高空作业车支腿抖动原因分析及解决措施

王国栋，王先强，冯宁宁，张 岩

(山东泰开高压开关有限公司，山东 泰安 271000)

0 引言

高空作业车多以液压系统为动力源，液压系统的性能直接影响高空作业车的质量和使用寿命[1]。支腿是高空作业车的关键部件，在作业过程中起到安全支撑、防止车体倾翻的作用。目前国内外高空作业车支腿多采用H型四腿结构，在支腿回收时4个支腿应尽量保持平顺、同步。在实际试验过程中部分高空作业车出现支腿回收抖动的现象，支腿抖动将严重影响整车的操作性能，长期将会影响螺纹紧固件、液压管路接头的连接可靠性。本文对某型号高空作业车的支腿控制液压系统原理进行了分析，并对相应解决方案进行了验证。

1 支腿支撑系统

支腿支撑系统是保障高空作业车安全作业的关键系统，对车辆作业稳定性及工况适应性起到至关重要的作用。目前国内外高空作业车均采用四腿支撑系统，如图1所示。该支撑系统主要由支腿结构件、控制阀、油缸等部件构成。

图1 高空作业车四腿支撑示意图

作为支撑车体的执行部件,支腿系统中的液压缸需要在任意位置都能够保持停留并承受一定的负载。位置保持对于支腿垂直油缸至关重要，通常采用双向液压锁和平衡阀构建锁紧回路，避免因系统不供油、系统压力变化或者管路故障导致油缸自动回缩造成安全事故。平衡阀回路具有动态性能好、适用负载变化范围大等特点，但其结构复杂、成本相对较高[2]。双向液压锁因其结构简单、使用方便、成本低在高空作业车支腿锁紧系统中被广泛应用[3]。平衡阀与双向液压锁锁紧回路如图2所示。

图2 平衡阀与双向液压锁锁紧回路

2 双向液压锁工作原理

双向液压锁，也称双液控单向阀，在液压系统中能使液压缸在行程中的任何位置被锁紧，保证负载在所需位置上停留[4]。液压锁主要由两个结构相同的液控单向阀相互串联在一起组成，阀体上开设有4个主油孔，两端分别装有两个单向阀，中间为控制活塞，活塞上连有顶杆，用来控制左、右阀芯的开闭。阀芯采用锥阀式结构，密封性能好，泄漏极小[5]。某型号双向液压锁结构如图3所示。当A口供油时，系统压力将左锥阀芯打开使A口与A1口联通，液压油从A口流向A1口；同时压力将中间的控制活塞向右推动，控制活塞带动顶杆将右侧右锥阀芯打开，使B口与B1口联通，液压油从B1口流向B口，将封闭在B1腔中的液压油通过B口排出。反之亦然，即当一个进油时，另一个反向回油。当A、B口停止供油时，左、右锥阀芯及控制活塞在复位弹簧力的作用下复位，阀芯关闭达到保压的效果。

3 支腿抖动原因分析

3.1 支腿结构原因

高空作业车通常所采用的支腿结构形式为H型结构，如图4所示，主要由垂直内支腿、垂直支腿油缸、垂直支腿外框、水平内支腿、水平支腿油缸、水平支腿外框构成。

1-阀体；2-左锥阀芯；3-控制活塞；4-顶杆；5-右锥阀芯；6-右锥阀芯弹簧；7-左锥阀芯弹簧

1-垂直内支腿；2-垂直支腿油缸；3-垂直支腿外框；4-水平内支腿；5-水平支腿油缸；6-水平支腿外框

现结构垂直内支腿和垂直支腿外框之间的间隙较大，在不平整的地面作业时，举升内支腿顶部会与举升外框内侧面发生啃食的情况(图5所示)，导致垂直支腿回收时回收不平顺，从而产生抖动。

图5 支腿啃食示意图

3.2 支腿液压原理分析

支腿液压系统原理图如图6所示。在闭锁状态时，电磁阀处于中位P口，无进油，此时液压锁关闭保压，支腿油缸承受力F时支腿可保持伸出状态不变。当支腿收回时电磁阀阀芯右移，压力油从P口进入，此时连接有杆腔的液压锁单向阀开通，有杆腔进油。同时无杆腔单向阀控制油路中的压力油将无杆腔单向阀开启，无杆腔回油支腿回收。

因整车重量较大，支腿油缸所承受的力F也较大，因此在支腿回收时无杆腔已形成较大压力。在收支腿时油缸所受力F方向与油缸的运动方向一致，当无杆腔单向阀打开的瞬间油缸会加速运动，无杆腔的油路压力会瞬间下降，导致有杆腔油路的压力也快速下降，当压力低于液压锁中液控单向阀的开启压力时，单向阀迅速关闭，无杆腔油液无法排出，支腿停止回收[6]。此时液压泵仍然继续向有杆腔供油，使有杆腔油路继续升压，直到油路压力升至单向阀的开启压力后，再次打开无杆腔液控单向阀，使液压缸继续运动。无杆腔的液控单向阀的时开时闭，最终导致油缸运动的时断时续，进而产生抖动现象。

4 解决措施

4.1 支腿结构改进

为消除内、外腿之间金属摩擦，调节内、外腿之间间隙，以避免因间隙过大导致的支腿晃动及回收啃食的情况，在垂直内支腿与垂直支腿外框之间四面安装尼龙滑块，如图7所示，在垂直支腿外框上开口，将尼龙滑块嵌入进去，并通过压板将滑块压紧，使内支腿与滑块紧密接触。

图6 支腿液压系统原理图

尼龙滑块表面光滑，摩擦因数小，具有较高的抗拉、抗压强度，耐磨性好并且具有自润滑性，噪声低，通过增加尼龙滑块可以解决支腿结构摩擦阻力较大、啃食产生的抖动现象。

图7 改进后的支腿结构

4.2 支腿液压系统改进

为避免因无杆腔单向阀打开的瞬间油液瞬间回流，导致无杆腔的油路压力会瞬间下降的情况，可在无杆腔回油时增加单向节流阀，构成回油节流调速回路，降低无杆腔油液的回流速度。单向节流阀广泛应用于液压控制系统的调速回路中，其结构简单、成本较低[7]，改进后的支腿液压系统原理如图8所示。

图8 改进后的支腿液压系统原理图

单向节流阀串联在无杆腔油路中，安装于液控单向阀与液压缸之间，回油时单向节流调速[8]。这种方法增加了系统背压，控制了回油的流速，消除了液控单向阀时开时闭带来的抖动现象，使支腿回收平稳。单向节流阀结构简单，成本较低，只需在原有系统中串入即可。液压系统改进也可以采用平衡阀，但平衡阀结构复杂、成本较高。单向节流阀不仅解决了因液压系统原理导致的抖动问题，同时还可以通过调节节流阀开口的大小来保证4个支腿在回收时速度一致，使高空作业车更加平稳、安全，同时还可以避免因支腿回收不同步导致支腿受力不均衡对支腿造成损害的情况发生。

5 结论

通过对支腿结构及支腿液压系统原理的改进，有效解决了支腿回收抖动问题，并通过多次试验调试进行了验证。在结构设计和液压系统元件选用时，应全面了解其结构、功能原理、应用特点及使用工况等信息，根据不同的使用工况采用对应的技术措施，避免因设计结构及原理问题导致产品性能无法满足要求。