高空作业车工作平台调平机构.pdf

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1、中国矿业大学机电工程学院胡 元 关键词：高空作业车作业平台调平机构 高空作业车是电力、通讯、交通、市政、消防、救 援、建筑等行业进行施工、维护修理等作业的理想设 备。随着我国国民经济的蓬勃发展，高空作业车的需 求量迅速上升。高空作业车的升降方式有折叠式、伸 缩式和混合式等多种形式，作业高度从十几米到几 十米不等，其工作平台的调平方式经历了从自重调 平到电液调平的发展过程 1 1 2 1 3 1 。本文介绍高空作业车 工作平台常用的调平技术。 1 利用平台自重的调平机构 利用平台自重调平是出现最早、结构最简单的 一种工作平台调平方式，其原理见图1 ，平台的重心 在作业平台1 与臂杆3 连接的转动

2、铰点2 的正下 方，且靠近底部，利用工作平台和载荷的重力作用使 平台无论如何升降都能自动保持水平状态。该方法 结构简单、重量轻、调整维修方便、成本低，但易晃 动，特别是当操作人员在平台中的位置变动时，平台 产生摇动，操作人员有不安全的感觉，因此在平台达 到作业位置后要使用锁紧机构防止摇动，操作起来 - - - 3 4 - - - l ，作业平台2 铰点3 臂杆 图1自重调平机构示意图 比较麻烦，只在工作高度较低、技术性能低的作业车 上使用，现在已较少采用。 2 平行四连杆调平机构 平行四连杆调平机构由一组或多组平行四边形 连杆机构组成，原理见图2 ，调平机构一端与工作平 台4 相连，另一端与回

3、转台1 连接，上平行四边形3 和下平行四边形2 相连处的短边固联在一起，利用 平行四边形在变形过程中两组对边始终分别保持平 行的原理，无论折叠臂如何升降，工作平台始终保持 水平状态。其调平过程是连续的，具有调平可靠、同 步眭好的特点。且在实际应用中折叠臂本身可以作 为平行四边形的一个边，因此结构比较简单，主要用 在折叠臂式高空作业车上。缺点是平行四连杆机构 只能在臂杆外侧布置，结构不紧凑，由于平行四连杆 的限制，臂杆之间的工作角度范围小于1 8 0 。 1 回转台2 下平行四边形3 上平行四边形4 工作平台 图2平行四连杆调平机构示意图 3 链条链轮式调平机构 链条链轮式调平机构是由平行四连杆

4、调平机构 万方数据 演变而来的，原理见图3 ，链轮3 固定在工作平台2 上，链轮6 固定在回转台1 上，4 和5 都是双联链 轮，所有链轮齿数和齿形参数均相同，链轮之间绕有 链条。由于链轮3 和6 分别固定在工作平台和回转 台上，当臂杆变幅时，链条强制带动工作平台作相应 的反方向角度变化，无论臂杆如何升降都能保证平 台处于水平状态。 1 回转台2 工作平台3 、6 链轮4 、5 双联链轮7 链条 图3链条链轮式调平机构示意图 链条链轮式调平机构比平行四连杆调平机构的 工作角度更大，臂杆之间的工作角度范围大于 1 8 0 。，且链条、链轮可以安装在臂杆内部，结构紧 凑，易于安装、调整和维护。 根

5、据实际需要，可以用平行四连杆和链条链轮 组成混合式调平机构，布置更加灵活，如图4 所示， 链轮4 与上平行四边形3 的短边固联在一起，在臂 杆的升降过程中，工作平台始终保持水平。 4 静液压调平机构 静液压调平也称为液压伺服液压缸调平，如图 5 所示，主体部分由两只结构尺寸完全相同的调平 液压缸I 和调平液压缸组成。两根液压缸的无杆 腔与无杆腔相连，有杆腔与有杆腔相连，能保证一只 1 回转台2 下平行四边形3 上平行四边形4 、5 链轮6 工作 平台7 链条 图4 混合式调平机构示意图 液压缸伸长( 缩短) 一定长度，另一只液压缸缩短( 伸 长) 相同的长度。调平液压缸I 连接在回转台1 与臂

6、 杆2 之间，调平液压缸连接在臂杆2 与工作平台 3 之间。当臂杆变幅时，调平液压缸I 长度发生改 变，与工作平台相连的调平液压缸发生相反方向 的长度改变。调平液压缸I 伸长一段距离，A B C 增加；调平液压缸缩短相同的距离，厶4 B C 减 少。合理设计A A B C 和A B7 c7 的边长，厶4 B C7 减 少的角度约等于_ A B C 增加的角度，从而使工作平 台保持水平。两只调平液压缸组成闭环系统，不受外 部系统的影响，为防止密封和接头处泄漏影响工作 平台的调平性能，需在系统中安装补油装置。这种调 平机构具有结构简单、成本低、精度高的特点，适用 于伸缩臂式高空作业车。但存在滞后现

7、象，且滞后现 象随着高度的增加而更加明显。 5 电液调平机构 电液调平的基本工作原理是通过安装在工作平 台上的水平传感器来感知平台的状态，并产生一个 相应的电流，控制调平液压缸的动作，最终使平台保 1 回转台2 臂杆3 工作平台4 调平液压缸I5 有杆腔连接油路6 无杆腔连接油路7 调平液压缸 图5静液压式调平机构示意图 一3 5 万方数据 持水平状态。电液调平机构又分为电液自动调平和 电液比例调平。 如图6 所示，电液自动调平机构主要部件包括 水平传感器1 、调平液压缸5 和电磁换向阀7 。其中 水平传感器1 安装在工作平台2 上，当工作平台处 于水平状态时，水平传感器输出电流为零，当工作平

8、 台发生倾斜时，水平传感器产生控制电流，电流的大 小不随工作平台的倾斜角度变化而改变。根据工作 平台倾斜方向的不同，控制电流进入电磁换向阀7 的2 个电磁线圈中的1 个，使电磁换向阀工作，调平 液压缸5 伸长或缩短，带动链轮链条传动机构4 运 动，最终使工作平台趋于水平。调平是不连续的，适 用于折叠臂式和伸缩臂式高空作业车。 1 水平传感器2 工作平台3 臂杆4 链条链轮传动机构5 调平液压缸6 液压锁7 电磁换向阀 图6电液自动调平机构示意图 如图7 所示，电液比例调平机构由水平传感器 1 、调平液压缸5 、电液比例伺服阀7 和放大比较器 8 组成。与电液自动调平机构不同的是，水平传感器 输

9、出信号的大小与工作平台的倾斜角度成正比。当 臂杆变幅时，工作平台与水平面产生一定的夹角， 水平传感器输出相应大小的信号，经放大比较器放 大、判定方向后，由驱动电路输入到电液比例伺服 阀7 中相应的比例电磁铁，比例伺服阀的阀芯产生 位移，输出压力液体，压力液体的流量与控制电流 成比例，即与工作平台的倾斜角度成正比，压力液 体作用于调平液压缸5 两腔中的一腔，使活塞杆伸 长或缩短，控制工作平台发生与原倾斜方向相反的 转动，工作平台恢复到水平状态。在工作平台倾斜 角度减小的过程中，水平传感器输出信号变小，压 力液体的流量减少，工作平台与水平面之间夹角大 一3 6 1 水平传感器2 工作平台3 臂杆4

10、 链条链轮传动机构5 调平 液压缸6 液压锁7 电液比例伺服阀8 放大比较器 图7电液比例调平机构示意图 时恢复水平的速度快，工作平台与水平面之间夹角 小时恢复水平的速度慢，因此其调平过程连续、平 稳，调平性能好、控制精度高、动态响应快，适用于各 种形式的大高度的高空作业车。 参考文献 1 田丽敏，郭维斌全折叠臂小型高空作业车的调平机构 叨工程机械，2 0 0 3 ，3 4 ( 2 ) 2 苏冲，张丽娜C D Z 5 0 登高平台消防车作业平台的自动 调平系统 J 建筑机械与设备，2 0 0 4 ，3 5 ( 9 ) 3 董大为S i m o n C e l i a 高空作业车的自动调平机构

11、J 】筑 路机械与施工机械化，2 0 0 4 ( 6 ) 通信地址：江苏徐州中国矿业大学机电学院( 2 2 1 0 0 8 ) ( 收稿日期：2 0 0 6 0 9 0 5 ) 万方数据 高空作业车工作平台调平机构高空作业车工作平台调平机构 作者：胡元， Hu Yuan 作者单位：江苏徐州中国矿业大学机电学院,221008 刊名： 工程机械 英文刊名：CONSTRUCTION MACHINERY AND EQUIPMENT 年，卷(期)：2006，37(12) 引用次数：4次 参考文献(3条)参考文献(3条) 1.田丽敏.郭维斌 全折叠臂小型高空作业车的调平机构期刊论文-工程机械 2003(2

12、) 2.苏冲.张丽娜 CDZ50登高平台消防车作业平台的自动调平系统 2004(9) 3.董大为 Simon-Cella高空作业车的自动调平机构期刊论文-筑路机械与施工机械化 2004(6) 相似文献(9条)相似文献(9条) 1.期刊论文 赵庆利.杨晓波 高空作业车作业平台防碰撞装置的改进 -建筑机械2004(5) 当高空作业车最大作业高度大于20m时,通常作业平台装有防碰撞装置,以防止作业平台与建筑物等物体在空中相碰.我公司从1986年研制GKZ-32型高 空作业车的作业平台防碰撞装置雏型至今,经过多次改进,作业平台防碰撞装置的性能、质量得到逐步提高.由于这种装置的实用性,有的用户在最大作业

13、 高度为20m以下的高空作业车上也要求增加作业平台防碰撞装置.笔者经归纳整理后,将几次典型的改进介绍给读者. 2.学位论文 刘子金 高空作业车作业平台自动调平系统的研究 1993 3.学位论文 滕辉 高空作业车电液自动调平系统的研究 2006 高空作业车广泛用于建筑、市政、机场、工厂、园林、住宅等场所，从事消防、抢险救灾、施工、安装、维护等工作。本文针对徐工集团CDZ22型高 空作业车，采用了三种电液方式来实现作业平台的自动调平，进行了大量的理论研究和实验测试。 论文第一章中，首先介绍了高空作业车调平系 统的基本原理、发展历程及国内外研究现状，总结出高空作业车自动调平系统存在的关键性问题，拟重

14、点研究其核心控制单元电液控制阀，故对高速开 关阀和比例伺服阀进行了性能上的对比。然后论述了课题的研究意义和重点研究内容。 论文的第二章中，采用HSV常开高速开关阀作为先导控制阀 、锥阀作为二级阀的方案，以达到高空作业车40Lmin的大流量的控制要求；依靠回油腔的高速开关阀的开关动作调节回油量，实现作业平台的自动调 平。在机械方面，对液压系统所需的部分元件进行了选型，设计了锥阀阀芯、阀套的结构，并设计了一个集成阀块，使各个元件的流道连通，协调工作 。在电路上，设计电路板接受传感器的反馈信号，经过信号处理之后，输出对应的信号驱动各个电磁铁，对平台的倾斜角度实时地进行调整，使平台底 面始终处于水平状

15、态。然后，建立了高速开关阀控制锥阀的数学模型，并应用Matlab中的Simulink工具，采用S函数编程的方法进行了仿真分析，得到了 输入PwM脉冲信号时，阀芯位移、压力、流量等随时间变化的曲线。最后，把整套系统连接组装起来进行实验，模拟高空作业车的实际调平状态。实验结 果表明，高速开关阀控制锥阀的方案是可行有效的。 论文的第三章中，采用HSV常闭高速开关阀作为先导控制阀、滑阀作为二级阀的方案。首先对 液压系统所需的部分元件进行了选型，设计了滑阀阀芯、阀套的结构;并设计了一个集成阀块的机械结构。然后，设计控制电路板，最后进行实验数据的 测试。实验结果表明，高速开关阀控制滑阀的方案是可行有效的。

16、 论文的第四章中，采用比例伺服阀的方案，着重介绍了比例伺服阀的控制板的 设计，实现了所需的控制功能。尤其针对各种特殊情况，如使能、电源电压过低、反馈信号断路、电磁铁短路、报警等电路进行了详细的讨论，提高了 比例伺服阀控制板的可靠性。 论文第五章中，对全文工作进行了研究总结，对三种方案的优劣进行了比较分析，并对后续工作提出了展望。 4.期刊论文 胡竟湘.魏建华.滕辉.Hu Jingxiang.Wei Jianhua.Teng Hui 高速开关阀的控制及应用 -矿业研究与开 发2008,28(4) 分析了高速开关阀脉宽调制(PWM)的控制原理和控制特性.在此基础上,设计了高空作业车的电液自动调平液

17、压系统,该系统能使作业平台始终自动保 持水平. 5.期刊论文 杨晓波 一种调平传感器 -工程机械2004,35(2) 文章叙述一种新研制的调平传感器的工作原理和工作电路;并对调平传感器的结构、调试方法与实测性能作了介绍;最后说明在高空作业车作业平台 调平中的应用情况. 6.期刊论文 江创华.刘刚.苑爱娟.李彬.陈英晖 高空作业平台作业斗称重装置的研究 -工程机械2009,40(7) 高空作业车上的作业平台在工作过程中,如果不能准确称量作业斗内的重量,容易造成翻车的重大事故.传统的称重装置无法消除人或物体在斗内不同 位置时对称重精度的影响.介绍一种新型称重装置的结构组成和称重原理,该称重装置通过

18、测量碟形弹簧处的受力值,经过计算得出物体的重量,测量值只 与两个铰接体的距离有关,不受负载在作业斗中位置的影响,能够准确地称出物体的重量,确保高空作业车的作业安全. 7.期刊论文 柏红专.罗亮平.BAI Hong-zhuan.LUO Liang-ping GTBZ14型折叠臂架式橡胶履带高空作业平台 -建筑 机械化2006,27(1) 我国现有的高空作业平台普遍采用汽车底盘改装而成,行驶性能和驾驶性能取决于所选择的汽车底盘.现有产品注重高空作业车的行驶性能和驾驶性 能,但忽视了施工现场道路的复杂情况.而我国大部分变电站和建筑施工现场道路情况复杂,施工空间狭窄,因此迫切需要一种道路兼容性好、作业

19、高度高 、使用成本低、对地面压强小的运载工具,并兼有一定的重物起吊能力. 8.期刊论文 孙元.高顺德.白日.高凯清.SUN Yuan.GAO Shun-De.BAI Ri.GAO Kai-Qing 自行式高空作业平台工业设 计研究 -机电产品开发与创新2008,21(4) 以北京京城重工机械有限责任公司产品GTBZ系列高空作业车的转动平台外观造型设计为例,说明了应用计算机辅助工业设计技术.实现高空作业车外 观造型设计的设计程序以及其关键技术与方法.阐述了产品结构设计与外形设计同步进行的并行设计思想,并且说明了在计算机三维环境中实现产品的模 拟真实感表现的相关内容.根据产品形象设计原理及产品外观

20、的语意学规律,完成了高空作业车的转动平台外观设计和整车的色彩设计. 9.期刊论文 柏红专.罗亮平.BAI Hong-zhuan.LUO Liang-ping 国内高空作业机械行业现状及发展方向 -建筑机械 （上半月）2006(8) 我国高空作业机械的生产于20世纪70年代末开始起步,发展较快,目前生产经营企业已由原来的几家迅速增加到40余家,其中与国外合资或合作生产的 企业有5家.根据2004年和2005年中国工程机械年鉴,2003年高空作业机械工业总产值为32139万元,生产各类高空作业平台1906台,高空作业车740台 ;2004年高空作业机械工业总产值为36340万元,生产各类高空作业平

21、台2500台,高空作业车800台.行业几个骨干企业通过近几年的技术改造,其生产规模不 断扩大,形成了各自特色的产品系列,基本能满足国内市场高空作业机械的需要,企业的各项主要经济指标逐步上升,经济效益也逐年提高. 引证文献(4条)引证文献(4条) 1.江创华.刘刚.苑爱娟.李彬.陈英晖 高空作业平台作业斗称重装置的研究期刊论文-工程机械 2009(7) 2.吴海强.王智.王峰 桥检车工作平台自动调平控制系统期刊论文-工程机械 2009(6) 3.高崇金.李新华 高空作业车自动调平系统的研究期刊论文-山西建筑 2008(31) 4.王欣.宋晓光.滕儒民.王益华.赵福令 基于MATLAB高空作业车电液比例调平系统仿真研究期刊论文-机床与液压 2008(4) 本文链接： 下载时间：2009年11月22日