油氣彈簧油缸在履帶起重機(jī)中的應(yīng)用

薛 振 肖 華 劉 威 卞劍韜

徐州維爾力德重工科技有限公司 江蘇 徐州 221000

履帶吊具有起重量大、可吊裝行走、工況組合多、吊重衰減小等優(yōu)點(diǎn)，滿足了多數(shù)大型設(shè)備安裝與工程建設(shè)的需求。設(shè)計(jì)師們?cè)谠O(shè)計(jì)履帶起重機(jī)之初，不僅考慮了吊車的起重性能，而且考慮到了吊裝整體穩(wěn)定性和主動(dòng)安全保護(hù)措施，以及被動(dòng)安全（機(jī)械鎖止限位）保護(hù)措施。塔式副臂防后傾就是一種被動(dòng)安全保護(hù)措施。塔式副臂防后傾的作用一是抵消前撐桿系統(tǒng)的部分自身重力，二是在吊車吊重突然卸載時(shí)，避免履帶起重機(jī)向后傾翻。

因油氣彈簧缸緩沖效果好，能有效吸收突然卸載時(shí)儲(chǔ)存在臂架中的彈性勢(shì)能，所以越來(lái)越多的履帶起重機(jī)將油氣彈簧油缸連桿結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用到塔式防后傾裝置上來(lái)。但目前履帶起重機(jī)的使用說(shuō)明書上針對(duì)油氣彈簧缸的介紹不夠細(xì)致，只是簡(jiǎn)單說(shuō)明了油氣彈簧缸的初始?jí)毫χ蹬c極限位置時(shí)的報(bào)警壓力值。履帶吊操作人員在塔臂使用過程中，觀察油氣彈簧缸壓力值時(shí)不能與臂架角度實(shí)時(shí)對(duì)比，帶來(lái)一些危險(xiǎn)隱患。為此，有必要對(duì)油氣彈簧缸在使用過程中的變化情況進(jìn)行描述。通過模擬臂架角度對(duì)油氣彈簧缸的長(zhǎng)度變化，進(jìn)一步計(jì)算油氣彈簧缸的壓力變化。履帶吊起重機(jī)操作人員可以根據(jù)表格快速查找到當(dāng)前工況下，油氣彈簧缸的壓力顯示是否與理論值一致。對(duì)履帶起重機(jī)操作人員判斷油氣彈簧缸的使用狀態(tài)提供了重要依據(jù)。

1 油氣彈簧缸的安裝位置

圖1 為履帶式起重機(jī)中油氣彈簧缸的安裝位置示意圖，由圖可見，油氣彈簧缸一端與前撐桿連接，另一端與防后傾支架連接。油氣彈簧缸與前撐桿的連接鉸點(diǎn)，油氣彈簧缸與防后傾支架的鉸點(diǎn)，以及防后傾支架與臂頭的連接鉸點(diǎn)，三點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)三角形。這個(gè)三角形的三邊中只有油氣彈簧缸的長(zhǎng)度會(huì)隨著履帶起重機(jī)的當(dāng)前工況發(fā)生變化。一般情況下，履帶起重機(jī)的塔臂工況下，中小噸位一般安裝1 個(gè)油氣彈簧缸，初始?jí)毫?MPa 左右；中大噸位一般安裝兩個(gè)油氣彈簧缸，初始?jí)毫?MPa。雖然安裝數(shù)量上有不同，但基本工作原理是一致的，在此主要論證一種用在中小噸位上的油氣彈簧缸。

圖1 油氣彈簧缸的安裝位置示意圖

2 油氣彈簧缸的工作原理

圖2 為一種中小噸位油氣彈簧缸結(jié)構(gòu)示意圖。油腔缸直徑為220mm，長(zhǎng)度為1100mm；氮?dú)馇恢睆綖?40mm，長(zhǎng)度為2900mm。在使用前，通常先將氮?dú)馇怀湟?MPa 的氮?dú)鈮毫Γ蝗缓笥透椎跗穑瑢⒂透桌L(zhǎng)至最長(zhǎng)安裝長(zhǎng)度,此油缸的最長(zhǎng)安裝尺寸為4440mm。

圖2 油氣彈簧缸結(jié)構(gòu)示意圖

油氣彈簧缸油腔中的液壓油體積在油缸長(zhǎng)度發(fā)生變化時(shí)基本不變，液壓油分布在圖3 所示的V1、V2和V3三個(gè)腔體內(nèi)，因此液壓油的總體積（V0）即為三者之和。油缸活動(dòng)桿的長(zhǎng)度變化會(huì)帶動(dòng)浮動(dòng)油封位置變化，而浮動(dòng)油封位置變化會(huì)影響氮?dú)馇坏捏w積大小變化。氮?dú)馇惑w積減小時(shí)，氮?dú)馇恢械獨(dú)鈮毫ι仙环粗獨(dú)馇恢械牡獨(dú)鈮毫ο陆怠Ｒ虼耍蜌鈴椈筛讐毫Φ拇笮∮傻獨(dú)馇坏捏w積大小決定。

圖3 油腔液壓油分布示意圖

3 油氣彈簧缸的工作壓力的計(jì)算

油氣彈簧缸內(nèi)液壓油的位置變化滿足式（1）—式（4）。

式中：V0——液壓油體積；

Dy——油腔缸直徑；

L0——油腔長(zhǎng)度；

δι——油缸總長(zhǎng)度變化量；

Dq——氮?dú)馇恢睆剑?/p>

ιq——浮動(dòng)油封位置變化量；

Dg——活動(dòng)桿外徑。

由以上公式可計(jì)算出油缸總長(zhǎng)度每縮短100mm 浮動(dòng)油封位置的變化量，結(jié)果如表1 所示。

表1 浮動(dòng)油封位移量對(duì)照表（單位：mm）

當(dāng)油氣彈簧缸長(zhǎng)度發(fā)生變化時(shí)，氮?dú)馇坏膲毫ψ兓筛鶕?jù)波義耳定律進(jìn)行計(jì)算。在定量定溫下，理想氣體的體積與氣體的壓強(qiáng)成反比[式（5）]。且P1V1=P2V2= 常數(shù)。

式中：V——?dú)怏w的體積；

P——壓強(qiáng)；

C——常數(shù)。

經(jīng)過計(jì)算可得油缸總長(zhǎng)度每縮短100mm，浮動(dòng)油封位置變化時(shí)的壓力情況，如表2 所示。

表2 浮動(dòng)油封位移量和壓力對(duì)照表

4 計(jì)算參數(shù)驗(yàn)證

履帶起重機(jī)在幅度變化過程中記錄塔臂角度、油氣彈簧缸壓力值和主臂角度，并通過圖紙模擬出對(duì)應(yīng)的油缸長(zhǎng)度，摘錄的現(xiàn)場(chǎng)記錄數(shù)據(jù)如表3 所示。

對(duì)照表2 與表3，可以看出實(shí)際測(cè)量值與理論計(jì)算值基本接近，說(shuō)明此計(jì)算方法與實(shí)際工況較為貼合。

表3 現(xiàn)場(chǎng)記錄數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語(yǔ)

主要介紹油氣彈簧缸在履帶起重機(jī)塔式變幅工況中的應(yīng)用，講述了油氣彈簧缸的安裝位置、工作原理和壓力變化，可以供同類油氣彈簧缸參考，進(jìn)行保養(yǎng)與維護(hù)，以及對(duì)油氣彈簧缸的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。通過查閱表格可以判斷當(dāng)前工況下，油氣彈簧缸的壓縮量及壓力值是否在合理范圍內(nèi)，對(duì)履帶起重機(jī)使用者判斷油氣缸的工作狀態(tài)具有重要意義。