降低臂式斗轮堆取料机俯仰液压系统冲击与振动的方法
朱绚文 李毅民 王金福
2013-9-3
大连华锐重工集团股份有限公司
大连 116013
摘要：臂式斗轮堆取料机俯仰液压系统在运行时存在着一定的冲击与振动，如何减少这种冲击与振动对设备而言具有重要的意义。本文列举了常见的解决液压系统冲击与振动的若干方法。这些方法对设备操作时缓解冲击，提高设备的使用寿命起到一定的作用。并且，这些方法对大多数的类似设备在减少冲击与振动方面也具有一定的借鉴意义。
关键词：堆取料机；俯仰液压；冲击；振动；缓冲。
1. 概述
近十多年来，由于世界上液压元件的进步与发展，越来越多的臂式斗轮堆取料机采用液压驱动的方式应用于俯仰机构。较少有用户在选用堆取料机时采用钢丝绳卷扬方式驱动俯仰机构。在堆取料机的俯仰机构上采用液压驱动具有结构、机构紧凑；布置方便；使用寿命长；维护工作量小等优点。因此，现代斗轮堆取料机的俯仰装置大多数使用液压油缸驱动。
图1
俯仰机构使用油缸驱动的斗轮取料机
图1是一种采用液压油缸驱动俯仰机构的斗轮取料机示意图。现在，斗轮堆取料机、斗轮取料机和堆料机基本上都采用油缸驱动俯仰机构。
2. 关于臂式斗轮堆取料机俯仰液压系统的冲击与振动
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的存在，当设备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的变换，使得设备因换向阀变换位置的瞬间产生较大的冲击与振动。设备越重大，这种冲击与振动就越大。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。
当油缸出现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载荷形成冲击。
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。原因是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。因此，油缸活塞的极限位置的保护不能采用缓冲器的方式保护。
图
2 带有缓冲功能的堆取料机俯仰液压原理
图2是一个带有缓冲功能的堆取料机俯仰液压原理图。在图2中的比例换向阀和减速阀的作用是减小油缸运动停止与换向时的冲击与振动。
3、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米，这样会很好的改善俯仰机构运动的平稳性。由于重力势能的存在，俯仰速度高对俯仰系统的冲击巨大。当俯仰速度达到10米/分时会明显的感觉到冲击的加大。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。
4、使用比例阀改善油缸启、制动与换向期间的冲击
在图2的液压系统中就采用了比例换向阀来控制液压缸的方向与速度。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，一般用电流毫安信号(4～20mA)，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，比例阀也就产生了不同的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3。
图3
比例阀的控制电流、油缸速度与时间的曲线关系
在图3
中体现了油缸运动时的上升、下降比例阀放大板的输入电流、油缸的速度均按照一定的时间梯度变化的。通过4-6秒的梯度变化使得启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振动。
5、采用减速阀进行缓冲
在图2中与两个液压缸外接口相连处并接一个双溢流制动阀，业内称之为减速阀。制动阀其实是由两个溢流阀和两个单向阀组成的，局部原理见图4。
图4双溢流制动阀(减速阀)的减速原理
双溢流制动阀本身具有溢流阀和单向阀的功能。但是，组装成一体后在系统中的作用又称减速阀。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2中，当液压缸活塞杆承载迅速下降时特殊情况下突然停止，两个液控单向阀5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③单向阀打开，另一部分泄出的液压油进入液压缸有杆腔对有杆腔进行补油。双溢流制动阀的溢流制动压力一般比系统最高压力高2～3MPa。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表现在: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易过高或过低，过高将失去其泄油作用，也就失去了缓冲的作用。过低时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。双溢流制动阀大多数应用在惯性载荷比较大的场合以减少冲击，重点应用在大型与特大型设备上。
5、油缸活塞杆运动到终止位置时的缓冲
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成特殊的结构使得活塞在即将运动到两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。
6、小结
臂架斗轮堆取料机俯仰液压系统冲击降低方法的本质是在降低活塞运动的速度与加速度。在不影响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设备的使用寿命。
参考文献：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
