汽車起重機(jī)單缸插銷伸縮機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的改進(jìn)

 

    1.工作原理單缸插銷伸縮機(jī)構(gòu)主要由吊臂、伸縮缸、缸銷和臂銷等組成，如所示。

 

    本文以五節(jié)吊臂為例，介紹其工作原理。

 

    伸吊臂時(shí)，伸縮缸缸筒首先伸出。當(dāng)缸筒運(yùn)動(dòng)到第五節(jié)臂缸銷孔位置時(shí)，將缸銷插入第五節(jié)臂缸銷孔（側(cè)面），然后將第五節(jié)臂上的臂銷（頂部）拉下，以使第五節(jié)臂脫離第四節(jié)臂連接。伸縮缸缸筒繼續(xù)仲出，直到第五節(jié)臂銷運(yùn)動(dòng)到第四節(jié)臂前端另一個(gè)臂銷孔處時(shí)，將第五節(jié)臂臂銷插入第四節(jié)該臂銷孔。缸銷脫離五節(jié)臂缸銷孔，伸縮缸回縮，至此完成第五節(jié)臂伸臂過程。

 

    如此反復(fù)操縱多次后，順序伸出第四節(jié)臂、第三節(jié)臂、第二節(jié)臂，即完成整個(gè)伸臂過程?？s臂時(shí)，所有過程反向操縱。

 

    單缸插銷伸縮機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)主要由換向閥1、卸荷閥2、卸荷電磁閥3、換向閥4、平衡閥5、伸縮缸6、缸銷缸7、臂銷缸8、芯管9、缸銷臂銷切換電磁閥10等組成，如所示。在自動(dòng)伸縮時(shí)，電磁鐵1YA或2YA―直處于通電狀態(tài)。電磁缸銷鐵3YA、4YA、5YA和6YA在插銷與拔銷時(shí)的狀態(tài)如表1所示。

 

    由可以看出，插拔缸銷和臂銷時(shí)，主油路（P2）處于卸荷狀態(tài)，伸縮缸停止動(dòng)作，由5YA和6YA電磁鐵控制完成缸銷和臂銷的插拔工作。其工作過程如下：伸縮缸缸銷運(yùn)動(dòng)到缸銷孔（或臂銷孔）附近時(shí)，電控系統(tǒng)檢測(cè)到信號(hào)，將伸縮缸運(yùn)行速度降低，同時(shí)伸縮缸缸銷（或臂銷）彈出，其端面在吊臂上滑動(dòng)。直至缸銷運(yùn)動(dòng)到正對(duì)缸銷孔（或臂銷孔）處，缸銷（或臂銷）彈入缸銷孔（或臂銷孔），完成插銷過程。

 

    伸縮缸缸筒運(yùn)動(dòng)到預(yù)定位置后，缸銷臂銷切換電磁閥控制油液進(jìn)入缸銷缸（或臂銷缸）。同時(shí)壓縮缸銷缸（或臂銷）內(nèi)彈簧，帶動(dòng)缸銷（或臂銷）從缸銷孔（或臂銷孔）拔出，從而完成拔銷過程。發(fā)出，操縱室內(nèi)的顯示器卻顯示缸銷或臂銷未拔出或未拔到位。

 

    三是即使插銷與拔銷動(dòng)作順利，也會(huì)發(fā)出巨大響聲，并引起整機(jī)振動(dòng)。

 

    3.原因分析在排除機(jī)械原因引起缸銷或臂銷卡滯后，我們從液壓系統(tǒng)（見）入手，分析吊臂伸縮缸可能有竄動(dòng)現(xiàn)象。其原因有2點(diǎn)：一是伸縮缸內(nèi)的芯管處形成推力，二是回油背壓使伸縮缸活塞兩端形成差動(dòng)推力。

 

    在拔缸銷或臂銷時(shí)，5YA電磁鐵處于通電狀態(tài)，伸縮缸內(nèi)的芯管相當(dāng)于一個(gè)小型的液壓缸，缸銷缸與臂銷缸的油壓均為8MPa.該油壓作用在伸縮缸上，推動(dòng)其缸筒運(yùn)動(dòng)。在伸縮缸缸筒運(yùn)動(dòng)過程中，伸縮缸（主油路回油油路均已連通）的有桿腔和無桿腔便自動(dòng)排油或補(bǔ)油。

 

    此時(shí)芯管處形成的推力計(jì)算如下：我公司設(shè)計(jì)的單缸插銷式伸縮機(jī)構(gòu)在試制時(shí)，出現(xiàn)以下3種缸銷和臂銷插拔故障：一是插缸銷或臂銷時(shí)，操作指令已發(fā)出，操縱室內(nèi)的顯示器顯示缸銷或臂銷雖已彈出，但并沒有完全伸到位。此狀態(tài)下，起重機(jī)安全保護(hù)程序不允許操縱者進(jìn)行下一步動(dòng)作。

 

    二是拔缸銷或臂銷時(shí)，操作指令已F芯管推力；P芯管處壓力，8MPa.伸縮缸主油路形成回油油路后，回油背壓（0.4MP）進(jìn)入伸縮缸的壓力相等。由于伸縮缸無桿腔受力面積比有桿腔受力面積大得多，所以伸縮缸形成差動(dòng)推力。差動(dòng)推力形成后，便推動(dòng)伸縮F彈缸銷插入缸銷孔時(shí)受力示意圖F禪一缸銷內(nèi)彈簧作用力F反吊臂缸銷孔對(duì)缸銷的反作用力N'、N2吊臂缸銷孔對(duì)缸銷的壓力f2在從和/2點(diǎn)形成的摩擦力缸銷f2FV卜壓缸銷拔出缸銷孔時(shí)受力示意圖Fk缸銷缸柱塞對(duì)缸銷的作用力F反吊臂缸銷孔對(duì)缸銷的反作用力NN2吊臂缸銷孔對(duì)缸銷的壓力ff2在和//2點(diǎn)形成的摩擦力插拔銷控制方式3VA工作部件4YA5YA6YA臂銷插銷得電得電斷電斷電拔銷得電得電得電斷電缸銷插銷得電得電斷電得電拔銷得電得電得電得電缸運(yùn)動(dòng)。

 

    差動(dòng)推力計(jì)算如下：f2差動(dòng)推力。

 

    d伸縮缸活塞桿直徑‘150min；我們?cè)谠囼?yàn)臺(tái)上，對(duì)伸縮缸進(jìn)行了以上分析和計(jì)算的試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)方法和結(jié)果如下：給芯管提供8MPa壓力油，并使伸縮缸的2條主油路均無背壓連回油箱時(shí)，伸縮缸運(yùn)動(dòng)；給伸縮缸2條主油路同時(shí)提供0.4MPa壓力油，并使芯管無背壓連回油箱時(shí)，伸縮缸運(yùn)動(dòng)；給芯管提供8MPa壓力油，并給伸縮缸2條主油路同時(shí)提供0.4MPa的油壓時(shí)，伸縮缸加速運(yùn)動(dòng)。

 

    分析認(rèn)為，插缸銷或臂銷時(shí)，5YA電磁鐵不通電，芯管內(nèi)無壓力，伸縮缸在巧的作用下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)缸銷或臂銷按照指令插入銷孔一部分后，由于差動(dòng)推力尸2的作用，使缸銷或臂銷在銷孔內(nèi)形成反作用力F反。當(dāng)銷軸在銷孔上形成的摩擦力大于缸銷缸或臂銷缸內(nèi)的彈簧彈力時(shí)，缸銷或臂銷不能再繼續(xù)彈出，缸銷或臂銷便插不到位。缸銷缸結(jié)構(gòu)如所示，此時(shí)銷軸受力情況如所示。

 

    拔缸銷或臂銷時(shí)，5YA電磁鐵通電，芯管內(nèi)有壓力，伸縮缸形成的差動(dòng)推力在F'PF2的共同作用下運(yùn)動(dòng)。此時(shí)缸銷或臂銷受到的作用力比插銷時(shí)受到的作用力更大，缸銷或臂銷在銷孔內(nèi)形成反作用力也更大。當(dāng)銷軸在銷孔上形成的摩擦力大于缸銷缸或臂銷缸的拉力時(shí)，缸銷或臂銷便不能拔出。此時(shí)銷軸受力情況如所示。

 

    在插銷和拔銷順利時(shí)，由于銷軸作用力的迅速釋放，導(dǎo)致無論是伸縮缸和吊臂，都會(huì)發(fā)生振動(dòng)，并產(chǎn)生巨響。

 

    4.解決方案分析計(jì)算和試驗(yàn)均表明，伸縮缸竄動(dòng)是插拔銷困難的主要原因。防止伸縮缸在插拔銷時(shí)竄動(dòng)，即可解決插拔銷問題。于是，我們決定對(duì)液壓系統(tǒng)控制方式進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的吊臂伸縮液壓系統(tǒng)如所示。

 

    從和相比較可看出，我們只對(duì)原液壓系統(tǒng)中的卸荷電磁閥作了少許改進(jìn)。在3YA和4YA電磁鐵通電時(shí)，卸荷電磁閥3的2個(gè)主閥芯均處于關(guān)閉狀態(tài)，伸縮缸2條主油路封閉，不再連通回油油路。由于伸縮缸2條主油路完全封閉，伸縮缸2不再形成差動(dòng)推力。另外，由于液壓油的壓縮性相當(dāng)小，即使在6的作用下，伸縮缸移動(dòng)量也非常小。

 

    比較和不難發(fā)現(xiàn)：在插拔銷動(dòng)作時(shí)，中換向閥（序號(hào)1）換向后，其控制的2條主油路油液直接流回油箱，壓力非常??；而在中，由于卸荷電磁閥2個(gè)換向閥閥芯處于關(guān)閉狀態(tài)，主閥上的2條主油路油液只能從溢流閥溢流，壓力相當(dāng)大。

 

    按照進(jìn)于改進(jìn)，系統(tǒng)消耗的功率有所增大，油溫升高速度加快。不過，由于起重機(jī)在使用過程中，插、拔銷過程所占時(shí)間非常短，因此該改進(jìn)對(duì)液壓系統(tǒng)和整機(jī)性能的影響不大，可忽略不計(jì)。

 

    按上述方案進(jìn)行改進(jìn)后，起重機(jī)插拔銷順利，吊臂伸縮自如，伸縮時(shí)間大大縮短，證明改進(jìn)獲得成功。