開題報(bào)告-混合臂式高空作業(yè)車支腿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院車輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告黃玲麗學(xué)號：200403179001畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告目錄1研究背景2發(fā)展現(xiàn)狀及行業(yè)前景3方案的比較3.1舉升機(jī)構(gòu)3.2作業(yè)斗平衡機(jī)構(gòu)3.3支腿型式3.4回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4總體設(shè)計(jì)4.1、本次設(shè)計(jì)主要解決以下幾個(gè)問題：4.2、各主要機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案5設(shè)計(jì)步驟6時(shí)間安排1、研究背景中國高空作業(yè)機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)從20世紀(jì)70年代起步，至今有30多年的歷史。到目前為止，國內(nèi)高空機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)已由當(dāng)時(shí)的7、8家發(fā)展到100余家，其中與國外合資或合作生產(chǎn)的企業(yè)有4家。行業(yè)幾個(gè)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(kuò)大，都形成了各具特色的產(chǎn)品系列，企業(yè)的各項(xiàng)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)逐步上升,經(jīng)濟(jì)效益也逐年提高，基本能滿足國內(nèi)市場大中小型高空作業(yè)機(jī)械的需要，并有部分產(chǎn)品出口。但中國大部分高空作業(yè)機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)齡過長，老化現(xiàn)象嚴(yán)重，標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容陳舊，尤其是涉及到產(chǎn)安全、環(huán)保等性能要求上更是落后，嚴(yán)重制約了國內(nèi)產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展，致使國內(nèi)許多高空作業(yè)機(jī)械產(chǎn)品技術(shù)水平低、檔次低，不能適應(yīng)目前市場發(fā)展的需要，更談不上參與國際市場的競爭發(fā)展現(xiàn)狀及行業(yè)前景近幾年中國高空作業(yè)機(jī)械的發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)品種數(shù)量不斷增加。10年前，中國高空作業(yè)平臺產(chǎn)品主要是剪叉式、套筒油缸式等產(chǎn)品為主，產(chǎn)品的移位大都靠手推為主。隨著國民經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的發(fā)展，需求量逐年增加，各種規(guī)格的新產(chǎn)品近幾年增加較快。(2)產(chǎn)品性能有較大提高。中國的高空作業(yè)機(jī)械產(chǎn)品通過學(xué)習(xí)、引進(jìn)和消化國外先進(jìn)技術(shù)開發(fā)了許多新產(chǎn)品，其產(chǎn)品的技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量都不斷提高，達(dá)到和接近國際同類產(chǎn)品的水平，在國內(nèi)市場中競爭力強(qiáng)，市場銷路好，產(chǎn)量也增加較快。如北京京城重工集團(tuán)開發(fā)了剪叉自行式平臺、箱型截面鋁合金桅柱平臺，其中箱型截面鋁合金桅柱平臺單桅柱最大作業(yè)高度達(dá)到了16.5m;開發(fā)了22m、25m和30m的蜘蛛式高空作業(yè)平臺。（3)市場份額進(jìn)一步擴(kuò)大。一些企業(yè)利用自身的優(yōu)勢，在原有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上根據(jù)國內(nèi)底盤品種的增加和一些基礎(chǔ)零部件的更新，不斷加大新產(chǎn)品的開發(fā)力度，走企業(yè)橫向聯(lián)合多種經(jīng)營的綜合開發(fā)道路，不但使企業(yè)自身的生產(chǎn)和銷售步入了良性循環(huán)軌道，還帶動(dòng)了附屬企業(yè)和國內(nèi)相關(guān)企業(yè)產(chǎn)品的銷售發(fā)展。如杭州園林機(jī)械廠自1995年底正式和日本愛知公司合資以來，一方面加大國產(chǎn)產(chǎn)品的更新改造，另一方面利用日本先進(jìn)技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)不斷開發(fā)適合國內(nèi)用戶需要的產(chǎn)品，企業(yè)在短短幾年內(nèi)就有10多個(gè)新產(chǎn)品問世并在中小高度作業(yè)車上占有較大的市場份額，并有部分產(chǎn)品出口。(4)優(yōu)勢互補(bǔ)，推動(dòng)了行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。國內(nèi)汽車起重機(jī)行業(yè)的一些大中型企業(yè)，利用自己的技術(shù)優(yōu)勢和設(shè)備優(yōu)勢近年來紛紛開發(fā)了許多本行業(yè)產(chǎn)品。如錦州重型機(jī)械廠1996年開發(fā)完成了國內(nèi)最大高度50m的高空消防救援車，徐州重型也開發(fā)了53m和68m的高空作業(yè)救援車。北京京城重工集團(tuán)開發(fā)了鋁合金桅柱系列高空作業(yè)平臺、自行式剪叉平臺及蜘蛛式折臂平臺等，高空作業(yè)機(jī)械是一個(gè)非常大的產(chǎn)業(yè)，也是一個(gè)非常大的行業(yè)，其總的趨勢是:(1)致力于擴(kuò)大作業(yè)范圍，滿足不同作業(yè)的需要。(2)安全與環(huán)保意識不斷提高。(3)零部件制造進(jìn)一步向?qū)；?xì)化、個(gè)性化發(fā)展。(4)產(chǎn)品進(jìn)一步智能化。3、方案確定方案比較3.1舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：工作穩(wěn)定、可靠。要求最大作業(yè)高度達(dá)到20米，最大作業(yè)半徑7.8米，工作斗載荷220kg。舉升機(jī)構(gòu)型式比較：（1）伸縮臂式：由多節(jié)套式臂架構(gòu)成，依靠油缸或油缸與鋼絲繩等完成臂架的伸縮。優(yōu)點(diǎn)：能獲得較大的工作幅度及高度，一般用于中小型車。缺點(diǎn)：只能用于地面以上的高空作業(yè)，且伸縮是直線式，跨越障礙能力有限。（2）折疊臂式：由多節(jié)臂架相互折疊而成，可分為上、下折臂。優(yōu)點(diǎn)：各臂除鉸接點(diǎn)外，不需要有配合，制造精度要求不高，且能獲得較大的工作高度及一定幅度。采用多節(jié)折臂可完成車下更大范圍的作業(yè)，如鉸橋下高空作業(yè)車等工作，跨越障礙的能力強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于高空作業(yè)車上。（3）交叉剪式（垂直升降式）：優(yōu)點(diǎn)：能完成有限高度的作業(yè)，工作平穩(wěn)。廣泛應(yīng)用于造船、飛機(jī)制造、室內(nèi)清潔等場合。缺點(diǎn)：越障能力差，工作范圍小，但作業(yè)平臺較大。（4）云梯式舉升機(jī)構(gòu)：由多節(jié)桁架式梯子套合在一起，利用液壓缸和鋼索控制云梯的升降，通過變幅液壓缸控制云梯的變幅。優(yōu)點(diǎn)：這種舉升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量小，功能全，適應(yīng)性強(qiáng)，工作可靠，能迅速達(dá)到作業(yè)場點(diǎn)，被廣泛地用于消防車上，即云梯消防車。（5）混合式：伸縮臂式與折疊臂式的組合而成，能獲得更大的工作范圍，適合于野外高空架線的作業(yè)，制造精度高，費(fèi)用高，安全性要求高。圖1高空作業(yè)車的基本型式簡圖（a）伸縮臂式高空作業(yè)車；（b）折疊臂式高空作業(yè)車；（c）（d）垂直升降式高空作業(yè)車；（e）混合式高空作業(yè)車作業(yè)斗平衡機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：保證高空作業(yè)車作業(yè)斗的底平面在動(dòng)臂的任一位置，始終處于水平狀態(tài)，使工作者能正常作業(yè)，且有安全感。平衡機(jī)構(gòu)型式比較：（1）自重平衡式靠自重保持水平，雖結(jié)構(gòu)簡單，但工作者有不安全感，一般不采用。（2）雙油缸等體積式有較可靠的同步平衡能力，結(jié)構(gòu)相對簡單，但由于液壓傳動(dòng)總有泄漏，故需要定期檢查其密封性能和進(jìn)行調(diào)整。其顯著的缺點(diǎn)是當(dāng)兩只平衡油缸之間的液壓管路阻力過大時(shí)反應(yīng)不靈敏，作業(yè)斗會出現(xiàn)快慢不協(xié)調(diào)現(xiàn)象。（3）電液自動(dòng)調(diào)平式是通過重力元件取得電信號，由電磁閥控制液壓油缸，形成單獨(dú)的調(diào)平系統(tǒng)，使作業(yè)斗自動(dòng)平衡，型式電液技術(shù)要求高，設(shè)備復(fù)雜，精度要求高，費(fèi)用昂貴，具有好的發(fā)展前途。（4）四連桿平衡式是通過四連桿機(jī)構(gòu)形成，為獲得較大的角度的平衡，又不使拉桿受力更大，采用四連桿加鏈?zhǔn)綑C(jī)構(gòu)完成，此種機(jī)構(gòu)平衡精確，制造簡單，且安全可靠，使用較為廣泛。3.3、支腿設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：在作業(yè)平臺額定載荷工作在最大幅度時(shí)，保證其穩(wěn)定性，即在最不利的載荷組合條件下，各項(xiàng)穩(wěn)定力矩的和要大于傾覆力矩之和。支腿結(jié)構(gòu)型式比較：（1）H式支腿：一般都設(shè)有垂直支撐液壓缸和水平伸縮液壓缸,垂直支腿和伸縮支腿固結(jié)在一起,垂直支腿液壓缸的下部設(shè)有一個(gè)支承腳,多采用萬向球鉸連接。結(jié)構(gòu)簡圖如下圖2H型支腿1、垂直支撐油缸；2、水平支撐油缸優(yōu)點(diǎn)：此類支腿對地面適應(yīng)性好,易于調(diào)節(jié),在反力變化過程中支腿基本無爬行現(xiàn)象。廣泛應(yīng)用在中、大型高空作業(yè)車上，是一種較理想的應(yīng)用最廣泛的支腿型式。缺點(diǎn)：支腿高度高，影響作業(yè)空間。(2)X式支腿:垂直支撐液壓缸作用在固定腿的外側(cè),當(dāng)伸縮腿伸出后,垂直支撐液壓缸實(shí)際作用在整個(gè)支腿的中部,將支撐腳壓向地面,完成支承作業(yè)。優(yōu)點(diǎn)：這種支腿可以大幅度縮短行程，也可方便地將車體調(diào)平。缺點(diǎn)：在支起車體時(shí)，支承腳會產(chǎn)生水平位移,對伸縮液壓缸有推入的趨勢,垂直液壓缸的油壓較高。結(jié)構(gòu)簡圖如下：圖3X型支腿a)整車支起裝置；b)單支腿支起結(jié)構(gòu)圖1、垂直支撐液壓缸；2、車架；3、固定腿；4、伸縮液壓缸；5、伸縮腿；6、支撐腳(3)蛙式支腿：活動(dòng)支腿在液壓缸的作用下,以固定支腿下部的銷軸為圓心,支承或收起支承腳,液壓缸尾部的鉸支承與固定支腿上部的銷軸鉸接,液壓缸活塞桿頭部的連接銷在活動(dòng)支腿的滑槽中滑動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：蛙式支腿結(jié)構(gòu)簡單,質(zhì)量小,液壓缸數(shù)量少。缺點(diǎn)：活動(dòng)支腿的尺寸有限，支承腳時(shí)水平位移量較大，調(diào)節(jié)性能差，且在反力變化過程中支腿基本有爬行現(xiàn)象，一般用于中、小型作業(yè)車。結(jié)構(gòu)簡圖如下：圖4蛙式支腿1、車架；2(6、8、9)、銷軸；3、固定支腿；4、活動(dòng)支腿；5、支撐腳；6、液壓缸根據(jù)上述的分析設(shè)計(jì)中將選擇H式支腿。3.4、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：能進(jìn)行正反兩個(gè)方向的360度回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)速度不大于2r/min，且回轉(zhuǎn)過程中的啟動(dòng)、回轉(zhuǎn)、制動(dòng)要平穩(wěn)、準(zhǔn)確、無抖動(dòng)、晃動(dòng)現(xiàn)象，微動(dòng)性能良好。3.4.1常見的回轉(zhuǎn)支撐有立柱式、轉(zhuǎn)盤式。轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)支撐裝置一般也分為兩種：支撐滾輪式和滾動(dòng)軸承式。滾動(dòng)軸承式：其支撐裝置是當(dāng)前工程機(jī)械普遍采用的一種回轉(zhuǎn)支撐裝置。它的回轉(zhuǎn)摩擦阻力距小，承載能力大，高度低?；剞D(zhuǎn)支撐裝置高度低，可以降低整車的重心，從而增大機(jī)械的穩(wěn)定性能。滾動(dòng)軸承式支撐裝置按滾動(dòng)體形狀和排列方式可分為：四點(diǎn)接觸滾球式、交叉滾柱式雙排滾球式、雙排滾柱式、以及多牌滾柱和滾球式等回轉(zhuǎn)支撐裝置形式。單排式滾珠轉(zhuǎn)盤具有質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但承載能力小。單排滾柱式轉(zhuǎn)盤的滾道為錐面，易加工和保證精度，滾柱與滾道的接觸面積大，大大提高了轉(zhuǎn)盤的承載能力，延長了使用壽命。這不僅能承受軸向和橫向載荷，還能承受較大的力矩，但對轉(zhuǎn)盤的安裝剛度和精度要求較高。雙排式滾柱轉(zhuǎn)盤由上、下兩排滾珠，內(nèi)、外座圈，隔離塊和潤滑密封裝置組，與同樣直徑的單排滾珠裝盤相比，承載能力大為提高，而且裝配、維修方便。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大。本次設(shè)計(jì)選用四點(diǎn)接觸滾球式內(nèi)嚙合回轉(zhuǎn)支承機(jī)構(gòu)。3.4.2方案一：低速大扭矩液壓馬達(dá)低速大扭矩液壓馬達(dá)可直接在馬達(dá)軸上安裝小齒輪，至多加設(shè)一級減速裝置即可。但低速大扭矩液壓馬達(dá)本身重量、尺寸斗較大。方案二：高速馬達(dá)配減速器近年來，各種形式的諧波傳動(dòng)，少齒差行星齒輪減速器發(fā)展很快，性能優(yōu)越，在回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中整越來越多的被采用。渦輪傳動(dòng)比圓柱齒輪更傳動(dòng)緊湊，維修也比較簡單，但效率低。綜合考慮本次設(shè)計(jì)選用方案一。3.4.3方案一：將回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)布置在回轉(zhuǎn)平臺上，并隨回轉(zhuǎn)平臺一起繞回轉(zhuǎn)支承裝置的大齒圈回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)小齒輪既做自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)有做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。該方案的優(yōu)點(diǎn)是：回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的維修比較方便。缺點(diǎn)：有時(shí)使得回轉(zhuǎn)平臺比較擁擠。方案二：將回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)固定在底盤上，回轉(zhuǎn)小齒輪帶動(dòng)大齒圈回轉(zhuǎn)，而大齒圈的滾圈與回轉(zhuǎn)平臺連在一起。該方案的優(yōu)點(diǎn)是：平臺顯得比較利索。但很明顯的缺點(diǎn)是：對回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)維修不便。綜合考慮本次設(shè)計(jì)選用方案一。4、總體設(shè)計(jì)4.1、本次設(shè)計(jì)主要解決以下幾個(gè)問題：（1）設(shè)計(jì)舉升機(jī)構(gòu)，使高空作業(yè)車達(dá)到最大作業(yè)高度20m和最大作業(yè)半徑7.8m的要求。（2）設(shè)計(jì)支腿型式，保證工作的穩(wěn)定性。（3）設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)?？傮w設(shè)計(jì)示意圖：圖54.2、各主要機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案（1）舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為滿足作業(yè)高度和其它相關(guān)的要求，舉升機(jī)構(gòu)采用混合式，即在折疊臂的前提下，在下臂安裝一截伸縮臂，以提高作業(yè)高度。此舉升機(jī)構(gòu)具有折臂式和伸縮式兩者的優(yōu)勢，它即擴(kuò)大了作業(yè)的高度和幅度，并具有較強(qiáng)的越障能力。作業(yè)時(shí)利用上、下兩個(gè)工作臂伸距的組合，使這種型式的舉升機(jī)構(gòu)具有更大的作業(yè)空間。初步設(shè)計(jì)為上臂最大升角為70°，下臂最大升角70°，由上臂伸縮，伸縮距離最大為3米。經(jīng)過初步計(jì)算，該方案完全能滿足設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)要求：保證高空作業(yè)車作業(yè)斗的底平面在動(dòng)臂的任一位置，始終處于水平狀態(tài)，使工作者能正常作業(yè)，且有安全感。由于本設(shè)計(jì)中舉升機(jī)構(gòu)的特殊性（上下折臂并在下臂中帶有伸縮臂的混合臂式）。故平衡四邊形機(jī)構(gòu)，不能適用。因?yàn)樵谄叫兴倪呅螜C(jī)構(gòu)中無法補(bǔ)償伸縮臂的那段鋼絲繩，故無法做到作業(yè)斗水平。同樣，雙油缸等體積式調(diào)平機(jī)構(gòu)也不能適用，因?yàn)殡p油缸等體積式調(diào)平機(jī)構(gòu)只適用與單臂式的。而由于自重式調(diào)平機(jī)構(gòu)使工作者有不安全感，一般不采用。所以只能采用電液自動(dòng)調(diào)平式是通過重力元件取得電信號，由電磁閥控制液壓油缸，形成單獨(dú)的調(diào)平系統(tǒng)，使作業(yè)斗自動(dòng)平衡。其工作原理如下：它是通過重錘發(fā)出電信號，再由比例閥將電信號轉(zhuǎn)換成液能操控油缸、液壓馬達(dá)動(dòng)作，帶動(dòng)工作斗隨動(dòng)與地面始終保持水平。圖3點(diǎn)—-液伺服調(diào)平系統(tǒng)原理框圖（2）支腿型式設(shè)計(jì)由于H式支腿對地面的適應(yīng)姓好，易于調(diào)平，在反力變化過程中支腿基本無爬行現(xiàn)象是一種較理想的應(yīng)用最廣泛的支腿形式，且能滿足設(shè)計(jì)要求。故采用H型單獨(dú)可調(diào)式支腿。采用前后設(shè)置，并向兩側(cè)伸出，形成矩形。如圖：圖6H型支腿1、垂直支撐液壓缸；2、水平伸縮液壓缸；3、伸縮支腿；4、支撐腳；5、固定套梁（3）回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)選用低速大扭矩液壓馬達(dá)，采用了四點(diǎn)接觸滾球式內(nèi)嚙合回轉(zhuǎn)支承機(jī)構(gòu)，