伸縮臂抖動(dòng)原因分析及解決措施

撰文/程明 樊傳崗 劉震

■221004 徐州海倫哲專用車輛股份有限公司 江蘇 徐州

?

伸縮臂抖動(dòng)原因分析及解決措施

撰文/程明 樊傳崗 劉震

■221004 徐州海倫哲專用車輛股份有限公司 江蘇 徐州

通過對(duì)伸縮臂抖動(dòng)機(jī)理的分析，結(jié)合伸縮臂抖動(dòng)相關(guān)試驗(yàn)，總結(jié)出可能造成伸縮臂抖動(dòng)的因素，同時(shí)進(jìn)一步提出相關(guān)的解決措施。伸縮臂抖動(dòng)；解決措施

背景現(xiàn)狀

伸縮臂結(jié)構(gòu)形式不僅占用空間小而且工作效率高廣泛使用于各類工程車和各種專用車上，如起重機(jī)、消防車、高空作業(yè)車等。伸縮臂運(yùn)動(dòng)的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)為伸縮系統(tǒng)，伸縮系統(tǒng)的性能直接決定了伸縮臂運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和可靠性。目前伸縮系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過程中或多或少存在有沖擊或抖動(dòng)現(xiàn)象，導(dǎo)致臂架不能平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。

抖動(dòng)機(jī)理分析

一般伸縮系統(tǒng)主要構(gòu)成有：臂架結(jié)構(gòu)（主要有三節(jié)伸縮臂或四節(jié)伸縮臂）、伸縮鏈條（鋼絲繩）、鏈輪、滑塊、潤(rùn)滑油、伸縮油缸等。伸縮系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示［1］。

上圖為普通伸縮臂伸縮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，伸縮原理為：伸縮油缸的伸縮運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)二節(jié)臂運(yùn)動(dòng)，固定在二節(jié)臂上的伸縮鏈輪跟隨二節(jié)臂運(yùn)動(dòng)，伸縮鏈條在伸縮鏈輪的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)三節(jié)臂運(yùn)動(dòng)，最終形成二節(jié)和三節(jié)臂架的同步伸縮。在伸縮運(yùn)動(dòng)過程中，伸縮油缸為伸縮運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力單元，伸縮鏈條是三節(jié)臂伸縮運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)單元。四節(jié)臂的伸縮臂結(jié)構(gòu)即在三節(jié)臂的基礎(chǔ)上增加一節(jié)臂架和一套伸縮鏈。

結(jié)合伸縮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，并經(jīng)過研究伸縮臂抖動(dòng)的現(xiàn)象，最終可將該現(xiàn)象解釋為兩個(gè)振動(dòng)模型：一是強(qiáng)迫振動(dòng)模型；一是摩擦自激振動(dòng)模型。

伸縮臂強(qiáng)迫振動(dòng)模型如圖2。

振動(dòng)體M為末節(jié)臂架或者需要帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)的臂端結(jié)構(gòu)，激勵(lì)F一部分來自底盤的振動(dòng)，一部分來自鏈條傳動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)；系統(tǒng)剛度K和結(jié)構(gòu)件剛度、液壓剛度、伸縮鏈剛度、各裝配體間的間隙等因素有關(guān)；系統(tǒng)阻尼和個(gè)結(jié)構(gòu)件重量、摩擦系數(shù)等因素有關(guān)。

在強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)中主要影響因素有：激勵(lì)大小、激勵(lì)頻率、系統(tǒng)剛度、系統(tǒng)阻尼等，這些因素和我們產(chǎn)品的底盤、結(jié)構(gòu)件、配合間隙、摩擦系數(shù)等相互對(duì)應(yīng)。

伸縮臂摩擦自激振動(dòng)模型如圖3［2］：

圖1　

圖3　

圖2　

摩擦自激振動(dòng)的基本特征為：

a振動(dòng)呈典型的“爬行”（粘滑）運(yùn)動(dòng)。

b摩擦自激振動(dòng)的頻率等于或接近系統(tǒng)的固有頻率。我們以某單位的某一型號(hào)高空車為例，計(jì)算摩擦自激勵(lì)振動(dòng)模型的頻率：

臂架變幅角度為42°且臂架全伸時(shí)，伸縮油缸壓力P=6.3MPa；

假設(shè)伸縮油缸中液壓油的含氣量為1%，查手冊(cè)可得此時(shí)液壓油的彈性模量E’=9×102MPa；

計(jì)算液壓油缸的剛度K=E’S/ L=1.15×106N/M；（L為伸縮缸長(zhǎng)度3.9m）

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試該型號(hào)產(chǎn)品的抖動(dòng)試驗(yàn)情況，抖動(dòng)頻率和計(jì)算結(jié)果頻率比較吻合，由此可知伸縮臂的抖動(dòng)可以用摩擦自激模型解釋。

摩擦自激振動(dòng)的成因包括：摩擦副動(dòng)靜系數(shù)不同且動(dòng)摩擦系數(shù)小于靜摩擦系數(shù)；傳動(dòng)系統(tǒng)剛度不足；運(yùn)動(dòng)速度太低；運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量太大；阻尼比太小。根據(jù)伸縮臂產(chǎn)品特點(diǎn)，我們也可將這些因素與產(chǎn)品上潤(rùn)滑、臂架結(jié)構(gòu)、滑塊、液壓系統(tǒng)的等相互對(duì)應(yīng)。

影響因素及改進(jìn)措施

通過以上分析，可將我們產(chǎn)品中產(chǎn)生抖動(dòng)的因素歸結(jié)為下表1。

表1

通過表1分析，影響伸縮臂抖動(dòng)的實(shí)物因素最終體現(xiàn)為：滑塊摩擦系數(shù)和潤(rùn)滑、臂架制作尺寸的一致性、合適的伸縮系統(tǒng)、穩(wěn)定可靠的液壓系統(tǒng)和底盤共振。

為了減小或消除抖動(dòng)，我們可以采取如下幾個(gè)措施：

a根據(jù)臂架的材質(zhì)選擇適合于臂架的滑塊材質(zhì)保證摩擦系數(shù)最小，同時(shí)在滑塊和臂架的運(yùn)動(dòng)軌跡上保證充分的潤(rùn)滑以盡可能大的降低摩擦減少運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定性。

b臂架結(jié)構(gòu)（主要是滑塊軌跡運(yùn)動(dòng)軌跡上）一定要通過各種工藝手段保證尺寸一致性，使滑塊在運(yùn)動(dòng)過程中沒有軌跡突變發(fā)生抖動(dòng)和振動(dòng)。

c選擇大小合適的伸縮運(yùn)動(dòng)滾輪、鏈條（或鋼絲繩）減少運(yùn)動(dòng)的自激勵(lì)振動(dòng)。

d設(shè)定合適的伸縮系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)速度，保證該速度不與底盤發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生共振，產(chǎn)生振動(dòng)或抖動(dòng)。

e伸縮油缸的質(zhì)量要控制，防止爬行、內(nèi)泄和剛度不足產(chǎn)生的抖動(dòng)或振動(dòng)。

總結(jié)

通過以上分析，我們基本分析明確伸縮系統(tǒng)抖動(dòng)主要由于強(qiáng)迫振動(dòng)和自激勵(lì)振動(dòng)兩方面原因造成，根據(jù)這兩方面的原因找到具體體現(xiàn)在產(chǎn)品上的主要結(jié)構(gòu)，并分析結(jié)構(gòu)找到解決措施，以保證能減少或消除伸縮系統(tǒng)的抖動(dòng)。

參考：

［1］劉永國. 汽車起重機(jī)伸縮臂回縮抖動(dòng)分析.工程機(jī)械1991（11）：42-44；

［2］吳先明，吳仁智，洪濤. 起重機(jī)伸縮機(jī)構(gòu)抖動(dòng)機(jī)理分析. 工程機(jī)械1997 （11）：14-15，28.