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起重机械液压回转制动能量回收系统设计 金涵逊郭思纯殷晨波 南京工业大学机械与动力工程学院 南京2 1 1 8 1 6 摘要提出一种起重机回转制动的能量回收系统，该系统 由液压回路和控制回路组成 ，采用多种液压阀 体组成的液压调节器，回收回转马达制动时的能量，并以液压能的形式储存在蓄能器中。当蓄能器释放能量时， 蓄能器中液压油驱动变量马达和电动机经过分动箱的动力分配后带动主泵对工作负载做功，并且流经变量马达 的液压油可进入其他执行机构，实现了液压油流量的再生，减少 了能量回收转换环节，提高了能量回收效率， 高效地运转了发动机，降低了油耗。 关键词 起重机；回转制动；能量回收系统 ；设计 中图分类号T H 2 1 文献标识码 A 文章编号1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 4 0 9 0 0 3 5 0 3 Ab s t r a c t T h e p a p e r p u t s f o r wa r d a n e n e r g y r e c y c l i n g s y s t e m o f t h e c r a n e s l e wi n g b r a k e ， c o n s i s t i n g o f t h e h y d r a u l i c c i r c u i t a n d c o n t r o l c i r c u i t ． T h e h y d r a u l i c a d j u s t e r c o m p o s e d o f v a r i o u s h y d r a u l i c v a l v e b o d i e s i s u s e d t o r e c y c l e t h e e n e r g y w h e n t h e r o t a r y mo t o r a t b r a k e a n d s t o r e d i t i n the e n e r gy a c c u mu l a t o r i n t h e f o r m of h y d r a uli c e n e r gy ． T o r e l e a s e t h e e n e r - g Y ，t h e h y d r a u l i c o i l i n t h e a c c u mu l a t o r w i l l d ri v e t h e v a r i a b l e mo t o r a n d e l e c t ric mo t o r t o mo b i l i z e t h e ma i n p u mp t o w o r k o n t h e wo r k l o a d a f t e r p o we r d i s t r i b u t i o n i n t h e t r an s f e r c a s e，a n d t h e h y d r a uli c o i l r u n n i n g t h r o u g h t h e v a r i a b l e mo t o r c a n a l s o e n t e r i n t o o the r r u n n i n g me c h a n i s ms ， t o r e a l i z e fl o w r e g e n e r a t i o n of t h e h y d r a u l i c o i l ， r e d u c e t h e e n e r gy r e c y c l i n g t r a n s f e r l i n k， i mp mv e the e n e r gy r e c y c l i n g e ff i c i e n c y，e ffic i e n t l y d ri v e t h e e n g i n e ， a n d r e d u c e o i l c o n s U mp t i o n ． Ke y wor d s c r a n e；s l e wi ng b r a k e；e ne r gy r e c y c l i n g s y s t e m ；d e s i g n 0 引言 近几年来 我国起 重运输机械行业进 入蓬勃发 展时期 ，2 0 1 3年上 半年我国起重机械 出 口同比增 长 4 ． 4 ％ ，已经逐 步走 出 2 0 1 1年 以来 的 出 口危 机 。大型起重机械公 司如三一 重工 、徐 州重工 等相继推 出了各 自的大吨位起重机械 ，而带液压 系统 的起重机在所有生产 的大吨位起重机械 中占 了很大的 比重。在大型起重机 中，回转制 动机构 是重要的机构 ，其性能的好坏直接决定 了整个起 重机械的工作性 能。 目前 ，国 内外很 多起 重机械 生产商主要依靠设计一套液压 系统来实现起重机 械的回转制动 。 如何在满足起重机 主要 技术参数不变 的情 况 下 ，即在不降低综合效率 的情 况下 ，通过对 产品 各方 面进行优化设计 ，从 而达到节能减排 、低碳 环保 的 目的已成 为起 重 机制 造 商 面临 的重 要课 题 。针对起重机节能技术研究 ，很多学者 已经 展 开 了 比较 详 尽 的研 究 ，并 取 得 了一 定 的 成 果 J ，但没有学者对 起重机械 的 回转制动液压 系统的节能技术进行研究 。随着 能源紧缺 、油 价 上涨和社会对环保问题 的关 注 ，进行起重机械 的 回转制动液压节能技术研究 已迫在眉 睫 ，与此 同 时 ，由于其工作环 境恶劣 、液压油损耗 巨大 ，因 此 ，研究其节 能具 有 巨大的经济 效益 和社 会 效益。 1 设计 思路 起重机械 的工作装置 和机 体质量很大 ，从 而 惯性很大 ，工作过程特别是 回转 工作时会有大 量 位能和动能 的损失 。所 以，采用能量 回收 的理念 来进行设计 回转 制动液压 系统 。能量 回收和节 能 控制的 目的不仅 是提高燃油利 用率 ，更重要 的在 于能够取得一系列降低使用成 本 的效果 。根据相 关文献 j ，该节能系统可使 液压挖掘机燃料消耗 降低 1 2 ％ 一1 8 ％ ，使生产效率提高 l 0 ％ 一 2 5 ％。 国家 自 然科学基金 5 0 8 7 5 1 2 2 、江苏省科技支撑计划 B E 2 0 1 1 1 8 7 、江苏省大学生实践创新训练计划重点项目 2 0 1 3 1 3 9 0 5 0 1 0 Y 起重运输机械 2 0 1 4 9 一3 5 2 设计方法 如图 1所示 ，液压挖掘机能量 回收系统 由液 压回路 和控制 回路组 成 ，液压 回路包 括发 动机 、 主泵 、分动箱 、主换 向阀、第 一液控换 向 阀、第 二液控换 向阀、第 一电磁换 向阀、第二 电磁换 向 阀、第三液控单 向阀、第 四液 控单 向阀、回转 马 达 、蓄能器 、变量 马达和第一 油箱。控 制 回路包 括先导 操作手柄 、增 压 阀、P L C控制 器、压力计 以及转速传感器。其中，4为三位四通 电磁换向 阀，有 4个油 口。5和 6为二位二通换 向阀，有 2 个油 口，1 1和 l 2为二位 三通换 向 阀，有 3个 油 口，2 2和节 流阀 l 6为二位 二通换 向阀，有 2个 油 口。 图 1 起重机液压 回转制动能量 回收 系统设计 图 先导操作手柄 1 7的控制 信号从 x、Y分别输 出到 4的左右信号端 ，2 0可 同时接 收 x、Y的操 作信号 、2 5的压力信号还有 2 7的转速信号 ，然后 由 2 0向 2 、2 2、3 、1 6和 2 6输 出控制信号。l 7置 于 x端 ，4的左位 工作 ，1 2的右位工作 ，液压 油 从 1 流经 2 、4 、1 1 ，进入 1 3的 A腔 ，1 3的 B腔 中液压油 经 1 2 、6 、第二单 向阀 8流 回 1 ，此 时， 1 3转动。之后 ，液压油从 A腔流 向 B腔 ，回转平 台制动 ，2 0发出信号给 2和 1 6，因此 2工作停止， 1 6左位工作 ，6关闭 ，1 8打开 ，第一 液控单 向阀 l 4工作 ，第二液控单 向阀 1 5关闭 ，1 3在惯性下继 续转动 ，A腔压力变高，压力油由第二油箱 2 9经 l 6 、l 4进入 l 3的 A腔 ，此时 B腔压力油通过 1 2 、 1 8 、2 2进入 2 3 ，2 3进入 蓄能状 态 ，当 2 5检测到 一 3 6 一 变小的压力信号 ，2 0发出信号给 2 2 ，2 2关 闭，第 五液控单向阀 2 4打开，回收能量 的过程完成。同 理 ，1 7置于 Y端 ，4的右位工作 ，1 1的左位工作 ， 液压油从 1流经 2、4 、1 2 ，进入 1 3的 B腔，1 3的 A腔中液压油经 1 1 、5 、第一单向阀 7流 回 1 ，此 时 ，1 3转动。之后液压油从 B腔流向 A腔 ，回转 平台制动 ，2 0发出信 号给 2和和 1 6，因此 2工作 停止 ，l 6左位工作 ，5关 闭，l 9打开，第二液 控 单向阀 1 5工作 ，第 一液控单 向阀 1 4关闭 ，l 3在 惯性下继续转动 ，B腔压力变高 ，压力油 由第二油 箱 2 9经 1 6 、1 5进入 l 3的 B腔 ，此时 A腔压力油 通过 1 1 、1 9 、2 2进入 2 3 ， 2 3进入蓄能状态 ，当 2 5 检测到变小的压力信号，2 0发 出信号给 2 2 ， 2 2关 闭，第五液控单向阀 2 4打开 ，回收能量 的过程完 成。但是 ，1 3依然在转动 ，为了避 免发动机输 出 不足 ，并使发动机高效率工作 ，2 0发 出信号给 2 6 、 3 、2 ，使 2 3中的压力油经 2 4带动 2 6和 3通过分 动箱的动力分配驱动 2工作 ，若 2 7检测到 2 6的输 出转速下降 ，那么 2 0就会发 出信号 给 2、3 、2 6 ， 让 2 6停 止工作 ，留下 3带动 2工作 ，带 动 1 3转 动 ，对负载做功 ，并且流经 2 6的液压油还可进入 其他执行机 构 ，来实现流量 的再生 ，这就是 蓄能 器 的能量 释放过程。此过 程 中，变量 马达将 蓄能 器 中储存 的能量转化 为机械能 ，和发动机一 同工 作带动回转 马达转 动 ，防止 了发 动机 因负载过 大 引起 的问题 ，也 使发动 机更 加稳 定地 进行 做功 ， 不仅降低燃油损 耗 ，还减少 了转换 环节 中能量 的 流失 。 ‘ 3 结论 1 液压 回转制动能量 回收系统 ，其液压调节 器由增压阀 、液控单 向阀 、变量 马达和 蓄能器 组 成 ，可接收 回转 马达压 力油 ，通 过增压 阀的增 压 和蓄能器 的蓄能 以达 到液压 能 自身 转换 的 目的 ， 从高到低 克服 了液压到机械 能、电能再 到液压能 的转换 ，很大程度上减 少能量 的转换环节 ，实现 节 能 。 2 在能量回收阶段 ，油液压力较高时 ，则不 需增压 阀增压进入 蓄能器 ，而是 直接进入 ，从而 提高能量 回收效率 。在能量释放 阶段 ，蓄能器压 力油带动变量马达与 电动机经过分动箱 的动力分 配后带动主泵工作 ，回收的能量 充 分 释 放 ， 发 动 起 重运输机械 2 0 1 4 9 岸边集装箱起重机电缆小车缓冲器的选型 王嘉敏． 张东红吴治礼 上海振华重工 集团股份有限公司陆上重工设计研 究院 上海2 0 0 1 2 5 摘要 根据岸边集装箱起重机拖令系统运行特点 ，对 比分析了电缆小车橡胶缓冲器的计算冲击力与现场 实测冲击力的差异及原因，比较了橡胶缓冲器和聚氨酯缓冲器的优缺点，提出电缆小车缓冲器的设计选型原则。 关键词 岸边集装箱起重机 ；电缆小车 ，橡胶缓冲器 ，聚氨酯缓冲器 中图分 类号 U 6 5 3 ． 9 2 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 4 0 9 0 0 3 7 0 4 Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o r u n n i n g c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e t o wl i n e s y s t e m of t h e q u a y s i d e c o n t a i n e r c r a n e ， t h e p a p e r a n a l y z e s t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n c a l c u l a t e d i mp a c t f o r c e a n d fi e l d me a s u r e d i mp a c t a n d c o r r e s p o n d i n g r e a s o n s f o r t h e rub b e r b u ff e r o f c a b l e t r o l l e y ， c o mp a r e s a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s o f t h e rub b e r b u ff e r a n d P U b uff e r ， a n d p u t s f o r w a r d t h e d e s i g n a n d mo d e l s e l e c t i o n p r i n c i p l e o f t h e b u f f e r o f c a b l e t r o l l e y ． Ke y wo r d s q u a y s i d e c o n t a i n e r c r a n e；c a b l e t r o l l e y；r u b b e r b u f f e r ；P U b uff e r O 引言 随着现代港 口的发展 ，超 大型的集装箱船不 断问世 ，与之 配套 的岸边集装箱起 重机 以下简 称岸桥 的设 计参 数越来 越 大，速 度越来 越快 。 目前大部分岸桥主小 车的运行设计速度为 2 4 0 m ／ m i n ，有的达到 3 0 0 m ／ m i n 。主小车所需 的电气 驱 动及岸桥控制通讯等传输 电缆通常采用 拖令 系统 架设。该系统悬挂于岸桥大梁 F ． 翼板下方 ，通 过 电缆的悬 垂收放 ，跟随 主小 车行走 。拖令 的电缆 首车与主小车连接 ，电缆 中拖 车与托架小车 若 有连接 ，电缆尾车 固定在后 大梁尾 部。托架小 车也随主小 车牵 引行走 ，其速度仅是 主小车 的一 半 ，见图 1 。拖令系统 中电缆小 车配置数量依据主 小车行程确定 ，在超 巴拿马岸桥上 电缆小车有 2 0 多个。 岸桥的使用设计寿命 高达 四百多 万次工作循 环 ，且一个工作循 环 内，电缆小车之间的 撞击会 发生多次，因此设计选 型 中，除考虑 缓冲器 的抗 冲击性能、能量 吸收性 能外 ，还需考 虑缓冲器 的 机稳定的工作 于高效燃 油经济区 ， 耗 ，降低 了使用成本 。 减少 了燃 油消 [ 2 ]富茂华， 张明海． 岸边集装箱起重机综合节能技术的 3 经过理论分析可知，若蓄能器将 液压执行 元件 回油路 能量进行 回收 ，在利用蓄能器 和变量 马达分配 动力 源流量驱 动负载工作是可行 的，且 回收的能量益处很大 ，能够减 轻能 量 的损失 ，保 护液压元件 ，增强燃油 消耗 的经济性 ，更 重要 的 是不影响原系统的操作特性。 4 该设计 为起 重机 械 回转制 动节 能的研 究 提供 了理论 基础 ，对 节 能减 排 具有 一定 的参 考 价值。 参考文献 [ 1 ]金 涵逊 ，殷晨 波 ． 起重 机械发 展趋势再 制造技术 探究[ J ] ．科技传播 ，2 0 1 4 ， 7 1 0 3 ，1 0 6 ． 起重运输机械 2 0 1 4 9 研究与应用[ J ] ．起重运输机械 ， 2 0 1 4 1 8 6 8 9 ． [ 3 ]林志树 ， 纪天平 ．调箱门用龙 门起重机节能技术改造 [ J ] ．起重运输机械， 2 0 1 1 1 6 7 7 0 ． [ 4 ]王梅生 ， 许长 山 ．关于起重机节能减排的几点建议 [ J ] ．港口装卸， 2 0 0 8 3 1 5 ，1 6 ． [ 5 ]李 向东，原徐成，叶伟 ，等 ．浅谈起重机节能研究 [ J ] ．起重运输机械 ， 2 0 1 3 8 6 4 ，6 5 ． [ 6 ]王庆丰， 魏建华， 吴根茂， 等 ．工程机械液压控制技术 的研 究进展 与展望 [ J ] ．机 械工程学 报，2 0 04，3 9 1 2 5 15 6 ． 作 者 金涵逊 地 址江苏省南京市浦 口区南京工业大学江浦校区 邮 编2 1 1 8 1 6 收稿 日期 2 O 1 4 0 51 2 3 7