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摘 要
高空作業(yè)車是一種應(yīng)用范圍廣泛的工程機械，它是利用汽車底盤作為行走機構(gòu)，并且把工作人員和工作裝備運送到指定高度進行作業(yè)的特種車輛。本文對高空作業(yè)車的主要的結(jié)構(gòu)作了簡單的介紹；它的工作過程是通過液壓系統(tǒng)和PLC的聯(lián)合控制的作業(yè)的。
本文對高空作業(yè)車主要機構(gòu)的液壓系統(tǒng)進行了詳細(xì)的分析及其設(shè)計，對馬達(dá)、液壓泵、液壓閥等進行了選型計算，并且設(shè)立了液壓站。高空作業(yè)車作業(yè)平臺和支腿機構(gòu)的調(diào)平是由雙軸傾角傳感器分別檢測X、Y軸方向水平狀態(tài)的，當(dāng)發(fā)生傾斜時，傳感器就傳出模擬信號（電壓/電流）與給定精度的設(shè)定值相比較并將結(jié)果傳給PLC，PLC 根據(jù)預(yù)置程序輸出調(diào)平信號分別控制各電磁閥，使液壓缸動作，消除作業(yè)平臺和支腿機構(gòu)的傾角水平誤差，實現(xiàn)自動控制調(diào)平。通過利用液壓系統(tǒng)和PLC控制的設(shè)計和調(diào)節(jié)，使得高空作業(yè)車作業(yè)平臺的穩(wěn)定性和可靠性提高，同時提高了工作人員在工作時的安全性。
關(guān)鍵詞：高空作業(yè)車；作業(yè)平臺；液壓系統(tǒng)；PLC
i
Abstract
Aerial vehicle is engineering a wide range of applications, it is the use of automobile 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 hydraulic 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 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 cylinder, 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: high altitude working vehicle; hydraulic system; PLC platform;
目 錄
摘 要 i
Abstract ii
第1章 緒 論 1
1.1 引 言 1
1.2 高空作業(yè)車的發(fā)展?fàn)顩r 1
1.2.1 高空作業(yè)車國外的發(fā)展?fàn)顩r 1
1.2.2 高空作業(yè)車國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.2.3 高空作業(yè)車發(fā)展趨勢 3
1.3 課題背景 4
1.4 課題的設(shè)計內(nèi)容及意義 4
第2章 高空作業(yè)車的簡介 5
2.1 高空作業(yè)車的含義 5
2.2 高空作業(yè)車的分類 5
2.3 高空作業(yè)車的用途 5
2.4 高空作業(yè)車的技術(shù)特點 6
第3章 高空作業(yè)車組成結(jié)構(gòu) 7
3.1 動力傳動裝置 7
3.1.1 動力傳動裝置設(shè)計要求 7
3.1.2 動力傳動裝置類型 7
3.2 工作裝置 8
3.2.1 支腿機構(gòu) 8
3.2.2 舉升機構(gòu) 10
3.2.3 回轉(zhuǎn)機構(gòu) 11
第4章 作業(yè)平臺調(diào)平機構(gòu)的介紹及其方案的確定 14
4.1 作業(yè)平臺調(diào)平機構(gòu)的介紹 14
4.2 本課題調(diào)平機構(gòu)的方案確定 17
4.2.1 調(diào)平機構(gòu)類型的選擇要求 17
4.2.2 機構(gòu)特點的綜合分析 17
4.2.3 方案的最終確定 17
第5章 高空作業(yè)車各結(jié)構(gòu)的液壓系統(tǒng) 19
5.1 液壓傳動系統(tǒng) 19
5.1.1 液壓傳動系統(tǒng)的工作原理 19
5.1.2 液壓傳動系統(tǒng)的組成 19
5.1.3 液壓傳動系統(tǒng)的特點 20
5.2 高空作業(yè)車的液壓傳動 20
5.2.1 高空作業(yè)車主要機構(gòu)的液壓傳動 21
5.2.2 高空作業(yè)車的液壓系統(tǒng)總圖 26
5.3 高空作業(yè)車液壓系統(tǒng)的計算 27
5.3.1 初選執(zhí)行元件的設(shè)計壓力 27
5.3.2 計算和確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸與液壓馬達(dá)的排量 27
5.3.3 液壓泵的選擇 38
5.3.4 液壓閥的選擇 41
5.3.5 管道尺寸的確定 43
5.3.6 油箱容量的確定 44
5.3.8 液壓系統(tǒng)主要性能驗算 45
第6章 高空作業(yè)車的PLC設(shè)計 51
6.1 可編程控制器 51
6.1.1 可編程控制器的定義 51
6.1.2 可編程控制器的產(chǎn)生 51
6.1.3 PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較 51
6.1.4 PLC的主要特點 53
6.1.5 PLC在高空作業(yè)車上應(yīng)用的可能性和前景 54
6.2 高空作業(yè)車作業(yè)平臺PLC控制的設(shè)計 54
6.2.1 自動調(diào)平控制系統(tǒng)的調(diào)平功能要求 54
6.2.2 設(shè)計分析 55
6.2.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 56
6.2.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 58
6.3 舉升機構(gòu)和回轉(zhuǎn)機構(gòu)PLC的設(shè)計 61
6.3.1 設(shè)計分析 61
6.3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計 62
6.3.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計 64
6.4 支腿機構(gòu)PLC的設(shè)計 65
6.4.1 設(shè)計分析 65
6.4.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計 65
6.4.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計 66
第7章 液壓站的設(shè)計 71
7.1 液壓閥組的設(shè)計 71
7.2 液壓站油箱的設(shè)計 71
7.2.1 油箱的設(shè)計要點 71
7.2.2 油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計及其要點 72
結(jié)束語 75
參考文獻(xiàn) 76
外文翻譯 77
中文翻譯 83
致 謝 87
iv
第1章 緒 論
1.1 引 言
在國家生產(chǎn)建設(shè)當(dāng)中，大型的工程機械是不能缺少的技術(shù)設(shè)備，它在城市建設(shè)、交通運輸、農(nóng)田水利、能源開發(fā)和國防建設(shè)等各個方面都起著至關(guān)重要的作用。自從改革開放以后，國家加大了對基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，以及引進了大量先進的國外技術(shù)設(shè)備、制造技術(shù)的，加速了整個工程機械行業(yè)的發(fā)展壯大。
高空作業(yè)車是一種用來運送工作人員和工作器材到達(dá)指定高度進行作業(yè)的工程機械。由于它具有安全可靠、機動靈活、操作簡單等特點，因此在大型場館、橋梁、港口海岸的檢護;高層建筑的裝飾、清潔與維護;通訊、供電及城市交通設(shè)施的安裝與檢修;影視作品的拍攝與現(xiàn)場直播;高空險境及近岸水面的脫困救生;樹木的剪枝修整及藥劑噴灑等方面被廣泛地應(yīng)用。
圖1-1 高空作業(yè)車在生活中的應(yīng)用
1.2 高空作業(yè)車的發(fā)展?fàn)顩r
1.2.1 高空作業(yè)車國外的發(fā)展?fàn)顩r
在歐美日等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，高空作業(yè)車起步發(fā)展較早，從20世紀(jì)20年代就開始研制高空作業(yè)車，已經(jīng)有了百年的發(fā)展歷史。國外研發(fā)的產(chǎn)品具有技術(shù)水平高，作業(yè)高度高，安全性好，可靠性高，作業(yè)高度高，結(jié)構(gòu)型式豐富，功能多樣，規(guī)格齊全等特點。歐洲高空作業(yè)車的制造商主要以BRONTO（波浪濤)、RUTHMANN（胡特曼)、PALFINGER（帕爾菲格）、OIL&STEEL、SOCAGE等廠家為代表；美國以ALTEC（阿爾泰克)、TEREX（特雷克斯)、TIME（時代)等為代表；日本以AICHI（愛知)、TADANO（多田野)等為代表。
歐美日的高空作業(yè)車主要用途和風(fēng)格完全不同。美國的高空作業(yè)車作業(yè)高度基本不會超過40m，主要是帶電作業(yè)的絕緣型，，絕緣等級達(dá)到世界最高的500KV超高壓水平，主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)中電力線路的帶電維護作業(yè)，其年銷售量約為1.6萬臺，遠(yuǎn)低于高空作業(yè)平臺的平均年銷售量，其它領(lǐng)域高空作業(yè)以牽引式高空作業(yè)平臺和自行式高空作業(yè)平臺為主。
歐洲與美國恰恰相反，主要是非絕緣型高空作業(yè)車，絕緣型高空作業(yè)車數(shù)量非常少，所謂的絕緣型也不過是采用玻璃鋼工作斗，絕緣等級不超過1KV。歐洲的高空作業(yè)車應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，包括園林、市政、交通設(shè)施維護、室外裝潢、建筑、風(fēng)電維修等，年銷售量超過2萬臺，且保有量巨大，僅荷蘭一國高空作業(yè)車的保有量就超過1萬臺。歐洲高空作業(yè)車主要以租賃為主，目前世界作業(yè)高度最高的高空作業(yè)車均出自歐洲，包括BRONTO（波浪濤)、RUTHMANN（胡特曼)、WUMAG（烏馬格）在內(nèi)的廠家均研制了100m以上的高空作業(yè)車，SOCAGE公司也正在研制100m以上的高空作業(yè)車，但使用和保有量最大的還是作業(yè)高度在20～25m之間，以伸縮臂為主的臂架形式的車型。
日本高空作業(yè)車的年銷售量超過6千臺，兼?zhèn)浣^緣型和非絕緣型兩種類型，但其絕緣型的絕緣等級比美國的水平要降低不少，非絕緣型的作業(yè)高度也不如歐洲的作業(yè)高度，以日本愛知為例：非絕緣型高空作業(yè)車最大作業(yè)高度為28m，絕緣型高空作業(yè)車的最大絕緣等級為220KV。
1.2.2 高空作業(yè)車國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
我國高空作業(yè)車行業(yè)起步與國外相比較晚，開始研制的時間是20世紀(jì)60年代，商業(yè)化樣機在70年代才被推出。隨著改革開放的逐漸深入和引進國外的高新技術(shù)及其產(chǎn)品，我國的高空作業(yè)車才開始在交通、城市道路照明、公安、園林領(lǐng)域和電力等行業(yè)進行推廣使用。目前我國高空作業(yè)車年銷售量在2千臺左右，產(chǎn)品技術(shù)水平與國外的差距比較大，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相對單一。市場銷售、使用及保有量最大的車型還是以折疊臂式為主，其他型式如伸縮臂式和混合臂式占有的比重還很小，最大作業(yè)高度只有35m。國內(nèi)存在各種原始方式的高空作業(yè)，高空作業(yè)安全法規(guī)尚待完善，法規(guī)的普及應(yīng)用的范圍與國外相比還有很大差距，還應(yīng)繼續(xù)深化法規(guī)教育。
針對這種情況，一些國內(nèi)高空作業(yè)機械行業(yè)的骨干企業(yè)在原有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，不斷加大新產(chǎn)品的開發(fā)力度。如杭州愛知車輛有限公司在短時間內(nèi)先后研制了包括絕緣型高空作業(yè)車等10多種系列高空作業(yè)車產(chǎn)品，并自主開發(fā)了全液壓驅(qū)動自行伸縮臂式高空作業(yè)平臺，其最大作業(yè)高度達(dá)到了26.7m，填補了國內(nèi)該型式產(chǎn)品的空白，為船舶修造、建筑、機場及工礦企業(yè)的安裝檢修等提供了新產(chǎn)品。此外，錦州重型機械股份有限公司、撫順起重機總廠、徐州工程機械集團以及重慶大江工業(yè)(集團)有限公司等也先后開發(fā)了30m以上的高空消防作業(yè)車，徹底打破了以往該類型產(chǎn)品只能依賴國外進口的局面。在產(chǎn)品性能上，我國高空作業(yè)機械行業(yè)的一些骨干企業(yè)通過學(xué)習(xí)、引進和消化國外先進技術(shù)，不斷提高新產(chǎn)品的技術(shù)水平和質(zhì)量性能，已有部分產(chǎn)品達(dá)到或接近國際同類產(chǎn)品的水平。這些企業(yè)新產(chǎn)品的開發(fā)對推動整個行業(yè)技術(shù)的進步起到了一定作用，但總體來說，國內(nèi)生產(chǎn)的高空作業(yè)車與國外同類型產(chǎn)品相比仍存在一定的差距，主要表現(xiàn)為產(chǎn)品型譜未系列化、高空作業(yè)車專用底盤缺乏、基礎(chǔ)零部件配套水平較差、關(guān)鍵技術(shù)不成熟等。在今后的開發(fā)研制中，應(yīng)針對這些問題采取有效措施，通過引進、學(xué)習(xí)、消化國外先進技術(shù)和企業(yè)自主技術(shù)攻關(guān)，不斷提高產(chǎn)品的質(zhì)量與技術(shù)水平，逐漸縮小國內(nèi)外產(chǎn)品的差距。
1.2.3 高空作業(yè)車發(fā)展趨勢
隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，新技術(shù)的不斷發(fā)現(xiàn)，越來越多結(jié)構(gòu)型式更加完善的高空作業(yè)車將被研發(fā)出來，其將具備更高的安全性能，更加宜人化，作業(yè)范圍將更加廣闊，操縱也更加方便。如：英國Simon公司S400高空作業(yè)車為了正確完成支車并調(diào)整水平度，保證其作業(yè)安全，僅在支腿控制裝置上就設(shè)置了21個指示燈和警告燈，還有縱橫向電子斜度監(jiān)視器及一整套支收腿動作順序互鎖機構(gòu)。每次支車和收車都必須按同樣的順序和要求進引操作。否則按鈕不工作。電子斜度監(jiān)測器用于車輛傾斜度的監(jiān)測顯示，在支車和作業(yè)過程中若出現(xiàn)任意方向的傾斜超過允許值，斜度監(jiān)測器就與訊響器接通發(fā)出音響警告。該機還設(shè)有支車和支臂的互鎖機構(gòu)：當(dāng)支車、調(diào)平未達(dá)到規(guī)定值以內(nèi)，上車不能操作；反之，若上車不恢復(fù)到運輸狀態(tài)，支腿則不能收回。
我國的高空作業(yè)車當(dāng)前的技術(shù)實力與國外還有很大差距，不能直接將他們的先進的技術(shù)直接制成成品。但是我們可以借鑒國外的技術(shù)來進行自主研發(fā)，設(shè)計出符合我們國情的安全、合格的高空作業(yè)車。
主要趨勢是六化、三性：
六化：即液壓化、最優(yōu)化(采用計算機輔助設(shè)計)、輕量化(采用高強度材料減輕構(gòu)件重量)、機電液一體化(如安全保護、報警裝置等)、通用化、系列化。
三性：可靠性、安全性和舒適性。
1.3 課題背景
隨著城市規(guī)模和經(jīng)濟建設(shè)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(zāi)事故多種多樣且呈上升趨勢。因此，急需一種體積小、反應(yīng)快、機動靈活、具備多種功能的小型作業(yè)車。而且從市場調(diào)查的情況來看，這種高空作業(yè)車的需求量逐年增加。
1.4 課題的設(shè)計內(nèi)容及意義
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(diào)平機構(gòu)的設(shè)計與生產(chǎn)安全息息相關(guān)。所以需要一種保證工作人員安全的高空作業(yè)平臺。當(dāng)作業(yè)平臺發(fā)生傾斜時，
因此，本課題研究的主要目的是設(shè)計一種自動調(diào)平系統(tǒng)，當(dāng)平臺發(fā)生傾斜時，利用液壓傳動和PLC的控制，使得作業(yè)平臺恢復(fù)水平，以保證操作人員和設(shè)備的安全，提高作業(yè)安全系數(shù)及為工作人員操作的提供方便有著深遠(yuǎn)的意義。
第2章 高空作業(yè)車的簡介
2.1 高空作業(yè)車的含義
高空作業(yè)車是指3米以上，由液壓或電動系統(tǒng)支配多支液壓油缸，能夠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)裝置包括動力傳動裝置、工作裝置和液壓系統(tǒng)等部分組成?，F(xiàn)在的高空作業(yè)裝置具有操作平順、工作穩(wěn)定、自動調(diào)速、安全可靠等優(yōu)點，大大提高了空中作業(yè)的工作效率。
2.2 高空作業(yè)車的分類
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(gòu)只能在垂直方向上進行運動。它的主要特點是結(jié)構(gòu)簡單，承載能力強，但作業(yè)范圍小，作業(yè)高度低，這種結(jié)構(gòu)型式應(yīng)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，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(jié)構(gòu)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(shù)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(shù)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(jié)合，它綜合了兩種結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點，工作性能最好，但結(jié)構(gòu)也最為復(fù)雜。目前國內(nèi)生產(chǎn)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。
2.3 高空作業(yè)車的用途
高空作業(yè)車又稱為登高平臺消防車，廣泛用于建筑、市政、電訊、機場、工廠、園林、住宅等場所，從事消防、搶險救災(zāi)、施工、安裝、維護等工作。消防部門的滅火、輔助滅火或消防救援，是高空作業(yè)車最主要的功能之一。
2.4 高空作業(yè)車的技術(shù)特點
(1)新型的全液壓自行式專用底盤。研制的具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的自行式高空作業(yè)升降平臺車，采用了機電液一體化、可靠性設(shè)計和計算機輔助設(shè)計等技術(shù)，成功地研制了一種全液壓驅(qū)動、自行式專用底盤，突破了以往國內(nèi)高空作業(yè)升降平臺車只能采用汽車或起重機底盤改裝設(shè)計的限制。
(2)帶載行駛、作業(yè)穩(wěn)定性好。底盤結(jié)構(gòu)突破了傳統(tǒng)的設(shè)計理論和方法，通過優(yōu)化上車平臺總體布局與載荷分布，減少了重心偏移。采用獨特的大角度后仰式鉸點結(jié)構(gòu)，合理設(shè)置多種配重模塊，有效地平衡了工作力矩。采用H型變截面復(fù)合箱梁剮性車架和高負(fù)荷實心橡膠輪胎，增加了底盤整體剛度，保證了整機行駛、作業(yè)過程的穩(wěn)定性，實現(xiàn)了高空作業(yè)升降平臺車帶載行駛的功能。
(3)多功能、多用途的作業(yè)裝置。通過大臂前端托架，可以快速安裝舉升裝置或載人平臺，實現(xiàn)物料舉升、起重吊裝和載人高空作業(yè)等功能，同時為擴展作業(yè)裝置以及各種工作裝置的快速切換提供了接口。
(4)獨特的三維旋轉(zhuǎn)托舉裝置。設(shè)計的三維旋轉(zhuǎn)托舉裝置，既能夠自動保持被舉升物料的姿態(tài)，又可以實現(xiàn)舉升物料在空間內(nèi)任意高度、任意位置和任意方向的調(diào)整要求，速度控制精確靈敏，微動性能好，滿足了大型洞庫內(nèi)高空作業(yè)與通風(fēng)管道安裝的要求。
第3章 高空作業(yè)車組成結(jié)構(gòu)
高空作業(yè)車主要由動力傳動裝置、工作裝置（支腿機構(gòu)、舉升機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、作業(yè)平臺及調(diào)平機構(gòu)）和液壓系統(tǒng)等組成。
3.1 動力傳動裝置
3.1.1 動力傳動裝置設(shè)計要求
動力傳動裝置的設(shè)計要求如下：
(1)對作業(yè)功能，在規(guī)定的載荷范圍內(nèi)，不論載荷大小，要求動力傳動裝置具有穩(wěn)定的工作轉(zhuǎn)速；
(2)在同一工作循環(huán)內(nèi)，工作裝置的回轉(zhuǎn)機構(gòu)、舉升機構(gòu)等是正向和逆向運動交替進行的，因此要求能適應(yīng)運動方向的不斷改變；
(3)在工作過程中，各工作裝置的工作速度應(yīng)能隨作業(yè)進度及時調(diào)整，且調(diào)速范圍大，如舉升機構(gòu)需要有很低的微動速度。
3.1.2 動力傳動裝置類型
（1）內(nèi)燃機——機械傳動
這種傳動方式僅在用途單一的高空作業(yè)汽車上使用，如用于電力設(shè)施維修的垂直升降式高空作業(yè)汽車多采用這種形式。動力源為汽車發(fā)動機，動力經(jīng)變速器傳出后，還要經(jīng)分動器、離合器、減速器、卷揚機、滑輪以及鋼絲繩等傳遞到工作裝置，傳動路線長，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。
（2）電力——機械傳動
這種傳動方式是利用外接電源或車載電源（蓄電池），通過電動機將電能轉(zhuǎn)換成機械能，再經(jīng)機械傳動裝置將動力傳遞到各工作裝置。由于電動機具有逆轉(zhuǎn)性和在較大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速等特點，并且各機構(gòu)可由獨立的電機驅(qū)動，簡化了傳動和操縱機構(gòu)，而且噪聲小、污染少，適用在外接電源方便或流動性不大的場地作業(yè)。
（3）內(nèi)燃機——電力傳動
這種傳動方式的路線是汽車發(fā)動機 → 發(fā)電機 → 電動機，然后帶動各工作裝置運轉(zhuǎn)。其優(yōu)點是利用直流電動機的優(yōu)良工作特性，使高空作業(yè)汽車獲得良好的作業(yè)性能，但這些傳動裝置質(zhì)量較大，價格昂貴。
（4）內(nèi)燃機——液壓傳動
大部分折疊臂式高空作業(yè)汽車都采用這種工作方式，它可充分利用液壓傳動的優(yōu)點，簡化傳動結(jié)構(gòu)，并且易于實現(xiàn)無級調(diào)速和運動方向的變換，傳動平穩(wěn)、操作簡單、方便、省力、能防止過載。
綜上所述，通過以上各種動力傳動裝置的結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟性、適用范圍以及操作性能等多方面性能的分析，將動力傳動裝置選定為內(nèi)燃機——液壓傳動這種形式。
3.2 工作裝置
高空作業(yè)汽車的工作裝置包括支腿機構(gòu)、舉升機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、作業(yè)平臺及調(diào)平機構(gòu)、操作及安全保護裝置等。本章只介紹支腿機構(gòu)、舉升機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)，作業(yè)平臺及調(diào)平機構(gòu)下章介紹。
3.2.1 支腿機構(gòu)
支腿機構(gòu)是大多數(shù)折疊臂式高空作業(yè)汽車所必備的工作裝置，目前均采用液壓支腿。這類裝置是利用從汽車發(fā)動機取出的動力來驅(qū)動液壓泵，通過控制閥把液壓泵產(chǎn)生的液壓油供給液壓支腿的工作缸，實現(xiàn)支腿伸縮。其優(yōu)點是操作簡單，動作迅速。
液壓式支腿按數(shù)量來分有雙支腿和四支腿兩種。雙支腿的兩個支腳布置在起重裝置下的車體兩側(cè)，起支撐點只有兩個，因而支撐能力低，穩(wěn)定性差。
（1）單缸雙支腿
是用一個雙作用液壓缸來驅(qū)動兩側(cè)支腿伸縮的。這種支腿結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，但液壓缸行程長，且是浮置于箱形長槽內(nèi)，動作慢，強度差，一般較少采用。
（2）雙缸雙支腿
其各支腿均由單獨的液壓缸驅(qū)動，其具有結(jié)構(gòu)緊湊，動作迅速，制成效能高等特點。
（3）四支腿
其中兩個支腿安裝在汽車的后部，另兩個支腿安裝在前后輪之間。在作業(yè)車的兩側(cè)，一般具有操縱桿，可使前、后、左、右4個液壓支腿單獨地伸出或縮回，所以即使在不平整或傾斜的地面上，也能把車調(diào)整到水平狀態(tài)，提高了整車作業(yè)時的穩(wěn)定性。
液壓支腿按其結(jié)構(gòu)形式又可分為：蛙式支腿、H式支腿和X式支腿。
（1）蛙式支腿
（如圖3-1所示），一種蛙式支腿的結(jié)構(gòu)示意圖，支腿的伸縮動作由一個液壓缸完成。在運動過程中，支腿除有垂直位移△y外，在接地過程中還有水平位移△x（如圖3-2）。這種支腿結(jié)構(gòu)簡單，液壓缸數(shù)少，一支腿一液壓缸，結(jié)構(gòu)質(zhì)量小。但支腿在伸出過程中受搖臂尺寸的限制，支腿的跨距（圖3-2種的2a）不能很大，調(diào)平性能較差，且在支反力變化過程中有爬移現(xiàn)象。
圖3-1 蛙式支腿 圖3-2 蛙式支腿的運動示意圖
（2）H式支腿
（如圖3-3所示），這種形式的支腿對地面適應(yīng)性好，易于調(diào)平，且在支反力變化過程中無爬移現(xiàn)象，是高空作業(yè)車較理想的支腿形式。H式支腿由兩個液壓缸驅(qū)動即水平推力液壓缸和垂直的支撐液壓缸。這種支腿形式的穩(wěn)定性良好。
圖3-3 H式支腿 圖3-4 X式支腿
（3）X式支腿
（如圖3-4所示），這種支腿的垂直液壓缸作用在伸縮腿的中間，當(dāng)推力液壓缸將腿伸出后，垂直支撐液壓缸將支腿壓向地面，使輪胎離地（如圖3-4(a)所示）,四個伸縮腿是同步工作的，而垂直液壓缸可同時頂升，也可單獨工作，以便對車架進行調(diào)平。由于X式支腿的垂直支撐液壓缸作用在橫梁的中間，而橫梁又直接支撐在地面上，這就比H式支腿更加穩(wěn)定。但X式支腿離地間隙較小，在伸支腿的接地過程中有水平位移運動，從而加大了液壓缸的推力，液壓缸易損壞。
綜上所述，H型支腿穩(wěn)定性較蛙式支腿好，雖然X型支腿的穩(wěn)定性比H型支腿更好，但X型支腿的離地間隙比H型支腿小。因此，高空作業(yè)車的支腿機構(gòu)常常選擇H型支腿，（如圖3-3所示）。
3.2.2 舉升機構(gòu)
舉升機構(gòu)的作用是實現(xiàn)作業(yè)平臺的升降和變幅，其結(jié)構(gòu)型式有交叉剪刀式、套筒式、伸縮臂式和折疊臂式。
（1）交叉剪刀式舉升機構(gòu)
交叉剪刀式舉升機構(gòu)是按交叉布置，鉸接成剪刀型的連桿框架結(jié)構(gòu)。當(dāng)改變連桿交叉的角度時即實現(xiàn)升降運動，如圖3-5（c）所示。連桿交叉角度的改變，可通過液壓油缸活塞桿的伸縮或鋼絲繩的收放來實現(xiàn)。這種舉升機構(gòu)能完成較低高度的作業(yè)，工作平穩(wěn)，作業(yè)平臺較大，被廣泛的應(yīng)用于飛機、船舶制造、室內(nèi)維修、清潔電車線路維修等作業(yè)場地。但是，這種作業(yè)車越障能力差、工作范圍小。
(a) 伸縮式 (b) 折疊式 (c) 交叉剪式 (d) 套筒式
圖3-5 高空作業(yè)車的結(jié)構(gòu)簡圖
（2）套筒式舉升機構(gòu)
套筒式舉升機構(gòu)通過多節(jié)套筒的伸縮完成升降運動，如圖3-5(d)所示。驅(qū)動方式也可采用液壓傳動或鋼絲繩滑輪傳動，這種垂直升降式舉升機構(gòu)作業(yè)高度有限，工作范圍小，但作業(yè)車平臺較大，且支撐穩(wěn)定。
（3）伸縮臂式舉升機構(gòu)
伸縮臂式舉升機構(gòu)由多節(jié)套裝、可伸縮的箱型臂構(gòu)成，如圖3-5（a）所示。它包括基本臂和伸縮臂兩部分。伸縮臂可為一節(jié)或多節(jié)，各節(jié)間裝有液壓缸。液壓缸工作時，各節(jié)臂在液壓缸活塞桿的推動下可沿導(dǎo)向元件（滑塊）上、下滑動，從而改變臂架的長度。整個臂架系統(tǒng)支承在液壓缸底部的鉸支座和變幅液壓缸的兩端。通過變幅液壓缸活塞桿的伸縮實現(xiàn)臂架擺動，從而達(dá)到變幅與升降的目的。這種型式的臂架其最大作業(yè)高度可達(dá)60～80米。由于伸縮臂式舉升機構(gòu)可獲得較大的作業(yè)高度和變幅，因此，被廣泛的應(yīng)用于各種高空作業(yè)汽車上。但是，這種作業(yè)車的越障能力差。
（4）折疊臂式舉升機構(gòu)
折疊臂式舉升機構(gòu)由多節(jié)箱形臂折疊而成，如圖3-5（b）所示。這種型式一般采用2～3節(jié)折疊臂組成。其折疊的方式可分為上折式和下折式兩種。各節(jié)臂的折疊和展開運動由各節(jié)間液壓缸完成。這種型式的舉升機構(gòu)可完成一定高度和幅度的作業(yè)，另外，下折式還可完成地平面以下的空間作業(yè)，擴大了折疊臂式高空作業(yè)汽車的作業(yè)范圍。由于折疊臂式舉升機構(gòu)具有靈活多樣、適應(yīng)性好、越障能力強等優(yōu)點，所以，應(yīng)用非常廣泛。
3.2.3 回轉(zhuǎn)機構(gòu)
高空作業(yè)車是依靠舉升機構(gòu)和回轉(zhuǎn)機構(gòu)實現(xiàn)載人工作斗在兩個水平和垂直方向的移動。高空作業(yè)車的一部分（一般指上車部分或回轉(zhuǎn)部分）相對于另一部分（一般指下車部分或非回轉(zhuǎn)部分）做相對的旋轉(zhuǎn)運動稱為回轉(zhuǎn)。為實現(xiàn)高空作業(yè)車的回轉(zhuǎn)運動而設(shè)置的機構(gòu)稱為回轉(zhuǎn)機構(gòu)。它是由液壓馬達(dá)經(jīng)減速器將動力傳遞到回轉(zhuǎn)小齒輪上，小齒輪既作自轉(zhuǎn)又作沿著定在底架上的回轉(zhuǎn)支承大齒圈公轉(zhuǎn)，從而帶動整個上車部分回轉(zhuǎn)。有了回轉(zhuǎn)運動，從而使高空作業(yè)車從面作業(yè)范圍又?jǐn)U大為一定空間的作業(yè)范圍。高空作業(yè)車在工作臂起伏時，工作斗與水平面夾角必須保持相對穩(wěn)定，才能保證工作人員正常工作。
回轉(zhuǎn)機構(gòu)是由回轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)和回轉(zhuǎn)支撐機構(gòu)兩部分構(gòu)成的。根據(jù)驅(qū)動裝置的不同回轉(zhuǎn)機構(gòu)可分為：機械驅(qū)動式、電力驅(qū)動式和液壓驅(qū)動式。根據(jù)回轉(zhuǎn)支撐的結(jié)構(gòu)不同，回轉(zhuǎn)機構(gòu)可分為轉(zhuǎn)柱式、立柱式和轉(zhuǎn)盤式，其中轉(zhuǎn)盤式是一種較常用的形式。
轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)支撐裝置又可分為兩種：支撐滾輪式和滾動軸承式。支撐滾輪式回轉(zhuǎn)支撐裝置增大了轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)裝置的高度，且質(zhì)量增加，成本增大；滾動軸承式回轉(zhuǎn)支撐裝置是目前應(yīng)用最多的一種，它是在普通滾動軸承的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于放大了的滾動軸承。其優(yōu)點是回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩小，承載能力大，高度低。由于回轉(zhuǎn)支撐裝置的高度降低，可以降低整車的質(zhì)心，從而增大了汽車的穩(wěn)定性。
滾動軸承式回轉(zhuǎn)支撐機構(gòu)按結(jié)構(gòu)可分為以下幾種：
（1）單排滾球式轉(zhuǎn)盤
如圖3-6所示，單排球轉(zhuǎn)盤多數(shù)是由內(nèi)外座圈組合成一個整體的滾道，其滾道是圓
弧形曲面，是最簡單的一種回轉(zhuǎn)支撐裝置，球和導(dǎo)向體從內(nèi)圈或外圈的圓孔中裝進滾道里，然后將裝配孔堵塞。這種回轉(zhuǎn)支撐裝置的優(yōu)點是：質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、成本較低，但其承載能力小，故應(yīng)用不多。
(a) 外齒式 (b) 內(nèi)齒式 (a) 外齒式 (b) 內(nèi)齒式
圖3-6 單排球轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu) 圖3-7 雙排球轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)
(a) 外齒式圖 (b) 內(nèi)齒式圖
圖3-8 交叉圓柱滾子轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)
（2）雙排滾球式轉(zhuǎn)盤
（如圖3-7所示），主要由上、下雙排球體、內(nèi)、外座圈、間隔體和潤滑密封裝置等組成。上、下球體均排列在一整體的內(nèi)（或外）座圈內(nèi)。雙排球轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)支撐裝置比同樣大小和相同數(shù)目的單排球轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)支撐裝置的承載能力要大得多。
（3）交叉滾柱式轉(zhuǎn)盤
（如圖3-8所示），滾子的接觸角一般為45°，相鄰的滾子軸線交叉排列，即相鄰的兩圓柱滾子軸線成90°交叉。這不但使回轉(zhuǎn)機構(gòu)能承受軸向和徑向載荷，而且還能承受翻傾力矩。此外，和滾球轉(zhuǎn)盤相比，這種滾道是平面，加工工藝比較簡單，容易達(dá)到加工要求。
（4）高承載能力轉(zhuǎn)盤
在一些大型的起重舉升專用汽車中，可用雙排、多排的滾球或滾柱式回轉(zhuǎn)支撐裝置。
圖3-9 高空作業(yè)車外形圖
第4章 作業(yè)平臺調(diào)平機構(gòu)的介紹及其方案的確定
4.1 作業(yè)平臺調(diào)平機構(gòu)的介紹
舉升機構(gòu)的端部連接作業(yè)平臺，它是用于載人或器材的基本構(gòu)件。為了保證作業(yè)人員安全工作和防止器材掉落，各國對作業(yè)平臺的結(jié)構(gòu)和性能提出了明確的要求。如平臺的護欄高度、平臺寬度、平臺的防滑表面、平臺上的安全帶及短索的結(jié)點等。
為了使作業(yè)平臺的底平面在作業(yè)過程中始終保持水平，高空作業(yè)車上裝有式作業(yè)平臺保持水平的自動調(diào)平機構(gòu)，平臺調(diào)平機構(gòu)的形式大致分為自重調(diào)平機構(gòu)、平行四連桿調(diào)平機構(gòu)、鏈條鏈輪式調(diào)平機構(gòu)、靜液壓調(diào)平機構(gòu)( 伺服液壓缸調(diào)平機構(gòu)) 和電液調(diào)平機構(gòu)等。當(dāng)高空作業(yè)車臂架升降過程中，臂架和水平面必然會產(chǎn)生一定的夾角，引起平臺以相同角度傾斜，因此，要求調(diào)平機構(gòu)能夠?qū)崟r地對平臺的傾斜角度進行調(diào)整，使平臺處于要求的安全狀態(tài)。不同的調(diào)平方式，對實時調(diào)整平臺的傾斜角度有所差別。
（1）自重調(diào)平機構(gòu)：
（如圖4-1所示），平臺的重心在作業(yè)平臺與臂桿連接的轉(zhuǎn)動鉸點的正下方，且靠近底部，利用工作平臺和載荷的重力作用可以使平臺無論如何升降都能自動保持在接近水平的狀態(tài)。該方法結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，調(diào)整維修方便，成本低，但調(diào)整精度不高，且易晃動，特別是當(dāng)操作人員在平臺中的位置變動時，平臺產(chǎn)生搖動，操作人員有不安全的感覺。因此，在平臺達(dá)到作業(yè)位置后要使用鎖緊機構(gòu)防止晃動，操作起來比較麻煩，僅在工作高度較低、技術(shù)性能低的作業(yè)車上使用，現(xiàn)在已較少使用。
圖4-1 自重調(diào)平機構(gòu)
1.平臺；2.連接銷軸；3.臂架
（2）平行四連桿調(diào)平機構(gòu)：
（如圖4-2所示），平行四連桿調(diào)平機構(gòu)由多組平行四邊形連桿機構(gòu)組成，調(diào)平機構(gòu)一端與平臺相連，另一端與轉(zhuǎn)臺連接，上平行四邊形和下平行四邊形相連處的短邊固聯(lián)在一起，利用平行四邊形在變形過程中2 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)。
它的調(diào)平過程是連續(xù)的，具有調(diào)平可靠、同步性好的特點，且在實際應(yīng)用中折疊臂本身可作為平行四邊形的1 個邊。因此，結(jié)構(gòu)比較簡單，主要用在折疊臂式高空作業(yè)車上。早期的平行四連桿機構(gòu)布置在臂架的外側(cè)，結(jié)構(gòu)不緊湊，現(xiàn)在可將其布置在臂內(nèi)側(cè)，但缺點是由于平行四連桿的限制，與平臺連接的吊臂和平臺之間的工作角度范圍小于180°，控制精度不高。
圖4-2 平行四連桿調(diào)平機構(gòu)
1.回轉(zhuǎn)臺；2.下平行四邊形；3.上平行四邊形；4.工作平臺
（3）靜液壓調(diào)平機構(gòu)
（如圖4-3 所示），靜液壓調(diào)平原理是利用油液體積不變原理。工作中，換向閥關(guān)閉，由下調(diào)平液壓缸、雙向平衡閥和上調(diào)平液壓缸組成1 個封閉的自動調(diào)平回路。當(dāng)臂架在變幅液壓缸作用下抬起某個角度，下調(diào)平液壓缸伸長，有桿腔油液被排出而流入同規(guī)格的上調(diào)平液壓缸的有桿腔。同時，上、下調(diào)平液壓缸之間的雙向平衡閥被開啟( 早期多使用雙向液壓鎖，與其相比較，雙向平衡閥具有緩沖性能，故調(diào)平的平穩(wěn)性能好些) ，上調(diào)平液壓缸無桿腔油液流入下調(diào)平液壓缸的無桿腔，使平臺在由上、下調(diào)平液壓缸與轉(zhuǎn)臺、臂架所構(gòu)成的2 個相互關(guān)聯(lián)的三角形的角度變化過程中始終保持水平。
圖4-3 靜液壓調(diào)平機構(gòu)及補油油路液壓原理
1.回轉(zhuǎn)臺；2.臂桿；3.工作平臺；4.調(diào)平液壓缸；5.有桿腔連接油路；6.無桿腔連接油路；7.調(diào)平液壓缸Ⅱ
圖3的靜液壓式調(diào)平機構(gòu)將臂架居中布置，較為簡單，調(diào)整維修較方便，調(diào)整精度比前3 種機械式調(diào)平機構(gòu)高，調(diào)平精度可達(dá)0° ～ 2°，適用伸縮臂式車型。但因其調(diào)平角度不宜大于90°，所以在多節(jié)全折疊臂上多以組合形出現(xiàn)，如調(diào)平液壓缸和鏈條鏈輪及拉桿的組合。工作中靜液壓系統(tǒng)由于密封和接頭等漏油，長期工作后會給平臺帶來傾斜，需要在液壓系統(tǒng)上設(shè)置補油裝置。其補油油路與其他工作油路并聯(lián)在一起，由同一油泵供油。工作一段時間后平臺傾斜時，扳動換向閥進行補油。
（4）電液調(diào)平機構(gòu)
電液調(diào)平機構(gòu)的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(chǎn)生1個相應(yīng)的電流，控制調(diào)平液壓缸的動作，最終使平臺保持水平狀態(tài)。這種調(diào)平機構(gòu)可實現(xiàn)平臺的自動調(diào)平，與平臺與臂架之間的連接方式、臂架的結(jié)構(gòu)和整車與地面產(chǎn)生的傾斜無關(guān)。
圖4-4 電液調(diào)平機構(gòu)及補油油路液壓原理
1.調(diào)平油缸 2.臂桿 3.工作平臺 4.水平傳感器 5.液壓鎖 6.電磁換向閥
電液比例調(diào)平機構(gòu)由電液比例( 伺服) 閥、比較放大器、水平傳感器及調(diào)平液壓缸等組成。其中水平傳感器4安裝在工作平臺3上，當(dāng)工作平臺處于水平狀態(tài)時，水平傳感器輸出電流為零，當(dāng)工作平臺發(fā)生傾斜時，水平傳感器產(chǎn)生控制電流，電流的大小不隨工作平臺的傾斜角度變化而改變。根據(jù)工作平臺傾斜方向的不同，控制電流進入電磁換向閥6的2個電磁線圈中的1個，使電磁換向閥工作，調(diào)平油缸1伸長或縮短，最終使工作平臺趨于水平。調(diào)平是不連續(xù)的，適用于上臂式和伸縮臂式高空作業(yè)車。通常在平臺電控箱內(nèi)設(shè)有手動操縱按鈕，當(dāng)自動調(diào)平機構(gòu)出現(xiàn)問題不工作時，可手動操縱確保平臺水平，以免發(fā)生事故，確保人身安全。目前，電液比例調(diào)平技術(shù)主要被應(yīng)用在高空消防車行業(yè)，國產(chǎn)折疊臂式和伸縮臂式低米數(shù)高空作業(yè)車上應(yīng)用的較少。該套系統(tǒng)技術(shù)含量高，調(diào)平精度高，智能化程度高，成本相對比較高。
4.2 本課題調(diào)平機構(gòu)的方案確定
4.2.1 調(diào)平機構(gòu)類型的選擇要求
提高高空作業(yè)車安全可靠性的關(guān)鍵之一在于合理選擇平衡機構(gòu)的形式。平衡機構(gòu)是高空作業(yè)車的機構(gòu)之一。它的性能和結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣直接影響到工作人員的安全，同時也標(biāo)志著高空作業(yè)車的性能先進與否。高空作業(yè)車采用的平衡機構(gòu)型式還會直接影響到登高車的作業(yè)高度。
根據(jù)登高車的作業(yè)要求，在設(shè)計上對平衡機構(gòu)有以下幾項要求：1、安全可靠；2、自動平衡；3、結(jié)構(gòu)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(shù)先進。
4.2.2 機構(gòu)特點的綜合分析
經(jīng)以上各種調(diào)平機構(gòu)介紹,自重調(diào)平機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、調(diào)整維修方便、成本低但易換動，特別是當(dāng)操作人員在平臺中的位置變動時，平臺產(chǎn)生搖動，操作人員有不安全的感覺，必須采用鎖緊機構(gòu)比較麻煩，所以該機構(gòu)多用于技術(shù)性能較低的車型上。平行四連桿機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整、維修方便，調(diào)平精度較高，且較平穩(wěn)，但缺點平行四連桿機構(gòu)只能在臂桿外側(cè)布置，結(jié)構(gòu)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(diào)平機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)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(xiàn)象，且滯后現(xiàn)象隨著高度的增加而更加明顯。電液調(diào)平方式中電液自動調(diào)平機構(gòu)的調(diào)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。
各調(diào)平方式和性能比較見表4.1
4.2.3 方案的最終確定
隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，電液自動調(diào)平機構(gòu)的使用也越來越多，越來越廣。但是，電液自動調(diào)平機構(gòu)的調(diào)平方式卻是不連續(xù)的，使得作業(yè)平臺的安全性也大大的降低了，因此，本課題的設(shè)計是在電液自動調(diào)平機構(gòu)的基礎(chǔ)上創(chuàng)新的，利用液壓系統(tǒng)與PLC控制相結(jié)合，完成作業(yè)平臺的調(diào)平工作，并具有連續(xù)性，為此提高作業(yè)平臺的穩(wěn)定性和安全性。
表4.1 各調(diào)平方式和性能比較
機構(gòu)類型
結(jié) 構(gòu)
平衡性
機構(gòu)重量
技術(shù)先進性
調(diào)整與維修
可伸縮性
綜合評價
自重式
最簡單
不好
最輕
最差
方便
--------
第一
連桿式
簡單
較高
輕
一般
方便
不能
第二
靜液壓式
較簡單
較高
較輕
一般
不方便
能
第三
電液自動調(diào)平式
較簡單
較高
較輕
較先進
方便
能
第四
其工作原理如下：
高空作業(yè)車的作業(yè)平臺上有一個雙軸傾斜傳感器，在自動調(diào)平過程中，雙軸傾斜傳感器不斷地監(jiān)測平臺的傾斜角，將監(jiān)測信號不斷地傳回PLC中，將該路信號與PLC中的給定值進行比較，計算出偏差值，將偏差值按照一定的程序算法進行計算處理發(fā)出相應(yīng)的使誤差向減小的方向變化的控制信號，經(jīng)功率放大器放大后，驅(qū)動四塊電磁閥中相應(yīng)的閥開啟或關(guān)閉，控制相應(yīng)的油缸的升降，減小平臺的傾斜角，再經(jīng)傳感器的檢測，將監(jiān)測信號傳回PLC中計算出偏差值，進行內(nèi)部控制計算處理，當(dāng)誤差信號達(dá)到指定的誤差范圍內(nèi)時，PLC發(fā)出停止命令，從而達(dá)到控制平臺自動調(diào)平的作用（如圖4-5所示）。
圖4-5 作業(yè)平臺自動調(diào)平工作原理圖
第5章 高空作業(yè)車各結(jié)構(gòu)的液壓系統(tǒng)
5.1 液壓傳動系統(tǒng)
5.1.1 液壓傳動系統(tǒng)的工作原理
液壓傳動是利用帕斯卡原理進行工作的。在封閉的液壓傳動系統(tǒng)中，施加于液體上的壓力等值地傳遞到液體中的各點。液壓傳動的基本原理：液壓系統(tǒng)利用液壓泵將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，通過液體壓力能的變化來傳遞能量，經(jīng)過各種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓執(zhí)行元件(液壓缸或馬達(dá))把液體壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，從而驅(qū)動工作機構(gòu)，實現(xiàn)直線往復(fù)運動和回轉(zhuǎn)運動。
5.1.2 液壓傳動系統(tǒng)的組成?
液壓系統(tǒng)主要由：動力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達(dá)）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。?
（1）動力元件（油泵）
它的作用是利用液體把原動機的機械能轉(zhuǎn)換成液壓力能；是液壓傳動中的動力部分。?
（2）執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達(dá)）
它是將液體的液壓能轉(zhuǎn)換成機械能。其中，油缸做直線運動，馬達(dá)做旋轉(zhuǎn)運動。?
（3）控制元件?
包括壓力閥、流量閥和方向閥等。它們的作用是根據(jù)需要無級調(diào)節(jié)液動機的速度，并對液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流向進行調(diào)節(jié)控制。?
（4）輔助元件
除上述三部分以外的其它元件，包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件各種管接頭(擴口式、焊接式、卡套式）、高壓球閥、快換接頭、軟管總成、測壓接頭、管夾等及油箱等，它們同樣十分重要。
（5）工作介質(zhì)
工作介質(zhì)是指各類液壓傳動中的液壓油或乳化液，它經(jīng)過油泵和液動機實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。?
5.1.3 液壓傳動系統(tǒng)的特點
（1）液壓傳動的優(yōu)點
①體積小、重量輕，例如同功率液壓馬達(dá)的重量只有電動機的10％～20%。因此慣性力較小，當(dāng)突然過載或停車時，不會發(fā)生大的沖擊；
②能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動調(diào)節(jié)牽引速度，并可實現(xiàn)無極調(diào)速，且調(diào)速范圍最大可達(dá)1：2000(一般為1：100）；
③換向容易，在不改變電機旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實現(xiàn)工作機構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運動的轉(zhuǎn)換；
④液壓泵和液壓馬達(dá)之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴(yán)格限制；
⑤由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對運動表面間能自行潤滑，磨損小，使用壽命長；
⑥操縱控制簡便，自動化程度高；
⑦容易實現(xiàn)過載保護；
⑧液壓元件實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、便于設(shè)計、制造和使用。
（2）液壓傳動的缺點
①使用液壓傳動對維護的要求高，工作油要始終保持清潔；
②對液壓元件制造精度要求高，工藝復(fù)雜，成本較高；
③液壓元件維修較復(fù)雜，且需有較高的技術(shù)水平；
④液壓傳動對油溫變化較敏感，這會影響它的工作穩(wěn)定性。因此液壓傳動不宜在很高或很低的溫度下工作，一般工作溫度在-15℃~60℃范圍內(nèi)較合適；
⑤液壓傳動在能量轉(zhuǎn)化的過程中，特別是在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，其壓力大，流量損失大，故系統(tǒng)效率較低。
5.2 高空作業(yè)車的液壓傳動
本課題的高空作業(yè)車采用折臂式結(jié)構(gòu)，工作裝置為液壓驅(qū)動。液壓系統(tǒng)元件按構(gòu)成類型可以分為動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和工作介質(zhì)等。在此液壓系統(tǒng)中，將構(gòu)成作業(yè)車主要工作機構(gòu)的液壓回路分成：舉升機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、支腿收放和作業(yè)平臺的調(diào)平這幾個部分。高空作業(yè)車的液壓系統(tǒng)采用定量齒輪泵供油，系統(tǒng)工作壓力為16MPa，油路中設(shè)有安全溢流閥，液壓系統(tǒng)通過電磁換向閥對工作臂油缸，回轉(zhuǎn)馬達(dá)，由PLC控制動作，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的工作速度，并且能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)速。系統(tǒng)工作壓力由溢流閥調(diào)定。
5.2.1 高空作業(yè)車主要機構(gòu)的液壓傳動
高空作業(yè)車下車的各機構(gòu)的液壓傳動組成和主要特點如下：
（1）回轉(zhuǎn)機構(gòu)的液壓油路
回轉(zhuǎn)機構(gòu)用以改變工作方位?？紤]到載荷的擺動會造成傾翻的危險，對微動性和平穩(wěn)性要求較高。液壓驅(qū)動的回轉(zhuǎn)機構(gòu)有高速方案和低速方案之分。高速方案采用高速液壓馬達(dá)，通過減速裝置降速，增大扭矩，以驅(qū)動回轉(zhuǎn)機構(gòu)的回轉(zhuǎn);低速方案采用低速液壓馬達(dá)以驅(qū)動回轉(zhuǎn)機構(gòu)的回轉(zhuǎn)。
（2）舉升機構(gòu)的液壓油路
舉升機構(gòu)是把作業(yè)臂舉升到不同的位置。在舉升的過程中作業(yè)臂要完成上下舉升，則作業(yè)臂的舉升由油缸來完成所規(guī)定的動作。操控其對應(yīng)的換向閥閥桿，油道連通。油泵排出的壓力油打開平衡閥的單向閥進入油缸無桿腔，使臂起、伸、折，油缸回油經(jīng)另—油道流回油箱。反向操控，則壓力油進入油缸有桿腔，使臂、落、縮、疊。變幅、伸縮、折疊油缸在下降的過程中，由于載荷或自重力的作用，速度越來越快，以致失控，為可靠地控制下降速度，必須采取限速措施，加裝平衡閥。
（3）支腿油路
液壓支腿在高空作業(yè)車工作時，支撐著整個車重和外載荷重量，要求安全可靠。如發(fā)生支腿自縮，就會使整個高空車有傾翻的危險。因此在支腿油路中設(shè)置雙向液壓鎖元件，且直接安裝在垂直液壓缸上，防止管路破壞或液壓缸活塞密封圈損壞時可能發(fā)生的事故。為了提高工作效率及整機調(diào)平需要，水平液壓缸、垂直液壓缸既可同時伸縮又可單獨伸縮。
（4）調(diào)平油路
調(diào)平油路無論高空作業(yè)車作業(yè)平臺起升機構(gòu)臂架如何擺動，調(diào)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(diào)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(diào)平過程的影響降至最小。且調(diào)平油缸是由PLC控制，可以準(zhǔn)確的控制油缸動作，使作業(yè)平臺的操作者感覺不到平臺的傾斜，保持良好的平穩(wěn)性。
5.2.1.1 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的液壓傳動
（1）動作分析
回轉(zhuǎn)機構(gòu)進行回轉(zhuǎn)時，液壓馬達(dá)輸出動力，通過回轉(zhuǎn)減速機減速后帶動輸出軸上的小齒輪旋轉(zhuǎn)，小齒輪與回轉(zhuǎn)支承的齒圈嚙合，由于回轉(zhuǎn)支承的齒圈與車架剛性連接，因而回轉(zhuǎn)減速機帶動與之相連的轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)。
（2）液壓回路
電磁換向閥：電磁換向閥借助于電磁鐵吸力推動閥芯動作來改變液流方向。
梭閥：梭閥相當(dāng)于有兩個單向閥組合而成，有兩個輸入口和一個輸出口，在液壓回路中起邏輯或的作用。
單向節(jié)流閥：正向流動時起單向閥作用，反向流動時起節(jié)流閥作用。
制動器：制動器一般采用常閉式，即向制動器供壓力油時，制動器打開，反之，則在彈簧力作用下使馬達(dá)制動。
其控制過程分析如下：
圖5-1 液壓馬達(dá)控制回轉(zhuǎn)機構(gòu)液壓回路圖
（如圖5-1所示），換向閥置于右位時，壓力油經(jīng)梭閥進入制動器油缸，制動器松開。液壓油同時經(jīng)平衡閥中的單向閥進入回轉(zhuǎn)機構(gòu)液壓馬達(dá)，驅(qū)動其轉(zhuǎn)動，使吊臂回轉(zhuǎn)。換向閥置于左位時，液壓油經(jīng)單向節(jié)流閥進入回轉(zhuǎn)機構(gòu)液壓馬達(dá)的另一腔，同時經(jīng)梭閥進入制動油缸，松開制動器，液壓馬達(dá)反轉(zhuǎn)。換向閥處于中位時，整個回路卸荷，制動器液壓缸在自身彈簧的作用下迅速剎住液壓馬達(dá)。這樣，即使液壓馬達(dá)有內(nèi)泄漏也能保證吊臂被迅速制動住。
5.2.1.2 舉升機構(gòu)的液壓傳動
（1）動作分析
高空作業(yè)車在行駛狀態(tài)時，兩工作臂折疊在一起，進行高空作業(yè)時，兩工作臂分別由上下臂油缸舉升伸展至一定高度，將工作人員送至工作裝置。上臂和下臂，下臂和轉(zhuǎn)臺鉸接處均設(shè)有專門的滑動軸承，保證工作臂轉(zhuǎn)動時阻力小，運行平穩(wěn)。
（2）液壓回路
電磁換向閥：電磁換向閥借助于電磁鐵吸力推動閥心動作來改變流液的流向。
平衡閥：可使運動速度不受載荷變化的影響，保持穩(wěn)定，附加的單向閥功能，密封性好，在管路損壞或制動失靈時，可防止作業(yè)臂和平臺自由下落，造成事故。
（如圖5-2所示），其控制過程分析如下：
圖5-2 上下臂液壓控制回路
因為上下臂的液壓設(shè)計很相似，所以分開分析。先看左邊液壓缸的控制過程。當(dāng)電磁換向閥置于左位時，油液經(jīng)過左邊單向節(jié)流閥的單向閥部分到達(dá)平衡閥，再經(jīng)過平衡閥到液壓缸的左腔，推動活塞桿向外運動。而右腔的油液則從右邊的平衡閥到右邊的節(jié)流閥再流出，當(dāng)電磁換向閥置于右位時，油液經(jīng)右邊的單向節(jié)流閥和平衡閥到達(dá)液壓缸的右腔，推動活塞桿向左運動，左腔的油液的經(jīng)左邊的平衡閥和單向節(jié)流閥流出。當(dāng)電磁換向閥處于中位時，液壓缸不運動。
右邊液壓缸的控制過程如上。
5.2.1.3 支腿機構(gòu)的液壓傳動
（1）動作分析
在水平缸動作時，輪胎未離開地面，支腿機構(gòu)未起作用，負(fù)載阻力不大，而且只要伸到適當(dāng)位置即可，所以水平缸的控制很簡單。每個垂直液壓缸均有一雙向液壓鎖，它保證在高空作業(yè)車支腿在負(fù)載作用下不會縮回，此外，假使油管破裂，液壓油缸的活塞桿也不會突然回縮，避免發(fā)生翻車事故，當(dāng)行駛或停放時，支腿不會在重力作用下自動下降，保證高空作業(yè)車高空作業(yè)和行使的安全。
（2）液壓回路
電磁換向閥：電磁換向閥借助于電磁鐵吸力推動閥心動作來改變流液流向。
單向節(jié)流閥：正向流動時起單向閥作用，反向流動時起節(jié)流閥作用。
液壓鎖：支腿垂直升降油缸上都安裝了液壓鎖。它能使支腿垂直升降油缸在任意位置停留并鎖緊，
（如圖5-3所示），其控制過程分析如下：
圖5-3 支腿的液壓控制回路
支腿油路由支腿電磁閥、支腿水平伸縮油缸、支腿垂直升降油缸組成。支腿了采用一個先導(dǎo)式溢流閥(安全閥)，一個二位二通電磁閥和五個三位四通換向閥(操縱閥、彈簧復(fù)位)組成。泵開啟，首先進入二位二通電磁閥，電磁閥處于上位，進入到水平油缸的三位四通電磁閥，支腿水平液壓缸同時伸出。水平液壓缸伸出后，使二位二通電磁閥處于下位，垂直液壓缸通過三位四通電磁閥向外伸出，支腿都伸縮完畢后，三位四通電磁閥必須都回復(fù)中位。當(dāng)然支腿垂直升降油缸上都安裝了液壓鎖。它能使支腿垂直升降油缸在任意位置停留并鎖緊。
5.2.1.4 作業(yè)平臺的液壓傳動
（1）動作分析
作業(yè)平臺是為了操作人員在操作過程中的安全性，所以作業(yè)平臺的平穩(wěn)性非常的重要。作業(yè)平臺的液壓傳動就是利用液壓缸的伸縮來完成作業(yè)平臺平度的調(diào)節(jié)，以保證作業(yè)人員的安全。
（2）液壓油路
（如圖5-4所示），作業(yè)平臺的液壓油路是由四個液壓缸、四個二位二通電磁閥組成，當(dāng)平臺發(fā)生傾斜時，平臺上的雙軸傾角傳感器發(fā)出信號給PLC，四個電磁閥通過PLC控制使其動作，通過液壓缸的回縮來達(dá)到平臺水平。其液壓缸的無桿腔油路接油箱，有桿腔的油路接泵，是液壓缸完成回縮的動作。當(dāng)然作業(yè)平臺的伸縮垂直油缸上也必須安裝液壓鎖，使平臺達(dá)到穩(wěn)定時，液壓油缸可以在任意位置停留并鎖緊，保證平臺的平穩(wěn)性。
圖5-4 作業(yè)平臺的液壓控制回路
5.2.2 高空作業(yè)車的液壓系統(tǒng)總圖
經(jīng)過以上的分析，高空作業(yè)車的液壓系統(tǒng)總圖（如圖5-5所示）。
圖5-5 高空作業(yè)車液壓系統(tǒng)原理圖
5.3 高空作業(yè)車液壓系統(tǒng)的計算
5.3.1 初選執(zhí)行元件的設(shè)計壓力
高空作業(yè)車屬于小型的工程機械，根據(jù)《機械設(shè)計手冊》表23.4-3可知：初預(yù)設(shè)系統(tǒng)的工作壓力為16Mpa。
5.3.2 計算和確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸與液壓馬達(dá)的排量
5.3.2.1 上臂液壓缸的設(shè)計
（1）液壓缸承受最大外載荷F
經(jīng)受力分析可知，當(dāng)高空作業(yè)車上臂處于水平位置時，液壓缸與上臂成22°時，上臂液壓缸所受的力最大，即液壓缸具備的最大力必須大于此時的力。（如圖5-6所示）
圖5-6 上臂受力分析