双叉式液压升降台液压驱动方案的设计.pdf

设计与制埴 机械研 究与应用 双叉式液压 升降台液压驱动方案的设计 赵英俊 ， 史晓敏 浙江海洋学院 机 电工程学院， 浙江 舟 山3 1 6 0 0 4 摘要 随着舟山临港物流业的快速发展， 3 0 t 以上集装箱的吞吐量增速较快， 传统集装箱起 吊装备体积大， 购置成本 高， 移动速度慢， 严重影响集装箱的出入库和循环使用速度。为了解决以上问题， 设计一种新型双又式液压升 降台， 该升降台具有移动速度快、 起重栽荷大、 购置成本较低的特点， 该设计方案经实践检验是可行的。 关键词 双又式升降台； 液压系统； 方案设计； 临港物流 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 6 4 4 1 4 2 0 1 0 0 2 0 0 6 2 0 3 De s i g n o f ul i c s y s t e m f o r do u bl e f o r k hy dr a u l i c l i f t i ng t a bl e ， Z h a o Yi n gi a n．S h i Xi a omi n o fe l e c t r o m e c h a n i c a l e n g i n e e r i n g ofZ h e j i a n g o c e a n u n i v e r s i t y ， Z h o u s h a n Z h e j i a n g 3 1 6 0 0 4 ，C h i n a Ab s t r a c t Wi t h t h e r a p i d d e v e l o p me n t o f h a r b o r c a r g o t r a n s p o r t i n Z h o u s h a n c i t y ，c a r g o p r o c e s s i n g a b i l i ty o f g r e a t e r tha n 3 0 t c o n t a i n e r w 聃r a p i d l y i n c r e a s i n g ， i n o u t w a r e h o u s e a n d m o b i l e s p e e d o f c o n t a i n e r W as l a r g e l y a ff e c t e d b e c a u s e of l a r g e v o l u me of c o n v e n t i o n a l I L C t i n g e q u i p me m，a n d s l o w t r a v e l r a t e o f i t s ．T o s o l v e p rev i o us p r o b l e ms ，a n e w d o u b l e f o r k h y d r a u l i c l i f ti ng t a b l e i s d e s i g n e d ， w h i c h t r a v e l r a t e o f t h i s e q u i p m e n t i s q u i c k e r a n d f a c t o r y a c q u i s i t i o n c o s t s i s l o w e r ， t h r o u p 眦t i c 8 l v e r i f - y i n g ， t h i s p r o j e c t d e s i g n i s f e asi b l e ． Ke y w o r d s d o ubl e f o r k l i f ti ng t abl e ； h y d r a u l i c s y s t e m； p r o j e c t d e s i gn； h a r b o r c arg o t r a n s p o r t 1 前言 随着舟山临港物流业的快速发展 ， 3 0 t 以上集装 箱的吞吐量增速较快 ， 传统集装箱起 吊装备体积大 ， 购置成本高， 移动速度慢 ， 严重影响集装箱的出入库 和循环使用速度， 为了解决以上问题， 设计一种新型 双叉式液压升降台， 该 升降 台具有移动速度快、 起重 载荷大、 购置成本低 的特点。 双叉式液压升降台由两部分组成 液压驱动单元 和机械传动单元， 如图 1 所示。液压驱动单元的作用 是将液压能转化为机械能， 通过液压元件控制调节液 体压力与流量 ， 最后由液压泵站控制提供液压能。机 械传动单元 由叉 架、 底框架、 台面框 架、 下限位支撑 架、 维修支撑架、 地脚支架、 导轨架等组成， 它的作用 是将液压泵站提供液压能， 通过液压油缸顶升叉架机 构， 实现升降台面的升降。 图 1 液压双叉式升降台 2 升降台液压驱动方案 的设计 2 ． 1 设计要求 液压驱动系统设计是液压升降台总体的重要组 成部分， 设计时必须满足液压升降台使用功能所需的 全部技术要求 ， 而且静动态性能好 ， 效 率高， 安全可 靠 ， 结构简单 ， 经济性好 ， 使用维护方便。为此 ， 要 明 确与液压驱动系统有关 的液压升降台参数的确定原 则 ， 要与升降台的总体设计综合考虑做到机、 电、 液相 互配合， 保证液压升降台总体的性能最好⋯。 根据液压升降台的使用工况 ， 其液压驱动系统必 须解决好以下问题 。 1 保证动作平稳， 升降台上载重量变化很大， 且机械传动零件加工、 安装 的误差 以及台面的偏载 ， 都将导致液压马达负载变化较大 ， 液压系统必须要克 服负载变化对速度产生的影响 ， 确保机构无冲击地平 稳运行 。 2 由于采用两台液压马达分别驱动四个液压 缸， 因此， 液压系统必须保证设备具有较高的同步控 制精度。 3 工作载荷及架体 自重在运动速度变化时引 起的惯性冲击问题。 4 下降过程反向负载引起失重现象， 必须加以控 制， 尤其是如此大型的设备， 一旦失控极其危险[3 】 。 ， 2 ． 2 主要技术参数及要求 台面升降速度 3 m ／ m i n ； 叉架升起最大高度 2 ． 8 3 m； 叉架降低最小高度 0 ． 8 1 m； 总行程 2 ． 0 2 m； 升 收稿 日期 2 0 1 0 0 2 2 3 作者简 介 赵英俊 1 9 8 7一， 男 ， 浙江杭州人 ， 研究方 向 液压 系统设计。 6 2 机械研究与应用 降台最大 承载荷 能力 4 0 t ； 工作 台面尺寸 长 4 0英 尺、 宽 1 O英尺。 2 ． 3 液压驱动方案的设计 液压系统 的设计 主要 围绕如何解决液压升降平 台的同步、 缓冲、 平衡等问题 而进行。针对 以上问题 设计了两种方案。 1 该液压系统如图 2所示采用了控制阀组 ， 油 路块流量分配器和控制速度阀等 ， 较好的实现 了控制 速度、 同步和缓冲的问题， 且系统简洁， 调试方便。 对于该设备采用两个同轴等排量双向液压马达， 输出相同流量 的油液来驱动两缸双向同步 ， 其 同步性 能直接影响到液压升降台的正常使用 ， 与常规 的同步 回路相 比， 同步马达的同步回路具有较高的同步精度 和性能价格 比， 控制速度阀对流量的控制是通过分流 阀来实现的， 如图 3所示对液压升降台的整个动作构 成进行分析。 图 2 方案 1 液压原理 图 1 ． 油箱2 ． 油泵3 ． 连 轴器4 ． 钟形罩5 ． 电动机可调单向阀 6 ． 液位液温计7 ． 空气滤 清器8 ． 球 阀9 ． 吸油口 过滤器 1 O ． 单 向阀1 1 ． 回油过滤器l 2 ． 油路块1 3 ． 控制阀组 1 4 ． 电磁 换向阀1 5 ． 联 接底板1 6 ． 单 向节 流阀1 7 ． 螺纹 插装 节流阀1 8 ． 螺纹插 装电磁 换向阀l 9 ． 节流 阀2 0 ． 压力表 2 1 ． 流量 分配 器2 2 ． 速度控制 阀 序 、＼皂器代号 1 2 3 4 5 备 注 口 动作状巷＼ D T D T D I D T D T M 2 1 油 泵 1待 命 运 行 鹱蕊 格 ’’ ‘ 表 2 油 泵 2 待 命 运 行 3 濒 鄙稍命运 行 4 平 台上升 5 平台下降 0 0 图3 液压升降台液压系统电器动作表图示 电机 M1 、 M 2通电，油泵从油箱吸油 ， 泵站开始 工作 ， 液压油通过直动溢流阀回油箱 ，此时直动溢流 阀起卸荷阀作用， 泵站实现空载启动和连续工作， 避 免电机频繁启动。当直动溢流阀通 电，系统压力超 过直动溢流 阀的设定 压力 ，直动溢 流阀打开，液压 油通过此阀直接 回油箱 ，此时直动溢流阀起安全阀 作用 。电磁溢流阀的设定值一 般为系统工作压力的 设 计 与 制造 1 1 0 ％ 。 液压升降 台 的整 个 动作过 程 ① 平 台上 升 当 M1 、 M 2电机通电， 油泵从油箱吸油 ， 液压泵站开始工 作 ， 电磁换向阀 l 4通 电， 即电磁铁 1得 电， 该作用是 调节整个液压系统 总体压力。当系统 中油液继续通 过控制阀组 ， 主要为整个液压系统提供 油液 ， 再通过 可调单向节流阀 ， 并通过 同步马达 ， 对液压缸起到同 步作用 ； 最终油液 由油缸无杆腔供油 ， 油缸另一腔 回 油。同时螺纹插装换 向阀 1 8通电， 即电磁铁 5得电， 油路块直接向油缸无杆腔供油。油缸上行速度 的行 程由速度控制 阀 2 2控制 ，近似匀加速运动 ； ② 平台 下降 螺纹插装换向阀通 电， 即电磁铁 2得电 ， 油缸无 杆腔回油， 油缸下行速度 的行程 由速度控制阀 2 2控 制， 功能是回油路上串联的背压阀保证 回油腔有一 定的背压， 使液压升降台不因本身 自重而下降， 保 证液压升降台运行平稳 ， 达到缓和冲击 的目的。当液 压升降平 台至最后 l O O m m范围以内时 ，螺纹插装换 向阀 1 8通 电， 即电磁铁 3和 4得电， 起到油缸无杆腔 快速回油， 使液压升降台降到最小 的高度。 2 该液压系统如 图4所示采用 了双泵 ， 控制阀 组 ， 调速阀等 ， 较好 的实现 了控制速度、 同步的问题 ， 且系统简洁 ， 调试方便。 1 电动机 2油泵 3 ． } 空制阀组 4 ． 调速阀 5 ． 液压缸 图4 方案 2 液压原理图 该方案 液压升降 台的整个动作 过程 ① 平 台上 升 当 M1 、 M2电机通电， 油泵从 油箱 吸油 ， 液压泵站 开始工作， 通过调速阀， 使液压缸可保持基本同步， 当 系统中油液继续通过控制 阀组 ， 主要为整个液压系统 提供油液 ， 最终油液 由油缸无杆腔供油 ， 油缸另一腔 回油 ； ②平台下降 当控制 阀组 中螺纹插装换 向阀通 电， 即电磁铁得电， 使油缸无杆腔回油， 油缸下行速度 的行程由调速 阀控制 ， 功 能是 回油路上 串联的背压 阀保证回油腔有一定的背压 ， 使 液压升降台不 因本 身 自重而下降 ， 保证液压升降台运行平稳 ， 达到缓和 冲击 的目的。 通过对方案 1 和方案 2 进行比较 ， 方案 1 比 方案 2 运动速度快 ， 惯性负载要大 ， 同时方案 2 存 在惯性负载引起的冲击载荷对工作机构 的影响和双 叉式液压升降台的同部精度 问题 。所 以方案 1 优 于方案 2 。最终采用方案 1 的液压系统。 6 3 设计与制值 机械研究与应 用 3 液压同步控制精度的分析 这 次设计采用 同一泵站并联驱动两台液压缸。 对于这类带有多个执行器 ， 同时驱动同一负载运动的 液压系统 ， 由于负载不均匀、 摩擦阻力不等、 液压马达 的制造质量以及结构变形上的差异 ， 如果不采取适当 的同步措施 ， 这将导致升降台面两端行程出现误差， 从而引起台面框架的倾斜、 变形。因此， 系统同步精 度成为影响设备整体性能的一个重要因素_ 4 J 。 为了较好的解决同步问题 ， 综合考虑了经济性与 控制精度的因素， 采用了电液比例同步闭环控制回 路， 其原理是通过改变进人其中一些或全部液压执行 器的流量来达到同步的目的。 比例位置同步控制是建立在比例位置系统的基 础上的。由于比例方向阀具有流量死区特性， 而死区 特性对电液比例位置控制系统有较大影响， 故比例位 置控制系统首先要解决 阀的死 区补偿 问题 。采用 一 种死区特性补偿算法， 在不增加系统复杂程度及硬 件成本下 ， 用简单的算法可得到很好的补偿 效果 ， 还 能提高系统的稳定性及抗干扰能力， 另一方面， 由于 比例方向阀的流量非线性 比较严重 ， 在进行速度控制 时必须采用变增益的算法。 通过以上 研究看 到， 通过液压油缸顶升叉架机 构， 液压系统比例同步控制回路中使用并联式带同步 误差反馈的控制结构具有较小的静、 动态同步误差， 其性能指标完全满足升降台对位置误差的要求。 4 结论 1 液压驱动单元采用控制阀组 ， 油路块流量分 配器， 运用控制速度阀等方案， 较好 的实现了控制速 度 、 同步和缓冲问题 ， 且系统结构简单 ， 调试方便。 2 液压系统比例同步控制回路中使用并联式 带同步误差反馈的控制结构具有较小的静、 动态同步 误差， 其性能指标完全满足升降台对位置误差的要 求。 3 所设计的港口用4 0 英尺双叉液压升降台通 过实际使用表明该设计方案是可行的。 参考文献 [ 1 ] 佟河亭， 陈维早． 关于大型液压升降平台设计中的几个问题 [ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 7 2 5 2- 5 3 ． [ 2 ] 曾晓华， 邢继峰， 彭利坤． 六自由度运动平台液压系统振动和燥 声的研究 [ J ] ． 液压与气动 ， 2 0 0 5 1 3 4- 3 5 ． [ 3 ] 耿国卿， 潭毅， 米广杰， 等． 机场升降装卸平台液压系统的设 计[ J ] ． 液压 与气动 ， 2 0 0 6 5 3 4 3 5 ． [ 4 ] 章宏甲， 黄宜， 王积伟． 液压与气压传动[ M ] ． 北京 机械工业 出版社 。 2 0 0 3 ． [ 5 ] 唐银启． 工程机械液压与液力技术[ M ] ． 北京 人民交通出版社， 2 003． 1 上接 第 6 l页 动作顺序多， 行程开关安装位置小， 因此采用多触头 的组合式行程开关控制。脱料油缸则采用压力继电 器进行控制。 油泵电动机接触器 c动合触头串人控制回路 中， 板弹簧夹紧成形与下夹进人油槽 淬火 之间必 须有联锁保护， 因此利用行程开关进行联锁控制。 6 结语 该板弹簧成形淬火机采用液压摆动式传动方案， 结构简单， 制造工艺性和通用性好， 易于实现机械自 动化生产， 生产效率高， 缩短了生产周期， 操作维修方 6 4 便 ， 适用于板弹簧的多品种成批生产 。由于受到工作 场地的限制， 悬臂转动机构的悬伸臂较长， 稳定性有 所下降； 如将油槽宽度减少， 使油液循环流动， 则淬火 机的结构尺寸可减少； 板弹簧成形淬火后， 对板弹簧 的凹面进行喷丸处理， 则可提高板弹簧的疲劳强度。 参考文献 [ 1 ] 张世民． 机械原理[ M] ． 北京 中央广播电视大学出版社， 2 O O 2 ． [ 2 ] 化学工业出版社． 机床设计手册 上、 中册 [ M] ． 北京 化学工 业 出版社 ． 1 9 9 6 ． [ 3 ] 万战胜． 冲压模具设计[ M] ． 北京 铁道出版社， 2 0 0 1 ．