文 献 综 述

一、概述

1.1简介

高空作业平台也叫爬升式施工升降平台，是一种由齿轮齿条驱动，通过标准节导向和升降的高空作业机械，主要由驱动单元，底架，标准节，三角架甲板，围栏，附墙架，电控系统等零部件组成，具有不用预制基础,提升能力大、施工效率高，工作面积大，安全可靠等特点，可以将人员和设备提升到所需要的高度，同时提供一人或多人在其上工作。升降平台作为一种起重机械，在物流、搬运、装配、城市停车系统、海上油田等各种工作场合中得到了广泛的应用。其最主要功能是依靠驱动机构与升降机构将物体升降至不同高度。本课题涉及到机械原理、工程力学、机械设计、液压与气压传动、机电传动与控制等机械基础知识和基本理论，所要研究的升降平台为单立柱式电动施工升降平台，具有重量轻，结构紧凑，移动方便，升降平稳，操作方便等特点。

1.2国内外研究现状

1.2.1 国内现状

国内同类产品的研发起步较晚，为数不多的产品也主要是仿照国外产品进行

研发设计的。结构形式较为单一，平台智能化程度相对较低，承载能力与爬升速

度等指标相比国外产品还有待提高[1-4]。

目前国内生产导架爬升式工作平台的企业不多，市场占有率也不高。最具代

表性的产品是在2012年宝马展上展出的由浙江鼎力机械股份有限公司设计研发的

MCWPl300T型导架爬升式高空作业平台。整机配有防坠安全器、紧急停止按钮、限

位开关、电磁刹车系统、电流过载保护系统、自动调平系统、上升保护霍尔传感

器、下坠缓冲装置等，是目前国内产品中智能化程度较高，稳定性能最好的产品

之一。最大提升高度20米，提升速度6m／min，附墙时最大工作高度可达100米[5]。

1.2.2 国外现状

国外高空作业平台相关设备的研发要比国内领先很多，从事高空作业平台研

发较早的国家有英国、美国和意大利等。国外产品在作业范围，提升高度，承载

能力及智能水平等方面都具有一定领先优势[6-7]。由于欧美国家相关法律法规的

出台以及工程机械租赁市场的不断发展，使得高空作业机械得到了迅速发展，在

全球工程机械的市场占据领先地位。全球领先的高空作业平台生产企业主要由美

国的特雷克斯、JLG，日本的爱知，法国的欧厉胜等[8]，国外主要的产品型式如

图1-4。

二、MCWP1300s单立柱高空作业平台

2.1 高空作业平台结构

浙江鼎力机械股份有限公司的MCWP1300s单立柱高空作业平台如下图所示

高空作业平台主要由底盘、导架、爬升箱、平台以及起吊装置等部分组成[13]。

(1)底盘:底盘是导架爬升式升降工作平台的基础部件之一，是工作和运输过程中所有载荷的承载体。

(2)导架:导架由标准节组成，标准节上装有齿条。

(3)标准节：标准节是施工升降机和塔吊的常用部件，一般由主弦杆、腹杆、连接螺栓等零件组成。

(4)爬升箱：爬升箱上装有齿轮和导轮，齿轮与齿条啮合，导轮沿着导架滚动使平台升至指定工作位置。

(5)工作平台:平台是施工人员工作和放置施工工具及材料的场所。

2.2 高空作业平台动力系统

动力系统由电动机#8212;#8212;减速器#8212;#8212;齿轮齿条组合而成，在平台上和底盘上分别设置有控制盒，且平台上的控制盒优先级高于底盘上控制盒，这是为了保证人员施工过程更加安全。同时考虑到动力系统出现故障的情况，将安装两套相同的电动机和减速器，确保其中一套出现故障时平台仍能正常工作[3]。

三、基于Pro/E的三维建模

3.1 三维建模简介

随着计算机设备以及计算机辅助设计的飞速发展，越来越多的工程设计人员开始利用计算机进行产品的设计和开发。三维建模是一个十分有效的工作方法，由于整体设计思想均直观地反映在所建的模型中，因而其可信度无庸置疑。目前，基于三维建模基础上开发出来的三维设计软件已广泛应用于航天、航空及汽车等现代行业设计领域，发挥着越来越重要的作用。目前，许多国内外的大型辅助设计软件都包含了机械的三维建模模块，如国外PTC公司的Pro／ENGINEER，该软件功能强大，内容涵盖了产品从概念设计、工业造型实际、三维建模设计、分析计算、动态与仿真、工程图输出，到生产加工成产品的全过程[10]。

3.2 基于Pro/E的三维设计

Pro/e软件是基于特征的全参数化软件，该软件中创建的三维模型是一种全参数化的三维模型。全参数化有三层面的含义，即特征截面几何的全参数化、零件模型的全参数化以及装配体模型的全参数化[9]。

在初步设计了升降平台的结构特征后，先画零件图再画装配图。由主到次依次将施工升降平台的底座，立柱，工作平台在Pro/E中使用拉伸，扫描等功能绘出。主要部分画出后开始绘制细节部分，如电机，齿轮，吊机，扶梯等[11]。

四、设计方案与思路

4.1 设计方案

通过功能结构图分析，导架爬升式工作平台主要由导架、底盘、平台、驱动系统和安装装置五部分组成，其采用电机带动齿轮齿条传动的方式，工作平台搭设于导架之上且可沿导架升降，导架与施工升降机的导轨架结构相同，采用多节标准节通过高强度连接螺栓联接。导架上安装有齿条， 齿条与爬升箱上的齿轮拟合，并通过滚轮带动实现升降。底盘由钢管焊接组成，并有四条支腿进行固定，底部安装有一对行走轮并配有拖杆组成，可由卡成拖曳底盘运输行走。工作平台分为主平台与延伸平台，在墙面不规则时可以通过延伸平台进行作业。平台配有防坠安全器，自动调平系统、上限位开关等安全保护系统，保证了平台的安全使用。整机结构如图所示。

。

4.2 设计思路

4.2.1 高空作业平台结构设计

（1）底盘的设计要求[15]

①应具有足够的强度和刚度，以防止其因受力过大而发生变形过大甚至破坏，影响整机稳定性；

②有足够空间布置电气箱、防坠落弹簧等零件，当平台降至最低时，所有零件不得与平台桁架发生干涉且结构简单紧凑；

③左右对称，避免整机质量分布不均影响运输过程中的稳定性，转运方便；

④和支腿的连接应保证支腿转动灵活，定位可靠。市场上常见的高空作业设备底盘有两种，一种是简单的方形底架，由方管焊接成”日”字型支架。

（2）支腿设计要求[13]

①有足够的跨度和刚度，保证支撑的稳定性；

②可收可放，满足工作时打开和运输时收起的不同要求；

③升降调节快捷可靠，实现快速调平；

④体积小，重量轻，安装方便。目前高空作业设备的支腿从结构形式上主要分为蛙式支腿和H 型支腿。

（3）导架设计要求[13]

①导架既要发挥轨道的作用，又要作为桅柱支撑平台，将平台送至 11 米的高度（附墙时应更高）；

②导架的设计与制作应确保爬升箱滚轮沿导架上升时，导架结构稳定，不发生变形和错位，在相邻标准节之间可以有效传递载荷，③同时要考虑到随着工作高度的增加，导架应能方便快捷的实现”长高”的要求。

（4）平台结构设计要求[13]

①承载性能好，当承受额定载荷和其他力时，作业平台应保持水平状态，允差为#177;2ordm;，即有足够的强度、刚度和结构稳定性，提供平稳的施工环境；

②有足够的长度和宽度，以提供堆放材料、器械和操作人员施工的空间；

③可以调整和墙面之间的距离，以适应凹凸不平的墙面施工；

④装拆方便和良好的互换性；

⑤过载时可以自行终止动作。

4.2.2 升降、伸缩机构设计

（1）升降机构设计

升降台采用齿轮齿条传动，齿轮固定在外立柱上，齿条固定在无缝钢管上，通过齿轮齿条的作用将选转运动转化为直线运动[19]。

整个升降台由电动机提供升降动力，电动机通过V带传动，带动蜗轮蜗杆减速器，蜗轮蜗杆减速器通过联轴器带动齿轮传动，从而带动立柱的上升和下降。

（2）伸缩机构设计

工作台用槽钢连接而成，槽钢分普通槽钢和轻型槽钢。在工作台上铺上一层钢板，便于人员的施工，为了防止工作人员在施工时掉落，在工作台上焊防护栏[13]。

升降台的伸缩机构采用齿轮齿条传动，齿轮固定在工作台上，齿条固定在立柱平台上，工作台以槽钢作为导轨在立柱平台上伸缩[4]。

4.2.3 动力系统选型计算

动力系统由电动机#8212;#8212;减速器#8212;#8212;齿轮齿条组合而成，在平台上和底盘上分别设置有控制盒，且平台上的控制盒优先级高于底盘上控制盒，这是为了保证人员施工过程更加安全。同时考虑到动力系统出现故障的情况，将安装两套相同的电动机和减速器，确保其中一套出现故障时平台仍能正常工作。

（1）电机选型、计算、校核[21]。

（2）减速机选型、计算、校核[14]。

五、参考文献

[1] GB/T 27547-2011. 导架爬升式工作平台[S].

[2] GB/T 10054-2005. 施工升降机[S].

[3] GB 10055-2007. 施工升降机安全规程[S].

[4] GB/T 3811-2008. 起重机设计规范[S].

[5] 安徽巨一自动化装备有限公司. 高空升降机升降平台缓冲系统[P]. 中国. 201510402559.1 2015.07.10.

[6] 李钦奉，江伟，李东生，朱凤梅. 一种新型多功能高空作业平台设计与分析[J]. 组合机床与自动化加工技术. 2012，(5)：27-31 .

[7] 赵兴忠. 新型施工升降机的设计及其抗震研究［D］. 成都:西南交通大学. 2015.

[8] 曹学鹏，焦申杰，程磊，满军，陈磊. 高空作业平台臂架双向平衡阀系统的建模与研究[J]. 液压与气动. 2015.（6）. 66-69.

[9] 俞启灏. 国产施工升降机的技术状况和发展方向[J]. 建筑机械. 1996,（9）: 39-42.

[10] 何清，苏娟，余向阳. 基于MMA7455的施工升降机安全控制系统的设计[J]. 电子技术应用38. 2012 ,、#183;38(5):132-135.

[11] 李晖，柏艳红. 基于Simulation X的高空作业平台虚拟样机的开发[J]. 太原科技大学学报. 2015，36（3）: 194-197.

[12] 张华，霍玉兰． 我国高空作业车行业发展与展望［J］． 建筑机械， 2009,( 12) : 38-43．

[13] 毛华荣. 导架爬升式升降工作平台结构设计及有限元分析［D］. 西安：长安大学2012.

[14] 毛国新． 高空作业车整车电液自动调平控制系统的研究［D］． 浙江：浙江工业大学，2013．

[15] 卢震. 高空作业施工平台力学特性研究［D］. 沈阳：交通与机械工程学院. 2008.

[16] 尹信贤． 高空作业车执行机构机电液一体化仿真分析［D］． 重庆：重庆交通大学，2012．

[17] 罗会义. 臂架式起重机检验的重点与方法探析 [J]. 科技创新与应用，2015（15）：23-29.

[18] 郑洪强．基于ⅣS结构的远程监控平台的设计与实现［D］．北京：北京邮电大学，2010．

[19] 张质文. 起重机设计手册. 1998.

[20] 刘琪，李德. 利施工升降机的安全使用与管理[N]. 陕西建筑. 2013.5.

[21] 杨鹏. 升降平台动力学仿真和强度分析[M]. 哈尔滨工业大学. 2007.3.

[22] JGJ 215#8212;2010 建筑施工升降机安装、使用、拆卸安全技术规程［S］． 2010．

[23] R F Abo-Shanab，N Sepehri．Tip-over responses of hydraulic mobile cranes［J］． Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering，2006( 3) : 391-412．

[24] Spackman H. Mathematical Analysis of Actuator Forces in a Scissor Lift［R］．USA: Naval Command，Control and Ocean Surveillance Center，2011.

[25] Tanizumi K，Yoshirmura T，Hino J. Modeling of dynamics behavior and control of truck cranes［J］． Transaction of the Japan Society of Mechanical Engineerings， 2013 ( 2) : 549 － 551.

1、本课题所要研究和解决的问题

1.1基本内容

（1）客观分析高空作业平台的结构特点和主要技术要求，选出最佳材料和结构；

（2）分析双立柱施工升降平台的结构特点；

（3）设计出合理的双立柱作业平台结构、升降机构；

（4）强度刚度的检验，焊缝的计算，利用Pro/E画出主要结构。

1.2主要问题

（1）结构设计

（2）结构、焊缝强度刚度计算、校核

（3）基于Pro/E三维设计

2、拟采用的研究手段

（1）通过双立柱高空作业平台参考文献的查阅，对研究现状有深入的了解；

（2）参照我国高空作业平台实际使用情况，对双立柱型的特点进行分析；

（3）参照浙江鼎力科技有限公司的产品进行研究；

（4）应用Pro/E三维软件进行设计。