第二节起货机的液压系统

1、第二节 起货机的液压系统9-2 起货机的液压系统w 按其额定工作油压的高低可分为：n高压系统 20MPa以上n中高压系统 10-20MPan中压系统 6.310MPan低压系统 6.3MPa以下w 高压系统的主要优点是：n机器及管路的尺寸和重量较小，效率较高n装置比较复杂，制造及管理要求高等缺点n低压系统则正与此相反 9-2 起货机的液压系统w 按油液循环方式的不同而分为：n开式系统l指油泵系从油箱中吸油，经换向阀输入油马达，而油马达的排油则经换向阀返回油箱n闭式系统l指油马达的排油并不返回油箱，而是直接返回油泵的吸人口，故油液将在油泵与油马达之间形成封闭的循环9-2 起货机的液压开式系统w

2、开式系统比较简单，初置费较低n油液在油箱中可很好地散热冷却和沉淀杂质n并可用一台油泵同时驱动几部工作机械n但油在油箱中接触空气，空气容易渗入，引起系统工作不够稳定n必须采用换向滑阀，以实现换向调速l使油液容易发热l使系统工作的经济性降低n应用于功率较小场合，油泵须有良好自吸性能9-2 起货机的液压闭式系统w 闭式系统比较复杂，初置费较高n散热条件差，油液的补充和冷却必须重视n不能用一台油泵同时驱动几部起货机或其它工作机械n可采用双向变量油泵l易于实现换向和容积调速，利于经济性提高n在落货时能将油泵转变为油马达，使落货速度受到限制，并回收能量n在功率较大的系统中，较多采用n闭式系统采用辅泵补油或

3、重力补油，对油泵的自吸性能要求也不太高9-2 起货机的液压系统w 对克令吊而言，其液压系统还可依具体功能和负载特性的不同，而分为：n起升机构液压系统n回转机构液压系统n变幅机构液压系统w 对某些可移动的甲板吊车n还有走行机构n支撑机构等辅助液压系统 w 由上可见n不同机构的功能和负载特点，液压系统有各种不同的方案9-2-1 起升机构的液压系统w 其负载的主要特点是：n静负荷(货物的重力)始终单向作用n故不论起吊、下放还是使货物制动，液压系统中始终有一部分管路承受高压，以产生与货物重力相平衡的液压力n对这类机构液压系统就要求能控制落货速度，以防因重力作用而过快堕落，而制动后需能握持货重，使其不会

4、自行下滑w 起货机变幅机构基本上与此类似n下面的讨论，原则上也适用于变幅机构的液压系统以及负荷特点类似的其它液压系统9-2-1 换向和调速w 其功能特点如下：w 采用定量泵w 设置换向阀n较简单n操作过快则液压冲击较大n为能调节速度，需使用节流调速法l油泵流量的其余部分，不经执行机构而直接返回油箱w 为了操作方便n利用手动换向阀进行节流调速n根据所用换向阀结构型式不同，节流调速可分为n串联节流n并联节流n溢流节流图93 阀控开式起升系统原理w 串联节流 w 当换向阀采用闭式过渡结构(一离开中位PT即关断)时n溢流阀保持换向阀前油压基本不变n改变换向阀阀芯位置，使通流面积改变l流经换向阀的液阻改

5、变l输往执行机构的流量因而改变w 换向阀的液阻越大n输往执行机构的流量就越少n经溢流阀溢出的油液就越多n执行机构的速度也就越低9-2-1-1 换向和调速-串联节流w 设油泵排出压力为p1，流量为Ql，执行机构油压力为p2，流量为Q2，那么:w 油泵输出功率为p1Ql , 执行机构输入功率则为p2Q2w 调速损失功率包括:n通过溢流阀阀回油箱那部分油液的损失p1(Q1一Q2)n流人执行机构的油液经换向阀时的节流损失(p1- p2 )Q2w 调速效率：w 由于p1即为溢流阀调定压力n在轻载(p2较小)和低速(Q2较小)时p1Q1仍保持不变n所以，串联节流调速效率低，功率损失大，油液发热厉害n速度不

6、稳定，受负荷影响较大, 起动和制动时易产生液压冲击w 因此，串联节流调速较少采用1122QpQp9-2-1-1 并联节流调速w 将图93中的换向阀改为图94所示的形式过渡结构流w 换向阀处于中位时,PT通，油泵卸载,执行机构不动w 换向阀从中位右移nPA打开时PT并不立即隔断n而是随PA开大而逐渐关小n在调速过程中，油泵流量Ql分成两个部分：l经PA流人执行机构，流量为Q2经PT流回油箱，流量为Q3Q1-Q29-2-1-1 并联节流w 随着滑阀的继续右移nQ3逐渐减小，Q2相应增加(调速)w 与串联节流相比n轻载和低速时回流口开得较大，使p1小，调速效率稍好，油液发热较轻n轻载时换向阀前后压降

7、(P1-P2)较小，故Q2随滑阀移动的变化比较平缓，调速性能有所改善n滑阀开度不变时，流量与负载有关，调速性能仍然不够理想w 采用上述开式过渡滑阀n虽有助于获得比较平缓的调速性能n但操作换向阀时动作仍不可过猛l否则，在起动和换向时，仍会产生液压冲击(造成元件损坏)9-2-1-1 溢流节流w 将图93中换向阀改成溢流节流式换向阀w 在溢流式换向阀中n定差溢流阀两端油腔分别与换向阀节流前后油路通l右端通油泵排压l左端受油马达进油压力n只要溢流阀弹簧做得很软，其阀芯移动量又很小l换向阀节流前后油压差保持恒定l流经换向阀的流量取决于换向阀阀芯位置，而不受油马达载荷轻重的影响9-2-1-1 溢流节流调速

8、w 可使流量Q2与载荷的变化无关n执行机构速度较稳定w 定差溢流阀调整压力不大(0.20.4MPa)n调速也较平稳l机构速度不会随滑阀位置的移动发生急剧变化n调速效率较高l轻载时尤为显著w 上述各种调速方法：n泵排出余油重返油箱n使油液经过节流l功率损失不可避免l导致油液发热.9-2-1-1 限速和制动w 起货机工作时n不论起货、制动还是落货阶段l起货卷筒上始终承受因货重而造成的单方向静负荷n在开式液压回路中l如在落货时不设法节制油马达排油l在重力作用下，货物的下降速度就会达到危险的程度n为防止造成坠货事故l在系统中就需采取相应限速措施l常见的限速措施有以下几种：9-2-1-1 用单向节流阀限

9、速 w 在图示回中的单向节流阀5在落货时起限速作用n起升时压力油自由过单向阀n下降时油缸排出油液必须通过节流阀才能返回油箱n因而在油缸出口造成背压pbl使油缸产生与落货方向相反的阻力n油缸活塞下降速度越快，流量就越大l节流阀造成的pb和阻力也越大，直至与重力和摩擦力相平衡时，下降速度就受到了限制n只要节流阀开度调节适当，就可起到限制落货速度目的9-2-1-1 用单向节流阀限速 w 货物越轻，重力越小n达到平衡时的油缸出口背压和阻力就越小n重力所产生的下降速度也就越小w 要想超过重力本身所能产生的下降速度n需在油泵供人油缸的进油口建立足够大的油压p，以帮助货物下降w 供入油缸的流量Q。越大n则下

10、降速度就越快9-2-1-1 用单向节流阀限速w 单向节流阀能产生节流限速作用，但不能将货物制动在空中n因为换向阀是靠间隙实现密封的，即使使换向阀处于中位，也难免存在漏泄n货物在重力的作用下还将下滑n为能将货物滞留在空中l在管路上还串联了液控单向阀w 当换向阀回到中位时n由于控制油压入迅速降低n液控单向阀立即锁闭n因而也就制止货物下降9-2-1-1 用单向节流阀限速w 简单可靠w 但轻负荷时效率较低w 在油温低、粘度高以及下降速度较大时n油泵功耗增加，油液因限速节流还会发热w 仅适用于功率不大，工作不太频繁及负载变动较小的开式系统9-2-1-1 用平衡阀限速w 控制落货速度的另一方案是在靠近执行

11、机构的下降回油管上装设平衡阀，如图示w 平衡阀4n由一只单向阀和一只直动式顺序阀构成n并再依控制油不同而分为：l直控式平衡阀l远控式平衡阀9-2-1-1 用平衡阀限速w 起货时n来油由平衡阀c口供人n直接顶开单向阀n再经b口输往油马达w 落货时n油马达排油b口进油n不能打开单向阀n油压Pb足以克服直动溢流阀弹簧张力时l打开该阀，接通b , c，使油马达排油通往油箱,油马达在一定的进油压力入的帮助下才反转,其转速则由油泵实际输入油马达的流量来控制9-2-1-1 用平衡阀限速w 系统简单可靠w 不需串接液控单向阀w 在油温、粘度以及下降速度改变时，油马达进油压力p变化不大w 但载荷越轻，达到同样下

12、降速度所需的p越大n轻载时系统的效率仍然较低w 货物下降速度也可用远控平衡阀来控制n将平衡阀下盖转过90安装l使控制油路8堵死l将外控油口a与外接的控制油液相联通n平衡阀由低压管路中的油压pa加以控制9-2-1-1 用平衡阀限速w 平衡阀开度是受低压管路中的油压pa所控制n货物下降速度就受到了油马达供油流量的限制w 使用远控平衡阀限速n因平衡阀控制油压pa较低n且在油液粘度、下降速度和载荷变化时pa变化不大n作为开式系统的限速方案，经济性比前两种都好w 开式系统的三种限速方案，重物下降时其位能皆无法回收利用，皆属能耗限速9-2-1-1 用平衡阀限速w 起货机采用平衡阀限速时n不能使用如图97所

13、示的普通平衡阀n普通平衡阀的动态特性较差l主阀一开，液阻就会迅速减小，使货物很快下落l由此引起控制油压降低，则又会使主阀重新关闭l这样，主阀反复启闭，会造成整个系统的剧烈振动和冲击w 为了避免发生上述现象n需使用专用的平衡阀n它与普通平衡阀的差别主要是主阀阀口的通流面积变化平缓，控制活塞移动时因受阻尼而动作较慢9-2-1-1 用平衡阀限速w 从平衡阀到执行机构之间的一段管路n无论在起货、落货和锁闭时，始终承受高压n只要这段管路不破，就不会发生坠货事故w 应使平衡阀尽量靠近油马达或油缸，以保证安全w 使用关闭严密的液控单向阀或平衡阀n在换向阀回中后n能有效地实现液压制动n但因在油马达中也难免存在

14、一定的漏泄n故要保证货物悬在空中而不会慢慢下滑n还必须装设机械制动器9-2-1-1 机械制动器w 实现液压锁闭后再行抱闸n以避免制动器磨损过快n在液压制动器油缸7管路上l装单向节流阀8w 当手动换向阀离开中位时n油泵排出压力迅速升高n油经单向阀通人油缸7，克服弹簧张力n使制动器即刻松闸9-2-1-1 机械制动器w 手动换向阀回中时n泵及制动器控制油通油箱n制动器油缸泄油经过节流阀节流n因而使制动器在油马达已被液压制动后再抱闸n称为延时抱闸制动器w 即时抱闸制动器n为了缩短制动时间n减小货物的下滑路程n使制动器在油马达完全停住之前就抱闸l减小单向节流阀的开度l或干脆取消单向节流阀9-2-1-1

15、限压保护w 吊货时n油泵的排油压力主要取决于油马达的负荷n为防止起货机超负荷时原动机过载或装置损坏n故在油泵的出口处，需设有安全阀w 在落货制动时n执行机构的排油油压，会因换向阀回中、排油路突然锁闭以及货重和惯性力的影响而瞬间升高n为防止油压因液压制动而过分升高n还需设置制动溢流阀，如图93中6所示w 货重始终单一方向地作用于起货卷筒n执行机构排油一侧的油压不会过分升高n故制动阀只需单方向作用即可w 制动阀整定压力与安全阀同（或提高5%10%）9-2-1-1 综上可见w 阀控型开式液压系统n设备简单n油液在油箱中亦能较好地散热和沉淀杂质n但必须采用节流调速和能耗限速n工作时能量损失较大n油液容

16、易发热n而且空气渗人机会较多n也易导致油液变质n多应用于压力较低，功率较小或不经常工作的场合9-2-1-2泵控型起升系统-换向和调速w 变向变量泵供油w 泵Q总是由大变小（或由小变大）n利于减小换向时的液压冲击n换向过程比较平稳w 调速用改变油泵流量的办法n即容积调速法w 如不计系统中容积损失，则： n1q1 = n2q2式中：n1, q1代表油泵转速/每转排量 n2,q2代表油马达量w 油马达的转速：n2 = n1q1/q29-2-1-2泵控型起升系统-换向和调速w 油马达的转速：n2 = n1q1/q2n油马达转速与油泵每转流量q1成正比n当油泵变量时，起货机转速也随之改变，并可实现无级调

17、速w 容积调速不产生额外的节流损失n故经济性比节流调速好n油液发热亦少9-2-1-2 限速和制动w 闭式液压系统n在限制下降速度原理上，与开式系统有本质的不同n当货物下降时l油马达在货重将转变为油泵l油泵则转化为油马达工况，带动电动机转动n电机将能量反馈给电网，并使电机和油马达转速受到限制.w 通过变量机构n使油泵排量变小，则油马达下降转速也变小n油泵排量为零时，油马达的转速也降低为零w 再生限速n这种在重物下降时回收利用其位能的限速方式9-2-1-2 限速和制动w 油泵变量机构处于中位时n理论上能实现液压制动n实际上，由于各传动杆件之间的间隙，油泵并未真正回到中位n为解决油泵的回中误差l在系

18、统中加设了中位阀11n每当油泵操纵手柄回到中位时l电磁阀6随之断电l中位阀中的控制油泄往油箱l中位阀会在回中弹簧的作用下l沟通油泵的吸排管路l从而使油泵旁通卸载n而当操纵手柄离开中位时l电磁阀6立即通电l使控制油得以推动中位阀l将吸排隔断，起货机开始正常工作9-2-1-2 限速和制动w 上法解决了油泵因回中误差而继续供油的问题n但停车时，中位阀也将同时会使油马达的进排油管彼此相通n不能利用油泵回中进行液压制动w 为此，装设了即时抱闸、延时松闸的制动器8n在制动器控制油路设单向节流阀7n使制动器油缸在停车时迅速泄油而立即抱闸n而起动时则进油缓慢，以便让中位阀先行隔断，并待管路中建立起油压后再行松

19、闸，从而避免重物的瞬间下坠9-2-1-2 限速和制动w 电磁阀6n还可在装置意外失电时n使制动器因控制油的迅速泄出而抱闸，从而防止货物的跌落w 单向节流阀10n防止起动后中位阀失灵, 或停车时失灵而发生坠货事故n油马达排油必须通过阀10的节流才能旁通l因而可限制货物的坠落速度n在下降停车时还将产生液压制动作用，借以减轻制动器的负担9-2-1-2 限压保护 w 图中右边管路是高压管路w 而左边的管路是低压管路w 为防止起货机因超载而导致系统油压过高n只需设一个安全溢流阀n为防意外，仍装双向安全溢流阀12w 对变量油泵闭式系统n如系统不装中位阀即可依靠油泵回中的方法来进行液压制动n则安全溢流阀可兼作制动溢流阀。9-2-1-2 限压保护w 油泵到油马达管路较长n如这段管破损，会发生坠货n故制动控制油路设失压保护w 失压保护阀5n为一液动二位三通阀n它由高压管路中油压控制n油压达辅泵补油压力就开启n当管路失压时l弹簧将阀芯推向左端l使制动器油缸卸油抱闸l因而可起到失压保护作用9-2-1-2 系统的补油和散热w 补偿油从低压侧进行w 油液的散热和冷却n借更换部分油液的方法来