卷扬液压马达对超越负载的平衡与制动_李鄂民

图3a是抓斗单根钢丝绳的受力图,图3b是抓斗与大地的接触力受力图。从图中可以看出,抓斗在012s左右离开地面,在0125s左右钢丝绳拉力达到最大值16246N,抓斗钢丝绳在115s之后处于匀速状态,其值逐渐收敛于11816N(即静力作用下钢丝绳的拉力),得到钢丝绳起升动载系数

U=16246

11816

U11375

对于第一种情况,钢丝绳初期已经处于一定的弹性变形状态,此时求出的动载系数偏小。而对于第2种情况,钢丝绳初期不受力,它的变形初始速度为零,此时求出的动载系数偏大。故实际的钢丝绳动载系数应处于这2种状态之间,即11112~ 11375之间,鉴于抓斗实际工况更接近于第2种情况,故本次抓斗设计取抓斗的起升动载系数为

U U1135

该系数可适用于60m/min门座起重机。

4结论

CAE领域内各软件的优势资源正逐步走向共享,大型复杂的仿真分析必定是多个软件共同参与的结果。本文就是通过PR0/E、ANSYS以及ADAMS软件的结合,尽可能真实地还原了抓斗实际起升工况,为相应抓斗的起升动载系数的选取,提供有价值的依据,并确定了可适用于60m/min 门座起重机的抓斗的起升动载系数为1135,为将来抓斗的强度分析、屈曲分析定下了前提。

参考文献

1GB3811)1983起重机设计规范

2潘钟林译1欧洲起重机械设计规范F1E1M标准1上海振华港口机械公司译丛

3沈一飞,沈永明110t剪式矿石抓斗测试分析报告1上海海事大学学报,1982(2)

4李军,邢俊文,覃文洁等编著1ADAMS实例教程1北京:北京理工大学出版社,2002

作者:沈卓

地址:上海市徐汇区肇嘉浜路831号中交第三航务工程勘察设计院

邮编:200032

收稿日期:2006-03-13

卷扬液压马达对超越负载的平衡与制动

兰州理工大学机电工程学院李鄂民

摘要:介绍了卷扬用液压马达的负载工况,提出超越负载工况下液压马达的平衡与制动方法,并进行了相应的特性分析,指出了设置平衡与制动回路应注意的问题,为正确使用液压马达平衡与制动回路提供了切实可行的方法。

关键词:液压马达;超越负载;平衡;制动

Abstract:Loads exerted on winding hydraulic motor are discussed and the method of balancing and braking the hydraulic motor under over-running load is proposed.Points needing to be paid attention to are also poin ted out in balancing and braking hydraulic circui ts.This method is practical and feasible.

Keywords:hydraulic motor;over-running load;balancing;braking

采用液压马达驱动各种卷扬机在起重机械中已经得到广泛应用,由于起重作业中卷扬机的特殊工况,重力的方向与液压马达转动方向的异同,对液压马达的运动状态有极大的影响。因此对卷扬用液压马达的工作状况进行研究和分析,对正确使用液压马达和设计合理的回路都具有十分重要的意义。1负载工况

液压马达1驱动卷扬机卷筒2,收放钢丝绳3经滑轮组4对重物进行提升或下放,如图1所示。当提升重物时,钢丝绳对卷筒的负载力矩的方向与卷筒转动方向相反,此时负载力矩为转动阻力矩,

亦称正值负载力矩;而下放重物时,负载力矩的方向与卷筒转动方向相同,负载力矩变为动力,称之为超越负载力矩(或称负值负载力矩)。超越负载力矩的特征是:负载力矩的方向与卷筒转动方向相同,

负载力矩将助长卷筒的转动。

图1 液压马达驱动卷扬机的超越负载工况1.液压马达 2.卷筒 3.钢丝绳 4.滑轮组

在出现超越负载力矩时,若液压马达的回油路无压力,重物会因自重产生自行下滑,甚至可能产生超速(超过液压泵供油流量所提供的转速)运动。如果在执行元件的回油路设置一定的背压(回油压力)来平衡超越负载力矩,就可以防止重物的自行下滑和超速。这种回路因设置背压与超越负载相平衡,故称为平衡回路;因其限制了重物下行的超速运动,工程中又称其为限速回路。

2 超越负载的平衡

如图2a 所示,单向顺序阀串接在液压马达下行的回油路上,其调定压力略大于重物重力经滑轮组、钢丝绳和卷筒在液压马达回油腔中形成的压力。

单向顺序阀的调定压力

p x \

2P Fr V m G mm =2P rG mV m G mm

(1)

式中 G )))重物重力 r )))卷筒半径 m )))滑轮组倍率 V m )))液压马达排量 G mm )))液压马达机械效率

当换向阀处在中位时,重力在液压马达回油腔形成的压力不足以使单向顺序阀开启,液压马达不能转动,防止了重物的自行下滑。此时液压马达的转速

n m =

q G mm V m

(2)

此种回路,液压马达的转动速度平稳,但顺序阀压力调定后,所建立的背压p 2等于p x ,即为定

值,根据马达轴上的力矩平衡关系,供油压力

p 1=p 2-2P rG

mV m G m m

(3)

要保证完全平衡,单向顺序阀的调定压力须按最大超越负载来调定,有

p xma x =2P rG ma x

mV m G

m m

代入式(3),供油压力

p 1=p xmax -2P rG mV m G m m =2P r

mV m G m m

(G max -G)(4)

当实际重力G 等于最大重力G max 时,供油压力p 1最小;实际重力G 减小时,供油压力p 1将增加而产生过平衡,造成不必要的能量消耗,故这种用单向顺序阀的平衡回路仅适用于超越负载不变的

场合。

图2 平衡回路

(a)用单向顺序阀的平衡回路(b)用液控平衡阀的平衡回路

图2b 所示为采用液控平衡阀(不是外控顺序阀)的平衡回路。液控平衡阀中的节流口随控制压力变化而变化,控制压力升高,节流口变大;控制

压力降低,节流口变小;控制压力消失(换向阀回到中位),阀口单向关闭(相当于单向阀功能)。这种回路适用于所平衡的超越负载有变化的场合。如超越负载变大时,液压马达进油腔的压力(即平衡阀的控制压力)降低,平衡阀节流口自动变小,液压马达回油腔背压升高以平衡变大的超越负载;反之,超越负载变小,节流口自动变大,背压降低以适应变小的超越负载。当换向阀处于中位时,控制压力消失,平衡阀关闭,液压马达停止运动。由于液控平衡阀自动平衡了变化的超越负载,转动速度也仅取决于供油流量,与第1种回路相同,见式(1)。下行过程中,回油背压p 2随超越负载G 的变化而变化,所以供油压力基本不变,见式(3)。由于不会产生过平衡,供油压力很低,