折疊臂高空作業(yè)車設計與研究
折疊臂高空作業(yè)車設計與研究,折疊,高空作業(yè),設計,研究,鉆研
哈爾濱華德學院
畢業(yè)設計（論文）開題報告
專 業(yè) 車輛工程
學 生
學 號 1110272101
班 號 1102721
指導教師 郭新華
開題日期
2014年 9 月5日
說 明
一、開題報告應包括下列主要內(nèi)容：
1．通過學生對課題題目和課題研究現(xiàn)狀、選題的目的和意義論述，判斷是否已充分理解畢業(yè)設計（論文）的內(nèi)容和要求。
2．進度計劃是否切實可行。
3．是否具備畢業(yè)設計所要求的基礎條件。
4．預計研究過程中可能遇到的困難和問題，以及解決的措施。
5．主要參考文獻。
二、如學生首次開題報告未通過，需在一周內(nèi)再進行一次。
三、開題報告要求學生認真填寫，由開題答辯組和指導教師填寫意見、簽字后，統(tǒng)一交所在分院保存，以備檢查。
指導教師評語：
指導教師： 年 月 日
開題答辯組審查意見：
組長： 組員：
年 月 日
一、課題題目和課題研究現(xiàn)狀
1課題題目：折疊臂高空作業(yè)車設計與研究
2課題研究現(xiàn)狀： 國外折疊臂式高空作業(yè)機械發(fā)展迅速，技術(shù)水平不斷提高。工業(yè)發(fā)達國家一般都有專門的跨國公司和集團主營和兼營高空作業(yè)機械，如美國GROVE公司（格魯夫）和GENIE（吉尼公司）、英國COLES公司、SI-MON公司（西蒙）、意大利RICO（利高）、芬蘭BRONTO公司（波浪濤公司）、日本的多田野和愛知株式會社等
中國高空作業(yè)機械生產(chǎn)企業(yè)從20世紀70年代起步，至今已有30多年的歷史。到目前為止，國內(nèi)高空機械生產(chǎn)企業(yè)已由當時的7、8家發(fā)展到100余家，其中與合資或合作的企業(yè)有4家。行業(yè)幾個骨干企業(yè)通過近幾年的技術(shù)改造，其生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，都形成了各具特色的產(chǎn)品系列，企業(yè)的各項主要經(jīng)濟指標逐步上升，經(jīng)濟效益也逐年提高，基本能滿足國內(nèi)外市場大中小型高空作業(yè)機械的需要，并有部分產(chǎn)品出口。
二、選題的目的和意義
高空作業(yè)車是運送人員到達指定位置高度的專用車輛，廣泛應用建筑、市政等行業(yè)，從事施工、安裝、維護等工作。折疊臂式高空作業(yè)車的研制，可改善工作環(huán)境，減輕其勞動強度，提高其工作的效率和安全性，滿足高空作業(yè)需要，有重要的實用價值。
3、 課題的基本內(nèi)容
1折疊臂臂式高空作業(yè)車技術(shù)應用情況，結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)狀，明確折疊臂式高空作業(yè)車技術(shù)的發(fā)展趨勢，運用專用汽車技術(shù)及理論知識，確定折疊臂式高空作業(yè)車研究方向。
2選擇適合型號整車分析采用折疊臂式高空作業(yè)裝置的可行性，確定高空作業(yè)的工作方式，論證折疊臂式高空作業(yè)裝置工作原理及工作過程。
3設計一種折疊臂式高空作業(yè)裝置，對折疊臂式高空作業(yè)裝置進行運動分析和優(yōu)化設計。
4通過對折疊臂式高空作業(yè)車的研究，分析折疊臂式高空作業(yè)車工況的穩(wěn)定性。
5計算折疊臂式高空作業(yè)裝置在工作過程中整車的受力情況，分析各參數(shù)對折疊臂式高空作業(yè)裝置的影響。
6計算折疊臂式高空作業(yè)裝置在工作過程中的受力情況，校核主要零部件的強度。
四、研究方案及預期達到效果
1調(diào)查研究
2進行高空作業(yè)車整體機構(gòu)布置
3選擇二類底盤
4（1）舉升機構(gòu)設計
（2）液壓系統(tǒng)設計
（3）轉(zhuǎn)臺機構(gòu)設計
（4）輔助裝置設計
5完成總裝配圖
6整車性能分析計算
五、為完成課題已具備和所需的條件
1技術(shù)條件：整體構(gòu)架基本明確，有電腦，有CAD作圖軟件。
2專用汽車設計類書籍
3
六、預計研究過程中可能遇到的困難和問題，以及解決的措施
七、進度安排
第1周：1指導教師與學生見面 2完成開題前準備 （8.25-29）
第2周: 1確定畢業(yè)設計題目 2完成開題報告 （9.1-9.5）
第3-7周：進行草圖設計 部分論文編寫 以及論文目錄 （9.8-10.10）
第8周： 草圖全部完成 論文目錄部分論文草稿 （10.13-10.17）
第9-14：完成裝配圖 論文 （10.20-11.28）
第15周：上交圖紙論文 （12.1-12.5）
第16周：答辯 （12.8-12.12）
第17周：修改相關畢業(yè)設計材料 （12.15-12.19）
第18周：修改無誤導師簽字
8、 參考文獻
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九、備注
論文
摘 要
本設計主要以小型折臂式高空作業(yè)車上、下臂結(jié)構(gòu)為研究對象，對上、下臂進行結(jié)構(gòu)和該車上`的設計。主要分兩部分進行闡述，第一部分：根據(jù)高空作業(yè)車的最大高度10米，在滿足作業(yè)高度的前提下，進行高空作業(yè)臂的結(jié)構(gòu)設計：首先根據(jù)作業(yè)載荷使用要求選擇作業(yè)臂材料類型；其次根據(jù)最大作業(yè)高度確定上、下長度；在經(jīng)過受力分析利用強度來確定臂的截面尺寸，進而校核強度、剛度、穩(wěn)定性，查看作業(yè)臂的尺寸是否符合要求。對施加均布載荷和約束，進行結(jié)構(gòu)的強度和剛度的分析，確定危險截面或危險點的應力分布及變形，最后畫出作業(yè)臂的總裝圖。第二部分：液壓控制部分主要是指控制上下臂變幅運動的液壓缸。文中詳細記錄了高空作業(yè)機構(gòu)上下臂液壓缸的設計過程，在確定液壓系統(tǒng)元件參數(shù)的基礎上，完成了液壓傳動系統(tǒng)的設計計算。
關鍵詞：折疊臂式高空作業(yè)車，折疊臂式液壓系統(tǒng)設計，專用汽車，設計
ABSTRACT
In this paper , to” high-altitude vehicles”,under the arm to study de structure of the upper and the lower arm to the vehicles structure and the design of the hydraulic system,mainly conducted in two parts on,high-aititude vehicles under one of the largest 10 meters high degree of operating,to meet the high degree of operating under the premise of a high-aititude operations arm of the structural design ,first,the use of operating arm asked to choose the type of material and secondly in accordance with the largest Operating highly determined ,under the arm length ;another use of force analysis to determine the strength of the arm section size and location of the fuel tank of the hinged ;further strength ,stiffness,the stability of checking to see whether the size of the operating arm to meet the requirements .to impose uniform loading and constraints ,structural strength and stiffness analysis, risk and danger point cross-section of the stress and deformation ,finally draw operating arm and hand ,arm parts under the plans .and hydraulic control of the mainly refers to control the movement from the top to bottom arm change hydraulic cyclinders .In a detailed record of the agencies operating at high altitude upper arm hydraulic cylinders and hydraulic cylinders under the arm of the design of process .In the determining the parameters of the hydraulic system components ,based on the completion of the hydraulic system desion and calculation.
Key words: Folded-arm high-altitude vehicles Folding arm type hydraulic system design Special Vehicle Design
II
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒 論 1
1.1 概述 1
1.2 高空作業(yè)車的發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.2.1 專用車的現(xiàn)狀 2
1.2.2 我國高空作業(yè)車的現(xiàn)狀和發(fā)展 2
1.3 高空作業(yè)車的組成 5
1.3.1 工作裝置 5
1.3.2 金屬結(jié)構(gòu) 5
1.3.3 控制系統(tǒng) 5
1.3.4 動力傳動裝置 5
1.4 本課題所研究的任務 6
1.5 本課題研究的意義 6
第2章 確定設計方案 8
2.1 總體設計要求 8
2.2 動作要求 8
2.3 技術(shù)性能要求 8
2.4 總體設計方案 8
2.5 確定執(zhí)行元件的形式 9
2.6 整體設計結(jié)構(gòu)圖 9
2.7 本章小結(jié) 9
第3章 底盤的選擇 10
3.1 高空作業(yè)車底盤的類型 10
3.2 底盤的選擇 10
3.3 本章小結(jié) 11
第4章 高空作業(yè)車臂的設計 12
4.1 材料的選擇 12
4.2 計算上、下臂的長度 12
4.3 確定液壓缸鉸點的位置 13
4.3.1 確定上臂液壓缸鉸點的位置 13
4.3.2 確定下臂液壓缸鉸點的位置 13
4.4 上臂截面尺寸的確定 13
4.4.1 對上臂進行受力分析 14
4.4.2 計算上臂截面尺寸 15
4.4.3 對上臂進行強度校核 16
4.5 下臂截面尺寸的確定 17
4.5.1 對下臂進行受力分析 17
4.5.2 計算下臂的截面尺寸 19
4.5.3 對下臂進行強度校核 20
4.6 本章小結(jié) 21
第5章 高空作業(yè)車轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)的設計 22
5.1 高空作業(yè)車轉(zhuǎn)臺總體結(jié)構(gòu)設計 22
5.2 轉(zhuǎn)臺的受力分析 27
5.2.1 轉(zhuǎn)臺的自重 27
5.2.2 轉(zhuǎn)臺受到的其余的力 29
5.3 回轉(zhuǎn)支承裝置的計算 29
5.3.1 回轉(zhuǎn)支承的計算載荷 29
5.3.2 轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)支承裝置的計算 30
5.3.3 按承載能力確定圓柱滾子數(shù)目 30
5.4 傳動齒輪的計算 31
5.4.1 選擇齒輪材料 31
5.4.2 選擇齒輪齒數(shù)和齒寬系數(shù) 31
5.4.3 確定輪齒的許用應力 32
5.4.4 齒面接觸強度設計 32
5.4.5 確定模數(shù)和齒寬 32
5.4.6 驗算齒根的彎曲強度 33
5.4.7 傳動齒輪的幾何尺寸 33
5.5 本章小結(jié) 33
第6章 液壓系統(tǒng)的設計 34
6.1 液壓缸的設計計算 34
6.1.1 液壓缸的最大載荷 34
6.1.2 確定系統(tǒng)工作壓力 37
6.1.3 液壓缸內(nèi)徑計算 37
6.1.4 液壓缸缸筒壁厚和外徑計算 37
6.1.5 液壓缸最大密封壓強得計算和壁厚的校核 38
6.1.6 液壓缸活塞桿直徑 40
6.1.7 液壓缸活塞缸強度校核 40
6.1.8 液壓缸活塞桿穩(wěn)定性校核 41
6.1.9 液壓缸的選擇 42
6.2 液壓馬達的選取 42
6.3 液壓泵的選擇 42
6.4其他輔助元件的選擇 43
6.4.1 油箱 43
6.4.2 聯(lián)軸器 43
6.4.3 各種液壓閥 44
6.5 本章小結(jié) 44
第7章 副車架與其余部分設計與選擇 45
7.1 副車架的選擇與計算 45
7.1.1 副車架外形設計 45
7.1.2 副車架選材 45
7.1.3 副車架的校核 45
7.2 銷和螺栓的校核與計算 48
7.3 鋼絲繩的選擇與計算 49
7.3.1 鋼絲繩的計算與校核 49
7.3.2 鋼絲繩接頭的壓制方法 51
7.4 本章小結(jié) 51
結(jié) 論 52
參考文獻 53
致 謝 54
附 錄 55
第1章 緒 論
1.1 概述
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一種重要工程機械。近年來，工程機械發(fā)展速度快。其主要原因:一是我國在改革開放政策指引下，經(jīng)濟發(fā)展快，對工程機械的需要增多；二是從中央到地方給與發(fā)展的優(yōu)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(shù)，經(jīng)過消化吸收，產(chǎn)品技術(shù)水平提高;四是，企業(yè)經(jīng)過組織結(jié)構(gòu)調(diào)整，相互合作，并在競爭中促使相互提高。高空作業(yè)裝置包括工作臂、回轉(zhuǎn)平臺、副車架、工作斗、液壓系統(tǒng)和操縱裝置等。現(xiàn)在的高空作業(yè)裝置具有操作平順、工作穩(wěn)定、自動調(diào)速、安全可靠等優(yōu)點，大大提高了空中作業(yè)的工作效率。高空作業(yè)車是利用汽車底盤作為行走機構(gòu)，具有汽車的行駛通過性能，機動靈活，行駛速度高，可快速轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移到作業(yè)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(yè)安裝、設備檢修、物業(yè)管理、航空、船舶、石化、電力、影視、市政、園林等許多行業(yè)，是近幾年來國內(nèi)發(fā)展最快的專用汽車產(chǎn)品之一。但是國內(nèi)生產(chǎn)制造的高空作業(yè)機械同國外同類型高空作業(yè)機械產(chǎn)品相比仍有一定差距，主要表現(xiàn)為技術(shù)含量低、大型的較少、結(jié)構(gòu)笨重、作業(yè)時微動性能差等問題。
圖1.1 高空作業(yè)車
高空作業(yè)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。垂直升降式高空作業(yè)車的升降機構(gòu)只能在垂直方向上進行運動。它的主要特點是結(jié)構(gòu)簡單，承載能力強，但作業(yè)范圍小，作業(yè)高度低，這種結(jié)構(gòu)型式應用比較少。折疊臂式高空作業(yè)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(yè)車。折疊臂高空作業(yè)車結(jié)構(gòu)適合于較低作業(yè)高度的車型，如要加大作業(yè)高度，必然要增加臂長或增加工作臂數(shù)量，增加臂長會使作業(yè)車體積龐大，降低靈活性；增加工作臂數(shù)量會造成操作繁瑣，安全性降低。伸縮臂式的高空作業(yè)車在行駛狀態(tài)時，工作臂縮回套疊，工作時伸出，可以有效增大作業(yè)高度，同時具有工作效率高、操作簡單、動作平穩(wěn)等特點?；旌媳凼礁呖兆鳂I(yè)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(yè)車的結(jié)合，它綜合了兩種結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點，工作性能最好，但結(jié)構(gòu)也最為復雜。
1.2 高空作業(yè)車的發(fā)展現(xiàn)狀
1.2.1 專用車的現(xiàn)狀
根據(jù)相關資料統(tǒng)計顯示，目前我國專用汽車行業(yè)已有60％左右的企業(yè)建立了完整的產(chǎn)品研發(fā)體系，具備獨立的系列化產(chǎn)品開發(fā)能力。大部分專用汽車企業(yè)采用開發(fā)軟件進行模塊化仿真設計，如AutoCAD、Pro／E、CATIA等，大大提高了研發(fā)質(zhì)量和縮短了開發(fā)周期。但是，我們還應該清醒地看到，目前我國專用汽車產(chǎn)品研發(fā)還處于較低水平，模仿設計痕跡比較明顯，技術(shù)雷同現(xiàn)象突出，并沒有實現(xiàn)質(zhì)的轉(zhuǎn)變。
我國專用汽車在產(chǎn)量上已具有相當?shù)囊?guī)模，但大多數(shù)為勞動密集型及中低技術(shù)水平的產(chǎn)品，如半掛車、自卸車、保溫車、集裝箱運輸車等。一些技術(shù)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(chǎn)品主要為A、B級，防彈等級低于國外同類產(chǎn)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(chǎn)車好。
1.2.2 我國高空作業(yè)車的現(xiàn)狀和發(fā)展
用高空作業(yè)車進行高空作業(yè)是一種先進的登高作業(yè)方式．其發(fā)展與國民經(jīng)濟的發(fā)展水平密切相關，經(jīng)濟越發(fā)達，需求量越大，且單位GDP的需求量也越大。與發(fā)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(yè)車的市場需求量既與經(jīng)濟規(guī)模有關，又與經(jīng)濟發(fā)達程度有關，這也恰恰表明高空作業(yè)車在我國有非常廣闊的發(fā)展前景。
1、概況
我國高空作業(yè)車行業(yè)起步較晚，自20世紀60年代開始研制，70年代才推出商業(yè)化樣機。目前我國高空作業(yè)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(yè)高度只有幾十米。國內(nèi)高空作業(yè)安全法規(guī)尚待完善，存在各種原始方式的高空作業(yè)，應用普及范圍與國外相比還有很大的差距。限制這一行業(yè)發(fā)展的主要因素是大高度復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。
2、應用情況
我國高空作業(yè)車的應用遠遠落后于發(fā)達國家和地區(qū)，尚處于初級階段．目前僅在電力．市政等少數(shù)行業(yè)普及使用，而且也只是在最近5年才進入快速發(fā)展階段。進一步的發(fā)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(yè)車的機械化。
（3）35m以上高度高空作業(yè)車目前基本依賴進口，這將為國產(chǎn)大高度高空作業(yè)車提供發(fā)展的機會，也將為高空作業(yè)車的發(fā)展帶來極為廣闊的發(fā)展前景。
3、產(chǎn)品和技術(shù)
目前我國高空作業(yè)車年銷售量很低，與國外相比，產(chǎn)品技術(shù)水平差距較大，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一，產(chǎn)品制造工藝落后，產(chǎn)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(yè)車進行市政工程的安裝和運行維護；電力系統(tǒng)也將加快發(fā)展，目前國家電網(wǎng)正大規(guī)模投資建設750kV以上的超高壓輸電網(wǎng)，需要大量的高空作業(yè)車用于電網(wǎng)的建設和運營維護；隨著我國工程設備租賃行業(yè)的發(fā)展，可以節(jié)約大量設備購置資金的租賃方式將進一步促進高空作業(yè)車市場的發(fā)展，租賃行業(yè)將是高空作業(yè)車市場需求量增長潛力最大的行業(yè)。如何適應市場需求并引導市場需求，高空作業(yè)車技術(shù)將如何發(fā)展？這些都對高空作業(yè)車行業(yè)提出了更高的要求。
（1）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
折疊臂式高空作業(yè)車仍然是市場主流產(chǎn)品，但市場份額將逐步下降，伸縮臂和混合臂式高空作業(yè)車將以無可替代的優(yōu)勢占據(jù)市場半壁江山。
1）折疊臂式高空作業(yè)車由于市場保有量大、用戶熟悉、價格低廉、維護簡單等優(yōu)勢仍然會成為市場主流產(chǎn)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(yè)車將以其作業(yè)效率高、操作簡單、安全性好等優(yōu)勢得到快速發(fā)展，作業(yè)高度在18～28m之間的將成為主力產(chǎn)品。
3）混合臂式高空作業(yè)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(yè)效率高的優(yōu)點，在特殊領域和大高度上具有無比優(yōu)勢，但由于該型式車技術(shù)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(yè)車。
4）采用越野底盤的高空作業(yè)車也將成為一個新的產(chǎn)品方向。
（2）產(chǎn)品技術(shù)
大量采用新技術(shù)和新結(jié)構(gòu)，逐步執(zhí)行國際標準，以降低整車重量、車高度，增大作業(yè)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(jīng)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(yè)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(yè)作業(yè)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(zhuǎn)臺前置、工作斗后置布置結(jié)構(gòu)將成為伸縮臂式高空作業(yè)車的主流結(jié)構(gòu)。
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(tǒng)將成為主流，同時基于GPRS的遠程監(jiān)控和維修技術(shù)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(jiān)控，將大大提高產(chǎn)品的安全性和可靠性。
5）提高產(chǎn)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(yè)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(yè)的適用領域，提高高空作業(yè)車的利用率。
6）節(jié)能環(huán)保技術(shù)將更多應用，全電驅(qū)動底盤高空作業(yè)車將隨著新能源汽車技術(shù)的成熟在城市市政領域得到快速發(fā)展。
（3）產(chǎn)品制造工藝
標準化制造、部件化噴漆裝配必將成為各生產(chǎn)廠家的標準生產(chǎn)模式，提高產(chǎn)品裝配水平和表面處理質(zhì)量能有效提高產(chǎn)品的可靠性；電氣系統(tǒng)采用汽車或移動設備的產(chǎn)品配置和接線方法，提高電氣系統(tǒng)的可靠性。
（4）產(chǎn)品方向
重點發(fā)展35m以下作業(yè)高度的車型，著重于輕量化和小型化，并提高產(chǎn)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(jīng)濟發(fā)展程度決定目前在民用高空作業(yè)領域50m以上的作業(yè)要求還很少，應不急于向超大作業(yè)高度如50m以上的產(chǎn)品發(fā)展。
1.3 高空作業(yè)車的組成
高空作業(yè)車除了底盤部分外，為實現(xiàn)高空作業(yè)功能，還包括工作裝置、金屬機構(gòu)、控制系統(tǒng)、動力傳動裝置。
1.3.1 工作裝置
高空作業(yè)車的工作裝置包括行走機構(gòu)、支腿機構(gòu)、舉升機構(gòu)、會裝機構(gòu)、工作平臺及其調(diào)平機構(gòu)。
高空作業(yè)車的行走機構(gòu)就是通用或?qū)Ｓ闷嚨妆P。
1.3.2 金屬結(jié)構(gòu)
工作臂、回轉(zhuǎn)平臺、副車架（車架大梁，門架、支腿等）金屬結(jié)構(gòu)是高空作業(yè)車的重要組成部分。高空作業(yè)車的各工作機構(gòu)的零部件都是安裝或支承在這些金屬結(jié)構(gòu)上的。金屬結(jié)構(gòu)是高空作業(yè)車的骨架。它承受高空作業(yè)車的自重以及作業(yè)時的各種外載荷。
組成高空作業(yè)車金屬結(jié)構(gòu)的構(gòu)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(yè)車金屬結(jié)構(gòu)的合理設計，對減輕高空作業(yè)車自重，提高作業(yè)性能，節(jié)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(tǒng)
高空作業(yè)車控制系統(tǒng)是解決各機構(gòu)怎樣運動的問題。如動力傳遞的方向，各機構(gòu)運動速度的快慢，以及使機構(gòu)啟動停止等?？刂葡到y(tǒng)包括操縱裝置、執(zhí)行元件和安全裝置。當今的高空作業(yè)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(xiàn)機構(gòu)的起動、調(diào)速、換向、制動和停止。執(zhí)行元件包括變幅用的液壓油缸、回轉(zhuǎn)馬達、油泵等，用來推動結(jié)構(gòu)件實現(xiàn)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(yè)車的動力源。由于高空作業(yè)車采用汽車底盤作為行走機構(gòu)，通常不再另外設置動力源，而是直接采用汽車底盤發(fā)動機作為整車的動力源。高空作業(yè)裝置需要的功率不大，一般約 10~20kw，而載重汽車底盤發(fā)動機的功率根據(jù)載重量不同從 50kw 一直到 150kw 以上，且高空作業(yè)裝置工作時不允許底盤行駛，因此底盤發(fā)動機的動力足以保證高空作業(yè)裝置工作。因為高空作業(yè)裝置需要功率不大，通常高空作業(yè)車采用變速箱側(cè)蓋取力方式，通過安裝在底盤變速箱側(cè)面的取力器取出發(fā)動機的動力，并驅(qū)動液壓油泵向高空作業(yè)裝置供油。取力系統(tǒng)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(yè)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(yè)車。滿足專用汽車相關設計要求。
1、要求正確進行二類底盤的選擇（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、專用設備或裝置的外形尺寸、動態(tài)匹配等決定）、主要參數(shù)數(shù)據(jù)齊備、進行二類底盤選型分析、產(chǎn)生具有實踐意義的選型總結(jié)。
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(fā)揮專用功能；必須對裝載質(zhì)量、軸荷分配等參數(shù)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(zhì)量；還應符合相關法規(guī)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(gòu)、支腿機構(gòu)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(yè)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(jié)構(gòu)如有必要進行設計改進。
表1.1 已知技術(shù)參數(shù)
技術(shù)參數(shù)
數(shù)值
外形尺寸
675019502990(mm)
總質(zhì)量/整車整備質(zhì)量
5385Kg/5060Kg
功率
66KW
軸數(shù)
2
輪胎數(shù)
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(yè)車近幾年的快速發(fā)展，高空作業(yè)行業(yè)出現(xiàn)了部分車型產(chǎn)量過剩苗頭的同時，也存在著部分車型供不應求、生產(chǎn)能力不足的現(xiàn)象，因此，結(jié)構(gòu)性過剩是當前汽車工業(yè)產(chǎn)能過剩的基本特點，也是當前汽車工業(yè)發(fā)展存在的主要問題。高空作業(yè)車是汽車工業(yè)的一部分，它的發(fā)展中也會出現(xiàn)同樣的問題，因此研究高空作業(yè)車的改裝技術(shù)，不僅可以推動高空作業(yè)車行業(yè)的發(fā)展，而且對于推動專用汽車行業(yè)的發(fā)展，調(diào)整企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)戰(zhàn)略無疑具有重要意義。
第2章 確定設計方案
2.1 總體設計要求
本畢業(yè)設計要求設計一輛高為10米高空作業(yè)車，其具體要求如下：
1、設計任務：10米高空作業(yè)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(yè)。
3、工作環(huán)境：風力六級以下，溫度-20～30℃，無腐蝕性極易爆易燃性氣體。
表2.1 作業(yè)部分主要技術(shù)參數(shù)
最大作業(yè)高度
10-10.5m
回轉(zhuǎn)角度
360°
額定平臺載荷
200kg
操作方式
下操作、上操作可以任意選擇
支腿形式/數(shù)量
H型/8
最大作業(yè)幅度
2.3-2.75m
2.2 動作要求
1、回轉(zhuǎn)臺左右均可以全周回轉(zhuǎn)360°。
2、起升和旋轉(zhuǎn)可以同時進行且互不干涉。
3、垂直支腿在高空作業(yè)車非工作狀態(tài)下可以自由縮放。
4、水平支腿在高空作業(yè)車非工作狀態(tài)下可以自由的擴放支腿的支承范圍。
5、制動器可以隨時制動回轉(zhuǎn)馬達的轉(zhuǎn)動。
2.3 技術(shù)性能要求
動作平穩(wěn)、安全可靠、操作方便、體積小、自重輕。
2.4 總體設計方案
1、本車采用EQ1050NJ20D3汽車底盤改裝。
2、本車各機構(gòu)（不包括作業(yè)平臺）均采用液壓傳動。
3、舉升機構(gòu)采用兩節(jié)折疊臂形式。
4、支腿機構(gòu)采用8個液壓缸的H形支腿。
5、轉(zhuǎn)臺的設計。
6、液壓系統(tǒng)的設計。
2.5 確定執(zhí)行元件的形式
四只支腿：采用8個液壓缸。水平4個，垂直4個。其中，水平支腿用來將液壓缸推出，直至適當位置，從而擴大液壓支腿的支承范圍。而垂直支腿則用于將高空作業(yè)車調(diào)平，其中，前兩支腿和后兩個支腿可以分別運動，而不互相干擾。
兩只支臂：采用液壓缸2個。兩支臂液壓缸用來將兩個支臂支承起來，從而將工作人員送至相應的高度進行工作。
回轉(zhuǎn)機構(gòu)：采用液壓馬達。液壓馬達經(jīng)減速器將動力傳遞到回轉(zhuǎn)小齒輪上，小齒輪帶動回轉(zhuǎn)支承上的大齒圈，從而帶動整個上車部分回轉(zhuǎn)，有了回轉(zhuǎn)運動，從而使高空作業(yè)車從平面作業(yè)范圍又擴大為一定空間的作業(yè)范圍。
2.6 整體設計結(jié)構(gòu)圖
圖2.1 高空作業(yè)車整體結(jié)構(gòu)圖
01-上臂液壓缸 02-上臂 03-下臂 04-下臂液壓缸 05-液壓馬達 06-轉(zhuǎn)臺 07-減速器 08-工作斗 09-副車架橫梁 10-后兩支腿垂直液壓缸 11-副車架縱梁 12-液壓泵 13-前兩支腿垂直液壓缸 14-取力器
2.7 本章小結(jié)
本章主要進行了設計方案的確定，這樣可以明確自己的設計思路，讓自己大概了解以后要設計內(nèi)容和方法，為以后的設計做個鋪墊，本章屬于第一步，也是重要的一步。
第3章 底盤的選擇
3.1 高空作業(yè)車底盤的類型
高空作業(yè)車底盤按總體性能可分為通用汽車底盤、專用汽車底盤二種。通用汽車底盤指通用汽車的二類底盤。由于原汽車車架的強度和剛度滿足不了作業(yè)時的要求，故需要在原汽車底盤上增設副車架以實現(xiàn)對上車的支撐，所以整個高空作業(yè)車的重心較高，重量也較大，從而導致整機性能下降。但由于通用底盤的價格較低，在中小型的高空作業(yè)車上比較常用。
專用的汽車底盤是按高空作業(yè)車要求專門設計制造的。專用底盤軸距較長，車架剛性好，其駕駛室的布置有三種形式，一是正置駕駛室 (與通用汽車一樣)，二是側(cè)置的偏頭式駕駛室，三是前懸下沉式駕駛室。
3.2 底盤的選擇
由已知的參數(shù)可知，汽車的總質(zhì)量為5385Kg，在3.5到12t之間，屬于類，即屬于中型的載貨機動車，故選用二類底盤（通用汽車底盤）。選用二類底盤不但可以縮短開發(fā)周期，而且也降低了制造的成本，再根據(jù)已知條件中給的整車整備質(zhì)量、軸數(shù)、軸距、外型尺寸等，在查取的二類底盤中選用了EQ1050NJ20D3的貨車底盤。
表3.2 EQ1050NJ20D3的技術(shù)參數(shù)
技術(shù)參數(shù)
數(shù)值
總質(zhì)量/整車整備質(zhì)量
5385Kg/5060Kg
功率
66KW
軸數(shù)
2
輪胎數(shù)
6
前輪距
1404mm
前懸
1032mm
后懸
2018mm
軸距
3300mm
接近角
19°
續(xù)表
技術(shù)參數(shù)
數(shù)值
最小轉(zhuǎn)彎直徑
13m
輪胎規(guī)格
7.0R16/6.5R16
3.3 本章小結(jié)
本章進行的高空作業(yè)車地盤的選取，通過本章可以使大家了解地盤的分類，掌握高空作業(yè)車為什么要選用二類底盤和選用二類底盤的方法。本章也是畫高空作業(yè)車裝配圖的第一步。
第4章 高空作業(yè)車臂的設計
4.1 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)則用栓接、鉚接或焊接的方法連接起來，用于承受一定的載荷。
金屬機構(gòu)可靠的工作，要按工作時的最大的載荷進行強度和穩(wěn)定性計算。
根據(jù)選材原則及同類車型的參考：主要選用Q235鋼，其主要特點是機械強度、韌性和塑性，以及加工等綜合方面的性能好，價格較低。根據(jù)同類車型，鋼板的厚度取。其屈服強度，查機械設計手冊，對于塑性材料可取n=可得安全系數(shù)。
許用正應力；
許用切應力；
4.2 計算上、下臂的長度
如圖4.1 所示作業(yè)臂的仰角是指上臂與水平線之間的夾角，它可從0o到80o，作業(yè)臂實際作業(yè)時通常在30o～75o范圍內(nèi)。本設計中上臂最大仰角取75o，下臂最大仰角取35o，在圖4.1中上下臂起升高度為7.64。
圖4.1 上下臂舉升的最大位置
上臂為BC，下臂為AB。
則由三角關系有： （4.1）
由于上臂的頭部有工作臺，所以在上臂頭部應留有一定的余量裝工作平臺。
故上臂長必須大于下臂長即：BC>AB （4.2）
由（4.1）式和（4.2）式可以取上臂,下臂。
4.3 確定液壓缸鉸點的位置
EF是上臂液壓缸，HG是下臂液壓缸。
4.3.1 確定上臂液壓缸鉸點的位置
取,
則由三角關系可得: -
-
4.3.2 確定下臂液壓缸鉸點的位置
取，，
由三角關系可得: -
4.4 上臂截面尺寸的確定
圖4.2 上下臂工作位置狀態(tài)三
粗估工作斗，質(zhì)量為100。
4.4.1 對上臂進行受力分析
圖4.2所示是上臂工作到水平位置時，此時的上臂受力最大。
圖4.3 上臂剪力圖與彎矩圖
有三角關系可得：-
-
-
，
對B點取矩：
（4.3）
由公式（4.3）可得：
4.4.2 計算上臂截面尺寸
梁的截面高度計算有兩種方法：
按結(jié)構(gòu)質(zhì)量最小時，得 （4.4） 式中：為梁的最大彎矩；
為梁板的厚高比。
按強度條件得 （4.5）
式中：為抗彎截面系數(shù)；
為梁的厚度。
本設計中采用的是公式（4.5）。
最大彎矩
上臂所需的抗彎截面系數(shù)
圖4.4 上臂的截面圖
按強度條件：（上下臂厚度都為t） （4.6）
因此把計算所得的截面系數(shù)和代入上式（4.6）得:
可得上臂高
（4.7）
由公式（4.7）得：
型鋼的抗彎截面系數(shù)- （4.8）
把代入公式（4.8）得：-
可得上臂梁的寬度：
4.4.3 對上臂進行強度校核
上臂梁的尺寸確定后應對其進行強度、局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性效核,不滿足時應進行修改。
上臂梁BE段正應力 （4.9）
梁的截面積 （4.10）
由公式（4.9）得
由公式（4.9）得上臂梁的最大正應力 滿足。
在截面BE上所受的切應力 （4.11）
截面BE的最大靜矩 （4.12）
由公式（4.12）得：
計算Z軸慣性矩 （4.13）
由公式（4.13）得：
圖4.5 上臂的慣性矩圖
由公式（4.11）可得上臂梁的最大切應力 滿足。
上臂梁的局部穩(wěn)定性校核強度最大，滿足。
上臂梁的整體穩(wěn)定性校核
4.5 下臂截面尺寸的確定
4.5.1 對下臂進行受力分析
圖4.6所示是下臂工作到水平位置時,此時下臂受力最大，由此來計算梁的受力情況。
圖4.6 上下臂工作位置狀態(tài)一
已知，，由三角關系得：
-
-
，
力矩
對A點取矩得:
圖4.7 上臂受力分析
如圖4.7所示，對B點取矩得：
力矩
圖4.8 下臂的剪力圖和彎矩圖
4.5.2 計算下臂的截面尺寸
最大彎矩
下臂所需的抗彎截面系數(shù)
圖4.9 下臂的截面圖
按強度條件：（上下臂厚度都為t） （4.14）
因此把計算所得的截面系數(shù)和代入公式（4.14）得：
可得下臂高
-2t （4.15）
型鋼的抗彎截面系數(shù)- （4.16）
把代入公式（4.16）得：-
可得下臂梁的寬度：
4.5.3 對下臂進行強度校核
下臂梁的尺寸確定后應對其進行強度、局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性效核,不滿足時應進行修改。
下臂梁正應力 （4.17）
梁的截面積
由公式（4.17）得下臂梁的最大正應力 滿足。
下臂截面上所受的切應力 （4.18）
下臂截面的最大靜矩 （4.19）
由公式（4.19）得：
計算Z軸慣性矩 （4.20）
由公式（4.20）得：
圖4.10 下臂的慣性矩圖
由公式（4.18）可得下臂梁的最大切應力 滿足。
下臂梁的局部穩(wěn)定性校核強度最大，滿足。
下臂梁的整體穩(wěn)定性校核
4.6 本章小結(jié)
本章講解了高空作業(yè)臂的設計，通過本章可以讓大家了解與掌握高空作業(yè)臂是如何進行計算和校核的，本章中的計算在第5、6章中起著至關重要的作用，本章中的結(jié)果在以下幾章中可以直接引用。
第5章 高空作業(yè)車轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)的設計
5.1 高空作業(yè)車轉(zhuǎn)臺總體結(jié)構(gòu)設計
回轉(zhuǎn)平臺，俗稱為轉(zhuǎn)臺。常見的轉(zhuǎn)臺形式有:框架式、單板加肋式、單墻大箱式、箱形立板式和箱形積木式等。轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)為高空作業(yè)車組成的重要組成部分,屬于金屬結(jié)構(gòu)部分在設計的過程中要綜合考慮轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)大小、轉(zhuǎn)臺的選材、以及轉(zhuǎn)臺受到的力的大小。
回轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)主要有：底板、回轉(zhuǎn)支承、傳動齒輪、以及轉(zhuǎn)臺組成。
1、底板
不論轉(zhuǎn)臺采用何種結(jié)構(gòu)，都必須具有很大的整體剛度，以保證它所承受的載荷能有效的傳遞，起重機可以平穩(wěn)地工作。而轉(zhuǎn)臺底板的平面剛度則對保證回轉(zhuǎn)支承的轉(zhuǎn)動靈活及轉(zhuǎn)臺整體剛度起著至關重要的作用。
轉(zhuǎn)盤的大小通常根據(jù)設計者對轉(zhuǎn)臺設計的尺寸來確定，根據(jù)不同型號的作業(yè)小車所需要的不同結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)臺來設計底板的大小。
2、回轉(zhuǎn)支承
轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)支承屬于回轉(zhuǎn)機構(gòu)。回轉(zhuǎn)機構(gòu)由回轉(zhuǎn)支承裝置和回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置兩部分組成。
回轉(zhuǎn)支承裝置簡稱回轉(zhuǎn)支承，主要分為柱式和轉(zhuǎn)盤式兩大類，根據(jù)不同的使用要求各種回轉(zhuǎn)支承的特點以及制造廠的加工條件等合理地選定?；剞D(zhuǎn)支承保證作業(yè)車回轉(zhuǎn)部分有確定的回轉(zhuǎn)運動，并承受作業(yè)車回轉(zhuǎn)部分作用于它的垂直力、水平力和傾覆力矩。
（1）柱式回轉(zhuǎn)支承裝置
1）立柱式回轉(zhuǎn)支承裝置
立柱式回轉(zhuǎn)支承裝置結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，起重機回轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動慣量小，自重和驅(qū)動功率較小，能使起重機的重心降低。
2）轉(zhuǎn)柱式回轉(zhuǎn)支承裝置
轉(zhuǎn)柱式回轉(zhuǎn)支承裝置結(jié)構(gòu)簡單，制遣方便。適用于起升高度和工作幅度較大而起重機的高度尺寸沒有嚴格限制的起重機。
（2）轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)支承裝置
現(xiàn)代轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)支承裝置主要有支撐滾輪式和滾動軸承式(過去中小噸位起重機上使用的滾輪式回轉(zhuǎn)支承已由滾動軸承式取代)。
1）支撐滾輪式回轉(zhuǎn)支承裝置
圖5.1 支撐滾輪式回轉(zhuǎn)支承裝置
1—轉(zhuǎn)盤 2—轉(zhuǎn)動軌道 3一中心軸樞
4一固定軌道 5一拉桿 6—滾子 7一反抓滾子
它由許多圓錐或圓柱形滾子裝在上下兩個環(huán)形軌道之間.固結(jié)在轉(zhuǎn)臺底面的軌道通常在受力大的前后方制成兩段圓弧形。
圓錐滾子用于軌道直徑較小的情況，可以避免附加的摩擦阻力與磨損。由于圓錐形滾子產(chǎn)生軸向力，因此滾子裝在由許多拉桿構(gòu)成的保持架上。
在軌道直徑較大的情況下，可以采用圓柱形滾子。圓柱形滾子可制成單輪緣或雙輪緣裝在由槽鋼制成的保持架上。這種保持架應該有足夠的強度和剛度。滾子夾套式回轉(zhuǎn)支承裝置已逐漸被滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置所取代。
2）滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置
圖5.2 單排四點接觸球式回轉(zhuǎn)支承
圖5.3 雙排式回轉(zhuǎn)球軸承
圖5.4 單排交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承
圖5.5 三排滾柱式回轉(zhuǎn)支承
圖5.2它由兩個座圈組成，結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、高度尺寸小。內(nèi)外座圈上的滾道是兩個對稱的圓弧面，鋼球與圓弧面滾道四點接觸，能同時承受軸向、徑向力和覆復力矩。適用子中小型起重機。
圖5.3它有二個座圈，采用開式裝配，鋼球和隔離塊可直接排入上下滾道，上下兩排鋼球采用不同直徑以適應受力狀況的差異。滾道接觸壓力角較大(60度—90度)，因此能承受很大的軸向載荷和傾覆力矩。適用于中型塔式起重機.汽車起重機。
圖5.4它由兩個座圈組成，滾柱軸線1：1交叉排列，接觸壓力角為45度,由于滾柱與滾道間是線接觸，所以承載能力高于單排鋼球式。這種回轉(zhuǎn)支承制造精度高。裝配間隙小，安裝精度要求較高，適用于中小型起重機。
圖5.5它由三個座圈組成，上下及徑向滾道各自分開。上下兩排滾柱水平平行排列，承受軸向載荷和傾覆力矩，徑向滾道垂直排列的滾珠承受徑向載荷，是常用四種形式的回轉(zhuǎn)支承中承載能力最大的一種，適用于回轉(zhuǎn)支承直徑較大的大噸位起重機。
在本設計中采用的轉(zhuǎn)臺輔助支承是單排交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承，其與上部轉(zhuǎn)臺的底板的連接方式如下圖5.6所示：
圖5.6 轉(zhuǎn)臺底板與轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)裝置的連接
采用此種支承的主要優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、高度尺寸小且能同時承受軸向、徑向力和復合力矩適用于中小型起重機。
由上圖可以看出轉(zhuǎn)臺的 底板與下部的回轉(zhuǎn)支承之間采用的是螺栓連接。當液壓馬達輸出的轉(zhuǎn)矩帶動傳動軸做回轉(zhuǎn)運動時，這時傳動齒輪與傳動軸之間也用了花鍵連接，將動力傳給了傳動齒輪，傳動齒輪帶動回轉(zhuǎn)支承上的齒圈，支承上的齒圈的外圈與上部轉(zhuǎn)臺底板用了6個螺栓聯(lián)結(jié)將動力傳給了轉(zhuǎn)臺，而齒圈內(nèi)部與上下座圈之間有圓柱滾子滾動。
3、傳動齒輪
在起重機機構(gòu)中應用最多的是齒輪傳動，蝸桿傳動使用較少，鏈傳動只在個別情況下使用。
齒輪傳動還有定軸傳動(或普通齒輪傳動，齒輪的幾何軸線固定不動)和行星傳動〔齒輪的幾何軸線可動〕之分。
鏈條傳動只用子傳動距離較大、不便于采用齒輪傳動的場合(如某些門式起重機的大車運行機構(gòu))。
在本次設計的過程中傳動齒輪與固節(jié)在轉(zhuǎn)臺支承的齒輪是開式傳動，采用的是外嚙合由小齒輪的轉(zhuǎn)動來帶動外嚙合齒圈轉(zhuǎn)動，由于外嚙合齒圈和轉(zhuǎn)臺之間是用螺栓連接從而來帶動轉(zhuǎn)臺運動，最后帶動桿臂工作。所以這里的傳動齒輪起著重要的作用，通過傳動齒輪才能把動力傳給轉(zhuǎn)臺，來控制臂工作的時候所需要的條件。
4、轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)
（1）方案一：
轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)的主要作用是連接下部傳動齒輪與桿件，也是此次設計的重點。轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)采用前后兩個高強板，在前后高強板上再加上加強筋形成兩個倒π型結(jié)構(gòu)，底部采用圓盤形結(jié)構(gòu)。如下圖5.7所示：
圖5.7 轉(zhuǎn)臺的外部結(jié)構(gòu)圖1
由圖可以看出轉(zhuǎn)臺上圓孔主要用于裝下臂的銷軸，下圓孔用來裝升縮缸的銷軸。上下蓋板及兩側(cè)與高強板構(gòu)成了箱形結(jié)構(gòu)，在內(nèi)側(cè)加了四個加強肋以提高強度、剛度和穩(wěn)定性。在本圖中沒有涉及到底板與回轉(zhuǎn)支承的連接。四個加強筋均采用的是三棱形，又省材，體積和重量均比較小。
（2）方案二：
轉(zhuǎn)臺同樣采用前后兩個高強板，在前后高強板之間采用再加上加強筋形成兩個倒π型結(jié)構(gòu)，底部采用方板形結(jié)構(gòu)。如下圖5.8所示：
圖5.8 轉(zhuǎn)臺的外部結(jié)構(gòu)2
根據(jù)整車的布置結(jié)構(gòu)，本設計中采用方案二。
5.2 轉(zhuǎn)臺的受力分析
轉(zhuǎn)臺受到的力是我次此設計中的重點部分，高空作業(yè)小車轉(zhuǎn)臺作為一個復雜的空間結(jié)構(gòu)體系受到的力包括拉力、壓力及扭矩的組合作用。
圖5.9 轉(zhuǎn)臺的受力圖
在轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)上受到裝下臂銷孔的的鉸支座的正交力和,下臂液壓缸給轉(zhuǎn)臺的力以及轉(zhuǎn)臺的自重G。由于自重G可以通過計算材料能夠得到，而其他的力均是未知，必須通過上下臂的受力來進行計算。
5.2.1 轉(zhuǎn)臺的自重
1、前后板的自重計算
參考同類車型，選擇材料為Q345鋼，密度/。
前后板的長為706.5，高為830，厚為20
總體積
截去右邊的空缺部分的體積
連接下臂的孔的體積
連接下臂液壓缸的孔的體積
前面板的體積
再根據(jù)密度求出質(zhì)量
可得前面板的重力 （注:/）
所以前后兩塊的重量為1292。
2、前后加強肋的自重的計算
采用的為三角形的肋板則可以算出三棱形的體積，從而來近一步計算出加強肋的自重。一個肋板的寬為140，高630，厚150；另一個為140，150，150。
一個三棱柱的體積
另一個三棱柱體積
一個三棱柱的重力
另一個三棱柱重力
可得四塊肋板的重力為1276
3、左側(cè)板的自重
左側(cè)板的高為630，寬380，厚20
左側(cè)板的總體積
挖去的小圓柱體的體積
左側(cè)板的最后的體積
左側(cè)板的自重
4、右側(cè)板材的自重
右側(cè)板的高為150，寬380，厚20
右側(cè)板不去除材料，可得右側(cè)板的自重
5、底板的自重
底板的長為706.5，寬420，厚20
底板的體積
底板的自重
未算部分的自重估算為。
綜合上述計算可得整個轉(zhuǎn)臺部分的自重:
5.2.2 轉(zhuǎn)臺受到的其余的力
由第四章中圖4.2可以求出此狀態(tài)下轉(zhuǎn)臺受到的外力的，如下圖5.10所示：
圖5.10 下臂受力分析
單獨分析下臂時對A點取矩得: （5.1）
由公式（5.1）得：，
，
，，
另一狀態(tài)的力在的第四章下臂的設計可以得到，這里不再重復，具體請看第四章。
5.3 回轉(zhuǎn)支承裝置的計算
在本章的第一節(jié)中講到轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)時候提到過回轉(zhuǎn)支撐的概念以及相應的類型在本章節(jié)中將會著重介紹回轉(zhuǎn)支承的的選用以及相應的計算。
5.3.1 回轉(zhuǎn)支承的計算載荷
在高空作業(yè)小車中轉(zhuǎn)臺的工作情況一般可餓分為一下兩種分別是：
載荷工況A為第四章中的狀態(tài)三。
載荷工況B為第四章中的狀態(tài)一。
表5.1 回轉(zhuǎn)支承載荷工況
載荷工況
載荷名稱
A
B
轉(zhuǎn)臺自重
3.481KN
3.481KN
下臂對轉(zhuǎn)臺的力和下臂液壓缸對轉(zhuǎn)臺的力
67.3KN和43.6KN
71.1KN和80.7KN
鋼絲繩對轉(zhuǎn)臺產(chǎn)生的力
__
__
1、總徑向力最大化
工況A:
工況B:
2、總力矩
工況A:
工況B:
5.3.2 轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)支承裝置的計算
1、作用在回轉(zhuǎn)支承上的載荷最大化： 。
2、確定回轉(zhuǎn)支承的結(jié)構(gòu)形式：采用單排交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承。
3、計算回轉(zhuǎn)支承當量載荷。
5.3.3 按承載能力確定圓柱滾子數(shù)目
45鋼的，對于塑性材料可取，可取安全系數(shù)；
滾柱的許用切應力
滾柱水平方向的最大截面積
根據(jù)切應力 （5.2）
由公式（5.2）可得到滾柱的數(shù)目，取
工況參數(shù)當量載荷換算系數(shù)如下：
螺栓計算載荷：
5.4 傳動齒輪的計算
齒輪傳動是現(xiàn)代機械中應用最廣的一種傳動形式。其主要的優(yōu)點是：傳動準確可靠，可傳遞空間兩軸之間的運動和動力；適用的功率和速度范圍廣；傳動效率高；工作可靠壽命長；外廓尺寸小結(jié)構(gòu)緊湊。齒輪傳動的主要形式有外嚙合和內(nèi)嚙合傳動。
在高空作業(yè)小車轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)設計中，轉(zhuǎn)臺若想能進行工作，必須要通過傳動齒輪將下部連接的液壓馬達的輸出功率傳給轉(zhuǎn)臺。轉(zhuǎn)臺才可以帶動作業(yè)臂正常起升及轉(zhuǎn)向。
故齒輪的計算是轉(zhuǎn)臺設計中的重要部分不可缺少，在此設計者將對下部傳動齒輪進行設計。本設計所采用的傳動形式為外嚙合傳動。
根據(jù)液壓馬達的輸出（第六章）可知：馬達的輸出轉(zhuǎn)矩T=101;馬達的輸出轉(zhuǎn)速；經(jīng)過減速器輸出的轉(zhuǎn)速為10，參考同類車型可知轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)速為2，故將齒數(shù)比選擇為u=5。
5.4.1 選擇齒輪材料
因載荷平穩(wěn)，傳遞的轉(zhuǎn)矩較小，小齒輪選40MnB鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為，大齒輪采用ZG35SiMn鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為250HBS。
表5.2 常用的此輪材料及力學性能
材料牌號
熱處理方式
硬度
接觸疲勞強度
彎曲疲勞強度
40Cr
調(diào)質(zhì)
表面淬火
40MnB
調(diào)質(zhì)
表面淬火
20CrMnTi
滲碳
1000
715
滲碳淬火回火
1500
850
ZG35SiMn
調(diào)質(zhì)
表面淬火
5.4.2 選擇齒輪齒數(shù)和齒寬系數(shù)
初定齒數(shù)為：齒寬系數(shù)。
5.4.3 確定輪齒的許用應力
?。?
5.4.4 齒面接觸強度設計
小齒輪所傳遞的轉(zhuǎn)矩為減速器的輸出轉(zhuǎn)矩：；
根據(jù)齒輪傳動條件和查機械設計手冊得載荷系數(shù)K=1.5,；
確定小齒輪的直徑 （5.3）
由公式（5.3）可得：,。
5.4.5 確定模數(shù)和齒寬
模數(shù)
表4-1 標準模數(shù)系列（摘自 GB 1357-87）
第一系列
1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50
第二系列
1.75 2.25 2.75 （3.25）3.5 （3.75）4.5 5.5 （6.5）7 9（11）14 18 22 28 36
齒輪的模數(shù)
那么可得
可得齒寬 ， 取
5.4.6 驗算齒根的彎曲強度
由設計手冊可得：齒形系數(shù)，
,
由計算可得兩齒輪的輪齒的彎曲強度足夠。
5.4.7 傳動齒輪的幾何尺寸
兩輪的分度圓直徑：
兩輪的中心距：
兩輪的齒寬：
齒頂高：
齒根高：
全齒高：
5.5 本章小結(jié)
本章進行的是高空作業(yè)車轉(zhuǎn)臺的設計，通過本章可以讓大家掌握高空作業(yè)車轉(zhuǎn)臺中各重要零件的計算與校核，本章在整個設計中起著過渡的作用，可以把高空作業(yè)車的工作臂和其底盤連接起來，使整個設計貫通，所以本章要求計算必須精確。
第6章 液壓系統(tǒng)的設計
6.1 液壓缸的設計計算
6.1.1 液壓缸的最大載荷
1、下臂液壓缸的最大載荷
圖 6.1 上下臂工作位置狀態(tài)二
由圖5.1
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