汽车起重机活动支腿反变形设计

向上升，蒋绍军，冯 豪，莫思剑

XIANG Shang-sheng, JIANG Shao-jun, FENG Hao, MO Si-jian

（1.广西柳工机械股份有限公司，广西 柳州 545007；2.安徽柳工起重机有限公司，安徽 蚌埠 233010）

活动支腿是汽车起重机主要承载结构件之一，其性能直接关系到整车的吊重可靠性和作业安全性。汽车起重机作业时，H型的4条活动支腿支撑整车，一般要求支撑到车轮离开地面，活动支腿在整车重量作用下会产生挠度。相对活动支腿平直伸出状态，活动支腿与固定支腿的配合间隙会使活动支腿最外端产生5～20mm的上翘位移。从整车方向看，活动支腿两端有明显的上翘，这也是行业俗称的“老鹰膀子”。活动支腿上翘严重时，垂直油缸承受额外弯矩，可靠性降低；且需要增大垂直油缸长度来保证车轮离地，则设计时需提高整车重心，降低作业的稳定性和安全性。如何解决“老鹰膀子”问题，方案一可采用活动支腿的反变形设计[1～2]，可去除配合间隙造成的活动支腿外端上翘，且作业时活动支腿与固定支腿接触位置改变也稍微降低了活动支腿自身挠度引起的上翘位移，减小了活动支腿的整体上翘量，不需要提高制造成本和制造水平；方案二可增大活动支腿截面来增强刚度，这会引起体积增大及制造成本升高；方案三可减小活动支腿和固定支腿间配合间隙，这需要提高生产制造水平，设备投入成本高。

顾名思义，反变形设计就是预先给出与作业相反的变形，让整车工作时活动支腿引起的变形量减小。本文是在固定支腿和活动支腿上增加一个较厚的滑块来实现活动支腿反变形设计的理念，即如图1所示的上滑块2和下滑块7。

图1 活动支腿全缩虚拟装配图

1 基本尺寸设计

活动支腿设计一般根据整车总体参数确定活动支腿的纵向和横向跨距，计算出极限工况下活动支腿的最大支撑反力[3～4]，以此初步确定活动支腿的截面大小、垂直油缸全伸长度、支腿离地高度等参数，接着进行整体布置、结构放样及详细设计。

图2为活动支腿反变形设计主要设计图，此时活动支腿下滑块7与固定支腿下盖板接触，活动支腿上盖板与固定支腿上滑块2接触，活动支腿最佳放入位置为上下盖板与尺寸线L垂直时。

图2 基本尺寸设计图

反变形设计首要满足的条件就是保证参数L>h，否则不能满足装配要求。在图2所示活动支腿状态，活动支腿下滑块7最前端与固定支腿上盖板最外端接触时，活动支腿上盖板与固定支腿上盖板需要有一定的间隙。假如固定支腿和活动支腿干涉，可通过增大上滑块厚度、增大参数L1、减小活动支腿腹板尾端倾斜角度等方式来解决。

2 调节滑块设计

活动支腿反变形设计的一个特点是活动支腿斜着伸出，在全缩和全伸状态时调整滑块所起作用的贡献度是不一样的，因此要注重调整滑块的设计。图3为活动支腿两个极限位置的状态图，此时活动支腿下滑块7与固定支腿下盖板接触，活动支腿上盖板与固定支腿上滑块2接触。在图3a和图3b所示位置，可获不同的固定支腿与活动支腿的上盖板间距离h11和h12、不同的固定支腿下盖板与活动支腿下盖板间距离H21和H22、不同的支脚盘与固定支腿相对高度H41和H42。理论设计时，上调节滑块的大小取h11和h12的较小者，下调节滑块的大小取H21和H22的较小者。

图3所示状态不仅是调整滑块设计的状态，也是整车作业时无活动支腿自身挠度的状态。从图可看出，此时活动支腿两端低，考虑到活动支腿自身挠度效果，实际作业时活动支腿的两端基本与中间相平或两端略高，简单的解决了“老鹰膀子”问题。

图3 活动支腿调整滑块设计图

3 支腿伸出分析

根据上面提到的滑块设计原理，设计完成的滑块不能保持支腿伸出过程中如图3b所示的接触状态，即固定支腿上滑块始终与活动支腿上盖板接触，活动支腿下滑块始终与固定支腿下盖板接触。

考虑到焊接变形、尺寸拼接误差等影响因素，实际设计的滑块高度值都要小于理论值，加上本身滑块高度理论值在活动支腿伸出的各个位置都不一致，这都会引起活动支腿伸出时支脚盘有不同程度的下垂。因此，设计时需要考虑如何控制支脚盘处的下搭量在一个合适范围，必须保证在正常高低不平的路面上能顺利伸出活动支腿。

图4a所示状态为活动支腿全缩时，此时活动支腿重量作用下，活动支腿下滑块和固定支腿下盖板接触，活动支腿下盖板和下调节滑块接触，上滑块和活动支腿上盖板、上调节滑块和固定支腿上盖板之间都存在间隙。在水平油缸作用下，活动支腿逐渐伸出，随着伸出量的增加，当活动支腿前段部分绕下调节滑块的力矩大于后段时，此时活动支腿与固定支腿的接触状态由图4a过渡到图4b。图4b所示状态为活动支腿全伸时，下调节滑块与活动支腿下盖板接触，上调节滑块和固定支腿上盖板接触，上滑块和活动支腿上盖板、下滑块和固定支腿下盖板之间都存在间隙。

图4 活动支腿伸出状态图

4 作业过程分析

当活动支腿全伸后，一般是伸垂直油缸，要求在垂直油缸伸出过程中车架上平面基本水平。随着垂直油缸的伸出，悬架和车轮受力逐渐变小，此时活动支腿的接触状态逐渐由图4b转变为图3b。当车轮完全离地30～200mm时，垂直油缸不必全部伸出就可停止。在活动支腿承受整车重量和吊重工作时，可能会听到活动支腿与固定支腿处有轻微响声，这是滑块与盖板的摩擦移动所致，在对应位置多加注润滑脂即可。

5 性能参数分析

活动支腿反变形设计主要保证作业时活动支腿的上翘和伸出时支脚盘下搭匹配合适。当活动支腿上翘严重出现“老鹰膀子”现象时，影响垂直油缸的寿命和整车抗倾覆稳定性；当支脚盘下垂量很大，在碰到阶梯形状的路面时，活动支腿未全伸时支脚盘就可能接触到地面，减小了汽车起重机的作业范围。为此，需要根据公司设计水平和制造能力合理的设计滑块、调节滑块的高度及调节滑块的可调节范围。

6 结 语

本文活动支腿反变形设计理念已运用在我公司4种汽车起重机机型上，取得了良好效果，成功解决了“老鹰膀子”的问题，提高了整车作业的稳定性和安全性，值得行业借鉴和推广。 O

[1]张宗山，徐 莉，张美保.起重机的反变形支腿结构[P].中国专利：ZL 200720023114.3，2008-05-14.

[2]赵 斌，於 磊，章 琢，等.负倾角结构的起重机支腿装置[P].中国专利：ZL 200720046837.5，2008-07-16.

[3]张 青，张瑞军.工程起重机结构与设计[M].北京：化学工业出版社，2008.

[4]王金诺，于兰峰.起重运输机金属结构[M].北京：中国铁道出版社，2002.