基于 AMESim 的高空作业平台底盘调平液压系统的仿真分析

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Abstract：With the spider-type aerial work platform as a study object，modeling and simulation are performed for theChassis hydraulic system under AMESim state.The dynamic process of chassis leveling is analyzed based on flow and dis-placement curves，etc.of outrigger hydraulic system.The simulation result indicates reasonability of the model and the lev-eling method under complex working conditions，which provides reference for analysis and design of hydraulic outrigger lev-eling of similar machineries。

Keywords：aerial work platform ；hydraulic system；AMESim；simnlation0 前言近年来，随着我国经济的快速发展，具有高大内部空间结构的体育馆、酒店等建筑大量增加。

对这些建筑进行安装、维护、装饰、清洁等作业时必须要有高空作业设备。蜘蛛式高空作业平台具有 4条独立的蜘蛛式液控支腿，能获得较大的支撑面积。支腿收起后尺寸小，具有可靠性高、作业效率高和工作范围广、适应性强等优点。高空作业平台作业时，底盘上的 4条支腿下放使整个车体离地。但 由于作业场地不平，可能导致底盘处于倾斜状态，降低了高空作业平台的抗倾覆稳定性，因此需要对底盘进行调平，以保证作业安全¤助 AMESim软件对控制底盘调平的支腿液压系统做仿真分析，可在复杂工况下模拟平台的底盘调平过程，获得支腿液压系统的动态特性曲线 ，为今后液控支腿的设计提供参考。

1 高空作业平台主要结构及支腿液压系统1.1 高空作业平台主要结构蜘蛛式高空作业平台的结构如图 1所示，上《起重运输机械》 2013(9)车部分工作装置包括伸缩臂装置、折臂装置、篮体装置、回转装置；下车部分包括支腿装置、行走装置。

1.支腿 2.转台 3.主臂变幅液压缸 4.基本臂5.二 臂 6.三节臂 7四节臂 8.折臂变幅液压缸 9.折臂 1O.工作篮 11.调平马达12.履带 13.车架图 1 高空作业平台结构简图1.2 支腿液压系统高空作业平台作业前，必须先将其 4条支腿伸出，使整个车体起升离地，然后根据工作地点的实际情况，单独操纵-条或同时操纵多条支腿- 63 - 动作使下车底盘处于水平状态，以提高作业过程中的抗倾覆能力。支腿使整个车身离地，既能延长底盘的使用寿命也能扩大高空作业平台的作业范围。

支腿系统的液压原理见图2，电磁阀Y16是支腿回路和行走回路之间的互锁阀，当 Y16的电磁铁得电时，液压泵的油经电磁比例阀Y15、电磁阀Y16进入支腿回路，每条支腿上都设有-个电磁阀，4个电磁阀可以同时动作也可以单独动作，通过控制支腿液压缸的伸缩控制支腿的升降，保证工作时车身离地且底盘在复杂的地形上保持水平。

比例阀Y15可以控制支腿升起和降低的速度，操控面板上有相应的操作手柄。

条支腿放下并接触地面，再根据实际需要选择相应的方法对底盘进行调平。图3中A、B、C、D分别代表4条支腿位置。

支腿1 支腿2图3 支腿示意图调平过程分为2个阶段：第 1阶段为支腿落地及检测阶段-始工作支腿1 支腿2 支腿3 支腿4图2 支腿液压系统原理图2 高空作业平台底盘调平系统2.1 调平系统的组成调平系统由检测装置、控制装置和调平执行机构组成。检测装置为安装于底盘上的双轴倾角传感器、支腿上的微动开关和压力传感器，其中双轴传感器用来检测底盘的倾斜度，其检测值作为系统调平控制的依据，检测精度直接影响着底盘调平精度∝制装置为 PLC控制和电磁比例阀操控手柄、电磁换向阀通电按钮。调平执行机构主要由4组带有 自锁功能的阀控单杆活塞液压缸和电磁阀组成。

2.2 调平原理及过程当高空作业平台到达指定工作地点后，将 4...- - 64 ..--后根据支腿上的微动开关和压力传感器输出值来判断支腿是否触地，触地的支腿停止动作，单独动作其他未触地支腿。

第 2阶段是底盘调平阶段。当工作地面 比较复杂，支腿所处的工作地面高度不同 (至少 3条支腿处于不同高度)，这时底盘调平需要用 4点调平法。4点调平法分为3种：1)单向调节，即先 (或 l，)方向调平，再 l，(或 )方向调平，最终使底盘调平。此方法的特点是协调性好，但需要较长的调节时间。2)多点调节，也称 追逐式”调节，即保持最高点不动，其余 3点同时向上运动，最终使底盘处于水平状态。此种方法具有调节速度快、算法复杂的特点 .2 J。3)3点调节，即将 4个点按顺时针或逆时针分成 4组，每组3个点，按顺序-组-组地调平。用此方法调节可以避免出现超静定问题 。

平台支腿上-般装有微动开关和压力传感器，解决了4点调平时易出现的超静定问题。常采用易于实现的单向调节法进行调平。

3 底盘调平液压系统的建模仿真及分析3.1 液压系统的建模根据前述支腿液压系统原理 ，支腿伸缩采《起重运输机械》 2013(9)用带有自锁功能的阀控单向液压缸控制，在满足要求 的情况下可简化建模 ，在 AMESim的液压、机械、信号库 中选择相应 的元件模型构建支腿调平 回路的仿真模型 ，并对每个元件选取子模型。模 型中的电磁 比例 阀和电磁换 向阀，都是通过输入的控制信号改变液压油流向，不同的是比例阀的输入信号多是渐进型的，可微控阀芯位移 ，从而控制 系统流量 j。换 向阀的控制信号在每个阶段都是常数 ，阀口或开或关 ，不考虑中间阀芯的变化过程 ，信号多为阶跃信号。根据支腿的液压系统 图在 AMESim中建立的仿真模型如图4所示。

按照以上运动过程分别设置控制电磁换向阀的信号源，4个信号源的信号曲线均为阶跃信号。

设置的信号源 1的曲线如图 5a所示，可以看出支腿 1上的电磁换向阀在前 10 s-直处于开启状态，支腿液压缸不断外伸，使底盘先处于调平状态后达到工作状态；信号源2的曲线如图5b所示，可知支腿2前2 s不动，目的是等待支腿 1在 轴方向上与其相平；信号源 3的曲线如图5c所示，可知支腿 3在前2 s中运动，使底盘在支腿3、4侧方向上调平；信号源4的曲线如图5d所示，可以看出支腿4在前 6 s没有运动，目的是等待其他 3支腿运动使底盘处于水平状态。根据这 4个信号图4 支腿液压系统的仿真模型曲线可知支腿前 6 s运动使底盘调平，先 轴方向后 y轴方向，6～10 s运动，使底盘达到工作高度，10～15 s是平 台的工作时间，支腿液压缸不动作，15-20 s 4支- 腿收回。

腿 3.2 支腿液压系统的仿真结果分析以支腿 3为例，取其回路 中的流量曲线并根据所确定的调平方法，按照实际数据对系 作分析 支腿 3回路中电磁换向阀的P口、B口与统模型的各元件进行参数设置，分析支腿调节回路的动态过程。

底盘调平时各支腿的运动过程如下：1)假设支腿 1液压缸向外伸出运行6 s后停止，支腿 2液压缸向外伸出运行 4 s后停止，支腿 3液压缸向外伸出运行 2 s后停止，支腿 4保持不动，此时底盘处于水平状态。

2)底盘处于水平状态后，4支腿同时向外伸出运行 4 s，达到最终工作要求的高度。

3)达到工作高度后，电磁换向阀位于中位，4支腿处于浮动状态。作业完成后 4支腿同步收 回。

《起重运输机械》 2013 (9)403O20- 20- 30- 40O 5 1O 15 2O 25 30时间/s(c)403O20100坦 -10- 20- 30- 40坦望(a)信号源1 (b)信号源2 (c)信号源3 (d)信号源4图5 支腿回路电磁阀控制信号曲线- 65 - O O O O O O O O O 4 3 2 A口、T口的流量变化曲线如图6、图7所示。

盘蚕- 皿唧O 5 10 15 20 25 3O时间/s图 6 P口与 B口的流量变化曲线图7 A口与 T口的流量变化曲线由图6和图 7可知，在 0～2 S内电磁 阀上位导通 ，P、B供油，A、T回油 ，由于 P、B供油给液压缸 的无杆腔，故 P、B口的流量高于A、T口的流量 ；2～6 S回路 的电磁阀处 于中位，不向执行件供油；6～10 S 4个支腿的油路同时导通 ，故此时支腿 3回路的流量要低于前 2s运动时的流量。15-25 s支腿收回回路中电磁阀下位导通，P、A供油，B、T回油，在 17 S时由于伸出最短的支腿 4已经收回，故此时 回路的流量瞬时增加。

图8中0～2 S和 6～10 S液压缸的无杆腔供油，此时支腿伸出，15～20 s液压缸的有杆腔为进油腔，此时支腿收回。无论是伸出还是缩回，无杆腔的流量要大于有杆腔的流量，原因是 2液压腔中液压油的作用面积不-样。

由于各支腿所处的地势不同，为了调平底盘并使其达到工作高度，各支腿液压缸伸出量不同，图9为4支腿液压缸活塞杆的运动曲线，可知液压缸 1和3在开始时共同运动了2 S，使底盘在 轴- 66 - l寡j删图8 支腿 3液压缸的流量曲线方向上达到平衡，之后液压缸 1和2共同运动了4S，使底盘达到平衡状态，6～10 S 4支腿液压缸共同运动达到底盘的工作高度。图中活塞杆的伸出长度的差异反映了各支腿所处地势的差异。平台工作结束后收回支腿，支腿液压缸以-个变加速度平稳收回。另外，当支腿和工作装置完全收回后，平台才可以进入行走模式。

图9 4支腿液压缸活塞杆运动曲线4 结论1)对底盘调平的原理进行了分析，确定了合理的调平方法。

2)对 控 制底 盘 调平 的支腿 液 压 回路在AMESim中建立仿真模型并进行了仿真分析 ，直观地反映了支腿调平过程中液压 回路的动态特性 ，为类似机械液控支腿调平分析与设计提供了参考。

3)所进行的系统仿真也可为该系统的故障诊断提供参考依据。

《起重运输机械》 2013(9)4 3 2 O In厂 - n..几 ～～ -4 3 2 o 1--luIⅢ1)稠 基于超低净空限高的岸边集装箱起重机的选型及应用林致来厦门国贸码头有限公司 厦门 361006摘 要：码头邻近机场，净空超低限制。根据码头设计能力及定位，确定了岸边集装箱起重机关键参数，结合超低净空限高和关键参数要求，对起重机的几种结构选型进行了对比分析，并确定了最终结构形式。针对超低净空的特点，对起重机采用的特殊技术和性能检验结果进行了：介绍，对存在的问题提出了对策 ，对 同类起重机选型及应用具有指导作用。

关键词：岸边集装箱起重机；超低净空限高；选型；应用中图分类号：U653.921 文献标识码：A 文章编号 ：1001-0785 (2013)09-0067-05Abstract：The wharf is close to the airport，provided with ultralOW headroom limitation.According to the wharf designcapacity and positioning，critical parameters for the quayside container crane are determ ined，with comparison and analysisfor selection of several structures of cranes considering requirements on uhralow headroom limit and key parameters，in 0rder to establish the final structural type.Aiming at characteristics of ultralow headroom limit.special technologies and per。

formance detecting results for the cranes are introduced，with counternleasures taken for existing proems，which providesexcellent guidance for selection and application of similar cranes。

Keywords：quayside container crane；uhralow headroom limit；selection；application0 引言厦门港东渡港区20号泊位为 5万吨级集装箱泊位，位于厦门机场附近，由于净空管制原 因，码头前沿轨道面上净空高度需限制在 54.11 m以下，这种超低净空限高的要求在国内同等级码头中前所未见，如按常规设计，配备的岸边集装箱起重机 (以下简称岸桥)净空高度应在 65 m以上。为充分发挥码头的靠泊能力，满足码头经营发展的需要，同时又满足54.11 m超低净空限高的要求，最终采用非常规的特殊设计解决了岸桥这- 选型和应用难题。

1 岸桥选型1.1 常用结构形式对地处机场附近的码头，因净空限制原因，对岸桥进行结构选型时，主梁通常采用伸缩式、鹅颈式或俯仰式3种形式。