液压缸安全锁止系统的分析与改进.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 6 ． 2 0 1 6 d o i l O ． 3 9 6 9 ／ j ． is s n ． 1 0 0 8 0 8 1 3 ． 2 0 1 6 ．0 6 ． 0 1 5 液压缸安全锁止系统的分析与改进 孔德美， 李 涛， 刘邦才 Th e Ana l ys i s a n d I mp r o ve me n t of S e c u r i t y Lo c ki n g S y s t e m f o r Hy d r a ul i c Cyl i n d e r KONG De me i ， L I T a o ， L I UBa n g - c a i 徐州徐工液压件有限公司 ， 江苏 徐州2 2 1 0 0 0 摘要 针对大型工程机械车辆臂架伸出后 ， 出现 自动下掉的现象 ， 分析臂架下掉的原因和液压缸锁止系统的工作原理 ， 指出锁止系 统的不足， 增加了一种利用液压控制 的机械锁止装置 ， 改进了锁止系统， 并通过试验验证了改进措施的有效性， 提高了锁止系统可 靠性。 关键词 液压缸； 锁止系统； 机械锁止装置； 分析 中图分类号 T H1 3 7 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 6 0 6 - 0 0 4 9 0 2 O 引言 液压缸的安全锁止系统 由液压缸 、 平衡 阀、 换 向阀 等基本液压元件组成 ， 它是大型工程机械车辆安全变 幅、 臂架有效伸缩、 带载静置等动作的有利保障u 。 大型的起重机、 消防车等工程机械车辆 ， 大都采用 相同的安全锁止系统 ， 选用的液压缸也有数十米左 右。在作业过程 中 ， 出现 了一定 的共性问题 ， 即液压缸 带着臂架伸出后 ， 臂架会出现不同程度的下掉现象 ， 尤 其在支撑越重的负载静置一段时间， 液压缸有明显的 下掉现象 ， 则臂架端部表现出不同程度的晃动， 不能做 到作业过程的精准和平稳性控制， 不能保证高空作业 的安全性 ， 不仅对整车的性能造成了影响， 而且严重的 还会造成安全事故 1 。 由此可见 ， 液压缸安全锁止系统的性能影响大型 工程机械车辆的精准操作、 平稳性及安全性控制 ， 因此 改进液压缸锁止系统， 是解决臂架下掉现象， 提升产品 可靠性， 增加产品安全性的有效措施1 。 1 工作原理 液压缸的安全锁止系统具体的工作原理及液压缸 内部的结构如图1 所示。 当换向阀处于左位时 ， P口的压力油从换向阀B口 进人液压缸有杆腔， 同时开启平衡阀， 使液压缸回缩。 收稿 日期 2 0 1 6 - 0 1 1 2 作者简介 孔德美 1 9 7 0 一 ， 女 ， 江苏徐州人 ， 高级工程师， 学士 ， 主要从 事工程机械液压设计和技术研究工作。 [ 4 】 邵兵， 等． 代数阿基米德螺旋涡旋型线的研究[ J ] ． 兰州理工大 学学报， 2 0 0 4 ， 3 0 5 ， 1 0 6 4 - 6 7 ． 【 5 】 李泽蓉， 等． 用阿基米德螺旋线代替大直径圆弧的加工方法 当换向阀处于右位时， P口的压力油从换向阀A口通过 平 衡 阀进 人液 压缸无 杆腔 ， 推 动缸杆 克服 负载力伸 出。当换向阀回到中位时， A口停止供油， 无杆腔的液 压油被平衡阀锁住 ， 不能回流， 使无杆腔保持一定压 力 ， 这样活塞杆可以支撑负载， 并能把负载锁止在该位 置处 。 1 一 活塞2 一 缸筒3 一 活塞杆4 一 导向套5 一 平衡 阀6 一 换 向阀 图 1现行 的安全锁 止原 理图 使用该安全锁止系统， 主要存在以下3 点原因， 可 引起伸缩臂或折叠臂经常出现下掉故障 1 换向阀、 插装阀等内泄， 造成液压缸下掉； 2 高温液压油在迅速冷却后 ， 体积缩小， 会引起 液压缸下掉 ； 3 液压缸本身内泄而导致下掉 。 对于高压大流量系统， 且平衡阀为插装阀时， 例如 伸缩系统 ， 原因 1 表现的尤为明显 ， 该故障不仅影响 了车辆的性能， 造成安全隐患， 而且难以消除， 对液压 元件的加工精度和装配精度要求较高， 故障发生率高； 当环境温度很低时， 车辆停止动作后 ， 系统内的高温液 压油温度急剧下降， 这种情况下原因 2 表现明显 ； 另 [ J ] ． 四川兵工学报， 2 0 0 9 ， 3 0 3 1 3 8 - 1 3 9 ． [ 6 】 杨广洧， 等． 无油涡旋真空泵温度场 、 应力场和热变形的A N ． S Y S 分析[ J ] ． 真空， 2 0 0 8 ， 4 5 5 1 7 - 2 1 ． 液 压 气 动 与 密 J 1 “ ／2 01 6年 第 0 6期 外， 随着车辆使用年限的增加， 原因 3 会越来越明显， 到一定期限不得不将车辆返回厂家更换密封或更换液 压缸。 由此 可见液压系统采用该锁止控制原理 ， 有一定 程度的局限性 ， 因此有必要在液压锁止的基础上增加 机械锁止装置， 提高车辆锁止系统的安全可靠性。 2 安全锁止系统的改进 对 比原有系统 ， 改进后的液压锁止系统 ， 增加 了机 械锁紧装置及其液压控制系统， 如图2 、 图3 所示。其 中机械锁紧装置 1 0 固定在缸筒端部 ， 机械锁紧装置中 的夹紧环采用锥形结构 ， 只允许轴向移动 ， 由P 1 口供 给的压力油控制其夹紧与松开。 一负 载 卜活塞 2 一 缸筒3 一 活塞杆4 一 导向套5 一 平衡阀6 一 换向阀 7 一 单向阀 8 一 减压阀9 一 电磁阀1 0 一 机械锁紧装置 图2安全锁紧液压系统 酃 辎 推 力 弹 簧 ， l 松开 状 态 ⋯ 0 诵 活 奠 塞 镇 紧 状 态 图 3 机械 锁紧装置 具体工作原理 系统中电磁阀9 的进油 口常闭 即 不带电时， 电磁阀进油口断开 ， P 1 口与回油路相通， 处 于卸荷状态 ， 机械锁紧装 置中的锥形夹 紧环在推力弹 簧的作用下紧紧夹住活塞杆， 使其锁止固定。 当换向阀6 左位 或右位 带电接通时， 电磁阀9 同 时带电接通， B口 或者A口 高压油通过单向阀7 、 减压 阀8 、 电磁阀9 与P 1 口相通， 克服弹簧力推动锥形夹紧 环运动， 使其松开。液压缸活塞杆便可做收缩 或伸 出 运动 ； 当换向阀6 断电处于中位时， 电磁阀9 也断 电。锁紧装置 1 0 中的压力油通过电磁阀卸荷， 锥形夹 紧环在推力弹簧的作用下将活塞杆夹紧， 使活塞杆相 对于缸筒 固定。 由此可见， 该系统中的活塞杆不仅靠平衡阀锁止 ， 而且增加了机械锁紧装置锁止固定 ， 其优点 1 机械锁紧装置固定在缸筒上 ， 当它处于夹紧状 态时， 靠锥形夹紧环与活塞杆之间的摩擦力将活塞杆 锁止住 ， 相 当于减小 了负载力 ， 即减小 了无杆 腔 的压 力 ， 从 而减小液压缸大小腔之间的泄漏 和平衡 阀的泄 漏的可能性 ， 增加了锁止的可靠性 ； 2 锁紧装置采用机械式将活塞杆夹紧固定 ， 即使 液压缸 内泄 、 平衡 阀有泄漏 ， 或者高温的液压油迅速冷 却 ， 体积减小等导致无杆腔油压减小 ， 活塞杆也不会 下掉 ； 3 当液压缸做收缩动作时， 若平衡阀功能失效 ， 液压缸在负载作用下不受控制地进行 回缩 ， 可 以将 电 磁阀9 断电 ， 使锁紧装置卸荷 ， 加紧环锁紧活塞杆 ， 避免 造成安全事故。 3 改进效果验证 选择两辆相 同的某百米登高消防车 ， 一辆是采用 原有 的安全锁止系统 ， 另一辆采用 改进后 的安全锁止 系统， 同时验证两辆车在加载5 0 0 k g ， 静置4 h ， 记录臂架 的下掉量， 并得到具体的测试值， 如表 l 所示。 由表 1 可见 ， 改进后臂架下掉量减小 了9 2 ％， 大幅 度增加了系统的可靠性。 表1测量数据表 改进前 系统2 O 改进后 系统2 O 5 0 0 4 1 0 0 5 0 0 4 8 4 结论 通过分析大型工程机械车辆臂架下掉的原因， 发 现了液压缸安全锁止系统的不足， 增加了机械锁紧装 置 ， 改进了安全锁止系统控制方式 ， 并验证 了其 良好 的 改进效果 ， 提升了产品的可靠性。 参考文献 ⋯ 1 邹建华． 新型自锁式液压缸的研制【 D ] 厦 门 厦门大学， 2 0 0 8 ． 【 2 】 刘学慧． 某运输车液压系统故障分析与改进f J 1 ． 液压与气动， 2 0 1 5 ， 1 1 1 4 - 1 1 6 ． 【 3 】 靳洪斌． 液压缸平均寿命估计与可靠性提高方法研究【 D 1 ． 秦 皇岛 燕山大学， 2 0 1 4 ． 【 4 】 李本海， 刘明利 ， 于革刚． 比例换向阀和内控液压锁组成的 平衡回路适用条件分析【 J 1 ． 液压气动与密封， 2 0 1 0 ， 1 9 8 1 0 0 ． [ 5 】 杨志丹， 卢绍伟． 双 向液压锁的工作原理及常见问题[ J J _ 电 子测试 ， 2 0 1 3 ， 2 1 8 9 9 2 ．