160噸輪胎式提梁機液壓系統(tǒng)分析和改進

陳忱　吳春慧　程海華　蘇杰

摘 要：介紹了160噸輪胎式提梁機的液壓系統(tǒng)原理，介紹了負載敏感系統(tǒng)的兩種形式，通過分析比較了閥前補償和閥后補償在提梁機液壓系統(tǒng)的適用性，得出采用閥后補償?shù)呢撦d敏感系統(tǒng)對該提梁機有更好的經(jīng)濟性。

關(guān)鍵詞：輪胎式提梁機；負載敏感系統(tǒng)；閥前補償；閥后補償

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.060

0 引言

中鐵工程機械研究設(shè)計院研制的MDEL160型輪胎式提梁機適用于鐵路預(yù)制T型梁的起吊、運輸、裝車等工作。該提梁機的的行走、轉(zhuǎn)向和支腿等系統(tǒng)為液壓傳動并在行業(yè)內(nèi)率先采用了開式行走的方案，用開式變量泵為行走、轉(zhuǎn)向和支腿等系統(tǒng)提供油源，通過閥前補償?shù)呢撦d敏感多路閥控制馬達和液壓缸動作。若采用閥后補償?shù)呢撦d敏感多路閥進行控制，可以選用更小排量的負載敏感開式泵，降低系統(tǒng)能耗和整機成本。

1 主要動作液壓系統(tǒng)原理

MDEL160型輪胎式提梁機液壓系統(tǒng)采用兩側(cè)對稱布置，每側(cè)系統(tǒng)的執(zhí)行元件包含：2個行走液壓馬達、4個轉(zhuǎn)向油缸、2個支腿油缸。由電機帶動1臺130ml/r的開式變量泵供油，用負載敏感多路閥進行控制，見圖1。

提梁機在某一個典型的提梁、落梁周期內(nèi)的動作順序為：縱向行走→伸支腿→輪組90度轉(zhuǎn)向→縮支腿→橫向行走→提梁→橫向行走→落梁→橫向行走（前往下一個梁位）。整機行走時，如果姿態(tài)需要調(diào)整，會同時進行轉(zhuǎn)向動作；支腿油缸一般在輪組90度轉(zhuǎn)向前伸出，轉(zhuǎn)向以后縮回，不和其他液壓執(zhí)行元件同時動作。

開式變量泵的流量必須保證行走馬達和轉(zhuǎn)向油缸同時工作，根據(jù)整機的行走速度和轉(zhuǎn)向速度要求，單側(cè)的行走馬達需要流量為74.8L/min，4個轉(zhuǎn)向油缸需要的總流量為100L/min，開式系統(tǒng)采用閥前補償?shù)呢撦d敏感系統(tǒng)，所以開式變量泵的排量需要滿足公式（1）：

可以得出Vg=125.2ml/r。選擇丹佛斯ER-130的負載敏感泵可以滿足要求，每轉(zhuǎn)排量為130ml/r。

2 負載敏感系統(tǒng)的兩種形式

負載敏感技術(shù)就是將負載所需的壓力、流量與泵源的壓力流量匹配起來以最大程度提高系統(tǒng)效率的一種技術(shù)[1]。這種技術(shù)通常由負載敏感泵和負載敏感多路閥等組成回路，其液壓泵的壓力和多個負載中的最大負載相適應(yīng)， 通過負載敏感閥內(nèi)置的壓力補償閥對小負載壓力進行補償，從而滿足多個執(zhí)行元件與負載無關(guān)的流量要求。根據(jù)壓力補償閥的位置不同，分兩種控制方式。

2.1 閥前補償?shù)目刂品绞?/p>

壓力補償閥設(shè)置在主閥前側(cè)，該控制方式稱為閥前補償，見圖2。

壓力補償閥的彈簧設(shè)定壓力為px1和px2（一般有px1=px2），多路閥主閥前側(cè)的壓力分別pm1和pm2，有pm1=p1+ px1，pm2=p2+ px2，主閥前后壓差為Δp1= pm1-p1= px1，Δp2= pm2-p2= px2，假設(shè)p2>p1，最大負載壓力p2反饋到開式泵上的補償閥，開式泵的出口壓力調(diào)節(jié)至ps，節(jié)流口的流量特性[2]為：

可得出兩片多路閥的流量與主閥開度和前后的壓差成正比，當(dāng)系統(tǒng)流量不飽和時，主閥的前后壓差等于補償閥的彈簧設(shè)定壓力（為定值），此時多路閥的流量只與主閥的開度成正比；如果液壓泵提供的流量飽和時，液壓油會先流向負載低的多路閥，負載高的一片多路閥壓差無法達到補償閥的彈簧設(shè)定值，通過其主閥的流量減少，負載高的執(zhí)行元件的運動速度會減小直到停止。一般來說，提梁機行走時，行走馬達的壓力要高于轉(zhuǎn)向壓力，如果開式泵的流量不夠，就會出現(xiàn)轉(zhuǎn)向正常但行走速度突然變慢的情況，會對設(shè)備的結(jié)構(gòu)和T型梁造成很大沖擊。

2.2 閥后補償?shù)目刂品绞?/p>

壓力補償閥設(shè)置在主閥后側(cè)，該控制方式稱為閥后補償，見圖3。

壓力補償閥設(shè)置在主閥之后，補償閥彈簧腔是通過梭閥提取最大負載壓力，補償閥非彈簧腔連通主閥芯后側(cè)壓力，假設(shè)p2>p1，多路閥主閥芯后側(cè)的壓力分別pn1和pn2，此時有p2+px1=pn1，p2+px2=pn2，所以各補償閥非彈簧腔端壓力pn1=pn2，換向閥前后壓差Δp1=ps-pn1=Δp2=ps-pn2=Δp， 通過多路閥的流量：

即通過各多路閥的流量和主閥的開度以及前后的壓差有關(guān)。當(dāng)系統(tǒng)在流量飽和時多執(zhí)行元件同時動作的情況下，液壓泵的補償閥無法達到調(diào)定壓差，壓力Δp 減小，由于壓力補償閥中彈簧腔壓力p2不變，系統(tǒng)壓差Δp1和Δp2將相應(yīng)減小，基于閥后補償多路閥的控制系統(tǒng)具有抗流量飽和作用，即使未采取任何附加措施，當(dāng)發(fā)生流量飽和時也能實現(xiàn)按比例降低各執(zhí)行機構(gòu)速度的功能[3]，不會出現(xiàn)最大負載執(zhí)行元件停止運動的情況。

由于行走馬達需要流量為74.8L/min，4個轉(zhuǎn)向油缸需要的總流量為100L/min，在行走和轉(zhuǎn)向同時動作時，若流量不飽和，進行等比例的流量分配，可選用ER-100的開式變量泵，最大排量為100ml/r，根據(jù)公式（1），此時泵能提供的流量為140L/min，按照等比例分配可以給行走馬達分配60L/min，給轉(zhuǎn)向油缸分配80L/min。在提梁機做轉(zhuǎn)向調(diào)整的時候，行走速度降低一點反而更有利于整機平穩(wěn)， T型梁的穩(wěn)定性也更好。選擇更小一檔排量的負載敏感開式泵，可以降低液壓系統(tǒng)能耗和整機制造成本。

3 結(jié)論

MDEL160噸輪胎式提梁機原采用2臺130ml/r的開式變量泵為行走、轉(zhuǎn)向和支腿等系統(tǒng)提供油源，通過閥前補償?shù)呢撦d敏感多路閥控制執(zhí)行元件動作。閥后補償?shù)亩嗦烽y經(jīng)過多年的技術(shù)積累，價格已經(jīng)接近閥前補償?shù)亩嗦烽y；采用閥后補償方式進行控制，可以將開式泵的排量減小到100ml/r，降低液壓系統(tǒng)能耗和整機制造成本。

參考文獻：

[1]黃新年，張長生，陳忠強.負載敏感技術(shù)在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].流體傳動與控制，2007（05）：28-30.

[2]陳奎生.液壓與氣壓傳動[M].武漢理工大學(xué)出版社，2001（01）：87-88.

[3]劉偉，徐兵，楊華勇，朱曉軍.LUDV多路閥的挖掘機電液流量匹配控制系統(tǒng)特性[J]. 浙江大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2012（8）：1360-1368.

作者簡介：陳忱（1984-），男，湖北襄陽人，碩士研究生，工程師，研究方向：機械電子工程。