登高平台救援消防车支承系统设计_毕业论文(编辑修改稿)

登高平台救援消防车支承系统设计_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

御整机倾覆的能力。 登高平台救援消防车在作业时，由于负荷过大，操作失误而引起过大的惯性力，或由于风载过大或支承面下沉等原因，往往会丧失稳定，甚至倾翻。 因此，必须对登高平台救援消防车的稳定性给予足够的重视与研讨。 国内外对登高平台救援消防车调平与支撑系统设计及分析的研究主要集中在以下五个方面： （ 1） 登高消防车国内外发展现状及稳定性研究 （ 2） 支腿调平系统设计及研究方法 （ 3） 作业平台调平系统设计及研究方法 （ 4） 支 撑系统设计及稳定性分析 （ 5） 软件设计平台、实物模型搭建 综合比较发现，国外在超高型登高平台救援消防车上优势明显，比如芬兰的博浪涛公司已经制造出的作业高度达 112m 的云梯车。 在稳定性上，如在作业允许的风速上，国内的 DG68 登高平台消防车为 14m/s，国外的则不管作业高度如何一律为 16m/s。 同时在诸如臂架变幅稳定性控制、支腿调平以及作业平台调平性能上，国内相对于国外产品也有一定差距。 从整体上来说，国外高端产品无论从功能还是性能上都要高于国内产品，要跻身世界举高消防车的先进行列还有很长一段路要走。 发展趋势 目前，登高平台救援消防车 整体 正向着巨型化、智能化、轻量化、省力化、安全化、舒适化、多功能化、整机制作精美宜人化方向发展。 国产消防车辆的向以下几个方向发展： ,产品结构趋于合理 ,生产出消防车辆专用底盘。 一是消防车小型化、二是制造特大功率的巨型消防车。 武汉理工大学硕士学位论文 11 设计手段滞后极大地影响我国消防车行业的发展。 随着现代工业的迅速发展和国内外市场竞争的加剧，消防车的设计计算方法需不断充实和完善，研发过程中主要运用的现代设 计理论及方法如下： 1）反求设计 反求设计是针对消化吸收先进技术的一系列分析方法和应用技术的组合。 反求设计是通过实物或技术资料对已有的先进产品进行分析、研究、解剖和试验，了解其参数、性能、构造和功能，掌握其关键技术、工作机理和工艺原理，以进行仿制、改进和发展创造新产品的一种方法。 通过反求分析，对反求对象从功能、原理、方案、结构、尺寸、材料、加工装配工艺等有全面深入的了解，明确关键功能和关键技术，对设计中的特点和不足之处做出必要的评估，在此基础上进行测绘仿制，变参数设计，适应性设计或开发性设计。 2）优化设计 由于消防车设计长期以来采用经验类比设计方法，不仅需要花费较多的设计时间，而且只限于在少数几个候选方案中进行比较分析，同时选择的方案也没有十分精确的评价标准来衡量其优劣，一般很难得到最优的设计方案。 随着电子计算机技术的发展与应用，可以建立设计过程能自动择取最优方案的一种迅速有效的方法，即优化设计。 这种设计方法是数学规划与计算机技术相结合的产物，成为解决复杂设计问题的一种有效方法。 消防车设计采用优化方法，能根据产品要求，合理确定和计算各项参数，以期达到最佳的设计目标，例如重量、成本、性能和承载能力等。 现代产品 设计向有限元优化、成本优化、系统优化等全方位、深层次方向发展。 3）模块化设计 模块化设计可将消防车上同一功能的基本部件、元件、零件设计成具有不同用途、不同性能的模块，这些模块具有相同的联接要素，可以互换。 选用不同的模块进行组合，可形成各种不同类型和规格的通用或专用消防车。 设计新型消防车只需选用不同模块重新进行组合，车辆改进只需针对某几个模块。 某些最新技术可应用于模块中，待试验研究达到结构可靠、性能稳定后，即可加到新产品中，取代已有结构。 模块化设计加快了老产品的更新换代和新产品的研制速度。 由于提高了通用化程 度，可使单件小批量产品的生产转换成大批量的模块化生产，实现标准化生产。 生产厂家也能以较少的模块形式，组合成不同功能和不同规格的消防车，以满足市场多品种要求，增强竞争能力。 模块化设计方法主要适用于批量生产的消防车系列。 武汉理工大学硕士学位论文 12 论文的研究目的和意义 登高平台救援消防车的稳定性是决定其能否安全、顺利工作的重要因素，支腿调平系统能否快速有效的工作是整车开始作业的前提。 登高平台救援消防车在工作时需要 — 个高精准的水平平台，在其到达救援目的地后，就必需对平台的水平度进行调节，为正式工作做好准备。 平台是否调平不仅关系到 作业人员和被救人员的人身安全，而且也关系到消防车的机动性能的好坏。 因此，对于调平系统的调平精度和调平的速度以及稳定性和可靠性都有一定的要求。 如何能够有效地提高设备自动化程度使之易于操作，降低对人员技巧的要求，有效减少调平时间、提高调平精度，是近年来该领域专家研究的热点之一。 登高平台救援消防车的整车稳定性能主要由副车架及支腿组成的支撑系统来保证。 支撑系统主要是金属结构件，应有足够的强度 、 刚度 ， 以承受车身自重 和 外载荷 ，因此 需对登高平台救援消防车支撑系统 的 稳定性进行分析 ， 以保证整车稳定。 通过研究相关举高类援消 防车、高空作业车及起重机械的支腿调平系统和作业平台调平系统，设计出一种适合登高平台救援消防车的快速、有效的调平系统。 将其应用在现有登高平台救援消防车上，有效地提高设备自动化程度及调平精度，有效减少调平时间，使之易于操作并降低对人员技巧的要求。 论文的课题支撑及主要研究内容 课题 支撑 校企合作项目：登高平台救援消防车关键技术研究与总体方案设计 研究对象选择 截止 2020 年末，我国建制城市数量达 655 个，其中直辖市 4 个，副省级城市 15 个，地级市（区） 333 个，其他为 303 个，其中全 国地级及以上城市（不包括市辖县） GDP 占全国 62％。 据估测， 2020 年之后的 10 年内，我国建制城市数量将突破 1000 个。 根据国家工信部相关政策法规，结合市场调研得出如下结论： 1）全国百万人口城市 30 余个，对作业高度为 30~50 米的登高平台救援消防车的年需求量约为 120 台； 2）全国人口数量在 20~100 万的城市近 500 个，对作业高度为 16~20 米的登高平台救援消防车的年需要量约为 1000 台； 3）全国大型油田、炼油厂和大型储油库系统对大型登高平台救援消防车的年需要量约为 70 台； 武汉理工大学硕士学位论文 13 4）电力部门对作业高度为 12~30 米的各类高空作业车年需求量约为 20 台； 5）城市路灯园林部门对作业高度为 6~16米的高空作业车年需求量约为 1000台； 6）国防军工系统对作业高度为 20~40 米的越野高空作业车需求量较大； 7）中国船舶系统对作业高度为 16~25 米的高空作业车年需求量约为 80~100台。 由调研数据可以发现，作业高度为 15~35 米的登高平台救援消防车的市场需求量最大。 同时， 30 万 ~200 万人口城市在全国城市中数量最多， 而这类 城市现有楼层平均高度为 24m。 因此，本 论文 选择 市场需求量最大， 额定作业高度为 20~30 米的车 型进行设计，并以额定作业高度为 25 米的车型作为基本型产品进行研究。 主要研究内容： 在查阅大量关于国内外举高类消防车、高空作业车、举重机械相关产品功能和性能特点的文献以及对国内各主要生产厂商的产品调研的基础上， 本论文分析国内登高平台救援消防车在底盘调平系统、作业平台调平系统以及整车支撑系统目前存在的主要问题，发现与国外登高平台救援消防在调平及支撑系统上存在的差距，最后提出相应的改进措施 ； 分析登高平台救援消防的功能需求，针对我国现有的技术条件和登高平台救援消防的发展情况，提出更加合理的调平及支撑系统 方案及开发设计方法和流程 ； 在完成设计方案的基础上，通过Visual Basic 软件搭建调平及支撑系统设计平台，从而实现高效、程序化设计 ；最后 购买相关元件，搭建高平台救援消防实际模型，并模拟其调平系统工作状态，以验证所设计调平系统能否自动快速、高效的调平。 具体研究内容如下： （ 1）调平算法理论分析及应用比较 通过对现有调平算法理论进行研究及应用比较，确定适合国内支腿调平算法、作业平台调平算法，设计出合理的 调平策略。 （ 2） 支腿 、 作业平台 调平系统设计 ①进行 支腿 调平系统 的 设计 通过对传统支腿 调平系统 和现代调平系 统优缺点的比较，设计适合登高平台救援消防车的支腿 调平系统 ；通过对不同控制方法、不同 控制体系 结构的对比，设计出适合登高平台救援消防车 调平系统 的 控制方案 ；通过分析 调平系统的 3 种不同 支腿支撑方式 的优缺点，选择合理的支撑方式；分析现有几种支腿武汉理工大学硕士学位论文 14 形式 （主要是 X 型、 H 型）的优缺点及应用范围，设计出适用于登高平台救援消防车的支腿 形式 ；对支腿的 支承脚 形式 进行分析对比，设计出一种最适合的支承脚 形式；最后分析研究 支腿调平系统 应 注意 的一些 事项 ，如 虚腿问题 、 调平过程振荡 问题等，并针对此调平系统进行解决。 ② 进行 作业平台调平系统 的 设计 通过对现有不同 调平机构 进行优缺点比较及应用范围分析，选择合适的调平结构，设计出适用于本研究的 调平方案 ；分析现有 调平 控制方法，结合本研究实际应用，设计出合理的调平控制方法；对 作业平台 工作过程中可能出现的危险情况进行分析，设计出合理的 安全 保护 装置。 ③对 调平系统 核心部件选型 对支腿 调平系统 、作业平台调平系统在工作过程中所用核心部件进行选型。 分析市场上现售液压元件和 调平系统 传感器的优缺点、价格合理性及应用范围，对调平系统所用核心部件进行选型。 （ 3） 支撑系统设计 根据汽车设计手册及特种车改装设计手册，参考相关法 规、标准，考虑整车防倾覆极限条件，计算 前、后倾覆边的稳定力矩 ，设计 支腿 横向及纵向 跨距。 根据登高平台救援消防车上车系统的总质量及质量分布，结合改装底盘的实际情况，设计承载副车架的外形、尺寸及材质以及支腿结构。 （ 4） 支撑系统结构分析 运用 SolidWorks 软件对副车架、支腿系统进行三维建模，计算出支撑系统最危险工况以及危险工况时支撑系统受力情况，对比结构 分析 可用方法的优缺点及应用范围，应用 ANSYS 软件对支撑系统模型进行有限元分析。 （ 5） 搭建 调平 设计平台 应用 Visual Basic 进行编程设计，搭建一体 化 调平 设计软件平台，实现快速设计。 （ 6） 整车 系统 实物 模型搭建 购置相关元件，根据设计方案，搭建出整车调平系统实物模型，并进行调平演示，以验证设计合理性。 武汉理工大学硕士学位论文 15 第 2 章 支 承 系统 结构 设计 登高平台救援消防车在工作时 ，主车架受到较大的附加集中载荷，为了保证车架的强度和提高整车的举高救援能力，必须设置支腿 ，其对 登高平台救援消防车 作业时整车的工作稳定性有较大的影响 ，要求坚固可靠，操作方便。 由于登高平台救援消防车的结构和使用条件复杂，使车架承受较大的动载荷和扭矩，所以必须加强车架。 现有登高平台救援消防车的底盘多为生产 厂商直接购买应用，未对其主车架进行改装，在不破坏主车架结构的情况下增加一个副车架过渡，以改善主车架的承载情况，避免集中载荷。 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。 因此在登高平台救援消防车设计中，必须对副车架进行设计。 通过近几年对专用汽车使用情况的调查发现，专用汽车副车架出现裂纹、断裂及焊缝撕裂现象是专用汽车使用中存在的主要问题，而副车架的载荷分析是否正确、结构设计是否合理，则是产生这些现象的重要原因。 对 登高平台救援 消防车 作业时，其 基准平面由 主车架 、副车架、支撑支腿组成。 本章首先对 25m 登高平台救援消防车 支腿形式 进行设计，并设计计算合理的支腿跨距，之后对整车所需副车架 进行设计，并对支腿及副车架所组成支撑系统进行三维建模和 稳定性有限元分析， 以验证设计合理性。 底盘选型 登高平台救援消防车底盘介绍 底盘是登高平台救援消防车非常重要的组成部分，通常选用通用车二类底盘或消防车专用底盘，其载重能力直接影响到登高平台救援消防车能达到的最大作业高度。 底盘不仅为整车提供行驶 能力 ，并且也是整车动力的提供者，其性能的优劣 直接影响整车性能。 目前，我国消防车一般选用国产载重汽车底盘，主要集中在中国重汽、一汽、东风、庆铃（五十铃）、北方奔驰等。 由于受到底盘自身的限制，国产消防车往往 在 加速性能与爬坡性能上无法同时达到令人满意的表现。 国外消防车 ，尤其 是美国消防车多采用消防车专用底盘，性能远优于 采用 普通商用车底盘的消防车 ， 但 其 生产量小、价格高、维修不方便， 因此 消防车专用底盘只在普通商用 底盘 无法满足要求时才使用。 消防车底盘 的 选型改装应符合 《 消防车通用底盘系列、型式、基本参数和武汉理工大学硕士学位论文 16 技术要求》的规定。 设计 登高平台救援消防车 时 ，可优先选用 以 柴 油机为动力的中、重系列底盘，以发挥其功率范围宽、转矩 大 和电气故障少的优势。 登高 平台 救援消防车底盘使用现状 通过调查消防车生产厂商现有产品 ， 得到 信息 如 表 21 所示。 表 21 国内三家大型生产厂商现有产品调查 序号 品牌 型号 工作高度（ m） 底盘型号 满载质。