武漢科技大學機械學院車輛工程畢業設計開題報告黃玲麗學號：200403179001畢業設計開題報告目錄1研究背景2發展現狀及行業前景3方案的比較3.1舉升機構3.2作業斗平衡機構3.3支腿型式3.4回轉機構4總體設計4.1、本次設計主要解決以下幾個問題：4.2、各主要機構的設計方案5設計步驟6時間安排1、研究背景中國高空作業機械生產企業從20世紀70年代起步，至今有30多年的歷史。到目前為止，國內高空機械生產企業已由當時的7、8家發展到100余家，其中與國外合資或合作生產的企業有4家。行業幾個骨干企業通過近幾年的技術改造，其生產規模不斷擴大，都形成了各具特色的產品系列，企業的各項主要經濟指標逐步上升,經濟效益也逐年提高，基本能滿足國內市場大中小型高空作業機械的需要，并有部分產品出口。但中國大部分高空作業機械標準標齡過長，老化現象嚴重，標準內容陳舊，尤其是涉及到產安全、環保等性能要求上更是落后，嚴重制約了國內產品技術的發展，致使國內許多高空作業機械產品技術水平低、檔次低，不能適應目前市場發展的需要，更談不上參與國際市場的競爭發展現狀及行業前景近幾年中國高空作業機械的發展主要表現在以下幾個方面:(1)品種數量不斷增加。10年前，中國高空作業平臺產品主要是剪叉式、套筒油缸式等產品為主，產品的移位大都靠手推為主。隨著國民經濟和城市建設的發展，需求量逐年增加，各種規格的新產品近幾年增加較快。(2)產品性能有較大提高。中國的高空作業機械產品通過學習、引進和消化國外先進技術開發了許多新產品，其產品的技術水平和產品質量都不斷提高，達到和接近國際同類產品的水平，在國內市場中競爭力強，市場銷路好，產量也增加較快。如北京京城重工集團開發了剪叉自行式平臺、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高度達到了16.5m;開發了22m、25m和30m的蜘蛛式高空作業平臺。（3)市場份額進一步擴大。一些企業利用自身的優勢，在原有產品的基礎上根據國內底盤品種的增加和一些基礎零部件的更新，不斷加大新產品的開發力度，走企業橫向聯合多種經營的綜合開發道路，不但使企業自身的生產和銷售步入了良性循環軌道，還帶動了附屬企業和國內相關企業產品的銷售發展。如杭州園林機械廠自1995年底正式和日本愛知公司合資以來，一方面加大國產產品的更新改造，另一方面利用日本先進技術和管理經驗不斷開發適合國內用戶需要的產品，企業在短短幾年內就有10多個新產品問世并在中小高度作業車上占有較大的市場份額，并有部分產品出口。(4)優勢互補，推動了行業的技術進步。國內汽車起重機行業的一些大中型企業，利用自己的技術優勢和設備優勢近年來紛紛開發了許多本行業產品。如錦州重型機械廠1996年開發完成了國內最大高度50m的高空消防救援車，徐州重型也開發了53m和68m的高空作業救援車。北京京城重工集團開發了鋁合金桅柱系列高空作業平臺、自行式剪叉平臺及蜘蛛式折臂平臺等，高空作業機械是一個非常大的產業，也是一個非常大的行業，其總的趨勢是:(1)致力于擴大作業范圍，滿足不同作業的需要。(2)安全與環保意識不斷提高。(3)零部件制造進一步向專化精細化、個性化發展。(4)產品進一步智能化。3、方案確定方案比較3.1舉升機構設計要求：工作穩定、可靠。要求最大作業高度達到20米，最大作業半徑7.8米，工作斗載荷220kg。舉升機構型式比較：（1）伸縮臂式：由多節套式臂架構成，依靠油缸或油缸與鋼絲繩等完成臂架的伸縮。優點：能獲得較大的工作幅度及高度，一般用于中小型車。缺點：只能用于地面以上的高空作業，且伸縮是直線式，跨越障礙能力有限。（2）折疊臂式：由多節臂架相互折疊而成，可分為上、下折臂。優點：各臂除鉸接點外，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。采用多節折臂可完成車下更大范圍的作業，如鉸橋下高空作業車等工作，跨越障礙的能力強，廣泛應用于高空作業車上。（3）交叉剪式（垂直升降式）：優點：能完成有限高度的作業，工作平穩。廣泛應用于造船、飛機制造、室內清潔等場合。缺點：越障能力差，工作范圍小，但作業平臺較大。（4）云梯式舉升機構：由多節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。優點：這種舉升機構結構簡單，質量小，功能全，適應性強，工作可靠，能迅速達到作業場點，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，制造精度高，費用高，安全性要求高。圖1高空作業車的基本型式簡圖（a）伸縮臂式高空作業車；（b）折疊臂式高空作業車；（c）（d）垂直升降式高空作業車；（e）混合式高空作業車作業斗平衡機構設計要求：保證高空作業車作業斗的底平面在動臂的任一位置，始終處于水平狀態，使工作者能正常作業，且有安全感。平衡機構型式比較：（1）自重平衡式靠自重保持水平，雖結構簡單，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，結構相對簡單，但由于液壓傳動總有泄漏，故需要定期檢查其密封性能和進行調整。其顯著的缺點是當兩只平衡油缸之間的液壓管路阻力過大時反應不靈敏，作業斗會出現快慢不協調現象。（3）電液自動調平式是通過重力元件取得電信號，由電磁閥控制液壓油缸，形成單獨的調平系統，使作業斗自動平衡，型式電液技術要求高，設備復雜，精度要求高，費用昂貴，具有好的發展前途。（4）四連桿平衡式是通過四連桿機構形成，為獲得較大的角度的平衡，又不使拉桿受力更大，采用四連桿加鏈式機構完成，此種機構平衡精確，制造簡單，且安全可靠，使用較為廣泛。3.3、支腿設計設計要求：在作業平臺額定載荷工作在最大幅度時，保證其穩定性，即在最不利的載荷組合條件下，各項穩定力矩的和要大于傾覆力矩之和。支腿結構型式比較：（1）H式支腿：一般都設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在一起,垂直支腿液壓缸的下部設有一個支承腳,多采用萬向球鉸連接。結構簡圖如下圖2H型支腿1、垂直支撐油缸；2、水平支撐油缸優點：此類支腿對地面適應性好,易于調節,在反力變化過程中支腿基本無爬行現象。廣泛應用在中、大型高空作業車上，是一種較理想的應用最廣泛的支腿型式。缺點：支腿高度高，影響作業空間。(2)X式支腿:垂直支撐液壓缸作用在固定腿的外側,當伸縮腿伸出后,垂直支撐液壓缸實際作用在整個支腿的中部,將支撐腳壓向地面,完成支承作業。優點：這種支腿可以大幅度縮短行程，也可方便地將車體調平。缺點：在支起車體時，支承腳會產生水平位移,對伸縮液壓缸有推入的趨勢,垂直液壓缸的油壓較高。結構簡圖如下：圖3X型支腿a)整車支起裝置；b)單支腿支起結構圖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支腿的滑槽中滑動。優點：蛙式支腿結構簡單,質量小,液壓缸數量少。缺點：活動支腿的尺寸有限，支承腳時水平位移量較大，調節性能差，且在反力變化過程中支腿基本有爬行現象，一般用于中、小型作業車。結構簡圖如下：圖4蛙式支腿1、車架；2(6、8、9)、銷軸；3、固定支腿；4、活動支腿；5、支撐腳；6、液壓缸根據上述的分析設計中將選擇H式支腿。3.4、回轉機構設計要求：能進行正反兩個方向的360度回轉，回轉速度不大于2r/min，且回轉過程中的啟動、回轉、制動要平穩、準確、無抖動、晃動現象，微動性能良好。3.4.1常見的回轉支撐有立柱式、轉盤式。轉盤式回轉支撐裝置一般也分為兩種：支撐滾輪式和滾動軸承式。滾動軸承式：其支撐裝置是當前工程機械普遍采用的一種回轉支撐裝置。它的回轉摩擦阻力距小，承載能力大，高度低。回轉支撐裝置高度低，可以降低整車的重心，從而增大機械的穩定性能。滾動軸承式支撐裝置按滾動體形狀和排列方式可分為：四點接觸滾球式、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支撐裝置形式。單排式滾珠轉盤具有質量小、結構緊湊、成本低等優點，但承載能力小。單排滾柱式轉盤的滾道為錐面，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，但對轉盤的安裝剛度和精度要求較高。雙排式滾柱轉盤由上、下兩排滾珠，內、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。但其結構復雜、質量大。本次設計選用四點接觸滾球式內嚙合回轉支承機構。3.4.2方案一：低速大扭矩液壓馬達低速大扭矩液壓馬達可直接在馬達軸上安裝小齒輪，至多加設一級減速裝置即可。但低速大扭矩液壓馬達本身重量、尺寸斗較大。方案二：高速馬達配減速器近年來，各種形式的諧波傳動，少齒差行星齒輪減速器發展很快，性能優越，在回轉機構中整越來越多的被采用。渦輪傳動比圓柱齒輪更傳動緊湊，維修也比較簡單，但效率低。綜合考慮本次設計選用方案一。3.4.3方案一：將回轉機構布置在回轉平臺上，并隨回轉平臺一起繞回轉支承裝置的大齒圈回轉，回轉小齒輪既做自轉運動有做公轉運動。該方案的優點是：回轉機構的維修比較方便。缺點：有時使得回轉平臺比較擁擠。方案二：將回轉機構固定在底盤上，回轉小齒輪帶動大齒圈回轉，而大齒圈的滾圈與回轉平臺連在一起。該方案的優點是：平臺顯得比較利索。但很明顯的缺點是：對回轉機構維修不便。綜合考慮本次設計選用方案一。4、總體設計4.1、本次設計主要解決以下幾個問題：（1）設計舉升機構，使高空作業車達到最大作業高度20m和最大作業半徑7.8m的要求。（2）設計支腿型式，保證工作的穩定性。（3）設計回轉機構。總體設計示意圖：圖54.2、各主要機構的設計方案（1）舉升機構設計為滿足作業高度和其它相關的要求，舉升機構采用混合式，即在折疊臂的前提下，在下臂安裝一截伸縮臂，以提高作業高度。此舉升機構具有折臂式和伸縮式兩者的優勢，它即擴大了作業的高度和幅度，并具有較強的越障能力。作業時利用上、下兩個工作臂伸距的組合，使這種型式的舉升機構具有更大的作業空間。初步設計為上臂最大升角為70°，下臂最大升角70°，由上臂伸縮，伸縮距離最大為3米。經過初步計算，該方案完全能滿足設計要求。設計要求：保證高空作業車作業斗的底平面在動臂的任一位置，始終處于水平狀態，使工作者能正常作業，且有安全感。由于本設計中舉升機構的特殊性（上下折臂并在下臂中帶有伸縮臂的混合臂式）。故平衡四邊形機構，不能適用。因為在平行四邊形機構中無法補償伸縮臂的那段鋼絲繩，故無法做到作業斗水平。同樣，雙油缸等體積式調平機構也不能適用，因為雙油缸等體積式調平機構只適用與單臂式的。而由于自重式調平機構使工作者有不安全感，一般不采用。所以只能采用電液自動調平式是通過重力元件取得電信號，由電磁閥控制液壓油缸，形成單獨的調平系統，使作業斗自動平衡。其工作原理如下：它是通過重錘發出電信號，再由比例閥將電信號轉換成液能操控油缸、液壓馬達動作，帶動工作斗隨動與地面始終保持水平。圖3點—-液伺服調平系統原理框圖（2）支腿型式設計由于H式支腿對地面的適應姓好，易于調平，在反力變化過程中支腿基本無爬行現象是一種較理想的應用最廣泛的支腿形式，且能滿足設計要求。故采用H型單獨可調式支腿。采用前后設置，并向兩側伸出，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）回轉機構設計本次設計選用低速大扭矩液壓馬達，采用了四點接觸滾球式內嚙合回轉支承機構，