汽車起重機單缸插銷伸縮機構液壓系統的改進

 

    1.工作原理單缸插銷伸縮機構主要由吊臂、伸縮缸、缸銷和臂銷等組成，如所示。

 

    本文以五節吊臂為例，介紹其工作原理。

 

    伸吊臂時，伸縮缸缸筒首先伸出。當缸筒運動到第五節臂缸銷孔位置時，將缸銷插入第五節臂缸銷孔（側面），然后將第五節臂上的臂銷（頂部）拉下，以使第五節臂脫離第四節臂連接。伸縮缸缸筒繼續仲出，直到第五節臂銷運動到第四節臂前端另一個臂銷孔處時，將第五節臂臂銷插入第四節該臂銷孔。缸銷脫離五節臂缸銷孔，伸縮缸回縮，至此完成第五節臂伸臂過程。

 

    如此反復操縱多次后，順序伸出第四節臂、第三節臂、第二節臂，即完成整個伸臂過程。縮臂時，所有過程反向操縱。

 

    單缸插銷伸縮機構液壓系統主要由換向閥1、卸荷閥2、卸荷電磁閥3、換向閥4、平衡閥5、伸縮缸6、缸銷缸7、臂銷缸8、芯管9、缸銷臂銷切換電磁閥10等組成，如所示。在自動伸縮時，電磁鐵1YA或2YA―直處于通電狀態。電磁缸銷鐵3YA、4YA、5YA和6YA在插銷與拔銷時的狀態如表1所示。

 

    由可以看出，插拔缸銷和臂銷時，主油路（P2）處于卸荷狀態，伸縮缸停止動作，由5YA和6YA電磁鐵控制完成缸銷和臂銷的插拔工作。其工作過程如下：伸縮缸缸銷運動到缸銷孔（或臂銷孔）附近時，電控系統檢測到信號，將伸縮缸運行速度降低，同時伸縮缸缸銷（或臂銷）彈出，其端面在吊臂上滑動。直至缸銷運動到正對缸銷孔（或臂銷孔）處，缸銷（或臂銷）彈入缸銷孔（或臂銷孔），完成插銷過程。

 

    伸縮缸缸筒運動到預定位置后，缸銷臂銷切換電磁閥控制油液進入缸銷缸（或臂銷缸）。同時壓縮缸銷缸（或臂銷）內彈簧，帶動缸銷（或臂銷）從缸銷孔（或臂銷孔）拔出，從而完成拔銷過程。發出，操縱室內的顯示器卻顯示缸銷或臂銷未拔出或未拔到位。

 

    三是即使插銷與拔銷動作順利，也會發出巨大響聲，并引起整機振動。

 

    3.原因分析在排除機械原因引起缸銷或臂銷卡滯后，我們從液壓系統（見）入手，分析吊臂伸縮缸可能有竄動現象。其原因有2點：一是伸縮缸內的芯管處形成推力，二是回油背壓使伸縮缸活塞兩端形成差動推力。

 

    在拔缸銷或臂銷時，5YA電磁鐵處于通電狀態，伸縮缸內的芯管相當于一個小型的液壓缸，缸銷缸與臂銷缸的油壓均為8MPa.該油壓作用在伸縮缸上，推動其缸筒運動。在伸縮缸缸筒運動過程中，伸縮缸（主油路回油油路均已連通）的有桿腔和無桿腔便自動排油或補油。

 

    此時芯管處形成的推力計算如下：我公司設計的單缸插銷式伸縮機構在試制時，出現以下3種缸銷和臂銷插拔故障：一是插缸銷或臂銷時，操作指令已發出，操縱室內的顯示器顯示缸銷或臂銷雖已彈出，但并沒有完全伸到位。此狀態下，起重機安全保護程序不允許操縱者進行下一步動作。

 

    二是拔缸銷或臂銷時，操作指令已F芯管推力；P芯管處壓力，8MPa.伸縮缸主油路形成回油油路后，回油背壓（0.4MP）進入伸縮缸的壓力相等。由于伸縮缸無桿腔受力面積比有桿腔受力面積大得多，所以伸縮缸形成差動推力。差動推力形成后，便推動伸縮F彈缸銷插入缸銷孔時受力示意圖F禪一缸銷內彈簧作用力F反吊臂缸銷孔對缸銷的反作用力N'、N2吊臂缸銷孔對缸銷的壓力f2在從和/2點形成的摩擦力缸銷f2FV卜壓缸銷拔出缸銷孔時受力示意圖Fk缸銷缸柱塞對缸銷的作用力F反吊臂缸銷孔對缸銷的反作用力NN2吊臂缸銷孔對缸銷的壓力ff2在和//2點形成的摩擦力插拔銷控制方式3VA工作部件4YA5YA6YA臂銷插銷得電得電斷電斷電拔銷得電得電得電斷電缸銷插銷得電得電斷電得電拔銷得電得電得電得電缸運動。

 

    差動推力計算如下：f2差動推力。

 

    d伸縮缸活塞桿直徑‘150min；我們在試驗臺上，對伸縮缸進行了以上分析和計算的試驗驗證。試驗方法和結果如下：給芯管提供8MPa壓力油，并使伸縮缸的2條主油路均無背壓連回油箱時，伸縮缸運動；給伸縮缸2條主油路同時提供0.4MPa壓力油，并使芯管無背壓連回油箱時，伸縮缸運動；給芯管提供8MPa壓力油，并給伸縮缸2條主油路同時提供0.4MPa的油壓時，伸縮缸加速運動。

 

    分析認為，插缸銷或臂銷時，5YA電磁鐵不通電，芯管內無壓力，伸縮缸在巧的作用下運動。當缸銷或臂銷按照指令插入銷孔一部分后，由于差動推力尸2的作用，使缸銷或臂銷在銷孔內形成反作用力F反。當銷軸在銷孔上形成的摩擦力大于缸銷缸或臂銷缸內的彈簧彈力時，缸銷或臂銷不能再繼續彈出，缸銷或臂銷便插不到位。缸銷缸結構如所示，此時銷軸受力情況如所示。

 

    拔缸銷或臂銷時，5YA電磁鐵通電，芯管內有壓力，伸縮缸形成的差動推力在F'PF2的共同作用下運動。此時缸銷或臂銷受到的作用力比插銷時受到的作用力更大，缸銷或臂銷在銷孔內形成反作用力也更大。當銷軸在銷孔上形成的摩擦力大于缸銷缸或臂銷缸的拉力時，缸銷或臂銷便不能拔出。此時銷軸受力情況如所示。

 

    在插銷和拔銷順利時，由于銷軸作用力的迅速釋放，導致無論是伸縮缸和吊臂，都會發生振動，并產生巨響。

 

    4.解決方案分析計算和試驗均表明，伸縮缸竄動是插拔銷困難的主要原因。防止伸縮缸在插拔銷時竄動，即可解決插拔銷問題。于是，我們決定對液壓系統控制方式進行改進。改進后的吊臂伸縮液壓系統如所示。

 

    從和相比較可看出，我們只對原液壓系統中的卸荷電磁閥作了少許改進。在3YA和4YA電磁鐵通電時，卸荷電磁閥3的2個主閥芯均處于關閉狀態，伸縮缸2條主油路封閉，不再連通回油油路。由于伸縮缸2條主油路完全封閉，伸縮缸2不再形成差動推力。另外，由于液壓油的壓縮性相當小，即使在6的作用下，伸縮缸移動量也非常小。

 

    比較和不難發現：在插拔銷動作時，中換向閥（序號1）換向后，其控制的2條主油路油液直接流回油箱，壓力非常小；而在中，由于卸荷電磁閥2個換向閥閥芯處于關閉狀態，主閥上的2條主油路油液只能從溢流閥溢流，壓力相當大。

 

    按照進于改進，系統消耗的功率有所增大，油溫升高速度加快。不過，由于起重機在使用過程中，插、拔銷過程所占時間非常短，因此該改進對液壓系統和整機性能的影響不大，可忽略不計。

 

    按上述方案進行改進后，起重機插拔銷順利，吊臂伸縮自如，伸縮時間大大縮短，證明改進獲得成功。