油氣彈簧油缸在履帶起重機中的應用

薛 振 肖 華 劉 威 卞劍韜

徐州維爾力德重工科技有限公司 江蘇 徐州 221000

履帶吊具有起重量大、可吊裝行走、工況組合多、吊重衰減小等優(yōu)點，滿足了多數(shù)大型設(shè)備安裝與工程建設(shè)的需求。設(shè)計師們在設(shè)計履帶起重機之初，不僅考慮了吊車的起重性能，而且考慮到了吊裝整體穩(wěn)定性和主動安全保護措施，以及被動安全（機械鎖止限位）保護措施。塔式副臂防后傾就是一種被動安全保護措施。塔式副臂防后傾的作用一是抵消前撐桿系統(tǒng)的部分自身重力，二是在吊車吊重突然卸載時，避免履帶起重機向后傾翻。

因油氣彈簧缸緩沖效果好，能有效吸收突然卸載時儲存在臂架中的彈性勢能，所以越來越多的履帶起重機將油氣彈簧油缸連桿結(jié)構(gòu)形式應用到塔式防后傾裝置上來。但目前履帶起重機的使用說明書上針對油氣彈簧缸的介紹不夠細致，只是簡單說明了油氣彈簧缸的初始壓力值與極限位置時的報警壓力值。履帶吊操作人員在塔臂使用過程中，觀察油氣彈簧缸壓力值時不能與臂架角度實時對比，帶來一些危險隱患。為此，有必要對油氣彈簧缸在使用過程中的變化情況進行描述。通過模擬臂架角度對油氣彈簧缸的長度變化，進一步計算油氣彈簧缸的壓力變化。履帶吊起重機操作人員可以根據(jù)表格快速查找到當前工況下，油氣彈簧缸的壓力顯示是否與理論值一致。對履帶起重機操作人員判斷油氣彈簧缸的使用狀態(tài)提供了重要依據(jù)。

1 油氣彈簧缸的安裝位置

圖1 為履帶式起重機中油氣彈簧缸的安裝位置示意圖，由圖可見，油氣彈簧缸一端與前撐桿連接，另一端與防后傾支架連接。油氣彈簧缸與前撐桿的連接鉸點，油氣彈簧缸與防后傾支架的鉸點，以及防后傾支架與臂頭的連接鉸點，三點構(gòu)成一個三角形。這個三角形的三邊中只有油氣彈簧缸的長度會隨著履帶起重機的當前工況發(fā)生變化。一般情況下，履帶起重機的塔臂工況下，中小噸位一般安裝1 個油氣彈簧缸，初始壓力為8MPa 左右；中大噸位一般安裝兩個油氣彈簧缸，初始壓力為4MPa。雖然安裝數(shù)量上有不同，但基本工作原理是一致的，在此主要論證一種用在中小噸位上的油氣彈簧缸。

圖1 油氣彈簧缸的安裝位置示意圖

2 油氣彈簧缸的工作原理

圖2 為一種中小噸位油氣彈簧缸結(jié)構(gòu)示意圖。油腔缸直徑為220mm，長度為1100mm；氮氣腔直徑為140mm，長度為2900mm。在使用前，通常先將氮氣腔充以8MPa 的氮氣壓力；然后油缸吊起，將油缸拉長至最長安裝長度,此油缸的最長安裝尺寸為4440mm。

圖2 油氣彈簧缸結(jié)構(gòu)示意圖

油氣彈簧缸油腔中的液壓油體積在油缸長度發(fā)生變化時基本不變，液壓油分布在圖3 所示的V1、V2和V3三個腔體內(nèi)，因此液壓油的總體積（V0）即為三者之和。油缸活動桿的長度變化會帶動浮動油封位置變化，而浮動油封位置變化會影響氮氣腔的體積大小變化。氮氣腔體積減小時，氮氣腔中氮氣壓力上升；反之，氮氣腔中的氮氣壓力下降。因此，油氣彈簧缸壓力的大小由氮氣腔的體積大小決定。

圖3 油腔液壓油分布示意圖

3 油氣彈簧缸的工作壓力的計算

油氣彈簧缸內(nèi)液壓油的位置變化滿足式（1）—式（4）。

式中：V0——液壓油體積；

Dy——油腔缸直徑；

L0——油腔長度；

δι——油缸總長度變化量；

Dq——氮氣腔直徑；

ιq——浮動油封位置變化量；

Dg——活動桿外徑。

由以上公式可計算出油缸總長度每縮短100mm 浮動油封位置的變化量，結(jié)果如表1 所示。

表1 浮動油封位移量對照表（單位：mm）

當油氣彈簧缸長度發(fā)生變化時，氮氣腔的壓力變化可根據(jù)波義耳定律進行計算。在定量定溫下，理想氣體的體積與氣體的壓強成反比[式（5）]。且P1V1=P2V2= 常數(shù)。

式中：V——氣體的體積；

P——壓強；

C——常數(shù)。

經(jīng)過計算可得油缸總長度每縮短100mm，浮動油封位置變化時的壓力情況，如表2 所示。

表2 浮動油封位移量和壓力對照表

4 計算參數(shù)驗證

履帶起重機在幅度變化過程中記錄塔臂角度、油氣彈簧缸壓力值和主臂角度，并通過圖紙模擬出對應的油缸長度，摘錄的現(xiàn)場記錄數(shù)據(jù)如表3 所示。

對照表2 與表3，可以看出實際測量值與理論計算值基本接近，說明此計算方法與實際工況較為貼合。

表3 現(xiàn)場記錄數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語

主要介紹油氣彈簧缸在履帶起重機塔式變幅工況中的應用，講述了油氣彈簧缸的安裝位置、工作原理和壓力變化，可以供同類油氣彈簧缸參考，進行保養(yǎng)與維護，以及對油氣彈簧缸的工作狀態(tài)進行監(jiān)控。通過查閱表格可以判斷當前工況下，油氣彈簧缸的壓縮量及壓力值是否在合理范圍內(nèi)，對履帶起重機使用者判斷油氣缸的工作狀態(tài)具有重要意義。