運(yùn)梁車液壓支撐系統(tǒng)同步問題故障分析

余昌文 戴志兵

摘 要：運(yùn)梁車設(shè)置四個(gè)頂升油缸支撐箱梁，通過控制四個(gè)液壓油缸的回縮和頂升來實(shí)現(xiàn)運(yùn)梁車馱運(yùn)箱梁低位過隧道，高位喂梁的工況，四個(gè)油缸的同步性直接影響到馱梁的穩(wěn)定性和安全性。結(jié)合杭黃項(xiàng)目HZY900運(yùn)梁車設(shè)計(jì)的箱梁支撐液壓系統(tǒng)，箱梁起升和下降過程中不同步的問題進(jìn)行分析，通過講述分流集流閥的使用特性來分析系統(tǒng)不同步的原因。并針對該液壓系統(tǒng)提出一些改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng);同步;分流集流閥

引言

目前隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，液壓系統(tǒng)作為先進(jìn)的執(zhí)行控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于工程機(jī)械行業(yè)中，其中同步控制系統(tǒng)是液壓系統(tǒng)中常見的一部分，工程應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)同步的方式很多，包括：節(jié)流調(diào)速同步系統(tǒng)、分流集流閥同步系統(tǒng)、比例同步系統(tǒng)等。設(shè)計(jì)階段往往會(huì)根據(jù)系統(tǒng)的同步精度要求，綜合考慮系統(tǒng)的復(fù)雜程度以及成本來選擇合適的同步控制方式。也經(jīng)常出現(xiàn)同步控制達(dá)不到實(shí)際使用要求，而難以解決的狀況。杭黃HZY900運(yùn)梁車采用分流集流閥同步系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)四個(gè)油缸同步。

一、工程概況

杭黃項(xiàng)目HZY900運(yùn)梁車馱運(yùn)箱梁為實(shí)現(xiàn)低位過隧道，高位喂梁而設(shè)置的液壓支撐系統(tǒng)。該液壓系統(tǒng)設(shè)置四個(gè)油缸支撐箱梁，通過液壓系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)四個(gè)油缸起升下降的同步?，F(xiàn)場四個(gè)油缸起升下降過程中，支撐箱梁的四個(gè)液壓油缸出現(xiàn)速度緩慢，而且縱向兩組油缸出現(xiàn)不同步的現(xiàn)象，不僅降低了施工效率，油缸不同步的問題對箱梁的馱運(yùn)造成很大的安全隱患。通過對液壓系統(tǒng)的分析，研究系統(tǒng)中分流集流閥的性能，對系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，適當(dāng)提升系統(tǒng)的速度，將支撐油缸的不同步誤差降低的措施來增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性和效率。

分流集流閥也稱：同步閥，是集液壓分流閥、集流閥功能于一體的獨(dú)立液壓器件。是液壓閥中分流閥，集流閥，單向分流閥，單向集流閥和比例分流閥的總稱。同步閥主要是應(yīng)用于雙缸及多缸同步控制液壓系統(tǒng)中。通常實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)的方法很多，但其中以采用分流集流閥-同步閥的同步控制液壓系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、制造容易、可靠性強(qiáng)等許多優(yōu)點(diǎn)，因而同步閥在液壓系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

二、支撐液壓系統(tǒng)原理

液壓系統(tǒng)由4個(gè)油缸組成（YG–01、YG–02、YG–03、YG–04），YG–01和YG–03并聯(lián)為一組，YG–02和YG–04并聯(lián)為一組，每組工作油路上分別設(shè)置一個(gè)開關(guān)換向閥，可以單獨(dú)調(diào)節(jié)一組油缸的動(dòng)作。每個(gè)油缸的無桿腔設(shè)置了液控單向閥裝置，控制油口直接從系統(tǒng)工作油口取油，并配有開關(guān)控制閥，當(dāng)控制油口無壓力油時(shí)，液壓油缸的無桿腔依靠液控單向閥鎖死，可防止油缸支撐箱梁停止?fàn)顟B(tài)下，油缸回縮。系統(tǒng)油路中設(shè)置了3個(gè)分流集流閥（JL–1、JL–2、JL–3），3套分流集流閥（采用TQ型分流閥，型號(hào)分別為一套TQ5P–A6，8和兩套TQ4P–A5）將液壓系統(tǒng)工作油路一分為四后，又將兩組分流集流閥的出油口各堵死一個(gè)，然后分別給兩組油缸供油，系統(tǒng)由三位四通電磁換向閥來實(shí)現(xiàn)支撐油缸的伸縮動(dòng)作，當(dāng)油缸頂升動(dòng)作時(shí)，分流集流閥將系統(tǒng)壓力油分為兩股相等的輸出分流量提供給兩組油缸。液壓系統(tǒng)動(dòng)力由運(yùn)梁車上2個(gè)力士樂產(chǎn)A11VO190開式泵提供動(dòng)力，并設(shè)置單向節(jié)流閥控制系統(tǒng)總流量。

三、支撐系統(tǒng)故障分析

4個(gè)液壓油缸支撐715t箱梁，執(zhí)行頂升和下降動(dòng)作時(shí)，油缸運(yùn)行速度比較緩慢，走完一個(gè)工作行程后，第一組油缸的位移比第二組的位移多走了約100mm。存在較大的同步誤差。同組油缸暫無明顯的位移誤差。

設(shè)計(jì)者的意圖是想通過3套分流集流閥將系統(tǒng)油路一分為四，分別為四個(gè)油缸供油，后又將四個(gè)油缸合并為兩組，并將系統(tǒng)堵死兩個(gè)油口，分別給兩組油缸供油。導(dǎo)致分流集流閥單個(gè)油口供油給兩個(gè)油缸，油液流量供應(yīng)減小一半，導(dǎo)致油缸速度明顯不足。

系統(tǒng)的同步靠分流集流閥來實(shí)現(xiàn)。4個(gè)油缸兩兩并聯(lián)，形成兩組，系統(tǒng)采用3組分流集流閥完全可以由一個(gè)分流集流閥代替，分流集流閥使用時(shí)，具有一定的同步誤差，3個(gè)分流集流閥組合很容易造成同步誤差的累積，影響同步性能。系統(tǒng)兩個(gè)分流集流閥的出油口各堵死一個(gè)，已經(jīng)失去了分流的意義。

四、分流集流閥特點(diǎn)介紹

TQ型分流閥是一種流量自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，如圖1所示為分流閥的職能符號(hào)，其最大工作壓力Pmax=35MPa，通流量Qcn=200L/min，分流比1∶1，A、B、C口的實(shí)際流量分別為Q1、Q2、Q0，該閥很大程度上不受工作油口A與B的壓力差別影響，將從C口流入的流量Q0，分為兩股相等的輸出分流量Q1和Q2，或者在相反的方向上，保持分流量Q1和Q2數(shù)值相等地匯合成合成流量Q0。

圖3所示為等量分流閥的結(jié)構(gòu)原理圖，它可以看作是由兩個(gè)串聯(lián)減壓式流量控制閥結(jié)合為一體構(gòu)成的。該閥采用“流量–壓差–力”負(fù)反饋，用兩個(gè)面積相等的固定節(jié)流孔1、2作為流量一次傳感器，作用是將兩路負(fù)載流量Q1、Q2分別轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的壓差值ΔP1和ΔP2。代表兩路負(fù)載流量Q1和Q2大小的壓差值ΔP1和ΔP2同時(shí)反饋到公共的減壓閥芯6上，相互比較后驅(qū)動(dòng)減壓閥芯來調(diào)節(jié)Q1和Q2大小，使之趨于相等。

五、影響分流集流閥精度的原因分析

（1）分流精度與閥的實(shí)際入口流量Q0有關(guān)，且Q0應(yīng)不小于50%～100%Qcn，如果低于50%Qcn，則分流精度會(huì)降低。使用分流閥時(shí)，必須選擇最接近的流量代號(hào)。

本系統(tǒng)借用運(yùn)梁車系統(tǒng)動(dòng)力源實(shí)現(xiàn)油缸動(dòng)作，系統(tǒng)中采用了雙單向節(jié)流閥控制系統(tǒng)流量。選用為兩套TQ4P–A5和一套TQ5P–A6的分流閥組合實(shí)現(xiàn)同步，可通過如下方式得到分流閥實(shí)際通流流量：

已知：

箱梁重量：M3=715t

油缸缸筒內(nèi)徑：D3=360mm

活塞桿直徑：d3=280mm

油缸行程：L3=650mm

系統(tǒng)額定壓力：p3=28MPa

實(shí)際測得油缸頂升全行程所需時(shí)間為：t3=4min

計(jì)算：

油缸頂升速度：

系統(tǒng)壓力：

單個(gè)油缸所需流量：

則分流閥TQ4p實(shí)際流量為：

分流閥TQ5p的實(shí)際流量為：

系統(tǒng)所選分流閥為兩套TQ4P–A5和一套TQ5P–A6，8由下表可知兩組閥的額定總流量分別為Qcn4p=120 L/min，Qcn5p=200 L/min。系統(tǒng)的實(shí)際入口流量即為分流閥TQ5P–A6，8的實(shí)際入口流量，單組油缸實(shí)際入口流量即為單個(gè)分流閥TQ4P–A5的實(shí)際入口流量。

由于Q4p<50%Qcn4p，而Q5p<50% Qcn5p，可以看出系統(tǒng)分流閥的選型與系統(tǒng)流量要求不匹配，對分流閥的分流精度影響很大。

（2）分流精度還與負(fù)載接口A與B之間的壓力差有關(guān)。兩者壓力相等或者差別微不足道時(shí)，分流精度約在2%以內(nèi)，兩接口壓力差增大時(shí)，分流精度誤差隨之增大。當(dāng)壓力差別在10MPa時(shí)，TQ4P–A5分流閥的分流精度約在2%～2.5%，TQ5P–A6，8分流閥的分流精度則高達(dá)5%～7%。

（3）分流閥將系統(tǒng)工作油路一分為二才能體現(xiàn)分流同步作用，將分流閥一個(gè)出口堵住使用，不僅失去分流閥的作用，起不到同步效果。

（4）分流閥的分流精度還受到液壓油的壓縮性、軟管的膨脹以及要求同步的兩工作油路的管路長短不一致有關(guān)。

（5）多個(gè)分流閥組合，由于分流閥精度不是很高，多個(gè)分流閥的組合精度會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)精度累積，同步性能大大降低。

六、液壓支撐系統(tǒng)同步性能改進(jìn)措施

要求保證支撐系統(tǒng)頂升速度v3=2.708mm/s不變。系統(tǒng)直接采用一個(gè)分流閥實(shí)現(xiàn)兩組油缸的同步動(dòng)作。根據(jù)前面分流閥通流流量的計(jì)算，結(jié)合表1可以選擇分流閥的型號(hào)為：TQ4P–A5。該分流閥的額定流量Qcn4p=120L/min，滿足實(shí)際系統(tǒng)流量Q4p=66.162L/min=（50%～100%）Qcn4p。同時(shí)需對單向節(jié)流閥的流量通過試驗(yàn)臺(tái)調(diào)定，使單向節(jié)流閥的額定流量調(diào)整為66.162L/min。

由于采用分流閥實(shí)現(xiàn)同步，仍具有一定的同步誤差，系統(tǒng)在每個(gè)油缸的無桿腔設(shè)置一個(gè)開關(guān)閥，當(dāng)某個(gè)誤差偏大時(shí)，可單獨(dú)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。

七、結(jié)論

結(jié)合以上分析，杭黃HZY900運(yùn)梁車的支撐液壓系統(tǒng)采用分流集流閥，其同步精度并不是很高。目前能實(shí)現(xiàn)較高同步精度的液壓系統(tǒng)，需采用比例多路閥結(jié)合位移傳感器來實(shí)現(xiàn)同步，該系統(tǒng)回路向?qū)?fù)雜，成本偏高。

參考文獻(xiàn)

[1] HZY900運(yùn)梁車使用說明書.