臂架伸缩抖动原因分析及解决措施

臂架伸缩抖动原因分析及解决措施

朱赛1  ,王然然2  ,曹磊3 ,刘康,4  ,权文龙,5 ,李兵6 ,王少卿,7,苏鹏飞8

1.徐州徐工特种工程机械有限公司 江苏徐州 221000；

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摘要：随着工业、建筑业、农业等各方面建设发展需要，高空类作业机械需求越来越多，高空类作业机械大多通过臂架结构实现高空作业，因此臂架类结构应用越来越广泛。臂架类机械经常出现变幅动作、回转动作及伸缩动作的不平稳问题，这很大程度影响了作业的舒适性，甚至是安全性，本文主要分析臂架的伸缩抖动原因及解决措施。

关键词：臂架；伸缩抖动

0 引言

臂架伸缩系统主要包含伸缩臂和实现臂架伸缩的伸缩机构，其中伸缩臂为包含两节以上臂架机械结构，伸缩机构为单独的伸缩油缸、伸缩链子、伸缩钢丝绳或者其组合形式，本文以三节臂架结构，伸缩油缸+伸缩钢丝绳为例分析伸缩臂在臂架伸缩过程中出现抖动的原因，伸缩系统原理图见图1。

图1 三节臂伸缩系统原理图

1 伸缩抖动机理分析

1.1 机械结构原因

分析三节臂架系统的组成部分，造成臂架伸缩抖动的机械方面的原因可能为：

（1）臂架结构尺寸加工误差大

臂架结构的尺寸误差对臂架伸缩过程的平稳性影响较大，尤其是臂架表面的一致性误差，若臂架表面一致性太差即存在“坑坑洼洼”的现象，臂架在伸缩过程中臂与臂之间的间隙时大时小，臂与滑块之间的接触在面接触和线接触之间频繁切换，大概率会导致臂架在伸缩过程中出现抖动问题。

（2）臂架润滑不到位

若在动态的伸缩过程中，臂架润滑不到位，容易出现干摩擦现象，造成伸缩摩擦力时大时小，这也会影响伸缩动作的流畅度；此外，若润滑脂内夹杂着脏东西，如铁屑、铁砂、灰尘等异物，这也会降低润滑质量，严重时还会在臂架结构外表面形成一道划痕。

（3）伸缩滑块摩擦系数太大

作为直接与臂滑动面直接接触的部件，滑块的质量对伸缩性能尤为重要。常用于臂架滑块的材质一般为尼龙66、MC尼龙、PE、含油尼龙、进口尼龙、铜基石墨合金等，各种材质的摩擦系数、动静摩擦系数差、耐用温度范围、表面硬度、压溃表面破坏形式等性能参数不同，因为选择不同材质作为滑块会影响臂架伸缩平顺性。

（4）伸缩钢丝绳松紧程度不合适

伸缩钢丝绳在臂架伸缩过程中充当传递运动的角色，伸缩钢丝绳为弹性体，臂架在伸缩过程中，各种因素使过程中的伸缩力有波动，因此钢丝绳的弹性伸长量并不稳定，这也造成在传递运动的过程中出现运动的波动。

1.2 液压系统原因

除了机械结构方面会导致臂架伸缩抖动，液压系统也会造成伸缩运动的波动，主要因素如下：

（1）液压油缸

影响伸缩油缸伸缩动作的稳定性的原因有油缸的加工质量，缸杆、缸筒、活塞、导向套等结构件的尺寸精度、表面光洁度、配合公差等达不到要求，均会增加伸缩缸的运动阻力，从而引起二节臂的伸缩抖动，并将抖动传递到后续臂的动作中。此外，伸缩缸依靠液压油作为传递力的介质，液压油本身具有一定的可压缩性，若油缸内混有气体则会增加油液弹性，降低液压传递运动的刚度，增加油缸腔体内的空行程压缩量，产生伸缩运动的爬行现象。

（2）液压阀组

除了伸缩油缸外，液压系统的阻力过大也会产生抖动现象，主要产生阻力的因素有液压管路和液压阀。在正常情况下，管路不易阻塞，即管路产生的阻力基本恒定，而液压阀的阻力不稳定因素较多，如阀开口大小、控制方式等不同都会使其产生不同大小的阻力。常见的原因为平衡阀调节过紧和比例阀开口过小，若平衡阀调节过紧则会使开启压力过大，从而液压系统的阻力变大，最终造成臂架伸缩动作的抖动现象。平衡阀阀芯阻塞、比例阀开口太小、流量不均匀等都会造成动作抖动现象。

2 臂架伸缩抖动解决措施

2.1 机械结构因素解决措施

（1）提高臂架结构加工精度

臂架的加工需要保证表面尺寸的一致性，即表面粗糙度和平面度需要控制在一定的数值内。影响臂架尺寸公差的因素较多，包含结构特点、钢板质量、加工方式、加工设备等。从设计的角度考虑，在臂架结构涉及滑道处尽可能减小焊接以减小焊接变形，此外滑块尽可能接近边角处。

臂架表面喷漆质量也影响伸缩性能，油漆附着力不好会在臂架伸缩过程中出现油漆脱落的现象，进而使滑动面平整度降低，因此需要保证臂架表面喷漆质量。影响臂表面光洁度的另一个关键因素为臂架表面的粗糙度。通常情况下，钢板的表面粗糙度为3.2μm，但是由于存放环境及时间等原因，部分臂架钢板会产生生锈现象，增大表面的粗糙度，进而增大运动阻力。综上所述，伸缩臂的表面光洁度控制方法应不同于其他部件，喷漆前应进行充分的前处理和严格的检验，保证各个环节都满足设计要求。

（2）保证臂架充分润滑

充分润滑是减小摩擦系数最直接且有效的方式，润滑点不仅包括各滑块和轨道的接触面，还包括伸缩链条及链轮的销轴。未来保证润滑的质量，最好在滑块上开右槽，便于存储润滑脂。为了保证润滑脂的清洁度，常在臂头处设置防尘毛刷或者橡胶皮，一方面可以起到隔离外界脏东西进入润滑脂内，另一方面还可以将润滑脂反复刷在伸缩滑动面上，增加润滑脂存量。此外，在机器使用过程中，需要使用者对各个润滑点定期加注或者涂抹润滑脂。

（3）选择合适的伸缩滑块

从前文分析知，不同材质的滑块性能不同，因此在选择滑块时需要计算滑块所受的摩擦力和压力，还需要考虑整机的使用环境，还要结合整车的成本控制。选择具有良好的摩擦性能的滑块对伸缩动作平稳性尤为重要。在常用的滑块材质中，能有效缓解伸缩抖动现象的滑块材质有铜基石墨合金、聚甲醛、PE、含油尼龙等，这些材质的特点是滑动摩擦系数小和动静摩擦系数差异小。PE在无润滑状态下的摩擦系数约为0.15-0.2，润滑下的摩擦系数约为0.08-0.1，相较于MC尼龙会小很多。铜基石墨合金滑块的表面硬度、温度适用范围、表面压溃失效形式等特点都有利于伸缩运动，但是其成本太高，通常用于大高度产品使用。此外，含油尼龙也是一种比较合适的滑块材质，并且价格和普通尼龙相比差异不大。

（4）调节伸缩钢丝绳松紧至合适程度

钢丝绳本身为弹性体，自身具有收紧速度，如果钢丝绳受拉力大小不均匀，则会产生收紧波动，控制钢丝绳的收紧速度与臂架的伸缩速度一致是减小臂架伸缩抖动的一个有效方法。因此在整机调试阶段需要根据整机情况去调节钢丝绳拉紧状态，且每隔一段时间需要对钢丝绳进行一次拉紧。

2.2 液压因素解决措施

2.1 液压系统原因

（1）液压油缸

对于液压油缸内有气体的问题可以采用排气的方式解决，液压油缸的加工质量问题往往不常见，通过控制油缸生产过程和检验过程即可保证。

（2）液压阀组

根据伸缩缸负载情况将平衡阀调节一个合适的开启压力，使其技能对带载作业时的油缸起到锁死作用，又不至于开口太小，增大阻力，影响驱动力，同时比例阀也需要和执行元件的尺寸和运动参数项匹配，使其有良好的负载能力。除了控制阀的开口大小，保证油路的清洁度，避免阀被阻塞也是一个稳定液压阀阻力大小的有效方式。

3 结论

从上述分析知，产生臂架伸缩抖动的原因主要分为两大类，机械结构和液压系统，故再次遇到类似的现场问题，可以参照细分原因去排查和解决问题。

参考文献：

【1】 郑红，吴国锐．汽车起重机伸缩臂抖动故障分析［J］．机床与液压．2011（5），143-144；

【2】 曾娜，毛艳，周露．滑块材质对起重机伸缩臂伸缩平稳性改善的研究［J］．建设机械技术与管理．2021（3），95-96；

【3】安洋．全地面起重机臂架动态收缩过程平稳性研究［D］．大连：大连理工大学．2015