电液比例控制技术在汽车起重机液压系统中的应用.pdf

电液 比例 控 制技 术在 汽 车起 重机 液压 系统 中的应用 徐 州重 型机 械 厂刘大 庆 关 键词 电液 比例控 制起 重机液 压 系统 目前， 国外先进 的汽 车超重机已将 电液比 例控制应用 到其 液压系统调速 中，国产汽车 起 重机上 尚未采 用电液比例控制。但就 目前 国内 生产的 电液 比例 元件的性能和价格而 言，它 已 完 全可以被新一 代起重机液压 系统所按 受。 l 耐 高压 直 流 比例 电磁 铁 比例 电磁铁 是电渡比例控制 中应 用最广 泛 的 电一机械转换元件 。它 结构简单、对油 质污 染不 敏感、价格低廉 ，并 具有较大的功 率重 量 比 ，可以输 出较大 的位 移和力，不仅可用 来推 动 比例先导阈 ，也可 以直接 驱动主阀 。由于它 的导套具有足够 的耐 压强度，所以比例 电磁 铁 可承受3 5 M P a 静压力 。前 后两 段导 套 用 非导 磁 材料焊接 ，形成隔 威环。经优化设计 的前 段 导 套尾部形状和尺寸决定 了比例 电磁铁具 有理 想 的性能曲线 。从 图l b 中可 看 出，当比例 电磁 铁 线圈 电流给定时，在 工作行程范 围 Ⅱ内具有 水平的位移 力特 性，即比例 电磁铁 的输 出 力与衔铁在工作 行程 范围内的位置无关 ，只与 给定线 圈的 电流值 有关。所以，比例 电磁 铁的 输 出力与控制 电信号值 成比例关 系，这 与普通 电磁铁形成 鲜明对照 。 2电液 比例控 制 调速 目前，国产汽车起重 机的液压系统大多采 用定量泵 手 动换 向阈 变量马 达 或 定 工 程 机械 ， 1 9 9 0 9 刀 ． 蓄 i 比 例 电 磁 铁 山 T l l n M 【 口 j J ＼ ． ＼ 电磁铁 ． ＼ ＼一 、 6／ 。 ＼ ． O ’ I O Ⅱ I Ⅲ 位{ 图1 耐高压直流比例电磁铁的结构和特性 1 ． 推 杆2 ． 工 作气 隙3． 非工 作气 隙4 ． 衔 铁5 ． 隔 磁环6 ． 耐压导 套7 ． 限位片 工一 吸合 区Ⅱ一工 作 行程 区Ⅲ一 空行 程 区 量 马达 调 速系统。 换 向时 ，搬动换 向阀 手柄 要 克服换向阀内的弹簧力、液动力、摩擦力。为 保证换 向阀顺 利复位 ，换 向阈 的弹簧力设计 得 很大 。所 以，即使换 向阀操纵杆 的杠杆 比做 得 很大 ，长 时间工作，操作 者仍 感不 适。如果在 这类 回路 中采 用 电液比例控制 使能 很好地解决 这一 问题 。 图 2为采 用 电液比例控制 的变 幅油路 。原 手动换 向阈换成 了电液比例 方向阀 以 弹 簧 对 中型 直接 控制 式 即比例 电磁铁 直接 驱动 功 率圾 阀芯 的电液比例 方向阀为 例 ， 原换 向阀操 纵手柄换成 手动比例 电压控制 阀 下称 手 控 电 阀 。手控 电阀可以 向前后左右 四个方向搬动。 搬动 的角度不 同，手控电阀 下端 电位器 发给 比 例 电磁 铁的电压信号的强 弱不 同， 由于 比例 电 磁铁水平 的位 移 力特性 ，相应 地比例电磁 一 33 维普资讯 铁 压缩 阀芯弹簧的 力就 不 同 。这样 ，阀的开 口 量就不 同，这就使电液 比例方向阀开 口量 与手 控 电阀的搬动 角度成一 定 比例。 由于手控 电阀 下面只有四只 电位 器， 搬动手柄只是 压缩 复位 弹簧 ，所以非 常轻便 。 对大流量 高压 系统 的调 速控 制 ，必须采 用 先导 型二级或多级方 向 比例 阀。此类阀有先导 减压 比例方向阀 原理 图见图 3 ， 先 导溢流 比 ’ 皇 嚣 耄 霎 璺 椤 0 方 向 阀 原 理 图 见 图 2 ．手 动 比 侧 电 压 控 月 I J ‘ 、 耶 因 灿 因 制阀 4 等。 由于此类 闼内含 有一级或 多级液压功率放大 ，能较好地克服主 阀 芯上 的液动力干扰 ，在负 载变化时具有较 高 的稳定裕度 。但上述两种 阀的先导阀输 出压力 与主阀位移之间无反馈，仅是开环压力位 移变量 ，必 然还 耍受到液动 力的干扰，先导阀 和主阀上的摩擦 力直接影响控制特 性的滞环， 控制精度 较低。如果 要求很 高的控 制电压与换 圉a 向阀开 口量的 比例精 度，必须 采用先导级和主 级问带有彀间反馈的比例方向阀。反馈形式包 括 机械位置反馈 ， 位移 力反馈 ， 位 移一 压 力反馈和位移 电反馈等 。 大吨位起重机 出于节能 、 调速方面的 考虑 ， 它 的回转和起升 液压回路常采 用 外 控 变 量 泵 定量 马达 的开式或 闭式 容积 调速系统 。其 一 34一 圉4 J ． 比蜘溢梳 阀2 ． 定值流量控制阀 中变量泵的变量机构的控制是整个系统容积倡 速的关键。变量机构的基本作用是改变泵的排 量 ，其中变量活塞的位置 和泵 的排量 调节参数 轴向柱 塞泵为 斜盘或斜轴 的倾角，叶 片 泵为 定子对转子的偏心距 一一对应。 变量机构本质 是一 个位置控制 系统 。图 5 所 示为一 双向 电液 比例排 量调节泵加定量 马达的 闭式 容积 调速系 统。电液比例排量调 节泵 能实现排 量与输人 电 信号成正 比的控制 功能。从 图 5中可以看 出， 此变量泵有一 个主 泵和一 个补油泵。主泵变量 话塞和 电液 比侧 方 向阀 之间有着位 移直接反馈 美系 ，即变量 活塞跟踪 电液比例方 向阀的位 移 而定位 。此泵 的变量 控制过 程为 操纵 手控 电 阀发给 电液比例 方向阀一定 量 电信号值 ，电液 比例 方向阀有一对 应位 移 ，并打开 阀 口使补 油 泵 的油液进入变量 活塞缸 ，使之对 电液 比例 方 圉5 i ． 主 泵2 ． 补油 泵3 ． 制 动器 向阀 有一跟踪 位移 ，井 使泵 的排量变化，直至 变量活 塞缸的反馈移动量又 使电液 比例 方向阀 的阀 口美 闭为 止。这就 使得操纵者搬动手控 电 阀的角度与泵 的排量 成正 比例变 化，达 到预期 工 程机 械 ， 1 9 9 0 0 维普资讯 的操 作目的 。但 由于此泵 的容积效 率随工 作压 力升高而降低，故这种泵的输出流量得不到精 确控制。如欲精确控制流量，可采用比例控制 流量 调节泵 。 上述 采 用电液比例控制的调速 系统 ，不仅 可以省力 ，也可改 善主 机的设计柔性 ，并且 可 以实现远距离有线或无线控制。 3 电液比例控制同步伸缩 解决汽车起重机伸缩机构的 同 步 伸 缩问 题 ，在行业 中一 直 比较热 门。原 因为汽车起重 机对整机各部分 的重量控制严 格。 三 大 结构 车 架、转台、 吊臂是 重量 控 制 的 主 要对 象 。而 如在 吊臂伸缩 机构 中采 用 同步伸缩 ，在 相同的工况下，各节吊臂重量就可轻些。耐整 机来说，同步伸缩可提高中等幅度的起重量， 且吊臂节数越 多，提 高越 明显。因此，同步伸 缩具有优越性，但实现同步伸缩比顺序伸缩复 复 。 图 6为电披比例控制 两个伸 缩缸同步伸缩 的液 压与 电路原理 图 多个伸缩缸 同步 伸 缩原 理 相同 。 其机械部分 与顺序伸缩系统没有 多大 圉6 差别，缸 1 、缸 2及油管走 向完垒一样 缸 2的 进、出油路通过缸 1内，这样 ，可以 省掉软管 工 程机 械 ， 1 9 9 0 9 卷筒 ，只是 增加了～套 各液压缸 的位置检测 、 位差反馈运 算放大电路 ，所以实现多缸 同步较 为容 易。另 外， 由于该 系统为带有控制对 象主 反馈的 闭环 系统，较之 其它 同步系统为控制 中 间量流量的开环系统，共同步精度很高。 电路 中各节 吊臂 或 液压 缸 的位 置检测 。 可采 用配置 与液压缸数量 相同的带有 电位器 的 铡长拉 线盒 的方法， 即可 方便 地取得备节 吊臂 的位置反嫱 信号。 图 6中同步 过程操纵手动换 向阀使缸 1 伸出 缩 回 ，缸 l 的位置反馈装置发出电信号 与缸 2的位置 反馈 电信 号进行运算 比较 ，其差 值信号经放大后驱动电液比例方向阀，使缸 2 随之伸出 缩回 ，直至差值信号为零，即缸1 、 缸 2伸 出 缩 回 量相 等，达到同 步 伸 缩 的 目 的。 如果按各节吊臂重量计算结果表明各吊臂 按 比例伸 缩更能提 高中幅度 的起 重量 ，电液 比 例控制 系统同样能 实现 这样的动作 。 4电液 比 例控 制 二次 起升 下 滑 形成二 次起 升下 滑现象 的机理为 当二次 起升时， 由于起 升马 达制 动器的 打 开 压 力较 低，在主油路压力达到足以克服载荷作用在起 升马达上形成的 反力矩之前，制动器 已打，故 起升马达的反转趋势至使马达与平衡阀问的油 路 中油液被 压缩，加 之马达的泄漏 ，造成 马达 反转，重物下滑。解决二次起升下滑现象的关 键是在起升马达的驱动力矩等于或稍大于载荷 形成 的反力矩 时，即主油路供油压 力值 升到或 稍超过提升重物所需压力值时打开制动器。 应用电液 比例控制 技术能方便地 消除二次 起 升下滑现 象。图 7、图 8为使 用电液 比例顺 序阀控制制 动器 ，消除二次起升下滑现 象的油 路和电路原理 框图。其 中电路上 与载 荷成线性 关系的电信号 ，可以安装在 吊钩钢绳 系统上的 拉 压 力传感器，贴在变幅缸缸 头的应变片组 成的 电桥 、安装在 变幅 缸下腔的油压传感器上 取出井放大，然后用此信号控制顺序阀的比例 一 35 维普资讯 匣 圆 圈8 电磁铁 。从 图 9中可以看 出， 由于比例 电磁铁 的水平位移 力特性，对 应一 个控制 电信号 就有 成 线 性关 荷反 系调 起 升 图9 如 果汽 车起重机装 有称 重装置或垒 自动力 矩 限制器，可直接借 用它 们的传感 装置 ， 只加 一 个放大 电路就可以 得到控制顺序比例 电磁 铁 的电信号 。另外 ，如果 要限定通往制 动器的油 压，可 在电液比例顺序 阀后加一个减 压阀。 挖掘机蓄油器的修复 姚顺周 我国早期 生产 的W S O I 挖 掘机和波 兰 海 鸥 牌 挖掘机液压操纵 系统 都使用蓄油器。 由于保 养不好，用 油未经净 化处理，常常 造成 不正常 磨 损，影响施工进度 。 我们采 用6 1 2 0 Q l 发动 机气缸套代用的办 法，可以收 到较好的效果 。 先将 蓄油器拆下，再 把蓄油器下部 的缸体 拆下 ，取 出活塞与皮碗 ，便能 很清晰地看 出磨 损程度。磨损较轻时，更换干净的油仍可继续 使 用J 严重磨损肘， 活塞与缸 壁处会被拉 出多 条纵向沟槽，皮 碗也 被拉破。 此时，可将被拉 坏的缸壁在 车床或 镗床上再加 工，切削量可视 发动机气缸 套外径尺寸来定 ，直至缸套能轻轻 压入缸 体为止 。代用 的气缸 套 型 号 是 6 I 2 0 一 l 0 0 2 0 I 2 。该 套系用台金铸铁制 造， 强 度较 高。加 工过 程 中， 要使气缸套长度与蔷油 器缸 体 内壁长 度一 致；必须保 留气缸套 端座缘 ， 且应 与缸 体端面处 于一个平面，以保证 接触 平 稳密 实 ，螺栓 拧紧，不漏油。 气 缸 套 内 径 l 2 0 ，蓄 油器缸体活塞外径 1 2 0 。这样 ，再 更换 一个新 的活塞与皮碗 ，即可安装使 用。 实 践 证 明， 修旧如 新。 ～ 1 ～ 工程 机械 ， 1 9 9 0 9 先 电 压 力 比 厂 L 1 一 的 与 油 压 的 一 制 值 反 启 闻 ● 兰一 一 控 定 荷 开 之 盯 一一 电 ， 号 顷 将 枣 例 值 信 例 如 一 r 比 定 电 比 。 厂 J 1 卜 的 调 此 液 系 一一、 一 u iI几 l 中 力 知 电 关 。 垂一 妻一 一 一 一 一 一 山 画孽 维普资讯