1009折叠臂式桥梁检测车的设计

1、【有全套设计】感谢您的认可，如需完整 cad+说明书请联系 qq1175231241 海量毕业设计 课程设计，承接定制 编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： 折叠臂式桥梁检测车的设计折叠臂式桥梁检测车的设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号： 0923110 学生姓名： 殷晓锋 指导教师： 黄 敏（职称：副教授） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 折叠臂式桥梁检测车 的设计 是本人在导师的指导下独立进

2、行研究所取得的成果，其内容除 了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕 业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 93 学 号： 0923110 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 i 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 折叠臂式桥梁检测车的设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 桥梁检测车是一种可以为桥梁检测人员在检测过程中提供作业平台，装 备有桥梁检测仪器，

3、用于流动检测和(或)维修作业的专用汽车。它可以随时 移动位置，能安全、快速、高效地让检测人员进入作业位置进行流动检测或 维修作业。工作时不影响交通，而且可以在不收回臂架的情况下慢速行驶。 桥梁检测车技术含量很高，涉及到机械、液压、电子、雷达、通信等先 进技术。具有效率高、安全性好、适应性强、功率消耗低等优点，适用于特 大型公路桥、城市高架桥、铁路桥、公铁两用桥的预防性检查和维修作业， 并为操作者在检测每一组成部分时提供安全保障，还可用于环境险恶不适合 人工检测的场合。这种车辆一般是在二类货车底盘基础上加装专用工作装置 而成的。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达

4、到的要求： 完成折叠臂式桥梁检测车的总体方案设计； 完成零部件的选型计算、结构强度校核； ii 熟练掌握有关计算机绘图软件，并绘制装配图和零件图纸，折合 a0 图纸 不少于 3 张； 完成设计说明书的撰写，并翻译外文资料 1 篇。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 93 班班 姓名姓名 殷晓锋 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所所长学科组组

5、长研究所所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 iii 摘摘 要要 随着公路交通的发展，我国的桥梁数量也迅猛增加。虽然在经济发展方面创造了良 好的交通条件，但随之而来的检验维修问题将比较严重。由于桥梁的隐患问题而导致的 交通事故往往是很严重的，因此，桥梁的安全越来越显得重要，从而产生了桥梁检测的 问题，并由此衍生出一种新的检测工具-桥梁检测车。 我国未来几年的桥梁将保持着较快的速度发展，桥梁检测车在桥梁检测方面具有十 分广阔的市场。 桥梁检测车是一种搭载检测设备和工作人员的改装汽车，因此安全显得特别重要。 本文针对桥梁检测车的特点，以折叠臂式桥梁检测车为

6、例子，结合液压控制系统，做如 下研究: 1. 折叠臂式桥梁检测车的工作原理； 2. 对汽车设备的选型； 3. 支腿受力分析； 4. 液压控制系统。 关键词：桥梁检测车；折叠臂式；受力分析；液压控制 iv abstract with the development of highway traffic, the number of bridges in china is increasing rapidly. while in the aspect of economic development to create a good traffic conditions, but the subse

7、quent inspection maintenance issues will be more serious. due to the concerns of bridge caused by traffic accidents is often very serious, therefore, the safety of the bridge is more and more important, then produce the bridge detection problem, and thus derived a new detection tool - bridge inspect

8、ion vehicle. chinese bridge in the next few years will remain relatively high speed development, bridge inspection vehicle has a very broad market in bridge inspection. bridge inspection vehicle is a kind of modified car carrying test equipment and staff, so is very important to safety. in this pape

9、r, according to the characteristics of the bridge inspection vehicle, with folding arm type bridge inspection vehicle car as an example, combined with the hydraulic control system, do the following research: 1. folding arm bridge inspection vehicle automobile works; 2. selection of automotive equipm

10、ent; 3. leg force analysis; 4. hydraulic control system. keywords: bridge inspection vehicle; the folding arm type; leg force analysis; hydraulic control system v 目目 录录 摘 要.iii abstract.iv 目 录 .v 1 绪 论.1 1.1 课题意义与背景.1 1.1.1 课题意义.1 1.1.2 课题背景.1 1.2 桥梁检测车主要结构形式及国内外发展状况.2 1.2.1 桥梁检测车主要结构形式.2 1.2.2 国内外发

11、展状况.3 1.3 本文的主要研究内容.5 2 桥梁检测车主要结构的设计.6 2.1 折叠臂式桥梁检测车总设计方案.6 2.2 总运动方案.7 2.3 本章小结.7 3 折叠臂式桥梁检测车的设备装置.8 3.1 动力装置.8 3.2 工作装置类型.8 3.2.1 支腿机构.8 3.2.2 举升机构.9 3.2.3 回转机构.9 3.2.4 作业平台的分析.10 3.3 安全装置.13 3.4 主题参数.13 3.4.1 尺寸参数.13 3.4.2 质量参数.13 3.5 折叠臂式桥梁检测车地盘的选择.14 3.6 本章小结.14 4 举升机构与回转机构的设计.15 4.1 举升机构设计.15

12、4.1.1 举升机构运动范围.15 4.1.2 动臂的结构设计和主要尺寸.15 4.2 回转机构设计.15 4.2.1 回转机构设计.16 4.2.2 确定圆柱滚子的允许载荷.16 4.3 本章小结.17 5 支腿机构和液压系统设计计算.18 vi 5.1 支腿机构设计计算.18 5.1.1 支腿跨距.18 5.1.2 支撑脚接地面积.20 5.2 液压系统设计.20 5.2.1 液压系统原理分析.20 5.2.2 油缸选型.21 5.2.3 液压泵的选型与计算.22 5.2.4 油箱容积与管路内径计算.23 5.2.5 液压系统参数设计.24 5.2.6 液压泵的选型.24 5.3 本章小结

13、.24 6 折叠臂式桥梁检测车稳定性能分析.25 6.1 支腿压力计算.25 6.2 本章小结.27 7 结 论.28 致 谢.29 参考文献.30 附 录.31 v 折叠臂式桥梁检测车的设计 1 1 绪绪 论论 1.1 课题意义与背景课题意义与背景 1.1.1 课题意义课题意义 桥梁是国家的重要基础设施，桥梁是经济建设中的重要组成部分。桥梁的建设需要 大量的资金投入，在经济社会中又有着重要作用，使得人们对桥梁的安全性、耐久性越 来越重视。与此同时，桥梁长时间的使用，由于各种外界环境的影响，桥梁结构将不可 避免地产生自然老化、损伤积累等各种各样的疲劳和损伤，这些损伤都将导致严重的交 通事故，造

14、成巨大的经济损失和人员伤亡。此外，早期设计与社会发展的不协调，很多 桥梁承载能力已经达不到社会的需求、桥面宽度不能满足巨大的车流量，这就需要对原 有桥梁的结构安全进行检测评估，鉴定它的实际承载能力，以确定加固改造方案；同时 新建桥梁也须进行承载力检测，以检验其施，工质量，为竣工验收提供科学依据1。 对桥梁的结构损伤采取有效手段进行监测、预测和控制，不但可以发现桥梁当时的 结构是否损坏或服务功能是否降低外，确保交通枢纽的安全和正常运行，并可获得下列 的效益：（1）准确提供桥梁信息；（2）提供桥梁损坏程度信息；（3）对桥梁有完整的 记录；（4） （5）及时维修；（6）对新建设的桥梁提供有效的信息2

15、。 对桥梁裂缝进行长期的监测和寿命评估是十分重要的。由于大多数桥梁的结构裂缝 主要产生在桥梁底部，检测起来很困难，与此同时桥梁结构形式日趋发展向大型化和新 颖化，使这个问题更加难于解决。由此，桥梁检测己经成为一个巫待探索的研究领域。 1.1.2 课题背景课题背景 目前我国桥梁检测存在的主要问题表现在： 设备不先进： 对于跨线桥等旱地上桥梁，多采用在桥梁的下方搭架，然后人员在架上工作的方式 进行，对于跨河桥则采用船上搭架的方式进行，部分过高的桥梁或船只没法靠近的桥梁 基本上找不到好办法来解决检测检查问题。 耗资高： 搭设脚手架需要耗费更多的人力、物力、财力，而且从搭设到开始使用，最后再拆 除也耗

16、时较长，并且影响进度。交通影响大： 安全小： 工作人员站在支架上或者船上进行工作，容易造成事故。 范围小： 由于受到桥梁的具体环境和搭设支架的限制，现有的办法很难对桥梁的每一部分进 行检测，只能选择有代表性的部分进行检查，这样也就使降低了我们对桥梁使用状况的 掌握，如果设备陈旧、手段落后自然无法反映桥梁的全部现状，影响了对桥梁的质量评 估。 为了克服以上桥梁检测方式存在的问题，需要设计生产出一种可以为桥梁检测人员 在检测过程中提供作业平台的专用设备。这就是通常大家所说的桥梁检测车，它实际上 是一种用于桥梁检测维修作业的专用汽车，可以让作业人员随时移动位置，安全、快速、 无锡太湖学院学士学位论文

17、 2 高效地进入作业位置。 有专家认为，由于“十五”期间及至少未来 10 年内我国公路及桥梁建设仍将保持较 快的发展速度，所以预计我国今后大型桥梁检测车等在内的道路养护检测机械车将具有 十分广阔的市场。 专用的桥梁检测车通过液压伸臂机构，将检测装置(摄像机、超声波探测器等)或工作 人员承载到桥梁底面任意位置的有效探测距离内，检测桥梁底部缺陷或进行维修。这种 桥梁底部缺陷的检测方式，具有高效率，安全性好，较强适应性、低功率消耗等优点3。 因此，本文研究的目的和意义在于： 1. 为研究和开发出新型智能化的检测装备，提供参考和基础。 2. 检测车析架结构小、工作臂长，可以穿过斜拉索，能准确、高效率地

18、解决特大桥 梁特别是斜拉桥底部缺陷的检测难题。 3.可将检测仪送到桥底的各个位置检测桥梁底部缺陷，取代人工探身桥底的检测方式， 建立安全、可靠的无危险工作环境。 4.有效降低桥梁检测车的生产成本。 1.2 桥梁检测车主要结构形式及国内外发展状况桥梁检测车主要结构形式及国内外发展状况 1.2.1 桥梁检测车主要结构形式桥梁检测车主要结构形式 桥梁检测车是指装备有桥梁检测仪器和工作台，用于流动检测和（或）维修作业的 专用汽车。它由汽车底盘和上装（上部工作装置）2 部分组成。桥梁检测车最早出现在欧 美，现在的装备技术已很先进，均采用电子液压控制，并配置有应急装置、稳定装置、 遥控装置及发电设备。其上

19、装结构型式有折叠臂式和桁架式 2 种。 （1） 桁架式桥梁检测车 采用通道式工作平台，稳定性好，承载能力大，使用时检测人员能方便地从桥面进 入平台或返回桥面，如配置升降机则可大大增加下桥深度。 （2） 折叠臂式桥梁检测车 折叠臂式桥检车也叫吊篮式桥梁检测车，其结构小巧,受桥梁结构制约少,工作灵活, 既可检测桥下也可升起检测桥梁上部结构,可有线、无线操作,灵活方便,有时候还可以做 为高空作业车使用,价格相对析架式桥检车低4。 1.2.2 国内外发展状况国内外发展状况 国外状况： 桥梁检测车最早出现在欧美，美国 hydra 公司、aspen aerials(赛奔驰)公司，德国 moog 公司，意大

20、利 bar 工 n 公司等已有用于桥梁检测的检测车。现在的装备技术已很 先进，均采用电子液压控制制，并配置有应急装置、稳定装置、遥控装置及发电设备。 意大利 barin（百灵）：公司生产的 abc 系列桁架式桥梁检测车最大水平工作范 围 623 m，最大下桥深度 49.5m，最大承载质量 300800 kg，最大跨越宽度 1.74.65m，最大跨越护栏高度 2.0 5.4mab 系列折叠臂式桥梁检测车桥下最大水平 距离 6.522m，桥下最大垂直距离 1025.5m，桥上最大垂直距离 820.5 m，吊篮最大 载质量 200300kg5。 nibl 系列吊篮式桥梁检测车桥下最大水平距离 121

21、6m，桥下最大垂直距离 1519. 折叠臂式桥梁检测车的设计 3 5m，桥上最大垂直距离 1421m，吊篮最大载质量 280 kg。 美国 aspen aerials(赛奔驰)：公司只生产折叠臂式桥梁检测车6，主要产品型号有 a30，ad0，ub50，a62，a75，其桥下最大水平距离 9.422. 8m，桥下最大 垂直距离 12.122m，桥上最大垂直距离 9. 216.1m，吊篮最大载质量 272318 kg。所 有 aspen aerials 桥梁检测车系列均可在无须装设液压支腿和配重的情况下进行平稳、安 全、可靠地操作。 奥地利 palfinger （帕尔菲格）公司研发生产的 pa19

22、000 型折叠臂式桥梁检测 车，桥下吊篮最大水平伸长可达 16.2m，最大下桥深度 14m,最大承载质量 280 kg，吊 篮向上最大举升高度 24.5m；美国 reachall 公司生产的 ub 系列折叠臂式桥梁检测 车，桥下吊篮水平伸长可达到 13.2-18.6m，下桥深度可达 15.8-21.3m，最大承载质量 272 kg，吊篮向上最大举升高度 10.7-14.4m。 国内状况： 在我国，桥梁检测维修车尚处于研发的初级阶段。我国早在 20 世纪 80 年代末 90 年 代初，由交通部公路规划设计院在北京起重机厂生产的 qy8 型汽车起重机的基础上进 行改造设计，最后以失败告终，后来国内

23、又有几家单位研制也均以失败告终。最近几年， 国内一批大型工程机械厂家开始从事桥梁检测车的研制，主要有徐工集团、湖南宝龙等， 其产品和性能均能达到国外设备的标准。 徐工集团：徐工集团成立于 1989 年，主要从事工程机械的研发和生产，1997 年由徐 工集团液压气动机械公司、西安公路交通大学和河南省公路局联合成功研制出 xzj5140jqj10 型折叠臂式桥梁检测车，结束了我国无桥梁检测车的历史7。 吊篮式(折叠臂式)桥梁检测车主要有 qj07， qj12，qj16、qj16l，其桥下最水平距 离 816. 37 m，最大下桥深度 1020m，最大承载质量 100200 kg。 2006 年 1

24、 月，徐工集团成功研制出 18m 桁架式桥梁检测车，标志着徐工跻身于全球 4 大桥梁检测车生产领域，与意大利 barin，德国 moog、美国凯捷公司并驾齐驱，进 入桥梁检测车系列化的快车道。目前该集团己经形成 922m 桁架式系列产品，最大水平 工作范围 921. 9m，最大下桥深度 68.5m，最大承载质量 600800kg，最大跨越宽度 2.12.5m，最大跨越护栏高度 2.03.2m。 湖南恒润高利有限公司湖南恒润高利有限公司，有多年的高速公路建设与养护经验， 是以提供满足客户需求的高品质道路养护机械为目标，集产品研发、制造、营销为一体 的专业化工程机械企业。 2009 年 2 月，该

25、公司根据市场行情和发展需要，参照德国 moog 桥梁检测车，在其 基础上合理改进，井在吸取国内外桥梁检测作业车经验的基础上研制推出 16 in 桁架式桥 梁检测作业车。该公司目前主要有 hhr5250jqj16，hhr5250jqj08 车型，其最大水平工 作范围 816 m，最大下桥深度 7. 0m，最大承载质量 600700 kg，最大跨越宽度 2. 12. 2 m，最大跨越护栏高度 2.2m。 1.3 本文的主要研究内容本文的主要研究内容 1. 根据桥梁检测的要求,确定桥梁检测车的总体方案和臂架机构的方案。 2. 设计出检测车臂架结构。 无锡太湖学院学士学位论文 4 3. 液压控制操作方

26、案。 4. 折叠臂式桥梁检测车的稳定性。 折叠臂式桥梁检测车的设计 5 2 桥梁检测车主要结构桥梁检测车主要结构的设计的设计 2.1 折叠臂式桥梁检测车折叠臂式桥梁检测车总设计方案总设计方案 桥梁检测车按照举升机构可以分为四种类型。 1、交叉剪刀式举升机构 交叉剪刀式举升机构是按交叉布置，铰接成剪刀型的连杆框架结构。当改变连杆交 叉的角度时即实现升降运动，如图 2.1（c）所示。连杆交叉角度的改变，可通过液压油 缸活塞杆的伸缩或钢丝绳的收放来实现。这种举升机构能完成较低高度的作业，工作平 稳，作业平台较大，被广泛的应用于飞机、船舶制造、室内维修、清洁电车线路维修等 作业场地。但是，这种作业车越

27、障能力差、工作范围小 。 2、套筒式举升机构 套筒式举升机构通过多节套筒的伸缩完成升降运动，如图 2.1(d)所示。驱动方式也 可采用液压传动或钢丝绳滑轮传动，这种垂直升降式举升机构作业高度有限，工作范围 小，但作业车平台较大，且支撑稳定 。 3、伸缩臂式举升机构 伸缩臂式举升机构由多节套装、可伸缩的箱型臂构成，如图 2.1（a）所示。它包 括基本臂和伸缩臂两部分。伸缩臂可为一节或多节，各节间装有液压缸。液压缸工作时， 各节臂在液压缸活塞杆的推动下可沿导向元件（滑块）上、下滑动，从而改变臂架的长 度。整个臂架系统支承在液压缸底部的铰支座和变幅液压缸的两端。通过变幅液压缸活 塞杆的伸缩实现臂架摆

28、动，从而达到变幅与升降的目的。这种型式的臂架其最大作业高 度可达 6080 米。由于伸缩臂式举升机构可获得较大的作业高度和变幅，因此，被广 泛的应用于各种桥梁检测车上。但是，这种作业车的越障能力差 。 4、折叠臂式举升机构 折叠臂式举升机构由多节箱形臂折叠而成，如图 2.1（c）所示。这种型式一般采用 23 节折叠臂组成。其折叠的方式可分为上折式和下折式两种。各节臂的折叠和展开运 动由各节间液压缸完成。这种型式的举升机构可完成一定高度和幅度的作业，另外，下 折式还可完成地平面以下的空间作业，扩大了 折叠臂式桥梁检测车的作业范围8。由 于折叠臂式举升机构具有灵活多样、适应性好、越障能力强等优点，

29、所以，应用非常广 泛。 综上所述，由于折叠臂式举升机构 比交叉剪刀式和套筒式的工作范围大、越障能力 好，且折叠式举升机构比伸缩臂式举升机构来说具有灵活多样、适应性好、越障能力强 等优点。如图 2.1(b)所示。 相比较而言，折叠臂式桥梁检测车有着更多的有点，因此，本设计选择折叠臂式桥 梁检测车作为研究对象。 无锡太湖学院学士学位论文 6 (a) 伸缩式 (b) 折叠式 (c) 交叉剪式 (d) 套筒式 图 2.1 桥梁检测车的结构简图 2.2 总运动方案总运动方案 通过下臂液压缸的伸缩，可以实现下臂的收放，再通过中间的上臂液压缸的伸缩， 实现上臂的收放。工作平台的旋转，是通过下边后车体上的电机

30、通过轴带动齿轮，再带 动旋转平台上的大齿轮实现的。 工作人员站在工作平台上，由举升臂的收放实现在高空 3.5m 到 8m 的工作空间。汽 车的行走可以带动工作设备的移动，实现多地方的工作。 总装配图如下： 2.3 本章小结本章小结 本章通过比较，选择一种合适的桥梁检测车，最终确定了折叠臂式桥梁检测车。并 确定了由电机带动回转平台，由液压缸实现举升的工作原理。 折叠臂式桥梁检测车的设计 7 3 折叠臂式桥梁检测车的设备装置折叠臂式桥梁检测车的设备装置 3.1 动力装置动力装置 动力传动装置包括折叠臂式桥梁检测车各工作装置的动力传动部分，其设计要求如 下： (1)对作业功能，在规定的载荷范围内，不

31、论载荷大小，要求动力传动装置具有稳 定的工作转速； (2)在同一工作循环内，工作装置的回转机构、举升机构等是正向和逆向运动交替 进行的，因此要求能适应运动方向的不断改变 ； (3)在工作过程中，各工作装置的工作速度应能随作业进度及时调整，且调速范围 大，如举升机构需要有很低的微动速度。 1、内燃机机械传动 这种传动方式仅在用途单一的 桥梁检测车上使用。动力源为汽车发动机，动力经变 速器传出后，还要经分动器、离合器、减速器、卷扬机、滑轮以及钢丝绳等传递到工作 装置，传动路线长，结构较复杂。 2、电力机械传动 这种传动方式是利用外接电源或车载电源（蓄电池），通过电动机将电能转换成机 械能，再经机械

32、传动装置将动力传递到各工作装置。由于电动机具有逆转性和在较大转 速范围内实现无级调速等特点，并且各机构可由独立的电机驱动，简化了传动和操纵机 构，而且噪声小、污染少，适用在外接电源方便或流动性不大的场地作业。 3、内燃机电力传动 这种传动方式的路线是汽车发动机 发电机 电动机，然后带动各工作装置 运转。其优点是利用直流电动机的优良工作特性，使 桥梁检测车获得良好的作业性能， 但这些传动装置质量较大，价格昂贵。 4、内燃机液压传动 大部分折叠臂式桥梁检测车都采用这种工作方式，它可充分利用液压传动的优点， 简化传动结构，并且易于实现无级调速和运动方向的变换，传动平稳、操作简单、方便、 省力、能防止

33、过载9。 综上所述，通过以上各种动力传动装置的结构、经济性、适用范围以及操作性能等 多方面性能的分析，将动力传动装置选定为内燃机 液压传动这种形式。 3.2 工作装置类型工作装置类型 3.2.1 支腿机构支腿机构 支腿机构是大多数折叠臂式桥梁检测车所必备的工作装置，目前均采用液压支腿。 这类装置是利用从汽车发动机取出的动力来驱动液压泵，通过控制阀把液压泵产生的液 压油供给液压支腿的工作缸，实现支腿伸缩。其优点是操作简单，动作迅速。 液压式支腿按数量来分有双支腿和四支腿两种。双支腿的两个支脚布置在起重装置 下的车体两侧，起支撑点只有两个，因而支撑能力低，稳定性差。 1、单缸双支腿 无锡太湖学院学

34、士学位论文 8 这是用一个双作用液压缸来驱动两侧支腿伸缩的。这种支腿结构简单，操作方便， 但液压缸行程长，且是浮置于箱形长槽内，动作慢，强度差，一般较少采用。 2、双缸双支腿 其各支腿均由单独的液压缸驱动，其具有结构紧凑，动作迅速，制成效能高等特点。 3、四支腿 其中两个支腿安装在汽车的后部，另两个支腿安装在前后轮之间。在作业车的两侧， 一般具有操纵杆，可使前、后、左、右 4 个液压支腿单独地伸出或缩回，所以即使在不 平整或倾斜的地面上，也能把车调整到水平状态，提高了整车作业时的稳定性 10。 液压支腿按其结构形式又可分为：蛙式支腿、 h 式支腿和 x 式支腿。 1、蛙式支腿 蛙式支腿的伸缩动

35、作由一个液压缸完成。这种支腿结构简单，液压缸数少，一支腿 一液压缸，结构质量小。但支腿在伸出过程中受摇臂尺寸的限制，支腿的跨距不能很大， 调平性能较差，且在支反力变化过程中有爬移现象。 2、h 式支腿 这种形式的支腿对地面适应性好，易于调平，且在支反力变化过程中无爬移现象， 是桥梁检测车车较理想的支腿形式。h 式支腿由两个液压缸驱动即水平推力液压缸和垂 直的支撑液压缸。这种支腿形式的稳定性良好。 3、x 式支腿 这种支腿的垂直液压缸作用在伸缩腿的中间，四个伸缩腿是同步工作的，而垂直液 压缸可同时顶升，也可单独工作，以便对车架进行调平。由于 x 式支腿的垂直支撑液 压缸作用在横梁的中间，而横梁又

36、直接支撑在地面上，这就比 h 式支腿更加稳定。 综上所述，h 型支腿稳定性较蛙式支腿好，虽然 x 型支腿的稳定性比 h 型支腿更 好，但 x 型支腿的离地间隙比 h 型支腿小。因此，桥梁检测车的支腿机构选择 h 型支 腿。 3.2.2 举升机构举升机构 举升机构的作用是实现作业平台的升降和变幅，其结构型式有交叉剪刀式 、套筒 式、伸缩臂式和折叠臂式。 3.2.3 回转机构回转机构 回转机构是由回转驱动机构和回转支撑机构两部分构成的。 根据驱动装置的不同回转机构 可分为：机械驱动式、电力驱动式和液压驱动式。 根据回转支撑的结构不同，回转机构可分 为转柱式、立柱式和转盘式，其中转盘式 是一种较常用

37、的形式。 转盘式回转支撑装置又可分为两种：支撑滚轮式和滚动轴承式。支撑滚轮式回转支 撑装置增大了转盘回转装置的高度，且质量增加，成本增大；滚动轴承式回转支撑装置 是目前应用最多的一种，它是在普通滚动轴承的基础上发展起来的，结构上相当于放大 了的滚动轴承。其优点是回转摩擦阻力矩小，承载能力大，高度低。由于回转支撑装置 的高度降低，可以降低整车的质心，从而增大了汽车的稳定性。 折叠臂式桥梁检测车的设计 9 滚动轴承式回转支撑机构按结构可分为以下几种： 1、单排滚球式转盘 单排球转盘多数是由内外座圈组合成一个整体的滚道，其滚道是圆弧形曲面，是最 简单的一种回转支撑装置，球和导向体从内圈或外圈的圆孔中

38、装进滚道里，然后将装配 孔堵塞。这种回转支撑装置的优点是：质量轻、结构紧凑、成本较低，但其承载能力小， 故应用不多。 2、双排滚球式转盘 主要由上、下双排球体、内、外座圈、间隔体和润滑密封装置等组成。上、下球体 均排列在一整体的内（或外）座圈内。双排球转盘回转支撑装置比同样大小和相同数目 的单排球转盘回转支撑装置的承载能力要大得多。 3、交叉滚柱式转盘 滚子的接触角一般为 45，相邻的滚子轴线交叉排列，即相邻的两圆柱滚子轴线成 90交叉。这不但使回转机构能承受轴向和径向载荷，而且还能承受翻倾力矩。此外， 和滚球转盘相比，这种滚道是平面，加工工艺比较简单，容易达到加工要求。 4、高承载能力转盘

39、在一些大型的起重举升专用汽车中，可用双排、多排的滚球或滚柱式回转支撑装置。 3.2.4 作业平台的分析作业平台的分析 举升机构的端部连接作业平台，它是用于载人或器材的基本构件。为了保证作业人 员安全工作和防止器材掉落，各国对作业平台的结构和性能提出了明确的要求 11。如 平台的护栏高度、平台宽度、平台的防滑表面、平台上的安全带及短索的结点等。 为了使作业平台的底平面在作业过程中始终保持水平，高空作业车上装有式作业平 台保持水平的自动调平机构，主要有以下四种： 1、重力（自重）式调平机构 如图 3.1（a）所示。其原理是将作业臂的顶端与作业平台质心铅垂线上的一点铰接， 这样使工作臂无论作什么运动

40、、作业平台始终处于铅锤状态，其底平面能保持水平位置。 但是这种机构在举升过程中由于惯性力的作用及作业人员的质心不能与作业平台的质心 完全重合。使作业平台出现偏移和偏摆，减少了安全感，这种机构已很少采用。 2、平行四杆调平机构 如图 3.1（b）所示，是常采用的机械式结构。其原理是 当上、下折臂同时或分别 作起伏运动时，两套四杆机构中的连杆、始终保持平行，使与连杆相铰接的abcdef 作业平台的底面在举升过程中总处于水平。这种调平机构用于折叠式动臂。其平衡精确， 制造简单，工作可靠，使用非常广泛。 3、机液组合式等容积液压缸调平机构 如图 3.1（c）所示。其原理是主调液压缸 5 与副调液压缸

41、2 的结构、大小、容积 完全相同，在作业前两液压缸充满压力油，且两液压缸的有杆腔和无杆腔分别相连，使 两缸形成一个封闭回路。当作业臂受变幅液压缸作用时，会带动主调液压缸5 的活塞 杆伸缩，与此同时，和液压缸 5 形成封闭回路的液压缸 2 的活塞杆则产生相应的伸缩 无锡太湖学院学士学位论文 10 运动。当满足 ad 和 bf、ad 和 ae、bf 和 bg 始终相等时，无论作业臂处于何种状态，都 能保持作业平台底面处在水平位置。这种机构一般用于伸缩式动臂。 4、电液伺服调平机构 它的工作原理是在作业臂的顶端与作业平台之间，通过重力元件获得信号，再由电 磁阀根据电信号控制液压油缸工作，使作业平台自

42、动保持平衡。 下图 3.2 为一种电 液伺服调平系统原理图。 综上所述，重力式调平机构安全性能太差，不宜应用；等容积液压缸调平机构一般 只应用于伸缩式举升机构；电 液伺服调平机构实现起来比较困难。由于以上原因作业 平台及调平机构选定为平行四杆调平机构，如图 3.1(b)所示。 (a) 重力（自重）式调平机构 折叠臂式桥梁检测车的设计 11 (b) 四杆调平机构 (c) 等容积液压缸调平机构 图 3.1 作业斗的平衡机构 无锡太湖学院学士学位论文 12 反馈，跟踪角度位移信号 转子摆锤 信号 倾斜 传感器 放大 器 伺服 阀 伺服 液压缸 四连 机杆 能源器 图 3.2 电液调平原理图 3.3

43、安全装置安全装置 为了使举升机构能停在任意位置，并防止工作平台自由或超速下落，必须在液压系 统中安装平衡阀。 为使支腿垂直液压缸在移动的过程中能在任意位置上停止，并防止停止后在外力的 作用下发生位移，导致事故发生，应在支腿液压缸的进回油路上设有双向液压锁。 桥梁检测车应配备紧急停止装置，并安装在操作者的应急位置。发生错误操作时， 该装置应能有效的排除由此产生的故障和危险，保护 桥梁检测车和各机构的安全。 在公路上进行作业的折叠臂式桥梁检测车，若车上的动力传动装置出现故障，而工 作人员又困在高空作业平台上，无法排除故障，可能发生阻碍道路交通的事故。因此， 桥梁检测车必须设置辅助下降装置，中小型

44、桥梁检测车采用手动泵人工辅助下降。 折叠式桥梁检测车为防止作业平台翻转，则规定下臂处于接近水平状态时，上臂与 水平面的夹角不允许超过 78。为此，在桥梁检测车上设置了限位行程开关，只要发生 超过上述规定的情况，行程立即断电，液压油卸荷，阻止上臂与水平面的夹角超过规定 值。同时，蜂鸣器报警，提醒操作人员注意，防止事故发生。 3.4 主题参数主题参数 3.4.1 尺寸参数尺寸参数 折叠臂式桥梁检测车都是在二类底盘的基础上进行改装而成，主要尺寸参数原则上 应于原车底盘尺寸相同，保证性能参数与原车基本保持不变。只有整车的高度由于举升 机构高于车头的顶部，所以整车的高度会有所增加。 3.4.2 质量参数

45、质量参数 1. 额定装载质量 ma 对于作业型专用汽车，如起重举升汽车、 桥梁检测车等，总质量主要由改装后的汽 车底盘质量和专用工作装置质量确定，无需考虑装载质量。 2. 整车整备质量 m0 整车整备质量是指专用汽车带有全部工作装置及底盘所有的附属设备，加满油和水， 但未载人和载货时整车质量。参考同类 桥梁检测车的整车整备质量，在此基础上在增 加工作装置的质量，便可估算 桥梁检测车的整车整备质量 m0。以东风汽车有限公司生 产的折叠臂式桥梁检测车做为参考，经调查和查阅相关资料得知金杯的折叠臂式桥梁检 测车的整车整备质量约为 5000kg。 折叠臂式桥梁检测车的设计 13 3.总质量 ma 所谓

46、总质量是指专用汽车整备齐全，满载（规定值）货物及乘员时的质量。 总质量计算公式为： kg51953655000 0 pa mmm 式中：mp乘员质量（kg） ，按每人 65kg 计。 3.5 折叠臂式桥梁检测车地盘的选择折叠臂式桥梁检测车地盘的选择 专用汽车性能的好坏直接取决于专用汽车底盘的好坏，通常专用车辆所采用的基本 底盘按结构分可分为二、三、四类底盘。二类底盘是在整车基础上去掉货厢，三类底盘 是从整车上去掉驾驶室与货厢，四类底盘是在三类底盘的上去掉车架总成剩下的散件。 汽车底盘的选择主要是根据专用汽车的类型、用途、装载质量、使用条件、专用汽 车的性能指标、专用设备或装置的外形、尺寸、动力

47、匹配等决定，目前，几乎80%以 上的专用车辆采用二类底盘进行改装设计。采用二类汽车底盘进行改装设计工作重点是 整车总体布置和工作装置设计，对底盘仅作性能适应性分析和必要的强度校核，以确保 改装后的整车性能基本与原车接近 12。 在汽车底盘选型方面，一般应满足下述要求 （1）适用性 对于专用改装车底盘应适用于专用汽车特殊功能的要求，并以此为主要目标进行改 装造型设计。 （2）可靠性 所选用汽车底盘要求工作可靠，出现故障的几率少，零部件要有足够的强度和寿命。 且同一车型各总成零部件的寿命应趋于平衡。 （3）先进性 应使用整车在动力性、经济性、操纵稳定性、行驶平顺性及通过性等基本性能指标 和功能方面

48、达到同类车型的先进水平的汽车底盘。而且在专用性能上要满足国家或行业 标准的要求。 （4）方便性 所选用的底盘要求便于安装、检查保养和维修，处理好结构紧凑与装配调试空间合 理的矛盾。 在选用底盘时，除了上述因素外，还有以下两个和重要的方面，一是汽车底盘价格， 它是专用汽车购置成本中很大的部分，一定要考虑到用户可以接受。这也涉及到专用汽 车产品能否很快的占有市场，企业能否增加效益问题 ；二是汽车底盘供货要有来源， 所选的底盘在市场上必须有一定的保有量。 3.6 本章小结本章小结 本章通过理论及计算，基本确定了动力装置、工作装置、安全装置以及主题参数和 地盘的选择，使得折叠臂式桥梁检测车有了初步的构

49、架。 无锡太湖学院学士学位论文 14 4 举升机构与回转机构的设计举升机构与回转机构的设计 4.1 举升机构设计举升机构设计 4.1.1 举升机构运动范围举升机构运动范围 本设计中所设计的举升机构包括上臂和下臂两个动臂。下臂下端铰接在回转台上， 由下臂油缸驱动；上臂下端与上臂下端铰接，由撑臂液压缸和平行四杆机构驱动；作业 斗与上臂尾部铰接，由外露式平行四杆机构是作业斗保持水平。上臂和下臂在铅锤面内 的运动范围为： 下臂相对于回转台：070； 上臂相对于下臂：0140 4.1.2 动臂的结构设计和主要尺寸动臂的结构设计和主要尺寸 动臂受弯扭复合作用，为获得较大强度和刚度，一般采用薄壁箱形结构。为

50、减少焊 接变形，臂架采用两根冲压成型的槽形板对接而成，槽形板折边采用大圆角形式，增强 板件的局部刚度。为使主受弯截面获得较高的抗弯截面模量，可加布上下加强筋板，获 得渐进的等强度受力状态 ，动臂截面如图 4.1 所示。 图 4.1 动臂横截面积 动臂截面高度 h 可按经济条件（结构质量最小）计算确定，有： （4.1） 3 n m h 式中：m动臂承受的最大合成弯矩（以作业斗的额定载荷处在最大臂幅时 计算） ，；108006 . 33000 6 100 . 2 腹板的厚高比。 n 一般推荐。hb8 . 07 . 0 计算得。mmmmh120b,160则 由底盘总长及后轴中心至车前端的距离以及相关

51、高空作业车的上下臂为参考最终确 定上臂长 l1=4300mm；下臂长 l2=4030mm。 4.2 回转机构设计回转机构设计 经查阅有关书籍，按照有关专业标准，桥梁检测车的回转机构应能进行正反两个方 向的 360回转，回转速度不大于 2r/min，回转过程中的起动、回转、制动要平稳、准 确、无抖动、晃动现象，微动性能良好。 圆柱滚子的接触角一般为 45，相邻的两圆柱滚子轴线成 90交叉。这不但使回 折叠臂式桥梁检测车的设计 15 转装置能承受轴向和径向载荷，而且还能承受翻倾力矩 13。 4.2.1 回转机构设计回转机构设计 圆柱滚子在工作时要受到三种作用载荷。第一种为轴向力 q，即垂直力，它由

52、转 台及举升机构的重量、举升货物的重量以及升降时的惯性力等组成；第二种为径向力 h，即水平力，该力由举升装置及转台的回转离心力、风载荷及回转齿轮的啮合力而产 生；第三种为翻倾力矩 mov，它由轴向力和径向力的偏心作用而引起。 将方向交叉的两组圆柱滚子，用 和组表示。假定每组的圆柱滚子数目各占一半， 并作一对一的间隔排列，则 这组圆柱滚子在 a 点受力最大.。其中任一圆柱滚子的最大 法向载荷 fimax为: (4.2) imaxiqihim ffff 式中：fiq由轴向力 q 引起的组任一圆柱滚子最大法向载荷， n； fiq ; nkgnkg780/10)2060400300( fih由径向力

53、h 引起的组任一圆柱滚子上最大法向载荷， n； fim由倾翻力矩 mov引起的组任一圆柱滚子上最大法向载荷， n。 fih和 fim由同等特性的折叠臂式桥梁检测车参考得出为 240n。 对内圈作受力分析，如图 4.2 所示，由力系平衡条件可以求得 fiq和 fih。为求得 fim，可以近似地把座圈看成直径为 d 的圆圈，并假定圆柱滚子对座圈的压力在座圈上 连续分布，按圆柱滚子接触压力沿圆圈弧长的比压，列出平衡方程可求得fim为 950n。 图 4.2 翻倾力的计算 4.2.2 确定圆柱滚子的允许载荷确定圆柱滚子的允许载荷 根据赫茨公式，滚道与圆柱滚子的线接触应力为： (4.3)0.418 fe

54、 l 式中：f 圆柱滚子在接触线上的法向载荷 ，n； 无锡太湖学院学士学位论文 16 e 材料的弹性模量，一般滚道材料采用碳素钢或低碳合金钢 14，圆柱滚 子材料采用轴承钢。故可取 e=2.1105mpa； l 圆柱滚子与滚道的有效长度，一般情况可取 l=0.85m； 圆柱滚子与滚道接触表面的主曲率之和 , =0.6； d 圆柱滚子直径，m。 用优质碳素钢或低碳合金钢轧制或锻造成的座圈，其滚道表面的热处理硬度为 hrc5960，在一般工作条件下 15，可取许用接触应力值 为 1800pa。 依据所选用的许用应力值 ，由式(4-2)便可求得圆柱滚子的允许载荷 f=222n。 4.3 本章小结本章

55、小结 本章通过计算确定了举升机构以及回转机构的选型。折叠臂式桥梁检测车的最重要 的工作部件的确定，使得检测车的构架已基本确定。 折叠臂式桥梁检测车的设计 17 5 支腿机构和液压系统设计计算支腿机构和液压系统设计计算 5.1 支腿机构设计计算支腿机构设计计算 折叠臂式桥梁检测车的支腿机构起调平和保证整车工作稳定的作用，要求坚固可靠， 操作方便。 5.1.1 支腿跨距支腿跨距 折叠臂式桥梁检测车的支腿一般为前后设置，并向两侧伸出，如图 5.1 所示。支 腿支撑点纵横方向的位置选择要适当，其原则是作业平台在标定载荷和最大作业幅度时， 整车稳定性要达到规定的要求 16。 图 5.1 桥梁检测车的支腿

56、跨距 1、支腿横向跨距 支腿横向外伸跨距的最小应保证路灯装车在侧向作业时的稳定性，即全部载荷的重 力合力落在侧倾覆边以内，并使绕左右倾覆边 ab 或 dc 的稳定力矩大于倾覆力矩。如 图 5-2(a)所示，1/2 支腿横跨距 a 应满足： (5.1) )( )( 21 11 qqggg lgrqqrg a b b )4503000(400029100600 1006002000)4503000(14004000 a mma335 由于车总宽 b=2500mm，且 2ab，故取 mma1400 无锡太湖学院学士学位论文 18 式中：g1转台重力，n；选取同等规格的桥梁检测车的转台的质量作参考，质

57、 量为 60kg； g2底盘重力， n；所选取 dfl1050bx11 的底盘资料查找为 2910kg,即 29100n。 gb臂架重力，n；gb=g 上臂+g 下臂；上臂和下臂的材质为 q345； ；q345 的密度为 7.84g/cm3。 3 2488320. 1101512 3 . 17360cmv下臂 ；式中 1.20 为体积误差系数；kg1951000/2488384 . 7 33 cmcmm下臂 33 2691020 . 1 390101512 3 . 17cmv上臂 ；。kg2051000/2691084 . 7 33 cmcmm上臂kg400下臂上臂m q 作业平台重力，n；所

58、设计的平台具体尺寸为 12008001040mm；平台上 部为铝合金围栏，下部为铝合金板，经估算质量为 45kg； q 作业平台标定载荷，n；平台可容纳 3 个人，每个人平均 65kg,再加上一 些操作工具，规定为 300kg； l1 转台重力中心至回转中心的距离， mm；经下图分析和相关桥梁检测车的侧 量为 100mm； r 臂架重力中心至回转中心距离 ，mm；经下图分析和相关桥梁检测车的侧量 为 1400mm；下臂液压缸一半的长度为 1044,求得 r 为;mm140070cos1044 r作业半径（臂幅） ，mm；当下臂升起 70时，下臂升起 140时，以上臂上 端点的垂线为旋转中心，上

59、臂和下臂交接处到旋转中心的距离为作业半径。即 。mm o 14002/140cos4300 2、支腿纵向跨距 支腿纵向跨距的确定和横向跨距确定的原则一样，应绕前、后倾覆边 bc 或 ad 的 稳定力矩大于倾覆力矩。当作业平台在车辆后方作业时，如图 5.2 所示，可得后支腿支 撑点至回转中心的距离 b1应满足： (5.2) )( 21 22 1 qqggg lg ab b )4503000(400029100600 86429100 1400 1 b mm723 1 b 式中：l2 底盘质心至回转中心的距离。 经上图分析和相关桥梁检测车的侧量 为 864mm； 同理，可得前支腿支撑点至回转中心的

60、距离 b2为：。mmb1700 2 折叠臂式桥梁检测车的设计 19 图 5.2 支腿跨距的确定 支腿的纵向跨距： (5.3)abbb22 21 因此取；mmb1200 1 mmb2800 2 5.1.2 支撑脚接地面积支撑脚接地面积 为了使折叠臂式桥梁检测车工作时能在规定的地面承受压力不下陷，且保证在不同 地面能可靠支撑，支承脚要有足够的接地面积 sj，保证在最大支反力 fmax下对地面的 压强不大于地基强度，即： (5.4) d j f s max fmax=9377,详见（6-10） ； 2 6 . 1 9377 mms j 2 5860mms j 综合考虑选取 6000mm2 式中：地基