分析高空作業(yè)車載人作業(yè)平臺臂架系統(tǒng)優(yōu)化設計

盧薇薇 徐海鈞

（山東星輝航空液壓機械有限公司， 山東 煙臺 264006）

高空作業(yè)車是以工程起重機為基礎發(fā)展起來的一種高空作業(yè)機械設備，因為需要載人作業(yè)，故而和普通的起重運輸設備相比較，作業(yè)車自帶特殊性。

1 高空作業(yè)車的結構分析

高空作業(yè)車將自制底盤作行走機構，具備了自行式高空平臺車的基本特征，在固定場所作業(yè)領域中表現出較高的適用性，特征以微動運行、拓展作業(yè)半徑等為主。依照作業(yè)臂形式的差異性，可以把高空作業(yè)車細化為垂直升降式、折疊臂式、伸縮臂式及混合臂式四種類型。本文研究的是伸縮臂式作業(yè)車，在運行的狀態(tài)下，工作臂縮回套疊，作業(yè)時會伸出，以上操作模式能明顯提升作業(yè)高度，并體現出作業(yè)效率高、操作流程簡易及動作平穩(wěn)等諸多優(yōu)勢。

金屬結構工作臂及調平系統(tǒng)為作業(yè)車的主要構成。借助銷軸臂架得以連接轉臺，利用變幅油缸達到變幅目標。其承載了作業(yè)車載人平臺的載荷及作業(yè)期間施加的多種外部載荷，故而臂架是影響作業(yè)車運行可靠與否的主要因素之一，臂架自重在整機總重中所占比例大于1/3，鋼材耗用量較大。

2 臂架變幅機構的仿真模型

臂架變幅機構的構成以轉臺、連桿、臂架、變幅油缸等為主。變幅機構的作用不僅是提升作業(yè)車高空作業(yè)高度，還有助于減輕油缸所承載的壓力。另外，作業(yè)車在變幅機構的鉸接支撐下，能實現360°的高空旋轉。

結合機械系統(tǒng)特征、屬性等，利用ADAMS 專業(yè)軟件建設模型，在實踐中針對那些結構較為復雜的模型，建議研究人員利用一些三維軟件建模。見圖1 所示，設計人員先在三維軟件的協助下，把高空作業(yè)車的臂架變幅機構整合至ADAMS 系統(tǒng)內[1]。隨即，設計人員合理選擇各部件的材料屬性，并把約束、驅動與載荷等特征添加到模型內變幅機構的各部件內。以上過程整體落實后，就能在ADAMS 軟件內快捷的建設變幅機構的仿真模型。待仿真模型建成后，設計人員便可以利用ADAMS 軟件對臂架變幅機構的動力學予以分析，這有益于增強臂架變幅機構在現實中的應用效果。

圖1 ADAMS 軟件系統(tǒng)

3 臂架變幅降低時的穩(wěn)定性分析及優(yōu)化

3.1 非穩(wěn)定性降低的原因分析

為確保高空作業(yè)車運行的安穩(wěn)性，就應在全面解讀導致其非穩(wěn)定性降低的各種成因，在此基礎上才能探析出科學、有效的應對措施。結合作業(yè)車的結構及運行特征，平衡閥控制壓力及負載波動情況對安穩(wěn)性形成的影響較顯著?！捌胶忾y控制壓力”即被定義為采用內控式、外控式及溢流式平衡回路，去調控作業(yè)車高空運作狀態(tài)，力爭維持其平穩(wěn)性?！柏撦d波動”是指針對負載驟然降低的狀況，平衡閥控制壓力卻未作出應對措施時，因閥芯迅速閉合而造成液壓缸突然停運。在數次啟動與關閉期間，就降低了臂架運行的平穩(wěn)性[2]。

3.2 優(yōu)化方案

近些年，計算機仿真技術得到很大發(fā)展進步，該技術有真實度高、成本偏低及可操性強等優(yōu)勢，當下仿真驗證已變成我們檢驗某些措施有效性的重要工具之一。

1） 創(chuàng)建仿真模型并設置相關參數：為提升所建模型和現實狀況之間的相符性，取得精確度更高的檢驗結果，本文聯合使用AMES 與ADAMS 軟件建設仿真模型。結合高空作業(yè)車的出廠試驗情況，我們發(fā)現臂架舉重上升和承載靜止狀態(tài)下，車臂架整體運轉穩(wěn)定，但是當臂架降低幅度在60°～70°區(qū)間內取值時，臂架自體會出現較明顯的抖動，這提示我們只要對作業(yè)車臂架降低階段持有的狀態(tài)進行仿真實驗分析即可。

2） 實驗結果分析，對仿真實驗結果進行整體分析后，我們發(fā)現所擬定的三種優(yōu)化方案均有益于提升臂架系統(tǒng)運行的安穩(wěn)性。對于在回油路上方增設節(jié)流裝置的方案而言，盡管其實施期間有益于提高臂架平穩(wěn)性，但會降低其運行速度，增加時間成本，難以有效滿足高空作業(yè)的現實需求。調整阻尼孔規(guī)格與導壓比的方案能促使車臂架穩(wěn)定降低，也不會延長降低時間，符合現實作業(yè)要求。隨后，我們又進行了同時使用如上兩種優(yōu)化方案的仿真實驗，發(fā)現若能同時減小阻尼孔內徑與提升導壓比，能夠更明顯的降低車臂架系統(tǒng)作業(yè)期間的振幅，強化臂架降低過程的平穩(wěn)性。

3） 實例分析，本文選用了一臺25m 長的高空作業(yè)車設備，要求其必須裝有液壓驅動的伸縮臂式，采用四連桿變幅機構。研究步驟如下：首先，觀察臂架變幅下落時的抖動頻次與安全性；其次，調整油路上阻尼孔的孔徑，評價其對臂架變幅形成的影響，采集有關數據。最后，調整液壓閥的原始回路，檢驗臂架降低時的穩(wěn)定性。研究發(fā)現[3]，在原始工況下，車臂架抖動頻率為8.4s 時對應的振幅是0.2mm，無法滿足高空作業(yè)要求，且可能危及作業(yè)人員人身安全。

4 結語

在我們日常生活中，經常會看到有高空作業(yè)車施工的工程項目，作業(yè)運行安穩(wěn)性是社會各方共同關注的問題之一?？茖W設置液壓系統(tǒng)參數，能較有效規(guī)避臂架抖動情況。