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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(論文)選題報告
目 錄
1文獻綜述 1
1.1本課題國外研究進展 1
1.2本課題國內(nèi)研究進展 2
2課題背景及開展研究的意義 4
2.1課題背景 4
2.2升降機的研究意義 6
2.3剪叉式高空作業(yè)平臺的發(fā)展趨勢 6
3研究內(nèi)容、方法及預(yù)期目的 8
3.1研究內(nèi)容 8
3.2具體方法 8
3.3預(yù)期目的 8
4 進度安排 9
第一學(xué)期 9
第二學(xué)期 9
參 考 文 獻 10
指導(dǎo)教師意見 11
1文獻綜述
1.1本課題國外研究進展
當前國外制造升降平臺的國家比較多，如意大利、芬蘭、美國、英國等國家。國外升降平臺生產(chǎn)在有的國家已有幾十年的歷史，升降平臺在機械產(chǎn)品中占有相當大的比重。根據(jù)叉臂的數(shù)量分單節(jié)和多節(jié)升降平臺，還有固定式（圖1.1）、超低式（圖1.2）、移動式（圖1.3）等各種型式。目前升降平臺的驅(qū)動力多用液壓驅(qū)動，在倉庫、航空、工業(yè)、碼頭等場所廣泛運用。特別在高空作業(yè)升降平臺及商業(yè)貨物平臺中己形成系列化的生產(chǎn)，如英國起重有限公司，他們根據(jù)各類倉庫的裝卸需求，生產(chǎn)適應(yīng)商業(yè)貨物系統(tǒng)方面不同型號的升降平臺，大部分高空作業(yè)搬運作業(yè)其技術(shù)先進。還有Geda公司的Multilift系列施工升降平臺，這臺施工升降機可以通過電子顯示裝置對“高度預(yù)定控制系統(tǒng)”進行操作。通過該系統(tǒng)，要使升降平臺輕松地?？吭诓煌叨?，操作員只需簡單的按鈕操作就可。該升降平臺配有嵌入式的控制裝置，使升降平臺的急停急走不再發(fā)生。美國專家Hashem 等根據(jù)剪叉式液壓升降機的特點提出采用并聯(lián)連接剪叉臂的結(jié)構(gòu)形式，之前的升降機主要是串聯(lián)連接剪叉臂，串聯(lián)連接限制了其工作臺面的增加，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系列施工升降平臺可上升到150米的高度，同時承載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)升降平臺車的企業(yè)，結(jié)構(gòu)型式都是二級伸縮臂加多級伸縮折臂結(jié)構(gòu)，升降高度可達到36-60米。
另外還有許多國外專家學(xué)者對剪叉機構(gòu)以及液壓剪叉升降平臺的動力學(xué)、運動學(xué)及其力學(xué)性能進行了研究。并通過數(shù)值仿真研究了關(guān)節(jié)的柔性和滑塊的慣性對連桿彈性振動的影響 [4]。Liu等基于Matlab/Simulink軟件對液壓剪叉式升降臺進行了運動學(xué)分析，得到了升降臺的運動曲線，并基于Pro/E軟件，以機構(gòu)質(zhì)量最小化為目標，對機構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計。H.Spackman介紹了一種計算液壓剪叉式升降臺驅(qū)動力的方法，運用該方法，設(shè)計者可以很快地得出驅(qū)動源的優(yōu)化位置以及驅(qū)動力的大小 [5]。
圖1.2超低式升降平臺
圖1.1固定式升降平臺
圖1.3移動式升降平臺
1.2本課題國內(nèi)研究進展
隨著中國城鎮(zhèn)化的擴展，道路，橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)不斷增多，需求不斷擴大，升降平臺以及升降機的種類需求也不斷增加。而且近幾年，液壓升降平臺發(fā)展正處在一個發(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，升降機以及是到處可見，使用也是非常廣泛。因此，升降平臺市場發(fā)展前景廣闊。我國升降平臺市場進入高速發(fā)展階段，有望保持高速發(fā)展態(tài)勢。
關(guān)鍵是在中國改革開放，經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展期，國內(nèi)企業(yè)，工廠以及基礎(chǔ)設(shè)施項目大批開工建設(shè)，升降平臺的實用型、便捷性凸顯出來。在強勁的市場需求帶動下，我國升降機產(chǎn)業(yè)逐步發(fā)展起來。以山東為例，山東濟陽已經(jīng)成為國內(nèi)最大的大噸位液壓升降平臺制造基地，產(chǎn)業(yè)及規(guī)模全國第一，年產(chǎn)值上億元，而全國其他地方如：江蘇，廣東，河南等地也出現(xiàn)產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展趨勢，江蘇則呈現(xiàn)出多元化升降平臺制造態(tài)勢，如：鋁合金升降機，液壓升降平臺，高空作業(yè)臺等都生產(chǎn)制造，產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展迅速。
當前，國內(nèi)經(jīng)濟相對穩(wěn)定，市場發(fā)展一切向好，國產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高，質(zhì)優(yōu)價廉。基本上滿足了國內(nèi)各行各業(yè)的需求。此外，國產(chǎn)升降設(shè)備出口也取得了很大進展，出口升降機的種類也是越來越多，出口國家從東南亞擴展到非洲、北美，一些發(fā)展中國家也成為我國液壓升降機的出口對象，出口技術(shù)含量和附加值也在逐步提高。
隨著升降機產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢和集群發(fā)展逐漸明顯，升降機將向高新技術(shù)發(fā)展，升降機產(chǎn)業(yè)將信息化、網(wǎng)絡(luò)化，綠色環(huán)保將成為升降機發(fā)展趨勢。
目前國外生產(chǎn)升降機比較知名的企業(yè)有愛知公式、JLG公司和 Alter 公司等。在國內(nèi)主要有山東濟陽和江蘇鎮(zhèn)江兩大生產(chǎn)基地。比較知名的國內(nèi)企業(yè)有徐州重工，浙江定力和京城重工等企業(yè) [6]。
國內(nèi)的升降平臺的制造起步比國外的晚，但是近幾年的發(fā)展相對較為迅速，主要表現(xiàn)在產(chǎn)品種類的不斷增加。如沈陽北方交通中共集團研制了 54m 的高空消防救援車。目前，徐州重型機械有限公司正在研發(fā) 80m 的高空消防車，在此之前，它已經(jīng)成功研制了 22-68m 的高空消防救援車。杭州愛知公司也研發(fā)完成了絕緣型高空作業(yè)車。在國內(nèi)，升降平臺仍然有著很大的市場發(fā)展空間，促進其快速發(fā)展的主要因素為日漸增長的勞動力成本，同時還有國家各項政策及規(guī)劃的引導(dǎo)和扶持，如機場的建設(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)展專項規(guī)劃》也在不同程度上對快速發(fā)展我國的高空作業(yè)平臺起到了推動作用[8]。
在剪叉機構(gòu)的強度、剛度方面的研究，郭克希等人通過對剪叉式機構(gòu)的演變方式的分析對比，得到了變異剪叉結(jié)構(gòu)，并對該結(jié)構(gòu)進行了研究，通過對該空間展開式剪叉機構(gòu)的強度分析，得出了該機構(gòu)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)尺寸，從而設(shè)計出一種新型的能夠廣泛應(yīng)用于各種特殊的場合的機動平臺[9]。胡小舟等人分析了剪叉式升降機的受力，建立了其力學(xué)模型，然后利用 Matlab 軟件進行分析，研究了影響油缸最大推力的關(guān)鍵參數(shù)[10]。張榮敏等人對剪叉機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了分析，并利用 ANSYS /APDL 的優(yōu)化設(shè)計模塊對剪叉臂進行結(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)計院的陳向陽等提出一種新的推導(dǎo)宏單元剛度矩陣的方法，并推導(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]。解本銘等對剪叉機構(gòu)進行了靜態(tài)應(yīng)力電測測試，同時對剪叉機構(gòu)進行了有限元分析，通過實驗與理論分析比較，結(jié)果顯示分析所得結(jié)果與實驗結(jié)果基本一致，從而確定了剪叉機構(gòu)發(fā)生最大應(yīng)力的區(qū)域[14]。
2課題背景及開展研究的意義
2.1課題背景
工程機械是我國裝備工業(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、低成本施工的進行，工程機械是重要手段?，F(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，因此工程機械是世界工業(yè)發(fā)達國家的重點發(fā)展行業(yè)。我國的機械工業(yè)發(fā)展較晚，基礎(chǔ)較差，但是經(jīng)過多年的努力，從無到有，從模仿一般的小型機械到自主研發(fā)制造大型精密設(shè)備，我國的工程機械行業(yè)不斷地發(fā)展為一個機械產(chǎn)品門類齊全，產(chǎn)品技術(shù)具有先進水平的工業(yè)體系[15]。
液壓升降臺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)和貨物垂直運輸。按照升降機構(gòu)型式，升降臺大致可分為4 種類型。即剪叉式升降臺（圖1.1）、桁架式升降臺（圖1.2）、多級液壓缸直頂式升降臺（圖1.3）、懸臂式升降臺（圖1.4）[16]。
剪叉式液壓升降臺具有結(jié)構(gòu)簡單、承載量大、安裝空間小、自動化程度高且易于實現(xiàn)集中控制等特點，因此在現(xiàn)代物流、航空、自動化生產(chǎn)線等場合中得到廣泛應(yīng)用[17]。剪叉式升降平臺是應(yīng)用非常廣泛的一種升降裝置，剪叉式升降平臺的結(jié)構(gòu)決定了其功能和特點，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、運行可靠、安全高效、故障率低、維護方便等一系列優(yōu)點，因此廣泛用于車站、碼頭、橋梁、大廳、廠房、室內(nèi)外機械安裝、設(shè)備維修、建筑保養(yǎng)等場合。但是，剪叉式升降平臺也存在一定的不足之處，例如粗大笨重，造價較高，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其重量往往超過 1 t，這樣的重量在施工現(xiàn)場很難靈活移動，用專車配合使用成本高，也會降低工作效率。剪叉式升降平臺含有大量的鋼結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特點和力學(xué)性能會對平臺的質(zhì)量和性能產(chǎn)生直接影響[18]。
圖2.1剪叉式升降臺
圖2.2桁架式升降臺
圖2.4懸臂式升降臺
圖2.3多級液壓缸直頂式升降臺
2.2升降機的研究意義
升降機不論是在工業(yè)生產(chǎn)還是我們的日常生活中都有著非常重要的作用。給我們帶來許多便捷、便利。升降機有許多特色的功能，電梯在我們生活中的好多地方都會用到，升降機就如電梯的性能大同小異，我們在升降機的使用過程中也可以針對自己的需求對升降機的具體參數(shù)進行設(shè)置。升降機在我們生產(chǎn)中的應(yīng)用非常普遍，可見升降機在我們的生活中的重要性。然而在我們生產(chǎn)中升降機也有著非常重要的作用，尤其是貨物高空操作。
現(xiàn)在經(jīng)濟不斷的發(fā)展，生產(chǎn)力不斷的加大，對生產(chǎn)效率的要求也越來越高。高空操作也比過去頻繁，所以升降機在進行高空操作業(yè)的時候意義重大，即降低了工作人員的危險系數(shù)又提高了工作效率。升降機操作簡單，而且可以給我們提供一個安全穩(wěn)定的工作平臺。為我們在高空作業(yè)的時候提供更多的安全提供保障。升降機不僅在生產(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場所我們都會見到升降機在這里進行燈具的清潔維修，和各種公共設(shè)備的調(diào)試安裝維護保養(yǎng)等工作。所以對升降機的研究具有一定的實際應(yīng)用價值。
2.3剪叉式高空作業(yè)平臺的發(fā)展趨勢
目前，高空作業(yè)機械品種規(guī)格多樣，功能不斷完備，產(chǎn)業(yè)化規(guī)模化的行業(yè)形態(tài)已經(jīng)形成?？v觀近些年國際工程機械發(fā)展史，將剪叉式高空作業(yè)平臺的發(fā)展趨勢歸納如下：
（1）擴大可進行作業(yè)的范疇，不同工作環(huán)境均能滿足需要。自年以來，剪叉式高空作業(yè)平臺的市場需用量呈不斷上漲趨勢，幾乎每個廠家開始從電動機作手開始轉(zhuǎn)向大中型越野型平臺產(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)動系統(tǒng)都是按特別耐用和惡劣環(huán)境下的工況進行設(shè)計。
（2）差異化、個性化，滿足用戶多種功能性的需求。由于高空作業(yè)平臺的用途非常廣泛，有多個行業(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，另外對于產(chǎn)品功能的要求也不同，市場上的要求表現(xiàn)的各有不同，逐漸呈現(xiàn)出了差異化、個性化，滿足用戶多種功能性的需求的特點。短期內(nèi)多種功能性的要求仍然是剪叉式高空作業(yè)平臺的一個重要發(fā)展方向。
（3）向智能化、小型化、大高度發(fā)展。由于城市運行的高效率和維修和緊急維修的特點，對產(chǎn)品的要求應(yīng)是足夠高的工作效率，并確保足夠的安全，同時預(yù)防和減少災(zāi)害不出現(xiàn)新的災(zāi)難，依靠對傳統(tǒng)的機械和人工操作控制是非常困難的事，必須通過先進的計算機技術(shù)和智能控制技術(shù)的實施，使智能控制是產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。在場地狹窄，地面承載能力差，要求產(chǎn)品具有體積小，質(zhì)量輕的特點，因此，產(chǎn)品必須走小型化，重量輕的方向。
（4）不斷提高安全意識和環(huán)保概念。剪叉式高空作業(yè)平臺在業(yè)界得到了越來越廣泛的使用，各個廠家的安全意識也不斷提升，通過提高安全性及安裝各類安全設(shè)施，保護操作者的人身安全，并且越來越多的法律法規(guī)及安全生產(chǎn)規(guī)程也在不斷完善。[19]
3研究內(nèi)容、方法及預(yù)期目的
3.1研究內(nèi)容
1.液壓升降機的研究
2.虛擬樣機技術(shù)研究和Pro/E軟件學(xué)習(xí)
3.液壓升降機方案設(shè)計和分析
4.液壓升降機運動學(xué)和力學(xué)分析
5.液壓升降機三維造型
3.2具體方法
1.根據(jù)生產(chǎn)線的使用和現(xiàn)場設(shè)計要求，做大量的資料和調(diào)查，對目前運用比較廣泛的剪叉式升降平臺進行運動及力學(xué)分析，并提出自己的設(shè)計方案。
2.本設(shè)計是以水平驅(qū)動作為指導(dǎo)思想，對其進行運動及力學(xué)分析，并對其進行運動學(xué)和力學(xué)分析，得出本設(shè)計的優(yōu)越性和可行性。
3.確定主要構(gòu)件參數(shù)，并對主要構(gòu)件和零部件進行強度校核。
4.用Pro/E軟件對剪式升降平臺三維造型，并進行仿真，導(dǎo)出仿真動畫。
3.3預(yù)期目的
本課題基于對剪叉式液壓升降機的了解，從而完成剪叉式液壓升降機的運動學(xué)和力學(xué)分析，具體內(nèi)容有剪叉式液壓升降機的整體機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、運動學(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的整體設(shè)計方案。
4 進度安排
第一學(xué)期
第14∽16周: 查閱資料、初步研究、撰寫并完成開題報告
第二學(xué)期
第1∽2周: 翻譯外文、熟悉軟件
第3∽5周：液壓升降機運動學(xué)和力學(xué)分析
第6∽8周：基于Pro/E的升降機關(guān)鍵部件造型
第9∽11周：完成升降機虛擬樣機總體裝配設(shè)計
第12∽13周：整理論文，準備答辯
參 考 文 獻
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[3] 建筑機械編委.Ihimer、Geda公司的施工升降機.2009,8：47
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指導(dǎo)教師意見
選題具有一定的實際應(yīng)用價值，選題內(nèi)容恰當，工作量合適，“液壓升降機運動學(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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