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19米高空作业车臂结构轻量化研究开题报告

 2020-02-10 11:02  

1. 研究目的与意义(文献综述)

高空作业车是将工作人员和装备运送到指定高度进行作业的一种设备,由起重机械发展而来。由于需载人作业,其安全性和可靠性要求远高于通用起重机械 ,属于特种作业设备[1]。作业平台可到达通常难于或无法进人的高空区域,极大地扩展了人们的工作范围,同时较传统的吊篮、爬杆等作业方式 ,有效地降低劳动强度,具有安全可靠、节省劳动力和费用等突出优点[2]。随着高空作业车在各个领域上的广泛应用,在实际的应用中也发现了许多问题,限制了它的发展,其中车辆自身过重和其引起的能耗过高问题尤为突出。近些年的研究发现通过使用高强钢板可以有效地实现车辆的轻量化。高强钢屈服点较高,可以通过减少外表面的厚度,达到减少质量的目的[3]。其次,减轻车辆的自重,对降低能耗有显著的帮助。研究表明,车辆燃油消耗与其的自身质量成正比,其质量每减轻 1%,燃油消耗降低0.6%~1.0%,燃油消耗的下降,排放也会减少[4]。汽车的排放与燃料的消耗成正比,所以控制了燃料消耗,就控制了排放,然而,汽车的燃料消耗与汽车质量成正比,因此,控制了车重,也就控制了部分燃料消费,因此汽车减重也是节能减排的重要途径之一[5]

国外高空作业车产品技术水平高、作业高度大、规格齐全、结构型式丰富、功能多样。国外车载式高空作业车主要企业和产品,如broto(波浪涛)、ruthmann(帕尔菲格)、aichi(爱知)等厂商,代表了当今世界高空作业车技术发展的最高水平[6]。臂架应用高强度材料和轻质金属材料是其高水平的一个体现[7]。选用高强度的特殊合金材料,不仅使工作臂结构设计更加合理,而且使最大作业高度和作业幅度得到明显增加,同时有效地降低了整车质量,提高了底盘的使用性能[8]。例如胡德曼已研制出新型的轨道臂架技术和圆形截面臂架技术,并分别在ruth-mann steiger t470和t580得到成功应用,该臂架用高强度钢制成,并设计成弯曲的外形,具有最小化的重量,同时宽大的滑动装置可使作业平台平稳地运行[9,10],而帕尔菲格在咫车型则采用铝合金臂架技术以达到减少整车重量的目的[11]

国内高空作业车起步晚 ,产品技术水平和企业发展规模也相对较低。和国外大作业空间、产品型式多样相比,国内高空作业车则以折叠臂为主,应用范围较狭窄,主要集中于路政、消防、园林、电力等领域,在建筑、农林、风电等行业的应用较少[12]。我国大高度高空作业车继续向更大作业高度发展还存在一些困难和制约因素,其中较为致命的一点就是新型轻量化材料不够成熟。大型臂架类车辆的自重对车辆的性能有很大影响[13]。国外先进产品除使用高强度钢板外,很多部件使用高强铝合金材料制造。我国的铝合金材料性能和加工工艺还不能满足制造关键结构件的需要。此外,国产的高强度钢板和国外产品相比在折弯开裂倾向、材质均匀程度方面也与进口产品存在差距[6]

目前国内的高空作业车的材料普遍采用q235或q345低碳钢,由于强度较低,导致车辆重量过重,限制了国内高空作业车的发展[14]。而高强度钢板可以利用其较高的强度来减薄钢板的厚度来实现轻量化。高强钢板用于轻量化有较多优势,如材料相对于铝、镁等金属较为便宜;减重效果好;生产成本低[15]。本次课题研究的是使用高强度钢板实现高空作业车臂架的减重,希望能够对我国高空作业车轻量化的发展起到一定的作用。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

1、文献调研,了解国内外相关研究概况和发展趋势;

2、根据现有图纸确定高空作业车轻量化臂结构、形状及尺寸,研究作业臂之间的配合及运动关系,根据取样的结果分析确定设计所需的材料;

3、根据现有的车臂结构建立轻量化臂三维模型和钢板的三维模型;

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-5周:在已有的高空作业车臂上取样,分析材料的组成,通过比对不同强度的高强钢组织,确定使用的高强钢材料。

第6-10周:根据已有的图纸,确定高空作业车臂的形状、结构及尺寸,用ansys软件建立轻量化车臂的三维模型,建立高强钢板的三维模型;了解原用钢板的强度,用高强钢的强度参数,用ansys软件进行强度分析、应力分析,保证在相同安全系数条件下,完成车臂的轻量化。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] gbt_9465-2008,高空作业车标准[s].北京:中国标准出版社,2008.

[2]柏红专,罗亮平.国内高空作业机械行业现状及发展方向[j].建筑机械,2006,(15):54-56.

[3] sun w. newly developed advanced high strength steels for automotive lightweight applications[c].proceedings of the 8th pacific rim international congress on advanced materials and processing. springer, cham, 2013: 825-834.

[4] alexander patrick hardwick. vehicle lightweighting through the use of molybdenum-bearing advanced high-strength steels (ahss)[j]. international journal of life cycle assessment, 2016, vol.21(11):1616-1623.

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