高空作业车改装设计(毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 下载 文档送全套 CAD 图纸 扣扣 1304139763 本科学生毕业设计 高空作业车改装设计 系部名称 ： 汽车与交通工程学院 专业班级 ： 车辆工程 07-2 班 学生姓名 ： 杨凤明 指导教师 ： 杨兆 职 称 ： 讲师 黑 龙 江 工 程 学 院 二一一年六月 下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 下载 文档送全套 CAD 图纸 扣扣 1304139763 The Graduation Design for Bachelors Degree Design of Modified Overhead Working Truck Candidate： Yang Fengming Specialty： Vehicle Engineering Class： 07-2 Supervisor： Lecturer. Yang Zhao Heilongjiang Institute of Technology 2011-06 Harbin 黑龙江工程学院本科生毕业设计 I 摘 要 高空作业车是目前最常见的专用汽车之一。 由于高空作业车近几年的快速发展，高空作业行业出现了部分车型产量过 剩苗头的同时，也存在着部分车型供不应求、生产能力不足的现象，因此，结构性过剩是当前汽车工业产能过剩的基本特点，也是当前汽车工业发展存在的主要问题。高空作业车是汽车工业的一部分，它的发展中也会出现同样的问题，因此研究高空作业车的改装技术，不仅可以推动高空作业车行业的发展，而且对于推动专用汽车行业的发展，调整企业产品开发战略无疑具有重要意义。在这次的设计工作中 ,我主要设计了一种折叠臂的高空作业车 ,主要以上、下臂，转台，液压部分为研究对象。 本设计主要设计的是作业高度为 10 米的高空作业车，在满足作业高度的前提下，对高空作业臂，转台，液压部分进行设计：首先根据使用要求选择作业臂材料的类型；其次根据最大作业高度确定上、下臂的长度；再经过受力分析利用强度来确定臂的截面尺寸及油缸的铰接位置；再进行强度、刚度、稳定性的校核，查看作业臂的尺寸是否符合要求；转台和液压部分同样原理也要进行计算与校核。 关键词： 高空作业车；高空作业臂；转台；液压系统；改装设计 黑龙江工程学院本科生毕业设计 II ABSTRACT Operating vehicle height is the most common one of the special vehicle. In recent years ,because the aerial work vehicle the rapid development, aerial work industry appeared part models yield, but also excess symptom exist in demand, production capacity part models, therefore, the phenomenon of insufficient structural surplus is the auto industry excess capacity, but also the present the basic characteristics are the main developing automobile industry. Aloft work vehicle is part of the auto industry, and its development will also be the same problem, so the aloft work vehicle modified technique, not only can promote the development of the car industry aerial work, and to promote the development of specialized automobile industry, adjust enterprise product development strategy of great significance. In this design work, I design a folding arm of the high-altitude vehicles. Main above, upper and lower arm, turntable, hydraulic parts as the research object. This design main is the height of 10 meters aloft work vehicle, to meet the high operating on the premise that for aloft work arm,turntable,hydraulic parts design: First choice under the requirements of the use of operating arm of the types of materials； Second, based on the height of the largest operations to determine the upper and lower arm length； After Analysis to determine the intensity of use of the arm section size and fuel tanks articulated position； further strength, stiffness, Stability of Verification, check the operating arm size whether it meets the requirements； Turntable and hydraulic parts also principles want to calculate and checking. Key words: Aloft work vehicle； Aloft work arm； Turntable； Hydraulic system；Modification design 黑龙江工程学院本科生毕业设计 目 录 摘 要 . I Abstract . II 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 概述 . 4 1.2 高空作业车的发展现 状 . 5 1.2.1 专用车的现状 . 5 1.2.2 我国高空作业车的现状和发展 . 5 1.3 高空作业车的组成 . 5 1.3.1 工作装置 . 8 1.3.2 金属结构 . 8 1.3.3 控制系统 . 8 1.3.4 动力传动装置 . 8 1.4 本课题所研究的任务 . 8 1.5 本课题研究的意义 . 9 第 2 章 确定设计方案 .11 2.1 总体设计要求 .11 2.2 动作要求 .11 2.3 技术性能要求 .11 2.4 总体设计方案 .11 2.5 确定执行元件的形式 . 12 2.6 整体设计结构图 . 12 2.7 本章小结 . 12 第 3 章 底盘的选择 . 13 3.1 高空作业车底盘的类型 . 13 3.2 底盘的选择 . 13 3.3 本章小结 . 14 黑龙江工程学院本科生毕业设计 第 4 章 高空作业车臂的设计 . 15 4.1 材料的选择 . 15 4.2 计算上、下臂的长度 . 15 4.3 确定液压缸铰点的位置 . 16 4.3.1 确定上臂液压缸铰点的位置 . 16 4.3.2 确定下臂液压缸铰点 的位置 . 16 4.4 上臂截面尺寸的确定 . 16 4.4.1 对上臂进行受力分析 . 17 4.4.2 计算上臂截面尺寸 . 18 4.4.3 对上臂进行强度校核 . 19 4.5 下臂截面尺寸的确定 . 20 4.5.1 对下臂进行受力分析 . 20 4.5.2 计算下臂的截面尺寸 . 22 4.5.3 对下臂进行强度校核 . 23 4.6 本章小结 . 24 第 5 章 高空作业车转台结构的设计 . 25 5.1 高空作业车转台总体结构设计 . 25 5.2 转台的受力分析 . 30 5.2.1 转台的自重 . 30 5.2.2 转台受到的其余的力 . 32 5.3 回转支承装置的计算 . 32 5.3.1 回转支承的计算载荷 . 32 5.3.2 转盘式回转支承装置的计算 . 33 5.3.3 按承载能力确定圆柱滚子数目 . 33 5.4 传动齿轮的计算 . 34 5.4.1 选择齿轮材料 . 34 5.4.2 选择齿轮齿数和齿宽系数 . 34 5.4.3 确定轮齿的许用应力 . 35 5.4.4 齿面接触强度设计 . 35 5.4.5 确定模数和齿宽 . 35 5.4.6 验算齿根的弯曲强度 . 36 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5.4.7 传动齿轮的几何尺寸 . 36 5.5 本章小结 . 36 第 6 章 液压系统的设计 . 37 6.1 液压缸的设计计算 . 37 6.1.1 液压缸的最大载荷 . 37 6.1.2 确定系统工作压力 . 40 6.1.3 液压缸内径计算 . 40 6.1.4 液压缸缸筒壁厚和外径计算 . 40 6.1.5 液压缸最大密封压强得计算和壁厚的校核 . 41 6.1.6 液压缸活塞杆直径 . 43 6.1.7 液压缸活塞缸强度校核 . 43 6.1.8 液压缸活塞杆稳定性校核 . 44 6.1.9 液压缸的选择 . 45 6.2 液压马达的选取 . 45 6.3 液压泵的选择 . 45 6.4 其他辅助元件的选择 . 46 6.4.1 油箱 . 46 6.4.2 联轴器 . 46 6.4.3 各种液压阀 . 46 6.5 本章小 结 . 47 第 7 章 其余部分设计与选择 . 47 7.1 副车架的选择与计算 . 48 7.1.1 副车架外形设计 . 48 7.1.2 副车架选材 . 48 7.1.3 副车架的校核 . 48 7.2 销和螺栓的校核与计算 . 51 7.3 钢丝绳的选择与计算 . 52 7.3.1 钢丝绳的计算与校核 . 52 7.3.2 钢丝绳接头的压制方法 . 54 7.4 本章小结 . 54 结 论 . 55 黑龙江工程学院本科生毕业设计 参考文献 . 56 致 谢 . 57 附 录 . 58 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 买文档送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 第 1 章 绪 论 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 1.1 概述 高空作业车是用来运送工作人员和工作装备到指定高度进行作业的特种车辆，是将高空作业装置安装在汽车底盘上组成的一种重要工程机械。近年来， 工程机械发展速度快。其主要原因 :一是我国在改革开放政策指引下，经济发展快，对工程机械的需要增多；二是从中央 到地方给与发展的优惠政策，增加资金注入，加以扶植；三是引进国外多项先进技术，经过消化吸收，产品技术水平提高 ；四是，企业经过组织结构调整，相互合作，并在竞争中促使相互提高。 高空作业装置包括工作臂、回转平台、副车架、工作斗、液压系统和操纵装置等。现在的高空作业装置具有操作平顺、工作稳定、自动调速、安全可靠等优点，大大提高了空中作业的工作效率。高空作业车是利用汽车底盘作为行走机构，具有汽车的行驶通过性能，机动灵活，行驶速度高，可快速转移，转移到作业场地后能迅速投入工作，因此被越来越多的应用在工程建设、工业安装、设 备检修、物业管理、航空、船舶、石化、电力、影视、市政、园林等许多行业，是近几年来国内发展最快的专用汽车产品之一。 但是国内生产制造的高空作业机械同国外同类型高空作业机械产品相比仍有一定差距，主要表现为技术含量低、大型的较少、结构笨重、作业时微动性能差等问题。 图 1.1 高空作业车 高空作业车按工作臂的型式，有四种基本型式，分别为：垂直升降式、折叠臂式、伸缩臂式和混合臂式 2 。垂直升降式高空作业车的升降机构只能在垂直方向上进行运动。它的主要特点是结构简单，承载能力 强，但作业范围小，作业高度低，这种结构型式应用比较少。折叠臂式高空作业车工作臂之间的连接全部采用铰接型式，所以国外又把它叫做铰接式高空作业车。折叠臂高空作业车结构适合于较低作业高度的车型，黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 如要加大作业高度，必然要增加臂长或增加工作臂数量，增加臂长会使作业车体积庞大，降低灵活性；增加工作臂数量会造成操作繁琐，安全性降低。伸缩臂式的高空作业车在行驶状态时，工作臂缩回套叠，工作时伸出，可以有效增大作业高度，同时具有工作效率高、操作简单、动作平稳等特点。混合臂式高空作业车工作臂之间既有铰接，也有伸缩，是折叠臂式和伸 缩臂式高空作业车的结合，它综合了两种结构型式的优点，工作性能最好，但结构也最为复杂。 1.2 高空作业车的发展现状 1.2.1 专用车的现状 根据 相关资料统计显示，目前我国专用汽车行业已有 60左右的企业建立了完整的产品研发体系，具备独立的系列化产品开发能力。大部分专用汽车企业采用开发软件进行模块化仿真设计，如 AutoCAD、 Pro E、 CATIA等，大大提高了研发质量和缩短了开发周期。但是，我们还应该清醒地看到，目前我国专用汽车产品研发还处于较低水平，模仿设计痕迹比较明显，技术雷同现象突出，并没有实现质的 转变。 我国专用汽车在产量上已具有相当的规模，但大多数为劳动密集型及中低技术水平的产品，如半挂车、自卸车、保温车、集装箱运输车等。一些技术含量较高的车型尤其是关键零部件仍需进口。例如一些近百米的登高消防车的上装部分，混凝土泵车、混凝土搅拌车上装部分的关键件， C级防弹运钞车 (我国的产品主要为 A、 B级，防弹等级低于国外同类产品 )等。国外专用汽车的动力性、耐久性及驾驶室舒适性等方面也普遍比国产车好。 1.2.2 我国高空作业车的现状和发展 用高空作业车进行高空作业是一种先进的登高作业方式其发展与国民经济的发展水 平密切相关，经济越发达，需求量越大，且单位 GDP的需求量也越大。与发达国家相比，我国不仅单位 GDP的需求量小，而且单位 GDP需求量与 GDP的比例也低，这说明高空作业车的市场需求量既与经济规模有关，又与经济发达程度有关，这也恰恰表明高空作业车在我国有非常广阔的发展前景。 1、概况 我国高空作业车行业起步较晚，自 20世纪 60年代开始研制， 70年代才推出商业化样机。目前我国高空作业车的市场销售、使用及保有量最大的车型还是折叠臂式，其他型式如伸缩臂式和混合臂式占有的比重还很小，最大作业高度只有几十米。国内高空作业安 全法规尚待完善，存在各种原始方式的高空作业，应用普及范围与国外相比还有很大的差距。 限制这一行业发展的主要因素是大高度复杂截面混合臂架技术、安黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 全技术、智能化高效控制技术、可靠性等缺乏前瞻性研究缺少向更大高度发展的技术支撑。 2、应用情况 我国高空作业车的应用远远落后于发达国家和地区，尚处于初级阶段目前仅在电力市政等少数行业普及使用，而且也只是在最近 5年才进入快速发展阶段。进一步的发展将依赖于下面几个主要方面： （ 1）更加重视文明、安全施工。 （ 2）加快高空作业车的机械化。 （ 3） 35m以上高度高空作业 车目前基本依赖进口，这将为国产大高度高空作业车提供发展的机会，也将为高空作业车的发展带来极为广阔的发展前景。 3、产品和技术 目前我国高空作业车年销售量很低，与国外相比，产品技术水平差距较大，产品结构单一， 产品制造工艺落后，产品可靠性差等。 未来，我国的城市化进程将进一步加快，基础设施建设会进一步加强，需要大量添置高空作业车进行市政工程的安装和运行维护；电力系统也将加快发展，目前国家电网正大规模投资建设 750kV以上的超高压输电网，需要大量的高空作业车用于电网的建设和运营维护；随着我国工程设备租赁行业的 发展，可以节约大量设备购置资金的租赁方式将进一步促进高空作业车市场的发展，租赁行业将是高空作业车市场需求量增长潜力最大的行业 3 。如何适应市场需求并引导市场需求，高空作业车技术将如何发展？这些都对高空作业车行业提出了更高的要求。 （ 1）产品结构 折叠臂式高空作业车仍然是市场主流产品，但市场份额将逐步下降，伸缩臂和混合臂式高空作业车将以无可替代的优势占据市场半壁江山。 1）折叠臂式高空作业车由于市场保有量大、用户熟悉、价格低廉、维护简单等优势仍然会成为市场主流产品， 但需在安全性和人性化方面改进提高。 2）伸缩臂式高空作业车将以其作业效率高、操作简单、安全性好等优势得到快速发展，作业高度在 18 28m之间的将成为主力产品。 3）混合臂式高空作业车既有折叠臂式跨越障碍能力，又有伸缩臂式操作简单、作业效率高的优点，在特殊领域和大高度上具有无比优势，但由于该型式车技术复杂、制造工艺要求高、成本高等缺点，普及程度要低于伸缩臂式高空作业车。 4）采用越野底盘的高空作业车也将成为一个新的产品方向。 （ 2） 产品技术 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 大量采用新技术和新结构，逐步执行国际标准，以降低整车重量、车高度， 增大作业幅度、工作斗承载能力。 1）臂体截面从矩形改进为六边形或多棱形，甚至采用 U形截面，这些已经普遍应用在汽车起重机上，随着制造工艺提高和加工成本降低，将推广使用到高空作业车上。 2）高强度、低重量和高耐腐蚀性的铝合金工作斗将成为主流配置，同时工作斗的额定载荷也将超过目前普遍的 200kg，以适应不同行业作业要求。 3）降低整车高度和前轴载荷，提高整车通过性能和驾驶性能，方便出入工作斗的转台前置、工作斗后置布置结构将成为伸缩臂式高空作业车的主流结构。 4）安全控制上向国际先进水平看齐，安全控制更加完善，双冗 余控制将成为标准配置，基于 CAN总线的智能化控制系统将成为主流，同时基于 GPRS的远程监控和维修技术将投入使用，能有效对设备使用状况和故障情况进行实时监控，将大大提高产品的安全性和可靠性。 5）提高产品人性化设计，操作使用和维护维修更加简单方便，并在工作斗中多设计和配置一些方便高空作业的功能及设备，例如风、水、液压、电接口，以及更高级的多功能工作台、焊机、切割机等多种装备，扩大高空作业的适用领域，提高高空作业车的利用率。 6）节能环保技术将更多应用，全电驱动底盘高空作业车将随着新能源汽车技术的成熟在城市市政 领域得到快速发展。 （ 3） 产品制造工艺 标准化制造、部件化喷漆装配必将成为各生产厂家的标准生产模式，提高产品装配水平和表面处理质量能有效提高产品的可靠性；电气系统采用汽车或移动设备的产品配置和接线方法，提高电气系统的可靠性。 （ 4） 产品方向 重点发展 35m以下作业高度的车型，着重于轻量化和小型化，并提高产品的安全性、可靠性和人性化，以适应我国城市空间和场地狭窄、道路地面承重能力差异大等特点。我国经济发展程度决定目前在民用高空作业领域 50m以上的作业要求还很少，应不急于向超大作业高度如 50m以上的产品发展 。 1.3 高空作业车的组成 高空作业车除了底盘部分外，为实现高空作业功能，还包括工作装置、金属机构、控制系统、动力传动装置 2 。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 1.3.1 工作装置 高空作业车的工作装置包括行走机构、支腿机构、举升机构、会装机构、工作平台及其调平机构。 高空作业车的行走机构就是通用或专用汽车底盘。 1.3.2 金属结构 工作臂、回转平台、副车架（车架大梁，门架、支腿等）金属结构是高空作业车的重要组成部分。高空作业车的各工作机构的零部件都是安装或支承在这些金属结构上的。金属结构是 高空作业车的骨架。它承受高空作业车的自重以及作业时的各种外载荷。 组成高空作业车金属结构的构件较多，其重量通常占整机重量的一半以上，耗钢量大。因此，高空作业车金属结构的合理设计，对减轻高空作业车自重，提高作业性能，节约钢材，提高高空车的可靠性都有重要意义。 1.3.3 控制系统 高空作业车控制系统是解决各机构怎样运动的问题。如动力传递的方向，各机构运动速度的快慢，以及使机构启动停止等。控制系统包括操纵装置、执行元件和安全装置。当今的高空作业车全部采用电气液压操纵，因此控制装置包括各种液压操作阀，电控装置等， 以实现机构的起动、调速、换向、制动和停止。执行元件包括变幅用的液压油缸、回转马达、油泵等，用来推动结构件实现动作。安全装置包括各种传感器、行程开关、报警器、液压锁止阀，用来检测危险工况保证工作安全。 1.3.4 动力传动装置 动力传动装置是高空作业车的动力源。由于高空作业车采用汽车底盘作为行走机构，通常不再另外设置动力源，而是直接采用汽车底盘发动机作为整车的动力源。高空作业装置需要的功率不大，一般约 1020kw，而载重汽车底盘发动机的功率根据载重量不同从 50kw 一直到 150kw 以上，且高空作业装 置工作时不允许底盘行驶，因此底盘发动机的动力足以保证高空作业装置工作。因为高空作业装置需要功率不大，通常高空作业车采用变速箱侧盖取力方式，通过安装在底盘变速箱侧面的取力器取出发动机的动力，并驱动液压油泵向高空作业装置供油。取力系统中还设置控制装置，在底盘行驶时，取力器没有输出，液压油泵不工作，需要进行高空作业时，取力器输出，油泵工作。 1.4 本课题所研究的任务 改装设计一种高空作业车。满足专用汽车相关设计要求。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 1、要求正确进行二类底盘的选择（主要根据专用汽车的类型、用途、装载质量、使用条件、专用汽车的性 能指标、专用设备或装置的外形尺寸、动态匹配等决定）、主要参数数据齐备、进行二类底盘选型分析、产生具有实践意义的选型总结。 2、要求进行车辆的总体布置（尽量避免变动汽车地盘各总成的位置、总成部件位置的变动；尽量满足专用汽车工作装置性能要求，充分发挥专用功能；必须对装载质量、轴荷分配等参数进行估算和校核；尽量避免工作装置的布置对车架造成集中载荷，因采用副车架；尽量减少专用汽车的整车整备质量；还应符合相关法规的要求），用总布置草图表达主要底盘部件的改动和重要工作装置的布置。 3、要求进行举升机构、支腿机构的详细设 计，在正确计算的基础上，完成部部件设计选型，要求工艺合理、小批量加工容易、成本低、可靠性高。 4、要求进行装卸装置（作业平台）设计计算选型。 5、完成总装配图，清楚表达设计。 6、要求完成整车性能分析计算，以评价和分析整车设计情况。针对性能分析结构如有必要进行设计改进。 表 1.1 已知技术参数 技术参数 数值 外形尺寸 6750 1950 2990(mm) 总质量 /整车整备质量 5385Kg/5060Kg 功率 66KW 轴数 2 轮胎数 6 前 /后轮距 1404mm 轴距 129.9213in 前悬 1032mm 接近 /离去角 19/16 1.5 本课题研究的意义 由于高空作业车近几年的快速发展，高空作业行业出现了部分车型产量过剩苗头的同时，也存在着部分车型供不应求、生产能力不足的现象，因此，结构性过剩是当前汽车工业产能过剩的基本特点，也是当前汽车工业发展存在的主要问题。高空作业车是汽车工业的一部分，它的发展中也会出现同样的问题，因此研究高空作业车的改黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 装技术，不仅可以推动高空作业车行业的发展 ，而且对于推动专用汽车行业的发展，调整企业产品开发战略无疑具有重要意义。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 第 2 章 确定设计方案 2.1 总体设计要求 本毕业设计要求设计一辆高为 10米高空作业车，其具体要求如下： 1、设计任务： 10米高空作业车的改装设计。 2、机器用途：通用型，适用于建筑、安装、管道铺设等高空作业。 3、工作环境：风力六级以下，温度 -20