高空作業(yè)車舉升臂液壓控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

郭文旭

摘要：目前，國(guó)產(chǎn)高空作業(yè)車多數(shù)以液壓傳動(dòng)系統(tǒng)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要?jiǎng)恿υ矗@是因?yàn)橐簤簜鲃?dòng)具有在同等的體積下，液壓裝置可以比電氣裝置產(chǎn)生出更多的動(dòng)力，液壓裝置工作比較平穩(wěn)，能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，易與電氣控制結(jié)合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，廣泛被用在工程機(jī)械領(lǐng)域。而采用機(jī)電液一體化技術(shù)的綜合控制系統(tǒng)可以進(jìn)一步提高其工作效率、節(jié)約能源、提高系統(tǒng)控制精度、提高作業(yè)安全性和操作舒適性，因此對(duì)高空作業(yè)車的機(jī)電液一體化系統(tǒng)進(jìn)行研究具有巨大的經(jīng)濟(jì)潛力。基于此本文分析了高空作業(yè)車舉升臂液壓控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：高空作業(yè)車；舉升臂液壓控制；設(shè)計(jì)

1、研究意義

高空作業(yè)車舉升機(jī)構(gòu)電液控制系統(tǒng)作為控制和轉(zhuǎn)化單元對(duì)高空作業(yè)車的性能具有十分重要的影響。隨著電液比例技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及電液比例閥價(jià)格低廉、對(duì)液壓油的抗污染能力強(qiáng)、工作性能不遜色于伺服閥等一些列優(yōu)點(diǎn)，使得電液比例閥組成的系統(tǒng)能滿足絕大部分工業(yè)控制的要求等特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外大量研究人員對(duì)電液比例控制技術(shù)進(jìn)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(tǒng)的響應(yīng)性能，極大地提高了電液比例閥的工業(yè)應(yīng)用前景。因此，對(duì)于高空作業(yè)車來(lái)說，采用機(jī)電液一體化技術(shù)的綜合控制系統(tǒng)可以進(jìn)一步提高其工作效率、節(jié)約能源、提高系統(tǒng)控制精度、提高作業(yè)安全性和操作舒適性，因此對(duì)高空作業(yè)車的機(jī)電液一體化系統(tǒng)進(jìn)行研究具有巨大的經(jīng)濟(jì)潛力。

2、舉升臂液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析

由于高空作業(yè)車舉升臂的工作載荷不同，在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，回路采用的形式以及液壓元件選擇都應(yīng)該具體考慮到機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和匹配。舉升臂系統(tǒng)總原理圖2所示，以下對(duì)各舉升臂的液壓回路分別進(jìn)行分析。

1-液壓泵；2-應(yīng)急手油泵；3-溢流閥；4-壓差發(fā)訊器；5-溢流閥；6-油箱；7-中心回轉(zhuǎn)接頭；8-電液比例閥組；9-電磁卸荷閥；10-三通壓力補(bǔ)償器；11-先導(dǎo)減壓閥；12-溢流閥；13-二通壓力補(bǔ)償閥；14-梭閥；15-電磁閥組；16-回轉(zhuǎn)馬達(dá)；17-緩沖閥；18-上臂液壓缸；19-液控單向閥；20-單向節(jié)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(diào)平液壓缸；26-雙向平衡閥；27-電液比例閥；28-單向節(jié)流閥

2.1下臂液壓回路

如圖2所示，下臂變幅執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用雙作用式液壓缸，由于結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)使下臂在升臂和落臂的過程中存在反向負(fù)載的情況，在液壓回路中設(shè)置了雙向平衡閥來(lái)保證液壓缸的速度保持恒定，防止液壓缸在反向負(fù)載的帶動(dòng)下加速運(yùn)動(dòng)。雙向平衡閥6在原理上是兩個(gè)外控式單向平衡閥的組合，進(jìn)油路的進(jìn)油壓力作為回油路平衡閥的控制壓力，工作時(shí)，進(jìn)油經(jīng)過單向閥進(jìn)入工作腔，同時(shí)，回油路的順序閥在進(jìn)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(shí)，回油路始終保持一定的回油壓力，防止出現(xiàn)超速的危險(xiǎn)。

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(shè)計(jì)時(shí)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(dòng)形式。為了防止高空作業(yè)時(shí)，液壓缸在負(fù)載力的作用下自行下降，在無(wú)桿腔的進(jìn)油路上設(shè)置了對(duì)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(dòng)回落。

2.3上臂液壓回路

由于上臂是直接連接作業(yè)平臺(tái)的工作臂，對(duì)液壓缸的速度穩(wěn)定性要求較高，在設(shè)計(jì)液壓回路時(shí)，進(jìn)、回油路均設(shè)置了單向節(jié)流閥6，可以對(duì)液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)節(jié)。同樣，為了防止上臂液壓缸的自行回落，在液壓缸的無(wú)桿腔油路上設(shè)置了液控單向閥7，上臂液壓回路如圖4所示。

2.4調(diào)平液壓回路

高空作業(yè)車調(diào)平機(jī)構(gòu)在變幅過程中，工作載荷的變化復(fù)雜，出于對(duì)工作安全性考慮，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，采取對(duì)調(diào)平液壓缸單獨(dú)供油，防止由于多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的聯(lián)合動(dòng)作造成調(diào)平液壓缸的供油不足，產(chǎn)生調(diào)平滯后。調(diào)平回路的液壓原理如圖5所示，同樣考慮到存在負(fù)負(fù)載的情況，在回路上設(shè)置了雙向平衡閥4保證調(diào)平液壓缸的速度穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)速度失控現(xiàn)象，同時(shí)具有高空作業(yè)時(shí)液壓缸鎖止功能。

3、注意事項(xiàng)

（1）折疊臂式高空作業(yè)車變幅機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一是聯(lián)動(dòng)控制，即在變幅執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中，如果變幅系統(tǒng)有多個(gè)動(dòng)作同時(shí)執(zhí)行，為了防止各個(gè)控制回路間的相互干擾，同時(shí)又能夠?qū)崿F(xiàn)以較少的操縱手柄實(shí)現(xiàn)多功能的變幅操作目的，十分有必要開發(fā)運(yùn)一種新型的控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)高空作業(yè)車變幅的完全自動(dòng)化，因此設(shè)計(jì)出一種具有可靠性高，通用性強(qiáng)的變幅控制系統(tǒng)對(duì)提高高空作業(yè)車的作業(yè)效率具有十分重要的意義。（2）高空作業(yè)車的操作需要專業(yè)人員經(jīng)過培訓(xùn)后才能進(jìn)行操作，折疊臂式高空作業(yè)車的操縱方式相對(duì)其他車型要復(fù)雜，操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大，為了減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，因此，如何設(shè)計(jì)一種具有智能化的變幅控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作仍是今后研究的熱點(diǎn)。（3）高空作業(yè)車的安全裝置對(duì)于提高作業(yè)時(shí)的可靠性和工作人員的人生安全至關(guān)重要，隨著使用時(shí)間的增加，系統(tǒng)的故障率不斷提高，為生產(chǎn)安全造成隱患。因此，設(shè)計(jì)一套具有故障預(yù)診斷功能的控制系統(tǒng)，為進(jìn)一步改進(jìn)高空作業(yè)車的操作安全性具有十分深遠(yuǎn)的意義。

總之，高空作業(yè)車舉升臂液壓控制系統(tǒng)的研究具有非常重要的意義，因此需要進(jìn)一步加強(qiáng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文分析了高空作業(yè)車舉升臂液壓控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)，以期提供一些借鑒。

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