高空作业车举升臂液压控制系统分析与设计

郭文旭

摘要：目前，国产高空作业车多数以液压传动系统为执行机构的主要动力源，这是因为液压传动具有在同等的体积下，液压装置可以比电气装置产生出更多的动力，液压装置工作比较平稳，能在大范围内实现无级调速，易与电气控制结合实现自动化等优点，广泛被用在工程机械领域。而采用机电液一体化技术的综合控制系统可以进一步提高其工作效率、节约能源、提高系统控制精度、提高作业安全性和操作舒适性，因此对高空作业车的机电液一体化系统进行研究具有巨大的经济潜力。基于此本文分析了高空作业车举升臂液压控制系统分析与设计。

关键词：高空作业车；举升臂液压控制；设计

1、研究意义

高空作业车举升机构电液控制系统作为控制和转化单元对高空作业车的性能具有十分重要的影响。随着电液比例技术的不断进步，以及电液比例阀价格低廉、对液压油的抗污染能力强、工作性能不逊色于伺服阀等一些列优点，使得电液比例阀组成的系统能满足绝大部分工业控制的要求等特点，国内外大量研究人员对电液比例控制技术进行了研究工作，尝试通过多种智能控制算法和控制方式，不断提高系统的响应性能，极大地提高了电液比例阀的工业应用前景。因此，对于高空作业车来说，采用机电液一体化技术的综合控制系统可以进一步提高其工作效率、节约能源、提高系统控制精度、提高作业安全性和操作舒适性，因此对高空作业车的机电液一体化系统进行研究具有巨大的经济潜力。

2、举升臂液压执行机构的设计和分析

由于高空作业车举升臂的工作载荷不同，在设计液压系统时，回路采用的形式以及液压元件选择都应该具体考虑到机构的特点来进行设计和匹配。举升臂系统总原理图2所示，以下对各举升臂的液压回路分别进行分析。

1-液压泵；2-应急手油泵；3-溢流阀；4-压差发讯器；5-溢流阀；6-油箱；7-中心回转接头；8-电液比例阀组；9-电磁卸荷阀；10-三通压力补偿器；11-先导减压阀；12-溢流阀；13-二通压力补偿阀；14-梭阀；15-电磁阀组；16-回转马达；17-缓冲阀；18-上臂液压缸；19-液控单向阀；20-单向节流阀；21-中臂液压缸；22-液控单向阀；23-下臂液压缸；24-双向平衡阀；25-调平液压缸；26-双向平衡阀；27-电液比例阀；28-单向节流阀

2.1下臂液压回路

如图2所示，下臂变幅执行机构采用双作用式液压缸，由于结构的特点使下臂在升臂和落臂的过程中存在反向负载的情况，在液压回路中设置了双向平衡阀来保证液压缸的速度保持恒定，防止液压缸在反向负载的带动下加速运动。双向平衡阀6在原理上是两个外控式单向平衡阀的组合，进油路的进油压力作为回油路平衡阀的控制压力，工作时，进油经过单向阀进入工作腔，同时，回油路的顺序阀在进油压力的作用下打开，使液压油回油箱。这样在活塞伸出或者回缩时，回油路始终保持一定的回油压力，防止出现超速的危险。

2.2中臂液压回路

中臂的液压回路原理如图3所示，中臂液压缸在设计时考虑到降低中臂的重心和中臂的传力效果，采用了双液压缸加四连杆的传动形式。为了防止高空作业时，液压缸在负载力的作用下自行下降，在无杆腔的进油路上设置了对称的液控单向阀，这样可以防止液压缸在载荷作用下的自动回落。

2.3上臂液压回路

由于上臂是直接连接作业平台的工作臂，对液压缸的速度稳定性要求较高，在设计液压回路时，进、回油路均设置了单向节流阀6，可以对液压缸的运动速度在一定范围内实现无极调节。同样，为了防止上臂液压缸的自行回落，在液压缸的无杆腔油路上设置了液控单向阀7，上臂液压回路如图4所示。

2.4调平液压回路

高空作业车调平机构在变幅过程中，工作载荷的变化复杂，出于对工作安全性考虑，系统在设计时，采取对调平液压缸单独供油，防止由于多个执行机构的联合动作造成调平液压缸的供油不足，产生调平滞后。调平回路的液压原理如图5所示，同样考虑到存在负负载的情况，在回路上设置了双向平衡阀4保证调平液压缸的速度稳定，不会出现速度失控现象，同时具有高空作业时液压缸锁止功能。

3、注意事项

（1）折叠臂式高空作业车变幅机构控制系统设计的难点之一是联动控制，即在变幅执行机构运动过程中，如果变幅系统有多个动作同时执行，为了防止各个控制回路间的相互干扰，同时又能够实现以较少的操纵手柄实现多功能的变幅操作目的，十分有必要开发运一种新型的控制系统，能够实现高空作业车变幅的完全自动化，因此设计出一种具有可靠性高，通用性强的变幅控制系统对提高高空作业车的作业效率具有十分重要的意义。（2）高空作业车的操作需要专业人员经过培训后才能进行操作，折叠臂式高空作业车的操纵方式相对其他车型要复杂，操作人员的劳动强度大，为了减轻操作人员的劳动强度，因此，如何设计一种具有智能化的变幅控制系统实现自动操作仍是今后研究的热点。（3）高空作业车的安全装置对于提高作业时的可靠性和工作人员的人生安全至關重要，随着使用时间的增加，系统的故障率不断提高，为生产安全造成隐患。因此，设计一套具有故障预诊断功能的控制系统，为进一步改进高空作业车的操作安全性具有十分深远的意义。

总之，高空作业车举升臂液压控制系统的研究具有非常重要的意义，因此需要进一步加强优化设计。本文分析了高空作业车举升臂液压控制系统分析与设计，以期提供一些借鉴。

参考文献：

[1]尹信贤.高空作业车执行机构机电液一體化仿真分析[D].重庆交通大学，2012.

[2]谷德君.高空作业车调平装置动力学仿真[D].大连理工大学，2008.

[3]郭佳.混合臂式高空作业车的结构设计及分析[D].哈尔滨工业大学，2013.