对锚杆台车液压负荷传感技术的研究

来源 :中国机械 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hongqiulongxi
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要 : 通过对锚杆台车上几种液压负荷传感油路的对比分析,系统地阐述了其共同特点和不同之处,并提出有关问题进行探讨,指出液压负荷传感技术必将成为工程机械上不可缺少的重要组成部分。
  负荷传感技术是一种利用泵的出口压力与负载压力差值的变化而使液压系统流量随之相应变化的技术。它克服了恒流量和恒压系统中不应有的损失,从而提高了系统的效率,改善了控制性能。
  1.负荷传感技术在锚杆台车上的应用
  芬兰H530-PC40锚杆台车的液压系统从底盘到工作装置全方位地应用了负荷传感技术,而且几乎应用了各种类型的负荷传感油路,可以说它较全面地展示了九十年代液压负荷传感技术的发展趋势。
  1.1.利用负荷传感技术,使转向系统可按转向的需求提供相应的流量
  图l 为台车转向系统的原理图 ,它是由负荷传感转向器2和优先阀1组成的转向系统, 它和其它机械转向系统的不同点在于除了P、T、A和B四个油口之外,增加了一个LS油口(LS为负荷传感之意),即压力传感油路,以便将负荷传感转向器的压力信号传递给优先阀。
  优先阀是一种定差减压型分流阌,由液压系统油泵输出的压力油从P口流入, 又从CF、EF两个口分流出来,和一般的分流阀不同之处是CF侧通常为优先回路。
  在不转向情况下,优先阀保持左边位置。转向器的传感油路与回油口T相通,此时优先阀左端的液压力与右端的弹簧力平衡,优先阀可向其它装置供油。当开始转向时,方向盘的转动使传感油路与进油口P相通, 因而压力传感信号经节流阀反馈给优先阀的右端,此刻,优先阀两端的压力平衡被打破,其滑阀将在右端弹簧和反馈的共同压力作用下,克服左端压力向左移动。随着压力增加,滑阀的移动量也增加,使流入转向系统的油量也增加。同时,减少了向其它装置的供油量。最后油量将全部供给转向系统,以保证转向系统的流量和压力。当转向停止时,转向阀回到中位,传感油路又与回油路接通,优先阀左端的压力将克服右端弹簧力推动滑阀恢复原位。
  传感压力的大小是与转向的快慢相适应的,优先阀的滑阀移动量又是与传感压力的大小相联系的,因而此转向系统具有按需供油的性能,避免了流量和压力的损失,达到了除有好的转向调节性能之外,还具有节能效果。
  1.2.利用负荷传感技术实现两执行元件的最佳压力匹配
  锚杆台车在开始打眼时,为避免功率浪费,设置了半功率工作状态,见图2。打眼之后进入钻孔工作中,进给运动和冲击运动将共同处于全功率工作状态,即压力匹配状态。先导压力除通过梭阀15推动冲击选择阀4,使主冲击阀3打开之外,还将推动功率选择阀5与功率安全阀6断开,同时与进给冲击压力限制阀8接通。同样,此阀的另一油口又与节流阀27、进给压力调节阀20、进给回油选择阀32相串接,这样就使进给运动和冲击运动之间通过传导油路实现了压力的相互反馈。当进给运动压力降低时,此信号将通过进给回油选择阀32、进给压力调整阀20、节流阀27传给进给冲击压力限制阀8。实际上此阀此时起着定差减压阀的作用,其进口端压力随之相应降低,从而使冲击压力也降低,此信号通过梭阀也同样传递到变量泵。反之,当进给压力升高时,通过传感油路也将使冲击压力相应升高。但不管是降低还是升高压力,进给、冲击压力限制阀8都将使进给和冲击压力的差值为一常数。 常数选择的原则就是要使进给和冲击两运动的压力达到最佳匹配,使钻孔效率最高。
  1.3.利用负荷传感技术稳定流量和限制最高压力
  (1)由于注浆管为带有一定硬度的软管,这就要求其进孔和出孔的速度保持一致。如图4为汤姆洛克公司为达到以上要求而设置的液压油路。
  當换向阀4在左位时,压力油经过定差减压阀1、节流阀2、止回阀3进入换向阀4,然后又分为主油路和传感油路。主油路走向为经过单向阀5(同时打开回油单向阀6)进入注浆管进给油缸7,使注浆管进入注浆孔中,活塞杆一端的油又通过被打开的单向阀6,再经过换向阀4进入油箱。传感油路又分为三路。第一路经梭阀8给主油泵送去传感信号;第二路到最高压力安全阀9,当压力超过设定值时,传感压力将其打开,油通过被打开的单向阀6,再经过换向阀4回到油箱;第三路到定差减压阀1,这个传感压力通过减压阀1所起的作用就是使节流阀两端压差不受负载变化的影响,始终为一常数,从而使通过节流阀的流量仅取决于开口量的大小,从图5-1可看出当P3升高或降低时,使减压阀的阀口量h增大或减小,则P2为升高或减小。ΔP23=Fs/A(Fs为弹簧力,可视为常数;A为阀芯面积)为一定值。所以不管P1、P3如何变化,由于ΔP23为常数,就使流量只与节流阀的开口有关。开口固定时其流量也就保持不变。
  (2)如图2左下端所示,是一种带有负荷传感的换向阀53、安全阀55、溢流阀52、节流阀5 6组成的旁通溢流系统。换向阀53为三位五通阀,其中一油口通路为传感油路,给压力补偿阀52(也是定差减压阀)传递压力信号Ls;同时也传给安全阀55,促使两阀在一定的压力下开闭,以保证马达回转速度和过载安全。
  当换向阀在中位时,压力补偿阀52起着小安全阀作用,使定量马达50维持很小的压力。当换向阀移到任意工作位置时,回转马达54开始工作。工作期间旋转阻力P2增大时(见图6所示),其传感压力将传到压力补偿阀52阀芯的上端,使其开口量减小,促使P1增加,而ΔP12=FS/A基本不变,通过节流阀的流量也就基本不变。当旋转阻力P2继续增大,且超过安全阀55的设定压力时,通过传感压力油路打开安全阀55,以保证不过载。
  这种负荷传感油路能保证执行机构在设定的速度下工作,避免了时高时低的冲击现象,使凿岩机能在一种基本稳定的工况下工作,延长了各部件的使用寿命。
  以上两种类型,都是利用传感油路,达到稳定流量和限制最高压力的作用,但它们的结构特点并不一样。从图上可看出,前者为串联型,后者为并联型,因此各自也有优缺点。串联型的流量稳定性好,但节流损失大.并联型的功率消耗小,效率高,发热量也少,但压力波动较大,流量稳定性较差。由于注浆管进给运动对速度稳定性要求高,所以采用串联型。而回转运动由于对速度稳定性要求不太高 ,故用并联型。   1.4.利用负荷传感技术,使变量泵流量依外界负荷而变化
  在锚杆台车上的所有液压执行部件上都设有传感油路,它们最终是将信号传递到主油泵上。本台车的液压主泵为带有流量补偿阀和压力补偿阀的柱塞式变量泵。来自执行元件的负荷传感压力经过两调节阀的作用,使液压泵改变排量。
  2.负荷传感系统的分类及特点
  2.1.分类。虽然锚杆台车的负荷传感油路有多种布置形式,但概括起来可把其分为二大类,即阀控定量系统(如转向系统和回转系统)和泵控变量系统(如主液压泵系统)。阀控定量系统是有定量泵和负荷传感阀组成,对液压系统的流量进行控制;泵控变量系统则是由变量泵和负荷传感阀组成,并利用系统压力与负载压力之间的压差控制泵的流量。
  尽管负荷传感阀有多种结构形式,但其原理都是相同的,属于等差减压阀。此减压阀两端作用一个基本恒定的压差,其低压端为负载压力。此压差为进入执行元件的某一换向阀口的进出口压力,由于定压差,使通过的流量与阀口面积成正比,并且使泵的输出压力仅高于负载压力一个压差。
  2.2.特点。
  (1)节能。阀控定量负荷传感系统中,节能主要表现在普通定量系统的溢流压力由溢流阀调到最高可能的系统压力,而负荷传感定量系统的压力略高于负载压力(压差为压力补偿阀两端压差),且随负载而变。同时换向阀中位时也有较大的节能效果。
  泵控负荷传感系统中,节能表现在:恒压变量泵的损失最大,虽然流量可变得与负载要求一致,但压力损失过大.,恒功率变量 泵的功率一定,而负载所需的压力和流量不可能都与泵的一致,必然有泵的压力或流量超过负载所需值,从而引起损失。负荷传感系统则可以使两者接近,而减小损失。
  据汤姆洛克公司介绍,由于其锚杆台车采用了负荷传感技术,使节能效果可达到20%。
  (2)控制性能好。由于系统压力和流量变化受负荷传感信号控制,是一个闭环反馈控制系统,故控制灵敏度高,各种负荷传感阀均属等差减压阀,通过节流口的流量只与其面积有关,而不受负载变化影响,故调速平稳、准确、迅速,可与比例阀配合实现比例控制,多个执行元件复合动作时,可实现同步工作而互不影响;因流过滑阀的流量小、流速低,故操纵力小,微调性能好,微调时功率损失低。
  (3)寿命长。换向阀中位时,泵低压小流量工作;系统工作时,泵在略高于负载压力下工作,且溢流损失小,油温低,有效地改善了热平衡状况,延长了元件和工作油的寿命。
  (4)元件规格小。由于功率得到充分利用,系统效率高,泵、冷卻器、滤油器及管路元件的规格都可以适当减小,使系统更紧凑。
  3.几个问题的探讨
  3.1.阀控定量系统与泵控变量系统的选择
  芬兰H530-40PC锚杆台车的液压系统中 既有定量泵,也有变量泵,因此也就使负荷传感阀件的布置形式有所不同。对于定量泵系统来讲,其负荷传感油路属阀控型式。这种形式结构简单,容易布置,价格便宜,便于维修。但纵观齿轮泵近三十年的发展,虽在效率、转速、寿命等方面都有所提高,但在压力等级上却没有明显的提高,特别是一些大排量的齿轮泵更是如此。所以,从节能效果来看,并不理想,而负荷传感变量泵系统,可将节能效果提高到一个新的水平,尤其是带有流量压力联合补偿变量泵的负荷传感系统,如锚杆台车的液压主泵系统,这种传感形式有阀控油路,也有泵控传感油路,它可以将功率的无效消耗降到最低限度,它将在工程机械中应用越来越普遍,也是当今最理想的负荷传感系统。但由于变量泵占据空间大,布置困难,成本高,工作条件苛刻,所以并未广泛普及。尽管如此,有理由相信,随着当今能源情况,在工程机械中提高液压系统有效率,降低系统的功率比,改善液压系统的热平衡,已是当务之急,因而具有较好的节能效果的液压系统应是首选目标。
  3.2.串联与并联形式的选择
  定差减压阀和节流阀是液压传感油路中的重要阀件,两者以何种形式联结,对传感效果也是不同的。串联形式的主要特点是稳定性好,但节流损失大;并联形式的主要特点是功率消耗小,但压力波动大,稳定性较差。一般来讲,对于流量小、工况要求不严格的油路可考虑用串联形式,比如锚杆台车的回转系统采用的是并联形式,而主油泵系统的各执行元件采用的是串联形式。正因为串联形式有稳定性好的特点故对各部件的寿命有提高,它应该是传感油路中的主要联接形式和发展方向。
  3.3.内控和外控的选择
  锚杆台车的传感信号基本上都是通过阀体中的油道进行传递的,这种内控式的传感油路使整车的油路布置更简便,外表也比较美观,但油压相对来讲损失大,维修不方便,对外控式传感油路,即外接一条油管,油压损失小,维修方便,但管路不好布置,尤其是在工作元件多的情况下,油路较繁杂。锚杆台车的各阀件油道基本上都是铸造流道,其过流面积及流道形状的尺寸精度和位置精度要求很高,对于油道中的压力损失也就有所减少。因此在内控油道的各加工指标不断提高的情况下,内控式传感油路将逐步代替外控式油路。
  3.4.传感阀件位置的确定
  锚杆台车上的每一个工作元件的阀控传感装置基本上都是和换向阀共用一个阀体,这样就使得传感油路的距离很近,传感油压损失小,易布置。锚杆台车的主油泵布置在车体的中间,为得也是使其泵控传感油路的距离最近,减少压力损失,使流量、压力调节阀更能准确地调节主油泵。
  3.5.梭阀的利用
  在锚杆台车传感油路上布置了大量的梭阀,据统计近三十多个。梭阀的用途就在于在众多的执行元件中选出油压最高者,使其通过传导油路送到流量或压力调节装置。传导油路中的梭阀有两个特点,一是淘汰性,即压力高者淘汰压力低者;二是同路性,即无论哪个执行元件的油压高,都会经过同一传导油路,最终送到调节装置,换句话说也就是如果有n个传导信号,则须n—1个梭阀,只供用一条油路即可。如图9所示梭阀联结示意图。从简图可看出,梭阀对具有多个执行元件的传导油路来说是最简单、最实用的筛选压力信号的一种元件。
  液压系统的节能潜力是很大的,而负荷传感技术则是挖掘其节能潜力的重要途径。因此在工程机械上,负荷传感技术的应用必将会有广阔的前景,成为液压系统中的重要组成部分。
  参考文献:
  [1]《H530-40PC锚杆台车维修手册》汤姆洛克公司
  [2]《液压传动》石家庄铁道学院
其他文献
摘要:本文对国内外热轧带钢轧后控制冷却技术从20世纪20年代到现在的发展做了介绍,同时对不同控制冷却方式进行了比较。  关键词:热轧带钢,控制冷却,喷水冷却,层流冷却,水幕冷却,超快速冷却UFC。  控制轧制和控制冷却技术已发展成为现代轧钢技术的一项重要工艺。近年来,随着市场对热轧带钢的需求量增大,对钢材的质量要求也越来越高,不仅要求有很好的表面质量,对钢材的组织力学性能更是提出了更高的要求。热轧
作者简介:唐敏(1984.10-)女,汉族,河北秦皇岛人,目前就职于秦皇岛天业通联重工股份有限公司,本科学历,从事矿山车结构设计工作。  【摘要】明确机械零件尺寸基准的种类和确定原则,通过矿山车生产装配过程中的一个实例来说明正确选择零件尺寸基准的重要性。  关键词:尺寸基准;正确选择;重要性  1. 前言  我们在生产过程中常常遇到这样的问题,有的零件装配不到一起,或者即使装配到一起,也达不到技术
前苏联教育家苏霍姆林斯基曾指出:“观察是智慧的源泉,是知识理解和技艺掌握之母。”由此可见,观察对于学生了解并掌握客观事物起着至关重要的作用。在小学科学教学中,观察能力是
新课程倡导以学生为主体,鼓励学生采用探究式、发现式的学习方法,拓展思维,开阔视野。这就要求我们不断引导和指导学生去主动探究,而如何让学生对问题产生探究的兴趣,让学生掌握探
摘要:滴眼剂由于其使用的特殊性,对其灌装设备有一定的要求,本文主要介绍了滴眼剂的特殊性,阐述了滴眼剂灌装设备的应用和发展。  关键词:滴眼剂;灌装设备;无菌环境  眼睛是人类对世界进行感知活动的重要窗口,它既敏感又脆弱,因此要求我们在进行眼科疾病的预防、诊断和治疗的时候所使用的眼用制剂,无论是在安全性、稳定性还是在有效性等方面都有更高、更严格的要求。我国是眼科疾病发病率很高的国家,据调查数据显示,