伸缩臂式自行走高空作业车液压系统的改进探讨

秦基磊 史蔚

摘要： 液压系统是高空作业车的常用系统，在运行阶段其能实现无级调速，有操控便捷、省力及易于实现自动化等特征，虽然伸缩臂式高空作业车在使用中表现出较高的效能，但改进液压系统是相关领域人员职业生涯中孜孜不倦的追求。鉴于此，本文在解读液压系统主要构造、功能及工作原理的基础上，阐述其实际应用中存在的不足，对其阀门、液压保险及应急下放系统的改造要点、方法等进行总结，以供同行参考。

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.

關键词： 伸缩臂式;高空作业车;液压系统;系统改进

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

中图分类号：U46                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）23-0068-02

0  引言

高空作业车作为一种十分特殊的高空施工设备，当下其在市政电力、建筑业绩造船等领域中均有应用，尤其是在城市基础设施建设中起到的作用是十分显著的。合理应用高空作业车能明显减轻工作量、顺利完成高空环境下多种作业任务，同步提升了劳动生产效率与过程安全性。受制造技术等因素的制约，国内作业车的最大工作高度仅35m，且功能较单一，并且在使用安全方面尚没有形成可靠的保障，这是令人堪忧的，在很大程度上也不利于高空作业车的发展，故而相关部门应结合现实作业要求，有针对性的改进车液压系统，使其功能实现多样化，在高空作业中创造更多的效益。

1  高空作业车液压系统

1.1 功能分析  多泵系统是系统的主体，1个齿轮泵负责伸缩上车臂架、变幅和回转平台、转动车轮方向、拓展车桥，1个泵参与下车行走过程并发挥重要作用，1个泵负责执行工作篮子动作的发出过程，参照现实施工作业状况，从节省成本的视角出发，本课题设计研发出一种新型的液压系统。

1.2 原理  本文以国内某个型号高空作业车为实例进行比较分析，其液压系统的运行原理与功能如下[1]：通过串联3个机泵的方式达到全车动作，应用1台变量泵和2台变量马协同配合，共同调节控制下车行走过程，借此方式使全车行走实现高速化（4km/h左右）、低速化（大概2km/h）。采用另外1个齿轮泵去执行上车调转、伸缩臂伸缩与变幅、4轮协同转向、车桥扩张等诸多功能;第3个齿轮泵作用主要是调平与摆转工作篮。

2  系统应用中的存在的问题

2.1 系统构成复杂、安装检修难度高  在上车、下车液压系统内共计安装了30块、10块液压阀。只是在转台上的操纵箱（空间规格900×650×400）中安装的液压阀数量就达到8块，其中电液比例复合阀（形态规格500×300×250）在空间内占比高于20%。液压阀采用螺纹衔接方式，两个相毗邻的阀门采用钢管或者胶管进行交叉连接，暴露出管接头数目繁多，增加了现场安装、检查及维修等操作的难度。

2.2 应用双泵实现不同执行元件之间的联动式动作

电液比例复合阀的各联之间均属于并联油路，故而不能单纯依靠比例阀本体达到联合动作的目标。只有在双泵系统的协助下采可以实现联动。以上这种设计形式增加了整车的生产制造成本。

2.3 液压系统发热  多联电液比例复合阀内置了一个溢流阀，设计压力22MPa。众所周知，不同执行元件承担的工作压力有差异，只有在22MPa以上时，系统方能高压溢流，造成液压系统温度能持续上升，系统内外发热，进而造成部分发动机功率丧失[2]。

2.4 复合阀比例特性不显著  复合阀设计了一个相对较宽的作业压力范畴，并且不同执行元件的作业压力范畴有一定差异，故而在整个作业范畴中比例阀的比例特性显著被削弱。

3  液压系统的改进设计

3.1 阀门  对于原车液压系统在实践应用中暴露出的不足，笔者所在团队给予其较高重视，并尝试采用各种改进方法。经改进后的液压系统构成明显被简化，取缔了一些没有实际价值的辅助系统，进而使改造后的作业车仅内置了22块液压阀。具体是采购引用了德国Barrmag公司制造的组合式比例阀将最初的二联、三联电液比例复合阀取而代之，并且配合使用了集成板式结构的集成阀及下车支腿操纵阀。

3.1.1 Barrmag公司的比例阀

选用Barrmag公司的比例阀是本车液压系统改进的关键，有效消除了原车施工中暴露出的缺陷，明显改善了全车的功能，运行可靠性显著提升。将这种阀门用在本车液压系统内，其特点主要有[3]：

①阀结构紧凑、体积微小，只是国产五联比例阀的20%左右，增加了操纵箱中配置元件安装、运维管理的便捷性。

②解除了联动间题。附件SV、数个操纵块SZ，1个操纵块SE是这种比例阀的主要构成。不管是SZ操纵块还是SE操纵块，其均内置了比例换向阀于二通压力补偿器，后者等同于一个定差减压阀，当各执行元件的外负载出现改变时，能够较好的维持压力补偿器前后压力差的稳定性。在这样的情境下，经由各个执行元件的流量数值依然能维持恒定。故而，利用这种组合式比例阀，能够达到五个执行元件内任意两个的联合式运作。

③节省能源，减少系统出现发热情况。各个操纵块（SZ与SE）的压力补偿器都附有一个先导溢流阀，利用其制约各个执行元件的局部压力。如果各个执行元件的作业压力超出各先导溢流阀的设计值时，压力补偿器将会自动闭合，断离泵至执行元件的液流，工作腔油经先导溢流阀外流，切无需抵达附件SV系统准许的压力再溢流，明显降低了高压溢流损失，借此方式降低液压系统发热情况的发生率，取得良好的节能效果。

④比例特性优良。各个操纵块的压力补偿器能构成基础的调压范畴，可以逐一调整各个执行元件，进而增强对各执行元件工作压力条件的适应能力，这样能使比例阀相应区间中更突显比例特性。

⑤控制形式高端。这种法的控制方式较多，包括人工手动、液压、电动及复合控制四种。分析原车的控制形式，工作斗与转台上均应用了电动操控方法。改进后的系统，工作斗、转台上分别应用了电动、手动控制。手动控制模式施加的控制力于主滑阀芯的位移量之间存在正比关系，操作手感较好，比例特性十分显著。如果工作斗上电动操控方式突然故障问题，但不会影响转台上的操控过程，这样全车的控制可靠性显著提升。

3.1.2 集成阀

利用集成板（外形规格80×250×60）集成处理电磁换向阀、单向阀、电磁溢流阀、手动换向阀及截止阀，以上各类型阀门被安装在集成板前后的两个侧面上。集成阀的特点主要有：

①阀块平面实现了集成化。通过在集成板的前后两面布置各类阀，制作出的阀板相对较薄，并且阀板内置的油孔数偏少，特别是主体交叉孔及辅助工艺孔数量十分少，显著简化了工艺，为组织与实现专业化生产创造了很大的便利条件，产品最后制造质量得到较大保障。

②有助于治漏源、组装及检修。管接头作为液压系统主要的外漏源，在不影响使用功能的情境下减少管路连接点数目，这是一种十分可行的治漏手段。利用集成阀能够明显提升管路的精简性，减少连接点数目，规避由管子引发的振动状况，管接头位置也不会出现泄漏与混入空气等状况。并且为组织、检查、维修液压系统等创造了很多便利条件。

③集成板中油道短且粗，系统顺程不会损失较多压力，有助于提升整个液压系统的运行效率。

3.1.3 支腿操纵阀

改进后的系统用单个支腿操纵阀替代转阀、多路换向阀及手动换向阀。可见下车液压系统得到极大的简化，减少了原车的部分漏油环节，使整车生产更具经济性，也解除了既往下车操作转阀难度大、易发生卡死的不足。

3.2 工作装置控制阀块液压回路

这种控制反馈为高空作业车液压系统的总控制模块。优化设计时，控制阀块选用了插装阀的形式，借此方式减少控制阀块的结构尺寸，集成性显著提升，节省了安装空間;也能降低外部连接件的数目、减短阀块之间的距离、降低作业车运行阶段沿程能耗量、全面优化系统的性能及提升其运行效率。

控制阀块功能主要是调控作业车的伸缩、回转、变幅等动作，基于恒流量控制确保以上运动速度均匀、平稳。不同功能模块能够单独动作，也可以联动。例如，作业臂能够同时发出举升与伸出动作，企业作业平台也能进行相应的调平操作。

3.3 液压保险系统

原车施工作业阶段，一旦胶管意外断裂，将会导致液压系统作业过程停止，故而系统改造阶段选用了防暴安全阀。正常运作模式下，液压油由油口至第一个安全阀3，且会从液压胶管被整合至第2个防暴安全阀1中，液压缸内的油推动活塞运转过程。如果负载P超载或在它类因素的作用下导致液压胶管内单一结构破损，那么防暴阀2、4的背压就会急剧降到零，阀芯快速闭合破裂油管位置的通路，不会影响油路的正常运转状态，这样就起到了良好的保护作用。

3.4 应急下放系统

作业车施工阶段，一旦发生停电或其他因素导致液压系统停运，为确保能处于高空作业状态的人员与设备能安全返回至地面，将以将一个应急下放系统安装在液压系统内。当发生故障异常时，可以将油路看成是不流通。出现液压系统停车问题时，工人先操作开启3号1号截止阀，借助臂架和工作台自体重量形成的负载驱动变幅油缸内置的无杆腔形成一定油压。因为1号、3号截止阀已经被导通，油压对伸缩油缸的活塞能起到直接驱动作用，这样臂架就会被缩回。缩回内采用启闭4号截止阀去调控臂架缩回运作速度。在等臂架整体缩回以后闭合4号3号截止阀，通过对2号截止阀进行启闭操作区调控变幅油缸，实现单独回缩，使臂架下摆到工作合整体降至安全部位。此时闭合4个截止阀，系统便会恢复至原态，当系统检修或恢复供电时，再次开启液压系统，作业车就能正常施工。

4  结束语

经改进后的液压系统应用了国际上十分成熟的高端技术，有效的解除了国内传统高空作业车应用中暴露的缺点，明显提高了作业车工作效率与过程安全性，证实了改进后系统的有效性，可以尝试推广应用。

参考文献：

[1]刘敏.履带式高空作业车行走液压系统的设计分析[J].中国设备工程，2020（21）：108-109.

[2]庞峰，陈康，杨亮，等.一种高空作业车用的液压动力装置的电气电路系统[J].电力系统装备，2019，45（20）：89-91.

[3]郭会兴.高空作业车工作斗不能自动调平故障的排查[J].工程机械与维修，2019（01）：115.