高空作业车伸缩臂自动外伸故障排查分析

高空作业车伸缩臂自动外伸故障排查分析

陈时妹  ,狄纲要

（   徐州海伦哲专用车辆股份有限公司）

[摘要] 针对高空作业车伸缩臂出现的自动外伸故障问题进行原因查找、分析，给出改进方案，消除潜在的风险隐患，给类似产设计提供参考。

[关键词] 高空作业车、伸缩臂、自动外伸

高空作业车是一种将工作人员和作业工具等运送到高空指定位置进行安装、维修等高空作业的先进的专用的特殊高空作业机械，目前广泛应用于市政建设、消防、建筑、电力通讯、航空港口等行业，发展前景广阔。某公司一款伸缩臂高空作业车，生产调试结束后收车至行车状态，静置一夜后出现伸缩臂自动外伸故障现象，针对这一故障，分别从伸缩缸、平衡阀、热平衡问题三个方面分别进行了排查分析，最终找到故障原因并对车辆进行了改进。

1、故障问题

某公司一款三节伸缩臂式高空作业车，伸缩缸倒置安装安装在伸缩臂内，活塞杆头部固定在基本臂即一节臂上，缸筒固定在二节臂上，臂架采用板式链连接、伸缩缸驱动实现三节伸缩臂的同步伸缩。生产调试试验结束后收车至行车状态，第二天早上反馈伸缩臂出现了自动外伸故障，伸出长度较多，测量二、三节臂分别自动外伸出约140mm，如图1。

                  图1 伸缩臂自动外伸状态           

2、故障原因查找

1）伸缩缸问题排查  该产品做循环试验没有发现油缸自动外伸现象即锁不住问题，首先排查伸缩缸内泄问题：排查试验：将该车伸缩臂完全缩回，停止操作，观察伸缩臂无外伸现象，则判断伸缩缸无内泄：分析理由如下：操作伸缩臂“回缩”动作至完全缩回，伸缩缸小腔憋压（至20MPa），大腔通回油，因伸缩缸安装了双向平衡阀，如果伸缩缸内泄，停止“回缩”操作动作后，由于活塞内泄，伸缩缸小腔压力油则慢慢内泄至大腔，由于伸缩缸大腔、小腔存在面积差，大腔压力油会推动缸杆立即缓慢伸出，伸缩缸缸杆外伸即带动伸缩臂自动外伸，实际情况是，将伸缩臂反复操作回缩到位多次，也没出现伸缩臂外伸现象；进一步排查伸缩缸内泄试验：将伸缩缸完全回缩到行程到头，拆除伸缩缸双向平衡阀接油缸大腔的软管、接头，再操作伸缩臂“回缩”动作持续憋压一会，操作过程中观察伸缩缸平衡阀大腔油口一点点不出油，由此进一步判断伸缩缸无内泄问题。

2）平衡阀问题排查  该产品试验结束出现的伸缩臂自动外伸故障现象，首先排除了伸缩缸内泄问题，再判断可能是伸缩缸平衡阀受污染或压力设定低平衡阀接油缸小腔口锁不住导致，再排查伸缩缸平衡阀问题：排查试验：将平台加额定载荷，将伸缩臂全缩至行车状态，则伸缩缸仅小腔受拉力，拆下平衡阀接油缸小腔油口，并用干净的袋子分别接上平衡阀小腔油口上的接头体，静置半天，试验结果伸缩臂无任何外伸现象，且伸缩缸平衡阀小腔油口也无油液淌出，由此判断平衡阀小腔压力无问题，进一步对伸缩缸平衡阀大腔压力排查，排查试验：将伸缩缸小腔口管路恢复，平台加额定载荷不变，将伸缩臂全伸举升至最大高度，则伸缩缸仅大腔受压力，拆下平衡阀接油缸大腔油口，并用干净的袋子分别接上平衡阀大腔油口上的接头体，再静置半天，试验结果平台下沉量为0，伸缩缸无一点回缩现象，其平衡阀大腔油口也无油液淌出。由试验、判断伸缩缸平衡阀无任何问题，说明车辆试验完毕出现的伸缩臂自动外伸既不是油缸内泄导致，也不是伸缩缸平衡阀问题导致。

3）热平衡问题排查  车辆出现的伸缩臂自动外伸故障现象是真实存在的，而后来对伸缩缸及伸缩缸平衡阀都分别进行了再试验、分析，已彻底排除了是伸缩缸及平衡阀问题导致，最后分析剩下的故障原因只可能是热平衡问题导致。

该产品试验概况如下：该车是对新选伸缩平衡阀进行的性能试验，车辆试验时间是2021.12.，正值冬天，天气寒冷，工人连续试验5~6个小时，晚上连续试验完毕后，就将伸缩臂完全缩回，即熄火收工，试验要求平台额定载荷不卸掉静置一夜观察，晚上刚试验完毕油箱油温达60°C（从油箱表面液位液温计上显示读数，实际油温应还高一些），一夜过后早上去现场观看，发现二、三节臂都伸出约140mm，排查非伸缩缸内泄、非平衡阀故障后，分析应是液压油热胀冷缩加上额载负仰角伸缩缸小腔仅受拉力导致的，试验记录当天环境温度最低为0°C。

液压油热胀冷缩体积与温度变化的参考计算公式：Vt=V0*(1+a*△t）

 V0：为原系统容积（L），  Vt：为变化后系统容积（L）

  a ：为油体积膨胀系数， 一般取(6～8)*10-4/℃

  液压油试验最高温度约60°C，环境最低温度约0°C

  伸缩缸参数：缸径Ф 63mm，杆径Ф 45mm，行程3250mm

计算液压油从60°C降到0°C，该产品伸缩缸完全缩回至冷缩小腔内的液压油体积变小、且小腔仅受拉力导致伸缩缸缸杆外伸，其容积变化计算如下： 

60°C对应有杆腔容积（L）V0= 3.14/4*（0.63*0.63-0.45*0.45)*32.5=4.96（L）

 0°C对应有杆腔容积为（L）Vt=V0*（1+a*△t），Vt= V0*[1+0.0007*（-60）]

  得0°C时有杆腔容积Vt=4.75（L），其对应伸缩缸行程Lt（mm）

Lt=4.75÷[3.14/4*（0.63*0.63-0.45*0.45)]*100≈3113mm

   计算得对应伸缩缸缸杆外伸长度为：3250-3113=137mm

计算结果：伸缩缸活塞杆伸出长度（系数a为油体积膨胀系数，取均值0.0007）理论计算值为137mm，与实际外伸量140mm偏差3mm很小，计算的偏差值与实际变化的油温△t及系数a取值有点影响。

4）验证  将该伸缩臂完全回缩到位，做好标记，额定载荷继续静置了2天2夜，再观察，伸缩臂没再有一点外伸，进一步确认了上述分析合理，产品出现伸缩臂自动外伸是由于液压油液温差过大的特定物理现象、且伸缩缸有杆腔仅受拉力的导致的故障现象。

3、改进 针对冬天寒冷地区伸缩臂车型，客户存在连续作业情况及环境温度过低等不可避免的客观因素，需要对伸缩臂车型臂架收到位增加臂到位挡板机械限位装置，并在说明书文件及标识等增加相关的操作说明，同时增加臂支架检测装置和臂缩到位检测装置，在程序上增加自动控制：

1）展车：伸缩臂未离开臂支架，不允许操作“伸臂”、“缩臂”动作，只允许操作变幅升/降动作，在伸缩臂离开臂支架后，才允许操作“伸臂”、“缩臂”动作；2）收车：伸缩臂离开臂支架并接近臂支架时，需将伸缩臂完全回缩到位后，才允许操作变幅下落动作，将伸缩臂落至臂支架上。从而防止伸缩臂外伸挡板的机械限位装置不被损坏保护。

4、结论  通过对该产品出现的伸缩臂自动外伸故障问题可能产生的几个原因进行一一排查分析，确定该产品故障是因产品产品在寒冷环境下连续做性能试验，油液温差过大特定的物理因素及伸缩缸仅受拉力导致，针对这不可避免的可能存在的客观工况，给出产品改进方案，消除产品潜在的风险隐患，给类似品设计提供一定的参考。

作者简介：陈时妹（1974.12）  女，汉族，江苏徐州人，高级工程师，徐州海伦哲专用车辆股份有限公司，主要从事高空作业车、电力车等多种产品液压系统设计研究改进工作。

狄纲要（1974.03）  男，汉族，江苏徐州人，徐州海伦哲专用车辆股份有限公司，主要从事生产、质量管理工作。