登高平臺救援消防車支承系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、分類號 密 級 udc 學(xué)校代碼 10497 學(xué) 位 論 文題 目 登高平臺救援消防車支承系統(tǒng)設(shè)計(jì) design on electronic control system for underground lift type compressed garbage station英 文題 目 申請學(xué)位級別 碩士 學(xué)科專業(yè)名稱 機(jī)械工程 論文提交日期 2012.04 論文答辯日期 2012.05 學(xué)位授予單位 武漢理工大學(xué) 學(xué)位授予日期 答辯委員會主席 評閱人 2011年04月獨(dú) 創(chuàng) 性 聲 明本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致

2、謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得武漢理工大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 簽 名： 日 期： 學(xué)位論文使用授權(quán)書本人完全了解武漢理工大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)武漢理工大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存或匯編本學(xué)位論文。同時(shí)授權(quán)經(jīng)武漢理工大學(xué)認(rèn)可的國家有關(guān)機(jī)構(gòu)或論文數(shù)據(jù)庫使用或收錄本學(xué)位論文，并向社會公眾提供信

3、息服務(wù)。（保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）研究生（簽名）： 導(dǎo)師（簽名）： 日期 目 錄第1章 緒 論51.1 論文研究背景51.2 論文主要研究內(nèi)容的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢81.3 論文的研究目的和意義121.4 論文的課題支撐及主要研究內(nèi)容12第2章 支承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)162.1底盤選型162.2底盤副車架設(shè)計(jì)182.2.1副車架結(jié)構(gòu)形式182.2.2副車架的前端形狀182.2.3材料的選用202.2.4縱梁設(shè)計(jì)202.2.5橫梁設(shè)計(jì)222.2.6連接及加固方式242.3支腿形式設(shè)計(jì)272.3.1支腿支撐方式選擇272.3.2支腿形式選擇282.4支腿跨距設(shè)計(jì)302.4.1支腿橫向跨距30

4、2.4.2支腿縱向跨距322.5支腿壓力計(jì)算332.6 支腿液壓缸選型352.7支承腳設(shè)計(jì)352.7.1支承腳形式選擇352.7.2支承腳面積計(jì)算362.8支撐系統(tǒng)穩(wěn)定性分析362.8.1 cad/cae技術(shù)介紹362.8.2 支撐系統(tǒng)模型建立372.8.3 支撐系統(tǒng)有限元分析382.8.4 支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)382.9本章小結(jié)38第3章 支承系統(tǒng)調(diào)平方法及策略393.1調(diào)平思路393.2調(diào)平原理393.3調(diào)平方法設(shè)計(jì)413.3.1調(diào)平方法選擇413.2.2 最高支腿的判斷規(guī)則433.2.3最低支腿的判斷規(guī)則443.4調(diào)平策略設(shè)計(jì)443.5調(diào)平問題解決463.6 本章小結(jié)47第4章 支承系統(tǒng)

5、調(diào)平控制方案484.1調(diào)平系統(tǒng)選擇484.2調(diào)平系統(tǒng)控制器選擇494.3調(diào)平控制系統(tǒng)的組成514.4控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)514.5調(diào)平系統(tǒng)核心部件選型524.5.1登高平臺救援消防車調(diào)平系統(tǒng)液壓元件選型524.5.2登高平臺救援消防車調(diào)平系統(tǒng)傳感器選型54第5章 全文總結(jié)與工作展望565.1 全文總結(jié)565.2 研究展望56第1章 緒 論1.1 論文研究背景消防車是裝備各種消防器材、消防器具的各類消防車輛的總稱，是消防隊(duì)伍用來滅火，搶險(xiǎn)救援的主要工具，消防車輛的水平，反映一個(gè)國家機(jī)械裝備業(yè)的制造水平。近10年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，許多高層建筑、高大廠房及大型石化塔釜拔地而起。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國高層建

6、筑有162,000棟，就大城市而言，上海差不多有10000多棟的高層建筑，其中30層以上的就有2000棟；另外，廣東省有2,0000棟，北京有8000棟；杭州市近年來高層建筑的高度也不斷被刷新，百米以上的超高層建筑有50多幢；沈陽市至少擁有超過50座的百米高樓。越來越多的高層建筑彰顯著大都市的風(fēng)采，同時(shí)也給高層建筑防災(zāi)裝備和火災(zāi)救援能力提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。高層建筑(超過24m或10層)火災(zāi)撲救是國際性的消防難題。高層建筑一旦著火，消防車如果作業(yè)高度不夠，要么束手無策，任大火肆虐，要么另尋他路，而延誤撲火戰(zhàn)機(jī)，后果十分嚴(yán)重。為適應(yīng)這種需要，傳統(tǒng)的單一品種的消防車已從單一的水罐消防車逐步向大功率、高效

7、能、多功能、多品種系列化發(fā)展。舉高消防車是一種新技術(shù)消防車，作為消防車中的重要類別，是撲救高層建筑與火災(zāi)的重要裝備，在現(xiàn)代都市中的滅火作用正顯得越來越為重要。舉高消防車按底盤承載能力可分為輕型消防車、中型消防車和重型消防車。按用途可分為登高平臺消防車、舉高噴射消防車和云梯消防車，如圖1-1、1-2、1-3所示。舉高噴射消防車的特點(diǎn)：裝備折迭式或折迭、伸縮組合式臂架、轉(zhuǎn)臺及滅火裝置，桿狀液壓臂架和其頂部滅火噴射裝置是其標(biāo)志性配置。按臂架的結(jié)構(gòu)型式可分為曲臂式舉高消防車、直臂式舉高消防車和組合臂式舉高消防車。消防員在地面遙控操作臂架頂端的滅火噴射裝置。但不能直接營救被困人員。登高平臺消防車的特點(diǎn)：

8、桿狀液壓臂架和其頂部的載人平臺和滅火噴射裝置是其標(biāo)志性配置?？蓳渚雀邔咏ㄖ?、高大設(shè)施等火災(zāi)，營救被困人員、搶救貴重物資等。云梯消防車的特點(diǎn)：主要適用于將消防隊(duì)員安全迅速地運(yùn)到火災(zāi)現(xiàn)場,撲救高層建筑、高大廠房的火災(zāi),營救高空被困人員,搶救貴重物資等作業(yè)。裝備伸縮式云梯(可帶有升降臺)、轉(zhuǎn)臺及滅火裝置，用于撲滅高層建筑火災(zāi)和搶救人員。圖1-1舉高噴射消防車 圖1-2云梯消防車 圖1-3登高平臺消防車舉高消防車按臂架的結(jié)構(gòu)型式可分為曲臂式舉高消防車、直臂式舉高消防車和組合臂式舉高消防車。直臂式消防車依靠其多級伸縮臂的直線伸縮而舉升，整個(gè)臂架不能折疊，其最大作業(yè)幅度有一定的局限性；折臂式由多節(jié)折疊臂及

9、其折疊臂液壓缸等組成，工作時(shí)靠折疊臂液壓缸實(shí)現(xiàn)工作點(diǎn)的舉升和移位。相對于直臂式來說，折臂式作業(yè)幅度大，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性差。組合臂式舉高消防車由多節(jié)伸縮臂加1節(jié)或多節(jié)曲臂組成，具有作業(yè)高度高、跨障礙能力強(qiáng)，且作業(yè)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。登高平臺救援消防車作為消防車體系中的重要一員，既有優(yōu)越的滅火性能，又有強(qiáng)大的救援性能，在現(xiàn)代城鎮(zhèn)高層建筑消防救援中發(fā)揮著其它消防車無法替代的作用。時(shí)至今日，登高平臺救援消防車已經(jīng)成為現(xiàn)代消防不可或缺的工具。與其他舉高類消防車相比，其主要優(yōu)點(diǎn)如下：1）登高平臺車的箱筒型臂架結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比云梯車的槽型桁架梯架結(jié)構(gòu)的抗扭轉(zhuǎn)、彎曲能力強(qiáng)，剛性好。當(dāng)采用組合式臂架結(jié)構(gòu)時(shí)，跨越能力強(qiáng)，工

10、作適用性好。2）為操作人員提供更為安全、適宜的高空作業(yè)位置，便于進(jìn)行救援、排風(fēng)、外部檢修與噴水作業(yè)。作業(yè)平臺額定承載量相對較大，至少達(dá)到300kg。3）上車動作既可在轉(zhuǎn)臺，也可在作業(yè)平臺中操作完成，設(shè)置功能齊全的多媒體顯示系統(tǒng)，可隨時(shí)顯示整機(jī)的動態(tài)工作參數(shù)并進(jìn)行安全控制。4）遇險(xiǎn)人員（尤其是老弱病殘者）利用平臺快速、安全轉(zhuǎn)移。平臺下部或側(cè)面裝有救援用輔助固定裝置，利于營救和轉(zhuǎn)移已傷殘的人員。中小型平臺車臂架側(cè)面還附帶云梯救援系統(tǒng)。5）平臺上設(shè)有水炮、出水口、探照燈、手動工具、火場監(jiān)控器等設(shè)備，整車消防救援能力強(qiáng)，利于火場指揮員從高空平臺上勘察大面積火災(zāi)的情況。登高平臺救援消防車分為下車和上車兩

11、大部分。下車包括汽車底盤、副車架總成、支腿總成、下車消防系統(tǒng)、油泵裝置、應(yīng)急動力、下車液壓系統(tǒng)、下車電氣系統(tǒng)等。上車包括回轉(zhuǎn)支承、轉(zhuǎn)臺、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、臂架變幅系統(tǒng)、臂架總成、電纜輸送系統(tǒng)、液壓輸送系統(tǒng)、上車消防系統(tǒng)、作業(yè)平臺、平臺調(diào)平系統(tǒng)、上車液壓系統(tǒng)、上車電氣系統(tǒng)、安全限位裝置等，并可選裝云梯系統(tǒng)、空氣呼吸系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等。其總體結(jié)構(gòu)簡圖如圖1-4所示。1-底盤 2-臂架系統(tǒng) 3-作業(yè)平臺 4-轉(zhuǎn)臺 5-副車架 6-支腿系統(tǒng) 7-水罐和泡沫罐圖1-4登高平臺救援消防車總體結(jié)構(gòu)圖本文主要研究作業(yè)平臺3、副車架5、支腿系統(tǒng)6三個(gè)部分，每部分功能如下：（1）作業(yè)平臺作業(yè)平臺是承載工作人員和作業(yè)器材的裝

12、置。作業(yè)平臺的放置位置有前置式、中置式和后置式三種形式，應(yīng)該結(jié)合臂架和底盤形式來確定。圖2-2中臂架形式為折疊臂式，所以作業(yè)平臺選用了后置式放置形式。（2）副車架副車架是登高平臺救援消防車非常重要的剛結(jié)構(gòu)件，承載著整個(gè)上車的重量。副車架不僅強(qiáng)化了車架，而且可將登高平臺救援消防車專用裝置和裝備的集中載荷較均勻地分布在車架上，并起到緩沖作用，改善車架的受力情況。（3）支腿系統(tǒng)登高平臺救援消防車在作業(yè)時(shí)臂架容易受到風(fēng)力、重力、噴射反力等作用力的影響而發(fā)生傾覆的危險(xiǎn)。因此，為了保證整車作業(yè)時(shí)的安全、穩(wěn)定，必須增大支撐面，這就需要在副車架或底盤上加裝支腿裝置。加裝支腿之后，在作業(yè)前必須將支腿伸出并調(diào)平。

13、1.2 論文主要研究內(nèi)容的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1國內(nèi)外總體發(fā)展現(xiàn)狀我國的消防車輛起步于20世紀(jì)40年代。60多年來,國產(chǎn)消防車行業(yè)經(jīng)歷了引進(jìn)仿制、自主改裝、合資生產(chǎn)到獨(dú)立研發(fā)的過程。國產(chǎn)消防車的設(shè)計(jì)技術(shù)、制造工藝均有了突破性進(jìn)展,已形成了系列化、功能化、多元化的產(chǎn)品特點(diǎn)。自上世紀(jì)90年代以后，我國國產(chǎn)舉高消防車開始推向市場。近些年，國內(nèi)舉高消防車行業(yè)普遍存在技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大、行業(yè)管制嚴(yán)格、市場化不成熟等狀況。主要廠家和產(chǎn)品有：錦州重型機(jī)械有限公司，生產(chǎn)錦重牌：edq22型、edz32型、edzso型；上海格拉曼國際消防裝備有限公司，生產(chǎn)上格牌：dg22型；上海申龍消防設(shè)備器材有限公司，生

14、產(chǎn)菱箭牌:kp22型、ytso型；沈陽捷通消防車有限公司，生產(chǎn)金猴牌：dg22型、dg51型、dg32型、dg40型；沈陽消防車廠，生產(chǎn)金猴牌：edq24型、cdq228型、cdz32型、dg40型；撫順重型機(jī)械有限公司，生產(chǎn)撫起牌：cdz20型、cdz25型、cdz32型、cdz40型、cjq25型、cjz30型；蘇州市捷達(dá)消防車輛裝備有限公司，生產(chǎn)蘇捷牌：dg22f型、dg犯型；重慶大江車輛總廠，生產(chǎn)鱉魚牌：kp20型；徐州工程機(jī)械集團(tuán)有限公司，生產(chǎn)徐工牌：cdz22型、cdz32型、cdz40型、dg22型、dg24型、dg32型、dg34型、dg40型、dg53型、dg68型。徐工還有

15、重型兩款消防車新品dg42c、dg54c。徐工重型新推出的系列產(chǎn)品既充分吸收了國內(nèi)外同類車型的亮點(diǎn)，又結(jié)合了我國消防裝備的需求和發(fā)展趨勢。新產(chǎn)品主作業(yè)參數(shù)和消防性能國際領(lǐng)先、多功能和動力性國內(nèi)領(lǐng)先、控制系統(tǒng)先進(jìn)、安全可靠，已順利通過國家消防裝備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的型式試驗(yàn)，標(biāo)志著徐工重型的多功能舉高平臺車系列dg42c、dg54c的成功問世。國內(nèi)登高平臺消防車現(xiàn)在可實(shí)現(xiàn)88m的最大工作高度、25m的最大工作幅度，創(chuàng)造了世界巨型登高車第三高度。以上是中國登高平臺消防車行業(yè)目前的整體現(xiàn)狀，但其發(fā)展仍有諸多不足。首先存在救援高度上的局限。我們目前的消防援救設(shè)備高度普遍在3050米之間，最大高度雖已達(dá)到

16、88m，但普遍應(yīng)用的不會超過60米，這意味著火災(zāi)一旦發(fā)生，登高車對于60米以上的救援任務(wù)幾乎無能為力；其次，它還有外伸方面的局限，現(xiàn)在絕大部分消防車輛的外伸能力僅能達(dá)到17米左右；再次，還有承載能力的局限，現(xiàn)有的絕大部分登高車承載能力在210公斤到330公斤，這意味著登高車一次只能承載3-5個(gè)成年人，其中還要包括1名消防人員，承載能力決定了救援人數(shù)。還有就是水炮滅火能力的局限，現(xiàn)在的狀況是每分鐘滅火車的水流量限制為1800升到2200升，使得滅火強(qiáng)度并不理想。還有登高平臺救援消防車的調(diào)平系統(tǒng)較緩慢，影響了整車作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性。由于以上這些局限，一旦高層建筑發(fā)生火災(zāi)，除了利用現(xiàn)有高層自身滅火設(shè)備之

17、外，很多外部的消防設(shè)備并不足以解決超過30米以上的樓層救援。除了以上幾條，還有高科技產(chǎn)品和關(guān)鍵部件仍需進(jìn)口、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不太合理、專用底盤較為缺乏等諸多不足：。國外發(fā)達(dá)國家對登高平臺救援消防車的研究較早，且很多國家也已經(jīng)取得了很好的成就。自20世紀(jì)40年代開始，一些發(fā)達(dá)國家就出現(xiàn)了2030m的直臂云梯消防車，3040m的組合臂舉高平臺車是后期出現(xiàn)的，在20世紀(jì)九十年代出現(xiàn)了組合臂舉高平臺車，其作業(yè)高度為68m。國際最著名的舉高平臺車生產(chǎn)廠家芬蘭的波浪濤公司 (bronto)生產(chǎn)的112m車，是現(xiàn)在世界上額定高度最大的舉高平臺車，作業(yè)面可達(dá)37層高樓。該公司注重對用戶要求的個(gè)性化匹配設(shè)計(jì)，從1690

18、米之間共有50多個(gè)產(chǎn)品型譜，車輛的性價(jià)比優(yōu)異，系列非常完備，多樣化達(dá)到5000余種，迄今為止全球累計(jì)銷售超過10000臺。1.2.1國內(nèi)外結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀我國消防車生產(chǎn)是在對國外同類產(chǎn)品進(jìn)行消化吸收的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，參照汽車起重機(jī)的設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)各臂段長度、臂與臂之間的搭接以及吊臂外露部分，吊臂截面主要通過同行業(yè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，粗略進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性校核。校核合格后生產(chǎn)樣機(jī)，并進(jìn)行樣機(jī)試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)在吊臂的各個(gè)部分貼上應(yīng)變片測局部應(yīng)力。如果某些部分應(yīng)力過大，就焊裝加強(qiáng)板，反之，則認(rèn)為可以進(jìn)行生產(chǎn)。這種處理方式導(dǎo)致臂架、車架等結(jié)構(gòu)件笨重，整車重心提高，消防車的穩(wěn)定性降低。目前該行業(yè)廣泛應(yīng)用的cad軟

19、件僅限于：1）圖形處理技術(shù)，如二維交互圖形技術(shù)、三維幾何造型及其它圖形輸入輸出技術(shù)。2）數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)交換技術(shù)，如數(shù)據(jù)庫管理、不同cad系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換和接口等。3）文檔處理技術(shù)，如文檔制作、編輯及文字處理等。cad的另外兩種用途還未廣泛應(yīng)用，即：1）工程分析技術(shù)，如優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、物理特性計(jì)算（如面積、體積、慣性矩等）、模擬仿真等。2）軟件設(shè)計(jì)技術(shù)，如窗口界面、軟件工程規(guī)范及其工具系統(tǒng)的使用等。1.2.3穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀登高平臺救援消防車的穩(wěn)定性，幾乎全部由消防車本身的質(zhì)量維持，消防車的金屬結(jié)構(gòu)件，應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，以承受外載荷，防止由于其質(zhì)量不能平衡產(chǎn)生傾料力而失去穩(wěn)定。如果僅僅是為了保證

20、工作狀態(tài)下的穩(wěn)定，選用過大的汽車底盤，加大下車質(zhì)量，在設(shè)計(jì)上是不臺理的，在經(jīng)濟(jì)上也是不可取的。因此，對登高平臺救援消防車的穩(wěn)定性進(jìn)行設(shè)計(jì)甚為重要。登高平臺救援消防車的穩(wěn)定性是用以表述消防車在消防滅火或高空救援狀態(tài)下，抗御整機(jī)傾覆的能力。登高平臺救援消防車在作業(yè)時(shí)，由于負(fù)荷過大，操作失誤而引起過大的慣性力，或由于風(fēng)載過大或支承面下沉等原因，往往會喪失穩(wěn)定，甚至傾翻。因此，必須對登高平臺救援消防車的穩(wěn)定性給予足夠的重視與研討。國內(nèi)外對登高平臺救援消防車調(diào)平與支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)及分析的研究主要集中在以下五個(gè)方面：（1）登高消防車國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及穩(wěn)定性研究（2）支腿調(diào)平系統(tǒng)設(shè)計(jì)及研究方法（3）作業(yè)平臺調(diào)平系

21、統(tǒng)設(shè)計(jì)及研究方法（4）支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性分析（5）軟件設(shè)計(jì)平臺、實(shí)物模型搭建綜合比較發(fā)現(xiàn)，國外在超高型登高平臺救援消防車上優(yōu)勢明顯，比如芬蘭的博浪濤公司已經(jīng)制造出的作業(yè)高度達(dá)112m的云梯車。在穩(wěn)定性上，如在作業(yè)允許的風(fēng)速上，國內(nèi)的dg68登高平臺消防車為14m/s，國外的則不管作業(yè)高度如何一律為16m/s。同時(shí)在諸如臂架變幅穩(wěn)定性控制、支腿調(diào)平以及作業(yè)平臺調(diào)平性能上，國內(nèi)相對于國外產(chǎn)品也有一定差距。從整體上來說，國外高端產(chǎn)品無論從功能還是性能上都要高于國內(nèi)產(chǎn)品，要躋身世界舉高消防車的先進(jìn)行列還有很長一段路要走。1.2.2發(fā)展趨勢目前，登高平臺救援消防車整體正向著巨型化、智能化、輕量化、省力

22、化、安全化、舒適化、多功能化、整機(jī)制作精美宜人化方向發(fā)展。國產(chǎn)消防車輛的向以下幾個(gè)方向發(fā)展：1.車輛類型將不斷增多,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)趨于合理2.底盤生產(chǎn)企業(yè)與改裝企業(yè)合作,生產(chǎn)出消防車輛專用底盤3.國外產(chǎn)品更向著通用化和專用化方向發(fā)展。一是消防車小型化、二是制造特大功率的巨型消防車。設(shè)計(jì)手段滯后極大地影響我國消防車行業(yè)的發(fā)展。隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展和國內(nèi)外市場競爭的加劇，消防車的設(shè)計(jì)計(jì)算方法需不斷充實(shí)和完善，研發(fā)過程中主要運(yùn)用的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論及方法如下：1）反求設(shè)計(jì)反求設(shè)計(jì)是針對消化吸收先進(jìn)技術(shù)的一系列分析方法和應(yīng)用技術(shù)的組合。反求設(shè)計(jì)是通過實(shí)物或技術(shù)資料對已有的先進(jìn)產(chǎn)品進(jìn)行分析、研究、解剖和試驗(yàn)，了解

23、其參數(shù)、性能、構(gòu)造和功能，掌握其關(guān)鍵技術(shù)、工作機(jī)理和工藝原理，以進(jìn)行仿制、改進(jìn)和發(fā)展創(chuàng)造新產(chǎn)品的一種方法。通過反求分析，對反求對象從功能、原理、方案、結(jié)構(gòu)、尺寸、材料、加工裝配工藝等有全面深入的了解，明確關(guān)鍵功能和關(guān)鍵技術(shù)，對設(shè)計(jì)中的特點(diǎn)和不足之處做出必要的評估，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行測繪仿制，變參數(shù)設(shè)計(jì)，適應(yīng)性設(shè)計(jì)或開發(fā)性設(shè)計(jì)。2）優(yōu)化設(shè)計(jì)由于消防車設(shè)計(jì)長期以來采用經(jīng)驗(yàn)類比設(shè)計(jì)方法，不僅需要花費(fèi)較多的設(shè)計(jì)時(shí)間，而且只限于在少數(shù)幾個(gè)候選方案中進(jìn)行比較分析，同時(shí)選擇的方案也沒有十分精確的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來衡量其優(yōu)劣，一般很難得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，可以建立設(shè)計(jì)過程能自動擇取最優(yōu)方案的

24、一種迅速有效的方法，即優(yōu)化設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方法是數(shù)學(xué)規(guī)劃與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，成為解決復(fù)雜設(shè)計(jì)問題的一種有效方法。消防車設(shè)計(jì)采用優(yōu)化方法，能根據(jù)產(chǎn)品要求，合理確定和計(jì)算各項(xiàng)參數(shù)，以期達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)目標(biāo)，例如重量、成本、性能和承載能力等?，F(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)向有限元優(yōu)化、成本優(yōu)化、系統(tǒng)優(yōu)化等全方位、深層次方向發(fā)展。3）模塊化設(shè)計(jì)模塊化設(shè)計(jì)可將消防車上同一功能的基本部件、元件、零件設(shè)計(jì)成具有不同用途、不同性能的模塊，這些模塊具有相同的聯(lián)接要素，可以互換。選用不同的模塊進(jìn)行組合，可形成各種不同類型和規(guī)格的通用或?qū)Ｓ孟儡?。設(shè)計(jì)新型消防車只需選用不同模塊重新進(jìn)行組合，車輛改進(jìn)只需針對某幾個(gè)模塊。某些最新技術(shù)

25、可應(yīng)用于模塊中，待試驗(yàn)研究達(dá)到結(jié)構(gòu)可靠、性能穩(wěn)定后，即可加到新產(chǎn)品中，取代已有結(jié)構(gòu)。模塊化設(shè)計(jì)加快了老產(chǎn)品的更新?lián)Q代和新產(chǎn)品的研制速度。由于提高了通用化程度，可使單件小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)轉(zhuǎn)換成大批量的模塊化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。生產(chǎn)廠家也能以較少的模塊形式，組合成不同功能和不同規(guī)格的消防車，以滿足市場多品種要求，增強(qiáng)競爭能力。模塊化設(shè)計(jì)方法主要適用于批量生產(chǎn)的消防車系列。1.3 論文的研究目的和意義登高平臺救援消防車的穩(wěn)定性是決定其能否安全、順利工作的重要因素，支腿調(diào)平系統(tǒng)能否快速有效的工作是整車開始作業(yè)的前提。登高平臺救援消防車在工作時(shí)需要個(gè)高精準(zhǔn)的水平平臺，在其到達(dá)救援目的地后，就必需對平臺的

26、水平度進(jìn)行調(diào)節(jié)，為正式工作做好準(zhǔn)備。平臺是否調(diào)平不僅關(guān)系到作業(yè)人員和被救人員的人身安全，而且也關(guān)系到消防車的機(jī)動性能的好壞。因此，對于調(diào)平系統(tǒng)的調(diào)平精度和調(diào)平的速度以及穩(wěn)定性和可靠性都有一定的要求。如何能夠有效地提高設(shè)備自動化程度使之易于操作，降低對人員技巧的要求，有效減少調(diào)平時(shí)間、提高調(diào)平精度，是近年來該領(lǐng)域?qū)＜已芯康臒狳c(diǎn)之一。登高平臺救援消防車的整車穩(wěn)定性能主要由副車架及支腿組成的支撐系統(tǒng)來保證。支撐系統(tǒng)主要是金屬結(jié)構(gòu)件，應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度，以承受車身自重和外載荷，因此需對登高平臺救援消防車支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，以保證整車穩(wěn)定。通過研究相關(guān)舉高類援消防車、高空作業(yè)車及起重機(jī)械的支腿調(diào)

27、平系統(tǒng)和作業(yè)平臺調(diào)平系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出一種適合登高平臺救援消防車的快速、有效的調(diào)平系統(tǒng)。將其應(yīng)用在現(xiàn)有登高平臺救援消防車上，有效地提高設(shè)備自動化程度及調(diào)平精度，有效減少調(diào)平時(shí)間，使之易于操作并降低對人員技巧的要求。1.4 論文的課題支撐及主要研究內(nèi)容1.4.1課題支撐校企合作項(xiàng)目：登高平臺救援消防車關(guān)鍵技術(shù)研究與總體方案設(shè)計(jì)1.4.2研究對象選擇截止2008年末，我國建制城市數(shù)量達(dá)655個(gè)，其中直轄市4個(gè)，副省級城市15個(gè)，地級市（區(qū)）333個(gè)，其他為303個(gè)，其中全國地級及以上城市（不包括市轄縣）gdp占全國62。據(jù)估測，2008年之后的10年內(nèi)，我國建制城市數(shù)量將突破1000個(gè)。根據(jù)國家工信部相

28、關(guān)政策法規(guī)，結(jié)合市場調(diào)研得出如下結(jié)論：1）全國百萬人口城市30余個(gè)，對作業(yè)高度為3050米的登高平臺救援消防車的年需求量約為120臺；2）全國人口數(shù)量在20100萬的城市近500個(gè)，對作業(yè)高度為1620米的登高平臺救援消防車的年需要量約為1000臺；3）全國大型油田、煉油廠和大型儲油庫系統(tǒng)對大型登高平臺救援消防車的年需要量約為70臺；4）電力部門對作業(yè)高度為1230米的各類高空作業(yè)車年需求量約為20臺；5）城市路燈園林部門對作業(yè)高度為616米的高空作業(yè)車年需求量約為1000臺；6）國防軍工系統(tǒng)對作業(yè)高度為2040米的越野高空作業(yè)車需求量較大；7）中國船舶系統(tǒng)對作業(yè)高度為1625米的高空作業(yè)車年

29、需求量約為80100臺。由調(diào)研數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，作業(yè)高度為1535米的登高平臺救援消防車的市場需求量最大。同時(shí)，30萬200萬人口城市在全國城市中數(shù)量最多，而這類城市現(xiàn)有樓層平均高度為24m。因此，本論文選擇市場需求量最大，額定作業(yè)高度為2030米的車型進(jìn)行設(shè)計(jì)，并以額定作業(yè)高度為25米的車型作為基本型產(chǎn)品進(jìn)行研究。1.4.3主要研究內(nèi)容：在查閱大量關(guān)于國內(nèi)外舉高類消防車、高空作業(yè)車、舉重機(jī)械相關(guān)產(chǎn)品功能和性能特點(diǎn)的文獻(xiàn)以及對國內(nèi)各主要生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品調(diào)研的基礎(chǔ)上，本論文分析國內(nèi)登高平臺救援消防車在底盤調(diào)平系統(tǒng)、作業(yè)平臺調(diào)平系統(tǒng)以及整車支撐系統(tǒng)目前存在的主要問題，發(fā)現(xiàn)與國外登高平臺救援消防在調(diào)平及支

30、撐系統(tǒng)上存在的差距，最后提出相應(yīng)的改進(jìn)措施；分析登高平臺救援消防的功能需求，針對我國現(xiàn)有的技術(shù)條件和登高平臺救援消防的發(fā)展情況，提出更加合理的調(diào)平及支撐系統(tǒng)方案及開發(fā)設(shè)計(jì)方法和流程；在完成設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，通過visual basic軟件搭建調(diào)平及支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺，從而實(shí)現(xiàn)高效、程序化設(shè)計(jì)；最后購買相關(guān)元件，搭建高平臺救援消防實(shí)際模型，并模擬其調(diào)平系統(tǒng)工作狀態(tài)，以驗(yàn)證所設(shè)計(jì)調(diào)平系統(tǒng)能否自動快速、高效的調(diào)平。具體研究內(nèi)容如下：（1）調(diào)平算法理論分析及應(yīng)用比較通過對現(xiàn)有調(diào)平算法理論進(jìn)行研究及應(yīng)用比較，確定適合國內(nèi)支腿調(diào)平算法、作業(yè)平臺調(diào)平算法，設(shè)計(jì)出合理的調(diào)平策略。（2）支腿、作業(yè)平臺調(diào)平系統(tǒng)設(shè)計(jì)

31、進(jìn)行支腿調(diào)平系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通過對傳統(tǒng)支腿調(diào)平系統(tǒng)和現(xiàn)代調(diào)平系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)的比較，設(shè)計(jì)適合登高平臺救援消防車的支腿調(diào)平系統(tǒng)；通過對不同控制方法、不同控制體系結(jié)構(gòu)的對比，設(shè)計(jì)出適合登高平臺救援消防車調(diào)平系統(tǒng)的控制方案；通過分析調(diào)平系統(tǒng)的3種不同支腿支撐方式的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇合理的支撐方式；分析現(xiàn)有幾種支腿形式（主要是x型、h型）的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍，設(shè)計(jì)出適用于登高平臺救援消防車的支腿形式；對支腿的支承腳形式進(jìn)行分析對比，設(shè)計(jì)出一種最適合的支承腳形式；最后分析研究支腿調(diào)平系統(tǒng)應(yīng)注意的一些事項(xiàng)，如虛腿問題、調(diào)平過程振蕩問題等，并針對此調(diào)平系統(tǒng)進(jìn)行解決。進(jìn)行作業(yè)平臺調(diào)平系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通過對現(xiàn)有不同調(diào)平機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)比較

32、及應(yīng)用范圍分析，選擇合適的調(diào)平結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出適用于本研究的調(diào)平方案；分析現(xiàn)有調(diào)平控制方法，結(jié)合本研究實(shí)際應(yīng)用，設(shè)計(jì)出合理的調(diào)平控制方法；對作業(yè)平臺工作過程中可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)情況進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)出合理的安全保護(hù)裝置。對調(diào)平系統(tǒng)核心部件選型對支腿調(diào)平系統(tǒng)、作業(yè)平臺調(diào)平系統(tǒng)在工作過程中所用核心部件進(jìn)行選型。分析市場上現(xiàn)售液壓元件和調(diào)平系統(tǒng)傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)、價(jià)格合理性及應(yīng)用范圍，對調(diào)平系統(tǒng)所用核心部件進(jìn)行選型。（3）支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)汽車設(shè)計(jì)手冊及特種車改裝設(shè)計(jì)手冊，參考相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，考慮整車防傾覆極限條件，計(jì)算前、后傾覆邊的穩(wěn)定力矩，設(shè)計(jì)支腿橫向及縱向跨距。根據(jù)登高平臺救援消防車上車系統(tǒng)的總質(zhì)量及質(zhì)量分布，

33、結(jié)合改裝底盤的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)承載副車架的外形、尺寸及材質(zhì)以及支腿結(jié)構(gòu)。（4）支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析運(yùn)用solidworks軟件對副車架、支腿系統(tǒng)進(jìn)行三維建模，計(jì)算出支撐系統(tǒng)最危險(xiǎn)工況以及危險(xiǎn)工況時(shí)支撐系統(tǒng)受力情況，對比結(jié)構(gòu)分析可用方法的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍，應(yīng)用ansys軟件對支撐系統(tǒng)模型進(jìn)行有限元分析。（5）搭建調(diào)平設(shè)計(jì)平臺應(yīng)用visual basic進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，搭建一體化調(diào)平設(shè)計(jì)軟件平臺，實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)。（6）整車系統(tǒng)實(shí)物模型搭建購置相關(guān)元件，根據(jù)設(shè)計(jì)方案，搭建出整車調(diào)平系統(tǒng)實(shí)物模型，并進(jìn)行調(diào)平演示，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)合理性。第2章 支承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)登高平臺救援消防車在工作時(shí)，主車架受到較大的附加集中載荷，

34、為了保證車架的強(qiáng)度和提高整車的舉高救援能力，必須設(shè)置支腿，其對登高平臺救援消防車作業(yè)時(shí)整車的工作穩(wěn)定性有較大的影響，要求堅(jiān)固可靠，操作方便。由于登高平臺救援消防車的結(jié)構(gòu)和使用條件復(fù)雜，使車架承受較大的動載荷和扭矩，所以必須加強(qiáng)車架。現(xiàn)有登高平臺救援消防車的底盤多為生產(chǎn)廠商直接購買應(yīng)用，未對其主車架進(jìn)行改裝，在不破壞主車架結(jié)構(gòu)的情況下增加一個(gè)副車架過渡，以改善主車架的承載情況，避免集中載荷。副車架不僅強(qiáng)化了車架，而且可將登高平臺救援消防車專用裝置和裝備的集中載荷較均勻地分布在車架上，并起到緩沖作用，改善車架的受力情況。因此在登高平臺救援消防車設(shè)計(jì)中，必須對副車架進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過近幾年對專用汽車使用

35、情況的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，專用汽車副車架出現(xiàn)裂紋、斷裂及焊縫撕裂現(xiàn)象是專用汽車使用中存在的主要問題，而副車架的載荷分析是否正確、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，則是產(chǎn)生這些現(xiàn)象的重要原因。對登高平臺救援消防車作業(yè)時(shí)，其基準(zhǔn)平面由主車架、副車架、支撐支腿組成。本章首先對25m登高平臺救援消防車支腿形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)計(jì)算合理的支腿跨距，之后對整車所需副車架進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對支腿及副車架所組成支撐系統(tǒng)進(jìn)行三維建模和穩(wěn)定性有限元分析，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)合理性。2.1底盤選型2.1.1登高平臺救援消防車底盤介紹底盤是登高平臺救援消防車非常重要的組成部分，通常選用通用車二類底盤或消防車專用底盤，其載重能力直接影響到登高平臺救援消防車能達(dá)到

36、的最大作業(yè)高度。底盤不僅為整車提供行駛能力，并且也是整車動力的提供者，其性能的優(yōu)劣直接影響整車性能。目前，我國消防車一般選用國產(chǎn)載重汽車底盤，主要集中在中國重汽、一汽、東風(fēng)、慶鈴（五十鈴）、北方奔馳等。由于受到底盤自身的限制，國產(chǎn)消防車往往在加速性能與爬坡性能上無法同時(shí)達(dá)到令人滿意的表現(xiàn)。國外消防車，尤其是美國消防車多采用消防車專用底盤，性能遠(yuǎn)優(yōu)于采用普通商用車底盤的消防車，但其生產(chǎn)量小、價(jià)格高、維修不方便，因此消防車專用底盤只在普通商用底盤無法滿足要求時(shí)才使用。消防車底盤的選型改裝應(yīng)符合消防車通用底盤系列、型式、基本參數(shù)和技術(shù)要求的規(guī)定。設(shè)計(jì)登高平臺救援消防車時(shí)，可優(yōu)先選用以柴油機(jī)為動力的中

37、、重系列底盤，以發(fā)揮其功率范圍寬、轉(zhuǎn)矩大和電氣故障少的優(yōu)勢。2.1.2登高平臺救援消防車底盤使用現(xiàn)狀通過調(diào)查消防車生產(chǎn)廠商現(xiàn)有產(chǎn)品，得到信息如表2-1所示。表2-1 國內(nèi)三家大型生產(chǎn)廠商現(xiàn)有產(chǎn)品調(diào)查序號品牌型號工作高度（m）底盤型號滿載質(zhì)量（kg）1徐州重工dg22a22德國奔馳atego1523147502徐州重工dg22c22東風(fēng)eq1141kj2 146503徐州重工cdz22a22德國奔馳atego1523 146005徐州重工cdq2424.5東風(fēng)eq1118g6dj15 115108徐州重工cdz3232德國奔馳axor2628 258009徐州重工cdz32c32.5德國奔馳ax

38、or2628 2385010徐州重工dg34c34.5德國奔馳actros3344 314506中聯(lián)重科zlj5310jxfyt2525德國奔馳 actros3341 310007中聯(lián)重科zlj5330jxfyt3030.5德國奔馳 actros3341 3285011撫順重機(jī)dg2020解放牌ca11421200012撫順重機(jī)dg2525北方奔馳nd1255b441980013撫順重機(jī)dg3232北方奔馳nd1255b4424200由以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，高度在2225m的登高平臺救援消防車主要采用德國奔馳、北方奔馳、東風(fēng)牌以及解放牌底盤，而高度在25m以上的登高平臺救援消防車主要采用德國奔馳以

39、及北方奔馳底盤。根據(jù)市場現(xiàn)有東風(fēng)汽車底盤及北方奔馳底盤供應(yīng)情況，結(jié)合整車作業(yè)高度25m的要求，備選的底盤型號有東風(fēng)eq1118g6dj15和北方奔馳nd1255b44兩款。經(jīng)查詢兩款底盤的具體參數(shù)可知，東風(fēng)eq1118g6dj15底盤排放標(biāo)準(zhǔn)為“國”，而北方奔馳nd1255b44底盤排放標(biāo)準(zhǔn)為“國”。根據(jù)國家工信部要求，登高平臺救援消防車底盤排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到“國”才能上產(chǎn)品公告，因此從兩者中選擇北方奔馳nd1255b44底盤作為本次設(shè)計(jì)對象所用底盤。撫順重機(jī)25m登高平臺救援消防車（dg25）也是選用此底盤，其作業(yè)實(shí)際高度為25m，與本設(shè)計(jì)對象情況相同，如圖2-1所示。圖2-1 撫順重機(jī)dg25登

40、高平臺救援消防車2.2底盤副車架設(shè)計(jì)登高平臺救援消防車的各種專用裝置都直接或間接地安裝在底盤車架（簡稱主車架）上，即主車架是登高平臺救援消防車上專用裝置的主要承載構(gòu)件。設(shè)計(jì)中，為了防止主車架縱梁的應(yīng)力集巾，使縱梁載荷均勻分布，一般在專用裝置與主車架之間采用副車架過渡。因此本文對登高平臺救援消防車的副車架進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及受載合理性進(jìn)行分析。2.2.1副車架結(jié)構(gòu)形式主車架主要結(jié)構(gòu)形式主要包括框式、脊梁式和綜合類三大類，框式又可分為邊梁式和周邊式兩種。邊梁式車架的結(jié)構(gòu)便于安裝車身（包括駕駛室、車廂乃至特種裝備等）和布置其他總成，有利于滿足改裝變型和發(fā)展多品種的需要，所以被廣泛采用在貨車、大

41、多數(shù)特種汽車、直接利用貨車底盤改裝的大客車上。周邊式車架廣泛采用在高級和中級以上的轎車上；脊梁式車架被采用在高越野性汽車上，但由于制造工藝較復(fù)雜且維修不便，故應(yīng)用不廣。綜合式車架多采用在轎車上，也由于制造工藝較復(fù)雜，所以用得并不太廣。由于本登高平臺救援消防車為特種汽車，由二類汽車底盤改裝而成，所以主車架形式為邊梁式結(jié)構(gòu)，副車架是加裝在主車架上的，因此也采用邊梁式結(jié)構(gòu)。邊梁式結(jié)構(gòu)主要包括在進(jìn)行副車架整體設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定縱梁的走向以及橫梁布置位置和數(shù)量。根據(jù)所選底盤情況，縱梁主要沿底盤長度方向布置，在前后支腿及回轉(zhuǎn)臺作用位置加設(shè)x形梁，其他位置布置若干橫梁，副車架具體尺寸要在底盤及底盤布局確定后

42、才能得到。2.2.2副車架的前端形狀為了避免由于副車架截面高度尺寸的突然變化而引起主車架縱梁的應(yīng)力集中，副車架的前端形狀應(yīng)采用逐步過渡的方式。例如采用如圖2-2所示的3種過渡方式。(a)u型 (b)角型 (c)l型圖2-2 副車架的前端形狀對于這3種不同形狀的副車架前端，在其與主車架縱梁相接觸的翼面上都加工有局部斜面，其斜面尺寸如表2-2所示，其中：h。= 1mm；l。=1520mm。表2-2 副車架前端的結(jié)構(gòu)尺寸序號類別ll0hh0aau型（1.01.2）h1520mm（0.60.7）h1mmb角型1520mm（0.20.3）h1mmh1520mm（0.250.35）h1mm50如果加工上述

43、形狀困難時(shí)，可以采用如圖2-3所示的副車架前端簡易形狀，此時(shí)斜面尺寸較大。圖2-3 副車架前端簡易形狀其中：h0=57mm；l0=200300mm。副車架的抗扭特性可以通過改變其截面形狀、結(jié)構(gòu)形式、連接方式、結(jié)構(gòu)尺寸等來解決。此登高平臺救援消防車的副車架是根據(jù)車輛上裝部分以及主車架來設(shè)計(jì)的，有時(shí)可在相應(yīng)的位置設(shè)置抗扭管狀梁或?qū)蔷€梁來提高副車架的抗扭剛度。副車架在底盤上布置時(shí)，其前端應(yīng)盡可能靠近駕駛室后圍。圖2-4為登高平臺救援消防車的支架、副車架相對于汽車底盤的安裝位置。在滿足軸荷分配的前提下， b為副車架的前端離主車架拱形橫梁的距離，一般在100mm之內(nèi)；c為固定副車架的前面第一個(gè)u形螺栓

44、距拱形橫梁的距離，一般控制在500800mm的范圍內(nèi)。圖2-4 副車架的安裝位置2.2.3材料的選用 專用汽車副車架的材料一般選用低碳鋼a3材料的型材(如槽鋼、i字鋼等。材料自身強(qiáng)度的不足也是引起車架各種缺陷的主要原因之一，選用a3材料，必須設(shè)置較多的腹板才能滿足其強(qiáng)度。如果工藝條件允許，副車架材料可采用疲勞強(qiáng)度高的16mn鋼板沖壓成型以提高其抗疲勞扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度及其他機(jī)械性能。本設(shè)計(jì)中采用16mn鋼板沖壓成型的槽鋼作為副車架的材料。2.2.4縱梁設(shè)計(jì)（1）縱梁長度主車架的縱梁是車架中的主要承載元件，它的長度大致上和整車總長相當(dāng)。副車架安裝在駕駛室后，其長度大致為整車非駕駛室長度。本消防車底盤為北方

45、奔馳nd1255b44，底盤總長為9500mm，非駕駛室長度為8000mm，因此縱梁長度設(shè)計(jì)為8000mm。（2）縱梁截面尺寸本設(shè)計(jì)中采用抗彎強(qiáng)度大的槽形截面梁，其上翼緣面都做成平直的，以適應(yīng)平底板的通用車箱，同時(shí)也便于安裝和布置其他各總成。為了充分利用材料，可將縱梁設(shè)計(jì)成等強(qiáng)度的簡支梁，其中部截面高度較大，兩端逐漸減小。重型貨車車架縱梁多數(shù)為焊接結(jié)構(gòu)或型材，通常采用閉口(箱形)或工字形截面。登高平臺救援消防車作為一種專用汽車，其副車架縱梁的截面形狀一般和主車架縱梁的截面形狀相同，多采用如圖2-5所示的槽形結(jié)構(gòu)，截面形狀尺寸取決于其承受載荷的大小。鋼板厚度根據(jù)質(zhì)量的不同，輕、中型沖壓縱梁的鋼板

46、厚度為57mm，重型沖壓縱梁的厚度取79mm。圖2-5 副車架的槽形截面由于當(dāng)縱梁變形時(shí)，上下翼緣分別受到壓縮和拉伸的作用而導(dǎo)致翼緣的破裂。因此，應(yīng)按薄板理論進(jìn)行校核，此時(shí)臨界彎曲應(yīng)力為式中 泊松比，一般取=0.3； e彈性模數(shù)，e=2.1105n/mm2。 由于縱梁采用的鋼板材料為16mn，其=340360n/mm2。由于所選底盤北方奔馳nd1255b44的額定總質(zhì)量為25000kg，查閱表2-1得本登高平臺救援消防車屬于重型貨車一級，重型沖壓縱梁的厚度取79mm，本設(shè)計(jì)中初取t=8mm。表2-3 載貨汽車依公路運(yùn)行時(shí)廠定最大總質(zhì)量（ga）分類微型貨車輕型貨車中型貨車重型貨車ga18噸18噸

47、ga6噸60噸ga14噸ga14噸在選定板料厚度為t的情況下，縱梁翼緣的最大寬度應(yīng)為取=350n/mm2，故有即 mm本設(shè)計(jì)中初取b=125mm。當(dāng)剪力超過允許值時(shí)，槽形裁面的腹板也會出現(xiàn)局部損壞現(xiàn)象，為此要求此處=110199。即 =650mm此設(shè)計(jì)中初取h=500mm。由以上諸式所確定的是軸距范圍內(nèi)的縱梁截面尺寸，為了減輕自重，使之接近等強(qiáng)度梁情況，縱梁前后兩端截面高度可以適當(dāng)減小，但為了避免應(yīng)力集中起見，截面尺寸不可急劇變化。2.2.5橫梁設(shè)計(jì)橫梁的主要作用在于連接左、右二縱梁而構(gòu)成一完整的框架，以保證車架具有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度，登高平臺救援消防車車架一般需裝56根u形截面材料的橫梁。（1）

48、橫梁尺寸 蘇聯(lián)李哈喬夫汽車廠于六十年代初在改進(jìn)吉爾150型汽車的基礎(chǔ)上生產(chǎn)的新型汽車，將前輪輪距由1700mm增大到1800mm，從而將前窄后寬的車架改為前后等寬（865mm）。北方奔馳nd1255b44的輪距前/后分別為1995 /1800 /1800（mm），本車車架寬度也采用865mm，即橫梁長度為865mm。橫梁界面尺寸初步選擇與縱梁相同的尺寸。（2）副車架尺寸由于副車架上水罐和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)位置受力較大，為提高這些區(qū)域的抗扭性，也可以使用以下三種方式進(jìn)行加固。 使用管形橫梁，用凸緣板與縱梁固定，如圖2-6所示。1-副車架 2-管型橫梁圖2-6管形橫梁加固方式 采用對角線支承方式，至少延伸至

49、后軸中或雙聯(lián)軸中心線，見圖2-7所示。該結(jié)構(gòu)不適宜采用斷開式平衡懸架的車輛。車架末端圖2-7對角線支承方式 增加一種中央扭力管并設(shè)計(jì)相應(yīng)結(jié)構(gòu)的副車架，見圖2-8所示。車架末端圖2-8中央扭力管方式本設(shè)計(jì)中選用第二種加固方式，在受力較大區(qū)域下方設(shè)置x型結(jié)構(gòu)以增大兩者負(fù)荷能力。具體尺寸如圖2-9所示。0.5 1.5 1.5 1 1.5 1.5 0.5圖2-9 副車架尺寸示意圖2.2.6連接及加固方式（1）縱梁與橫梁的連接副車架一般由兩條縱梁和若干橫梁組成，縱梁與橫梁的連接方式主要有三種，如圖2-10所示。1-縱梁 2-連接板 3-橫梁圖2-10縱梁與橫梁的連接方式a橫梁與縱梁上下翼板連接如圖2-1

50、1(a)所示，該連接方式有利于提高縱梁的抗扭剛度，其缺點(diǎn)是當(dāng)車架產(chǎn)生較大扭轉(zhuǎn)變形時(shí)，縱梁上下翼面應(yīng)力將大幅增加，易引起縱梁上下翼面的早期損壞。由于車架前后兩端扭轉(zhuǎn)變形較小，因此本車架前后兩端采用此連接方式，為了提高縱梁的扭轉(zhuǎn)剛度，采用縱向連接尺寸較大的連接板。b橫梁僅固定在腹板上如圖2-11(b)所示，該連接形式連接剛度較差，允許截面產(chǎn)生自由蹺曲，可以在車架下翼面變形較大區(qū)域采用，以避免縱梁上下翼面早期損壞。本車架中部變形較大，因此中部的兩個(gè)橫梁采用此連接方式。c橫梁同時(shí)與縱梁的腹板及上翼板或下翼板相連如圖2-11(c)所示，該連接方式兼有以上兩種方式連接的特點(diǎn)，但作用在縱梁上的力直接傳遞到橫

51、梁上，對橫梁的強(qiáng)度要求較高。由于平衡懸架的推力桿與平衡懸架支架上的兩根橫梁連接，這兩根橫梁與縱梁共同承受平衡懸架傳遞過來的垂直反力和縱向牽引力、制動力。本車架布置在平衡懸架支架上的兩根橫梁采用此方式連接?？紤]到現(xiàn)有加工行業(yè)對副車架縱梁和橫梁的連接很少采用鉚接方式，為了降低生產(chǎn)成本和適于批量生產(chǎn)，本車架縱梁和橫梁的連接方式采用高精度連接方式焊接。（2）主車架與副車架的連接副車架與車架之間不允許加任何中間層，副車架直接放在車架縱梁上，必須保證主、副車架的連接強(qiáng)度，從而保證車輛重心穩(wěn)定和橫向穩(wěn)定性。副車架在主車架上的固定可采用多種連接方式，有時(shí)幾種連接方式混合使用。連接方式大致分為剛性連接、柔性連接

52、和半柔性連接。止推連接板為剛性連接，支架、u形螺栓連接和彈性元件連接為柔性連接，筋連接為半柔性連接。柔性連接方式首推支架連接，其次是彈性元件連接，u 形螺栓連接作為柔性連接的輔助連接方式。常用的連接方式有以下3種：支架連接、止推連接板和u形螺栓連接。a支架連接連接支架由相互獨(dú)立的上、下托架組成，上、下托架均通過螺栓分別與副車架和主車架縱梁的腹板相固定，然后再用螺栓將上、下托架相連接，如圖2-12所示。由于上、下托架之間留有間隙，因此連接支架所能承受的水平載荷較小，所以連接支架應(yīng)和止推連接板配合使用。一般布置方式為：在后懸架前支座前用連接支架連接，在后懸架前支座后用止推連接板連接。圖2-12連接

53、支架b止推連接板止推連接板上端通過焊接與副車架固定，而下端則利用螺栓與主車架縱梁腹板相連接，如圖2-13所示。止推板的優(yōu)點(diǎn)在于可以承受較大的水平載荷，防止副車架與主車架縱梁產(chǎn)生相對水平位移。相鄰兩個(gè)止推連接板之間的距離在500-1000mm范圍內(nèi)。圖2-13止推連接板cu形螺栓連接當(dāng)選用其他連接裝置有困難時(shí)，可采用u形夾緊螺栓，但在車架受扭轉(zhuǎn)載荷最大的區(qū)域內(nèi)不允許采用u形螺栓。當(dāng)采用u形螺栓固定時(shí)，為防止主車架縱梁翼面變形，應(yīng)在其內(nèi)側(cè)襯以木塊，但在消聲器附近，必須使用型鋼作內(nèi)襯。如圖2-14所示，采用v型鋼內(nèi)襯墊板。圖2-14v型鋼內(nèi)襯墊板當(dāng)副車架上平面凸起受限時(shí)，可采用如圖2-15所示的u形

54、螺栓連接。在副車架兩側(cè)焊有u形板，通過u形螺栓將主、副車架緊固在一起。圖2-15u形夾緊螺栓對于主要以副車架來承載受力的車，如本設(shè)計(jì)中的登高平臺救援消防車，其副車架的固定方式為：副車架的最前端采用柔性連接支架連接為主，u 形螺栓連接為輔，其余部分全部采用剛性連接止推連接板。由于如果副車架的剛度偏強(qiáng)，則副車架所承受的力就偏大，如果副車架的強(qiáng)度偏弱，則副車架會出現(xiàn)問題，如果副車架的強(qiáng)度偏強(qiáng)，則主車架受力變大；最理想的狀態(tài)是：主、副車架受力、變形均衡，連接在一起后作為一個(gè)整體，具有剛?cè)岵?jì)的特性。（3）腹板的采用副車架縱梁多數(shù)采用槽型截面，在承受較大載荷部位，采用腹板將槽型盒封閉，以提高副梁的抗彎疲勞強(qiáng)度和抗扭疲勞強(qiáng)度。副梁的截面尺寸取決于專用汽車的種類及所受載荷的大??；腹板的厚度為副梁厚度的70%以上，長度可視所受載荷的大小及受載面長短而定。采用圖2-16所示的腹板形狀，可使腹板剛性圓滑過渡，減小應(yīng)力集中，提高副梁的抗彎及抗扭能力。圖2-16腹板形狀2.3支腿形式設(shè)計(jì)2.3.1支腿支撐方式選擇在進(jìn)行支腿調(diào)平系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要選擇合適的調(diào)平系統(tǒng)支腿支撐方式