车载装置升降系统的设计

车载装置升降系统的设计摘 要车载式升降机根据举升机构的可分为车载剪叉式升降机、车载铝合金升降机、车载曲臂式升降机。产品是集四轮移动与二轮牵引式于一身，采用汽车底盘做平台底架，利用汽车发动做动力，既可行驶又可驱动升降机。本课题首先对国内升降车的发展进行了概括，提出了发展中的不足，简要介绍了升降车的组成，然后对目前国内生产技术不完善的混合臂和伸缩臂式车载式升降机的关键结构进行了设计，同时对工作中调平技术和液压系统等关键技术进行了研究分析。重点研究了伸缩臂的结构、运动特点，并对其进行了强度校核。根据车载式升降机安全性要求高，工作幅度大，结构复杂等特点，提出了工作臂、副车架以及工作斗调平机构的研究设计方法。该课题以混合臂式车载式升降机为研究对象，详细阐述了伸缩臂的结构设计、变形研究；副车架结构设计、工作稳定性分析；车载式升降机的工作斗调平系统的研究分析；液压系统的设计计算。课题采用积分法对伸缩臂结构进行应力分析、变形分析。本文提出的设计方法，对于同类型车载式升降机研究计算，具有一定的参考价值。关键词 ：升降车；结构设计；液压缸；车载曲臂式AbstractVehicular elevator according to the lifting mechanism can be divided into the on-board shear fork lifter, automotive aluminum alloy elevator, car crank arm lift. Products is a four-wheel mobile and second wheel traction type, with vehicle chassis do platform, use a car for the power, as well as driving can drive elevator.This topic first summarizes the development of domestic lift car, put forward the developing shortage, this paper introduces the composition of the lift car, and then to the current domestic production technology is not perfect mixing arm and telescopic arm type overhead working truck design, the key structure to work at the same time leveling technology and the key technology such as the hydraulic system are analyzed. Telescopic boom structure, motion characteristics are researched, and the strength check. According to the security requirement is high, the work high above the car with a large range to work, the characteristics of complex structure, puts forward the working arm, the auxiliary frame and bucket leveling mechanism research of design method. The subject with mixing arm type overhead working truck as the research object, in detail elaborated the telescopic boom structure design, deformation research; Vice frame structure design, stability analysis; Overhead working truck working bucket leveling system analysis; The calculation in the design of hydraulic system. Subject adopts integral method for telescopic boom structure stress analysis and deformation analysis. In this paper, the design method of calculation for the same type overhead working truck research, has a certain reference value.Key words: Lift car;Structure design;The hydraulic cylinder;Automotive crank arm type目 录摘 要 .IIABSTRACT .III目 录 V1 绪论 .11.1 本课题的研究内容和意义 11.1.1 课题研究背景 11.1.2 课题研究的意义 11.2 国内外发展概况 11.3 论文主要内容 22 车载升降结构原理 42.1 车载升降机分类 .42.2 车载式升降机的组成 52.3 受力分析 .72.4 伸缩臂强度计算分析 82.4.1 危险工况 1 计算 82.4.2 危险工况 2 计算 92.4 伸缩臂变形计算 .102.4.1 力学模型的建立 102.4.2 弹性位移的计算 112.4.3 计算结果 142.5 伸缩臂强度校核 .142.5.1 计算基本臂臂的截面尺寸 162.5.2 对下臂进行正应力校核 .163 升降机调平机构 .193.1 工作斗调平结构模型 .193.2 调平机构液压系统 214 液压油缸的设计计算 .234.1 伸缩变幅油缸的结构 .234.2 伸缩变幅油缸的设计计算 .234.2.1 确定液压缸类型和安装方式 234.2.2 确定液压缸的主要参数 235 结论与展望 .285.1 结论 .285.2 展望 .28致 谢 .29参考文献 .301 绪论1.1 本课题的研究内容和意义1.1.1 课题研究背景现如今我国经济的飞速发展以及政府对基础设施建设的力度逐渐增大，车载式升降机的需求量不断增加，市场前景非常广阔。然而由于我国对于车载式升降机的研究开发起步较晚，对其核心技术掌握的不足以及加工工艺的落后等方面的原因，使得我国高空作业产品的使用功能、安全性等方面得不到充分的质量保证。通过对目前高空作业产品市场的发展趋势和广泛的市场研究，发现国内产品具有类型单一、设计粗糙等缺陷，无法满足很多特殊施工环境的要求 l，因此我国高空作业设备大多依赖进口。虽然国外产品功能完善、性能比较优秀，但是由于价格太高，对很多建设公司或者施工方来说成本占用比例过大，使得利润空间降低。因此，研发生产属于我国自主品牌的高性能的车载式升降机有着极其重要的经济价值和战略意义。 车载式升降机是用来运送工作人员和工作装备到指定高度进行作业的一种大型工程机械设备，并广泛用于电力、路灯、市政、园林、通信、机场、造(修)船、交通、广告、摄影等高空作业领域。因此为保障工人在高处作业的安全性，出现了越来越多的高空作业设备，然而随着科技的发展和人们对使用要求的增加，传统的高空作业设备已经无法满足人们的需求，专用车载式升降机技术在最近几十年来得以快速发展。1.1.2 课题研究的意义随着社会的进步和发展，人们对于产品的人性化要求越来越高，因此在产品结构设计的过程中应坚持人性化思想 2，以人机工程学原理为指导充分分析研究产品各方面因素，提出相应的设计方案。本课题在充分研究产品性能的基础上，对车载式升降机的功能模块进行了充分的结构分析，并根据其各方面的特殊性提出了相应的设计要求，指导其结构设计，因此课题研究的意义主要体现在以下几个方面：(1)通过本课题的研究，掌握混合臂车载式升降机金属结构件的设计理论和分析方法，了解车载式升降机结构件的工作规律，从而达到减轻自重、优化结构、提高可靠性的目的，为研制系列伸缩臂、混合臂车载式升降机奠定良好的基础。(2)对车载式车载式升降机进行模块划分，将其分为工作平台、操作系统、运动系统和支持系统几个部分进行分别研究，对每一部分进行充分的结构分析，结合产品的相关标准和设计原则，对其结构设计进行指导。在课题的研究过程中结合产品的使用功能，通过计算机建模，在保证实现基本功能的基础上，总结相应的外观设计理论，以指导后续系列产品的结构设计，同时对于其它机械产品的外观设计研究具有一定的理论指导意义。1.2 国内外发展概况车载式升降机发展起步较早的欧美等发达国家和地区，从 20 世纪 20 年代就开始研制，发展历史久远，生产技术也很成熟，具有生产技术水平高、作业车的作业高度大、规格齐全、结构型式丰富、功能多样等优点。总体来看，技术和市场均已很成熟，产品能够进行高空作业、抢险、救援、消防等复杂工作，作业平台的最大载荷可达 500kg，最1大作业高度已经超过 100m，这是我国目前无法设计达到的高度，同时具有各种安全保护措施，很好的保障了工人的安全。大型产品特点是科技含量高、研制与生产周期较长、投资大、市场容量有限，但市场竞争相对较少，产品的利润相对较高。如美国 Genie 公司、JLG 公司和法国 HAULOTTE 公司在车载式升降机产品都形成了系列化，与此同时，产品更新换代的周期明显缩短。这大大提高了企业在国际市场中的竞争能力和企业的抗风险能力。我国产品在质量和性能上与国外优秀产品虽然存在一定的差距，但是随着科技的不断发展，产品的功能和性能已经逐渐趋于同质化 3，因此必须通过对我国高空作业机械产品与国外先进企业产品进行分析和比较，找出发展问题的之所在，并提出相应的解决方案。我国车载式升降机的使用范围与国外相比来说还比较窄，使用较多的有路灯、交通、园林等部门，而在有发展前途的电力、电信及有线电视系统使用较少，市场远远没有挖掘和培育出来 3。目前市场上的主要产品仍然是体积教大，对作业场地要求较高的拖车式或车载式车载式升降机，而我国市场上的车载式车载式升降机多为价格昂贵的国外进口产品或中外合资企业的产品，我国本土研发的设备极少，因此我们开发研制出拥有自主产权的高性能车载式车载式升降机具有很强的发展战略意义。我们应提高工程设计效率和品质，节约设计成本，缩短设计周期 4-5。而传统设计在设计一个工程结构的时候，首先要采用类比方法确定设计方案的初稿，然后对其结构进行分析，画出图纸，然后对重要部件进行强度的校核，并根据校核的结果重新修改设计方案，一般往往要进行多次分析校核和调整才能得到优秀的设计方案。这种设计方法的设计周期长、代价高、效率低，且所得到的方案多数不是最优方案 6-7。只有加大行业技术创新力度，开发先进的高空作业机械，满足用户的差别化和个性化需求，为用户精细化服务，才能提高中国产品的市场竞争能力。在我国实际工作过程中，人们对于安全性和劳动条件提出了更高的要求，尤其是在高空作业中，原始的脚手架、吊篮等安全系数较低的工作方式将会越来越少，而对于高空作业机械的需求必将越来越多 8。另一方面，中国造船业逐渐成为世界第一，对于大型车载式车载式升降机的需求急剧增加。据不完全统计，仅中国造船行业在2009年约需六七百台车载式升降机 9,这一市场之前基本都被国外品牌占据。因此，研发生产属于我国自主品牌的高性能的车载式升降机有着极其重要的经济价值。虽然国内产品近些年来发展较快，但从整体上看，无论是技术上还是应用上都落后于国外同类产品，与国外先进产品相比还有较大的差距。1.3 论文主要内容课题研究内容主要包括车载式升降机结构的分析研究及其在实际生活中车载式升降机的外观设计，以车载式车载式升降机为设计载体，将产品各部分以功能进行划分，形成相应的设计理论和原则，并用以指导未来系列产品的结构设计。论文的主要内容包括以下几个部分：(1) 课题研究的国内外背景和发展现状，研究的主要内容和意义的概述；(2) 进行车载式车载式升降机的伸缩臂、副车架等金属结构件的结构设计、用以实现车载式车载式升降机的功能。(3) 对各金属结构件进行数学建模、数值计算、强度校核，以获得车载式车载式升降机主要结构的工作规律和工作性能。(4) 对液压油缸进行选型，并设计计算其应力大小是否符合要求。32 车载升降结构原理2.1 车载升降机分类 车载式升降机根据举升机构的可分为车载剪叉式升降机、车载铝合金升降机、车载曲臂式升降机。产品是集四轮移动与二轮牵引式于一身，采用汽车底盘做平台底架，利用汽车发动做动力，既可行驶又可驱动升降机。产品以小型货车（汽车）或电瓶车为载体，移动灵活迅速，操作简单，作业范围广。车载剪叉式升降机采用剪式升降结构，剪叉结构采用优质矩形锰钢管制作，整体强度高，载重量大，升降稳定性好，广泛用于城建、油田、交通、市政、室外广告等行业。 车载曲臂式升降机利用汽车引擎动力驱动升降机。具有车载式升降机的全部优点，而且车辆的行走功能，使作业车有更好的灵活性和机动性，高空作业效率更高，能适应区域范围广、流动性大的高空作业。广泛应用于电力、市政、园林、工矿企业、通信等行业。 车载式升降机是把升降机安装在汽车上的高空作业设备。由专用底盘、工作臂架、三维全旋机构、柔性夹紧装置、液压系统、电气系统和安全装置等部分组成。由升降机和电瓶车配套改装而成的高空作业专用设备。车载升降平台利用汽车发动机或电瓶车原有直流动力，勿须外接电源，即可行驶又可驱动升降平台，它移动方便，作业流动范围广，产品具有无污染，无尾气，作业范围大，流动性强。特别适用于冷库、人群密集区域（火车站，汽车站，飞机场）。车载折臂式液压升降机简介：车载折臂式液压升降机利用汽车引擎动力驱动升降机。具有自行曲臂式液压升降机的全部优点，而且车辆的行走功能，使作业车有更好的灵活性和机动性，高空作业效率更高，能适应区域范围广、流动性大的高空作业。广泛应用于电力、市政、园林、工矿企业、通信等行业。车载升降平台广泛用于城建、油田、交通、市政等行业。根据个人要求可设停电情况下的应急下降装置、平衡阀、自动保压等安全装置，防止高空升降平台超载的安全装置、漏电保护装置和缺相保护装置、防止液压管路破裂的安全防爆装置。 产品控制方式：产品均由电动控制升降。车载式升降机性能特点：根据产品分类可分为 6 米、8 米、10 米、12 米、14 米、16米移动式高空升降台，载重 300 公斤、500 公斤、800 公斤、1 吨等不同规格，还可根据客户需求定制非常规规格，还可选用解放、轻骑、电瓶车等不同动力配套，移动方便灵活。适用场所：该类车载式升降平台广泛适用于大型工业厂房、展览馆、野外工作、公园、邮政、车站、码头等室外场所均可使用。车载式升降平台：可驾驶式升降平台”又名“ 车载式高空升降平台 ”，是由升降平台和汽车配套改装而成的。它接取汽车引擎动力，实现升降平台的升降功能。适用于大流动量的高空作业。故可谓技术革新中的典范，通常可配汽车类型有：一汽小解放（单排 / 双排）；五十铃轻卡（单排 / 双排）；二汽东风轻卡（单排 / 双排）；南汽跃进 1.5T （单排 / 双排）；南汽跃进卡车 3T( 单排 )；二汽东风卡车 2T( 单排 ) 图 2.1 升降车图2.2 车载式升降机的组成车载式升降机正常进行作业，需要由专用底盘、工作臂架、三维全旋机构、液压系统、电气系统和安全装置等部分组成，性能如下。专用底盘由发动机、车架、行走机构、转向机构等组成。考虑到工作可靠性、噪声、排放等方面综合要求，优选康明斯 B3.3C60 型工程机械专用柴油发动机，该发动机为直列 4 缸水冷、自然吸气发动机，带全程调速器，运行平稳，具有热效率高、比油耗低、排放污染少等特点。由于台车行驶速度低，综合考虑作业安全性和经济性，车架采用刚性连接式，不设悬架机构，轮胎选用高负荷实心橡胶轮胎。 工作装置由回转台、工作臂架、伸缩软链等组成。回转台通过回转支承安装在车架上，由回转机构驱动，可实现 360°全回转。回转机构包括行星减速机、常闭式制动器、液压马达等构成，与回转支承采用外啮合传动方式。 三维全旋机构设备或系统的安装位置一般由标高和方向 2 个参数确定。由于要求被举升物体在空间相互垂直的 3 个方向可以进行独立旋转，使物体可以获得任意安装角度，因此设计了三维全旋机构，即在水平和竖直方向设置±90°。旋转机构俯仰方向转角可以通过臂架变幅进行，微调由调平油缸实现，不再设单独机构，从而减少机构设置。 液压系统采用 1 台变量柱塞泵和 1 台定量齿轮泵供油，由发动机驱动。变量泵为行5走、转台回转、臂架变幅和臂架伸缩供油，齿轮泵为行走转向机构、工作装置摆动、工作装置翻转、工作装置夹紧和调平机构微调供油。由变量泵供油的动作采用比例阀进行控制，以便精确进行速度调节，其它动作由于速度低、流量小，直接采用电磁换向阀进行控制。液压系统内设有安全溢流阀、液压锁等安全装置。 设有电动应急系统，当底盘发动机和主泵液压系统出现故障时，借助以 12V 底盘电源为动力的微型组合式液压泵站，将工作装置降至行驶状态。也可采用紧急下降阀进行操作，实现动臂下降复位。地面操作盘、遥控操作盘均设有紧急停止按钮，用于在紧急状况下强制停止行驶系统和工作装置的各种运动。整车外形图如图 1.1：图2.2 车载式车载式升降机车外形图车载式升降平台：车载式升降平台是为提高升降平台的机动性，将升降平台固定在电瓶搬运车或货车上，它接取汽车引擎动力，实现车载式升降平台的升降功能。以适应厂区内外的高空作业。 广泛应用于宾馆、大厦、机场、车站、体育场、车间、仓库等场所的高空作业；也可作为临时性的高空照明、广告宣传等。 后置式车载式升降机伸缩臂采用三节伸缩式箱形臂，如图 2.3 所示。图2.3 伸缩臂结构图如图所示，各节臂可以依靠相互连接的滑块进行相对滑动。转台与伸缩臂的跟部通过水平销轴进行铰接，同时转台的中下部还与伸缩变幅油缸铰接，同样通过水平销轴，伸缩变幅油缸能够实现工作臂在变幅平面内的转动。所有铰接点均采用自润滑轴承，降低保养要求，所有需要润滑的点都设有加油口，可以方便地进行保养。工作臂依靠一级伸缩液压缸进行伸缩运动，伸缩油缸直接推动第二节臂，第三节臂在链条伸缩机构的作用下和第二节臂同步伸缩。臂架系统由臂架变幅机构、臂架伸缩机构、臂架钢结构及其它零部件组成。臂架变幅机构主要由变幅油缸组成，其作用是实现臂架的变幅功能。具有三节或三节以上的吊臂，各节臂的伸缩方式基本有三种：顺序伸缩、同步伸缩和独立伸缩。该车载式升降机臂架伸缩机构由臂架伸缩油缸和钢丝绳传动系统组成，伸缩原理为单级同步伸缩即由伸缩油缸直接驱动二节臂动作，同时通过固定在一节臂上的钢丝绳使三节臂与二节臂实现同步动作。伸缩机构原理如图 2.2 所示。臂架截面形式采用四边形箱型结构，臂架外部装有油管电缆托链与工作平台进行连接 10。1 2 345 69781 0图2.4 伸缩机构原理图2.3 受力分析由于车载式升降机要求在所有幅度下，均可以在额定载荷下工作，因此其危险工况只有可能出现以下两种工作情况：一是在工作斗承载额定载荷，工作臂水平伸出至最大工作半径状态；二是在工作斗承载额定载荷，工作臂完全伸出，且处于最大幅度状态。2.4 伸缩臂强度计算分析分别对两种工况下的伸缩臂强度进行计算分析。本作业车工作臂均由优质合金结构钢Q700 制造，根据车载式升降机结构安全要求（GB9645-88） 11，其许用应力值为：(2.1)12sSf式中： 材料屈服强度， s 70sMpa结构安全系数， 2S-应力集中系数，1f1.f-动载荷系数， ，则225212704.6/.s pakgmSf2.4.1 危险工况 1 计算分别进行三节臂的应力计算。先对外臂进行分析，外臂受力其危险截面为A-A 截面。7G1-载荷， G1=250*1.25kg G2-工作斗，G2=100 kgG3-前平衡油缸， G3=20 kg G4-平衡拉杆，G4=30 kgG5-折叠臂，G5=80 kg G6-折叠臂变幅缸，G6=60 kgG7-三节臂， G7=215 kg G8-二节臂及伸缩链排，G8=355 kg G9-1/2一节臂， G9=240 kg G10-伸缩油缸， G10=200 kg(2.2)AiMGL外臂危险截面A-A惯性矩为：(2.3)312ABHbhI则可求A-A 截面的最大应力 。274./ANm同样可对此工况1 下的中臂、内臂危险截面进行计算。求得其最大应力。2.4.2 危险工况 2 计算同样对三节臂分别计算。先对外臂进行分析，外臂受力如图 2.5，其危险截面为 A-A 截面。图 2.5 危险工况2 外臂受力示意图根据图示受力分析，可计算出一节臂危险截面应力。同样方法，可分别计算工况 2 下，中臂、内臂的应力。根据计算，工况1 状态下各工作臂应力大于工况2 ，因此工况 1 为伸缩臂危险工作状态。2.4 伸缩臂变形计算车载式升降机伸缩臂全伸时，臂端将产生较大的弹性变形，箱形伸缩臂臂端弹性位移将对车载式升降机的作业参数产生影响，同时对对车载式升降机安全性影响也很大，因此需要对其变形进行计算。2.4.1 力学模型的建立考虑到很多现实干扰因素，因此计算时要虚拟化，建立以下假设：1) 假定工作臂截面不受力的影响产生弯曲变形，按平面计算；2) 由于截面变形不明显，对计算结果影响不大，因此假设挠度曲线是光滑连续的曲线；3) 每次建立模型时只考虑单方面受力作用结果，不用共同考虑；如图2.7 所示，建立 空间直角坐标系，其中 轴沿工作臂铰接轴轴线向外，OXYZOX设工作斗载荷为 ，考虑存在偏载， 为空间载荷，为了便于计算，图 2.7 中先将 在QQQ平面进行分解，分解成沿Z轴的 和平行于 平面的 ，在后面的计算中再将OYFY1F分解为沿 X轴 和Y 轴的 。1F1F1Y图 2.7 工作臂受力坐标系参考起重机设计规范（GB3811-83） 12，臂端弹性位移计算时应同时考虑轴向压力影响，先将工作臂简化为受压等截面悬臂梁，计算中再通过引入各种长度系数来考虑工作臂截面的影响。据此，我们作如下假设：伸缩臂实际长度为 ，伸缩臂计算长度为 ，bLCL(2.4)12C伸缩臂的当量惯性矩为 ,dxI(2.5)12dxI其中 、 为长度系数 。1下面用积分法来计算梁的弹性位移。为了计算方便，先分别计算在垂直平面OYZ 内， 与M 所产生的挠度 ，和 与FaF所产生的挠度 ，如图 2.8 所示。1Fb9图 2.8 作用力和挠度示意图2.4.2 弹性位移的计算将 和 还原成偏心载荷 作用下的压杆，梁上任一横截面 Z 处的弯矩为：1FMXF(2.6)()aSY带入挠曲轴的近似微分方程：(2.7)'dxEIm由于工作臂为阶梯形， 是绕X 轴的当量面积惯性矩，dxI, 为变截面长度系数12dxI2将弯矩带入上式： '()dxaEIYFSY'或 ' ()adxdxII令 2dxFKE则上式变为：(2.8)'2()aYS这是一个二阶常系数非齐次方程，通解为： 12sincosaCKZ由边界条件：, , 得0Y2()aS， , 得' 10所以挠度方程为：(2.9)()(cos)aSKZ令 带入挠度方程。,bZLY()1)abL解得 csobS作三角变换: 2sincobaKLS带入 ：a21csbbLK将 带入2dxFEI1()cosbadxbLSIL2XbxMK当 趋近于 时， 最大，此时轴向压力 达到临界载荷 ，由极限的概念可bKL2aFEXF以认为 。考虑构件支承方式的影响，应以计算长度 代替 。12CbLbL(2.10)21cosXabdxbMLEIK作近似： 22cos1()128EXEXEXFF1EXF(2.11)2abdxEXLI切向力F 在一截面的弯矩是：(2.12)1()()bYbmFZ建立挠曲轴的近似微分方程: 'dxEIY' 1()()bYbL' dxdxFFZII令 2xKE上式变为：(2.13)'21()YbbFYLZ11通解为: (2.14)' 112sincos()YbbFYCKZLZ由边界条件: 得'0,1则挠度方程为：(2.15)111sin()cos()YYYbbbbFFFKZLKZLZ令 ,bL11si()csYYbbb(2.16)1coinobFKLK作近似： 3()si6bb2co1L321()()s6bbYYbbKLLFFK31YbFK3 311cos2bdx dxEXEXEII 2116YCLabdxEXMFLYFI上式中： 12Cb2.4.3 计算结果对于我们开发研制的直臂后置式车载式升降机，其上式各参数应为： 6105810721073250()XiMkgm13cos7.4()YFkg.93CLm, 5()EXkg15sin70296()Fk, 20Gpa48.dxI将参数值代入公式得： 21316.096XYCLabdxEXMLY mFEI从以上计算结果看，由于公式推导基于理想状态，模型的建立将工作臂简化为节节之间刚性连接，其计算值为纯弹性变形挠度。在实际工作状态中，工作臂由于加工精度、滑块调整间隙等因素影响，其工作平台较理想状态下垂要大一些。这一点，我们经过对伸缩臂式车载式升降机产品样车的测试，其结果基本符合预先的理论计算值。2.5 伸缩臂强度校核正应力校核、 静强度效核公式：正应力 (2.17) FA式中: F-梁所受的力（N）A-截面积（ ）2m切应力： 28FsIz(2.18)式中: Fs-梁所受的剪力（N ）-钢板厚度(m)Iz-梁对 Z轴的惯性矩( )4m钢板每平方米面积的理论质量,不同厚度的钢板(密度为7.85)的每平方米理论质量按下列公式计算：(2.19)2/Gkgm式中 : G-给定钢板厚度下的每平方米重量 ,kg/m-钢板厚度 =4mm-钢板密度7.85所以 (M=L1=4.2m)4.207.850.13Mkg所以自重是: 92FGKN由上图可得: 即: 1.78.0B对伸缩臂进行受力分析如下图13FB'Fcg3560m4x弯 矩 MGax=9.1KN图2.9 伸缩臂的弯距图即力 与力 大小相等方向相反。'1.07FBKN'FB由 Mc所以 45'36g所以 .92.50由 F所以 92.561.78.4cKN如图2.9所示的弯矩图:则可得最大弯矩是 max.039.1Mm而梁所需的截面系数，=/axW43.42.01769KNMPa2.5.1 计算基本臂臂的截面尺寸再将求出来的梁所需的截面系数 W 值代入可得 0.mh34.62180b1m9.1463S;5.219。mh308.其中 为点 c 到力 的垂直距离，计算过程如下所示：gF已知伸缩臂受力如下图 5.3 所标示。 FG上F2B图 5.3 伸缩臂尺寸由此计算得： 。mh308.将所得数据代入公式（5.2）得： mFmNNN g308.01.46.175.2104.6.127.9.108.9 333 Fg65将 , 代入式 5.1,0.MPap得： kD160.7322m15查机械设计手册 5表 37.7-1，如表 5-1 给出的缸筒内径尺寸系列圆整 成标准值。D表 5-1 液压缸内径尺寸系列( 摘自 GB234880) ( )m8 40 125 （280）10 50 （140） 32012 63 160 （360）16 80 （180） 40020 （90） 200 （450）25 100 （220） 50032 （110） 250即取：。mD125(2) 活塞杆直径 的计算d根据速度比的要求来计算活塞杆直径 d1Dd（5.3）式中: -活塞杆直径( );m-液压缸直径( );-速度比; 212dDv-活塞杆的缩入速度 ；2 in)/(m-活塞杆的伸出速度 。1此处， 机械设计手册 5表 37.7-63(P37-245)取液压缸的往复运动速度比为 1.46， 表 37.7-2(P37-173)查得：（5.4） Dd56.0将 代入式（5.4 ） 得: m12md70查机械设计手册 537.7-2，如表 5-2 液压缸活塞杆外径尺寸系列（摘自 GB2348-80）表 5-2 液压缸活塞杆外径尺寸系列 (摘自 GB 234880) ( )m4 20 56 1605 22 63 1806 25 70 2008 28 80 22010 32 90 25012 36 100 28014 40 110 32016 45 125 36018 50 140 400取液压缸活塞杆外径尺寸如下： md70(3) 液压缸行程 S 的确定首先计算伸缩臂升至最大角时，伸缩臂铰点与底盘铰点之间的距离。由计算得伸缩臂升至最大角时，下臂铰点与底盘铰点之间的距离为： 。m493查机械设计手册 5表 37.7-3(P37-173)液压缸活塞行程第一系列 ( )，由以上条件取 S 值如下：。m160(4) 液压缸结构参数的计算1) 缸筒壁厚的计算按薄臂筒计算：2Dpy（5.5）21式中 -液压缸缸筒厚度( )；m-试验压力( )。取 ，ypMPapy5.1即： 。24165-液压缸内径（m） ；D-刚体材料的许用应力（ ）a取 。Pa0代入式（5.5）中，得： mM151242) 缸体外径的计算 1D（5.6）代入数据得: m1521查机械设计手册 5表 37.7-66(P37-246)取液压缸外径为 150 。m4 三维模型设计SolidWorks 软件是美国 SolidWorks 公司开发的三维 CAD 软件。是世界上第一个基于Windows 开发的三维 CAD 系统，Solidworks 软件功能强大，组件繁多。 Solidworks 有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得 SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD 解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。对于熟悉微软的 Windows 系统的用户，基本上就可以用 SolidWorks 来搞设计了。SolidWorks 独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。 SolidWorks 资源管理器是同 Windows 资源管理器一样的 CAD 文件管理器，用它可以方便地管理 CAD文件。使用 SolidWorks，用户能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。在目前市场上所见到的三维 CAD 解决方案中，SolidWorks 是设计过程比较简便而方便的软件之一。在强大的设计功能和易学易用的操作协同下，使用 SolidWorks，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。它采用了大家所熟悉的 Microsoft Windows 图形用户界面，在技术内核上基于先进的Parasolid 图形语言平台。SolidWorks 在国际上得到了广泛的应用，并以其功能强大，易学易用和技术创新三大特点而深受广大用户的喜爱。在众多的三维 CAD 软件中SolidWorks 提供了最优秀的中文支持，因此，SolidWorks 几乎是中国工程师步入三维CAD 阶段的首选。SolidWorks 系统主要功能如下：(1)真正的全相关性，任何地方的修改都会自动反映到所有相关地方；(2)具有真正管理并发进程、实现并行工程的能力；(3)具有强大的装配功能，能够始终保持设计者的设计意图；(4)容易使用，可以极大地提高设计效率。用 SolidWorks 设计零件的基本流程如图 4.1 所示。23进入零件设计模式建立基体特征添加特征和修改特征重绘特征完成设计合格否添加特征和修改特征合格不合格图 4.1 Solidworks 设计零件的基本流程图图 4.2 第一节升降臂图 4.3 第二节升降臂图 4.3 第三节升降臂图 4.4 底座图 4.5 升降部分组装图 4.6 整体装配图