汽车起重机液压支腿回路设计之我见

汽车起重机液压支腿回路设计之我见

黄大庆

(广州煜邦机电工程有限公司,广州510700)

摘要:分析了汽车起重机液压支腿垂直油缸设计中存在的问题及其产生的原因;总结了液压支腿设计中,密封形式对

液压缸在使用过程中的影响,提出了改进措施。

关键词:液压支腿;回路设计;液压原理;密封形式;改进措施中图分类号:U6531921 文献标识码:B 文章编号:1001-3881(2005)8-224-1

0　前言

目前,在我国起重机行业液压支腿回路设计中,设计者在设计过程中,只考虑到理想状态下的工作情况,而较少跟踪使用过程中某些不正常情况发生时造成的影响,或者说设计和使用脱节。有些问题如在设计时能够加以注意,即便在出现问题时,也不会产生其它连带损坏。这里就汽车起重机液压支腿回路设计谈谈我个人的见解。

目前汽车起重机液压支腿垂直油缸普遍采用的液压油路如图1

。

图1　汽车起重机液压支腿垂直油缸回路

1　液压原理及性能要求

图1为目前汽车起重机液压支腿垂直油缸普遍采用的液压系统原理图。当手动换向阀3置于左位时,液压泵输出的压力油经换向阀4、液压锁(双液控单向阀)5,分别进入四个垂直液压缸6的无杆腔,支腿伸出。当手动换向阀3置于右位时,压力油经油管7、液压锁5分别进入四个垂直液压缸6的有杆腔,支腿回缩。手动阀4能使四个支腿液压缸同时伸出支撑或单独调平,也能同时收起或单独收起。为防止液压支腿在支撑过程中发生“软腿”现象(支腿液压缸承受较大载荷时,活塞杆发生自行收缩的现象),引起事故,在每个支腿液压缸的油路中均安装了双向液压锁。益流阀2控制回路的最大工作压力,它的调定压力为16MPa 。2　油路存在的问题及其原因分析

有时液压锁并未失效,也发生“软腿”现象。在正常情况下,液压支腿回路可靠地工作。但为什么有时液压锁并未失效也会发生“软腿”现象呢?

问题可能就出现在支腿油缸上。

图2　汽车起重机支腿液压缸结构

图2为这种汽车起重机支腿液压缸的结构简图。

液压缸内径为110mm,外径为121mm,活塞连杆直径为55mm,行程为375mm 。密封圈为耐油橡胶或聚氨酯制造的Yx 形密封圈,活塞两端没有挡板,而是由高度约为槽深一半的台肩将密封圈挡在槽内。伸出支腿时,最大压力为1317MPa,起吊额定载荷作业时,最大工作压力为31MPa 。在正常情况下,支腿油缸是能够满足工作要求的。但是,如果由于密封圈磨图3　支腿油缸工作状

态变化示意图

损、老化、机械损伤、材料质量不佳造成密封圈失效时,就会使液压缸左右两腔连通。连通后,支腿液压缸的工作情况由原来的活塞式变成了柱塞式。支撑外载荷的有效面积由原来的活塞式面积A 1变为活塞

杆的面积A 2。因此,在

最大载荷F max 不变的情

况下,液压缸承压腔内的压力将会急剧增加,由图3(a )得

F max =p 1A 1

由图3(b )得F max =p 2A 2

因工况(a )与(b )的最大载荷F m ax 不变,所以p 1A 1=p 2A 2

因此

p 2=p 1A 1/A 2

由此可见,密封圈失效后缸内承受的压腔的最高压力由原来的31MPa 增加到10215MPa,产生了增压

(下转第217页)

法中,电路也都进行了改进。但以上的改进只解决了刹车后换档的问题,并没有解决停车后若工人师傅不及时关电机而造成的电机长时间空转浪费电能的问题。要解决该问题,只需在前面电路的基础上再稍加改进即可,改进后的电路如图5所示。

从图5中可以看出,该电路比前面的电路也仅多了一时间继电器KT2,其延时常闭触点与主电机接触器线圈K M相串联。其控制原理:按启动按钮S B2,接触器K M得电并自锁,电机启动。当手柄10被打向上方或下方时,车床为正转或反转状态。当手柄10被扳到中间时,行程开关S Q受压闭合,Y B得电,开始刹车,车床迅速停转。时间继电器KT1、KT2也同时得电,开始计时。当KT1的整定时间到时,与Y B串联的KT1的常闭触点断开,Y B失电,松开刹车,可以进行换档或装卸零件。当KT2的整定时间到时,与接触器K M相串联的常闭触点KT2断开,接触器K M断电,电机停转,防止了长时间空转而浪费电能。当K M失电后,其常开触点断开,时间继电器KT1和KT2随之失电,其各自的常闭触点重新闭合,为电机的再次启动做好了准备。若KT2的整定时间还未到,扳动手柄即可重新开车,时间继电器因行程开关S Q断开而立即失电,期间电机一直保持运转。

时间继电器KT1和KT2的整定时间要根据需要进行调整。KT1的整定时间较短,只要到车床完全停稳即可,一般2～3s足够。KT2的整定时间要根据加工零件的具体情况调整,要大于更换零件所需的最长时间1～2m in,以避免工件还没换好电机就停转。

4　结论

电路经过上面的改进后,完全达到了自动控制刹车机构的制动和放松及节电的目的,比原电路只增加了两个时间继电器和一个行程开关,改进成本低,时间短,且全部改进均可在电器箱中进行,极其方便。另外,该电路的还有一个突出的优点,即采用通电型时间继电器控制电机的延时停止。每次停车,时间继电器的通电时间最长等于KT2的整定时间,机床运行时继电器并不通电,所以通电时间非常短。这样,就提高了时间继电器的使用寿命,相应也就提高了整个电路的可靠性,另一方面又节约了一部分电能。

参考文献

【1】CA6140型普通车床使用手册及图纸1沈阳第一机床厂1

【2】冯华伟1CA6140型车床制动机构的改进1制造技术及机床,1998(7):40～411

作者简介:元红妍(1966～),女,本科,实验师,主要从事单片机应用及自动化控制工作。

收稿时间:2005-03-31

(上接第224页)

效应。增压效应使缸筒产生过大的弹性形变,容积增大,活塞杆回缩。活塞杆自身也会产生一定的弹性形变,如果变形过大,活塞杆就会缩回过多。因此,支腿液压缸密封圈失效是可能产生“软腿”的主要原因。

可是,这种支腿液压缸会出现密封圈失效的情况吗?一般来说,磨损、老化是正常现象,但其周期较长;装配时精心操作可避免机械损伤,出现问题可以在实验时发现,胶料质量问题可通过严格配方、严格检验加以保证。这类密封圈失效总是可以避免的。

在对液压缸反复多次的拆卸、修理和实验中发现;这种支腿油缸存在设计缺陷。液压缸的密封圈形式和密封圈间隙的设计是不合理的。

该液压缸的最大工作压力为31MPa,活塞密封圈为Yx形。由有关设计手册可知,Yx形密封圈的最大承压能力一般不超过32MPa。而液压缸的工作压力高达31MPa,接近其极限压力,故在使用中其寿命不会长,造成早期失效。

采用Yx形密封圈的液压缸,活塞与缸筒的间隙一般为0103～0108mm,压力低时取大值,压力高时取小值。而这种支腿油缸实际密封圈的设计间隙为0115～0125mm,明显偏大。由于间隙过大,压力高,工作时间承受压力长,沟槽内又没有挡圈,因此密封圈被挤入间隙并发生塑性形变。收腿时,挤出部分受到拉伸而撕裂,致使密封圈失效。一旦出现密封失效,就会造成汽车起重机发生“软腿”现象。

3　改进措施

因O形密封圈的最大承压能力达70MPa,因此,可用O形密封圈代替原来的Yx形密封圈。用铸铁或铸铜重新配制活塞,密封间隙为0104～0107mm。用三道密封圈,两端O形圈各增加一道用四氟乙烯制造的挡圈,防止高压下将O形圈挤入间隙。活塞上的沟槽尺寸及技术要求均按照G B1235-76有关规定选取。改进后实际使用表明,支腿液压缸工作可靠,达到预期效果。

4　小结

此例说明,液压缸的密封圈形式和密封圈间隙设计得是否合理,直接影响液压系统的工作性能。因此,在设计上应高度重视。

收稿时间:2005-05-23