城市化建設的飛速發展，城市的高層建筑群越來越多，對適合于此類建筑物施工的高空作業車設備需求量與日俱增。作業臂是">高空作業平臺出租的重要承載部件之一，也是整機結構強度相對薄弱的部分，其力學性能對機械的正常運轉有直接影響，為了保證工作人員高空作業時的人身安全，其作業臂有著嚴格的設計要求。

　　1. 緒論

　　高(gao)(gao)空(kong)作業(ye)車要(yao)適應高(gao)(gao)層(ceng)建(jian)筑的(de)(de)惡劣環境，因為(wei)工人(ren)們的(de)(de)安(an)全必(bi)須被保證，工人(ren)們必(bi)須帶著安(an)全感工作。結構件的(de)(de)設(she)計(ji)和強(qiang)度(du)必(bi)須進行校驗以提高(gao)(gao)好(hao)的(de)(de)工作條件。借助于(yu)一種經驗設(she)計(ji)方法(fa)，我們必(bi)須通過理論(lun)的(de)(de)方法(fa)研究(jiu)出一種解(jie)決問題的(de)(de)工具。

　　1.1 課題的研究(jiu)背景與意義

　　工程(cheng)機(ji)械廣(guang)泛應(ying)用于經濟建設的(de)各部門，在整(zheng)個(ge)經濟發(fa)展(zhan)(zhan)中占有(you)十分重要的(de)地位。近年來，工程(cheng)機(ji)械發(fa)展(zhan)(zhan)迅(xun)速，特別是隨著高科技(ji)的(de)廣(guang)泛應(ying)用，帶動了(le)整(zheng)個(ge)工業的(de)迅(xun)猛發(fa)展(zhan)(zhan)，設計上的(de)優化、仿真，使大型(xing)工程(cheng)機(ji)械有(you)了(le)更廣(guang)闊的(de)發(fa)展(zhan)(zhan)空(kong)間。

　　高空作(zuo)(zuo)業(ye)(ye)車是(shi)一(yi)種用(yong)(yong)來(lai)運送工作(zuo)(zuo)人員和工作(zuo)(zuo)器(qi)材到(dao)達指定高度進行(xing)作(zuo)(zuo)業(ye)(ye)的工程機(ji)械。由于它具有機(ji)動靈活、操作(zuo)(zuo)簡單、安全可靠(kao)等(deng)特點，因此(ci)被廣(guang)泛地(di)用(yong)(yong)于大型(xing)場館、橋梁(liang)、港(gang)口海岸的檢護等(deng)方面，有著廣(guang)闊的發展(zhan)前(qian)景。盡管我國在高空作(zuo)(zuo)業(ye)(ye)車設計制造(zao)上取得了一(yi) 些成績，但是(shi)國內生產制造(zao)的高空作(zuo)(zuo)業(ye)(ye)機(ji)械同國外同類型(xing)高空作(zuo)(zuo)業(ye)(ye)機(ji)械相比有一(yi)定的差(cha)距，主要表(biao)現為技術(shu)含量(liang)低(di)、結構笨(ben)重、作(zuo)(zuo)業(ye)(ye)時穩(wen)定性能差(cha)等(deng)。

　　通過本課(ke)題的研究掌握高空作業(ye)車作業(ye)臂(bei)的結構設計(ji)理論和(he)方法，從(cong)而實現較大(da)的作業(ye)高度與幅度，提高使用的可(ke)靠性，為研制高空作業(ye)車工作臂(bei)奠定基(ji)礎，這具有現實的重要意義。

　　1.2 課題國內外的發展狀況

　　高(gao)(gao)(gao)(gao)空作(zuo)業(ye)(ye)車(che)(che)在世(shi)界上已(yi)(yi)有幾(ji)十年的(de)(de)發展歷史(shi)，現(xian)已(yi)(yi)成為一個(ge)完(wan)整的(de)(de)專(zhuan)用產(chan)品研發、生產(chan)體系。如(ru)德國的(de)(de)TIRRE，意大利的(de)(de)RICO、芬(fen)蘭(lan)的(de)(de)BRONTO，英(ying)國的(de)(de)COLES等，且它們各有側(ce)重(zhong)(zhong)，COLES側(ce)重(zhong)(zhong)于車(che)(che)在高(gao)(gao)(gao)(gao)空作(zuo)業(ye)(ye)平臺(tai)，BRONTO側(ce)重(zhong)(zhong)于高(gao)(gao)(gao)(gao)空消防車(che)(che)系列。高(gao)(gao)(gao)(gao)空作(zuo)業(ye)(ye)車(che)(che)發展到現(xian)在，其作(zuo)業(ye)(ye)高(gao)(gao)(gao)(gao)度已(yi)(yi)達到72m，作(zuo)業(ye)(ye)車(che)(che)的(de)(de)可靠性、安全性、舒適性、操(cao)作(zuo)方(fang)便和(he)簡單的(de)(de)直接(jie)性等方(fang)面都有較大的(de)(de)提高(gao)(gao)(gao)(gao)。

　　國內高空作(zuo)業(ye)機(ji)械(xie)(xie)發(fa)展剛(gang)剛(gang)起(qi)步，只有十幾(ji)年(nian)時間的(de)發(fa)展歷(li)史(shi)，雖然(ran)起(qi)步晚較遲緩(huan)，經過商空作(zuo)業(ye)機(ji)械(xie)(xie)制造企業(ye)的(de)生產發(fa)展，已逐(zhu)(zhu)步形成(cheng)走向穩定(ding)發(fa)展的(de)軌道。但國內生產制造的(de)高空作(zuo)業(ye)車同國外(wai)同類(lei)型(xing)高空作(zuo)業(ye)機(ji)械(xie)(xie)產品相比(bi)有一定(ding)差距(ju)，主要表現為技術含量低、大(da)型(xing)的(de)較少、結(jie)構笨重、作(zuo)業(ye)時微動性能差等問題 在(zai)開發(fa)研制設(she)(she)計過程(cheng)中，應采取有效措施(shi)、試驗研究(jiu)，逐(zhu)(zhu)項加(jia)以解決(jue)，以縮小差距(ju)。我國基礎設(she)(she)施(shi)建(jian)設(she)(she)領(ling)域的(de)持續高速發(fa)展，使市(shi)場對各種(zhong)高空作(zuo)業(ye)平臺的(de)需求量大(da)增(zeng)。而由于大(da)膽嘗(chang)試體制和機(ji)制創新，國內高空作(zuo)業(ye)平臺企業(ye)的(de)內生動力(li)與(yu)競爭力(li)不斷(duan)增(zeng)強，市(shi)場開拓能力(li)明顯增(zeng)強，多元化的(de)經營方(fang)式使市(shi)場成(cheng)交(jiao)量不斷(duan)增(zeng)加(jia)。

　　1.3 限元法原理與應(ying)用

　　有(you)(you)(you)(you)限(xian)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)法(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)基本思想(xiang)，是將彈性(xing)連續(xu)體(ti)劃分(fen)成有(you)(you)(you)(you)限(xian)個(ge)單(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)體(ti)，并認為相鄰(lin)單(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)之間(jian)僅在有(you)(you)(you)(you)限(xian)個(ge)節點(dian)(dian)(dian)(dian)上(shang)相互連接。根(gen)據物體(ti)珠幾何形(xing)狀、載荷(he)特(te)征、邊界(jie)約(yue)(yue)束(shu)(shu)特(te)征等，單(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)有(you)(you)(you)(you)各(ge)種(zhong)類(lei)型。節點(dian)(dian)(dian)(dian)一(yi)般都在單(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)邊界(jie)上(shang)，節點(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)(wei)移分(fen)量(liang)(liang)是作業結構的(de)(de)(de)(de)(de)基本未(wei)知(zhi)量(liang)(liang)，這樣組成有(you)(you)(you)(you)限(xian)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)集(ji)(ji)合體(ti)，并在引進等效節點(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)及節點(dian)(dian)(dian)(dian)約(yue)(yue)束(shu)(shu)條(tiao)件。由(you)于節點(dian)(dian)(dian)(dian)數(shu)目有(you)(you)(you)(you)限(xian)，就(jiu)(jiu)(jiu)成為具(ju)有(you)(you)(you)(you)有(you)(you)(you)(you)限(xian)自(zi)由(you)度的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)(you)(you)(you)限(xian)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)計算模(mo)(mo)型，它代替了(le)原(yuan)來(lai)具(ju)有(you)(you)(you)(you)無限(xian)自(zi)由(you)度的(de)(de)(de)(de)(de)連續(xu)體(ti)，也就(jiu)(jiu)(jiu)是有(you)(you)(you)(you)限(xian)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)離散化。在此基礎上(shang)，對每(mei)(mei)一(yi)單(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)根(gen)據分(fen)塊近似的(de)(de)(de)(de)(de)思想(xiang)，假(jia)設一(yi)個(ge)簡單(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)函數(shu)來(lai)近似模(mo)(mo)擬(ni)其位(wei)(wei)移分(fen)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)布規律(lv)，即(ji)選(xuan)擇位(wei)(wei)移模(mo)(mo)式，再通(tong)過(guo)虛功原(yuan)理（或變(bian)分(fen)原(yuan)理或其它方(fang)法(fa)(fa)）求(qiu)得每(mei)(mei)個(ge)單(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)衡方(fang)程，就(jiu)(jiu)(jiu)是建立單(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)節點(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)與節點(dian)(dian)(dian)(dian)之間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)系。最后，把(ba)所有(you)(you)(you)(you)單(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)這種(zhong)特(te)性(xing)關(guan)系，按(an)照保(bao)持節點(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)移連續(xu)和節點(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)平(ping)衡的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)式集(ji)(ji)合起來(lai)，就(jiu)(jiu)(jiu)可(ke)以(yi)得到整個(ge)物體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)衡方(fang)程組，引入邊界(jie)約(yue)(yue)束(shu)(shu)條(tiao)件后解(jie)此方(fang)程就(jiu)(jiu)(jiu)求(qiu)得節點(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)移，并計算出各(ge)單(dan)(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)應(ying)力(li)。

　　2. 高空作業車作業臂的結構與設計

　　2.1 作業臂結構特點及工作原理

　　伸(shen)縮(suo)式(shi)吊(diao)臂采用操作液壓缸(gang)來實現變幅，作用在(zai)吊(diao)臂上(shang)的載荷(he)主要有起升(sheng)載荷(he)、自重、回轉慣性力以及風載荷(he)等。吊(diao)臂的伸(shen)縮(suo)方式(shi)主要有三種：順序伸(shen)縮(suo)、獨立伸(shen)縮(suo)和同步伸(shen)縮(suo)。吊(diao)臂的結構(gou)形式(shi)如圖2-1所示。

　　1—伸(shen)(shen)(shen)縮(suo)(suo)(suo)液壓缸(gang)(gang) 2—支撐滑(hua)塊(kuai)(kuai) 3—變(bian)幅液壓缸(gang)(gang) 4—基(ji)本(ben)(ben)臂(bei)(bei)(bei)(bei) 5—第2節(jie)(jie)臂(bei)(bei)(bei)(bei) 6—第3節(jie)(jie)臂(bei)(bei)(bei)(bei)伸(shen)(shen)(shen)縮(suo)(suo)(suo)臂(bei)(bei)(bei)(bei)由伸(shen)(shen)(shen)縮(suo)(suo)(suo)臂(bei)(bei)(bei)(bei)油缸(gang)(gang)控制，不工作時伸(shen)(shen)(shen)縮(suo)(suo)(suo)臂(bei)(bei)(bei)(bei)回縮(suo)(suo)(suo)至(zhi)基(ji)本(ben)(ben)臂(bei)(bei)(bei)(bei)內部；起(qi)(qi)(qi)重作業(ye)時，伸(shen)(shen)(shen)縮(suo)(suo)(suo)臂(bei)(bei)(bei)(bei)根據需要的起(qi)(qi)(qi)重幅度和起(qi)(qi)(qi)升高度進行伸(shen)(shen)(shen)縮(suo)(suo)(suo)。伸(shen)(shen)(shen)縮(suo)(suo)(suo)臂(bei)(bei)(bei)(bei)根部通過銷軸(zhou)與伸(shen)(shen)(shen)縮(suo)(suo)(suo)臂(bei)(bei)(bei)(bei)油缸(gang)(gang)鉸(jiao)接，伸(shen)(shen)(shen)縮(suo)(suo)(suo)臂(bei)(bei)(bei)(bei)和基(ji)本(ben)(ben)臂(bei)(bei)(bei)(bei)間(jian)有滑(hua)塊(kuai)(kuai)，以保證伸(shen)(shen)(shen)縮(suo)(suo)(suo)臂(bei)(bei)(bei)(bei)能平(ping)穩運動。伸(shen)(shen)(shen)縮(suo)(suo)(suo)臂(bei)(bei)(bei)(bei)與油缸(gang)(gang)、基(ji)本(ben)(ben)臂(bei)(bei)(bei)(bei)根部和回轉(zhuan)平(ping)臺(tai)也通過水平(ping)銷軸(zhou)鉸(jiao)接。

　　2.2 作業臂的截面分類

　　在科(ke)學研究(jiu)和(he)工程實踐中，隨著鋼材性能(neng)的不(bu)斷提(ti)高(gao)，工程師可以采取優化作(zuo)(zuo)業臂截(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面結構來減輕作(zuo)(zuo)業臂的重量，為此對(dui)作(zuo)(zuo)業臂的截(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面形(xing)式作(zuo)(zuo)了許多探討，歸納起來主要有四邊(bian)形(xing)截(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面、五邊(bian)形(xing)截(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面、六邊(bian)形(xing)截(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面、八邊(bian)形(xing)截(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面以及橢圓形(xing)截(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面等不(bu)同的截(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面形(xing)式。因此研究(jiu)采用何種截(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面形(xing)式能(neng)使作(zuo)(zuo)業臂的自重較小(xiao)，結構性能(neng)提(ti)高(gao)，材料利用更充分(fen)，是伸縮式吊臂優化設計的主要方向(xiang)之(zhi)一。常見(jian)的作(zuo)(zuo)業臂截(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面形(xing)式如(ru)圖(tu)2-2所示。

　　四邊(bian)形(xing)剖(pou)面(mian)(mian)大多(duo)(duo)由(you)上(shang)蓋(gai)板、下蓋(gai)板、腹(fu)板聯(lian)接，工(gong)藝簡單，優點(dian)突出，抗彎強度好(hao)，抗扭剛強度好(hao)等，當前高(gao)(gao)空作(zuo)業(ye)車作(zuo)業(ye)臂(bei)(bei)大多(duo)(duo)采用此截面(mian)(mian)。然而這(zhe)(zhe)種(zhong)截面(mian)(mian)缺點(dian)明顯，材料的(de)(de)承(cheng)載能(neng)(neng)力不能(neng)(neng)充(chong)分發揮出來(lai)，并且各作(zuo)業(ye)臂(bei)(bei)間要(yao)想很好(hao)地傳(chuan)(chuan)遞(di)(di)扭矩(ju)和(he)橫向力需設(she)附加(jia)支撐，較(jiao)差(cha)的(de)(de)穩(wen)(wen)定性體現出來(lai)，這(zhe)(zhe)就需要(yao)設(she)置縱向筋在(zai)隔板上(shang)且要(yao)保(bao)持一(yi)定距離(li)，或(huo)者安(an)裝斜向筋在(zai)腹(fu)板的(de)(de)外側(ce)，以達到作(zuo)業(ye)臂(bei)(bei)抗屈曲能(neng)(neng)力的(de)(de)提升。五邊(bian)形(xing)剖(pou)面(mian)(mian)的(de)(de)下蓋(gai)板和(he)腹(fu)板板的(de)(de)寬度較(jiao)實際小，這(zhe)(zhe)樣作(zuo)業(ye)臂(bei)(bei)局(ju)(ju)部的(de)(de)抗失穩(wen)(wen)能(neng)(neng)力的(de)(de)到提高(gao)(gao)。在(zai)四角處均有前后滑塊支撐，這(zhe)(zhe)樣結(jie)構的(de)(de)橫向力和(he)扭矩(ju)都能(neng)(neng)更(geng)好(hao)地傳(chuan)(chuan)遞(di)(di)，伸縮(suo)臂(bei)(bei)各板之(zhi)間局(ju)(ju)部彎曲不再產生(sheng)，因此這(zhe)(zhe)種(zhong)截面(mian)(mian)的(de)(de)伸縮(suo)作(zuo)業(ye)臂(bei)(bei)機械性能(neng)(neng)能(neng)(neng)更(geng)大的(de)(de)發揮出來(lai)，目前在(zai)我(wo)國，五邊(bian)形(xing)的(de)(de)作(zuo)業(ye)臂(bei)(bei)應用較(jiao)多(duo)(duo)。

　　3. 結(jie)論(lun)

　　通(tong)過本文的(de)研(yan)究，掌握高空(kong)作業車(che)作業臂的(de)結構(gou)設計理論和分析方法(fa)(fa)，得出(chu)較(jiao)為(wei)(wei)準確(que)的(de)設計方法(fa)(fa)從(cong)而達(da)到優化結構(gou)、減輕自重(zhong)、提高可(ke)靠性的(de)目的(de)，為(wei)(wei)研(yan)制高空(kong)作業車(che)奠定基礎。