全液压驱动自行式高空作业车.pdf

务l 訇 化 全液压驱动 自行式高空作业车 The s el f - pr opel l ed ov er head w or ki n g t r uck w i t h f ul l hy dr aul i c dr i v e 李颖，杨健，邹炳燕，陈宽，郑宁 L I Yi n g ，Y ANG J i a n ，ZOU Bi n g y a n ，CHEN Ku a n，ZHENG Ni n g 天津中德职业技术学院，天津 3 0 0 3 5 0 摘要自行式高空作业车是一种靠自身动力行走并完成高空作业的行走设备。采用全液压驱动系统， 驱动力大，工作平稳可靠 ， 可实现上升、下降、前进、后退、转向等动作；根据作业平台的高 度可自行改变行走速度 ， 升起速度根据升起高度不同可自行调整；采用液压自动制动系统，集 行车制动装置和驻车制动装置于一体，结构紧凑；转向系统采用液压驱动转向梯形机构，减小 行车转弯半径； 具备行走速度自动转换和防倾倒功能，升起后行走速度自动切换为低速，防倾 倒装置自动处于保护状态；合理匹配电源、液压及电气控制系统， 提高整机传动效率。 关键词自行走 ；高空作业车；液压系统 中图分类号T H 1 3 7 文献标识码B 文章编号1 0 0 9 -0 1 3 4 2 0 1 4 0 1 下 - O l 1 9 -0 4 D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 -0 1 3 4 ． 2 0 1 4 ． 0 1 F ． 3 5 0 引言 自行式高空作业车是一种靠自身动力 蓄电 池 行 走和工作的高空作业车 。在机场 ，它是一 种服务 用车，用于飞机外 围的维护 、候机楼 内外 的高空作业 等。 目前，国 内各机场使用高 空作业 车的情况不 同，规模 较大的机场采用 了进 口的 自 行式高 空作业车 ，规 模较小的机场限于资金 ，用 其 他形式 的作业车代 替，使用起来很不方便 。国 外 进 口产 品价格过高不太适 应国内机场的应用 ， 有些机场虽然使用 了进 口设 备，但 由于设 备价格 昂贵，限于财力 ，购买 台数 有限，不能很好的满 足需 要 ，同时也给维修带来很 多麻 烦。针对上述 情况 ，参考 国外同类产 品，开发 了 自行式 高空作 业车。 1 自行式高空作业车的构成及特点 自行 式高空作业车主要 由作 业平 台 含伸 出 部分 、剪叉 式升 降机构 、车体 、防倾倒装置 、 行走机构 、电源、液 压系统及电气控制 系统等组 成，其总体布局如图1 所示 。 作业平 台安装在剪叉式升降机 构上 ，然后共 同安装在可行走 的车体上 。控制台分上控制 台和 下 控 制 台 ，上 控制 台在作 业平 台上置 于适 当的 高 度，便于工作人 员在高空作 业下 完成所有的操 作 ，下控制台在车体 的侧面 ，便于地 面工作人员 在地面上操 作 。电源 蓄 电池 、液压 系统 的油 源 、电气控制 系统 的控制电路部分安装在车体底 盘内。防倾倒装置设置在车体底部 。 1 ． 舅叉式升降机构 2 ． 车体3 ． 电源、液压系统4 ． 防倾倒装置 5 ． 下控制 台；6 ． 上 控制台；7 ． 作业平台；8 ． 平台锁紧装置 图1 自行式高空作业车总体布局 高空可行走是这种作 业车的一个重要特性 ， 它可完成多种情况下的高空作业 ，利用 自身动力 蓄电池 自动行走，可在工作场地 内、场地 与 场地之 间行驶 ，只需要一个人就可以在高空作 业 平 台上连续 完成高空作业 ，实现上升 、下降、前 进 、后退 、转 向等动作 。既可以在作业平 台收藏 状 态下行走 ，也可 以在作 业平 台升起状 态行走 ， 而且为 了安全起见 ，根据作业平 台的高度可 自行 改变行走速度 ，升起速度根据升起高度不 同可 自 行调整。另外 ，在地面上也可进行升降操作 。 收稿日期2 0 1 3 -1 0 - 2 7 作者简介李颖 1 9 6 8一，女，天津人，副教授，本科，主要从事流体传动及控制及机电一体化的教学和科研工作。 第3 6 卷第1 期2 0 1 4 0 1 下 [ 1 1 9 ] 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 匐 化 作 业 平 台有 行 走速 度 自动 转换 和 防倾倒 功 能 ，升起后行走速度 自动切换为低速 ，防倾倒装 置 自动打开 ，车两边的安全 防护板 向下翻转 ，处 于保护状态。 整车动作 采用全 液压驱动 ，驱动力大 ，工作 平稳可靠 ，作业车采用 了 自动驻车制动 系统 ，制 动 系统采 用液压 自动制动装置 ，集行车制动装置 和驻车制动装置于一体 ，结构紧凑 ，只要作业车 停止行走 ，则制动 系统 自动工作 。转 向系统采用 转向梯形机构和液压驱动 ，转向便利 。 该车作业平台的最大升起高度超过8 m，升降 架为折叠式 也称剪又式 ，支撑面积大 ，升起 后稳定 ，收拢后高度低 ，便于攀登 。整车操作灵 活 、方便 ，作业平台工作面积大 ，升降 、行走平 稳 ，噪音小 ，安全可靠 ，适用于飞机场等地面较 平整的场所。 2 自行式高空作业车的设计要点 2 ． 1行走速度自动转换和防倾倒装置 1 ． 倒 稽 ； 2 承 压 块 ；3 ． 局 形 板 ；4 ， 8 ， 1 2 ． 固 定 销 轴 ； 5 ， 1 0 ， 1 1 ． 销 轴 ； 6 ． 传动杆 ；7 ． 行程开关 ；9 ． 弹力缸 ；1 3 ． 支撑板 图2 防倾倒机构示意 图 作业平台升起后，作业车整体重心上移，稳定 性变坏。为保证行走稳定且避免倾倒，作业车设有 行走速度 自动转换和防倾倒机构，如图2 所示。 当平 台升起 时，车两边的安全防护板就会 自 动 向下翻转 ，处于保护状 态，行走时 ，若某个车 轮掉入 凹坑 中造成平 台倾斜 ，靠安全防护板 的支 撑 ，使高空作业车的最大倾角不会超过2 ． 5 。 ，大大 增加了作业车的安全性 。 行 走 速 度 自动 转换 和 防倾 倒 机 构工 作 原理 是作业平 台升起 后，剪 叉下 的压杆脱 离承压块 2 ，承压块2 不再承受剪叉和作业平台的重力W。 [ 1 2 0 1 第3 6 卷第1 期2 0 1 4 - 0 1 - F 扇形板3 在 自身重力作用下，绕基板上 的固定销轴 4 向下转动，并使承压块2 沿基板上 的倒槽1 向上移 动 。当扇形板3 向下转动一定角度后，扇形板3 压 下行程开关7 。行程开关7 发出电信号 ，减小 驱动 液压马达 流量 ，使 液压 马达 转速降低，作业车实 现慢速行走。 在基 板上的固定销轴8 上 ，装有一弹力缸9 。 传动杆6 通过销轴 1 O 安装在弹力缸活塞杆上。传动 杆6 的两端分别通过销轴5 和销轴 1 1 与扇形板3 和支 撑板 1 3 铰接 。弹力缸活塞杆受弹力作用可移动 ， 其最大移动量 由弹力缸行程决定 。当扇形板3 向下 转动时 ，传动杆6 在扇形板3 的带动和弹力缸9 的作 用下摆动，带动支撑板 1 3 绕基板上的固定销轴1 2 向外转动9 O 。，使支撑板1 3 的离地 间隙变小 。若 作业车车轮误入坑 中，支撑板l 3 便会接触地面 ， 支撑住作业车 ，避免倾倒发生。 当作 业平台降下后 ，承压块2 在剪叉和作业平 台的重力W作用下 ，向下移动 ，经扇形板3 、传动 杆6 的传动 ，使支撑板1 3 绕基板上的固定销轴 1 2 向 内转动9 0 。，恢复作业车的离地 间隙 。同时扇形 板3 脱离行程开关7 ，行程开关7 发出电信号，增加 驱动液压马达流量 ，使液压马达转速提高 ，恢复 作业车快速行走 。 2 ．2 自行式高空作业车全液压驱动系统 自行式 高空作业车是典型 的机 电液一 体化 系 统 ，主要有三 大部分组成 机 械部分、液压部分 和电气控制部分 ，这里重点介绍液压 系统。 2 ． 2 ． 1液压系统的工作原理及其构成 自行式高空作业车的液压 系统工作原 理如图 3 所 示 ，主要 由直流 电动机 、液压泵 、各种 液压 阀、执行 元件 升 降油缸 、转向缸 、行走马达 、 制动缸 、压 力显示单元 、过 滤装置及其 它辅助 元器件组成 。根据液压 系统所 完成的功能 ，将其 分 成 油源 回路 、升 降 回路 、转 向回路 、行走 回 路、制动回路等五部分 。 油源 回路直流电动机4 通 过联 轴器5 和液压 泵6 组合在一起，是整个液压系统 的能源所在 ；溢 流 阀8 用于调定液压系统 的最高压力 本系统 中为 1 6 MP a ，用作安全阀；吸油滤油器3 、回油滤油 器2 在 系统 中对液压油进行两道过滤 ；单 向阀7 的 作 用有二 一 是防止液压系统 中的液体倒流 回液 压泵6 ，对液压泵6 造成液压冲击 ，二是在对液压 泵进 行拆 装维修时避免系统中的油液倒流 ，造成 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 匐 化 不必 要的油液损失和环境污染 ；压力表 1 7 用于观 测 系统 中液压泵 出口 即溢流阀8 的工作压力， 压力表 1 9 用于观测减压 阀1 2 出 口的压 力，这两个 压力显示单 元只有在系统调试时是打开 的，根据 高空作业车的需要压力 ，当把溢流阀8 和减压 阀1 2 的设定压力调好之 后，就将两个压力显示单元在 集成块上 的接 口封上 ，作 业车正常使用时就不再 观 测压 力 。 升 降 回路 升 降操 作 既 可在 作 业平 台上 进 行 ，也可在地面进行 ，可 以通过 车体 上的一个转 换开关来选择 。元件4 、5 、6 组成 的电机泵组在接 到启动的信号后开始工作 ，液压泵6 1 1E 出的液体顶 开单 向阀7 ，到达换 向阀1 1 ，通过操作作业平台上 的手柄 或者车体上 的升 降开关 ，使得2 DT 得 电， 3 DT 得 电，1 DT失 电，则 液压油经过换 向阀1 1 、 1 5 和单 向节 流阀1 8 中的单 向阀，进入升降缸2 1 的 下腔 ，活塞杆伸 出 ，将作业平 台顶起 ，完成上升 动作 ，上升速度 有两个，作业平 台处于较低位置 时其上升速度较快 ，作 业平 台处于较高位置时其 上升 速度较慢 ，速度 的切换靠一个 行程开关 自动 完成 ，速 度的大小 由行程开关控制直流 电机 的调 速 回路来 实现 ；如果需要作业平 台停 留在空 中某 一 个位置 ，只需 将手柄或车体上 的升降开关复位 将手移开， IJ 1 D T、2 DT 失电，在阀1 5 的截止 状态 ，升降缸可靠 的停 留在所 需位置 ；作业平 台 下降时 ，操作作业平 台上 的手 柄或者车体上的升 降开关 ，使得3 DT 失 电，2 D T 失 电，1 DT 得电，则 作业平台在其本身和剪又架的自重作用下 ，将升降 缸下腔的油液经单向节流阀1 8 中的节流阀、换向阀 1 5 的左位 、换 向阀1 1 的右位、换向阀9 的下位、回 油滤油器2 回到油箱 ，作业平台下降 ，其下降速度 可通过调节单向节流阀1 8 中的节流阀来调整。 转 向 回路 转 向操 作是 在 作 业 平 台上 进 行 的。该种作业 车要求在平整的地面上行驶 ，不 需 要太大 的转 向力，更重要的是为 了使转 向平稳 、 可操作性好 ，转 向油缸 比系统 中其它的执行元件 所需要的工作压 力要 低，因此在转向回路 中设置 了减压 阀l 2 ，从液压泵6 中来的液压油经过减压阀 1 2 后进入换 向阀 1 6 ，通过搬动 操作手柄 ，可以使 得4 DT 或者 5 DT中的一个 得电 ，决定换 向阀1 6 的 工作位置 ，从 而决 定了转 向缸2 2 的运动方 向，也 就决定 了作业 车的运动 方向 ，是左转弯还是右转 弯 。当系统 出现故障时 ，打 开截 止阀2 0 释放转 向 缸2 2 两腔 的压力 ；节流阀 1 3 为转 向缸2 2 的运动设 置一个背压 ，使其运动平稳 ，转 向油缸 的速度不 可调整 。转 向油缸2 2 设置于两个前轮之 间 即前 轮转向。 行走 回路 行走操作在作业平 台上 进行。从 液压泵6 中来的液压油到达换向阀1 0 ，通过搬动操 作手柄，可以使得6 DT 或者7 D T中的一个得电，决 定换 向阀1 O 的工作位置，从 而决定 了行走马达2 3 和2 4 的旋转运动方向，也就决定了作 业车的运动 方 向是前进还是后退 ，行走速度有两个 ，作业平 台处于较低位置时其行走速度较快 ，作业平 台处 于较高位置时其行走速度较慢 ，速度 的切换靠一 个行程开关 自动完成 ，速度的大小 由行程开关控 制直流电机 的调 速回路来实现 。行走马达2 3 和2 4 分别安装于两个后轮上 即后轮驱动。 行 走操作 包括转 向操作 与升降操作不可 同时进行，它们 由一个转换开关进行选择 。 制动 回路 为了安全起见 ，本系统 中采取 了 停车即制动 的方法 ，不再利用方 向阀进行控制 。 当作 业车 处 于行 走状 态 时 此时换 向阀1 0 不 在 中位工作 ，利用梭阀1 4 总是从行走马达的两个 油腔中取出高压 油，提供给两个制动缸2 5 和2 6 ， 利用 液压的作用力克服弹簧力，制 动缸动作 ，使 得制动解 除；当作业 车处于停止状 态时 此时换 向阀1 O 中位工作 ，梭阀1 4 从行走马达 的两个油 腔 中取 出的都是低压油 ，则两个制动缸2 5 和2 6 在 弹簧力 的作用下处于制动状态 ，车辆不得行走 。 两个制动缸2 5 和2 6 安装于两个后轮 内 即后轮制 动 。 2 _ 2 _ 2 主要元器件的确定 根据高空作业车的有效载荷 2 5 0 K g 和最高 行驶速度0 ． 4 m ／ s ，确定各相关元件的规格。 综合分析高空作业车 的使用和 安装特 点，系 统需要 的最高工作压 力发生在作业 平台从 完全收 藏状态开 始升起 的时候 ，综合考虑泵 和升降缸 的 工作压 力与规格尺寸 ，确定 系统最高工作压力为 1 6 M pa。 液压泵的确定各执行元件 中，行走马达所需 流量最大，据此液压泵选择排量为5 ml ／ r 的齿轮泵， 这种泵的抗污染能力比较强，适合于室外工作。 升降缸的确定 综合考虑升 降缸 的速度、产 生推力、系统工作压力，选择缸径为9 0 mm，活塞 杆直径7 0 mm的双作用单活塞杆式液压缸。 第3 6 卷第1 期2 0 1 4 0 1 下 1 1 2 1 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 骞 、 l 訇 1 ． 空气滤清器 2 ． 回油滤油器 ；3 ． 吸油滤 油器 ；4 ． 直流电动机 ； 5联轴器；6 ． 液压泵 ；7 ． 单 向阀8溢流 阀9 ． 2 ／ 2 电磁换 向阀 1 0 ． 4 ／ 3 电磁换 向阀 ；1 1 ． 2 ／ 2 电磁球阀；l 2 ． 减压 阀；1 3 ． 节流阀 ； l 4梭 阀1 5 2 ／ 2 电磁球 阀l 6 ． 4 ， 3 电磁换向阀1 7，1 9 压力表 l 8单向节流阀2 0 ． 截 止阀；2 1 ． 升降缸 ；2 2 ． 转向缸 2 3 、2 4 行走 马达；2 5 、2 6 ． 制动缸 ；2 7 ． 油箱 图3 白行式高空作业车的液压系统工作原理图 行走马达 的确定 根据最大行驶速 度，并考 虑 行 驶 的低速 稳 定性 和 结构 简单 ，选 择 排量 为 2 0 0 ml ／ r 的低速大扭矩马达。 转 向缸的确定 选择缸径5 0 mm，活塞杆直径 3 6 mm的双作用双活塞杆式液压缸。 各种液压 阀的确定 选择 液压阀时 ，应考虑 其 在为执行元件提供最大流量时 ，不要有太大压 降，以减少功率损耗 ，考虑本系统 中流量较小 ， 各种 阀均确定为规格6 ，为了使结构 紧凑 ，各种液 压 阀均采用螺纹插装阀。 直流 电机 的确定 在平 台上升初始阶段 ，升 降油缸角度较小 ，顶起力量很大 ，为减小动力源 的功率 ，需要工作在低速状态 ；在行走启动阶段 要克服作业车 自身惯性 ，也需工作在低速状态 ， 这 就要求液压 系统在不 同工作状态下输 出不 同流 量 。采用电机调速方法与液压 系统调速相 比，可 [ 1 2 2 ] 第3 6 卷第1 期2 0 1 4 - 0 1 下 使液压系统 简单 ，降低造价 ，为此选 用直 流调 速 电机 ，通过 改变电机转 速来 改变流量 ，以调节行 走和平台上升 速度 。根 据系统最大工作压 力和液 压泵 的最大流量 ，确定直流电机功率为1 ． 5 k w，工 作电压为2 4 V。为提高作业车续航能力，电源选择 了1 2 支铅酸动力型蓄 电池供 电，每支蓄 电池的输 出电压为2 V、2 5 0 A h ，即总的电源电压为2 4 V，一 般可连续工作6 小时以上 。 高空作业车 属于行走设 备，因此在设计整个 系统时 ，要尽量使其体积小重量轻 ，结构紧凑 ， 同时还要兼顾检修方便 ，采用移 出式结构 ，将油 箱和其它除执行元件外的所有液压元件放置于移 出箱里 ，节省了空间。 3 结束语 自行式高空作业车采用全液压转 向操作 系统 和转 向梯形 结构 ，使行走车转弯半径最小 ，满 足 国内机场设 备 占地 密度大，空间狭小 的实际使 用 情 况。合理设计 液压及电气 自动控制 系统 ，实 现 机 、电、液一体化 ，提高整机 的技术水平。合理匹 配 电源及液压驱动 系统 ，提高整机传动效率，延长 单次充电的使用时间，减小电力消耗 。采用了液压 制动系统和防倾倒装置，以保证使用安全。 参考文献 【 1 】杨立新 ， 王成强 ， 张汝秀 ， 隋静伟 ． 高空作 业平台随动 底盘 车架受力分析 [ J 1 ． 建筑机械化， 2 0 1 3 ． 0 5 5 9 6 1 ， 9 3 ． 【 2 】张卫亮， 张奕， 千登． F T A在直臂式高空作业车液压系统 中的应 用【 J 】 ． 起重运输机械， 2 0 1 2 ． 0 9 9 9 1 0 2 ． 【 3 ]赵静一， 安东亮， 程斐， 敖文艳． J H P 2 6 型高空作业车液压控 制 系统研 究I J ] ． 机床 与液压， 2 0 1 0 ． 0 7 9 9 1 0 2 ． [ 4 】牛文欢 ， 张进 生， 王 志， 葛衍冉 ． 现代 高空作 业平 台的发展 概 况与趋势f J 1 ． 建设 机械技术与管理， 2 0 1 3 ．0 2 9 8 1 0 1 ． 【 5 ]唐传平． 高 空作 业车液压 系统污染途径 及控制[ J ] ． 专用汽 车， 2 0 0 5 ． 0 1 3 9 4 1 ． [ 6 】千 登 ． 自行 式 曲 臂 高 空 作 业 车 工 作 装 置 液 压 系统 状 态 监 测 与 故 障 诊 断 系统 研 究 【 D] ． 陕 西 省 长 安 大 学， 2 0 1 2 ． 0 6 5 7 6 9 ． [ 7 】张帆． 自行式高空作业车虚拟运动系统【 D】 ． 辽宁省 大连 理 工大 学 ， 2 0 0 8 ． 1 2 3 7 4 0 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m