高空作業(yè)車機(jī)械綜合設(shè)計

引言 21 選題背景 31.1 問題的提出 31.2 研究現(xiàn)狀 31.3 設(shè)計的技術(shù)要求及指標(biāo) 31.3.1 我們的研究內(nèi)容： 31.3.2 我們預(yù)期達(dá)成的成果 42 機(jī)構(gòu)選型 52.1 設(shè)計方案的提出 52.2 設(shè)計方案的確定 83 尺度綜合 113.1 機(jī)構(gòu)關(guān)鍵尺寸計算 113.2 機(jī)構(gòu)關(guān)鍵尺寸優(yōu)化 134 受力分析 144.1 機(jī)構(gòu)動態(tài)靜力描述 144.2 機(jī)構(gòu)動態(tài)靜力變化曲線描述 155 機(jī)構(gòu)建模 155.1 機(jī)構(gòu)運動簡圖及尺寸標(biāo)注 155.2 機(jī)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件建模過程 195.2.1 車架建模 195.2.2 車座建模 255.2.3 其余關(guān)鍵零件建模展示 285.2.4 標(biāo)準(zhǔn)零件建模如下： 345.3 機(jī)構(gòu)總體裝配過程 365.3.1 裝配過程 365.3.2 創(chuàng)建爆炸視圖 436 機(jī)構(gòu)仿真 476.1 SolidWorks 機(jī)構(gòu)仿真 486.1.1 機(jī)構(gòu)仿真配置 486.1.2 機(jī)構(gòu)仿真過程描述 486.1.3 仿真參數(shù)測量及分析 566.2 Adams機(jī)構(gòu)仿真 666.2.1 機(jī)構(gòu)仿真配置 666.2.2 機(jī)構(gòu)仿真過程描述 676.2.3 仿真參數(shù)測量及分析 726.2.4 仿真中存在的不足 747 有限元分析 757.1 載物臺有限元分析 757.1.1 載物臺的設(shè)置過程 757.1.2 分析報表內(nèi)容 787.1.3 材料優(yōu)化改進(jìn) 817.2 支撐架靜應(yīng)力分析 827.2.1 支撐架的參數(shù)設(shè)置過程 827.2.2 修改后的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析 857.3 整車有限元分析 878 設(shè)計總結(jié) 979 收獲及體會 9710 致謝 9811 參考文獻(xiàn) 99引言在國家的生產(chǎn)建設(shè)中，大型的工程機(jī)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、廣告攝影、能源開發(fā)和國防建設(shè)等多個方面都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。 高空作業(yè)車即是用來運送工作人員和工作設(shè)備到達(dá)指定高度進(jìn)行作業(yè)的一種大型工程機(jī)械設(shè)備。由于其本身擁有的降低勞動強(qiáng)度、提高工作效率、節(jié)省勞動力和費用的優(yōu)勢，在多個領(lǐng)域扮演著重要的角色，有著廣闊的發(fā)展前景。高空作業(yè)車作為一種工程車輛，其特殊性在于：一是載人高空作業(yè)，其作業(yè)安全性要求比一般工程車輛高，即所謂“高安全性” ；二是施工場所環(huán)境的“非結(jié)構(gòu)性” ，即其工作環(huán)境不可預(yù)知并且多變，因此要求對環(huán)境具有“高適應(yīng)性” ；三是其經(jīng)常用于搶修作業(yè)，并且多為室外或野外作業(yè)，作業(yè)環(huán)境條件差，所以要求其具有作業(yè)的“高效率” 。我國高空作業(yè)車行業(yè)起步較晚， 自 20 世紀(jì) 60 年代開始研制， 70年代才推出商業(yè)化機(jī)樣，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，高空作業(yè)車在國內(nèi)的需求日益增多。國內(nèi)一些廠商開始把高空作業(yè)車單獨作為一個模塊進(jìn)行了研究，形成了一批知名企業(yè)，但與外國相比，仍有一定的差距。本次課程設(shè)計綜合運用了機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計等課程所學(xué)知識，參考現(xiàn)有產(chǎn)品及相關(guān)資料，設(shè)計一個簡單的高空作業(yè)車，并利用 SolidWorks , Adam野軟件進(jìn)行三維模型 的制作、機(jī)構(gòu)簡圖的繪制及零件渲染和運動仿真。1 選題背景1.1 問題的提出高空作業(yè)車是指用來運送工作人員和工作設(shè)備到達(dá)指定高度進(jìn)行作業(yè)的一種大型工程機(jī)械設(shè)備，是一種先進(jìn)的登高作業(yè)方式。隨著我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，城市中的高層和超高層建筑不斷涌現(xiàn)，高空作業(yè)和消防任務(wù)也日益突出，高空作業(yè)車由于其本身擁有的降低勞動強(qiáng)度、提高工作效率、節(jié)省勞動力和費用的優(yōu)勢，在多個領(lǐng)域扮演著重要的角色，有著廣闊的發(fā)展前景。但由于我國此行業(yè)起步較晚，發(fā)展時間短暫，因此相比于一些重工業(yè)發(fā)達(dá)的國家， 產(chǎn)品不夠成熟， 市場也不夠廣泛， 迫切需要重視和發(fā)展。1.2 研究現(xiàn)狀高空作業(yè)車，其發(fā)展與國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平密切相關(guān)，據(jù)國外高空作業(yè)機(jī)械專業(yè)媒體雜志Access International 統(tǒng)計，經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)，需求量越大，并且單位GD需求量也越大。與發(fā)達(dá)國家和地區(qū)相比，我國不僅單位GDPS求量小，而且單位 GDPS求量與GDP勺比例也低，這說明高空作業(yè)車的市場需求量既與經(jīng)濟(jì)規(guī)模有關(guān)，又與經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá) 程度有關(guān)，這也恰恰表明高空作業(yè)車在我國有非常廣闊的發(fā)展前景。我國高空作業(yè)車行業(yè)起步較晚， 自 20 世紀(jì) 60 年代開始研制， 70年代才推出商業(yè)化機(jī)樣，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，高空作業(yè)車在國內(nèi)的需求日益增多，逐漸引入國外高新技術(shù)及其產(chǎn)品，但與外國相比，仍有一定的差距。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)水平差距較大，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一。市場銷售、使用及保有量最大的車型還是折疊臂式，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3 5 m 。相對來說，國外產(chǎn)品技術(shù)成熟，市場廣泛，平臺的載荷最大可以達(dá)到 500kg,作業(yè)高度也早已超過110ml具有多種安全 保護(hù)措施，作業(yè)場地適應(yīng)能力較強(qiáng)。1.3 設(shè)計的技術(shù)要求及指標(biāo)1.3.1 我們的研究內(nèi)容：1) 運動的實現(xiàn)整個機(jī)構(gòu)整體的運動分析、運動臂運動分析、搖臂尺寸的優(yōu)化選擇。2) 運動臂受力分析3)作業(yè)車整車受力分析、運動臂靜力力分析和動力分析、單個運動構(gòu)件的動力分析。動力輸入及能量傳遞整個高空作業(yè)車的運動效率、 運動臂動力傳遞方式選擇、增大效率的方式選擇。4) 人機(jī)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)工程學(xué)設(shè)計、安全性能設(shè)計、有限元分析。5) 運動臂材料的選擇構(gòu)件材料的選取、外形美觀設(shè)計等。1.3.2 我們預(yù)期達(dá)成的成果1) 運用 SolidWorks 繪制高空作業(yè)車各零件的零件圖、以及裝配圖。2) 查閱相關(guān)文獻(xiàn)并結(jié)合機(jī)械原理所學(xué)對機(jī)構(gòu)的參數(shù)進(jìn)行分析，并進(jìn)行運動分析。3) ) 學(xué)習(xí)adams運動分析軟件進(jìn)行運動仿真。4) 確定高空作業(yè)車的一些基本參數(shù)，比如尺寸、材料等。5) 整理編寫機(jī)械設(shè)計說明書2機(jī)構(gòu)選型2.1設(shè)計方案的提出我們分析了高空作業(yè)車的各個分類圖2.1.1各種高空作業(yè)車對其運動規(guī)律進(jìn)行了初步的分析，得出以下四種結(jié)構(gòu)示意圖:表2.1結(jié)構(gòu)示意圖說明多組交叉連桿框架較 接成剪形。一般是通過 裝在連桿框架間的液 壓缸的伸縮來改變連 桿交叉的角度，從而改 變舉升機(jī)構(gòu)的升降高 度。這種垂直升降的剪 式舉升機(jī)構(gòu)，能完成較 低高度的作業(yè)，工作平 穩(wěn)，作業(yè)平穩(wěn)，作業(yè)平 臺較大，被廣泛地用于 飛機(jī)、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)車越障能力伸縮臂式差、工作范圍小由多節(jié)套裝、可伸縮的 箱型臂構(gòu)成的。包括基 本臂、伸縮臂和液壓缸 等，在其末端裝有作業(yè) 斗或其他作業(yè)裝置，有 變幅液壓缸和伸縮液 壓缸，以實現(xiàn)臂架的變 幅和伸縮。伸縮臂節(jié)數(shù) 依據(jù)高空作業(yè)車的最 大作業(yè)高度而異，由于 伸縮臂式舉升機(jī)構(gòu)可 獲得較大的作業(yè)高度 和變幅，因此，被廣泛 地用于各種高空作業(yè) 車上。但是，這種作業(yè) 車的越障能力差曲臂式高空作業(yè)車能 懸伸作業(yè)、跨越一定的 障礙或在一處升降可 進(jìn)行多點作業(yè)；平臺載 重量大，可供兩人或多 人同時作業(yè)并可搭載 一定的設(shè)備；升降平臺 移動性好，轉(zhuǎn)移場地方 便；外型美觀，適于室 內(nèi)外作業(yè)和存放。適用 于車站、碼頭、商場、 體育場館、小區(qū)物業(yè)、 廠礦車間等大范圍作 業(yè)。伸縮臂式和較接式的 結(jié)合，充分結(jié)合了兩種 作業(yè)車的優(yōu)點，解決了 原有的作業(yè)車功能單 一的問題，既可以在室 內(nèi)進(jìn)行維護(hù)作業(yè)又可 以在室外進(jìn)行拆裝作 業(yè)，減少了工作車的數(shù) 量工作性能最好，但相 對來說最為復(fù)雜。如表2.1說明所示，各類高空作業(yè)車各有優(yōu)缺點，剪切式作業(yè)車越障能力差、工作范圍??；伸縮臂式作業(yè)車越障能力差；而混合臂式對染工作性能做好，但其結(jié)構(gòu)相對來 說最為復(fù)雜。因此，在性能與條件的權(quán)衡下，經(jīng)過討論，我們得到如下圖所示初步方案:圖2.1.2機(jī)構(gòu)示意圖（初步方案）2.2設(shè)計方案的確定改進(jìn)方案機(jī)構(gòu)簡圖如圖2.2.1所示圖2.2.1結(jié)構(gòu)示意圖（改進(jìn)方案）在此方案中所用機(jī)構(gòu)如表2.2所示：表2.2所用機(jī)構(gòu)再經(jīng)過一些細(xì)節(jié)上的改進(jìn)后，得到最終設(shè)計方案，如下圖所示:機(jī)構(gòu)運動簡 圖哈圖中所標(biāo)注的為機(jī) 枸運動基本尺寸, 其他非必要尺寸如 齒輪尺寸未標(biāo)注液壓利用液壓原 理，把液壓能 轉(zhuǎn)換為機(jī)械 能，為系統(tǒng)提 供動力圖2.2.2最終設(shè)計方案（附錄有大圖）3尺度綜合3.1 機(jī)構(gòu)關(guān)鍵尺寸計算我們的一些尺寸由1:87的模型多次測量之后再經(jīng)過在網(wǎng)上的查詢得到，然后利用機(jī)械原理所學(xué)知識進(jìn)行相關(guān)尺寸坐標(biāo)的計算，如下所示：圖3.1最終方案結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.1所示，設(shè)。點坐標(biāo)為(Xo，y0),建立直角坐標(biāo)系。以下將對各點靜止時 刻坐標(biāo)進(jìn)行分析:(1)求C點坐標(biāo)：對于C點，設(shè)液壓缸1長度為I。,(可變)，COX 一則可列出方程組Xc Xo l oc cos 1Vcyo locSin 1(2)求B點坐標(biāo)：同理，對于B點，有2Xb XO2XC XByByc2 yo2 VbIOB2Ibc2，其中,Iob 801,Ibc 21801VdVcVd Vb(3)求D點坐標(biāo)：由幾何關(guān)系，可列出方程XdXcXd2XbXDXcyDyc艮中,2 l 2l CD(4)(5)(6)(8)(9)(10).2Icd =4350XeXdVeyD求E、F點坐標(biāo)：由幾何關(guān)系 xFXdVfIde =562, Idf =1310, l ef =994求A坐標(biāo)：設(shè)液壓缸2長度為lAE知 Iaf =3090求G坐標(biāo)，求法同VgVfXgXfXGXFVgVaXgXa2yGXeXfVdVfVe2DE2EF ,其中，已知l DFXaXaXfVaXeVa2Vf2Ve2AF2,其中已AED,利用幾何關(guān)系，可列出方程組2VfIgf2，其中,lGF =3700ViVf求I坐標(biāo)：同上，有 XIXFXgXiyi VaXiXa2yGVi2 l IG求H坐標(biāo)：設(shè)液壓缸3的長度為Ihg （可變），則有其中，Iih =870，其中,l ig =3000求J坐標(biāo)：設(shè)液壓缸4的長度為Ijh （可變），則有2XjXi2XjXh求K坐標(biāo):VjVjVk2ViVhVjXkXjXhViXiVhXhXgllH2Vh2.2yG l HGljI22 ljH2Vk ViXkXi2XkXi Vk，其中,Iji =3260Vi，其中 Iki =72602KI4受力分析(11)求M坐標(biāo):設(shè)液壓缸5的長度為l MK (可變)，有yMyK ? YmyiXmXk XmXi2XMXKyM12 YkImk212Yl,其中 1lm=10902l LMyj Yk yj yi(12)求L坐標(biāo)：同上，有 Xj Xk Xj Xi 2Xm XlYm(13)求N坐標(biāo)：設(shè)液壓缸6的長度為Imn由幾何關(guān)系，有Xl XnYl Yn 1910 222XM XNyM yN1 MN3.2 機(jī)構(gòu)關(guān)鍵尺寸優(yōu)化我們的機(jī)構(gòu)中大量使用了連桿和液壓系統(tǒng)，為保證正常工作，需要使各連桿機(jī)構(gòu)的 長度能做到既滿足實際使用需求又能互相高效率配合，避免不必要的互相影響，同時也 要考慮到液壓系統(tǒng)帶來的額外影響，綜合考慮之后對尺寸進(jìn)行優(yōu)化處理。優(yōu)化的最終結(jié) 果如上文所示，在這里不再單獨進(jìn)行解釋。最終的尺寸是經(jīng)過多次修改確定下來的，確定與優(yōu)化都是在裝配時進(jìn)行過多次修 改，詳見后文裝配環(huán)節(jié)，另外在有限元分析中也會出現(xiàn)各種干涉，對非必要干涉可以忽 略，但大部分要修正尺寸以滿足分析仿真要求，從而求出最優(yōu)解。4.1機(jī)構(gòu)動態(tài)靜力描述圖4.1 靜力受力圖如上圖所示，由系統(tǒng)的靜力受力示意圖可知，各轉(zhuǎn)動副處有沿連桿方向的力，液壓 系統(tǒng)提供沿其徑向的驅(qū)動力。下面將對工作時的情形為例進(jìn)行靜力分析：Xl Xn yN yL2,2設(shè)L、N中點為O,則由上述所得數(shù)據(jù)，可知。點坐標(biāo)為 假設(shè)一個質(zhì)量為m （單位為KG的工作人員站在工作臺上，在液壓系統(tǒng)未工作時，可估 算出此時O點所受扭矩：22T G L mg Xo xoyo yo另外還有各連桿、各液壓系統(tǒng)的重力及各處的摩擦力，具體見有限元分析，在此不再進(jìn)行一一 描述。4.2 機(jī)構(gòu)動態(tài)靜力變化曲線描述我們在有限元章節(jié)中對各部分構(gòu)件的靜力學(xué)進(jìn)行了詳細(xì)的研究， 機(jī)構(gòu)動態(tài)靜力變化圖表具體見有限元分析。5 機(jī)構(gòu)建模5.1 機(jī)構(gòu)運動簡圖及尺寸標(biāo)注機(jī)構(gòu)運動簡圖主要運用 Microsoft Visio2010 繪制， 生成 vsd 文件， 運用 MicrosoftVisio2010 打開，具體屬性如下繪制過程如下:圖5.1.1運動簡圖文件屬性1.新建工程，選擇部件和工程模板Kgl另為港打開0 -JM- J信息最近所用文件新建YiJ X > 1 -34 "jr幫助國選瞋同退出管道利儀表設(shè)有普* G主頁卜工程TA圖5.1.2新建工程2.選擇合適的繪圖工具，并繪制草繪簡圖圖5.1.3草圖繪制3.繪制尺寸及其尺寸數(shù)據(jù)的編輯，并添加文字說明h - 1 4.1 也向地演圖5.1.4繪制、編輯尺寸并文字說明4.最終完成并保存J I:圖中所標(biāo)注的為機(jī) 構(gòu)運動基本尺寸， 其他非必要尺寸如 尚輪尺寸未標(biāo)注機(jī)構(gòu)運動簡圖圖5.1.5最終所得機(jī)構(gòu)運動簡圖圖5.1.6保存機(jī)構(gòu)簡圖5.2 機(jī)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件建模過程零件的三維建模主要是運用三維建模軟件Solid Works繪制，由于零件比較多，主要選取部分關(guān)鍵部件的零件進(jìn)行介紹，另外也詳見經(jīng)典建模過程的繪制視頻一載物臺。5.2.1 車架建模使用SolidWorks進(jìn)行車架建模，首先進(jìn)行整體的空間布置構(gòu)思，進(jìn)行零件的繪制 步驟分析，然后繪制底盤草圖.qam 息 MTfu圖5.2.2拉伸頓時5 Fe 時用.7：,e: Ge Ml，”*$：l圖5.2.1繪制地盤草圖繪制好草圖后進(jìn)行凸臺拉伸操作o添加車架其他特征，以配合輪胎使用，具體如下圖。首先選定好基準(zhǔn)面，繪制拉伸草圖貴 SOL ZD WORKS文件回扁蚩回視圖心瓶人團(tuán)TMCD 助選Wlew3他窗口出超衿征一一盤* (?: / 一。W &- - ，XQ 華 口 弓昌匿網(wǎng)實體 嬴雷"""釜電圖陣列 體（EI體引用 能 "" F-工國口 -&移動實體顯丁明.除幾T三回蛤IE嚕卜亍丙 ,I/隰鹿聯(lián)2 面認(rèn)工默認(rèn),宙水狀志工可畫歷史記錄回傳鱷告國注解?=材函 / 主指定小前照住面0上f恒勝面- A右視基準(zhǔn)固h1+原點+ 顯凸臺-拉伸1中，覆凸占-拉伸2:題赤間I，-眸凄同2%通拒受7由圾凸告力伸，:總黑曰1匚| 口 iniXpeit | /15ZL具圖5.2.4編輯拉伸特征數(shù)據(jù)圖5.2.3繪制拉伸草圖編輯拉伸特征數(shù)據(jù)i / *曲通帖邸-3 <?闔產(chǎn)室隹青尸 E礫沏F 歲即汨IV哨Hr-， rigLlArafri尉LTEP ，我加味引用"：性即埋*：T ?B .E 加. 1ftss回忡事?方向16進(jìn)行鏡像編輯，如下圖:祥E就謔中勺“II：州5MM Q也，聲曰1小亞|襄解皿國圖5.2.6添加其他特征并底部抽殼就國叵 *dwi華辛: 蘭舉二2名事蠢那，H J11七7.中 9 L 1$&._?:.:. - r*j;:；iLJ:i ; phi-!1，：>:_ : :;"!圖5.2.5鏡像編輯然后繼續(xù)添加其他特征，進(jìn)行底部抽殼工作，如下圖所示:U 7 -TE Olffljtpfft | BjlTH SOLtOORKS因尸卜,忌媒之?dāng)⒄J(rèn)u U黑認(rèn)品，繪制耳朵特征編輯，并鏡像，如下圖阮I(lǐng)片豆口L1iS二感迪里酒調(diào)= 劇加打u.fi.u圖5.2.8添加車架車座配合部位特征圖5.2.7繪制耳朵特性并鏡像添加車架與車座的配合部位的特征，如下圖哀 V隼后軍 王127-E55忡 意酒國打出0鼓工Q哩虺皆na四四跑繪制拉伸切除特征以配合輪胎，如下圖所示 lMILXp#ltSOi.JDZi QF4號斤日 H也 ; -I 1 r.ft2 . n 期 qMF - r t 也LAJ卷儂0Las唱wffig無聃物顯屆聃.圖5.2.10最終繪制效果圖5.2.9繪制拉伸切除特征以配合輪胎最終繪制效果如下圖所示鼻型富以一廿典卻三TTfi *雪82卜上玨” 7pMiK金"受2-如M 事總 爾 毛丁S&E登七白=出事 目也事里KFTm*IF肅Fl”辿二 上一寸5.2.2車座建模首先繪制整體的拉伸特征供后面進(jìn)行切除特征，如下圖所示圖5.2.11繪制整體的拉伸特征然后進(jìn)行拉伸切除特征編輯并進(jìn)行圓角特征編輯，如下圖所示圖5.2.12拉伸切除特征并編輯圓角進(jìn)行拉伸切除特征編輯，做出可供支撐架運動的空間，如下圖所示:圖5.2.14車底部抽殼并切除不必要的部分科古DimXpert | 洛中工與 SOLICWCWKSWt |丘石!（：-三品憶麻？睡1K注解13 15幣5 >0臺五語,電二可至皿電3H 二L臺i 舊 j= I?t1色日如:-口酒應(yīng)城：同埒密立質(zhì)5史 I-.埼11三醫(yī) ，秘匹髓.|、漫交E民圖5.2.13 拉伸切除特征編輯進(jìn)行車底部抽殼工作，并且切除不必要的部分，如下圖所示尊臣1度I Tl 由 TT$諄警以幫4五三枚志1邛|；囪歷主正衰.山帕？ M也國哥才三打d一小.0Ek逗隹工卷t上啦也黑：0臺期筋，可i- L夙痛ii施號亡阿a嗯1g-耳性1f-I：噸陪-加上3:曲面曲三件5I：回隆由他&喧 tute-m和l| W =ii*l然后進(jìn)行倒圓角編輯，如下圖所示圖5.2.16最終效果*E 標(biāo)一| 口eye 缸 35im .，乖 三X |儂皿足暗0陋061!足用射 7 .二-&&)的國a w_rassaefte 1 Ft I I f i !4i-11. A Ju- ruI i I H s-1.1一好 I 好 I 艷 " m I" A，5i, 1-一精北圖 5.2.15進(jìn)行倒圓角編輯京 MN8mheiSlL-二0工5時溫二型 牝如DpnApert aI最終效果如下圖尊 南岸（Ht冊跳市1-毛虺總*-3.特信，+H桂<7k 三可五，飆友.白t金耳溫!Mm：rsi魯石叫R-L手不喃小片-fi*Q面用#位-L電工由11i| 小4粒。工同*上n$豈C強(qiáng)皿手0 * 丘，=2可般吧中囿 ni*<Tii聞打*三二|* tife Ji-=ii國切K I5*nifi B& J JB .a 34ip尼（ 國工，5.2.3其余關(guān)鍵零件建模展示車架底部支撐建模如下圖:圖5.2.16車架底部支撐建模圖5.2.17底部框架建模底部框架建模如圖所示載物臺配合小部件如圖所示:圖5.2.18載物臺配合小部件液壓缸組件如下圖所示：圖5.2.19液壓缸組件圖5.2.20液壓缸組件氣缸配合小部件如下:圖5.2.21氣缸配合小部件載物臺建模如下圖所示:圖5.2.23支撐架部件1圖5.2.22載物臺建模支撐架部件1如下圖所示:支撐架部件2如下圖所示:圖5.2.25支撐架部件3.JJI“E=八出把3一 qsK./ul) 0 r: . iI Li InIf 1 4&IATI LTI Lllr，通Iff * 三M*亙建“ n3M 產(chǎn)工反ts &f_s-ecs 麻肆 66 !fi*l 與力包0圖5.2.24支撐架部件2支撐架部件3如下圖所示:支撐架小部件1如下圖所示:圖5.2.27小部件2圖5.2.26小部件1支撐架小部件2如下圖所示:士蚱F通曝ElIPEXI凡Q工 1Hlmztwiewg *DrvMi 總通網(wǎng) 00Ge 0貴fOL叵"？即苒小憶 55 口.工| P1M加總苴軍工口事I&I惶I3 產(chǎn)I T-一一1務(wù)|定科5架上ifeg :皿IE E三比之初:皿。3i，Lj- -tis.i= fs .去指定x&仃蟲后生到&上皿=也=1，小七福總JL百點T0配合后伸之值金1*。g 福 *1 .輪胎建模如下圖所示:圖5.2.29標(biāo)準(zhǔn)零彳建模15.2.28輪胎5.2.4標(biāo)準(zhǔn)零件建模如下：插入tool零件庫：信件茬世播伸SSfJ上次加成 盯同CircuutWdriiSZHtW電內(nèi)口時日 SOUDWCFtKS IPremiLillli 陸桂。第俗餐<符起皆祿口LJUI/ 閉門回回LILIILJn5CUDViirCRKS匚祈2 nWO RKS M M io巧SOLrDWCPKg RigutmqStOUDWORKS SinulotionSOLLDlCRKS la IBsSCUD WORKS TotI&om Browser 5LiCWhKS UfrlmS5CUDWOWS Wtjirwor&tip TOM 2015 roi Analystn MJLIDWCRKS wn畫回口閉閉一a;導(dǎo) 。 ii9F的 Design LibrasU rauting ,* 1- -jlj pipngiFcclbcnr戰(zhàn)十焊J _ <C -：1-：-C1：I 3SCJTWOF.占內(nèi) E；設(shè)計除,，i =sr-j_i o 疹臼 W urevnTtoIBc- ：云嗝汽十字酗六盧晶1獴度Ge/T29L2-19WF延”理 GB/ra2.Z-19SB圖5.2.31標(biāo)準(zhǔn)零彳建模3圖5.2.30標(biāo)準(zhǔn)零彳建模2設(shè)定參數(shù)完成標(biāo)準(zhǔn)件的建模:5.3機(jī)構(gòu)總體裝配過程5.3.1 裝配過程本次裝配主要運用的 SolidWorks中的裝配體命令，在前面的步驟中我們已經(jīng)繪制 好了單一的零件，然后理清好零部件之間的配合關(guān)系，然后進(jìn)行總成裝配，具體裝配過 程如下。新建裝配體文件：圖5.3.1新建裝配體文件選擇插入零部件，選擇之前完成的建模零件，并調(diào)整好視圖方向后插入:5 X 35.3.2選擇插入零部件選擇配合類型，添加相應(yīng)約束，如下圖所示1垂直科)ism司通心*“m io30g穿0 mnoJ,11預(yù)誕：i|X L圖5.3.4添加相應(yīng)約束選擇好配合類型:圖5.3.5添加相應(yīng)配合完成總成裝配圖，調(diào)整視圖，為下步渲染做準(zhǔn)備:圖5.3.7 插入photoview 插件O圖5.3.6總裝配圖 插入photoview插件，選擇合適的材料并添加顏色上次打蓑時間日 SCUDWCRK5 IPremiLim S#CircurtWartsPtotoV W 360trieikeiSOLDWORKS Motion&OLLDWCRKS RoutingSOLlDWCRKS Si inulotion50 LZOWCRK? Toolbox5OUDWGRK5 utimesR SGUDWCRCS1?熊 n囹口匚回|7【Autotra:eSOLIDWORKS Eoip”。SOLIDWOFKS ElectricalSOLIDWORKS Fl Smulrtion 3C15SOLIDWCratSfarurrSOLIDWCRKS n 5 pert ionH口口nnrjrlL M71外亂布曷和貼圉苣蛆J Gl箴包圉象me要求肓拳者i-選取要應(yīng)用外班的y.e:卦！.平；3手3,>:：！尹B-.u 1a4r默認(rèn)作猊募色圖5.3.8選擇合適的材料并添加顏色插入光源和相機(jī)，并調(diào)整。0汴1丁菖= -：.產(chǎn)*1* FHEftfl 仍E5右T*WU近3史1啟*U-足>優(yōu)RM值京 TH*MdMMa卡 <:>*，11二1 MM里2E.盧.出.鼻 叮. 廿|, hiwi - W .一小.穌* -| /txfOfjpcitzltiMiWl1J1 H Q S!=fcW*l 31 i j efe eJd j三包rDC就孑餐日 . b -I l 圖5.3.9插入光源和相機(jī)n1*> 卬1 *品一二上1二一圖5.3.10 調(diào)整7 .編輯外觀結(jié)束后預(yù)覽裝配體輛描外宜贏溪汴普希編畝昭觀 觀 觀 景 圉霓的整合預(yù)預(yù)覽窗最締宣選文桂意i 3回上克口染染 次渲染圖5.3.11預(yù)覽裝配體8 .完成渲染過程Aim； j:：I SOJOW 刪：財I聞：%皿.色.HI .庵-J湛1*，案竄同等 l*J -"uMMlMtlO*“等T清序營33 - - Ilf鼎.P曰三Ml T*虞X li 0 0一A 33 *1* rJt唏國落后旬才加班一廠同H %Bo2<l>薛小仁上 國 郭豪富，斷入 -節(jié)-冕宏2工才>/必工上 A -工”47做44，上 ：|略-號勺.的(B認(rèn)d 礴(-$fKzg-5-cl> 圣V 二產(chǎn)三二二-入n、川：-豆昭電匚1二*1m Q碇署瞳桿式hi /1皿哲九1*甫汕0 由鼎-：說支由Sr& -|，>3*twH= |黑苗, hi%(-)SEE3OT*<UW “%WT7哼M(jìn). CA啄-.gX -片庵T港總支排5sBFRTv】圖5.3.14渲染35.3.2創(chuàng)建爆炸視圖在裝配完成的配合體重創(chuàng)建爆炸視圖蟲Ia陽嗎:麗冰3匚基cw白錄*整手郃件最終完成爆炸視圖自主設(shè)計爆炸方向并逐一爆炸圖5.3.15創(chuàng)建爆炸視圖圖5.3.16完成爆炸視圖項目號零件號說明數(shù)量1扇Wg架112液壓支撐架233液壓支撐架334支撐架2:15小部件46支撐框架11718扇1 B 219底板2110輪胎2411液壓支撐架5112支撐框架2113支撐架3114支撐架伸縮桿115載物臺2116液壓支撐架4117液壓支撐架1118支撐架119液壓支撐5SLDPRT1表5.3.16爆炸零件視圖I國I點擊第一個動畫向?qū)О粹o選擇爆炸動畫，電腦自動創(chuàng)建成創(chuàng)建爆炸動畫，點擊 功。I尚什陷圜I圖5.3.17創(chuàng)建爆炸動畫調(diào)整視向和相機(jī)，自主設(shè)計選擇視頻方向，以便直觀的展示裝配體的裝配過程。*三電baorha （默認(rèn)默認(rèn)_手狀態(tài)- 三I 視向及廁視目Photo View 360 光源田處SOLTDWORKS光源1|?。?）底板2w工生默。蘭默+1遑 卜）輪胎ZmIn熟認(rèn).默認(rèn): ; 曝 H $E2<2> CK認(rèn)”默認(rèn): TI險 2 的西2e （默認(rèn).勒認(rèn): “哺（-）蛇胎”4n （默認(rèn)”默認(rèn)二 氤嘔（-E20 Ott認(rèn)父m默認(rèn)圖5.3.18調(diào)整視向和相機(jī)調(diào)整視頻幀數(shù)和高寬比例并保存文件。具體文件見附件圖5.3.19調(diào)整視頻幀數(shù)和高寬比例并保存文件6機(jī)構(gòu)仿真在完成建模以及裝配后，我們選用了兩種軟件進(jìn)行仿真分析，adams軟件側(cè)重于機(jī)構(gòu)運動簡圖的運動學(xué)分析，能夠得出相對比較理想的數(shù)據(jù)處理結(jié)果,SolidWorks軟件中 的motion分析插件能夠綜合模型得出運動學(xué)和動力學(xué)仿真分析結(jié)果。我們分工合作， 趙延壘負(fù)責(zé)SolidWorks的仿真分析，林嚴(yán)負(fù)責(zé)adams軟件的學(xué)習(xí)和分析，金瀟負(fù)責(zé)尺 寸數(shù)據(jù)的整合和分析，并盡可能的提出改進(jìn)方案。6.1 SolidWorks 機(jī)構(gòu)仿真6.1.1 機(jī)構(gòu)仿真配置運用SolidWorks軟件分析首先要插入 motion分析插件，具體方法類比tool和 photoview插件的插入方法，然后選擇新建運動算例，左下角選擇motion分析。Motion 分析Motion分折圖 6.1.1 motion 分析6.1.2 機(jī)構(gòu)仿真過程描述首先對我們所完成的裝配體進(jìn)行了干涉檢查，共發(fā)現(xiàn)5處干涉，其中有兩初位置我 們對零件進(jìn)行了小細(xì)節(jié)的修正，另外三處并影響裝配體的仿真結(jié)果，對其進(jìn)行了忽略闌干涉檢查9 X所選等部件究總De51DA5 M計算（G 口雄除的重部性等結(jié)果（同總旺盛干沙1 74,38nlM7 |翻千涉2 .熱窕mmy &闡 干涉3 -I二7nlm八319忽略的干涉忽略O(shè)竟制鍬圖3圖6.1.2干涉檢查圖然后我們在載人臺添加了力，考慮到工程工作需要，我們選擇了兩個成年人的體重 為標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定了載人重量的受力函數(shù)。代方/滕 / X *圖6.1.3仿真圖1在液壓缸部位添加工作線性馬達(dá)，進(jìn)行仿真處理國電T X*，30-1丸熱A_5急一 。駟質(zhì)國禮癖圖6.1.4仿真圖2在后面的仿真分析中我們發(fā)現(xiàn)結(jié)果偏離太大，由于我們所學(xué)的液壓缸的運動規(guī)律方 程受限，對工作的馬達(dá)位置進(jìn)行了修正，在懸臂梁處添加了旋轉(zhuǎn)馬達(dá)進(jìn)行仿真，這樣就忽略了液壓缸運動的先后順序?qū)φ麄€仿真結(jié)果的影響，為了補償其實際過程中產(chǎn)生的誤差故在其馬達(dá)位置添加了阻尼*馬達(dá)5上凈t 一品圖6.1.5改進(jìn)后的馬達(dá)仿真圖/ X更賽送項（UI-.圖6.1.6改進(jìn)后的阻尼添加圖總共添加了五個旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，一個重力，五個阻尼,如下圖所示圖6.1.7仿真設(shè)置示意圖由于液壓缸的運動速度需要四個精確控制， 我們編寫了旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的相應(yīng)運動方程以 滿足高空作業(yè)車的整車運動規(guī)律要求，具體的運動規(guī)律如下圖所示=3AH; |盯旬由i必黑圖6.1.8旋轉(zhuǎn)馬達(dá)1運動規(guī)律圖6.1.9旋轉(zhuǎn)馬達(dá)2.3.4.運動規(guī)律圖6.1.10旋轉(zhuǎn)馬達(dá)5運動規(guī)律設(shè)置完成后添加實體接觸，防止裝配體各零件鍵產(chǎn)生交叉，一般選擇實體接觸，如 下圖所示。圖6.1.11接觸按鈕圖圖6.1.12接觸設(shè)置圖添加引力參數(shù)設(shè)置，如下圖所示。YT f一 ,治算制考加弓力,翩甘、睨金叵|嗎I趨|好取。|8W,|109|12 (圖6.1.13引力按鈕設(shè)置圖圖6.1.14引力參數(shù)設(shè)置圖設(shè)置完成后，點擊計算，完成 motion分析的運動仿真過程，時間較長，中間盡量不 要中斷，有錯誤在計算完成之后進(jìn)行更改。- wjjcwjac ,一|；咽傳神計宜：由因注斛計算運前萼倒，I由也J實體 /，L ，Motion 分析 | 圖 l> A圖6.1.15計算按鈕圖最終生成下圖所示的六秒的運動仿真動畫，由于時間較短，我設(shè)置了 0.1倍速播放,并生成了仿真動畫視頻，具體見附件。1對口tlun為析 | 起用 同 宣1遍障火電* (3%總0.典口就認(rèn)顯示狀超1>：機(jī)向及槍譏雙圖+ - Jl PhotoVieiA 363 無源if -四SOUDWORK%g司達(dá)” 頷財達(dá)冊 S蛔馬達(dá)的 尊赳馬達(dá)加|微3馬達(dá)n 下昌紿4馬達(dá)25 二鼠實體接鞋?5圖6.1.16仿真動畫圖6.1.3仿真參數(shù)測量及分析(1)載物臺運動參數(shù)分析 高空作業(yè)車最重要的是保證作業(yè)人員的安全， 所以我們首先對整體進(jìn)行了仿真分 析，設(shè)置參數(shù)為載物臺的跟蹤路徑，具體如下圖所示圖6.1.17跟蹤路徑圖由圖中可以看出，作業(yè)車的上升和下落軌跡為同一條曲線，基本符合實際情況，說明配合關(guān)系和接觸的設(shè)置是正確的。 我們對載物臺的質(zhì)量中心進(jìn)行了仿真分析，分別得到了x分量、y分量、z分量的數(shù)據(jù)曲線圖。95Y -E &-版圖6.1.18載物臺質(zhì)量中心x分量一南婦蒜聯(lián)時司圖6.1.19載物臺質(zhì)量中心y分量1.261 舶 2,E211S爐白 4#時間l>H I圖6.1.24載物臺線性位移z分量圖6.1.20載物臺質(zhì)量中心z分量由圖像可以看出，載物臺的質(zhì)量中心在三個方向上的運動規(guī)律都類似于三角函數(shù) 曲線，符合人機(jī)工程學(xué)要求。 載物臺的線性位移類似于質(zhì)量中心位移，由于圖像類似我們只選取了 y分量的位 移數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。由圖像可以看出，載物臺的位移為一條圓滑的曲線，可以保證工程車上工作人員 的安全，不會產(chǎn)生危險，說明所設(shè)計的高空作業(yè)車符合人機(jī)工程學(xué)和安全性能的 要求。 對載物臺的線性速度進(jìn)行了仿真分析，得出以下數(shù)據(jù)圖表。依煙占生心速皮量型k*由圖表可以看出，初始速度為0,隨著時間的上升速度逐漸升快，然后再下降，符 合作業(yè)過程中初始速度慢，中間速度可以加快以便節(jié)約時間，接近工作高度時候速度下 降的實際要求。說明我們所設(shè)計的高空作業(yè)車滿足工程作業(yè)的要求。 我們對載物臺的線性加速度進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，結(jié)果如下。FIBS宅F(xiàn)福用后L&32443.KM.ffi4.77時回4.35.4fl包加圖6.1.25載物臺線性加速度x分量由于三個方向的加速度基本一致，我們之、只對載物臺線性加速度的x分量進(jìn)行分析。由圖像可以看出在6s之前的加速度基本為平滑曲線，在中間是由于從最高處開始 下降，加速度有個突變，而在圖中紅線以后加速度呈現(xiàn)無規(guī)律跳動，主要是由于我們只 設(shè)置了 6s的馬達(dá)運動規(guī)律，6s后馬達(dá)停止，加速度突變，而且此時載物臺處于最低處, 此處的圖像為偶然誤差，主要是由于未設(shè)置載物臺與地面的實體接觸（地面為默認(rèn)的原 點與xy軸所在平面，地面不是實體模型，無法設(shè)置）所產(chǎn)生的，可以忽略，總體看加 速度符合高空作業(yè)車的作業(yè)規(guī)律，說明模型主體功能設(shè)計成功，但此處的跳動誤差應(yīng)該 設(shè)置避免掉，下次考慮把地面設(shè)置成平面模型，從而添加實體接觸。 載物臺角速度曲線類似于載物臺的線速度曲線，在次不加贅述 載物臺相對于車底盤的俯仰角度，如下圖所示圖6.1.27俯仰角度圖由圖像可以看出，載物臺的俯仰角度呈現(xiàn)正選規(guī)律，總體符合設(shè)計要求 載物臺動力學(xué)分析圖6.1.28反作用力圖圖6.1.29反力矩圖由圖像可以看出載物臺與其配合的支撐臂 3氣缸間的反作用力和飯力矩初始狀態(tài)很 低，可規(guī)定為零值，在極限位置（即最高處）時所受到的力和力矩都為最大值，滿足實 際作業(yè)要求。（2）支撐架運動參數(shù)分析（以靠近車架的支臂梁為例）支撐架運動參數(shù)在所設(shè)計的高空作業(yè)車中占有很大比重，所以我們選擇了第一個支臂梁作為我們的研究對象，具體過程如下。 我們首先對支臂梁的線性位移進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，得到了線性位移x分量、y分量、z分量的數(shù)據(jù)圖表。0.000.611.22 I 2 M 30536542， 4Bfl口指(xu圖6.1.30線性位移圖1T給 J 443的 a部 4 27E中間neo4.船Z3仃104 rE1)曷名川一客> ID圖6.1.31線性位移圖2圖6.1.32線性位移圖3通過以上的圖表可以看出，支臂梁的線性位移呈現(xiàn)三角函數(shù)曲線關(guān)系，基本符合高空作業(yè)車的工程實際要求，另外在運動過程中，我們設(shè)定的是xyz三個方向同時運動以滿足實際作業(yè)要求，有x分量的位移曲線可以看出，當(dāng)高空作業(yè)車上升到最高處時，x分量位移瞬時不變，以滿足加速度突變的過程，從而減低危險性，符合人機(jī)工程學(xué)的系 統(tǒng)要求。支臂梁線性速度分析-u35/lmJ】lrlL 他儀時汨i” 圖6.1.33速度圖1圖6.1.34速度圖2克m密曲速度聲星圖6.1.35速度圖3由上圖三個方向上的線性速度曲線可以看出，支撐臂的速度近似為三角函數(shù)曲線，滿足啟動時速度較低。在途中運動是速度加快，在接近臨界位置時速度為0,然而支撐臂的運動曲線和載物臺的運動曲線有所差距，比較兩者的圖像我們得出結(jié)論，整體的運 動不僅僅是部分運動的集合，還是不同組件運動參數(shù)的交匯綜合。在支撐架運動參數(shù)的 結(jié)果中可以看出，還是有小部分的誤差，雖然不影響整體的運動參數(shù)，但不容忽視。支臂梁線性加速度分析圖6.1.36加速度圖在分析線性加速度時，我們可以發(fā)現(xiàn)總體的線性加速度類似于線性直線，但紅線之后依舊出現(xiàn)了不規(guī)則的抖動，此處的無規(guī)律跳動類似于載物臺的線性加速度的后期跳動。在之前的分析中，我們可以發(fā)現(xiàn)，在 6s之后的跳動主要原因還是由于 6s時五個馬 達(dá)停止，加速度出現(xiàn)突變，而此時的作業(yè)車載物臺處于最低位置，6s后由于慣性，載物臺會沖向地面，沒有在地面位置與載物臺添加實體約束，從而導(dǎo)致無規(guī)律的跳動，但此 時的線性速度沒有出現(xiàn)跳動，位移也沒有異?，F(xiàn)象，從而對實際的不會產(chǎn)生影響，并且 在實際的作業(yè)過程中，馬達(dá)被氣缸所代替，不會產(chǎn)生如圖所示的加速度抖動，安全性能 從而得到保障。 支臂梁的角位移角速度和角加速度分析。支一秣金學(xué)增量yfia"J m空四e聿的 5*9 a 10DO O.ei 1221S33.053 08I寸同(MO)圖6.1.37角位移圖1SB Q G 營需當(dāng)由p;使用圖6.1.38角位移圖2圖6.1.39角位移圖3由圖像可以看出，支撐臂的位移曲線類似于線性位移曲線，而角速度與載物臺的角 速度圖像類似，角加速度與載物臺的線性加速度曲線類似，說明整體的運動與部分的運 動有著共通的關(guān)系，再次不加贅述。支撐臂的俯仰角度。冬 爾 初 s owns圖6.1.40俯仰角度圖由圖像可以看出，支撐臂的俯仰角度呈現(xiàn)正旋變化，但有圖像縱坐標(biāo)的數(shù)字為負(fù)值 可以看出初始設(shè)置的零點出現(xiàn)問題，在以后的工作中要盡量避免。圖像總體上呈現(xiàn)出的 規(guī)律性證明我們設(shè)計的高空作業(yè)車的支臂梁運動符合實際，證明裝配和設(shè)計的正確。支撐臂動力學(xué)分析6.1.41 反作用力圖圖 6.1.42 反力矩圖由圖像可以看出，受力曲線類似于載物臺但斜率比其高，這是因為載物臺上需要載人，不能有太高的斜率，而支撐臂斜率較大，但由于主要起著