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1、登高平台消防车吊篮调平机构设计BASKET1.EVE1.INGMECHANISMDESIGNFORAERIA1.P1.ATFORMFIRETRUCK摘要登高平台消防车是用来救火和高空救援的全要工具，火灾救险往往都要用到。登高平台消防车的关犍部件之一是吊篮机构，吊篮可用手承栽消防m控制水炮灭火，也可用于救援高处的被困人员等。在消防车伸将伸缩、升降、旋转等过程中，要求吊篮必须时刻水平,口对稳定性的要求非常高。通过传感器和控制电路等设计一套自动调平系统，保证消防车在救援过程中吊篮的水平调平。登高平台消防车出篮调平机构设计，是基于吊篮液压调平系统的研究，闭环反馈电路来调节吊篮的水平,该毕业设计以大型登
2、高平台消防车作为研究对象，首先是消防车的各部分机械结构的设计，对臂架结构的力学性能进行校核，然后对普架结构优化，最后设计液压传动系统，以电液比例调节实现吊篮的自动调平。关键询：登高平台消防车:结构设计:变幅机构：电液比例调平系统AbstractAeria1.p1.atIbnnfiretruckcanextinguishfireandhigh-riserescue,p1.ayinganimportantro1.einfirerescue.hebasketmechanism.asoneofkeycomponentsinaeria1.p1.atformfiretruck.isusedtobearth
3、eweightoffirefighterswhocontro1.sb1.isterstoextinguishthefire.aswe1.1.asrescuewhoarctrapped.Thefiretruckoutriggerisrequiredtomaintainhorizonta1.1.y1.eve1.a1.1.thetimeinthePnxXSSofstretching1.iftingandro1.a1.ing,whicha1.sohashighdemandonstabi1.ity.nroughthesensorandcontro1.circuit,Idesignasetofautoma
4、tic1.eve1.ingsystem,ioensurethat(hebasket1.eve1.duringtherescue.Designofaeria1.p1.atformfiretruckbasket1.eve1.ingmechanismisaresearchbasedonbaskethydrau1.ic1.eve1.ingsystcm.usingc1.osed-1.oopfeedbackcircuittoadjustthe1.eve1.ingofbasket.Anautomatic1.eve1.ingsystemisdesignedtoensurethebasketshorizonta
5、1.1.eve1.ingduringtherescue.Thispapertakesgiantaeria1.P1.a1.fbrmfirei11ckastheObjCC1.StUdiCSgenera1.designschene.au1.the1.u1.1.ingmechanismasve1.1.,checkthestructureandoptimizeit,eventua1.1.ythee1.ectric-hydrau1.icPrOPoriona1.regu1.atingsystemkeepsthebasketautomatica1.1.y.Keywordsaeria1.p1.atformfir
6、etruckstructuredesign1.uf11ngmechanisme1.ectric-hydrau1.icpHjportiona1.regu1.atingsystem摘要IAbstract111结论11.1登高平台消防车概述I111登高平台消防车特征11.1.2登高平台消防车的结构蛆成11.2国内外登高平台消防车发展现状41.3课题研究背景及意义51.4设计内容安排62登高平台消防车结构部件的设计72.1结构部件设计的思路72.2消防车各部件总体设计概述72.2.1伸缩臂架的强度和刚度校核72.2.2转台的设计102.3稳定性的分析102.3.1下车的稳定性102.3.2作业时稳定性
7、112.4支腿的压力分析121.1 .1四点支撑121.4 .2三点支撑132. 5主要机构的设计思路143登高平台消防车变幅机构设计153.1主臂的优化设计153.1.1 三较点结构分析153.1.2 优化的对象163. 2伸缩臂的优化设计163.1.1 优化的对象163. 2.2力学分析173. 2.3变幅机构优化193. 3伸缩臂变幅机构的强度校核203. 3.1一号连杆的强度校核203. 3.2二号连杆的强度校核203. 4变幅机构优化的总结224液压调平系统设计234.1登高平台消防车液压系统概述234. 2液压设计方案的选择244. 3吊篮调平机构液压方案参数254. 3.1调平液
8、压方案的选择254. 3.2方案的比较274. 4电路设计304. 4.1电路设计的概述304. 4.2电源304. 4.3死区设置304. 4.4载波315. 4.5P1.C芯片型号的选用316. 4.6传感器信号输入端口分配317. 4.7调平信号输出端口分配318. 4.8P1.C电路工作流程31结论33致谢34参考文献351绪论1.1 登高平台消防车概述登高平台消防车是用来救火和高空救援的消防专用工具军，能够应对高层建筑的失火危险以及自然灾害中队高层被困人员的救援。随着高空救援以及高层建筑的增多，消防车在变幅性能和举升高度的要求也越来越高。11.1登高平台消防车特征登高平台消防车有以卜
9、特征：(1)应用范用广(2)作业区域大(3)灵动，响应迅速，很使r转向，拐弯半径小，通过性能优良。能够满足消防及时出警的需求。1.1.2登高平台消防车的结构组成登高平台消防车主要结构有专用底盘、回转工作台、伸缩眄、变幅机构和电液调平系统。(1)登高平台消防车的底就登海平台消防车为了应对紧急的出警情况，通常要求其能在不同路况下平稳工作，并且能够流畅的实现转弯.原因在F大型登高平台消防车底盘所使用的是专用于消防车辆的底盘，故有响应迅速，拐弯半径较小，行驶性能优良的优势。(2)登高平台消防车的转台机构转台上面有伸缩得架、变幅机构、回转机构，是联接上卜.车的关键机构，对其工程力学参数要有严苛限制。(3
10、)消防车的伸缩臂架结构作为消防车极为关键的部件,伸缩臂的力学性能校核计算往往十分必要普架的伸缩以及工作仰角的改变，吊篮的变幅从而实现吊篮的升降,把消防员抬升到相应的高空位置.登高平台消防车的伸缩臂校核计算需要注意计算方法和理论，国际上对于登高平台消防车研究很久的机构，有自身完善的分析方法和成熟的系统理论。已经运用很久的有限元分析法，能够通过全面的分析计匏，有效的改善消防车的整体性能。(4)登高平台消防车的变幅机构以液压缸为动力源，通过液压传动，使伸缩臂绕后面的校点摆动改变仰角，实现摆动式变幅。(5)登高消防车的电液调平机构登高消防车的调平机构是逐步发展的，从原理上来说，分为吊篮玳力作用调平机构
11、、连杆对边平行调平机构、液压缸机械调平机构、液压缸伺服调平机构和电液自动比例调平机构.1）吊篮重力作用调平机构自重调平机构是利用吊篮自理来实现自动调平，设计巧妙、结构荷维。臂杆通过钦点与工作平台较接，钦点位于重心的上方，靠;近吊篮顶部。当吊篮内有负我时，不论上升还是下降吊篮自重及负载在重力作用下使得吊篮自动水平。虽说自S：调平很便利，但容易晃动，操作时要使用锁禁机构固定，具体实践中会带来麻烦.2）连杆对边平行调平机构连杆对边平行调平机构原理如图1-1所示。图中的两段连杆，可以看作者杆，固联在一起。在吊篮上升和卜降的过程中，臂杆运动中相对的回转平台和吊篮始终能保持平行，吊篮也就能一直保持与地面水
12、平。1.回转平台2.下连杆3.上连杆4.吊篮图1-1连杆对边平行调平机构3）液压缸机械调平机构这种调平方式是通过液压缸来实现工作平台的调平。通过换向阀驱动液压缸调整吊篮的倾角回到水平位置。该调平机构较为可靠，但调平不能连续，需要手动调节，有误差且精度往往不高.4）液压缸伺服调平机构液压缸伺服调平机构是在液压缸机械调平的基地之上，加以一组调平的伺服液压缸。调平原理如图1-2所示，一起调节水平的液压缸参数相同，通过液压网路调平.1.转台2.骨架3.调平液压缸【4.无杆腔连结油路5.有杆腔连结油路6.调平液压缸I1.7.工作平台图1-2伺眼液压打调平机构5）电液比例调平机构电液调平机构是运用传感器技
13、术，感知平台的倾斜度，并通过控制电路输出电流信号,信号经过放大、比较差分，辘出电信号控制液压电磁阀，实现液压缸的进给，调整工作平台的水平。下图1-3就是液压回路的走向。31.水平传感器2.工作平台3.普架4.调平液压缸5.平衡阀6.电液比例阀7.放大比较器图1-3电液比例调平原理图1.2国内外登高平台消防车发展现状(1)国外登高消防车发展现状在国外，登高平台消防车有很久的发展历史，大概始于上世纪50年代。芬兰的BrontoSky1.ift,奥地利的Rosenbeauer.德国的Magirus和Sides等，是世界主要的登高平台消防车生产商。国际上主流产品的举升高度均已超过了80米。登高消防车的
14、生产在西方国家己经是较为成熟的行业，绝大部分消防车公司有制造重型机械丰宫的经脸。登高平台消防车享誉全球的供应商：来自芬兰的BrOntO公司，该公司产品一直走在时代的前列，控制理念先进，作业过程平桎，消防车整机的寿命长，尤为重要的是安全限位控制技术十分可靠。广受称赞的产品为112H1.A,故高能举升至112米-目前亚洲范困内只有杭州萧山消防支队配备该消防车。(2)国内同类产品发展现状总体上来说，国内的登高平台消防车的发展时间还是很短。1985年后才开始进口国外己成熟的登高消防车，十多年后才慢慢走向市场，目前正处丁不断尝试的发展阶段。国外的知名厂家大多都是有丰富的大型机械结构件的加工经股，基础部件
15、都能在以前公司的产品之上有很大的共同性。例如Bronto1Rosenbauer前身就是做汽车起重机的，像下车的底盘支撑，回转工作台都是有很成熟的设计思路与改进方案。国内主要生产厂家如F：徐工集团徐州建型机械有限公司:CDZ32,CDZ40,CDZ53,1)G68,DG881.3 课题研究背景及意义登高平台消防车是用来救火和高空救援的消防专用工具车，能够应对高乂建筑的失火危险以及自然灾害中队高层被困人员的救援。随着高空救援以及高层建筑的增多，消防车在变他性能和举升高度的要求也越来越高。近些年施着国内经济的快速发展，都市高层建筑越来越多，现有产品还无法完全满足登高消防车的当前功能需求。但现实情况是
16、，我国的大型登高平台消防车多数依赖进11.由于大型起盘机以及登高消防车的起步太晚，加之国内大型结构件加工工艺的水平有限，故登高消防车的举升高度一直难以突破。虽然前几年徐工集团开发rIXnooM系列创下r亚洲第一，但和国外的超高型BrontoSky1.ift仍有不小的差距。无论是承重汽车的自主研发能力，还是对底盘,举升的液压系统的改进都有着明显的差距。关键部件，例如发动机,液压元件，整车的制造可以说没有个是中国制造。所以说，等高消防车的前景很广，但无需解决的是逐步减少过度的依赖，有自己独创的设计，尤其是在性能改进以及安全可靠上取得突破。因此，对登1消防车的吊篮调平机构的研究，可以在一定程度上让国
17、产登高平台消防车更加稳定可靠，对于消防车市场被国外垄断有一定的冲击，对国家消防事业发展有推动作用.1.4 设计思路我的设计对登高平台消防车主要作以下研窕：(1)对登高平台消防车各结构部件的设计在登高平台消防车结构组成的分析基础上，对大型的机械结构件的力学性能进行校核，例如强度、刚度、传动的桎定性等工程机械需满足的基本要求。(2)对登高平台消防车变幅机构的优化设计臂架变幅机构是影响消防车举升高度，承载能力等重:要性能参数的关键部件。(3)时液压调平系统的控制研究根据工况来确定液压元件及油液的类型，提出可行性方案并通过比较之后得出较优的方案。14设计内容安排从第二章开始，先介绍登而消防车的结构组成
18、：以此简化出各种动作下机构的载荷分布及尺寸大小的示意图，并进行校核计算，在强度和刚度满足部件的需求后，也得要考虑整机的桎定可靠，对于较为发杂的机构不便做受力分析或者很难通过计算求解，此时需要用到有限元分析法对机构或整体做各样工况卜的载荷分布，并通过软件计兑机构的强度是否在许用范围内，应力集中的地方最大值为多少等，第三章消防车变幅机构的优化就是针对提高传动效率的，建立好分析结构后对几何参数以及合理的载荷分布进行优化。第四章设计液压控制系统，完成变幅，回转，伸缩等动作且能相协调配合：吊篮的调平系统也将在这里提出，通过电液比例调节的方式来驱动液汽缸的动作。2登高平台消防车结构部件的设计登疡平台消防车
19、，作为大型的工程车辆，各个结构部件的质量与性能很大程度上决定了整机的作业性能以及外观结构，是设计好消防车的基本条件。整机的尺寸需要个结构件的尺寸相配合，我荷的分布是否合理也与各部件的布局有很大的关系。所选用材料的力学性能更是要根据具体工况决定，从而选择合适的制造材料，满足工程机械的必要条件。机构的尺寸大小，材料等条件确定后，查阅设计手册，选择对应的型号。(1)确定个结构部件的要求及空间位置：(2)强度和刚度的校核计算;(3)载荷分布的合理，安全稳定。2.1结构部件设计的思路登高平台消防车的安全性和可靠性必须严格要求，首先要满足工程机械的基本条件：(1)结构部件(尤其是承载和联结构件)的屈服极限
20、、刚度极限和抗拉极限都应大于额定负载内的应允值(2)整机的稔定性，能够适应不同工作路况：(3)发动机的输出功率，输出转矩要能满足消防车的绕较点摆动、平台回转、聘架伸缩等制动需求。满足了工程机械的基本要求之后，再根据消防车本身的功能和结构形式来确定具体的设计方案。2.2消防车各部件总体设计概述对于全要的几个结构部件，主要作力学性能的分析，还有尺寸大小和其他结构参数的计算,2.2.1伸缩臂架的强度和刚度校核伸缩臂架能实现长度的伸缩在于再架内部的液压缸，臂架的个节段之间用滚子连结，伸缩购液压缸根据率升高度等需求来踊定运动行程。主曾与回转平台之间被接，主臂的中部有变幅液压缸的钱接。伸缩臂架在正常工作条
21、件下，一般载荷来源于吊篮的重量、抬升所需负载、需架的自重，回转平台作用的惯性力矩.对丁这些裁荷，可以用工程力学的分析方法，将伸缩臂架简化为在变幅平面内的简支梁和回转平面内的悬将梁。再根据载荷分布计算扭矩、应力在校核点的之是否在应允范用。首先，对伸缩管架的强度进行校核计算。强度的校核计算主要是针对正应力和剪应力的校核，保证所受力在应允范围内。对于正应力a,按作用于轴线上校核点的力与力矩之和来求得，根据工程力学的要求,校核正应力，公式2.1。FAW:(I二0.9Mr+VV4(I上O.9Mn式（2.1）在式1）中：F一集中到轴线上与截面垂直的力；校核点截面的面枳；M.M,在不同运动平面产生的弯矩；W
22、sWx一一臂架的抗弯模量；N”,NW一在两个运动平面内，臂架所能承受的临界值，查资料可知：一弯矩在实际情况下的倍数；I-0.9Z应允正应力大小。正应力校核完之后，对剪应力进行校核。剪应力的来源有作用在管架各结构板材，这里就是对翼缘板B和腹板H的剪应力校核，计算公式是式2）.SyM”、IBSs2A(otn=4-+H式(2.2)D/=+,2原24（其中：金,苏板材的厚度：H,H板材的高度：Aa板材的裁面积；IrJ剪应力的应允值。以上是对伸缩骨各独立部分的强度校核，完成之后对各节臂连接处的强度校核。如图2-2,前后节臂在联接处的危险截面受力如图所示，对ZB两点作强度校核。A点的蹲曲应力用式2.1和2
23、.2计算，B点比A点还要多同部的应力，用式2.3计算.E=、雇+er；）2+j2-Aj板材上点的应力；t剪切应力；1.1一一经验系数；,一一各板材的弯曲应力和，按式4）计算.式(2.3)be=-r+W：（1.一）W,（1.-0.9N：式4）中心岳为图2T中的计算尺寸。式4)09M才能保证管架的整体槎定性。挠度是在横截面中心与轴线相垂直的线位移，就是指咫杆在登直方向的变形程度。变幅平面内挠度/主要来源于轴向力，回转平面内挠度亦还要受抬升时额外的致荷影响“式2.5和式2.6是校核公式，单位是=Tj-O+c-)/=-式5)iTI1.v-0.9M”力=M=X5，+穹占)力卜盖式6)0.9NS在式2.5
24、和式2.6中：F轴向压力；W一一变幅平面内只考虑载荷没有轴向力的挠度，查阅资料Z.M回转平面内只考虑载荷没有轴向力的挠度，查阅资料;NF,Mu一一群架在变幅平面和旋转平面的临界力，杳阅资料E可求；=-变幅平面内轴向存在的间隙，一般来说A=13“;Ay回转平面内外节皆与内节鬻联接处存在的间隙；Hig各节臂的长度，如图2-3所示；7应允挠度,单位为(m);1.一一整个伸缩臂架的尺寸大小,单位为(m)。1.图2-2伸缩符的几何尺寸登高消防车的伸缩臂架在强度和挠度的校核计算必不可少，通常板材的尺寸会对载荷分布的影响很大。壁厚以及外观尺寸都应该合理控制，堡厚小的话会减轻抬升时额外载荷,但同时也会在局部产
25、生弯曲变形。同样的，节再长度虽然在举升高度和变幅范围有益处，但负载是所需力矩大，容易折弯或联接处松动。因此，综合考虑满足安全性的前提卜提升伸缩臂的工作性能。2.2.2转台的设计转台是消防车承上启下的一个关键部件，主普和一、二号臂的载荷以及加篮的载荷最后都通过被接点作用到回转平台上。与普架结构不同的是，由于平台自身的回转，它不再是简单的梁结构，受力分析是不能简化为简支梁或者悬行梁.考虑到力学分析的灾杂性，通过计算很难去校核其强度，还有刚度及回转过程的平稳性。因此要分析局部应力及作用于转台的载荷，运用有限元分析法，可有效而且全面的分析我荷即工况分布，选择合适的有限元分析软件，计算机能很快算得转台工
26、作时的许用临界值，虽然是近似值，但精度很i,2.3稳定性的分析2.3.1下车的稳定性(1)纵向行驶稔定性如图2-4所东，消防车行驶在路上的时候，假设路而坡度为由,整车若要稳定行验，需满足抓地能力条件：00式7)在式2.7中：心一一消防车的重心距离后轮轴的长度；H.一一消防车重心距离地面的高度；一附若能力，通常为07(稔定行驶的工程车)。图2-4测向行驶稳定性如图2-5所示，路面的侧向坡度为:时，消防车若要稳定行驶，需满足抓地能力条件:工式8)在式(2.8)中，B为两轮之间的距离。2.3.2作业时稳定性行驶过程的稳定性是容易达到的，下车的设计就会满足行驶要求。作业时的稳定性相对来说比较重要，这里
27、校核的方法采用额外载荷分析法。除去正常工作时消防车所需负载,下车的支腿有额外的载荷承受能力，使得工作情况恶劣时这部分负载能力能锅继续支撵消防车的垂我，提高作业的稳定性。隹阅资料E登高平台消防车额外的负我能力取后轮轴承我的0.1倍，即能满足作业稳定性需求。载荷计算按式2.9.H0.IGok式9)在式(2.9)中：E额外负载微力；Gok消防车后轮轴所承受的载荷和.2.4支腿的压力分析2.4.1四点支撑四点支挣示意图如图2F所示，X轴方向为消防车行驶的正方向,主臂在偏离整车正向0加处。点。是四个支腿的几何中心，点6为卜.车的重心，6与Oi的距离为u,。有正负之分，以在丫轴上下来区分。回转中心O与O1
28、.的距离为8,C也分正负。背架平面内由于转动的惯性力，离心力的作用，产生回转力矩M四点支撑的压力计兑公式2.10如下：Gxf白)+Gf1.+竺)+,%(0-迎J、M_bbba、GXn一丝HGxC-里上MXf.)bbba4式(2.10)Gx(”父HGX“一色上M1.x(0迪)bbbaGxd+tHG(1.+空HMX(X+JM=卜包包g4在式2.10中：G1.普架、工作平台、回转平台的自重；G2卜车的自重；W1一一回转平面内产生的力矩。图2-5四点支撑受力简图若ea为正，采用四点支撵来计算四个支承腿的压力。e?为负时，三条支推腿有一个不会与地面接触.丁是就变成了，点支撑.这种情况下,就得改用三点支承
29、来计算支般压力。2.4.2三点支撑如图2-7所示，主钙的位置在【处时，只有1,3,4号支撑腿受力，2号支撑腿悬于空中,不受力。中力计算公式如下式11):c+cM1s),，,eo.,.e.xcos(j)(2.11)G1.X(I)+G(1.)-Na=bb殳2GteGAXeIcos)MIXSin(c)-，4，+、=bbb2X图2-6三支鸵工作时的支腿压力计算简图主普转过一定角度之后，来到了位置II,此时的8角为钝角，支探腿2,3,4受力，受力最为集中的三号支撑腿受压力大小计兑公式如下式(2.12):幡一T式(2.12)eeoMixcOSs)Msin()(2O1.XK2. 5主要机构的设计思路伸缩寓架
30、，【可转平台，支撑腿等结构在强度和压力的计算之后，查阅设计手册”确定各机构所选型号的大致范雨。提出多个可行方案，比较之后选择最优的方案。可行方案根据实际要求提出，一方面满足额定负载要求，同时性价比也要考虑在内。3登高平台消防车变幅机构设计变幅机构指的是与网转平台较接，由主相和伸缩臂所构成的能实现工作平台在一定范困内位置变化的机构。对于变幅机构的设计，不仅仅局限于对独立的将杆的分析计算，还要从盛体的载荷分布更加合理，传动系统更加稳定，减少金属材料以削减成本和减轻重量。于是，在前文设计的基础上，对主相和伸缩惜进行优化设计，使变幅机构更加高效稳定。3.1主臂的优化设计主臂被接于回转平台上，变幅液压缸
31、置于回转平台与主臂之间，液压缸与回转平台和主臂的钦接方式为/交点式,如图3-1所示，变幅角小，这样沿臂架轴线的力的投影更大,传动更加高效，液压缸的行程变化也不会太快，变幅过程会显得更加平稳。参号近年来学拧的研究”川成果,三较点的结构尺寸以及受力稳定的优化都有详细的说明，这对主将的优化极为重要。在此先确定三较点的结构尺寸和受力分布，通过分析将何处作为优化的对象。详细的优化计算这里不做研究，仅确定其简单的平面结构和受力要求。3.1.1 三校点结构分析图3T三较点分析（1）结构分析5：三较点的结构如图3-1所示，三个钦点分别指。,B,C,O是主臂与回转平台的钦点，以O点为原点，建立直角坐标系.通过解
32、析几何的方法来计算各参数关系，非常方便.AOAD是回转平台简化后的几何结构，点AOu,必）是变幅液压缸在转台上的线点。AOBC是与转台相较接的主臂,OC为主将的轴线，与水平线夹角（将架仰角）a=+-(3.1)在式(3.1)中：小根据主臂几何尺寸决定：BA=arctan(vA.rA),在图3T中，AB是主时的变幅液压缸，点B是主臂与液压缸的较点。主臂的变幅效率取决动力部件的传动角，y是液压传动推动主臂绕O回转的角度，在保证一定效率的前提下,传动角/要求大于应允值卜。/,Q与是油缸在变幅动作中的极限尺寸，为了液压缸的制造，变动范国不能太大，通常要求两者比值不超过1.8。(2)受力分析：由主臂变幅的
33、整个动作可知，主臂抬升时所需液压缸的驱动力矩大，变幅角增大后，所需推力减小，那么液压缸应该根据角的变化而自动线性减少推力，保证传动过程平稳.3.1.2优化的对象登高消防车的主甘变幅要求稳定可靠，经过上面的结构分析和受力分析之后，发现仅仅对几何参数进行控制并对主臂变幅的优化效果并不明显.变幅液压缸的推动里要足够稳定，才能使机械部件稳定传动，不会有大的噪声或是结构破坏。从以卜几个方面来考虑对主管变幅机构的优化：(1)尽量使得变幅液压缸所承载荷小，保护液压元件；(2)合理的传动角；(3)变幅过程的超定；(4)液压缸的单位行程输出更大的变动幅度.确定主臂的变蝙机构，即简化的三税点结构后，选择合适的优化
34、对象，对影响变量作定性分析，通过而影响因子的约束控制优化对象的参数，达到优化机构的目的。3. 2伸缩臂的优化设计3. 2.1优化的对象如图3-2所示，在主臂与伸缩臂之间，伸缩臂变幅液压缸和两连杆构成了伸缩群的变幅机构，与主臂变幅液压缸远离相似，通过液压缸的推力使得伸缩臂绕钦点H转动，完成变幅动作。但相比于主再变幅结构，伸缩将变幅机构受力更为究杂,特别是变幅液JK缸，所以在这里选择液压缸的受力大小作为优化对象。减小液压缸的受力，能减少外部载荷变化对液压系统的影响，保证液压系统平桎传动。1主臂2.一号连杆3,二号连杆4.伸缩臂5.伸缩转变幅油缸图3-2伸缩骨变幅机构3. 2.2力学分析图3-3是伸
35、缩再变幅机构简化的力学模型，点G是除伸缩臂和变幅机构外的其他机构的重心。图3-3登高平台消防车伸缩臂变幅机构力学模型(1)各点坐标计算如图3-3,以点，为原点，建立直角坐标系，可知各点坐标如下：H(x/,jw),K(x*.y),R(x.y),1.(xz,yz,),Kxr1yr),J(x.yz),G(XG,yc)。全缩状态下时，主臂和伸缩普都是处于水平状态。假设此时“H,.y，)，在绕较点转过角之后，坐标为：；HI-COSaSinaCOSafinI-COSaSina-sia式(3.2)X1V/根据式(3.2)可算出旋转后I点坐标D(-),同样的，旋转后J点坐标E(r)也能得到.1.点的坐标可通过
36、相交圆来求得，点/,K的坐标是确定的，点1.与这两个较接点又是以连杆相连,所以距两点距离和力是固定值，以较点为圆心，连杆长为半往，在平面坐标系内两圆的交点即为1.,求解方程如F：r(t-x)2+(w,-y)2=h2式(3.3)I(.u,-x,)2+(-y)2=12用同样的方法K点坐标可求:转过后坐标值是由转角及全缩状态下各点的坐标值共何决定的.(2)伸缩再变用机构受力计算D伸缩普变幅液压缸推力大小：伸缩寓结构载荷分布确定后，在钦点处力矩为：EMH=O式(3.4)即：FwI+FW?+Gds=O式(3.5)在式(3.5)中：为号连杆的受力：Fi伸缩鞫变幅液压缸的受力；G一一伸缩臂和吊篮的自重及负载
37、；d号连杆的对H点力偌大小；ch一一伸缩臂变幅液压缸作用对H点的力臂大小；小一一伸缩臂和吊篮的自重及负载在全缩状态下重心时H点的力臂大小.2)二号连杆的受力确定载荷的分布之后，这些载荷在K点处力矩：ZMK=O式(工6)即：F1.dS+Fzds=O(3.7)在式(3.7)中:由号连杆对K点的力臂大小;ds二号臂变幅油缸对K点的力普大小。将式(3.6)(3.7)一起可求得:r,Gduh-I三，(duh-duh)V式(3.8)CGdVh1.R=(dids-dad”3)各力臂的求解由图3-3可知:可通过点到直线的方程求得力普大小：d_(yo-MxW-(X1.t)w+Cw-X，)F-(K-MXd式(3.
38、9)yj(y1.-y)2+(X1.-x=/(a.x5.X6,.r7,Ax.ni,Ai2)对连杆的运动可行性要求：备连杆要能在平面自由度完成规定运动，需满足约束条件：gt(x)=i+h-1.t-b0g(x)=+*-X2O式(3.16)g(x)=h+i-hO4(x)=2+4-1.0通过对约束变量达到优化目的的方法叫惩罚函数法，没有约束用共利梯度法来优化.(D惩罚函数法确定好设计变员之后，构建约束变量的目标函数，求解多个极值点V),用极限的思想逐步逼近求的最佳近似值.约束的目标函数确定了求解范围，用惩罚函数来求可行的最优解。(x.r)=(x)+ru-1.-式(3.17)U=I(2)共扼梯度法没有约束
39、范围之后，用共利梯度法求解近似值.这种方法只是简单的微分计算，线性好，能以较高精度表示真实值，优化的效果明显.3.3伸缩臂变幅机构的强度校核伸缩臂的变幅机构，在优化设计之后，也要对连杆和液压缸的弯强度进行校核计算，变幅系统的稳定性也应满足要求。3.3.1一号连杆的强度校核如图3-5所东，一号连杆的截面尺寸。连杆受力简单，拉压应力大小用下式(3.18)计算。一B图34上部连杆横截而图=式(3.其中：Fi号连杆承受的压力：A号连杆的截面积；fr应力应允值。3.3.2二号连杆的强度校核与一号连杆相比，二号连杆的的结构很豆杂，简单的计算分析不能完全反映所有的载荷分布，在这里需要用到有限元分析法，模拟不
40、同工况下二号连杆的载荷分布情况，并校核强度.下图3-6所示就是二号连杆的有限元分析模型。(1)不同工况下载荷的分布有限元分析时，二号连杆和主惜的被接处，以及和一号连杆的较点处，在变幅运动中均有6各自由度，除了绕钦点转动的自由度度，其他自由度全部要限制。从上面对伸缩睥的受力分析中，当主臂仰角为86。，伸缩臂仰角为46。且全伸时，二号连杆的载荷分布最为集中.图3-5二号连杆彳TRi元分析模型(2)软件分析应力集中的时候，集中点在二号连杆底部，外部载荷作用在此点的弯矩最大。如图3-7所示，应力集中点的最大值为57.769MPa,在要求的许用应力范围以内，强度的校核通过。图3-6下部连杆应力云图放大倍
41、数30倍)3. 4变幅机构优化的总结变幅机构的传动原理在以简化的机构示意图来解择,确定各机构尺寸并口画出载荷分布情况图，以此做为校核计算的基础。查阅相关资料，确定强度和稳定性要求下各应力及尺寸的许用值和临界值，将变量控制在目标范围内，校核即通过。计算时除了考虑整体的校核要求，局部的危险裁面也要做相应的校核处理。4液压调平系统设计3.1 登高平台消防车液压系统概述登高平台消防车是在工程车辆的基础上加以臂架结构和工作平台，用液压系统来控制平台的回转和管架及吊篮的变幅运动的专用车辆。液压控制系统是实现惜架伸缩，平台回转，变幅动作，用篮机构调平等的动力源，是登高消防车的核心.下图47为登商消防车的主要
42、结构，液压元件遍布于每个结构。1、底盘2、副车架3、转台4、支腿5、工作平台6、飞弱7、伸缩鞫8、主骨9、拖徒10、水路11、液压系统12、控制系统13、标牌图4T消防车的主要结构下面介绍实现各工况的液床元件：(D臂架的伸缩动作:伸缩臂是由多个节将组成，在置于节储内的液压缸推动卜.伸缩。(2) .变幅动作：主臂和伸缩湾的变幅机构其实原理是相同的，都是通过被接在臂架上的液压缸推力作用变动仰角，只不过主臂的变幅结构是相对简单的三校点结构，而伸缩替的变幅结构是相对复杂的三连杆结构.(3) .平台回转:回转平台内置有液压马达，通过回转轴承带动平台转动(4) .吊篮机构调平:平台底部仃调平液压缸来调整不
43、同方向的位移。通过传感器的反馈信号输入控制调平电路，经过信号处理之后，输出信号到电液比例调节.阀，控制调平液压缸的工作。液压系统本J贞上就是输出油液的压力和流量的动力系统。压力和流量的稳定会使得液压传动系统更加平稳，且工作效率高。消防车的液压系统采用的是恒压泵，并配有压力补偿，三个液压泵经取力涔从发动机取力为系统提供压力和流量。由于使用的是恒压泵，油液的压力是程定不变的，流量则根据需要来分配。电液比例换向阀，作为控制液压缸工况的垂要元件，有独立的设置值，减少对系统故障的影响。同时，在工作的时候减少外界对液压系统的干扰.如图4-2所示，该系统设有应急的电机，液压泵也都是双向路的设计，调平液压缸也
44、图42液压系统示意图在上图中，两个恒压泵通过动力切换阀组为支腿阀或者是转台主阀和伸缩再生阀供油。动力切换阀具有互锁功能，确保支腿动作与其他动作不同时进行。两个恒压泵后面串联了一个排量为40m1.r的小泵，为工作平台的回转以及支腿的支探提供压力和流量。4. 3吊篮调平机构液压方案参数登高消防军的液压系统设计有个很棘手的问题，由于整个机械结构过于庞大，油路管道太长，在流程中不仅会有压力损失，能量利用率低,而且沿管道产生的局部过热会使油液的温度升高，黏度改变使得油液在流动中不梗定，易产生素流。因此，设计液压回路时，尽量减少不必要的回路，提高系统效率。在此次毕业设计中，发动机的转速为160OIVmin,液压泵的排量为4()m1.r,集成阀的流量参数如下表4-1。表4-1集成网的流收卷数出油11值单位Ai25UminBi151.ZfftinAj61./minB;41.ninAj10UminBS71./m
