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维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 巍蚺 毪 嘲 嶙 叠 R | _ l 玉 筏 帆 _ 啦la n d 脚 圆 的技术措施 ， 如装设蓄能器或卸荷 阀， 改变换向阀阀 芯结构， 控制阀芯的动作速度或换向时机等[ 11， 这些 措施不仅存在应用范围的局限性，而且都是被动性 的。为此 ， 文献[ 2 】 对混凝土泵送液压系统换 向过程 进行研究，提出了控制液压泵输出油量来减小压力 冲击的主动控制措施。研究发现其对降低全系统的 压力冲击效果良好 ， 但其效果在一定程度上受换向 阀的换向时机的影 响。本文从液压泵排量控制与换 向阀换向时机控制两个方面着手 ，通过试验研究找 出压力冲击的形成规律，寻求有效降低压力冲击的 最佳控制方案。 1 试验技术 图 1 所示是作者模拟混凝土泵送机械开式液压 系统所建立 的试验系统的原理 图， 它集机 、 电 、 液等 技术于一体， 并具有试验工况调节、 信号采集与信号 处理等功能。主液压泵 1 为恒功率控制型斜盘式轴 向柱塞泵 ， 具有负流量控制功能。 控制主液压泵排量 的压力油取 自于摆动系统 ，在该控制油路上串接 1 个二位三通电磁换 向阀 1 1和 1 个减压 阀 l 2 。当电 磁阀失电时，来 自摆动系统的控制压力油被该电磁 换 向阀 1 1 截断 ， 同时将主液压泵排量控制装置中的 压力油引入油箱 ，这时主液压泵排量控制装置中的 控制油 的压力为零 或很小 ， 主液压泵以最大 的排 量输送液压油。当电磁换向阀 1 1 得电时， 该阀接通 控制压力油 ，经减压阀 l 2输 出一定压力的控制油， 通过排量控制装置 ， 使主液压泵的排量降低到最小 。 为保证工况的一致性 ，两工作液压缸采用小腔串接 1 ． 主液压泵2 ． 吸油过滤器3 ． 油箱4 ． 回油过滤器 5 ． 安全阀6 ． 1 、 6 ．2 ．主液压缸7 ． 液控 阀8 ． 电磁阀 9 ． 传感器1 0 ． 传感器1 1 ． 电磁阀1 2 ． 减压阀 图 1 液压 系统试验原理图 的方式 ，并在两液压缸上装设起补油和缓冲作用的 单向阀和节流阀； 两个接近传感器 9 和 l O 用于提供 换向信号。在图 1 中 M 、 M 、 M 和 M 所示位置安装 压力传感器，并由波谱仪和计算机进行多路液体压 力信号的同时采集与分析； 采样频率为 1 0 0 0 H z ， 每 次采样时间为 1 m i n ， 以 1 次采样获取数个换 向压力 变化信号 。 在试验过程 中，仅针对 主液压缸 6 ． 1 和主液压 缸 6 ． 2分别外伸到位和回缩到位 的换 向过程来测试 系统的压力变化 曲线。在这一换 向过程 中，当主液 压缸 6 ．2的位置传感器 l O 得到主液压缸到位信号 时 ， 电控系统首先发 出调节主液压泵排量的指令 ， 减 小主液压泵斜盘角度 ，待延时一定时间后再发出电 液换向阀 8和 7的换 向信号。 在这一换 向过程中， 液 控 阀 7的换 向时机取决于两方面的因素 ，一是主液 压缸位置传感器 l O 相对主液压缸缸筒的位置； 二是 液控阀7的换向动作滞后于主液压泵的排量调节动 作的时间 ， 现称其为 阀的“ 滞后时间 △ ￡ ” 。但在整个 测试过程中， 传感器 l O 与主液压缸缸筒的相对位置 始终保持不变； 主液压泵排量调节时间不变， 根据其 对压力冲击影响规律及换 向快速性的要求 ，排量下 调开始时刻与排量上调开始时刻之间的时间差取为 O ． 2 s 2 试验结果分析 图 2 ～ 图 7是在调节主液压泵排量的情况下 、 在 不同系统工作压力下、在主液压缸 6 ． 1 外伸到位换 向过程中、在测点 M 、 M 和 M 等所在压力容腔中 测得的压力变化曲线， 其中各 a 图的滞后时间 △ 是一样的， 均为 0 ．0 9 s ； 其中各b 图也都一样 ， 均为 0 ． 1 2 s 。 图 2 是在工作压力为 8 ．5 M P a 的情况下测得的 压力变化曲线， 由其中的图 2 a 和 2 b 可知， 测点 M 、 M 和 M 所在压力容腔的压力冲击程度都是比 较大的。这主要是 因为此 时的工作压力低 ，主液压 泵的斜盘角度处于最大位置 ， 其输出流量最大 ， 主液 压缸活塞的运动速度达到最大；在从主液压缸活塞 杆位置传感器发出到位信号至主液压泵得到排量调 节信号而开始调排量之前 ，主液压缸活塞已经被缸 底或缸盖完全阻住 ， 从而引起较大的压力冲击 ； 另一 方面，在主液压泵排量越大时移动换向阀阀芯所引 起的压力冲击也越大。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 言 a_ 岂 ∞ 幽 a 滞后时间At 为 0 ． 0 9 S b 滞后时间At 为 0 ． 1 2 S 图 4工作压 力为 1 5 M a 、 主液压泵排量调节 时机不 同的压力变化 曲线 一 1 2一 时间 x l ff s a 滞后时间At 为 0 ． 0 9 S 言 a _ 岂 ∞ 幽 时 间 x l 0 。s b 滞后时间At 为 0 ． 1 2 S 图 5工作压力为 2 0MPa 、 主液压泵排量调节时机 不同的压 力变化 曲线 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 簟 嘲蛹 000 l l 0 弗濑 0 00。 j l _ 。 嘲嘲 0 a 滞后时问 At 。 为 0 ． 0 9 s b 滞后 时间 At 为 0 ． 1 2 s 图 6工作压 力为 2 5 MP a 、 主液压 泵排量调 节时机不 同的压力变化 曲线 0 l 0 20 30 4 0 50 时间 x l 0 s a 滞后时问At 为 0 ．0 9 s b 滞后时间At 为0 ． 1 2 s 图 7工作压力为 3 OMP a 、 主液压泵排量调节时机不 同的压 力变化 曲线 由图 2 a 和 2 b 还可以看 出 ， 测点 M。 所在压 力容腔的压力随时间变化的曲线存在两个峰值 ， 这 两个峰值产生的时机实质上与换向阀7 换向过程中 的两个过渡位置是相对应的。这两个过渡位置是指 换向阀阀芯移动过程中使阀体上4 个油口之问的油 流通道达到最小时的位置 。就测点 M。 所在压力容 腔来讲， 在换向阀阀芯到达第 1 个过渡位时， 流人其 中的油流量是主液压泵此时的输出流量， 但其中油 液的流出通道 已被换向阀芯关闭至最小程度 ，导致 流进的油液量大于流出的油液量， 致使压力增大， 形 成压力冲击。 同样的道理， 在换向阀阀芯到达第 2 个 过渡位 时， 也会出现压力冲击现象 ， 只是因流进与流 出该压力容腔的油流量的不平衡程度不同，其压力 冲击程度不 同而已。 在图2 a 所示的压力曲线中， 第 2 个压力峰值 明显比第 1 个压力峰值小得多， 这主要是因为 当换 向阀阀芯移动到第 1 个过渡位时 ，主液压泵 的斜盘 角度还来不及发生大的改变 ， 流量还 比较大； 当换向 阀阀芯移过中位到达第 2 个过渡位置时，主液压泵 斜盘角度已摆动使其排量比较小的状态， 并且仍保 持在此状态。 因此， 第 2 个过渡位时与第 1 个过渡位 时相 比，流进与流出该压力容腔的油流量 的不平衡 程度相对小得多，从而使得第 2 个压力峰值比第 1 个压力峰值小得多。第 1 个压力峰值比第 2 压力冲 击峰值大 ，除了它所对应时刻的主液压泵油流量大 之外，还有一个原因就是换向阀阀芯到达第 1 个过 渡位之前 ， 主液压缸活塞 已经被缸盖完全阻住 ， 这一 点可从图 2 a中所示的两条压力 曲线得到证实。 在时 问 t 为 0 ． 0 4 5 s的时刻 ，测点 M。 所在压力容腔 的压 力开始迅速上升， 而测点 M 所在压力容腔的压力却 突然下降到 0 MP a左右 ，这一现象只有在主液压缸 6 ． 1 和 6 ． 2分别外伸和 回缩到位时才会出现。 在图 2 b 所示的压力曲线中， 第 1 个压力峰值 比图 2 a 所示曲线的第 1 个压力峰值小， 但第 2 个 压力峰值不仅没有减小，而且比第 1 个压力峰值还 要大 ， 之所 以会 出现这种情况 ， 主要是 因为 图 2 b 的滞后时间△ ￡ 长。因此， 在换向阀到达第 1 个过渡 位时的主液压泵排量要比图 2 a 所示曲线第 1 个 压力峰值时的主液压泵排量小， 但在换向阀到达第 2 个过渡位时，主液压泵斜盘角度已由最小开始上 调， 其排量已经上调到比较大了。因此， 第 2 个过渡 位时与第 1 个过渡位时相比，流进与流出该压力容 一 1 3 5 4 3 2 l O 1 言 n I ∞ 一 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 睁确 睁 睁嘶1 。 0 0 lll ◆0 0 0 腔的油流量的不平衡程度相对更大，从而使第 2 个 压力峰值比第 1 个压力峰值更大。 对 图 2 ～ 图 7中各 图中对应 的 a 图和 b 图所 示的压力曲线进行分析可以看出，换向阀的滞后时 间 △ t 对 系统压力 冲击 的影 响还是 比较 明显 的 ， 滞 后时问 △ 过长或过短都不利于压力冲击程度 的减 小。滞后时间 △ 过短， 将使第 1 个压力峰值很大， 甚至大得感觉不到因主液压泵排量调节所带来的益 处 ； 滞后时间 △ t 过长 ， 在 主液压泵排量调节时间一 定的情况下， 将使第 2 个压力峰值很大， 当滞后时间 △ t 长到使 主液压 泵的排量又恢复到正 常工作所需 的排量时，则根本就发挥不了排量调节措施所起的 作用 。通过比较不 同工作压力下的测试曲线还可看 出， 随着系统工作压力升高 ， 换向阀的滞后时间 △ 对系统压力冲击的影响程度是逐渐减弱的。 对图 2 ～ 图 7 进行比较可以看出， 随着系统工作 压力 的增大 ，测点 M 、 M 和 M 所在压力容腔 的压 力冲击程度逐渐地减小。形成这种情况的主要原因 如下 主液压泵为恒功率控制的变量泵， 当系统工作 压力达到恒功率点时， 工作压力越大， 其斜盘在工作 过程 中的角度越小 ，从该角度位置变化到最小角度 位置所用的时间则越短 ，在换 向阀阀芯到达第 1 个 过渡位时， 主液压泵的输出流量越小， 从而使得压力 冲击程度越小 ； 在换 芯到达第 2个过渡位时 ， 不管主液压泵的斜盘角度仍在最小位置 ，还是 已在 上调过程中，压力冲山程度也都会 随系统压力 的增 大而减小 因为主液压缸在换 向前 的运行速度会 随 系统工作压力的增大而减小 。 当系统工作压力达到 2 0 M P a 以上的高压时， 即使在换向过程中不对主液 压泵排量进行调节，也会因主液压泵斜盘角度本来 就小，即流量本来就小，也不至于产生大的压力冲 击。 对 图 2 ～ 图 7中的 a 图和 b 图所 示 的压力 曲 线进行分析可以看出 ，在换 向阀阀芯移动 的前期阶 段 ，测点 M 、 M 和 M 所在压力容腔的油压力 的变 化情况基本反映了主液压缸活塞的运动状况。 由图 2 ～ 图 3可知 ，当系统工作压力不超过 1 0 M P a 时，测点 M 所在压力容腔的油压力在换向前 期 阶段有一个迅速上升的过程 ，而测点 M。 所在压 力容腔的油压力在换向前期阶段则突然下降并保持 在 0 M P a 左右。这主要是由于此时主液压泵斜盘角 度处于最大或比较大的位置 ，其输出流量达到最大 一 1 4一 或比较大， 主液压缸活塞运动速度快， 在换向阀开始 换向时 ， 主液压缸活塞 已被缸底或缸盖完全阻住 ， 这 也说明， 当系统工作压力较低时， 换 向阀的换 向时机 应稍提前 。 由图 4 ～ 图 7可知 ，当系统工作压力在 1 5 MP a 以上时 ， 测点 M 所在压力容腔 的油压力从换 向开始 就一直很小 ，并在换向开始 阶段还会 出现 0 MP a左 右油压力 的情况 ； 而测点 M 所在压力容腔的油压力 在换 向过程中的变化情况是 开始迅速上升 ， 上升到 一 峰值后基本稳定在一个较大值上 ，在换 向过程结 束后， 随测点 M 所在压力容腔的油压力而变化。这 主要是由于此时主液压泵斜盘角度处于 比较小 的位 置， 其输 出流量 比较小 ， 主液压缸活塞 的运动速度相 对较慢 ， 在换向阀开始换向时 ， 主液压缸活塞还没有 走完其工作行程， 仍在运动之中； 这就使得 测点 M 所在压力容腔的油压力 因主液压缸 6 ． 1 活塞 的继续 向右移动而迅速下降， 甚至出现局部真空； 测点 M 。 所在压力容腔 的油压力因主液压缸 6 ． 2活塞 的继续 向左移动而迅速上升， 当换向阀阀芯移动到中位时， 该油腔的油流出口被换向阀完全封死 ，待主液压缸 活塞到位后， 该油腔不再发生变化 ， 其间的油压力也 基本保持不变， 这也说明， 在系统工作压力较高时， 换 向阀的换 向时机应稍有推迟为宜。 3 结论 1 泵送液压 系统产生换 向压力冲击的主要原 因是在换 向过程中主液压泵所提供的油流量与系统 换向时对油液的需求量不匹配，最为有效的解决措 施是对主液压泵和换向阀进行综合控制，实现主液 压泵排量调节时机和液压阀换 向时机两者的协调配 合。 2 主液压泵排量开始调节的时机取决于传感 器的安装位置，传感器发出换向信号即开始调节主 液压泵排量 ， 待延时一定 的时间 即所谓 “ 滞后时间 △ ” 后， 再开始对液压阀进行换向控制； 传感器安 装位置 的确定方式是 确保主液压缸活塞移过 了大 腔侧缸筒上的节流缓冲小孔后随即发出换向信号。 3 研究表明， 换向阀的滞后时间 △ t 过长或过 短都将使主液压泵排量调节所起的作用难以发挥出 来，并且其对压力冲击程度的影响程度随液压系统 工况 特别是系统压力 而变化； 综合考虑各种可能 工况 ， △ t 取 0 ． 1 2 s 较为合适。此外 ， 主液压泵排量下 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 亮l媾 瓢遐年熏再- 厶鹌 毫 | ≮ T 鼍 赋I秘’ 哇 调开始 时刻 与排量上调 开始 之问 的时 问差也应 适 当， 一般以 0 ． 2 S 为宜。 参 考文 献 【 1 】 C a o B i n x i a n g ， C h e n G u o a n ， F a n t i a n j i n ， e t c ． E x p e r i m e n t a l a n d Co n t r o l Re s e a r c h o n Pr e s s u r e I mpa c t d uring s p o o l s h i f t i n g o f d i r e c t i o n a l - c o n t r o l v a l v e s 【 C u Y o n g x i a n g ． P r o c e e d i n g s o f t h e s i x t h i n t e r n a t i o n a l c o n f e r e n c e o n f l u i d 可控式常闭制动器 p o w e r t r a n s m i s s i o n a n d c o n t r o 1 ． B e i j i n g I n t e rna t i o n a l A c a de mi c Pu bl i s h e r ，2 0 058 73 8 76 ． 【 2 】 Z h u Z h e n - c a i ， C h e n G u o a n ． E f f e c t s o f s h i f t i n g t i m e o n p r e s s u r e i m p a c t i n h y d r a u l i c s y s t e m s 【 J ] ． 中南大学学报 英 ， 2 0 0 5 1 2 S u p p 1 ． 1 2 1 7 2 2 1 ． 通信地址 江苏省徐 州市工程兵指挥学院 2 2 1 0 0 4 收稿 日期 2 0 0 7 1 0 2 3 在 Q U Y 5 0 A型液压履带j jc 起重机上的应用 辽 宁 石 油 化 工 大 学 邓子龙 高财禄付越 中国运载火箭技术研究院第十五研 究所 高 矩 ． ． _● ． ． ● ‘ ． ．． ● ．．． ．● ． ． ． ●‘．． ● ． ．． ● ． ．． ● ．．． ．●‘ ．． ● ●‘ ． ． ．● ． ．． ． ● ． 一 ● 一● ‘ 一● ． ． ． ●● ‘． ． ． ●●． ． ●’ ．． ●‘ ．． ●‘，．． ． ● ．．． ．● ． ． ●‘ ． ． ●‘ ． ． ●．．． ． ● ．．． ● ． ． ● ●⋯● ‘． ． ● 摘要 Q U Y 5 0 A型液压履带式起重机是一种全回转、 多用途的履带式起重机 ， 该机重量轻 、 体积小、 操 作性能好， 各种性能及可靠性已达到国际先进水平。但该液压履带式起重机吊重作业在空中长时间停止时， 由于起升马达的内部泄露， 会出现重物慢速下降的现象， 针对这一问题 ， 在全面分析液压履带式起重机原有 的制动器控制原理的基础上做出改进， 在原有系统上增加 了2个液控阀和 1 个单向节流阀， 使原来的可控式 制动器变成可控式常闭制动器 ， 很好的解决了重物下降问题。改进后的可控式常闭制动器不仅完全符合国 家安全标准， 还大大地减轻了操作人员的劳动强度。 Q U Y 5 0 A液压履带式起重机制动液压系统的改进可作为 今后液压履带式起重机制动液压系统改进、 设计的依据。 ‘ 。 ● ‘ ‘ ’ ● ’ ‘ ● 。 一 ． ． ’ ’ ● ’ ‘ ‘ 。 ● ‘ ‘ ● ’ ‘ ’ ● 一 。 ● 。 ⋯ ‘ ． ． ● ’ ‘ ‘ ‘ ● ’ ‘ ’ ● ● 。 ‘ m ’ ． ． ‘ ‘ ‘ ’ ● ‘ ’ ● ． ． ⋯ ． ‘ ● ’ ‘ ‘ ‘ 。 ● ● ’ 一 ● ”～● 。 ‘ ‘ 。 ‘ ● 。 ‘ ‘ ● ’ ‘ ‘ ． ． ‘ ‘ ’ ● ‘ ● ’ ‘ ‘ 。 ● 。 ⋯ ‘ ’ ． ． ‘ ‘ 。 ● ‘ ‘ 关 键词 履 带 式 起 重 机可控 式 常 闭 制 动 器 Q U Y 5 0 A型液压履带式起重机 自投放市场后深 受广大用户欢迎 ，但用户反映该机在 吊重作业 于空 中停止时 ， 如果不踏下踏板 ， 重物有慢速下降现象 ， 而且本机的制动器并不符合国家标准。 因此 ， 我们在 全面分析该机原有制动器控制原理的基础上做 出改 进， 设计 了可控式常闭制动器。 1 改进前 Q U Y 5 0 A型起重机提升制动控制原 理 Q u Y液压履带式起重机 的带式起升制动器用 于制动提升卷筒， 有弹簧助力机构。 在空钩下降时只 需脚踏力制动即可 ，而在重负荷时是利用脚踏力和 弹簧力的合力进行制动。起升离合器使起升马达与 提升卷筒接通， 传递动力。 图 1 所示为改进前的制动 器控制原理图，图中实线为主油路 ，虚线为控制油 路 。 发动机停止时，起升制动器依靠弹簧力处于制 动状态 。起动发动机后 ，控制油液进入制动液压缸 4 ， 压缩弹簧解除制动。 接通起升离合器后， 使起升马 达与提升卷筒接通 。 这时操纵起升手柄 ， 控制油液使 主阀换向， 工作油液进入起升马达 ， 带动提升卷筒旋 转 ， 实现 吊载作业 。 平衡阀可以暂时保持吊重，但时间过长由于起 升马达的内部泄漏 ， 重物会下降。 因此 ， 为保证安全， 起升手柄 中位时必须踏下制动踏板 ，增加了操作人 员的劳动强度， 而且不符合国家安全标准， 必须予以 改进 2 可控式常闭制动器控制原理 图 2 所示为可控式常闭制动器原理图。在原有 一 1 5一 ●喇豳嘲■■■■■■■●■ 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
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