高空作业车工作臂设计及有限元分析设计说明书

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1、1 绪论1.1 概述我国高空作业机械的生产于 20 世纪 70 年代末开始起步,起步较晚但发 展较快,目前生产经营企业已由原来的几家迅速增加到 40 余家,其中与国外 合资或合作生产的企业有 5 家,根据 2004 年和 2005 年中国工程机械年鉴 ， 2003 年高空作业机械工业总产值为 32139 万元，生产各类高空作业平台 1906 台，高空作业车 740 台；2004 年高空作业机械工业总产值为 36340 万 元，生产各类高空作业平台 2500 台，高空作业车 800 台。据不完全统计， 到 2008 年，全国高空作业车年总产销量均超过 1600 台，可见发展速度之 快，行业几个骨

2、干企业通过近几年强化技术创新和科研开发，其生产规模 不断扩大，形成了各自特色的产品系列，基本能满足国内市场高空作业机 械的需要，企业的各项主要经济指标逐步上升，经济效益也逐年提高，行 业也呈现出快速发展的态势。1.1.11.1.1 高空作业机械行业的发展现状高空作业机械行业的发展现状(1) 产品性能逐步提高我国高空作业机械行业的一些骨干企业利用自己的技术和设备优势， 并通过引进、消化和再创新，开发了许多新产品，其产品的技术水平和产 品质量都不断提高，达到和接近了国际同类产品的先进水平，推动了高空 作业机械行业的技术进步，在国内市场中竞争力强，市场销路好，产量增 加较快。如杭州爱知工程车辆有限公

3、司开发的全液压驱动型最大作业高度 可达26.7m的自行式高空作业平台 ,徐州海伦哲开发的全遥控16m自行走高空作业车、20m联动折叠加伸缩智能控制和35m多级伸缩折叠混合臂架智能 控制高空作业车等，以上产品填补了国内产品空白，达到了国际先进水平， 北京起重机厂开发了自行式剪叉平台、蜘蛛式折臂平台、箱型截面铝合金 桅柱平台，其中箱型截面铝合金桅柱平台单桅柱最大作业高度达到了 16.5m，杭州赛奇工程机械厂多桅柱铝合金平台达到了22m,。此外,在高空作 业车产品方面，徐州海伦哲、抚顺起重机、锦州重型、重庆大江等公司先 后开发了30m以上的高空消防车,彻底打破了国内只能依赖进口产品的薄弱 局面。 (

4、2) 产品种类和数量不断增加我国高空作业机械产品的需求量随着国民经济和城市建设的发展逐年 增加，各种规格的新产品近几年增加较快。如徐州海伦哲专用车辆股份有 限公司在短短几年内先后开发了折叠臂、伸缩臂、混合臂、自行式等四个 系列，作业高度935m，近40个规格的高空作业车产品。拥有行业最多的 专利技术，已申报国家专利83项，批准授权的47项，其中发明专利7项。 这些产品广泛用于电力、路灯、交通、园林、交警、高速公路、有线电视、 高校、机场、港口、船厂、大型企业等领域，并出口东南亚、中东亚等国 家。杭州爱知工程车辆有限公司组装生产了作业高度22.5m和26.5m的SP系 列自走式等高作业机和作业线

5、路电压达35KV、作业高度17m的SH151直伸式 绝缘高空作业车，作业线路电压10KV、作业高度14m的SC125折叠臂式绝缘 高空作业车、作业线路电压35KV，作业高度16.7m的直伸式电脑型的最新 SH145绝缘高空作业车以及在此基础上改进的多关节自动控制SN145绝缘高 空作业车和作业高度18.3m的SH17A绝缘高空作业车，其它产品有 7.8m、8m、9m、12m、14m、15m、16m、17.5m、20m、21m、27.5m等各种普 通高空作业车、起重高空作业车可桅柱式皮卡高空作业车。 (3) 产品市场占有率进一步扩大一些企业利用自身的优势，在原有产品的基础上根据国内底盘品种的 发

6、展和基础零部件的更新，不断加大新产品的开发力度，走企业横向联合 多种经营的综合开发道路，不但使企业自身的生产和销售步入了良性循环 轨道，还带动了附属企业和国内相关产品的销售发展。如杭州园林机械厂 自1995年底正式和日本爱知公司合资以来，一方面加大国产产品的更新改 造，另一方面利用日本先进技术和管理经验不断开发适合国内用户需要的 产品，企业在短短几年内就有10多个新产品问世，在中小高度的高空作业 车上占有较大的国内市场份额，并有部分产品出口。徐州海伦哲、抚顺起 重机总厂、锦州重型机械股份有限公司等公司针对国内大高度高空作业车 高空作业车依赖进口的局面，抓住机遇，先后开发了30m以上的高空作业车

7、， 取得了良好的社会效益和经济效益，基本上满足了国内市场的需求，在国 内市场中占有较大的份额。1.1.21.1.2 高空作业机械行业存在的问题高空作业机械行业存在的问题（1）部分企业技术创新能力较差。部分企业不重视产品的更新和新产品的开发，产品几十年一贯制、品 种规格单一、市场经营范围窄，使企业产品产量逐年下降，企业效益差。 近几年，国外高空作业机械产品纷纷进入国内，如芬兰的Bronto公司、美国的JKL、Genin、Upright、Snorkel、Skyjacker等公司以及英国、意大利、丹 麦的一些著名公司在国内都相继设立了办事机构，而且在大高度产品和特 殊产品中仍然占有国内主要市场。如高

8、空绝缘作业车、蜘蛛式大高度作业 平台、自行式高空作业平台等，这些进口产品性能好、外观美、价格与国 内产品相差不多，具有很强的竞争力。 （2）缺乏高空作业车的专用底盘。 高空作业车是由汽车底盘改装而成的，属于工程车辆范畴，长期处于重载状态，行驶距离短、车速慢、使用频率不高，为便于在各种街道行驶， 要求体积小、轴距短，又因其重心高，要求底盘大梁低，使用的底盘与一 般货车底盘有所不同，在汽车大梁两侧应力集中处都进行了加强，发动机 功率比一般货车大，轮胎小而载荷大，部分底盘大梁前高后低，其它部分 也作了适当的改进。我国到目前为止还没有高空作业车专用底盘，只能选 择一般货车底盘，由于选择范围比较窄，给设

9、计、选型带来许多困难，同 样高度的高空作业车底盘往往比国外产品的底盘大一个档次，造成车身宽、 轴距长，使整车外型又大又高、行驶也不灵活。 （3）专业化生产水平低的小作坊式企业较多。 国内大部分企业以自主生产为主，专业化生产水平很低，工艺落后， 劳动生产率低。一些小公司、小作坊式企业纷纷生产高空作业机械，如在 江苏、广东等地，一个地区就有数十家企业，这些小企业的产品产量少、 质量差、价格低、严重冲击和影响着正常的市场销售。 （4）安全性差 尽管国内生产的高空作业车设计都偏保守，但高空作业仍时有事故发 生，这是制约我国高空作业车占有国内及国际市场的一大难题，我国高空 作业车要进一步发展，就一定要突

10、破安全性差的瓶颈。1.1.31.1.3 高空作业机械行业的发展高空作业机械行业的发展（1）发展的方向 1安全性 高空作业车的诞生就是为了是原本危险的高空作业更加安全可靠，所 以安全性仍然是高空作业车发展的首要方向。随着科学技术，尤其是工业 控制技术的发展，高空作业车的设计也发生了革命般的变化，许多先进的 技术如液压控制技术、智能控制技术等广泛采用，以使高空作业更加的安 全。 2舒适性高空作业车在满足安全性的前提下，也要满足操作人员的舒适性要求， 因此舒适性也将是高空作业车的发展方向，这就要求设计过程中要越来越 多的考虑人性化的要求。 3便捷性 高空作业车应用范围变得越来越广泛，由室外到室内，由

11、一处到多处连续作业，这就要求高空作业车在作业过程中要便于移动，并能适应高难 度的高空作业。 （2）发展战略措施 1加大企业的技术创新力度 高空作业行业作为城市建设的新型产业，必须调整产品结构，要抓好供电用高空作业机械产品。建筑用自行式登高作业机械及带电绝缘高空作 业机械产品的开发，室内外轻型作业平台和 25m 以上消防救援高空作业车 的开发和应用。总的发展趋势是致力于扩大高空作业机械的作业范围，满 足不同作业的需要；确保使用人员的作业安全；提高操纵和使用性能。 高空作业平台产品以往国内大多以手推式为主，体积大、质量重、更 换工作场地非常困难，给用户使用带来不便，而发达国家在产品上早已更 新。因

12、此，开发轻便的铝合金平台和自行式平台有着广阔的前景。从国内 近几年开发的铝合金平台销量来看也证明了这一点。 应该优先进行高空作业机械的自动控制和安全保护技术、室内外轻型 作业平台及自行式作业平台和大作业幅度平台及新型多功能高空作业车的 研究、开发。 2.开发专用工程车辆底盘 要提高我国高空作业车的技术水平，首先必须解决工程车辆底盘问题。 我国目前正在努力提高汽车工业的整体水平，走集团化规模道路，并积极 引进国外资金及技术，但还只限于轻型底盘。汽车制造厂家应该在此基础上根据高空作业车的具体要求，专门设计轻型、中型和重型的工程车底盘 以供高空作业车的改装之用。 3扩展产品的使用功能和用途 我国高空

13、机械的使用范围还比较窄，使用较多的主要有路灯、道路交 通、园林部门，国内大多厂家把用户集中在车站、地铁、商店、工厂、供 电、路灯等部门，其市场远远没有挖掘和培育出来。高空作业机械在有发 展前途的电力、电信及有线电视系统使用较少，究其原因是国内产品技术 性能及参数还不能完全满足上述三大系统使用的要求，在产品用途和功能上还需更新。如将高空作业机械用在建筑施工中以替代某些脚手架施工、 建筑物外墙表面的装饰、清洗和维护等；绝缘架线和维修；消防救援及大 型物体（船舶、飞机）维护检查等，但开发以上这些产品需要从产品的适 应性、技术性能上进行较大的突破。 随着我国经济的发展，停电对工农业生产和人民生活带来的

14、损失不可估量，国家已经开始实行电力法 ，对供电可靠性要求越来越高，在电力 系统创一流企业活动中要求供电可靠率达到 99.9%，所以如何解决不停电检 修带电作业的问题已经非常突出，这就要求不但能登高作业，还要具 有绝缘性能好的高空作业车，这种新型高空作业车要打破常规的格局，工 作斗、臂架要采用非金属的高性能绝缘材料；工作斗对整个作业的控制不 能采用一般的电控和液控，还要具有起吊能力，并有更可靠的安全性、平 稳性、微调性。电信和有线电视系统使用的高空作业车要求小巧灵活，能 走街穿巷，操作方便，乘坐舒适，这就要求设计小型先进的汽车底盘，并 解决动力输出问题。应该特别注意的是，高空作业车新产品的开发不

15、能限 制在汽车上，应该考虑它是一种工程机械，以适应用户的需要为前提。行 走方式可以采用电动自行式、液控自行式、轮胎自行式、履带自行式等。 我国船舶行业对轮胎液控自行式高空作业车的需求量很大，建筑行业对履 带自行式产品也将产生需求，室内装修、清洗行业大量需要电机自行式高 空作业车。随着高速公路、高架桥的出现，逐步需要具有负低空作业性能 的高空作业车，以解决高架路桥的维修问题，这种特殊的高空作业车在国 外早已出现，但在我国还刚刚起步。 (3) 发展趋势 这几年是我国高空作业机械产品快速发展的几年，主要产品如各种高 空作业车、剪叉式高空作业平台和桅柱式高空作业平台都有很大幅度的增 长。 “十一五”期

16、间仍将会是中国高空作业机械产品快速发展的黄金时期，这些产品将继续保持良好的发展势头。随着北京年奥运的顺利完成以及上 海世博会的临近，我国各项城市建设进入高峰期，国内外许多著名厂商把 目光聚焦在北京奥运和上海世博会等城市建设工程中，这些商机对本行业 具有特殊的吸引力。高空作业机械行业作为城市建设的新型产业，首先必 须调整产品结构，从施工作业中最为繁重的劳动中解脱出来，以实现机械 化。具体地说是要抓好城市公用建筑、供电用高空作业机械产品，建筑用 自行式登高作业机械及带电绝缘高空作业机械产品的开发，室内外轻型作 业平台和 25m 以上消防救援高空作业车的开发和应用。 目前，国外高空作业机械品种规格繁多，已形成一个非常大的行业， 并且成立了国际标准化组织。纵观近 10 年的国际工程机械博览会，可以清 楚地看到，高空作业车是一个非常大的产业，也是一个非常大的行业，其 总的趋势是：a) 产品进一步智能化。b) 产品进一步小型化、轻量化。c) 零部件制造进一步向专业化、精细化、个性化发展。 d) 安全与环保意识不断提高。 e) 致力于扩大作业范围，满足不同作业的需要