高空作業車改裝設計(畢業論文+全套CAD圖紙)(答辯通過)

下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載 文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 本科學生畢業設計 高空作業車改裝設計 系部名稱 ： 汽車與交通工程學院 專業班級 ： 車輛工程 07-2 班 學生姓名 ： 楊鳳明 指導教師 ： 楊兆 職 稱 ： 講師 黑 龍 江 工 程 學 院 二一一年六月 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載 文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 The Graduation Design for Bachelors Degree Design of Modified Overhead Working Truck Candidate： Yang Fengming Specialty： Vehicle Engineering Class： 07-2 Supervisor： Lecturer. Yang Zhao Heilongjiang Institute of Technology 2011-06 Harbin 黑龍江工程學院本科生畢業設計 I 摘 要 高空作業車是目前最常見的專用汽車之一。 由于高空作業車近幾年的快速發展，高空作業行業出現了部分車型產量過 剩苗頭的同時，也存在著部分車型供不應求、生產能力不足的現象，因此，結構性過剩是當前汽車工業產能過剩的基本特點，也是當前汽車工業發展存在的主要問題。高空作業車是汽車工業的一部分，它的發展中也會出現同樣的問題，因此研究高空作業車的改裝技術，不僅可以推動高空作業車行業的發展，而且對于推動專用汽車行業的發展，調整企業產品開發戰略無疑具有重要意義。在這次的設計工作中 ,我主要設計了一種折疊臂的高空作業車 ,主要以上、下臂，轉臺，液壓部分為研究對象。 本設計主要設計的是作業高度為 10 米的高空作業車，在滿足作業高度的前提下，對高空作業臂，轉臺，液壓部分進行設計：首先根據使用要求選擇作業臂材料的類型；其次根據最大作業高度確定上、下臂的長度；再經過受力分析利用強度來確定臂的截面尺寸及油缸的鉸接位置；再進行強度、剛度、穩定性的校核，查看作業臂的尺寸是否符合要求；轉臺和液壓部分同樣原理也要進行計算與校核。 關鍵詞： 高空作業車；高空作業臂；轉臺；液壓系統；改裝設計 黑龍江工程學院本科生畢業設計 II ABSTRACT Operating vehicle height is the most common one of the special vehicle. In recent years ,because the aerial work vehicle the rapid development, aerial work industry appeared part models yield, but also excess symptom exist in demand, production capacity part models, therefore, the phenomenon of insufficient structural surplus is the auto industry excess capacity, but also the present the basic characteristics are the main developing automobile industry. Aloft work vehicle is part of the auto industry, and its development will also be the same problem, so the aloft work vehicle modified technique, not only can promote the development of the car industry aerial work, and to promote the development of specialized automobile industry, adjust enterprise product development strategy of great significance. In this design work, I design a folding arm of the high-altitude vehicles. Main above, upper and lower arm, turntable, hydraulic parts as the research object. This design main is the height of 10 meters aloft work vehicle, to meet the high operating on the premise that for aloft work arm,turntable,hydraulic parts design: First choice under the requirements of the use of operating arm of the types of materials； Second, based on the height of the largest operations to determine the upper and lower arm length； After Analysis to determine the intensity of use of the arm section size and fuel tanks articulated position； further strength, stiffness, Stability of Verification, check the operating arm size whether it meets the requirements； Turntable and hydraulic parts also principles want to calculate and checking. Key words: Aloft work vehicle； Aloft work arm； Turntable； Hydraulic system；Modification design 黑龍江工程學院本科生畢業設計 目 錄 摘 要 . I Abstract . II 第 1 章 緒 論 . 1 1.1 概述 . 4 1.2 高空作業車的發展現 狀 . 5 1.2.1 專用車的現狀 . 5 1.2.2 我國高空作業車的現狀和發展 . 5 1.3 高空作業車的組成 . 5 1.3.1 工作裝置 . 8 1.3.2 金屬結構 . 8 1.3.3 控制系統 . 8 1.3.4 動力傳動裝置 . 8 1.4 本課題所研究的任務 . 8 1.5 本課題研究的意義 . 9 第 2 章 確定設計方案 .11 2.1 總體設計要求 .11 2.2 動作要求 .11 2.3 技術性能要求 .11 2.4 總體設計方案 .11 2.5 確定執行元件的形式 . 12 2.6 整體設計結構圖 . 12 2.7 本章小結 . 12 第 3 章 底盤的選擇 . 13 3.1 高空作業車底盤的類型 . 13 3.2 底盤的選擇 . 13 3.3 本章小結 . 14 黑龍江工程學院本科生畢業設計 第 4 章 高空作業車臂的設計 . 15 4.1 材料的選擇 . 15 4.2 計算上、下臂的長度 . 15 4.3 確定液壓缸鉸點的位置 . 16 4.3.1 確定上臂液壓缸鉸點的位置 . 16 4.3.2 確定下臂液壓缸鉸點 的位置 . 16 4.4 上臂截面尺寸的確定 . 16 4.4.1 對上臂進行受力分析 . 17 4.4.2 計算上臂截面尺寸 . 18 4.4.3 對上臂進行強度校核 . 19 4.5 下臂截面尺寸的確定 . 20 4.5.1 對下臂進行受力分析 . 20 4.5.2 計算下臂的截面尺寸 . 22 4.5.3 對下臂進行強度校核 . 23 4.6 本章小結 . 24 第 5 章 高空作業車轉臺結構的設計 . 25 5.1 高空作業車轉臺總體結構設計 . 25 5.2 轉臺的受力分析 . 30 5.2.1 轉臺的自重 . 30 5.2.2 轉臺受到的其余的力 . 32 5.3 回轉支承裝置的計算 . 32 5.3.1 回轉支承的計算載荷 . 32 5.3.2 轉盤式回轉支承裝置的計算 . 33 5.3.3 按承載能力確定圓柱滾子數目 . 33 5.4 傳動齒輪的計算 . 34 5.4.1 選擇齒輪材料 . 34 5.4.2 選擇齒輪齒數和齒寬系數 . 34 5.4.3 確定輪齒的許用應力 . 35 5.4.4 齒面接觸強度設計 . 35 5.4.5 確定模數和齒寬 . 35 5.4.6 驗算齒根的彎曲強度 . 36 黑龍江工程學院本科生畢業設計 5.4.7 傳動齒輪的幾何尺寸 . 36 5.5 本章小結 . 36 第 6 章 液壓系統的設計 . 37 6.1 液壓缸的設計計算 . 37 6.1.1 液壓缸的最大載荷 . 37 6.1.2 確定系統工作壓力 . 40 6.1.3 液壓缸內徑計算 . 40 6.1.4 液壓缸缸筒壁厚和外徑計算 . 40 6.1.5 液壓缸最大密封壓強得計算和壁厚的校核 . 41 6.1.6 液壓缸活塞桿直徑 . 43 6.1.7 液壓缸活塞缸強度校核 . 43 6.1.8 液壓缸活塞桿穩定性校核 . 44 6.1.9 液壓缸的選擇 . 45 6.2 液壓馬達的選取 . 45 6.3 液壓泵的選擇 . 45 6.4 其他輔助元件的選擇 . 46 6.4.1 油箱 . 46 6.4.2 聯軸器 . 46 6.4.3 各種液壓閥 . 46 6.5 本章小 結 . 47 第 7 章 其余部分設計與選擇 . 47 7.1 副車架的選擇與計算 . 48 7.1.1 副車架外形設計 . 48 7.1.2 副車架選材 . 48 7.1.3 副車架的校核 . 48 7.2 銷和螺栓的校核與計算 . 51 7.3 鋼絲繩的選擇與計算 . 52 7.3.1 鋼絲繩的計算與校核 . 52 7.3.2 鋼絲繩接頭的壓制方法 . 54 7.4 本章小結 . 54 結 論 . 55 黑龍江工程學院本科生畢業設計 參考文獻 . 56 致 謝 . 57 附 錄 . 58 黑龍江工程學院本科生畢業設計 1 買文檔送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 黑龍江工程學院本科生畢業設計 2 黑龍江工程學院本科生畢業設計 3 第 1 章 緒 論 黑龍江工程學院本科生畢業設計 4 1.1 概述 高空作業車是用來運送工作人員和工作裝備到指定高度進行作業的特種車輛，是將高空作業裝置安裝在汽車底盤上組成的一種重要工程機械。近年來， 工程機械發展速度快。其主要原因 :一是我國在改革開放政策指引下，經濟發展快，對工程機械的需要增多；二是從中央 到地方給與發展的優惠政策，增加資金注入，加以扶植；三是引進國外多項先進技術，經過消化吸收，產品技術水平提高 ；四是，企業經過組織結構調整，相互合作，并在競爭中促使相互提高。 高空作業裝置包括工作臂、回轉平臺、副車架、工作斗、液壓系統和操縱裝置等。現在的高空作業裝置具有操作平順、工作穩定、自動調速、安全可靠等優點，大大提高了空中作業的工作效率。高空作業車是利用汽車底盤作為行走機構，具有汽車的行駛通過性能，機動靈活，行駛速度高，可快速轉移，轉移到作業場地后能迅速投入工作，因此被越來越多的應用在工程建設、工業安裝、設 備檢修、物業管理、航空、船舶、石化、電力、影視、市政、園林等許多行業，是近幾年來國內發展最快的專用汽車產品之一。 但是國內生產制造的高空作業機械同國外同類型高空作業機械產品相比仍有一定差距，主要表現為技術含量低、大型的較少、結構笨重、作業時微動性能差等問題。 圖 1.1 高空作業車 高空作業車按工作臂的型式，有四種基本型式，分別為：垂直升降式、折疊臂式、伸縮臂式和混合臂式 2 。垂直升降式高空作業車的升降機構只能在垂直方向上進行運動。它的主要特點是結構簡單，承載能力 強，但作業范圍小，作業高度低，這種結構型式應用比較少。折疊臂式高空作業車工作臂之間的連接全部采用鉸接型式，所以國外又把它叫做鉸接式高空作業車。折疊臂高空作業車結構適合于較低作業高度的車型，黑龍江工程學院本科生畢業設計 5 如要加大作業高度，必然要增加臂長或增加工作臂數量，增加臂長會使作業車體積龐大，降低靈活性；增加工作臂數量會造成操作繁瑣，安全性降低。伸縮臂式的高空作業車在行駛狀態時，工作臂縮回套疊，工作時伸出，可以有效增大作業高度，同時具有工作效率高、操作簡單、動作平穩等特點。混合臂式高空作業車工作臂之間既有鉸接，也有伸縮，是折疊臂式和伸 縮臂式高空作業車的結合，它綜合了兩種結構型式的優點，工作性能最好，但結構也最為復雜。 1.2 高空作業車的發展現狀 1.2.1 專用車的現狀 根據 相關資料統計顯示，目前我國專用汽車行業已有 60左右的企業建立了完整的產品研發體系，具備獨立的系列化產品開發能力。大部分專用汽車企業采用開發軟件進行模塊化仿真設計，如 AutoCAD、 Pro E、 CATIA等，大大提高了研發質量和縮短了開發周期。但是，我們還應該清醒地看到，目前我國專用汽車產品研發還處于較低水平，模仿設計痕跡比較明顯，技術雷同現象突出，并沒有實現質的 轉變。 我國專用汽車在產量上已具有相當的規模，但大多數為勞動密集型及中低技術水平的產品，如半掛車、自卸車、保溫車、集裝箱運輸車等。一些技術含量較高的車型尤其是關鍵零部件仍需進口。例如一些近百米的登高消防車的上裝部分，混凝土泵車、混凝土攪拌車上裝部分的關鍵件， C級防彈運鈔車 (我國的產品主要為 A、 B級，防彈等級低于國外同類產品 )等。國外專用汽車的動力性、耐久性及駕駛室舒適性等方面也普遍比國產車好。 1.2.2 我國高空作業車的現狀和發展 用高空作業車進行高空作業是一種先進的登高作業方式其發展與國民經濟的發展水 平密切相關，經濟越發達，需求量越大，且單位 GDP的需求量也越大。與發達國家相比，我國不僅單位 GDP的需求量小，而且單位 GDP需求量與 GDP的比例也低，這說明高空作業車的市場需求量既與經濟規模有關，又與經濟發達程度有關，這也恰恰表明高空作業車在我國有非常廣闊的發展前景。 1、概況 我國高空作業車行業起步較晚，自 20世紀 60年代開始研制， 70年代才推出商業化樣機。目前我國高空作業車的市場銷售、使用及保有量最大的車型還是折疊臂式，其他型式如伸縮臂式和混合臂式占有的比重還很小，最大作業高度只有幾十米。國內高空作業安 全法規尚待完善，存在各種原始方式的高空作業，應用普及范圍與國外相比還有很大的差距。 限制這一行業發展的主要因素是大高度復雜截面混合臂架技術、安黑龍江工程學院本科生畢業設計 6 全技術、智能化高效控制技術、可靠性等缺乏前瞻性研究缺少向更大高度發展的技術支撐。 2、應用情況 我國高空作業車的應用遠遠落后于發達國家和地區，尚處于初級階段目前僅在電力市政等少數行業普及使用，而且也只是在最近 5年才進入快速發展階段。進一步的發展將依賴于下面幾個主要方面： （ 1）更加重視文明、安全施工。 （ 2）加快高空作業車的機械化。 （ 3） 35m以上高度高空作業 車目前基本依賴進口，這將為國產大高度高空作業車提供發展的機會，也將為高空作業車的發展帶來極為廣闊的發展前景。 3、產品和技術 目前我國高空作業車年銷售量很低，與國外相比，產品技術水平差距較大，產品結構單一， 產品制造工藝落后，產品可靠性差等。 未來，我國的城市化進程將進一步加快，基礎設施建設會進一步加強，需要大量添置高空作業車進行市政工程的安裝和運行維護；電力系統也將加快發展，目前國家電網正大規模投資建設 750kV以上的超高壓輸電網，需要大量的高空作業車用于電網的建設和運營維護；隨著我國工程設備租賃行業的 發展，可以節約大量設備購置資金的租賃方式將進一步促進高空作業車市場的發展，租賃行業將是高空作業車市場需求量增長潛力最大的行業 3 。如何適應市場需求并引導市場需求，高空作業車技術將如何發展？這些都對高空作業車行業提出了更高的要求。 （ 1）產品結構 折疊臂式高空作業車仍然是市場主流產品，但市場份額將逐步下降，伸縮臂和混合臂式高空作業車將以無可替代的優勢占據市場半壁江山。 1）折疊臂式高空作業車由于市場保有量大、用戶熟悉、價格低廉、維護簡單等優勢仍然會成為市場主流產品， 但需在安全性和人性化方面改進提高。 2）伸縮臂式高空作業車將以其作業效率高、操作簡單、安全性好等優勢得到快速發展，作業高度在 18 28m之間的將成為主力產品。 3）混合臂式高空作業車既有折疊臂式跨越障礙能力，又有伸縮臂式操作簡單、作業效率高的優點，在特殊領域和大高度上具有無比優勢，但由于該型式車技術復雜、制造工藝要求高、成本高等缺點，普及程度要低于伸縮臂式高空作業車。 4）采用越野底盤的高空作業車也將成為一個新的產品方向。 （ 2） 產品技術 黑龍江工程學院本科生畢業設計 7 大量采用新技術和新結構，逐步執行國際標準，以降低整車重量、車高度， 增大作業幅度、工作斗承載能力。 1）臂體截面從矩形改進為六邊形或多棱形，甚至采用 U形截面，這些已經普遍應用在汽車起重機上，隨著制造工藝提高和加工成本降低，將推廣使用到高空作業車上。 2）高強度、低重量和高耐腐蝕性的鋁合金工作斗將成為主流配置，同時工作斗的額定載荷也將超過目前普遍的 200kg，以適應不同行業作業要求。 3）降低整車高度和前軸載荷，提高整車通過性能和駕駛性能，方便出入工作斗的轉臺前置、工作斗后置布置結構將成為伸縮臂式高空作業車的主流結構。 4）安全控制上向國際先進水平看齊，安全控制更加完善，雙冗 余控制將成為標準配置，基于 CAN總線的智能化控制系統將成為主流，同時基于 GPRS的遠程監控和維修技術將投入使用，能有效對設備使用狀況和故障情況進行實時監控，將大大提高產品的安全性和可靠性。 5）提高產品人性化設計，操作使用和維護維修更加簡單方便，并在工作斗中多設計和配置一些方便高空作業的功能及設備，例如風、水、液壓、電接口，以及更高級的多功能工作臺、焊機、切割機等多種裝備，擴大高空作業的適用領域，提高高空作業車的利用率。 6）節能環保技術將更多應用，全電驅動底盤高空作業車將隨著新能源汽車技術的成熟在城市市政 領域得到快速發展。 （ 3） 產品制造工藝 標準化制造、部件化噴漆裝配必將成為各生產廠家的標準生產模式，提高產品裝配水平和表面處理質量能有效提高產品的可靠性；電氣系統采用汽車或移動設備的產品配置和接線方法，提高電氣系統的可靠性。 （ 4） 產品方向 重點發展 35m以下作業高度的車型，著重于輕量化和小型化，并提高產品的安全性、可靠性和人性化，以適應我國城市空間和場地狹窄、道路地面承重能力差異大等特點。我國經濟發展程度決定目前在民用高空作業領域 50m以上的作業要求還很少，應不急于向超大作業高度如 50m以上的產品發展 。 1.3 高空作業車的組成 高空作業車除了底盤部分外，為實現高空作業功能，還包括工作裝置、金屬機構、控制系統、動力傳動裝置 2 。 黑龍江工程學院本科生畢業設計 8 1.3.1 工作裝置 高空作業車的工作裝置包括行走機構、支腿機構、舉升機構、會裝機構、工作平臺及其調平機構。 高空作業車的行走機構就是通用或專用汽車底盤。 1.3.2 金屬結構 工作臂、回轉平臺、副車架（車架大梁，門架、支腿等）金屬結構是高空作業車的重要組成部分。高空作業車的各工作機構的零部件都是安裝或支承在這些金屬結構上的。金屬結構是 高空作業車的骨架。它承受高空作業車的自重以及作業時的各種外載荷。 組成高空作業車金屬結構的構件較多，其重量通常占整機重量的一半以上，耗鋼量大。因此，高空作業車金屬結構的合理設計，對減輕高空作業車自重，提高作業性能，節約鋼材，提高高空車的可靠性都有重要意義。 1.3.3 控制系統 高空作業車控制系統是解決各機構怎樣運動的問題。如動力傳遞的方向，各機構運動速度的快慢，以及使機構啟動停止等。控制系統包括操縱裝置、執行元件和安全裝置。當今的高空作業車全部采用電氣液壓操縱，因此控制裝置包括各種液壓操作閥，電控裝置等， 以實現機構的起動、調速、換向、制動和停止。執行元件包括變幅用的液壓油缸、回轉馬達、油泵等，用來推動結構件實現動作。安全裝置包括各種傳感器、行程開關、報警器、液壓鎖止閥，用來檢測危險工況保證工作安全。 1.3.4 動力傳動裝置 動力傳動裝置是高空作業車的動力源。由于高空作業車采用汽車底盤作為行走機構，通常不再另外設置動力源，而是直接采用汽車底盤發動機作為整車的動力源。高空作業裝置需要的功率不大，一般約 1020kw，而載重汽車底盤發動機的功率根據載重量不同從 50kw 一直到 150kw 以上，且高空作業裝 置工作時不允許底盤行駛，因此底盤發動機的動力足以保證高空作業裝置工作。因為高空作業裝置需要功率不大，通常高空作業車采用變速箱側蓋取力方式，通過安裝在底盤變速箱側面的取力器取出發動機的動力，并驅動液壓油泵向高空作業裝置供油。取力系統中還設置控制裝置，在底盤行駛時，取力器沒有輸出，液壓油泵不工作，需要進行高空作業時，取力器輸出，油泵工作。 1.4 本課題所研究的任務 改裝設計一種高空作業車。滿足專用汽車相關設計要求。 黑龍江工程學院本科生畢業設計 9 1、要求正確進行二類底盤的選擇（主要根據專用汽車的類型、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、動態匹配等決定）、主要參數數據齊備、進行二類底盤選型分析、產生具有實踐意義的選型總結。 2、要求進行車輛的總體布置（盡量避免變動汽車地盤各總成的位置、總成部件位置的變動；盡量滿足專用汽車工作裝置性能要求，充分發揮專用功能；必須對裝載質量、軸荷分配等參數進行估算和校核；盡量避免工作裝置的布置對車架造成集中載荷，因采用副車架；盡量減少專用汽車的整車整備質量；還應符合相關法規的要求），用總布置草圖表達主要底盤部件的改動和重要工作裝置的布置。 3、要求進行舉升機構、支腿機構的詳細設 計，在正確計算的基礎上，完成部部件設計選型，要求工藝合理、小批量加工容易、成本低、可靠性高。 4、要求進行裝卸裝置（作業平臺）設計計算選型。 5、完成總裝配圖，清楚表達設計。 6、要求完成整車性能分析計算，以評價和分析整車設計情況。針對性能分析結構如有必要進行設計改進。 表 1.1 已知技術參數 技術參數 數值 外形尺寸 6750 1950 2990(mm) 總質量 /整車整備質量 5385Kg/5060Kg 功率 66KW 軸數 2 輪胎數 6 前 /后輪距 1404mm 軸距 129.9213in 前懸 1032mm 接近 /離去角 19/16 1.5 本課題研究的意義 由于高空作業車近幾年的快速發展，高空作業行業出現了部分車型產量過剩苗頭的同時，也存在著部分車型供不應求、生產能力不足的現象，因此，結構性過剩是當前汽車工業產能過剩的基本特點，也是當前汽車工業發展存在的主要問題。高空作業車是汽車工業的一部分，它的發展中也會出現同樣的問題，因此研究高空作業車的改黑龍江工程學院本科生畢業設計 10 裝技術，不僅可以推動高空作業車行業的發展 ，而且對于推動專用汽車行業的發展，調整企業產品開發戰略無疑具有重要意義。 黑龍江工程學院本科生畢業設計 11 第 2 章 確定設計方案 2.1 總體設計要求 本畢業設計要求設計一輛高為 10米高空作業車，其具體要求如下： 1、設計任務： 10米高空作業車的改裝設計。 2、機器用途：通用型，適用于建筑、安裝、管道鋪設等高空作業。 3、工作環境：風力六級以下，溫度 -20