机械毕业设计716高空作业车的转台结构设计及有限元分析设计

1 绪论1.1 概述我国高空作业机械的生产于20世纪70年代末开始起步,起步较晚但发展较快,目前生产经营企业已由原来的几家迅速增加到40余家,其中与国外合资或合作生产的企业有5家,根据2004年和2005年《中国工程机械年鉴》，2003年高空作业机械工业总产值为32139万元，生产各类高空作业平台1906台，高空作业车740台；2004年高空作业机械工业总产值为36340万元，生产各类高空作业平台2500台，高空作业车800台。

据不完全统计，到2008年，全国高空作业车年总产销量均超过1600台，可见发展速度之快，行业几个骨干企业通过近几年强化技术创新和科研开发，其生产规模不断扩大，形成了各自特色的产品系列，基本能满足国内市场高空作业机械的需要，企业的各项主要经济指标逐步上升，经济效益也逐年提高，行业也呈现出快速发展的态势。

1.1.1 高空作业机械行业的发展现状(1) 产品性能逐步提高我国高空作业机械行业的一些骨干企业利用自己的技术和设备优势，并通过引进、消化和再创新，开发了许多新产品，其产品的技术水平和产品质量都不断提高，达到和接近了国际同类产品的先进水平，推动了高空作业机械行业的技术进步，在国内市场中竞争力强，市场销路好，产量增加较快。

如杭州爱知工程车辆有限公司开发的全液压驱动型最大作业高度可达26.7m 的自行式高空作业平台,徐州海伦哲开发的全遥控16m自行走高空作业车、20m联动折叠加伸缩智能控制和35m多级伸缩折叠混合臂架智能控制高空作业车等，以上产品填补了国内产品空白，达到了国际先进水平，北京起重机厂开发了自行式剪叉平台、蜘蛛式折臂平台、箱型截面铝合金桅柱平台，其中箱型截面铝合金桅柱平台单桅柱最大作业高度达到了16.5m，杭州赛奇工程机械厂多桅柱铝合金平台达到了22m,。

此外,在高空作业车产品方面，徐州海伦哲、抚顺起重机、锦州重型、重庆大江等公司先后开发了30m以上的高空消防车,彻底打破了国内只能依赖进口产品的薄弱局面。

本科毕业设计题目高空作业车举升臂机构设计及液压控制系别工程技术系专业机械设计制造及其自动化学生姓名学号指导教师职称教授2013年04月18日摘要随着国家经济的不断发展，交通运输等基础行业发生着日新月异的变化。

高空作业车作为专用起重运输汽车的一种，它可以将工作人员和工作装备运送到达指定现场并进行作业的专用汽车。

高空作业车主要用于邮电通讯、市政建设、消防救护、建筑装饰、高空摄影以及造船、石油、化工、航空等行业。

它具有机动灵活、转移迅速、覆盖面广、便于接近、到达作业地点后能迅速投入工作等优点。

而且折叠臂式高空作业汽车结构比较简单，改装比较容易，因而发展比较快。

本设计主要内容是选择合适的二类底盘，在此基础上对高空作业车的主要工作装置进行设计。

通过对支腿机构、举升机构和回转机构的设计，进行各个应用元件布置，并采用液压系统对各个元件进行控制以实现举升和回转运动功能。

同时，还对高空作业车的附件进行了简单的设计，并对高空作业车的稳定性进行了计算分析，结果表明基本达到国家对改装车的标准要求。

关键词：高空作业车；支腿机构；举升机构；回转机构；设计AbstractWith the country's economic development, transportation and so on the basis of an ever-changing industry. Folding-arm high above the ground as a dedicated car lifting of a transport vehicle, which can be the work of staff and equipment arrived at the designated on-site delivery and operation of the Special Purpose Vehicle. Folding-arm high above the ground the main vehicle for posts and telecommunications, municipal construction, fire rescue, building decoration, high-altitude photography, as well as shipbuilding, petroleum, chemical, aviation and other industries. It has a flexible, rapid transfer, coverage for close to reach the sites quickly after getting a work of the advantages. And arm-folding high above the ground vehicle structure is relatively simple, relatively easy modification, and therefore faster development.The main content of this design is to choose a suitable chassis in the second category, on this basis of arm-folding work high above the main work of the car plant design. The outrigger body, lifting and turning the body design, layout components for various applications. And the use of the hydraulic system to control the various components in order to achieve lift and rotary motor function. At the same time, also folded-arm high above the ground Annex cars were simple design, and folded-arm high above the ground vehicle for the stability of the calculation and analysis, results showed that the modification of the basic national standards of vehicles.Key words:Folded-arm high above the ground vehicles。

高空作业车的典型结构设计高空作业车典型结构设计1、支腿机构设计高空作业车有各咱不同类型的支腿，起调平和保证整车工作稳定的作用，要求坚固可靠，操作方便。

1.1、支腿跨距的确定高空作业车的支腿一般为前后设置，并向两侧伸出，如图1所示。

支腿支承点纵横方向的位置选择要适当，其原则是作业平台在标定载荷和最大作业幅度时，整车稳定性要达到规定要求。

图1 高空作业车的支腿跨距后方III侧方（右）II侧方（左）IVa、支腿横向跨距支腿横向外伸跨距的最小值应保证高空作业车在侧向作业时的稳定性，即全部载荷的重力合力落在侧倾覆边以内，并使绕左右倾覆边AB或DC和稳定力矩大于倾覆力矩。

如图2所示，1/2支腿横向跨距a应满足：图2 支腿跨距的确定（一）图3 支腿跨距的确定（二）()()q Q G G G L G R q Q r G a b b ++++-++≥2111 ()1式中：g m G 11=，1m ——转台质量，kg ； g m G 22=，2m ——底盘质量，kg ； g m G b b =，b m ——臂架质量，kg ； g m q q =，q m ——作业平台质量，kg ； Q ——作业平台的标定载荷，N ；1L ——转台重力中心至回转中心的距离，m ； r ——臂架重力中心至回转中心的距离，m ； R ——作业半径（臂幅），m 。

b 、支腿纵向跨距支腿纵跨距的确定和横向跨距确定的原则一样，应使绕前、后倾覆边BC 或AD 的稳定力矩大于倾覆力矩。

当作业平台在车辆后方作业时，如图3所示，可得后支腿支承点至回转中心的距离1b ，应满足：()q Q G G G L G a b b ++++-=21221 ()2式中：2L ——底盘质心至回转中心的距离，m 。

同理，可得前支腿支承点至回转中心的距离2b 为：()q Q G G G L G a b b +++-=21222 ()3由式2、式3可知，1b 和2b 不等。

这是因为底盘重心在回转中心之前所致，且a b b 221=+。

第1章绪论1.1 前言随着世界经济的大繁荣，各个行业都起了翻天覆地的改变，尤其最近几十年以来，世界各国都改变了自己的面貌，无论是在外表还是在社会内层。

在这其间，社会的建设少不了各种机械，而在这些机械中，高空作业车的重要性不言而寓。

高空作业车之所以发挥着如此大的作用，跟其自身的特点是分不开的。

高空作业车其结构紧凑、传递平稳、操作轻便、举升高，易于实现自动化控制；同时还具有机动灵活、转移速度快的特点。

它特别适于从事消防、抢险救灾、施工、安装、维护等工作，广泛应用在电力、摄影、建筑、市政、机场、工厂、园林、住宅等场所。

因此，近年来高空作业车发展很迅速，一举成了市政及其他部门主要的高空作业机械。

我国高空作业车技术的研究与国外先进水平相比还有一定的差距，还具有很大的研究空间，我们应该加大力度的研究此方面以拉近我国与国外的差距；同时，通过此次毕业设计，我可以将自己以前所学运用到设计中来，锻炼自己的动手能力和运用知识的综合能力，对我各个方面的提高将会起到很大的作用，是一次锻炼自己的很好的机会。

1.2国内外研究状况1.2.1 国内现状部分企业技术创新能力较差：部分企业不重视产品的更新和新产品的开发，产品几十年一贯制，品种规格单一、市场经营范围窄，使企业产品产量逐年下降，企业效益差。

近几年，国外高空作业机械产品纷纷进入国内，如芬兰BRONTO公司、美国的JLG 、GENIN、UP-RIGHT, SNORKEI，SKYJACK等公司以及英国、意人利、丹麦的一些著名公司在国内都相继设立了办事机构，而且在大高度产品和特殊产品中仍然占有国内主要市场，如高空绝缘作业车、蜘蛛式大高度作业平台、自行式高空作业平台等。

这些进口产品性能好、外观美，价格与国内产品相差不多，具有很强的竞争力。

缺乏高空作业车的专用底盘：高空作业车是由汽车底盘改装而成的，属于工程车辆范畴，长期处于重载状态，行驶距离短、车速慢，使用频率1不高。

为便于在各种街道行驶，要求体积小、轴距短，又因其重心高，要求底盘大梁低。

高空作业车转台的结构设计及分析摘要本课题针对GKZ系列车型转台部分的要求工作装置，对GKZ型高空作业车回转机构进行设计及分析。

高空作业车由液压马达、回转减速器及回转小齿轮、回转支承等组成。

进行回转时，液压马达输出动力，通过回转减速器减速后带动输出轴上的小齿轮旋转，小齿轮与回转支承的齿圈啮合，由于回转支承的齿圈与车架刚性连接，因而回转减速器带动与之相连的转台回转。

本课题确定了高空作业车回转机构的传动方案，采用的单排四点接触球式回转支承，此类支承的主要优点是同时承受轴向、径向力和复合力矩。

适用子中小型起重机。

转台的结构设计采用的是倒π型结构，前后两个高强板，左右各一个支承板，再加两个加强筋形成。

对转台采用PRO/E进行建模，将建好的模型通过转化放入ANSYS中进行有限元分析，分析出变形最大和受应力最大的接触面，对分析的结果的提出改进方案，对改进后的方案进行有限元分析比较, 确定最佳方案。

本方案的设计为同类转台的结构设计提供了理论依据和分析方法。

在课题设计的过程中使用的方法有：（1）在结构设计过程中主要对转台的的受力情况进行分析，计算出转台的受力大小和转台的自重，对传动齿轮的设计及强度校核，运用绘图软件PRO/E进行建模。

（2）将模型导入ANSYS中，对转台的受力情况进行分析查看其分析的结果，确保转台的变形和所受的应力均能符合设计要求。

[关键词]：高空作业车；转台结构设计；有限元分析；ANSYSConstructional design and analysis for turn-table of aerial work platformsAbstractAccording to the requirement of working devices of turn-tables in the machine series type GKZ, this paper presented the constructional design and analysis for slewing mechanism of aerial work platforms. The aerial work platforms comprised hydraulic motors, rotary speed reducers, revolving pinions, slewing bearings and so on. When the turn-table slewed, the hydraulic motor transmitted power output which enabled pinions on the output shaft to revolve. Pinions were meshed with ring gear on slewing bearings. Due to rigid connection between the ring gear on slewing bearings and the chassis, turn-tables were rotated by rotary speed reducers. Gear plan for slewing mechanism of aerial work platforms and constructional design for turn-table were presented.Gear plans transmission for slewing mechanism of aerial work platforms was provided in which single-row four-point contact ball slewing bearings were adopted. The advantage of this type of bearing, which suited small and medium crane, was that it can bear axial force, radial force and compound moment at the same time. Configurations of anti type π were adopted in constructional design for turn-table, in which there were two high strength plates in tandem, two eudipleural supporting plates and two stiffened panels. Modeling and simulation of turn tables were obtained using PRO/E. The obtained modeling was transformation and analyzed by ANSYS Finite Element Analysis software. Consequently, contact area in the maximum of deformation and stress were analyzed. According to the results, improved schemes were presented, which were further analyzed and compared by finite element analysis. Finally, the best scheme was founded. This project provided the approaches of constructional design for the similar type of turn-table in theory.The following methods were used in this project: 1) Force situation of turn tables were analyzed in constructional design, and force variation and mass of turn-tables were calculated. The design and intensity of transmission gear were checked. Modeling and simulation were obtained using drawing software PRO/E; 2) The modeling were imputed into ANSYS and bearing force of turn-tables were analyzed. The results ensured that the deformation of turn-tables and their bearing force would meet the design requirements.[Keywords]: Aerial work platform; Turn-tables; Constructional design; Finite element analysis;ANSYS目录第一章绪论 (1)§1．1 引言 (1)§1．2 高空作业车的国内外发展概况 (1)1.2.1高空作业车的国外发展趋势与动向 (2)1.2.2高空作业车国内现状、差距与如何提高的方法 (3)§ 1.3 高空作业车的组成 (5)1.3.1工作机构 (5)1.3.2金属结构 (6)1.3.3动力装置 (6)1.3.4控制系统 (7)§ 1.4 本课题研究的意义 (7)第二章高空作业车的转台的结构分析 (8)§2.1 高空作业车的转台总体结构设计 (8)2.1.1转台的组成 (8)§2-2 转台的受力分析 (13)2.2.1转台的自重G (14)§2-3 上下臂的受力分析及计算 (16)2.3.1上臂的受力分析 (17)2.3.2下臂的受力分析 (19)§2-4 回转支承装置的计算 (21)2.4.1回转支承装置的计算载荷 (21)2.4.2转盘式回转支承装置的计算 (22)2.4.3按承载能力曲线选取合适的回转支承型号 (22)2.4.4转盘式回转支承装置的计算 (24)2.4.5按承载能力曲线选取合适的回转支承型号 (24)§2.5 传动齿轮的计算 (25)第三章转台的有限元分析 (28)§3.1 有限元方法的基础知识 (28)§3.2 有限元分析软件ANSYS (30)§3.3 转台结构的有限元分析 (34)3.3.1 实体建模 (34)3.3.2计算模型 (34)3.3.3有限元模型 (36)第4章结论 (43)致谢 (44)参考文献 (45)第一章绪论§1．1 引言工程机械广泛应用于经济建设的各部门，并且在整个经济发展中占有十分重要的地位。

徐州师范大学本科生毕业论文（设计）论文题目：高空作业车的转台结构设计及有限元分析姓名：院系：专业、年级、班组：指导教师：徐州师范大学教务处印制200** 年 6 月 4 日徐州师范大学机电工程学院毕业设计（论文）任务书院（系）专业班学生一、设计题目：高空作业车的转台结构设计及有限元分析二、设计任务要求及主要原始资料：设计任务：回转机构的传动方案的确定，转台装配图一张及主要零件的零件图，转台有限元分析及根据分析结果的改进方案，改进后的有限元分析结果与原方案分析结果的比较。

原始资料：平台的额定载荷200kg回转速度0-2 r/min三、设计时间：20** 年 4 月13 日至20** 年6 月 3 日指导教师：（签名）教学院长：（签名）徐州师范大学机电工程学院毕业设计（论文）立题卡（理工类）院（系）专业班级说明：（1）空格内打"√"或填上数字等负责指导教师日期（2）本卡一式3份，指导教师、院（系）和教务科各一份教研室主任日期教学院长日期徐州师范大学毕业设计（论文）开题报告及工作实施计划院系专业年级、班级姓名指导教师开题报告日期徐州师范大学教务处印制一、毕业设计（论文）开题报告二、毕业设计（论文）工作实施计划（一）毕业设计（论文）的理论分析与软硬件要求及其应达到的水平与结果（二）毕业设计（论文）工作进度与安排三、对开题报告的审阅意见高空作业车转台的结构设计及分析（Constructional design and analysis for turn-table of aerial work platforms）摘要本课题针对GKZ系列车型转台部分的要求工作装置，对GKZ型高空作业车回转机构进行设计及分析。

高空作业车由液压马达、回转减速器及回转小齿轮、回转支承等组成。

进行回转时，液压马达输出动力，通过回转减速器减速后带动输出轴上的小齿轮旋转，小齿轮与回转支承的齿圈啮合，由于回转支承的齿圈与车架刚性连接，因而回转减速器带动与之相连的转台回转。

高空作业车典型工作部分设计（折叠式举升机构）一.底盘选择根据我国目前生产的各类型专用车辆的基本模式，大多是为了满足国民经济某一服务领域的特定使用要求，主要是在已定型的基本车型底盘的基础上，进行车身及工作装置的设计，与此同时对底盘各总成的结构与性能进行局部的更改设计与合理匹配，以达到满足使用需求的较为理想的整车性能。

 因此，专用汽车性能的好坏直接取决于专用汽车底盘的好坏，通常专用车辆所采用的基本底盘按结构分可分为二、三、四类底盘。

二类底盘是在整车基础上去掉货厢，三类底盘是从整车上去掉驾驶室与货厢，四类底盘是在三类底盘的上去掉车架总成剩下的散件。

 汽车底盘的选择主要是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、动力匹配等决定，目前，几乎80%以上的专用车辆采用二类底盘进行改装设计。

采用二类汽车底盘进行改装设计工作重点是整车总体布置和工作装置设计，对底盘仅作性能适应性分析和必要的强度校核，以确保改装后的整车性能基本与原车接近。

在汽车底盘选型方面，一般应满足下述要求（1）适用性对于专用改装车底盘应适用于专用汽车特殊功能的要求，并以此为主要目标进行改装造型设计。

（2）可靠性：所选用汽车底盘要求工作可靠，出现故障的几率少，零部件要有足够的强度和寿命。

且同一车型各总成零部件的寿命应趋于平衡。

（3）先进性应使用整车在动力性、经济性、操纵稳定性、行驶平顺性及通过性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平的汽车底盘。

而且在专用性能上要满足国家或行业标准的要求。

（4）方便性所选用的底盘要求便于安装、检查保养和维修，处理好结构紧凑与装配调试空间合理的矛盾。

选择江铃JX1083TK26底盘，参数如下二.支腿机构设计计算高空作业车的支腿机构起调平和保证整车工作稳定的作用，要求坚固可靠，操作方便。

1.支腿跨距的确定高空作业车的支腿一般为前后设置，并向两侧伸出，如图所示。

目录第一章绪论 (4)1.1高空作业车的概况及其发展方向 (4)1.2高空作业车组成 (5)1.2.1 工作机构 (5)1.2.2 金属结构 (5)1.2.3 动力装置 (6)1.2.4 控制系统 (6)1.3 GKZ型高空作业车的概况 (6)1.3.1整机结构简介 (6)1.3.2高空作业臂 (7)1.3.3 作业车作业状态主要技术参数 (8)1.4 课题的提出 (8)1.5 本课题所要研究的具体任务 (9)1.6 本课题研究的意义 (9)第二章高空作业车的结构设计 (10)2.1 材料的选择 (10)2.2 计算上、下臂的长度 (11)2.3 确定油缸铰点的位置 (12)2.3.1 确定上臂油缸铰点的位置 (12)2.3.2 确定下臂油缸铰点的位置 (13)2.4 上臂截面尺寸的确定 (13)2.4.1 对上臂进行受力分析 (13)2.4.2 计算上臂截面尺寸 (14)2.4.3 对上臂进行强度效核 (16)2.5 下臂截面尺寸的确定 (18)2.5.1 对下臂进行受力分析 (18)2.5.2 计算下臂的截面尺寸 (21)2.5.3 对下臂进行正应力效核 (22)第三章高空作业臂有限元分析 (25)3.1 概述 (25)3.2 载荷条件及分析工况说明 (26)3.2.1 载荷条件 (26)3.2.2 分析工况 (26)3.3 上臂的有限元分析 (27)3.3.1上臂的实体建模 (27)3.3.2 有限元分析 (28)3.4 下臂的有限元分析 (32)3.4.1下臂的实体建模 (32)3.4.2 有限元分析 (32)第四章总结 (37)致谢 (38)参考文献 (39)高空作业车工作臂结构设计及有限元分析[摘要]：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。

本文主要以“GKZ型高空作业车”上、下臂结构为研究对象，对上、下臂进行结构设计和ANSYS有限元分析。

本文主要阐述了根据高空作业车的最大作业高度12米，在满足作业高度的前提下，进行高空作业臂的结构设计：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；利用PRO/E软件进行上、下臂实体建模，通过PRO/E软件的输出端口和ANSYS软件的输入端口，将实体模型导入ANSYS软件中。

汽车起重机转台的有限元分析及优化摘要：汽车起重机的转台是用来安装吊臂、起升机构、变幅机构、回转机构、上车发动机、司机室、液压阀组及管路等的机架。

转台通过回转支承安装在起重机的车架上，为了保证起重机的正常工作，转台应具有足够的刚度和强度。

对于汽车起重机，为了有较好的通过性和较低的成本，应尽量减小转台的外形尺寸及重量。

随着计算机辅助工程（CAE）技术在工业应用领域中的广度和深度的不断发展，它在提高产品设计质量、缩短设计周期、节约成本方面发挥了越来越重要的作用。

目前CAE分析的对象已由单一的零部件分析拓展到系统级的装配体，如挖掘机、汽车起重机等整机的仿真，而且，CAE分析不再仅仅是专职分析人员的工作，设计人员参与CAE分析已经成为必然。

关键词：汽车起重机；转台；有限元分析1.引言1.汽车起重机转台作为起重机三大结构件之一，负责起重机上车和底盘之间力的传递。

在现今高强板大量使用的情况下，如何简化结构、减少重量是起重机设计的难题之一。

经典ANSYS有限元分析界面是用板壳单元在ANSYS里面建模并进行计算，但是存在建模过于复杂，难以修改，模型无法导出的问题，属于验证性计算，而使用ANSYS Workbench Enviroment（AWE）则可以用PRO/E 软件建立模型，再导入AWE进行计算，且在PRO/E中修改模型后再次导入可以保留之前设置的边界条件，设计效率成倍提高。

ANSYS Workbench Enviroment（AWE）作为新一代多物理场协同CAE仿真环境，其独特的产品构架和众多支承性产品模块为整机、多场耦合分析提供了非常优秀的系统级解决方案。

具体来讲，AWE具有的主要特色如下：1.强大的装配体自动分析功能针对航空、汽车、电子产品结构复杂，零部件众多的技术特点，AWE可以识别相临的零件并自动设置接触关系，从而节省模型建立的时间。

而现行的许多软件均需手动设置接触关系，这不但浪费时间还容易出错。

除此之外，AWE还提供了许多工具，以方便手动编辑接触表面或为现有的接触指定接触类型。

折臂式高空作业车回转工作台的设计何瑞德! 胡光忠! 陈婷婷! 周文军(!!T 四川轻化工大学机械工程学院"四川宜宾/))###&(T 西南科技大学制造科学与工程学院"四川绵阳/(!#!##摘%要 随着交通%建筑%煤矿等建设需求的不断增加"作业场合变得越来越复杂"作业难度也随之增加"对高空作业车的性能和功能要求也越来越高$为此"为应用较为广泛的折臂式高空作业车设计了回转装置"以单轴支承装置为主体"设计上%下托架结构"并进行有限元分析"以检验上下托架的结构强度和刚度是否满足要求"同时"对小臂受力变化后的受力分析也进行了计算$回转装置的设计使折臂式高空作业车在复杂作业环境中能顺利作业"并极大地提高了作业效率$关键词 高空作业车&工作平台&回转装置中图分类号 &'(!!+/%%文献标志码 ,%%文章编号 !##!-!./0 (#(" #"-#!#1-#$<"#23*.1#-":2*3:.%62*3/-$(1.%0.11.-+2*35..0$"%2$-:.%6,"'2&-"'G\6:8O=!"'456?;H 8K B7;H !"E 'G <&:;H 8M :;H !"]'[4a =;8f 6;(!!T@A B77C 7D ^=A B?;:A ?C G ;H :;==I :;H "@:A B6?;4;:F =I L :M N 7D @A :=;A =nG ;H :;==I :;H "c :Q:;/)"###"E B:;?&(T@A B77C 7D ^?;6D ?A M 6I :;H @A :=;A =?;O G ;H :;==I :;H "@76M BR =L M 4;:F =I L :M N 7D@A :=;A =?;O &=A B;7C 7H N"^:?;N ?;H /(!#!#"E B:;?#75#(%$&('a :M B M B=:;A I =?L :;H O=9?;O D 7I :;D I ?L M I 6A M 6I =A 7;L M I 6A M :7;L 6A B ?L M I ?;L S7I M ?M :7;"?I A B:M =A M 6I ="?;O A 7?C 9:;:;H "M B=R 7I >SC ?A =B?L Q=A 79=97I =?;O 97I =A 79SC =P "?;O M B=7S=I ?M :7;O:D D :A 6C M N B?L ?C L 7:;A I =?L =O ";O M B=I =g6:I =9=;M L D 7I M B=S=I D 7I 9?;A =?;O D 6;A M :7;7D ?=I :?C R 7I >F =B:A C =L B?F =?C L 7Q=A 79=B:H B=I ?;O B:H B=I T Z 7I M B:L I =?L 7;"?L C =R :;H O=F :A =:L O=L :H ;=O D 7I M B=D 7C O=O8?I 9?=I :?C R 7I >F =B:A C ="R B:A B :L R :O=C N 6L =OT &B=6SS=I ?;O C 7R =I QI ?A >=M L M I 6A M 6I =L ?I =O=L :H ;=O R :M B M B=L :;H C =8?P C =L 6SS7I M O=F :A =?L M B=9?:;Q7ON"?;O M B=D :;:M ==C =9=;M ?;?C N L :L :L A ?I I :=O 76M M 7A B=A >R B=M B=I M B=L M I 6A M 6I ?C L M I =;H M B ?;O L M :D D ;=L L 7D M B=6SS=I ?;O C 7R =I QI ?A >=M L 9==M M B=I =g6:I =9=;M L T ,M M B=L ?9=M :9="M B=L M I =L L ?D M =I M B=D 7I A =A B?;H =7D L 9?C C Q779:L ?;?C N K =OT &B=O=L :H ;7D M B=I 7M ?I N O=F :A ==;?QC =L M B=D 7C O:;H Q779?=I :?C R 7I >F =B:A C =M 7L 977M BC N R 7I >:;?A 79SC =P R 7I >:;H =;F :I 7;9=;M "R B:A B H I =?M C N :9SI 7F =L M B=R 7I >:;H =D D :A :=;A N T 8"9:.%+#'?=I :?C R 7I >F =B:A C =&R 7I >:;H SC ?M D 7I 9&I 7M ?I N O=F :A =收稿日期 (#("-#"-!#&修订日期 (#("-#)-(1基金项目 安徽省工程机械智能制造重点实验室开放课题基金资助!3^E ^(#(!#"#&四川轻化工大学研究生创新基金资助项目!c(#((#"1#作者简介 何瑞德!!..1-#"男"硕士研究生"四川轻化工大学"主要研究方向'机械设计及理论$通信作者 胡光忠!!.1(-#"男"博士"四川轻化工大学教授"主要研究方向'主要为现代理论设计和过程设备设计研究$#%前言高空作业车是一种将人%设备和物品等送到某个高度的专用车辆"广泛应用于建筑%交通%煤矿等工程作业中$高空作业车根据臂架伸展形式分为折臂式%直臂式%混合式和垂直升降式四种类型)!*$作为高空作业车"折臂式高空作业车因其结构简单"可通过各节臂之间形成的夹角"实现跨越空中障碍到达需要的作业位置而被广泛使用"但存在结构尺寸较大"作业时占用空间较大"作业范围较小"到达空间工作区域需要反复调整各节工作臂的仰角"操纵时间长"导致作业效率较低)(-)*$折臂式高空作业车因其工作+1#!+(#(";.+"%%%%%%%%%%%%%%%%%%重型机械平台长度较大"在一些狭窄的巷道%建筑工地等空间无法进行作业$因此"为了提高折臂式高空作业车在狭隘空间作业的效率和灵活性"增加回转装置是必要的$增加回转装置可以更好地实现特种装备作业"也可以更好地实现工作平台的位置调整"从而提高工作效率和灵活性$高空作业车的工作平台属于高空特种工作平台"工程实践过程中"工作平台固定在小臂一端"只能通过重新调整臂架结构来实现对工作平台的位置进行调整$同时工作平台是工作人员操作%特种装备作业的平台"需要保证作业平稳"结构强度可靠$如果回转平台出现故障问题"会导致平台失稳"造成安全问题)V-1*$笔者考虑到工作平台安全问题以及常用回转机构设计工作平台回转装置"并结合有限元计算分析"验证该装置的结构强度%刚度"以提高工作效率和灵活性$本文设计要求是在整车长度增加"X以内"其他尺寸和参数不改变的条件下实现工作平台围绕其连接工作臂h$#k以上的旋转"设计其回转装置$!%工作平台回转设计!+!%回转中心选择在排除外界因素干扰的情况下"回转中心的选择影响着工作平台在回转过程是否与自身机架发生干涉$根据工作平台与小臂的基本结构为轴对称结构"增加回转机构后回转中心一定在轴对称线上"工作平台需要实现h$#k以上的角度"需要考虑两种情况'!!#在工作平台回转到极限位置时是否会与小臂上调平或固定铰链发生干涉&!(#达到最大作业高度工况时"小臂是否与下托架发生干涉$在不超过整车长度的"X"也就是(##99以内$当工作平台回转.#k时"考虑工作平台刚好与小臂安装铰链发生干涉"预留小臂与上托架安装尺寸为/#99"其工作平台到小臂中轴线的垂直距离为!(V99"具体如图!所示$当增加(##99的整车车长"未加回转机构前工作平台与小臂之间的距离为.#99$综上"小臂与工作平台的距离范围是!"#Y(.#99$图!%工作平台回转.#k位置当高空作业车达到最大作业高度时"小臂与地面垂直线形成一定的角度"需要防止小臂与下托架发生干涉$小臂安装铰链孔距离上托架底平面距离为!##99"设置小臂与水平面垂直线夹角为!#k"小臂距离回转体最小距离为!#99"如图(所示"计算回转中心与小臂之间的距离$图(%高空作业车最大作业高度工况时小臂位置情况%%根据以上情况"选择回转直径为(.#99"工作平与回转中心距离为!1V99"小臂与回转中心距离为!!#99$未添加回转机构前"小臂与工作平台的连接托架高"##99$不改变整车高度的情况下"回转机构的高度应不超过"##99$根据上述确定后的回转中心%上托架与小臂连接铰链孔后"确定回转机构%小臂%工作平台整体示意图"如图"所示$图"%回转整体示意图+$#!+重型机械%%%%%%%%%%%%%%%%%%(#(";.+"!+(%回转机构选择目前高空作业车工作平台回转主要有电动推杆推拉四连杆机构实现斗体回转&摆动缸实现斗体回转以及蜗轮蜗杆机构实现斗体回转$电动推杆推拉四连杆机构回转角度较小"并不能达到本文设计要求中h$#k以上的回转角度"同时此机构为四连杆机构"回转对连杆的强度%安装精度%加工工艺要求较高"由于自身结构限制"抗拉强度较差"不利于长时间使用$摆动缸具有非常大的扭矩"能够实现工作平台的回转"但制造要求较高"成本大"同时"摆动缸控制回转速度是非线性的"难以控制$蜗杆蜗轮机构可以有很大的传动比"能够获得较低的回转速度"其结构刚性好"强度大"能够承受较大的转动惯量"且具有自锁功能)$-!#*$回转机构目前有两种驱动方式'液压驱动和电力驱动$液压泵质量较大"设计管路较为复杂"成本较高"而电机相对液压泵质量较小"容易控制$综上所述"选择蜗轮蜗杆作为回转机构"电机作为动力源$回转支承是将轴承与蜗杆蜗轮结合的一种结构"广泛应用于高空作业车%吊塔%打桩机等机械行业$高空作业车转台是实现高空作业车作业系统的回转"转台支撑着吊臂安装着回转机构%起升机构"连接着回转支承)!!*$工作平台也可使用回转支承实现回转"其基本结构如图)所示$回转支承是两物体之间需作相对回转运动"又需同时承受轴向力%径向力%倾覆力矩的机械所必需的重要传动元件)!(*$高空作业车可利用回转装置在作业时实现工作平台h.#k回转$工作平台回转的工作原理'电力驱动减速机增大扭矩带动蜗杆旋转"进而带动涡轮旋转"回转支承外圈连接上托架"内圈连接下托架"上托架与小臂连接固定"下托架随着蜗杆蜗轮的运行进行旋转"实现工作平台的回转$即得'K j !)#+/(V <+9(查阅5U e &"$!!-(##$中表!/"可得.j !+.$(+!+(%摩擦阻力矩摩擦阻力矩的计算公式为)!"*Y D I 2!(*; $[Y A !1#$2/F C L :;.!4(1()&[()Y F C L :;1&;L :;1[)/I &A 7L 1!$#式中"Y A 为蜗轮蜗杆摩擦阻力矩&*为回转阻力系数"&/F C 为垂直载荷&/I 为回转支承所承受的总水平力&Y F C 为倾翻力矩&.为滚动体的压力角".j)V Z &1j ?I A 7L ;/F C)Y F C &)为滚动体形状及滚道刚度系数")j)+V $(+!+"%惯性阻力矩Y :j Y :C *Y :S!.#式中"Y :C 为载荷引起的惯性阻力矩&Y :S 为工作平台引起的惯性阻力矩$其他零部件产生的惯性阻力矩很小"忽略不计$!!#载荷引起的惯性阻力矩Y :C j >.+VV 1i ]A("9!!##!(#工作平台引起的惯性阻力矩Y :S j >.+VV 1i )W#("9!!!#式中"]为载荷重量&A 为工作幅度&W 为工作平台自重&#为工作平台重心到回转中心的水平距离$计算得出Y j"!#+)#/<+9$根据机械设计手册得出蜗杆头数-!j ("涡轮齿数-(j)#"接触疲劳强度与弯曲疲劳强度皆满足设计要求$(+(%小臂受力分析工作平台增加回转后对于每一节臂都会受到影响"但由于平台回转半径小"而下臂和上臂结构强度较大"仅通过分析小臂受力模型改变后"其应力应变情况来判断原结构设计是否可满足改变后的性能要求$通过材料力学计算小臂受力情况"其最大作业幅度工况受力分析情况如图V 所示"最大作业高度工况时小臂受力情况如图/所示$图V%最大作业幅度小臂位置受力情况图/%最大作业高度小臂位置受力情况"%回转装置设计根据第(+!节确定了蜗杆蜗轮的基本尺寸"选择了单轴回转装置为回转机构$蜗轮的旋转中心与工作平台距离为!1V 99"与小臂间的距离为!!#99"小臂的安装尺寸距离上托架平面!##99$"+!%上托架结构设计上托架的设计要点'!!#上托架的下平面始终与地面平行&!(#不能随工作平台一起回转&!"#满足设计强度&!)#设计长度不能超过设计要求&!V #不与其他零部件发生干涉$上托架底平面与地面保持平衡可利用平行四边形原理通过铰链连接实现"在上托架合理设计铰链位置$上托架是与小臂%回转机构连接的结构"上托架上方需要设计与小臂安装孔及调平铰链孔"下方需要设计与回转机构进行连接$根据设想其结构如图1所示$上方为工字形"中间加强筋可提高上托架的强度和刚性"防止两侧变形"可更好地将力均匀分布在小臂两方$图1%上托架三维模型+#!!+重型机械%%%%%%%%%%%%%%%%%%(#(";.+"上托架与单轴回转装置连接方式为螺钉连接"单轴回转装置外圈螺纹孔为^!#"对其进行校核"验证是否符合强度要求$拉应力'%!A?j)i!+"/&C(!j"+!)^W? /$+V1^W?!!(#切应力'%j /&C(#3))j)i/L&C(#j)i#+1)&i!#(j#+##.^W?!(##单个螺栓所受挤压应力'!S j/LC##9:;j#+1)!#i)#j#+##1^W?!(!#拉应力%切应力和挤压应力均小于许用应力"螺栓符合强度要求$)%有限元模型建立通过对上托架%下托架和单轴回转装置进行装配"得到如图.的回转装置三维模型$将其导入,;L N L软件中进行材料设置%网格划分和分析设置等$网格划分时选择四面体网格类型"设置关键零部件网格单元大小"获得的单元数量和节点数量分别为!"1.$//个和(#1)#/$个$回转平台的生产加工材料为b")V钢"材料的屈服强度为")V^W?$图!#%回转装置网格划分结果)+!%回转装置受力结果分析按照载荷处理后简化的受力情况施加约束和载荷进行受力分析$回转装置在载重距离回转中心最远处的受力情况下应力分布如图!!所示"其应力主要集中在下托架安装部位中部以及上托架梁与安装板处"其中上托架的梁与安装板连接处应力最大"其应力为!")+""^W ?$其等效弹性应变如图!(所示"其应变值为#+###/.99$图!!%回转装置应力分布情况图!(%回转装置应变分布情况回转装置上下托架均采用b")V 钢焊接而成"按照极限工况计算"安全系数取("则b ")V 钢的许用应力为!1V ^W ?"因此上下托架结构强度均满足静态要求"同时回转装置变形为#+###$99"变形可忽略不计"符合设计要求$)+(%小臂受力有限元分析小臂在运动过程中有两处危险工况'最大作业高度工况%最大作业幅度工况$增加回转装置后这两处工况受力发生变化"需要对其进行受力分析"判断结构强度是否满足要求$将小臂模型导入,;L N L 中进行静态分析"网格划分结果如图!"所示$图!"%小臂网格划分结果本作业高空作业车的小臂材料为优质合金钢b /.#"根据5U e &.)/V -(#!$5高空作业车6中第V+"+!节和第V+"+"节规定'!!#平台及伸展机构承载部件所用的塑性材料"按材料最低屈服极限计算﹐结构安全系数应不小于($!(#确定结构安全系数的设计应力"是作业车在额定载荷工况下作业"并遵守操作规程时"结构件内所产生的最大应力值$设计应力还应考虑到应力集中及动力载荷的影响"安全系数按式!((#计算'&j!!!!*!(#H !H (!((#式中"&为结构安全系数&!为塑性材料的屈服强度%非塑性材料的强度极限"^W ?&!!为由结构质量产生的应力"^W ?&!(为由额定载荷产生的应力"^W ?&H !为应力集中系数&H (为动力载荷系数$H !%H (的数值可通过对样机的试验应力分析确定$或取H ! !+!"H ( !+(V "本文取H !j !+!"H (j!+(V "&j ("即'!!!*!(&H !H (j (+1V !("#则b/.#的许用应力值)!*j (V!^W ?在第(节中对小臂受力进行了分析"在+(!!+重型机械%%%%%%%%%%%%%%%%%%(#(";.+",;L N L 中设置相关参数"最大作业高度工况下应力应变结果如图!)%图!V 所示$小臂最大变形为#+###(99"最大应力为)$+#.^W ?"均发生在油缸连接处$当高空作业车处于最大作业高度工况时"小臂上油缸铰链安装处%小臂与上臂铰链安装处均为固定端"工作平台%回转装置作用在小臂另一端"形成了悬臂梁结构"应力应变集中在油缸支承末端$图!)%最大作业高度小臂应变分布图!V%最大作业高度小臂应力分布最大作业幅度工况下应力应变结果如图!/%图!1所示$小臂最大变形为#+##!!99"最大应力为("1+#)^W ?"均发生在油缸连接处$当高空作业车处于最大作业幅度工况时"与最大作业高度产生应力应变的原因一样$图!/%最大作业幅度小臂应力分布图!1%最大作业幅度小臂应变分布小臂所选材料为b/.#"小臂在最大作业高度和最大作业幅度的应力均小于许用应力)!*j (V!^W ?"变形小于#+#!99"均满足设计要求$V%结束语本文对高空作业车增加了工作平台的回转装置"并对其关键部位上下托架进行了有限元分析"以验证上下托架结构强度的合理性$同时"增加回转后小臂受力发生变化"对变化后小臂进行有限元分析"判断小臂结构强度是否满足$结果表明"回转装置能够满足设计要求"小臂最大应力小于小臂许用应力$回转装置的设计使得折臂式高空作业车能在错综复杂的楼盘间%建筑等作业"例如图!$%图!.所示"减少反复调整位姿以达到作业要求的情况"从而极大地提高作业效率"节约车辆使用成本$图!$%无回转时工作平台在楼层间作业图!.%有回转时工作平台在楼层间作业参考文献)!*%涂桥安"王保平"王兆伍T 移动式高空作业平台的设计研究)J *T 机械设计与制造工程"(##!!#V #'!V -!1T )(*王昭君T ,)V 折臂式高空作业车稳定性及其主要影响因素分析)d*T 沈阳'东北大学"(#!.T )"*王昭君"何雪浤"周振东"等T 基于,d ,^@的折臂式高空作业车展开作业稳定性分析)J *T 机电工程"(#(#""1!#"#'(V.-(/""(1/T +"!!+(#(";.+"%%%%%%%%%%%%%%%%%%重型机械))*蒋红旗T折臂式高空作业车风振疲劳损伤破坏机理研究)d*T徐州'中国矿业大学"(#!1T)V*张丹T!/米折叠式高空作业车整机设计及分析)d*T成都'西南交通大学"(#!)T)/*夏林焱T高空作业车臂架优化设计及多体动力学分析)d*T长沙'中南林业科技大学"(#!$T)1*尹冬冬T高空作业车作业臂的结构设计与动态性能研究)d*T武汉'武汉理工大学"(#!$T)$*张承志"陈立停"张月"等T高空作业车工作斗新型回转机构改进设计及分析)E*e e科学决策的理论与方法学术研讨会"中国北京"(#!VT ).*湖南星邦智能装备股份有限公司T一种高空作业车及其平台回转控制装置'E<(#!.(!"$1(.#+))W*T(#(#-#$-($T)!#*高耀T一种新型的工作平台回转机构)J*T科技创业家"(#!)!#V#'..T)!!*戴军T回转支承的合理选用)J*T机电设备"(##/ !#V#'$V-$1T)!(*蒋红旗"刘玉T高空作业车转台有限元结构分析)J*T现代机械"(##$!#"#').-V#T)!"*洪宝峰T某直臂式随车起重运输车设计及分析研究)d*T长春'吉林大学"(#!/T+)!!+重型机械%%%%%%%%%%%%%%%%%%(#(";.+"。

目录引言 (1)1 选题背景 (2)1.1 问题的提出 (2)1.2 研究现状 (2)1.3 设计的技术要求及指标 (2)1.3.1我们的研究内容： (2)1.3.2我们预期达成的成果 (3)2 机构选型 (3)2.1 设计方案的提出 (3)2.2设计方案的确定 (5)3 尺度综合 (6)3.1 机构关键尺寸计算 (6)3.2机构关键尺寸优化 (8)4 受力分析 (8)4.1 机构动态静力描述 (8)4.2 机构动态静力变化曲线描述 (8)5 机构建模 (9)5.1 机构运动简图及尺寸标注 (9)5.2 机构关键构件建模过程 (9)5.2.1车架建模 (9)5.2.2车座建模 (10)5.2.3其余关键零件建模展示 (10)5.2.4标准零件建模如下： (11)5.3 机构总体装配过程 (11)5.3.1装配过程 (11)5.3.2 创建爆炸视图 (12)6 机构仿真 (13)6.1 SolidWorks机构仿真 (14)6.1.1 机构仿真配置 (14)6.1.2 机构仿真过程描述 (14)6.1.3 仿真参数测量及分析 (15)6.2 Adams机构仿真 (18)6.2.1 机构仿真配置 (18)6.2.2 机构仿真过程描述 (18)6.2.3 仿真参数测量及分析 (19)6.2.4仿真中存在的不足 (20)7有限元分析 (20)7.1 载物台有限元分析 (20)7.1.1载物台的设置过程 (20)7.1.2 分析报表内容 (21)7.1.3 材料优化改进 (24)7.2支撑架静应力分析 (24)7.2.1 支撑架的参数设置过程 (24)7.2.2修改后的结构应力分析 (26)7.3 整车有限元分析 (26)8设计总结 (35)9收获及体会 (35)10致谢 (36)11 参考文献 (36)引言在国家的生产建设中，大型的工程机械是不能缺少的技术设备，它在城市建设、交通运输、农田水利、广告摄影、能源开发和国防建设等多个方面都发挥着至关重要的作用。

本科毕业设计题目高空作业车举升臂机构设计及液压控制系别工程技术系专业机械设计制造及其自动化学生姓名学号指导教师职称教授2013年04月18日摘要随着国家经济的不断发展，交通运输等基础行业发生着日新月异的变化。

高空作业车作为专用起重运输汽车的一种，它可以将工作人员和工作装备运送到达指定现场并进行作业的专用汽车。

高空作业车主要用于邮电通讯、市政建设、消防救护、建筑装饰、高空摄影以及造船、石油、化工、航空等行业。

它具有机动灵活、转移迅速、覆盖面广、便于接近、到达作业地点后能迅速投入工作等优点。

而且折叠臂式高空作业汽车结构比较简单，改装比较容易，因而发展比较快。

本设计主要内容是选择合适的二类底盘，在此基础上对高空作业车的主要工作装置进行设计。

通过对支腿机构、举升机构和回转机构的设计，进行各个应用元件布置，并采用液压系统对各个元件进行控制以实现举升和回转运动功能。

同时，还对高空作业车的附件进行了简单的设计，并对高空作业车的稳定性进行了计算分析，结果表明基本达到国家对改装车的标准要求。

关键词：高空作业车；支腿机构；举升机构；回转机构；设计AbstractWith the country's economic development, transportation and so on the basis of an ever-changing industry. Folding-arm high above the ground as a dedicated car lifting of a transport vehicle, which can be the work of staff and equipment arrived at the designated on-site delivery and operation of the Special Purpose Vehicle. Folding-arm high above the ground the main vehicle for posts and telecommunications, municipal construction, fire rescue, building decoration, high-altitude photography, as well as shipbuilding, petroleum, chemical, aviation and other industries. It has a flexible, rapid transfer, coverage for close to reach the sites quickly after getting a work of the advantages. And arm-folding high above the ground vehicle structure is relatively simple, relatively easy modification, and therefore faster development.The main content of this design is to choose a suitable chassis in the second category, on this basis of arm-folding work high above the main work of the car plant design. The outrigger body, lifting and turning the body design, layout components for various applications. And the use of the hydraulic system to control the various components in order to achieve lift and rotary motor function. At the same time, also folded-arm high above the ground Annex cars were simple design, and folded-arm high above the ground vehicle for the stability of the calculation and analysis, results showed that the modification of the basic national standards of vehicles.Key words: Folded-arm high above the ground vehicles; Outrigger bodies; Lifting bodies; Body rotation; Design目录1 绪论 (1)1.1概述 (1)1.2高空作业车的定义、组成及功用 (1)1.3国内外高空作业车的发展概况 (2)2 高空作业车总体方案分析 (3)2.1动力传动装置设计与分析 (3)2.1.1设计要求 (3)2.1.2动力传动装置类型 (3)2.1.3举升机构 (4)2.1.4回转机构 (6)2.2本章小结 (7)3 高空作业车总布置设计 (7)3.1 总体主要参数的确定 (7)3.1.1尺寸参数的确定 (7)3.1.2质量参数的确定 (7)3.2 高空作业车底盘的选择 (8)3.3本章小结 (9)4 举升机构与回转机构设计计算 (9)4.1 举升机构设计 (9)4.1.1举升机构运动范围的确定 (9)4.1.2动臂的结构设计和主要尺寸确定 (10)4.2回转机构设计 (10)4.2.1确定圆柱滚子的最大载荷 (11)4.2.2确定圆柱滚子的允许载荷 (12)4.3本章小结 (13)5 支腿机构和液压系统设计计算 (13)5.1 支腿机构设计计算 (13)5.1.1支腿跨距的确定 (13)5.1.2支撑脚接地面积确定 (17)5.2液压系统设计 (17)5.2.1液压系统原理分析 (17)5.2.2油缸选型确定 (18)5.2.3液压泵的选型计算 (20)5.2.4油箱容积与管路内径计算 (21)5.2.5液压系统参数计算 (22)5.2.6液压泵的选型确定 (22)5.2.7取力器布置方案及基本参数选择 (23)5.3本章小结 (24)6 高空作业车稳定性能分析 (24)6.1 支腿压力的计算 (24)6.2本章小结 (27)7结论 (27)致谢 (29)1 绪论1.1概述高空作业机械是在工程起重机械基础上发展起来的高空作业设备，广泛应用在建筑、消防等行业。