汽车起重机单缸插销伸缩机构液压系统的改进

 

    1.工作原理单缸插销伸缩机构主要由吊臂、伸缩缸、缸销和臂销等组成，如所示。

 

    本文以五节吊臂为例，介绍其工作原理。

 

    伸吊臂时，伸缩缸缸筒首先伸出。当缸筒运动到第五节臂缸销孔位置时，将缸销插入第五节臂缸销孔（侧面），然后将第五节臂上的臂销（顶部）拉下，以使第五节臂脱离第四节臂连接。伸缩缸缸筒继续仲出，直到第五节臂销运动到第四节臂前端另一个臂销孔处时，将第五节臂臂销插入第四节该臂销孔。缸销脱离五节臂缸销孔，伸缩缸回缩，至此完成第五节臂伸臂过程。

 

    如此反复操纵多次后，顺序伸出第四节臂、第三节臂、第二节臂，即完成整个伸臂过程。缩臂时，所有过程反向操纵。

 

    单缸插销伸缩机构液压系统主要由换向阀1、卸荷阀2、卸荷电磁阀3、换向阀4、平衡阀5、伸缩缸6、缸销缸7、臂销缸8、芯管9、缸销臂销切换电磁阀10等组成，如所示。在自动伸缩时，电磁铁1YA或2YA―直处于通电状态。电磁缸销铁3YA、4YA、5YA和6YA在插销与拔销时的状态如表1所示。

 

    由可以看出，插拔缸销和臂销时，主油路（P2）处于卸荷状态，伸缩缸停止动作，由5YA和6YA电磁铁控制完成缸销和臂销的插拔工作。其工作过程如下：伸缩缸缸销运动到缸销孔（或臂销孔）附近时，电控系统检测到信号，将伸缩缸运行速度降低，同时伸缩缸缸销（或臂销）弹出，其端面在吊臂上滑动。直至缸销运动到正对缸销孔（或臂销孔）处，缸销（或臂销）弹入缸销孔（或臂销孔），完成插销过程。

 

    伸缩缸缸筒运动到预定位置后，缸销臂销切换电磁阀控制油液进入缸销缸（或臂销缸）。同时压缩缸销缸（或臂销）内弹簧，带动缸销（或臂销）从缸销孔（或臂销孔）拔出，从而完成拔销过程。发出，操纵室内的显示器却显示缸销或臂销未拔出或未拔到位。

 

    三是即使插销与拔销动作顺利，也会发出巨大响声，并引起整机振动。

 

    3.原因分析在排除机械原因引起缸销或臂销卡滞后，我们从液压系统（见）入手，分析吊臂伸缩缸可能有窜动现象。其原因有2点：一是伸缩缸内的芯管处形成推力，二是回油背压使伸缩缸活塞两端形成差动推力。

 

    在拔缸销或臂销时，5YA电磁铁处于通电状态，伸缩缸内的芯管相当于一个小型的液压缸，缸销缸与臂销缸的油压均为8MPa.该油压作用在伸缩缸上，推动其缸筒运动。在伸缩缸缸筒运动过程中，伸缩缸（主油路回油油路均已连通）的有杆腔和无杆腔便自动排油或补油。

 

    此时芯管处形成的推力计算如下：我公司设计的单缸插销式伸缩机构在试制时，出现以下3种缸销和臂销插拔故障：一是插缸销或臂销时，操作指令已发出，操纵室内的显示器显示缸销或臂销虽已弹出，但并没有完全伸到位。此状态下，起重机安全保护程序不允许操纵者进行下一步动作。

 

    二是拔缸销或臂销时，操作指令已F芯管推力；P芯管处压力，8MPa.伸缩缸主油路形成回油油路后，回油背压（0.4MP）进入伸缩缸的压力相等。由于伸缩缸无杆腔受力面积比有杆腔受力面积大得多，所以伸缩缸形成差动推力。差动推力形成后，便推动伸缩F弹缸销插入缸销孔时受力示意图F禅一缸销内弹簧作用力F反吊臂缸销孔对缸销的反作用力N'、N2吊臂缸销孔对缸销的压力f2在从和/2点形成的摩擦力缸销f2FV卜压缸销拔出缸销孔时受力示意图Fk缸销缸柱塞对缸销的作用力F反吊臂缸销孔对缸销的反作用力NN2吊臂缸销孔对缸销的压力ff2在和//2点形成的摩擦力插拔销控制方式3VA工作部件4YA5YA6YA臂销插销得电得电断电断电拔销得电得电得电断电缸销插销得电得电断电得电拔销得电得电得电得电缸运动。

 

    差动推力计算如下：f2差动推力。

 

    d伸缩缸活塞杆直径‘150min；我们在试验台上，对伸缩缸进行了以上分析和计算的试验验证。试验方法和结果如下：给芯管提供8MPa压力油，并使伸缩缸的2条主油路均无背压连回油箱时，伸缩缸运动；给伸缩缸2条主油路同时提供0.4MPa压力油，并使芯管无背压连回油箱时，伸缩缸运动；给芯管提供8MPa压力油，并给伸缩缸2条主油路同时提供0.4MPa的油压时，伸缩缸加速运动。

 

    分析认为，插缸销或臂销时，5YA电磁铁不通电，芯管内无压力，伸缩缸在巧的作用下运动。当缸销或臂销按照指令插入销孔一部分后，由于差动推力尸2的作用，使缸销或臂销在销孔内形成反作用力F反。当销轴在销孔上形成的摩擦力大于缸销缸或臂销缸内的弹簧弹力时，缸销或臂销不能再继续弹出，缸销或臂销便插不到位。缸销缸结构如所示，此时销轴受力情况如所示。

 

    拔缸销或臂销时，5YA电磁铁通电，芯管内有压力，伸缩缸形成的差动推力在F'PF2的共同作用下运动。此时缸销或臂销受到的作用力比插销时受到的作用力更大，缸销或臂销在销孔内形成反作用力也更大。当销轴在销孔上形成的摩擦力大于缸销缸或臂销缸的拉力时，缸销或臂销便不能拔出。此时销轴受力情况如所示。

 

    在插销和拔销顺利时，由于销轴作用力的迅速释放，导致无论是伸缩缸和吊臂，都会发生振动，并产生巨响。

 

    4.解决方案分析计算和试验均表明，伸缩缸窜动是插拔销困难的主要原因。防止伸缩缸在插拔销时窜动，即可解决插拔销问题。于是，我们决定对液压系统控制方式进行改进。改进后的吊臂伸缩液压系统如所示。

 

    从和相比较可看出，我们只对原液压系统中的卸荷电磁阀作了少许改进。在3YA和4YA电磁铁通电时，卸荷电磁阀3的2个主阀芯均处于关闭状态，伸缩缸2条主油路封闭，不再连通回油油路。由于伸缩缸2条主油路完全封闭，伸缩缸2不再形成差动推力。另外，由于液压油的压缩性相当小，即使在6的作用下，伸缩缸移动量也非常小。

 

    比较和不难发现：在插拔销动作时，中换向阀（序号1）换向后，其控制的2条主油路油液直接流回油箱，压力非常小；而在中，由于卸荷电磁阀2个换向阀阀芯处于关闭状态，主阀上的2条主油路油液只能从溢流阀溢流，压力相当大。

 

    按照进于改进，系统消耗的功率有所增大，油温升高速度加快。不过，由于起重机在使用过程中，插、拔销过程所占时间非常短，因此该改进对液压系统和整机性能的影响不大，可忽略不计。

 

    按上述方案进行改进后，起重机插拔销顺利，吊臂伸缩自如，伸缩时间大大缩短，证明改进获得成功。