摘 要

本文主要进行了一种适用于老旧社区救灾抢险的微型云梯消防车的总体方案设计，以及消防车上的工作斗调平机构及其液压系统的设计。所设计的微型云梯消防车的工作臂为伸缩臂且最大工作高度为19米，通过对各种调平机构方案的分析考虑，最终设计出工作斗静液压调平机构以及为满足微型云梯消防车伸缩臂回转不方便而需要工作斗回转的要求设计出了工作斗回转机构。论文的主要设计内容包括以下四个方面：

1. 微型云梯消防车总体方案设计。
2. 静液压调平机构设计，包括调平机构方案的选择、绞点布置、调平误差校核计算、调平液压缸的选型等。
3. 伺服液压调平机构的液压系统设计。
4. 工作斗回转机构的设计，包括回转方案的拟定、回转支承臂、回转轴等零部件的结构设计、回转减速机的选型及工作斗的结构设计等。

关键词：微型云梯消防车；静液压调平机构；调平液压系统；回转机构

Abstract

This paper mainly carries out a general scheme design of a miniature ladder fire truck suitable for disaster relief in old communities, as well as the design of the working bucket leveling mechanism and its hydraulic system on the fire truck. The working arm of the miniature ladder fire truck designed is a telescopic arm and the maximum working height is 19 meters. Through the analysis and consideration of various leveling mechanism schemes, the working bucket static hydraulic leveling mechanism and the micro-ladder fire truck are designed. The workbench slewing mechanism is designed to require the revolving arm to be inconvenient and requires the workbench to rotate. The main design content of the thesis includes the following four aspects:

(1) Overall plan design of the miniature ladder fire truck.

(2) The design of hydrostatic leveling mechanism, including the selection of the leveling mechanism scheme, the setting of the hinge point, the calculation of the leveling error check, and the selection of the leveling hydraulic cylinder.

(4) Hydraulic system design of hydrostatic leveling mechanism.

(3) The design of the work bucket swing mechanism, including the drafting of the swing scheme, the structural design of the components such as the swing support arm and the rotary shaft, the selection of the rotary reducer and the structural design of the work bucket.

Key words: miniature ladder fire truck; hydrostatic leveling mechanism; leveling hydraulic system；slewing mechanism

目录

第1章 绪论 1

1.1 微型云梯消防车研究背景目的及意义 1

1.2 云梯消防车国内外发展现状 1

1.2.1 云梯消防车国内发展现状 1

1.2.2 云梯消防车国外发展现状 2

1.3 课题的研究设计内容 2

第2章 微型云梯消防车总体方案设计 4

2.1 微型云梯消防车总体结构组成 4

2.1.1 汽车底盘 4

2.1.2 副车架 4

2.1.3 取力装置 5

2.1.4 支腿机构 5

2.1.5 变幅机构和梯架机构 6

2.1.6 工作斗调平机构及回转机构 7

2.1.7 整车结构 7

2.2 微型云梯消防车的液压等其它系统概述 8

2.2.1 液压系统 8

2.2.2 电气系统及水路系统 8

2.2.3 安全保险系统 9

2.2.4 操作机构及显示仪表 9

第3章 微型云梯消防车工作斗调平机构设计 10

3.1 工作斗调平机构简介及调平方案拟定 10

3.2 静液压调平机构模型建立及分析 11

3.3 静液压调平机构绞点的布置及调平误差的分析计算 12

3.3.1 调平机构绞点布置 12

3.3.2 调平误差的分析计算 12

3.4 调平油缸的选型 18

3.5 静液压调平机构液压系统油路设计 19

第4章 微型云梯消防车工作斗回转机构设计 21

4.1 回转机构总体方案设计 21

4.2 滚动轴承的选择 22

4.3 蜗轮蜗杆减速机的选择 23

4.4 回转轴的设计 25

4.4.1 回转轴各段的径向及轴向尺寸的设计 25

4.4.2 轴上键及轴与孔配合的选择 26

4.5 轴承盖的设计 26

4.5.1 轴承透盖的设计 26

4.5.2 轴承闷盖的设计 27

4.6 工作斗结构设计 28

第5章 结论 29

参考文献 30

致谢 31

第1章 绪论

1.1 微型云梯消防车研究背景目的及意义

云梯消防车是设有可在回转台上三百六十度回转的伸缩云梯、云梯最上端带有升降斗或工作斗的特种消防车，这种消防车可让消防人员登高扑救高层建筑的火灾，对被困在火灾中的人员进行营救、抢救贵重物资及完成其他救援任务。在当前社会快速发展的阶段，高层建筑工程的建筑规模越来越大，在建筑行业中，高达几十层的建筑已经成为主要的建筑方向。在这种情况下，为满足高层建筑救火需求，越来越多体型更大车长达七八米甚至十数米、云梯伸缩长度更长达到几十米甚至上百米高的云梯消防车被研发出来或从国外引进。这些云梯消防车由于体型大、车身长、转弯半径大，对道路宽度要求非常严格，然而，在一些中小城市中街道往往比较狭窄，在有紧急任务时一般的云梯消防车行驶都将受到限制，往往会错过最佳消防救火时间；其次，因中小城市的发展并没有那么迅速，楼层相对并不高，大都只有不到二十层，而在一些老旧小区，其楼层数更是只有六七层左右，当这些楼层发生火灾时，使用伸缩高度达几十米甚至上百米的云梯消防车显得有些“大材小用”；最后，由于一般的云梯消防车属于特种消防车，其技术性要求很高，很多云梯消防车的零部件甚至很多云梯消防车都是从国外进口，造成其造价非常昂贵，动则几百万乃至上千万一台。在这种背景下，研发微型云梯消防车就显得很有必要且很有意义了，研发出的微型云梯消防车车身长度大概五米，伸缩云梯伸长最大十九米，全部收缩不超过五米，工作斗承重不超过300kg，它可将中小城市街道狭窄的限制降到最低，且刚好适用于老旧小区楼层不高的实际情况，而且由于它体型较小，可有效降低制造成本。

而对于云梯消防车这种高空作业车，它在进行高空作业时，为保证消防人员的安全和工作的平稳，要求工作斗在伸缩云梯变幅的过程中及变幅完成后始终与地面保持水平，这个功能正是由工作斗调平机构实现。因此，调平机构的性能将直接影响云梯消防车工作的稳定性和工作人员的安全性，所以研究设计出性能较好的工作斗调平机构对微型云梯消防车的重要性不言而喻。而由于液压传动的优点，整个调平机构仍将采用液压驱动，因此当调平机构设计完成后，需对调平机构的液压系统进行设计。

1.2 云梯消防车国内外发展现状

1.2.1 云梯消防车国内发展现状

国内云梯消防车的研究起步相对于国外比较晚，在二十世纪七八十年代才开始研制云梯消防车。由于高空作业车最早是在上世纪七十年代从国外引进，且引进的几乎都是折叠臂式的高空作业车，而云梯消防车为伸缩臂式高空作业车，因此关于云梯消防车这种伸缩臂式的高空消防车的研发还比较落后。主要是其结构可靠性、工作斗调平技术、液压电气控制等关键技术国内并没有完全解决，且国内云梯消防车的主要零部件大多是从国外引进。 因此目前我国云梯消防车的研制生产总体比较落后，但相较以前，目前我国的云梯消防车设计技术及生产工艺均有突破性的进展。目前国内主要消防车生产厂家有辽宁省锦州市的锦州重型机械有限公司，江苏省苏州市的捷达消防车辆装备有限公司和徐州工程机械集团有限公司等^[1]。2015年我国中联重科消防机械公司自主研发的云梯消防车——ZLJ5290JXFYT60专用车在长沙望城工业园顺利下线，成为目前我国举升高度最高的云梯消防车。它最大举升高度可达60 m，实现了对于绝大部分高层楼宇的消防救援^[2]。总体而言，国内产品受国外影响较大^[3]，国内的云梯消防车从研发、生产制造到产品性能等很多方面相比国外差距明显，整体比较落后，国内云梯消防车的发展还有很长的路要走。

1.2.2 云梯消防车国外发展现状

国外发达国家对云梯消防车的研究起步较早，且很多发达国家例如美国、英国、芬兰、德国等以及取得较大成就。在二十世纪四十年代，国外不少发达国家以及开始研发生产云梯消防车，其工作高度可达二十到三十米，且接下来几年间，又研发出工作高度达四十多米的云梯消防车。随着技术的迅速发展，在上世纪九十年代，国外消防车生产厂家已经可以生产出高度达68米的云梯消防车。目前，从云梯消防车的生产能力、产品性能及产品先进性来看，处于世界领先的企业仍然是德国的马基路斯公司、麦斯公司，英国的西蒙公司，芬兰的博浪涛公司，日本的森田公司以及美国的大力公司等。在国外众多云梯消防车生产厂家中，芬兰的BRONTO（博浪涛） 公司最为出名，其产品技术先进，系列丰富，并针对不同的客户需求生产出了不同的独具特性的云梯消防车，因此产品畅销世界各国，销售量遥遥领先与其他厂家^[4]。BRONTO 公司研发并制造了世界上作业高度最大的云梯消防车，其实际作业高度为112m，可对37 层的高楼进行消防与救援，因而创造了诸多世界纪录^[5]。

1.3 课题的研究设计内容

设计的微型云梯消防车车身长度大概五米，伸缩云梯全长19米，单节伸缩臂长不超过5m，工作斗承重不超过300kg。本次毕业设计的主要内容包括以下几个方面，首先是对微型云梯消防车进行总体方案设计，设计出云梯消防车的总体结构；其次是设计出微型云梯消防车的工作斗调平机构，经过方案的选择，最终拟定为伺服液压调平机构，也叫做静液压调平机构；然后，由于所设计的微型云梯消防车体型较小、云梯伸缩长度不高且该云梯消防车适用于空间较小的老旧小区，所以在车上设置伸缩云梯回转台并不方便，因此在伸缩云梯最上端与工作斗之间设计了一个工作斗回转机构，该机构能实现工作斗顺时针和逆时针各回转九十度；最后，设计了工作斗静液压调平机构的液压系统。

第2章 微型云梯消防车总体方案设计

2.1 微型云梯消防车总体结构组成

所设计的微型云梯消防车主要由汽车底盘、副车架、取力装置、支腿机构、变幅机构、梯架机构、工作斗、调平机构及工作斗回转机构等组成^[6]。

2.1.1 汽车底盘

由于所设计的云梯消防车为微型云梯消防车，体型较小，汽车底盘选择总重8t级的普通小货车底盘，且该底盘前桥承载能力大、重心低。汽车底盘是云梯消防车的主要组成部分，在车辆行驶时承载全车重量，而且还为上车系统工作时提供电源和动力。

图2.1 汽车底盘

2.1.2 副车架

副车架也称副大梁，是悬架连接部件与车身之间的一种辅助装置，也是微型云梯消防车伸缩梯架工作时的承载构件，它由两根与车身方向一致的纵梁和两根与车身方向垂直的横梁组成^[7]。副大梁的横梁和纵梁均由高强度的钢板焊接成箱式密封结构，以螺栓和垫片等缓冲装置与车架连接，在纵梁的箱体内布设有电气线路、液压管路等。

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