摩天轮液压驱动系统中实现平滑刹车功能的探索.pdf

2 0 1 4年 1 月 第4 2卷 第 2期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I C S J a n ． 2 0 1 4 Vo 1 ． 42 No ． 2 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 0 2 ． 0 4 7 摩天轮液压驱动系统中实现平滑刹车功能的探索 毛洪艳 ， 孙红 霞 1 ．沈阳交通工程 学校 ，辽 宁沈阳 1 1 0 0 2 6 ； 2 ．铁岭师范高等专科学校 ，辽宁铁岭 1 1 2 0 0 1 摘要针对摩天轮液压驱动系统中存在的刹车和抗风问题进行分析并提出改进的方法。改进后 ， 摩天轮的抗风性能提 升 8 5 ． 7 ％，停车瞬间刹车的平滑性改善明显，振动幅度降低 ，噪声消失 ，并实现了平滑启动。 关键词摩天轮 ；液压驱动系统；刹车 中图分类号T P 2 7 1 ． 3 1 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 21 3 1 2 在通常情况下 ，在公园开园期间，当摩天轮运行 后，即便有乘客频繁地登机、离机 ，中途也很少停 车，除非遇到紧急情况 ，才会 中途停车。 国内某些正在运行 的摩天轮 ，经过一段 时间的运 行后发现 ，当摩天轮上有乘客，并偶遇突发事件需要 中途停车时，因为停车动作很突然、不平滑、不顺 畅 ，造成两个比较严重的问题 1 乘客感觉不舒 适 ，因为吊舱在停车动作开始的 2 0 S 左右会像钟摆 一 样较大幅度地前后摇摆 ，给乘客心理造成较为严重 的恐慌； 2 液压管路会产生振动性的噪声，液压 马达和驱动轮胎之间的驱动轴有损坏现象，大大缩短 1 6 w x1 5 9 了该驱动轴的使用寿命 ，并会因此产生其他更为严重 的危险，如断轴以后出现飞车事故；这个问题可以归 结为 “ 刹车抱死”问题。 另外，每当夜间停车遇6级以上大风时，第二天 早上发现 ，摩天轮会被动转动 5 0 。～ 9 0 。 ，平均 7 0 。 转 角 ，这说明停车后摩天轮的抗风性能不佳。 1 问题分析及解决方法 1 ． 1 问题 分 析 经分析 国内这些 摩天轮 的液 压马达驱动 回路 如图 1 所示 ，发现控制液压马达的主换向阀 2 2是 一 个普通的具有开关特性的 O型电液换 向阀。 1 2 k 6 ’ 、 T r ’ “ 。 B通 路 3 0 人 2 9 1 --空气滤清器2 一液位计卜 放油球阀4 ～吸油过滤器5 、2 7 一球阀 6 、8 --软管7 一电机9 一蓄压器1 0 - - 单向阀 。 l l 一液压泵1 2 --泄油软 管l 3 一液位控制器l 4 一回油过滤器l }一 温度传感器l 6 一智能数显表 1 7 一风冷式冷却器l 8 一压力表开关1 9 一压力表2 0 - - - - 电磁溢流阀2 1 -- 压力变送器2 卜 电液换向阀2 卜 叠加式节流阀2 4 一截止阀2 一叠加 顺序阀2 6 一 _ 电磁换向阀2 8 - - 马达进出口软管2 9 -- - 马达卸油软管 3 O 一液 压 马达 图 1 摩天轮液压马达驱动回路液压原理图 收稿 日期 2 0 1 21 2 2 1 作者简介毛洪艳 1 9 6 5 一 ，女，硕士，副教授，从事机械设计的教学与研究工作。E m a i l m h y 1 9 6 5 一 h i g h 1 6 3 。 Ⅵ 个 蓬 1 3 2 机床与液压 第4 2卷 原设计意图是想通过电液换向阀的 O型机能实 现停车及停车时的抗风功能，但是，由于阀芯在中位 时的内泄问题 ，使得这种方式的抗风能力不够理想。 正常运行时，A通路是高压油路 ，压力在 7 MP a 左右； B通路是回油油路，因回油节流阀2 3的作用， 正常运行时 B通路的压力在 3 ． 5～ 4 MP a 之间，这也 是马达3 0正常运转时的背压；顺序阀2 5和电磁阀2 6 构成刹车油 路，顺 序 阀 2 5的开启 压力设 定 为 1 2 M P a ；当执行停车动作时，主换 向阀 2 2关 闭，电磁 换向阀2 6打开 ；停车瞬间使得正常运转的液压马达 的来油和 回油油路突然被切断 ，然而因摩天轮 由匀速 运转状态要在瞬间切换到停车状态，这就造成了吊舱 因惯性而前后摇摆 ；摇摆幅度的大小取决于摩天轮的 转速 。 另外正是由于摩天轮巨大的惯性 ，在停车瞬间液 压马达3 0将被迫继续旋转 ，此瞬问，驱动摩天轮的 所有液压马达 通常为 8～ 1 2个 将由马达变成了液压 l 6 wxl 5 油泵 ，使得原本的低压回油 B通路瞬间变成高压油 路 ，因电磁阀2 6已经打开，当油路 B的压力增大到 顺序阀2 5的开启压力时，顺序阀2 5打开 ，液压油将 从 B通路流回到 A通路；当 B通路的压力低于顺序 阀2 5的开启压力时，顺序阀关闭，如此周而复始地 打开、关闭、打开、关闭，造成停车初始时液压管路 的振动噪声 。 现场实测数据 正常运行 时，液压马达 A油路 上的压力为 6 7 M P a ，B油路上 的压力为 3 ． 5～4 M P a ；中途停车瞬间，液压马达 A油路上的压力为 0～1 M P a ，B油路上的压力为 1 1 ． 5～1 2 M P a ； 如果将顺 序 阀 2 5的开 启压 力 调低，比如 1 0 M P a ，会增加刹车距离。 1 ． 2 解决 办法 在图2中，将图 1中的普通 O型电液换 向阀 2 2 换成 Y型比例电液换向阀2 2 ；并在该阀下方叠加一 个双联液控单向阀2 4 。 A通路 ．Dm 2 。 l 一 空气 滤 清器2 一 液 位 计卜 放 油球 阀4 一 吸 油过 滤器5 、2 9 一球 阔 6 、8 一软管7 一电机9 一蓄压器1 O 一单向阀l 1 一液压泵l 2 一泄油软 管l 卜 液位控制器l 4 一回油过滤器1 5 一温度传感器l 6 一智能数显表 1 7 一 风 冷式 冷却 器1 8 一 压力 表 开关l 9 一 压力 表2 O 一 电磁 溢流 阀2 1 -- 压力变送器2 2 一电液比例换 向阀2 3 一 比例放大板2 4 一叠加式液控单向阀 2 5 - _ 叠加式节流阀2 6 --截止阀2 7 --叠加顺序阀2 8 一电磁换向阀3 马达进出口软管3 1 --马达卸油软管3 卜 液压马达 图 2 改造后 的摩天轮液压 马达驱 动回路液压原理图 其中叠加式液控单向阀 2 4是用来解决抗风问题 果还是非常明显的。 的，因为当电液比例换向阀 2 2的阀芯在中位时，液 与电液比例换向阀2 2配套的比例放大板 2 3的斜 控单向阀2 4可以完全防止 A、B油路 内液压油的逆 坡时间选择 0～ 5 s ，即最大可延时 5 s 。这样 ，在摩 向流动，可以克服换 向阀2 2的阀芯在中位时的内泄 天轮正常匀速旋转时，如果中途突然执行停车指令 ， 问题 ，从而解决抗风 问题。从实际看，新系统装机 电液比例换向阀2 2不是突然关闭油路 ，而是在初始 后 ，摩天轮在停运状态下 ，在 6～7级的大风天 ，一 的5 s内，按比例均匀地逐渐将阀口关闭，这很像轿 个晚上摩天轮 自转大约 5 。 ～1 5 。 ，平均转动 1 0 。 ；效 下转第 7 3页 占鑫 y E 第 2期 阮学云 等 新型矿用气动锯床的研制 7 3 3 ． 3 试验结果 行调节，以达到最佳工作状态。表 1 为风动锯床各项 此次试验内容为验证工作原理可行性并对气路进 性能试验指标情况。 表 1 各项试验性能达标情况 由表 1 可知气动锯床气动系统性能可靠 ，达到 了试验预期目标。 4结论 该气动锯床是一种性能稳定 、切割效率高、使用 范围广的矿用锯床。切削时，当被切工件的材料、截 面尺寸或 形状 发 生变 化 时 ，会 自动 调 节工 作进 给压 力，且由于采用了气动方式，可最大程度地避免由于 过载产生 的冲击或打刀等现象 ，使功率得到最大利 用 ，提高切削效率。该锯床采用风动马达作为动力 源 ，通过机械传动系统与气动系统实现刀具的进刀、 抬刀运动，可靠性高，可以最大程度地保护刀具 ，切 割材料广，性能稳定，使用维修方便 ，具有较大的实 用 价值 。 参考文献 【 1 】 姜继海 ， 宋锦春． 液压与气压传动[ M] ． 北京 高等教育 出版社 ， 2 0 0 2 ． 【 2 】 臧贻娟 ， 赵振， 刘延俊． 双立柱转角锯床液压系统研究 [ J ] ． 液压与气动 ， 2 0 0 8 7 5 7 5 8 ． 【 3 】 张云， 幕厚春， 杨继明． 全液压链锯式割煤机的研究与设 计[ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 6 2 3 63 7 ． 【 4 】 毋虎城 ， 聂静， 张纬． 煤矿井下手持气动锯的研制[ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 1 0， 3 1 5 1 3 31 3 5 ． 【 5 】 李新培． 一种新型卧式金属带锯床液压系统设计[ J ] ． 机械研究与应用 ， 2 0 0 6 ， 1 9 3 1 0 91 1 0 ． 【 6 】 郭北涛． 国内外金切锯床的现状及发展趋势[ J ] ． 制造 技术与机床 ， 2 0 0 4 2 3 6 3 7 ． 上接第 1 3 2页 车刹车 系统 中的 A B S防抱死功 能。因为这 5 S 钟 内摩 天轮的惯性最大，5 S 之后 ，电液比例换向阀2 2的阀 口完全关闭，此后系统的运行状态同改造前一样 ，即 靠顺序阀来释放剩余的压力。 经过现场实测，改造后，在摩天轮匀转速不变的 前提下 即不改变节流阀2 5的截流状态 ，当中途 执行停车动作时，吊舱前后摆动的幅度很小 ，乘客的 感觉比较舒适 ，大约5 s 左右就能 自动停下来。 当摩天轮的转速较快时，如果 中途执行停车动 作，B油路的压力在前 5 s内从 4 M P a逐渐升至 1 2 M P a ，这也 是顺 序阀 2 7的设定 压力 ，并在 1 2 M P a附 近压力表读数不稳定 ；停车后，压力表的读数逐渐降 至4 M P a 左右 ，而且此后压力表的读数在4 M P a 附近 能维持 2 h以上 ；2 h以后没有记录。 当摩天轮的转速较慢时，B油路 的压力在前 5 s 内从 4 M P a 逐渐升至 1 0 MP a左右，然后读数变小， 并趋于4 MP a ，此后压力表 的读数基本上没有变化。 因为整个过程 B油路的压力没有达到 1 2 M P a附近， 所以可以判断 ，当摩天轮的转速较慢时执行停车操 作 ，刹车顺序阀没有工作 。 为此，可以将刹车顺序阀的开启压力调低，如 1 0 M P a ，可以进一步降低摩天轮在停车时的惯性冲击。 2试验结果 1 抗风问题解决的实际效果比较理想摩天 轮被风推动被动旋转的角度由原来的平均 7 O 。 ，降低 为平均 1 0 。 ，下降比例 n 7 01 0 ／ 7 0 8 5 ． 7 ％ ； 2 停车瞬间刹车的平滑性改进明显 ；目测 吊 舱在改造前，前后摆动的持续时间大约为 2 0 s ，改进 后，吊舱持续摆动 的时间大约 5 s ，下降比例 b 2 0 5 ／ 2 0 7 5 ％ 3 刹车瞬间吊舱前后摆动的幅度在改造后明 显降低，乘客只有较轻微的摆动感觉； 4 因为改进后刹车比较平滑，管路的振动噪 声也消失 了； 5 不仅刹车平滑了，而且也实现了平滑启动， 消除了以前启动时很突兀的抖动现象。 参考文献 【 1 】王春行． 液压控制系统 [ M] ． 北京 机械工业 出版社， 2 00 4． 【 2 】李新德． 液压系统故障诊断与维修技术手册[ M] ． 北京 中国电力出版社， 2 0 0 9 ． 【 3 】 机械设计手册 编委会． 机械设计手册单行本 液压传 动与控制[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 7 ．