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1、武汉理工大学硕士学位论文分类号 密 级 UDC 学校代码 10497 学 位 论 文题 目 登高平台救援消防车支承系统设计 Design on Electronic control System for Underground Lift Type Compressed Garbage Station英 文题 目 申请学位级别 硕士 学科专业名称 机械工程 论文提交日期 2012.04 论文答辩日期 2012.05 学位授予单位 武汉理工大学 学位授予日期 答辩委员会主席 评阅人 2011年04月53独 创 性 声 明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所
2、知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签 名： 日 期： 学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本
3、学位论文，并向社会公众提供信息服务。（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）： 导师（签名）： 日期 目 录第1章 绪 论51.1 论文研究背景51.2 论文主要研究内容的国内外研究现状及发展趋势81.3 论文的研究目的和意义121.4 论文的课题支撑及主要研究内容12第2章 支承系统结构设计162.1底盘选型162.2底盘副车架设计182.2.1副车架结构形式182.2.2副车架的前端形状182.2.3材料的选用202.2.4纵梁设计202.2.5横梁设计222.2.6连接及加固方式242.3支腿形式设计272.3.1支腿支撑方式选择272.3.2支腿形式选择282.4支腿跨距设计3
4、02.4.1支腿横向跨距302.4.2支腿纵向跨距322.5支腿压力计算332.6 支腿液压缸选型352.7支承脚设计352.7.1支承脚形式选择352.7.2支承脚面积计算362.8支撑系统稳定性分析362.8.1 CAD/CAE技术介绍362.8.2 支撑系统模型建立372.8.3 支撑系统有限元分析382.8.4 支撑系统结构优化设计382.9本章小结38第3章 支承系统调平方法及策略393.1调平思路393.2调平原理393.3调平方法设计413.3.1调平方法选择413.2.2 最高支腿的判断规则433.2.3最低支腿的判断规则443.4调平策略设计443.5调平问题解决463.6
5、本章小结47第4章 支承系统调平控制方案484.1调平系统选择484.2调平系统控制器选择494.3调平控制系统的组成514.4控制系统的软件设计514.5调平系统核心部件选型524.5.1登高平台救援消防车调平系统液压元件选型524.5.2登高平台救援消防车调平系统传感器选型54第5章 全文总结与工作展望565.1 全文总结565.2 研究展望56第1章 绪 论1.1 论文研究背景消防车是装备各种消防器材、消防器具的各类消防车辆的总称，是消防队伍用来灭火，抢险救援的主要工具，消防车辆的水平，反映一个国家机械装备业的制造水平。近10年来，随着我国经济的发展，许多高层建筑、高大厂房及大型石化塔釜
6、拔地而起。据统计，我国高层建筑有162,000栋，就大城市而言，上海差不多有10000多栋的高层建筑，其中30层以上的就有2000栋；另外，广东省有2,0000栋，北京有8000栋；杭州市近年来高层建筑的高度也不断被刷新，百米以上的超高层建筑有50多幢；沈阳市至少拥有超过50座的百米高楼。越来越多的高层建筑彰显着大都市的风采，同时也给高层建筑防灾装备和火灾救援能力提出了严峻挑战。高层建筑(超过24m或10层)火灾扑救是国际性的消防难题。高层建筑一旦着火，消防车如果作业高度不够，要么束手无策，任大火肆虐，要么另寻他路，而延误扑火战机，后果十分严重。为适应这种需要，传统的单一品种的消防车已从单一的
7、水罐消防车逐步向大功率、高效能、多功能、多品种系列化发展。举高消防车是一种新技术消防车，作为消防车中的重要类别，是扑救高层建筑与火灾的重要装备，在现代都市中的灭火作用正显得越来越为重要。举高消防车按底盘承载能力可分为轻型消防车、中型消防车和重型消防车。按用途可分为登高平台消防车、举高喷射消防车和云梯消防车，如图1-1、1-2、1-3所示。举高喷射消防车的特点：装备折迭式或折迭、伸缩组合式臂架、转台及灭火装置，杆状液压臂架和其顶部灭火喷射装置是其标志性配置。按臂架的结构型式可分为曲臂式举高消防车、直臂式举高消防车和组合臂式举高消防车。消防员在地面遥控操作臂架顶端的灭火喷射装置。但不能直接营救被困
8、人员。登高平台消防车的特点：杆状液压臂架和其顶部的载人平台和灭火喷射装置是其标志性配置。可扑救高层建筑、高大设施等火灾，营救被困人员、抢救贵重物资等。云梯消防车的特点：主要适用于将消防队员安全迅速地运到火灾现场,扑救高层建筑、高大厂房的火灾,营救高空被困人员,抢救贵重物资等作业。装备伸缩式云梯(可带有升降台)、转台及灭火装置，用于扑灭高层建筑火灾和抢救人员。图1-1举高喷射消防车 图1-2云梯消防车 图1-3登高平台消防车举高消防车按臂架的结构型式可分为曲臂式举高消防车、直臂式举高消防车和组合臂式举高消防车。直臂式消防车依靠其多级伸缩臂的直线伸缩而举升，整个臂架不能折叠，其最大作业幅度有一定的
9、局限性；折臂式由多节折叠臂及其折叠臂液压缸等组成，工作时靠折叠臂液压缸实现工作点的举升和移位。相对于直臂式来说，折臂式作业幅度大，但结构复杂，稳定性差。组合臂式举高消防车由多节伸缩臂加1节或多节曲臂组成，具有作业高度高、跨障碍能力强，且作业稳定性好等特点。登高平台救援消防车作为消防车体系中的重要一员，既有优越的灭火性能，又有强大的救援性能，在现代城镇高层建筑消防救援中发挥着其它消防车无法替代的作用。时至今日，登高平台救援消防车已经成为现代消防不可或缺的工具。与其他举高类消防车相比，其主要优点如下：1）登高平台车的箱筒型臂架结构远比云梯车的槽型桁架梯架结构的抗扭转、弯曲能力强，刚性好。当采用组合
10、式臂架结构时，跨越能力强，工作适用性好。2）为操作人员提供更为安全、适宜的高空作业位置，便于进行救援、排风、外部检修与喷水作业。作业平台额定承载量相对较大，至少达到300Kg。3）上车动作既可在转台，也可在作业平台中操作完成，设置功能齐全的多媒体显示系统，可随时显示整机的动态工作参数并进行安全控制。4）遇险人员（尤其是老弱病残者）利用平台快速、安全转移。平台下部或侧面装有救援用辅助固定装置，利于营救和转移已伤残的人员。中小型平台车臂架侧面还附带云梯救援系统。5）平台上设有水炮、出水口、探照灯、手动工具、火场监控器等设备，整车消防救援能力强，利于火场指挥员从高空平台上勘察大面积火灾的情况。登高平
11、台救援消防车分为下车和上车两大部分。下车包括汽车底盘、副车架总成、支腿总成、下车消防系统、油泵装置、应急动力、下车液压系统、下车电气系统等。上车包括回转支承、转台、回转机构、臂架变幅系统、臂架总成、电缆输送系统、液压输送系统、上车消防系统、作业平台、平台调平系统、上车液压系统、上车电气系统、安全限位装置等，并可选装云梯系统、空气呼吸系统、照明系统等。其总体结构简图如图1-4所示。1-底盘 2-臂架系统 3-作业平台 4-转台 5-副车架 6-支腿系统 7-水罐和泡沫罐图1-4登高平台救援消防车总体结构图本文主要研究作业平台3、副车架5、支腿系统6三个部分，每部分功能如下：（1）作业平台作业平台
12、是承载工作人员和作业器材的装置。作业平台的放置位置有前置式、中置式和后置式三种形式，应该结合臂架和底盘形式来确定。图2-2中臂架形式为折叠臂式，所以作业平台选用了后置式放置形式。（2）副车架副车架是登高平台救援消防车非常重要的刚结构件，承载着整个上车的重量。副车架不仅强化了车架，而且可将登高平台救援消防车专用装置和装备的集中载荷较均匀地分布在车架上，并起到缓冲作用，改善车架的受力情况。（3）支腿系统登高平台救援消防车在作业时臂架容易受到风力、重力、喷射反力等作用力的影响而发生倾覆的危险。因此，为了保证整车作业时的安全、稳定，必须增大支撑面，这就需要在副车架或底盘上加装支腿装置。加装支腿之后，在
13、作业前必须将支腿伸出并调平。1.2 论文主要研究内容的国内外研究现状及发展趋势1.2.1国内外总体发展现状我国的消防车辆起步于20世纪40年代。60多年来,国产消防车行业经历了引进仿制、自主改装、合资生产到独立研发的过程。国产消防车的设计技术、制造工艺均有了突破性进展,已形成了系列化、功能化、多元化的产品特点。自上世纪90年代以后，我国国产举高消防车开始推向市场。近些年，国内举高消防车行业普遍存在技术风险大、行业管制严格、市场化不成熟等状况。主要厂家和产品有：锦州重型机械有限公司，生产锦重牌：eDQ22型、eDz32型、eDzso型；上海格拉曼国际消防装备有限公司，生产上格牌：DG22型；上海
14、申龙消防设备器材有限公司，生产菱箭牌:KP22型、YTSO型；沈阳捷通消防车有限公司，生产金猴牌：DG22型、DG51型、DG32型、DG40型；沈阳消防车厂，生产金猴牌：eDQ24型、CDQ228型、CDZ32型、DG40型；抚顺重型机械有限公司，生产抚起牌：CDZ20型、CDZ25型、CDZ32型、CDZ40型、CJQ25型、CJZ30型；苏州市捷达消防车辆装备有限公司，生产苏捷牌：DG22F型、DG犯型；重庆大江车辆总厂，生产鳖鱼牌：KP20型；徐州工程机械集团有限公司，生产徐工牌：CDZ22型、CDZ32型、CDZ40型、DG22型、DG24型、DG32型、DG34型、DG40型、DG53型、DG68型。徐工还有重型两款消防车新品DG42C、DG54C。徐工重型新推出的系列产品既充分吸收了国内外同类车型的亮点，又结合了我国消防装备的需求和发展趋势。新产品主作业参数和消防性能国际领先、多功能和动力性国内领先、控制系统先进、安全可靠，已顺利通过国家消防装备质量监督检验中心的型式试验，标志着徐工重型的多功能举高平台车系列DG42C、DG54C的成功问世。国
