重载升降平台纯水液压驱动系统设计

液 压 气 动 与 密 ． １０ ２年 第 ８期 ￣ ２１ －
重载升降平 台纯水液压 驱动 系统设计
程 志 ， 徐 兵
（ 江大 学 流体 动力 与机 电系 统 国家 重点 实验 室 ， 江 杭州 ３ ０ ２ ） 浙 浙 １０ ７
摘 要 ： 对 本 升 降 平 台重 载 、 速 、 可 靠 性 的要 求 ， 对 液 压 驱 动 系 统 功 能 分 析 的基 础上 设 计 了纯 水 液 压驱 动 系统 回路 ， 括 水 缸 针 低 高 在 包 控 制 系统 和泵 站 系 统 。 系统 采 用 进 口节 流 式 调 速 回路 ， 几种 水 缸 速 度 控 制 回 路进 行 了 比较 分 析 ， 据 水 压 阀 的特 性 ， 定 了 比例 阀 和 对 依 确
参照 相 关液 压元 件 国家 及 行业 标 准 和技 术要 求［， ３ １
所设计 的液压原 理 图如 图 ２所示 。
指 标 ， 重载 升 降平 台的大 负 载 、 冲击 给传 动 系统 的 而 大
基金 项 目： 十二 五 ” “ 国家 科 技 支 撑 计 划 （０ １ Ａ ０ Ｂ ４ ） ２ １Ｂ Ｆ ９ ０ ０ 收稿 日期 ：０ ２ ０ ～ ８ ２１—６０
关 键 词 ： 降 平 台 ； 水 液 压 ； 速 回 路 ； 真 ； 载 升 纯 调 仿 重
中 图分 类号 ： Ｈ１ ７ Ｔ ３ 文 献 标 识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ８ ０ １ （０ ２ ０ — ０ ８ ０ １０ — ８３ ２ １ ）８ ０ ７ — ５
Ｗ ａｅ ｔ ｒ Ｈｙｄ ａ ｌ ｒ ｉ Ｓ ｓｅ ｅｉｎ ｏ ｆ ｎｇ ｌｔｏ ｍ ｔ Ｈｅ ｖ ｒ ｕ ｉ Ｄ ｉ ｎｇ ｙ ｔ ｍ Ｄ ｓｇ ｃ ｖ ｆ ａ Ｌｉ ｉ Ｐ ａｆ ｒ ｗｉｈ ｔ ａ ｙ Ｌｏａ ｄ
纯 水 （ 离子水 ） 去
１ｋ Ｏ Ｗ
５ｍ ｓ ｍ ／
２ 液 压 驱 动 系统 调 速 回路 设 计
２ １ 系统 调 速 回路 设 计 ．
水 缸 有 杆 腔 与 水 箱 连 通 ， 终 为低 压 腔 。 只需 要 始 对 进 入 （ 出 ） 缸 高 压 腔 （ 杆 腔 ） 水 介 质 进 行 流 流 水 无 的
喷雾 、 防灭火等 【１ 消 ｌ。 、 ２ 液 压 升 降平 台 以其 功率 密 度大 ， 作 平稳 ， 于 实 工 易
本 系统 通过 控 制一 个水 缸 活 塞杆 的 伸 出与缩 回运 动实现 升降平 台 的上 升与下 降 。 求升 降平 台在运 动过 要
程 中速 度可调 ． 运动平 稳 。 系统 的功能组 成如 图 ｌ 示 。 所
（ ） 缸控 制系统 。升降平 台一般 采用 柱 塞缸 作为 １水 执行 元件 。在本 系统 中 ， 计一 种特 殊结 构 的活塞缸 代 设
作者简介： 程志（９ ８ ）男 ， １ ８－ ， 山东临沂人 ， － 硕士， 研究方向为流体传动及控制。
７ ８
Ｈｙ ｒ ｕ ｉ ｓＰ ｅ ｍａ ｉｓ＆ Ｓ ａｓＮｏ ８２ １ ｄａ ｌ ｎ ｕ ｔ ｃ ｃ ｅ ｌ／ ．． ０ ２
ｑ ｌｔ ｍａｎｔｎａ ｃ ， ｃ ｒｏ ｉｎ ａ ｄ ｗｅ ｒｐｒ ｂｅｍｓａｎ ｔｕｃｕｒ ｌｄｅ ｉ ． ｕａ ｉ ｙ ｉ ｅ ｎｅ ｏ ｒ ｓｏ ｎ ａ ｏ ｌ ｄ ｓｒ ｔ ａ ｓｇｎ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｌ ｉ ｇ ｌｔ ｒ ； ｐ ｒ ｗ ｔ ｒ ｙ ｒ ｕ ｉ ｙ ｒ ｓ ｉ ｎ ｐａｆ ｍ ｔ ｆ ｏ ｕ ｅ ａｅ ｈ ｄ ａ ｌ ｃ； ｓ ｅ ｄ ｏ ｔ ｌ ｏ ｐ； ｓｍｕ ａｉ ｎ ｈ ａ ｙ ｏ ｄ ｐ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌｏ ｏ ｉ ｌ ｔ ； ｅ ｖ ｌａ ｏ
●
ｌ
ｌ
水箱
●
Ｉ 些 Ｉ堡 ！ 鳖 丝Ｉ 垫 丝 Ｉ 堑
＋
纠
ｌ站 统ｆ 泵 系
缸 制 统 控 系 Ｉ
循环 馍
赢
皇查Ｉ 竺 匿 茎墨 丝堡 Ｈ壅
－
７ －
图 １ 液 压 驱 动 系 统 功 能 组 成框 图
泉源 模
表 １ 液 压 驱 动 系 统 技 术 性 能 指标
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａｃ ｏ ｄｎ ｈ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｔ ｏ ｅ ｖ ｏ ｄ ｌｗ ｐ ｅ ｎ ｉ ｈ ｒ ｌ ｂ ｌ ｙ ｆ ｒｔ ｅ ｌ ｉｇ ｐ ａ ｏｍ， ｔ ｅ ｆ ｎ ｔ ｎ ｏ ｈ ｙ ｒ ｕ ｉ ｓｒ ｃ ： ｃ ｒ ｉｇｔ ｔｅｒｑ ｉ ｏ ｅ ｎ ｓ ｆ ａ ｙ ｌａ ， ｏ ｓ ｅ ｄ ａ ｄ ｈ ｇ ｅ ｉ ｉ ｔ ｏ ｉ ｎ ｌ ｔ ｒ ｈ ａ ｉ ｈ ｔ ｆ ｆ ｈ ｕ ｃｉ ｆｔ ｅ ｈ ｄ ａ ｌ ｏ ｃ ｄ ｖ ｎ ｙ ｔ ｍ ｓ ａ ａ ｙ ｅபைடு நூலகம் ｎ ｈ ｉ ｕ ｔｏ ｈ ｕ ｅ ｗａｅ ｙ ｒ ｕｉ ｙ ｔ ｍ ｓ ｄ ｓ ｎ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｕ ｃｉｎ ａ ａ ｙ ｉ． Ｔ ｅ ｐ ｒ ａ ｅ ｉ ｒ ｉ ｇ ｓ ｓｅ ｉ ｎ ｌ ｚ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｃｒ ｉ ｆ ｔ ｅ ｐ ｒ ｔｒ ｈ ｄ ａ ｌ ｓ ｓｅ ｉ ｅ ｉ ｅ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｆ ｎ ｔ ｎ ｌ ｓ ｃ ｃ ｇ ｏ ｓ ｈ ｕ ｅ ｗ ｔｒ
Ｃ ＮＧ Ｚ ｉＸＵ Ｂｉｇ ＨＥ ｈ， ｎ
（ｔｔ ｅ ａ ｏａ ｒ ｆ ｌｉ ｏ ｅ ｒｎｍ ｓｉｎ ａｄ Ｃ ｎｒｌ Ｓａｅ Ｋ ｙＬ ｂｒｔ ｙｏ ｕｄ Ｐ ｗ ｒＴａ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｔ ， ｏ Ｆ ｓ ｏ
Ｚ ｅｉ ｇ ｎｖｒｉ ， ｎ ｚｏ ３ ０ ２ ， ｈｎ ） ｈｊ ｎ Ｕ ｉ ｓｙ Ｈａ ｇｈ ｕ ０ ７ Ｃ ｉａ ａ ｅ ｔ １
ｈ ｄ ａ ｌ ｙ ｔ ｍ ｓ ｃ ｎ ｉｔｄ ｏ ａ ｅ ｙ ｉｄ ｒ ｃ ｎｒ ｌ ｓ ｓｅ ａ ｄ ｐ ｍｐ ｓａｉ ｎ ｓ ｓｅ ｙ ｒ ｕ ｉ ｓ ｓｅ ｉ ｏ ｓｓｅ ｆｗ ｔ ｒｃ ｌ ｅ ｏ ｔ ｙ ｔ ｍ ｎ ｕ ｔｔ ｙ ｔｍ． Ｔ ｅ ｓ ｓｅ ａ ｏ ｔ ｅ ｔ ｎ ｅ ｔｒ ｔ ｅ ｓ ｅ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌ ｃ ｎ ｏ ｏ ｈ ｙ ｔ ｍ ｄ ｐ ｓ ｎ ｒ ｃ ｈ ｏ ｔ ｐ ｅ ｏ ｔ ａ ｌ ｏ ｌｏ ｎ ｅｅ ｍｉ ｅ ｗｏ ｓ ｅ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌｌｏ ｉ ｔ ｅ ｂ ｓ ｆ ｃ ｍｐ ｒｓ ｎ ｂ ｔ ｅ ｒｄ ｔ ｎ ｌ ｏｌｈ ｄ ａ ｌ ｏ ｐ ａ ｄ ｗａｅ ｙ ｒ ｕ ｉ ｖ ｌｅ ． ｏ ｐ ａ ｄ ｄ ｔ ｒ ｎ ｓ ｔ ｐ ｅ ｏ ｔ ｏ ｐ Ｏｌ ｈ ａ ｉ ｏ ｏ ａ ｏ ｅｗｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ａ ｉ ｙ ｒ ｕ ｉ ｌ ｏ ｎ ｔｒ ｈ ｄ ａ ｌ ａｖ ｓ ｏ ｓ ｉ ａ ｉ ｃ ｃ Ｓ ｍｕ ａ ｉｎ ａ ｅ ｃ ｒ ｅ ｕ ｏ ｖ ｒ ｙ ｔ ｅ ｓ ｔ ｎ ｒｔ ｎ ｅ ｉｂ ｌ ｙ ｏ ｈ ｙ ｔｍ． Ｔ ｅ ｍａｎ ｐ ｉ ｔ ｆ ｒｔ ｅ ｄ ｓ ｎ ａ ｄ ｏ ｅ ａ ｉｎ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｉ ｌ ｔ ｓ ｒ ａｒ ｄ ｏ ｔ ｔ ｅ ｆ ｈ ｔ ｉ ａｉ ａ ｄ ｒ ｌ ｉ ｔ ｆｔ ｅ ｓ ｓ ｏ ｉ ｉ ａｏ ｙ ａ ｉ ｅ ｈ ｉ ｏｎ ｓ ｏ ｈ ｅ ｉ ｎ ｐ ｒｔ ｒ ｃ ｓ ｆ ｇ ｏ ｐ ｒ ｗ ｔ ｒ ｙ ｒ ｕ ｉ ｓ ｓｅ ａ ｅ ａ ｓ ｉ ｔ ｄ ｃ ｄ ｃ ｍｂ ｎ ｄ ｗｉ ｈ ｓ ｙ ｔ ｍ， ｉ ｃｕ ｉ ｇ ｓ ｌｃｉ ｎ ｏ ｏ ｏ ｅ ｔ ｎ ｔ ｒ ｓ ｗａｅ ｕ ｅ ａ ｅ ｈ ｄ ａ ｌ ｃ ｙ ｔ ｍ ｒ ｌｏ ｎ ｒ ｕ ｅ ｏ ｉ ｅ ｔ ｔ ｉ ｏ ｈ ｓ ｓｅ ｎ ｌ ｄ ｎ ｅ ｅ ｔ ｆ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｓ ａ ｄ ｍａ ｅ ｉ ， ｏ ｌ ａ ｔｒ
传 统油 压 调速 回路 对 比的基 础上 ，对 系统 的速 度 可调 性 和 可靠 性进 行 了分 析 ，并 对该 水 压 系统设 计 与 使用
维 护 的要点进 行 了介绍 。
工作 介 质 引起 了人 们 极 大关 注 ，使 纯水 液 压传 动技 术
重新 成 为 国际液压行 业 的一 大前沿 研究课 题 。在 国外 ，
普 通节 流 阀两 种 调 速 方 案 ， 对 两 种方 案进 行 了仿 真 分 析 ， 证 了其 速 度平 稳 性 及 可 靠性 。结 合 本 系 统 对 纯 水 液 压 系 统 设 计 与 使 用 过 并 验 程 中元 件 与材 料 选 择 、 质 控 制 、 蚀 与 磨 损 、 构 设 计 等 要点 进行 了介 绍 。 水 腐 结
Ｕ 丹 吾 Ｊ ｌ
设 计 带来 了很 大 的 困 难 。本 文 针 对 升 降 平 台重 载 、 低
近 年来 ， 由于 对液 压 系统 环保 性 、 全性 以及 经 济 安 性 的要 求 不断 增加 ，用水 代 替矿 物 油作 为 液压 系统 的
速、 高可 靠 性 的要 求 ， 计 了纯 水 液 压 驱 动 系 统 ， 与 设 在
纯水 液 压 传动 技术 已经在 食 品工 业 、 洋开 发 、 工业 海 核 以及移 动 机 械等诸 多领 域得 到 了广 泛应 用 ，而在 国 内
１ 液 压 驱 动 系 统 设 计
１１ 液压驱 动 系统 功 能分析 ．
纯 水液 压 传 动技 术 的应 用还 仅 局 限在 几个 特殊 领 域 如
１２ 液压驱 动 系统的 设计 ．
现 自动化 控 制尤 其 是速 度 控制 等 优点 广 泛应 用 于各 种
工程场 所 。
本 纯 水 液压 驱 动 系 统 回路 包 括 水 缸控 制 系统 、 泵
可靠 性 和速 度平 稳 性是 衡 量液 压 升 降系 统 的重 要
站 系统及 控制 系统 。其技 术性 能指标 见表 １ 。
系统 的 核心 泵 源模 块 采用 与 油压 系统 类似 的单 泵卸 荷 启 动方 案 。图 ２中 ， 线框 中的 阀 ９ 阀 １ 虚 、 ０和相 关压 力
杆 依靠 负 载 自重缩 回 ， 速度 由 比例 阀 ３决 定 。水缸 的 其
伸 出与缩 回动 作 由行 程开 关 控制 二 位 二通 电磁换 向阀
替 传 统 的柱 塞 缸 ，大 大减 少 执行 元 件 出现 外 泄漏 的几 率 。采用 定量 泵 ７ 溢流 阀 ９与节 流 阀 ６构 成进 口节 流 、 式调 速 回路 ， 水缸 伸 出运动 进行 速度 控 制 。水缸 活塞 对
（） ２ 泵站 系 统 。系统 包 括 两个 独 立 的 电机 泵组 ， 由 两 个 Ｄ ｎｏｓ Ｐ Ｈ１ ． ａ ｆ Ａ ２５的柱 塞水 泵 与 电机 组成 。其 中 ｓ
参数 系统 压力
负载
数 值
１ 班 ４ ａ
２ ｔ ０
图 ４
泵 站 买 物 图
液 压用 水 温度 液压用 水 水质
装机 功率 液压 缸最 低速度
（ Ｃ ５
（） ３ 控制 系统 。控 制系 统采 用 Ｐ Ｃ控制 器 ， 成 系 Ｌ 完 统 的 动作 及 流 程 控 制 ， 对 系统 的温 度 、 力 、 滤 等 并 压 过 各项 参数 进行 实 时监控 、 限报 警与 智能 保护 。由工控 超 机 构 成 的数据 采 集 系统 对 水缸 的运 动状 态 及其 他 重要 参 数进行 采 集 、 理与 显示 。 处
传 感 器 与压 力 表集 成 在液 压 阀组 上 。旁 路 循 环模 块 用
于 持续 对 水箱 中 的水进 行 冷却 、 过滤 和 紫外 线 消 毒 ， 泵 站 结构 如 图 ４所示 。
２和 ４的开启 与关 闭实 现 ， 实 物 图见 图 ３ 其 。
Ｊ 女Ｉ 自 垴 ｌ 主 ｌ
ｌ