集装箱正面吊运机负载传感液压系统分析与应用.pdf

集装箱正面吊运机负载传感液压系统分析与应用 杨 立 文 交通运输部水运科 学研究院北京1 0 0 0 8 8 摘要负载传感系统是应用在集装箱正面吊运机上的一项先进技术 ，介绍了该系统的控制原理 、类型、 特点及应用实例，为同类工程机械设计应用提供参考。 关键词负载传感；L U D V系统；节能；吊运机 中图分类号T H 2 1 3 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 2 0 7 0 0 9 2 0 4 Ab s t r a c t L o a d s e n s i n g s y s t e m i s a n a d v a n c e d t e c h n o l o g y i n t h e c o n t a i n e r r e a c h s t a c k e r ． T h e p a p e r i n t r o d u c e s t h e c o n t r o l p r i n c i p l e ， t y p e ，f e a t u r e，a n d a p p l i c a t i o n o f t h i s s y s t e m ， p r o v i d i n g r e f e r e n c e f o r a p p l i c a t i o n o f t h e t e c h n o l o gy i n s i mi l a r e n g i n e e r i n g ma c h i n e r y ． Ke y wo r d s l o a d s e n s i n g；L UDV s y s t e m ； e n e r gy s a v i n g ；r e a c h s t a c k e r 0 引言 集装箱 正面 吊运机 简称 吊运机 的作业特 点是 吊箱堆高作业速度快 ，落箱堆码和装 车准确 对位 ，动作速度精确控制。虽然作业工况不复杂， 但是在每个 工作循 环中，负载和速度变化 大。上 世纪八十年代中期 ，我 国研制的第一代 J D 4 0型 吊 运机液压 系统采用 的是定量泵 系统 ，液 压系统的 能耗大 ，效率低。能源的 日趋 紧张和对 环保要求 的提高 ，推动 了液压节能技术 的发展。国产第二 代 S T 4 0 0型和第三代 HC S 4 6型 吊运机液压 系统分 别采用 了阀前补 偿 的负载传感 系统 简称 L S系 统 和阀后补偿 的具有负载独立流量分配功能 的 负载传感系统 简称 L U D V系统 ，提高 了系统控 制精度 ，节能高效。 1 负载传感系统分析 负载传感是指液压 系统 能 自动将 负载所需压 力 、流量信号反馈 到油泵 中，从 而调节油 泵的变 量机构 ，使油泵仅 向系统提供所需求的压力 和流 量 。系统所需 的流量 由多路 阀的阀芯节流 口开度 控制 ，无溢流损失 ，只有压 力差 却 损失 ，如 图 1 所示 。 根据油泵类型，负载传感系统可分为开中心 和闭中心两种 ，开 中心系统 也称定量 泵系统 采用输 出流量恒定 的定量泵供油 ，以定差减 压阀 一 92 一 作 为负载传感元件。而 闭中心 系统通 常采用输 出 流量随负载需要变化 的变量泵供油。在闭 中心 系 统中，根据压力补偿 阀在多路 阀节 流 口的前后位 置，又分为 L S系统和 L U D V系统。 0 流量／ L o mi n 图 1 负载传感液压系统压力流量图 1 ． 1 定量泵负载传感系统 负载传感控制 系统 的理论 基础来 自于流量 压 力特征方程 Qk A p 。由式 中看 出 ，只要 维 持节流 口前后的压力差 不变 ，则通过流量 Q随 着节流 口过流面积 A变化而变化 ， 为流量系数。 定量泵负载传感控制系统 由定量泵和压力补偿 阀 组成 ，原理如图2所示。 图 2 定量系统负载传感原理简图 起重运输机械 2 0 1 2 7 鬯 百， ～ 一 1 『 在图2中，压力补偿阀弹簧力 F s 决定了节流口 曰处的压力差 Ap ，a p恒定不变时 ，进入液压缸 的 流量 Q正比于节流 口面积 A，使流量 Q与负载变化 无关，多余的流量通过压力补偿 阀直接返回油箱。 1 ． 2 L S系统 L s系统采用 阀前压力补偿方式 ，系统原理简 图见图 3 。当单泵控制多个执行机构时 ，利用梭 阀 把最大负载压 力与泵 出油 口压力 比较 ，将 多路 阀 节流 口前后 的压力分别 引入压力补偿 阀的弹簧腔 和控制腔。工作 时，通过压 力补偿 阀 定差 减压 阀调节维持多路阀节流 口前后压差 却 为常值 。 通过节流 口的流量大小仅与 阀 口的开度有关 ，与 负载压力变化无关 ，提高了系统刚度。 L s系统工作特征 当单 泵控制多个执行机构 联合动作 、流量之和小 于泵所能提供 的最 大流量 ∑Q Q 时，补偿 阀调节功能失效 ，不再具有 流量分配功能 。这时油泵的压力油根据负载大小 ， 流向压力最 低的执行元件 ，高负载压力 的执行元 件将降低工作速度直至停止运 动，这是 L S系统的 缺陷。 图 3 L S系统原理简 图 1 ． 3 L UD V 系统 L U D V系统 与 负载压力无 关 的流量分 配系 起重运输机械 2 0 1 2 7 统把压力补偿 阀设在节流 口之后 系统原 理简 图见 图 4 ，具 有抗饱和功 能 ，弥补 了 L S系统 的 不 足 。 压力信号选取执行元件的最高 负载压力 P 来控制油泵和压力补偿 阀。取压力补偿 阀阀芯力 平衡得出 Pl XAf P L l Af ’s P2 xAf pI 1 m Af，s 式中A ， 为阀芯端面积，F s 为弹簧力 。 因为两个压力 补偿 阀同规格 ，两 阀的 阀芯端 面积 A 、弹簧力 F s 均相等，P 取的是同一最高 负载压力 。所 以P 1 p 2 ，a p l p- p 1 ，z i p 2 p- p 2 ， △ P 、 △ p 式中，两个节流E l 前的压力P 泵出口压 力相等；故有 ，z i p 却 2却 ，△ p 3 P 2一P I 上 ， △ p ， 为小负载油路压力补偿 阀的补偿压力差。 图4 L U D V系统原理简图 Q ， ， A ， Q 厂 A 2 ， Q ／ Q A ／ A 。 式中 q 、 Q 为两条油路的供油流量 ； A ， 、 A 为 两个节流 口的过流面积。 从图4和所列的关 系式可知 ， 各节流 口后 的压 力 P 和 P 相等。 由于并联 回路 ， 各个节流 口前 的 压力也相等， 等于油泵 出 口压力。所 以各节流 口的 前后压力差 却 。 和 却 相等， 流经节流 口的流量仅 受控于过流面积。 当执行元 件所 需流量 小于泵 的 流量 ∑Q Q 时 ， 系统处于饱 和状态 ， 各节流 口的 △ p相应减 小 ， 但减小的 △ p仍 然相等。各执行元件 的流量取 决于节流口的过流面积 A的大小 ， 流量分配与负载 压力无关 ， 只是 各执行元件将按 比例减小 速度 ， 不 会有任何执行元件停止工作 。可见 ， L U D V系统提 高了控制性 能， 尤其是在多执 行元 件复合动作 时， 这一优点更为明显 。 2 应 用实例 图 5为 HC S 4 6型吊运机臂架俯仰和伸缩机构 负载传感 控制 液压 系统 简 图， 该 系统采 用 L U D V 控制系统 。实际液压 系统 中 ， 选用 了力士 乐公 司 两台 A1 1 V油泵和一组 M 7多路 阀。M 7阀有三片 主阀， 第一片和第 二片分别 控制臂 架俯仰 和伸缩 液压缸 ， 第 三片是 向吊具 的伸缩 、 回转 、 平 移和旋 锁等液 压 系统 供 油 的 流量 限 制 阀 片。 图 5中， A 1 1 V油泵 1带有 负载传感 阀 2和压力切 断阀 3 。 负载传感 阀为流 量控制 阀 ， 它根 据负载压 力来 工 作 ， 调节泵 的排量 ， 使之适应俯仰 和伸缩机构 的需 要。泵 的流量取决 于多路 阀节流 口开度大 小 ， 并 在低 于油泵设定压力 的整个 范围内不受 负载压力 变化影响 。负载传感阀将 多路 阀节 流 口后 的负载 压力与泵 出油 口的压力进 行 比较 ， 并保持 压 差恒 定 ， 从 而使 泵 的流量 保 持恒定 。如 果 压差 △ p加 大 ， 则泵 回摆 ， 油泵斜 盘摆角 变小 ， 泵 排量 减 小 。反之泵 V g m a x 摆 出 ， 油泵斜盘摆 角变大 ， 泵排量 增加。直到在阀中恢复平衡 ， 却 PP ． ． ， a p设定 值范围为 1 ． 4～2 ． 5 MP a 。当多路阀处于 中位 ， 节 流 口关闭时， 油泵待命压 力略高 于 却 设定值 。压 力切断阀即恒压控制阀， 当达到预先设定的压力 值时 ， 它使泵的排量 向 j 回摆 。压力切断 阀 恒 压力控制 优先 于负 载传感 阀， 即低 于设定压力 时 负载传感功能工作 。 多路 阀带有阀后压力补偿阀， 具有“ L U D V与负 载压力无关的流量分配” 功能 ， 工作原理如前所述 。 一 9 4 一 L -j t-- L ．I 尸 L 。 J 争 。 起．． 蝗 蝗 4 亟 ‘蜒 r 2 莲 i 礴 畸 一 p 三s - ] 2 【．．．一 ．．一 J L ． ． I ／ l ‘ 一 f { ] 1 ． 变量油泵2 ．负载传感阀3 ．压力切断阀； 4 ．多路阀5 ．压力补偿阀6 ．比例减压阀； 7 ． 二次溢流阀8 ．变幅液压缸9 ． 伸缩液压缸 图 5 H C S 4 6型 吊运机液压 系统负载传感原理简 图 当泵 的流量满足俯仰和伸缩液压缸所需流量时 ， 各 液压缸速度只与多路阀的阀芯位移量大小有关 ， 与 负载大小无关 。油泵输 出功率时刻跟 随负载需要 的功率变化而变化。当俯仰液压缸 和伸缩 液压缸 复合动作所需流量大于泵的流量时 ， 流量分配仍 与 负载压力无关 。此时 ， 只是多路 阀各节流 口的压 降 减小， 各液压缸速度按 比例减小 ， 不会 出现负载 小 的液压缸先 动作 、 负载大 的液 压缸后 动作 的现 象 。比例减压 阀控制 多路 阀的换 向和节流开 口大 小 ， 控制俯仰液压缸和伸缩液压缸的运动方 向和动 作速度 。 H C S 4 6型吊运机液压系统 与 J I M0型 吊运机 比 较 ， 最突出的优点是无调 速节流损失 ， 系统温升低 ， 液压油散热器功率大幅度减小 ； 与 S T 4 0 0型 吊运机 起重运输机械 2 0 1 2 7 相 比较 ， 节能效果相 同， 其 L U D V系统独特 的抗 饱 和功能 ， 使其整机的作业效率大幅度提升 。 3 负 载 传 感 系 统 设 计 和 使 用 中应 注 意 的 问题 1 在设计有多个执行元件同时动作时 ， 各执行 机构的负载压力应 尽量不要相差太大 ， 以防止负载 小的油路补偿压力过高， 损失能量。 2 一般 流动机 械安装 空 间有 限， 多个 执行 机 构往往采用一组多片式 L U D V多路 阀控制 。各 机 构工作速度和需要 的流量有时相差 较大。对 无需 调速和通过 流量小 的 阀片 ， 可 在 阀芯两端 加设 节 流开口限位装置， 油泵仅提供所需要 的固定流 量 。 3 负载压力信 号经 多路 阀 的 L s油 口传递 到 油泵变量机 构 ， 油 泵 和多路 阀两者应 尽量 靠近 安 装。连接 的油管也 应尽 量选用 钢管 ， 以增 加信 号 管道的弹性刚度。如两者安装距离较远 2 m ， 应适当加大油 管 内径 ≥ b 8 fi l m ， 以减 小压力 信 号的沿 程 损 失 ， 提 高 油泵 变 量 控制 系统 的 动 态 响 应 。 4 结论 负载传感变量系统能将负载所需的压力 、 流量 与泵输出的压 力、 流量相 匹配 ， 时刻跟随负载所需 的功率变化 ， 无溢流损失 ， 高效节 能。负载传感变 量泵与 L U D V多路阀组合 ， 可以实现单泵驱动多个 执行机构 独立调 速， 各执 行元件 不受负载 变化影 响 ， 多个执行元件 同时运动互不 干扰 ， 非常适合 吊 运机等具有负载和速度变化大、 多机构复合动作 特 点的机械。负载传感技术在工程机械、 港口机械等 领域有着广阔的应用前景。 参考文献 [ 1 ] 林国重 ， 盛东初 ．液压传动与控制 [ M] ．北京北京理 工大学 出版社 ，1 9 8 9 ． [ 2 ]邵维 ．负载传感控制技术原理及其在铁路大型养路机 械液压系统中的应用 [ J ] ．工程机械，2 0 0 8 ． 作者地址 北京市海淀区西土城路 8 号水运所科研楼3 1 0 邮 编 1 0 0 0 8 8 收稿 日期 2 0 1 2 0 3 0 8 缓冲滚筒在斗轮堆取料机物料转运系统中的应用 韩春艳 徐万鑫 | t， 1长春发 电设备总厂 长春1 3 0 0 3 3 2长春发电设备有限责任公司 长春1 3 0 0 3 3 摘要通过分析臂式斗轮堆取料机中部物料转运系统存在的问题，介绍了缓冲滚筒的工作原理及其在物 料转运系统中布置的注意事项 ，并对缓冲滚筒与锁气器在使用 中的优缺点进行了比较，可为同类产品的设计及 改造 提供参考 。 关键词斗轮堆取料机；转运系统 ；缓冲滚筒 ；应用 中图分类号U 6 5 3 ． 9 2 8 ． 5 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 2 0 7 0 0 9 5 0 3 Ab s t r a c t By a n a l y z i n g t h e p r o b l e ms e x i s t i n g i n t h e mi d d l e ma t e r i a l t r a n s f e r s y s t e m o f b o o m t y p e b u c k e t ． w h e e l s t a c k e r ／ r e c l a i me r ，t h e p a p e r i n t r o d u c e s t h e wo r k i n g p r i n c i p l e o f t h e i mp a c t p u l l e y a n d i t s a r r a n g e me n t i n ma t e r i a l t r a n s f e r s y s - t e rn， a n d ma k e s c o mp a r i s o n o f 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 i mp a c t p u l l e y a n d a i r l o c k fl a p i n u s e ， p r o v i d i n g r e f e r e n e e f o r d e s i g n a n d i mp r o v e me n t o f s i mi l a r p r o d u c t s ． Ke y wo r d s b u c k e t wh e e l s t a c k e r ／ r e c l a i me r ；t r a n s f e r s y s t e m；i mp a c t p u l l e y ；a p p l i c a t i o n 臂式斗轮堆取料机 以下简称斗轮机 的堆 取料作业均需 通过位于设备 中部 的物料转运 系统 来完成。该 转运系统 由导料槽 、料斗及缓 冲托架 等组成 ，与机上及 系统带 式输送机共 同形 成物料 起重运输机械 2 0 1 2 7 的转运通道 ，如图 1 所 示。在斗轮机取料作业时 ， 通过 机上带式输送机及位 于其端部 的导料槽将物 料输送到中部落料斗 内，再 经上 、下料 斗及缓 冲 托架将物料输送 到地面带式输送机上 ，完成物料 一 9 5