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《工程機(jī)械雜志》2016年第11期

摘要：

針對(duì)汽車起重機(jī)作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)的起重臂下落沖擊問(wèn)題，分析雙定量泵分合流系統(tǒng)的工作原理并進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。改進(jìn)后的雙定量泵分合流系統(tǒng)將分合流閥的結(jié)構(gòu)形式由常閉模式改為常開(kāi)模式，同時(shí)增加壓力切斷閥，消除了因分合流閥換向引起的液壓泵流量變化所帶來(lái)的壓力突變，成功解決了起重臂下落沖擊問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：

汽車起重機(jī)；雙泵分合流；多路閥

汽車起重機(jī)上車動(dòng)作通常由主卷?yè)P(yáng)、副卷?yè)P(yáng)、變幅、伸縮和回轉(zhuǎn)等5個(gè)動(dòng)作組成，每個(gè)動(dòng)作通過(guò)一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（馬達(dá)或液壓缸）來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向。主卷?yè)P(yáng)和副卷?yè)P(yáng)動(dòng)作都是通過(guò)液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)物體的起升和下降；變幅動(dòng)作通過(guò)液壓缸實(shí)現(xiàn)起重臂的起升和下落；伸縮動(dòng)作通過(guò)液壓缸實(shí)現(xiàn)起重臂的伸出和縮回；回轉(zhuǎn)動(dòng)作通過(guò)馬達(dá)實(shí)現(xiàn)物體左右兩個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)。由于各動(dòng)作的功能不同，運(yùn)行速度和外負(fù)載要求也不同，因此對(duì)泵源輸出的流量和承載能力要求也各異。回轉(zhuǎn)動(dòng)作，流量要求相對(duì)較小，外負(fù)載也較小且相對(duì)穩(wěn)定，通常用一個(gè)獨(dú)立的液壓泵控制。其他4個(gè)動(dòng)作的流量需要通過(guò)一個(gè)變量泵或兩個(gè)定量泵分合流來(lái)滿足。由于變量泵成本相對(duì)較高，目前應(yīng)用相對(duì)較多的是雙定量泵分合流系統(tǒng)。本文針對(duì)汽車起重機(jī)雙定量泵分合流系統(tǒng)起重臂下落動(dòng)作過(guò)程中的沖擊問(wèn)題進(jìn)行分析，對(duì)多路閥進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，提升起重機(jī)的操控性能。

1雙定量泵分合流系統(tǒng)的工作原理

汽車起重機(jī)卷?yè)P(yáng)動(dòng)作要求速度相對(duì)較快，需雙泵合流供給，變幅和伸縮動(dòng)作對(duì)穩(wěn)定性要求高，對(duì)速度要求相對(duì)較低，可由單泵供給。為提升作業(yè)效率，施工過(guò)程中卷?yè)P(yáng)和變幅經(jīng)常同時(shí)動(dòng)作。在這個(gè)過(guò)程中卷?yè)P(yáng)和變幅分別由P1泵和P2泵獨(dú)立供給，如圖1所示。主卷?yè)P(yáng)或副卷?yè)P(yáng)單獨(dú)動(dòng)作時(shí)，分合流閥4打開(kāi)，P1泵和P2泵雙泵合流，供給卷?yè)P(yáng)。變幅或伸縮單獨(dú)動(dòng)作時(shí)，P2泵供油，分合流閥4關(guān)閉，P1泵通過(guò)三通流量閥2泄荷。當(dāng)變幅和卷?yè)P(yáng)同時(shí)動(dòng)作時(shí)，分合流閥4關(guān)閉，P1泵供給卷?yè)P(yáng)，P2泵供給變幅。系統(tǒng)不工作時(shí)，P1泵和P2泵分別通過(guò)三通流量閥2和三通流量閥3泄荷。P3泵單獨(dú)控制回轉(zhuǎn)動(dòng)作，不參與分合流。為防止誤操作，在多路閥1上設(shè)計(jì)有兩個(gè)外控油口V1和V2，這兩個(gè)外控油口通過(guò)電磁換向閥5與回油路相聯(lián)。電磁換向閥5得電，外控油口V1和V2與回油路斷開(kāi)，操作多路閥的工作聯(lián)，液壓泵建壓，系統(tǒng)工作。電磁換向閥5失電，外控油口V1和V2與回油路相通，操作多路閥的工作聯(lián)，液壓泵始終處于泄荷狀態(tài)，系統(tǒng)無(wú)法工作。起重機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的安全保護(hù)也是通過(guò)觸發(fā)電磁換向閥5失電，使整車失去動(dòng)作的。

2問(wèn)題及現(xiàn)象

8t級(jí)和12t級(jí)等較小噸位的起重機(jī)車型為節(jié)約成本，一般會(huì)采用普通的節(jié)流控制，沒(méi)有閥前補(bǔ)償功能。帶壓力補(bǔ)償?shù)碾p定量泵分合流系統(tǒng)主要應(yīng)用在20t級(jí)和25t級(jí)起重機(jī)車型，這種系統(tǒng)普遍存在以下兩個(gè)問(wèn)題：?jiǎn)栴}一：?jiǎn)为?dú)運(yùn)行變幅或伸縮動(dòng)作時(shí)，啟動(dòng)會(huì)有沖擊感，起重臂下落動(dòng)作時(shí)最為明顯。問(wèn)題二：起重臂下落動(dòng)作平穩(wěn)運(yùn)行過(guò)程中，加入卷?yè)P(yáng)起升動(dòng)作，起重臂下落會(huì)有明顯的速度突變，造成沖擊。對(duì)起重臂下落動(dòng)作過(guò)程中平衡閥控制口壓力進(jìn)行測(cè)試，所得測(cè)試曲線如圖2所示。隨著變幅閥芯位移逐漸變大，起重臂開(kāi)始下落，平衡閥控制口壓力有明顯突變，由1.2MPa突變到7.5MPa。閥芯位移繼續(xù)變大，壓力會(huì)回落，然后線性變大，直到閥芯位移達(dá)到最大，壓力達(dá)到最大值并保持。閥芯位移由大變小過(guò)程中，壓力也會(huì)有個(gè)突變，壓力由3.2MPa突變到6.7MPa。閥芯位移繼續(xù)變小，壓力隨之回落。

3原因分析

為防止起重臂下落動(dòng)作抖動(dòng)，液壓系統(tǒng)應(yīng)用了自重下落原理。起重臂下落過(guò)程中，多路閥控制變幅動(dòng)作的換向閥壓力油直接進(jìn)入平衡閥，而不進(jìn)入液壓缸的有桿腔，有桿腔與回油相通。隨著換向閥逐漸開(kāi)啟，壓力油控制平衡閥開(kāi)啟，起重臂依靠自身的重量下落，有桿腔僅補(bǔ)充容積變大所需的油液，防止吸空。因平衡閥的控制壓力相對(duì)較低（2.5~7MPa），突變壓力達(dá)到了平衡閥全開(kāi)壓力，平衡閥開(kāi)口迅速變大，起重臂下落動(dòng)作速度會(huì)明顯加快，造成沖擊。起重臂起升動(dòng)作或伸縮臂動(dòng)作壓力相對(duì)較高，壓力突變影響沒(méi)有那么明顯。起重臂下落動(dòng)作沖擊的原因是進(jìn)入平衡閥的壓力變化，具體分析如下：針對(duì)問(wèn)題一：?jiǎn)为?dú)運(yùn)行變幅或伸縮動(dòng)作時(shí)，啟動(dòng)過(guò)程中，負(fù)載反饋油會(huì)控制分合流閥4換向，使P1泵和P2泵斷開(kāi)，只有P2泵為變幅或伸縮供油。分合流閥4換向過(guò)程，供給變幅或伸縮的流量有突變，補(bǔ)償閥會(huì)根據(jù)外負(fù)載的不同進(jìn)行壓力補(bǔ)償。因起重臂下落動(dòng)作壓力最低，補(bǔ)償壓力范圍最大，所以起重臂下落動(dòng)作沖擊感最為明顯。針對(duì)問(wèn)題二：起重臂下落動(dòng)作平穩(wěn)運(yùn)行過(guò)程中，加入卷?yè)P(yáng)起升動(dòng)作，因卷?yè)P(yáng)起升負(fù)載較高，相對(duì)應(yīng)的壓力較高。反饋油控制P1泵的同時(shí)會(huì)控制P2泵。P2泵的壓力突然上升，多路閥控制變幅動(dòng)作的壓力補(bǔ)償閥進(jìn)行壓力補(bǔ)償調(diào)節(jié)，因?yàn)槠鹬乇巯侣鋭?dòng)作壓力最低，壓力補(bǔ)償范圍最大，所以起重臂下落動(dòng)作沖擊感最為明顯。

4改進(jìn)設(shè)計(jì)

針對(duì)問(wèn)題一：改變分合流閥4的結(jié)構(gòu)形式，由常閉模式變?yōu)槌ｉ_(kāi)模式。這樣，當(dāng)單獨(dú)運(yùn)行變幅或伸縮動(dòng)作時(shí)，分合流閥4不會(huì)動(dòng)作，保持常開(kāi)狀態(tài)，消除了分合流閥4換向引起的供給變幅或伸縮的流量突變，從而消除因泵的流量變化帶來(lái)的壓力突變。針對(duì)問(wèn)題二：增加反饋油路壓力切斷閥，起重臂下落過(guò)程中，加入卷?yè)P(yáng)動(dòng)作，卷?yè)P(yáng)的反饋油路只控制P1泵，不影響P2泵。起重臂下落過(guò)程相關(guān)的液壓系統(tǒng)沒(méi)有任何變化，解決起重臂下落沖擊問(wèn)題。改進(jìn)后的液壓系統(tǒng)原理圖如圖3所示，改變了分合流閥的換向機(jī)能，增加了壓力切斷閥。改進(jìn)后的起重臂下落動(dòng)作測(cè)試曲線如圖4所示。由圖4可見(jiàn)，隨著變幅閥芯位移逐漸變大，起重臂開(kāi)始下落，平衡閥控制口壓力有小許變化，但操作過(guò)程中感覺(jué)不到?jīng)_擊。閥芯位移繼續(xù)變大，壓力回落后線性變大，直到閥芯位移達(dá)到最大，壓力達(dá)到最大值并保持。閥芯位移由大變小過(guò)程中，起重臂下落壓力基本上線性減小。閥芯位移接近最小值時(shí)，落幅壓力有小許壓力變化，操作過(guò)程中不會(huì)感覺(jué)到?jīng)_擊。

5結(jié)論

改進(jìn)前的液壓系統(tǒng)在變幅或伸縮動(dòng)作時(shí)，分合流閥4會(huì)換向，這種設(shè)計(jì)增加了變幅和伸縮動(dòng)作異常的風(fēng)險(xiǎn)。改進(jìn)后的液壓系統(tǒng)在變幅或伸縮動(dòng)作時(shí)，分合流閥4不會(huì)換向，排除了分合流閥4對(duì)變幅和伸縮動(dòng)作產(chǎn)生的影響。改進(jìn)后的液壓系統(tǒng)新增了壓力切斷閥，復(fù)合動(dòng)作時(shí)，卷?yè)P(yáng)壓力只影響P1泵，不會(huì)影響P2泵，消除了對(duì)變幅和伸縮動(dòng)作的影響。液壓控制系統(tǒng)很容易因某一因素的變化而引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，為解決某一因素變化造成的系統(tǒng)不穩(wěn)定，往往需要耗費(fèi)大量的人力物力。液壓閥作為液壓系統(tǒng)的控制元制，設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)更多的考慮執(zhí)行每個(gè)動(dòng)作時(shí)，變化因素都要最少，變化因素越少，執(zhí)行動(dòng)作的可控性就越高。

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作者:劉正雷 彭勇 王濤 單位:三一汽車起重機(jī)械有限公司