高空作业车的转台结构设计及有限元分析
新技术的采用，使发达国家80年代的举高车在性能和安全上有较大的提高，这主要体现在三个方面：
(1)在公安消防上，提高救生和灭火能力。在80年代，发达国家通过改进举高
消防车的臂架结构和液压系统，使其救人和灭火能力有了大幅度的提高。登高平台消防车，70年代的最大工作高度是40m, 80年代后期，芬兰波浪涛公司又推出67.5m的登高平台消防车，而且这两种车的登高平台载重能力达450 kg，显著地提高了救生能力。
(2)提高应付不利环境的能力。在高层建筑火场上或在施工现场上，有时会遇到
地面不平、场地狭窄等情况。如何在这些不利情况下使举高车充分发挥救生和灭火能力或载人施工的能力，也是举高车新技术开发的主要方向之一。在这方面比较突出的日本森田泵公司，在新一代云梯消防车上采用了电子计算机调平技术。
(3)提高安全性。如在80年代德国的马基路斯、麦茨、森田和芬兰的波浪涛公司
等纷纷采用了靠电子计算机控制举高消防车的支腿梯架的操作和显示等技术，这种技术提高了云梯操作自动化程度，从而避免了因操作人员的失误而导致的危险。 1.2.2高空作业车国内现状、差距与如何提高的方法
国内高空作业机械发展刚刚起步，只有十几年的发展历史，虽然起步晚，由于高空作业机械制造企业的努力，已逐步走向稳定的发展轨道。[2][3] 1.2.2.1现状
从80年代开始抚顺起重机总厂、武汉起重机厂、四川度岩机械厂、长江起重
机有限责任公司、杭州园林机械厂、北京攀尼高空作业车有限公司、徐州重型机械厂等开始着手研制高空作业车和登高平台消防车，投放市场。抚顺市起重机总}一生产的CDZ32型登高平台消防车已出口泰国。最近四川长江起重机有限责任公司，研制的QZC5120JGKS25型高空作业车是最近向推向市场的一种新产品。该产品采用现代设计手段设计，填补了国内25m伸缩臂式高空作业车的空白。 1.2.2.2差距
尽管我国在高空作业车设计制造上取得了一些成绩，但是国内生产制造的高空
作业机械同国外同类型高空作业机械产品相比仍有一定差距，主要表现为技术含量低、大型的较少、结构笨重、作业时微动性能差等问题。在开发研制过程中，应采取有效措施、试验研究，逐项加以解决，以缩小差距。
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同时对目前存在的技术关键，有待于组织力量攻关解决，其关键是电液比例操纵、微动性能问题，支腿调平技术问题，数显微机自动程序控制以及机电一体化问题等。
为了提高我国高空作业的生产水平，从目前的状况来看应首先从如下的几个方面来进行。
1).解决工程汽车底盘问题，这样才可使高空作业车轻便、可靠，使用上既灵活又可承担繁重的工作任务；
2).提高液压元件的制造质量，这样就可以提高使用寿命和可靠性，相应的也就提高了高空作业车的质量；
3).改变高空作业车的生产方式，向规模化发展，这不但可保证质量还可降低成 本；
4).要扩大新型高空作业车的使用范围，可刺激本行业的发展，并投入力量加强对新产品的开发；
5).应用现代的设计方法和手段对现有的产品进行改造。
据不完全统计，国内各企业高空作业机械的总产量，远远不能满足国家经济建设的需求，供需矛盾突出，其表现：
船舶行业，当前我国造船业发展迅猛，己逐步进入了国际船舶市场。船舶产量从80年代初的30多万，提高到现在的200多万，约占世界船舶市场份额的6%。船舶的设计和建造，从建造万吨级散货船开始，发展到能建造六万吨级巴拿马型船舶和十五万吨级大型油船。最近几年，又开始建造高速集装箱船、成品油船、液化气船和自卸式散货船等技术难度大、附加值高的船舶。随着船舶行业的发展，大型船舶增多，造船和修船中越来越多的需要高空作业，因此高空作业车的应用也是与日增加Usl。中国船舶系统，需要直臂式16-25m高空作业平台大约80-100台左右。 公安消防系统，随着大中城市高层建筑增多，消防设施“滞后”，登高平台消防车己属紧迫需要。
我国百万人口城市30个，以平均每个城市需要作业高度30-50 m大型登高平台消防车4台计算，需要量为120台左右。全国几十万人口以上的城市近500个，以平均每个城市拥有1620 m中型登高平台消防车2台计算，需要量为1000台左右。 全国大型油田、炼油厂、大型储油库系统，对大型登高平台消防车的需要量约70台左右。
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城乡电业部门。电站、变电所、各种低压输电线路的建设维修带电作业迫切需要有绝缘性能的高空作业车，预计电力部门需要各类绝缘高空作业车(12 m -3 0 m)大约200台左右。
城市路灯园林部门。需要6 --16m中小型高空作业车大约1000台左右。
国防军工系统。对20 -40m越野高空作业车需求量也较大，主要用于用于航天、导弹发射等。
综上所述，在目前的高空作业车的生产水平上，改进高空作业车的工作性能，开发研制机动灵活、技术含量高安全、可靠的高空作业机械具有重大的意义。
§ 1.3 高空作业车的组成
高空作业车正常进行作业，需要工作机构、金属结构、动力装置与控制系统四部分。这四个部分的组成及其作用分述如下：[4][5]
1.3.1工作机构
工作机构是为实现高空作业车不同的运动要求而设置的。高空作业车一般设有变幅机构、回转机构、平衡机构和行走机构。依靠变幅机构和回转机构实现载人工作斗在两个水平和垂直方向的移动；依靠平衡机构实现工作斗和水平面之间的夹角保持不变，依靠行走机构实现转移工作场所。
高空作业车变幅是指改变工作斗到回转中心轴线之间的距离，这个距离称为幅
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度。变幅机构扩大了高空车的作业范围，由垂直上下的直线作业范围扩大为一个面的作业范围。高空作业车变幅机构一般采用液压油缸变幅。
高空作业车的一部分（一般指上车部分或回转部分）相对于另一部分（一般指下车部分或非回转部分）做相对的旋转运动称为回转。为实现高空作业车的回转运动而设置的机构称为回转机构。它是由液压马达经减速器将动力传递到回转小齿轮上，小齿轮既作自转又作沿着固定在底架上的回转支承大齿圈公转，从而带动整个上车部分回转。有了回转运动，从而使高空作业车从面作业范围又扩大为一定空间的作业范围。
高空作业车在工作臂起伏时，工作斗与水平面夹角必须保持相对稳定，才能保证工作人员正常工作。平衡机构就是为了实现这一功能。对于伸缩臂或混合臂型式的高空作业车，通常有自重平衡、液压伺服缸平衡、电液平衡几种方式。
高空作业车的行走机构就是通用或专用汽车底盘。 1.3.2金属结构
工作臂、回转平台、副车架（车架大梁，门架、支腿等）金属结构是高空作业车的重要组成部分。高空作业车的各工作机构的零部件都是安装或支承在这些金属结构上的。金属结构是高空作业车的骨架。它承受高空作业车的自重以及作业时的各种外载荷。
组成高空作业车金属结构的构件较多，其重量通常占整机重量的一半以上，耗钢量大。因此，高空作业车金属结构的合理设计，对减轻高空作业车自重，提高作业性能，节约钢材，提高高空车的可靠性都有重要意义。 1.3.3动力装置
动力装置是高空作业车的动力源。由于高空作业车采用汽车底盘作为行走机构，通常不再另外设置动力源，而是直接采用汽车底盘发动机作为整车的动力源。高空作业装置需要的功率不大，一般约 10~20kw，而载重汽车底盘发动机的功率根据载重量不同从 50kw 一直到 150kw 以上，且高空作业装置工作时不允许底盘行驶，因此底盘发动机的动力足以保证高空作业装置工作。因为高空作业装置需要功率不大，通常高空作业车采用变速箱取力方式，通过安装在底盘变速箱侧面的取力器取出发动机的动力，并驱动液压油泵向高空作业装置供油。取力系统中还设置控
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制装置，在底盘行驶时，取力器没有输出，液压油泵不工作，需要进行高空作业时，取力器输出，油泵工作。 1.3.4控制系统
高空作业车控制系统是解决各机构怎样运动的问题。如动力传递的方向，各机构运动速度的快慢，以及使机构启动停止等。控制系统包括操纵装置、执行元件和安全装置。当今的高空作业车全部采用电气液压操纵，因此控制装置包括各种液压操作阀，电控装置等，以实现机构的起动、调速、换向、制动和停止。执行元件包括变幅用的液压油缸、回转马达、油泵等，用来推动结构件实现动作。安全装置包括各种传感器、行程开关、报警器、液压锁止阀，用来检测危险工况保证工作安全。
§ 1.4 本课题研究的意义
高空作业车作为一种工程机械设备，目前广泛应用在船舶、建筑、市政建设、消防、港口等行业，有着广阔的发展前景。
本课题以徐州海伦哲工程机械有限公司研制开发 “GKZ14型高空作业车” 为研究对象，对该车上的重要结构----回转机构转台进行结构设计和有限元分析。
高空作业车转台回转机构由液压马达、回转减速器及回转发小齿轮、回转支承等组成。进行回转时，液压马达输出动力，通过回转减速器减速后带动输出轴上的小齿轮旋转，小齿轮与回转支承的齿圈啮合，由于回转支承的齿圈与车架刚性连接，因而回转减速器带动与之相连的转台回转。转台是高空作业车的主要承载构件之一，构造及受力复杂。转台结构的合理设计对高空作业小车在工作时有着极为重要的作用。
转台传统的手工计算方法，通常是将转台底板作为固定，臂铰点轴孔受力的一个简支悬臂梁来计算。一般取几个截面来计算其强度、刚度，计算复杂，且未考虑变幅集中力等载荷的影响，误差大，难以反映转台真正的受力状况。随着有限元理论的不断完善和有限元软件功能的不断提高，有限元法在工程实践得到越来越广泛的应用。以有限元方法为工具对转台进行强度和刚度有限元分析，其分析结果对产品开发设计具有指导意义。
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