160噸輪胎式提梁機(jī)液壓系統(tǒng)分析和改進(jìn)

陳忱　吳春慧　程海華　蘇杰

摘 要：介紹了160噸輪胎式提梁機(jī)的液壓系統(tǒng)原理，介紹了負(fù)載敏感系統(tǒng)的兩種形式，通過(guò)分析比較了閥前補(bǔ)償和閥后補(bǔ)償在提梁機(jī)液壓系統(tǒng)的適用性，得出采用閥后補(bǔ)償?shù)呢?fù)載敏感系統(tǒng)對(duì)該提梁機(jī)有更好的經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：輪胎式提梁機(jī)；負(fù)載敏感系統(tǒng)；閥前補(bǔ)償；閥后補(bǔ)償

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.060

0 引言

中鐵工程機(jī)械研究設(shè)計(jì)院研制的MDEL160型輪胎式提梁機(jī)適用于鐵路預(yù)制T型梁的起吊、運(yùn)輸、裝車(chē)等工作。該提梁機(jī)的的行走、轉(zhuǎn)向和支腿等系統(tǒng)為液壓傳動(dòng)并在行業(yè)內(nèi)率先采用了開(kāi)式行走的方案，用開(kāi)式變量泵為行走、轉(zhuǎn)向和支腿等系統(tǒng)提供油源，通過(guò)閥前補(bǔ)償?shù)呢?fù)載敏感多路閥控制馬達(dá)和液壓缸動(dòng)作。若采用閥后補(bǔ)償?shù)呢?fù)載敏感多路閥進(jìn)行控制，可以選用更小排量的負(fù)載敏感開(kāi)式泵，降低系統(tǒng)能耗和整機(jī)成本。

1 主要?jiǎng)幼饕簤合到y(tǒng)原理

MDEL160型輪胎式提梁機(jī)液壓系統(tǒng)采用兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置，每側(cè)系統(tǒng)的執(zhí)行元件包含：2個(gè)行走液壓馬達(dá)、4個(gè)轉(zhuǎn)向油缸、2個(gè)支腿油缸。由電機(jī)帶動(dòng)1臺(tái)130ml/r的開(kāi)式變量泵供油，用負(fù)載敏感多路閥進(jìn)行控制，見(jiàn)圖1。

提梁機(jī)在某一個(gè)典型的提梁、落梁周期內(nèi)的動(dòng)作順序?yàn)椋嚎v向行走→伸支腿→輪組90度轉(zhuǎn)向→縮支腿→橫向行走→提梁→橫向行走→落梁→橫向行走（前往下一個(gè)梁位）。整機(jī)行走時(shí)，如果姿態(tài)需要調(diào)整，會(huì)同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)向動(dòng)作；支腿油缸一般在輪組90度轉(zhuǎn)向前伸出，轉(zhuǎn)向以后縮回，不和其他液壓執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作。

開(kāi)式變量泵的流量必須保證行走馬達(dá)和轉(zhuǎn)向油缸同時(shí)工作，根據(jù)整機(jī)的行走速度和轉(zhuǎn)向速度要求，單側(cè)的行走馬達(dá)需要流量為74.8L/min，4個(gè)轉(zhuǎn)向油缸需要的總流量為100L/min，開(kāi)式系統(tǒng)采用閥前補(bǔ)償?shù)呢?fù)載敏感系統(tǒng)，所以開(kāi)式變量泵的排量需要滿足公式（1）：

可以得出Vg=125.2ml/r。選擇丹佛斯ER-130的負(fù)載敏感泵可以滿足要求，每轉(zhuǎn)排量為130ml/r。

2 負(fù)載敏感系統(tǒng)的兩種形式

負(fù)載敏感技術(shù)就是將負(fù)載所需的壓力、流量與泵源的壓力流量匹配起來(lái)以最大程度提高系統(tǒng)效率的一種技術(shù)[1]。這種技術(shù)通常由負(fù)載敏感泵和負(fù)載敏感多路閥等組成回路，其液壓泵的壓力和多個(gè)負(fù)載中的最大負(fù)載相適應(yīng)， 通過(guò)負(fù)載敏感閥內(nèi)置的壓力補(bǔ)償閥對(duì)小負(fù)載壓力進(jìn)行補(bǔ)償，從而滿足多個(gè)執(zhí)行元件與負(fù)載無(wú)關(guān)的流量要求。根據(jù)壓力補(bǔ)償閥的位置不同，分兩種控制方式。

2.1 閥前補(bǔ)償?shù)目刂品绞?/p>

壓力補(bǔ)償閥設(shè)置在主閥前側(cè)，該控制方式稱(chēng)為閥前補(bǔ)償，見(jiàn)圖2。

壓力補(bǔ)償閥的彈簧設(shè)定壓力為px1和px2（一般有px1=px2），多路閥主閥前側(cè)的壓力分別pm1和pm2，有pm1=p1+ px1，pm2=p2+ px2，主閥前后壓差為Δp1= pm1-p1= px1，Δp2= pm2-p2= px2，假設(shè)p2>p1，最大負(fù)載壓力p2反饋到開(kāi)式泵上的補(bǔ)償閥，開(kāi)式泵的出口壓力調(diào)節(jié)至ps，節(jié)流口的流量特性[2]為：

可得出兩片多路閥的流量與主閥開(kāi)度和前后的壓差成正比，當(dāng)系統(tǒng)流量不飽和時(shí)，主閥的前后壓差等于補(bǔ)償閥的彈簧設(shè)定壓力（為定值），此時(shí)多路閥的流量只與主閥的開(kāi)度成正比；如果液壓泵提供的流量飽和時(shí)，液壓油會(huì)先流向負(fù)載低的多路閥，負(fù)載高的一片多路閥壓差無(wú)法達(dá)到補(bǔ)償閥的彈簧設(shè)定值，通過(guò)其主閥的流量減少，負(fù)載高的執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度會(huì)減小直到停止。一般來(lái)說(shuō)，提梁機(jī)行走時(shí)，行走馬達(dá)的壓力要高于轉(zhuǎn)向壓力，如果開(kāi)式泵的流量不夠，就會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)向正常但行走速度突然變慢的情況，會(huì)對(duì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和T型梁造成很大沖擊。

2.2 閥后補(bǔ)償?shù)目刂品绞?/p>

壓力補(bǔ)償閥設(shè)置在主閥后側(cè)，該控制方式稱(chēng)為閥后補(bǔ)償，見(jiàn)圖3。

壓力補(bǔ)償閥設(shè)置在主閥之后，補(bǔ)償閥彈簧腔是通過(guò)梭閥提取最大負(fù)載壓力，補(bǔ)償閥非彈簧腔連通主閥芯后側(cè)壓力，假設(shè)p2>p1，多路閥主閥芯后側(cè)的壓力分別pn1和pn2，此時(shí)有p2+px1=pn1，p2+px2=pn2，所以各補(bǔ)償閥非彈簧腔端壓力pn1=pn2，換向閥前后壓差Δp1=ps-pn1=Δp2=ps-pn2=Δp， 通過(guò)多路閥的流量：

即通過(guò)各多路閥的流量和主閥的開(kāi)度以及前后的壓差有關(guān)。當(dāng)系統(tǒng)在流量飽和時(shí)多執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作的情況下，液壓泵的補(bǔ)償閥無(wú)法達(dá)到調(diào)定壓差，壓力Δp 減小，由于壓力補(bǔ)償閥中彈簧腔壓力p2不變，系統(tǒng)壓差Δp1和Δp2將相應(yīng)減小，基于閥后補(bǔ)償多路閥的控制系統(tǒng)具有抗流量飽和作用，即使未采取任何附加措施，當(dāng)發(fā)生流量飽和時(shí)也能實(shí)現(xiàn)按比例降低各執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度的功能[3]，不會(huì)出現(xiàn)最大負(fù)載執(zhí)行元件停止運(yùn)動(dòng)的情況。

由于行走馬達(dá)需要流量為74.8L/min，4個(gè)轉(zhuǎn)向油缸需要的總流量為100L/min，在行走和轉(zhuǎn)向同時(shí)動(dòng)作時(shí)，若流量不飽和，進(jìn)行等比例的流量分配，可選用ER-100的開(kāi)式變量泵，最大排量為100ml/r，根據(jù)公式（1），此時(shí)泵能提供的流量為140L/min，按照等比例分配可以給行走馬達(dá)分配60L/min，給轉(zhuǎn)向油缸分配80L/min。在提梁機(jī)做轉(zhuǎn)向調(diào)整的時(shí)候，行走速度降低一點(diǎn)反而更有利于整機(jī)平穩(wěn)， T型梁的穩(wěn)定性也更好。選擇更小一檔排量的負(fù)載敏感開(kāi)式泵，可以降低液壓系統(tǒng)能耗和整機(jī)制造成本。

3 結(jié)論

MDEL160噸輪胎式提梁機(jī)原采用2臺(tái)130ml/r的開(kāi)式變量泵為行走、轉(zhuǎn)向和支腿等系統(tǒng)提供油源，通過(guò)閥前補(bǔ)償?shù)呢?fù)載敏感多路閥控制執(zhí)行元件動(dòng)作。閥后補(bǔ)償?shù)亩嗦烽y經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)積累，價(jià)格已經(jīng)接近閥前補(bǔ)償?shù)亩嗦烽y；采用閥后補(bǔ)償方式進(jìn)行控制，可以將開(kāi)式泵的排量減小到100ml/r，降低液壓系統(tǒng)能耗和整機(jī)制造成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃新年，張長(zhǎng)生，陳忠強(qiáng).負(fù)載敏感技術(shù)在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].流體傳動(dòng)與控制，2007（05）：28-30.

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[3]劉偉，徐兵，楊華勇，朱曉軍.LUDV多路閥的挖掘機(jī)電液流量匹配控制系統(tǒng)特性[J]. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2012（8）：1360-1368.

作者簡(jiǎn)介：陳忱（1984-），男，湖北襄陽(yáng)人，碩士研究生，工程師，研究方向：機(jī)械電子工程。