消防车高空作业平台液压调平系统的测试装置和测试方法

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体而言，涉及一种消防车高空作业平台液压调平系统的测试装置。

背景技术

云梯消防车、登高消防车等高空消防应急救援装备在高层建筑灭火及人员营救工作中至关重要，为满足载人、救援、灭火等多种作业需求，高空平台对载重、空间布局需求强烈，但传统制造工艺无法满足有限空间零件布局及轻量化设计。增材制造(AdditiveManufacturing,AM)技术即3D打印技术，作为一种绿色、智能的先进制造技术，无须模具、刀具、夹具等，能够直接制造任意复杂结构形状的零件，有效实现产品的集成及轻量化设计，因此基于3D打印技术的液压元件集成化、轻量化设计为解决上述问题提供了解决方案。

如图1所示，消防车包括车架、可俯仰摆动地安装在车架上的举升臂10、与举升臂10的远离车架的一端铰接的连接部件20、与连接部件20的远离举升臂10的一端铰接的作业平台30和在举升臂10俯仰摆动时将作业平台30调整为水平的液压调平系统。液压调平系统包括用于检测作业平台30与水平方向之间的角度的角度检测部件和用于驱动作业平台30相对于连接部件20转动的液压执行元件40。液压执行元件40被配置成根据角度检测部件检测到的作业平台30和水平方向之间的角度驱动作业品台相对于连接部件20转动，以将作业平台30调整至水平。

云梯消防车、登高消防车等高空救援车辆价值量大，多为订单式生产，对主机及各核心部件安全性能要求极高，因此，基于3D打印技术全新设计的集成化/轻量化的全新液压系统，需要进行全方面的性能、可靠性实验，确保产品的可行性后，才能进行装机销售。若直接装机测试，验证全新设计液压系统的可靠性，会占用整车大量的时间，影响主机的销售及客户满意度。

现有技术中，对液压调平系统的检测为将作业平台和液压调平系统装机整机测试、通用综合试验台等方法进行测试，在一定程度上解决了全新系统性能、可靠性测试的问题，但不可避免的是占用主机时间过长，增加测试成本，而且极大影响主机销售，同时，若采用通用实验台进行功能测试，需要配置昂贵的综合测试试验台，而且并不能真实模拟云梯消防车高空类作业平台的实际使用工况，难以真正测试全新设计系统的性能。

发明内容

本发明旨在提供一种消防车高空作业平台液压调平系统的测试装置，以改善现有技术中存在将液压调平系统整体装机后进行测试后成本高的问题。

根据本发明实施例的一个方面，本发明提供了一种消防车高空作业平台液压调平系统的测试装置，测试装置包括：

支撑架；

连接臂，与支撑架连接，并被配置成可相对于支撑架在竖直平面内摆动；

作业平台，与连接臂的远离支撑架的一端可转动地连接，并用于在其上安装用于在连接臂摆动后将作业平台调整至水平的液压调平系统。

在一些实施例中，测试装置还包括用于驱动连接臂相对于支撑架在竖直平面被摆动的变幅机构。

在一些实施例中，变幅机构与连接臂可拆卸地连接，以便在变幅结构失效后能够解除变幅机构和连接臂的连接并采用另一驱动机构驱动连接臂在竖直平面内摆动。

在一些实施例中，变幅机构包括：

液压缸；

液压泵，被配置成为液压缸提供液压流体；

控制阀，与液压泵和液压缸分别连接并被配置成控制液压缸动作；

液压流体箱，与液压泵和液压缸分别连接。

在一些实施例中，液压缸、液压泵、控制阀和液压流体箱集成为一体。

在一些实施例中，测试装置还包括连接支撑架和连接臂的旋转关节。

在一些实施例中，

旋转关节包括轴承和用于标记连接臂相对于支撑架的角度的刻度；

旋转关节与支撑架可拆卸地连接，或旋转关节与连接臂可拆卸地连接。

在一些实施例中，

支撑架与连接臂可拆卸地连接；或

连接臂与作业平台可拆卸地连接。

在一些实施例中，测试装置还包括底座，支撑架立设在底座上并与底座连接。

在一些实施例中，

底座与支撑架可拆卸地连接；或

底座上设置有用于连接地面的可拆式连接结构。

在一些实施例中，连接臂的靠近作业平台的一段设置有限制作业平台向下转动的极限位置的第一限位传感器和限制作业平台向下转动的极限位置的第二限位传感器。

根据本发明的另一方面，还提供了一种上述的消防车高空作业平台液压调平系统的测试装置的测试方法，在一些实施例中，包括：

模拟消防车启动，包括控制连接臂转动，以使作业平台的底面由竖直转动至水平；和/或

模拟消防车收车，包括控制连接臂转动，以使作业平台的底面由水平转动至竖直；和/或

模拟消防车的举升臂变幅运动，包括控制连接臂在竖直平面内摆动。

在一些实施例中，测试方法还包括液压调平系统的可靠性测试，可靠性测试包括：

多次重复模拟消防车启动和消防车收车；和/或

多次重复模拟消防车的举升臂变幅运动。

根据本发明的另一方面，还提供了一种上述的消防车高空作业平台液压调平系统的设计方法，在一些实施例中，包括计算驱动连接臂相对于支撑架摆动的液压缸的额定推力F

其中，F

F

G

F

Θ为液压缸相对于支撑架转动过程中与数值方向之间的夹角的最小值。

应用本申请的技术方案，测试装置可在消防车高空作业平台液压调平系统为安装在消防车上时线下对其进行测试，改善现有技术中存在将液压调平系统整体装机后进行测试后成本高的问题。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了现有技术的消防车的结构示意图；

图2示出了本发明的实施例的测试装置的结构示意图；

图3示出了本发明的实施例的测试装置的底座的结构示意图；

图4示出了本发明的实施例的测试装置的支撑架的结构示意图；

图5示出了本发明的实施例的测试装置的支撑架和旋转关节的结构示意图；

图6示出了本发明的实施例的测试装置的变幅机构的结构示意图；

图7示出了本发明的实施例的测试装置的液压缸的受力分析示意图；

图8示出了本发明的实施例的测试装置的模拟收车时的结构示意图；

图9示出了本发明的实施例的测试装置的模拟正常工作时的结构示意图；

图10示出了本发明的实施例的测试装置的模拟举升臂变幅时的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，本实施例的消防车高空作业平台液压调平系统的测试装置包括支撑架2、连接臂5和作业平台6。连接臂5与支撑架2连接，并被配置成可相对于支撑架2在竖直平面内摆动；作业平台6与连接臂5的远离支撑架2的一端可转动地连接，并用于在其上安装用于在连接臂5摆动后将作业平台调整至水平的液压调平系统。

本实施例的测试装置可在消防车高空作业平台液压调平系统为安装在消防车上时线下对其进行测试，改善现有技术中存在将液压调平系统整体装机后进行测试后成本高的问题。

结合图1和6所示，测试装置还包括用于驱动连接臂5相对于支撑架2在竖直平面被摆动的变幅机构4。

变幅机构4与连接臂5可拆卸地连接，以便在变幅结构4失效后能够解除变幅机构4和连接臂5的连接并采用另一驱动机构驱动连接臂5在竖直平面内摆动。

变幅机构4包括液压缸41、液压泵、控制阀44和液压流体箱43。液压泵被配置成为液压缸41提供液压流体；控制阀44与液压泵和液压缸41分别连接并被配置成控制液压缸41动作；液压流体箱43与液压泵和液压缸41分别连接。

液压缸41、液压泵、控制阀44和液压流体箱43集成为一体。变幅机构4还包括驱动液压泵的电动机42，电动机42与上述的液压缸41、液压泵、控制阀44和液压流体箱43集成为一体。本实施例中，变幅机构4为集成式一体式液压动力执行器EHA。变幅机构4还包括第一连接结构45和第二连接结构46，第一连接结构45和第二连接结构46中的一个与连接臂5连接，另一个与支撑架2连接，以通过液压缸41的伸缩驱动连接臂5相对于支撑架2摆动。

如图7所示，液压缸41的推力能够满足平台在满载的状态下的变幅运动，其中作业平台6的重量为280Kg，作业平台56的载重为300Kg，设计1.5倍的安全系数为载重450Kg。

根据平台运动过程中的受力分析计算油缸的推力公式如下：

F

F

其中，F

G

F

其中角度θ在测试系统变幅旋转过程中角度范围为9-17°，可根据最大角度测算出油缸的推力。

当一体式液压动力执行器EHA出现失效时，不能实现平台的自动变幅运动以及将平台停止在某固定角度时，可采用手动变幅测试，此时拆除一体式液压动力执行器EHA与连接臂连接处连接结构，利用外部行车或其他顶升装置，将连接臂5举升，实现平台变幅，配合旋转关节3上设置多个插销孔实现平台的固定。

如图2和5所示，测试装置还包括连接支撑架2和连接臂5的旋转关节3。旋转关节3上设置多个插销孔，当自动变幅机构出现故障时，切换手动变幅，用于手动变幅过程中将工作平台固定在某一固定的角度，在此固定角度，进行液压系统功能测试。

在一些实施例中，旋转关节3包括轴承31和用于标记连接臂5相对于支撑架2的角度的刻度32；旋转关节3与支撑架2可拆卸地连接，或旋转关节3与连接臂5可拆卸地连接。支撑架2与连接臂5可拆卸地连接；连接臂5与作业平台6可拆卸地连接。

旋转关节3设置两个旋转轴承31，用于连接臂5的变幅旋转运动。在旋转关节3上设计角度刻度32，用于观察及读取实际的变幅角度。旋转关节3通过设计连接块33与支撑架2进行装配连接，设计斜角连接块34与连接臂5装配连接，连接块32和斜角34上均设置螺栓孔，用于螺栓装配连接。

如图2和3所示，测试装置还包括底座1，支撑架2立设在底座1上并与底座1连接。底座1设置有四个螺栓孔11，整个底座1可固定安装在柔性平台上，也可以通过地脚螺栓固定在地面上，安装及测试环境可灵活调整，整个底座采用型材焊接组成，保证底座的整体强度，占用平面空间仅为1560*1000mm，设置两个安装块12，用于与支撑架2进行装配连接。

在一些实施例中，底座1与支撑架2可拆卸地连接。底座1上设置有用于连接地面的可拆式连接结构。

如图2和5所示，连接臂5的靠近作业平台4的一段设置有限制作业平台4向下转动的极限位置的第一限位传感器53和限制作业平台4向下转动的极限位置的第二限位传感器54。连接臂5结构为V型结构，中间有横向型钢固定连接，横向型钢中间设置第三连接结构52，第三连接结构52与变幅机构4相连，连接臂5一端设置两个法兰51，通过法兰盘51与作业平台6相连，在法兰盘51上分别设置第一限位传感器53和第二限位传感器54，第一限位传感器53和第二限位传感器54用于检测平台旋转过程中上限位和下限位，保证测试的安全性。

如图2和4所示，支撑架2采用45号钢型材24焊接组成，设计双立柱结构，中间设置两个横梁，用于加强整体结构刚性，保证整体支撑架结构刚度，支撑架2通过设置第四连接结构21与底座1连接，通过第五连接结构23与旋转关节3进行连接，通过第六连接结构22与变幅机构4进行连接。第五连接结构23和第六连接结构24上分别设置螺栓孔，用于螺栓固定连接。在整体运行实验过程中底座1和支撑架2保持固定不动。

如图2所示，作业平台6与实际云梯消防车1:1比例的整机实物，通过法兰盘51与平台相连；作业平台6上装配用于测试的金属3D打印轻量化/集成化设计的泵控、阀控液压系统，用于模拟测试实际装机工况。

根据本发明的另一方面，还提供了一种消防车高空作业平台液压调平系统的测试装置的测试方法，测试方法包括模拟消防车启动、，模拟消防车收车和模拟消防车的举升臂变幅运动等。

模拟消防车启动，包括控制连接臂5转动，以使作业平台4的底面由竖直转动至水平；整个平台为空载状态，然后通过控制系统发出启动信号，平台通过启动油缸旋转，实现平台转动，由0°旋转至90°，如图8所示0°收车状态，如图9所示90°正常工作状态，如图10所示为45°为旋转某状态。

如图8所示，模拟消防车收车，包括控制连接臂5转动，以使作业平台4的底面由水平转动至竖直；整个平台同样为空载状态，然后通过控制系统发出启动信号，平台通过启动油缸旋转，实现平台转动，由90°旋转至0°。

如图10所示，模拟消防车的举升臂变幅运动，包括控制连接臂5在竖直平面内摆动。通过变幅机构4的油缸伸缩，能够使平台上下变化，实现整车中的大臂变幅模拟工况，当变幅机构出现运转失效，短时间无法修复的时候，可以采用手动变幅，即利用外部行车或其他顶升装置，将连接臂5举升，实现平台变幅，配合旋转关节3上设置多个插销孔实现平台的固定。

测试方法还包括液压调平系统的可靠性测试，可靠性测试包括多次重复模拟消防车启动和消防车收车和多次重复模拟消防车的举升臂变幅运动。通过不断的启动，收车，可检测整个全新设计液压系统的可靠性。

变幅过程中调平：通过变幅运动，工作平台6角度发生变化，工作平台6角度与重力方向发生角度差，通过液压系统运转，实现平台角度与重力方向始终垂直，模拟装机过程中的变幅过程中调平动作，变幅过程中可根据工况需求施加载重；

在额定、极限载荷工况下，通过反复的变幅调平动作，能够有效的检验与测试基于金属3D打印创新设计与制造的轻量化集成化液压系统的稳定性与可靠性能，确保满足实际的工作要求。

根据本发明的另一方面，还提供了一种权利要求1至11中消防车高空作业平台液压调平系统的设计方法，在一些实施例中，包括计算驱动连接臂5相对于支撑架2摆动的液压缸41的额定推力F

其中，F

F

G

F

Θ为液压缸相对于支撑架2转动过程中与数值方向之间的夹角的最小值。

本实施例的测试装置的主要技术点如下：

(1)本发明的一种金属3D打印云梯消防车平台调平液压系统测试平台，主要由底座、支撑架、旋转关节、变幅机构、连接臂、工作平台组成。

(2)云梯消防车平台调平液压系统测试系统中底座、支撑架、旋转关键、连接臂等关键部件间的连接均采用装配式连接，可针对性更换不同结构型式的连接臂和测试平台，实现系列云梯消防车、登高消防车等不同结构平台的测试切换，柔性高，通用性好。

(3)底座设置螺栓孔，整个底座可固定安装在柔性平台上，也可以通过地脚螺栓固定在地面上，安装灵活，整个测试机构可实现测试场地灵活转换。

(4)旋转关节设置两个旋转轴承，用于连接臂5的变幅旋转运动，在旋转关节上设计角度刻度表，用于观察及读取实际的变幅角度。

(5)整个测试系统，可实现自动变幅与手动变幅两种方式，设计一体式液压动力执行器EHA，用于实现平台自动变幅，当一体式液压动力单元EHA失效时，可进行手动变幅，并配合利用旋转关节上设置多个插销孔，实现平台某角度的固定，实现手动变幅。

(6)一体式液压动力执行器EHA的推力计算，根据平台运动过程中的受力分析计算油缸的推力公式，针对云梯消防车高空平台角度θ在测试系统变幅旋转过程中角度范围为9-17°，根据最大角度测算油缸的推力。

(7)工作平台为实际云梯消防车1:1比例的整机实物，通过法兰盘与工作平台相连，工作平台上装配用于测试的金属3D打印轻量化/集成化设计的泵控、阀控液压系统，用于模拟测试实际装机工况。

(8)整个测试系统可对金属3D打印轻量化/集成化设计以及常规方法设计的调平液压系统装机前全方位性能测试，整个平台测试系统的测试功能包括：模拟启动、收车、可靠性测试，模拟变幅过程中空载/带载荷调平及可靠性测试。

本实施例的测试装置的主要技术效果如下：

(1)通用性好，本发明设计调平液压测试系统，适用于同时测试金属3D打印、常规设计的泵控、阀控的液压系统，能够实现系列云梯消防车的平台测试需求，保证实现金属3D打印集成及轻量化液压系统装机所有功能测试。

(2)占用空间小，整个测试系统占用空间可控制在2*2m范围内，仅是整车测试空间的1/10不到，可在有限的厂房空间内实现所有机型的调平液压系统测试。

(3)成本低，本发明设计的测试系统，整体成本仅为2-3万元，为综合试验台和整车成本的百分之一，以较小的成本，实现所有装机功能的测试，能够有效的助力设计人员进行产品创新。

(4)效率高，本发明的测试系统是可拆式，快换式的，不仅能够有效的更换测试对象，也能够快速的更换测试场地，极大提升了测试效率。

以上仅为本发明的示例性实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。