伸缩臂抖动原因分析及解决措施

撰文/程明 樊传岗 刘震

■221004 徐州海伦哲专用车辆股份有限公司 江苏 徐州



伸缩臂抖动原因分析及解决措施

撰文/程明 樊传岗 刘震

■221004 徐州海伦哲专用车辆股份有限公司 江苏 徐州

通过对伸缩臂抖动机理的分析，结合伸缩臂抖动相关试验，总结出可能造成伸缩臂抖动的因素，同时进一步提出相关的解决措施。伸缩臂抖动；解决措施

背景现状

伸缩臂结构形式不仅占用空间小而且工作效率高广泛使用于各类工程车和各种专用车上，如起重机、消防车、高空作业车等。伸缩臂运动的主要执行机构为伸缩系统，伸缩系统的性能直接决定了伸缩臂运动的平稳性和可靠性。目前伸缩系统在运动过程中或多或少存在有冲击或抖动现象，导致臂架不能平稳运动。

抖动机理分析

一般伸缩系统主要构成有：臂架结构（主要有三节伸缩臂或四节伸缩臂）、伸缩链条（钢丝绳）、链轮、滑块、润滑油、伸缩油缸等。伸缩系统构成如图1所示［1］。

上图为普通伸缩臂伸缩系统的结构形式，伸缩原理为：伸缩油缸的伸缩运动带动二节臂运动，固定在二节臂上的伸缩链轮跟随二节臂运动，伸缩链条在伸缩链轮的驱动下带动三节臂运动，最终形成二节和三节臂架的同步伸缩。在伸缩运动过程中，伸缩油缸为伸缩运动的动力单元，伸缩链条是三节臂伸缩运动的驱动单元。四节臂的伸缩臂结构即在三节臂的基础上增加一节臂架和一套伸缩链。

结合伸缩系统的结构形式，并经过研究伸缩臂抖动的现象，最终可将该现象解释为两个振动模型：一是强迫振动模型；一是摩擦自激振动模型。

伸缩臂强迫振动模型如图2。

振动体M为末节臂架或者需要带动运动的臂端结构，激励F一部分来自底盘的振动，一部分来自链条传动产生的振动；系统刚度K和结构件刚度、液压刚度、伸缩链刚度、各装配体间的间隙等因素有关；系统阻尼和个结构件重量、摩擦系数等因素有关。

在强迫振动系统中主要影响因素有：激励大小、激励频率、系统刚度、系统阻尼等，这些因素和我们产品的底盘、结构件、配合间隙、摩擦系数等相互对应。

伸缩臂摩擦自激振动模型如图3［2］：

图1　

图3　

图2　

摩擦自激振动的基本特征为：

a振动呈典型的“爬行”（粘滑）运动。

b摩擦自激振动的频率等于或接近系统的固有频率。我们以某单位的某一型号高空车为例，计算摩擦自激励振动模型的频率：

臂架变幅角度为42°且臂架全伸时，伸缩油缸压力P=6.3MPa；

假设伸缩油缸中液压油的含气量为1%，查手册可得此时液压油的弹性模量E’=9×10²MPa；

计算液压油缸的刚度K=E’S/ L=1.15×106N/M；（L为伸缩缸长度3.9m）

根据现场测试该型号产品的抖动试验情况，抖动频率和计算结果频率比较吻合，由此可知伸缩臂的抖动可以用摩擦自激模型解释。

摩擦自激振动的成因包括：摩擦副动静系数不同且动摩擦系数小于静摩擦系数；传动系统刚度不足；运动速度太低；运动部件质量太大；阻尼比太小。根据伸缩臂产品特点，我们也可将这些因素与产品上润滑、臂架结构、滑块、液压系统的等相互对应。

影响因素及改进措施

通过以上分析，可将我们产品中产生抖动的因素归结为下表1。

表1

通过表1分析，影响伸缩臂抖动的实物因素最终体现为：滑块摩擦系数和润滑、臂架制作尺寸的一致性、合适的伸缩系统、稳定可靠的液压系统和底盘共振。

为了减小或消除抖动，我们可以采取如下几个措施：

a根据臂架的材质选择适合于臂架的滑块材质保证摩擦系数最小，同时在滑块和臂架的运动轨迹上保证充分的润滑以尽可能大的降低摩擦减少运动不稳定性。

b臂架结构（主要是滑块轨迹运动轨迹上）一定要通过各种工艺手段保证尺寸一致性，使滑块在运动过程中没有轨迹突变发生抖动和振动。

c选择大小合适的伸缩运动滚轮、链条（或钢丝绳）减少运动的自激励振动。

d设定合适的伸缩系统运动速度，保证该速度不与底盘发动机发生共振，产生振动或抖动。

e伸缩油缸的质量要控制，防止爬行、内泄和刚度不足产生的抖动或振动。

总结

通过以上分析，我们基本分析明确伸缩系统抖动主要由于强迫振动和自激励振动两方面原因造成，根据这两方面的原因找到具体体现在产品上的主要结构，并分析结构找到解决措施，以保证能减少或消除伸缩系统的抖动。

参考：

［1］刘永国. 汽车起重机伸缩臂回缩抖动分析.工程机械1991（11）：42-44；

［2］吴先明，吴仁智，洪涛. 起重机伸缩机构抖动机理分析. 工程机械1997 （11）：14-15，28.