高空作業(yè)車(chē)支腿抖動(dòng)原因分析及解決措施

王國(guó)棟，王先強(qiáng)，馮寧寧，張 巖

(山東泰開(kāi)高壓開(kāi)關(guān)有限公司，山東 泰安 271000)

0 引言

高空作業(yè)車(chē)多以液壓系統(tǒng)為動(dòng)力源，液壓系統(tǒng)的性能直接影響高空作業(yè)車(chē)的質(zhì)量和使用壽命[1]。支腿是高空作業(yè)車(chē)的關(guān)鍵部件，在作業(yè)過(guò)程中起到安全支撐、防止車(chē)體傾翻的作用。目前國(guó)內(nèi)外高空作業(yè)車(chē)支腿多采用H型四腿結(jié)構(gòu)，在支腿回收時(shí)4個(gè)支腿應(yīng)盡量保持平順、同步。在實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中部分高空作業(yè)車(chē)出現(xiàn)支腿回收抖動(dòng)的現(xiàn)象，支腿抖動(dòng)將嚴(yán)重影響整車(chē)的操作性能，長(zhǎng)期將會(huì)影響螺紋緊固件、液壓管路接頭的連接可靠性。本文對(duì)某型號(hào)高空作業(yè)車(chē)的支腿控制液壓系統(tǒng)原理進(jìn)行了分析，并對(duì)相應(yīng)解決方案進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 支腿支撐系統(tǒng)

支腿支撐系統(tǒng)是保障高空作業(yè)車(chē)安全作業(yè)的關(guān)鍵系統(tǒng)，對(duì)車(chē)輛作業(yè)穩(wěn)定性及工況適應(yīng)性起到至關(guān)重要的作用。目前國(guó)內(nèi)外高空作業(yè)車(chē)均采用四腿支撐系統(tǒng)，如圖1所示。該支撐系統(tǒng)主要由支腿結(jié)構(gòu)件、控制閥、油缸等部件構(gòu)成。

圖1 高空作業(yè)車(chē)四腿支撐示意圖

作為支撐車(chē)體的執(zhí)行部件,支腿系統(tǒng)中的液壓缸需要在任意位置都能夠保持停留并承受一定的負(fù)載。位置保持對(duì)于支腿垂直油缸至關(guān)重要，通常采用雙向液壓鎖和平衡閥構(gòu)建鎖緊回路，避免因系統(tǒng)不供油、系統(tǒng)壓力變化或者管路故障導(dǎo)致油缸自動(dòng)回縮造成安全事故。平衡閥回路具有動(dòng)態(tài)性能好、適用負(fù)載變化范圍大等特點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本相對(duì)較高[2]。雙向液壓鎖因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、成本低在高空作業(yè)車(chē)支腿鎖緊系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用[3]。平衡閥與雙向液壓鎖鎖緊回路如圖2所示。

圖2 平衡閥與雙向液壓鎖鎖緊回路

2 雙向液壓鎖工作原理

雙向液壓鎖，也稱(chēng)雙液控單向閥，在液壓系統(tǒng)中能使液壓缸在行程中的任何位置被鎖緊，保證負(fù)載在所需位置上停留[4]。液壓鎖主要由兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的液控單向閥相互串聯(lián)在一起組成，閥體上開(kāi)設(shè)有4個(gè)主油孔，兩端分別裝有兩個(gè)單向閥，中間為控制活塞，活塞上連有頂桿，用來(lái)控制左、右閥芯的開(kāi)閉。閥芯采用錐閥式結(jié)構(gòu)，密封性能好，泄漏極小[5]。某型號(hào)雙向液壓鎖結(jié)構(gòu)如圖3所示。當(dāng)A口供油時(shí)，系統(tǒng)壓力將左錐閥芯打開(kāi)使A口與A1口聯(lián)通，液壓油從A口流向A1口；同時(shí)壓力將中間的控制活塞向右推動(dòng)，控制活塞帶動(dòng)頂桿將右側(cè)右錐閥芯打開(kāi)，使B口與B1口聯(lián)通，液壓油從B1口流向B口，將封閉在B1腔中的液壓油通過(guò)B口排出。反之亦然，即當(dāng)一個(gè)進(jìn)油時(shí)，另一個(gè)反向回油。當(dāng)A、B口停止供油時(shí)，左、右錐閥芯及控制活塞在復(fù)位彈簧力的作用下復(fù)位，閥芯關(guān)閉達(dá)到保壓的效果。

3 支腿抖動(dòng)原因分析

3.1 支腿結(jié)構(gòu)原因

高空作業(yè)車(chē)通常所采用的支腿結(jié)構(gòu)形式為H型結(jié)構(gòu)，如圖4所示，主要由垂直內(nèi)支腿、垂直支腿油缸、垂直支腿外框、水平內(nèi)支腿、水平支腿油缸、水平支腿外框構(gòu)成。

1-閥體；2-左錐閥芯；3-控制活塞；4-頂桿；5-右錐閥芯；6-右錐閥芯彈簧；7-左錐閥芯彈簧

1-垂直內(nèi)支腿；2-垂直支腿油缸；3-垂直支腿外框；4-水平內(nèi)支腿；5-水平支腿油缸；6-水平支腿外框

現(xiàn)結(jié)構(gòu)垂直內(nèi)支腿和垂直支腿外框之間的間隙較大，在不平整的地面作業(yè)時(shí)，舉升內(nèi)支腿頂部會(huì)與舉升外框內(nèi)側(cè)面發(fā)生啃食的情況(圖5所示)，導(dǎo)致垂直支腿回收時(shí)回收不平順，從而產(chǎn)生抖動(dòng)。

圖5 支腿啃食示意圖

3.2 支腿液壓原理分析

支腿液壓系統(tǒng)原理圖如圖6所示。在閉鎖狀態(tài)時(shí)，電磁閥處于中位P口，無(wú)進(jìn)油，此時(shí)液壓鎖關(guān)閉保壓，支腿油缸承受力F時(shí)支腿可保持伸出狀態(tài)不變。當(dāng)支腿收回時(shí)電磁閥閥芯右移，壓力油從P口進(jìn)入，此時(shí)連接有桿腔的液壓鎖單向閥開(kāi)通，有桿腔進(jìn)油。同時(shí)無(wú)桿腔單向閥控制油路中的壓力油將無(wú)桿腔單向閥開(kāi)啟，無(wú)桿腔回油支腿回收。

因整車(chē)重量較大，支腿油缸所承受的力F也較大，因此在支腿回收時(shí)無(wú)桿腔已形成較大壓力。在收支腿時(shí)油缸所受力F方向與油缸的運(yùn)動(dòng)方向一致，當(dāng)無(wú)桿腔單向閥打開(kāi)的瞬間油缸會(huì)加速運(yùn)動(dòng)，無(wú)桿腔的油路壓力會(huì)瞬間下降，導(dǎo)致有桿腔油路的壓力也快速下降，當(dāng)壓力低于液壓鎖中液控單向閥的開(kāi)啟壓力時(shí)，單向閥迅速關(guān)閉，無(wú)桿腔油液無(wú)法排出，支腿停止回收[6]。此時(shí)液壓泵仍然繼續(xù)向有桿腔供油，使有桿腔油路繼續(xù)升壓，直到油路壓力升至單向閥的開(kāi)啟壓力后，再次打開(kāi)無(wú)桿腔液控單向閥，使液壓缸繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。無(wú)桿腔的液控單向閥的時(shí)開(kāi)時(shí)閉，最終導(dǎo)致油缸運(yùn)動(dòng)的時(shí)斷時(shí)續(xù)，進(jìn)而產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象。

4 解決措施

4.1 支腿結(jié)構(gòu)改進(jìn)

為消除內(nèi)、外腿之間金屬摩擦，調(diào)節(jié)內(nèi)、外腿之間間隙，以避免因間隙過(guò)大導(dǎo)致的支腿晃動(dòng)及回收啃食的情況，在垂直內(nèi)支腿與垂直支腿外框之間四面安裝尼龍滑塊，如圖7所示，在垂直支腿外框上開(kāi)口，將尼龍滑塊嵌入進(jìn)去，并通過(guò)壓板將滑塊壓緊，使內(nèi)支腿與滑塊緊密接觸。

圖6 支腿液壓系統(tǒng)原理圖

尼龍滑塊表面光滑，摩擦因數(shù)小，具有較高的抗拉、抗壓強(qiáng)度，耐磨性好并且具有自潤(rùn)滑性，噪聲低，通過(guò)增加尼龍滑塊可以解決支腿結(jié)構(gòu)摩擦阻力較大、啃食產(chǎn)生的抖動(dòng)現(xiàn)象。

圖7 改進(jìn)后的支腿結(jié)構(gòu)

4.2 支腿液壓系統(tǒng)改進(jìn)

為避免因無(wú)桿腔單向閥打開(kāi)的瞬間油液瞬間回流，導(dǎo)致無(wú)桿腔的油路壓力會(huì)瞬間下降的情況，可在無(wú)桿腔回油時(shí)增加單向節(jié)流閥，構(gòu)成回油節(jié)流調(diào)速回路，降低無(wú)桿腔油液的回流速度。單向節(jié)流閥廣泛應(yīng)用于液壓控制系統(tǒng)的調(diào)速回路中，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低[7]，改進(jìn)后的支腿液壓系統(tǒng)原理如圖8所示。

圖8 改進(jìn)后的支腿液壓系統(tǒng)原理圖

單向節(jié)流閥串聯(lián)在無(wú)桿腔油路中，安裝于液控單向閥與液壓缸之間，回油時(shí)單向節(jié)流調(diào)速[8]。這種方法增加了系統(tǒng)背壓，控制了回油的流速，消除了液控單向閥時(shí)開(kāi)時(shí)閉帶來(lái)的抖動(dòng)現(xiàn)象，使支腿回收平穩(wěn)。單向節(jié)流閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，只需在原有系統(tǒng)中串入即可。液壓系統(tǒng)改進(jìn)也可以采用平衡閥，但平衡閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高。單向節(jié)流閥不僅解決了因液壓系統(tǒng)原理導(dǎo)致的抖動(dòng)問(wèn)題，同時(shí)還可以通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流閥開(kāi)口的大小來(lái)保證4個(gè)支腿在回收時(shí)速度一致，使高空作業(yè)車(chē)更加平穩(wěn)、安全，同時(shí)還可以避免因支腿回收不同步導(dǎo)致支腿受力不均衡對(duì)支腿造成損害的情況發(fā)生。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)支腿結(jié)構(gòu)及支腿液壓系統(tǒng)原理的改進(jìn)，有效解決了支腿回收抖動(dòng)問(wèn)題，并通過(guò)多次試驗(yàn)調(diào)試進(jìn)行了驗(yàn)證。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和液壓系統(tǒng)元件選用時(shí)，應(yīng)全面了解其結(jié)構(gòu)、功能原理、應(yīng)用特點(diǎn)及使用工況等信息，根據(jù)不同的使用工況采用對(duì)應(yīng)的技術(shù)措施，避免因設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及原理問(wèn)題導(dǎo)致產(chǎn)品性能無(wú)法滿足要求。