高空作業(yè)車作業(yè)平臺畢業(yè)設計

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1、徐州師范大學畢業(yè)設計 高空作業(yè)車作業(yè)平臺調平系統設計高空作業(yè)車作業(yè)平臺調平系統摘 要 高空作業(yè)車是一種應用范圍廣泛的工程機械，通常用于建筑、市政、機場、工廠、園林、住宅等場所，從事消防、搶險救災、施工、安裝、維護等工作。本文針對GKZ型高空作業(yè)車的主要技術參數、整體結構以及該車的些主要特點介紹了高空作業(yè)車作業(yè)平臺常用調平裝置的結構和工作原理，具體闡述了采用的電液伺服比例自動調平系統的控制原理。設計了一種自動調平系統，當平臺發(fā)生傾斜時，通過傳感器感知變化量傳遞給液壓系統，通過液壓缸動作推動鏈輪自動控制平臺的水平度，讓操作人員始終保持平衡位置。這種調平系統是電液控制的。該系統應用提高了高空作業(yè)車性

2、能的穩(wěn)定性和可靠性。同時也具體敘述了作為調平系統采樣環(huán)節(jié)的調平傳感器的工作原理和工作電路，以及具體傳感器的型號和結構、調試方法。電路的設計解決了調平系統從電源到信號采集、處理、傳遞等環(huán)節(jié)構成一個完整的調平系統。關鍵詞：高空作業(yè)車 作業(yè)平臺 調平系統 調平傳感單元 Work high above the ground vehide work platform leveling system desighAbstract Leveling Mechanim for Work Platform on Aerial Vehicle Aerial platform is a kind of constr

3、uction machinery widely used。The high-altitude working machine has been widely used in architecture， cityplanning，aerodrome，factory，garden， house and other placesIt plays an importantrole in fire protectiondealing with an emergency， construction， installation,maintenance and so on This paper introdu

4、ces the main technical parameters，over-all structure and main characteristics of model GKZ working platformStructures and work principles of some common leveling mechanisms for work platforms on aerial vehicles are describedWork principle of automatic leveling system of working platform on model GKZ

5、 fire engine is described in the article The control princi-plc of electro-hydraulic servo proportional, automatic leveling system is analyzed. With the application of the system, the stability and reliability arc increased in the operation of elevating platform ire engine Key words: Aerial platform

6、 working platform Leveling system Leveling sensor Magnetic 摘要Abstract目 錄第一章 緒論11 引言 512 高空作業(yè)車的概況及其發(fā)展方向121 高空作業(yè)車發(fā)展概況 6122 需求前景 6123 我國高空作業(yè)車的發(fā)展展望 713 課題背景 714 本課題的設計內容及意義 7第二章 高空作業(yè)車機構簡介 21 高空作業(yè)車組成結構 922 高空作業(yè)車結構簡圖 10第三章 高空作業(yè)車作業(yè)平臺調平系統31 調平系統概述311 高空作業(yè)車調平問題的引出 11312 高空作業(yè)車調平方式的發(fā)展 10313 高空作業(yè)車調平系統的現狀 123.1.

7、4高空作業(yè)車調平系統的關鍵問題 1532 調平機構方案321 調平機構的形式分類 16322 機構特點的綜合分析及最終方案的確定 2333 電液伺服比例自動調平控制系統方案設計3. 3. 1方案總體說明 263. 3. 2 電液比例調平原理 27333 電液比例調平動力部分 27334 液壓系統的設計計算 28 33. 5 液壓系統總圖 29第四章 傳感單元41傳感器概述 411 傳感器組成及分類 40 412 傳感器的應用情況 4042 角度傳感器421 傾角傳感器的分類 41 422 角度傳感器的確定 42 43 高空作業(yè)車調平傳感器 431 調平傳感器工作原理 43432 調平傳感器的結

8、構與調試方法 44第五章 電路設計51 電 源 4752 誤差放大器的工作原理 4853 載 波 5054 電壓比較器工作原理 5155 反饋斷路檢測 5156 伺服驅動電路 52第六章 總 結致 謝參考文獻第一章 緒 論1.1 引 言高空作業(yè)車是電力、通訊、交通、市政、消防、救援、建筑等行業(yè)進行施工、維護修理等作業(yè)的理想設備。它是用來運送工作人員和工作裝備到指定高度進行作業(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)裝置包括高空作業(yè)臂、起重工作臂、起升機構、動力系統、液壓系統、電氣系統還有操縱裝置等部分組成。 現在的高空作業(yè)裝置具有操作平順、工作穩(wěn)定、自動調速、安全可靠等優(yōu)點

9、，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構，具有汽車的行駛通過性能，機動靈活，行駛速度高，可快速轉移，轉移到作業(yè)場地后能迅速投入工作，因此被越來越多的應用在工程建設、工業(yè)安裝、設備檢修、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)，是近幾年來國內發(fā)展最快的專用汽車產品之一。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)車工作臂之間的連接全部采用鉸接型式

10、，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；增加工作臂數量會造成操作繁瑣，安全性降低。伸縮臂式的高空作業(yè)車在行駛狀態(tài)時，工作臂縮回套疊，工作時伸出，可以有效增大作業(yè)高度，同時具有工作效率高、操作簡單、動作平穩(wěn)等特點?；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)車的結合，它綜合了兩種結構型式的優(yōu)點，工作性能最好，但結構也最為復雜。目前國內生產的高空作業(yè)車幾乎全部是折疊臂型式的，有更大的市場需求。 隨著我國國民經濟的蓬勃發(fā)展，高空作業(yè)車的

11、需求量迅速上升，作業(yè)高度從十幾米到幾十米不等，其工作平臺的調平經歷了從自重調平到電液調平的發(fā)展過程。1.2 高空作業(yè)車的概況及其發(fā)展方向121高空作業(yè)車發(fā)展概況歐美及日本等國家在研究高空作業(yè)車方面走在前列，技術水平領先。2000年6月20日至十五日，由德國產業(yè)示范展示公司主辦的“世界防災2000”展會在德國奧格斯堡舉行，它每年舉行一次，主要展示世界各國的消防設備，可以增進人們對世界未來的防火防災設備和技術動態(tài)的了解，受到世界各國的普遍重視。高空作業(yè)車作為最主要的消防車設備，在此展覽中最為常見。日本日立建機株式會社集多年經驗并采用多項新技術開發(fā)了HX99B型履帶式高空作業(yè)車，安全性好，環(huán)保性好，

12、使用和維修性能好。日本竹中工務店株式會社和昭和飛機工業(yè)株式會社共同開發(fā)了帶聯動型懸浮機構的新型高空作業(yè)車，克服了工地路況差、障礙物多導致的整車穩(wěn)定性差和不安全性。自1932年我國第一輛消防車在震旦機器工廠誕生至今，經過七十多年特別是近十年的飛速發(fā)展，國產消防車品種日益增加，基本上能滿足國內市場的需要。2004年10月19日至22日，在北京全國農業(yè)展覽館舉行第10屆國際消防設備技術交流展覽會，本屆展會規(guī)模超過往屆，不僅參展廠商多、展車多，而且品種多、新品多，近30家廠商展出近70余輛各種消防車。我國企業(yè)通過吸收國外技術和經驗，可以開發(fā)出的品種越來越多，而且多數產品的技術與質量水平與進口產品的差距

13、在明顯的縮小，可基本滿足國內市場對多種火災事故消防、救援的需要。總言之高空作業(yè)小車是近年來發(fā)展最快的專用汽車之一。122需求前景隨著我國“四化”建設事業(yè)和商品經濟的發(fā)展，越來越多的高層工業(yè)、民用建筑像雨后春筍般的迅猛出現，隨之而來的是這些高層建筑的維修與保養(yǎng)，特別是對火災的撲救問題。登高平臺消防車的發(fā)展有效的解決了這一問題。對于火災，是世界各國普遍關注的災難性問題，我國的消防事業(yè)一直受到黨和政府的高度重視與支持，消防改革與發(fā)展綱要中提出：“積極發(fā)展消防裝備器材的生產”，“消防裝置器材的生產要立足國內，要充分利用國內各方面的技術和力量，適當引進國外關鍵技術并做好國產化工作，盡快批量生產出先進的國

14、產消防裝備”。隨著城市規(guī)模和經濟建設的發(fā)展，對高空作業(yè)車的需求量逐年增加。1. 2. 3我國高空作業(yè)車的發(fā)展展望隨著社會生產技術的發(fā)展，對高空作業(yè)車的要求越來越高。從高空作業(yè)車的發(fā)展概況可以看出，新型的多功能的高空作業(yè)車的出現是勢在必行。從70 年代最早引進的高空作業(yè)車就是折疊臂的，幾十年來國內使用的一直是這種車型，使用者有習慣性，而且國內對高空作業(yè)車需求仍然以 20米以下低高度為主，20米以上的作業(yè)高度傳統作業(yè)車達不到。而在國外在歐美和日本等發(fā)達國家伸縮臂和混合臂高空作業(yè)車已逐步取代了折疊臂車型。這種伸縮臂和混合臂車型在技術、制造等方面的要求遠遠高于折疊臂車，其結構可靠性設計、工作斗調平技術

15、、工作半徑的限制技術、液壓和電氣管路輸送等關鍵技術，國內生產廠仍沒有完全解決，這是沒有真正國產伸縮臂車的又一重要原因由于在舉升高度、作業(yè)半徑、工作效率等方面都具有明顯優(yōu)勢，所以國內對伸縮臂和混合臂高空作業(yè)車的需求也不斷增多。大連路燈管理處已全部淘汰了折疊臂車，用日本、意大利等國進口伸縮臂車取代，深圳市從 2002年起所有新采購的高空作業(yè)車全部為伸縮臂或混合臂車。針對這種情況，如杭州愛知車輛有限公司，廣東粵海汽車有限公司分別引進日本和意大利的高空作業(yè)裝置和國產汽車底盤進行匹配，生產伸縮臂和混合臂高空作業(yè)車。所以可以看出未來的高空作業(yè)車肯定是朝著伸縮臂和混合臂高空作業(yè)車方向發(fā)展的。1.3課題背景隨

16、著城市規(guī)模和經濟建設的發(fā)展，對高空作業(yè)車的要求越來越高。在繁華的商業(yè)街、密集的工礦企業(yè)，大中型高空作業(yè)車已不能較好地滿足實戰(zhàn)要求，而這些地方發(fā)生的火災事故多種多樣且呈上升趨勢。因此，急需一種體積小、反應快、機動靈活、具備多種功能的小型作業(yè)車。而且從市場調查的情況來看，這種高空作業(yè)車的需求量逐年增加。1.4 本課題的設計內容及意義本課題的目的是通過對折臂高空作業(yè)車各項技術的研究，設計一種高空作業(yè)車各個結構部分。現有產品注重高空作業(yè)車的行駛性能和駕駛性能，但忽視了施工現場、道路的復雜情況。而作為高空作業(yè)車的工作平臺是高空作業(yè)和運輸物資的重要部分，其調平機構的設計與生產安全息息相關。所以需要一種保證

17、工作人員安全的高空作業(yè)平臺，目前，工作平臺普遍使用的調平機構有自重調平機構、平行四連桿調平機構、鏈條鏈輪式調平機構、靜液壓調平機構。這些調平機構主要以人工操作控制平臺的平衡，當工作狀況發(fā)生變化時，工作平臺發(fā)生傾斜，人工操作不能及時調節(jié)工作平臺的平衡，給施工人員造成不安全的因素，從而影響正常施工。因此，本課題研究的主要目的是設計一種自動調平系統，當平臺發(fā)生傾斜時，能自動控制平臺的平衡，這對提高作業(yè)安全系數及為工作人員操作的提供方便有著深遠的意義。 第二章 高空作業(yè)車機構簡介2.1 高空作業(yè)車組成結構一高空作業(yè)工作臂 高空作業(yè)工作臂包括上臂和下臂。行使狀態(tài)時，兩節(jié)工作臂折疊在一起，進行高空作業(yè)時，

18、兩節(jié)工作臂分別有上下臂油缸舉升至一定高度，將工作人員送至工作位置。上臂和下臂、下臂和轉臺鉸接處均設有專門的滑動軸承，保證工作臂轉動時阻力小，運動平穩(wěn)。二起重工作臂起重工作臂由基本臂和伸縮臂組成。高空作業(yè)工作下臂兼做起重基本臂。伸縮臂由伸縮油缸控制，不工作時，回縮至基本臂內部，進行起重作業(yè)時，伸縮臂根據需要的起重幅度和起升高度進行伸縮。三工作平臺（工作吊藍）工作平臺的作用是將高空作業(yè)人員和必要的工具送至空中，并作為工作人員空中作業(yè)的場所。GKZ系列車型的工作平臺采用鋼管焊接框架結構，周圍設有護攔，右側護攔開有側門，方便人員進出，平臺底版采用防滑的花紋鋁板，平臺周圈下部設有護圍，防止工具或其它物品

19、掉落。四回轉機構回轉機構由液壓馬達、回轉減速機以及回轉小齒輪、回轉支承等組成。進行回轉時，液壓馬達輸出動力，通過回轉減速機減速后帶動輸出軸上的小齒輪旋轉，小齒輪與回轉支承的的齒圈嚙合，由于回轉支承的齒圈與車架剛性連接，因而回轉減速機帶動與之相連的轉臺回轉。五起升機構 起升機構由液壓馬達和起升減速機組成。其工作原理是：起升液壓馬達驅動起升減速機旋轉，帶動滾筒將鋼絲繩收進或放出，實現重物的提升和下降。六動力系統GKZ系列作業(yè)車高空作業(yè)和起重作業(yè)動力源為底盤發(fā)動機，其動力由取力器從底盤變速箱取出。取力器和變速箱之間的動力傳遞由機械式操縱系統控制，平時取力器與變速箱取力齒輪處于斷開狀態(tài)，當進行高空作業(yè)

20、或起重作業(yè)時，操縱拉桿使取力器的滑移齒輪與變速箱的輸出取力齒輪嚙合，取力器輸出軸帶動油泵工作，從而將發(fā)動機的機械能轉為液壓能，為系統提供動力。七中心回轉接頭中心回轉接頭由導電滑環(huán)、液壓滑環(huán)兩部分組成，它的作業(yè)是當作業(yè)車進行回轉動作時，作業(yè)車轉動部分與固定部分的電路及液壓油路始終保持暢通。八液壓系統液壓系統采用定量齒輪泵供油，系統工作壓力為16MPa，油路中設有安全溢流閥，保證系統安全。液壓系統通過電液比例流量閥對工作臂油缸、回轉馬達和卷揚馬達供油， 供油量大小由比例閥控制，輸出流量與負荷變化無關，可使系統達到穩(wěn)定的工作速度，并且能夠實現無級調速。系統工作壓力由電磁溢流閥調定。支腿的收放由下車多

21、路換向閥控制，下車多路換向閥可對各支腿的進回油油路分別控制，因此各支腿的伸縮量均可單獨調節(jié)，使作業(yè)車能夠適應不同的路面狀況。為了增加液壓系統的安全性，在下車附設了手動泵作為應急液壓源，當主動力源發(fā)生故障時，可用手動泵壓桿操縱手動泵收回工作臂。九電氣系統電氣系統包括示廓燈、警示燈、照明燈（可選件）等燈具、上臂限位系統、下臂限位系統、上下車互鎖系統、蜂鳴器、轉臺控制箱和吊籃控制箱等部分。2.2 高空作業(yè)車結構簡圖： 高空作業(yè)車結構簡圖第三章 高空作業(yè)車作業(yè)平臺調平系統3.1調平系統概述3.1.1 高空作業(yè)車調平問題的引出 高空作業(yè)車是利用車輛的特有結構將工作人員送到一定高度，使人員能在具有一定高度

22、的工作平臺上進行工作的特種車輛。它大大提高了工作人員的工作能力。高空作業(yè)車作業(yè)時有兩部分需要調節(jié)，一是作業(yè)平臺，二是轉臺（即整機）。由于工作人員是處在高空中進行工作，需要工作平臺的底面能始終處于水平狀態(tài)，以保證工作人員的安全。這種能夠保證在作業(yè)過程中工作平臺底面始終處于水平狀態(tài)的機構就是平衡機構。312高空作業(yè)車調平方式的發(fā)展高空作業(yè)車的調平方式經歷了早期的手動調平系統、開關式自控系統、例式自控系統、比例一脈沖式自控系統四個階段的發(fā)展。 1.）手動調平系統 早期的手動調平系統，調平性能較差:調平時間久、調平精度低、可靠性差、不便于維護等。 2.）開關式自控系統 早期的自動調平系統均采用開關式自

23、控系統，其傳感器多為液壓隨動器，以開、關和死區(qū)三種工作方式響應傳感器信號。由于這種自動調平系統在控制左右油缸升降的過程中，存在一個內在的反應誤差，因此在開與關之間設置了一個死區(qū)起阻尼作用的零區(qū)。如果死區(qū)過窄，調節(jié)量容易沖過死區(qū)，出現調平誤差；反之如果死區(qū)帶寬過大，又降低了系統的調平精度。但是這種調平方式結構簡單、價格低廉、使用方便，因而也得到了一定程度的使用。 3.）比例式自控系統 比例式自控系統是以液壓比例閥(伺服閥)取代開關式自控系統中的電磁換向閥演化而來的。它根據偏差信號的大小，以相應的快慢速度對被控制對象進行連續(xù)調節(jié)。偏差為零時，調節(jié)速度也趨于零，因此它不會產生超頻，故而不會有振蕩現象

24、，這樣就大大改善了系統的動態(tài)性能。但是這種調平系統對結構的精度要求較高、造價昂貴，因而在使用的過程中受到了一定的限制。 4.）比例脈沖式自控系統比例脈沖式自控系統也是在開關式自控系統的基礎上加以改善、提高的調平自控方式。它在開關式自控系統的恒速調節(jié)區(qū)與死區(qū)之間設置了一道脈沖區(qū)，脈沖信號根據偏差信號的大小成正比例變化。其變化有兩種方式，改變脈沖寬度和改變脈沖頻率。偏差信號由傳感器帶進脈沖區(qū)后，調節(jié)器即根據偏差信號的大小，以不同寬度或頻率的脈沖信號，推動電磁閥使油缸工作。這種控制方式綜合了前兩種型式的優(yōu)點，大大縮小了死區(qū)，提高了控制精度，且價格便宜，比較耐用，因而目前這種調平控制方式得到了廣泛的應

25、用。313高空作業(yè)車調平系統的現狀高空作業(yè)車的作業(yè)平臺屬于懸空系統的調平。在日本Gifu大學流體動力實驗室，研究人員對由高速開關閥組成的主動懸浮系統的吊車控制進行了深入的研究，測試了它的動態(tài)影響。意大利simon公司的VT165型高空作業(yè)車采用的是電液自動調平機構，其基本原理是通過安裝在工作平臺上的水平傳感器來感知平臺的狀態(tài)，并產生一個相應的電流信號，經控制器處理后，控制調平油缸的動作，最終使平臺保持水平狀。圖3-1 VT165型高空作業(yè)車的調平液壓系統如圖3-1所示是其液壓原理圖。溢流閥和電磁換向閥組合在一起，安裝在轉臺的側面，液壓鎖位于調平油缸的底部，溢流閥額定壓力為18Mpa。在作業(yè)過程

26、中，當平臺處于非水平位置時，來自調平電路的電流信號，時時控制電磁換向閥動作，并打開液壓鎖，調平油缸即產生伸縮動作，使平臺恢復到水平狀態(tài)。目前，比較常見的調平機構有自重式、平行四連桿式、靜液壓式以及鏈條組合式。還有如意大利Simon公司生產的比較典型的VT165型高空作業(yè)車采用的是電液自動調平機構，其基本原理是通過安裝在工作平臺的水平傳感器來感知平臺的狀態(tài)，并產生一個相應的電流，控制調平油缸的動作，最終使平臺保持水平狀態(tài)。其調平機構液壓部分如圖（3-2）所示： 圖3-2 液壓系統圖在此液壓原理圖中，溢流閥和電磁換向閥組合在一起，安裝在轉臺的側面，液壓鎖位于調平油缸的底部，溢流閥額定壓力18MPa

27、。在作業(yè)過程中，當平臺處于非水平位置時，來自調平電路的電流實時控制電磁換向閥動作，并打開液壓鎖，調平油缸即產生伸縮動作，使平臺恢復到水平狀態(tài)。徐工集團的CDZ22高空作業(yè)車是集高空救援、滅火于一體的多功能消防裝備。該車的作業(yè)是通過伸縮臂的變幅來實現的，而在收縮臂俯仰過程中，其前端載人作業(yè)平臺的水平角度隨之改變，因此，作業(yè)平臺的調平機構是安全作業(yè)的重要保證。CDZ22登高平臺消防車目前采用電液伺服控制自動調平系統，該調平系統是一個機電液一體化的閉環(huán)控制系統，反饋檢測元件為可連續(xù)輸出模擬量電信號的傳感器；電液轉換元件為電液伺服閥；控制器由模擬電路構成，可根據傳感器檢測到的誤差信號輸出連續(xù)變化的模擬

28、量信號，能使作業(yè)平臺自動保持在水平位置上作業(yè)。圖3-3 CDZ22型高空作業(yè)車的調平原理該調平系統的工作原理如圖3-3所示：平衡狀態(tài)時，作業(yè)平臺底平面與水平面夾角為0，當折臂動作或主臂動作引起作業(yè)平臺位置改變時，夾角發(fā)生變化，此時傳感器檢測到這一角度的變化，并將此信號轉變?yōu)殡娦盘栞斔徒o控制板，進行濾波處理、信號轉換、功率放大等，驅動相應的伺服閥進行工作，讓調平液壓缸動作，帶動大鏈輪轉動，使作業(yè)平臺向夾角減小的方向擺動，則使傳感器信號差值減小，當伺服閥的開口漸漸減小至夾角為0時，傳感器信號電壓為0，伺服閥關閉，進入平衡狀態(tài)。當夾角再次發(fā)生變化時，則將重復上述過程。從而實現實時自動調整作業(yè)平臺的水

29、平度，使之時時刻刻保持在水平狀態(tài)，以保證作業(yè)的平穩(wěn)和安全。而本課題研究的GKZ型高空作業(yè)車采用電液比例控制自動調平系統，該調平系統是一個機電液一體化的閉環(huán)控制系統，反饋檢測元件為可連續(xù)輸出模擬量電信號的傳感器；電液轉化元件為電液比例伺服閥；控制器由模擬電路構成，可根據傳感器檢測到的誤差信號輸出連續(xù)變化的模擬量控制信號，能使作業(yè)平臺自動保持在水平位置上作業(yè) 。314 高空作業(yè)車調平系統的關鍵問題1) 平衡機構形式的選擇提高高空作業(yè)車安全可靠性的關鍵之一在于合理選擇平衡機構的形式。平衡機構是高空作業(yè)車的機構之一。它的性能和結構的優(yōu)劣直接影響到工作人員的安全，同時也標志著高空作業(yè)車的性能先進與否。高

30、空作業(yè)車采用的平衡機構型式還會直接影響到登高車的作業(yè)高度。根據登高車的作業(yè)要求，在設計上對平衡機構有以下幾項要求：1、安全可靠；2、自動平衡；3、結構簡單，便于裝配和維護保養(yǎng)；4、工藝性好；5、重量輕；6、平衡精度高；7技術先進。2）角度傳感器用于高空作業(yè)車作業(yè)平臺自動調平的各種傳感器，大部分是利用重力原理制成的。當作業(yè)平臺發(fā)生傾斜時，使擺動部分偏轉并帶動同軸的電位器偏轉而產生對應的電信號。電位器式調平傳感器在登高平臺消防車作業(yè)平臺自動調平系統中和其他領域中經常使用，缺點是存在觸點摩擦和電噪聲。調平傳感器是調平系統的采樣環(huán)節(jié)，直接影響調平系統的精度和可靠性，其檢測值的大小是判斷系統是否進行調平

31、的依據，其檢測精度的高低直接決定了系統的最終調平精度。3）工況的影響由于高空作業(yè)車機械設計的原因，其重心較高，且工作條件一般比較惡劣，如道路的不平，易導致某些調平的機械結構使用一段時間后出現損壞、運動不靈活、功能失效等缺陷，且易使得行駛時油箱內的液體擺動嚴重，出現漏油等現象，導致可靠性變差，調平性能變差。4）電液控制系統在高空作業(yè)車的電液自動調平系統中，最核心的控制單元是閥及其控制板。閥控制性能的好壞，直接影響到控制精度、調平性能、可靠性等。因此，論文對電液控制系統進行了詳細的研究。32調平機構方案321調平機構的形式分類一、基本形式（1）自重調平機構6利用平臺自重調平是出現最早、結構最簡單的

32、一種工作平臺調平方式，其原理見圖(3-4)，平臺的重心在作業(yè)平臺 1與臂桿 3連接的轉動鉸點 2 的正下方，且靠近底 部，利用工作平臺和載荷的重力作用使平臺無論如何升降都能自動保持水平狀態(tài)。該方法結構簡單、重量輕、調整維修方便、成本低，但易晃動， 特別是當操作人員在平臺中的位置變動時，平臺產生搖動，操作人員有不安全的感覺， 因此在平臺達到作業(yè)位置后要使用鎖緊機構防止搖動， 操作起來比較麻煩，只在工作高度較低、技術性能低的作業(yè)車上使用，現在已較少采用。 1 平臺 2 絞軸3 臂桿 圖3-4自重調平機構 （2）平行四連桿調平機構6 平行四連桿調平機構由一組或多組平行四邊形連桿機構組成，原理見圖(3

33、-5)， 調平機構一端與工作平臺4相連， 另一端與回轉臺1連接， 上平行四邊形3和下平行四邊形2相連處的短邊固聯在一起， 利用平行四邊形在變形過程中兩組對邊始終分別保持平行的原理， 無論折疊臂如何升降， 工作平臺始終保持水平狀態(tài)。其調平過程是連續(xù)的， 具有調平可靠、同步性好的特點。且在實際應用中折疊臂本身可以作為平行四邊形的一個邊， 因此結構比較簡單， 主要用在折疊臂式高空作業(yè)車上。缺點是平行四連桿機構只能在臂桿外側布置， 結構不緊湊，臂桿之間的工作角度范圍小于。1 回轉臺 2下平行四邊形 3上平行四邊形 4工作平臺 圖3-5平行四連桿調平機構示意圖（3）靜液壓調平機構 靜液壓調平也稱為液壓伺

34、服液壓缸調平，它是利用油液體積不變原理，當臂桿2在變幅液壓缸（圖中未畫出）作用下抬起某個角度，調平液壓缸3伸長，有桿腔油液被排出而流入同規(guī)格的調平液壓缸5的有桿腔，同時雙向液壓鎖4被開啟，液壓缸5的無桿腔油液流入液壓缸3的無桿腔，使平臺6在由兩個液壓缸3、5與轉臺1、臂桿2所構成的兩個相互關聯的三角形的角度變化過程中始終保持水平。圖3-6 靜液壓調平機構工作中，兩個截止閥2關閉形成一個封閉自動調平回路，工作一段時間后平臺傾斜時，打開截止閥2，再搬動換向閥1進行補油。圖3-7 靜液壓調平機構液壓系統原理（4）圓錐齒輪扭桿式平衡機構其原理是由幾對大小齒輪（其節(jié)圓對稱相等）構成。工作時齒輪滾過的節(jié)圓

35、周長相等。該機構的特點是安全可靠，平衡精度高，但是其結構較為復雜，重量較大，零件制造和安裝都較復雜，成本較高。二、派生形式 （1）鏈條鏈輪式調平機構 8 鏈條鏈輪式調平機構是由平行四連桿調平機構演變而來的，原理見圖（3-8）鏈輪 11固定在工作平臺12上,鏈輪2固定在回轉臺1,5和8都是雙聯鏈輪,所有鏈輪齒數和齒形參數均相同,鏈輪之間繞有鏈條。由于鏈輪11和2分別固定在工作平臺和回轉臺上,當臂桿變幅時,鏈條強制帶動工作平臺作相應的反方向角度變化,無論臂桿如何升降都能保證平臺處于水平狀態(tài)。 1轉臺 2、11.鏈輪 3、6、9.第一、二、三節(jié)臂桿 4、7、10.第一、二、三級鏈條拉桿 5、8.同心

36、雙聯鏈輪 12.平臺 圖3-8 鏈條式調平機構（2）鋼絲繩式調平機構 該機構的滑輪2、10分別固連在轉臺1和平臺11上，鋼絲繩7按圖示繞在等直徑的滑輪2、5、8、10上，兩端分別固定在轉臺1和平臺11上，并靠平臺11的自重始終張緊，各節(jié)臂桿變幅時，鋼絲繩7繞滑輪收放長度相等，使平臺始終保持水平。圖3-9 鋼絲繩式調平機構三、組合形式（1）平行四連桿與鏈條構成組合形式鏈輪10和13分別與連桿9和平臺14固連，其中由各件組成四個平行四邊形，各節(jié)臂桿分別繞絞軸O、B、C擺動或同時擺動，都會帶動調平機構向相反方向調整平臺。圖3-10機械組合式調平機構（2）靜液壓與鏈條構成液壓機械組合形式該機構由三部分

37、組成，一部分是轉臺1、第一節(jié)臂桿2、連桿拐臂6和液壓缸3、5組成的靜液壓機構；另兩部分是由第二節(jié)臂桿9、鏈輪7、10、鏈條拉桿8和第二節(jié)臂桿11、鏈輪10、13分別與連桿拐臂6和平臺14固連，鏈輪10為雙聯同心鏈輪。各節(jié)臂桿分別或同時繞絞軸擺動時，按靜液壓調平和鏈條調平原理都能向相反方向調整平臺。圖3-11 液壓機械組合式調平機構 四、電液調平機構電液調平的基本工作原理是通過安裝在工作平臺上的水平傳感器來感知平臺的狀態(tài)，并產生一個相應的電流，控制調平液壓缸的動作，最終使平臺保持水平狀態(tài)。電液調平機構又分為電液自動調平和電液比例調平。如圖3-12所示，電液自動調平機構主要部件包括水平傳感器1、調

38、平液壓缸5和電磁換向閥7。其中水平傳感器1安裝在工作平臺2上，當工作平臺處于水平狀態(tài)時，水平傳感器輸出電流為零，當工作平臺發(fā)生傾斜時，水平傳感器產生控制電流，電流大小隨工作平臺傾斜角度變化而改變。根據平臺傾斜方向不同，控制電流進入電磁換向閥7的2個電磁線圈中的一個，使電磁換向閥工作，調平液壓缸5伸長或縮短，帶動鏈輪鏈條傳動機構4運動，最終使工作平臺趨于水平。圖3-12 電液自動調平機構如圖3-13所示，電液比例調平機構由水平傳感器1、調平液壓缸5、電液比例伺服閥7和放大比較器8組成。與電液自動調平機構不同的是，水平傳感器輸出信號的大小與工作平臺的角度成正比。當臂桿變幅時，工作平臺與水平面產生一

39、定的夾角，水平傳感器輸出相應大小的信號，經放大比較器放大判定方向后，由驅動電路輸入到電液比例伺服閥7中相應的比例電磁鐵，比例伺服閥的閥芯產生位移，輸出壓力液體，壓力液體的的流量與控制電流成比例，即與工作平臺的傾斜角成正比，壓力液體作用于調平液壓缸5兩腔中的一腔，使活塞桿伸長或縮短，控制工作平臺發(fā)生與原傾斜方向相反的轉動，工作平臺恢復到水平狀態(tài)。在工作平臺傾斜角度減小的過程中，水平傳感器輸出信號變小，壓力液體的流量減少，工作平臺與水平面之間夾角大時恢復水平的速度快，工作平臺與水平面之間夾角小時恢復水平的速度慢。 圖3-13 電液比例調平機構3. 2. 2機構特點的綜合分析及最終方案的確定 在以上

40、介紹的各種調平機構中,基本形式中利用平臺自重調平其結構簡單、重量輕、調整維修方便、成本低但易換動，特別是當操作人員在平臺中的位置變動時，平臺產生搖動，操作人員有不安全的感覺，必須采用鎖緊機構比較麻煩，所以該機構多用于技術性能較低的車型上。 平行四連桿機構結構簡單，調整、維修方便，調平精度較高，且較平穩(wěn)，但缺點平行四連桿機構只能在臂桿外側布置，結構不緊湊，由于平行四連桿的限制，臂桿之間的工作角度范圍小。靜液壓調平機構具有結構簡單、成本低、精度高的特點，適用于伸縮臂式高空作業(yè)車。缺點存在滯后現象，且滯后現象隨著高度的增加而更加明顯。派生形式的鏈條鏈輪調平機構比平行四連桿調平機構的工作角度更大，臂桿

41、之間的工作范圍大于，且鏈條、鏈輪可以安裝在臂桿內側，結構緊湊、易于安裝和調整及維護。組合形式中靜液壓與鏈條構成液壓機械組合行與其它相比，在技術性和結構上更先進，其調平過程連續(xù)、平穩(wěn)、調平性能好、控制精度高、動態(tài)響應快不僅適用于全折疊臂，更適用于折疊伸縮（基本臂帶伸縮）的混合臂型上。圖3-12、圖3-13兩種組合型式分別綜合了平行四連桿與鏈條式和靜液壓與鏈條式的優(yōu)點，都能滿足三節(jié)全折疊臂、平臺與臂桿擺角大于180的車型。筆者認為三節(jié)全折疊臂式高空車應優(yōu)先采用平行四連桿與鏈條式組合，因為雖然它技術性一般，但安裝、調整和維修方便，調平精度較高。靜液壓與鏈條式組合，與上述其它機構相比，在技術和結構上更

42、先進，不僅適應于全折疊臂，更適應于伸縮（基本臂帶伸縮）的混合臂型上，所以筆者建議混合臂的小型車上可優(yōu)先應用靜液壓與鏈條式組合的調平機構。電液調平方式中電液自動調平機構的調平是不連續(xù)的，適用于折疊臂式和伸縮臂式高空作業(yè)車；而電液比例調平機構的調平過程連續(xù)、平穩(wěn)、調平性能好、控制精度高、動態(tài)影響快，適應于各種型式的大高度的高空作業(yè)車。各調平方式和性能比較見表機 構型 式自重式連桿式靜液壓式圓錐齒輪式鏈條鏈輪式鋼絲繩式組合式電液自動調平式電液比例調平式結 構最簡單簡單較簡單復雜較簡單較簡單復雜較簡單較簡單平衡性不好較高較高一般一般一般較高較高較高機 構重 量最輕輕較輕較重較輕較輕較重較輕較輕技術先進

43、 性最差一般一般較差一般一般較先進較先進先進調 整與維 修方便方便不方便不方便較方便較方便不方便方便方便可 伸縮 性-不能能不能不能能能能能綜 合評 價第九第五第四第八第六第七第三第二第一綜上，本課題設計中我采用電液比例自動調平機構。具體機構示意圖如圖（3- 14）所示，在后續(xù)的分析時也會做進一步分析。圖中表示該機構由二部分組成，一部分是轉臺、第一節(jié)臂桿、連桿拐臂和液壓缸組成的靜液壓機構；另一部分是由第二節(jié)臂桿、大小鏈輪 、鏈條拉桿和大鏈輪和平臺固定連接，小鏈輪與齒輪為同軸輪。各節(jié)臂桿分別或同時繞鉸軸擺動時，按靜液壓調平和鏈條調平原理都能向相反方向調整平臺。圖3-14電液比例自動調平系統機構圖

44、工作原理：該調平系統的工作原理假設平衡狀態(tài)一體的多功能消防裝備自動調平系統的控制對象時，作業(yè)平臺底平面與水平面夾角 為 ，當折臂動作或主臂動作引起折臂位置改變時，角發(fā)生變化，此時傳感器檢測到這一角度的變化，那么傳感器輸出電壓與設定的固定電壓有個電壓差，即也就是誤差電壓，由誤差放大器放大為連續(xù)誤差信號，并根據的正負判定調節(jié)極性（判定使哪邊的電磁閥工作），再將放大的信號送給電壓比較器，將其變?yōu)槊}沖信號，其脈沖的個數及寬度與誤差電壓成正比，然后將這些脈沖電壓送到驅動電路，由驅動電路開通相應的比例電磁閥，讓調平液壓缸動作，使大鏈輪轉動，帶動作業(yè)平臺向減小的方向擺動，并使傳感器信號差值減小，比例電磁閥的

45、開口漸漸減小至為時，傳感器信號電壓為零，比例電磁閥關閉，進入平衡狀態(tài)。當角再發(fā)生變化時，則將重復上述過程。3.3電液伺服比例自動調平控制系統方案設計3. 3. 1 方案總體說明電液式調平機構是集電子控制技術和液壓控制技術于一體的新型調平機構，它可以不考慮從底盤到作業(yè)平臺之間起升機構的結構型式，平臺的水平度信號直接從平臺上獲取，這樣使調平機構的結構大為簡化。所以在前面一節(jié)調平機構的介紹和確定的內容中，最后確定采用電液式調平機構。電液式調平機構由水平傳感器、電子控制放大器、電液換向閥、調平油缸和作業(yè)平臺等部分組成。按所用電液換向閥的不同又可分為電液伺服調平機構和電液比例調平機構。電液伺服調平機構對

46、于大高度高空作業(yè)車來說，其優(yōu)點是調平性能好、控制精度高，動態(tài)反應快；其缺點是元件的制造精度高、價格昂貴、對液壓油污染十分敏感，系統的維護費用高。因此電液伺服調平機構目前只在大高度消防車中采用。近年來，由于比例控制技術的發(fā)展，各種比例元器件在許多國家已經形成了系列化，標準化的產品，如德國已有30%的普通閥市場被比例閥取代，比例控制技術已被廣泛的應用于工業(yè)控制系統。我國比例控制技術發(fā)展也比較快，各種比例閥產品基本上形成了系列化、標準化，為開發(fā)研制各種先進的比例控制系統奠定了基礎，比例控制系統是介于開關控制和伺服控制之間的一種新型控制系統，相對于開關控制系統來說能隨輸入信號的大小實現連續(xù)的按比例控制

47、，控制精度高，反應速度快，大大的提高了液壓系統的控制水平。相對于伺服控制系統來說，由于比例閥是在普通工業(yè)用閥的基礎上改造而成的，因此加工精度不高、價格低廉、抗油液污染能力強，控制精度、反應速度等性能能夠滿足大多數工業(yè)控制要求，閥內的壓力損失小、能耗低，使液壓系統發(fā)熱兩減少。對于高空作業(yè)車作業(yè)平臺調平系統來說調平控制精度要求并不是很高，系統 的頻帶較窄（一般為5Hz10Hz），用電液比例換向閥替代電液伺服閥進行平臺的調平是完全可行的。這樣不僅大大降低了調平機構的成本，而且高空作業(yè)車液壓控制系統抗油液污染的能力大大增強，同時由于比例換向閥存在中位死區(qū)，增加了系統工作的穩(wěn)定性。332 電液比例調平原

48、理 圖3-15 圖3-6電液比例控制自動調平原理簡圖其調平原理是：當高空作業(yè)車作業(yè)平臺的任何一個吊臂變幅時，平臺與水平面之間必然產生一個夾角，平臺傾角經過機電轉換裝置角位移傳感器或傾斜傳感器輸出一個與成比例的電信號，經電子控制放大器放大后輸出一個控制電流，作用于電、機轉換裝置比例電磁鐵，使比例閥閥芯產生位移，輸出壓力油，壓力油的流量按電信號的大小成比例變化，并作用于調平油缸兩腔中的一腔，使活塞桿進行伸縮?；钊麠U的伸縮驅動平臺繞鉸點轉動，使作業(yè)平臺與水平面的夾角發(fā)生變化，直至使作業(yè)平臺在一個新的水平位置上，達到作業(yè)平臺自動調平的目的。3. 3. 3 電液比例調平動力部分電液比例調平機構的關鍵部分

49、是由角位移傳感器和電液比例換向閥及與之配套的電子控制放大器組成的動力驅動部分，動力驅動部分的原理圖如圖3-16框圖所示。圖3-16 電液比例控制自動調平機構動力機構部分結構簡圖綜上，調平機構的設計包括調平油缸設計、液壓系統設計、電液比例換向閥和傾角傳感器的選擇三部分?？偟脑O計原則是：無論高空作業(yè)車作業(yè)平臺起生機構臂架如何擺動，調平油缸的伸縮行程要能使作業(yè)平臺的擺動角度補償臂架的擺動角度（幾何要求）；調平油缸使作業(yè)平臺擺動的角速度要大于或等于各個臂架擺動的最大角速度（速度要求）；作業(yè)平臺載荷的大小對調平過程的影響降至最小。電液比例自動調平過程實際上是一個動態(tài)角度調整的過程，隨著平臺傾角的出現及時

50、補償修正，始終使平臺保持在很小的角度差內，以使操作者感覺不到平臺的傾斜為標準。電液比例方向閥應根據額定載荷，即閥口壓降為最低工作差時，調平油缸所需的流量作為公稱流量的相近值來選擇。這樣在工作過程中，比例方向閥的可調節(jié)信號范圍寬，調節(jié)分辨率高，在相應的調節(jié)范圍內滯回小。傾角傳感器是作業(yè)平臺調平機構的信號源，在調平過程中起著非常重要的作用。所選的傾角傳感器應分辨率高，小角度范圍內線性好，工作穩(wěn)定、可靠。3. 3. 4 液壓系統的設計計算一、傳動部分尺寸計算由于此調平機構系統中采用機械傳動，通過大小鏈輪傳動帶動作業(yè)平臺動作。小鏈輪為主動輪由液壓缸推動，大鏈輪為從動輪帶動作業(yè)平臺。假設工作臺最大傾斜角

51、度為15，用1min調平則帶動工作作業(yè)平臺的大鏈輪轉過的角度為： 查機械設計手冊之機械傳動， P12103相關公式計算1）傳動比 選取傳動比為3 則將上式的值代入可得 2）小鏈輪齒數 17 = 233）大鏈輪齒數 = i = 694）設計功率 式中 工況系數查機械手冊取 =117表12 -2.1則 5）特定情況下單排鏈條傳遞的功率 = 式中取1.23 取1 代入上式得=0.025KW6）鏈條節(jié)距P 查機械手冊P12105 得選節(jié)距P=12.7mm7）初定中心距 一般取=（3050）6=（180300）mm = 02*23（3+1）6=110mm 取=240mm8）以節(jié)距初定中心距 mm9）鏈條

52、節(jié)數 =10）鏈條長度L L=11）計算中心距 = =0.25 17查表12-2-8 = 12）實際中心距a 13）鏈條速度v 14）鏈輪基本參數和主要尺寸 1 鏈輪齒數大鏈輪為=69 小鏈輪齒數為=23 2 分度圓直徑d 大鏈輪 同理小鏈輪 3齒頂圓直徑大鏈輪 同理計算小鏈輪的齒頂圓 小鏈輪的= 取 大鏈輪 小鏈輪 4 已知鏈輪的分度圓直徑可以求得直線方向的線速度 =1.24m/min 說明此處求線速度的目的是為了求液壓缸活塞桿的運動速度，繼而可以求得液壓缸流量。二、液壓缸主要結構尺寸的設計計算GKZ系列高空作業(yè)車屬于一般的工程機械，根據成大先主編的機械設計手冊液壓傳動，P2047初步確定工

53、作機構的系統壓力為16MPa 確定液壓缸尺寸:根據工作機構的基本性能要求，以及相關手冊確定使用雙作用單活塞桿液壓缸圖 3-16 液壓缸的狀態(tài)圖向行走時， B口進油； A 口出油向行走時， A口進油； B口出油 液壓缸計算如下： 18式3.3.5 （） (3.4.1) 式中 缸直徑，（） 液壓缸的理論推力， 系統壓力，查手冊取 將以上數據代入(2.2.1)式計算： 查機械設計手冊 ，取D = 80 ()18表13.3.5 取速度比： 查機械設計手冊 ，取 = 5518表13.3.5液壓缸的流量計算： 式中 液體的運動速度 活塞的面積 =7.4L/min三、確定調平液壓缸的型號 見18液壓缸的型號

54、說明： 雙作用單活塞桿液壓缸結構尺寸代號（液壓缸直徑/活塞桿直徑） 活塞桿型式代號四、 液壓缸技術規(guī)格18 速度比 =2工作壓力 16最大行程 S(mm)缸徑AL(mm)活塞桿直徑MM(mm)推力(KN)拉力(KN)805580.4342.41950 推力計算: 式中 液壓缸推力 工作壓力 活塞的作用面積 拉力計算: 式中 液壓缸拉力 工作壓力 活塞直徑 活塞桿直徑 液壓缸有桿腔作用面積 五、齒輪齒條計算 液壓缸帶動的執(zhí)行部分是鏈輪，為了能夠保證活塞桿可以很好的把直線運動傳遞給鏈輪轉為旋轉運動。決定在活塞桿頭部裝上齒輪齒條機構，由活塞桿帶動齒條齒條帶動齒輪，而齒輪與小鏈輪是同軸的。所以只要齒輪旋轉就帶動鏈輪運動，最后帶動工作平臺。雖然會使得結構變得復雜，但考慮到這種傳動裝置可以提高傳動精度。而且齒輪齒條的尺寸不需要很大，所占空間不是很大。所以這種方法是可行的。以下是相關計算：1） 分度圓直徑與齒條運動速度的關系 17式13.3.1 式中 V 是齒條的速度也就是活塞桿的直線速度為 1.24m/min 是小鏈輪的轉速為 270r/s 將數據代入可得 =88 查機械手冊取 則，同時取2） 齒頂高