臂架式高空作业平台设计开题报告 (134)

臂架式高空作业平台设计

1、课题来源

高空作业平台产品在国民经济中所占比例较小，尚没有明确划分产业分类，尽管还缺乏国际性的品牌，但已经形成了种类齐全的高空作业平台产业格局。于2008年，“十一五”国家科技支撑计划《无脚手架安装作业技术装备与产业化开发》重点项目的实施，极大提升了高空作业平台行业的影响力[1]。同时，工业厂房的钢结构化，“十二五”发展规划，向海洋进军的路线，造船和海洋工装行业将进一步快速发展，都将大力推动高空作业平台的发展。[2][3]

随着中国人口红利的减弱和通胀的加剧，加之人民币的不断升值，劳动力资源的成本会越来越高。在国家大力号召企业转型的背景下，带动、促进了高空作业平台市场的快速发展，同时还能够大幅改善施工作业的安全性，并促进施工工艺和租赁市场的进步与成熟，这些特质也就是吸引如此多企业入局的根本原因。[4]

随着高空作业的增多，对高空作业的舒适性和安全性的要求越来越高。本课题要求运用机械原理和液压传动技术设计一种臂架式高空作业平台，以满足行业发展的需要。

本课题研究主要是针对高空作业平台的整体结构及液压系统，进行一次设计演练，采用ANSYS等软件，对结构的静态和动态受力情况进行分析，利用其结果指导实际设计。对液压系统进行简单的计算，选择相关元器件，进而对动力进行匹配。

本设计采用设备：10米高空作业平台的基本结构参数如下：

（1）、平台最大高度（米）10；

（2）、平台额定载荷（kg）215；

（3）、平台尺寸（米） 1.2×0.6；

2、研究目的和意义

高空作业平台作为施工工程中较新颖而安全的输运设备，其计算方法和分析手段同样是不容忽视的。但是传统的计算方法和分析手段由于受限于理论和手段的匮乏，相对简单，计算结果精度较差等一系列弊病的存在。同时减轻臂架重量，用于更大的外伸范围，以及臂架在展开后，平衡性的控制方面与国外产品差距还很大。针对于此，我们有必要对臂架部分及整体结构做受力分析，确定设计高空作业平台结构形式，即载重及受冲击载荷后，底盘抗倾覆力矩，及臂架在相应转角及伸缩的极限长度，以满足高处施工的安全要求，同时使制造和使用的成本最低，达到使用价值与经济效益的合理优化，实现性价比的最大优化。

对于本课题的研究，要求我们掌握并且熟练应用专业知识，掌握高空作业平台的结构特征和工作原理，并且学会运用ANSYS有限元分析软件对其进行受力分析，并根据分析结果对其进行优化，达到了解高空作业平台和掌握ANSYS有限元分析的目的。

3 、国内外研究现状和发展趋势

3.1、高空作业平台结构及工作原理

高空作业平台是用来运送操作人员和工作设备到指定高度进行作业的特种车辆，其应具有较高的工作可靠性、平稳性和安全性。

高空作业平台主要由发动机、电气设备、底盘（车架）、工作装置及其操作等四部分组成。其工作系统具体包括以下几部分：发动机室、底盘（车架）、转台、前后车桥、前后车轮组、车桥操作装置、上部操作装置、下部操作装置、变幅缸、臂架、作业自动调平缸、作业台、平衡配重等。[5]

高空作业平台的工作原理比较简单，就是将柴油机的动力，带动液压泵，驱动前轮液压马达、转向油缸、变幅油缸、伸缩油缸和调平油缸。变幅油缸的动作使臂架摇摆，伸缩油缸驱动伸缩臂的进出，自调平油缸使作业平台始终保持水平。

臂架式高空作业平台具有以下一些特点：

1）、作业区域大、作业范围大，能胜任一些复杂的工作环境。设置探照灯、手动工具等可用于高空工程施工作业。

2）、结构复杂，对设计水平要求较高（CAD/CAE在设计中紧密结合应用）。

3）、安全性和可靠性高。为了确保作业人员的生命安全，高空作业车上设置有诸多安全限位保护措施、应急动力源及应急机械操作装置，其上的安全保护系统可以充分保证车辆救援工作的安全。

4）、机动灵活，转场方便。高空作业车采用汽车底盘，其机动灵活，通过性好，来去自如。可在公路上可快速行驶，转场方便，能够应对消防险情的紧急快速反应要求。

3.2 、国内外高空作业平台现状对比

国内情况：我国高空作业机械的生产于上世纪 70 年代初开始起步，根据中国工程机械工业协会对会员单位不完全统计，销量上高空作业平台2007、2008、2009、2010年销售量分别为3318、4045、3 820、3074台；2008年比2007年增加了727台，增长率为20.92%；受金融危机影响，高空作业平台2009年销量比2008年减少了225台，2010年又比2009年减少了726台[6]，主要原因是国内产品出口明显减少，而国内销量仍然出现了增长势头。行业一些骨干企业通过近几年的技术改造，生产规模不断扩大，形成了有各自特色的系列产品，各项经济指标逐步上升，经济效益也逐年提高。国内高空作业平台行业近年来取

得了较好的发展，主要表现在以下几个方面：

(1)产品性能提高。我国高空作业机械行业的一些骨干企业利用自已的技术和设备优势，通过学习、引进和消化国外先进技术开发了许多新产品，其产品的技术水平和产品质量都不断提高，达到和接近了国际同类产品的水平，推动了高空作业机械行业的技术进步，在国内市场中竞争力强、市场销路好，产量增加较快。

(2)产品市场占有率进一步扩大。一些企业利用自身的优势，在原有产品的基础上增加品种和更新一些基础部件，不断加大新产品的开发力度，走企业横向联合多种经营的综合开发道路，不但使企业自身的生产和销售步入了良性循环轨道，还带动了附属企业和国内相关产品的销售发展

(3)新产品的开发推动了行业技术，利用自己的技术优势和设备优势，开发了许多本行业产品，推动了行业技术的进步。[7]

国外情况：发达国家由于其城市化进程完成早，城市建设作业机械品种规格繁多，已形成一个非常大的行业，并且成立了国际标准化组织(TC214)，正致力于扩大作业范围，满足不同作业的需要。工业发达国家，一般都有专门的跨国公司和集团主营和兼营高空作业机械，如美国 JLG 公司、GROVE 公司(格鲁夫)、SIMON 公司 (西蒙 )、芬兰 BRONTO 公司 (博浪涛 )、日本的多田野和爱知株式会社等。为了满足实际工程的需要，高空作业平台的作业高度越来越高，随之作业半径也越来越大，如西蒙公司 S600 高度已达62m，芬兰 BRONTO 公司产品最高已达 72m，高空作业平台的控制系统均采用微机进行操作，自动化程度不断提高。如 GENIE(吉尼公司)的自行直臂式高空作业平台、自行曲臂式高空作业平台、自行剪型高空作业平台，由于采用自动化控制，高空作业的微动性能好，定位也越来越准确。2008 年杭州市公安消防局从芬兰进口一辆 101 米高世界最高用于消防灭火的高空作业平台，其操作很方便系统很智能，上升下降十分平稳，这辆车采用电脑控制，在车底部可以操作，在登高台上也能操作，比较方便，这辆车还特别智能，比如风速超过 12.5 米/秒或遇到路面不平整等危险情况时，电脑将限制曲臂往上(外)升，只能往回缩，以保证救援人员的安全。[8] [9]

20世纪末，高空作业车国外巨头陆续进入中国；2008年开始，又纷纷在华设厂，加大投资。显而易见，外企业普遍看好未来中国高空作业车市场。[10]

在我国，高空作业平台的应用领域已在逐渐扩展，但与发达国家相比使用的范围还比较窄，使用比较多的有路灯、交警、园林等行业，而在高空作业平台大有发展前途的电力、电信及有线电视系统使用较少。这主要是现有高空作业平台的性能及技术参数还不能完全满足三大系统使用的要求。我国船舶行业对轮胎液控自行式高空作业平台的需求量很大；建筑行业对履带自行式高空作业平台也将会产生需