塔机双油缸液压顶升系统不同步问题的分析与解决.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 3年 第 0 4期 塔机双油缸液压顶升系统不同步 问题的分析与解决 周 平 中交二航局二公司， 重庆4 0 1 1 2 1 摘 要 塔式起重机双油缸液压 同步顶升 系统同步性要求高 ， 设计不够成熟。该 文以三洋 M1 2 5 ／ 7 5型塔 机为例详细讲解 了双油缸液压同 步顶升系统的原理以及不同步 问题的分析与解决过程 ， 以便更好地理解和改进该系统。 关键词 分析 ； 塔机 ； 顶升 ； 液压 ； 同步 ； 油缸 中图分类号 T H 1 3 9 ． 9 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 3 0 4 0 0 6 8 0 3 The Ana l y s i s a nd S o l u t i o n o f t he Do u b l e Cy l i n d e r No s y n c Pr o b l e m f o r t he To we r Cr a n e L i f t Hy d r a u l i c S y s t e m ZHOU 凡 g C h i n a C o m m u n i c a t i o n s 2 n d N a v i g a t i o n a l B u r e a u 2 n d E n g i n e e r i n g C o ． ， L t d ． ， C h o n g q i n g 4 0 1 1 2 1 ， C h i n a Ab s t r a c t i t “ S h i g h s y n c h r o n i z a t i o n r e q u i r e me n t s o f t h e d o u b l e c y l i n d e r h y d r a u l i c s y n c h r o n o u s l i f t i n g s y s t e m o f t o w e r c r a n e ． B u t t h e d e s i g n o f the s y s t e m d o e s n o t ma t u r e e n o u g h ． I n o r d e r t o b e t t e r u n d e r s t a n d a n d i mp r o v e t h e s y s t e m ， t h e a r t i c l e d e s c rib e s t h e p ri n c i p l e o f the s y s t e m a n d t h e a n a l y s i s a n d s o l v i n g p r o c e s s o f t h e o u t - s y n c p r o b l e m a s an e x a mp l e o f S any o M1 2 5 ／ 7 5 一 t y p e t o we r c r a n e ． Ke y wo r d s a n a l y s i s ； t o we r c r a n e； l i f t i n g ； h y d r a u l i c； s y n c h r o n o u s ； c y l i n d e r O 引言 自升式塔机的顶升方式一般有两种 一种采用外 置套架结构 ， 标准节整体加节的顶升方式 一种采用 内 置套架 或者是 内塔身与爬升梯相结合 结构 ， 空 中组 拼标准节 的顶升方式。前者适用于塔身截面较小的中 小型塔机 ， 后者适用于塔身截面较大的大型塔机 。这两 种方式通常都采用单油缸进行顶升。 厦 漳大桥 主桥 施工 采用 了沈 阳三洋 M1 2 5 ／ 7 5型 1 0 0 0 t m 塔机 ， 与常规大型塔机不同的是它采用 了外 置套架结构， 标准节整体加节的顶升方式。由于顶升负 荷较大 ， 采用 了比较少见的双油缸同步顶升液压系统。 在塔机进行拆除时，出现了两顶升油缸明显不 同步的 问题 ， 让降塔施工变得难 以为继。 1 塔机顶升液压系统工作原理 M1 2 5 ／ 7 5型塔机的顶升液压系统原理如图 1 。 两油 缸分别布置于套架的前后侧 。本系统对油缸 的同步性 要求非常高 ， 比常规顶升系统更复杂一些 。电机 5带动 收稿 日期 2 0 1 2 1 1 - 1 3 作者简介 周平 1 9 7 3 一 ， 男 ， 重 庆人 ， 高级工程师 ， 学 士， 研究 方 向为起重 机液压系统。 6 8 高压泵 6 ， 通过换 向阀等控制元件驱动液压缸 ， 从 而驱 动负载 ． 使塔机上部结构上升或下降 ， 增加或减少标准 节 ， 完成顶升或降节工作循环。 1 一 油箱2 一 油位窗3 一 滤油器4 一 空气滤清器5 一 电动机 6 一 高压泵 7 一 安全 阀8 一 高压溢流阀9 一 压力表 l O 一 手动换 向阀 l l 一 低压溢流阀 1 2 一 分流集流阀 1 3 一 单 向顺序 阀 1 4 一 内控式平衡阀 1 5 一 顶升油缸 圉 1 双油缸 同步顶升液压 系统原理图 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ N0 ． 0 4 ． 2 0 1 3 1 卸荷状态 换向阀处于中位“ H” 位置， 液压油经滤油器 3进入 油泵 6 ， 再经换向阀 1 0中间位置直接 回到油箱 ， 系统处 于卸荷状态。 2 顶升状态 手动换 向阀 1 0处于左位 上升位置 ， 高压油 P 换 向阀 1 O左位一 分流集流阀 1 2 一H P口 内控式平衡 阀 1 4 一 油缸 1 5无杆腔 ， 推动油缸活塞杆伸出 ， 实现塔 机 的顶升。 系统压力 由溢流阀 8调定 ，系统的安全压力 由安 全 阀 7确定 ， 上述两种压力出厂前已调定好 ， 在使用过 程 中不允许随意进行调整。回油经油缸有杆腔油液一 B P口_单 向顺序阀 l 3的顺序阀_ 换 向阀 1 0左位- 油 箱 1 ， 单 向顺序阀 1 0在这里作为背压 阀用 ， 其开启压力 应稍大于油缸下腔的最低背压 ，防止顶升横梁等在 自 重的作用下发生下滑。 3 下降状态 手动换 向阀 l O处于右位 下降位置 ， 高压油 P _ 换 向阀 l 0右位一单向顺序 阀 l 3的单向阀 B P口一油缸 1 5有杆腔。 系统压力由溢流阀 1 1确定 出厂时已调定 。 控制油经 B P口一 内控式平衡阀 1 4的控制油 口， 将平衡 阀打开。回油经油缸 1 5无杆腔油液一 内控式平衡阀 1 HP口一分流集流阀一 换向阀 1 O右位 油箱 l 。 内控式平衡 阀 1 4内的节流 阀可 以对顶升或下降 速度进行一定程度的调整。该平衡 阀由两个通径不 同 的单 向阀组成 ， 通径小的开启压力较小 ， 先 打开 ； 通径 大的开启压力较大， 后打开 ， 让塔机动作更为平稳。 2 不同步问题的分析与解决 2 ． 1 不同步现象 两油缸的同步位移依靠分流集流 阀 1 2的控制 ， 由 于分流集流阀控制流量误差 的影响，很难实现真正意 义的同步 。 实际不同步行程差达 5 c m。而一旦行程差达 到一定程度 ， 油缸即产生偏载 ， 套架在标准节上 因偏载 受憋 ， 滑移困难 ， 液压系统压力也随之大幅上升。 油缸不同步会导致两顶升横梁不能同时挂到顶升 块上 ， 此时先接触顶升块 的油缸呈单缸受力状态 ， 系统 压力瞬时可达 到最大值 4 3 MP a ，而正常顶升的系统压 力约 2 0 MP a ， 此时再继续降节将面临巨大风险。 2 ． 2不 同步 原 因分 析 经仔细分析 ， 油缸不同步可能原因有以下几点 1 分流集流阀调整不到位 分流集流阀正常情况能确保向两油缸分别供应或 者 回流相 同流量 的油液 ， 但 由于调整不到位 ， 导致供应 或者 回流流量误差较大。 2 两油缸 内径误差太大 两油缸如果截面面积差别较大 ，相同的流量供应 也会 导致不同的行程。由于安装顶升时不同步问题不 明显 ． 所 以这种可能性很小。 3 塔机未配平 ， 两油缸负荷不均 塔机顶升或降节时 ， 塔机应作配平处理 ， 使前后臂 力矩基本平衡 。普通质量的分流集流 阀仍然受负荷影 响， 塔机未配平 ， 负荷大的一侧 ， 流量供应偏小 ， 回流量 偏大。 4 不 同步后无法对油缸进行单独调整 根据原理 图， 两油缸 只能联动 、 不能单动 ， 所 以一 旦出现不同步。 难 以及时纠正。 2 ． 3 不同步问题的解决 分流集流 阀应在试验台进行精确调整 ，现场带载 工况下对分流集流阀进行调整不太可行 ，调整不好会 导致严重后果 ， 因此在现场未对分流集流阀进行调整。 1 调整液压锁的节流阀 将平衡 阀 1 4 a 、 1 4 b上的节流 阀分别进行调整 ， 对 于速度较快的油缸 ， 减小其节流 阀开度 ， 速度较慢 的 ， 增大其开度 ， 调整后不同步行程缩小到约 3 c m。 2 调整配平位置 根据使用说明书。配平所采用的标准节重 7 ． 2 t ， 配 平位置在吊幅 5 0 m处。由于厦漳大桥所有标准节都 已 被使用 ， 没有剩余 ， 无法用标准节配平 ， 于是采用 了一 块 9 t 砼锚块。现场人员根据等力矩原则对配平位置进 行估算 ， 9 t 砼锚块 的配平 吊幅 L 7 ． 2 t x 5 O m ／ 9 t 4 0 m。实 际操作也按照 4 0 m 吊幅进行配平。 从表 l可看出起重力 矩在不 同 吊幅处是不 相等 的， 2倍绳 5 0 m 吊幅处最大起升力矩为 8 5 0 t m， 4 0 m吊 幅处最大起升力矩为 9 2 4 t I n ，因此上述采用等力矩方 法计算的配平位置有误 。 表 1 M1 2 5 厂 7 5塔机载荷特性表 69 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 l 3年 第 0 4期 1 6 一 补油泵 1 7 一 安全阀 l 8 一 可调节流 阀 1 9 一 单 向阀2 0 一 截止阀 2 1 一 压力表 图 2油缸单 动控 制液压 系统原理图 通过两 吊幅 5 0 m、 4 0 m 处最大起重力矩之 比对 9 t 锚块 的配平位置进行修正 L 4 0 m 9 2 4 ／ 8 5 0 4 3 m。4 3 m 吊幅处最大起升重量为 2 1 ． 1 t ，最大起升力矩 为 9 0 7 t I n ．再次对 9 t 锚 块的配平位置进行修正 L 4 0 mx 9 0 7 ／ 8 5 0 42 ． 7 m。经两次修正 ， 第二次修正值与第一次修正 值已非常接近， 不需要继续修正。9 t 锚块的配平位置在 吊幅 4 2 ． 7 m处。按照 4 2 ． 7 m吊幅调整配平后 ， 行程差改 变并不明显 。 但最大系统压力有显著下降。 3 顶升油缸“ 单动” 控制改造 分流集流阀的控制不可能做到绝对同步 ， 两油缸行 程存在一定的误差是正常的 ， 关键是 出现较大行程误差 时如何消除。 如果两顶升油缸不仅能“ 联动” ， 而且能“ 单 动” ． 问题则迎刃而解 ． 因此需要对系统进行改造。 根据现场条件 ，采用 了一台 Z B 4 5 0 0张拉油泵作 为单动控制泵站系统 最大压力 6 0 MP a ， 流量 4 L ／ m i n ， 该系统从阀 1 2的出口 H P 1 或 H P 2 处通过三通接入 。 泵 1 6不工作时， 截止阀 2 0 、 单向阀 l 9能够防止顶升系 统油液泄漏 ． 节流阀 1 8可以灵敏调 整补油速度 ， 符合 作为单动泵站的条件 。 如图 2所示 。 选择油缸顶出或缩 回速度较慢 的一侧作为单 动泵 站的接人端 ， 这里假设 1 5 b油缸顶 出或缩 回速度较慢 ， 则在 H P 2处接人该系统 。 如图 2 。如果 1 5 b油缸顶出速 度较慢 ， 单动系统对 1 5 b无杆腔进行补油 ； 如果 1 5 b油 缸缩回速度较慢 ， 则单动系统作为旁通泄油通道对 1 5 b 无杆腔进行泄油 。实现 1 5 b油缸的单独动作 。 当顶升泵站工作 时。 单动泵站处于关 闭状态 ， 截止 阀 2 0应严格关闭。当油缸顶 出时 ， 如两油缸出现行程 70 差 ， 顶升困难 ， 应暂停顶升泵站 ， 开启补油泵 l 6 ， 截止阀 2 0保持关闭 ， 逐渐减小节流阀 1 8开度 ， 当表 2 1 压力大 于顶升油泵压力时 ，补油泵 1 6往 1 5 b无杆 腔进 行补 油 ， 直到两缸行程一致后增大阀 1 8开度 ， 停止补油。当 油缸缩 回时 ， 如两油缸 出现行程差 ， 降塔 困难 ， 应暂停 顶升泵站 ， 逐渐开启截 止阀 2 0开度 ， 泄掉 1 5 b无杆腔 的部分油液， 直到两缸行程一致后再关 闭截止阀 2 0 ， 停 止泄油 。 3 结束语 通过 以上措施 ， 顶升油缸不同步问题得 以解决。但 是应该看到 ，目前对于塔机双油缸顶升系统 的研究还 不够成熟 ，仅仅通过临时改造措施来解决问题是远远 不够 的。实践证明 ， 在双油缸顶升系统中加入油缸 的单 动控制非常必要 ， 希望塔机厂商注意到这个 问题 ， 并在 设计 中加 以补充 、 完善 。 参 考 文 献 【 1 】 王益群 ， 高殿荣． 液压工程师技术 手册【 M】 ． 北京 化 学工业 出 版社 。 2 0 1 0 ． [ 2 】 王守 城 ， 段俊 勇． 液压原件 选用[ M 】 ． 北京 化 学工 业 出版社 ， 2 O07 ． 【 3 】 张利平． 液压站设计 与使用【 M 】 ． 北京 海洋出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 4 ] 陆望龙． 实用液压机械 故障排除与修 理大全【 M 】 ． 北京 湖南科 学技术 出版社 ， 1 9 9 5 ． [ 5 】 雷天觉． 液压工程手册【 M】 ． 北京 机械工业 出版社 ， 1 9 9 0 ． 【 6 ] 建设 部．J G J 1 9 6 2 0 1 0建 筑施 工塔式起重 机安装 、 使用 、 拆卸 安全 技术规程[ M】 ． 北京 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 1 0 ． [ 7 ] 程贤福 ， 吴 国栋． 自升塔式起 重机液压顶升 系统故障分析[ J ] ． 机床与液 压 ， 2 0 0 6 ， 6 ．