伸縮臂式自行走高空作業(yè)車液壓系統(tǒng)的改進(jìn)探討

秦基磊 史蔚

摘要： 液壓系統(tǒng)是高空作業(yè)車的常用系統(tǒng)，在運(yùn)行階段其能實現(xiàn)無級調(diào)速，有操控便捷、省力及易于實現(xiàn)自動化等特征，雖然伸縮臂式高空作業(yè)車在使用中表現(xiàn)出較高的效能，但改進(jìn)液壓系統(tǒng)是相關(guān)領(lǐng)域人員職業(yè)生涯中孜孜不倦的追求。鑒于此，本文在解讀液壓系統(tǒng)主要構(gòu)造、功能及工作原理的基礎(chǔ)上，闡述其實際應(yīng)用中存在的不足，對其閥門、液壓保險及應(yīng)急下放系統(tǒng)的改造要點、方法等進(jìn)行總結(jié)，以供同行參考。

Abstract： The hydraulic system is a common system of aerial work vehicles. In the operation stage， it can realize stepless speed regulation， and has the characteristics of convenient operation， labor saving and easy automation. Although the telescopic boom aerial work vehicle shows high efficiency in use， improving the hydraulic system is the tireless pursuit of personnel in related fields in their career. In view of this， based on the interpretation of the main structure， function and working principle of the hydraulic system， this paper expounds the shortcomings existing in its practical application， and summarizes the transformation points and methods of its valve， hydraulic insurance and emergency lowering system， so as to provide reference for peers.

關(guān)鍵詞： 伸縮臂式;高空作業(yè)車;液壓系統(tǒng);系統(tǒng)改進(jìn)

Key words： telescopic boom;aerial work truck;hydraulic system;system improvement

中圖分類號：U46? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）23-0068-02

0? 引言

高空作業(yè)車作為一種十分特殊的高空施工設(shè)備，當(dāng)下其在市政電力、建筑業(yè)績造船等領(lǐng)域中均有應(yīng)用，尤其是在城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中起到的作用是十分顯著的。合理應(yīng)用高空作業(yè)車能明顯減輕工作量、順利完成高空環(huán)境下多種作業(yè)任務(wù)，同步提升了勞動生產(chǎn)效率與過程安全性。受制造技術(shù)等因素的制約，國內(nèi)作業(yè)車的最大工作高度僅35m，且功能較單一，并且在使用安全方面尚沒有形成可靠的保障，這是令人堪憂的，在很大程度上也不利于高空作業(yè)車的發(fā)展，故而相關(guān)部門應(yīng)結(jié)合現(xiàn)實作業(yè)要求，有針對性的改進(jìn)車液壓系統(tǒng)，使其功能實現(xiàn)多樣化，在高空作業(yè)中創(chuàng)造更多的效益。

1? 高空作業(yè)車液壓系統(tǒng)

1.1 功能分析? 多泵系統(tǒng)是系統(tǒng)的主體，1個齒輪泵負(fù)責(zé)伸縮上車臂架、變幅和回轉(zhuǎn)平臺、轉(zhuǎn)動車輪方向、拓展車橋，1個泵參與下車行走過程并發(fā)揮重要作用，1個泵負(fù)責(zé)執(zhí)行工作籃子動作的發(fā)出過程，參照現(xiàn)實施工作業(yè)狀況，從節(jié)省成本的視角出發(fā)，本課題設(shè)計研發(fā)出一種新型的液壓系統(tǒng)。

1.2 原理? 本文以國內(nèi)某個型號高空作業(yè)車為實例進(jìn)行比較分析，其液壓系統(tǒng)的運(yùn)行原理與功能如下[1]：通過串聯(lián)3個機(jī)泵的方式達(dá)到全車動作，應(yīng)用1臺變量泵和2臺變量馬協(xié)同配合，共同調(diào)節(jié)控制下車行走過程，借此方式使全車行走實現(xiàn)高速化（4km/h左右）、低速化（大概2km/h）。采用另外1個齒輪泵去執(zhí)行上車調(diào)轉(zhuǎn)、伸縮臂伸縮與變幅、4輪協(xié)同轉(zhuǎn)向、車橋擴(kuò)張等諸多功能;第3個齒輪泵作用主要是調(diào)平與擺轉(zhuǎn)工作籃。

2? 系統(tǒng)應(yīng)用中的存在的問題

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜、安裝檢修難度高? 在上車、下車液壓系統(tǒng)內(nèi)共計安裝了30塊、10塊液壓閥。只是在轉(zhuǎn)臺上的操縱箱（空間規(guī)格900×650×400）中安裝的液壓閥數(shù)量就達(dá)到8塊，其中電液比例復(fù)合閥（形態(tài)規(guī)格500×300×250）在空間內(nèi)占比高于20%。液壓閥采用螺紋銜接方式，兩個相毗鄰的閥門采用鋼管或者膠管進(jìn)行交叉連接，暴露出管接頭數(shù)目繁多，增加了現(xiàn)場安裝、檢查及維修等操作的難度。

2.2 應(yīng)用雙泵實現(xiàn)不同執(zhí)行元件之間的聯(lián)動式動作

電液比例復(fù)合閥的各聯(lián)之間均屬于并聯(lián)油路，故而不能單純依靠比例閥本體達(dá)到聯(lián)合動作的目標(biāo)。只有在雙泵系統(tǒng)的協(xié)助下采可以實現(xiàn)聯(lián)動。以上這種設(shè)計形式增加了整車的生產(chǎn)制造成本。

2.3 液壓系統(tǒng)發(fā)熱? 多聯(lián)電液比例復(fù)合閥內(nèi)置了一個溢流閥，設(shè)計壓力22MPa。眾所周知，不同執(zhí)行元件承擔(dān)的工作壓力有差異，只有在22MPa以上時，系統(tǒng)方能高壓溢流，造成液壓系統(tǒng)溫度能持續(xù)上升，系統(tǒng)內(nèi)外發(fā)熱，進(jìn)而造成部分發(fā)動機(jī)功率喪失[2]。

2.4 復(fù)合閥比例特性不顯著? 復(fù)合閥設(shè)計了一個相對較寬的作業(yè)壓力范疇，并且不同執(zhí)行元件的作業(yè)壓力范疇有一定差異，故而在整個作業(yè)范疇中比例閥的比例特性顯著被削弱。

3? 液壓系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計

3.1 閥門? 對于原車液壓系統(tǒng)在實踐應(yīng)用中暴露出的不足，筆者所在團(tuán)隊給予其較高重視，并嘗試采用各種改進(jìn)方法。經(jīng)改進(jìn)后的液壓系統(tǒng)構(gòu)成明顯被簡化，取締了一些沒有實際價值的輔助系統(tǒng)，進(jìn)而使改造后的作業(yè)車僅內(nèi)置了22塊液壓閥。具體是采購引用了德國Barrmag公司制造的組合式比例閥將最初的二聯(lián)、三聯(lián)電液比例復(fù)合閥取而代之，并且配合使用了集成板式結(jié)構(gòu)的集成閥及下車支腿操縱閥。

3.1.1 Barrmag公司的比例閥

選用Barrmag公司的比例閥是本車液壓系統(tǒng)改進(jìn)的關(guān)鍵，有效消除了原車施工中暴露出的缺陷，明顯改善了全車的功能，運(yùn)行可靠性顯著提升。將這種閥門用在本車液壓系統(tǒng)內(nèi)，其特點主要有[3]：

①閥結(jié)構(gòu)緊湊、體積微小，只是國產(chǎn)五聯(lián)比例閥的20%左右，增加了操縱箱中配置元件安裝、運(yùn)維管理的便捷性。

②解除了聯(lián)動間題。附件SV、數(shù)個操縱塊SZ，1個操縱塊SE是這種比例閥的主要構(gòu)成。不管是SZ操縱塊還是SE操縱塊，其均內(nèi)置了比例換向閥于二通壓力補(bǔ)償器，后者等同于一個定差減壓閥，當(dāng)各執(zhí)行元件的外負(fù)載出現(xiàn)改變時，能夠較好的維持壓力補(bǔ)償器前后壓力差的穩(wěn)定性。在這樣的情境下，經(jīng)由各個執(zhí)行元件的流量數(shù)值依然能維持恒定。故而，利用這種組合式比例閥，能夠達(dá)到五個執(zhí)行元件內(nèi)任意兩個的聯(lián)合式運(yùn)作。

③節(jié)省能源，減少系統(tǒng)出現(xiàn)發(fā)熱情況。各個操縱塊（SZ與SE）的壓力補(bǔ)償器都附有一個先導(dǎo)溢流閥，利用其制約各個執(zhí)行元件的局部壓力。如果各個執(zhí)行元件的作業(yè)壓力超出各先導(dǎo)溢流閥的設(shè)計值時，壓力補(bǔ)償器將會自動閉合，斷離泵至執(zhí)行元件的液流，工作腔油經(jīng)先導(dǎo)溢流閥外流，切無需抵達(dá)附件SV系統(tǒng)準(zhǔn)許的壓力再溢流，明顯降低了高壓溢流損失，借此方式降低液壓系統(tǒng)發(fā)熱情況的發(fā)生率，取得良好的節(jié)能效果。

④比例特性優(yōu)良。各個操縱塊的壓力補(bǔ)償器能構(gòu)成基礎(chǔ)的調(diào)壓范疇，可以逐一調(diào)整各個執(zhí)行元件，進(jìn)而增強(qiáng)對各執(zhí)行元件工作壓力條件的適應(yīng)能力，這樣能使比例閥相應(yīng)區(qū)間中更突顯比例特性。

⑤控制形式高端。這種法的控制方式較多，包括人工手動、液壓、電動及復(fù)合控制四種。分析原車的控制形式，工作斗與轉(zhuǎn)臺上均應(yīng)用了電動操控方法。改進(jìn)后的系統(tǒng)，工作斗、轉(zhuǎn)臺上分別應(yīng)用了電動、手動控制。手動控制模式施加的控制力于主滑閥芯的位移量之間存在正比關(guān)系，操作手感較好，比例特性十分顯著。如果工作斗上電動操控方式突然故障問題，但不會影響轉(zhuǎn)臺上的操控過程，這樣全車的控制可靠性顯著提升。

3.1.2 集成閥

利用集成板（外形規(guī)格80×250×60）集成處理電磁換向閥、單向閥、電磁溢流閥、手動換向閥及截止閥，以上各類型閥門被安裝在集成板前后的兩個側(cè)面上。集成閥的特點主要有：

①閥塊平面實現(xiàn)了集成化。通過在集成板的前后兩面布置各類閥，制作出的閥板相對較薄，并且閥板內(nèi)置的油孔數(shù)偏少，特別是主體交叉孔及輔助工藝孔數(shù)量十分少，顯著簡化了工藝，為組織與實現(xiàn)專業(yè)化生產(chǎn)創(chuàng)造了很大的便利條件，產(chǎn)品最后制造質(zhì)量得到較大保障。

②有助于治漏源、組裝及檢修。管接頭作為液壓系統(tǒng)主要的外漏源，在不影響使用功能的情境下減少管路連接點數(shù)目，這是一種十分可行的治漏手段。利用集成閥能夠明顯提升管路的精簡性，減少連接點數(shù)目，規(guī)避由管子引發(fā)的振動狀況，管接頭位置也不會出現(xiàn)泄漏與混入空氣等狀況。并且為組織、檢查、維修液壓系統(tǒng)等創(chuàng)造了很多便利條件。

③集成板中油道短且粗，系統(tǒng)順程不會損失較多壓力，有助于提升整個液壓系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

3.1.3 支腿操縱閥

改進(jìn)后的系統(tǒng)用單個支腿操縱閥替代轉(zhuǎn)閥、多路換向閥及手動換向閥?？梢娤萝囈簤合到y(tǒng)得到極大的簡化，減少了原車的部分漏油環(huán)節(jié)，使整車生產(chǎn)更具經(jīng)濟(jì)性，也解除了既往下車操作轉(zhuǎn)閥難度大、易發(fā)生卡死的不足。

3.2 工作裝置控制閥塊液壓回路

這種控制反饋為高空作業(yè)車液壓系統(tǒng)的總控制模塊。優(yōu)化設(shè)計時，控制閥塊選用了插裝閥的形式，借此方式減少控制閥塊的結(jié)構(gòu)尺寸，集成性顯著提升，節(jié)省了安裝空間;也能降低外部連接件的數(shù)目、減短閥塊之間的距離、降低作業(yè)車運(yùn)行階段沿程能耗量、全面優(yōu)化系統(tǒng)的性能及提升其運(yùn)行效率。

控制閥塊功能主要是調(diào)控作業(yè)車的伸縮、回轉(zhuǎn)、變幅等動作，基于恒流量控制確保以上運(yùn)動速度均勻、平穩(wěn)。不同功能模塊能夠單獨動作，也可以聯(lián)動。例如，作業(yè)臂能夠同時發(fā)出舉升與伸出動作，企業(yè)作業(yè)平臺也能進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)平操作。

3.3 液壓保險系統(tǒng)

原車施工作業(yè)階段，一旦膠管意外斷裂，將會導(dǎo)致液壓系統(tǒng)作業(yè)過程停止，故而系統(tǒng)改造階段選用了防暴安全閥。正常運(yùn)作模式下，液壓油由油口至第一個安全閥3，且會從液壓膠管被整合至第2個防暴安全閥1中，液壓缸內(nèi)的油推動活塞運(yùn)轉(zhuǎn)過程。如果負(fù)載P超載或在它類因素的作用下導(dǎo)致液壓膠管內(nèi)單一結(jié)構(gòu)破損，那么防暴閥2、4的背壓就會急劇降到零，閥芯快速閉合破裂油管位置的通路，不會影響油路的正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，這樣就起到了良好的保護(hù)作用。

3.4 應(yīng)急下放系統(tǒng)

作業(yè)車施工階段，一旦發(fā)生停電或其他因素導(dǎo)致液壓系統(tǒng)停運(yùn)，為確保能處于高空作業(yè)狀態(tài)的人員與設(shè)備能安全返回至地面，將以將一個應(yīng)急下放系統(tǒng)安裝在液壓系統(tǒng)內(nèi)。當(dāng)發(fā)生故障異常時，可以將油路看成是不流通。出現(xiàn)液壓系統(tǒng)停車問題時，工人先操作開啟3號1號截止閥，借助臂架和工作臺自體重量形成的負(fù)載驅(qū)動變幅油缸內(nèi)置的無桿腔形成一定油壓。因為1號、3號截止閥已經(jīng)被導(dǎo)通，油壓對伸縮油缸的活塞能起到直接驅(qū)動作用，這樣臂架就會被縮回?？s回內(nèi)采用啟閉4號截止閥去調(diào)控臂架縮回運(yùn)作速度。在等臂架整體縮回以后閉合4號3號截止閥，通過對2號截止閥進(jìn)行啟閉操作區(qū)調(diào)控變幅油缸，實現(xiàn)單獨回縮，使臂架下擺到工作合整體降至安全部位。此時閉合4個截止閥，系統(tǒng)便會恢復(fù)至原態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)檢修或恢復(fù)供電時，再次開啟液壓系統(tǒng)，作業(yè)車就能正常施工。

4? 結(jié)束語

經(jīng)改進(jìn)后的液壓系統(tǒng)應(yīng)用了國際上十分成熟的高端技術(shù)，有效的解除了國內(nèi)傳統(tǒng)高空作業(yè)車應(yīng)用中暴露的缺點，明顯提高了作業(yè)車工作效率與過程安全性，證實了改進(jìn)后系統(tǒng)的有效性，可以嘗試推廣應(yīng)用。

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