混合臂（折疊加伸縮）式高空作業(yè)平臺臂架系統(tǒng)

混合臂（折疊加伸縮）式高空作業(yè)平臺臂架系統(tǒng),混合,折疊,伸縮,高空作業(yè)平臺,系統(tǒng) 臂架式高空作業(yè)平臺設計 學生 指導老師 大學學院 1、課題來源 高空作業(yè)平臺產(chǎn)品在國民經(jīng)濟中所占比例較小，尚沒有明確劃分產(chǎn)業(yè)分類，盡管還缺乏國際性的品牌，但已經(jīng)形成了種類齊全的高空作業(yè)平臺產(chǎn)業(yè)格局。于2008年，“十一五”國家科技支撐計劃《無腳手架安裝作業(yè)技術裝備與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)》重點項目的實施，極大提升了高空作業(yè)平臺行業(yè)的影響力[1]。同時，工業(yè)廠房的鋼結構化，“十二五”發(fā)展規(guī)劃，向海洋進軍的路線，造船和海洋工裝行業(yè)將進一步快速發(fā)展，都將大力推動高空作業(yè)平臺的發(fā)展。[2][3] 隨著中國人口紅利的減弱和通脹的加劇，加之人民幣的不斷升值，勞動力資源的成本會越來越高。在國家大力號召企業(yè)轉型的背景下，帶動、促進了高空作業(yè)平臺市場的快速發(fā)展，同時還能夠大幅改善施工作業(yè)的安全性，并促進施工工藝和租賃市場的進步與成熟，這些特質(zhì)也就是吸引如此多企業(yè)入局的根本原因。[4] 隨著高空作業(yè)的增多，對高空作業(yè)的舒適性和安全性的要求越來越高。本課題要求運用機械原理和液壓傳動技術設計一種臂架式高空作業(yè)平臺，以滿足行業(yè)發(fā)展的需要。 本課題研究主要是針對高空作業(yè)平臺的整體結構及液壓系統(tǒng)，進行一次設計演練，采用ANSYS等軟件，對結構的靜態(tài)和動態(tài)受力情況進行分析，利用其結果指導實際設計。對液壓系統(tǒng)進行簡單的計算，選擇相關元器件，進而對動力進行匹配。 本設計采用設備：10米高空作業(yè)平臺的基本結構參數(shù)如下： （1）、平臺最大高度（米） 10； （2）、平臺額定載荷 （kg） 215； （3）、平臺尺寸（米） 1.2×0.6； 2、研究目的和意義 高空作業(yè)平臺作為施工工程中較新穎而安全的輸運設備，其計算方法和分析手段同樣是不容忽視的。但是傳統(tǒng)的計算方法和分析手段由于受限于理論和手段的匱乏，相對簡單，計算結果精度較差等一系列弊病的存在。同時減輕臂架重量，用于更大的外伸范圍，以及臂架在展開后，平衡性的控制方面與國外產(chǎn)品差距還很大。針對于此，我們有必要對臂架部分及整體結構做受力分析，確定設計高空作業(yè)平臺結構形式，即載重及受沖擊載荷后，底盤抗傾覆力矩，及臂架在相應轉角及伸縮的極限長度，以滿足高處施工的安全要求，同時使制造和使用的成本最低，達到使用價值與經(jīng)濟效益的合理優(yōu)化，實現(xiàn)性價比的最大優(yōu)化。 對于本課題的研究，要求我們掌握并且熟練應用專業(yè)知識，掌握高空作業(yè)平臺的結構特征和工作原理，并且學會運用ANSYS有限元分析軟件對其進行受力分析，并根據(jù)分析結果對其進行優(yōu)化，達到了解高空作業(yè)平臺和掌握ANSYS有限元分析的目的。 3 、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 3.1、高空作業(yè)平臺結構及工作原理 高空作業(yè)平臺是用來運送操作人員和工作設備到指定高度進行作業(yè)的特種車輛，其應具有較高的工作可靠性、平穩(wěn)性和安全性。 高空作業(yè)平臺主要由發(fā)動機、電氣設備、底盤（車架）、工作裝置及其操作等四部分組成。其工作系統(tǒng)具體包括以下幾部分：發(fā)動機室、底盤（車架）、轉臺、前后車橋、前后車輪組、車橋操作裝置、上部操作裝置、下部操作裝置、變幅缸、臂架、作業(yè)自動調(diào)平缸、作業(yè)臺、平衡配重等。[5] 高空作業(yè)平臺的工作原理比較簡單，就是將柴油機的動力，帶動液壓泵，驅動前輪液壓馬達、轉向油缸、變幅油缸、伸縮油缸和調(diào)平油缸。變幅油缸的動作使臂架搖擺，伸縮油缸驅動伸縮臂的進出，自調(diào)平油缸使作業(yè)平臺始終保持水平。 臂架式高空作業(yè)平臺具有以下一些特點： 1）、作業(yè)區(qū)域大、作業(yè)范圍大，能勝任一些復雜的工作環(huán)境。設置探照燈、手動工具等可用于高空工程施工作業(yè)。 2）、結構復雜，對設計水平要求較高（CAD/CAE在設計中緊密結合應用）。 3）、安全性和可靠性高。為了確保作業(yè)人員的生命安全，高空作業(yè)車上設置有諸多安全限位保護措施、應急動力源及應急機械操作裝置，其上的安全保護系統(tǒng)可以充分保證車輛救援工作的安全。 4）、機動靈活，轉場方便。高空作業(yè)車采用汽車底盤，其機動靈活，通過性好，來去自如?？稍诠飞峡煽焖傩旭?，轉場方便，能夠應對消防險情的緊急快速反應要求。 3.2 、國內(nèi)外高空作業(yè)平臺現(xiàn)狀對比 國內(nèi)情況：我國高空作業(yè)機械的生產(chǎn)于上世紀 70 年代初開始起步，根據(jù)中國工程機械工業(yè)協(xié)會對會員單位不完全統(tǒng)計，銷量上高空作業(yè)平臺2007、2008、2009、2010年銷售量分別為3318、4045、3 820、3074臺；2008年比2007年增加了727臺，增長率為20.92%；受金融危機影響，高空作業(yè)平臺2009年銷量比2008年減少了225臺，2010年又比2009年減少了726臺[6]，主要原因是國內(nèi)產(chǎn)品出口明顯減少，而國內(nèi)銷量仍然出現(xiàn)了增長勢頭。行業(yè)一些骨干企業(yè)通過近幾年的技術改造，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，形成了有各自特色的系列產(chǎn)品，各項經(jīng)濟指標逐步上升，經(jīng)濟效益也逐年提高。國內(nèi)高空作業(yè)平臺行業(yè)近年來取得了較好的發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： (1)產(chǎn)品性能提高。我國高空作業(yè)機械行業(yè)的一些骨干企業(yè)利用自已的技術和設備優(yōu)勢，通過學習、引進和消化國外先進技術開發(fā)了許多新產(chǎn)品，其產(chǎn)品的技術水平和產(chǎn)品質(zhì)量都不斷提高，達到和接近了國際同類產(chǎn)品的水平，推動了高空作業(yè)機械行業(yè)的技術進步，在國內(nèi)市場中競爭力強、市場銷路好，產(chǎn)量增加較快。 (2)產(chǎn)品市場占有率進一步擴大。一些企業(yè)利用自身的優(yōu)勢，在原有產(chǎn)品的基礎上增加品種和更新一些基礎部件，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，還帶動了附屬企業(yè)和國內(nèi)相關產(chǎn)品的銷售發(fā)展 (3)新產(chǎn)品的開發(fā)推動了行業(yè)技術，利用自己的技術優(yōu)勢和設備優(yōu)勢，開發(fā)了許多本行業(yè)產(chǎn)品，推動了行業(yè)技術的進步。[7] 國外情況：發(fā)達國家由于其城市化進程完成早，城市建設作業(yè)機械品種規(guī)格繁多，已形成一個非常大的行業(yè)，并且成立了國際標準化組織(TC214)，正致力于擴大作業(yè)范圍，滿足不同作業(yè)的需要。工業(yè)發(fā)達國家，一般都有專門的跨國公司和集團主營和兼營高空作業(yè)機械，如美國 JLG 公司、GROVE 公司(格魯夫)、SIMON 公司 (西蒙 )、芬蘭 BRONTO 公司 (博浪濤 )、日本的多田野和愛知株式會社等。為了滿足實際工程的需要，高空作業(yè)平臺的作業(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 62m，芬蘭 BRONTO 公司產(chǎn)品最高已達 72m，高空作業(yè)平臺的控制系統(tǒng)均采用微機進行操作，自動化程度不斷提高。如 GENIE(吉尼公司)的自行直臂式高空作業(yè)平臺、自行曲臂式高空作業(yè)平臺、自行剪型高空作業(yè)平臺，由于采用自動化控制，高空作業(yè)的微動性能好，定位也越來越準確。2008 年杭州市公安消防局從芬蘭進口一輛 101 米高世界最高用于消防滅火的高空作業(yè)平臺，其操作很方便系統(tǒng)很智能，上升下降十分平穩(wěn)，這輛車采用電腦控制，在車底部可以操作，在登高臺上也能操作，比較方便，這輛車還特別智能，比如風速超過 12.5 米/秒或遇到路面不平整等危險情況時，電腦將限制曲臂往上(外)升，只能往回縮，以保證救援人員的安全。[8] [9] 20世紀末，高空作業(yè)車國外巨頭陸續(xù)進入中國；2008年開始，又紛紛在華設廠，加大投資。顯而易見，外企業(yè)普遍看好未來中國高空作業(yè)車市場。[10] 在我國，高空作業(yè)平臺的應用領域已在逐漸擴展，但與發(fā)達國家相比使用的范圍還比較窄，使用比較多的有路燈、交警、園林等行業(yè)，而在高空作業(yè)平臺大有發(fā)展前途的電力、電信及有線電視系統(tǒng)使用較少。這主要是現(xiàn)有高空作業(yè)平臺的性能及技術參數(shù)還不能完全滿足三大系統(tǒng)使用的要求。我國船舶行業(yè)對輪胎液控自行式高空作業(yè)平臺的需求量很大；建筑行業(yè)對履帶自行式高空作業(yè)平臺也將會產(chǎn)生需求；室內(nèi)裝飾、維修、清洗行業(yè)大量需要電機自行式的高空作業(yè)平臺。目前國內(nèi)能生產(chǎn)液控自行式的廠家只有一二家，且產(chǎn)品質(zhì)量不過關，因此造、修船行業(yè)大多數(shù)用的是進口產(chǎn)品。國內(nèi)生產(chǎn)制造的高空作業(yè)平臺同國外同類型產(chǎn)品相比仍有較大差距，主要表現(xiàn)為技術含量低、結構笨重、大型的較少、整機可靠性差、產(chǎn)品比較傳統(tǒng)、作業(yè)時微動性能差、創(chuàng)新力不強、自動化技術與電子控制技術應用落后等問題。[11] [12] 目前國內(nèi)高空作業(yè)平臺生產(chǎn)廠家主要有：京城重工、徐州海倫哲、北京建研機械科技、杭州愛知、北方交通、星邦重工、鼎力機械、孚曼機械、運想重工、徐工集團、山推機械等，產(chǎn)品已基本形成系列化，能滿足國內(nèi)不同的施工要求。[13] 3.3、國產(chǎn)高空作業(yè)平臺與國際先進水平的比較 近幾年，國外工程機械行業(yè)以信息技術為先導，在發(fā)動機燃料燃燒與電控、液壓控制系統(tǒng)、自動操縱、可視化駕駛、精確定位與作業(yè)、故障診斷與監(jiān)控、節(jié)能與環(huán)保等方面進行了大量的研究，開發(fā)出許多新結構（或系統(tǒng)）和新產(chǎn)品，提高了工程機械的科技含量。 1）動力電子控制／管理系統(tǒng)，根據(jù)傳動裝置及液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)，自動調(diào)節(jié)發(fā)動機輸出功率，以滿足不同作業(yè)工況的需要，提高燃料的經(jīng)濟性。 2）發(fā)動機自動控制系統(tǒng)，當行走機械處于非作業(yè)工況時，自動降低發(fā)動機轉速，減少燃料消耗及發(fā)動機噪音。 3）關鍵信息顯示管理系統(tǒng)，采用網(wǎng)絡通訊技術，在辦公室的控制中心實時監(jiān)控設備的作業(yè)狀態(tài)，據(jù)此向操作者提供基于文字提示的精確的故障診斷信息。 4）負載感應變速系統(tǒng)，根據(jù)負載狀態(tài)，自動調(diào)節(jié)車速及發(fā)動機飛輪扭矩，實現(xiàn)高速、小扭矩或低速、大扭矩的動力輸出。 5）計算機故障診斷系統(tǒng)，通過控制面板上的指示燈、聽覺與視覺相結合的報警信號，提醒操作者可能潛在的故障隱患。這樣，操作者只管全神貫注地工作而無需不斷查看儀表讀數(shù)。 6）負載自動穩(wěn)定器，將一對鋼膜氮氣蓄能器安裝在前車架中，與工作裝置液壓系統(tǒng)聯(lián)通。當作業(yè)或低速行駛時，系統(tǒng)自動斷開；當車速超過設計值時，由電子速度開關控制的電磁閥自動開啟，蓄能器吸收工作裝置液壓系統(tǒng)的振動與沖擊載荷，提高了操作的穩(wěn)定性、安全性和舒適性。 7）計算機監(jiān)控管理系統(tǒng)，連續(xù)監(jiān)控管理產(chǎn)品的數(shù)十項性能指標參數(shù)，在遇到突發(fā)或緊急情況時，很容易通過液晶儀表顯示、聽覺與視覺相結合發(fā)出警信號，提醒操作人員注意。 8）自動稱量系統(tǒng)，自動稱量并顯示載荷的凈質(zhì)量，超過設定值時，將限制其它誤動作發(fā)生。[14] [15] 國外先進產(chǎn)品的發(fā)展趨勢集中體現(xiàn)在廣泛應用微電子技術與信息技術上；采用單一吸聲材料、噪聲抑制方法等消除或降低機器噪音；通過不斷改進電噴裝置，進一步降低柴油發(fā)動機的尾氣排放量；研制無污染、經(jīng)濟型、環(huán)保型的動力裝置；提高液壓元件、傳感元件和控制元件的可靠性與靈敏性，提高整機的機—電—信一體化水平；在控制系統(tǒng)方面，廣泛采用電子監(jiān)控和自動報警系統(tǒng)、載荷自動稱量裝置等。在產(chǎn)品的電子化與信息化問題上，行業(yè)企業(yè)需要做不懈的努力。今后幾年我國高空作業(yè)平臺行業(yè)的主導產(chǎn)品將向自動化、智能化、信息化，向成套化、系統(tǒng)化和規(guī)?；⑾盗谢l(fā)展。[16] [17] 參 考 文 獻 [1] 陳建平.對我國高空作業(yè)平臺產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思考.建筑機械化2010（09），35-37 [2] 王超.工程機械行業(yè)十二五發(fā)展機會及趨勢.工程建設，2011年6月43期，58-60 [3] 黎程.科技在國家“十二五”規(guī)劃中的戰(zhàn)略定位.創(chuàng)新科技，2011.11 [4] Maria Hadlow.租賃業(yè)的高空作業(yè)平臺.建設機械.2009.4下半月.52-53 [5] 羅振輝等. 高空作業(yè)車.哈爾濱工程大學出版社,2010 [6] 朱苛婁. 高空作業(yè)車運動學仿真與控制.大連理工大學碩士論文，2011年5月 [7] 柏紅專,羅亮平.國內(nèi)高空作業(yè)機械行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].建筑機械 ,2006(08):54-56 [8] 宋興龍．基于ANSYS的高空作業(yè)平臺的有限元分析．南京林業(yè)大學碩士論文，2009 [9] 編輯部.下一片藍海.今日工程機械，2011（15）：50-61 [10] Maria Hadlow.兩全其美.建筑機械，2010（10下）:50-51 [11] 張華.我國高空作業(yè)機械標準現(xiàn)狀和發(fā)展綜述. CONSTRUCTION MECHANIZATION. 2010(09) [12] JG/T5101-1998臂架式高空作業(yè)平臺.建設部行業(yè)標準 [13] 林雪. 箱型伸縮臂滑塊的接觸分析及規(guī)律研究.大連理工大學碩士論文,2011年5月 [14] 陳紹蕃.鋼結構設計.中國建筑工業(yè)出版社，2003 [15] 張質(zhì)文.起重機設計手冊.中國鐵道出版社，1998 [16] Saeed Moavenl.有限元分析-ANSYS理論與應用（三）,電子工業(yè)出版社，2008 [17] 王新敏.ANSYS工程結構數(shù)值分析.人民交通出版社，2007 　　 4、研究的主要內(nèi)容及設計成果的應用價值 4.1、主要研究內(nèi)容 1）、熟悉高空作業(yè)平臺的工作原理與設計思路。 2）、分析比較，選擇合理方案。 3）、運用機械原理、理論力學進行運動學分析。 4）、利用結構力學，進行臂架具體計算和驗算。 5）、針對高空作業(yè)平臺重要結構部件進行CAD建模。 6）、找出臂架、底盤等幾處重點連接部位，并了解和掌握設計原理、結構形式以及他在整個體系中所處的地位和作用。 7）、學有余力，深入了解液壓的相關知識，并能夠應用于此次畢業(yè)設計。 8）、使用ANSYS分析軟件對模型進行有限元分析，對高空作業(yè)平臺進行適當有限元簡化，在對模型施加載荷的情況下，分析它在使用情況下對整機的力學特性的影響，及重要機構部件的受力特性。 9）、根據(jù)分析結果，分析它在實際設計制造中合理的結構。 根據(jù)設計要求，了解高空作業(yè)平臺工作原理及結構 分析比較、選擇合理方案 行適當簡化處理 運動學分析 結構力學分析 確定結構形式 出圖 反饋 4.2、技術路線 4.3、設計成果的應用價值 國內(nèi)高空作業(yè)平臺飛速發(fā)展，其中臂架類起重技術發(fā)展目標將使起重臂伸得更快、吊的更高、吊重更大。混合臂式的高空作業(yè)平臺其多節(jié)懸臂伸出總長度一般在十米以上，在各種復雜的工況下工作，其工作臂要完成各種動作，除了機器本身的自重和作用反力之外，還有吊欄中傳來的沖擊載荷以及運動載荷，要保證這種大型機器的正常工作，各構件的強度以及工作穩(wěn)定性成為首要關心的問題。與一般的起重運輸機械相比，高空作業(yè)平臺雖然載重量要小得多，但作為高空載人作業(yè)設備，應具有更高的安全性和可靠性，因此，有必要不斷深入地探討計算機建模、計算與仿真方法，將 CAD、CAE技術應用于設計中，提高設計計算與實際情況的符合度，提高預測對象工作能力的準確性，提高國內(nèi)高空作業(yè)平臺自主設計開發(fā)技術水平。 5、工作的主要階段、進度 為了更好的完成本設計的所有成果，現(xiàn)將所有工作分為以下幾個階段，時間進度嚴格按照下表進行。 表1-3畢業(yè)設計進度安排表 起止日期 要求完成的內(nèi)容及質(zhì)量 2011年11月25日至2012年5月25日 完成課題的起止總時間 2011年11月24日 下達任務書，學習畢業(yè)設計（論文）要求及有關規(guī)定。 2011年11月26日至 2012年2月13日 閱讀關于高空作業(yè)平臺的參考資料及文獻，整理收集資料，完成開題報告（含文獻綜述）和外文翻譯，學習ANSYS軟件；掌握高空作業(yè)平臺的具體結構和工作原理。 2012年2月13日至2月24日 畢業(yè)實習，撰寫實習報告 2012年2月27日至3月10日 進一步學習ANSYS軟件，基本掌握ANSYS建模方法，學會應用軟件進行受力分析；進一步學習關于高空作業(yè)平臺的相關知識。 2012年3月11日至3月31日 根據(jù)初步模型方案來確定高空作業(yè)平臺的參數(shù)，對其進行設計計算，并校核。同時完成對高空作業(yè)平臺三維結構的建模。 2012年4月1日至4月22日 對建模的高空作業(yè)平臺模型進行受力分析，并進行分析檢測，解決分析過程中出現(xiàn)的各種問題，并不斷優(yōu)化，達到合理設計與受力分析的優(yōu)化。 2012年4月23日至5月13日 整理資料，撰寫、修改畢業(yè)論文。 2012年5月14日至5月25日 整理畢業(yè)設計（論文）資料，完善并提交成果. 2012年5月26日至6月1日 教師批閱、評閱畢業(yè)設計（論文）成果。 2012年6月4日至6月7日 畢業(yè)答辯 6、最終目標及完成時間 通過機械原理、機械設計相關方面的知識，完成一臺結構合理、用料經(jīng)濟、工作平順的高空作業(yè)平臺。 完成時間：2012年5月25日。 7、現(xiàn)有條件及必須采取的措施 現(xiàn)有PRO/E、ANSYS、AUTOCAD等軟件，利用網(wǎng)絡搜尋的高空作業(yè)平臺的資料和起重機設計理念等指導，可以完成對高空作業(yè)平臺結構的合理設計，對整機和重要結構受力分析，進一步研究與優(yōu)化。高空作業(yè)平臺為輕型的施工設備，結構強度較高，工況較多，有限元建模時需要對高空作業(yè)平臺臂架進行適當?shù)暮喕幚?，同時在設計中必須采取現(xiàn)場觀摩與理論結合的措施，對高空作業(yè)平臺進行基于ANSYS的受力分析。 8、協(xié)助單位及要解決的主要問題 本課題的完成應解決高空作業(yè)平臺有限元分析優(yōu)化設計的技術問題，同時，需要得到三峽大學機械與材料學院施工機械研究所等單位的大力支持和幫助。 2. 自行式高空作業(yè)平臺結構分析 2.1 高空作業(yè)平臺結構介紹 自行式高空作業(yè)平臺整車通常分上車、下車兩大部分。 下車通常包括發(fā)動機（或蓄電池）、底盤（車架）、配重、前后車橋、前后車輪組、車橋操作裝置、電纜液壓輸送系統(tǒng)、下車液壓系統(tǒng)、下車電氣系統(tǒng)等。 上車包括回轉支承、轉臺、回轉機構、臂架變幅系統(tǒng)、臂架總成、電纜液壓輸送系統(tǒng)、工作平臺、平臺回轉系統(tǒng)、平臺調(diào)平系統(tǒng)、上車液壓系統(tǒng)、上車電氣系統(tǒng)、安全限位裝置等。 高空作業(yè)平臺按工作臂的型式，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)平臺的升降機構只能在垂直方向上進行運動，它的主要特點是結構簡單，承載能力強，但作業(yè)范圍小，作業(yè)高度低，這種結構型式應用比較少。折疊臂式高空作業(yè)平臺工作臂之間的連接全部采用鉸接型式，結構相對簡單。折疊臂高空作業(yè)平臺結構適合于較低作業(yè)高度的車型，如要加大作業(yè)高度，必然要增加臂長或增加工作臂數(shù)量，增加臂長會使作業(yè)車體積龐大，降低靈活性;增加工作臂數(shù)量會造成操作繁瑣，安全性降低；同時，過多依賴于平行四邊形鉸接機構，運動平順性較差。伸縮臂式高空作業(yè)平臺在行駛狀態(tài)時，工作臂縮回套疊，工作時伸出，可以有效增大作業(yè)高度；但因臂架筆直，無法跨障，面對復雜場地能力有限。混合臂式高空作業(yè)平臺同時具有折疊臂式高空作業(yè)平臺的跨障能力和折疊臂式高空作業(yè)平臺的動作平穩(wěn)等特性，工作效率高、能滿足復雜場地作業(yè)要求，但結構相對復雜。 本文重點介紹混合臂式高空作業(yè)平臺。 工作機構是為實現(xiàn)高空作業(yè)平臺不同的運動要求而設置的?；旌媳凼礁呖兆鳂I(yè)平臺主要動作有：行走、下車回轉、變幅、伸縮、調(diào)平、副臂架擺動、平臺回轉。依靠臂架總成的相應機構實現(xiàn)載人工作斗在兩個水平和垂直方向的移動;依靠平衡機構實現(xiàn)工作斗和水平面之間的夾角保持不變，依靠行走機構實現(xiàn)轉移工作場所。 金屬結構工作臂及工作斗調(diào)平系統(tǒng)是高空作業(yè)平臺的重要組成部分。臂架通過銷軸與轉臺部分連接，通過折疊臂伸展油缸實現(xiàn)垂直方向運動，通過伸縮臂變幅油缸實現(xiàn)在鉛垂面上變幅，通過伸縮臂伸縮油缸實現(xiàn)平臺極軸方向運動。它們承受高空作業(yè)平臺的載人載荷以及作業(yè)時的各種外載荷。因此這部分是高空作業(yè)平臺安全可靠的一個重要部分，其重量通常占整機重量的三分之一以上，耗鋼量大。因此，高空作業(yè)平臺臂架結構的合理設計，對整機的安全作業(yè)和可靠性、減輕高空作業(yè)車自重，提高作業(yè)性能，節(jié)約鋼材，都有重要意義。 2.2 高空作業(yè)平臺混合臂架結構分析 混合臂從底盤向上，依次為：下上折疊臂、基本臂、伸出臂、副臂架。 上下折疊臂采用四邊形連桿機構，下折疊臂與轉臺邊緣通過兩個水平銷軸連接，上折疊臂與基本臂的端部同樣通過兩個水平銷軸連接，兩臂中間依舊水平鉸接，用一舉升油缸改變上下折疊臂架之間的夾角，實現(xiàn)折疊臂的垂直運動。連接液壓缸的桿件因承受較大載荷，需進行加強。 兩節(jié)伸縮臂之間可以相對滑動，靠它們搭接的上下滑塊來傳遞作用力?；颈鄹颗c折疊臂端部通過水平銷軸連接，且其中部分還與變幅油缸鉸接，可實現(xiàn)工作臂在變幅平面內(nèi)自由轉動。伸縮臂采用臂架伸縮油缸(臂架伸縮油缸結構如圖2.2所示)來實現(xiàn)伸出臂相對基本臂伸縮。伸縮油缸在工作臂內(nèi)部，采用拖鏈來實現(xiàn)液壓油管和電纜與前端的工作斗操作系統(tǒng)連接。伸縮臂截面形狀為單塊板折彎焊接而成?；颈墼诟鹘g點處設加強板進行加強，伸出臂頭部均設置加強箍，保證系統(tǒng)結構的安全性。 副臂架與伸出臂端部和作業(yè)斗通過鉸接板鉸接，通過伸出臂端部與副臂架鉸點處的主從平衡油缸，實現(xiàn)副臂架與鉸接板相連的兩鉸孔始終垂直，通過平行四邊形杠桿機構，最終保證了工作斗的水平。 2.3 高空作業(yè)平臺混合臂架結構分析 首先確定臂架系統(tǒng)的自由度。 對于折疊臂部分： 自由度為2，因有兩個液壓缸做原動機，所以有確定而穩(wěn)定的運動。 對于伸縮臂及副臂架部分： 自由度為5，因有四個液壓缸二和一個液壓馬達做原動機，所以也有確定而穩(wěn)定的運動。 由于高空作業(yè)平臺要求在所有幅度下，均可以在額定載荷下工作，因此其危險工況只有可能出現(xiàn)在一種工作情況下，即:工作斗承載額定載荷，工作臂水平伸出至最大工作半徑狀態(tài)，如圖所示: 本文較多地方出現(xiàn)擺動液壓缸機構，故作詳細分析： 對擺動液壓缸機構進行運動分析。如圖所示： 已知該機構尺寸及活塞相對液壓缸3的總長度、速度、加速度，求基本臂1的角位移、角速度、角加速度。 Ⅰ.位移分析 按圖中三角形各矢量的方向，有 (1) 在兩軸上分解得 (2) 由（1）（2）兩式各平方后相加，得 (3) 由（3）得 (4) 由（2）（3）得 (5) Ⅱ.速度分析 將式（1）對時間求導，得 (6) 由此得與有如下關系 (7) 即有： (8) Ⅲ.加速度分析 將式（6）對時間求導，得 (9) 由此解得： (10) (11) 由式(11)(12),得 (12) 當已知油缸運行速度后，依據(jù)液壓油壓力取決于負載，即認為是做勻速運動，加速度為0，可以分析出桿件1的運動角加速度。從而分析出附加力矩。 對副臂架的分析： 高空作業(yè)平臺的轉臺及副臂架的鋼結構受力復雜，它們己不是簡單的梁結構，而是板與箱形梁的組合式結構。這些結構件不僅要考慮強度、剛度與整體穩(wěn)定性，更重要的是構件局部應力和局部穩(wěn)定性問題。現(xiàn)有的解析計算方法已很難達到工程要求，解決它的最有效手段是有限元方法。（本文只作部分力學分析） 已知長寬比，通過力三角形相似原理，分析得當油缸長度達到最大值時，油缸受力最大。根據(jù)平臺基本參數(shù)，副臂架在垂直平面內(nèi)可以有139°的對稱轉角。即當與水平面有69.5°時，油缸最長可達1456mm。平臺自重+額定載荷=320kg，外加副臂架和擺動油缸自重約45kg，可以推出：副臂架油缸受力為19.68KN，工作回路油壓為16MPa,根據(jù)液壓手冊選用DG型車輛用缸，缸徑40mm ，活塞桿直徑22mm，最大推力可達20.11KN，滿足使用要求。 根據(jù)相關產(chǎn)品“吉尼Z30”的產(chǎn)品說明，平臺上升速度可達1.1Km/h，距離變幅鉸點2.1m，所以，副臂架的擺動速度為： 根據(jù)式 (7), 且知 得： 由流量速度面積之間的關系，，根據(jù)的DG型車輛用缸面積參數(shù)，得 流量為2.84L/min 副臂架和油缸重量約45kg 強度計算 本高空作業(yè)平臺工作臂均由高強度HG70高強度焊接結構鋼制造，HG70鋼屈強為700MPa。根據(jù)《JGT 5101-1998 臂架式高空作業(yè)平臺》行業(yè)標準規(guī)定，對于塑性材料，其結構安全系數(shù)n不小于2（以作計算） 其許用應力值為： 式中，：應力集中系數(shù) ：動載荷系數(shù)，則 箱型伸縮臂由左右兩塊薄鋼板折彎，加上上下兩塊薄鋼板拼焊而成。伸縮臂架在變幅的過程中主要承受軸向壓力(拉力)、剪切力、彎矩以及扭轉的作用。為了減輕臂架的重量，同一截面的板厚各不相同，由于箱型伸縮臂是雙向壓彎構件，導致臂架下側薄鋼板更容易失效，因此選取的臂架下側鋼板比上側鋼板要厚。在箱型伸縮臂的內(nèi)部安裝有伸縮油缸，用來完成伸縮臂的伸縮，通?；颈酆蜕斐霰鄣母糠謩e固定伸縮油缸的缸桿和缸筒。各節(jié)箱型伸縮臂依靠滑塊進行相互作用，同時依靠滑塊對箱型伸縮臂起著導向作用。 箱型伸縮臂有多種截面形式，每種截面都有其各自的優(yōu)缺點，根據(jù)使用性能、經(jīng)濟成本等因素應用于不同的工況場合。矩形截面是最早被使用的截面形式，由于其形狀簡單，因此其受力狀態(tài)較容易掌握，現(xiàn)今對于箱型伸縮臂的理論研究大體以矩形截面為基礎，同時工藝制造方便，在滑塊的布置和附件的安放上也比較容易。由于其下翼緣板、腹板相對于其他同尺寸截面較長，因此其局部穩(wěn)定性較低，故矩形截面主要應用于小噸位的起重機和大部分高空作業(yè)車產(chǎn)品中。 對伸縮臂結構進行受力分析： 對基本臂變幅時擺動油缸結構進行分析： 其中： 從“吉尼Z30”產(chǎn)品說明中知道，伸展上升速度為1.1Km/h,當伸出臂縮在基本臂內(nèi)?；颈厶幱谒綍r，臂架會產(chǎn)生較大的角加速度。 由式(7)，得： 由式(12)，得： 則角加速度產(chǎn)生的轉矩： 假定伸縮臂自重加上其他外載荷，共重：610kg, L=3.8m 則，轉矩=14.093N.m<<外載荷。 所以，角加速度產(chǎn)生的轉矩可以忽略。 從油缸速度，油缸受力為 對“吉尼Z30”型產(chǎn)品進行測繪，確定伸縮臂外形尺寸，如圖: 為方便計算，簡化為上圖中右側的簡易模型。 對伸出臂作受力分析圖： 慣性矩： 抗彎截面模量： 截面所受靜力產(chǎn)生的彎矩： 其中：Q為副臂架傳遞過來的載荷，Q=3.65Kn L為伸出臂末端到固定于基本臂內(nèi)段的距離：L=1.5m m為伸出臂自重， 則，伸出臂上彎曲應力為： 應用迭代法解的值，當=6mm時=47MP<<254.5MP 當=5mm時=56MP<<254.5MP 當=1mm時=242MP，接近許用強度。 顯然，當=1mm時，臂架在受力時自身已經(jīng)容易失穩(wěn)，從抵抗失穩(wěn)，易于焊接角度，初選臂架厚度=5mm。 伸出臂自重 考慮到局部補強接頭，銷軸，局部鏈接結構等，自重放大至45kg 臂架伸縮油缸最大受力為：4.2Kn(較小) 伸出速度約0.31m/s 油缸行程為1.5m 所以選用mm的DG型車輛用缸，油缸自重約50kg 由流量速度面積之間的關系，，根據(jù)D=63mm的DG型車輛用缸面積參數(shù)，使用差動連接，得:流量Q=17.9L/min 對伸出臂進行剛度分析： 對基本臂進行強度分析： 慣性矩： 抗彎截面模量： 截面所受靜力產(chǎn)生的彎矩： 其中：Q為伸出臂傳遞過來的載荷，Q=4.75Kn L為基本臂末端到固定于基本臂轉動銷軸之間的距離：L=2.5m m為伸出臂自重， 則，伸出臂上彎曲應力為： 應用迭代法解的值，當=6mm時=62MP<<254.5MP 強度滿足要求 基本臂自重m=76kg,考慮到局部補強接頭，銷軸，局部鏈接結構等，自重放大至90kg 拖鏈及支撐，油管等自重約60kg 對變幅的擺動油缸機構分析： 對基本臂進行剛度分析： 對折疊臂進行受力分析： 折疊臂的結構形式和副臂架形式非常相似，故，在此依舊只進行簡單的受力分析。