FTHS自卸车液压油缸系统.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l O ． 1 2 ．2 0 1 2 F T H S自卸车液压油缸系统 吴 玉兴 ， 吴晨 东 ， 孙 夕龙 ， 徐海林 ， 庄 耀峰 ， 周伟军 无锡英特帕普威孚液压有限责任公司， 江苏无锡 2 1 4 0 2 8 摘要 目前 国内 白卸车市场保持高速增长 ， 自卸 汽车可比普通 运输 车辆数倍 提高使用 效率 ， 为用户提高经济收益 。 我 国目前前顶式 自 卸车液压系统虽然供 应商较多 ， 但是均缺乏全套 系统 的设计能力 ， 大多数 厂家仅仅 生产油缸 ， 其它关键部件均靠 采购 ， 无法满 足成套系 统的完美匹配 。我公司开发的这一项 目， 自行设计开发油缸 、 液压阀以及油泵三大关键部件 ， 考 虑整套 系统 的性能 以及工作稳定性 。 关键词 前 顶式 自卸 车液压 系统 ； 成套系统 中图分类号 T H1 3 7 ． 1 文献标识码 A 文章 编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 2 1 2 0 0 6 9 0 4 F THS Hy d r a u h c Cy l i nd e r S y s t e m f o r Ti pp e r U Yu - x i n g， U Ch e n d o n g， S U N Xi l o n g， XU T e c h n i c a l d e p a r t m e n t ， Wu x i I n t e r p u m p We i F u Ha i - l i n ， Z HU A NG y ∞一 ， e n g ， Z HO U We i - j l 1“b H y d a u l i c s C o ． ， L t d ． ，Wu x i 2 1 4 0 2 8 ， C h i n a Ab s t r a c t A t p r e s e n t d o me s t i c d u mp t r u c k ma r k e t k e e p h i g h s p e e d g r o wt h ， d u mp t r u c k c o mp a r a b l e c o mmo n c a r r i e r n u mb e r o f e a r s p e r t r a i n t i me s t o i mp r o v e e ffic i e n c y ， i n c r e a s e e c o n o mi c b e n e fit s f o r t h e u s e r ． At p r e s e n t i n C h i n a ， t h e f o r me r t o p t y p e d u mp e r h y d r a u l i c s y s t e m a l t h o u g h s u p p l i e r s mo r e ， b u t a r e l a c k o f f u l l s e t o f s y s t e m d e s i g n a b i l i t y ， mo s t ma n u f a c t u r e r s o n l y p r o d u c t i o n o i l c y l i n d e r , and o t h e r k e y p a n s a r e o n p u r c h a s i n g ， c a n n o t s a t i s f y t h e c o mp l e t e s y s t e m o f t h e p e r f e c t ma t c h i n g ． O u r c o m p any d e v e l o p e d t h e p r o j e c t ， d e s i g n e d a n d t h e d e v e l o p me n t o f o i 1 c y l i n d e r ， h y d r a u l i c v a l v e a n d p u mp t h r e e k e y c o mp o n e n t s ， c o n s i d e r a c o mp l e t e s e t o f s y s t e m p e r f o rm a n c e a n d w o r k i n g s t a b i l i t y ． Ke y wo r d s f r o n t e n d h y d r a u l i c c y l i n d e r s y s t e m ； c o mp l e t e s y s t e m O 引言 近年来 ， 国民经济整体发展稳健 ， 不断上马高速铁 路 、 水利、 大型矿厂等重大基础工程项 目。需要装卸、 运 输 的土方、 矿石量巨大 ， 而且要求运输车辆具备较高的 效率。 自卸汽车可比普通运输车辆数倍提高使用效率 ． 因此得到广大用户的认可。 而前顶式 自卸车液压油缸系 统故障率低 ， 维修也很便利 ， 市场潜力巨大。 我公司结合 国外先进液压技术专门针对 国内自卸汽车的使用工况 ． 开发 了专用油缸 、 液压阀以及油泵三大关键部件 ， 整体 考虑整套系统的匹配和工作稳定性。 1 油 缸 前顶油缸 如图 l 所示 作为执行元件 ， 推动 车厢 绕汽车大梁尾部的铰轴转动 ， 从而完成卸载过程 。前顶 油缸结构紧凑 、 维修方便。但是现有的油缸 由于其制造 工艺的问题 ， 在使用过程 中容易产生拔缸的现象 ， 严重 威胁到驾驶员 的生命安全。同时 ， 由于上铰轴与球面支 撑环 的接触 面为光滑球面 ， 不 易形成油膜 ， 容易磨损 ， 收稿 日期 2 0 1 2 1 0 1 6 作者 简介 吴 玉兴 1 9 6 7 一 ， 男 ， 江苏 无锡人 ， 工程师 ， 主要从事液 压元 件 及系统 的开发制造 。 还可能产生胶合现象 。有 的工程车会用来装载土石料 ， 有的物料体积较大而且偏置在车厢的一侧 ，造成重心 偏在车厢一边 如 图 2所示 。使油缸受很大的弯矩作 用。 容易导致油缸失效 。 项 目组克服现有技术 中存在的 不足 ， 提供 一种抗拉强度 大、 防磨损 、 本体 强度大 的前 顶 油缸 图 1 油缸结构示意图 J I 鼠 车厢 油缸上铰轴 及安装支架 前顶油缸 油缸下铰轴 及安装支架 车厢与大梁的铰链 图 2 油缸受偏载弯矩示意图 拔缸事故表现为油缸在使用一段时间后 ，在大负 载导致的高压力作用之下 ， 内外停止环失效 ， 较细一节 的缸筒从上一级较大的缸筒 中脱 出。事故一般造成前 6 9 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 2年 第 1 2期 顶油缸损毁、 自卸车车厢损毁 、 汽车大梁弯曲等 ， 后果 严重 。项 目组取消独立停止挡环 ， 直接在各级缸筒内外 加工 出台阶。该设计有两个好处 ． 一是使挡环与缸筒本 体合二为一 ， 减少 了因挡环失效带来 的事故。二是可以 避免加工挡环槽造成缸筒壁厚减少 。新 旧方案如图 3 所示 。 新方案 旧方 案 图 3 内外 台 阶 示 意 图 油缸上铰轴安装在车厢上 ， 在推动车厢举升或在车 厢落下行进时需要与油缸上的球面支撑环形成滑动支 承 ， 避免损坏油缸。而上铰轴与球 面支撑环之间属于重 载支承， 如没有采用合适 的配合和润滑条件的话 ， 非常 容易造成磨损 ， 影响系统的寿命 。为避免这样 的情况出 现 ， 项 目组在材料 的选择和热处理上找寻平衡点 ， 并提 高加工精度 ， 使这两个零件 的配合恰 当。而且在两个零 件间加工出合适 的油槽 ， 使润滑脂能够进人配合面。这 些办法的采用立 即改善了这个部分容易损坏的情况。 前顶油缸在举升作业时很容易受到车厢及 内容物 重心与轴线偏移造成的弯矩作用 。如果油缸的本体强 度不够 ，且导向部分设计不合理 的话很容易导致油缸 损坏。项 目组在设计过程 中采用高强度钢管材料 ， 首先 确保加工 出的缸套强度 。同时加长各级缸筒间的重合 导向区 ． 选择优质耐磨导向环并减少缸筒之间的间隙。 使油缸的抗弯性能得到极大的提高。 2换 向阀 换向阀是 自卸车液压系统换 向部件 。 目前 国内 自 卸汽车使用 的液压举升阀只能实现两级调速 ，即只能 在快速下 降与慢速下降二者之间切换 ，不能实现下降 速度的无级调节。也缺乏 防高压安全功能 ， 项 目组开发 了一种在 油缸下降时能实现无 级变速的换 向阀。能够 克服现有技术中存在的不足．使自卸车车厢的下降过 程更平稳。而且可 以根据实际使用 的需要 由使用者 自 由控制车厢的下降速度 。此外该阀还具有双 向安全溢 流阀 ．在举升过程和保压过程中能够有效地对整个 自 卸车液压系统实现保护的作用。 本换向阀， 主要包括阀体、 主阀杆、 前盖、 后盖和塑 料保护盖。 如图4所示。 ①阀体为铸件， 内部设有阀腔， 形成 4个独立 的腔室。这些腔室作为液压油的流道 ， 与 70 主阀杆上 的密封 台阶配合可以形成本换 向阀的 3个工 作机能。②前盖安装在阀体的前端 。前盖也为铸件 ， 实 际是主阀杆的执行气缸。 前盖上设有 2个进气 口。 在不 同的进气 、排气状态下 ，可以推动活塞在前盖 内部移 动 。 同时带动 主阀杆移动来切换到阀的不 同机能。 ③ 主 阀杆安装在阀体 内， 可以在阀体 中滑动。主阀杆上经过 加工形成 2道密封台阶， 3个连接腔。在 2道密封台阶 上分别设有平衡槽和锥形环槽 。主阀杆 的前端部伸人 前盖内，在主阀杆的前端部 固定安装有活塞 ， 2个限位 盖 ， 弹簧 ， 活塞上装有滑动密封圈。④ 主阀杆上在 阀体 的后端部 固定安装有后盖 ，作为阀体密封盖和主阀杆 压力平衡腔。⑤塑料保护盖安装在阀体 的尾部 ， 对后盖 和安全 阀起到保护作用。 1前盖 3主阀杆 5塑料盖 图 4换 向 阀结 构 示 意 图 本换向阀的工作原理图如图 5所示。 ●一 { 暮 安全阀 r l 图 5换向阀工作原理 图 其 中 a , b口分别 为前盖 执行气缸 的前后腔进气 口。 P口为换向阀进油 口， 同时具有单向阀功能。 T口为 回油口。C口为油缸连接 口。 1 在 自卸车油缸需要 举升的时候使 a口进气 ， b 口排气。也就是气缸前腔进气 ， 后腔排气。推动主阀杆 向右移动。如图 6所示。 此时 。 又从 P进油 口进入阀体 。因为主阀杆右移封 住 了最左边和最右边的回油腔 ，所 以泵送 的高压油只 能进入油缸腔推动负载。如负载产生的压力超过本换 向阀所带安全阀的设定压力值 时，高压油会推动安全 阀的阀芯流到后盖与主阀杆形成 的压力平衡腔 中 ， 推 Hv dr a u l i c s P ne u ma t i c s S e a l s ／ No． 1 2． 2 01 2 动阀杆左移使部分压力油从右侧 回油腔溢流 。使 自卸 车液压系统 的压力保持在设定压力 ，从 而保证系统 的 安全 。 2 在 自卸车油缸需要下降 的时候使 b口进 气 ， a 口排气。也就是气缸后腔进气 ， 推动主阀杆向左移动。 如 图 7所示。 回油腔油缸 进油腔 回油腔 图 6换 向 阀工 作 原 理 图 1 回油腔 油缸 进油腔 回油腔 图 7换 向 阀 工作 原 理 图 2 此时。 又从 P进油 口进入 阀体。因为主阀杆左移使 最左边 回油腔 、 油缸腔 、 进油腔和最右边的回油腔 4腔 相通 。所以泵送 的高压油及油缸 回程挤出的油全部通 过回油腔 回流进油箱 。 3 当 自卸车举升过程 中需要暂停 时 ， a , b两 口同 时排气 。前盖 执行气缸 中的活塞在弹簧的作用下 回 到 中位 。此 时主阀杆与 阀体腔室 的位置如 图 1 所示 。 进油腔与最右边排 油腔相通 。油缸腔被 隔离 ， 油缸保 压 。此 时如果 油缸受 到意外 冲击 ， 油缸 中的油压超过 系统安全压力 的话 ． 安全 阀同样也会打开 。使 主阀杆 移动溢流。 4 回油 无级调速 。如果使用者觉得车厢下 落过 快 ， 可以调节操作手柄的位置角度。此时进人前盖 执 行气缸 b口的压缩空气压强会根据手柄 的角度变化而 变化 ， 因而作用在气缸活塞上的压力也会变化 。因为阀 杆右端开有溢流小孔 ， 所以阀杆不受液压油压力。此时 活塞上的作用力 与弹簧力 做平衡 。 气缸活塞上的压力 E l 进气的压强 P x 活塞面积 A 弹簧作用力 辟 弹簧弹性 系数 K 弹簧的压缩量 上式 中活塞面积 A与弹簧弹性 系数 是定值 ， 进 气的压强 P变化必然引起弹簧压缩量 的变化 。 的 变化又 引起主阀杆位置的变化 。因为主阀杆密封台阶 上分别设有平衡槽和锥形环槽 。平衡槽可以使主阀杆 平稳 的滑动 ，锥形环槽与阀体腔室 口配合可以形成不 同面积 的流道 ．限制单位时间通过本换 向阀回油箱的 液压油量。因此可以调节车厢的下降速度。 本换 向阀阀体采用铸造件 ， 内部流道宽 敞， 且无加 工锐角 、 盲孔等。可以大大减少工作过程 中的噪音和局 部压力损失 。当本液压举升 阀在使用过程 中出现压力 异常等 突发情况 时， 安全装置可以有效的发辉作用 ， 保 护整个 自卸车液压系统的安全。回油时， 也就是 自卸车 车厢下落时可以实现元级调速。 3油 泵 高压齿轮泵是 自卸车液压系统的动力源。一般用 螺栓安装在汽车大梁 的泵架上 。发动机 的动力通过取 力器及万 向轴传递 给油泵。在工作过程 中受到颠簸及 轴向作用力 ， 极易造成油封及齿轮的损坏。同时终端 的 用户一般疏于维护 ， 不能保证液压油 的清洁 ， 易造成油 泵 内侧板 的损坏。国外高压齿轮泵一般采用的铝制侧 板 ， 在国内实际使用 中暴露出很大的问题。 针对这样的现况 ，项 目组提 出两套不 同的方案 以 适应不 同用户的需求。 第一种是齿轮泵直连取力器方案。凭借 已有 的技 术积累 。项 目组设计 的油泵可 以与各种 国内外取力器 实现直连。 装配误差几乎可 以忽略不计 。 直接取消了泵 架、 支承轴承、 万 向轴、 泵连接盘 套 等多个零部件。油 泵与取力器直连后成为一个整体 ， 避免承受轴向力 ， 振 动也不会因连接件过多而放大。 第二种是改变齿轮泵结构 ，原来 的油泵主动齿轮 轴直接与外部动力相连 。 无法避免轴向受力。 更改后的 设计将 主动齿轮轴分成两部分 ，一部分仍为主动齿轮 轴 ， 另一部分为传动轴 。两轴分别设有支承轴承。使外 部的振动及轴向力无法传到油泵内部。 针对 国外油泵侧板抗污染能力差的问题 ，我们改 变侧板 的材料 ， 并使用复合涂层 ， 使得侧板 的抗磨损能 力得到大幅提高。 4 总结 在 F T H S自卸车液压油缸系统设计之初就考虑各 子项在系统 中的匹配 ， 综合考虑提高 系统的可靠性。系 统技术先进 ， 特点鲜 明。领先于国内同类产 品。前期进 行了细致严谨的图纸和工艺准备 。根据工艺要求设计 71 液 压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 2年 第 1 2期 闸刀架气缸研究 夏家永 ， 夏国伟 宁波利达气动成套有限公司 ， 浙江 宁波3 1 5 5 0 2 摘 要 该成果作为 内衣及针织类设备的主要部件之一 ， 其作为纺织机械纺针的动力机构 ． 其作用是 闸刀架执行微 电脑的纺织 、 刺绣信 号 ， 在气压 的作用下伸缩活塞杆 ， 从起到推 、 拉纺针而完成 纺织 和刺绣 图案功能的关键部件 ， 是 内衣及针织类设备 中不 可缺 少及替代的 关键部件 ， 另外该产品 由于具有体积小 、 结构 紧凑 、 工作稳定可靠 、 双行程可调 、 控制位置准确度和精度高 、 使 用寿命长等特点 ， 其主要 技术性能 已达到国外 同类 产品水平 ， 完全可替代进 口产品 ， 且其价格不到进 口产品的约 1 ／ 2 ， 因此该项 目市场潜力 大 ， 经济效益好 ， 社会 贡献大 ． 符合社会和 国民经济发展 的要求 。 关键词 纺织机械纺针动力机构 、 控制位置准确度和精度高 、 使用寿命长 ； 中图分类号 T H1 3 8 ． 5 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 2 1 2 0 0 7 2 0 3 Re s e a r c h o n Kn i f e Ka c k Cy l i n d e r XI A J i a - y o n g， XI A Gu o - w e i N i n g b o L i d a P n e u m a t i c s e t s C o ． ，L t d ． ，N i n g b o 3 1 5 5 0 2 ， C h i n a Ab s t r a c t Th e a c h i e v e me n t s a s o n e o f t h e ma i n c o mp o n e n t s o f t h e u n d e r w e a r a n d k n i t t i n g e q u i p me n t ， a s t e x t i l e ma c h i n e r y s p i n n i n g n e e d l e p o we r me c h a n i s m， a n d i t s r o l e g u i l l o t i n e p e r f o r m mi c r o c o mp u t e r t e x t i l e ， e mb r o i d e ry s i g n a l f r a me ， t e l e s c o p i c p i s t o n r o d i n t h e r o l e o f p r e s s u r e f r o m p l a y p u s h ， p u l l the s p i n n i n g n e e d l e s a n d c o mp l e t e d t h e f e a t u r e k e y c o mp o n e n t s o f t e x t i l e a n d e mb r o i d e ry p a t t e r n s ， i s i n d i s p e n s a b l e a n d a l t e rn a t i v e k e y c o mp o n e n t s i n u n d e rw e a r a n d k n i t t i n g e q u i p me n t ， a d d i t i o n o f t h e p r o d u c t d u e t o t h e s ma l l s i z e ， c o m p a c t s t r u c t u r e ， s t a b l e a n d r e l i a b l e ， d u a l a d j u s t a b l e s t r o k e t h e c o n t r o l p o s i t i o n a c c u r a c y a n d h i g h p r e c i s i o n ， l o n g l i f e a n d o t h e r c h a r a c t e r i s t i c s ， t h e ma i n t e c h n i c a l p e rf o r ma n c e h a s r e a c h e d the l e v e l o f s i mi l a r f o r e i g n p r o d u c t s ， a n d c o mp l e t e l y r e p l a c e i mp o r t e d p r o d u c t s ，a n d i t s p ri c e i s l e s s t h a n i m p o r t e d p r o d u c t s ，a b o u t 1 ／2 the m a r k e t p o t e n t i a l of the p r o j e c t l a r g e ，g o o d e c o n o mi c r e t u rns ， s o c i a l c o n t ri b u t i o n ， i n l i n e w i t h t h e r e q u i r e me n t s o f the d e v e l o p me n t of s o c i e t y a n d t h e n a t i o n al e c o n o my ． Ke y wo r d s t e x t i l e ma c h i n e ry s p i n n i n g p i n p o we r a g e n c i e s t o c o n t r o l t h e p o s i t i o n a c c u r a c y a n d h i g h p r e c i s i o n ， l o n g l i f e 0 引言 随着社会 的发展 ， 科学技术的进步 ， 生产装备的性 能 、 功能将更完善 ； 同时又随着经济建设规模 的快速发 展 ，社会对特种设备 和专用设备的需求也必定 日益增 加 ，而又随着气动技术 日渐成熟 ，气缸 的行程控制精 收稿 日期 2 0 1 2 0 9 0 3 作者 简介 夏家永 1 9 7 3 一 ， 男， 浙江奉化人 ， 工程师 ， 主要从事气动技 术方 面 的研究 。 度、 动行平稳度 和运行速度都得到大幅度提高 ， 气缸以 其机械结 构简单 、 工作环境适应好 、 使用和维护方便 ， 被广泛应用于现代工业设备控制中。而闸刀架 纺织机 械专用气缸电磁阀组合件 作为 内衣及针织类设备的 主要部件之一 ， 其作为纺织机械纺针的动力机构 ， 其作 用是 闸刀架执行微电脑的纺织 、 刺绣信号 ， 在气压的作 用下伸缩活塞杆 ， 从起到推 、 拉纺针而完成纺织和刺绣 图案功能的关键部件 ，是 内衣及针织类设备中不可缺 少及替代 的关键部件 ，因此闸刀架的需求必然会迅速 生产了大量的专用工装 。并相应采购了必要 的机床设 备 。目前全套 系统已成功量产 ，年产值约 1 亿 圆人民 币。除满足 国内使用以外 ， 还出口到欧洲和印度市场 。 参 考 文 献 Ⅲ 1 张礼平． 液压传 动系统及设计嗍 ． 北京 化学工业出版社， 2 0 0 5 ． [ 2 】 王守城 ， 段俊 勇． 液压元 件及选用【 M】 ． 北京 化学工 业 出版社 ， 2 0 0 7 ． 7 2 [ 3 ] 范存德． 液压技术手册[ M】 ． 沈 阳 辽宁科学技术出版社， 2 0 0 4 ． 【 4 ] 李振环， 杨家义， 孔建， 等． 多元高分 子复合材料在 液压与气动 系统密封中的应 用[ J ] ． 液压气动与密封， 2 0 1 2 ， 6 ． 『 5 1 邓 江涛， 杨发 虎， 等． 多级油缸 活塞 杆收 回达 不到设 计要求 的 原因分析[ J 】 ． 液压气动与密封， 2 0 1 2 ， 7 ． 『 6 ] 曾正 明． 机械工程材料手册金属材料[ M】 ． 北京 机 械工业 出版 社。 2 0 0 3 ． 『 7 ] 成大先． 机 械设计手册[ M ] ． 北京 化学工业 出版社， 2 0 0 4 ．