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起重机电比例泵控液压系统性能研究 陈林程度 旺禹阳 华 三一汽车起重机械有限公 司 长沙4 1 0 6 0 0 摘要阐述了一种大吨位汽车起重机电比例泵控液压系统，介绍 了其液压原理，并从节能、高效、可靠、 微动性好、动作平稳、复合动作质量高等作业性能方面进行了分析 ，现已批量投入生产。 关键词汽车起重机；电比例泵控系统 ；性能 中图分类号 T H 1 3 7 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 0 1 1 0 0 8 40 4 Ab s t r a c t T h e p a p e r e x p l a i n s t h e e l e c t r o h y d r a u l i c p r o p o r t i o n a l p u mp c o n t r o l l e d h y d r a u l i c s y s t e m o f h e a v y l o a d t r u c k c r a ne，i n t r o d uc e s t h e h y dr a ul i c pr i n c i p l e a n d a n aly z e s i t i n t h e o p e r a t i o na l p e rfo r ma nc e a s p e c t s o f e n e r g y s a v i n g，h i g h e f fi c i e n c y ，r e l i a b i l i ty，g o o d mi c r o i n c h i n g， s t abl e mo t i o n， mu l t i p l e a c t i o n o f h i g h q u a l i t y ．T h e s y s t e m h a s p u t i n t o m a s s p r o d u c t i o n ． Ke y wo r d s t r u c k c r a n e；e l e c t r o h y d r a u l i c p r o p o r t i o n al p u mp c o n t r o l s y s t e m；p e r f o r ma n c e 随着社会进步和技术 的不断发展 ，以及 各施 工企业对高效益和高效率 的执着追求 ，整体 吊装 工程越来越普遍 ，因而大 吨位起重机 的市场 需求 也越来越迫切 j 。由于大吨位起重机进行施工作 业时 ，人机安全 、节 能环保就显得 特别重要 ，因 而对起重机液压系统 的设计也提出了更高 的要求 节能 、高效 、可靠 、微动性好 、动作平稳和复合 动作质量高。 1 液压原理 图 1为电比例泵控液压系统原理 图，1 、2为 电比例泵 ，3为齿轮泵 ，4 、5 、7为溢流阀，6为 梭阀，8 、9、1 0 、1 1 为三位 四通电磁换向阀，1 2 、 2 1 为二位四通电磁换 向阀 ，1 3～2 0为插装 阀，2 2 ～ 2 5为电液动换向阀 ，2 6 、2 8为单向阀，2 7 、2 9 、 3 0 、3 1为平衡 阀，3 2为主卷扬马达 ，3 3为副卷扬 机马达 ，3 4为变幅液压缸 ，3 5为伸缩液压缸。起 重机的动力油源由2个 电比例泵来提供 ，油泵 1 连 图 1 液压原理 图 ① 3 结论 本文详细介绍 了 Y B Z S E防爆 双速电机 的接线 方式及制动器 的接线方式 ，该 问题在实际应用 中 经常遇 到，如果设 计选型应用时不考虑 ，可能导 致起重机不能正常工作 ，甚至烧毁 电动机 ，将 给 用户带来不必要 的麻烦 ，影响供货商 的信誉 ，因 此必须引起重视。 一 8 4 一 参考文献 [ 1 ]G B 3 8 3 6 ． 2 2 0 0 0爆炸性气体环境用电气设备[ S ] ． [ 2 ]J B ／ T 5 8 9 7 --2 0 0 6防爆桥式起重机[ S ] ． [ 3 ]裘为章 ，吴锡中．实用起重机电气技术手册 [ M] ．北 京 机械工业 出版社 ，2 0 0 1 ． 作者地址 邮 编 收稿 日期 黑龙江省富锦市富福路西段富锦富华起重机有 限公司技术部 1 5 61 O1 2 01 0 05 28 起重运输机械 2 0 1 0 1 1 通 阀块 的进油 口 P 1 ，油 泵 2连 通 阀块 的进 油 口 P 2 ，经过油路的切换 ，油液经油 口A1向主卷扬马 达供油 ，通过方向阀 2 2换 向，控制主卷扬 机构起 升动作 ，经油 口A 2向副卷扬马达供油 ，通过方 向 阀 2 3换向，控制副卷扬机构起升动作 ；经油 口A 3 向变幅液压缸供油 ，通过方 向阀 2 4换 向，控制变 幅机构起 落 幅动 作 ；经油 口 A 4向伸缩 液压 缸供 油 ，通过方 向阀 2 5换 向，控制 吊臂 的伸缩动作 。 上述 4种作业可 由单泵完成 ，也可 由双泵合 流完 成 ，电磁铁 的具体得 电逻辑见表 1 。 表 1 电磁 铁得电逻辑 D D D D D D D D D 泵 动作 T T T T T T T T T D T D T D T D T D T D T D T D T D T Y Y 源 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 O 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 2 主卷起／ 落 ，一 一， 泵 副卷起／ 落 ，一 一， 七 十 1 变幅起／ 落 上 一 一， 吊臂伸／ 缩 ，一 一 ／ J - 主卷起／ 落 ， 一 一， 泵 副卷起／ 落 ， 一 一 ， 2 变幅起／ 落 ／一 一 ，斗 吊臂伸／ 缩 ， 一 一 主卷起／ 落 ，一 一， 双 副卷起／ 落 上 ，一 一， 泵 变幅起／ 落 ，一 一， 吊臂伸／ 缩 ，一 一 ／ 2 作 业性能分析 2 1节 能 该系统采用 电 比例泵控技 术 ，与 阀控 系统有 着本质的区别。电比例泵控系统直接 由油泵调速 ， 通过控制 电控手柄 的角度来控 制油泵的排量 ，从 而达到调速 目的。阀控 系统则是 由阀的开度来控 制油泵 的排量 ，从 而实现调速。以阀控系统 中的 负载敏感系统为例 J ，来说 明电比例泵控系统是 如何实现节 能的。图 2为 电比例泵控 系统做复合 动作时的功率损耗 图，图 3为负载敏感 系统做复 合动作时的功率损耗 图，其 中横坐标为 流量 ，纵 坐标为压力 ，假定 P 是主卷扬作业时消耗 的功率 ， P 是副卷扬作业时消耗的功率。如 图2，主、副卷 扬复合动作时泵 1的输 出流量为 q u，压力为 P ， 泵 2的输 出流量为 Q 也，压力为 P ，发动机的输 出 功率为 P P 。如图3，主、副卷扬复合动作时泵 起重运输机械 2 0 1 0 I I J 的输出流量 为 Q q ，压力为 P △ p ，发动机 的输出功率为 P P q P 一 P P 一 。 。对 比 可知 ，负载敏感 系统 比电 比例泵控系统多 消耗功 率为 Q P 一 P P 一 。 ，这些功率并不参与做功 ， 而是转化为热能 ，促 使油温升高 ；而 电比例泵控 系统消耗 的功率全 部参与做功 ，没有 多余 的能量 损失 ，因而电比例泵控系统更节能 。 图2 电比例泵控系统功率损耗 一 8 5 一Q L 1一 9L 2 ～ 一 ， P 。 ≈J 司 尸j I 1 f 1 图 3 负载敏感系统功率损耗 又由于该 系统所用 电比例泵还 带有恒功率控 制及压力切 断功 能，能更进 一 步强化 节能效 果。 如图 4所示 ，该 图为 电 比例泵 的恒 功率控制特性 曲线 ，横坐标 为泵 的排量 ，纵 坐标为 系统压 力。 发动机在特定转速下工作 ，当负载压力达到 P 时， 油泵即开始在恒功率状态下工作 ，负载压 力进一 步增大时 ，油泵 自动减小排量 以使输 出功率保 持 恒定 ，即PV常数。负载压力在 P 。 ～ P 之间时， 油泵在恒功率曲线 A B上工作 。因为发动机的功率 曲线也是恒功率 曲线 ，因而泵在恒功率状态 下工 作时 ，能使泵 的吸收功率更好地追 随发动机 的输 出功率 ，从而保证发动机在泵的任何工况下都 能 工作在高效 的最佳工况 ，减少 能量 损失 ，达到节 能目的。当负载压力超过 P ，达到切 断压力 P 时 ， 油泵以最小排量 几乎为 0 工作 ，仅提供补充内 部泄漏和连接 系统泄漏 的流量，此时系统几乎无 功率消耗 ，达到了节能 目的 。 排量／／ g ／ IT I I r。 图 4 恒功率控 制特性曲线 2 ． 2高效 该系统在给单个执行机构供油时 ，可 由泵 1 、 泵 2双泵合流供油来实现。根据流量公式 Qn 1 式 中n为发 动 机转 速 ，r ／ m i n ；V为油 泵 排量 ， ml ／ r ；卵为油泵容积效率 。 一 8 6 一 设油泵最大排量为 1 3 0 m l ／ r ，将发动机最大转 速 2 0 0 0 r ／ mi n ，油泵容积效率 0 ． 9 9代人公式 ，可 得单泵供给执行机构 的最大流量为 2 5 7 ． 5 L ／ m i n ， 双泵合流供给执行机构的最大流量 为 5 1 5 L ／ m i n ， 双泵合 流供油 比单 泵供油 的作业速度 快 了 1倍 ， 因而能极大地提高作业效率。 2 ． 3 作业可靠 该系统只需 1个 自制主 阀，采用 的液压件均 为 V I C K E R S 标准工业阀 、插装阀等通用元件 ，通 用性强 ，便于维修 ，可实现模块 化设计。所用 液 压阀均 为开关 阀 ，抗 污能力 强 ，液压故 障率低 ， 因而可靠性高 ，当其 中一泵 出现故障时 ，另一泵 仍能正常作业 ，不至于影 响施工 ，给用户带来极 大便利。 2 ． 4 微 动性 好 该系统所用泵 1 、泵 2均 为电比例泵 ，操作 电 控手柄 ，手柄 的不 同开度对应着 相应 的比例 电流 输出，可实现无级 调速 。如图 5所示 ，操 作 电 控手柄 ，当其输出电流为 2 0 0 m A时，电比例泵 即 开始改变排量 ，手 柄角度逐渐增大 ，输 出的 电流 值也逐渐增大 ，相 应的油泵排量也逐 渐增 大，且 二者呈线性关系变化。因而，操作 手通过 手柄开 度 的变化 可无 级 调节 执 行 机构 的速度 ，比液控 手柄操作更舒适 ，微调 作业速度 也更容 易实现 ， 其优 越 的微 动 性 能 是 其 他 控 制 方 式 所 不 能 比 拟 的 图 5电比例控制特性 曲线 2 ． 5 动作 平 稳 该系统能实 现执行机构平 稳作业 ，避免执行 机构在起动及停止作业时产生 冲击 。以泵 1做 主 卷扬主钩为例 ，电磁铁 D T 3、D T 1 1先得 电，来 自 于泵 3的控制油将 主油路导通 ，接着 电磁铁 D T 1 得 电，使泵 1建立起压力 ，最后泵 1的比例电磁铁 Y1 得 电，能使主卷扬平稳起升 ，并输 出卷扬机构 作业所需的流量。欲停止主卷扬起升作业 ，则首先 起重运输机械 2 0 1 0 1 1 将泵 1的比例电磁铁 Y1断 电，以降低泵 的排 量 ， 接着 电磁铁 D T 1断电，使泵 1卸荷 ，最后 电磁铁 D T 3 、D T 1 1断电 ，从而将 主油路 关闭 ，使 主卷扬 起升平稳停 止，以避免 冲击。起 重机做其他作 业 时，电磁铁得 电先后顺序可依 次类 推 ，通过 电气 程序的这种控制 ，能 较好 地实现作业起动及停 止 时平稳 、无 冲击。 2 ． 6 复合动作质量高 该系统做复合 动作时 ，泵 1 、泵 2分别供油 ， 互不干扰 ，复合 动作 质量高 ，且没 有多余 的流量 及压力损失 。以主卷扬下降与变 幅起 升为例 ，操 纵电控手柄做该复合动作 ，如图 1 ，泵 1输 出的流 量经插装阀 1 3去主卷扬执行机构 ，流量的大小 只 由比例电磁铁 Y1 的比例 电流的大小决定 ，不受泵 2的影响。泵 2输 出的流量经插装 阀 1 9去变 幅执 行机构 ，流量的大小只由比例电磁铁 Y 2的 比例 电 流的大小决定 ，不受泵 1的影 响。因而 ，做 复合 动作时 ，该系统能对每个执行机构单独按需供油 ， 而彼此互不影响，复合动作质量高 。 3 结语 从 6个方面介绍 了一种大 吨位 汽车起重机 电 比例泵控 液压系统 ，深入 阐述 了该 系统在 吊装作 业方面的优越性 ，目前 已批量 运用 于三一起重机 械有限公 司的大 吨位 起重机 系列 产 品有 Q Y 1 0 0、 Q Y 1 3 0、Q A Y 2 2 0等。本文 的研究对起重机液压系 统的创新设计及开发具有指导意义。 参考文献 [ 1 ]王欣，高顺德，屈福政 ．国内外大型起重机的发展状 况[ J ] ．建筑机械，2 0 0 5 2 2 8 ，2 9 ． [ 2 ]刘钊，张珊珊 ．变量泵控制方式及其应用[ J ] ．中国工 程机械学报 ，2 0 0 4，2 3 3 0 4 3 0 7 ． [ 3 ]张爱武 ．中大吨位汽车起重机液压系统设计[ J ] ．液压 液力 ，2 0 0 7 1 2 9 2 9 5 ． [ 4 ]尚涛 ． 液压挖掘机作业及行走系统节能控制研究[ D] ． 长春 吉林大学 ，2 0 0 5 ． [ 5 ]路甬祥，胡大绒 ．电液 比例控制技术[ M] ．北京机 械工业出版社 ，1 9 8 8 ． [ 6 ]唐修俊，李胜华，王巍．基于C A N总线的汽车起重机 智能控制系统 [ J ] ． 起 重运输机械 ，2 0 0 8 8 3 3 3 5 ． 作 者 陈林 地 址 三一汽车起重机械有 限公 司 邮 编 4 1 0 6 0 0 收稿 日期 2 0 1 0 0 6 2 1 上接第 7 6页 后 ，开启液压站 ，四连杆机构在液压缸 的推动下 降到板坯下 ，此时指示灯亮 ，提示进入保护状态 ， 即托钩 已到达板 坯下部 ，夹钳 可以起升。当起 重 机吊运板坯到达放置地 ，夹钳下降到离 目标平 面 2 0 0 1 T i m高度时 ，四连杆机构在液压缸反 向作用 下 上升到高位 ，指示灯 灭 ，提示 退 出保护 状态 ，即 托钩已撤离板坯下部。随后夹 钳下降至板坯放置 地 ，板坯脱 离钳 口后上 升夹 钳 ，完成 1次 吊运。 在电气设计中，夹钳下 降与推杆拉起是连锁控制 ， 既推杆未拉起时夹钳下降按扭不起作用 。 4 注意事项 1 夹板坯时控制夹持高度 ，控制钳 口下沿 到板坯底 面的距离应小于 3 0 1T l ／ r l 。否则 ，摆动架可 能会中途卡住不到位。 2 各活动部位定期润滑，保证转动灵活。 3 高压 油管及 液压缸管 接头外 包石 棉布 ， 起重运输机械 2 0 1 0 1 1 防热层要保持完好 ，损坏要及时修复。 4 电动机严禁反转运行。系统工作压力为 3 MP a ，调节系统工作压力时 ，顺时针旋转溢流阀压 力旋钮压力升高 ，逆时针压力降低。 5 调节单 向节流 阀流量可调节 四连杆提升 和放下的速度。 6 如液压系统失灵 ，可用 本装置配备在 吊 环上的螺旋扣将摆 动架 拉起 ，不会妨碍板坯 夹钳 的正常操作。 7 液压油可采用 4 6号抗磨液压油 ，原则上 每年更换 1 次 。 8 滤油器滤芯每半年清洗或更换 1 次 。 作 者 地 址 邮 编 收稿 日期 陈克非 上海市长江路 5 8 0号上海宝山钢铁股份有限公 司不锈钢事业部设备部 2 OO 431 2 01 0 05 ． 23 8 7