城市化建設(shè)的飛速發(fā)展，城市的高層建筑群越來越多，對適合于此類建筑物施工的高空作業(yè)車設(shè)備需求量與日俱增。作業(yè)臂是高空作業(yè)平臺(tái)出租的重要承載部件之一，也是整機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相對薄弱的部分，其力學(xué)性能對機(jī)械的正常運(yùn)轉(zhuǎn)有直接影響，為了保證工作人員高空作業(yè)時(shí)的人身安全，其作業(yè)臂有著嚴(yán)格的設(shè)計(jì)要求。

　　1. 緒論

　　高空作業(yè)車要適應(yīng)高層建筑的惡劣環(huán)境，因?yàn)楣と藗兊陌踩仨毐槐ＷC，工人們必須帶著安全感工作。結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度必須進(jìn)行校驗(yàn)以提高好的工作條件。借助于一種經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，我們必須通過理論的方法研究出一種解決問題的工具。

　　1.1 課題的研究背景與意義

　　工程機(jī)械廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各部門，在整個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有十分重要的地位。近年來，工程機(jī)械發(fā)展迅速，特別是隨著高科技的廣泛應(yīng)用，帶動(dòng)了整個(gè)工業(yè)的迅猛發(fā)展，設(shè)計(jì)上的優(yōu)化、仿真，使大型工程機(jī)械有了更廣闊的發(fā)展空間。

　　高空作業(yè)車是一種用來運(yùn)送工作人員和工作器材到達(dá)指定高度進(jìn)行作業(yè)的工程機(jī)械。由于它具有機(jī)動(dòng)靈活、操作簡單、安全可靠等特點(diǎn)，因此被廣泛地用于大型場館、橋梁、港口海岸的檢護(hù)等方面，有著廣闊的發(fā)展前景。盡管我國在高空作業(yè)車設(shè)計(jì)制造上取得了一 些成績，但是國內(nèi)生產(chǎn)制造的高空作業(yè)機(jī)械同國外同類型高空作業(yè)機(jī)械相比有一定的差距，主要表現(xiàn)為技術(shù)含量低、結(jié)構(gòu)笨重、作業(yè)時(shí)穩(wěn)定性能差等。

　　通過本課題的研究掌握高空作業(yè)車作業(yè)臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和方法，從而實(shí)現(xiàn)較大的作業(yè)高度與幅度，提高使用的可靠性，為研制高空作業(yè)車工作臂奠定基礎(chǔ)，這具有現(xiàn)實(shí)的重要意義。

　　1.2 課題國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r

　　高空作業(yè)車在世界上已有幾十年的發(fā)展歷史，現(xiàn)已成為一個(gè)完整的專用產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)體系。如德國的TIRRE，意大利的RICO、芬蘭的BRONTO，英國的COLES等，且它們各有側(cè)重，COLES側(cè)重于車在高空作業(yè)平臺(tái)，BRONTO側(cè)重于高空消防車系列。高空作業(yè)車發(fā)展到現(xiàn)在，其作業(yè)高度已達(dá)到72m，作業(yè)車的可靠性、安全性、舒適性、操作方便和簡單的直接性等方面都有較大的提高。

　　國內(nèi)高空作業(yè)機(jī)械發(fā)展剛剛起步，只有十幾年時(shí)間的發(fā)展歷史，雖然起步晚較遲緩，經(jīng)過商空作業(yè)機(jī)械制造企業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展，已逐步形成走向穩(wěn)定發(fā)展的軌道。但國內(nèi)生產(chǎn)制造的高空作業(yè)車同國外同類型高空作業(yè)機(jī)械產(chǎn)品相比有一定差距，主要表現(xiàn)為技術(shù)含量低、大型的較少、結(jié)構(gòu)笨重、作業(yè)時(shí)微動(dòng)性能差等問題 在開發(fā)研制設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)采取有效措施、試驗(yàn)研究，逐項(xiàng)加以解決，以縮小差距。我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域的持續(xù)高速發(fā)展，使市場對各種高空作業(yè)平臺(tái)的需求量大增。而由于大膽嘗試體制和機(jī)制創(chuàng)新，國內(nèi)高空作業(yè)平臺(tái)企業(yè)的內(nèi)生動(dòng)力與競爭力不斷增強(qiáng)，市場開拓能力明顯增強(qiáng)，多元化的經(jīng)營方式使市場成交量不斷增加。

　　1.3 限元法原理與應(yīng)用

　　有限元法的基本思想，是將彈性連續(xù)體劃分成有限個(gè)單元體，并認(rèn)為相鄰單元之間僅在有限個(gè)節(jié)點(diǎn)上相互連接。根據(jù)物體珠幾何形狀、載荷特征、邊界約束特征等，單元有各種類型。節(jié)點(diǎn)一般都在單元邊界上，節(jié)點(diǎn)的位移分量是作業(yè)結(jié)構(gòu)的基本未知量，這樣組成有限元集合體，并在引進(jìn)等效節(jié)點(diǎn)力及節(jié)點(diǎn)約束條件。由于節(jié)點(diǎn)數(shù)目有限，就成為具有有限自由度的有限元計(jì)算模型，它代替了原來具有無限自由度的連續(xù)體，也就是有限元離散化。在此基礎(chǔ)上，對每一單元根據(jù)分塊近似的思想，假設(shè)一個(gè)簡單的函數(shù)來近似模擬其位移分量的分布規(guī)律，即選擇位移模式，再通過虛功原理（或變分原理或其它方法）求得每個(gè)單元的平衡方程，就是建立單元節(jié)點(diǎn)力與節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系。最后，把所有單元的這種特性關(guān)系，按照保持節(jié)點(diǎn)位移連續(xù)和節(jié)點(diǎn)力平衡的方式集合起來，就可以得到整個(gè)物體的平衡方程組，引入邊界約束條件后解此方程就求得節(jié)點(diǎn)位移，并計(jì)算出各單元應(yīng)力。

　　2. 高空作業(yè)車作業(yè)臂的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)

　　2.1 作業(yè)臂結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

　　伸縮式吊臂采用操作液壓缸來實(shí)現(xiàn)變幅，作用在吊臂上的載荷主要有起升載荷、自重、回轉(zhuǎn)慣性力以及風(fēng)載荷等。吊臂的伸縮方式主要有三種：順序伸縮、獨(dú)立伸縮和同步伸縮。吊臂的結(jié)構(gòu)形式如圖2-1所示。

　　1—伸縮液壓缸 2—支撐滑塊 3—變幅液壓缸 4—基本臂 5—第2節(jié)臂 6—第3節(jié)臂伸縮臂由伸縮臂油缸控制，不工作時(shí)伸縮臂回縮至基本臂內(nèi)部；起重作業(yè)時(shí)，伸縮臂根據(jù)需要的起重幅度和起升高度進(jìn)行伸縮。伸縮臂根部通過銷軸與伸縮臂油缸鉸接，伸縮臂和基本臂間有滑塊，以保證伸縮臂能平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。伸縮臂與油缸、基本臂根部和回轉(zhuǎn)平臺(tái)也通過水平銷軸鉸接。

　　2.2 作業(yè)臂的截面分類

　　在科學(xué)研究和工程實(shí)踐中，隨著鋼材性能的不斷提高，工程師可以采取優(yōu)化作業(yè)臂截面結(jié)構(gòu)來減輕作業(yè)臂的重量，為此對作業(yè)臂的截面形式作了許多探討，歸納起來主要有四邊形截面、五邊形截面、六邊形截面、八邊形截面以及橢圓形截面等不同的截面形式。因此研究采用何種截面形式能使作業(yè)臂的自重較小，結(jié)構(gòu)性能提高，材料利用更充分，是伸縮式吊臂優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要方向之一。常見的作業(yè)臂截面形式如圖2-2所示。

　　四邊形剖面大多由上蓋板、下蓋板、腹板聯(lián)接，工藝簡單，優(yōu)點(diǎn)突出，抗彎強(qiáng)度好，抗扭剛強(qiáng)度好等，當(dāng)前高空作業(yè)車作業(yè)臂大多采用此截面。然而這種截面缺點(diǎn)明顯，材料的承載能力不能充分發(fā)揮出來，并且各作業(yè)臂間要想很好地傳遞扭矩和橫向力需設(shè)附加支撐，較差的穩(wěn)定性體現(xiàn)出來，這就需要設(shè)置縱向筋在隔板上且要保持一定距離，或者安裝斜向筋在腹板的外側(cè)，以達(dá)到作業(yè)臂抗屈曲能力的提升。五邊形剖面的下蓋板和腹板板的寬度較實(shí)際小，這樣作業(yè)臂局部的抗失穩(wěn)能力的到提高。在四角處均有前后滑塊支撐，這樣結(jié)構(gòu)的橫向力和扭矩都能更好地傳遞，伸縮臂各板之間局部彎曲不再產(chǎn)生，因此這種截面的伸縮作業(yè)臂機(jī)械性能能更大的發(fā)揮出來，目前在我國，五邊形的作業(yè)臂應(yīng)用較多。

　　3. 結(jié)論

　　通過本文的研究，掌握高空作業(yè)車作業(yè)臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和分析方法，得出較為準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)方法從而達(dá)到優(yōu)化結(jié)構(gòu)、減輕自重、提高可靠性的目的，為研制高空作業(yè)車奠定基礎(chǔ)。