1、太原理工大学阳泉学院毕 业 设 计 说 明 书毕业生姓名 ：专业 ： 机械设计制造及其自动化学号 ：指导教师 ：所属系（部） ： 机械电子工程系二一四年六月I太原理工大学阳泉学院毕业论文评阅书题目： 高空作业车的液压系统、液压站的设计与 PLC 控制 机电 系 机械设计制造及其自动化 专业 姓名 设计时间： 2014 年 3 月 31 日 2014 年 6 月 8 日评阅意见：成绩：指导教师： （签字）职 务： II201 年 月 日太原理工大学阳泉学院毕业论文答辩记录卡机电 系 机械设计制造及其自动化 专业 姓名 答 辩 内 容问 题 摘 要 评 议 情 况记录员： （签名）成 绩 评 定指
2、导教师评定成绩 答辩组评定成绩 综合成绩注：评定成绩为 100 分制，指导教师为 30%，答辩组为 70%。III专业答辩组组长： （签名）201 年 月 日i摘 要高空作业车是一种应用范围广泛的工程机械，它是利用汽车底盘作为行走机构，并且把工作人员和工作装备运送到指定高度进行作业的特种车辆。本文对高空作业车的主要的结构作了简单的介绍；它的工作过程是通过液压系统和 PLC 的联合控制的作业的。本文对高空作业车主要机构的液压系统进行了详细的分析及其设计，对马达、液压泵、液压阀等进行了选型计算，并且设立了液压站。高空作业车作业平台和支腿机构的调平是由双轴倾角传感器分别检测 X、Y 轴方向水平状态的
3、，当发生倾斜时，传感器就传出模拟信号（电压/电流）与给定精度的设定值相比较并将结果传给PLC，PLC 根据预置程序输出调平信号分别控制各电磁阀，使液压缸动作，消除作业平台和支腿机构的倾角水平误差，实现自动控制调平。通过利用液压系统和 PLC 控制的设计和调节，使得高空作业车作业平台的稳定性和可靠性提高，同时提高了工作人员在工作时的安全性。关键词：高空作业车；作业平台；液压系统；PLC 全套图纸加 153893706iiiiAbstractAerial vehicle is engineering a wide range of applications, it is the use of au
4、tomobile chassis as the walking mechanism, and the transport workers and equipment to the designated special vehicle height for work. The main structure of aerial vehicles are introduced; its working process is through the joint control of hydraulic system and PLC operation.The main mechanism of hyd
5、raulic system of high-altitude operation car are analyzed and designed in detail, on the motor, hydraulic pump, hydraulic valve are calculated, and set up the hydraulic station. Aerial work platform and the supporting leg mechanism of leveling is composed of tilt sensor was used to detect X, Y axis
6、horizontal state, when the inclination sensor, spread the analog signals (voltage / current) and compared the results to the PLC with a given accuracy setting, PLC respectively to control the solenoid valve according to a preset program output leveling signal, to make the action of hydraulic cylinde
7、r, eliminating angle error operation platform and the leg mechanism, realize the automatic control of leveling. By adjusting the design and use of hydraulic system and PLC control, the work platform of aerial vehicle stability and reliability, but also improve the safety of staff at work.Keywords: h
8、igh altitude working vehicle; hydraulic system; PLC platform;iii目 录摘 要 .iAbstract .ii第 1 章 绪 论 .11.1 引 言 .11.2 高空作业车的发展状况 .11.2.1 高空作业车国外的发展状况 .11.2.2 高空作业车国内发展现状 .21.2.3 高空作业车发展趋势 .31.3 课题背景 .41.4 课题的设计内容及意义 .4第 2 章 高空作业车的简介 .52.1 高空作业车的含义 .52.2 高空作业车的分类 .52.3 高空作业车的用途 .52.4 高空作业车的技术特点 .6第 3 章 高空作业
9、车组成结构 .73.1 动力传动装置 .73.1.1 动力传动装置设计要求 .73.1.2 动力传动装置类型 .73.2 工作装置 .83.2.1 支腿机构 .83.2.2 举升机构 .103.2.3 回转机构 .11第 4 章 作业平台调平机构的介绍及其方案的确定 .144.1 作业平台调平机构的介绍 .144.2 本课题调平机构的方案确定 .174.2.1 调平机构类型的选择要求 .174.2.2 机构特点的综合分析 .174.2.3 方案的最终确定 .17第 5 章 高空作业车各结构的液压系统 .195.1 液压传动系统 .195.1.1 液压传动系统的工作原理 .195.1.2 液压传
10、动系统的组成 .195.1.3 液压传动系统的特点 .205.2 高空作业车的液压传动 .205.2.1 高空作业车主要机构的液压传动 .215.2.2 高空作业车的液压系统总图 .265.3 高空作业车液压系统的计算 .275.3.1 初选执行元件的设计压力 .275.3.2 计算和确定液压缸的主要结构尺寸与液压马达的排量 .275.3.3 液压泵的选择 .385.3.4 液压阀的选择 .41iv5.3.5 管道尺寸的确定 .435.3.6 油箱容量的确定 .445.3.8 液压系统主要性能验算 .45第 6 章 高空作业车的 PLC 设计 .516.1 可编程控制器 .516.1.1 可编
11、程控制器的定义 .516.1.2 可编程控制器的产生 .516.1.3 PLC 与其他工业控制系统的比较 516.1.4 PLC 的主要特点 536.1.5 PLC 在高空作业车上应用的可能性和前景 546.2 高空作业车作业平台 PLC 控制的设计 .546.2.1 自动调平控制系统的调平功能要求 .546.2.2 设计分析 .556.2.3 系统硬件设计 .566.2.4 系统软件设计 .586.3 举升机构和回转机构 PLC 的设计 .616.3.1 设计分析 .616.3.2 系统硬件设计 .626.3.3 系统软件设计 .646.4 支腿机构 PLC 的设计 .656.4.1 设计分
12、析 .656.4.2 系统硬件设计 .656.4.3 系统软件设计 .66第 7 章 液压站的设计 .717.1 液压阀组的设计 .717.2 液压站油箱的设计 .717.2.1 油箱的设计要点 .717.2.2 油箱的结构设计及其要点 .72结束语 .75参考文献 .76外文翻译 .77中文翻译 .83致 谢 .87太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书1第 1 章 绪 论1.1 引 言在国家生产建设当中，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、能源开发和国防建设等各个方面都起着至关重要的作用。自从改革开放以后，国家加大了对基础设施的建设，以及引进了大量先进的国外
13、技术设备、制造技术的，加速了整个工程机械行业的发展壮大。高空作业车是一种用来运送工作人员和工作器材到达指定高度进行作业的工程机械。由于它具有安全可靠、机动灵活、操作简单等特点，因此在大型场馆、桥梁、港口海岸的检护;高层建筑的装饰、清洁与维护;通讯、供电及城市交通设施的安装与检修;影视作品的拍摄与现场直播;高空险境及近岸水面的脱困救生;树木的剪枝修整及药剂喷洒等方面被广泛地应用。图 1-1 高空作业车在生活中的应用1.2 高空作业车的发展状况1.2.1 高空作业车国外的发展状况在欧美日等发达国家和地区，高空作业车起步发展较早，从 20 世纪 20 年代就开始研制高空作业车，已经有了百年的发展历史
14、。国外研发的产品具有技术水平高，作业高度高，安全性好，可靠性高，作业高度高，结构型式丰富，功能多样，规格齐全太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书2等特点。欧洲高空作业车的制造商主要以 BRONTO（波浪涛)、RUTHMANN （胡特曼)、PALFINGER（帕尔菲格） 、OIL&STEEL 、SOCAGE 等厂家为代表；美国以ALTEC（阿尔泰克)、TEREX（特雷克斯)、TIME（时代)等为代表；日本以AICHI（爱知)、TADANO（多田野)等为代表。欧美日的高空作业车主要用途和风格完全不同。美国的高空作业车作业高度基本不会超过 40m，主要是带电作业的绝缘型， ，绝缘等级达到世界最高的
15、500KV 超高压水平，主要应用于电力系统中电力线路的带电维护作业，其年销售量约为 1.6 万台，远低于高空作业平台的平均年销售量，其它领域高空作业以牵引式高空作业平台和自行式高空作业平台为主。欧洲与美国恰恰相反，主要是非绝缘型高空作业车，绝缘型高空作业车数量非常少，所谓的绝缘型也不过是采用玻璃钢工作斗，绝缘等级不超过 1KV。欧洲的高空作业车应用领域相当广泛，包括园林、市政、交通设施维护、室外装潢、建筑、风电维修等，年销售量超过 2 万台，且保有量巨大，仅荷兰一国高空作业车的保有量就超过1 万台。欧洲高空作业车主要以租赁为主，目前世界作业高度最高的高空作业车均出自欧洲，包括 BRONTO（波
16、浪涛)、RUTHMANN（胡特曼 )、WUMAG（乌马格）在内的厂家均研制了 100m 以上的高空作业车，SOCAGE 公司也正在研制 100m 以上的高空作业车，但使用和保有量最大的还是作业高度在 2025m 之间，以伸缩臂为主的臂架形式的车型。日本高空作业车的年销售量超过 6 千台，兼备绝缘型和非绝缘型两种类型，但其绝缘型的绝缘等级比美国的水平要降低不少，非绝缘型的作业高度也不如欧洲的作业高度，以日本爱知为例：非绝缘型高空作业车最大作业高度为 28m，绝缘型高空作业车的最大绝缘等级为 220KV。1.2.2 高空作业车国内发展现状我国高空作业车行业起步与国外相比较晚，开始研制的时间是 20
17、 世纪 60 年代，商业化样机在 70 年代才被推出。随着改革开放的逐渐深入和引进国外的高新技术及其产品，我国的高空作业车才开始在交通、城市道路照明、公安、园林领域和电力等行业进行推广使用。目前我国高空作业车年销售量在 2 千台左右，产品技术水平与国外的差距比较大，产品结构相对单一。市场销售、使用及保有量最大的车型还是以折叠臂式为主，其他型式如伸缩臂式和混合臂式占有的比重还很小，最大作业高度只有太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书335m。国内存在各种原始方式的高空作业，高空作业安全法规尚待完善，法规的普及应用的范围与国外相比还有很大差距，还应继续深化法规教育。针对这种情况，一些国内高空作业机
18、械行业的骨干企业在原有产品的基础上，不断加大新产品的开发力度。如杭州爱知车辆有限公司在短时间内先后研制了包括绝缘型高空作业车等 10 多种系列高空作业车产品，并自主开发了全液压驱动自行伸缩臂式高空作业平台，其最大作业高度达到了 26.7m，填补了国内该型式产品的空白，为船舶修造、建筑、机场及工矿企业的安装检修等提供了新产品。此外，锦州重型机械股份有限公司、抚顺起重机总厂、徐州工程机械集团以及重庆大江工业(集团)有限公司等也先后开发了 30m 以上的高空消防作业车，彻底打破了以往该类型产品只能依赖国外进口的局面。在产品性能上，我国高空作业机械行业的一些骨干企业通过学习、引进和消化国外先进技术，不
19、断提高新产品的技术水平和质量性能，已有部分产品达到或接近国际同类产品的水平。这些企业新产品的开发对推动整个行业技术的进步起到了一定作用，但总体来说，国内生产的高空作业车与国外同类型产品相比仍存在一定的差距，主要表现为产品型谱未系列化、高空作业车专用底盘缺乏、基础零部件配套水平较差、关键技术不成熟等。在今后的开发研制中，应针对这些问题采取有效措施，通过引进、学习、消化国外先进技术和企业自主技术攻关，不断提高产品的质量与技术水平，逐渐缩小国内外产品的差距。1.2.3 高空作业车发展趋势随着科学技术水平的不断提高，新技术的不断发现，越来越多结构型式更加完善的高空作业车将被研发出来，其将具备更高的安全
20、性能，更加宜人化，作业范围将更加广阔，操纵也更加方便。如：英国 Simon 公司 S400 高空作业车为了正确完成支车并调整水平度，保证其作业安全，仅在支腿控制装置上就设置了 21 个指示灯和警告灯，还有纵横向电子斜度监视器及一整套支收腿动作顺序互锁机构。每次支车和收车都必须按同样的顺序和要求进引操作。否则按钮不工作。电子斜度监测器用于车辆倾斜度的监测显示，在支车和作业过程中若出现任意方向的倾斜超过允许值，斜度监测器就与讯响器接通发出音响警告。该机还设有支车和支臂的互锁机构：当支车、调平未达到规定值以内，上车不能操作；反之，若上车不恢复到运输状态，支腿则不能收回。我国的高空作业车当前的技术实力
21、与国外还有很大差距，不能直接将他们的先进的技术直接制成成品。但是我们可以借鉴国外的技术来进行自主研发，设计出符合我太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书4们国情的安全、合格的高空作业车。主要趋势是六化、三性：六化：即液压化、最优化(采用计算机辅助设计)、轻量化(采用高强度材料减轻构件重量)、机电液一体化(如安全保护、报警装置等)、通用化、系列化。三性：可靠性、安全性和舒适性。1.3 课题背景随着城市规模和经济建设的发展，对高空作业车的要求越来越高。在繁华的商业街、密集的工矿企业，大中型高空作业车已不能较好地满足实战要求，而这些地方发生的火灾事故多种多样且呈上升趋势。因此，急需一种体积小、反应快、
22、机动灵活、具备多种功能的小型作业车。而且从市场调查的情况来看，这种高空作业车的需求量逐年增加。1.4 课题的设计内容及意义高空作业车的工作平台是高空作业和运输物资的重要部分，其调平机构的设计与生产安全息息相关。所以需要一种保证工作人员安全的高空作业平台。当作业平台发生倾斜时， 因此，本课题研究的主要目的是设计一种自动调平系统，当平台发生倾斜时，利用液压传动和 PLC 的控制，使得作业平台恢复水平，以保证操作人员和设备的安全，提高作业安全系数及为工作人员操作的提供方便有着深远的意义。太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书5第 2 章 高空作业车的简介2.1 高空作业车的含义高空作业车是指 3 米以
23、上，由液压或电动系统支配多支液压油缸，能够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。高空作业装置包括动力传动装置、工作装置和液压系统等部分组成。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。2.2 高空作业车的分类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。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
24、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，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。目前国内生产的高空作业车几乎全部是折叠臂型式的，有更大的市场需求。 2.3 高空作业车的用途高空作业车又
25、称为登高平台消防车，广泛用于建筑、市政、电讯、机场、工厂、园林、住宅等场所，从事消防、抢险救灾、施工、安装、维护等工作。消防部门的灭火、辅助灭火或消防救援，是高空作业车最主要的功能之一。太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书62.4 高空作业车的技术特点(1)新型的全液压自行式专用底盘。研制的具有完全自主知识产权的自行式高空作业升降平台车，采用了机电液一体化、可靠性设计和计算机辅助设计等技术，成功地研制了一种全液压驱动、自行式专用底盘，突破了以往国内高空作业升降平台车只能采用汽车或起重机底盘改装设计的限制。 (2)带载行驶、作业稳定性好。底盘结构突破了传统的设计理论和方法，通过优化上车平台总体布
26、局与载荷分布，减少了重心偏移。采用独特的大角度后仰式铰点结构，合理设置多种配重模块，有效地平衡了工作力矩。采用 H 型变截面复合箱梁剐性车架和高负荷实心橡胶轮胎，增加了底盘整体刚度，保证了整机行驶、作业过程的稳定性，实现了高空作业升降平台车带载行驶的功能。 (3)多功能、多用途的作业装置。通过大臂前端托架，可以快速安装举升装置或载人平台，实现物料举升、起重吊装和载人高空作业等功能，同时为扩展作业装置以及各种工作装置的快速切换提供了接口。 (4)独特的三维旋转托举装置。设计的三维旋转托举装置，既能够自动保持被举升物料的姿态，又可以实现举升物料在空间内任意高度、任意位置和任意方向的调整要求，速度控
27、制精确灵敏，微动性能好，满足了大型洞库内高空作业与通风管道安装的要求。太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书7第 3 章 高空作业车组成结构高空作业车主要由动力传动装置、工作装置（支腿机构、举升机构、回转机构、作业平台及调平机构）和液压系统等组成。3.1 动力传动装置3.1.1 动力传动装置设计要求动力传动装置的设计要求如下：(1)对作业功能，在规定的载荷范围内，不论载荷大小，要求动力传动装置具有稳定的工作转速；(2)在同一工作循环内，工作装置的回转机构、举升机构等是正向和逆向运动交替进行的，因此要求能适应运动方向的不断改变；(3)在工作过程中，各工作装置的工作速度应能随作业进度及时调整，且调速
28、范围大，如举升机构需要有很低的微动速度。3.1.2 动力传动装置类型（1）内燃机机械传动这种传动方式仅在用途单一的高空作业汽车上使用，如用于电力设施维修的垂直升降式高空作业汽车多采用这种形式。动力源为汽车发动机，动力经变速器传出后，还要经分动器、离合器、减速器、卷扬机、滑轮以及钢丝绳等传递到工作装置，传动路线长，结构较复杂。（2）电力机械传动这种传动方式是利用外接电源或车载电源（蓄电池） ，通过电动机将电能转换成机械能，再经机械传动装置将动力传递到各工作装置。由于电动机具有逆转性和在较大转速范围内实现无级调速等特点，并且各机构可由独立的电机驱动，简化了传动和操纵机构，而且噪声小、污染少，适用在
29、外接电源方便或流动性不大的场地作业。（3）内燃机电力传动太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书8这种传动方式的路线是汽车发动机 发电机 电动机，然后带动各工作装置运转。其优点是利用直流电动机的优良工作特性，使高空作业汽车获得良好的作业性能，但这些传动装置质量较大，价格昂贵。（4）内燃机液压传动大部分折叠臂式高空作业汽车都采用这种工作方式，它可充分利用液压传动的优点，简化传动结构，并且易于实现无级调速和运动方向的变换，传动平稳、操作简单、方便、省力、能防止过载。综上所述，通过以上各种动力传动装置的结构、经济性、适用范围以及操作性能等多方面性能的分析，将动力传动装置选定为内燃机液压传动这种形式。3.
30、2 工作装置高空作业汽车的工作装置包括支腿机构、举升机构、回转机构、作业平台及调平机构、操作及安全保护装置等。本章只介绍支腿机构、举升机构、回转机构，作业平台及调平机构下章介绍。3.2.1 支腿机构支腿机构是大多数折叠臂式高空作业汽车所必备的工作装置，目前均采用液压支腿。这类装置是利用从汽车发动机取出的动力来驱动液压泵，通过控制阀把液压泵产生的液压油供给液压支腿的工作缸，实现支腿伸缩。其优点是操作简单，动作迅速。液压式支腿按数量来分有双支腿和四支腿两种。双支腿的两个支脚布置在起重装置下的车体两侧，起支撑点只有两个，因而支撑能力低，稳定性差。（1）单缸双支腿是用一个双作用液压缸来驱动两侧支腿伸缩
31、的。这种支腿结构简单，操作方便，但液压缸行程长，且是浮置于箱形长槽内，动作慢，强度差，一般较少采用。（2）双缸双支腿其各支腿均由单独的液压缸驱动，其具有结构紧凑，动作迅速，制成效能高等特点。（3）四支腿其中两个支腿安装在汽车的后部，另两个支腿安装在前后轮之间。在作业车的两侧，一般具有操纵杆，可使前、后、左、右 4 个液压支腿单独地伸出或缩回，所以即太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书9使在不平整或倾斜的地面上，也能把车调整到水平状态，提高了整车作业时的稳定性。液压支腿按其结构形式又可分为：蛙式支腿、H 式支腿和 X 式支腿。（1）蛙式支腿（如图 3-1 所示） ，一种蛙式支腿的结构示意图，支腿
32、的伸缩动作由一个液压缸完成。在运动过程中，支腿除有垂直位移y 外，在接地过程中还有水平位移x（如图3-2） 。这种支腿结构简单，液压缸数少，一支腿一液压缸，结构质量小。但支腿在伸出过程中受摇臂尺寸的限制，支腿的跨距（图 3-2 种的 2a）不能很大，调平性能较差，且在支反力变化过程中有爬移现象。图 3-1 蛙 式 支 腿 图 3-2 蛙 式 支 腿 的 运 动 示 意 图（2）H 式支腿（如图 3-3 所示） ，这种形式的支腿对地面适应性好，易于调平，且在支反力变化过程中无爬移现象，是高空作业车较理想的支腿形式。H 式支腿由两个液压缸驱动即水平推力液压缸和垂直的支撑液压缸。这种支腿形式的稳定性
33、良好。太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书10图 3-3 H 式 支 腿 图 3-4 X 式 支 腿（ 3） X 式 支 腿（ 如 图 3-4 所 示 ） ， 这 种 支 腿 的 垂 直 液 压 缸 作 用 在 伸 缩 腿 的 中 间 ， 当 推 力 液 压 缸将 腿 伸 出 后 ， 垂 直 支 撑 液 压 缸 将 支 腿 压 向 地 面 ， 使 轮 胎 离 地 （ 如 图 3-4(a)所 示 ） ,四个 伸 缩 腿 是 同 步 工 作 的 ， 而 垂 直 液 压 缸 可 同 时 顶 升 ， 也 可 单 独 工 作 ， 以 便 对 车 架 进 行调 平 。 由 于 X 式 支 腿 的 垂 直
34、支 撑 液 压 缸 作 用 在 横 梁 的 中 间 ， 而 横 梁 又 直 接 支 撑 在 地面 上 ， 这 就 比 H 式 支 腿 更 加 稳 定 。 但 X 式 支 腿 离 地 间 隙 较 小 ， 在 伸 支 腿 的 接 地 过 程中 有 水 平 位 移 运 动 ， 从 而 加 大 了 液 压 缸 的 推 力 ， 液 压 缸 易 损 坏 。综 上 所 述 ， H 型 支 腿 稳 定 性 较 蛙 式 支 腿 好 ， 虽 然 X 型 支 腿 的 稳 定 性 比 H 型 支 腿更 好 ， 但 X 型 支 腿 的 离 地 间 隙 比 H 型 支 腿 小 。 因 此 ， 高 空 作 业 车 的 支
35、腿 机 构 常 常 选择 H 型 支 腿 ， （ 如 图 3-3 所 示 ） 。3.2.2 举升机构举升机构的作用是实现作业平台的升降和变幅，其结构型式有交叉剪刀式、套筒式、伸缩臂式和折叠臂式。（1）交叉剪刀式举升机构交叉剪刀式举升机构是按交叉布置，铰接成剪刀型的连杆框架结构。当改变连杆交叉的角度时即实现升降运动，如图 3-5（c）所示。连杆交叉角度的改变，可通过液压油缸活塞杆的伸缩或钢丝绳的收放来实现。这种举升机构能完成较低高度的作业，工作平稳，作业平台较大，被广泛的应用于飞机、船舶制造、室内维修、清洁电车线太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书11路维修等作业场地。但是，这种作业车越障能力差
36、、工作范围小。(a) 伸缩式 (b) 折叠式 (c ) 交叉剪式 (d) 套筒式图 3-5 高空作业车的结构简图（2）套筒式举升机构套筒式举升机构通过多节套筒的伸缩完成升降运动，如图 3-5(d)所示。驱动方式也可采用液压传动或钢丝绳滑轮传动，这种垂直升降式举升机构作业高度有限，工作范围小，但作业车平台较大，且支撑稳定。（3）伸缩臂式举升机构伸缩臂式举升机构由多节套装、可伸缩的箱型臂构成，如图 3-5（a）所示。它包括基本臂和伸缩臂两部分。伸缩臂可为一节或多节，各节间装有液压缸。液压缸工作时，各节臂在液压缸活塞杆的推动下可沿导向元件（滑块）上、下滑动，从而改变臂架的长度。整个臂架系统支承在液压
37、缸底部的铰支座和变幅液压缸的两端。通过变幅液压缸活塞杆的伸缩实现臂架摆动，从而达到变幅与升降的目的。这种型式的臂架其最大作业高度可达 6080 米。由于伸缩臂式举升机构可获得较大的作业高度和变幅，因此，被广泛的应用于各种高空作业汽车上。但是，这种作业车的越障能力差。（4）折叠臂式举升机构折叠臂式举升机构由多节箱形臂折叠而成，如图 3-5（b）所示。这种型式一般采用 23 节折叠臂组成。其折叠的方式可分为上折式和下折式两种。各节臂的折叠和展开运动由各节间液压缸完成。这种型式的举升机构可完成一定高度和幅度的作业，另外，下折式还可完成地平面以下的空间作业，扩大了折叠臂式高空作业汽车的作业范围。由于折
38、叠臂式举升机构具有灵活多样、适应性好、越障能力强等优点，所以，应太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书12用非常广泛。3.2.3 回转机构高空作业车是依靠举升机构和回转机构实现载人工作斗在两个水平和垂直方向的移动。高空作业车的一部分（一般指上车部分或回转部分）相对于另一部分（一般指下车部分或非回转部分）做相对的旋转运动称为回转。为实现高空作业车的回转运动而设置的机构称为回转机构。它是由液压马达经减速器将动力传递到回转小齿轮上，小齿轮既作自转又作沿着定在底架上的回转支承大齿圈公转，从而带动整个上车部分回转。有了回转运动，从而使高空作业车从面作业范围又扩大为一定空间的作业范围。高空作业车在工作臂起伏
39、时，工作斗与水平面夹角必须保持相对稳定，才能保证工作人员正常工作。回转机构是由回转驱动机构和回转支撑机构两部分构成的。根据驱动装置的不同回转机构可分为：机械驱动式、电力驱动式和液压驱动式。根据回转支撑的结构不同，回转机构可分为转柱式、立柱式和转盘式，其中转盘式是一种较常用的形式。转盘式回转支撑装置又可分为两种：支撑滚轮式和滚动轴承式。支撑滚轮式回转支撑装置增大了转盘回转装置的高度，且质量增加，成本增大；滚动轴承式回转支撑装置是目前应用最多的一种，它是在普通滚动轴承的基础上发展起来的，结构上相当于放大了的滚动轴承。其优点是回转摩擦阻力矩小，承载能力大，高度低。由于回转支撑装置的高度降低，可以降低
40、整车的质心，从而增大了汽车的稳定性。滚动轴承式回转支撑机构按结构可分为以下几种：（1）单排滚球式转盘 如图 3-6 所示，单排球转盘多数是由内外座圈组合成一个整体的滚道，其滚道是圆弧形曲面，是最简单的一种回转支撑装置，球和导向体从内圈或外圈的圆孔中装进滚道里，然后将装配孔堵塞。这种回转支撑装置的优点是：质量轻、结构紧凑、成本较低，但其承载能力小，故应用不多。(a) 外 齿 式 (b) 内 齿 式 (a) 外 齿 式 (b) 内 齿 式太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书13图 3-6 单 排 球 转 盘 结 构 图 3-7 双 排 球 转 盘 结 构(a) 外 齿 式 图 (b) 内 齿 式
41、图图 3-8 交 叉 圆 柱 滚 子 转 盘 结 构（2）双排滚球式转盘 （如图 3-7 所示） ，主要由上、下双排球体、内、外座圈、间隔体和润滑密封装置等组成。上、下球体均排列在一整体的内（或外）座圈内。双排球转盘回转支撑装置比同样大小和相同数目的单排球转盘回转支撑装置的承载能力要大得多。（3）交叉滚柱式转盘 （如图 3-8 所示） ，滚子的接触角一般为 45，相邻的滚子轴线交叉排列，即相邻的两圆柱滚子轴线成 90交叉。这不但使回转机构能承受轴向和径向载荷，而且还能承受翻倾力矩。此外，和滚球转盘相比，这种滚道是平面，加工工艺比较简单，容易达到加工要求。（4）高承载能力转盘 在一些大型的起重举
42、升专用汽车中，可用双排、多排的滚球或滚柱式回转支撑装置。太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书14图 3-9 高 空 作 业 车 外 形 图第 4 章 作业平台调平机构的介绍及其方案的确定4.1 作业平台调平机构的介绍举升机构的端部连接作业平台，它是用于载人或器材的基本构件。为了保证作业太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书15人员安全工作和防止器材掉落，各国对作业平台的结构和性能提出了明确的要求。如平台的护栏高度、平台宽度、平台的防滑表面、平台上的安全带及短索的结点等。为了使作业平台的底平面在作业过程中始终保持水平，高空作业车上装有式作业平台保持水平的自动调平机构，平台调平机构的形式大致分为自重
43、调平机构、平行四连杆调平机构、链条链轮式调平机构、静液压调平机构( 伺服液压缸调平机构) 和电液调平机构等。当高空作业车臂架升降过程中，臂架和水平面必然会产生一定的夹角，引起平台以相同角度倾斜，因此，要求调平机构能够实时地对平台的倾斜角度进行调整，使平台处于要求的安全状态。不同的调平方式，对实时调整平台的倾斜角度有所差别。 （1）自重调平机构：（如图 4-1 所示） ，平台的重心在作业平台与臂杆连接的转动铰点的正下方，且靠近底部，利用工作平台和载荷的重力作用可以使平台无论如何升降都能自动保持在接近水平的状态。该方法结构简单，重量轻，调整维修方便，成本低，但调整精度不高，且易晃动，特别是当操作人
44、员在平台中的位置变动时，平台产生摇动，操作人员有不安全的感觉。因此，在平台达到作业位置后要使用锁紧机构防止晃动，操作起来比较麻烦，仅在工作高度较低、技术性能低的作业车上使用，现在已较少使用。图 4-1 自重调平机构1.平台；2.连接销轴；3.臂架（2）平行四连杆调平机构：（如图 4-2 所示） ，平行四连杆调平机构由多组平行四边形连杆机构组成，调平机构一端与平台相连，另一端与转台连接，上平行四边形和下平行四边形相连处的短边固联在一起，利用平行四边形在变形过程中 2 组对边始终分别保持平行的原理，无论折叠臂如何升降，工作平台始终保持水平状态。它的调平过程是连续的，具有调平可靠、同步性好的特点，且
45、在实际应用中折叠臂本身可作为平行四边形的 1 个边。因此，结构比较简单，主要用在折叠臂式高空作太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书16业车上。早期的平行四连杆机构布置在臂架的外侧，结构不紧凑，现在可将其布置在臂内侧，但缺点是由于平行四连杆的限制，与平台连接的吊臂和平台之间的工作角度范围小于 180，控制精度不高。图 4-2 平行四连杆调平机构1.回转台；2.下平行四边形；3.上平行四边形；4.工作平台（3）静液压调平机构（如图 4-3 所示） ，静液压调平原理是利用油液体积不变原理。工作中，换向阀关闭，由下调平液压缸、双向平衡阀和上调平液压缸组成 1 个封闭的自动调平回路。当臂架在变幅液压缸作
46、用下抬起某个角度，下调平液压缸伸长，有杆腔油液被排出而流入同规格的上调平液压缸的有杆腔。同时，上、下调平液压缸之间的双向平衡阀被开启( 早期多使用双向液压锁，与其相比较，双向平衡阀具有缓冲性能，故调平的平稳性能好些) ，上调平液压缸无杆腔油液流入下调平液压缸的无杆腔，使平台在由上、下调平液压缸与转台、臂架所构成的 2 个相互关联的三角形的角度变化过程中始终保持水平。图 4-3 静液压调平机构及补油油路液压原理1.回转台；2.臂杆；3.工作平台；4.调平液压缸；5.有杆腔连接油路；6.无杆腔连接油路；7.调平液压缸图 3 的静液压式调平机构将臂架居中布置，较为简单，调整维修较方便，调整精度比前
47、3 种机械式调平机构高，调平精度可达 0 2，适用伸缩臂式车型。但因其调平太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书17角度不宜大于 90，所以在多节全折叠臂上多以组合形出现，如调平液压缸和链条链轮及拉杆的组合。工作中静液压系统由于密封和接头等漏油，长期工作后会给平台带来倾斜，需要在液压系统上设置补油装置。其补油油路与其他工作油路并联在一起，由同一油泵供油。工作一段时间后平台倾斜时，扳动换向阀进行补油。（4）电液调平机构电液调平机构的基本原理是通过安装在工作。平台上的水平传感器来感知平台的状态，并产生 1 个相应的电流，控制调平液压缸的动作，最终使平台保持水平状态。这种调平机构可实现平台的自动调平，
48、与平台与臂架之间的连接方式、臂架的结构和整车与地面产生的倾斜无关。图 4-4 电液调平机构及补油油路液压原理1.调平油缸 2.臂杆 3.工作平台 4.水平传感器 5.液压锁 6.电磁换向阀电液比例调平机构由电液比例( 伺服) 阀、比较放大器、水平传感器及调平液压缸等组成。其中水平传感器 4 安装在工作平台 3 上，当工作平台处于水平状态时，水平传感器输出电流为零，当工作平台发生倾斜时，水平传感器产生控制电流，电流的大小不随工作平台的倾斜角度变化而改变。根据工作平台倾斜方向的不同，控制电流进入电磁换向阀 6 的 2 个电磁线圈中的 1 个，使电磁换向阀工作，调平油缸 1 伸长或缩短，最终使工作平
49、台趋于水平。调平是不连续的，适用于上臂式和伸缩臂式高空作业车。通常在平台电控箱内设有手动操纵按钮，当自动调平机构出现问题不工作时，可手动操纵确保平台水平，以免发生事故，确保人身安全。目前，电液比例调平技术太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书18主要被应用在高空消防车行业，国产折叠臂式和伸缩臂式低米数高空作业车上应用的较少。该套系统技术含量高，调平精度高，智能化程度高，成本相对比较高。4.2 本课题调平机构的方案确定4.2.1 调平机构类型的选择要求提高高空作业车安全可靠性的关键之一在于合理选择平衡机构的形式。平衡机构是高空作业车的机构之一。它的性能和结构的优劣直接影响到工作人员的安全，同时也标志着高空作业车的性能先进与否。高空作业车采用的平衡机构型式还会直接影响到登高车的作业高度。根据登高车的作业要求，在设计上对平衡机构有以下几项要求：1、安全可靠；2、自动平衡；3、结构简单，便于装配和维护保养；4、工艺
