摘 要

高空作业车是一种重要的施工设备，在许多的行业中发挥着不可或缺的作用。随着高空作业车应用的领域逐渐扩大，涉及的行业也越来越多，市场对高空作业车也呈现出了个性化、差异化和多样化的需求特征。但随着社会的发展进步，市场对于中等高度的高空作业车的需求日益增多，目前仅有的产品体系不足以弥补市场的空缺。为了完善20米内高空作业车的产品谱系，本文进行了15米自走式高空作业车的设计任务。

本文的研究目标为完成15米自走式高空作业车的设计。内容上，以15米自走式高空作业车为设计对象，通过合理的分析，确定各结构主要零件的选型，建立三维模型。然后在对作业臂结构进行分析的基础上，利用有限元分析软件HyperMesh，合理建立作业臂的有限元模型，并对其在几种工况下进行结构静强度、静刚度分析，获得了其在各工况下的应力分布、应力危险部位、变形分布。然后以作业臂自重最轻为优化目标，并在保证强度、刚度满足要求的前提下，对所研究作业臂进行进一步的结构优化设计。

本文的分析结果表明，所设计的15米自走式高空作业车满足强度及刚度要求，具有工程实用价值，为此类高空作业车的设计提供了一定的参考。

关键词：高空作业车；剪叉式；零部件设计；有限元分析；有限元法

Abstract

Aerial work vehicles are an important construction equipment and play an indispensable role in many industries. With the field of aerial work applications gradually expanded, involving more and more industries, the market for high-altitude vehicles also showed a personalized, differentiated and diverse demand characteristics. But, with the development of social progress, the market for the high level of high-altitude operations vehicles growing demand, the only product system is currently not enough to make up for the market vacancies. In order to improve the product line of 20 meters high-altitude vehicles, this article has carried on the design task of the 15m self-propelled aerial work vehicle.

The goal of this paper is to design a 15-meter self-propelled aerial vehicle. Content, to 15 meters self-propelled aerial vehicles for the design object, through a reasonable analysis to determine the structure of the main parts of the selection, the establishment of three-dimensional model. Then, based on the analysis of the structure of the working arm, the finite element model of the working arm is established by using the finite element analysis software HyperMesh, and the static strength and static stiffness of the working arm are analyzed under several working conditions. Stress distribution under various conditions, stress hazard location, deformation distribution. And then the optimal weight of the work arm to optimize the target, and to ensure the strength, stiffness to meet the requirements of the premise of the study arm for further structural optimization design.

The results of this paper show that the design of 15-meter self-propelled aerial vehicles to meet the strength and stiffness requirements, with practical value for the design of such aerial vehicles to provide a reference.

Key Words：Aerial work vehicles, Scissor, Component design, Finite element analysis, Finite element method

目 录

摘 要 II

Abstract II

第1章 绪论 2

1.1 高空作业车及其国内外发展现状 2

1.1.1 高空作业车的介绍 2

1.1.2 国外发展 2

1.1.3 国内发展 2

1.2 本课题研究的内容、目的及意义 2

第2章 15米自走式高空作业车基本参数设计 2

2.1 产品定义 2

2.2 主要设计参数及技术参数 2

2.3 设计目标及主要工作内容 2

2.4 技术路线 2

2.5 应遵守的法律法规 2

2.6 本章小结 2

第3章 主要机构零部件选型设计及计算 2

3.1 作业臂选型 2

3.1.1 作业臂类型选取 2

3.1.2 作业臂尺寸的设计 2

3.2 行走装置设计 2

3.3 工作平台设计 2

3.4 液压缸选型 2

3.5 建立三维装配图 2

3.6 本章小结 2

第4章 15米自走式高空作业车作业臂的强度及刚度分析 2

4.1 建立有限元模型 2

4.2 约束条件 2

4.3 确定材料并添加作用力 2

4.4 计算结果分析 2

4.5 结构优化 2

4.5.1 优化设计概念 2

4.5.2 以HyperMesh软件为基础的优化设计 2

4.6 本章小结 2

第5章 总结与展望 2

5.1论文总结 2

5.2工作展望 2

参考文献 2

致 谢 2

第1章 绪论

1.1 高空作业车及其国内外发展现状

1.1.1 高空作业车的介绍

高空作业车是一种重要的施工设备。它通过作业平台将作业人员、工具、材料等升到空中特定位置来进行各类安装、维修等作业工作，是一种专用的高空作业机械，在市政、电力、公路建设、园林、交通及城市管理等方面发挥着不可缺少的作用^[1]。

高空作业车有许多分类形式，一般按其升降机构的形式来进行分类，可分伸缩臂式（直臂式）、垂直升降式、折叠臂式（曲臂式）和混合式四种基本形式。曲臂式高空作业车具有许多独特的优点，它不仅能跨越一定的障碍进行悬伸作业，还可以在一处升降来进行多点作业。由于其外型美观，适合室内外的作业和存放。此外，它的平台载重量大，不仅可供多人同时作业，还能搭载一定的设备，而且移动性较好，转移场地方便。拖车式折臂高空作业车的折臂结构紧凑，移动方便，材料上使用了一种新型的优质型钢，不仅强度高，而且重量有明显的减轻。另外，拖车式折臂高空作业车由于可以采用交流电和本身自带的直流电直接接通电源启动的方式，架设速度比其他类型的高空作业车有明显优势。其工作平台也有一定的特点，既可以升高，又可以水平延伸，还可以旋转，为跨越障碍将作业人员及设备送达指定工作位置提供了方便，是几类高空作业设备中较为理想的一种。

高空作业车为了实现它的高空作业功能，还包括有统管动力系统的动力传动装置，保证作业人员作业安全的安全装置，抬升作业平台所需要的液压系统及完成正常作业任务的工作装置等各类系统。其中，动力传动装置包括了高空作业车各工作装置的动力传动部分，常见的传动方式有内燃机-机械传动、电力-机械传动、内燃机-电力传动、内燃机-液压传动等。