高空作業車舉升臂液壓控制系統分析與設計

郭文旭

摘要：目前，國產高空作業車多數以液壓傳動系統為執行機構的主要動力源，這是因為液壓傳動具有在同等的體積下，液壓裝置可以比電氣裝置產生出更多的動力，液壓裝置工作比較平穩，能在大范圍內實現無級調速，易與電氣控制結合實現自動化等優點，廣泛被用在工程機械領域。而采用機電液一體化技術的綜合控制系統可以進一步提高其工作效率、節約能源、提高系統控制精度、提高作業安全性和操作舒適性，因此對高空作業車的機電液一體化系統進行研究具有巨大的經濟潛力。基于此本文分析了高空作業車舉升臂液壓控制系統分析與設計。

關鍵詞：高空作業車；舉升臂液壓控制；設計

1、研究意義

高空作業車舉升機構電液控制系統作為控制和轉化單元對高空作業車的性能具有十分重要的影響。隨著電液比例技術的不斷進步，以及電液比例閥價格低廉、對液壓油的抗污染能力強、工作性能不遜色于伺服閥等一些列優點，使得電液比例閥組成的系統能滿足絕大部分工業控制的要求等特點，國內外大量研究人員對電液比例控制技術進行了研究工作，嘗試通過多種智能控制算法和控制方式，不斷提高系統的響應性能，極大地提高了電液比例閥的工業應用前景。因此，對于高空作業車來說，采用機電液一體化技術的綜合控制系統可以進一步提高其工作效率、節約能源、提高系統控制精度、提高作業安全性和操作舒適性，因此對高空作業車的機電液一體化系統進行研究具有巨大的經濟潛力。

2、舉升臂液壓執行機構的設計和分析

由于高空作業車舉升臂的工作載荷不同，在設計液壓系統時，回路采用的形式以及液壓元件選擇都應該具體考慮到機構的特點來進行設計和匹配。舉升臂系統總原理圖2所示，以下對各舉升臂的液壓回路分別進行分析。

1-液壓泵；2-應急手油泵；3-溢流閥；4-壓差發訊器；5-溢流閥；6-油箱；7-中心回轉接頭；8-電液比例閥組；9-電磁卸荷閥；10-三通壓力補償器；11-先導減壓閥；12-溢流閥；13-二通壓力補償閥；14-梭閥；15-電磁閥組；16-回轉馬達；17-緩沖閥；18-上臂液壓缸；19-液控單向閥；20-單向節流閥；21-中臂液壓缸；22-液控單向閥；23-下臂液壓缸；24-雙向平衡閥；25-調平液壓缸；26-雙向平衡閥；27-電液比例閥；28-單向節流閥

2.1下臂液壓回路

如圖2所示，下臂變幅執行機構采用雙作用式液壓缸，由于結構的特點使下臂在升臂和落臂的過程中存在反向負載的情況，在液壓回路中設置了雙向平衡閥來保證液壓缸的速度保持恒定，防止液壓缸在反向負載的帶動下加速運動。雙向平衡閥6在原理上是兩個外控式單向平衡閥的組合，進油路的進油壓力作為回油路平衡閥的控制壓力，工作時，進油經過單向閥進入工作腔，同時，回油路的順序閥在進油壓力的作用下打開，使液壓油回油箱。這樣在活塞伸出或者回縮時，回油路始終保持一定的回油壓力，防止出現超速的危險。

2.2中臂液壓回路

中臂的液壓回路原理如圖3所示，中臂液壓缸在設計時考慮到降低中臂的重心和中臂的傳力效果，采用了雙液壓缸加四連桿的傳動形式。為了防止高空作業時，液壓缸在負載力的作用下自行下降，在無桿腔的進油路上設置了對稱的液控單向閥，這樣可以防止液壓缸在載荷作用下的自動回落。

2.3上臂液壓回路

由于上臂是直接連接作業平臺的工作臂，對液壓缸的速度穩定性要求較高，在設計液壓回路時，進、回油路均設置了單向節流閥6，可以對液壓缸的運動速度在一定范圍內實現無極調節。同樣，為了防止上臂液壓缸的自行回落，在液壓缸的無桿腔油路上設置了液控單向閥7，上臂液壓回路如圖4所示。

2.4調平液壓回路

高空作業車調平機構在變幅過程中，工作載荷的變化復雜，出于對工作安全性考慮，系統在設計時，采取對調平液壓缸單獨供油，防止由于多個執行機構的聯合動作造成調平液壓缸的供油不足，產生調平滯后。調平回路的液壓原理如圖5所示，同樣考慮到存在負負載的情況，在回路上設置了雙向平衡閥4保證調平液壓缸的速度穩定，不會出現速度失控現象，同時具有高空作業時液壓缸鎖止功能。

3、注意事項

（1）折疊臂式高空作業車變幅機構控制系統設計的難點之一是聯動控制，即在變幅執行機構運動過程中，如果變幅系統有多個動作同時執行，為了防止各個控制回路間的相互干擾，同時又能夠實現以較少的操縱手柄實現多功能的變幅操作目的，十分有必要開發運一種新型的控制系統，能夠實現高空作業車變幅的完全自動化，因此設計出一種具有可靠性高，通用性強的變幅控制系統對提高高空作業車的作業效率具有十分重要的意義。（2）高空作業車的操作需要專業人員經過培訓后才能進行操作，折疊臂式高空作業車的操縱方式相對其他車型要復雜，操作人員的勞動強度大，為了減輕操作人員的勞動強度，因此，如何設計一種具有智能化的變幅控制系統實現自動操作仍是今后研究的熱點。（3）高空作業車的安全裝置對于提高作業時的可靠性和工作人員的人生安全至關重要，隨著使用時間的增加，系統的故障率不斷提高，為生產安全造成隱患。因此，設計一套具有故障預診斷功能的控制系統，為進一步改進高空作業車的操作安全性具有十分深遠的意義。

總之，高空作業車舉升臂液壓控制系統的研究具有非常重要的意義，因此需要進一步加強優化設計。本文分析了高空作業車舉升臂液壓控制系統分析與設計，以期提供一些借鑒。

參考文獻：

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