輪式起重機(jī)比例液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳國(guó)銳 張宇

(三一重工起重機(jī)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410100)

輪式起重機(jī)比例液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳國(guó)銳 張宇

(三一重工起重機(jī)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410100)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、基礎(chǔ)建設(shè)的擴(kuò)增，對(duì)起重機(jī)質(zhì)量及穩(wěn)定性能等都提出了更高的要求。本文對(duì)QY100輪式起重機(jī)的電比例液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)全部采用電控集成控制方式，具有相當(dāng)高的控制靈活性和強(qiáng)大的故障診斷功能，保證了工程的正常運(yùn)行，大大增加了操作的靈活性和穩(wěn)定性，本文亦可為起重機(jī)維修人員或售后服務(wù)人員提供參考。

輪式起重機(jī)；控制系統(tǒng)；液壓系統(tǒng)

1 起重機(jī)液壓系統(tǒng)概述

汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)一般由上車和下車2個(gè)液壓系統(tǒng)組成。上車液壓系統(tǒng)一般由起升、變幅、伸縮、回轉(zhuǎn)、控制5個(gè)主回路組成。如圖1。

圖1 起重機(jī)液壓系統(tǒng)框架圖

起升回路基本要求：具有規(guī)定的提升能力和提升速度；工作平穩(wěn)，尤其重物下降時(shí)，應(yīng)能防止由于載荷的自重導(dǎo)致超速降落；微動(dòng)性能好，防止載荷就位時(shí)發(fā)生沖擊。

變幅回路基本要求：能帶負(fù)載變幅，變幅動(dòng)作平穩(wěn)可靠；由于落臂時(shí)與負(fù)載運(yùn)動(dòng)方向一致，有自動(dòng)增速的趨勢(shì)，要采取限速措施。

伸縮回路基本要求：吊臂作業(yè)時(shí)，伸縮液壓缸不能縮回；帶載回縮時(shí)，伸縮油缸不能超速縮回，所以也要有限速措施，設(shè)置平衡閥組成平衡回路；5節(jié)以下伸縮臂的液壓系統(tǒng)國(guó)內(nèi)一般采用同步或順序加同步的伸縮方式；對(duì)于具有5節(jié)以上伸縮臂的液壓系統(tǒng)，多采用單缸插銷伸縮機(jī)構(gòu)，這種伸縮機(jī)構(gòu)自重輕，能大幅提高起重機(jī)的起重性能。

回轉(zhuǎn)回路基本要求：回轉(zhuǎn)平穩(wěn)，通過(guò)自由滑轉(zhuǎn)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)吊重的自動(dòng)對(duì)中，從而有效防止側(cè)載的產(chǎn)生。

根據(jù)回路以及工況要求，目前最有發(fā)展前途的還是電控比例操縱系統(tǒng)，借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)和可編程技術(shù)，汽車起重機(jī)將向智能化發(fā)展，100C以上車型均采用此類系統(tǒng)。

2 QY100起重機(jī)比例控制液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

我們自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種雙泵合/分流電控比例液壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)拋棄了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和思路，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中一般采用比例多路閥的液控比例流量控制方法，而本設(shè)計(jì)采用一種電控變量泵+流量分配模塊+換向閥組成的流量和方向控制系統(tǒng)，自行設(shè)計(jì)了集成塊，極大提高了設(shè)計(jì)可靠性、功能全面性、控制靈活性、系統(tǒng)冗余性和成本經(jīng)濟(jì)性。系統(tǒng)框圖如圖2、圖3。

圖2 QY100液壓系統(tǒng)原理框圖

圖3 QY100新式液壓控制系統(tǒng)

本設(shè)計(jì)中主要用了以下先進(jìn)設(shè)計(jì)理念和技術(shù)：

（1）雙泵合流控制技術(shù)：該項(xiàng)技術(shù)充分利用系統(tǒng)流量，雙聯(lián)泵可以任意合流供油，能夠?qū)崿F(xiàn)變幅、伸縮和卷?yè)P(yáng)等工況的快速作業(yè)，以提高作業(yè)效率；同時(shí)也可以任意分流供油以保證各工況實(shí)現(xiàn)組合動(dòng)作功能。原理圖如圖4。

圖4 雙泵合流控制技術(shù)原理圖

（2）系統(tǒng)冗余性設(shè)計(jì)理念：液壓系統(tǒng)采用系統(tǒng)備份的設(shè)計(jì)方法，即雙聯(lián)泵相互可以替代獨(dú)立驅(qū)動(dòng)任意一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通過(guò)設(shè)計(jì)一套正常工況的程序和兩套檢修工況的程序確保在油泵或者液壓油路出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)仍然能夠完成作業(yè)。因此具有很高的系統(tǒng)冗余性。QY100液壓系統(tǒng)的冗余性，體現(xiàn)在該兩聯(lián)泵均可以獨(dú)立驅(qū)動(dòng)變幅、伸縮、卷?yè)P(yáng)中的任意一個(gè)工況。

圖5 雙聯(lián)泵液壓控制系統(tǒng)

（3）系統(tǒng)組成：由主閥組控制上車的主卷?yè)P(yáng)、副卷?yè)P(yáng)、變幅、伸縮、回轉(zhuǎn)五個(gè)動(dòng)作。通過(guò)上車主閥和電控變量泵的配合實(shí)現(xiàn)對(duì)上述五個(gè)動(dòng)作的電比例控制，實(shí)現(xiàn)速度無(wú)級(jí)調(diào)控，改善操縱舒適性。我們自行設(shè)計(jì)研發(fā)了一種集換向控制功能和分合流控制功能于一體的主閥，其結(jié)構(gòu)如圖6、圖7。

圖6 主閥組成

圖7 回轉(zhuǎn)、配重和變位閥總成

（4）微動(dòng)性優(yōu)化處理：采用電控操縱手柄結(jié)合油泵分段斜坡控制方法，減小液壓系統(tǒng)沖擊，優(yōu)化系統(tǒng)微動(dòng)性。如在雙泵合流狀態(tài)下，油泵理論控制曲線如圖8。

圖8 油泵理論控制曲線

主、副卷?yè)P(yáng)馬達(dá)均為電控變量馬達(dá)，可以無(wú)級(jí)變速，滿足重載低速，輕載高速作業(yè)需求，提高系統(tǒng)作業(yè)效率。同時(shí)，主、副卷?yè)P(yáng)馬達(dá)均配置平衡閥，具有很好的微動(dòng)性。變幅油缸配置電比例平衡閥，提高落幅動(dòng)作平穩(wěn)性和微動(dòng)性，并且落幅工況應(yīng)用重力下放功能，能夠節(jié)省系統(tǒng)功耗。

（5）整車控制方式：QY100整車液壓系統(tǒng)全部采用電控集成控制方式，具有相當(dāng)高的控制靈活性和強(qiáng)大的故障診斷功能。

3 小結(jié)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代施工對(duì)起重機(jī)液壓系統(tǒng)提出了新的設(shè)計(jì)要求：節(jié)能、高效、可靠以及微動(dòng)性、平穩(wěn)性好。為了適應(yīng)這些新的要求，以前的定量泵將逐步被先進(jìn)可靠的具有負(fù)載反饋、壓力切斷的恒功率變量泵，甚至電控變量泵所取代，先前的定量馬達(dá)或液控變量馬達(dá)也將被電控變量馬達(dá)所取代。我們所設(shè)計(jì)的這種系統(tǒng)將能有效地達(dá)到輕載高速、重載低速和節(jié)能的效果，值得借鑒和推廣。

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TH137.

A

1003-5168(2014)03-0089-02

吳國(guó)銳（1979—），男，廣東佛山人，碩士研究生，畢業(yè)于中南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械電子工程專業(yè)，現(xiàn)從事工程機(jī)械的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)研究。