论文部分内容阅读
摘 要:对有些工程机械,如挖掘机、起重机等,为扩大作业范围和提高整机的机动性,一般都设有回转机构。它可使整机上部机构相对下部机构进行回转,这种机构称回转机构。回转机构起、制动过程是其运行的重要过程。回转机构的惯性负载非常大,是影响回转机构运行特性的重要因素。因而,合理设计回转机构的液压回路,对提高整机的生产率、改善整机性能、减少发热量具有重要意义。本文列举出三种回转机构液压回路,这三种液压方案组成各有特点,都是围绕回转机构运动平稳,高效进行设计的。
关键词:回转;开式系统;闭式系统;液压系统
在回转机构起动和制动过程中,回转机构惯性是很大的。在换向阀处工作位置时,是回转机构转速从零转速加速到额定转速的过程。液压泵处于溢流状态,形成能量损失。另外,回转机构在额定转速运转时,换向阀回到中位,回转马达两油口突然封闭使回转机构制动。回转机构巨大惯性必须由马达产生的反扭矩平衡,因为马达两油口已封闭,在马达的封闭腔内就产生巨大反压力,由于液压油的压缩性很小,这就产生两个不利的后果:一是回转机构制动加速度很大,引起回转机构的工作机构惯性力巨大,使回转机构及工作机构受力恶化;二是在马达封闭腔内产生巨大反压力,会使马达和管道等液压元件因压力过高而破坏。这些不利的因素在系统设计中,应设法防止。为了确保回转机构的安全平稳可靠,从制动,补油,缓冲三个方面来进行控制。
一、回转开式系统
如图所示为回转开式系统液压原理,该系统由液压马达,高压溢流阀,
补油单向阀和液压泵组成。液压泵为三位六通换向阀供油,推动控制回转手柄,既a或b动作,换向阀处左、右位时,高压油油进入马达,驱动回转机构。由于每个溢流活塞都受到两个弹簧的推力-主级和次级弹簧,且作用方向相反,因此可以获得高、低两个压力设定值。当流量方向从V1到C1(或从V2到C2时),次级弹簧的作用由于输入流量而被抑制(由c流向阀块的油液克制了小弹簧的力,使小弹簧失效),溢流活塞只受到主级弹簧的控制,因而管路的压力设定为最高值,驱动马达旋转,使回转机构回转。与此相反,当制动过程中油液由马达排出时,V1与V2端口都为低压(方向控制阀在中位),由次级弹簧推动溢流活塞打开(来自d的油液使溢流阀的小弹簧力作用,此时溢流阀的调定压力为主弹簧与小弹簧调定值的差值),压力设定值降为最低,以便实现平滑的停车。此回转缓冲阀将溢流阀设为2级,用高压起动,低压制动来使回转运动,既能提供足够高的起动扭矩又能实现平稳的缓冲制动效果。
下图所示为回转开式系统的液压原理,该控制分为锁紧模式和自由模式。
锁紧模式:
1.中立状态(先导压力不作用时,P32、S1、S2没有油作用在阀上),PS处有油,Y1得电,进油P直接通过阀和油箱相连。泵处于卸荷状态,马达保持在停止状态。如果外力作用在马达A口或者B口时,会造成液压马达和控制阀的内部泄漏,马达会有微小的转动。而这部分被马达旋转掉的油则通过具有补油功能的溢流阀来进行。
2.回转操作时,Y1得电,先导二次压力S1或S2处任一端有压力油作用时(P32与回转控制手柄联动),液控阀换向,进入马达使马达旋转,当压力超过溢流阀设定压力时,溢流阀溢流。此时为高压启动。
3.减速停止,当控制回转的手柄回中位时,S1或S2处压力消失,先导一次压力P32处压力消失,由于锁紧阀中位锁紧,马达在惯性力的作用下,从溢流阀溢流减压,溢流阀此时由于失去了P32处压力的控制,开启压力变为大弹簧与小弹簧的差值。液压马达在与溢流阀开启压力相抵的制动扭矩作用下减速直至停止。用溢流阀的二级压力来减压制动,使回转平稳停止。
自由模式:
1.中立状态(P32、S1、S2没有油作用在阀上),Y1不得电,PS处压力一直作用在电磁上,使锁紧阀一直处于左位。液压马达不旋转,P和T想通。
2.回转操作时,Y1不得电由于PS为先导一次压力,S1和S2为先导二次压力,所以S1、S2﹤PS。油液通过锁紧阀左位进入马达,驱动马达旋转。
3.自由回转,液压马达在旋转中,先导压力二次压力S1或S2被解除,液控换向阀处于中位。此时,液压马达排出的有经过液控阀中位再次被马达吸入,形成一个回路,马达在惯性力的作用下继续转动。
4.减速停止,马达在自由回转时,先导压力二次压力S1或S2慢慢上升,于是方向控制阀芯做行程移动,此外,由泵输出的压力油沿马达反方向输进,从而形成制动的压力油,使马达减速停止。
两种操控模式,客户可以根据工况和操作习惯自由的旋转回转的操作,使产品操作适合不同客户的需求,达到人性化操作。
二、回转闭式系统
如图所示为回转闭式系统液压原理。该液压系统由闭式变量泵A4VG,高压溢流阀,补油压力设定阀,压力切断阀,辅助泵,双向液压马达组成。在这种系统中,油的循环是:主泵输出液压油直接进入驱动液压马达入口,而马达回油直接进入泵的吸油口,形成一个闭式循环回路。通过调节变量泵斜盘的角度来改变泵的流量及压力油的方向,从而改变液压马达的转速和旋转方向。变量泵的流量随斜盘倾角变化,可从零增加到最大值。当斜盘过中位,可以平稳改变液体流动方向,微动性好,且工作平稳。因泵和马达运转时有泄漏,会产生吸油不足现象,需要一个低压补油系统。一般补油泵的流量是主泵流量的20%。补油压力由补油溢流阀来限定。补油单向阀根据两侧管路液压油压力的高低,选择补油方向,向主油路低压侧补油。补油泵同时作为控制泵,为伺服变量提供控制油。主泵的两侧设有两个高压溢流阀,对斜盘快速摆动时出现的压力峰值及系统的最大压力提供保护,防止泵和马达超载。压力切断阀是防止高压溢流阀在加速或减速时运作,相当于一种压力调节,当达到设定压力时,通过卸荷补油泵的压力油,将泵的排量回调到零的状态。压力切断阀的设定压力要比高压溢流阀的设定值低30bar。
回转机构是整机的一个分支机构,要求在稳定回转中转速稳定,而且不能受其他机构工作的影响。但实际应用中回转机构中的回转液压马达,在回转运动中突然关闭油路制动时,由于回转负载和机构质量的惯性力矩作用,会在马达的排油路产生很大的冲击压力和过大的加速度,大都采用缓冲补补油阀来缓冲冲击压力,并起制动作用。回转机构的能量消耗在缓冲阀的节流损失中,使回转机构平稳制动。本文介绍了三种开式系统及闭式系统回转机构液压回路,各具其特点:
1.开式回路结构简单,便于控制。但需要有换向阀。
2.闭式系统可通过变量泵调速和反向,省去换向阀。系统还可回收制动能量,减少发热。但结构较复杂。
参考文献
[1]《液压变量泵(马达)变量调节原理与应用》.吴晓明.机械工业出版社.
[2]《工程机械液压系统设计》.李万莉.同济大学出版社.
[3]《液压与气动传动》.宋锦春.科学出版社.
[4]《液压技术手册》.范存德.辽宁科学技术出版社.
关键词:回转;开式系统;闭式系统;液压系统
在回转机构起动和制动过程中,回转机构惯性是很大的。在换向阀处工作位置时,是回转机构转速从零转速加速到额定转速的过程。液压泵处于溢流状态,形成能量损失。另外,回转机构在额定转速运转时,换向阀回到中位,回转马达两油口突然封闭使回转机构制动。回转机构巨大惯性必须由马达产生的反扭矩平衡,因为马达两油口已封闭,在马达的封闭腔内就产生巨大反压力,由于液压油的压缩性很小,这就产生两个不利的后果:一是回转机构制动加速度很大,引起回转机构的工作机构惯性力巨大,使回转机构及工作机构受力恶化;二是在马达封闭腔内产生巨大反压力,会使马达和管道等液压元件因压力过高而破坏。这些不利的因素在系统设计中,应设法防止。为了确保回转机构的安全平稳可靠,从制动,补油,缓冲三个方面来进行控制。
一、回转开式系统
如图所示为回转开式系统液压原理,该系统由液压马达,高压溢流阀,
补油单向阀和液压泵组成。液压泵为三位六通换向阀供油,推动控制回转手柄,既a或b动作,换向阀处左、右位时,高压油油进入马达,驱动回转机构。由于每个溢流活塞都受到两个弹簧的推力-主级和次级弹簧,且作用方向相反,因此可以获得高、低两个压力设定值。当流量方向从V1到C1(或从V2到C2时),次级弹簧的作用由于输入流量而被抑制(由c流向阀块的油液克制了小弹簧的力,使小弹簧失效),溢流活塞只受到主级弹簧的控制,因而管路的压力设定为最高值,驱动马达旋转,使回转机构回转。与此相反,当制动过程中油液由马达排出时,V1与V2端口都为低压(方向控制阀在中位),由次级弹簧推动溢流活塞打开(来自d的油液使溢流阀的小弹簧力作用,此时溢流阀的调定压力为主弹簧与小弹簧调定值的差值),压力设定值降为最低,以便实现平滑的停车。此回转缓冲阀将溢流阀设为2级,用高压起动,低压制动来使回转运动,既能提供足够高的起动扭矩又能实现平稳的缓冲制动效果。
下图所示为回转开式系统的液压原理,该控制分为锁紧模式和自由模式。
锁紧模式:
1.中立状态(先导压力不作用时,P32、S1、S2没有油作用在阀上),PS处有油,Y1得电,进油P直接通过阀和油箱相连。泵处于卸荷状态,马达保持在停止状态。如果外力作用在马达A口或者B口时,会造成液压马达和控制阀的内部泄漏,马达会有微小的转动。而这部分被马达旋转掉的油则通过具有补油功能的溢流阀来进行。
2.回转操作时,Y1得电,先导二次压力S1或S2处任一端有压力油作用时(P32与回转控制手柄联动),液控阀换向,进入马达使马达旋转,当压力超过溢流阀设定压力时,溢流阀溢流。此时为高压启动。
3.减速停止,当控制回转的手柄回中位时,S1或S2处压力消失,先导一次压力P32处压力消失,由于锁紧阀中位锁紧,马达在惯性力的作用下,从溢流阀溢流减压,溢流阀此时由于失去了P32处压力的控制,开启压力变为大弹簧与小弹簧的差值。液压马达在与溢流阀开启压力相抵的制动扭矩作用下减速直至停止。用溢流阀的二级压力来减压制动,使回转平稳停止。
自由模式:
1.中立状态(P32、S1、S2没有油作用在阀上),Y1不得电,PS处压力一直作用在电磁上,使锁紧阀一直处于左位。液压马达不旋转,P和T想通。
2.回转操作时,Y1不得电由于PS为先导一次压力,S1和S2为先导二次压力,所以S1、S2﹤PS。油液通过锁紧阀左位进入马达,驱动马达旋转。
3.自由回转,液压马达在旋转中,先导压力二次压力S1或S2被解除,液控换向阀处于中位。此时,液压马达排出的有经过液控阀中位再次被马达吸入,形成一个回路,马达在惯性力的作用下继续转动。
4.减速停止,马达在自由回转时,先导压力二次压力S1或S2慢慢上升,于是方向控制阀芯做行程移动,此外,由泵输出的压力油沿马达反方向输进,从而形成制动的压力油,使马达减速停止。
两种操控模式,客户可以根据工况和操作习惯自由的旋转回转的操作,使产品操作适合不同客户的需求,达到人性化操作。
二、回转闭式系统
如图所示为回转闭式系统液压原理。该液压系统由闭式变量泵A4VG,高压溢流阀,补油压力设定阀,压力切断阀,辅助泵,双向液压马达组成。在这种系统中,油的循环是:主泵输出液压油直接进入驱动液压马达入口,而马达回油直接进入泵的吸油口,形成一个闭式循环回路。通过调节变量泵斜盘的角度来改变泵的流量及压力油的方向,从而改变液压马达的转速和旋转方向。变量泵的流量随斜盘倾角变化,可从零增加到最大值。当斜盘过中位,可以平稳改变液体流动方向,微动性好,且工作平稳。因泵和马达运转时有泄漏,会产生吸油不足现象,需要一个低压补油系统。一般补油泵的流量是主泵流量的20%。补油压力由补油溢流阀来限定。补油单向阀根据两侧管路液压油压力的高低,选择补油方向,向主油路低压侧补油。补油泵同时作为控制泵,为伺服变量提供控制油。主泵的两侧设有两个高压溢流阀,对斜盘快速摆动时出现的压力峰值及系统的最大压力提供保护,防止泵和马达超载。压力切断阀是防止高压溢流阀在加速或减速时运作,相当于一种压力调节,当达到设定压力时,通过卸荷补油泵的压力油,将泵的排量回调到零的状态。压力切断阀的设定压力要比高压溢流阀的设定值低30bar。
回转机构是整机的一个分支机构,要求在稳定回转中转速稳定,而且不能受其他机构工作的影响。但实际应用中回转机构中的回转液压马达,在回转运动中突然关闭油路制动时,由于回转负载和机构质量的惯性力矩作用,会在马达的排油路产生很大的冲击压力和过大的加速度,大都采用缓冲补补油阀来缓冲冲击压力,并起制动作用。回转机构的能量消耗在缓冲阀的节流损失中,使回转机构平稳制动。本文介绍了三种开式系统及闭式系统回转机构液压回路,各具其特点:
1.开式回路结构简单,便于控制。但需要有换向阀。
2.闭式系统可通过变量泵调速和反向,省去换向阀。系统还可回收制动能量,减少发热。但结构较复杂。
参考文献
[1]《液压变量泵(马达)变量调节原理与应用》.吴晓明.机械工业出版社.
[2]《工程机械液压系统设计》.李万莉.同济大学出版社.
[3]《液压与气动传动》.宋锦春.科学出版社.
[4]《液压技术手册》.范存德.辽宁科学技术出版社.