舉高消防車支腿自動調平方法研究

王茂偉　李群　王健

摘要：高度大于30m的舉高消防車下車部分均要求自動調平，如何在各種復雜不平的路而條件下均能實現快速有效的調平，是當前舉高消防車普遍存在的難點。本文首先對現有舉高消防車的常用調平方式、應用范圍以及優缺點進行了分析。在此基礎上，提供了一種應用于H型支腿的新型調平方法。這種方法能夠提高車輛對復雜地而的適應性，并改善相關結構件的受力狀況。

關鍵詞：支腿調平；白動調平；調平方法；舉高消防車

中圖分類號：U463 DOI：10.20042/j.cnki.1009-4903.2023.06.003

0 引言

舉高消防車通常分為上車與下車兩部分。上車包括回轉平臺、臂架、工作斗或消防噴射裝備等部分，而下車則由底盤、支腿（或可伸縮）及副車架等部件組成。在正常作業時，上車部分的回轉平臺底平面必須處于水平或近似水平狀態。根據GB 7956.12-2015《消防車第12部分：舉高消防車》的規定，舉高車必須具備支腿調平或回轉平臺調平的能力，且調節范圍不應小于5。。此外，調平精度誤差不得超過±1。這意味著舉高消防車在各種復雜不平的路面條件下，需要具備快速有效的調平能力。除了對調平機構（如支腿、轉臺）的調節行程有較高要求外，調平方法同樣至關重要。

1 下車部分常用的調平方式

1.1 手動調平

根據GB 7956.12-2015《消防車第12部分舉高消防車》的規定，對于帶工作斗或最大工作高度不小于30m的舉高噴射消防車，應采用自動調平技術。因此，這種調平方式主要應用于高度在30m以下的舉高噴射消防車，屬于較為基礎的配置。在實際操作中，操作者通常根據水平儀的讀數來判斷整車的傾斜度，并通過操作液壓手柄來調整下車部分的位置，使其達到水平狀態。這種調平方式需要耗費較長的時間，并且效率相對較低。因此，本文對于這種調平方式不再贅述。

1.2 自動調平

自動調平具體可分為轉臺調平和支腿調平2種。

1.2.1 轉臺調平

轉臺調平主要適用于下車部分采用X型或蛙型支腿的消防車。由于這種支腿在地面撐實后，若再進行下伸，地面與支腿間的摩擦力會加大，對支腿的受力產生不利影響，調平操作變得困難。因此，選擇對轉臺進行調平。轉臺調平可以分為雙缸式調平和斜盤式調平2種方式。

雙缸式調平基本結構如圖1所示。在轉臺上安裝有用于檢測轉臺左右角度的單軸傾角傳感器。具體調平方法為在支腿撐實地面后，將臂架抬起，然后進行調平操作。調平油缸會根據傳感器反饋的角度信號，對轉臺兩側高度進行調節，直至角度滿足要求，調平過程結束。

雙缸式調平方式的優點是調平范圍大，調平機構較簡單。不過，這種調平方式也存在些缺點首先，調平油缸只能對轉臺兩側進行調平，如果應用于帶有工作斗的消防車上，工作斗必須具備自動調平功能，以彌補轉臺縱向的傾斜角，其次，轉臺調平油缸需隨著轉臺回轉角度的變化不斷進行調平，因此回轉速度不可過快，否則會出現調平滯后現象。

斜盤式調平機構的核心部件是專用的斜盤式回轉支承，也稱傾轉支承。這種回轉支承的結構如圖2所示，其中序1下底座與副車架連接，序2為調節斜盤，序3上底座與轉臺連接。其工作原理是通過斜盤的內部旋轉實現轉臺平面的角度調平。

斜盤式調平方式的優點是具有較大的調平范圍（最大可達100），能夠快速地進行調平，并且一旦調平完成，無需再次調整。不過，由于斜盤式調平機構的內部結構和驅動機構相對復雜，其成本也較高，并且市場上可供選擇的規格較少。因此，目前斜盤式調平方式主要應用于進口的云梯消防車。

1.2.2 支腿調平

支腿調平主要用于下車部分采用H型支腿的消防車（特別是帶4個支腿的車輛），這是絕大多數舉高消防車的標準配置。如圖3所示，下車部分安裝有雙傾角傳感器，用于檢測車體的傾斜狀態。調平方法為根據傳感器反饋的信號來判定車體的傾斜狀態，然后通過調節4個支腿A、B、C、D的高度，使下車部分達到水平狀態。這種調平方式是目前應用最為普遍的，本文主要討論此種調平方式。

2 現有支腿調平的缺陷

目前，采用H型支腿進行下車調平的消防車普遍采用單個雙傾角傳感器。傳感器的安裝位置可能在轉臺的前方或后方。以圖3為例，由于4個垂直支腿的伸縮速度不可能完全致，并且路面可能崎嶇不平，這會導致4個支腿不會同時落地。如果繼續伸縮，副車架會產生扭曲變形。這意味著在調平開始時，副車架已經發生了扭曲變形。特別是當副車架的扭轉剛度較差，或者路面越不平整時，這種情況會更加嚴重。在這種情況下，θi（支腿A、B連線與水平面的夾角）與θ2（支腿C、D連線與水平面的夾角）的角度相差較大，甚至方向相反。然而，當前的傾角傳感器無法準確反映這種狀態，也就是說，出現了對初始狀態的誤判。在這種情況下進行調平，將會產生2種錯誤狀態

狀態一：越調越不平的現象，程序進入調平死循環。

狀態二：即便程序認為已調平，這可能只是假象。實際上，不僅沒有調平，而且在上車臂架未工作前，副車架就已經產生了額外的扭轉變形。如果臂架開始作業，可能會進一步加劇副車架的受力，對副車架的強度產生不利影響。

當然，在車輛所處地面比較平整或副車架扭轉剛度足夠強的情況下，以上缺陷出現的概率比較小。但這也意味著降低了車輛對地面的適應性或提高了對副車架的剛度要求。

3 一種新型支腿調平方法

為解決以上支腿調平的缺陷，現提供了種新型支腿調平方法。

3.1 主要配置

以圖3為例，在副車架的前支腿A、B連線中點和后支腿C、D連線中點上，分別安裝了一個雙傾角傳感器（圖中a、b）。這2個傳感器分別用來檢測角度θ1、θ2和θ3。如圖4所示，θ1和θ2的含義與前文描述相同，而θ3則是副車架縱向中心線與水平面的夾角，其值為2個雙傾角傳感器所檢測出的縱向傾斜角的平均值。此外，每個垂直支腿都安裝了一個行程開關，用于檢測支腿是否與地面壓實，同時也可作為檢測軟腿的裝置。每個橋上也安裝了一個行程開關，用于檢測輪胎是否離地。

3.2 應用范圍

帶4個H型支腿的舉高消防車。

3.3 調平方法

分步驟說明和流程圖兩部分進行描述。

3.3.1步驟說明

結合圖3和圖4的定義，調平過程包括如下步驟

步驟1：將車輛的車橋按照行駛方向分為前橋和后橋。前橋上的輪胎為前輪，后橋上的輪胎為后輪。

步驟2：調平支腿A、B、C、D開始伸出。同時，通過軟腿檢測開關分別判斷各支腿是否壓實在支撐面上。如果任一支腿壓實，則該支腿停止伸出。然后繼續判斷其余支腿是否也壓實。只有當所有支腿均壓實后，才停止伸出，并進入步驟3。

步驟3：所有支腿繼續伸出，當前輪胎離地后，A、B支腿停止伸出，否則繼續，當后輪胎離地后，C、D支腿停止伸出，否則繼續。

步驟4：在所有支腿停止伸出后，繼續判斷所有輪胎是否都已離地。若是，則進入步驟5，否則重返步驟3。

步驟5：分別判斷θi和θ2是否在調平預設值（假設±0.5。）以內。如果全部在預設值以內，則直接進入步驟6；如果θ1不在預設值以內，需要調節前支腿連線的較低端支腿，使其慢慢伸出，直至θi處于預設值以內；如果θ2不在預設值以內，需要調節后支腿連線的較低端支腿，使其慢慢伸出，直至θ2處于預設值以內為止。當2個角度都處于預設值以內后，進入步驟步驟6。

步驟6：判斷θ3是否在調平預設值（假設±0.5。）以內。當在預設值以內時，則調平過程結束。如果θ3不在預設值以內，則需要調節較低一端的支腿（前支腿或后支腿），進行慢速伸出。在調節過程中，需要實時判斷伸出端的的支腿連線與水平面的夾角（θ1或θ2）是否也在預設值以內。如果在預設值以內，則可以繼續伸長支腿，直至將θ3調整到預設值內，調平結束。如果θ1或θ2不在預設值以內，則返回步驟5重新開始。

3.3.2 流程圖

調平過程流程圖如圖5所示。

3.4 效果分析

由于采用了分別檢測與控制輪胎離地的方法，使得輪胎離地后與地面的距離保持在一個相對較低的水平。這種方法最大程度地保留了調平油缸的行程余量，從而最大限度地發揮了支腿的調平能力，提高了車輛在復雜地形上的適應能力。

由于在前支腿和后支腿的中心位置均安裝了雙傾角傳感器，對前支腿和后支腿的傾斜角θ1和θ2進行了分別檢測與調平。對于θ3，采用了取平均值的判斷方法，使得調平后的車架不僅沒有橫向扭曲變形，改善了副車架的受力狀況，還避免了縱向彎曲變形對于調平的影響，提高了調平的準確性。

4 結語

通過以上過程可知，只要支腿有必需的伸展行程，該調平方法在完成調平后，A、B腿連線，C、D腿連線以及副車架在車輛縱向上的傾斜度均可滿足調平角度的要求。這增強了車輛在復雜地形上的適應性。同時，調平后的副車架幾乎不會發生扭曲變形，從而最大程度地改善了副車架的受力狀況。

參考文獻

[1]國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.消防車 第12部分：舉高消防車：GB 7956.12-2015[S].北京：中國標準出版社，2015.

（責任編輯：王作函）