高空作业车调平装置的系统误差及优化设计初探

高空作业车调平装置的系统误差及优化设计初探
摘要：高空作业车的调平装置设计是其设计的核心内容之一，直接影响着高空
作业车的运行安全。

本文将对高空作业车调平装置的系统原理以及系统误差进行
分析，并给出具体的系统误差计算方法。

在此基础上，对高空作业车调平装置的
优化设计进行研究，提出几点优化设计方法，以期实现对系统误差的有效控制。

关键字：高空作业车；调平装置；系统误差；优化设计
前言：
随着建筑行业的快速发展，高层建筑和超高层建筑工程越来越多，高空作业
车是进行高空作业的常用设备，由于施工作业高度的增加，对其运行安全性也提
出了更高要求。

在开展设计活动时，必须确保调平机构的设计合理性，做到对系
统误差的有效控制，从而确保高空作业人员的安全性，降低施工安全事故发生几率，保证工程施工的顺利进行。

一、高空作业车的调平装置系统误差分析
（一）调平机构原理
高空作业车载30m以上的高空作业中应用较为广泛，其油缸调平机构是高空
作业车运行稳定性的重要保障，但由于系统误差的存在，可能导致油缸铰点位置
选择不合理，导致工作斗在一定范围内无法正常调平。

从调平机构的组成原理来看，在设计过程中，要确保伺服油缸和调平油缸的参数一致性，包括缸径、杆径
和行程等。

两个油缸一端安装于系统转台上，一端安装于系统臂架上，由于伺服
油缸职能在变幅油缸带动下，被动进行伸缩，对系统整体性设计要求较高。

另一
方面，调平油缸的液压油路和伺服油缸自成体系，变幅油缸带动伺服油缸出现被
动伸缩时，也将影响到调平油缸的行程伸缩。

从而使工作斗的升降过程中不会出
现相对地面的转动，实现工作斗调平运行[1]。

（二）系统误差分析
一般要求高空作业车的工作斗荷载要在300kg以下，在该荷载条件下，调平
油缸油压值的变化较小，对其进行计算时，可以忽略不同静压条件下，油缸内的
油压体积变化。

一般在动作过程中，温度变化也不大，可以忽略液压油体积受温
度的影响。

在此基础上，假设调平油缸与伺服油缸均无内泄问题，将两个液压缸
无杆腔作为研究对象。

根据计算公式△x+△y=0，，两油缸行程改变量的方向相反，大小相等。

工作斗保持水平状态的一个重要影响因素是臂架在转动一个角度后，
工作斗能够对应反向转动相同角度，调平油缸可以保证油缸行程相等。

因此，对
系统误差的分析主要应寻找臂架角度该变量与工作斗角度该变量的关系。

可以采
用余弦定理进行角度变量关系计算，由于两者的角度变化量△θ+△α不恒为0，
所以工作斗角度改变量无法做到与臂架角度改变量完全相等，会出现相对地面的
转动，这是调平装置系统存在误差的根本原因[2]。

二、高空作业车的调平装置系统优化设计
（一）优化设计计算
通过上述分析可以看出，油缸调平装置系统误差无法完全避免，那么进行优
化设计的目的就是尽量降低系统误差，降低调平装置精度的影响因素。

具体可以
从两个方面着手，一方面要降低工作斗在升降过程中的最大系统误差，另一方面
要降低工作斗在升降过程中的系统误差平均值。

可以利用函数求极值法解决第一
个问题，容易证得分析函数f（x）为连续可导函数，通过对其进行求导，并利用Fortran语言编程后，可以求得求导方程的有效解x1和x2。

从而可以求得函数f
（x）的最大值和最小值，其实际意义是工作斗底平面和水平面在正负两方向上的最大夹角，调平机构系统误差则处于两夹角之间。

对工作斗的实际影响是夹角大小，因此不考虑夹角方向，仅比较f（x）最大值和最小值的绝对值大小关系，确
定系统最大误差。

（二）优化设计方法
确定工作斗与水平面最大夹角后，可以通过在实际时选择适当的初始点，使
其与水平面的正负夹角峰值相等。

为了减小最大夹角值，提高调平机构的整体调
平效果，应对初始点进行合理选择，理论上使其最大夹角越小越好。

在此基础上，确定系统误差绝对值的平均值，实现对系统工作误差的有效控制。

由于实际施工
过程中，不同高空作业车的作业范围不同，在不同作业高度的施工量也不同，因
此还要考虑到作业性质的影响，为其增加概率加权函数p（x），得到更加合理的
优化函数，同样希望其误差最大值越小越好。

在采用上述分析工具进行高空作业车调平装置设计时，应努力降低工作斗与
水平面之间的最大夹角值，确保其在国家标准范围内，同时应努力提高工作斗的
运行综合调平效果。

根据上述分析计算，要同时获得较小的误差值和较好的调平
效果，就需要让上述函数计算结果尽可能小。

在实际问题处理过程中，可以直接
使用Fortran语言对上述函数计算公式进行编程计算，确定调平油缸和伺服油缸
铰点位置，在空间条件允许下，计算出最佳计算值，作为油缸铰点位置，从而提
升工作都调平效果。

比如在GKH16型高空作业车设计过程中，在初始设计阶段，角度误差最大值在4°以上，通过采用上述方法，成功将最大夹角误差控制在1°以内，其优化效果十分明显，可以最大限度的为高空作业安全提供保障。

结束语：综上所述，在高空作业车调平装置设计过程中对系统误差进行有效
控制，可以为确保高空作业安全。

通过调平装置的系统原理进行分析，可以找到
系统误差产生原因，并在科学计算基础上，对设计方案进行优化，可以有效降低
高空作业车工作斗与水平面的最大夹角值，从而提高其调平能力。

参考文献：
[1]宗殿栋，汪地，李卫成，姜海龙，刘谋玉.基于Marlin固件桌面级3D打印
机自动调平装置设计[J].工业控制计算机，2016，29（04）：85-86+88.
[2]曹民，王义斌，喻凡.机械式车高自动调平装置的研制[J].中国机械工程，2008（15）：1883-1889.。