港口装卸２０１３年第２期（总第２０９期） 降低臂式斗轮堆取料机俯仰液压系统 冲击与振动的方法 大连华锐重工集团股份有限公司 朱绚文 李毅民 王金福 １ 臂式斗轮堆取料机俯仰液压系统的冲击 与振动 由于液压元件的进步与发展，越来越多的臂式 斗轮堆取料机俯仰机构采用液压驱动的方式。在堆 取料机的俯仰机构上采用液压驱动，具有结构紧凑、 布置方便、使用寿命长、维护工作量小等优点。 臂式斗轮堆取料机俯仰机构的运动是承受重力 势能载荷的运动。在俯仰机构的运动过程中，油缸 有时克服重力向上运动做正功，有时顺势重力方向 运动阻碍重力做负功。因为传动液压油的不可压缩 性，当俯仰机构在任意位置起升或下降时，换向阀变 换位置会导致液压油流的快速停止或方向改变，瞬 间产生较大的冲击与振动，设备越重大，这种冲击与 振动越大。冲击式液压系统的瞬时液压油压力可达 静态时压力的１．５～２倍，同时，设备的构件也会承 受较大的冲击载荷。受到冲击后的设备会在晃动若 干次后逐渐减弱，直到停止晃动。 当油缸全部缩回或全部伸出时，到达极限位置 也会出现活塞与缸头或缸底的撞击形成冲击。 在起重机等设备上采用缓冲器来吸收设备的撞 击冲击载荷，斗轮堆取料机的大车的终点极限位置 的保护也是采用缓冲器作为撞击时的保护，而在堆 取料机的俯仰机构上则不能采用机械方式来解决撞 击和冲击的问题。因为俯仰系统的重力惯性力巨 大，撞击点的力臂较短，载荷巨大，缓冲器保护难以 实现。 ２ 降低冲击与振动的方法 图１是一个带有缓冲功能的堆取料机俯仰液压 系统原理图。图中的比例换向阀和减速阀的作用是 减小油缸运动停止和换向时的冲击与振动。 ２．１ 降低俯仰速度减小液压系统的冲击与振动 降低俯仰速度，应控制悬臂前部或斗轮中心处 的线速度不大于５ ｒｎ，这样会很好地改善俯仰机构 运动的平稳性。由于重力势能的存在，俯仰速度高 图ｌ带有缓冲功能的堆取料机俯仰液压系统原理图 对俯仰系统的冲击大，当俯仰速度达到１０ ｍ／ｍｉｎ 时，会明显感觉到冲击加大。俯仰速度也不能降得 过低，过低的俯仰速度会影响到堆取料机的整机工 作效率。 ２．２使用比例阀改善油缸起制动与换向期间的冲 击 比例阀调速的原理在于通过先导阀控制主阀流 量。通常比例阀的先导阀阀芯为滑阀，并带有位置 反馈线圈，一般将电流毫安信号（４～２０ ｍＡ）转换为 相应的先导阀阀芯驱动距离，当滑阀阀芯处于不同 位置时，其与油管之间的间隙不同，流量发生变化， 比例阀也就因不同流量而产生不同的速度。比例阀 的开度与比例放大器的输入电流或者输入电压成比 例关系。比例阀放大板的输入电流大小和方向、液 压缸的速度与时间的关系曲线见图２。 图２中显示，油缸运动时的上升、下降比例阀放 大板的输入电流和油缸的速度均按照一定的时间梯 度变化。通过４～６ ｓ的梯度变化，使得起动与停止 的冲击变得很小，运行时不会感到起制动有太大的 １ ５ ｆＩｆ ／ ２０ｍＡ上升 ７ ｒ 。行补油。双溢流制动阀的溢流制动压力一般比系统 最高压力高２～３ ＭＰａ。液压缸在伸出停止制动时 的双溢流制动阀的工作原理与活塞下降时的相同。 双溢流制动阀的作用主要是制动时减少冲击、适当 泄油与自动反向补油。这里特别要强调的是，双溢 流制动阀的溢流制动压力设定不宜过高或过低：过 ０删＿ｍＩｎ ４ｍＡ 三二 ＼ 一４ｌ／ｍ Ａ／ ４～６ ｓ ——— ４～６，ｍＡ卜．＿—’ ｓ 高将失去其泄油作用，也就失去了缓冲的作用；过 低则会出现液压缸活塞推拉力不足的现象，使得系 统因过早溢流而不能俯仰运动。双溢流制动阀多用 于惯性载荷比较大的场合，特别是大型、特大型设 备上。 ２．４油缸活塞杆运动到终止位置时的缓冲 图２ 比例阀的控制电流、油缸速度与时间的曲线关系 振动…。 ２．３采用减速阀进行缓冲 在图１中与２个液压缸外接口相连处并接１个 双溢流制动阀（也称为减速阀）。制动阀是由２个 溢流阀和２个单向阀组成的，局部原理见图３。 升 油缸的活塞运动到全部伸出或全部缩进位置时 会对缸头或缸底造成机械冲击。为避免这样的冲 击，一些油缸制造商会在油缸与活塞上设计特殊的 结构，使得活塞在即将运动到２个极限位置或者是 即将全部缩进时产生极限位置的节流阻尼孔。这时 的回油油流是通过节流阻尼孔回油，而不是通过原 来的回油孔回油。阻尼孔流量的控制使得活塞的速 度在活塞即将与缸底接触时大大降低，这样也就大 大降低了活塞与缸头或缸底的撞击力，起到了很好 的缓冲效果。 ３ 结语 臂架斗轮堆取料机俯仰液压系统冲击降低方法 的本质是降低活塞运动的速度与加速度，在不影响 图３双溢流制动阀（减速阀）的减速原理 设备运行效率的情况下，使得速度与加速度变小了， 冲击自然就小了。冲击小了振动也会随之变小，冲 击的减小最终会改善设备的操作舒适度，并提高设 备的可靠性和使用寿命。 参考文献 双溢流制动阀的作用体现在制动上，尤其在液 压缸承受大的惯性载荷或势能载荷的情况下，液压 缸活塞的停止与制动将会产生极大的冲击载荷。图 ３中，当液压缸活塞杆承载迅速下降因特殊情况而 突然停止时，２个液控单向阀同时关闭，在液压缸无 杆腔中的液压油受到巨大冲击。冲击压力会施加到 ［１］ 李毅民，王英洁，石长忠．臂式斗轮堆取料机俯仰液压 系统功能分析［Ｊ］．起重运输机械，２０１２（１０）：３９—４４． 朱绚文：１１６０１３，辽宁省大连市西岗区八一路１６９号 收稿日期：２０１２—１２—２４ ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ：１０００—８９６９．２０１３．０２．００５ 双溢流制动阀上，使得双向制动阀上的油流按照虚 线箭头方向流动。无杆腔泄出的液压油一部分泄到 油箱，因为有杆腔形成部分真空而此时上侧单向阀 打开，另一部分泄出的液压油进入液压缸有杆腔进 本刊加入“中国知网（ＣＮＫＩ）”系列数据库的声明 本刊已许可中国学术期刊（光盘版）电子杂 志社在中国知网及其系列数据库产品中以数字化方 式复制、汇编、发行、信息网络传播本刊全文。该 意文章被收录，请在来稿时声明，以便本刊做适当 处理。 港口装卸杂志社 社著作权使用费与本刊稿酬一并支付。如作者不同 １６