QLY1560型轮胎起重机液压系统设计.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 1 1 ． 2 0 1 4 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 4 ． 1 1 ． 0 0 7 QL Y1 5 6 0 型轮胎起重机液压系统设计 管小兴 郑州新大方重工科技有限公司， 河南 郑州 4 5 0 0 6 4 摘 要 该文论述了Q L Y1 5 6 0 型轮胎起重机液压系统工作原理 ， 对起升卷扬的吊装平稳、 微动、 制动安全保护， 上下车闭式液压系统动 力切换及全液压多轮驱动防打滑等功能作了详细说明。 关键词 Q L Y1 5 6 0 型轮胎起重机； 起升卷扬； 动力切换； 全液压多轮驱动 中图分类号 T 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 1 卜0 0 2 1 0 4 QL Y 1 5 6 0 Wh e e l e d C r a n e H y d r a u l i c S y s t e m D e s i g n GUA N Xi a o - x i n g Z h e n g z h o u Ne w Da f a n g He a v y I n d u s t r y T e c h n o l o g y C o ． ， L t d ． ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 6 4 ， C h i n a Ab s t r a c t 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 QL Y 1 5 6 0 w h e e l e d c r a n e h y dra u l i c s y s t e m a n d d e s c r i b e s s t a t i o n a r y , f r e t t i n g ， b r a k e s a f e t yp r o t e c t i o n’ Sf u n c t i o no f h o i s t i n gwi n c h ， o nan d o ffp o we r s wi t c h o fc l o s e dh y dra u l i c s y s t e m and a n t i - s kidf u n c t i o n o f mu l t i - wh e e l h y - dr a u l i c d r i v i n g i n d e tai l ． Ke y wo r d s Q L Y 1 5 6 0 w h e e l e d c r ane ； h o i s t i n g wi n c h ； p o we r s w i t c h ； mu l t i wh e e l h y dra u l i c d r i v i n g 1 概述 Q L Y 1 5 6 0 型轮式起重机主要用于 2 ． 5 MW 以下风力 发电设备的吊装 ， 在山地、 丘陵、 滩涂等复杂地貌地区 使用。 1 ． 1主要涉及参数及性能 1 额定起 吊重量 1 0 0 t 2 额定起升高度l O O m 3 工作幅度 l 1 ． 6 ～4 5 m 4 起升速度0～5 r n ／ mi n Q 3 0 t ； 01 0 m ／ mi n Q 3 0 t 5 回转速度0 0 ． 3 r ／ m i n 6 行走速度 03 k m ／ h 7 纵向坡度 2 O ％ 8 横向坡度 7 ％ 9 转向系统 独立转向， 直行、 斜行、 横行和八字转向 1 0 工作环境温度 一 2 0 。 c一4 0 。 C 1 1 操作方式 驾驶室 遥控操作盒 1 2 发动机功率 3 3 0 k W 2 液压系统介绍 Q L Y 1 5 6 0 型轮胎起重机为全液压多轮驱动 ， 具有 较强的上下坡驱动能力和一套有效防打滑及制动控制 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 8 0 7 作者简介 管小兴 1 9 6 2 一 ， 男， 江苏常州人， 工程师 ， 学士， 研究方向为 液压系统设计及应用。 系统保证了行车性能及安全 ； 液压独立转 向， 独立液压 悬挂 ； 适用于各种工况尤其用于山区作业， 是一种专为 风电安装的山地起重车； 其余功能有塔身的升降、 起重 臂变幅、 放倒 、 机 台回转和重物起 吊等 ， 这些均有液压 驱动 、 控制来完成 ； 液压系统原理如 图 1 所示。 发 动 机 微电控制 比例阀组4 切换阀组3 卜 J 二 厂 ． 转向油缸H． 1 ． 1 网丽 偏 摆油 缸卜 J I 提升卷扬 提升卷扬 图 1 系统原 理图 根据上述原理图1 所示 发动机驱动闭式液压系统 主泵 1 和主泵2 通过切换阀组 1 、 2 、 3 分别为上车主、 副 变幅卷扬和起升卷扬和下车驱动马达提供液压油源， 为上车驱动三大卷扬工作 ， 为下车驱动马达组行走； S t 动机驱动开式负载敏感系统主泵 3 分别向上车比例阀 组1 、 2 ． 4 提供液压油源， 实现上车提升卷扬、 回转装置、 2】 一 一 一 一 一 一 一 撼 一 搦 墅 匿 司 架 一 I 一幽 一雌 臀 Il圆 达 lI塑 一体 II醚 液 压 气 动 与 密 J d ／2 o 1 4年 第 1 1 期 放倒卷扬和拉杆油缸 、 撑杆油缸 、 穿绳卷扬 等工作 ， 向 下 车比例阀组 3 提供液压油源 ， 实现支腿油缸 、 转 向油 缸、 悬挂油缸和偏摆油缸工作； 发动机驱动开式低压系 统控制泵4 和辅助泵5 ， 控制泵4 提供压力油源通过控 制阀组分别控制卷扬的驻车制动和撑杆油缸的动作 ， 辅助泵5 通过切换阀组 ， 分别为液压系统和起升马达降 温及变幅卷扬的收放钢丝绳。下面将 Q L Y1 5 6 0 型轮胎 起重机液压系统分为上车液压系统 和下车液压系统两 部分介绍。 2 ． 1 上车液压系统 上车液压系统 由 起升卷扬 和主、 副变幅卷扬 、 塔 身和起重臂放倒及复回卷扬及辅助撑杆配合系统、 提 升卷扬及插销机构 、 机台回转系统 、 卷扬制动控制系统 及液压系统散热及卷扬收绳系统和上下车闭式液压系 统动力切换等组成。 1 起升卷扬 起升卷扬液压原理如图2 所示 。 8 9 1 一 主泵 2 2 - 冲洗f阋组3 一 平衡 阀控制 }阋组4 一 起升卷扬马达 5 , 6 一 制动器组件7 一 控制阀组8 一 辅助泵5 9 - 控制泵4 图2 卷扬液压原理图 起 升卷扬 驱动主 勾用于 吊装 风 电机 组 的关键 装 置 ； 起升卷扬为闭式液压驱动 ， 原理为发动机驱动主泵 2 排出压力油源经过切换阀组后 ， 压力油源切到起升卷 扬马达4 ， 马达带动减速机及辊筒， 完成卷扬主勾升降； 由微电控制泵的排量、 卷扬扭矩和速度。当吊装重载 时， 马达全排量， 卷扬扭矩最大即吊装能力最强， 为了 较好匹配发动机功率， 此时液压设计为起吊速度较慢 ， 当起吊轻载或空勾时， 马达排量减小 ， 卷扬马达为高速 马达转速仍在它许可的高速范围内 ， 此时起吊速度 较快 ， 达到提高工作效率的目的。系统中设置有冲洗 阀组2 ， 对闭式液压系统液压油液进行冲洗降温； 为了 确保吊装昂贵风电机组的安全， 在系统中设置有平衡 阀控制阀组3 ； 具体在卷扬马达一端安装有平衡阀； 原 理为， 在吊装中如出现主胶管破裂等意外， 将使马达失 2 2 速， 失速马达由转速传感器反馈控制器信号通过阀组 控制使平衡阀关闭， 即将失速下落吊装部件停止； 有平 衡阀存在解决了主勾可能会发生二次自动落勾故障可 能 ； 同时通过另一路控制油源解决 了起升卷扬微 动时 卷扬 出现振动的问题和平衡阀在 闭式系统 中工作时产 生热量的问题 ， 原理为控制油路在工作 时将平衡阀打 开， 使平衡通道畅通， 达到卷扬微动不振动、 平衡阀不 发热的目的； 系统中设置有5 、 6 制动器组件和控制泵 4 ， 配合起升卷扬 ， 使起升卷扬具有驻车制动和棘轮棘 爪油缸机 械制 动功能外 ， 同时还具有在 闭式液压系统 静压制动、 平衡阀制动等多道安全制动； 系统中设置有 8 辅助泵5 ， 为液压系统和起升卷扬马达降温。 2 主、 副变幅卷扬 主 、 副变 幅卷扬为闭式液压驱动 ， 原理为根据 图 1 发动机驱动主泵 1 排出压力油源经过切换阀组 1 后 ， 把 压力油源切换到主变 幅卷扬马达 ， 马达带动减速机及 辊筒 ， 驱动主变幅卷扬工作 ； 当需要副变幅卷扬马达工 作时 ， 把通过切换 阀组 1 的压力油源 ， 继续通过切换 阀 组 2 ， 把压力油源切换到副变幅卷扬 马达 ， 马达带动减 速机及辊筒， 驱动副变幅卷扬工作。 3 塔身 和起重臂放倒 、 复 回卷扬及辅 助撑杆配合 系统 当起重机吊装完成每台风电后， 起重机塔身和起 重臂需要放倒 ， 降低起重机 自身重心高度 ， 增加起重机 在山区行走安全， 为移至下一个风电机位而准备 ； 放倒 塔身和起重臂原理为 发动机驱动主泵 3 负载敏感泵 A1 l V 0 1 3 0 ， 主 泵 3 排 出 压 力 油 源 通 过 比例 阀组 1 P S V 5 1 比例多路阀H A wE ， 驱动一组卷扬， 卷扬钢丝 绳通过滑轮组后， 拉起臂架 ， 臂架及辅助撑杆等构成四 连杆机构 ， 辅助撑杆在油缸配合下， 控制油缸处在浮动 状态时， 拔去一端销轴 ， 使塔身和起重臂慢慢放倒， 并 自锁 ； 反之， 当起重机移至下一个风电机位后， 开始进 行吊装， 首先要使放倒的塔身和起重臂竖起复回， 辅助 撑杆在油缸配合下， 控制油缸处在浮动状态时， 安装臂 架端部销轴， 原理相同。然后辅助撑杆油缸进行伸出 并锁紧 保压 ， 使塔身垂直机台。在每次吊装、 移位过 程中， 辅助撑杆需要油缸进行动作 伸出、 缩回 、 浮动 和液压锁紧 保压 等功能来满足起重机的工作需要。 其 油缸 的控制技术为我公 司实用新型专利 Z L 2 0 1 3 2 0 3 9 3 7 4 8 ．3 一种控制油缸伸缩、 保压和浮动的液压装置。 4 提升卷扬及插销机构 发动机驱动主泵 3 ， 主泵 3 排出压力油源通过 比例 阀组 1 ， 分别驱动两台提升卷扬 ， 每台提升卷扬装有转 速传感器， 由它信号反馈给比例阀， 使两台提升卷扬同 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 1 1 ． 2 0 1 4 步工作 ， 使三节塔身平稳提升到位并通过 自动插销机 构 自动插销， 同时塔身带起起重臂， 使三节起重臂在 自 身重力作用下同时到位并通过 自动插销机构 自动插 销 ， 取消了高空作业工况。 5 机台回转系统 发动机驱 动主泵 3 ， 主泵 3 排出压力油源通过 比例 阀组 1 ， 驱动并联的两组回转马达 ， 马达带动减速器驱 动机台进行回转 ， 速度可调， 回转平稳， 制动稳定 ， 同时 还具有主 吊勾斜拉 自动纠正功能和机台 自由回转功能 自由回转速度可调 。 6 卷扬制动的控制系统 发动机驱动控制泵 4 ， 泵4 排出油液， 通过卷扬的 制动阀组和撑杆油缸的控制阀组 ， 完成主、 副变幅卷扬 和起升卷扬的制动控制 驻车制动和全部卷扬棘轮棘 爪油缸机械制动控制 ， 完成撑杆油缸伸缩、 锁紧和浮 动等动作的控制。其特点 泵4 排量小、 压力低， 所需要 驱动功率小， 控制灵活可靠。 7 液压 系统散热及卷扬收绳系统 发动机驱动辅助泵5 ， 通过切换阀组4 ； 当吊装作业 时， 泵 5 排出油液经切换阀组4 ， 经过风冷器后 ， 使冷却 后的油液冲洗起升卷扬主马达壳体 ， 使马达降温， 然后 油液回油箱， 对液压系统和主马达进行散热； 当吊装结 束， 塔身和起重臂收起时， 辅助泵 5 通过切换阀组 4 ， 切 换阀组4 电磁阀得电， 泵5 排出油液供比例阀组4 ， 驱动 主 、 副变幅卷扬 ， 变 幅卷扬马达为变量柱塞马达 ， 微 电 控制马达排量较小， 此时卷扬为小扭矩工作状态 ， 只用 于卷扬收放钢丝绳的目的， 比例阀组4 回油T口液压油 经风冷器后回油箱， 仍起到液压系统散热 目的。系统 功能为 液压系统和主马达散热 ， 主、 变幅卷扬收放钢 丝绳 。 8 上下车闭式液压系统动力切换 上车主、 副变幅卷扬和起升卷扬与下车行走动力 切换 系统简称 为上下车闭式 液压系统 动力 切换 ， 切换 液压原理如 图3 所示。 闭式液压系统动力切换 主要为上车起 升卷扬 、 主 变幅卷扬、 副变幅卷扬和下车马达行走提供压力油源； 闭式液压系统动力切换液压原理为 当上车工作时， 主 泵 1 和主泵2 提供压力油源， 切换阀组 1 和切换阀组3 的控制电磁阀S D 2 和S D 1 失电， 主泵2 提供压力油源到 起升卷扬， 使起升卷扬工作， 主泵 1 供压力油源到主变 幅卷扬 ， 使主变幅卷扬工作， 当副变幅卷扬需要工作 时， 此时切换阀组 2 中控制电磁阀S D 3 得电， 主泵 1 提 供压力油源到副变幅卷扬， 使副变幅卷扬工作， 此时主 泵 1 停止向主变幅卷扬提供压力油源。 l - 主泵 1 2 - 切换 阀组 1 3 - 切换 阀组 2 4 - 主变幅卷扬5 - lJ 变 幅卷扬 6 一 起升卷扬7 一 下车行走8 一 切换阀组3 9 - 主泵2 图3 切换液压原理图 当吊装 风电机组安装完成 ， 需要移至另一个 风电 机位 ， 主、 副变幅卷扬和起升卷扬工作结束 ， 下车准备 行走， 切换阀组 1 控制电磁阀S D 2 和切换阀组3 控制电 磁阀S D 1 得电， 主泵 1 和主泵2 提供的压力油源同时切 换到下车驱动行走马达。利用闭式液压系统动力切换 技术 ， 一套动力源就满足了上车三大卷扬和下车行走 的动力需求 ， 节约费用 。主泵 1 和主泵 2 均为驱动柱塞 变量泵 A 4 V G1 8 0 E P 2 。 2 - 2 下车液压 系统 下车液压系统主要 由行走系统 、 轮胎转 向及悬挂 系统、 辅助系统等组成。 1 行走系统 行走液压原理图4 所示 ， 行走系统为全液压多轮驱 动闭式液压系统， 根据图4 发动机分别驱动主泵 1 和主 泵2 两台变量泵排出压力油源经过两套切换阀组后， 把 压力油源切换到下车合流后进人行驶阀组 1 和行驶阀 组2 ， 当路况 良好时， 行驶阀组 1 上四条通道上的电磁 阀S D 1 和行驶阀组 2 上四条通道上的电磁阀S D 2 失电， 使两行驶阀组上各自四通道畅通， 没有限流， 即可以认 为压力油源直接合流后分别传递到4 组驱动马达组至 马达 ， 马达带动减速器驱动轮胎使车辆行驶， 连接马达 为并联分布， 由于每组轮胎行走时转速相同， 所以每组 马达所需要的油液相同， 马达产生的扭矩相同， 系统没 有节流损失 ， 解决了行驶时“ 差力差速” 问题， 使各轮胎 实现“ 纯滚动” 走行 ， 基本可实现无滑移或少滑移行 驶。车辆行驶速度由闭式液压系统的流量和马达的排 量来决定 ， 闭式液压系统的流量通过微电控制泵的排 2 3 液 压 气 动 与 密 封 ／2 0 1 4年 第 1 1 期 量产生 ， 其流量均分 到各组马达上 ， 马达 的排量根据车 辆负载的大小由微电控制来决定， 以达到适应各种路 况、 载荷要求使车辆行驶达到重载低速、 空载高速的速 度要求 ， 使发动机功率匹配处于最佳状态。当在行驶中 需要车辆停止时只要把马达排量为最大， 而泵的排量逐 步变为零 ， 行驶中的车辆就会平稳停止 ， 这就是闭式液 压系统驱动特有的行车制动特性。当路况恶劣时 尤其 是在上坡或下坡时 ， 把压力油源经两行驶阀组 ， 行驶 阀 组 1 上四条通道上的电磁 阀S D1 和行驶阀组 2 上四条通 道上的电磁 阀S D 2 得 电控制后 ， 电磁阀通道切断 ， 压力 油源进行强制分流到每组马达， 使每组马达进油量或每 组马达的出油量进行限流来解决马达打滑和在下坡时 出现打滑、 溜坡等故障。同时增加了闭式液压系统补油 3 和闭式液压系统冲洗 1 0 来消除在行驶中产生的热量。 1 、 2 一 驱 动马达 组3 一 闭式液压系统补油4 一 主泵 2 5 - 行驶 阀组 l 6 、 7 一 驱动马达组8 一 行驶阀组2 9 - 主泵 1 1 0 一 闭式液压系统冲洗 图4 行走液压原理图 驱动为闭式液压系统， 当行驶在山区上坡或下坡 时， 尤其在下坡时如其中一个马达打滑， 传统的液压驱 动系统就会使泵排出的压力油源全部供给打滑的马 达， 使打滑马达高速旋转 打滑 ， 驱动系统马上失去高 压即失去驱动力， 同时使车辆失去了闭式系统特有的 制动力， 此时工况将会使起重机溜坡导致危险故障发 生。Q L Y 1 5 6 0 型轮胎起重机驱动闭式液压系统设计 ， 增加了行驶阀组， 使车辆在平地或较好路况时仍保留 原有成热技术即驱动油液合流均布每组马达 ， 驱动行 驶 ， 在上坡或下坡时驱动油液通过行驶阀组进行强制 分流解决起重机在山区行走出现轮胎打滑、 溜坡等技 术问题 ， Q L Y 1 5 6 0 型轮胎起重机驱动液压技术已成为 山地起重机的关键所在。 2 4 2 轮胎转向及悬挂系统 轮胎转 向系统为液压独立转 向， 其原理为主泵 3 排 出压力油源经过比例阀3 驱动每组转向油缸 ， 油缸转向 角度由每组角度传感器反馈控制器， 控制比例阀来实 现轮胎转向所需要的转角， 实现横行、 斜行及八字行等 转向模式； 悬挂系统由图4 所示 ， 由于车辆行走机构的 特殊设计， 其行走部分为4 部分驱动马达组即1 、 2 和6 、 7 驱动马达组组成， 结合山区行走 ， 四点分布受力， 每点 由一 片 比例 阀控制每组驱动马达组上多组悬挂 ， 并使 多组悬挂受力一致 ， 确保 四点受力及 比例阀调平。 3 辅助系统 辅助系统由支腿油缸 、 偏摆油缸和穿绳卷扬组成 ； 当需要 吊装作业前， 四点分布的支腿油缸结合偏摆油 缸工作， 把四点支腿油缸偏摆到矩形理想位置上， 然后 支腿 油缸通过 比例 阀控制顶升 ， 起重机作业 平台 自动 调平 ， 支腿油缸液压锁紧， 每条支腿油缸支撑力实时监 控 ， 并确保 吊装 安全 。穿绳卷扬为辅 助机构 ， 用 于穿钢 丝绳 的目的。 3 结束语 Q L Y1 5 6 0 型轮式起重机采用静液压传动技术和微 电控制技术相结合 ， 具有机 、 电、 液一体化 的高科技产 品； 专用于风力发电设备的安装 ， 风力发电设备价值昂 贵， 它需要有可靠的安全保护及满足行业安装的特殊 要求 ； 如平衡阀的设置， 解决起升卷扬如有意外爆管等 故障而不会使吊起的机组失速 自由下落， 保证在风电 主机安装时起升卷扬的平稳微动和不能有二次落勾等 技术要求； 液压驱动行驶阀组的设置是为了防打滑， 保 持有效驱动力、 制动力 以适应山区作业要求 的特殊行 走设计； Q L Y 1 5 6 0 型轮式起重机已经为国内十几个风 场安装两百多台风电机组 ， 尤其在湖北孝感大悟山区 风场的施工， 其性能得到国内风电行业的好评。 参考文献 [ 1 】 吴晓明， 高殿明． 液压变量泵 马达 变量调节原理与应用 【 M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 1 2 ． [ 2 】 雷天觉． 新编液压工程手册【 M】 匕 京 北京理工大学出版， 1 9 9 8 ． 【 3 ] 拾方治， 张春清， 王立军， 陈赐其． 工程机械车辆行驶泵一马 达闭式系统分析[ J ] ． 建筑机械， 2 0 0 1 ， 6 ． [ 4 ] 高春雷． 静液压闭式传动系统输出特性计算分析[ J ] ． 铁道建 筑， 2 0 0 5 ， 3 ． [ 5 】 官忠范． 液压传动系统[ M 】 ． 北京 机械工业出版社， 1 9 9 6 ． 【 6 ] 赵静一． 大型自行式液压载重车[ M】 ． 北京 化工工业出版社 ， 2 0 1 0 ． [ 7 】 丁文长． 全液压多轮驱动轮胎式运梁车打滑探讨[ J 】 ． 液压气 动与密封 ， 2 0 1 4 ， 6 ．