合力工业车辆（盘锦）有限公司
引言
自行走剪叉式高空作业平台车由升降机构和自行式承载底盘组成，有作业平台操作和地面操作两个操作台。在作业过程中，作业平台上的工作人员通过作业平台操作台既可以升降机构，又能移动承载底盘，实现连续作业，避免因更换工作地点导致工作人员频繁上下工作平台而浪费时间。自行走剪叉式高空作业平台车近年来在高空维修作业中受到青睐。
1 行走液压系统组成及工作原理
目前剪叉式高空作业车行走液压系统中通常采用的是液压马达直接驱动车轮来完成行走的，本文以目前市场上普遍使用的系统为研究对象。因为在本论文中只研究行走部分，所以将原系统中的举升及转向部分的系统省掉，只取出直线行走及制动器部分的系统，如图１所示。系统中包含有液压泵、行走马达、液压制动器等关键液压元件。系统的工作原理如下：当整机处在待机状态时，三位四通电磁换向阀８两端电磁铁均不带电，定量泵油液经定压差阀９、三位四通电磁换向阀８中位直接回到油箱。由于该液压制动器是低压锁死、高压解锁，所以在整机待机时，系统处于低压，液压制动器处于锁死状态。当整机行走时，电磁换向阀的电磁铁Ｙ１通电，电磁换向阀工作处于图中左位，中位进油通道被封死，油液入行走马达工作，此时定压差阀压力加上行走马达压力及回油背压阀的压力，超过液压制动器的解锁压力，液压制动器解锁，整机向前行走，同理当Ｙ２电磁铁通电，电磁换向阀处于图中右位，整机向前行走，Ｓ电磁阀６工作处于圈中的右位，此时两个行走马达处于并联状态，整机低速大扭矩行走；当电磁阀处于图中的左位，此时两个行走马达处于串联状态，整机可实现高速行走。
图1液压系统原理图
2 下坡行走仿真分析
2.1 慢速下坡仿真分析
利用液压系统仿真模型，进行仿真分析计算，设置路面为:Sm水平路面，其后接14°的向下斜坡，行走模式为低速行走，其他计算参数设置如表1所示。在图2中，图2a为液压泵出口压力曲线，图2b为行走马达转速曲线，从图中可以看出，在运动刚开始的前2s,液压泵出口压力及行走马达转速都有稍微波动，2s后趋于稳定，泵出口压力稳定在3.4MPa，行走马达转速稳定在32r/min，直到第7s，这段时间车辆行走在水平路面上。第7s后，液压泵出口压力出现2.5MPa到4.1MPa的波动，同时行走马达转速也出现波动，这说明，在下坡时，整车的行走速度不稳定，会出现卡顿现象。出现这种现象的原因在于，在车辆下坡时，由于车身自重沿斜坡向下的力驱使着车辆自行下滑，导致行走马达人口压力降低，进而泵出口压力降低，当压力小于液压制动器的解锁压力时，制动器开始锁死，车辆降速，系统压力随即升高，当升高到液压制动器解锁压力时，制动器解锁，车辆再次增速，如此反复，就出现了上面计算中呈现出来的结果，车辆行走速度波动，不稳定。
表1 仿真参数设置
图2行走液压系统计算结果
3.2 慢速下坡仿真分析
参数设置与前面的相同，设置路面仍为5m水平路面，其后接14°的向下斜坡，行走模式为低速行走，对优化后的系统进行仿真计算，结果如图3所示。在图3中，图3a为液压泵出口压力曲线，图3c为行走马达转速曲线，图3c为液压制动器的压力曲线，从图中可以看出，在运动刚开始的前2s，液压泵出口压力及行走马达转速同样都有稍微波动，2s后趋于稳定，泵出自压力稳定在3.4MPa，行走马达转速稳定在32r/min。在第8s开始下坡后变量泵压力下降到2.7MPa，单此后基本保持稳定行走马达转速在轻微波动后，仍稳定保持在32r/min，并未出现波动。在图6c中可以看到，当车辆在水平路面上行驶时，液压制动器的压力为3.4MPa左右，高于解锁压力2.8MPa，所以此时液压制动器是完全解锁状态，当车辆开始在斜坡上行驶时，液压制动器压力为2.6MPa，略小于其解锁压力，此时处于半离合状态，使得整机下坡慢速平稳。
图3 优化后系统仿真计算结果
3 改进方案
１）在液压制动器入口増设单向节流阀。通过增设节流阀，使得在系统压力降低时，液压制动器的压力较缓慢的降低；（２）去掉原系统中的阻尼孔３，并将三位四通电磁换向阀改成三位六通型电磁换向阀，这样在不行走时，泵出口油液经中位直接回到油箱，不需经过定Ｓ阀，相对节能；（３）增加补油功能，将马达出口油液经单向阀４补回到行走马达入口，避免在马达转速提高后因供油不足而产生低压。
4 试验对比分析
为了进一步验证该行走液压系统的下坡行走特性，对整机进行试验对比。在不改变作业车结构及性能的前提下，在其加上优化前后的两套液压系统，并加上多个压力传感器及流量传感器等。试验所用的仪器主要包括:某公司的剪叉升降作业车一台，压力传感器3个，流量传感器1个，雷诺试验智能分析系统一套。利用各传感器对泵出口压力、马达入口压力、马达入口流量、液压制动器压力进行测量。本试验主要测试整车在下坡时液压系统的的工作特性，试验中采用的地形的坡地大约在14°左右，试验路面为混凝土路面，采用慢速行走模式。通过对各仿试验结果进行比对分析，可以发现，在下坡过程中，原系统的试验曲线中，泵出口压力、马达人口压力以及制动器压力都存在周期性的脉动冲击，而马达人口流量则连续的较大幅度波动，而车辆在试验过程中，也发现其运动速度也有明显的卡顿现象，运行很不稳定。在改进后的系统试验曲线中可以看到，相比改进前的系统，只有在车辆刚启动时泵的出口压力及刹车压力有短暂的波动，在随后的运动过程中，测试的三个压力均未出现明显的波动、冲击，而马达入口流量也基本维持平稳，而在试验时，与改进前相比，其运动也要平稳，并没有出现之前的运动卡顿现象。经过上述试验，可以验证，通过对原系统进行改进优化，基本上消除了其在下坡运动时的卡顿现象，该改进方案具有明显的效果。
结语
此改进剪叉液压系统已应用于后续生产的剪叉。实际应用表明，该系统在剪叉启动时，制动器缓缓的松开，剪叉有一定的加速过程并平稳启动；在剪叉制动时，制动器缓缓的关闭，剪叉有一定的缓冲距离，使剪叉制动过程平稳；另外，该系统在剪叉出现故障，停于坡上时，当制动解除后让剪叉运动时，剪叉运动速度不会过快及行走马达发出异响。
参考文献
[1]高旭宏，徐向阳，王书翰，等自行式高空作业平台的动态稳定性分析[J]中南大学学报(自然科学版),2017,48(10);2836一2842.
[2]史荣生.梁全剪叉式升降平台机液系统AMESim计算机仿真[J〕机械，2016,43(08);33一35+54.
[3]刘存香.汽车恒速下坡滑膜变结构控制的仿真研究[J]机械设计与制造，2011，(02) ;126一128.
论文作者:卢达
论文发表刊物:《中国电气工程学报》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/24
标签：压力论文; 马达论文; 制动器论文; 液压论文; 系统论文; 作业论文; 转速论文; 《中国电气工程学报》2019年第2期论文;