探析高空作業(yè)平臺轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　探析高空作業(yè)平臺轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　摘要：文章主要通過結(jié)合自行式高空作業(yè)平臺的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計實例，針對該機械的總體設(shè)計計算中注意要點進(jìn)行了分析與研究，旨在有效地地實現(xiàn)自行式高空作業(yè)平臺轉(zhuǎn)向時穩(wěn)定性、精確性和可靠性。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：自行式高空作業(yè)平臺；轉(zhuǎn)向機構(gòu)；橫置油缸；設(shè)計計算 </p><p>　　中圖分類號：TQ

2、174.6+4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： </p><p><b>　　引言： </b></p><p>　　目前，自行式高空作業(yè)平臺在國外得到了廣泛應(yīng)用，在國內(nèi)鮮有應(yīng)用，但在叉車等輪式工程機械上已成熟應(yīng)用。實踐證明傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向機構(gòu)存在一定的缺陷，而自行式高空作業(yè)平臺對轉(zhuǎn)向平穩(wěn)性和操作性要求更高。因此，為尋求一種更好的轉(zhuǎn)向方式，引進(jìn)了叉車的橫置油缸轉(zhuǎn)向機構(gòu)的理念，并對

3、其進(jìn)行量身設(shè)計。 </p><p><b>　　1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計 </b></p><p>　　1.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案 </p><p>　　本系統(tǒng)的總體方案采用電比例液壓控制+橫置油缸的轉(zhuǎn)向方式。具體實現(xiàn)如圖1所示。當(dāng)比例閥左邊得電時（電磁鐵吸合），閥芯向左移動，壓力油進(jìn)入橫置油缸的左腔，推動活塞桿向右移動，活塞桿通過連桿推動（拉動）轉(zhuǎn)向頭使輪組件

4、向左偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)整機左轉(zhuǎn)向，反之實現(xiàn)整機右轉(zhuǎn)向。 </p><p>　　1－油箱；2－主泵；3－安全閥；4－單向閥；5－電比例閥；6－右輪組件；7－右轉(zhuǎn)向頭；8－連桿；9－橫置油缸；10－左轉(zhuǎn)向頭；11－左輪組件 </p><p>　　圖1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理圖 </p><p>　　1.2轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計原理 </p><p>　?。?）為了減小轉(zhuǎn)向

5、阻力距，減緩輪胎的磨損，要求各輪均做純滾動而不產(chǎn)生側(cè)滑，則各輪的軸線均交于一點O，即瞬時轉(zhuǎn)向中心，如圖2所示，需滿足整機正常轉(zhuǎn)向的必要條件： </p><p>　　ctgβ－ctga＝M/L </p><p><b>　　式中a—內(nèi)轉(zhuǎn)角； </b></p><p><b>　　β—外轉(zhuǎn)角； </b></p>

6、<p>　　M—轉(zhuǎn)向主銷中心距； </p><p><b>　　L—前后輪軸距。 </b></p><p>　?。?）另外，在干燥的路面做曲線運動而無側(cè)滑時，還需滿足動力學(xué)條件： </p><p>　　￠cosa≥&micro; </p><p>　　式中a——內(nèi)轉(zhuǎn)角，a≤50°； </

7、p><p>　　￠——滑動摩擦系數(shù)，對于混凝土路面，取￠＝0.6； </p><p>　　&micro;——滾動摩擦系數(shù)，對于混凝土路面，取&micro;＝0.2。 </p><p>　　圖2車輪純滾動示意圖 </p><p>　　2 轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計參數(shù)的選擇計算 </p><p>　　建立轉(zhuǎn)向機構(gòu)數(shù)學(xué)計算模

8、型，如圖3所示。 </p><p>　　圖3轉(zhuǎn)向機構(gòu)計算模型 </p><p><b>　　2.1 已知參數(shù) </b></p><p>　　主銷距M＝1 570mm，輪距L＝2 500mm，系統(tǒng)壓力P＝20MPa。 </p><p><b>　　2.2 初設(shè)參數(shù) </b></p>&l

9、t;p>　　（1）油缸行程S(mm)：初設(shè)S＝165。 </p><p>　　（2）油缸內(nèi)徑D(mm)：初設(shè)D＝100。 </p><p>　　（3）活塞桿長k(mm)：M＞k＞2S＋6D＝930，初設(shè)k＝1 110mm。 </p><p>　?。?）主銷中心至活塞桿距h(mm)：h≥D/2＋30＝80，初設(shè)h＝140mm。 </p><p

10、>　　（5）轉(zhuǎn)向臂長b(mm)：2h≥b＞h，初設(shè)b＝275mm。 </p><p>　　6）輔助臂長a：a＝SQRT[(M－k)2/4＋(b－h(huán))2]＝266.7mm。 </p><p>　　7）活塞桿左銷孔至轉(zhuǎn)向臂的距離e：e＝(M－k)/2＝230mm。 </p><p>　　2.3 設(shè)計參數(shù)校核 </p><p>　　用幾何法推

11、導(dǎo)相關(guān)公式，代入設(shè)計參數(shù)計算，校核內(nèi)轉(zhuǎn)角a、外轉(zhuǎn)角b，由于該機構(gòu)左右完全對稱，因此只分析左轉(zhuǎn)彎時的情況。如圖4所示。 </p><p>　　直行時，a＝b＝0，左右轉(zhuǎn)向臂AE及BF均與主銷中心連線AB垂直，活塞桿DC處于中位。當(dāng)左轉(zhuǎn)彎，油缸行程為165mm時，求得a≈45.6°，b≈31.9°，則 </p><p>　　1）ctgβ－ctga ＝0.6273≈M / L

12、＝1 570/2 500＝0.628，滿足條件。 </p><p>　　2）￠cosa＝0.42≥0.2，滿足條件。 </p><p>　　2.4 轉(zhuǎn)向全過程內(nèi)外轉(zhuǎn)角偏差分析 </p><p>　　以行程步長為5mm，對轉(zhuǎn)向全過程內(nèi)外轉(zhuǎn)角偏差進(jìn)行計算分析（如圖4）。 </p><p>　　圖4轉(zhuǎn)向全過程內(nèi)外轉(zhuǎn)角絕對偏差曲線 </p>

13、;<p>　　由圖5的轉(zhuǎn)向全過程內(nèi)外轉(zhuǎn)角絕對偏差曲線可以看出轉(zhuǎn)向全過程內(nèi)外轉(zhuǎn)角偏差的變化規(guī)律。轉(zhuǎn)向全過程內(nèi)外轉(zhuǎn)角偏差計算結(jié)果表明，該方案的內(nèi)外轉(zhuǎn)角絕對值差Db基本在0.15°以內(nèi)，最大偏差為△βmax僅為0.1501°，最大相對偏差△β/β0僅為0.0079，因此，其轉(zhuǎn)向精度非常高。另外，在實際行走轉(zhuǎn)向過程中，各輪的軸線并非交于瞬時轉(zhuǎn)向中心，而應(yīng)該是無限地接近它，由此可判斷此方案是可行的。 </p

14、><p>　　3轉(zhuǎn)向機構(gòu)的力學(xué)特性 </p><p>　　轉(zhuǎn)向輪原地轉(zhuǎn)向時受到的阻力矩最大，計算時根據(jù)經(jīng)驗公式： </p><p>　　MR＝(1/η)G1xSQRT（e2＋k2） </p><p>　　式中η——轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動效率，取η＝0.85； </p><p>　　G1——前橋垂直負(fù)荷(N)，根據(jù)總體計算得出最大值

15、為G＝100 000N； </p><p>　　x——綜合摩擦系數(shù)，取x＝0.8； </p><p>　　e——輪胎中心與地面接觸點至銷與地面交點之間的距離，取261mm； </p><p>　　k——當(dāng)量半徑(mm)，k＝b/3，其中輪胎寬度b＝398mm，則k＝132.7mm。 </p><p><b>　　經(jīng)計算 </b

16、></p><p>　　MR＝20 667Nm </p><p>　　當(dāng)轉(zhuǎn)向輪達(dá)到最大內(nèi)轉(zhuǎn)角時，轉(zhuǎn)向動力缸的推力F達(dá)到最大值，轉(zhuǎn)向機構(gòu)受力見圖5?？梢缘贸鯽 1＝33.1°，β1＝11.3°，R＝275mm，則 </p><p>　　Fy＝MR/R＝75153N </p><p>　　Fn＝Fy/sina＝13761

17、7N </p><p>　　F＝Fn/cos b＝140337N </p><p>　　圖5轉(zhuǎn)向機構(gòu)受力圖 </p><p><b>　　4轉(zhuǎn)向油缸的確定 </b></p><p>　　轉(zhuǎn)向缸的有效作用面積為 </p><p>　　A＝F/P＝7 017mm2 </p><p&

18、gt;　　為保證轉(zhuǎn)向缸的工作穩(wěn)定，活塞桿直徑d與活塞直徑D之比取d＝D/2。 </p><p>　　而A＝π((D/2)2－(d/2)2） </p><p>　　則D＝SQRT(4A/π＋d2)＝110mm </p><p>　　d＝D/2＝55mm </p><p>　　為了增大轉(zhuǎn)向缸的有效作用面積減小系統(tǒng)壓力以及增大活塞桿的強度，取D＝1

19、20mm，d＝60mm。 </p><p>　　轉(zhuǎn)向油缸的行程S＝±165mm，初設(shè)時間t＝5s，則流量Q＝16.8L/min。以此值為依據(jù)進(jìn)行電磁比例閥的選型：根據(jù)靠近原則選擇25L/min的閥芯。 </p><p><b>　　5轉(zhuǎn)向機構(gòu)確定 </b></p><p>　　經(jīng)過總體計算，采用Pro ENGINEER軟件進(jìn)行3D參數(shù)

20、化建摸，并進(jìn)行運動分析排除干涉，得出如圖6所示的轉(zhuǎn)向機構(gòu)模型。 </p><p><b>　　圖6轉(zhuǎn)向機構(gòu)模型 </b></p><p><b>　　6 結(jié)語 </b></p><p>　　總之，該轉(zhuǎn)向機構(gòu)已經(jīng)安裝在某型號自行式高空作業(yè)平臺上，性能優(yōu)良，質(zhì)量可靠，簡單實用，用戶使用情況良好。此項技術(shù)可推廣應(yīng)用到系列化產(chǎn)品上