汽车起重机双泵分合流系统研究范文

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《工程机械杂志》2016年第11期

摘要：

针对汽车起重机作业过程中出现的起重臂下落冲击问题，分析双定量泵分合流系统的工作原理并进行改进设计。改进后的双定量泵分合流系统将分合流阀的结构形式由常闭模式改为常开模式，同时增加压力切断阀，消除了因分合流阀换向引起的液压泵流量变化所带来的压力突变，成功解决了起重臂下落冲击问题。

关键词：

汽车起重机；双泵分合流；多路阀

汽车起重机上车动作通常由主卷扬、副卷扬、变幅、伸缩和回转等5个动作组成，每个动作通过一个执行机构（马达或液压缸）来实现两个运动方向。主卷扬和副卷扬动作都是通过液压马达实现物体的起升和下降；变幅动作通过液压缸实现起重臂的起升和下落；伸缩动作通过液压缸实现起重臂的伸出和缩回；回转动作通过马达实现物体左右两个方向的旋转。由于各动作的功能不同，运行速度和外负载要求也不同，因此对泵源输出的流量和承载能力要求也各异。回转动作，流量要求相对较小，外负载也较小且相对稳定，通常用一个独立的液压泵控制。其他4个动作的流量需要通过一个变量泵或两个定量泵分合流来满足。由于变量泵成本相对较高，目前应用相对较多的是双定量泵分合流系统。本文针对汽车起重机双定量泵分合流系统起重臂下落动作过程中的冲击问题进行分析，对多路阀进行改进设计，提升起重机的操控性能。

1双定量泵分合流系统的工作原理

汽车起重机卷扬动作要求速度相对较快，需双泵合流供给，变幅和伸缩动作对稳定性要求高，对速度要求相对较低，可由单泵供给。为提升作业效率，施工过程中卷扬和变幅经常同时动作。在这个过程中卷扬和变幅分别由P1泵和P2泵独立供给，如图1所示。主卷扬或副卷扬单独动作时，分合流阀4打开，P1泵和P2泵双泵合流，供给卷扬。变幅或伸缩单独动作时，P2泵供油，分合流阀4关闭，P1泵通过三通流量阀2泄荷。当变幅和卷扬同时动作时，分合流阀4关闭，P1泵供给卷扬，P2泵供给变幅。系统不工作时，P1泵和P2泵分别通过三通流量阀2和三通流量阀3泄荷。P3泵单独控制回转动作，不参与分合流。为防止误操作，在多路阀1上设计有两个外控油口V1和V2，这两个外控油口通过电磁换向阀5与回油路相联。电磁换向阀5得电，外控油口V1和V2与回油路断开，操作多路阀的工作联，液压泵建压，系统工作。电磁换向阀5失电，外控油口V1和V2与回油路相通，操作多路阀的工作联，液压泵始终处于泄荷状态，系统无法工作。起重机运行过程中的安全保护也是通过触发电磁换向阀5失电，使整车失去动作的。

2问题及现象

8t级和12t级等较小吨位的起重机车型为节约成本，一般会采用普通的节流控制，没有阀前补偿功能。带压力补偿的双定量泵分合流系统主要应用在20t级和25t级起重机车型，这种系统普遍存在以下两个问题：问题一：单独运行变幅或伸缩动作时，启动会有冲击感，起重臂下落动作时最为明显。问题二：起重臂下落动作平稳运行过程中，加入卷扬起升动作，起重臂下落会有明显的速度突变，造成冲击。对起重臂下落动作过程中平衡阀控制口压力进行测试，所得测试曲线如图2所示。随着变幅阀芯位移逐渐变大，起重臂开始下落，平衡阀控制口压力有明显突变，由1.2MPa突变到7.5MPa。阀芯位移继续变大，压力会回落，然后线性变大，直到阀芯位移达到最大，压力达到最大值并保持。阀芯位移由大变小过程中，压力也会有个突变，压力由3.2MPa突变到6.7MPa。阀芯位移继续变小，压力随之回落。

3原因分析

为防止起重臂下落动作抖动，液压系统应用了自重下落原理。起重臂下落过程中，多路阀控制变幅动作的换向阀压力油直接进入平衡阀，而不进入液压缸的有杆腔，有杆腔与回油相通。随着换向阀逐渐开启，压力油控制平衡阀开启，起重臂依靠自身的重量下落，有杆腔仅补充容积变大所需的油液，防止吸空。因平衡阀的控制压力相对较低（2.5~7MPa），突变压力达到了平衡阀全开压力，平衡阀开口迅速变大，起重臂下落动作速度会明显加快，造成冲击。起重臂起升动作或伸缩臂动作压力相对较高，压力突变影响没有那么明显。起重臂下落动作冲击的原因是进入平衡阀的压力变化，具体分析如下：针对问题一：单独运行变幅或伸缩动作时，启动过程中，负载反馈油会控制分合流阀4换向，使P1泵和P2泵断开，只有P2泵为变幅或伸缩供油。分合流阀4换向过程，供给变幅或伸缩的流量有突变，补偿阀会根据外负载的不同进行压力补偿。因起重臂下落动作压力最低，补偿压力范围最大，所以起重臂下落动作冲击感最为明显。针对问题二：起重臂下落动作平稳运行过程中，加入卷扬起升动作，因卷扬起升负载较高，相对应的压力较高。反馈油控制P1泵的同时会控制P2泵。P2泵的压力突然上升，多路阀控制变幅动作的压力补偿阀进行压力补偿调节，因为起重臂下落动作压力最低，压力补偿范围最大，所以起重臂下落动作冲击感最为明显。

4改进设计

针对问题一：改变分合流阀4的结构形式，由常闭模式变为常开模式。这样，当单独运行变幅或伸缩动作时，分合流阀4不会动作，保持常开状态，消除了分合流阀4换向引起的供给变幅或伸缩的流量突变，从而消除因泵的流量变化带来的压力突变。针对问题二：增加反馈油路压力切断阀，起重臂下落过程中，加入卷扬动作，卷扬的反馈油路只控制P1泵，不影响P2泵。起重臂下落过程相关的液压系统没有任何变化，解决起重臂下落冲击问题。改进后的液压系统原理图如图3所示，改变了分合流阀的换向机能，增加了压力切断阀。改进后的起重臂下落动作测试曲线如图4所示。由图4可见，随着变幅阀芯位移逐渐变大，起重臂开始下落，平衡阀控制口压力有小许变化，但操作过程中感觉不到冲击。阀芯位移继续变大，压力回落后线性变大，直到阀芯位移达到最大，压力达到最大值并保持。阀芯位移由大变小过程中，起重臂下落压力基本上线性减小。阀芯位移接近最小值时，落幅压力有小许压力变化，操作过程中不会感觉到冲击。

5结论

改进前的液压系统在变幅或伸缩动作时，分合流阀4会换向，这种设计增加了变幅和伸缩动作异常的风险。改进后的液压系统在变幅或伸缩动作时，分合流阀4不会换向，排除了分合流阀4对变幅和伸缩动作产生的影响。改进后的液压系统新增了压力切断阀，复合动作时，卷扬压力只影响P1泵，不会影响P2泵，消除了对变幅和伸缩动作的影响。液压控制系统很容易因某一因素的变化而引起系统不稳定，为解决某一因素变化造成的系统不稳定，往往需要耗费大量的人力物力。液压阀作为液压系统的控制元制，设计过程中应更多的考虑执行每个动作时，变化因素都要最少，变化因素越少，执行动作的可控性就越高。

参考文献：

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[2]张利平.液压阀原理、使用与维护[M].北京：化学工业出版社，2009.

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[6]马永辉，徐宝富.工程机械液压系统设计计算[M].北京：机械工业出版社，1985.

作者:刘正雷 彭勇 王涛 单位:三一汽车起重机械有限公司