（徐州海伦哲专用车辆股份有限公司 江苏徐州 221004）
摘要：通过理论结合试验分析目前伸缩机构几个典型设计问题并提出相关改进建议。
关键词：伸缩机构
一、典型伸缩机构组成
伸缩机构在臂架式专用作业车工作的重要组成部分，它是臂架运动的执行机构。它经典方案是液压驱动伸缩机构，其基本组成为驱动油缸、拉伸绳、回缩绳、链轮、臂架上的固定结构和附属元器件。
工作原理都基本类似：通过动力油缸驱动中间臂架（简称去驱动臂），将伸链轮布置在驱动臂头，缩链轮布置在驱动臂尾，在伸链轮和缩链轮的作用下，通过拉绳和缩绳进行运动传递，使三节臂能与驱动臂同步伸缩。
图1 伸缩机构组成
二、现有结构形式存在的问题
目前市场上产品伸缩系统的拉绳和缩绳主要有两种方式：一种板式链传动，一种钢丝绳传动。两种系统的经典布置方案都如图1所示。无论是板式链传动还是钢丝绳传动，在使用过程中都存在以下几个典型问题：
1、伸缩系统到底布置在臂架的上方还是下发随意性较大，没有定性数据显示哪种方案更有利于臂架的运动；
2、不同规格型号的传动链拧紧力矩到底控制在多少最有利于臂架运动；
3、到底该选用钢丝绳系统还是板式链系统没有定性依据。
三、存在问题分析及解决方案
1、伸缩系统布置在臂架上的位置分析。
以典型三节臂系统的伸缩机构为例进行伸缩系统受力分析（以伸出为例，回缩系统类似）：
T=G*SIN(a)+f
T为三节臂伸出时所需的最小拉力，G为三节臂承受的载荷及自重，f是系统产生的摩擦力。
伸出链始终受拉力，故伸出系统对三臂、一臂始终有T的拉力，对二臂有2T的压力。
臂伸出后在负载和自重的作用下，有向下变形的趋势，如果忽略臂架剪应力的影响只考虑臂架为横向弯曲，此时臂架的上槽钢受拉力，下槽钢受压力。又根据伸缩系统受力分析，臂架的伸缩系统始终为一、三臂架提供拉力，为二臂提供压力，如果将伸缩系统固定端布置在臂架的上槽钢，链轮布置在臂的下槽钢，此时伸缩系统加载到臂架上的内力与臂架在外载荷作用下受力方向相同，加剧了臂架的受力变形，如果将伸出系统固定端布置在臂架的上槽钢，链轮布置在臂架的下槽钢则会减缓臂架的变形。
图2 伸缩系统受力示意图
通过上面分析，当臂架的刚度小、弹性大时，不推荐将伸缩系统布置在加剧臂架受拉力的结构上。国外的高空作业车伸链轮一般布置在下槽钢偏中间，大吨位起重机由于臂架重，伸缩系统受力较大，大部分都采用电控插销式的伸缩系统，不采用钢丝绳系统了。
2、伸缩系统的拧紧力矩、松紧程度
国内现有资料中找不到伸缩系统推荐拧紧力矩的参考值，在进口车中有部分资料提供过参考值，但在实际生产过程中如果根据进口产品提供的参考值进行操作你会发现伸缩系统无法正常工作，因为该参考值基本是依据链接紧固件的标准力矩提供的。
由于没有理论依据，故以某单位的几台高空作业车为列进行试验得出相关数据。
测得各台车的初始拧紧力矩如下：
根据国家推荐拧紧力矩参考表如下：
通过实际测量和推荐表能发现，实际测得值远小于同型号的推荐值。从试验现场发现伸缩系统处于自热松弛状态，基本没有张紧，测得的拧紧力矩也能说明该现象。即在我们的现有车辆上初始时基本只是将伸缩系统连接上，伸缩系统在初始状态时基本不承受太大的张紧力。
为验证伸缩系统初始状态对比伸缩的影响，现场用已调试试验合格的几台车做如下几步试验：
1）、将A/B/C三台车的伸链条全部松开然后逐步增大拧紧力矩，并动作车辆感受臂架运动的平稳情况；
2）、再次恢复伸链系统到初始状态，感受臂架运动的平稳情况。
结果如下：
1）、C车型的伸链力矩在逐步增加过程中4.5N.m前情况基本能接受，当增加到5Nm以后特别是增加到6.5N.m时，臂架在水平状态、30°、50°、70°时均回缩抖动明显，并且在伸出时伴有周期性颤动；恢复伸链，将缩链扭矩从0逐步增加，在增加到4N.m以前臂架运动情况在人体能接受范围内，当再往上增加时，臂架运动出现不同程度的颤抖。
2）、B车型在逐步增加的受力过程中，伸链在逐步增加到6.5N.m前，臂架伸出运动没有明显不平稳状态，个别位置有轻微抖动但在人体承受范围内。臂架回缩运动时，水平角度高频率小幅度震动明显增加，在超过30°以后情况比水平状态好，但仍然有轻微抖动。恢复初始力矩，此时钢丝绳没有回到初始位置还差1mm，说明钢丝绳有拉绳变形，根据钢丝绳的固有特性分析，该情况属钢丝绳的正常拉绳变形。
3）、A车型的运动规律与C车型基本一致，唯一不同之处在与当臂架仰到20°前，偶尔有链条轻巧臂架的声音。分析系统结构发现，A车型的链条与臂的间隙比C车型小，当链条在松弛状态时空间不够导致链条与臂架在运动过程中接触产生对碰所致。
4）各车恢复到初始状态后，臂架运动基本平稳。
分析以上试验结果得到如下初步结论：
1）、伸缩系统螺栓的拧紧力矩应远小于国家和行业推荐一般的连接处的拧紧力矩。
2）在现有的制造手段下，伸缩链条在初始状态不宜承受过大的初始张力，特别是板式链系统，否则臂架运动会出现不同程度的颤抖和振动。
3、钢丝绳和板式链的选择
板式链伸缩系统特点：优点是结构紧凑、弹性小、易于检修，适合低速运动，缺点是重量大，无横向挠度，抗横向冲击能力差。
钢丝绳伸缩系统特点：优点是重量轻、运动平稳、有横向挠度，能缓解部分位置结构间隙不均造成的横向冲击，适合高速运转；缺点是空间要求大、弹性大在高空运动过程中下落明显、不易控制左右受力均匀、检修困难，单股出现故障时不易检查。
通过以上特点对比能发现如下规律：
1）板式链由于是片装刚性连接，本身每片之间存在由于同轴度连接间隙等问题造成的受力不均，如果在运动过程中出现受力不均很难通过自身的结构特征将其消除；
2）板式链没有横向扰度，当出现横向干扰力时自身没有能力抵抗，会出现抖动；钢丝绳由于自身弹性较大，有一定的横向扰度，当间隙和干扰力小于一定值时能通过自己结构消除。
3）板式链在运动过程中与链轮接触是不连续的，节距越大越不利于接触，这一定程度上贡献了部分动静摩擦力的切换，钢丝绳是连续运动，更有利于受力均匀。
4）故板式链结构紧凑，利于布置，但对结构的形位公差要求高，钢丝绳需要的结构空间大，对结构的形位公差要求相对较低。
5）钢丝绳在小空间内不易布置，在运动过程中会有回弹现象发生，出现故障难以发现。
四、伸缩链条设计、调试建议
1、在臂架刚度不是特别大的情况下，形位公差在制造时更不易于保证，特别是大高度车臂架，此时如果空间允许，建议优先考虑选用钢丝绳系统；如果空间不允许，需要布置紧凑，建议用板式链，此时要考虑通过增加板厚等方法增加臂的刚度，减少横向冲击；
2、在臂架弹性变形较大的臂架设计时，优先考虑将伸缩系统布置在与臂架变形趋势受力相反的结构上，使钢丝绳内力有减缓臂架变形的趋势，起到反变形效果；
3、在考虑臂架调节的理论间隙时，建议不宜忽略钢丝绳等较大内力的影响，同理在计算臂架的弹性变形叠加造成的运动分析时不宜忽略较大内力的影响；
4、无论是板式链还是钢丝绳系统，在装配时，链条初始时不易张的过紧，只需要使之不敲打臂，稍微张紧即可，建议在以后的调试过程中，当臂调整到最佳状态后反复运动一定的循环周期，消除系统的内应力。
5、每运动到一定周期，重新预紧伸缩链条，特别是钢丝绳系统，根据现有行业车的推荐办法是，每使用12个月或每1000小时将链条重新紧固，钢丝绳两次之间的预紧距离约3~5mm，板式链1~2mm。
论文作者:曾清,苑登波,王茂伟
论文发表刊物:《电力设备》2016年第3期
论文发表时间:2016/5/31
标签：伸缩论文; 钢丝绳论文; 系统论文; 力矩论文; 链轮论文; 板式论文; 链条论文; 《电力设备》2016年第3期论文;