液压挖掘机回转马达机械式制动器研究.pdf

液压气动 与密／ 2 0 1 0年第 9期 液压挖掘机回转马达机械式制动器研究 石金艳谢永超 湖南铁道职业技术学院， 湖南株洲4 1 2 0 0 1 摘要 针对小型挖掘机液压回转 马达的制动油路， 分析了机械式制动器延迟制 动的必要性 ， 采 用国际先进仿真软件 A ME s i m对机械 式制动器制动缸 的动态特性进行仿真 ， 验证 了采用流量阀的机械式制动器可以延迟制动 ， 并为液压 回转马达机械式制动器系统设计 中 的参数选择提供 了很好 的参考价值 。 关键词 机械式制动器 ； 制动缸 ； 仿 真； A ME s i m 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 0 0 9 一 O O O 4 0 3 S t ud v o n M e c ha n i c a l Br a k e o f S l e wi ng M o t o r o f Hy d r a u l i c Ex c a v a t o r S HI J i n - y a n XI E Y o n g - c h a o Hu n a n R a i l w a y P r o f e s s i o n a l T e c h n o l o g y C o l l e g e ，Z h u z h o u 4 1 2 0 0 1 ，C h i n a Ab s t r a c t Ai mi n g t o t h e b r a k e c i r c u i t s o f h y d r a u l i c s l e w i n g mo t o r o f t h e mi n i e x c a v a t o r ， a n a l y z i n g t h e d e l a y b r a k e o f me c h a n i c a l b r a k e i s n e c e s s a r y ，d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e b r a k e j a r o f t h e m e c h a n i c a l b r a k e w e r e s i m u l a t e d u s i n g A M E S i m，w h i c h i s o n e o f t h e a d v a n c e d s i mu l a t i o n s o f t wa r e i n the w o r l d ． T h e s i mu l a t i o n v a l i d a t e s me c h a n i c a l b r a k e d e l a y i n g b r a k e b y u s i n g fl o w v a l v e ， a n d h a s a n i mp o a n t r e f e r e n c e v a l u e f o r the p a r a me t e r s ’ s e l e c t i o n i n d e s i g n ． K e y Wo r d s m e c h a n i c al b r a k e ；b r a k e j a r ；s i mu l a t i o n ；A M E s i m U 引 舌 全液压挖掘机中的回转马达是 回转机构的关键部 件， 它是将主泵提供 的油压转变为机械能， 输入到 减速箱 。目前 ， 液压回转马达一般采用斜盘式或斜轴式 柱塞马达， 内部带有液压制动器及机械式制动器。挖掘 机回转液压制动由回转操纵阀控制 。当回转操纵阀回 中位时 ， 回转马达开始制动 ， 回转制动力矩由缓 冲阀调 定。但是 ， 由于马达液压制动不能长久保持， 为 了防止 在倾斜路面因重力 回转和因风力 等其他原 因 自行 回 转 ， 为了使制动可以长久保持 、 可靠 ， 就需要设置机械 式 制动器 。 1 理论基础 机械式制动器是由制动缸 、 摩擦 片、 分离片、 制动 弹簧组成。摩擦片的内花键套装在缸体的外花键上， 与 收稿 日期 2 0 0 9 1 2 1 5 作者简介 ； 1 9 8 3 - ， 女， 湖南邵阳人， 硕士， 现任教于湖南铁道职业技 术学院机电系。 -- 一- 一 - - - 一 一 - 一 一 一 - 参 考 文 献 [ 1 】 帅长红． 液压机设计 、 制造新工艺新技术及质量检验标准规 范实务全书 [ M] ． 北京 北方工业出版社 ， 2 0 0 6 6 8 7 ． 【 2 】 蔡墉． 我 国 自由锻液 压机 和大型 锻件生 产的发 展历程 [ J ] ． 锻造与冲压， 2 0 0 7 3 ． 【 3 】 俞新陆． 液压机的结构与控制[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 1 9 8 9 ． 4 缸体相对固定 ， 分离片的齿牙嵌在壳体的齿槽中。摩擦 片和分离片交替叠装在一起 。通过制动缸将制动弹簧 的预压缩 的弹簧力将它们压在壳体上。在摩擦片和壳 体及分离片、 制动缸之间产生摩擦 ， 靠其摩擦 ， 驱动轴 受限制而保证在驻车时可以长久可靠制动。 机械式制动器一般是弹簧力上闸。 液压松闸。为了 防止机械制动器弹簧上 闸制动过猛 ， 减轻制动时齿圈、 齿轮之间的冲击 ，要求液压马达制动以后机械制动器 才开始起作用 ， 延迟时间大约为几秒。因此 ， 对机械式 制动器的要求是解除制动的时间要迅速 ，让系统可以 很快投入工作 ， 减少液压系统的能量损耗 ， 而制动时要 求弹簧上闸时制动器液压缸延迟回油，使机械制动器 延时结合。 制动器液压缸延迟回油控制有 3种方式 液压控 制 ， 电控制和微机控制。其 中液压控制又分为制动器液 压缸通过节 流孔 回油起阻尼作用和通过流量阀回油 ， 使制动液压缸 回油保持在稳定流量值上下一个很小的 范 围 内波 动 。 ‘ 一 - 一 - - - - 一 [ 4 】 陈路 ． 新编锻压精密技术实用手册 [ M] ． 北京 科海电子出版 社 ， 2 0 0 3 9 8 9 9 ． 『 5 1 江木 正夫 ， 箫欣 志． 日本 液压技术 动向[J J ． 液压 气动与密封 ， 2 0 0 4 1 ． [ 6 】 赵婷 婷 ， 等 ． 大 重型锻压 设备技术 发展新 动向【 C 】 ． 中国机械 工程学会年会暨甘肃省学术年会文集 ． 2 0 0 8 ． o 7 ． Hv dr a u l i c s Pn e uma t i c s S e a l s ／ NO ． 9． 2 01 0 图 1为挖掘机典型的回转液压回路。该 回路 中制 动器油 缸延 迟 回油 所 采用 的 就是 液压 控 制方 式 中的流 量 阀控制 。 1 一回 转 马 达2 一补 油 闽3 一安 全 阀4 一防 反 转 阀 5 一 制动缸6 一 液压先 导制动阀7 一 流量阀 S H一 先 导压力油 口D B 一 泄油 口 M一 接油箱 口 P G 一 来 自挖掘机液压系统压力油 口 图 1 挖掘机典型的回转 液压回路 在图 1中 ， 当液压控制 回转操纵杆 回到中位时 ， 通 过液压 延 时器约 经过 4 s 后 ，制动 缸 的油才 排掉 弹簧 上 闸制 动 ， 回转操纵 阀一 般采 用先 导油 压力 控制 。回转 操 纵 阀 回 中位 ， 先 导压 力 HS消 失 ， 液 压 先 导 制 动 阀在 弹 簧作用下复位 ， 制动液压缸 回油 ， 制动器在弹簧力作用 下制 动 2 系统建模 为 了验 证机 械 式 制动 器 的制 动 缸通 过 流量 阀 可 以 延迟 回油 ， 对制动阀 、 流量 阀及制动缸组成的制动 回路 运 用仿 真 软件 A ME s i m进 行 建模 仿 真 分 析 。该 系 统 的 一 些元件在基本液压元件 图库中没有 。是运用了软件 中的 HC D 液 压元 件设 计 建 立机 械模 型 。为 了简 化 系 统 ， 该 系统 S H 口的压 力 油是 由三 位 三通 的换 向阀进 入 的 ， P G 口的压力 由另一理 想 的液压 油源 提供 。 1 一 制动阀2 一 流量 阀3 一 制动缸 图 2 挖掘机 回转制动油路的仿真建模 3 主要参数设定 系统主要参数设定如下 S H E l p l 1 0 0 b a r ， Q i 2 0 L ／ mi n ； P G 口 p z 3 4 b a r ， Q 1 l O L ／ mi n ， 其 中制动缸 、 液压先导制动阀和流量阀的主要 参数设定如表 1 所示 。 表 1 制动缸、 液压先导制动 阀和流量阀的主要参数 制动缸的参数 液压先导制动阀的参数 流量阀的参数 活 塞直 径 1 8 4 m 阀 芯直径 1 0 n 阀芯 直径 1 嘶_ 活塞杆直径 l 6 5 m 弹簧刚度 l 0 N ／ m m 弹簧刚度 1 0 N ／ Ⅲ 弹簧刚度 7 2 O N ／ ru m 弹簧开启压力 5 0 N 弹簧开启压力4 0 N 弹簧开启压力 5 0 4 0 N 阀芯质量 2 3 g 阀芯质量 l 5 6 3 u 阀芯质量 2 ． 2 K g 阀芯位移 2 6 _ m 阀芯位移 1 ． 7 n 位移 3 n 4 系统仿真 由于该制动系统为常闭式 ， 所以假设 O ～ 5 s系统先 解除制动 ， 回转马达开始工作 ， 然后在第 5 s开始制动 ， 回转马达停止工作机械式制动器动作。三位三通换 向 阀电磁铁的输入信号 为 0 ～ 5 s ， l ， 左位工作 ； 5 ～ 1 0 s ， 一 1 ， 右位工作 。观察机械式制动器延迟制动时从第 5秒开 始 。图 3和图 4分别为制动缸压力和流量变化曲线图， 其 中图 3 、 图 4中曲线 1 是带有流量阀且节流孔直径为 0 ． 3 5 ra m时的制动缸室压力动态仿真曲线 ， 曲线 2没有 带流量 阀的压力动态仿真曲线。 l l l l I l f l l l I I I l l l I T I I l ⋯ ⋯ 5 l i I I l l I I I f l l f 5 ．0 6 --． 一 7 一 ， 8 O 9 O l 1 me ／ s 图 3制动缸压力变化 曲线 图 4 制动缸流量变化曲线 从曲线 1和曲线 2中可以分析得出带有流量阀 可以使制动缸的流出流量保持恒定值 ，压力变化缓慢 一 些 ， 制动缸会 以恒定 的速度移动 ， 即制动缸会在系统 供油停止后 ，回转装置安全停车以后才对回转马达产 5 霪 鬟 。 E暮写 乏 辫曼 篆 手 奢 黧 蚕 溪 鋈 武汉力地 茂爬模顶升 蓑 芝 差i 黧 篡 罴 鬻 篓 鐾 6