QLY2150型动臂风电吊机液压系统设计.pdf

．． ● ．． ．，● ___ -●-__ -● ．． ● ，． ．． I t ． ． ． ● _ ． ． ． ● ． ． ● ． _ ． ● t ⋯ ● ． ． ． ． ● ． ． ． ． ● ． ． ， ． ● ， ． ． ， ． ● t ． ． ． ● ． _ ． ． - ● ． ． - ． ● 。 。 ． ． ． ● ， ． ． ‘ ● ● ’ ． ． ． ． ● ‘ ． _ ． ． ● ‘ ， ． ‘ _ 1 ． ． ． ‘ ● ● _ ． ． ． ● ． - - ． ● ． ⋯ ● _ ． ． ． _ - ． 摘要 Q L Y 2 1 5 0型动臂风 电吊机是郑州新 大方重工科技有限公司针对 中国风场建设的需要 ，研制开发 的具有 自主知识产权的大型特种专用起重设 备。吊机分上车和下 车两部分 ， 上车结构形式新颖 ， 吊运吨位大 ， 由 微 电系统控制 、 协调和实现各系统的功能 ， 下车采用全 液压传动 ， 全车每一悬挂均可旋转 1 0 0 。 ， 为独立 回转型 ， 可实现直行、 以任意角斜行、 横行 3种转向模式 ， 该机机械化和自动化程度高， 是机电液控为一体的特种设备。 ； 介绍 Q L Y 2 1 5 0 型动臂风电吊机性能特点、 技术参数， 以及液压系统的工作原理和设计思路。 j - -- ’‘ ． ．1⋯_． ． - ．． ．‘ 。 。 ． ．1⋯．． ’ ⋯ _- l ‘‘ 。 -．． _． - l1 ． 。’’ ’。 。． ． ．． ．_ ．1 1 ．． ‘ ’’ ‘． ’ l - I ．- -．． ．． 1． _⋯．． ． _． ． ． _ -- ．_． 1 ‘‘ 。． ．． ．- ．．_ ．． ． _- ．． 1． ． ‘。。 ． -． -． ．_ ．． - ．．1 - ．‘ ’’ ．I． 。 ” l -． -．- -． ．1 。‘ ‘- ． _-． ．． ．． ．． _⋯．． ⋯- 关键词 动臂 ； 风电吊机 ； 轮胎式 ； 液压系统 伴 随着风力发 电事业的发展 ， 市场对于风力发 电设 备 安 装 的 吊 装 工 具 提 出 了 更 高 的 要 求 。 Q L Y 2 1 5 0型动臂风 电吊机 参见题图 是郑州新大 方重工科技有限公司结合已经完成并通过验 收的 国家“ 8 6 3 ” 计划项 目D c Y 9 0 0轮胎式运梁车 项 目编号 2 0 0 3 A A 4 3 0 1 8 0 的成熟技术 ， 以及多年来在 桥梁施工及特种设备研制方面的经验 ， 开发成功 的 高新技术产品。它将轮胎式运梁车的走行驱动 、 悬 挂支撑 、 车轮 回转 、 电液控制和大吨位起升系统有 机结合 ， 利用 电子技术 、 计算机技术解决 了液压泵 和多种执行机构的流量及功率分配 ， 结构总体方案 和整机 总体功能经相关专家及施工单位的多次评 审 ， 认为该机具有独立 自主知识产权 ， 性能达到国 际先进， 已获得国家专利 z L 2 0 0 8 2 0 1 4 9 0 2 5 ． 8 。表 1 所示为 Q L Y 2 1 5 0型动臂风电吊机的额定起吊质量。 表 1 QL Y 2 1 5 0型动臂风电吊机额定起 吊质量 幅度／ m 起 吊质量／ t 仰角／ 。 臂长／ m 1 4 1 20 8 4． O 1 6 1 2 O 8 2．0 ≤ 8 2 1 8 l 1 9 8 0．5 2 0 1 0 7 79．4 2 2 9 7 7 9 ． 0 24 8 9 78 ． 1 26 8 2 76 ． 8 28 75 75 ． 5 3 0 70 7 4． 2 ≤96 3 2 6 4 7 2． 9 3 4 58 71 ． 6 3 6 5 0 70- 3 3 8 40 68． 9 作者简介 张红军 1 9 7 O 一 ， 男 ， 河南洛 阳人 ， 高级工程师 ， 学士 ， 研究方向 工程机械和特种车辆液压 系统的设计开发。 - - - 48。。。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 主要技术参数 额定起重力矩／ 相应起升高度 k N i n ／ m 21 5 0 0 ／ 9 5 起 升 速度 m ／ mi n 0 ～ 5 回转 速度 r ／ mi n 0 ～ 1 ． 2 变 幅速度 m ／ mi n 0 ～ 1 自行速度 k m ／ h 5 发动机功率 k W4 4 0 后 配 重 t 2 0 0 整机 自重 t 4 7 8 最大仰角／ 相应高度 。 ／ m8 4 ． 0 ／ 1 0 1 最大外形尺寸 长X 宽 作业 高 mx mx m 1 8 ． 8 x 5 1 4 x 3 ． 1 5 2 Q L Y 2 1 5 0型动臂风 电吊机 液压系统 Q L Y 2 1 5 0型动臂 风 电吊机液压系 统分为下车 液压系统和上车液压系统两部分 ， 上下车之 间通过 中心回转接头连接 ， 图 1 所示为下车结构总成。 2 ． 1 下车液压系统 下车液压系统原理图如 图 2所示 ， 主要 包括行 走驱动 系统 、 转 向系统 、 悬挂升 降系统及辅助支撑 系统等部分。 2 ． 1 ． 1 行走 驱动 液压 系统 传递路线 变量 泵一 中心 回转接 头一驱动 马达一轮边减 速器一轮胎。 操作驾驶室 的操 纵手柄可 以改变控 制器 电流 的大小 ， 进而改变 比例 电磁铁 的电流 ， 达到改变 比 例 电磁铁位移和改变泵 、 马达 的倾 角的 目的， 实现 变量泵和变量马达的无级调速 。由于泵和马达都能 比例控制 ， 因此调节范 围更宽 。下车驱动液压系统 主要解决 了以下 3个关键问题 1 解决差速问题。当车辆转弯时 ， 处于不 同转 弯半径上的驱动马达需要不同的流量 ， 否则不可能 实现 同步转弯。该系统将 1 2个驱动马达并联 ， 工作 时随机分 配流量 ， 当车辆 转弯时 ， 由于作用 于各个 车轮上的阻力不同 ， 内侧阻力增大 ， 外侧 阻力较小 ， 根据静压驱动流量与压力 的关 系 ， 以及压力取决于 矮雪 高 | 5 j ；写 _ ‘ _ 自 l ； _ ● 一 ● _ _ 一 毫 鼍 覃 ； 罨 、- ；雾 墨 里 l ； ’’ 』 一,-r I ； ； 主 i 宣 奎 j 7 l i 主 ； 奎 主 毒 r 、 _ 。_ 0 - __ _ _ ●_ _ _ _ 三 ． 罩圈 1 ． 悬架2 ． 从动桥3 ． 驱 动桥4 ． 车架5 ． 液压 系统6 ． 制 动系统7 ． 支腿8 ． 支腿支撑液压缸9 ． 微 电系统1 0 ． 车 电 系统． 转向系统1 2 ． 支腿摆转液压缸 图 1 Q L Y2 1 5 0型动臂风 电吊机下车总成 外负载的原理 ， 内外侧马达得到的流量与其阻 力成 反 比， 液压油将 流向外侧 马达 ， 使其转速 提 高 ， 从而实现转 向要求 的差速行驶 ， 彻底解 决 差 速 问题 。 2 解决差力问题 。差力问题也是附着力 问题 ， 当路 面状况不好 ， 各悬挂 附着力分配不 均 时 ， 受力不足 的车轮会 打滑 ， 液 压油会流 向 打滑的驱 动马达 ， 使其转速加快 ； 又因并联 油 路 中的压力上不去 ， 牵引力不足 ， 造成整 车行 驶 困难 ， 严重时可使车辆丧失动力 ， 进一 步发 展会使整车的载荷分配不均 ， 受力过大 的车轮 可能因过载而爆胎 。 3 通过速度传感器监测每个驱动马达的 转速 ， 当检测到某个马达转速过高 打滑 时 ， 立刻将该马达的排量减小甚至使其排量为零 ， 使其变为 自由轮 随动轮 ， 达到防滑的 目的。 2 ． 1 ． 2 下车转 向和悬挂升降系统 Q L Y 2 1 5 0型动臂风 电 吊机转 向和悬挂系 统由负载敏感泵 、 比例换 向阀、 转 向马达 、 悬挂 液压缸 、 辅助元件等组成。功能是实现整车的 不同的转 向模式和整车的载荷平衡。 传递路线 -- 49-- - 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 ． 中心 回转接 头2 ． 驱动马达3 ． 转 向比例阀4 ． 转 向马达5 ． 升降比例阀6 ． 支撑液压缸比例 阀 7 ． 支腿摆转液压缸8 ． 平衡阀9 ． 支腿支撑液压缸 1 0 ． 悬挂液压缸 图 2 QL Y 2 1 5 0型动臂风 电吊机下车液压系统原理图 变量泵一 中心 回转接 头一转 向 比例 阀一转 向 马达一减速器一悬挂轮胎； 变量泵一中心 回转接头一升降 比例 阀一悬挂 液压缸。 转 向控制为完全闭环控制。转向运行模式选定 后 ， 根据驾驶 室中方 向盘的转角大小 ， 向各个悬挂 中的转角编码器输入一个定值 其值的大小完全不 同 ， 同时打开转向比例 阀， 比例 阀的开 口大小 由各 个编码器 的偏转角度决定。泵的排量由各个 比例阀 的开口大小及转向马达的负载大小来决定。转向角 度 由转角编码器反馈给 比例换向阀 ， 由此确定 比例 换向阀的开关 。转 向比例阀完全关闭时 ， 负载 的最 大压力 变为零 ， 泵就 处于最 小排量 状态 。 一 5 0一 悬挂系统 的功能除 了提升和下降起重机底盘 及整机的高度外 ， 还可确保 吊机在不平整路面上行 驶的稳定性。所有液压缸通过管路连接分为 4组 ， 每组 3个液压缸 ， 每组液压缸连通 ， 将整个 吊机的 悬挂支撑分为 4点 ， 在行进过程 中 自动调节各轮组 对地 的接地压力 ， 避免某一轮组单元超载 ， 必要时 可通过球阀接通或断开， 组成 3点支撑系统使车体 3点受力。当吊机在 凹凸不平的路面或纵横坡上工 作时 ， 悬挂液压缸会随机提供补偿 ， 通过调整悬挂 液压缸来保持车体水平。 悬挂液压缸上装有双管路 防爆阀 ， 当某悬挂液 压缸上的一根油管爆裂时，该管路就 自动封闭， 不 影 响车辆运行 的整体性能 ； 当某悬挂液压缸上 的两 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 根油管均爆裂时 ， 该 两条 管路 自动封闭 ， 不影 响车 辆的运行 ， 保证轮组受力 ， 吊机处于安全状态 。 整机还设计有应急下降功能 如果发动机发生 故障停机 ， 可开通此功能 ， 使 吊机从高位降到低位 ， 降低风险。 2 ． 1 _ 3 辅助支撑和支腿摆转系统 传递路线 变量 泵 一中 心 回转 接 头 一支撑 液 压 缸 比例 阀一液压锁一支腿摆转液压缸 ； 变量 泵 一中心 回转 接 头 一支撑 液 压 缸 比例 阀一双向平衡阀一支腿支撑液压缸。 辅助支撑 和支腿 摆转系统用 以实 现支腿 的水 平摆转和竖直支撑 。吊机达到工作位置后 ， 操纵相 应的按钮 ， 将泵切换到下车工况 ， 支腿摆转液压缸 动作 ， 将支腿推出 ， 达到位置后 ， 触动接近开关 ， 切 断支撑液压缸 比例 阀的供油 ， 此时方可操纵支腿支 撑液压缸 的伸 出按钮 ，使 4个支腿液压缸 全部伸 出。调平时 ， 4个支腿液压缸可分别进行调整 ， 以适 应不平的地面。 2 ． 2 上车液压 系统 Q L Y 2 1 5 0型动臂风电吊机上 车液压系统包括 动力模块 、 主起升系统 、 变幅系统 、 回转 系统 、 防后 倾系统 、 桅杆顶升系统 、 主臂穿销 系统 、 驾驶室调整 系统和散热系统等 。图 3为上车液压 系统原理图。 2 ． 2 ． 1 动力模块 动力模块布置在上车 ， 主要包括 驱动变量泵 、 回转变量泵 、 下车转 向、 升降及卷扬 、 变 幅共 用泵 、 防后倾泵 、 辅助泵 、 主动散热泵 、 驱动散热器泵及 附 件 。所有 的泵通过分动箱与发动机连接 ， 为整个吊 机的液压系统提供动力。 2 ． 2 ． 2 起 升 系统 起升系统包括主卷扬起升和变 幅卷扬 系统 ， 由 负载敏感泵 、 主控制阀 、 主起升 马达及辅助元件等 组成 。为保证主卷扬起升和变幅卷扬系统按需分配 流量 ， 选用 了 L U D V技术多路控制阀。当多个 系统 进行复合动作 时， 各系统间流量分配只取决于比例 阀的开 口， 不会 由于负载压力不同而受影响。即使 在流量不足的状态下 ，液压油也可按输 入电流大 小 ， 进行分配。 2 ． 2 ． 2 ． 1 主卷扬起升 回路 传递路线 变量泵一主控制 阀平衡 阀一主起 升马 达一 卷扬刹车离合器一卷扬减速器。 卷扬上升工作 当主控制阀转 向一侧提升重物 时 ， 这时变量泵与主控制阀、 主起升马达接通 ， 通过 主控制阀取得 一个负载信号 ，其大小 由重 物来 决 定 。油液由变量泵经主控制 阀、 平衡 阀组后分成两 路 一路 由减压阀 、 液控 阀 ， 进入卷扬刹车离合器 ， 将刹车打开 ； 另一路经平衡阀 的单 向阀 、 主起 升马 达 ， 主控制阀回到油箱 ， 形成闭合回路 ， 重物上升。 卷扬下降工作 它是上升 的反过程 。不同之处 是 油液 由变量泵经主控制阀 、 平衡 阀组后分成两 路 一路 由减压 阀 、 液控 阀， 进入卷扬刹车离合器 ， 将刹车打开 ； 另一路引到平 衡 阀控制油 口， 推动平 衡 阀芯移动到连通位 ， 液压油经主起 升马达 、 平衡 阀、 主控制 阀回到油箱 ， 形成闭合 回路 ， 重 物下 降。 1 ． 防后倾液压缸2 ． 桅杆顶升液压缸3 ． 单向平衡 阀4 ． 功能 阀块5 ． 主起升 马达6 ． 变 幅马达 7 ． 主控制 阀 8 ． 拔销液压缸9 ． 驾驶室调整液压缸 1 O ． 驾驶室摆转液压缸 1 1 ． 回转马达 图 3 QL Y 2 1 5 0型风 电吊机上车液压 系统原理图 一 51 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 【 釉 嘶 鲰 嘲 由于在重物的作用下 ，主起升马达将加速下滑 ， 马 桅杆根部设置有 2个桅杆顶升液压缸 ， 由于安 达的进油口压力将减小或形成负压 ， 引起平衡阀的 开 口减小 ， 增大了回流阻力 ， 重物减速下降 ， 系统压 力上升 ， 平衡阀开 口增大 ， 重物又加速下降 ， 如此反 复， 重物会在这增速 、 减速过程 中平稳下降。 当信号停止时 ， 主控制 阀回中位 ， 中位为 Y型 机能 ， 主控制阀的反馈信号减小为零 ， 泵停止工作 ， 卷扬刹车离合器的进油 ， 由于进 口无压 ， 卷扬刹车 油液在弹簧的作用下， 返 回油箱。主起升马达 由于 在重物作用下 向下移动 ， 但平衡 阀关闭 ， 冲击的能 量消耗将通过 回路中的缓冲阀缓冲。 2 ． 2 ． 2 ． 2 变幅卷扬液压系统 传递路线 变量泵～主控制阀平 衡 阀一变 幅马达一卷 扬刹车离合器一卷扬减速器。 变幅卷扬液压系统的工 作原理 与主卷扬起升 液压系统的工作原理相同。 2 ． 2 ． 3 回转机构 传递路线 变量泵一平衡阀一 回转马达。 改变泵 的斜盘倾 角可改变油液 流 向和流量 。 Q L Y 2 1 5 0型风 电吊机 回转作业转动惯量 大 ，惯性 大 ， 启制动 冲击载荷大 ， 采用闭式泵控系统实现上 车的回转。闭式泵控系统无节流损失 ， 能够吸收制 动能量 ， 系统发热低 ， 节能效果好 。变量泵的补油泵 引 出压力油 ， 进入 回转减速器刹车液压缸 ， 压缩弹 簧 ， 使刹车打开。同时系统中还设置有 自由滑转阀， 用以解决起 吊中心与重心不在一条线上的问题。 2 ． 2 ． 4 主臂防后倾系统 主臂根部有一对防后倾液压缸。臂架向后倾斜 时， 液压缸会增压使臂架拉杆顶住臂架 ， 防止主臂 超过最大仰角。当主臂在最大仰角之 内变幅时 ， 液 压缸随主臂起升在滑道上滑移 ， 电控系统监测液压 缸行程和压力 ，一旦出现液压缸缩回或压力增高 时 ， 应停止进一步起塔。同时设计了机械限位措施 ， 防止主臂后倾 的发生。 主臂防后倾系统采用 电、 液 、 气 、 机械配合控制 的三道防护机构 ， 防止发生高位倾翻。通过设置背 压阀， 将防后倾力分为高、 低两挡。一台变量泵为防 后倾系统供油 ， 其流量外控 口设置为在安装模式下 可以小排量输出， 以节省功率。 2 ． 2 ． 5 桅杆顶升系统 一 5 2～ 装空间有限 ， 采用双作用多级液压缸。主臂起塔时 将桅杆顶起 ， 工作时液压缸全缩 回， 不起任何作用 。 因为只是安装工况才用 ，所以与起升系统补油系 统 、 主臂穿销及驾驶室调整系统共用一台齿轮泵。 2 ． 2 ． 6 主臂穿销及驾驶室调整系统 在安装或拆卸过程中， 拔插连接销的工作量最 大 ， 因此在主臂销轴上设置了双作用液压缸实现销 轴的插拔 ， 以体现人性化设计理念 。由于驾驶室调 整与主臂销轴拔插 的液压力要求相近 ， 因此只设计 了一套管路 ， 当主臂安装结束后 ， 将管路拔下 ， 接至 驾驶室调整液压缸 ， 既简洁美观 ， 又易于维护。 2 ． 2 ．7 散热系统 传递路线 主动散热泵一散热器一油箱 ； 变量泵一控制阀组散热器驱动马达散热器。 Q L Y 2 1 5 0型风电 吊机 的液压 系统采取主动散 热方式 。主动散热泵直接从油箱吸油 ， 供往散热器 进行冷却后 ， 经回油滤油器返 回油箱 ； 变量泵驱动 散热器驱动马达 ， 对油液进行散热 。各元件回油及 壳体泄油均就近回油箱， 简化了系统的布管。 3 结束语 Q L Y 2 1 5 0型动臂风电 吊机 已完成样机试制工 作 ， 并顺利安装在东北某风场 ， 现 已通过国家质检 总局 的型式试验 ， 试验显示该机 动作平稳 ， 控制灵 敏 ， 能够满足风 电设备的安装需要 ， 证明其液压系 统的设计是成功的。 参考文献 [ 1 】雷天觉． 新编液压工程手册[ M】 ． 北京 北京理工大学出 版社 ． 1 9 9 8 ． f 2 】林建亚 ， 何存兴． 液压元件【 M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 1 9 98 ． 【 3 】许益民． 电液比例控制系统分析与设计[ M] ． 北京 机械 工业出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 4 ] 李鄂民． 卷扬液压马达对超越负载的平衡与制动【 J 】 ． 起 重运输机械 ， 2 0 0 6 1 1 5 4 5 6 ． [ 5 ]张质文． 起重机设计手册 M】 ． 北京 中国铁道 出版社 ， 2 0 01 通信地址 郑州市二七区马寨 工业 园区明辉路 1号郑州新 大方重 工科技有限公 司控制室 4 5 0 0 6 4 收稿 日期 2 0 1 0 0 7 0 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m