1. 研究目的与意义
高空作业平台是一种将人或者货物升降到一定高度的升降设备，主要用于人员登高作业和货物垂直运输。高空作业平台相关产品主要有：剪叉式高空作业平台、车载式高空作业平台、曲臂式高空作业平台、自行式高空作业平台、铝合金高空作业平台、套缸式高空作业平台六大类。用高空作业车进行高空作业时一种先进的登高作业方式，其发展与国民经济的发展水平密切相关，高空作业车的市场需求量既与经济规模有关，又与经济发达程度有关，这样表明了高空作业车在我国有非常广阔的发展前景。
中国高空作业机械设备行业发展很快，但也存在一些值得关注的问题。主要是部分企业技术创新能力较差。国内高空作业机械设备的基础零部件配套水平较差，产品的基础零部件配套生产厂家少，规格品种少，电气元件、液压元件、动力部件的性能和使用可靠性还不高，这也影响了国内产品的开发。并且剪叉式液压升降台的承载能力、运行速度及安全可靠性存在一定的问题，因此展开对剪叉式液压升降台的研究很有必要。
2. 课题关键问题和重难点
关键问题：
1.确定高空作业平台剪叉臂的对数以及上身高度之间的对应关系。
2..确定各级伸缩液压缸的选择与设计，使其能协调控制满足飞臂快速平稳的运动。
3. 国内外研究现状（文献综述）
高空作业平台，是一款将工作人员、工具和作业材料运送到目标位置进行的高空作业机械，包括工作平台、伸展结构和工作底盘三个模块，融合了液压、电气控制及通讯报警等多种技术，作业频率低、承载小，操作灵活简单，具有可靠的安全性和平稳性。安全高效是其最大特点。随着经济水平提高和严格的社会保障要求，高空作业平台将成为应急保障的必备设备。高空作业平台 具有行走、转向、越障及绝缘等功能，很好的迎合了流动性大 、区域作业范围广的高空作业需求。其发展起源于航天工业但却不局限于此，在北美绝大多数 高空作业平台用于厂房、仓库及商场等建筑场所。国外高空作业平台的研发早 于我国已有近一个世纪的历史，产品的研发和生产已形成相当成熟的体系，而 国内才有近年历史。虽然近几年我国高空作业机械整体水平突飞猛进，但生产 企业水平不一，产品性能有待于进一步提高，仍处于行业发展的上升 阶段。所以，在我国现有高空作业平台的技术水平上进行改进、研发灵活机动、安全可靠、技术水平较高的高空作业机械具有实际意义。
3.1高空作业平台的分类
高空作业平台的分类方法有很多种。按照国标GB/T9456-2008《高空作业车》可进行如下分类，见图1。此外，还包括绝缘臂型、蜘蛛式等特殊高空作业平台。按照伸展结构类型进行分类，其代号、类型如图2所示。
图 1高空作业平台分类示意图
图 2高空作业平台按伸展结构类型分类示意图
目前我国高空作业平台类型以车载式、剪叉式和牵引式为主，桅柱式逐渐增多，自行履带式比较少见，且臂型结构单一，场地适应能力受到限制[2,3]。高空作业平台是折臂式升降机、剪叉式升降机的换代产品。可广泛用于车站、码头、机场、宾馆、邮电、市政园林、粮库、清洗公司、公共建筑门面的装饰、装修或者电力系统的安装维修等等。本升降机具有重量轻、自行走、电启动、自支腿、操作简单、作业面大，特别是能够跨越障碍进行高空作业等优点。
3.2剪叉式高空作业平台的基本结构与原理[4]
3.2.1.剪叉式高空作业平台的基本结构
如图3所示,剪叉式高空作业平台主要有工作平台、延伸平台、升降液压缸、剪叉臂、转动铰链、底盘等零部件组成。从结构上看，升降液压缸两端分别铰接于剪叉臂支耳，内叉和外叉在中点处进行铰接，同时内剪叉臂的一段通过销轴与底盘连接，另一端与上剪叉臂铰接；外剪叉臂一段与底盘的滚动轴滑槽连接，以一段与工作平台铰接。从运动方式看，剪叉式高空作业平通台是过升降液压缸的举升运动转化为滚动轴的横向运动，进一步通过剪叉机构转化为工作平台的竖直运动。
图 3剪叉式高空作业平台结构简图
剪叉式液压高空作业平台采的动力系统是电动机液压泵，电动机在通电情况下带动液压泵向外做功，液压缸和剪叉结构组成了传动系统，其主要作用是将液压泵做的功传到升降平台上。如图5所示，控制系统是整个升降机的控制部分，实现电动机的开关，控制升降平台的高低位置，使升降机便于工作人员方便安全使用。升降平台用于载物或载人，在剪叉机构及控制系统的作用下，实现举升，下降或翻转，以完成其功能。机架是整个升降机的框架，起支撑作用，用于支撑安装在上面的所有系统，从而构成一个完整的升降机。还有的将液压升降机分为机械结构，液压系统和电气系统三个部分组成，机械结构由底座，架臂和工作台组成，而液压系统按其安装的方式又可分为内置和外置形式。
图 4高空作业平台伸展结构升降液压缸布置方式示意图
3.2.2.剪叉式高空作业平台的工作原理
在控制系统的控制下，电动机带动液压泵的工作，液压泵将电动机转化的机械能转化为液体的压力能。通过液体作用在液压缸上，然后由液压缸转化为机械能作用在剪叉机构上。通过剪叉机构将机械能作用在升降平台上，最终转化为物体的势能或动能，实现将人或重物举升或下放的功能。其特点是：工作运动快速平稳，安全系数大，结构轻便、噪音比较小，性能良好，便于维修，载重能力较大，适应范围广泛，能实现点动控制等。但是同时由于采用液压系统，安装时有不少的控制阀件，油路布局较复杂，在高压作用下油路有时还容易泄露等，使得生产成本较高。
图 5剪叉式高空作业平台的控制逻辑图
3.3运动学分析
以单片剪叉式高空作业平台为研究对象，如图 3 所示，分析滑块B水平速度 vB与升降平台CD在垂直速度v之间的关系。该运动为平面运动，采用速度瞬心法进行求解。
图 6剪叉机构几何缩图
因为D点速度垂直向上，B点速度水平向左，所以剪杆BD运动瞬心为点C，令其瞬时角速度为ω，则 D、B 点的速度为：
v＝ωrD＝ωLcosα〔1〕
vB＝ωrBωLsinα〔2〕
由〔1〕、〔2〕公式可得：
v＝vBctgα 〔3〕
由几何关系可得：
ctgα＝√（LAB/L2-L2AB) 〔4〕
将〔4〕代入〔3〕可得：
v＝√（v2BL2AB/L2-L2AB)＝KvB 〔5〕
式中，K 为速度放大系数。 由(5)式可以得出，当 B点的运动速度确定，即 vB为已知时，某一时刻t对应的LAB确定，则t时刻平台的升降速 度 v 确定。因此，调整 vB可使升降台具备良好的运动性能。
机械系统调整测试，传统的方法是采用物理样机试验， 但物理样机试验需要大量的时间和费用，虚拟样机技术可以在建立物理样机之前对模型进行各种性能测试，可缩短研发周期和降低成本。本文利用机械系统动力学分析软件ASAMS建立虚拟样机，对不同的方案进行仿真试验，不断对液压系统进行改进，直至获得最佳的设计方案。
3.4有限元法在现代机械工程中的作用
有限元法[6]最早是在变分原理的基础上发展起来的，是一种在工程科学中经常使用的高效率的计算方法，能够成功解决很多复杂的计算问题和设计难题，如今已经成为现代工程设计以及工程分析的重要工具和手段。在现代机械工程中，静力学分析是有限元法在机械工程中最为常 见的利用方式，主要是对二维或三维的机械结构经受荷载后的应力、应变和变形进行分析。由于有限元法具有很强的通用性，因此在机械工程中被广泛用于解决线性以及非线性问题，接触分析以及屈曲分析都处于非线性分析，前者的应用十分常见，主要是对两个结构物体之间发生接触时的接触面状态、法向力等进行分析，是一种状态分析，而后者是用于确定结构开始变得不稳定时的临界载荷和屈曲模态形状，是一种几何分析。高空作业平台工作装置可采用静力分析有限元法进行分析[7]。通过有限元分析，我们可以在今后的改进中提高架空作业平台的结构强度水平。当高空作业平台在工作时，它会承受自身的重量和工作人员的重量，因此其静态特性不仅关系到工作装置的正常工作，还关系到工作人员的安全。因此，对高空作业平台构件进行有限元分析是必要的
3.5高空作业平台的发展趋势
目前，高空作业机械品种规格多样，功能不断完备，产业化规模化的行业形态已经形成。其发展趋势归纳为：（1）扩大可进行作业的范畴 ，不同工作环境均能满足需要。自2005年以来，剪叉式高 空作业平台的市场需用量呈不断上涨趋势，几乎每个厂家开始从电动机作手开始转向大中型越野型平 台产品。尤其在作业高度上得到了全面提升。最关键的驱动系统都是按特别耐用和恶劣环境下的工况进行设计。（2）差异化、个性化，满足用户多种功能性的需求。由于高空作业平台的用途非常广泛，由多个行业涉及到，但是行业之间的作业内容不尽相同，即使是相同行业在不同的地理位置其环境和操作规范等因素也不同，另外对于产品功能的要求也不同，市场上的要求表现的各有不同，逐渐呈现出了差异化、个性化，满足用户多种功能性的需求的特点。短期内多种功能性的要求仍然是剪叉式高空作业平台的一个重要发展方向。（3）智能化、小型化、大发展发展。由于城市运行的高效率和紧急维修的特点。对产品的要求应是足够高的工作效率，并确保足够的安全。同时预防和减少灾害不出现新的灾难，依靠对传统的机械和人工操作控制是非常困难的事。在场地狭窄，地面承载能力差，要求产品具有体积小，质量轻的特点，因此，产品必须走小型化，重量轻的方向。
参考文献
[1]牛文欢.新型剪叉式高空作业平台关键结构设计研究[D].山东大学,2013.
[2]唐朝明.剪叉式液压升降平台的设计[J].机车车辆工艺,1995(03):29-31 46.
[3]胡元.高空作业车工作平台调平机构[J].工程机械,2006(12):6 40-42.
[4]孙光旭,袁端才.液压剪叉式升降台的动力学仿真[J].系统仿真学报,2010(11):184-187.
[5]陈伟,何飞,温卫东.基于结构参数化的有限元分析方法[J].机械科学与技术,2003(06):92-94.
[6]Beermann H J.商用车车架静力分析：混合有限元与分析方法[J]。国际汽车设计杂志，1984,5（1-2）：26-52。
[7]Kim HS，Huh H.车辆结构倒塌分析的有限元限制法[J]。国际汽车设计杂志，2004（21）：436-449。
4. 研究方案
1.根据查询相关文献，确定采用多层剪叉式高空作业平台的设计方案。
2.根据设计要求的额定载荷计算油缸的推力，并选取合适的升降液压缸型号以及布置方式。通过分析平台工作装置的设计要求（整机长度、宽度、高度），初步确定伸展机构剪叉臂的推力，对数，杆长、宽度和组装角度等参数。
3.使用solidworks建立高空作业平台的结构模型并装配，进而进行结构干涉检查。
5. 工作计划
第1周 完成英文翻译，提交英文翻译给指导老师批阅。英文翻译经指导老师批阅合格并确认后，译文和原文均上传至毕业设计管理系统。学习三维、二维CAD软件基本操作。
第2周 查阅文献资料，撰写开题报告。学习有限元知识并使用solidworks simulation进行静力学分析操作。使用solidworks进行简单的运动仿真。
第3周 完成开题报告，经指导老师批阅合格并确认后，上传至毕业设计管理系统。开题报告封面用标准模板。查阅高空作业平台的基本结构及原理，确立总体设计方案。
以上是毕业论文开题报告，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
