系统为定量泵、定量或变量马达开式液压系统,然而,现代施工对起升系统提出了新的要求:节能、高效、可靠以及微动性、平稳性好。为了适应这些新的要求,以前的定量泵将逐步被先进可靠的具有负载反馈和压力切断的恒功率变量泵所取代,先前的定量马达或液控变量马达也将被电控变量马达所取代。这种系统将能有效的达到轻载高速、重载低速和节能的效果。
2、变幅液压系统:变幅液压系统的发展趋势也体现为节能高效,目前最先进的为变幅下降时充分利用吊臂和重物的重力势能,实现重力下放,下放的速度由先导手柄来无级控制,变幅平稳没有冲击。
3、伸缩液压系统: 对于具有五节以下伸缩臂的伸缩液压系统,国内一般采用同步或顺序加同步的伸缩方式,当采用两级油缸时,上下两油缸实现内部沟通,一般采用插装式平衡阀;对于具有五节以上伸缩臂的液压系统,采用单缸插销伸缩机构,这种伸缩机构自重轻,能大幅提高起重机的起重性能,能有效的控制整机的重量,通过采用多油口和多平衡阀的油路来提高伸缩的效率.
4、回转液压系统:回转也是起重机使用频繁的动作,但相对而言,回转所需功率最少,因而回转系统的最高要求是:回转平稳,起重作业无侧载;回转系统的发展趋势为通过小马达。、大传动比来实现操作平稳,通过设立回转缓冲阀和自由滑转机能来实现吊重的自动对中功能,从而有效防止侧载的产生。
5、操纵、控制系统:机械式操纵是汽车起重机最简单、最广泛使用的一种操纵方式,液比例操纵系统在我厂也己广泛使用并相当成熟,操作性能得到了很大的提高;然而,最有发展前途的还是电比例操纵系统,借助于计算机技术和可编程技术,汽车起重机将向智能化发展。
除此之外,液压系统在以下几方面也体现出明显的发展趋势:采用国际化配套,对系统性要求较高的液压元件如泵、阀、马达等采用国际化配套可提高产品的可靠性,另外,国外使用成熟、量大价廉的元件在国内也广泛使用。 二 、起重机液压系统特点分析 (一)起升机构液压回路
工程起重机需要用起升机构,即卷筒—吊索机构实现垂直起升和下放重物。液压起
升机构用液压马达通过减速器驱动卷筒,图2-2-1是一种最简单的起升机构液压回路。当换向阀3处于右位时,通过液压马达2、减速器6和卷筒7提升重物c,实现吊重上升。而换向阀处于右位时下放重物c,实现负重下降,这时平衡阀4起平稳作用。当换向阀处
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于中位时,回路实现承重静止。由于液压马达内部泄漏比较大,即使平衡阀的闭锁性能很好,但卷筒—吊索机构仍难以支撑重物c。如要实现承重静止,可以设置常闭式制动器,依靠制动液压缸8来实现。在换向阀右位(吊重上升)和左位(负重下降)时,泵1压出液体同时作用在制动缸下腔,将活塞顶起,压缩上腔弹簧,使制动器闸瓦拉开,这样液压马达不受制动。换向阀处于中位时,泵卸荷,压出口接近零压,制动缸活塞被弹簧压下,闸瓦制动液压马达,使其停转,重物c就静止于空中。
某些起升机构要求开始举升重物时,液压马达产生一定的驱动力矩,然后制动缸才
彻底拉开制动闸瓦,以避免重物c在马达驱动力矩充分形成前向下溜滑。所以在通往制动缸的支路上没单向节流阀9,由于阀9的作用。,拉开闸瓦的时间放慢,有一段缓慢的动摩擦过程;同时,马达在结束负重下降后,换向阀3回复中位,阀9的单向阀允许迅速排出制动缸下腔的液体,使制动闸瓦尽快闸住液压马达,避免重物C继续下降。
(二)伸缩臂机构液压回路
伸缩机构是一种多级式伸缩起重臂伸出与缩回的机构。图2-2-2为伸缩臂机构液压
回路。臂架有三节,I是第1节臂,或称基臂;n是第2节臂;III是第3节臂;后一节臂可依靠液压缸相对前一节臂伸出或缩进。3节臂只要两只液压缸:液压缸6的活塞与基臂I铰接,而其缸体铰接于第2节臂II,缸体运动Ⅱ相对I伸缩;液压缸7的缸体与第2节臂Ⅱ铰接,而其活塞铰接于第3节臂Ⅲ,活塞运动使Ⅲ相对于Ⅱ伸缩。
第2和第3节臂是顺序动作的,对回路的控制可依次作如下操作:
1.手动换向阀2左位,电磁阀3也左位,使液压缸6亡腔压人液体,缸体运动将第2节Ⅱ
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相对于基臂l伸出,第3节臂IⅡ则顺势被Ⅱ托起,但对Ⅱ无相对运动,此时实现举重上升。
2.手动换向阀仍左位,但电磁换向阀换右位,液压缸6因无液体压入而停止运动,臂Ⅱ对臂I也停止伸出,而液压缸7下腔压入液体,活塞运动将m相对于Ⅱ伸出,继续举重上升。连同上一步序,可将3臂总长增至最大,将重物举升至最高位。
3.手动换向阀换为右位,电磁换向阀仍为右位,液压缸7上腔压入液体,活塞运动臂m相对于Ⅱ缩回,为负重下降,故此时需平衡阀5作用。
4.手动换向阀仍右位,电磁换向阀换左位,液压缸6下腔压入液体,缸体运动将Ⅱ相对于I缩回,亦为负重下降,需平衡阀4作用。
如不按上述次序操作,可以实现多种不同的伸缩顺序,但不可能出现两个液压缸同时动作。伸缩臂机构可以不同的方法,即不采用电磁阀而用顺序阀,液压缸面积差动,机械结构等办法实现多个液压缸的顺序动作,还可以采用同步措施实现液压缸的同时动作。 (三)变幅机构液压回路
变幅机构在起重机、挖掘机和装载机等工程机械中,用于改变臂架的位置,增主机的工作范围。最常见的液压变幅机构是用双作用液压缸作液动机,也有采用液压马达和柱塞缸。图2-2-3为双作用液压缸变幅回路。
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液压缸6承受重物c及臂架重量之和的分力作用,因此,在一般情况下应采用平衡阀3来达到负重匀速下降的要求,如图2-2-3a)所示。但在一些对负重下降匀速要求不很严格的场合,可以采用液控单向阀4串联单向节流阀5来代替平衡阀,如图2-2-3b)所示。其中阀4的作用有:一是在承重静止时锁紧液压缸6;二是在负重下降时泵形成一定压力打开控制口,使液压缸下腔排出液体而下降。 三 、液压传动系统的故障分析与排故
液压传动是以液压油为工作介质进行能量转换和动力传递的,它具有传送能量大、布局容易、结构紧凑、换向方便、转动平稳均匀、容易完成复杂动作等优点,因而广泛应用于工程机械领域。但是,液压传动的故障往往不容易从外部表面现象和声响特征中准确地判断出故障发生的部位和原因,而准确迅速地查出故障发生的部位和原因,并及时排除。在工程机械的使用、管理和维修中是十分重要的。
(一)液压系统的主要故障
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在相对运动的液压元件表面、液压油密封件、管路接头处以及控制元件部分,往往容易出现泄漏、油温过高、出现噪音以及电液结合部分执行动作失灵等现象。具体表现:一是管子、管接头处及密封面处的泄漏,它不仅增加了液压油的耗油量,脏污机器的表面,而且影响执行元件的正常工作。二是执行动作迟缓和无力,表现为推土机铲刀提升缓慢、切土困难,挖掘机挖掘无力、油马达转不起来或转速过低等。三是液压系统产生振动和噪音。四是其他元件出现异常。
(二)故障的检查
1、直接检查法:凭借维修人员的感觉、经验和简单工具,定性分析判断故障产生的原因,并提出解决的办法。
2、仪器仪表检测法: 在直接观察的基础上,根据发生故障的特征和经验,采取各种检查仪器仪表,对液压系统的流量、压力、油温及液压元件转速直通式检测,对振动噪音和磨损微粒进行量的分析。
3、元件置换法:以备用元件逐一换下可能发生故障的元件,观察液压系统的故障是否消除,继而找出发生故障的部位和原因,予以排除。在施工现场,体积较大、不易拆装且储备件较少的元件,不宜采用这种方法。但对于如平衡阀、溢流阀及单向阀之类的体积小,易拆装的元件,采用置换法是比较方便的。
4、定期按时监控和诊断:根据各种机械型号、检查内容和时间的规定,按出厂要求的时间和部位,通过专业检测、监控和诊断来检测元器件技术状况,及时发现可能出现的异常隐患,这是使液压系统的故障消灭在发生之前的一种科学技术手段。当然,执行定期检测法,首先要培养一些专业技术检测人员,使他们既精通工程机械液压元件的构造和原理,又掌握和钻研检测液压传动系统的各种诊断技术,在不断积累靠人的直感判断故障经验的同时,逐步发展不解体诊断技术,来完成技术数据采集,辅以电脑来分析判断故障的原因及排除方法。
(三)液压系统的故障预防
1、保证液压油的清洁度:正确使用标定的和要求使用的液压油及其相应的替代品(详参《工程机械油料手册》),防止液压油中侵入污物和杂质。因为在液压传动系统中,液压油既是工作介质,又是润滑剂,所以油液的清洁度对系统的性能,对元件的可靠性、安全性、效率和使用寿命等影响极大。液压元件的配合精度极高,对油液中的污物杂质所造成的淤积、阻塞、擦伤和腐蚀等情况反应更为敏感。
造成污物杂质侵入液压油的主要原因,一是执行元件外部不清洁;二是检查油量状况
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时不注意;三是加油时未用120目的滤网过滤;四是使用的容器和用具不洁净; 五是磨损严重和损坏的密封件不能及时更换;六是检查修理时,热弯管路和接头焊修产生的锈皮杂质清理不净;七是油液贮存不当等等。?在使用检查修理过程中,应注意解决这些问题,以减少和防止液压系统故障的发生。
2、防止液压油中混入空气:液压系统中液压油是不可压缩的,但空气可压缩性很大,即使系统中含有少量空气,它的影响也是非常大的。溶解在油液中的空气,在压力较低时,就会从油中逸出产生气泡,形成空穴现象;到了高压区,在压力的冲击下,这些气泡又很快被击碎,急剧受到压缩,使系统产生噪音。同时,气体突然受到压缩时,就会放出大量的热能,因而引起局部受热,使液压元件和液压油受到损坏,工作不稳定,有时会引起冲击性振动。
故必须防止空气进入液压系统。具体做法:一是避免油管破裂、接头松动、密封件损坏;二是加油时,避免不适当地向下倾倒;三是回油管插入油面以下;四是避免液压泵入口滤油器阻塞使吸油阻力增大,不能把溶解在油中的空气分离出来。
3、防止液压油温度过度:液压系统中的油液的工作温度一般在30℃~80℃范围内比较好,在使用时必须注意防止油温过高。如油箱中的油面不够,液压油冷却器散热性能不良,系统效率太低,元件容量小,流速过高,选用油液粘度不正确,它们都会使油温升高过快。粘度高增加油液流动时的能量损耗,粘度低会使泄漏增多,因此在使用中能注意并检查这些问题,就可以预防油温过高。此外对液压油定期过滤,定期进行物理性能检验,既能保证液压系统的工作性能,又能减少液压元件的磨损和腐蚀,延长油液和液压元件的使用寿命。
(四)液压系统的故障分析
1、传动系统分析法:工程机械的液压传动系统如果维护得好,一般说来故障是比较
少的。由于密封件老化、变质和磨损而产生外泄是很容易观察到的,根据具体情况可设法排除。但是如果液压元件的内部发生了故障是观察不到的,往往不容易一下子就找出原因,有时虽然是同样的故障现象,但产生的原因却不一定相同,要想准确而迅速地找出液压元件的故障的部位和原因,首先要根据发生故障元件的构造图、系统图,分析了解和研究元件的工作原理和特性,再使了解的构造原理与实物对号,具体情况具体分析,检查寻找故障发生的部位和产生的原因,以便采取相应的技术措施来排除故障。
2、逻辑流程分析法:此方法是根据液压传动系统的基本原理进行逻辑分析,减少怀疑对象,逐步逼近找出故障发生的部位和原因。
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