CN104692303B - 一种电驱动折叠臂高空作业车及其调平系统和调平方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电驱动折叠臂高空作业车及其调平系统和调平方法，包括转台上设置的下臂，下臂上顺次连接的上臂、小臂和平台凸台，下臂通过第一步进电机驱动，上臂通过第二步进电机驱动，小臂通过第三步进电机驱动，平台凸台通过第四电机驱动，本发明的装置通过步进电机带动各个部件运动，能够在高空作业环境下，高效、平稳的自动升降和调平功能，实现绿色、环保型高空作业车的技术开发。

Description

一种电驱动折叠臂高空作业车及其调平系统和调平方法

技术领域

本发明属于工程机械领域，具体涉及一种电驱动折叠臂高空作业车及其调平系统和调平方法。

背景技术

近几年来，高空作业车的应用日益广泛，且主要工作于工况多变、环境复杂的应用场合，作业高度一般在10～30m范围，保证高空作业车工作平台在工作时水平，直接决定作业人员的人身安全保障及作业车的工作性能优劣。

高空作业车工作平台调平技术主要有自重调平、平行四连杆调平、链条链轮式调平、静液压调平以及电液调平。自重式、机械式(平行四连杆及链条链轮)、静液压式、电液调平通常为单一控制对象的调平方式，只可在有限工作范围实现较小输出调平角度，调平输出角度的不足导致这些调平方式难以满足大空间举升的复杂工况应用要求，而组合式调平方法则可有效弥补现有调平方式的不足。

传统高空作业车大多采用的液压传动的方式，液压传动是以液体为工作介质，在相对运动表面间不可避免地存在泄漏，同时，液体又不是绝对不可压缩的，故在传动比要求严格的场合采用存在一定风险。液压传动在工作过程中有较多的能量损失(如摩擦损失、泄漏损失等)，故不宜于远距离传动；液压传动对油温的变化比较敏感，油温变化会影响运动的稳定性，因此，在低温和高温条件下，采用液压传动有一定的困难。此外，为了减少泄漏，液压元件的制造精度要求高，增加了制造成本；液压系统故障的诊断比较困难，因此对维修人员提出了更高的要求；随着高压、高速、高效率和大流量化，液压元件和系统的噪声很大。因此，对作业人员安全性、工作精准性等要求极高的高空作业车来说，液压传动存在的易泄漏、高成本、可压缩性、温度影响大、污染等不利因素都是应该尽力避免。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种电驱动折叠臂高空作业车及其调平系统，在保证工作高度的条件下，能够在扩大工作范围的同时保证工作平台连续、高效、平稳的自动调平。

为了达到上述目的，一种电驱动折叠臂高空作业车，包括底座，底座上设置有转台和通过第一步进电机控制的卷扬机，转台上设置有支撑架，支撑架上连接有下臂，下臂通过固定在支撑孔中的转动轴使下臂和支撑架铰接在一起，卷扬机通过钢丝绳连接下臂的远端，下臂的远端通过第一转动轴铰接有上臂，上臂通过第二转动轴铰接有小臂，小臂通过第三转动轴铰接有平台凸台，平台凸台上固定有工作平台，下臂上设置有控制上臂摆动的第二步进电机，上臂上设置有控制小臂摆动的第三步进电机，小臂上设置有驱动工作平台转动的第四步进电机。

所述底座上设置有立柱，立柱顶部设置有定滑轮，钢丝绳的一端连接下臂的远端，另一端经过定滑轮连接卷扬机。

所述第二步进电机固定在下臂内，第二步进电机的输出轴连接有第二锥齿轮，下臂上开设有下臂轴承孔，第一转动轴穿过上臂进入下臂轴承孔中，第一转动轴的两端设置有下臂限位盖板，第一转动轴上固定有与第二锥齿轮啮合的第一锥齿轮。

所述第三步进电机固定在上臂内，第三步进电机的输出轴连接有第四锥齿轮，上臂上开设有上臂轴承孔，第二转动轴穿过小臂进入上臂轴承孔中，第二转动轴的两端设置有上臂限位盖板，第二转动轴上固定有与第四锥齿轮啮合的第三锥齿轮。

所述第四步进电机固定在小臂内，第四步进电机的输出轴连接有第六锥齿轮，小臂上开设有小臂轴承孔，第三转动轴穿过平台凸台进入小臂轴承孔中，第三转动轴的两端设置有小臂限位盖板，第三转动轴上固定有与第六锥齿轮啮合的第五锥齿轮。

一种电驱动折叠臂高空作业车的调平系统，包括设置在工作平台底部的水平传感器和设置在第三转动轴上的编码器，水平传感器连接第二放大器，编码器连接第一放大器，第二放大器和第一放大器均连接控制器，控制器连接第三步进电机和第四步进电机。

一种电驱动折叠臂高空作业车调平系统的调平方法，下臂和上臂分别由第一步进电机和第二步进电机驱动，随着下臂和上臂的位置变化，工作平台将会偏离原先的水平位置，位于工作平台底部的水平传感器此时将会感应到信号，并将检测到的工作平台变化所产生的信号经第二放大器放大后，传递给控制器；同时，位于平台凸台的轴上的编码器也将获得一个信号，并将获得的信号经第一放大器放大后，传递给控制器，控制器带动第三步进电机和第四步进电机转动。

若编码器检测的信号为第三转动轴未达到极限位置，则控制器带动第四步进电机驱动工作平台转动，实现工作平台水平。

若编码器检测的信号为第三转动轴已达到极限位置，则控制器带动第三步进电机驱动小臂转动，实现工作平台水平。

与现有技术相比，本发明的装置通过步进电机带动各个部件运动，能够在高空作业环境下，高效、平稳的调整，显著改善了现有液压驱动的不足，提供了一种高精度、高效节能的新型驱动方式，这样采用全电驱动提高了系统的应答反映,可以实现在更加复杂工况环境下灵活作业。

进一步的，本发明能够经过立柱扩大力矩，连续平稳拉动或放松下臂上端，实现下臂的举升动作。

本发明的调平系统包括水平传感器、编码器、控制器和两个放大器，该系统调平输出角度大，过程平稳连续，消除因调平产生的抖动，确保作业平台的安全性，充分改善了目前国际上普遍采用的几种调平技术的不足，充分保证高空作业车作业平台调平倾角不超过容许值。

本发明的调平方法能够在高空作业环境下，高效、平稳的自动调平，充分改善了目前国际上普遍采用的几种调平技术的不足，充分保证高空作业车作业平台调平倾角不超过容许值，显著改善了液压驱动的不足，提供了一种高精度、高效节能的新型驱动方式。

附图说明

图1为一种电驱动折叠臂高空作业车的结构示意图；

图2为本发明中下臂和上臂间的结构连接示意图；

图3为本发明中上臂和小臂间的结构连接示意图；

图4为本发明中小臂和工作平台间的结构连接示意图；

图5为调平系统的控制方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参见图1，一种电驱动折叠臂高空作业车包括底座1，底座1上设置有转台2和通过第一步进电机11控制的卷扬机12，转台2上设置有支撑架3，支撑架上连接有下臂6，下臂6通过固定在支撑孔4中的转动轴使下臂6和支撑架3铰接在一起，卷扬机12通过钢丝绳37连接下臂6的远端，下臂6的远端通过第一转动轴25铰接有上臂7，上臂7通过第二转动轴30铰接有小臂8，小臂8通过第三转动轴35铰接有平台凸台9，平台凸台9上固定有工作平台10，下臂6上设置有控制上臂7摆动的第二步进电机14，上臂7上设置有控制小臂8摆动的第三步进电机15，小臂8上设置有驱动工作平台10转动的第四步进电机16，底座1上设置有立柱5，立柱5顶部设置有定滑轮13，钢丝绳37的一端连接下臂6的远端，另一端经过定滑轮13连接卷扬机12。

参见图2，第二步进电机14固定在下臂6内，第二步进电机14的输出轴连接有第二锥齿轮23，下臂6上开设有下臂轴承孔24，第一转动轴25穿过上臂7进入下臂轴承孔24中，第一转动轴25的两端设置有下臂限位盖板26，第一转动轴25上固定有与第二锥齿轮23啮合的第一锥齿轮22。

参见图3，第三步进电机15固定在上臂7内，第三步进电机15的输出轴连接有第四锥齿轮28，上臂7上开设有上臂轴承孔29，第二转动轴30穿过小臂8进入上臂轴承孔29中，第二转动轴30的两端设置有上臂限位盖板31，第二转动轴30上固定有与第四锥齿轮28啮合的第三锥齿轮27。

参见图4，第四步进电机16固定在小臂8内，第四步进电机16的输出轴连接有第六锥齿轮33小臂8上开设有小臂轴承孔34，第三转动轴35穿过平台凸台9进入小臂轴承孔34中，第三转动轴35的两端设置有小臂限位盖板36，第三转动轴35上固定有与第六锥齿轮33啮合的第五锥齿轮32。

参见图1和图5，一种电驱动折叠臂高空作业车的调平系统，包括设置在工作平台10底部的水平传感器17和设置在第三转动轴35上的编码器18，水平传感器17连接第二放大器21，编码器18连接第一放大器20，第二放大器21和第一放大器20均连接控制器19，控制器19连接第三步进电机15和第四步进电机16。

一种电驱动折叠臂高空作业车调平系统的调平方法为：下臂6和上臂7分别由第一步进电机11和第二步进电机14驱动，随着下臂6和上臂7的位置变化，工作平台10将会偏离原先的水平位置，位于工作平台10底部的水平传感器17此时将会感应到信号，并将检测到的工作平台10变化所产生的信号经第二放大器21放大后，传递给控制器19；同时，位于平台凸台9的轴上的编码器18也将获得一个信号，并将获得的信号经第一放大器20放大后，传递给控制器19，控制器19带动第三步进电机15和第四步进电机16转动。

若编码器18检测的信号为第三转动轴35未达到极限位置，则控制器19带动第四步进电机16驱动工作平台10转动，实现工作平台10水平。

若编码器18检测的信号为第三转动轴35已达到极限位置，则控制器19带动第三步进电机15驱动小臂8转动，实现工作平台10水平。

上臂驱动部分、小臂驱动部分和工作平台驱动部分均为步进电机--轮轴式，利用齿轮传递动力，传动比为6:1，也可根据实际应用需要改变传动比。

第一步进电机11由工作环境所需条件进行驱动，即外控输入，经输出轴将动力传递给卷扬筒12，二者组合构成具有自制动功能的卷扬机；钢丝绳37连接下臂上端，经过立柱顶端定滑轮，连接卷扬机。具体控制方案为，第一步进电机11的正反转改变卷扬筒12的正反转，卷扬筒12可对钢丝绳37进行缠绕和松开，经过立柱扩大力矩，连续平稳拉动或放松下臂上端，实现下臂6的举升动作。特别的，卷扬筒12的正反转具体实现钢丝绳的缠绕或者松开，由缠绕方向而定，并无具体限制。

第二步进电机14的正反转控制第一锥齿轮22的转向，进一步的控制第二锥齿轮23的转向，第二锥齿轮23带动固定连接的第一转动轴25转动，第一转动轴25固定连接在上臂7下端，从而通过轴25的转动实现上臂7的举升。

水平传感器17安装在工作平台10的底部，用来检测工作平台是否处于水平状态；编码器18安装在平台凸台9的轴上，用来检测工作平台10的转动角度。

全电驱动高空作业车及其调平系统还可以应用于实验模拟与教学。由于该作业车结构简单，调平装置可移植性强，适合各种高空作业车，可以将该车做成模型车，可以实现运用模型样机的方式完成实验室条件下调平方法的验证和测试，省去了在实物中运作的不确定性和实物加工试验材料的浪费，兼顾了实验室下设计的可行性和推广到实物产品的实用性。

Claims (9)

1.一种电驱动折叠臂高空作业车，其特征在于：包括底座(1)，底座(1)上设置有转台(2)和通过第一步进电机(11)控制的卷扬机(12)，转台(2)上设置有支撑架(3)，支撑架上连接有下臂(6)，下臂(6)通过固定在支撑孔(4)中的转动轴使下臂(6)和支撑架(3)铰接在一起，卷扬机(12)通过钢丝绳(37)连接下臂(6)的远端，下臂(6)的远端通过第一转动轴(25)铰接有上臂(7)，上臂(7)通过第二转动轴(30)铰接有小臂(8)，小臂(8)通过第三转动轴(35)铰接有平台凸台(9)，平台凸台(9)上固定有工作平台(10)，下臂(6)上设置有控制上臂(7)摆动的第二步进电机(14)，上臂(7)上设置有控制小臂(8)摆动的第三步进电机(15)，小臂(8)上设置有驱动工作平台(10)转动的第四步进电机(16)。

2.根据权利要求1所述的一种电驱动折叠臂高空作业车，其特征在于：所述底座(1)上设置有立柱(5)，立柱(5)顶部设置有定滑轮(13)，钢丝绳(37)的一端连接下臂(6)的远端，另一端经过定滑轮(13)连接卷扬机(12)。

3.根据权利要求1所述的一种电驱动折叠臂高空作业车，其特征在于：所述第二步进电机(14)固定在下臂(6)内，第二步进电机(14)的输出轴连接有第二锥齿轮(23)，下臂(6)上开设有下臂轴承孔(24)，第一转动轴(25)穿过上臂(7)进入下臂轴承孔(24)中，第一转动轴(25)的两端设置有下臂限位盖板(26)，第一转动轴(25)上固定有与第二锥齿轮(23)啮合的第一锥齿轮(22)。

4.根据权利要求1所述的一种电驱动折叠臂高空作业车，其特征在于：所述第三步进电机(15)固定在上臂(7)内，第三步进电机(15)的输出轴连接有第四锥齿轮(28)，上臂(7)上开设有上臂轴承孔(29)，第二转动轴(30)穿过小臂(8)进入上臂轴承孔(29)中，第二转动轴(30)的两端设置有上臂限位盖板(31)，第二转动轴(30)上固定有与第四锥齿轮(28)啮合的第三锥齿轮(27)。

5.根据权利要求1所述的一种电驱动折叠臂高空作业车，其特征在于：所述第四步进电机(16)固定在小臂(8)内，第四步进电机(16)的输出轴连接有第六锥齿轮(33)，小臂(8)上开设有小臂轴承孔(34)，第三转动轴(35)穿过平台凸台(9)进入小臂轴承孔(34)中，第三转动轴(35)的两端设置有小臂限位盖板(36)，第三转动轴(35)上固定有与第六锥齿轮(33)啮合的第五锥齿轮(32)。

6.权利要求1所述的一种电驱动折叠臂高空作业车的调平系统，其特征在于：包括设置在工作平台(10)底部的水平传感器(17)和设置在第三转动轴(35)上的编码器(18)，水平传感器(17)连接第二放大器(21)，编码器(18)连接第一放大器(20)，第二放大器(21)和第一放大器(20)均连接控制器(19)，控制器(19)连接第三步进电机(15)和第四步进电机(16)。

7.权利要求6所述的一种电驱动折叠臂高空作业车的调平系统的调平方法，其特征在于：下臂(6)和上臂(7)分别由第一步进电机(11)和第二步进电机(14)驱动，随着下臂(6)和上臂(7)的位置变化，工作平台(10)将会偏离原先的水平位置，位于工作平台(10)底部的水平传感器(17)此时将会感应到信号，并将检测到的工作平台(10)变化所产生的信号经第二放大器(21)放大后，传递给控制器(19)；同时，位于平台凸台(9)的轴上的编码器(18)也将获得一个信号，并将获得的信号经第一放大器(20)放大后，传递给控制器(19)，控制器(19)带动第三步进电机(15)和第四步进电机(16)转动。

8.根据权利要求7所述的一种电驱动折叠臂高空作业车的调平系统的调平方法，其特征在于：若编码器(18)检测的信号为第三转动轴(35)未达到极限位置，则控制器(19)带动第四步进电机(16)驱动工作平台(10)转动，实现工作平台(10)水平。

9.根据权利要求7所述的一种电驱动折叠臂高空作业车的调平系统的调平方法，其特征在于：若编码器(18)检测的信号为第三转动轴(35)已达到极限位置，则控制器(19)带动第三步进电机(15)驱动小臂(8)转动，实现工作平台(10)水平。