變幅液壓缸設(shè)計,液壓缸,設(shè)計 第四節(jié) 汽車起重機液壓系統(tǒng) 一、概述 汽車起重機是一種使用廣泛的工程機械，這種機械能以較快速度行走，機動性好、適應(yīng)性強、自備動力不需要配備電源、能在野外作業(yè)、操作簡便靈活，因此在交通運輸、城建、消防、大型物料場、基建、急救等領(lǐng)域得到了廣泛的使用。在汽車起重機上采用液壓起重技術(shù)，具有承載能力大，可在有沖擊、振動和環(huán)境較差的條件下工作。由于系統(tǒng)執(zhí)行元件需要完成的動作較為簡單，位置精度要求較低，所以，系統(tǒng)以手動操縱為主，對于起重機械液壓系統(tǒng)，設(shè)計中確保工作可靠與安全最為重要。 汽車起重機是用相配套的載重汽車為基本部分，在其上添加相應(yīng)的起重功能部件，組成完整汽車起重機，并且利用汽車自備的動力作為起重機的液壓系統(tǒng)動力；起重機工作時，汽車的輪胎不受力，依靠四條液壓支撐腿將整個汽車抬起來，并將起重機的各個部分展開，進行起重作業(yè)；當需要轉(zhuǎn)移起重作業(yè)現(xiàn)場時，需要將起重機的各個部分收回到汽車上，使汽車恢復(fù)到車輛運輸功能狀態(tài)，進行轉(zhuǎn)移。一般的汽車起重機在功能上有以下要求 1)整機能方便的隨汽車轉(zhuǎn)移，滿足其野外作業(yè)機動、靈活、不需要配備電源的要求； 2)當進行起重作業(yè)時支腿機構(gòu)能將整車抬起，使汽車所有輪胎離地，免受起重載荷的直接作用，且液壓支腿的支撐狀態(tài)能長時間保持位置不變，防止起吊重物時出現(xiàn)軟腿現(xiàn)象； 3)在一定范圍內(nèi)能任意調(diào)整、平衡鎖定起重臂長度和俯角，以滿足不同起重作業(yè)要求； 4)使起重臂在3600以內(nèi)能任意轉(zhuǎn)動與鎖定； 5)使起吊重物在一定速度范圍內(nèi)任意升降，并能在任意位置上能夠負重停止，負重啟動時不出現(xiàn)溜車現(xiàn)象。 圖8-9所示為汽車起重機的結(jié)構(gòu)原理圖，它主要由如下五個部分構(gòu)成 1)支腿裝置 起重作業(yè)時使汽車輪胎離開地面，架起整車，不使載荷壓在輪胎上，并可調(diào)節(jié)整車的水平度，一般為四腿結(jié)構(gòu)。 2)吊臂回轉(zhuǎn)機構(gòu) 使吊臂實現(xiàn)3600任意回轉(zhuǎn)，在任何位置能夠鎖定停止。 3)吊臂伸縮機構(gòu) 使吊臂在一定尺寸范圍內(nèi)可調(diào)，并能夠定位，用以改變吊臂的工作長度。一般為3節(jié)或4節(jié)套筒伸縮結(jié)構(gòu)。 4)吊臂變幅機構(gòu) 使吊臂在150－800之間角度任意可調(diào)，用以改變吊臂的傾角。 5)吊鉤起降機構(gòu) 使重物在起吊范圍內(nèi)任意升降，并在任意位置負重停止，起吊和下降速度在一定范圍內(nèi)無級可調(diào)。 二、工作原理 Q2-8型汽車起重機是一種中小型起重機（最大起重能力8噸），該起重機液壓系統(tǒng)如圖8-10、產(chǎn)品照片組所示。這種起重機的作業(yè)操作，主要通過手動操縱來實現(xiàn)多缸各自動作。起重作業(yè)時一般為單個動作，少數(shù)情況下有兩個缸的復(fù)合動作，為簡化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)采用一個液壓泵給各執(zhí)行元件串聯(lián)供油方式。在輕載情況下，各串聯(lián)的執(zhí)行元件可任意組合，使幾個執(zhí)行元件同時動作，如伸縮和回轉(zhuǎn)，或伸縮和變幅同時進行等。 汽車起重機液壓系統(tǒng)中液壓泵的動力，都是由汽車發(fā)動機通過裝在底盤變速箱上的取力箱提供。液壓泵為高壓定量齒輪泵，由于發(fā)動機的轉(zhuǎn)速可以通過油門人為調(diào)節(jié)控制，因此盡管是定排量泵，但其輸出的流量可以在一定的范圍內(nèi)通過控制汽車油門開度的大小來人為控制，從而實現(xiàn)無級調(diào)速；該泵的額定壓力為21MPa，排量為40min／r，額定轉(zhuǎn)速為1500r／min；液壓泵通過中心回轉(zhuǎn)接頭9、開關(guān)10和過濾器11從油箱吸油；輸出的壓力油經(jīng)回轉(zhuǎn)接頭9、多路換向閥手動閥組l和2的操作，將壓力油串聯(lián)地輸送到各執(zhí)行元件，當起重機不工作時，液壓系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)。液壓系統(tǒng)各部分工作的具體情況如下 1)支腿缸收放回路 該汽車起重機的底盤前后各有兩條支腿，通過機械機構(gòu)可以使每一條支腿收起和放下。在每一條支腿上都裝著一個液壓缸，支腿的動作由液壓缸驅(qū)動。兩條前支腿和兩條后支腿分別由多路換向閥1中的三位四通手動換向閥A和B控制其伸出或縮回。換向閥均采用M型中位機能，且油路采用串聯(lián)方式。確保每條支腿伸出去的可靠性至關(guān)重要，因此每個液壓缸均設(shè)有雙向鎖緊回路，以保證支腿被可靠地鎖住，防止在起重作業(yè)時發(fā)生“軟腿”現(xiàn)象或行車過程中支腿自行滑落。此時系統(tǒng)中油液的流動情況為 前支腿 進油路 取力箱→液壓泵→多路換向閥1中的閥A→兩個前支腿缸進油腔； 回油路 兩個前支腿缸回油腔→多路換向閥1中的閥A→閥B中位→旋轉(zhuǎn)接頭9→多路換向閥2中閥C、D、E、F的中位→旋轉(zhuǎn)接頭9→油箱。 后支腿 進油路 取力箱→液壓泵→多路換向閥1中的閥A的中位→閥B→兩個后支腿缸進油腔； 回油路 兩個后支腿缸回油腔→多路換向閥1中的閥A的中位→閥B→旋轉(zhuǎn)接頭9→多路換向閥2中閥C、D、E、F的中位→旋轉(zhuǎn)接頭9→油箱。 2)吊臂回轉(zhuǎn)回路 吊臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)采用液壓馬達作為執(zhí)行元件。液壓馬達通過蝸輪蝸桿減速箱和一對內(nèi)嚙合的齒輪傳動來驅(qū)動轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速較低，每分鐘僅為1-3轉(zhuǎn)，故液壓馬達的轉(zhuǎn)速也不高，因此沒有必要設(shè)置液壓馬達制動回路。系統(tǒng)中用多路換向閥2中的一個三位四通手動換向閥C來控制轉(zhuǎn)盤正、反轉(zhuǎn)和鎖定不動三種工況。此時系統(tǒng)中油液的流動情況為 進油路 取力箱→液壓泵→多路換向閥1中的閥A、閥B中位→旋轉(zhuǎn)接頭9→多路換向閥2中的閥C→回轉(zhuǎn)液壓馬達進油腔； 回油路 回轉(zhuǎn)液壓馬達回油腔→多路換向閥2中的閥C→多路換向閥2中的閥D、E、F的中位→旋轉(zhuǎn)接頭9→油箱。 3)伸縮回路 起重機的吊臂由基本臂和伸縮臂組成，伸縮臂套在基本臂之中，用一個由三位四通手動換向閥D控制的伸縮液壓缸來驅(qū)動吊臂的伸出和縮回。為防止因自重而使吊臂下落，油路中設(shè)有平衡回路。此時系統(tǒng)中油液的流動情況為 進油路 取力箱→液壓泵→多路換向閥1中的閥A、閥B中位→旋轉(zhuǎn)接頭9→多路換向閥2中的閥C中位→換向閥D→伸縮缸進油腔； 回油路 伸縮缸回油腔→多路換向閥2中的閥D→多路換向閥2中的閥E、F的中位→旋轉(zhuǎn)接頭9→油箱。 4)變幅回路 吊臂變幅是用一個液壓缸來改變起重臂的俯角角度。變幅液壓缸由三位四通手動換向閥E控制。同樣，為防止在變幅作業(yè)時因自重而使吊臂下落，在油路中設(shè)有平衡回路。此時系統(tǒng)中油液的流動情況為 進油路 取力箱→液壓泵→閥A中位→閥B中位→旋轉(zhuǎn)接頭9→閥C中位→閥D中位→閥E→變幅缸進油腔； 回油路 變幅缸回油腔→閥E→閥F中位→旋轉(zhuǎn)接頭9→油箱。 5)起降回路 起降機構(gòu)是汽車起動機的主要工作機構(gòu)，它由一個低速大轉(zhuǎn)矩定量液壓馬達來帶動卷揚機工作。液壓馬達的正、反轉(zhuǎn)由三位四通手動換向閥F控制。起重機起升速度的調(diào)節(jié)是通過改變汽車發(fā)動機的轉(zhuǎn)速從而改變液壓泵的輸出流量和液壓馬達的輸入流量來實現(xiàn)的。在液壓馬達的回油路上設(shè)有平衡回路，以防止重物自由落下；在液壓馬達上還設(shè)有單向節(jié)流閥的平衡回路，設(shè)有單作用閘缸組成的制動回路，當系統(tǒng)不工作時通過閘缸中的彈簧力實現(xiàn)對卷揚機的制動，防止起吊重物下滑；當?shù)踯囏撝仄鸬鯐r，利用制動器延時張開的特性，可以避免卷揚機起吊時發(fā)生溜車下滑現(xiàn)象。此時系統(tǒng)中油液的流動情況為 進油路 取力箱→液壓泵→閥A中位→閥B中位→旋轉(zhuǎn)接頭9→閥C中位→閥D中位→閥E中位→閥F→卷揚機馬達進油腔； 回油路 卷揚機馬達回油腔→閥F→旋轉(zhuǎn)接頭9→油箱。 三、性能分析 從圖8-10可以看出，該液壓系統(tǒng)由調(diào)壓、調(diào)速、換向、鎖緊、平衡、制動、多缸卸荷等基本回路組成，其性能特點是： 1)在調(diào)壓回路中，采用安全閥來限制系統(tǒng)最高工作壓力，防止系統(tǒng)過載，對起重機實現(xiàn)超重起吊安全保護作用。 2)在調(diào)速回路中，采用手動調(diào)節(jié)換向閥的開度大小來調(diào)整工件機構(gòu)(起降機構(gòu)除外)的速度，方便靈活，充分體現(xiàn)以人為本，用人來直接操縱設(shè)備的思想。 3)在鎖緊回路中，采用由液控單向閥構(gòu)成的雙向液壓鎖將前后支腿鎖定在一定位置上，工作可靠，安全，確保整個起吊過程中，每條支腿都不會出現(xiàn)軟腿的現(xiàn)象，即使出現(xiàn)發(fā)動機死火或液壓管道破裂的情況，雙向液壓鎖仍能正常工作，且有效時間長。 4)在平衡回路中，采用經(jīng)過改進的單向液控順序閥作平衡閥，以防止在起升、吊臂伸縮和變幅作業(yè)過程中因重物自重而下降，且工作穩(wěn)定、可靠，但在一個方向有背壓，會對系統(tǒng)造成一定的功率損耗。 5)在多缸卸荷回路中，采用多路換向閥結(jié)構(gòu)，其中的每一個三位四通手動換向閥的中位機能都為M型中位機能，并且將閥在油路中串聯(lián)起來使用，這樣可以使任何一個工作機構(gòu)單獨動作；這種串連結(jié)構(gòu)也可在輕載下使機構(gòu)任意組合地同時動作；但采用6個換向閥串連連接，會使液壓泵的卸荷壓力加大，系統(tǒng)效率降低，但由于起重機不是頻繁作業(yè)機械，這些損失對系統(tǒng)的影響不大。 6)在制動回路中，采用由單向節(jié)流閥和單作用閘缸構(gòu)成的制動器，利用調(diào)整好的彈簧力進行制動，制動可靠、動作快，由于要用液壓缸壓縮彈簧來松開剎車，因此剎車松開的動作慢，可防止負重起重時的溜車現(xiàn)象發(fā)生，能夠確保起吊安全，并且在汽車發(fā)動機死火或液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能夠迅速實現(xiàn)制動，防止被起吊的重物下落。