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編號(hào)
無錫太湖學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題目： 高空作業(yè)車的液壓系統(tǒng)
信機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè)
學(xué) 號(hào)： 0923046
學(xué)生姓名： 貢 濤
指導(dǎo)教師： 林承德 （職稱：教授）
（職稱： ）
2013年5月25日
XXXIII
無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
誠 信 承 諾 書
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì) 高空作業(yè)車的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。
班 級(jí)： 機(jī)械91
學(xué) 號(hào)： 0923046
作者姓名：
2013年 5 月 25 日
無錫太湖學(xué)院
信 機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 任 務(wù) 書
一、題目及專題：
1、題目 高空作業(yè)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2、專題 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
二、課題來源及選題依據(jù)
①在大學(xué)課程中學(xué)習(xí)過液壓，理論結(jié)合實(shí)際；
②高空作業(yè)車是用來運(yùn)送工作人員和工作裝備到指定高度進(jìn)行作業(yè)的特種車輛，是將高空作業(yè)裝置安裝在汽車底盤上組成的。高空作業(yè)裝置包括工作臂、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、副車架、工作斗、液壓系統(tǒng)和操縱裝置等?，F(xiàn)在的高空作業(yè)裝置具有操作平順、工作穩(wěn)定、自動(dòng)調(diào)速、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，大大提高了空中作業(yè)的工作效率。
三、本設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的要求：
本畢業(yè)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一輛11米高空作業(yè)車，其具體要求如下：
①設(shè)計(jì)任務(wù)：高空作業(yè)車的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
②機(jī)器用途：通用型，適用于建筑、安裝、管道鋪設(shè)等高空作業(yè)。
③工作環(huán)境：風(fēng)力六級(jí)以下，溫度-20～30 ℃，無腐蝕性極易爆易燃性氣體。
④ 作業(yè)部分主要技術(shù)參數(shù) 最大作業(yè)高度： 11-12米； 最大作業(yè)半徑： 5.5米； 回轉(zhuǎn)角度： 360°； 額定平臺(tái)載荷： 200kg； 操作方式： 下操作、上操作可以任意選擇；支腿形式/數(shù)量： H型/4；
旋轉(zhuǎn)速度： 0-3r/min；
兩支臂變幅時(shí)間：起臂：t≤70s； 落臂：t≤6045s； 支腿收放時(shí)間： 收支腿：t≤60s； 放支腿：t≤60s。
四、接受任務(wù)學(xué)生：
機(jī)械91 班 姓名 貢 濤
5、 開始及完成日期：
自2012年11月20日 至2013年5月25日
六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）：
指導(dǎo)教師 簽名
簽名
簽名
教研室主任
〔學(xué)科組組長(zhǎng)研究所所長(zhǎng)〕 簽名
系主任 簽名
2012年11月20日
I
摘 要
高空作業(yè)車是用來運(yùn)送工作人員和工作裝備到指定高度進(jìn)行作業(yè)的特種車輛，是將高空作業(yè)裝置安裝在汽車底盤上組成的。高空作業(yè)裝置包括工作臂、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、副車架、工作斗、液壓系統(tǒng)和操縱裝置等?，F(xiàn)在的高空作業(yè)裝置具有操作平順、工作穩(wěn)定、自動(dòng)調(diào)速、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，大大提高了空中作業(yè)的工作效率。高空作業(yè)車是利用汽車底盤作為行走機(jī)構(gòu)，具有汽車的行駛通過性能，機(jī)動(dòng)靈活，行駛速度高，可快速轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移到作業(yè)場(chǎng)地后能迅速投入工作，因此被越來越多的應(yīng)用在工程建設(shè)、工業(yè)安裝、設(shè)備檢修、物業(yè)管理、航空、船舶、石化、電力、影視、市政、園林等許多行業(yè)，是近幾年來國內(nèi)發(fā)展最快的專用汽車產(chǎn)品之。
關(guān)鍵詞: 高空作業(yè)車；液壓系統(tǒng)；泵站
ABSTRACT
Aerial word truck is used to transport personnel and equipment to the designated special vehicle height work, is the aerial device installed in the automobile chassis. Aerial device comprises a working arm, rotating platform, side frame, basket, hydraulic system and control device. Aerial device now has the advantages that the operation is smooth, stable operation, automatic control, safe and reliable, greatly improving the working efficiency of the air. Aerial vehicle is the automobile chassis as a running mechanism, has the vehicle performance, flexible, high speed, fast transfer, transfer to the job site to work quickly, so it is more and more used in many industry construction, industrial installation, equipment maintenance, property management, aviation, ships, petrochemical, electricity, television, municipal, gardens, is one of the most rapid development in recent years of dedicated automotive products.
Keywords : operating vehicle height ; hydraulic system ; Pump stations
目錄
摘 要 III
Abstract IV
目 錄 V
1 緒論 1
1.1 引 言 1
1.2 高空作業(yè)車的發(fā)展概況 2
1.2.1 概況 2
1.2.2 國外趨勢(shì)與動(dòng)向 3
1.3 國內(nèi)現(xiàn)狀、差距與如何提高的方法 4
1.3.1 現(xiàn)狀 4
1.3.2 差距 4
1.4 液壓傳動(dòng)概況 5
1.4.1 液壓傳動(dòng)的定義 5
1.4.2? 液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況 5
1.4.3 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 6
1.4.4 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 6
1.4.5 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)要求 6
1.5 課題簡(jiǎn)介 9
1.5.1選題的必要性 9
1.5.2 課題主要研究的內(nèi)容及目的 10
2 設(shè)計(jì)要求 11
2.1 總體設(shè)計(jì)要求 11
2.2 動(dòng)作要求 11
2.3 技術(shù)性能要求 12
3 確定設(shè)計(jì)方案 12
3.1 總體設(shè)計(jì)方案 12
3.2 確定執(zhí)行元件的形式 12
3.3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 12
3.4 整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 13
3.5 液壓系統(tǒng) 14
3.5.1 液壓系統(tǒng)工作原理 14
3.5.2 液壓系統(tǒng)原理圖 15
4 液壓系統(tǒng)計(jì)算 16
4.1 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 16
4.1.1 液壓缸的最大載荷 16
4.1.2 確定系統(tǒng)工作壓力 22
4.1.3 液壓缸的內(nèi)徑計(jì)算 22
4.1.4 液壓缸缸筒壁厚和外徑計(jì)算 22
4.1.5 液壓缸活塞桿直徑 24
4.1.6 液壓缸活塞桿強(qiáng)度校核 25
4.1.7 液壓缸活塞桿穩(wěn)定性校核 26
4.1.8 液壓缸的工作壓力 27
4.1.9 液壓缸的流量 28
4.1.10 液壓缸選擇 29
4.2 液壓泵的選擇 29
4.2.1 計(jì)算液壓泵的流量 29
4.2.2 計(jì)算液壓泵的壓力 30
4.2.3 選擇液壓泵 30
4.3 電動(dòng)機(jī)的選擇 31
4.4 管路的選擇 32
4.5 其他輔助元件的選擇 32
4.5.1 慮油器 32
4.5.3 油箱 34
5 閥板的設(shè)計(jì) 36
5.1 閥的集成形式 36
5.1.1 有管集成 36
5.1.2 無管集成 36
5.2 無管集成液壓控制裝置的設(shè)計(jì)流程 36
5.3閥塊的設(shè)計(jì) 37
5.3.1 整體設(shè)計(jì)方案 37
5.3.2 閥塊的設(shè)計(jì) 37
6 泵站設(shè)計(jì) 42
6.1 泵站概述 42
6.2 泵站設(shè)計(jì)目的 42
6.3 泵站的連接和安裝方式 43
6.3.1 液壓泵的安裝方式 43
6.3.2 電動(dòng)機(jī)與液壓泵的連接方式 43
6.4 防震降噪措施 43
7 結(jié)論與展望 44
7.1結(jié)論 44
7.2展望 44
致謝 45
參考文獻(xiàn) 46
III
高空作業(yè)車的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1 緒論
1.1 引 言
高空作業(yè)車是用來運(yùn)送工作人員和工作裝備到指定高度進(jìn)行作業(yè)的特種車輛，是將高空作業(yè)裝置安裝在汽車底盤上組成的。高空作業(yè)裝置包括工作臂、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、副車架、工作斗、液壓系統(tǒng)和操縱裝置等。現(xiàn)在的高空作業(yè)裝置具有操作平順、工作穩(wěn)定、自動(dòng)調(diào)速、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，大大提高了空中作業(yè)的工作效率。高空作業(yè)車是利用汽車底盤作為行走機(jī)構(gòu)，具有汽車的行駛通過性能，機(jī)動(dòng)靈活，行駛速度高，可快速轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移到作業(yè)場(chǎng)地后能迅速投入工作，因此被越來越多的應(yīng)用在工程建設(shè)、工業(yè)安裝、設(shè)備檢修、物業(yè)管理、航空、船舶、石化、電力、影視、市政、園林等許多行業(yè)，是近幾年來國內(nèi)發(fā)展最快的專用汽車產(chǎn)品之一。
高空作業(yè)車按工作臂的型式，有四種基本型式，分別為：垂直升降式、
折疊臂式、伸縮臂式和混合臂式。垂直升降式高空作業(yè)車的升降機(jī)構(gòu)只能在垂直方向上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。它的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，承載能力強(qiáng)，但作業(yè)范圍小，作業(yè)高度低，這種結(jié)構(gòu)型式應(yīng)用比較少。折疊臂式高空作業(yè)車工作臂之間的連接全部采用鉸接型式，所以國外又把它叫做鉸接式高空作業(yè)車。折疊臂高空作業(yè)車結(jié)構(gòu)適合于較低作業(yè)高度的車型，如要加大作業(yè)高度，必然要增加臂長(zhǎng)或增加工作臂數(shù)量，增加臂長(zhǎng)會(huì)使作業(yè)車體積龐大，降低靈活性；增加工作臂數(shù)量會(huì)造成操作繁瑣，安全性降低。伸縮臂式的高空作業(yè)車在行駛狀態(tài)時(shí)，工作臂縮回套疊，工作時(shí)伸出，可以有效增大作業(yè)高度，同時(shí)具有工作效率高、操作簡(jiǎn)單、動(dòng)作平穩(wěn)等特點(diǎn)?；旌媳凼礁呖兆鳂I(yè)車工作臂之間既有鉸接，也有伸縮，是折疊臂式和伸縮臂式高空作業(yè)車的結(jié)合，它綜合了兩種結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點(diǎn)，工作性能最好，但結(jié)構(gòu)也最為復(fù)雜。
1.2 高空作業(yè)車的發(fā)展概況
1.2.1 概況
高空作業(yè)機(jī)械是在工程起重機(jī)械基礎(chǔ)上發(fā)展起來的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)，只有二十幾年的歷史。盡管我國在高空作業(yè)車設(shè)計(jì)制造上取得了一些成績(jī)，但是國內(nèi)生產(chǎn)制造的高空作業(yè)機(jī)械同國外同類型高空作業(yè)機(jī)械產(chǎn)品相比仍有一定差 ,主要表現(xiàn)為技術(shù)含量低、大型的較少、結(jié)構(gòu)笨重、作業(yè)時(shí)微動(dòng)性能差等問題。高空作業(yè)車在世界上已有近四十年的發(fā)展歷史，現(xiàn)已形成一個(gè)完整的專用產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)體系。如美國的CROVE(格洛夫)、GENIE(吉尼)、英國的COLES (西蒙)， 意大利的RICO (利高)，芬蘭的BRONTO(布朗托)公司等，并且它們各有側(cè)重，如BRONTO側(cè)重于高空消防車系列，COLES側(cè)重于車載高空作業(yè)平臺(tái)等。高空作業(yè)車發(fā)展到現(xiàn)在，其作業(yè)高度最高已到達(dá)72m(BRONTO公司生產(chǎn))，作業(yè)車的可靠性、安全性、舒適性、操作方便和簡(jiǎn)單的直接性等方面都有較大提高，而且隨著電子計(jì)算機(jī)的普及和發(fā)展以及機(jī)、電、液一體化研究的進(jìn)展，國外各大公司競(jìng)相采用電腦(電子)操控系統(tǒng)，提高整機(jī)性能，減少整機(jī)液壓元件的使用，減小整機(jī)體積及重量，提高操控的靈敏度。
在我國，雖然對(duì)高空作業(yè)車的研制、生產(chǎn)起步較晚，但是隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高空作業(yè)車的使用面、服務(wù)領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，現(xiàn)正處于較快的發(fā)展階段，特別是各生產(chǎn)廠家積極引進(jìn)和消化國外先進(jìn)技術(shù)，開發(fā)新品種，提高產(chǎn)品技術(shù)和質(zhì)量水平，已有部分達(dá)到或接近國際同類產(chǎn)品的水平。如浦沅集團(tuán)公司已能生產(chǎn)作業(yè)高空6m到60m共12種規(guī)格近30個(gè)品種的高空作業(yè)車，杭州園林機(jī)械廠引進(jìn)日本先進(jìn)技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)，在近幾年內(nèi)開發(fā)出適合國內(nèi)用戶需要的l0多個(gè)新品種，能生產(chǎn)26m 內(nèi)的各種絕緣及通用高空作業(yè)車，形成年產(chǎn)350臺(tái)以上的生產(chǎn)能力，占有國內(nèi)中小高度高空作業(yè)車市場(chǎng)50％左右的份額，并有部分產(chǎn)品出口；撫順起重機(jī)總廠錦州重型機(jī)械股份有限公司和徐州重型機(jī)械廠針對(duì)國內(nèi)大高度消防救援作業(yè)車依賴進(jìn)口狀況，先后開發(fā)了30m 以上的高空消防作業(yè)車，產(chǎn)銷良好，深受用戶歡迎；徐工集團(tuán)生產(chǎn)非常適合路燈、隧道維護(hù)使用的20m 以內(nèi)的高空作業(yè)車，并完成了53m大高度高空消防車的研制。有關(guān)專家預(yù)測(cè)，我國高空作業(yè)車在未來幾年仍將保持較高的產(chǎn)銷增長(zhǎng)率，特別是大中城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和維護(hù)等方面的需求增長(zhǎng)更快。
然而現(xiàn)階段我國高空作業(yè)車發(fā)展中還存在許多問題：1、大多數(shù)廠家產(chǎn)品單一，型號(hào)老化，產(chǎn)量小，企業(yè)規(guī)模??；2、部分企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力較差，技術(shù)儲(chǔ)備明顯不足，市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)范圍窄，企業(yè)效益差；3、國內(nèi)基礎(chǔ)材料的質(zhì)量參差、研發(fā)水平又較低，基礎(chǔ)零部件配套水平較差，許多原材料依賴進(jìn)口；4、基礎(chǔ)零部件配套廠家少，規(guī)格品種少，產(chǎn)品質(zhì)量、性能可靠性不高，不穩(wěn)定；5、專業(yè)化、機(jī)械化生產(chǎn)水平低，工藝落后，裝配水平較低；6、主機(jī)(底盤)型號(hào)單一，不能滿足生產(chǎn)廠的組裝要求，直接影響新產(chǎn)品的開發(fā)；7、產(chǎn)品的售后服務(wù)水平較差，缺乏專業(yè)的檢測(cè)和維修設(shè)備，維修人員專業(yè)技能不足，未形成善的售后服務(wù)體系；8、對(duì)高空作業(yè)車等專用車的管理上，有關(guān)政策滯后，不利于特種高空作業(yè)車的小批量改裝、生產(chǎn)。
為了適應(yīng)我國高空作業(yè)車發(fā)展的需求，筆者認(rèn)為，要著眼于長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)，走規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化、集約化、產(chǎn)品配套化、系列化的道路；要盡快地培養(yǎng)高素質(zhì)的專業(yè)人才，要建立一套適合國際標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)體系和質(zhì)量體系， 在高空作業(yè)機(jī)械國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(TC214)已有的標(biāo)準(zhǔn)范圍之外，建立適合我國的標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量體系，以防止國外技術(shù)壟斷；各廠家要做到強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，在研發(fā)上與高校及專業(yè)研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合研發(fā)，加快相關(guān)產(chǎn)品的研制和研究成果的生產(chǎn)轉(zhuǎn)化，提高產(chǎn)品質(zhì)量，避免各自為營(yíng)的現(xiàn)象；要能帶動(dòng)國內(nèi)基礎(chǔ)零件配套產(chǎn)品的發(fā)展，使之形成完整的生產(chǎn)體系、配套體系，同時(shí)，形成幾家在技術(shù)力量、產(chǎn)品質(zhì)量、人才儲(chǔ)備上能達(dá)到國際先進(jìn)水平的配套件生產(chǎn)廠家。
尤其在現(xiàn)階段， 筆者認(rèn)為要優(yōu)先做好以下產(chǎn)品和技術(shù)的研發(fā)：l、建筑用自行式作業(yè)平臺(tái)和蜘蛛式作業(yè)平臺(tái)；2、帶電作業(yè)(10KV 以上)的絕緣高空作業(yè)車；3、25m 以上多功能消防救援高空作業(yè)車；4、室內(nèi)外輕型作業(yè)平臺(tái)；5、大作業(yè)幅度平臺(tái)及新型多功能高空作業(yè)車；6、高空作業(yè)機(jī)械的自動(dòng)控制和安全保護(hù)技術(shù)的研制；7、機(jī)、電、液一體化技術(shù)在高空作業(yè)車上的應(yīng)用。
1.2.2 國外趨勢(shì)與動(dòng)向
國外高空作業(yè)機(jī)械屬新興行業(yè)，是在工程起重機(jī)械基礎(chǔ)上發(fā)展起來的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)，只有二十幾年的歷史。目前，專業(yè)生產(chǎn)高空作業(yè)機(jī)械的公司比較少。近年來，由于汽車起重機(jī)銷售量下降及市場(chǎng)平淡，一批汽車起重機(jī)制造公司，相繼發(fā)展高空作業(yè)機(jī)械，但總計(jì)年產(chǎn)量仍不能滿足市場(chǎng)需求，正處于發(fā)展時(shí)期。
國外 高 空 作業(yè)機(jī)械，發(fā)展迅速，技術(shù)水平不斷提高。工業(yè)發(fā)達(dá)國家，一般都有專門的跨國公司和集團(tuán)主營(yíng)和兼營(yíng)高空作業(yè)機(jī)械，如美國GROVE公司(格魯夫)和GENIE(吉尼公司)、英國COLES公司、ST-MON公司(西蒙)、意大利RICO(利高)、芬蘭BRONTO公司(波浪濤公司)、日本的多田野和愛知株式會(huì)社等。高空作業(yè)機(jī)械的底盤分通用型和專用型，采用通用汽車底盤的高空作業(yè)機(jī)械，機(jī)動(dòng)靈活，能快速轉(zhuǎn)移，作業(yè)高度較高，采用專用底盤的高空作業(yè)機(jī)械，即自行式高空平臺(tái)車，適用于固定場(chǎng)所作業(yè)，具有微動(dòng)行駛，擴(kuò)大作業(yè)半徑等特點(diǎn)。
為了滿足實(shí)際工程的需要，高空作業(yè)車的作業(yè)高度越來越高，隨之作業(yè)半徑也越來越大。如西蒙公司S600高度已達(dá)62 m、芬蘭BROTO公司產(chǎn)品最高己達(dá)72 m，自命為“天梯”，高空作業(yè)車的下車、工作斗均采用微機(jī)進(jìn)行操縱。
操作越來越簡(jiǎn)單可靠，自動(dòng)化程度不斷提高。如GENIE〔吉尼公司)的自行式直臂式高空作業(yè)車、自行式曲臂式高空作業(yè)車、自行式剪型高空作業(yè)車。由于采用自動(dòng)化控制，高空作業(yè)車的微動(dòng)性能好，定位也來越來越準(zhǔn)確。
但根據(jù)不同的工況條件，考慮到造價(jià)等原因，拖動(dòng)式和手動(dòng)式很有實(shí)用價(jià)值，目前在一些場(chǎng)所仍被廣泛使用。此類高空作業(yè)車有拖動(dòng)式曲臂高空作業(yè)車和手動(dòng)式物料升降機(jī)。
高空作業(yè)車的發(fā)展主要?jiǎng)酉蚴菍?shí)現(xiàn)六化、三性，以提高高空作業(yè)機(jī)械的適用性。六化: 即液壓化、最優(yōu)化(采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))、輕量化(采用高強(qiáng)度材料、減輕構(gòu)件重量)、機(jī)電液一體化(如安全保護(hù)、報(bào)警裝置等)、通用化、系列化。三性:可靠性、安全性和舒適性。
為了滿足高層建筑的復(fù)雜情況，要求人們不斷改進(jìn)舉高車，以適應(yīng)施工、滅火等需要，以及舉高車制造公司間日趨激烈的競(jìng)爭(zhēng)，促進(jìn)了舉高車技術(shù)的發(fā)展。新技術(shù)的采用，使發(fā)達(dá)國家80年代的舉高車在性能和安全上有較大的提高，這主要體現(xiàn)在三個(gè)方面:
(1) 在公安消防上，提高救生和滅火能力。在80年代，發(fā)達(dá)國家通過改進(jìn)舉高消防車的臂架結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)，使其救人和滅火能力有了大幅度的提高。登高平臺(tái)消防車，70年代的最大工作高度是40m, 80年代后期，芬蘭波浪濤公司又推出67.5m的登高平臺(tái)消防車，而且這兩種車的登高平臺(tái)載重能力達(dá)450比，顯著地提高了救生能力。
(2 )提高應(yīng)付不利環(huán)境的能力。在高層建筑火場(chǎng)上或在施工現(xiàn)場(chǎng)上，有時(shí)會(huì)遇到地面不平、場(chǎng)地狹窄等情況。如何在這些不利情況下使舉高車充分發(fā)揮救生和滅火能力或載人施工的能力，也是舉高車新技術(shù)開發(fā)的主要方向之一。在這方面比較突出的日本森田泵公司，在新一代云梯消防車上采用了電子計(jì)算機(jī)調(diào)平技術(shù)。
(3) 提高安全性。如在80年代德國的馬基路斯、麥茨、森田和芬蘭的波浪濤公司等紛紛采用了靠電子計(jì)算機(jī)控制舉高消防車的支腿梯架的操作和顯示等技術(shù)，這種技術(shù)提高了云梯操作自動(dòng)化程度，從而避免了因操作人員的失誤而導(dǎo)致的危險(xiǎn)。
1.3 國內(nèi)現(xiàn)狀、差距與如何提高的方法
國內(nèi)高空作業(yè)機(jī)械發(fā)展剛剛起步，只有十幾年的發(fā)展歷史，雖然起步晚，由于高空作業(yè)機(jī)械制造企業(yè)的努力，已逐步走向穩(wěn)定的發(fā)展軌道。
1.3.1 現(xiàn)狀
我國高空作業(yè)機(jī)械的生產(chǎn)于20世紀(jì)70年代末開始起步，發(fā)展較快， 目前生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)企業(yè)已由原來的幾家迅速增加到40余家，其中與國外合資或合作生產(chǎn)的企業(yè)有5家。根據(jù)2004年和2005年《中國工程機(jī)械年鑒》，2003年高空作業(yè)機(jī)械工業(yè)總產(chǎn)值為32139萬元，生產(chǎn)各類高空作業(yè)平臺(tái)1906臺(tái)，高空作業(yè)車740臺(tái)；2004年高空作業(yè)機(jī)械工業(yè)總產(chǎn)值為36340萬元，生產(chǎn)各類高空作業(yè)平臺(tái)2500臺(tái)，高空作業(yè)車800臺(tái)。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，形成了各自特色的產(chǎn)品系列，基本能滿足國內(nèi)市場(chǎng)高空作業(yè)機(jī)械的需要，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。從 80 年 代開始撫順起重機(jī)總廠、武漢起重機(jī)廠、四川度巖機(jī)械廠、四川長(zhǎng)江起重機(jī)有限責(zé)任公司、杭州園林機(jī)械廠、北京攀尼高空作業(yè)車有限公司、徐州重型機(jī)械廠等開始著手研制高空作業(yè)車和登高平臺(tái)消防車，投放市場(chǎng)。撫順市起重機(jī)總廠生產(chǎn)的CDZ32型登高平臺(tái)消防車已出口泰國。最近四川長(zhǎng)江起重機(jī)有限責(zé)任公司，研制的QZC5120JGKS25型高空作業(yè)車是最近向推向市場(chǎng)的一種新產(chǎn)品。該產(chǎn)品采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段設(shè)計(jì)，填補(bǔ)了國內(nèi)25m伸縮臂式高空作業(yè)車的空白。
1.3.2 差距
盡管我國在高空作業(yè)車設(shè)計(jì)制造上取得了一些成績(jī)，但是國內(nèi)生產(chǎn)制造的高空作業(yè)機(jī)械同國外同類型高空作業(yè)機(jī)械產(chǎn)品相比仍有一定差距，主要表現(xiàn)為技術(shù)含量低、大型的較少、結(jié)構(gòu)笨重、作業(yè)時(shí)微動(dòng)性能差等問題。在開發(fā)研制過程中，應(yīng)采取有效措施、試驗(yàn)研究，逐項(xiàng)加以解決，以縮小差距。同時(shí)對(duì)目前存在的技術(shù)關(guān)鍵，有待于組織力量攻關(guān)解決，其關(guān)鍵是電液比例操縱、微動(dòng)性能問題，支腿調(diào)平技術(shù)問題，數(shù)顯微機(jī)自動(dòng)程序控制以及機(jī)電—航天、導(dǎo)彈發(fā)射等。
綜上所述，在目前的高空作業(yè)車的生產(chǎn)水平上，改進(jìn)高空作業(yè)車的工作性能，開發(fā)研制機(jī)動(dòng)靈活、技術(shù)含量高安全、可靠的高空作業(yè)機(jī)械具有重大的意義。
1.4 液壓傳動(dòng)概況
1.4.1 液壓傳動(dòng)的定義
一部完整的機(jī)器是由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制部分、工作機(jī)(含輔助裝置)組成。原動(dòng)機(jī)包括電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等。工作機(jī)即完成該機(jī)器之工作任務(wù)的直接工作部分，如剪床的剪刀，車床的刀架、車刀、卡盤等。由于原動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速變化范圍有限，為了適應(yīng)工作機(jī)的工作力和工作速度變化范圍較寬，以及其它操縱性能的要求，在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間設(shè)置了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其作用是把原動(dòng)機(jī)輸出功率經(jīng)過變換后傳遞給工作機(jī)。
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通常分為機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)和流體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。流體傳動(dòng)是以流體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換、傳遞和控制的傳動(dòng)。它包括液壓傳動(dòng)、液力傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)。
液壓傳動(dòng)和液力傳動(dòng)均是以液體作為工作介質(zhì)來進(jìn)行能量傳遞的傳動(dòng)方式。液壓傳動(dòng)主要是利用液體的壓力能來傳遞能量；而液力傳動(dòng)則主要是利用液體的動(dòng)能來傳遞能量。由于液壓傳動(dòng)有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此，它被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造、工程建筑、石油化工、交通運(yùn)輸、軍事器械、礦山冶金、輕工、農(nóng)機(jī)、漁業(yè)、林業(yè)等各方面。同時(shí)，也被應(yīng)用到航天航空、海洋開發(fā)、核能工程和地震預(yù)測(cè)等各個(gè)工程技術(shù)領(lǐng)域。?
1.4.2? 液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況
??? 液壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來說，它是一門新學(xué)科，從17世紀(jì)中葉帕斯卡提出靜壓傳動(dòng)原理，18世紀(jì)末英國制成第一臺(tái)水壓機(jī)算起，液壓傳動(dòng)已有2～3百年的歷史，只是由于早期技術(shù)水平和生產(chǎn)需求的不足，液壓傳動(dòng)技術(shù)沒有得到普遍地應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)傳動(dòng)技術(shù)的要求越來越高，液壓傳動(dòng)技術(shù)自身也在不斷發(fā)展，特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間及戰(zhàn)后，由于軍事及建設(shè)需求的刺激，液壓技術(shù)日趨成熟。
第二次世界大戰(zhàn)前后，成功地將液壓傳動(dòng)裝置用于艦艇炮塔轉(zhuǎn)向器，其后出現(xiàn)了液壓六角車床和磨床，一些通用機(jī)床到本世紀(jì)30年代才用上了液壓傳動(dòng)。第二次世界大戰(zhàn)期間，在兵器上采用了功率大、反應(yīng)快、動(dòng)作準(zhǔn)的液壓傳動(dòng)和控制裝置，它大大提高了兵器的性能，也大大促進(jìn)了液壓技術(shù)的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用，并隨著各種標(biāo)準(zhǔn)的不斷制訂和完善及各類元件的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化、系列化而在機(jī)械制造，工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車制造等行業(yè)中推廣開來。近30年來，由于原子能技術(shù)、航空航天技術(shù)、控制技術(shù)、材料科學(xué)、微電子技術(shù)等學(xué)科的發(fā)展，再次將液壓技術(shù)推向前進(jìn)，使它發(fā)展成為包括傳動(dòng)、控制、檢測(cè)在內(nèi)的一門完整的自動(dòng)化技術(shù)，在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門都得到了應(yīng)用，如工程機(jī)械、數(shù)控加工中心、冶金自動(dòng)線等。采用液壓傳動(dòng)的程度已成為衡量一個(gè)國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。
1.4.3 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成
液壓傳動(dòng)是以液體作為工作介質(zhì)來進(jìn)行工作的，一個(gè)完整的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由以下幾部分組成：
??? (l) 液壓泵(動(dòng)力元件)：是將原動(dòng)機(jī)所輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體壓力能的元件，其作用是向液壓系統(tǒng)提供壓力油，液壓泵是液壓系統(tǒng)的心臟。
??? (2) 執(zhí)行元件：把液體壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)的元件，執(zhí)行元件包括液壓缸和液壓馬達(dá)。
??? (3) 控制元件：包括壓力、方向、流量控制閥，是對(duì)系統(tǒng)中油液壓力、流量、方向進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的元件。如換向閥15即屬控制元件。
??? (4) 輔助元件：上述三個(gè)組成部分以外的其它元件，如管道、管接頭、油箱、濾油器等為輔助元件。
1.4.4 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)
1、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)
??? 液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)相比有以下主要優(yōu)點(diǎn)：
??? (1) 在同等功率情況下，液壓執(zhí)行元件體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。例如同功率液壓馬達(dá)的重量約只有電動(dòng)機(jī)的1/6左右。
??? (2) 液壓傳動(dòng)的各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活地來布置；
??? (3) 液壓裝置工作比較平穩(wěn)，由于重量輕，慣性小，反應(yīng)快，液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁的換向；
(4) 操縱控制方便，可實(shí)現(xiàn)大范圍的無級(jí)調(diào)速(調(diào)速范圍達(dá)2000：1)，它還可以在運(yùn)行的過程中進(jìn)行調(diào)速；
??? (5) 一般采用礦物油為工作介質(zhì)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)面可自行潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)；
??? (6) 容易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；
??? (7) 既易實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自動(dòng)化，又易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，當(dāng)采用電液聯(lián)合控制甚至計(jì)算機(jī)控制后，可實(shí)現(xiàn)大負(fù)載、高精度、遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。
??? (8) 液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和使用。
2、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)
??? (1)液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比，這是由于液壓油的可壓縮性和泄漏造成的。
??? (2)工作性能易受溫度變化的影響，因此不宜在很高或很低的溫度條件下工作。
??? (3)由于流體流動(dòng)的阻力損失和泄漏較大，所以效率較低。如果處理不當(dāng)，泄漏不僅污染場(chǎng)地，而且還可能引起火災(zāi)和爆炸事故。
??? (4)為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上要求較高，因此它的造價(jià)高，且對(duì)油液的污染比較敏感。
總的說來，液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)最突出的，它的一些缺點(diǎn)有的現(xiàn)已大為改善，有的將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)一步得到克服。
1.4.5 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)要求
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是液壓機(jī)械的一個(gè)組成部分，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要同主機(jī)的總體設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。著手設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種傳動(dòng)形式，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡(jiǎn)單、維修方便的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。
1、設(shè)計(jì)步驟
???液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟并無嚴(yán)格的順序，各步驟間往往要相互穿插進(jìn)行。一般來說，在明確設(shè)計(jì)要求之后，大致按如下步驟進(jìn)行。
1）確定液壓執(zhí)行元件的形式；
2）進(jìn)行工況分析，確定系統(tǒng)的主要參數(shù)；
3）制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖；
4）選擇液壓元件；
5）液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算；
6）繪制工作圖，編制技術(shù)文件。
2、明確設(shè)計(jì)要求
??? 設(shè)計(jì)要求是進(jìn)行每項(xiàng)工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。在制定基本方案并進(jìn)一步著手液壓系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)之前，必須把設(shè)計(jì)要求以及與該設(shè)計(jì)內(nèi)容有關(guān)的其他方面了解清楚。
1）主機(jī)的概況：用途、性能、工藝流程、作業(yè)環(huán)境、總體布局等；
2）液壓系統(tǒng)要完成哪些動(dòng)作，動(dòng)作順序及彼此聯(lián)鎖關(guān)系如何；
3）液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式，運(yùn)動(dòng)速度；
4）各動(dòng)作機(jī)構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì)；
5）對(duì)調(diào)速范圍、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等性能方面的要求；
6）自動(dòng)化程序、操作控制方式的要求；
7）對(duì)防塵、防爆、防寒、噪聲、安全可靠性的要求；
8）對(duì)效率、成本等方面的要求。
3、制定基本方案和繪制液壓系統(tǒng)圖
??（1）制定基本方案
??? 1）制定調(diào)速方案
??? 液壓執(zhí)行元件確定之后，其運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度的控制是擬定液壓回路的核心問題。
方向控制用換向閥或邏輯控制單元來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。對(duì)高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來實(shí)現(xiàn)。
速度控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)整方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合——容積節(jié)流調(diào)速。
節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于這種系統(tǒng)必須用閃流閥，故效率低，發(fā)熱量大，多用于功率不大的場(chǎng)合。
容積調(diào)速是靠改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量來達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點(diǎn)是沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但為了散熱和補(bǔ)充泄漏，需要有輔助泵。此種調(diào)速方式適用于功率大、運(yùn)動(dòng)速度高的液壓系統(tǒng)。
容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應(yīng)。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
節(jié)流調(diào)速又分別有進(jìn)油節(jié)流、回油節(jié)流和旁路節(jié)流三種形式。進(jìn)油節(jié)流起動(dòng)沖擊較小，回油節(jié)流常用于有負(fù)載荷的場(chǎng)合，旁路節(jié)流多用于高速。
調(diào)速回路一經(jīng)確定，回路的循環(huán)形式也就隨之確定了。
節(jié)流調(diào)速一般采用開式循環(huán)形式。在開式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油流經(jīng)系統(tǒng)釋放能量后，再排回油箱。開式回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，散熱性好，但油箱體積大，容易混入空氣。
容積調(diào)速大多采用閉式循環(huán)形式。閉式系統(tǒng)中，液壓泵的吸油口直接與執(zhí)行元件的排油口相通，形成一個(gè)封閉的循環(huán)回路。其結(jié)構(gòu)緊湊，但散熱條件差。
2）制定壓力控制方案
液壓執(zhí)行元件工作時(shí)，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級(jí)或無級(jí)連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。在容積調(diào)速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護(hù)作用。
在有些液壓系統(tǒng)中，有時(shí)需要流量不大的高壓油，這時(shí)可考慮用增壓回路得到高壓，而不用單設(shè)高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時(shí)間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。
在系統(tǒng)的某個(gè)局部，工作壓力需低于主油源壓力時(shí)，要考慮采用減壓回路來獲得所需的工作壓力。
3）制定順序動(dòng)作方案
主機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作，根據(jù)設(shè)備類型不同，有的按固定程序運(yùn)行，有的則是隨機(jī)的或人為的。工程機(jī)械的操縱機(jī)構(gòu)多為手動(dòng)，一般用手動(dòng)的多路換向閥控制。加工機(jī)械的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作多采用行程控制，當(dāng)工作部件移動(dòng)到一定位置時(shí)，通過電氣行程開關(guān)發(fā)出電信號(hào)給電磁鐵推動(dòng)電磁閥或直接壓下行程閥來控制接續(xù)的動(dòng)作。行程開關(guān)安裝比較方便，而用行程閥需連接相應(yīng)的油路，因此只適用于管路聯(lián)接比較方便的場(chǎng)合。
另外還有時(shí)間控制、壓力控制等。例如液壓泵無載啟動(dòng)，經(jīng)過一段時(shí)間，當(dāng)泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，延時(shí)繼電器發(fā)出電信號(hào)使卸荷閥關(guān)閉，建立起正常的工作壓力。壓力控制多用在帶有液壓夾具的機(jī)床、擠壓機(jī)壓力機(jī)等場(chǎng)合。當(dāng)某一執(zhí)行元件完成預(yù)定動(dòng)作時(shí)，回路中的壓力達(dá)到一定的數(shù)值，通過壓力繼電器發(fā)出電信號(hào)或打開順序閥使壓力油通過，來啟動(dòng)下一個(gè)動(dòng)作。
4）選擇液壓動(dòng)力源
液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時(shí)起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。
為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對(duì)在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對(duì)長(zhǎng)時(shí)間所需流量較小的情況，可增設(shè)蓄能器做輔助油源。
油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過濾器，進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過相應(yīng)的精過濾器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁性過濾器或其他型式的過濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對(duì)溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。
（2）繪制液壓系統(tǒng)圖
??? 整機(jī)的液壓系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時(shí)要去掉重復(fù)多余的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。注意各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系，避免誤動(dòng)作發(fā)生。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)的工作效率。
? 為便于液壓系統(tǒng)的維護(hù)和監(jiān)測(cè)，在系統(tǒng)中的主要路段要裝設(shè)必要的檢測(cè)元件（如壓力表、溫度計(jì)等）。
大型設(shè)備的關(guān)鍵部位，要附設(shè)備用件，以便意外事件發(fā)生時(shí)能迅速更換，保證主要連續(xù)工作。
各液壓元件盡量采用國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件，在圖中要按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓元件職能符號(hào)的常態(tài)位置繪制。對(duì)于自行設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)元件可用結(jié)構(gòu)原理圖繪制。
系統(tǒng)圖中應(yīng)注明各液壓執(zhí)行元件的名稱和動(dòng)作，注明各液壓元件的序號(hào)以及各電磁鐵的代號(hào)，并附有電磁鐵、行程閥及其他控制元件的動(dòng)作表。
1.5 課題簡(jiǎn)介
本課題的目的是通過對(duì)折疊臂高空作業(yè)車各項(xiàng)技術(shù)的研究，設(shè)計(jì)一種折疊臂型式的高空作業(yè)車的液壓系統(tǒng)。根據(jù)混折疊型式高空作業(yè)車的使用特點(diǎn)和國內(nèi)實(shí)際需求情況，本課題將要研制的是最大作業(yè)高度12米的折疊臂高空作業(yè)車及其液壓系統(tǒng)。作業(yè)車通過工作臂的舉升能夠?qū)⒐ぷ魅藛T安全送至12米高空進(jìn)行工作，作業(yè)車的作業(yè)半徑不小于12米，可以進(jìn)行 360°的連續(xù)回轉(zhuǎn)。而液壓系統(tǒng)是高空作業(yè)車的主要部分，故重點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和相應(yīng)的計(jì)算。
1.5.1 選題的必要性
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)谡務(wù)撘环N設(shè)備的好壞，不僅僅停留在對(duì)其功效的評(píng)價(jià)，機(jī)器的宜人性作為一種必要的指標(biāo)，已經(jīng)日益得到重視，并且已經(jīng)形成了一種專門的學(xué)科— 人機(jī)工程學(xué)。
隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，停電對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活帶來的損失不可估量，國家已經(jīng)開始實(shí)行《電力法》，對(duì)供電可靠性要求越來越高，在電力系統(tǒng)創(chuàng)一流企業(yè)活動(dòng)中要求供電可靠率達(dá)到99．9 ，所以如何解決不停電檢修——帶電作業(yè)的問題已經(jīng)非常突出。這就要求不但能登高作業(yè)，還要具有絕緣性能好的高空作業(yè)車，這種新型高空作業(yè)車要打破常規(guī)的格局，工作斗、臂架要采用非金屬的高性能絕緣材料，工作斗對(duì)整個(gè)作業(yè)的控制不能采用一般的電控和液控，還要具有起吊能力，并有更可靠的安全性、平穩(wěn)性、微調(diào)性。電信和有線電視系統(tǒng)使用的高空作業(yè)車要求小巧靈活，能走街穿巷，操作方便、乘坐舒適。這就要求設(shè)計(jì)小型先進(jìn)的汽車底盤，并解決動(dòng)力輸出問題。應(yīng)該特別注意的是，高空作業(yè)車新產(chǎn)品的開發(fā)不能限制在汽車上，應(yīng)該考慮它是一種工程機(jī)械，以適應(yīng)用戶的需要為前提，行走方式可以采用電動(dòng)自行式、液控自行式、輪胎自行式、履帶自行式等。我國船舶行業(yè)對(duì)輪胎液控自行式高空作業(yè)車的需求量很大，建筑行業(yè)對(duì)履帶自行式產(chǎn)品也將產(chǎn)生需求，室內(nèi)裝修、清洗行業(yè)大量需要電機(jī)自行式高空作業(yè)車。
總之，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)一種既滿足人機(jī)工程學(xué)又能夠運(yùn)用于多種場(chǎng)合下的新型的高空作業(yè)車是極為必要的。
1.5.2 課題主要研究的內(nèi)容及目的
本課題將以自動(dòng)式直臂高空作業(yè)車為例，對(duì)其進(jìn)行特性分析。建立起數(shù)學(xué)模型和液壓系統(tǒng)模型，然后針對(duì)具體的參數(shù)給出實(shí)例計(jì)算。最終設(shè)計(jì)出一種可以有一定的承載能力，可以用于工程建設(shè)、工業(yè)安裝、設(shè)備檢修、物業(yè)管理、航空、船舶、石化、電力、影視、市政、園林等許多行業(yè)的高空作業(yè)車。
通過本課題的研究和設(shè)計(jì)，可以進(jìn)一步熟悉機(jī)械設(shè)計(jì)的流程，加深對(duì)工程機(jī)械的了解，尤其是對(duì)高空作業(yè)設(shè)備的發(fā)展歷史和國內(nèi)外的現(xiàn)狀都有了全面的認(rèn)識(shí)。其中，最為重要的是在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中可以進(jìn)一步的加強(qiáng)對(duì)液壓系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步熟悉液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)步驟。
通過本課題的研究和設(shè)計(jì)，尤其可以對(duì)液壓泵站的設(shè)計(jì)和制造有一個(gè)較為全面的了解，能夠從中學(xué)會(huì)一些比較簡(jiǎn)單的液壓泵站的設(shè)計(jì)方法，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)液壓系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，提高了獨(dú)立思考問題和解決問題的能力。
2 設(shè)計(jì)要求
2.1 總體設(shè)計(jì)要求
本畢業(yè)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一輛11米高空作業(yè)車，其具體要求如下：
1、設(shè)計(jì)任務(wù)：高空作業(yè)車的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2、機(jī)器用途：通用型，適用于建筑、安裝、管道鋪設(shè)等高空作業(yè)。
3、工作環(huán)境：風(fēng)力六級(jí)以下，溫度-20～30 ℃，無腐蝕性極易爆易燃性氣體。
4、作業(yè)部分主要技術(shù)參數(shù)
最大作業(yè)高度： 11-12米
最大作業(yè)半徑： 5.5米
回轉(zhuǎn)角度： 360°
額定平臺(tái)載荷： 200kg
操作方式： 下操作、上操作可以任意選擇。
支腿形式/數(shù)量： H型/4
旋轉(zhuǎn)速度： 0-3r/min
兩支臂變幅時(shí)間：起臂：t≤70s
落臂：t≤6045s
支腿收放時(shí)間： 收支腿：t≤60s
放支腿：t≤60s
2.2 動(dòng)作要求
1、回轉(zhuǎn)臺(tái)左右均可以全周回轉(zhuǎn)360°。
2、起升和旋轉(zhuǎn)可以同時(shí)互不干涉的動(dòng)作。
3、垂直支腿在高空作業(yè)車非工作狀態(tài)下可以自由縮放。
4、水平支腿在高空作業(yè)車非工作狀態(tài)下可以自由的擴(kuò)放支腿的支承范圍。
5、制動(dòng)液壓缸可以隨時(shí)制動(dòng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.3 技術(shù)性能要求
動(dòng)作平穩(wěn)、安全可靠、操作方便、體積小、自重輕。
3 確定設(shè)計(jì)方案
3.1 總體設(shè)計(jì)方案
1、上車個(gè)機(jī)構(gòu)均采用液壓傳動(dòng)。
2、采用兩節(jié)折疊臂形式。
3.2 確定執(zhí)行元件的形式
液壓執(zhí)行元件的型式要根據(jù)機(jī)構(gòu)輸出動(dòng)作、經(jīng)濟(jì)性分析以及整機(jī)布置得要求等確定。一般，連續(xù)回轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)用液壓馬達(dá)，直線動(dòng)作機(jī)構(gòu)用液壓缸。野鴨高空作業(yè)車的變幅機(jī)構(gòu)常用液壓缸。
本例中11米高空作業(yè)車：
四只支腿：采用8個(gè)液壓缸。水平（4），垂直（4）。其中，水平支腿用來將液壓缸推出，直至適當(dāng)位置，從而擴(kuò)大液壓支腿的支承范圍。而垂直支腿則用于將高空作業(yè)車調(diào)平，其中，前兩支腿和后兩個(gè)支腿可以分別運(yùn)動(dòng)，而不互相干擾。
兩支支臂：采用液壓缸（2）。兩支臂液壓缸用來將兩個(gè)支臂支承起來，從而將工作人員送至相應(yīng)的高度進(jìn)行工作。
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)：采用液壓馬達(dá)。液壓馬達(dá)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)從而使整個(gè)支臂結(jié)構(gòu)一起回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)一定的半徑內(nèi)的高空作業(yè)。其中回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中采用渦輪蝸桿和一對(duì)直齒輪進(jìn)行變速，從而實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行。
3.3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟
液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟大致如下：
(1)、明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求；
(2)、分析系統(tǒng)工況，確定主要參數(shù)；
(3)、擬定液壓系統(tǒng)原理圖；
(4)、液壓元件的計(jì)算與選擇；
(5)、液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算；
(6)、進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，編寫技術(shù)文件。
在以上的設(shè)計(jì)步驟中，前五項(xiàng)屬于性能設(shè)計(jì)，它們相互影響，相互滲透，本章將扼要敘述這些內(nèi)容；最后一項(xiàng)屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行時(shí)須先查明液壓元件的結(jié)構(gòu)和配置形式，仔細(xì)查閱有關(guān)產(chǎn)品樣本、設(shè)計(jì)手冊(cè)和資料。
3.4 整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖
圖 3-1 12米高空作業(yè)車結(jié)構(gòu)圖
1、Ⅰ支臂液壓缸 2、Ⅱ支臂液壓缸 3、工作斗
4、汽車底盤 5、Ⅱ支臂 6、Ⅰ支臂
7、液壓油箱 8、支腿液壓缸 9、取力器
圖 3-2 11.5米高空作業(yè)車的作業(yè)范圍
3.5 液壓系統(tǒng)
高空作業(yè)車的液壓系統(tǒng)原理圖如圖 3-3 所示。在熟悉液壓系統(tǒng)主要元件的作用的情況下，可直接對(duì)系統(tǒng)的工作循環(huán)和工作回路進(jìn)行分析。
3.5.1 液壓系統(tǒng)工作原理
1、液壓系統(tǒng)主要元件的作用
在圖 3-3 所示的液壓系統(tǒng)中，動(dòng)力元件為雙聯(lián)液壓泵。
執(zhí)行元件是兩對(duì)水平支腿液壓缸、兩隊(duì)垂直支腿液壓缸、一對(duì)支臂液壓缸和一個(gè)回轉(zhuǎn)馬達(dá)以及用于制動(dòng)的制動(dòng)馬達(dá)。
控制元件有方向閥和壓力閥。
方向閥包括以下幾個(gè)部分：
六個(gè)三位四通M型機(jī)能的電磁換向閥——用于控制各組液壓缸運(yùn)動(dòng)。其中，上支臂液壓缸控制上支臂變幅，下支臂液壓缸控制下支臂變幅。水平支腿液壓缸控制支腿的伸展范圍，垂直支腿液壓缸用于控制四個(gè)支腿的伸出收回。
液壓鎖——主要用于鎖緊前后支腿液壓缸。
壓力控制閥包括：
一對(duì)溢流閥——這里用做安全閥，安全閥1用于控制支承、穩(wěn)定工作回路免于過載，其調(diào)定壓力為8 MPa；安全閥2用于控制支臂的變幅、回轉(zhuǎn)回路免于過載，其調(diào)定壓力為16～20 MPa。兩個(gè)安全閥分別裝于兩多路閥組中。
一對(duì)平衡閥——分別用于控制支臂的變幅的平穩(wěn)和單向鎖緊。
2、工作原理
汽車底盤型高空作業(yè)車的液壓系統(tǒng)可以分為兩個(gè)部分，變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的工作回路組成一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)；前后支腿的工作回路組成一個(gè)串并聯(lián)系統(tǒng)，兩部分油路不能同時(shí)工作。整個(gè)液壓系統(tǒng)除了液壓泵、濾油器、前后支腿及油箱外，其他工作機(jī)構(gòu)都在平臺(tái)上面，因而有的稱為上車油路和下車油路。上部分和下部分油路通過中心回轉(zhuǎn)接頭連接。
根據(jù)高空作業(yè)車的工作性質(zhì)和作業(yè)要求，液壓系統(tǒng)完成下列的工作循環(huán)：車身支撐、調(diào)平、支臂的變幅、回轉(zhuǎn)。
（1）車身的支撐、調(diào)平
車身的液壓支撐、調(diào)平由支腿工作回路完成。操縱換向閥1處于左邊，這時(shí)的工作油液進(jìn)入水平支腿液壓缸內(nèi)，使水平液壓缸伸出，從而擴(kuò)大或者縮小支腿的支撐范圍。當(dāng)換向閥處于右位時(shí)，液壓缸收回。同時(shí)，操縱換向閥2處于左位，則前水平支腿液壓缸伸出；操縱換向閥2處于右位，則后水平支腿液壓缸伸出，從而在將高空作業(yè)車的車身調(diào)平。
（2）支臂的變幅、回轉(zhuǎn)
操縱換向閥3處于左位，則上支臂缸伸出，推動(dòng)上支臂上升。若處于右位，則上支臂液壓缸收回，支臂下降。
3.5.2 液壓系統(tǒng)原理圖
1、油箱 2、濾油器 3、雙聯(lián)齒輪液壓泵
4、電動(dòng)機(jī) 5、中心回轉(zhuǎn)接頭 6、溢流閥
7、電磁換向閥 8、水平支腿液壓缸 9、 前垂直支腿液壓缸
10、后垂直支腿液壓缸 11、雙向液壓鎖 12、平衡閥
13、下支臂液壓缸 14、上支臂液壓缸 15、回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)
16、制動(dòng)液壓缸 17、單向調(diào)速閥 18、單向閥
19、手動(dòng)應(yīng)急泵
圖 3-3 高空作業(yè)車液壓系統(tǒng)
4 液壓系統(tǒng)計(jì)算
4.1 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1.1 液壓缸的最大載荷
1、Ⅰ支臂液壓缸
（1）狀態(tài)一：如圖 4-1 所示
圖 4-1
，，
，
（2）狀態(tài)二：如圖 4-2 所示
圖 4-2
故可知Ⅰ支臂液壓缸的最大載荷為
2、Ⅱ支臂液壓缸
如圖 4-3 所示，在圖示狀態(tài)液壓缸受力最大
圖 4-3
3、支腿液壓缸
（1）打開支腿時(shí)，如圖 4-4 所示
圖 4-4
支腿縱向跨距
支腿橫向跨距 ，
前支腿至中心的距離：
后支腿至重心的距離：
故前兩支腿反力
后兩支腿反力
（2）最大載荷時(shí)支腿力的計(jì)算
該高空作業(yè)車工作時(shí)，支承在A、B、C、D 四個(gè)支腿上由于回轉(zhuǎn)工作部分的回轉(zhuǎn)變幅作業(yè)等運(yùn)動(dòng)，則作用工作面內(nèi)必然產(chǎn)生附加力矩。
狀態(tài)一：如圖 4-1 所示，產(chǎn)生的附加力矩為：
產(chǎn)生的附加支承反力為
狀態(tài)二：如圖 4-2 所示，產(chǎn)生的附加力矩為：
附加支承反力為
狀態(tài)三：如圖 4-3 所示，產(chǎn)生的附加力矩為：
可見，狀態(tài)三最危險(xiǎn)。
所以，支腿液壓缸最大封閉壓力為：
4.1.2 確定系統(tǒng)工作壓力
由經(jīng)驗(yàn)知道工程機(jī)械中，對(duì)于大負(fù)載機(jī)械，為了使機(jī)器緊湊、輕便一般都使用高壓或中高壓系統(tǒng)，一般取16～20MPa。高空作業(yè)車由于載重較小，故可取較小的系統(tǒng)工作壓力，此處初定為16MPa，
即=16MPa
4.1.3 液壓缸的內(nèi)徑計(jì)算
由
式中 ——系統(tǒng)壓力差，，其中為回油背壓，按一般的推薦值取。故。
——液壓缸效率，對(duì)于橡膠密封圈。
1、 Ⅰ支臂液壓缸內(nèi)徑
按GB2348-80,取推薦值。
2、 Ⅱ支臂液壓缸內(nèi)徑
取推薦值
3、支腿液壓缸
查手冊(cè)，取推薦系列
4.1.4 液壓缸缸筒壁厚和外徑計(jì)算
液壓缸最大密封壓強(qiáng)為
式中 ——液壓缸最大載荷，N。
——液壓缸缸筒內(nèi)徑
由壁厚
式中 ——原液壓缸試驗(yàn)壓力，，此處
——液壓缸內(nèi)徑，
——強(qiáng)度系數(shù)，對(duì)于無縫鋼管取為1。
——考慮壁厚公差和浸蝕的附加厚度，通常取0.001～0.002，此處取。
——缸筒許用應(yīng)力，，其中，
為安全系數(shù)，取
（1）對(duì)Ⅰ支臂液壓缸
（2）對(duì)Ⅱ支臂液壓缸
（3）對(duì)支腿液壓缸
故壁厚
（4）液壓缸缸筒外徑
故
查表取推薦值：
故實(shí)際壁厚：
Ⅰ支臂液壓缸：
Ⅱ支臂液壓缸：
支腿液壓缸：
4.1.5 液壓缸活塞桿直徑
根據(jù)活塞桿往返速度比：
由起臂時(shí)間和收臂時(shí)間
故
（1）Ⅰ支臂液壓缸
按GB2348-80取標(biāo)準(zhǔn)值
（2）Ⅱ支臂液壓缸
按GB2348-80取標(biāo)準(zhǔn)值
（3）支腿液壓缸
按GB2348-80取標(biāo)準(zhǔn)值
4.1.6 液壓缸活塞桿強(qiáng)度校核
式中 ——液壓缸最大載荷，即，N
——材料的屈服極限，
——屈服極限安全系數(shù)，取
1、 Ⅰ支臂液壓缸
故Ⅰ支臂液壓缸滿足強(qiáng)度條件
2、Ⅱ支臂液壓缸
故Ⅱ支臂液壓缸滿足強(qiáng)度條件
3、支腿液壓缸
故支腿液壓缸滿足強(qiáng)度條件
4.1.7 液壓缸活塞桿穩(wěn)定性校核
當(dāng)液壓缸支承長(zhǎng)度時(shí)，需要校核活塞桿彎曲穩(wěn)定性，液壓缸彎曲示意圖如圖 4-5 所示。
式中 ——活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓索力，N
——實(shí)際彈性模數(shù)，
——活塞桿橫截面慣性矩，對(duì)于圓形截面
——液壓缸安裝及導(dǎo)向系數(shù)，查表取為。
——深長(zhǎng)時(shí)的總長(zhǎng)度，
圖 4-5
1、對(duì)Ⅰ支臂液壓缸
（1）狀態(tài)一：如圖 4-1 所示，壓縮力最大時(shí)
故，
（2）狀態(tài)二：如圖 4-2 所示，液壓缸達(dá)到最大長(zhǎng)度時(shí)
故，
可知，Ⅰ支臂液壓缸滿足穩(wěn)定性要求。
2、對(duì)Ⅱ支臂液壓缸
故，
Ⅱ支臂液壓缸滿足穩(wěn)定性要求。