或合作生產的企業(yè)有5家。根據(jù)2004年和2005年《中國工程機械年鑒》,2003年高空作業(yè)機械工業(yè)總產值為32139萬元,生產各類高空作業(yè)平臺。行業(yè)幾個骨干企業(yè)通過近幾年的技術改造,其生產規(guī)模不斷擴大,形成了各自特色的產品系列,基本能滿足國內市場高空作業(yè)機械的需要,企業(yè)的各項主要經濟指標逐步上升,經濟效益也逐年提高[1]。
我國高空作業(yè)機械行業(yè)的一些骨干企業(yè)利用自己的技術和設備優(yōu)勢,通過學習引進和消化國外先進技術開發(fā)了許多新產品,其產品的技術水平和產品質量都不斷提高,達到和接近了國際同類產品的水平,推動了高空作業(yè)機械行業(yè)的技術進步,在國內市場中競爭力強,市場銷路好,產量增加較快。一些企業(yè)利用自身的優(yōu)勢,在原有產品的基礎上根據(jù)國內底盤品種的發(fā)展和基礎零部件的更新,不斷加大新產品的開發(fā)力度,走企業(yè)橫向聯(lián)合多種經營的綜合開發(fā)道路,不但使企業(yè)自身的生產和銷售步入了良性循環(huán)軌道,還帶動了附屬企業(yè)和國內相關產品的銷售發(fā)展。
產品性能提高:我國高空作業(yè)機械產品的需求量隨著國民經濟和城市建設的發(fā)展逐年增加,各種規(guī)格的新產品近幾年增加較快。如北京起重機器廠在短短幾年時間先后開發(fā)了車載剪叉式平臺、剪叉自行式平臺、折臂式平臺、單扼柱鋁合金平臺和雙扼柱鋁合金平臺、箱型界面鋁合金扼柱平臺、手動鋁合金扼柱平臺等近10個品種、30多個規(guī)格的產品。杭州賽奇工程機械廠近幾年先后開發(fā)了單扼柱鋁合金平臺、雙扼柱鋁合金平臺及多扼柱鋁合金平臺,其中多扼柱鋁合金平臺完成了10m、14 m、16 m、18 m、20 m共7種規(guī)格的研制。杭州愛知工程車輛有限公司開發(fā)了全液壓驅動的自行式高空作業(yè)平臺,為國內傳播修造、建筑、機場及工礦企業(yè)的安裝檢修工程等提供了新的品種。浦沅集團有限公司開發(fā)了12 m、16 m、20 m、25 m、30 m高空作業(yè)車和QKH8-19-8起重機高空作業(yè)車。錦州中型機械股份有限公司今年也完成了22 m、32 m、50 m大高度高空消防救援車的研制,徐州中型機械廠完成了67 m大高度高空消防救援車的研制[2]。
擴展產品的使用功能和用途:我國高空機械的使用范圍還比較窄,使用較多的主要有路燈、道路交通、園林部門、國內大多廠家把用戶集中在車站、地鐵、商店、工廠、供電、路燈等部門,其市場遠遠沒有挖掘和佩玉出來。高空作業(yè)機械在有發(fā)展前途的電力、電信及有限電視系統(tǒng)使用較少,究其原因是國內產品技術性能及參數(shù)還不能完全滿足上述三大系統(tǒng)使用的要求,在產品用途和功能上還需要更新。如將高空作業(yè)機械用在建筑使用中以替代某些腳手架施工、建筑物外墻表面的裝飾、傾斜和維護等;絕緣架線和維修;消防救援及大型物體(傳播、飛機)維護檢查等,但開發(fā)以上這些產品需要從產品的適應性、技術性能上進行較大的突破。
隨著我國經濟的發(fā)展,停電對工農生產和人民生活帶來的損失不可估量,國家已經開始實行《電力法》,對供電可靠性要求越來越高,在電力系統(tǒng)企業(yè)要求供電可靠率達到99.9%,所以如何解決不停電維修—帶電作業(yè)的問題已經非常突出,這就要求不但能登高作業(yè),還要具有絕緣性能好的高空作業(yè)車,這種新型高空作業(yè)車要打破常規(guī)的格局,工作斗,臂架要求采用非金屬的高性能絕緣材料,工作斗對整個作業(yè)的控制不能采用一般的電控和液控,還要具有起吊能力,并有更可靠的安全性、平穩(wěn)性、微調性。電信和有線電視系統(tǒng)使用的高空作業(yè)車要求小巧靈活,能走街穿巷,操作方便、乘坐舒適,這就要求設計小型先進的汽車底盤,并解決動力輸出問題。應該特別注意的是,高空作業(yè)車新產品的開發(fā)不能限制在汽車上,應該考慮它是一種工程機械,以適應用戶的需要為前提,行走方式可以采用電動自行式、液控自行式、輪胎自行式、履帶自行式等。我國文化傳播行業(yè)對輪胎液控自行式高空作業(yè)車的需求量很大,建筑行業(yè)對履帶自行式產品也將產生需求,室外裝修、清洗行業(yè)大量需要自行式高空作業(yè)車。隨著高速公路、高架橋的建設,將需要大量具備低空作業(yè)能力的高空作業(yè)車,以解決高架橋的維修問題,這種特殊的高空作業(yè)車在國外早已出現(xiàn),但國內還剛剛起步。 開發(fā)專用車輛底盤:要提高我國高空作業(yè)車的技術水平,首先必須解決工程車輛底盤問題。我國目前正在努力提高汽車工業(yè)的整體水平,走集團化規(guī)模道路,并積極引進國外資金及技術,但還只限于輕型底盤。汽車制造廠家應該在此基礎上根據(jù)高空作業(yè)車的具體要求,專門設計輕型、中型和重型的工程車底盤以供高空作業(yè)車改裝之用[3]。
1.3 設計的主要內容
設計主要承擔的任務是液壓系統(tǒng)、三類底盤的設計,初步選定采取3節(jié)舉升臂,1節(jié)基礎承重臂,利用金屬焊接及銷軸連接將各臂組合起來,通過選擇的二類底盤的動力輸出來驅動液壓泵,使用液壓系統(tǒng)來控制各臂的運動,再運用平行四邊形的四連桿機構對舉升筐進行調平,給工作人員提供一個水平的、穩(wěn)定安全的工作環(huán)境。
設計總體分為三個方面:機械舉升部分的選取(包括舉升臂的選材、外形尺寸的確定等);液壓控制部分(包括液壓缸的計算和型號確定、液壓控制系統(tǒng)的設計和輔助元件的選擇等);相關輔助系統(tǒng)部分(支腿的設計計算、油箱的設計等)。
第2章 總體方案設計分析
2.1 方案確定
舉升的方法有很多種,出于結構簡單、控制方便、成本低廉的主要設計思路,所以選用型材作主承重臂,利用金屬焊接及銷軸連接將各臂組合起來,通過液壓系統(tǒng)來控制各臂的運動,再將舉升機構安裝在轉臺上,來實現(xiàn)舉升的目的[1]。舉升的意義是:將人或物送往高處,由此又出現(xiàn)舉升臂調平的問題,以往的調平系統(tǒng)中多為機械調平和重力調平,現(xiàn)在又出現(xiàn)了電子調平系統(tǒng)。機械調平中最常見的為四連桿機構(即平行四邊形變形原理),此機構簡單、實用、舉升高度高、擺動幅度小等,但增加了自重,使用材料增多,并且舉升過程中更多的功耗要浪費在自重上面;重力調平系統(tǒng),簡單、實用,但舉升的高度要降低很多,而且擺動幅度比較大;電子調平系統(tǒng)屬于高科技產品,使資源消耗減少,但無形成本增多。在這里選擇四連桿調平方式[4]。
圖2.1所示即為整個舉升機構系統(tǒng)簡圖,其中AB、BC、CD為承重臂,DH為基礎臂,A’B’、C’D’為調平輔助臂,I、II為液壓缸,E、F、G、H分別為液壓缸與基礎臂及承重臂的絞接點。
圖2.1 舉升機構總體結構圖
工作原理:在平行四邊形AA`B`B中,通過控制液壓缸I的長度來控制的角度,從而使點A以AB為半徑,B點為圓心作圓弧運動;在平行四邊形CC’D’D中,通過控制液壓缸II的長度來控制的角度,從而使點C以CD為半徑,D點為圓心作圓弧運動。平行四邊形AA`B`B與平行四邊形CC`D`D共用一條公共邊B`C`,平行四邊形CC`D`D的另一條邊DD`為基礎臂,只要液壓缸I增長,A點就升高,液壓缸II增長,C點就升高(即B點升高)。由此只要控制液壓缸I和II就能控制A點的高度[1~5]。
2.2 外形尺寸確定
如圖2.2所示,初步設定臂CD與臂DO所成的最大角度為150°,臂CB與臂AB所成的最大角為135°。DO長2200mm,DC長3000mm,BC長2200mm,AB長4500mm。
圖2.2 舉升臂全升圖
綜上所述,可以推出整個機構的外形參數(shù),如表2.1、2.2所示。
表2.1 理論長度參數(shù) mm
最小高度
最大高度
整體長
2200
10200
3600
4500
2200
3000
2200
表2.2 理論角度參數(shù)
最大值
最小值
AB與BC的角度
135 °
53 °
CD與OD的角度
150 °
43 °
2.3 三類底盤的選擇
根據(jù)我國目前生產的各類型專用車輛的基本模式,大多是為了滿足國民經濟某一服務領域的特定使用要求,主要是在已定型的基本車型底盤的基礎上,進行車身及工作裝置的設計,與此同時對底盤各總成的結構與性能進行局部的更改設計與合理匹配,以達到滿足使用需求的較為理想的整車性能。汽車底盤的選擇主要是根據(jù)專用汽車的類型、用途、裝載質量、使用條件、專用汽車的性能指標、專用設備或裝置的外形、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計。采用二類汽車底盤進行改裝設計工作重點是整車總體布置和工作裝置設計,對底盤僅作性能適應性分析和必要的強度校核,以確保改裝后的整車性能基本與原車接近,同樣的對于本車的設計,設計選取三類底盤是由價格與性能的決定[6]。
已知工作臂的長度,選用型材Q235結構用冷彎空心型鋼,可估算工作臂部分總重約為700kg;預估轉臺和支腿等其他輔助裝置質量為300kg;額定載荷為200kg。
則
M=700+300+200=1200kg
經計算工作機構長度約為折起后4000mm,寬度不超過2000mm。
表2.3 底盤技術參數(shù)
底盤型號
整車重量(kg)
2000
吊斗載重(kg)
200
外形尺寸(長×寬×高)mm
3900×1950×3070
軸距(mm)
2300
輪距(前/后)(mm)
1950/1950
發(fā)動機型號
CY4102BZLQ
額定功率(kw)
55
轉速(r/min)
3600
2.4 本章小結
本章通過綜合分析后確定了總體構架,方案采用三節(jié)舉升臂,使用平行四邊形的四連桿變形原理對吊筐進行調平,通過對液壓系統(tǒng)控制來完成特定的動作,并在大量幾何計算后得出了各臂的長度和轉動角度,其理論舉升高度為10200mm+590mm=10790mm。通過確定的總體參數(shù),最后確定本次設計選用的三類底盤。
第3章 工作機構設計
3.1 確定尺寸及材料
表3.1中的參數(shù)都為理論尺寸(即未開孔的尺寸),在實際加工中,為了使各臂連接起來,要留出一段長度用來鉆孔穿銷,因此每個臂的每一個端面都要留有50mm的余量,需要拉桿的工作臂還要留有300mm的余量,表3.1既為各臂的實際參數(shù)。
表3.1 實際長度參數(shù) mm
4600
4600
2700
3100
3100
2250
根據(jù)表3.1即可計算出各承重臂的質量。
臂AB重量:
=×=4600×24.517 kg=112.8kg
臂A`B`重量:
=×=4600×8.594 kg=39.5kg
臂B`C`重量:
=×=2700×45.3 kg =122.3kg
臂CD重量:
=×=3100×34.0 kg=105.4kg
臂C`D`重量:
=×=3100×6.710 kg=20.8kg
臂DO重量:
=×=2250×56.3 kg=126.7kg
根據(jù)以往設計實例及設計需求,初步選定冷拔無縫矩形鋼管作為承重臂,具體參數(shù)見表3.2和各臂的基本參數(shù)見表3.3。
表3.2 材料參數(shù)[6]
基本尺寸
截面面積 F
理論質量 G
kg/m
慣性矩
截面模數(shù)
長
寬
厚
AB
180
100
6
31.232
24.517
1809.531
523.767
145.503
104.753
A`B`
90
60
4
10.947
8.594
117.499
62.387
26.111
20.795
B`C`
200
150
9
57.67
45.3
3170
2020
317
270
CD
200
100
8
43.2
34.0
2091
705
209
141
C`D`
70
50
4
8.547
6.710
54.663
32.210
15.618
12.884
DO
220
150
10
71.7
56.3
5687
2584
455
345
繪制結構簡圖及部分參數(shù)計算
表3.1為圖3.1中的基本參數(shù),由直角三角形中的角度公式可以得出:
α=arctan=arctan0.25=14°
β=arctan=arctan0.11=6.3°
γ=arctan=arctan0.33=18.5°
θ=arctan=arctan0.17=9.5°
BE==41.2cm
BF==90.5cm
DG==31.6cm
DH==91.2cm
圖3.1 各臂的結構簡圖
表3.3 各臂中的基本參數(shù)
長度
AB
BE’
EE’
BC
BF’
FF’
CD
DG’
GG’
DO
DH’
HH’
mm
4500
40
20
2200
1800
25
3000
300
25
2200
1900
30
3.2 受力分析
1、對臂AB進行受力分析
當臂AB水平時,如圖3.2所示。
∠EBF=90°-α-β=90°-14°-6.3°=69.7°
∵EF= =1600mm
S△BEF = S△BEF
∴h==900mm
相對B點進行受力分析
=×+×-×h=0 =24kN
液壓缸與水平所成的角度為72.5°
B受力為
=8.35kN
=13.45kN
=16.65kN
圖3.2 臂AB水平位置受力分析圖
當臂AB舉至最高位置時,如圖3.3所示。
∠EBF=150°-α-β=150°-14°-6.3°=120°
∵EF= =2100mm
S△BEF = S△BEF
∴h==650mm
相對B點進行受力分析
=××sin30°+××sin30°-×h=0
=21.3kN
圖3.3 臂AB最高位置受力分析圖
液壓缸與水平所成的角度為
68.5°
B受力為
=4.0kN
=22.3kN
=24.5kN
2、對臂B`C`進行受力分析
當臂AB水平時臂B`C`所受力最大,如圖3.4所示。
=7.5kN
=0 -=0
=23.7kN
=23.7kN
又==5.28kN
==22.2kN
∴==31kN
=32.3KN
圖3.4 臂B’C’受力分析圖
3、對臂CD進行受力分析
當各臂位置如圖3.5所示時,液壓缸II所受的壓力最大。
∴=90°-18.5°-9.5°=73°
=1800mm
又
=685mm
=16.4kN
液壓缸II與水平方向所成的角度為
==68.3°
對D點受力分析
=0
=0
=16.2kN
=19.3kN
=25.2kN
圖3.5 臂CD受力分析圖
當各臂位置如圖3.6所示時,液壓缸II所受的拉力最大
∴=135°-18.5°-9.5°=107°
=1800mm
又
=454mm
=-8.4kN
圖3.6 臂CD受力分析圖
液壓缸II與水平方向所成的角度為
==82.4°
對D點受力分析
=0
=0
=21.3kN
=12.3kN
=24.3kN
=48.5kN
3.3 本章小結
本章通過查閱了機械設計手冊等書籍,利用相關計算公式和材料信息,確定了各臂的使用材料、實際外形尺寸和理論質量,繪制了結構簡圖,并對各臂進行了系統(tǒng)的受力分析,通過大量計算和理論推證得出了各絞接點的最大受力情況及液壓缸的位置。
第4章 輔助機構設計
4.1 回轉機構簡介
回轉機構是由回轉驅動機構和回轉支撐機構兩部分構成的。根據(jù)驅動裝置的不同,回轉機構可分為:機械驅動式、電力驅動式和液壓驅動式。根據(jù)回轉支撐的結構不同,回轉機構可分為轉柱式、立柱式和轉盤式,其中轉盤式是一種較常用的形式[7]。
轉盤式回轉支撐裝置又可分為兩種:支撐滾輪式和滾動軸承式。支撐滾輪式回轉支撐裝置增大了轉盤回轉裝置的高度,且質量增加,成本增大;滾動軸承式回轉支撐裝置是目前應用最多的一種,它是在普通滾動軸承的基礎上發(fā)展起來的,結構上相當于放大了的滾動軸承。其優(yōu)點是回轉摩擦阻力矩小,承載能力大,高度低。由于回轉支撐裝置的高度降低,可以降低整車的質心,從而增大了汽車的穩(wěn)定性。通過對各種回轉支撐裝置的結構特點、承載能力、加工性能以及應用情況等的分析,最后確定本次設計回轉支撐機構選擇交叉滾柱式。
按照專業(yè)標準ZBT530001-1986的要求,交通設施高空作業(yè)車的回轉機構應能進行正反兩個方向的360°回轉,回轉速度不大于2r/min,回轉過程中的起動、回轉、制動要平穩(wěn)、準確、無抖動、晃動現(xiàn)象,微動性能良好[8]。
4.2 支腿機構設計計算
路燈安裝車的支腿機構起調平和保證整車工作穩(wěn)定的作用,要求堅固可靠,操作方便。支腿機構是大多數(shù)高空作業(yè)車所必備的工作裝置,目前均采用液壓支腿。這類裝置是利用從汽車發(fā)動機取出的動力來驅動液壓泵,通過控制閥把液壓泵產生的液壓油供給液壓支腿的工作缸,實現(xiàn)支腿伸縮。其優(yōu)點是操作簡單,動作迅速。
液壓式支腿按數(shù)量來分有雙支腿和四支腿兩種。雙支腿的兩個支腳布置在起重裝置下的車體兩側,起支撐點只有兩個,因而支撐能力低,穩(wěn)定性差。本次設計選取四支腿形式。其中兩個支腿安裝在汽車的后部,另兩個支腿安裝在前后輪之間。在作業(yè)車的兩側,一般具有操縱桿,可使前、后、左、右4個液壓支腿單獨地伸出或縮回,所以即使在不平整或傾斜的地面上,也能把車調整到水平狀態(tài),提高了整車作業(yè)時的穩(wěn)定性[9]。
4.2.1 支腿跨距的確定
1、支腿橫向跨距
路燈安裝車的支腿一般為前后設置,并向兩側伸出,如圖4.1所示。支腿支撐點縱橫方向的位置選擇要適當,其原則是作業(yè)平臺在標定載荷和最大作業(yè)幅度時,整車穩(wěn)定性要達到規(guī)定的要求[10]。
圖4.1高空作業(yè)車的支腿跨距
支腿橫向跨距:
支腿橫向外伸跨距的最小應保證路燈裝車在側向作業(yè)時的穩(wěn)定性,即全部載荷的重力合力落在側傾覆邊以內,并使繞左右傾覆邊AB或DC的穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩。1/2支腿橫跨距a應滿足:
mm
由于車總寬B=1950mm,且2a>B,
故取 mm
式中:G1——轉臺重力,N;
G2——底盤重力,N;
Gb——臂架重力,N;
q ——作業(yè)平臺重力,N;
Q ——作業(yè)平臺標定載荷,N;
L1 ——轉臺重力中心至回轉中心的距離,mm;
r——臂架重力中心至回轉中心的距離,mm;
R——作業(yè)半徑(臂幅),mm。
2、支腿縱向跨距
支腿縱向跨距的確定和橫向跨距確定的原則一樣,應繞前、后傾覆邊BC或AD的穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩。當作業(yè)平臺在車輛后方作業(yè)時,可得后支腿支撐點至回轉中心的距離b1應滿足:
mm
式中:L2 ——底盤質心至回轉中心的距離。
同理,可得前支腿支撐點至回轉中心的距離b2為:
mm
支腿的縱向跨距:
因此取mm;mm。
故前兩支腿反力
后兩支腿反力
4.2.2 最大載荷時支腿力的計算
該高空作業(yè)車工作時,支承在A、B、C、D 四個支腿上由于回轉工作部分的回轉變幅作業(yè)等運動,則作用工作面內必然產生附加力矩。
1、當臂AB水平時,見圖3.2所示。
產生的附加支承反力為
2、當臂AB舉至最高位置時,見圖3.3所示。
附加支承反力為
可見,狀態(tài)一最危險。
所以,支腿液壓缸最大封閉壓力為:
4.2.3 撐腳接地面積確定
為了使路燈安裝車工作時能在規(guī)定的地面承受壓力不下陷,且保證在不同地面能可靠支撐,支承腳要有足夠的接地面積Sj,保證在最大支反力Fmax下對地面的壓強不大于地基強度,即:
mm2
mm2
取 mm2。
式中:[]——地基強度,一般為1.6Mpa。
4.3 取力器布置方案及基本參數(shù)選擇
各類專用汽車的專用工作裝置的動力來源,主要由汽車發(fā)動機提供。取力器就是其中一種動力輸出的專用裝置,它能夠實現(xiàn)從發(fā)動機取出部分功率,用于驅動各類液壓泵、真空泵、空壓機以及各類專用汽車工作機械[11]。
專用車取力方案的布置取決于取力方式。常見的取力方式分類:
1、發(fā)動機取力
從前端取力:從發(fā)動機前端取力的特點是采用液壓傳動,適合于遠距離輸出動力,常用于長頭式汽車底盤改裝的大型混凝土攪拌運輸車。
從發(fā)動機飛輪后端取力:從飛輪后端取力的特點是取力器不受主離合器影響,傳動系統(tǒng)與發(fā)動機直接相連,取力器到工作裝置距離短,傳動系統(tǒng)簡單可靠,取力功率大,傳動效率高。此種方案應用較廣,適用于平頭式汽車改裝的大中型混凝土攪拌車。
2、變速器取力
從一軸取力:從變速器一軸取力的布置方案又稱為變速器上置式取力方案。此種方案取力器疊置于變速器之上,用一惰輪與一軸常嚙合齒輪嚙合獲取動力,需要改制原變速器頂蓋。此種應用方案應用很廣,自卸車冷藏車垃圾車等一般均采用此種方案。
從中間軸齒輪取力:此種取力方案較為常見,又稱側置式取力,又分為左側和右側布置方案。
3、傳動軸取力
傳動軸取力方案是將取力器設計成一個獨立結構,置于變速器輸出軸于汽車萬向傳動軸之間,固定在汽車車架上不隨傳動軸擺動、伸縮。設計時使用可伸縮的附件傳動軸與其相連,并應注意動平衡與隔振、消振。
4、分動器取力
分動器取力布置方案主要用于全輪驅動的牽引車、汽車起重機,用來驅動絞盤或起重機構。從取力器到工作裝置間可采用機械傳動或液壓傳動。
本設計選用底盤為三類底盤,所以可選用從中間軸齒輪取力的布置方案,
選取的的取力器是變速器自帶取力器型號為DF6S750。
4.4本章小結
本章首先對所設計的交通設施高空作業(yè)車的回轉機構的回轉支撐機構進行了受力分析,從而計算出它的受力情況,并確定了回轉支撐機構的主要尺寸參數(shù)。然后對交通設施高空作業(yè)車的支腿機構進行了分析,估算出了支腿的橫向跨距、縱向跨距以及支撐腳的接地面積,使其能夠穩(wěn)定的工作。另外,本章中也對取力器的布置進行了分析,并選擇了適合的取力器。
第5章 液壓系統(tǒng)設計
交通設施高空作業(yè)車型采工作裝置為液壓驅動,360°全回轉。作業(yè)車主要工作機構的液壓回路分成變幅機構、回轉機構、和支腿收放這幾部分。其中回轉機構由液壓馬達控制,上下吊臂的動作由液壓缸控制,在此次設計中主要是對這兩部分進行液壓設計,而支腿是用于支撐整機,同時調整整機平衡[12]。
5.1主要機構液壓回路的設計與分析
5.1.1 變幅回路
變幅就是用液壓缸來改變上下臂的角度。變幅液壓缸由三位四通電磁換向閥來控制,為防止在變幅作業(yè)時因自重而使吊臂下落,在油路中設有平衡回路。
圖5.1 變幅機構回路
1、動作分析
由于上下臂機構相似,所以只需要分析其中之一即可。
當換向閥置于左位
液壓泵換向閥左向節(jié)流閥左平衡閥液壓缸右平衡閥右節(jié)流閥換向閥油箱
當電磁換向閥置于右位
液壓泵換向閥右向節(jié)流閥右平衡閥液壓缸左平衡閥左節(jié)流閥換向閥油箱
當電磁換向閥處于中位時,液壓缸不運動。
2、性能分析
行駛狀態(tài)時,兩節(jié)工作臂折疊在一起,進行高空作業(yè)時,兩節(jié)工作臂分別由上下臂油缸舉升升展至一定高度,將工作人員送至工作位置。上臂和下臂、下臂和轉臺鉸接處均設有專門的滑動軸承,保證工作臂轉動時阻力小,運動平穩(wěn)[13]。
5.1.2 回轉機構
回轉機構采用液壓作為執(zhí)行元件,液壓馬達通過蝸輪蝸桿減速箱和一對內嚙合的齒輪來驅動轉盤。系統(tǒng)中一個由三位四通手動換向閥控制轉盤的正轉、反轉和不動三種工況。
圖5.2 回轉機構回路
1、動作分析
換向閥置于左位
液壓泵換向閥梭閥液壓缸制動器松開
左節(jié)流閥 液壓馬達
換向閥置于右位
液壓泵換向閥梭閥液壓缸制動器松開
右節(jié)流閥 液壓馬達
換向閥置于中位
整個回路卸荷,制動器液壓缸在自身彈簧的作用下迅速剎住液壓馬達。
2、性能分析
進行回轉時,液壓馬達輸出動力,通過回轉減速機減速后帶動輸出軸上的小齒輪旋轉,小齒輪與回轉支承的齒圈嚙合,由于回轉支承的齒圈與車架剛性連接,因而回轉減速機帶動與之相連的轉臺回轉。
如圖5.2所示, 換向閥處在中位時,整個回路卸荷,制動器液壓缸在自身彈簧的作用下迅速剎住液壓馬達。這樣,即使液壓馬達有內泄露也能保證吊臂被迅速制動住,保證了安全性。
5.1.3 整車液壓回路設計
1、系統(tǒng)分析
系統(tǒng)中只有當單向閥的電磁線圈Y1接通,變幅機構和回轉機構才能進行工作?;剞D機構的馬達外控口都與油箱直接相連,起到一定的保護作用,在每個液壓缸的進回油回路中都設節(jié)流閥調速,在整個系統(tǒng)中安全閥作為系統(tǒng)的安全保證。整個系統(tǒng)設置合理,采用模塊設計。
2、性能分析
系統(tǒng)的設計除應滿足主機要求的功能和性能外,還考慮符合質量輕、體積小、成本低、效率高、結構簡單、使用維護方便等一般要求及工作可靠這一特別重要的要求。系統(tǒng)設計的出發(fā)點,可以是充分發(fā)揮其組成元件的工作性能,也可以是著重追求其工作狀態(tài)的絕對可靠。前者著眼于效能,后者著眼于安全;實際的設計工作則常常是這兩種觀點不同程度的組合。
在整個液壓系統(tǒng)設計中,考慮到由于液壓馬達存在內泄,平衡閥不能鎖住停在空中的重物,必須靠制動器使重物可靠地停在空中。在開式回路中再次提升重物時,當制動器打開先與系統(tǒng)建立起負載壓力或制動器開啟雖與系統(tǒng)建立起負載同步,但流向馬達的流量如小于馬達的泄露流量,會產生二次下滑。采用壓力記憶回路雖可保證制動器開啟與系統(tǒng)建立起負載壓力同步,但系統(tǒng)復雜。采用負荷傳感回路,可使制動器打開的同時系統(tǒng)壓力也建立起來,有效地消除因馬達內泄產生的二次下滑現(xiàn)象[10]。
馬達制動器控制采用的為內控,制動器壓力隨負載變化而變化,在負載壓力小于制動器開啟壓力時,起升會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象。另一方面,為了彌補回路的開啟壓力。這種回路特別在空鉤時會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象。在回路上增加背壓閥解決抖動現(xiàn)象會使系統(tǒng)效率降低。最好的解決辦法是制動器采用恒壓外控。這樣還可以進一步降低平衡閥的開啟壓力,提高回路效率,圖5.3為液壓系統(tǒng)原理圖。
圖5.3 液壓系統(tǒng)原理圖
工作裝置如支腿的收放、舉升機構的升降、轉臺的回轉等都是通過液壓傳動系統(tǒng)實現(xiàn)的。汽車發(fā)動機將動力通過取力器傳遞液壓泵,液壓油經過油箱內的粗濾器吸入齒輪泵,齒輪泵輸出的壓力油經過細濾器進入工作回路。各工作裝置均由電磁換向閥和調速閥控制,不工作時,液壓油通過卸荷回路直接回到油箱。支腿不工作時,1YA通電。支腿工作時,2YA通電。雙向液壓鎖保證液壓缸能在任意位置上停止,且停止后不在外力的作用下發(fā)生位移。上臂上升時,3YA通電,上臂下降時,4YA通電。5YA通電時,下臂上升。6YA通電時,下臂下降。平衡閥防止作業(yè)臂在停止后在重力的作用下自由下降。7YA通電時,回轉機構工作。8YA通電時,回轉機構不工作[14]。
5.2主要液壓元器件的選擇計算
5.2.1 驅動液壓缸的計算確定
設計液壓缸時,要在分析液壓缸系統(tǒng)工作情況的基礎上,根據(jù)液壓缸在機構中所要完成任務來選擇液壓缸的結構形式,然后按負載、運動要求、最大行程來確定主要尺寸[15]。
液壓缸確定
1、上臂液壓缸內徑D的確定
根據(jù)載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來計算液壓缸內徑D:
計算公式: =3.57
--液壓缸內徑(m)
--液壓缸推力(kM)
--根據(jù)車型選定的工作壓力16MP[9]
式中 --上臂自重,由計算為1100
--上臂長度,為4500mm
--高空作業(yè)車吊籃最大承受力,由計算知為3000
--為力距,由計算得5m。
可得
所以
按《機械設計手冊4》表23.6-33給出的缸筒內徑尺寸系列圓整成標準值,即取:
D=80mm
2、活塞桿直徑的確定
根據(jù)速度比的要求來計算活塞桿直徑:
--活塞桿直徑()
--液壓缸直徑()
--速度比
液壓缸的往復運動速度比,一般有1.46 1.33 1.25和1.15等幾種,
取2由《機械設計手冊4》表23.6-57(P23-191)查得:d=0.707D
將代入式(4) 得:
D=56.56
查《機械設計手冊4》表23.6-34 液壓缸活塞桿外徑尺寸系列。
取液壓缸活塞桿外徑尺寸
3、液壓缸行程的確定
由于上下臂工作狀態(tài)最大夾角為時,上臂油缸伸出為最大。
可求出此長度為 :
L
油缸的最大行程一般取此長度的一半,參照表5.1(GB2349—1980)液壓缸行程選擇如下:
表5.1(GB2349—1980)
25
50
80
100
125
160
200
250
320
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3200
4000
取
4、液壓缸結構參數(shù)的確定
(1)缸筒壁厚的確定
--液壓缸缸筒厚度();
--試驗壓力()。取,即,。
--液壓缸內徑(m);
--剛體材料的許用應力(),取。
代入,得:
=5.0mm
代入相關數(shù)據(jù)計算最后得:5.0mm
(2)缸體外徑的確定
D=90
查《機械設計手冊4》表23.6-60圓整液壓缸外徑為90。
5、下臂油缸的相關尺寸設計計算與上臂液壓缸計算類似(過程省略)
(1)液壓缸內徑D 取D=125mm
(2)活塞桿直徑 取
(3)液壓缸行程S
(4)液壓缸結構參數(shù)的計算
缸筒壁厚 20mm
缸體外徑 取液壓缸外徑為150。
6、支腿油缸的相關尺寸設計計算
與上臂液壓缸計算類似(過程省略)
(1)液壓缸內徑D 取
(2)活塞桿直徑 取
(3)液壓缸行程S
(4)液壓缸結構參數(shù)的計算[5]
缸筒壁厚 5mm
缸體外徑 取液壓缸外徑為90。
7、液壓缸活塞桿強度校核
式中 ——液壓缸最大載荷,即,N
——材料的屈服極限,
——屈服極限安全系數(shù),取
(1)上臂液壓缸
故上臂液壓缸滿足強度條件
(2)下臂液壓缸
故下臂液壓缸滿足強度條件
(3)支腿液壓缸
8、液壓缸的工作壓力
式中 ——液壓缸效率,
——回油背壓,取
(1)上臂液壓缸
(2)下臂液壓缸
(3)支腿液壓缸
9、液壓缸的流量
液壓缸流量應該按伸縮速度計算,GKT-13型高空作業(yè)車,可以只按伸出速度計算流量即可,因為采用單泵供油,縮回速度要求不嚴格。
由
式中 ——液壓缸的內徑
——伸出速度
——容積效率,取
(1)上臂液壓缸
(2)下臂液壓缸
(3)支腿液壓缸
5.2.2 液壓泵的選型計算
常見的液壓泵有齒輪泵、柱塞泵、葉片泵類型。齒輪泵具有結構簡單、工藝性好、體積小、重量輕、維護方便,使用壽命長的優(yōu)點,葉片泵和柱塞泵結構較復雜、價格較高。在后欄板起重運輸汽車的液壓系統(tǒng)中采用齒輪泵即可滿足工作的需要,常用系列有CB、CBX、CG、CN等[16]。
1、液壓泵理論流量Qr
液壓泵的最大流量為
式中 ——液壓泵的最大流量。
——同時動作的各個執(zhí)行元件所需的流量之和的最大值,如果同時有溢流閥工作,則應改再加上溢流閥的最小流量2~3L/min。此處取。
——系統(tǒng)的泄漏系數(shù),一般取~,現(xiàn)取。
故
故
2、計算液壓泵的壓力
考慮到正常工作時進油管路有一定的壓力損失,所以泵的工作壓力為
式中 ——液壓泵的最大工作壓力,
——執(zhí)行元件最大工作壓力,
——進油管路中的壓力損失,取。
3、選擇液壓泵
首先依據(jù)初選的系統(tǒng)壓力選擇液壓泵的結構類型,一般P<21MPa,選用齒輪泵和葉片泵;P>21MPa,則選擇柱塞泵。然后確定液壓泵的最大工作壓力和流量。液壓泵的最大工作壓力必須等于或超過液壓執(zhí)行元件最大工作壓力及進油路上總壓力損失這兩者之和,液壓執(zhí)行元件的最大工作壓力可以從工況圖或表中找到;進油路上總壓力損失可以通過估算求得,也可以按經驗資料估計,如表5.2所示。
表5.2 進油路壓力損失經驗值
系統(tǒng)結構情況
總壓力損失Δp/MPa
一般節(jié)流調速及管路間單的系統(tǒng)
0.2~0.5
進油路有調速閥及管路復雜的系統(tǒng)
0.5~1.5
液壓泵的流量必須等于或超過幾個同時工作的液壓執(zhí)行元件總流量的最大值以及回路中泄漏量這兩者之和。液壓執(zhí)行元件總流量的最大值可以從工況圖或表中找到(當系統(tǒng)中備有蓄能器時,此值應為一個工作循環(huán)中液壓執(zhí)行元件的平均流量);而回路中泄漏量則可按總流量最大值的10%-30%估算。
在參照產品樣本選取液壓泵時,泵的額定壓力應選得比上述最大工作壓力高20%-60%,以便留有壓力儲備;額定流量則只需選得能滿足上述最大流量需要即可。
由計算結果查手冊選用:CB-型齒輪泵
參數(shù)項目
取值
備注
理論排量
10-40
該齒輪泵選擇14
額定壓力
16
最高轉速
2400
額定轉速 n
1800
最高壓力 Pm
20
5.2.3 液壓控制閥的選用
在整個液壓系統(tǒng)油路中,平衡閥是為防止負載在舉升后自由下落,從而保持背壓,此系統(tǒng)中下臂液壓缸取極限負載最大值,經計算P=5.39,故下臂選用平衡閥開啟壓力值為P=6,同理上臂液壓缸取極限負載最大值,經計算P=2.4,故下臂選用平衡閥開啟壓力值為P=3,支腿液壓缸中雙向液壓鎖取極限負載最大值,經計算P=4.3,故支腿液壓缸中雙向液壓鎖開啟壓力值為P=5.
在整個液壓系統(tǒng)回路中,溢流閥的額定壓力值為20,調壓范圍小于等于2。在油路中,順序閥利用油液壓力作為控制信號,來控制油路的通斷,順序閥開啟壓力值P=6+3+5=14,如表5.3所示。
表5.3 液壓控制閥的選擇
序號
元件名稱
規(guī)格
額定壓力/
型號
調壓范圍/
1
溢流閥
20
DBD型
≤2
2
順序閥
15
XFF-3
0.6~1.6
3
下臂液壓缸平衡閥
20
MRB-02G
-
4
上臂液壓缸平衡閥
14
RB型
-
5
雙向液壓鎖
20
YAF3型
-
5.2.4 油箱容積與管路內徑計算
根據(jù)油箱液面與大氣是否相通,可分為開式油箱和閉式油箱
開式油箱:開式油箱的液面與大氣相通,為了減少外界環(huán)境污染對油液的直接影響,在油箱蓋上設置空氣濾清器,使大氣與油箱內的空氣經過濾清器相通,在潮濕地區(qū)應用的油箱,在空氣濾清器上還應裝有一定量的干燥劑
閉式油箱:閉式油箱是指箱內液面不直接與大氣相通[17]。
1、油箱的結構設計
設計油箱時除了要考慮貯存系統(tǒng)在工作
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