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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(yè)過程中出現(xiàn)的起重臂下落沖擊問題，分析雙定量泵分合流系統(tǒng)的工作原理并進行改進設(shè)計。改進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(guān)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(zhuǎn)等5個動作組成，每個動作通過一個執(zhí)行機構(gòu)（馬達或液壓缸）來實現(xiàn)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(xiàn)物體的起升和下降；變幅動作通過液壓缸實現(xiàn)起重臂的起升和下落；伸縮動作通過液壓缸實現(xiàn)起重臂的伸出和縮回；回轉(zhuǎn)動作通過馬達實現(xiàn)物體左右兩個方向的旋轉(zhuǎn)。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(zhuǎn)動作，流量要求相對較小，外負載也較小且相對穩(wěn)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(yīng)用相對較多的是雙定量泵分合流系統(tǒng)。本文針對汽車起重機雙定量泵分合流系統(tǒng)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(shè)計，提升起重機的操控性能。

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(wěn)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(yè)效率，施工過程中卷揚和變幅經(jīng)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(guān)閉，P1泵通過三通流量閥2泄荷。當(dāng)變幅和卷揚同時動作時，分合流閥4關(guān)閉，P1泵供給卷揚，P2泵供給變幅。系統(tǒng)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(zhuǎn)動作，不參與分合流。為防止誤操作，在多路閥1上設(shè)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(lián)。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(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)無法工作。起重機運行過程中的安全保護也是通過觸發(fā)電磁換向閥5失電，使整車失去動作的。

2問題及現(xiàn)象

8t級和12t級等較小噸位的起重機車型為節(jié)約成本，一般會采用普通的節(jié)流控制，沒有閥前補償功能。帶壓力補償?shù)碾p定量泵分合流系統(tǒng)主要應(yīng)用在20t級和25t級起重機車型，這種系統(tǒng)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(wěn)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(xù)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(xù)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(tǒng)應(yīng)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(jù)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(wěn)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(yīng)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(diào)節(jié)，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(shè)計

針對問題一：改變分合流閥4的結(jié)構(gòu)形式，由常閉模式變?yōu)槌ｉ_模式。這樣，當(dāng)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(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(guān)的液壓系統(tǒng)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(tǒng)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?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?jīng)_擊。

5結(jié)論

改進前的液壓系統(tǒng)在變幅或伸縮動作時，分合流閥4會換向，這種設(shè)計增加了變幅和伸縮動作異常的風(fēng)險。改進后的液壓系統(tǒng)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(chǎn)生的影響。改進后的液壓系統(tǒng)新增了壓力切斷閥，復(fù)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(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)計過程中應(yīng)更多的考慮執(zhí)行每個動作時，變化因素都要最少，變化因素越少，執(zhí)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