城市化建設的飛速發(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)車設備需求量與日俱增。作業(yè)臂是高空作業(yè)平臺出租的重要承載部件之一，也是整機結構強度相對薄弱的部分，其力學性能對機械的正常運轉有直接影響，為了保證工作人員高空作業(yè)時的人身安全，其作業(yè)臂有著嚴格的設計要求。

　　1. 緒論

　　高空作業(yè)車要適應高層建筑的惡劣環(huán)境，因為工人們的安全必須被保證，工人們必須帶著安全感工作。結構件的設計和強度必須進行校驗以提高好的工作條件。借助于一種經驗設計方法，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

　　工程機械廣泛應用于經濟建設的各部門，在整個經濟發(fā)展中占有十分重要的地位。近年來，工程機械發(fā)展迅速，特別是隨著高科技的廣泛應用，帶動了整個工業(yè)的迅猛發(fā)展，設計上的優(yōu)化、仿真，使大型工程機械有了更廣闊的發(fā)展空間。

　　高空作業(yè)車是一種用來運送工作人員和工作器材到達指定高度進行作業(yè)的工程機械。由于它具有機動靈活、操作簡單、安全可靠等特點，因此被廣泛地用于大型場館、橋梁、港口海岸的檢護等方面，有著廣闊的發(fā)展前景。盡管我國在高空作業(yè)車設計制造上取得了一 些成績，但是國內生產制造的高空作業(yè)機械同國外同類型高空作業(yè)機械相比有一定的差距，主要表現為技術含量低、結構笨重、作業(yè)時穩(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)臂的結構設計理論和方法，從而實現較大的作業(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，這具有現實的重要意義。

　　1.2 課題國內外的發(fā)展狀況

　　高空作業(yè)車在世界上已有幾十年的發(fā)展歷史，現已成為一個完整的專用產品研發(fā)、生產體系。如德國的TIRRE，意大利的RICO、芬蘭的BRONTO，英國的COLES等，且它們各有側重，COLES側重于車在高空作業(yè)平臺，BRONTO側重于高空消防車系列。高空作業(yè)車發(fā)展到現在，其作業(yè)高度已達到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。

　　國內高空作業(yè)機械發(fā)展剛剛起步，只有十幾年時間的發(fā)展歷史，雖然起步晚較遲緩，經過商空作業(yè)機械制造企業(yè)的生產發(fā)展，已逐步形成走向穩(wěn)定發(fā)展的軌道。但國內生產制造的高空作業(yè)車同國外同類型高空作業(yè)機械產品相比有一定差距，主要表現為技術含量低、大型的較少、結構笨重、作業(yè)時微動性能差等問題 在開發(fā)研制設計過程中，應采取有效措施、試驗研究，逐項加以解決，以縮小差距。我國基礎設施建設領域的持續(xù)高速發(fā)展，使市場對各種高空作業(yè)平臺的需求量大增。而由于大膽嘗試體制和機制創(chuàng)新，國內高空作業(yè)平臺企業(yè)的內生動力與競爭力不斷增強，市場開拓能力明顯增強，多元化的經營方式使市場成交量不斷增加。

　　1.3 限元法原理與應用

　　有限元法的基本思想，是將彈性連續(xù)體劃分成有限個單元體，并認為相鄰單元之間僅在有限個節(jié)點上相互連接。根據物體珠幾何形狀、載荷特征、邊界約束特征等，單元有各種類型。節(jié)點一般都在單元邊界上，節(jié)點的位移分量是作業(yè)結構的基本未知量，這樣組成有限元集合體，并在引進等效節(jié)點力及節(jié)點約束條件。由于節(jié)點數目有限，就成為具有有限自由度的有限元計算模型，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。在此基礎上，對每一單元根據分塊近似的思想，假設一個簡單的函數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）求得每個單元的平衡方程，就是建立單元節(jié)點力與節(jié)點之間的關系。最后，把所有單元的這種特性關系，按照保持節(jié)點位移連續(xù)和節(jié)點力平衡的方式集合起來，就可以得到整個物體的平衡方程組，引入邊界約束條件后解此方程就求得節(jié)點位移，并計算出各單元應力。

　　2. 高空作業(yè)車作業(yè)臂的結構與設計

　　2.1 作業(yè)臂結構特點及工作原理

　　伸縮式吊臂采用操作液壓缸來實現變幅，作用在吊臂上的載荷主要有起升載荷、自重、回轉慣性力以及風載荷等。吊臂的伸縮方式主要有三種：順序伸縮、獨立伸縮和同步伸縮。吊臂的結構形式如圖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，不工作時伸縮臂回縮至基本臂內部；起重作業(yè)時，伸縮臂根據需要的起重幅度和起升高度進行伸縮。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)運動。伸縮臂與油缸、基本臂根部和回轉平臺也通過水平銷軸鉸接。

　　2.2 作業(yè)臂的截面分類

　　在科學研究和工程實踐中，隨著鋼材性能的不斷提高，工程師可以采取優(yōu)化作業(yè)臂截面結構來減輕作業(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，結構性能提高，材料利用更充分，是伸縮式吊臂優(yōu)化設計的主要方向之一。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、腹板聯接，工藝簡單，優(yōu)點突出，抗彎強度好，抗扭剛強度好等，當前高空作業(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附加支撐，較差的穩(wěn)定性體現出來，這就需要設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，以達到作業(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，這樣結構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生，因此這種截面的伸縮作業(yè)臂機械性能能更大的發(fā)揮出來，目前在我國，五邊形的作業(yè)臂應用較多。

　　3. 結論

　　通過本文的研究，掌握高空作業(yè)車作業(yè)臂的結構設計理論和分析方法，得出較為準確的設計方法從而達到優(yōu)化結構、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。