分析高空作業車載人作業平臺臂架系統優化設計

盧薇薇 徐海鈞

（山東星輝航空液壓機械有限公司， 山東 煙臺 264006）

高空作業車是以工程起重機為基礎發展起來的一種高空作業機械設備，因為需要載人作業，故而和普通的起重運輸設備相比較，作業車自帶特殊性。

1 高空作業車的結構分析

高空作業車將自制底盤作行走機構，具備了自行式高空平臺車的基本特征，在固定場所作業領域中表現出較高的適用性，特征以微動運行、拓展作業半徑等為主。依照作業臂形式的差異性，可以把高空作業車細化為垂直升降式、折疊臂式、伸縮臂式及混合臂式四種類型。本文研究的是伸縮臂式作業車，在運行的狀態下，工作臂縮回套疊，作業時會伸出，以上操作模式能明顯提升作業高度，并體現出作業效率高、操作流程簡易及動作平穩等諸多優勢。

金屬結構工作臂及調平系統為作業車的主要構成。借助銷軸臂架得以連接轉臺，利用變幅油缸達到變幅目標。其承載了作業車載人平臺的載荷及作業期間施加的多種外部載荷，故而臂架是影響作業車運行可靠與否的主要因素之一，臂架自重在整機總重中所占比例大于1/3，鋼材耗用量較大。

2 臂架變幅機構的仿真模型

臂架變幅機構的構成以轉臺、連桿、臂架、變幅油缸等為主。變幅機構的作用不僅是提升作業車高空作業高度，還有助于減輕油缸所承載的壓力。另外，作業車在變幅機構的鉸接支撐下，能實現360°的高空旋轉。

結合機械系統特征、屬性等，利用ADAMS 專業軟件建設模型，在實踐中針對那些結構較為復雜的模型，建議研究人員利用一些三維軟件建模。見圖1 所示，設計人員先在三維軟件的協助下，把高空作業車的臂架變幅機構整合至ADAMS 系統內[1]。隨即，設計人員合理選擇各部件的材料屬性，并把約束、驅動與載荷等特征添加到模型內變幅機構的各部件內。以上過程整體落實后，就能在ADAMS 軟件內快捷的建設變幅機構的仿真模型。待仿真模型建成后，設計人員便可以利用ADAMS 軟件對臂架變幅機構的動力學予以分析，這有益于增強臂架變幅機構在現實中的應用效果。

圖1 ADAMS 軟件系統

3 臂架變幅降低時的穩定性分析及優化

3.1 非穩定性降低的原因分析

為確保高空作業車運行的安穩性，就應在全面解讀導致其非穩定性降低的各種成因，在此基礎上才能探析出科學、有效的應對措施。結合作業車的結構及運行特征，平衡閥控制壓力及負載波動情況對安穩性形成的影響較顯著。“平衡閥控制壓力”即被定義為采用內控式、外控式及溢流式平衡回路，去調控作業車高空運作狀態，力爭維持其平穩性。“負載波動”是指針對負載驟然降低的狀況，平衡閥控制壓力卻未作出應對措施時，因閥芯迅速閉合而造成液壓缸突然停運。在數次啟動與關閉期間，就降低了臂架運行的平穩性[2]。

3.2 優化方案

近些年，計算機仿真技術得到很大發展進步，該技術有真實度高、成本偏低及可操性強等優勢，當下仿真驗證已變成我們檢驗某些措施有效性的重要工具之一。

1） 創建仿真模型并設置相關參數：為提升所建模型和現實狀況之間的相符性，取得精確度更高的檢驗結果，本文聯合使用AMES 與ADAMS 軟件建設仿真模型。結合高空作業車的出廠試驗情況，我們發現臂架舉重上升和承載靜止狀態下，車臂架整體運轉穩定，但是當臂架降低幅度在60°～70°區間內取值時，臂架自體會出現較明顯的抖動，這提示我們只要對作業車臂架降低階段持有的狀態進行仿真實驗分析即可。

2） 實驗結果分析，對仿真實驗結果進行整體分析后，我們發現所擬定的三種優化方案均有益于提升臂架系統運行的安穩性。對于在回油路上方增設節流裝置的方案而言，盡管其實施期間有益于提高臂架平穩性，但會降低其運行速度，增加時間成本，難以有效滿足高空作業的現實需求。調整阻尼孔規格與導壓比的方案能促使車臂架穩定降低，也不會延長降低時間，符合現實作業要求。隨后，我們又進行了同時使用如上兩種優化方案的仿真實驗，發現若能同時減小阻尼孔內徑與提升導壓比，能夠更明顯的降低車臂架系統作業期間的振幅，強化臂架降低過程的平穩性。

3） 實例分析，本文選用了一臺25m 長的高空作業車設備，要求其必須裝有液壓驅動的伸縮臂式，采用四連桿變幅機構。研究步驟如下：首先，觀察臂架變幅下落時的抖動頻次與安全性；其次，調整油路上阻尼孔的孔徑，評價其對臂架變幅形成的影響，采集有關數據。最后，調整液壓閥的原始回路，檢驗臂架降低時的穩定性。研究發現[3]，在原始工況下，車臂架抖動頻率為8.4s 時對應的振幅是0.2mm，無法滿足高空作業要求，且可能危及作業人員人身安全。

4 結語

在我們日常生活中，經常會看到有高空作業車施工的工程項目，作業運行安穩性是社會各方共同關注的問題之一。科學設置液壓系統參數，能較有效規避臂架抖動情況。