液壓起重設(shè)備液壓系統(tǒng)安全保護(hù)措施的探討

連帥梅，張世憑

(成都工業(yè)學(xué)院工程素質(zhì)訓(xùn)練中心，四川成都 610031)

目前，液壓起重設(shè)備在我國應(yīng)用比較廣泛，它是眾多起重設(shè)備中的一種。由于此種液壓設(shè)備性能的獨特性，現(xiàn)在已是眾多行業(yè)中必不可缺的一種起重設(shè)備，例如常見的吊車、液壓叉車以及剪式液壓平臺等。對于這類設(shè)備，要求它在工作中必須保證升降、啟停過程的平穩(wěn)性，保證設(shè)備能在任意位置停止，且不能有任何方向的移動，特別是不能出現(xiàn)在工作過程中突然失壓，導(dǎo)致起升貨物突然下降，造成設(shè)備、貨物及人員安全事故發(fā)生。文中從分析事故發(fā)生的潛在風(fēng)險入手，對起重液壓設(shè)備的安全保護(hù)措施做了相應(yīng)的探討與分析。

1 液壓起升設(shè)備安全隱患的分析

液壓起升設(shè)備主要存在的安全隱患是設(shè)備在起升或支撐重物的過程中管路突然失壓，起升物突然下降。造成這種現(xiàn)象的原因主要有以下幾個方面:(1)液壓元件本身質(zhì)量不合格，如液壓鎖緊裝置損壞等;(2)在大多數(shù)起重設(shè)備中液壓缸作為起升重物執(zhí)行機(jī)構(gòu)，提供直接的驅(qū)動力，液壓缸需要隨起重設(shè)備運動，因此液壓缸與液壓主回路須使用液壓膠管連接，此時液壓缸既作為升降時的動力，又作為施工作業(yè)時升降機(jī)的支撐構(gòu)件，因此液壓缸及其連接管路對整個系統(tǒng)安全起著非常重要的作用，一旦發(fā)生破斷，將危及人員和機(jī)械的安全。通常高壓膠管產(chǎn)生破斷的原因主要包括［1-3］:

①機(jī)器作業(yè)時液壓缸隨升降機(jī)運動，高壓膠管反復(fù)進(jìn)行彎曲動作，因而產(chǎn)生疲勞破斷;

②液壓升降機(jī)的負(fù)載變化較大，液壓系統(tǒng)內(nèi)將產(chǎn)生液壓脈動，脈動壓力達(dá)到一定值時，高壓膠管會產(chǎn)生破斷;

③高壓膠管質(zhì)量差，膠管與金屬接頭的扣壓連接強度不夠，液壓系統(tǒng)中峰值壓力出現(xiàn)時，出現(xiàn)爆管現(xiàn)象。

2 起升設(shè)備液壓系統(tǒng)常見安全保護(hù)措施的分析

2.1 傳統(tǒng)液壓保護(hù)回路

圖1 液控單向閥加平衡閥保護(hù)回路

傳統(tǒng)液壓保護(hù)回路一般由液控單向閥、平衡閥、壓力繼電器等組成。如圖1所示為某剪叉式液壓升降機(jī)液壓保護(hù)回路。工作過程如下:當(dāng)系統(tǒng)正常工作時，換向閥1關(guān)閉，單向調(diào)速閥4保證起升物平穩(wěn)下降，液控單向閥2可以使起升平臺在升降過程中任意位置鎖緊。如果液控單向閥2到液壓泵站之間的管路破裂，則液控單向閥迅速鎖緊，保證起升物不下滑，然后，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥3和掰動手動換向閥1使起升物緩慢下降至地面。另外，當(dāng)系統(tǒng)突然失電時也能通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥3和掰動手動換向閥1使起升物緩慢下降至地面［4］。

此液壓回路的安裝要點在于:必須把液控單向閥2和單向調(diào)速閥4安裝在靠近液壓缸的進(jìn)口端，且液控單向閥2到液壓缸之間必須用硬管連接，其他液壓元件可以集成在液壓泵站上。該系統(tǒng)主要特點是結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，通常用于一些簡易的升降機(jī)構(gòu)中或是對成本有嚴(yán)格控制的設(shè)備中。由于調(diào)速閥4速度剛性較低，受負(fù)載影響較大。因此，該保護(hù)回路用于輕載場合，采用這種回路的設(shè)備一般起升質(zhì)量在500 kg以內(nèi)。

如果，將圖1中單向調(diào)速閥4換成圖2所示的FD平衡閥，則可以使液壓缸的下降速度與負(fù)載無關(guān)。另外，用一個二位二通電磁換向閥和壓力繼電器也可組成保護(hù)回路，此處不再介紹。

圖2 FD平衡閥簡圖

2.2 管路防爆閥式安全保護(hù)回路

防爆閥是一種失壓自動保護(hù)裝置，其基本原理是“感知”反向流過閥體的流量變化，并將流量信號轉(zhuǎn)化為壓差信號，壓差克服彈簧力推動閥芯運動，切斷油路。管路防爆閥是目前起升設(shè)備上一種常見的保護(hù)裝置，能夠有效防止液壓系統(tǒng)中管路破裂、管接頭拔脫、液壓鎖失靈等意外情況的發(fā)生［5］。如圖3所示，在液壓缸的出口加一個單向管路防爆閥2，當(dāng)液壓系統(tǒng)正常工作時，單向管路防爆閥2在彈簧力的作用下開啟，壓力油可以正反兩個方向自由流動。當(dāng)液控單向閥1和單向管路防爆閥2之間的管路破裂時，由A到B的流量突然加大，AB之間形成一個大于彈簧力的壓差，推動閥芯向左移動，油口被封住，起升物停留在管路破裂時的位置上。破裂管道修復(fù)后，重新通入壓力油推動閥芯向右移動，單向管路防爆閥2重新開啟，系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。

圖3 單向管路防爆閥保護(hù)回路

這種防爆閥具有結(jié)構(gòu)簡單、反應(yīng)迅速、使用方便、安全可靠等特點。

雖然單向管路防爆閥對起重液壓設(shè)備在管路突然爆裂也能起到安全保護(hù)作用，但正如上述提到的，在管路出現(xiàn)爆裂后必須待破裂管道修復(fù)，重新通入壓力油后，液壓系統(tǒng)才能正常工作，這勢必影響工作效率?；谝陨显?，可以采用雙管路防爆閥克服單向管路防爆閥帶來的影響。

圖4 雙管路防爆閥保護(hù)回路

雙管路防爆閥采用并聯(lián)冗余設(shè)計，如果系統(tǒng)的一根液壓膠管破裂，防爆閥迅速動作，閥口關(guān)閉阻斷油液流出，同時另一根液壓膠管可以繼續(xù)工作，使液壓系統(tǒng)仍能正常工作，大幅度提高了系統(tǒng)的工作可靠性，保證設(shè)備的安全作業(yè)。如圖4所示，如果在液壓管路的兩端均安裝防爆閥，當(dāng)液壓膠管破裂時，管路兩端的閥芯同時關(guān)閉，保證油液不大量滲漏［6-7］。

2.3 一種新安全保護(hù)措施思路的提出

無論是普通的液控單向閥、FD平衡閥、還是防爆閥，要實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的安全保護(hù)功能都必須把閥安裝在靠近液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu) (一般是液壓缸)，中間用硬管連接或者是將保護(hù)閥直接安裝在液壓缸上。這樣就會受到安裝位置和空間的限制，當(dāng)系統(tǒng)的流量要求增大時，所選用閥的外形尺寸也會相應(yīng)加大，這給閥的安裝帶來一定難度。

因此，文中提出一種新的安全保護(hù)思路，即設(shè)計一種帶失壓自鎖功能的液壓缸。如圖5所示，該液壓缸是在傳統(tǒng)的液壓缸的缸座內(nèi)置入一個二通插裝閥，并配置相應(yīng)功能的控制蓋板。該液壓缸的工作原理如下:當(dāng)系統(tǒng)正常工作時，閥2的右位接通，控制油口接油箱，壓力油可以從AB正反兩個方向自由流動，當(dāng)A端管路破裂突然失壓時，閥2左位接通，B到A的油路不通，液壓缸被鎖住，所以能夠有效防止安全事故的發(fā)生。另外，該液壓缸采用的二通插裝閥具有流通能力強、控制閥結(jié)構(gòu)小等特點，解決了安裝空間限制和受系統(tǒng)流量影響的問題。

圖5 失壓自鎖液壓缸原理圖

3 結(jié)束語

對液壓起重設(shè)備常見的一些安全保護(hù)措施作了總結(jié)和分析，并提出了一種新的安全保護(hù)裝置的設(shè)計思路，主要是起一個拋磚引玉的作用。文中幾種安全保護(hù)措施在液壓起重設(shè)備遇到管道爆裂等類似問題，都能起到一定的保護(hù)作用，可以避免安全事故的發(fā)生，但每種安全保護(hù)回路的使用情況視具體的工作環(huán)境和工作情況而定。其他更多新型、可靠的安全保護(hù)技術(shù)和方法，還需要行業(yè)科研技術(shù)人員集思廣益。

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