汽車起重機雙泵分合流系統研究范文

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《工程機械雜志》2016年第11期

摘要：

針對汽車起重機作業過程中出現的起重臂下落沖擊問題，分析雙定量泵分合流系統的工作原理并進行改進設計。改進后的雙定量泵分合流系統將分合流閥的結構形式由常閉模式改為常開模式，同時增加壓力切斷閥，消除了因分合流閥換向引起的液壓泵流量變化所帶來的壓力突變，成功解決了起重臂下落沖擊問題。

關鍵詞：

汽車起重機；雙泵分合流；多路閥

汽車起重機上車動作通常由主卷揚、副卷揚、變幅、伸縮和回轉等5個動作組成，每個動作通過一個執行機構（馬達或液壓缸）來實現兩個運動方向。主卷揚和副卷揚動作都是通過液壓馬達實現物體的起升和下降；變幅動作通過液壓缸實現起重臂的起升和下落；伸縮動作通過液壓缸實現起重臂的伸出和縮回；回轉動作通過馬達實現物體左右兩個方向的旋轉。由于各動作的功能不同，運行速度和外負載要求也不同，因此對泵源輸出的流量和承載能力要求也各異。回轉動作，流量要求相對較小，外負載也較小且相對穩定，通常用一個獨立的液壓泵控制。其他4個動作的流量需要通過一個變量泵或兩個定量泵分合流來滿足。由于變量泵成本相對較高，目前應用相對較多的是雙定量泵分合流系統。本文針對汽車起重機雙定量泵分合流系統起重臂下落動作過程中的沖擊問題進行分析，對多路閥進行改進設計，提升起重機的操控性能。

1雙定量泵分合流系統的工作原理

汽車起重機卷揚動作要求速度相對較快，需雙泵合流供給，變幅和伸縮動作對穩定性要求高，對速度要求相對較低，可由單泵供給。為提升作業效率，施工過程中卷揚和變幅經常同時動作。在這個過程中卷揚和變幅分別由P1泵和P2泵獨立供給，如圖1所示。主卷揚或副卷揚單獨動作時，分合流閥4打開，P1泵和P2泵雙泵合流，供給卷揚。變幅或伸縮單獨動作時，P2泵供油，分合流閥4關閉，P1泵通過三通流量閥2泄荷。當變幅和卷揚同時動作時，分合流閥4關閉，P1泵供給卷揚，P2泵供給變幅。系統不工作時，P1泵和P2泵分別通過三通流量閥2和三通流量閥3泄荷。P3泵單獨控制回轉動作，不參與分合流。為防止誤操作，在多路閥1上設計有兩個外控油口V1和V2，這兩個外控油口通過電磁換向閥5與回油路相聯。電磁換向閥5得電，外控油口V1和V2與回油路斷開，操作多路閥的工作聯，液壓泵建壓，系統工作。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，液壓泵始終處于泄荷狀態，系統無法工作。起重機運行過程中的安全保護也是通過觸發電磁換向閥5失電，使整車失去動作的。

2問題及現象

8t級和12t級等較小噸位的起重機車型為節約成本，一般會采用普通的節流控制，沒有閥前補償功能。帶壓力補償的雙定量泵分合流系統主要應用在20t級和25t級起重機車型，這種系統普遍存在以下兩個問題：問題一：單獨運行變幅或伸縮動作時，啟動會有沖擊感，起重臂下落動作時最為明顯。問題二：起重臂下落動作平穩運行過程中，加入卷揚起升動作，起重臂下落會有明顯的速度突變，造成沖擊。對起重臂下落動作過程中平衡閥控制口壓力進行測試，所得測試曲線如圖2所示。隨著變幅閥芯位移逐漸變大，起重臂開始下落，平衡閥控制口壓力有明顯突變，由1.2MPa突變到7.5MPa。閥芯位移繼續變大，壓力會回落，然后線性變大，直到閥芯位移達到最大，壓力達到最大值并保持。閥芯位移由大變小過程中，壓力也會有個突變，壓力由3.2MPa突變到6.7MPa。閥芯位移繼續變小，壓力隨之回落。

3原因分析

為防止起重臂下落動作抖動，液壓系統應用了自重下落原理。起重臂下落過程中，多路閥控制變幅動作的換向閥壓力油直接進入平衡閥，而不進入液壓缸的有桿腔，有桿腔與回油相通。隨著換向閥逐漸開啟，壓力油控制平衡閥開啟，起重臂依靠自身的重量下落，有桿腔僅補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較低（2.5~7MPa），突變壓力達到了平衡閥全開壓力，平衡閥開口迅速變大，起重臂下落動作速度會明顯加快，造成沖擊。起重臂起升動作或伸縮臂動作壓力相對較高，壓力突變影響沒有那么明顯。起重臂下落動作沖擊的原因是進入平衡閥的壓力變化，具體分析如下：針對問題一：單獨運行變幅或伸縮動作時，啟動過程中，負載反饋油會控制分合流閥4換向，使P1泵和P2泵斷開，只有P2泵為變幅或伸縮供油。分合流閥4換向過程，供給變幅或伸縮的流量有突變，補償閥會根據外負載的不同進行壓力補償。因起重臂下落動作壓力最低，補償壓力范圍最大，所以起重臂下落動作沖擊感最為明顯。針對問題二：起重臂下落動作平穩運行過程中，加入卷揚起升動作，因卷揚起升負載較高，相對應的壓力較高。反饋油控制P1泵的同時會控制P2泵。P2泵的壓力突然上升，多路閥控制變幅動作的壓力補償閥進行壓力補償調節，因為起重臂下落動作壓力最低，壓力補償范圍最大，所以起重臂下落動作沖擊感最為明顯。

4改進設計

針對問題一：改變分合流閥4的結構形式，由常閉模式變為常開模式。這樣，當單獨運行變幅或伸縮動作時，分合流閥4不會動作，保持常開狀態，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的壓力突變。針對問題二：增加反饋油路壓力切斷閥，起重臂下落過程中，加入卷揚動作，卷揚的反饋油路只控制P1泵，不影響P2泵。起重臂下落過程相關的液壓系統沒有任何變化，解決起重臂下落沖擊問題。改進后的液壓系統原理圖如圖3所示，改變了分合流閥的換向機能，增加了壓力切斷閥。改進后的起重臂下落動作測試曲線如圖4所示。由圖4可見，隨著變幅閥芯位移逐漸變大，起重臂開始下落，平衡閥控制口壓力有小許變化，但操作過程中感覺不到沖擊。閥芯位移繼續變大，壓力回落后線性變大，直到閥芯位移達到最大，壓力達到最大值并保持。閥芯位移由大變小過程中，起重臂下落壓力基本上線性減小。閥芯位移接近最小值時，落幅壓力有小許壓力變化，操作過程中不會感覺到沖擊。

5結論

改進前的液壓系統在變幅或伸縮動作時，分合流閥4會換向，這種設計增加了變幅和伸縮動作異常的風險。改進后的液壓系統在變幅或伸縮動作時，分合流閥4不會換向，排除了分合流閥4對變幅和伸縮動作產生的影響。改進后的液壓系統新增了壓力切斷閥，復合動作時，卷揚壓力只影響P1泵，不會影響P2泵，消除了對變幅和伸縮動作的影響。液壓控制系統很容易因某一因素的變化而引起系統不穩定，為解決某一因素變化造成的系統不穩定，往往需要耗費大量的人力物力。液壓閥作為液壓系統的控制元制，設計過程中應更多的考慮執行每個動作時，變化因素都要最少，變化因素越少，執行動作的可控性就越高。

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作者:劉正雷 彭勇 王濤 單位:三一汽車起重機械有限公司