電子液壓式力矩保護(hù)器工作原理

李征

（三河市新宏昌專用車有限公司，河北三河 065201）

1 引言

直臂卷?yè)P(yáng)式隨車起重機(jī)原使用的電子式力矩保護(hù)器，當(dāng)力矩達(dá)到額定力矩的100%～110%時(shí)，切斷主油路，起到安全保護(hù)作用，但是不符合GB6067.1-2010《起重機(jī)械安全規(guī)程》中應(yīng)允許向安全方向操作的規(guī)定；而起重量10t 以上的隨車起重機(jī)，由于變幅油缸三角形幾何關(guān)系，液壓式力矩保護(hù)閥誤差較大，不符合“當(dāng)力矩達(dá)到額定力矩的100%～110%時(shí)應(yīng)切斷力矩增大方向的油路”的規(guī)定。本文僅就一種新型的電子液壓式力矩保護(hù)器的工作原理進(jìn)行探討。

2 隨車起重機(jī)的力學(xué)模型

直臂卷?yè)P(yáng)式隨車起重機(jī)最大額定起重量時(shí)的力學(xué)模型和幾何關(guān)系分別見圖1、圖2。

圖1 直臂隨車起重機(jī)力學(xué)模型

圖2 直臂隨車起重機(jī)變幅幾何關(guān)系

隨車起重機(jī)起升力矩為非等力矩原則，不同的臂長(zhǎng)和不同的起升仰角所需的起升力矩是不相同的，根據(jù)圖1中的受力關(guān)系，得出下式：

根據(jù)圖2 幾何關(guān)系推導(dǎo)，得出如下力矩關(guān)系：

式中：P-變幅油缸無活塞桿腔工作壓力，MPa；k-起升載荷動(dòng)載系數(shù)；k1-起重臂自重動(dòng)載系數(shù)；Q-額定起重量，kg；R-工作幅度，mm；r-回轉(zhuǎn)中心到起重臂回轉(zhuǎn)中心的距離，mm；Gb-起重臂質(zhì)量，kg；Rb-起重臂重心到起重臂回轉(zhuǎn)中心的距離，mm；D-變幅油缸直徑，mm；D0-變幅油缸活塞桿直徑，mm；P0-變幅油缸活塞桿腔工作壓力，MPa；g-重力加速度，9.81m/s2；α-伸縮臂仰角，（°）；β-變幅油缸與伸縮臂交點(diǎn)和伸縮臂回轉(zhuǎn)中心連線與水平線的夾角，（°）；θ-變幅油缸與立柱交點(diǎn)和伸縮臂回轉(zhuǎn)中心連線與水平線的夾角，（°）；L1-變幅油缸與立柱交點(diǎn)到伸縮臂回轉(zhuǎn)中心的距離，mm；L2-變幅油缸與伸縮臂交點(diǎn)到伸縮臂回轉(zhuǎn)中心的距離，mm。

由式（2）知，與起升力矩相關(guān)的各參數(shù)除了P、P0、α 外均為已知量，只要測(cè)量三個(gè)參數(shù)即可與額定值進(jìn)行比較。

3 工作原理

電子液壓式力矩保護(hù)器工作原理有兩種方式：（1）動(dòng)力液壓油分流控制方式；（2）動(dòng)力液壓油截止控制方式，分別見圖3 和圖4。

圖3 動(dòng)力液壓油分流控制方式工作原理

圖4 動(dòng)力液壓油截止控制方式工作原理

3.1 動(dòng)力液壓油分流控制方式工作原理

吊臂長(zhǎng)度傳感器、吊臂仰角傳感器、變幅有桿腔壓力傳感器和變幅無桿腔壓力傳感器將檢測(cè)信號(hào)傳遞給CPU，CPU 經(jīng)過邏輯運(yùn)算，當(dāng)計(jì)算起升力矩達(dá)到額定起升力矩的95%時(shí)，將信號(hào)傳輸給報(bào)警器，發(fā)出報(bào)警聲；當(dāng)計(jì)算起升力矩達(dá)到額定起升力矩的100%～110%時(shí)，接通電磁換向閥Z 電路，電磁閥換向，P 和T 口直接接通；當(dāng)操作吊臂伸縮油缸2 伸出、卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)3 起升、變幅油缸4 回縮時(shí)，動(dòng)力油直接通油箱，該方向無法動(dòng)作，而可以實(shí)現(xiàn)反方向的動(dòng)作；當(dāng)?shù)醣凵炜s油缸2 回縮、卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)3 下降、變幅油缸4 伸出后，起升力矩值減小，當(dāng)起升力矩值小于額定起升力矩100%后，CPU發(fā)出信號(hào)，切斷電磁換向閥Z 電路，電磁閥換向，切斷P1和T，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

該系統(tǒng)利用電磁換向閥Z 分流，由于單向閥和電磁換向閥以及回油管路的壓力損失，在分流處會(huì)存在一定的背壓，對(duì)變幅和伸縮動(dòng)作沒有影響，但對(duì)空載卷?yè)P(yáng)過卷報(bào)警會(huì)有一定的影響，如果分流油路壓力損失大，過卷報(bào)警裝置失靈，此時(shí)可以采取以下措施：（1）盡量采用流量大、壓力損失小的單向閥和電磁換向閥及較大管徑的油路，壓力損失控制在1MPa 以下。（2）在卷?yè)P(yáng)下降油路上加裝減壓閥或卷?yè)P(yáng)起升油路上加裝順序閥，提高空載卷?yè)P(yáng)工作壓力。

3.2 動(dòng)力液壓油截止控制方式工作原理

吊臂長(zhǎng)度傳感器、吊臂仰角傳感器、變幅有桿腔壓力傳感器和變幅無桿腔壓力傳感器將檢測(cè)信號(hào)傳遞給CPU，CPU 經(jīng)過邏輯運(yùn)算，當(dāng)計(jì)算起升力矩達(dá)到額定起升力矩的95%時(shí)，將信號(hào)傳輸給報(bào)警器，發(fā)出報(bào)警聲；當(dāng)計(jì)算起升力矩達(dá)到額定起升力矩的100%～110%時(shí)，接通電磁換向閥Z1、Z2、Z3電路，電磁閥換向，P1截止；當(dāng)操作吊臂伸縮油缸2 伸出、卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)3 起升、變幅油缸4 回縮時(shí)，動(dòng)力油截止，該方向無法動(dòng)作，而可以實(shí)現(xiàn)反方向的動(dòng)作；當(dāng)進(jìn)行吊臂伸縮油缸2 回縮、卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)3 下降、變幅油缸4 伸出后，起升力矩值減小，當(dāng)起升力矩值小于額定起升力矩100%后，CPU 發(fā)出信號(hào)，切斷電磁換向閥Z1、Z2、Z3電路，電磁閥換向，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

該系統(tǒng)為利用電磁換向閥換向截止液壓油通向執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該系統(tǒng)安全可靠，需要利用3個(gè)電磁閥，成本較高，需要較大的安裝空間。

4 結(jié)論

以上兩套系統(tǒng)均可滿足直臂卷?yè)P(yáng)式隨車起重機(jī)力矩安全保護(hù)功能，第一種方法相對(duì)簡(jiǎn)單、成本較低，建議優(yōu)先采用。