第一作者简介：刘军（1986-），男，山东蒙阴人，工程师，硕士，主要从事工程机械和专用车液压系统以及液压元件设计等方面的工作，就职于青岛中汽特种汽车有限公司。
摘 要：针对现有高空作业车存在的支腿和上装动作不能互锁的问题，在现有高空作业车配置的基础上，设计一种高空作业车互锁系统，介绍该系统液压以及电气控制工作原理。通过对现有系统的液压部分和电气部分进行简单改装，该系统能够实现支腿动作和上装动作的互锁，提高了高空作业车的安全性。
关键词：高空作业车；变量泵；液压系统；电气控制；互锁
0、引言
高空作业车是将工作人员和装备运送到指定高度进行作业的一种设备，由起重机械发展而来。由于需要载人作业，其安全性和可靠性要求远高于通用起重机械，属于特种作业设备[1]。近年来，随着国内外高空作业车品种和功能的多样化发展，高空作业车的应用范围越来越广。本文针对现有高空作业车存在的支腿和上装动作不能互锁的问题， 在现有高空作业车配置的基础上，设计一种高空作业车互锁系统，介绍该系统液压以及电气控制原理，通过对现有系统的液压部分和电气部分进行简单改装，该系统能够实现支腿动作和上装动作的互锁，提高了高空作业车的安全性。
1、液压系统和电气控制系统的改进优化
现有高空作业车液压系统原理如图1所示，对现有高空作业车实际操作发现该车具有以下特点：
（1）当支腿未全部伸出并支撑牢固时，操作上装操作阀手柄，上装不能执行相应的动作，即该系统可以实现支腿对上装动作的锁止。
（2）当上装工作臂未回到臂架，操作支腿手柄，控制支腿收回时，支腿仍然可以实现收回动作，由此可见该系统存在一定的安全隐患，当上装工作臂未回位到臂架时，不能实现上装对支腿动作的锁止。
1.柱塞泵 2.变量缸 3.负载敏感阀 4.系统限压阀
5.支腿信号阀 6.支腿限压阀 7.支腿锁上装电磁阀
8.右支腿操作阀 9.左支腿操作阀 10.支腿液压锁
11.支腿油缸 12.先导过滤器
R1：变量泵内置泄压阻尼孔R2：泄压阻尼孔
图1 现有高空作业车液压系统原理图
针对这一问题，在现有高空作业车液压系统和电气系统配置的基础上，设计了如图2和图3所示的液压系统原理图和电气控制原理图，改进后的液压和电气系统可以实现支腿和上装动作的互锁。
1.柱塞泵 2.变量缸 3.负载敏感阀 4.系统限压阀
5.支腿信号阀 6.支腿限压阀 7.支腿锁上装电磁阀
8.右支腿操作阀 9.左支腿操作阀 10.支腿液压锁
11.支腿油缸 12.先导过滤器 13.上装锁支腿电磁阀
R1：变量泵内置泄压阻尼孔 R2:泄压阻尼孔
图2 改进后的高空作业车液压系统原理图
图3 改进后的电气控制原理图
2、改进后的液压系统和电气系统互锁控制工作原理
2.1 液压和电气系统控制基础
（1）变量泵：该液压系统变量泵是采用伊顿威格士PVE系列直轴式变量柱塞泵，该变量泵由柱塞泵1、变量缸2、负载敏感阀3、系统限压阀4等液压件组成。通过调节负载敏感阀3和系统限压阀4的弹簧力可以分别设定系统的待机压力和最高压力，由该变量泵的工作特性可知，通过对变量泵感应油口S处的压力控制，可以实现变量泵待机工作状态和正常工作状态的切换，当变量泵感应油口S直接连接油箱或者将通往感应油口S的油路切断, 变量泵始终处于低压小流量的待机工况备[2-9]，泵输出压力为待机压力，压力很低，因此不能克服负载实现支腿和上装的正常动作。该液压和电气系统能够实现支腿和上装动作的互锁是在该变量泵本身工作特性的基础上实现的。
（2）支腿信号阀5：用来感应支腿油路信号，实现支腿动作和上装动作信号油路的切换。为保证液压系统正常工作，切换支腿信号阀所需要的压力（支腿信号阀设定压力）应低于系统的待机压力。
（3）支腿锁上装电磁阀7：用来实现当四个支腿都触地并将车身支撑牢固后，支腿处的感应开关通过电控系统给支腿锁上装电磁阀信号，使其电磁阀得电，这时候上装才能动作，起到安全保护作用。
（4）上装锁支腿电磁阀13：用来实现当上装工作臂未回到臂架时，电磁阀断电，切断支腿压力信号油路，此时操作车辆左右两侧支腿操作阀，支腿不能动作，起到安全保护作用。
（5）支腿油缸组件：支腿油缸液压锁10和支腿油缸11通常用法兰连接方式做成一体，组成支腿油缸组件，用来实现支腿伸出和缩回，并确保支腿伸出后，整车车身能够可靠地支撑和锁紧，保证工作人员作业时的安全。
（6）右支腿操作阀8和左支腿操作阀9:分别用来控制车辆右侧两支腿和左侧两支腿的伸出和缩回。
（7）支腿限压阀6:用来限制支腿伸出和缩回时，变量泵输出的最高压力。
（8）泄压阻尼孔R2：用来实现支腿信号阀5液控口处液压油的建压和泄压，保证支腿信号阀正常工作。
2.2 液压系统互锁工作原理
通过对比图1所示的现有高空作业车液压系统原理图和图2所示的改进后的液压系统原理图可知，改进后的液压系统原理图在现有高空车液压系统配置的基础上，在支腿信号阀5和支腿限压阀6之间增加了上装锁支腿电磁阀13。
1）支腿锁上装工作原理
由图2可知，液压系统开始工作后，当高空作业车支腿未伸出时，泵输出的压力油一方面通过中央回转接头P口进入上装部分，另一方面通过右支腿操作阀和左支腿操作阀的中位，进入支腿信号阀5右侧液控口和泄压阻尼孔R2，在支腿信号阀5液控口处建立起压力，此压力克服其弹簧力推动阀芯移动，使支腿信号阀5的右位接入系统，此时上装压力感应信号S通过中央回转接头和支腿信号阀5右位作用于变量泵感应油口S，由于此时支腿未伸出，所以支腿锁上装电磁阀7未得电，此时变量泵感应油口S通过支腿锁上装电磁阀7与油箱相通，由变量泵的工作特性可知，此时即使操作上装操作阀，也不能执行相应的动作。
上装工作臂始终处在臂架上，上装锁支腿电磁阀13始终得电，此时操作左右支腿操作阀任一手柄时，支腿操作阀中位油路被切断，支腿信号阀5液控口处的压力油通过泄压阻尼孔R2流回油箱，支腿信号阀5在其弹簧力的作用下回到左位，泵的压力信号油路通过支腿限压阀6、上装锁支腿电磁阀13和支腿信号阀5左位作用于变量泵感应油口，泵的主油路通过右支腿操作阀或左支腿操作阀进入相应的支腿油缸，实现支腿油缸正常伸缩。以上过程可以实现支腿未伸出，或者支腿伸出未支撑牢固，上装不能动作，但是左右支腿可以通过操作车辆左右两侧的支腿操作阀实现支腿的正常伸出和缩回。
2）上装锁支腿工作原理
当高空作业车四个支腿完全伸出并支撑牢固后，支腿处的感应开关通过电控系统输出电信号，使支腿锁上装电磁阀7得电，此时上装压力信号油路S通过中央回转接头到油箱的油路被切断，上装压力信号油路S通过中央回转接头和支腿信号阀5右位，作用到变量泵感应油口，此时通过操作上装操作阀，可以实现上装相应的动作。当上装工作臂离开臂架后，臂架处的接近开关通过电气控制系统使上装锁支腿电磁阀断电，此时若操作支腿操作阀手柄，支腿油路的压力感应信号到变量泵感应油口的油路被断开，此时支腿不能实现收回动作。以上过程实现了上装工作臂未回到臂架时，支腿不能实现收回动作，此时上装可以实现正常动作。
2.3 电气系统互锁工作原理
如图3所示，图中SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分别为右前支腿、右后支腿、左前支腿、左后支腿处的微动开关，SQ5为上装臂架处的接近开关，Q1为支腿锁上装电磁阀线圈，Q2为上装锁支腿电磁阀线圈，K1、K2、K3、K4、K5、K6为中间继电器,S1、S2为自复位钮子开关。其中，S1为支腿锁上装超越开关，S2为上装锁支腿超越开关。
1）支腿锁上装工作原理
当工作臂处在臂架上时，臂架处的接近开关始终闭合，中间继电器线圈K5始终得电，其常开触点K5接通，上装锁支腿电磁阀线圈Q2通电，此时支腿可以正常伸出或缩回。当支腿未伸出或支腿伸出后未全部触地并支撑牢固，支腿处的微动开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4未全部接通，因此中间继电器K6线圈未得电，其常开触点K6始终断开，支腿锁上装电磁阀线圈Q1未通电，结合液压控制原理可知，此时上装不能动作，可以实现支腿对上装的锁止功能。若因特殊情况，在支腿未伸出时，需要上装在一定范围内动作，此时在确保安全的情况下，可以一边掰动自复位钮子开关S1，一边操作上装执行相应的动作。当四个支腿完全伸出并将车身支撑牢固后，支腿处的微动开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4全部接通，此时中间继电器线圈K1、K2、K3、K4全部通电，其常开触点K1、K2、K3、K4全部闭合，中间继电器线圈K6通电，其常开触点K6闭合，此时支腿锁上装电磁阀线圈Q1通电，上装可以实现相应的动作。
2）上装锁支腿工作原理
当四个支腿完全伸出并将车身支撑牢固后，支腿锁上装电磁阀线圈Q1通电，操作上装工作臂离开臂架可以实现相应的动作，工作臂离开臂架后，臂架接近开关SQ5断开，此时中间继电器K5线圈断电，其常开触点K5断开，上装锁支腿电磁阀线圈Q2断电，结合图2所示的液压原理图可知，若此时操作支腿操作阀手柄，与变量泵感应油口S相连的支腿压力感应信号油路被上装锁支腿电磁阀13切断，此时支腿不能实现收回动作。若因特殊情况，在上装工作臂未完全回位的情况下，需要操作支腿操作阀收回支腿，这时，在确保安全的情况下,可以一边掰动自复位钮子开关S2，一边操作支腿操作阀实现支腿收回动作。
3、结论
改进后的液压系统和电气系统不但可以实现支腿锁上装的功能，即四个支腿未伸出或者四个支腿伸出未触地并支撑牢固，上装不能动作，同时还可以实现上装对支腿的锁止功能，即上装工作臂未回位到臂架，操作支腿操作阀，支腿不能进行收回动作，实现了支腿和上装动作互锁，提高了高空作业车作业时的安全性。
参考文献
[1]曹学鹏，程磊，焦生杰,等.高空作业车技术现状及发展趋势[J].世界科技研究与发展，2012，(5):801-804.
[2]李光恒，路玉峰.矿用自卸车转向系统节能技术研究[J].液压与气动，2020，(5):103-109.
[3]屈盛官，肖传伟，方波，等.基于AMESim的负载敏感泵压力-流量特性影响因素探究[J].液压与气动，2019，(5):64-71.
[4]王威.负载敏感控制液压系统在锚杆钻车中的应用[J].煤矿机械，2020，(11):118-119.
[5]冯书亮，蔡留金.恒压系统与负载敏感系统的运用对比分析[J].液压气动与密封，2020，(2):52-56.
[6]于彩新，赵川，薛典永，等.新型负载敏感系统工作原理及其应用[J].液压气动与密封，2012，(8):46-50.
[7]周鹏，金忠庆，张皓.装载机负载敏感驱动系统性能分析与优化方案[J].机床与液压，2019，47(16):201-204.
[8]刘军.基于负载敏感理论的注塑机节能系统研究[D].淄博：山东理工大学，2012.
