汽車起重機(jī)活動支腿反變形設(shè)計(jì)

向上升，蔣紹軍，馮 豪，莫思劍

XIANG Shang-sheng, JIANG Shao-jun, FENG Hao, MO Si-jian

（1.廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西 柳州 545007；2.安徽柳工起重機(jī)有限公司，安徽 蚌埠 233010）

活動支腿是汽車起重機(jī)主要承載結(jié)構(gòu)件之一，其性能直接關(guān)系到整車的吊重可靠性和作業(yè)安全性。汽車起重機(jī)作業(yè)時(shí)，H型的4條活動支腿支撐整車，一般要求支撐到車輪離開地面，活動支腿在整車重量作用下會產(chǎn)生撓度。相對活動支腿平直伸出狀態(tài)，活動支腿與固定支腿的配合間隙會使活動支腿最外端產(chǎn)生5～20mm的上翹位移。從整車方向看，活動支腿兩端有明顯的上翹，這也是行業(yè)俗稱的“老鷹膀子”?；顒又壬下N嚴(yán)重時(shí)，垂直油缸承受額外彎矩，可靠性降低；且需要增大垂直油缸長度來保證車輪離地，則設(shè)計(jì)時(shí)需提高整車重心，降低作業(yè)的穩(wěn)定性和安全性。如何解決“老鷹膀子”問題，方案一可采用活動支腿的反變形設(shè)計(jì)[1～2]，可去除配合間隙造成的活動支腿外端上翹，且作業(yè)時(shí)活動支腿與固定支腿接觸位置改變也稍微降低了活動支腿自身撓度引起的上翹位移，減小了活動支腿的整體上翹量，不需要提高制造成本和制造水平；方案二可增大活動支腿截面來增強(qiáng)剛度，這會引起體積增大及制造成本升高；方案三可減小活動支腿和固定支腿間配合間隙，這需要提高生產(chǎn)制造水平，設(shè)備投入成本高。

顧名思義，反變形設(shè)計(jì)就是預(yù)先給出與作業(yè)相反的變形，讓整車工作時(shí)活動支腿引起的變形量減小。本文是在固定支腿和活動支腿上增加一個(gè)較厚的滑塊來實(shí)現(xiàn)活動支腿反變形設(shè)計(jì)的理念，即如圖1所示的上滑塊2和下滑塊7。

圖1 活動支腿全縮虛擬裝配圖

1 基本尺寸設(shè)計(jì)

活動支腿設(shè)計(jì)一般根據(jù)整車總體參數(shù)確定活動支腿的縱向和橫向跨距，計(jì)算出極限工況下活動支腿的最大支撐反力[3～4]，以此初步確定活動支腿的截面大小、垂直油缸全伸長度、支腿離地高度等參數(shù)，接著進(jìn)行整體布置、結(jié)構(gòu)放樣及詳細(xì)設(shè)計(jì)。

圖2為活動支腿反變形設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)圖，此時(shí)活動支腿下滑塊7與固定支腿下蓋板接觸，活動支腿上蓋板與固定支腿上滑塊2接觸，活動支腿最佳放入位置為上下蓋板與尺寸線L垂直時(shí)。

圖2 基本尺寸設(shè)計(jì)圖

反變形設(shè)計(jì)首要滿足的條件就是保證參數(shù)L>h，否則不能滿足裝配要求。在圖2所示活動支腿狀態(tài)，活動支腿下滑塊7最前端與固定支腿上蓋板最外端接觸時(shí)，活動支腿上蓋板與固定支腿上蓋板需要有一定的間隙。假如固定支腿和活動支腿干涉，可通過增大上滑塊厚度、增大參數(shù)L1、減小活動支腿腹板尾端傾斜角度等方式來解決。

2 調(diào)節(jié)滑塊設(shè)計(jì)

活動支腿反變形設(shè)計(jì)的一個(gè)特點(diǎn)是活動支腿斜著伸出，在全縮和全伸狀態(tài)時(shí)調(diào)整滑塊所起作用的貢獻(xiàn)度是不一樣的，因此要注重調(diào)整滑塊的設(shè)計(jì)。圖3為活動支腿兩個(gè)極限位置的狀態(tài)圖，此時(shí)活動支腿下滑塊7與固定支腿下蓋板接觸，活動支腿上蓋板與固定支腿上滑塊2接觸。在圖3a和圖3b所示位置，可獲不同的固定支腿與活動支腿的上蓋板間距離h11和h12、不同的固定支腿下蓋板與活動支腿下蓋板間距離H21和H22、不同的支腳盤與固定支腿相對高度H41和H42。理論設(shè)計(jì)時(shí)，上調(diào)節(jié)滑塊的大小取h11和h12的較小者，下調(diào)節(jié)滑塊的大小取H21和H22的較小者。

圖3所示狀態(tài)不僅是調(diào)整滑塊設(shè)計(jì)的狀態(tài)，也是整車作業(yè)時(shí)無活動支腿自身撓度的狀態(tài)。從圖可看出，此時(shí)活動支腿兩端低，考慮到活動支腿自身撓度效果，實(shí)際作業(yè)時(shí)活動支腿的兩端基本與中間相平或兩端略高，簡單的解決了“老鷹膀子”問題。

圖3 活動支腿調(diào)整滑塊設(shè)計(jì)圖

3 支腿伸出分析

根據(jù)上面提到的滑塊設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)完成的滑塊不能保持支腿伸出過程中如圖3b所示的接觸狀態(tài)，即固定支腿上滑塊始終與活動支腿上蓋板接觸，活動支腿下滑塊始終與固定支腿下蓋板接觸。

考慮到焊接變形、尺寸拼接誤差等影響因素，實(shí)際設(shè)計(jì)的滑塊高度值都要小于理論值，加上本身滑塊高度理論值在活動支腿伸出的各個(gè)位置都不一致，這都會引起活動支腿伸出時(shí)支腳盤有不同程度的下垂。因此，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮如何控制支腳盤處的下搭量在一個(gè)合適范圍，必須保證在正常高低不平的路面上能順利伸出活動支腿。

圖4a所示狀態(tài)為活動支腿全縮時(shí)，此時(shí)活動支腿重量作用下，活動支腿下滑塊和固定支腿下蓋板接觸，活動支腿下蓋板和下調(diào)節(jié)滑塊接觸，上滑塊和活動支腿上蓋板、上調(diào)節(jié)滑塊和固定支腿上蓋板之間都存在間隙。在水平油缸作用下，活動支腿逐漸伸出，隨著伸出量的增加，當(dāng)活動支腿前段部分繞下調(diào)節(jié)滑塊的力矩大于后段時(shí)，此時(shí)活動支腿與固定支腿的接觸狀態(tài)由圖4a過渡到圖4b。圖4b所示狀態(tài)為活動支腿全伸時(shí)，下調(diào)節(jié)滑塊與活動支腿下蓋板接觸，上調(diào)節(jié)滑塊和固定支腿上蓋板接觸，上滑塊和活動支腿上蓋板、下滑塊和固定支腿下蓋板之間都存在間隙。

圖4 活動支腿伸出狀態(tài)圖

4 作業(yè)過程分析

當(dāng)活動支腿全伸后，一般是伸垂直油缸，要求在垂直油缸伸出過程中車架上平面基本水平。隨著垂直油缸的伸出，懸架和車輪受力逐漸變小，此時(shí)活動支腿的接觸狀態(tài)逐漸由圖4b轉(zhuǎn)變?yōu)閳D3b。當(dāng)車輪完全離地30～200mm時(shí)，垂直油缸不必全部伸出就可停止。在活動支腿承受整車重量和吊重工作時(shí)，可能會聽到活動支腿與固定支腿處有輕微響聲，這是滑塊與蓋板的摩擦移動所致，在對應(yīng)位置多加注潤滑脂即可。

5 性能參數(shù)分析

活動支腿反變形設(shè)計(jì)主要保證作業(yè)時(shí)活動支腿的上翹和伸出時(shí)支腳盤下搭匹配合適。當(dāng)活動支腿上翹嚴(yán)重出現(xiàn)“老鷹膀子”現(xiàn)象時(shí)，影響垂直油缸的壽命和整車抗傾覆穩(wěn)定性；當(dāng)支腳盤下垂量很大，在碰到階梯形狀的路面時(shí)，活動支腿未全伸時(shí)支腳盤就可能接觸到地面，減小了汽車起重機(jī)的作業(yè)范圍。為此，需要根據(jù)公司設(shè)計(jì)水平和制造能力合理的設(shè)計(jì)滑塊、調(diào)節(jié)滑塊的高度及調(diào)節(jié)滑塊的可調(diào)節(jié)范圍。

6 結(jié) 語

本文活動支腿反變形設(shè)計(jì)理念已運(yùn)用在我公司4種汽車起重機(jī)機(jī)型上，取得了良好效果，成功解決了“老鷹膀子”的問題，提高了整車作業(yè)的穩(wěn)定性和安全性，值得行業(yè)借鑒和推廣。 O

[1]張宗山，徐 莉，張美保.起重機(jī)的反變形支腿結(jié)構(gòu)[P].中國專利：ZL 200720023114.3，2008-05-14.

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