双臂手救援工程机械转台设计及优化.doc

摘 要

近年来，国内外便连续发生了很多次6级以上的地震，复杂的地震坍塌现场急需专业、高效的救援机械装备【1】。同时我国也是一个严重自然灾害和安全事故高发的国家，对于各种爆炸、火灾、井喷、矿难、交通和化工等安全事故的排险、救援也迫切需要高效、可靠的救援设备。
本课题来源于国家“十二五”科技支撑计划—双动力智能型双臂手系列化救援工程机械研制项目。目前越来越多的地震、井喷、矿难等自然灾害使得广大人民的生命财产蒙受了巨大的损失，传统的抢险救援设备救援效率低、耗能大，这就迫切需要高效的抢险救援设备。双臂手救援工程机械在传统工程机械的基础上增加了双臂协同作业、臂架左右摆动、司机室升降等功能。双臂协同作业方式大大提高了救援效率、节省了宝贵的救援时间。
司机室是整车的重要部件。双臂手抢险救援工程机械的司机室除了防风避雨、防尘防土、调节空气、减震降噪、安全保护之外，最主要的就是视野良好，司机室是双臂抢险救援车的大脑，控制着整个车的所有操作动作，因此司机室视野的好坏直接影响着操作的好坏。在不同的工况下需要不同的操作视野，所以司机室升降机构是司机室结构中的关键部件，也是司机室设计的难点所在。本文将主要进行双臂手救援工程机械司机室升降机构的设计及优化工作。
关键词： 灾害 抢险救援车 司机室 升降机构

ABSTRACT

In recent years, domestic and foreign will happen many times in a row more than 6 earthquake, earthquake collapse site in urgent need of complex professional and efficient rescue machinery and equipment . Meanwhile, China is also a serious national natural disasters and the high incidence of accidents, for a variety of explosion, fire, blowout, mining, transportation and chemical accidents for risk, the rescue is also an urgent need for efficient, reliable and rescue equipment.
The subject comes from the national "five" Technology Support Program - dual power intelligent series Rescue arms hand construction machinery research project. More and more earthquakes, blowout, mining and other natural disasters so that the lives and property of the people suffered a great loss, low conventional rescue equipment and rescue efficiency, energy consumption, there is an urgent need for efficient rescue equipment. Rescue arms hand construction machinery in the traditional construction machinery based on the increased collaboration arms, swing arm, cab lift functions. Arms collaborative practices greatly improve the efficiency of the rescue, saving precious rescue time.
Cab is an important component of the vehicle. Arms hand rescue engineering machinery cab in addition to wind and rain, dust-proof soil, adjusting the outside air, noise damping, security, the most important is a good view, the cab is arms brain rescue vehicles and control the operation of all the operations of the entire car, so the cab vision directly affects the quality of the operation. In different conditions require different operating perspective, so cab cab lift mechanism is a key component of the structure, the difficulty also lies cab design. This article will mainly arms Hand Rescue engineering machinery cab lifting mechanism design and optimization.
Key words: Disaster;Rescue vehicle;Cab;Lifting mechanism

目 录

第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2研究的目标及方案 2
1.2.1研究目标 2
1.2.2研究方案 2
1.2.3实验方案的可行性分析和已具备的实验条件 2
1.3国内外发展状况 2
1.3.1我国推土机发展现状 2
第二章 液压缸结构及参数设计 5
2.1液压缸类型和结构选择 5
2.1.1液压缸类型选择 5
2.1.2液压缸标准系列选择 5
2.1.3 液压缸结构选择 5
2.2液压缸结构设计 5
2.2.1缸筒和缸盖的选用 5
2.2.2活塞杆以及活塞的选用 6
2.2.3密封件、防尘圈的选用 7
2.3液压缸主要参数选择 8
2.3.1液压缸活塞行程计算 8
2.3.2计算液压缸的结构尺寸 8
2.3.3液压缸内径D的计算 9
2.3.4活塞直径d按强度要求计算 9
2.4液压缸的结构参数的计算 9
2.4.1缸壁厚度 9
2.4.2缸底厚度计算 10
2.4.3缸头厚度计算 10
2.5液压缸安装长度以及其它参照尺寸 10
2.5.1 液压缸安装长度 10
2.5.2液压缸其它设计尺寸 11
2.6液压缸进出口流量计算 11
2.7液压缸工作原理分析 12
2.7.1液压缸工作原理示意图 12
2.7.2司机室升降油缸动作循环表 12
2.7.3工作原理 12
第三章 液压缸校核 14
3.1强度校核 14
3.1.1活塞杆直径d校核 14
3.1.2 缸筒壁厚δ校核 14
3.2 液压缸稳定性校核 15
第四章 司机室升降机构模型的建立及运动分析 17
4.1司机室升降机构模型的建立中Pro/E的应用 17
4.2司机室升降装置模型建立 17
4.3司机室升降装置的运动分析 18
4.4司机室运动结果分析 18
结论 19
谢辞 20
参考文献 21

大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）
第一章 绪论

1.1 研究背景及意义
由于全球的地震灾害进入了高发期，近年来，国内外便连续发生了很多次6级以上的地震，复杂的地震坍塌现场急需专业、高效的救援机械装备【1】。同时我国也是一个严重自然灾害和安全事故高发的国家，对于各种爆炸、火灾、井喷、矿难、交通和化工等安全事故的排险、救援也迫切需要高效、可靠的救援设备，另外，随着我国现代化基础设施建设和城市化的推进，越来越多的危房、危楼、报废汽车和船舶等大型钢结构件需要快速、高效、低危、低耗地进行拆除、分解、分拣作业。随着自然环境的恶化，极端气候现象日益频繁，导致森林火灾、洪涝、泥石流等灾害频繁发生。特别是2008年以来，地球进入地震多发期，我国汶川、玉树先后;发生7.0级以上地震，造成重大人员伤亡。然而，目前我国乃至全球尚没有适宜的专用设备进行上述作业，只能靠传统的工程机械设备和人工来完成这些工作，存在着效率低、能耗高、危险性大等问题和不足，急需专用、高效的特种工程机械产品。在这种情况下，研制高效、低危、快速、低耗的专用抢险救援设备就显得十分的迫切和必要。
抢险救援车辆是在野外工作环境下，对突发事故、灾害等突发状况进行紧急救援的专用车辆，主要应用在地震抢险救灾、合理水库堤坝抢险、公路交通事故救援、电力及通讯设施抢险及维修、机场事故救援、野外勘探、油田厂矿抢险及维修、军事作战演习、火灾现场救援等场合。随着我国国民经济迅速提高，公路、消防、电力及通讯、航空等部门抢险救援需求快速增长。特别是近年来环境恶化导致的自然灾害频繁，地球进入地震高发期，自然灾害救援任务艰巨。抢险救援车辆的市场需求量急剧上升，且对车辆各项性能提出了更高的要求，呈现功能多样化的趋势，传统的抢险救援车辆越来越无法满足市场的需要。这就迫切需要高效的抢险救援车。
2013年江苏八达重工有限公司自主研发出双动力智能型双臂手系列化救援车。 双臂手抢险救援工程机械以其双臂协同作业、可快速更换多种末端作业属具的特点很好地满足了抢险救援时对混凝土和钢结构等各种坍塌物进行快速、准确的剪切、破碎、分解、分离和转移作业的需要，使原本纷繁复杂的作业只需要一辆专业的抢险救援车就能全部完成，大大提高了工作效率，最大程度上保证了人民的生命和财产安全，平时还可以根据现场条件和需要，方便、快捷地切换到外接电源上进行驱动作业，以实现防火、节能、低噪和低碳的环保目的。另外，这种设备还能满足军队和武警对于防暴、清障、拆除等任务的需求。随着高效新型双臂抢险救援车的问世，车辆的其他结构要求也要进行结构改进，司机室是车辆的重要结构部件。双臂抢险救援车的司机室除了防风避雨、防尘防土、调节空气、减震降噪、安全保护之外，最主要的就是保证司机视野良好，司机室相当于抢险救援车的大脑，控制着整个车的所有操作动作，因此司机室视野的好坏直接影响着操作的好坏。
传统的司机室只能固定视野，而不能改变视野，而双臂手抢险救援工程机械要求双臂同时工作，但由于救援的环境不同，需要不同的操作视野，因此就要改变司机室的高度来调整视野。所以司机室升降机构是司机室结构中的关键部件，也是司机室设计的难点所在。本文将主要进行抢险救援车司机室升降机构的设计及优化工作。
1.2研究的目标及方案
1.2.1研究目标
随着新型抢险救援车的研发上市，车辆的其他结构也要进行结构改进，司机室是车辆的重要结构部件，为满足车辆的需求，更高的提高车辆的效率，本课题旨在研究提出系统、科学的司机室升降机构的优化设计理论和设计方法,并通过合理优化提出实用的司机室升降机构的结构设计方案。进而提高抢先救援车的整体性能以及救援车的作业性能和作业效率、降低油耗。为抢险救援开辟了一条平坦的道路，为生命的延续提供了保障。
1.2.2研究方案
查阅国内外现有相关的资料进行工作性能，工作环境分析，咨询有经验的工人师傅，详细了解实际工作中司机室的工况。参考其他工程机械的司机室设计要求及设计实例进行分析设计。
设计方法的研究方案包括：
（1） 对司机室进行功能分析，结构分析；
（2） 确定司机室升降机构设计方案；
（3） 对司机室升级机构进行设计和计算。
1.2.3实验方案的可行性分析和已具备的实验条件 
通过对机构运动规律和结构特点的分析,建立该机构的运动学模型,分析了关键构件的位移、速度和加速度特性。以主运动构件在工作行程内速度均匀为优化目标建立目标函数,以该机构的各个构件尺寸为设计变量确定约束条件,建立数学模型,应用优化软件,求解出优化结果。以三维建模软件ProENGINEER和AutoCAD等软件为设计平台,建立了机构的三维几何模型和二维示图。本设计就司机室升降机构设计，液压元件的选择，机构优化设计等问题做了比较详细的说明。在保证经济性的前提下尽可能 保证各零件的强度和精度。
根据司机室总体结构尺寸及位置要求，结合优化的机构尺寸，建立该机构的模型，并进行机构设计的结构品评价，在物理样机制造前，消除设计缺陷。在此基础上进行工程详细设计，绘制出机构装备图，机构尺寸图，总装配图等必要图纸。对设计出的机构再次进行运动分析。
1.3国内外发展状况
1.3.1我国推土机发展现状
国内抢险救援车辆生产厂家众多，主要的生产厂家包括南京专用车集团、湖北东日专用汽车有限公司、上海航空特种车辆有限公司、山东临沂消防器材总厂、扬州中集通华专用汽车有限公司、中大高利特种车辆有限公司、随州大正专用汽车有限公司等等。但是每个厂家所生产的车型单缺少系列化，且车辆功能较少，集成化程度低。车辆采用大中型货车或客车底盘为基础，对车厢进行结构改装，以便于布置和装在各类抢险救援设备。
随着新时期对抢险救援车辆各方面性能的大幅提高，现有的抢险救援车辆技术无法满足救援任务的需要，大力发展抢险救援车辆的多能源通用动力站技术和抢险装备与车辆的一体化集成技术已初见成果，新型的抢险救援车能够在满足搭载多功能、大功率抢险设备的前提下，尽可能减小车辆体积，提高了抢险救援车辆的机动性和越野能力。
本文将介绍一种新型双臂抢险救援车的。该种抢险救援车配有多种抢险装备，具有举升、起吊、牵引等多项功能，能满足城市道路及野外等环境清障抢险救援等需求。车辆总体设计和车身结构安全可靠性，车辆通过性与运输性，车辆环境适应性，车辆结构的密封防水性，使用方便性和抗震性。遵循“机动灵活、安全可靠、高效实用、节能环保、舒适便捷”的设计要求，充分考虑了清障、破障、抢险和救援的使用要求，配备前置清障铲、双臂协同作业、可快速更换多种末端作业所具的特点，很好地满足了抢险救援时对混凝土和钢结构等各种坍塌物进行快速、准确的剪切、破碎、分解、分离和转移作业的需要，可满足用户各类使用要求，提高快速反应与协同作战能力。整车外形如图所示。

资料显示，“双动力双手臂大型救援机器人”既可以实行有人作业，也可以通过遥控终端实现无人操纵，完成伸展、旋转、破拆、剪切和分离等作业，并分为20吨、40吨、60吨三个级别。20吨级“双动力”智能机器人手臂单臂最大抓取重量8吨，手臂最大跨度8米，目前是世界罕有的大吨位紧急救援智能设备，关键技术为中国自主研制。
这一大型救援机械是目前全世界最大型的抢险救援机器人，被网友谑称“麻辣小龙虾”。据介绍，该设备虽然体型庞大笨重，但其实粗中有细，具有非同凡响的稳定和精确性能。八达重工最早于2005年申报“双动力智能型双臂手系列化救援工程机械产品研制”项目；在2008年汶川地震发生后，为进步我国应急救援技术与装备的研发水平，项目获得科技部批准立项，并被纳入国家“十二五”科技支撑计划项目，2013年1月首台量产车在江苏新沂下线，并顺利通过中期验收。

23

第二章 液压缸结构及参数设计

2.1液压缸类型和结构选择
2.1.1液压缸类型选择
司机室在油缸的作用下可以实现司机室的上升和下降功能，而且液压缸缸筒直接连在支架的铰耳上，而活塞杆的一端则连在上连杆的横梁上。因此，可以选择单活塞杆双作用式推力液压缸。
2.1.2液压缸标准系列选择
该液压缸用于推土机，通过耳环铰接在车身与推土铲之间，而且工作压力为26MPa，由此应该选用HSG型工程用液压缸。
2.1.3 液压缸结构选择
由于抢险救援推土机工作条件较为恶劣，可选择焊接型液压缸。这种液压缸缸体有杆侧的端盖与缸筒之间为内外螺纹连接、内外卡环、卡圈联接，而后端盖与缸筒常采用焊接联接。这类缸暴露在外面的零件较少，外表光洁，外形尺寸小，能承受一定的冲击负载和恶劣的外界环境条件。
2.2液压缸结构设计
2.2.1缸筒和缸盖的选用
缸盖连接计算，焊接联接计算
采用对焊，焊缝拉应力为
σ=4F/π（D1²-D2²）η
F—液压缸输出最大推力（N）
F=πD²P/4
D—缸内径（m）
p—系统最大工作压力（Pa）
D1—缸外径（m）
D2—焊缝底径 （m）
η—焊接效率 η=0.7
如用角焊σ=F/D1hη
h—焊角宽度 （m）
根据已知条件计算，焊接强度满足要求。
液压缸后端盖选择耳环式端盖，前端盖选择端盖式导向套作为前端盖。
缸筒材料选择45钢。端盖材料选择球墨铸铁QT400-18A

2.2.2活塞杆以及活塞的选用

图2-3活塞杆螺纹连接 图2-4圆耳环连接

图2-5端盖式活塞杆导向套 图2-6车式组合式整体活塞

活塞杆杆体材料选择45钢的实心杆，调质处理，并镀铬20~30μm。
活塞杆的一端与活塞通过螺纹连接，并采用紧定螺钉锁紧（图2-3）。
采用螺纹联接其危险截面（螺纹的退刀槽）处拉应力为
σ=4KF1/πd1²
如图2-3，切应力为τ=K1KF1d0/0.2d1³合成应力为

F1—液压缸输出拉力（N）
F1=π（D²-d²）p/4
P—液压系统压力 Pa
d—活塞杆直径 m
[σ]活—活塞杆材料许用应力Pa
[σ]=σs/n
[σ]—螺纹处的拉应力（Pa）
K—螺纹拧紧系数 静载K=1.25～1.5 动载K=2.5～4
K1—螺纹内摩擦系数 K1=0.12
d0—螺纹外径（m）
d1—螺纹内径 d1=d0-1.0825t
t—螺距
τ—螺纹处的切应力
[σ]螺—螺纹材料的许用应力
[σ]螺=σs/n
σs—螺纹材料的屈服点（Pa）
所以此连接能够满足强度要求。
在液压缸工作时，液压缸轴线处于摆动，所以活塞杆另一端采用圆耳环连接（图2-4）。
活塞杆导向套选用端盖式（图2-5）。前端盖采用球墨铸铁做成，其内孔对活塞杆导向精度高，价格便宜，更换方便，摩擦阻力小，低速启动部爬行，多应用于工程机械且行程较长的液压缸中。
活塞结构型式选择车式组合式整体活塞结构（图2-6）。
2.2.3密封件、防尘圈的选用

图2-7密封件 图2-8防尘圈
密封和防尘装置用来防止液压系统油液的内外泄露和外界杂质的侵入。
活塞与活塞杆密封件采用星型密封圈圈加挡圈密封（图2-7），星形密封圈有四个唇口，在往复运动时，不会扭曲，具有更有效的密封性以及更低的摩擦。其材料主要为丁腈橡胶或氟橡胶。
防尘圈选择2型特康防尘圈（图2-8）。以O型圈微弹性元件和特康的双唇防尘圈组成，O型圈是防尘唇贴在滑动表面，起到极好的刮尘作用。

2.3液压缸主要参数选择
2.3.1液压缸活塞行程计算
由课题任务可知抢先救援车的下车地板高度为2050mm，司机室的升降高度全升为5800mm，全降（运输高度）为3800mm。
图2-1总机构图
如图2-1所示，司机室全升高度5800mm时，上连杆与水平方向夹角为63.33度，液压缸长度为1650mm，司机室全降（运输高度）高度3800mm时，上连杆与水平方向夹角为53.31度，液压缸长度为970mm。因此，液压缸活塞杆的行程S=1650-970=680mm。2.3.2计算液压缸的结构尺寸
液压缸的结构尺寸主要有三个：缸筒内径D、活塞杆外径d和缸筒长度L。
图2-2受力分析图
如图2-2所示，司机室在由全降高度上升到全升高度过程中，在2所在位置时，受力方向有竖直方向夹角最大，因此，在此位置液压缸的受力也是最大的。此时司机室的力臂为L1=1435mm，液压缸的力臂为L2=375mm。所以F×L2=G×L1，G=1500kg×10N/kg=15000N，
所以F=57400N=57.4KN。
2.3.3液压缸内径D的计算
A．根据负载大小选定系统压力表计算D
D=3.57×10-2
D—液压缸内径（m）
F—液压缸的推力（kN）
P—选定的工作压力（MPa）
F=57.4kN P=26MPa
D=3.57*10-2=0.053m=53mm
根据液压缸内径系列（GB/T2348-1993）
8 10 12 16 20 25 32
40 50 70 80 （90） 100 （110）
125 （140） 160 （180） 200 220 （250）
（280）320 （360） 400 450 500
选取D=70mm
2.3.4活塞直径d按强度要求计算
按简单的拉压强度计算
d≥
[σ]—为许用应力 100-120MPa（碳钢）
F—活塞杆输出力
※ d计算出以后圆整为标准数
d≥3.57×10-2=0.0309m=30.9mm
根据活塞杆外径尺寸 系列（GB/T2348-1993）
4 5 6 8 10 12 14 16 18
20 22 25 28 32 36 40 45 50
56 63 70 80 90 100 110 125 140
160 180 200 220 250 280 320 360
选取d=50mm
2.4液压缸的结构参数的计算
2.4.1缸壁厚度
当3.2≤D/δ﹤16
δ=（PyD/(2.3[σ]-Py)ψ）+C
ψ：强度系数 对无缝管ψ=1
C：计入壁厚公差及腐蚀的附加厚度，通常圆整到标准厚度值
因此，经计算选取壁厚δ=9mm。
B．缸体外径的计算
D1=D+2δ
D1—缸体外径
所以D1=70+2×9=88mm。
2.4.2缸底厚度计算
无孔底 h=0.433D
h=20mm
2.4.3缸头厚度计算
A． 螺钉连接法兰，如图
h=
h—法兰厚度（m）
F—法兰受力总和（N）
F=πd²p/4 + π(d²h- d²)q /4
d —密封环内径（m）
dH—密封环外径（m）
P—系统工作压力（Pa）
q—附加密封力（Pa）
D0—螺孔分布圆直径（m）
dcp—密封环平均直径（m）
[σ]—法兰材料许用应力 (Pa)
所以H=68mm。
2.5液压缸安装长度以及其它参照尺寸
2.5.1 液压缸安装长度
图2-13液压缸
由所求得的液压缸直径和活塞杆直径，以及由图1所确定的活塞杆行程S=400mm，查手册，可选择HSG型工程用液压缸，油缸型号为：HSG 160/110 •25MPa，材料45钢。如图3-1所示的为HSG型带耳环的液压缸示意图，根据HSG型液压缸技术参数表，当液压缸处于缩短至最短位置时，两铰点间的安装距离L4 =970mm。
2.5.2液压缸其它设计尺寸
查手册知，液压缸缸筒外径φ=88mm，其它长度则为：L1=73mm， d1=40mm， L3=680mm， L=79mm， R×b=50mm×65mm, L2=92mmM1=M22×2。
2.6液压缸进出口流量计算
推土铲侧倾油缸已知的技术参数：
缸径：D=70mm 杆径：d=50mm 工作压力：p=26MPa 行程：S=680mm 时间：t=25s

油缸无杆腔的横截面积公式：
（2-10）
油缸有杆腔的横截面积公式：
（2-11）
则侧倾油缸的有杆腔横截面积

无杆腔的横截面积

油缸活塞的移动速度

油缸进出口流量可由下面的公式计算出：
（2-12）
则无杆腔中的流量

有杆腔中的流量

2.7液压缸工作原理分析
2.7.1液压缸工作原理示意图

图2-14液压原理图

2.7.2司机室升降油缸动作循环表
表2-1 司机室升降油缸动作循环表
动作名称
电磁铁工作状态
手动按钮工作状态
1YA
2YA
3YA
上升
-
+
+
下降
+
-
+
停留
-
-
+
2.7.3工作原理
（1） 上升 上升时，按下控制液压缸的上升按钮，电磁铁2YA得电，油液从有杆腔进入，推动活塞杆运动，从而带动油缸伸出，从无杆腔流回油箱，实现了司机室的上升。
（2） 下降 下降时，按下下降按钮，电磁铁1YA得电，油液从无杆腔流入，使油缸做收缩运动，从有杆腔流出至油箱，从而实现推土铲下降过程。
（3） 停留 当推土铲进行推土作业时，液压缸处于锁紧状态。此时电磁铁1YA和2YA均不工作，泵口油液从溢流阀流出。有缸内油液处于封闭状态。
（4） 紧急停止 当发生紧急情况时，可手动按下3YA，使液压缸不进油也不出油处于停滞状态，从而使司机室处于停滞状态。如没有紧急状态3YA的按钮会一直处于开通状态，可以使液压管的液体正常流动。一旦发生紧急状况可立即实现了液压缸的保压从而使司机室保持静止。

第三章 液压缸校核

3.1强度校核
对于液压缸的活塞杆直径d和缸筒壁厚δ，在高压系统中，必须进行强度校核。
3.1.1活塞杆直径d校核
活塞杆材料材料选择45钢，调质处理。
活塞杆直径可按下式校核
（3-1）
[σ]——活塞杆材料的许用应力，[σ]=σb/1.4
查手册，根据GB/T699-1999标准的结构钢的力学性能可知，45钢的抗拉强度
σb=600MPa
代入式3-1中得出活塞杆满足性能的最小直径：

所选液压缸活塞杆直径d=70mm>31.14mm，所以符合标准。
3.1.2 缸筒壁厚δ校核
在中、低压液压系统中，缸筒壁厚旺旺由结构工艺要求决定，一般不要校核。在高压系统中，需按下列情况进行校核。
当时为薄壁，δ可按下式校核
（3-2）
式中 D——缸筒内径；
py——试验压力，当缸的额定压力时，取py=1.5pn；pn>16MPa时，取py=1.25pn ;
[σ]=σb/n，σb为材料的抗拉强度，n为安全系数，一般取2~5。
当D/δ<10时为厚壁，δ应按下式校核
（3-3）
由暂定数据可知，D=70mm，缸筒外径φ=88mm，所以δ=9mm
D/δ=88/9=9.8为薄壁，则有
py=1.25pn=1.25×26MPa=32.5MPa
45钢的抗拉强度σb=600MPa，取n=3.5

因此液压缸壁厚强度足够，符合标准。
3.2 液压缸稳定性校核
活塞杆受轴向压缩负载时，其值F超过某一临界值Fk就会失去稳定。活塞杆校核则按照下式进行校核。
（3-4）
式中 nk——安全系数，一般取nk=2～4。
当活塞的长细比 时
（3-5）
当活塞长细比 时，且时则
（3-6）
式中 l——安装长度，其值与安装方式有关，见表3-1；
rk——活塞杆横截面最小回转半径，；
ψ1——柔性系数，其值见表3-2；
ψ2——由液压缸支撑方式决定的末端系数，见表3-1；
E——活塞杆材料的弹性模量，对钢材，可取；
J——活塞杆横截面惯性矩；
A——活塞杆横截面面积；
f——由材料强度决定的实验值，见表3-2；
α——系数，具体值见表3-2。
其中：
截面为圆形的惯性矩： （3-7）
圆截面面积： （3-8）
则活塞横截面最小回转半径
（3-9）

查手册，45钢为中碳钢，取ψ1=85；油缸连接方式为两端铰接，取ψ2=1，则；又知安装长度L=970mm。
所以有
按照式3-6进行校核，
其中，查表3-2，由于活塞杆材料为中碳钢，取f=490MPa，α=
所以
因此
液压缸活塞杆受力F缸=326.38KN<Fk/nk ，所以液压缸稳定性足够。

表3-1 液压缸支承方式和末端系数ψ2的值
支承方式
一端自由
一端固定
两端铰接
一端铰接
一端固定
两端固定
末端系数ψ2

1
2
4

表3-2 f、α、ψ1的值
材 料

ψ1
铸 铁
560

80
锻 钢
250

110
低 碳 钢
340

90
中 碳 钢
490

85

第四章 司机室升降机构模型的建立及运动分析

4.1司机室升降机构模型的建立中Pro/E的应用
本课题的司机室升降机构通过Pro/E来进行三维建模的，Pro/E 是PTC 公司出品的三维设计软件，是一套由设计至生产全面覆盖的机械自动化软件,也是世界上最成功的CAD/CAM 软件之一。Pro/E具有很强大的功能，为工业产品设计提供完整的解决方案，广泛用于造型设计、机械设计、模具设计、加工制造、机构分析、有限元分析等各个领域。主要包括三维实体造型、装配模拟、加工仿真、NC 自动编程、有限元分析等常规功能模块，同时也有模具设计、钣金件设计、装配管路设计等专有模块。
Pro/E在3D产品开发软件方面是全方位的，含有零件设计、产品组合、模具开发、机构仿真、应力分析、产品数据管理等很多模块，主要有工业设计模块、机械设计模块、功能仿真模块、制造模块、数据管理模块和数据交换模块。尽管Pro/E由众多的模块组成，但它却是建立在一个统一的数据库之上，不同于一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。司机室升降装置各部件在整个设计过程的任何一处发生改动，整个设计过程的相关环节上都会有反应。这种独特的数据结构使得产品的设计更快，大大缩短了产品的开发周期，降低了产品的成本。
4.2司机室升降装置模型建立
司机室升降装置（图4-1）主要包含司机室、液压缸、上连杆、下连杆、后支座等构件。

图4-1 司机室装置总成
司机室升降机构的两个升降油缸（图4-2）安装在后支座内侧的耳板上，液压缸缸体与后支座的连接和活塞杆一端与上连杆的连接均是通过铰接的方式与其对应的铰耳连接在一起，当活塞杆移动时，就会带着司机室进行上下升降运动。

图4-2 升降油缸总成
4.3司机室升降装置的运动分析
司机室能够在垂直平面内实现升降运动，其升角为φ。当抢险救援车正常行驶时，司机室处于全降状态即运输状态，此时液压缸处于收回状态。当抢险救援车在恶劣的环境作业时，由于工作环境复杂，是驾驶员不能清楚的看清操作环境，此时司机室处于升起状态，液压缸处于伸出状态。
4.4司机室运动结果分析
司机室通过升降油缸活塞杆的伸缩运动，使司机室绕着后支座内侧铰耳的销轴转动，从而实现升降动作。分析和计算升降机构运动时假设：① 油缸活塞作等速运动；② 不计铰接点的摩擦；③ 不考虑液压油的可压缩性；④不考虑支架等构件的刚性变形。
司机室有最低位置上升至最高位置，油缸同时有最短距离伸长到最长距离，在此运动过程中油缸不会与上下连杆接触而产生干涉。

结 论

本课题结合了“十二五”国家科技支撑计划（重点）双动力双臂手系列化智能抢险救援工程机械研制项目对抢险救援车司机室的优化设计进行了研究,随着一些高效新型抢险救援车的问世，车辆的其他结构要求也要进行结构改进，司机室是车辆的重要结构部件。抢险救援车的司机室除了防风避雨、防尘防土、调节空气、减震降噪、安全保护之外，最主要的就是保证司机视野良好，司机室相当于抢险救援车的大脑，控制着整个车的所有操作动作，因此司机室视野的好坏直接影响着操作的好坏。在不同的工况下需要不同的操作视野，所以司机室升降机构是司机室结构中的关键部件，也是司机室设计的难点所在。针对我国现有的工程机械司机室的结构形式进行了分析,并提出了具体优化设计目标。
在分析抢险救援工程机械装备各种使用工况的基础上,提出了抢险救援车司机室优化设计的方案、机构优化工况以及司机室升降机构总体优化进程。
本文将主要进行了抢险救援车司机室升降机构的设计及优化工作。
1、 对司机室的功能和结构进行了详细的分析，并且与其他工程机械的司机室进行了比较，找出了传统的司机室只能固定视野而不能改变视野的缺陷，而双臂手抢险救援工程机械要求双臂同时工作，由于救援的环境不同，需要不同的操作视野，因此就要改变司机室的高度来调整视野即确定了方案的可行性。
2、 对司机室的工作环境进行了调查，抢险救援车辆是在野外工作环境下，对突发事故、灾害等突发状况进行紧急救援的专用车辆，主要应用在地震抢险救灾、合理水库堤坝抢险、公路交通事故救援、电力及通讯设施抢险及维修、机场事故救援、野外勘探、油田厂矿抢险及维修、军事作战演习、火灾现场救援等场合。
3、 根据司机室总体结构尺寸及位置要求，结合优化的机构尺寸，建立该机构的模型，并进行机构设计的结构品评价，在物理样机制造前，消除设计缺陷。在此基础上进行工程详细设计，绘制出机构装备图，机构尺寸图，总装配图等必要图纸。对设计出的机构再次进行运动分析。

谢 辞

本次毕业设计能够完成离不开我的指导老师周峰老师的指导和帮助，非常感谢我的指导教师，感谢老师在毕业设计的各方指导。老师严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我，让我时时刻刻都能记住老师给我的建议。老师还教导我如何做学问如何搞科学研究,其所教导的正是我所欠缺和不