液壓傳動(dòng)在汽車起重機(jī)設(shè)備中應(yīng)用及故障排除

陳興媚 李雙成

摘要：液壓傳動(dòng)是機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化裝置中的重要組成環(huán)，本文通過對(duì)液壓起重設(shè)備工作原理的詳細(xì)剖析，詳述了起重機(jī)設(shè)備中的回轉(zhuǎn)、起吊、變幅及起升等機(jī)構(gòu)的工作原理，并對(duì)液壓起吊設(shè)備在工作過程中出現(xiàn)的常見故障進(jìn)行詳細(xì)分析，并給出各種故障診斷的排除方法，最后總結(jié)其各分油路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為改進(jìn)和設(shè)計(jì)新的液壓系統(tǒng)油路提供借鑒和參考。

Abstract： Hydraulic transmission is an important part of mechanical equipment automation device. Through the detailed analysis of the working principle of hydraulic lifting equipment， this paper details the working principle of slewing， hoisting， luffing and hoisting mechanisms in crane equipment， and analyzes the common faults of hydraulic lifting equipment in the working process， Finally， the structural characteristics of each sub oil circuit are summarized， which provides reference for improving and designing new oil circuit of hydraulic system.

關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu);起吊機(jī)構(gòu);變幅機(jī)構(gòu);故障排除;支腿縮放回路;伸縮回路;平衡裝置

Key words： rotary mechanism;lifting mechanism;luffing mechanism;troubleshooting;outrigger scaling circuit;telescopic circuit;balancing device

中圖分類號(hào)：TG502.32 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2022）01-0138-05

0 ?引言

將起重機(jī)安裝在汽車底盤上利用汽車強(qiáng)大的靈活機(jī)動(dòng)性的起吊設(shè)備，稱為汽車起重機(jī)。這種設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，能在環(huán)境惡劣的野外作業(yè)，利用汽車自身的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備無需另外加裝動(dòng)力裝置，操作簡(jiǎn)單靈活，因此在橋梁建設(shè)、消防救援、林場(chǎng)起吊、搶險(xiǎn)救災(zāi)、石材搬運(yùn)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。汽車起重設(shè)備多采用液壓傳動(dòng)裝置作為主要?jiǎng)恿υ?。利用液體的不可壓縮特性，能夠?qū)崿F(xiàn)低速重載及在振動(dòng)和沖擊性較大的工況下作業(yè)。由于起吊設(shè)備中液壓系統(tǒng)需完成的動(dòng)作較為簡(jiǎn)單，對(duì)位置精度無過高要求，自動(dòng)程度要求不高，因此各回路動(dòng)作手動(dòng)完成即可，在使用中多以安全、穩(wěn)定最關(guān)鍵。

1 ?起重機(jī)的組成及功能要求

圖1所示為一種小型汽車起重設(shè)備，最大起吊量為80kN（幅度3m時(shí)），最大起到高度為11.5m，起重機(jī)可連續(xù)回轉(zhuǎn);由圖可知該起吊機(jī)主要由：載重汽車、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、支腿、吊臂變幅缸、起吊機(jī)構(gòu)、基本臂等組成。在功能上要能夠滿足：野外靈活機(jī)動(dòng)作業(yè)，起吊設(shè)備要能夠方便隨車轉(zhuǎn)移，不需要額外配備附加設(shè)備，如電源、鋼絲繩、輪胎充氣裝置等;起吊臂能夠在360度范圍內(nèi)任意轉(zhuǎn)動(dòng)及鎖定，且起重臂長(zhǎng)度可以任意伸縮，并在一定長(zhǎng)度范圍任意位置鎖定，以滿足不同方位及高度的起吊要求;當(dāng)需要進(jìn)行起吊重物時(shí)，車架兩側(cè)的液壓缸下伸，迫使所有車輪離地，避免重載損傷輪軸，且各液壓支腿能長(zhǎng)時(shí)間重載負(fù)荷，不會(huì)出現(xiàn)腿軟現(xiàn)象;液壓設(shè)備在負(fù)重停止后能夠保持原位不動(dòng)不會(huì)出現(xiàn)溜車現(xiàn)象，再次重啟時(shí)，能夠升降平穩(wěn)，保證不溜車，不打滑，且起吊速度可調(diào)節(jié)。

2 ?起吊裝置液壓系統(tǒng)組成

由圖2可知起重機(jī)液壓系統(tǒng)有五大部分組成，分別為：

①支腿裝置：一般為四缸機(jī)構(gòu)，在起吊重物時(shí)，主要為使所有車輪離地，抬起整車，可有效預(yù)防載荷壓在車輪上，為防止起吊時(shí)傾倒，水平方向要能夠靈活調(diào)節(jié);

②回轉(zhuǎn)液壓油路機(jī)構(gòu)：該機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)吊臂整周回轉(zhuǎn)，并在任意位置停留、鎖止;

③臂架變幅裝置：使吊臂改變傾斜角度，一般在150～800范圍內(nèi)可調(diào);

④伸縮臂液壓裝置：用來改變起吊臂的長(zhǎng)度，并能夠定位，以滿足不同位置的起吊工作;

⑤吊鉤升降液壓油路：實(shí)現(xiàn)設(shè)備在起吊范圍內(nèi)任意升降，且起升和下降速度在允許范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，并在任意位置負(fù)重停留。

3 ?液壓回路系統(tǒng)工作原理

液壓系統(tǒng)回路是整個(gè)起重裝置的核心，起重設(shè)備的各個(gè)部件的動(dòng)作均由圖3的油路系統(tǒng)來完成，現(xiàn)分別詳述各部分動(dòng)作過程如下：

3.1 支腿縮放回路

如圖3所示，該液壓裝置有前、后兩對(duì)支腿液壓缸，通過兩個(gè)M型三位四通手動(dòng)換向閥（圖中閥16、17）來控制支腿的伸縮動(dòng)作，為保證設(shè)備在起吊重物時(shí)支腿有足夠的支撐力，每個(gè)液壓缸均配有一對(duì)雙向液壓鎖（圖中14、20），以保證支腿在伸縮到指定位置后能夠可靠鎖緊，同時(shí)也可以防止行車途中液壓缸活塞自行脫落的問題;鎖緊缸13的作用為下放后支腿前，先將原來被車重壓縮的后橋板簧鎖住，支腿放下后車輪與地面不再接觸，起重作業(yè)時(shí)支腿放下的高度較小，使整車的重心較低防止傾覆，保持良好的穩(wěn)定性。因此，要求起重作業(yè)之前先放后支腿，后放前支腿，起重結(jié)束后先收前支腿，再收后支腿;其液壓油路為：

①后支腿放下進(jìn)油路。

油箱中油液經(jīng)過濾器1→泵2→兩位三通換向閥3左位→三位四通換向閥17中位→三位四通換向閥16右位→鎖緊缸13鎖緊后橋板簧→后支腿液壓缸15無桿腔，驅(qū)使后支腿下放到指定位置→泄壓閥18開啟卸荷;若在后支腿放下途中將三位四通手動(dòng)換向閥16閥芯搬回中位，可實(shí)現(xiàn)后支腿在任意位置停留;此時(shí)，泵2中的油液→閥3左位→閥17中位→閥16中位→油箱。

②后支腿放下回油路。

鎖緊缸13及后支腿液壓缸15有桿腔中的油液→三位四通手動(dòng)換向閥16右位→油箱。

③前支腿放下進(jìn)油路。

油箱中油液經(jīng)過濾器1→泵2→閥3左位→閥17右位→前支腿液壓缸19無桿腔，驅(qū)使前支腿下放到指定位置→泄壓閥18卸荷;若在前支腿放下途中將三位四通手動(dòng)換向閥17閥芯搬回中位，可實(shí)現(xiàn)前支腿在任意位置停留;此時(shí)，泵2中的油液→閥3左位→閥17中位→閥16中位→油箱。

④前支腿放下回油路。

前支腿液壓缸19有桿腔中的油液→三位四通手動(dòng)換向閥17右位→三位四通手動(dòng)換向閥16中位→油箱。

⑤前支腿收縮進(jìn)油路。

油箱中油液經(jīng)過濾器1→泵2→兩位三通換向閥3左位→三位四通換向閥17左位→前支腿液壓缸19有桿腔，驅(qū)使前支腿收縮→泄壓閥18卸荷。

⑥前支腿收縮回油路。

前支腿液壓缸19無桿腔中的油液→三位四通手動(dòng)換向閥17左位→三位四通手動(dòng)換向閥16中位→油箱。

⑦后支腿收縮進(jìn)油路。

油箱中油液經(jīng)過濾器1→泵2→兩位三通換向閥3左位→三位四通換向閥17中位→三位四通換向閥16左位→后支腿液壓缸15及鎖緊缸13有桿腔，驅(qū)使后支腿及鎖緊缸中活塞桿收縮→泄壓閥18卸荷。

⑧后支腿收縮回油路。

鎖緊缸13及后支腿液壓缸15無桿腔中油液→三位四通換向16左位→油箱。

3.2 大臂伸縮回路

大臂由兩部分組成，一部分是基本臂，另一部分為伸縮臂，基本臂將伸縮臂套在其中。為保證安全要求負(fù)載力與液壓力一致，方便伸縮臂回收，同時(shí)，在收縮缸的無桿腔設(shè)置平衡閥12，可有效避免吊臂在重力作用下自行收縮;大臂的伸縮由主控閥組中的三位四通手動(dòng)換向閥4來控制;其液壓油路為：

①大臂伸出進(jìn)油路。

油箱中油液經(jīng)過濾器1→泵2→兩位三通換向閥3右位→三位四通手動(dòng)換向閥4左位→平衡閥12中單向閥→大臂伸縮缸無桿腔→大臂伸出→泄壓閥21開啟卸荷;若在大臂伸縮桿伸出過程中將三位四通換向閥4的閥芯搬回中位，可實(shí)現(xiàn)大臂伸縮桿在任意位置停留（縮回亦是如此，其后不再贅述）;此時(shí)，泵2中的油液→閥3右位→閥組4、5、6、7中位→油箱。

②大臂伸出回油路。

大臂伸縮缸有桿腔中油液→三位四通手動(dòng)換向閥4左位→三位四通手動(dòng)換向閥組5、6、7中位→油箱。

③大臂縮回進(jìn)油路。

油箱中油液經(jīng)過濾器1→泵2→兩位三通換向閥3右位→三位四通手動(dòng)換向閥4右位→一路進(jìn)入大臂伸縮缸有桿腔，另一路進(jìn)入平衡閥12中液控順序閥→大臂縮回→泄壓閥21。

④大臂收縮回油路。

大臂伸縮缸無桿腔中油液→平衡閥12中液控順序閥→三位四通手動(dòng)換向閥4右位→三位四通手動(dòng)換向閥組5、6、7中位→油箱。

3.3 吊臂變幅回路

吊臂變幅機(jī)構(gòu)是用于改變大臂的俯仰角度。設(shè)備采用兩個(gè)液壓缸并聯(lián)，提高了變幅機(jī)構(gòu)的承載能力;同時(shí)，在改變吊臂幅度時(shí)，為防止因自重而使吊臂下落，在油路中設(shè)有平衡回路11;各油路為：

①增幅機(jī)構(gòu)進(jìn)油路。

油箱中油液經(jīng)過濾器1→泵2→兩位三通換向閥3右位→三位四通換向閥4中位→三位四通換向閥5左位→平衡閥11→變幅油缸無桿腔，驅(qū)使吊臂相對(duì)于水平面（地面）抬升至指定角度;若在增幅過程中將閥5的閥芯搬回中位可實(shí)現(xiàn)大臂在150～800范圍內(nèi)任意角度停留（減幅過程亦是如此，后面不再贅述）;此時(shí)，泵2中的油液→閥3右位→閥組4、5、6、7中位→油箱。

②增幅機(jī)構(gòu)回油路。

并聯(lián)雙液壓缸有桿腔油液→三位四通換向閥5左位→三位四通換向閥組6、7中位→油箱。

③減幅機(jī)構(gòu)進(jìn)油路。

油箱中油液經(jīng)過濾器1→泵2→兩位三通換向閥3右位→三位四通換向閥4中位→三位四通換向閥5右位→一路進(jìn)入平衡閥11，一路進(jìn)入變幅雙油缸有桿腔，驅(qū)使吊臂相對(duì)于水平面（地面）下降至指定角度→卸荷閥21卸荷。

④減幅機(jī)構(gòu)回油路。

并聯(lián)雙缸無桿腔油液→閥11→閥5右位→換向閥組6、7中位→油箱。

3.4 吊臂旋轉(zhuǎn)油路

該機(jī)構(gòu)是利用液壓馬達(dá)通過蝸輪蝸桿減速箱和一對(duì)內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)來驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)。由于液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速不高（每分鐘僅為1-3轉(zhuǎn)），因此無需設(shè)置液壓馬達(dá)制動(dòng)回路。系統(tǒng)中用多路換向閥組中的一個(gè)三位四通手動(dòng)換向閥6來控制轉(zhuǎn)盤正、反轉(zhuǎn)和鎖定不動(dòng)三種工況，并可在3600內(nèi)任意位置停留。其油路為：

①吊臂順時(shí)針旋轉(zhuǎn)進(jìn)油路。

油箱中油液經(jīng)過濾器1→泵2→兩位三通換向閥3右位→換向閥組中閥4、5中位→換向閥組中閥6左位→液壓馬達(dá)順時(shí)針旋轉(zhuǎn);若在馬達(dá)回轉(zhuǎn)過程中將三位四通換向閥6的閥芯搬回中位，由于馬達(dá)轉(zhuǎn)速較低可實(shí)現(xiàn)馬達(dá)在任意位置停留（順時(shí)針旋轉(zhuǎn)亦是如此，其后不再贅述）;此時(shí)，泵2中的油液→閥3右位→閥組4、5、6、7中位→油箱。

②吊臂順時(shí)針旋轉(zhuǎn)回油路。

液壓馬達(dá)右油口→換向閥組中閥6左位→換向閥組中閥7中位→油箱。

③吊臂逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)進(jìn)油路。

油箱中油液經(jīng)過濾器1→泵2→兩位三通換向閥3右位→換向閥組中閥4、5中位→換向閥組中閥6右位→液壓馬達(dá)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

④吊臂逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)回油路。

液壓馬達(dá)左油口→換向閥組中閥6右位→換向閥組中閥7中位→油箱。

3.5 重物起、降油路

重物起、降機(jī)構(gòu)是汽車起動(dòng)機(jī)的主要工作機(jī)構(gòu)，卷揚(yáng)機(jī)工作可由低速大轉(zhuǎn)矩定量液壓馬達(dá)來驅(qū)動(dòng)。液壓馬達(dá)的正、反轉(zhuǎn)由三位四通手動(dòng)換向閥7控制。起重機(jī)起升速度的調(diào)節(jié)是通過改變汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)亩淖円簤罕玫妮敵隽髁亢鸵簤厚R達(dá)的輸入流量來實(shí)現(xiàn)的。在液壓馬達(dá)的回油路上設(shè)有平衡回路8，以防止重物自由落下;在液壓馬達(dá)上還設(shè)有單向節(jié)流閥10，設(shè)有單作用雙閘缸9組成的制動(dòng)回路，當(dāng)系統(tǒng)不工作時(shí)通過兩閘缸中的彈簧力實(shí)現(xiàn)對(duì)卷揚(yáng)機(jī)的制動(dòng)，防止起吊重物下滑;當(dāng)?shù)踯囏?fù)重起吊時(shí)，利用制動(dòng)器延時(shí)張開的特性，可以避免卷揚(yáng)機(jī)起吊時(shí)發(fā)生溜車下滑現(xiàn)象;此時(shí)系統(tǒng)中油液的流動(dòng)情況為：

①升起重物進(jìn)油路。

油箱中油液經(jīng)過濾器1→泵2→兩位三通換向閥3右位→三位四通換向閥組4、5、6中位→單向節(jié)流閥10→制動(dòng)缸9有桿腔，閘瓦打開→三位四通換向閥7左位→平衡閥8→卷揚(yáng)機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn);在起升過程中若將換向閥7的閥芯搬到中位，則泵在閥7的d型滑閥中位機(jī)能作用下油液直接流回油箱，此時(shí)卷揚(yáng)機(jī)在閘瓦9和平衡閥8的作用下迅速鎖住，防止重物在自重的作用下掉落，可實(shí)現(xiàn)被吊物體在任意位置停留（放下重物時(shí)亦是如此）;此時(shí)，泵2中的油液→閥3右位→閥組4、5、6、7中位→油箱。

②升起重物回油路。

卷揚(yáng)機(jī)回油腔油液→閥7左位→油箱。

③被升起重物下降進(jìn)油路。

油箱中油液經(jīng)過濾器1→泵2→兩位三通換向閥3右位→三位四通換向閥組4、5、6中位→單向節(jié)流閥10→制動(dòng)缸9有桿腔，閘瓦打開→三位四通換向閥7右位→油液一路進(jìn)入平衡閥，一路驅(qū)動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

④被升起重物下降回油路。

卷揚(yáng)機(jī)回油腔油液→平衡閥8→閥7右位→油箱。

4 ?技術(shù)特點(diǎn)

該系統(tǒng)液壓泵由汽車發(fā)動(dòng)機(jī)裝在汽車底盤變速箱上的取力箱驅(qū)動(dòng)。液壓泵工作壓力為21MPa，每轉(zhuǎn)排量為40ml，轉(zhuǎn)速為1500r/min。系統(tǒng)中除液壓泵、濾油器、安全閥、液壓閥組等，油箱和其它液壓元件都可裝在可回轉(zhuǎn)的上車部分，兼作配重;上、下車部分油路通過中心回轉(zhuǎn)接頭連通。系統(tǒng)采用串聯(lián)油路，在空載或輕載吊重作業(yè)時(shí)，各機(jī)構(gòu)可以任意組合同時(shí)動(dòng)作。

5 ?液壓系統(tǒng)常見故障分析與排除

該液壓系統(tǒng)為國(guó)民工業(yè)生產(chǎn)中重要的作業(yè)設(shè)備，在起吊工作中若出現(xiàn)故障應(yīng)及時(shí)作出正確診斷并予以排除;現(xiàn)將常見的設(shè)備故障及排除方法列表如表1所示。

6 ?結(jié)語

根據(jù)圖3知：該液壓系統(tǒng)是由調(diào)壓、調(diào)速、換向、鎖緊、平衡等多種液壓回路組合而成，各回路的結(jié)構(gòu)特

點(diǎn)是：

①在調(diào)壓回路中，利用背壓閥21、18來限制系統(tǒng)的最高工作壓力，防止系統(tǒng)過載損壞液壓元器件，可實(shí)現(xiàn)過載卸荷，保護(hù)液壓元器件作用。

②在鎖緊回路中，采用液控雙向液壓鎖將前后支腿鎖定在指定位置上，工作安全可靠、確保整個(gè)起吊過程中各支腿均無擔(dān)力不足的現(xiàn)象，雙向液壓鎖可實(shí)現(xiàn)在液壓系統(tǒng)發(fā)生故障或者汽車熄火狀態(tài)下仍能正常工作，為操作者生命安全提供有力保障。

③在調(diào)速回路中，各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度采用手動(dòng)調(diào)節(jié)各閥口開度大小來控制，操作靈活、方便。

④在平衡回路中，采用順序閥控制的平衡閥8、11、12串并聯(lián)在吊臂伸縮、吊臂變幅、起升機(jī)構(gòu)中，可有效防止因重物自重下降造成危險(xiǎn)事故，且系統(tǒng)在工作過程中能夠?qū)崿F(xiàn)安全和穩(wěn)定、可靠;不足之處是由于平衡閥有背壓，油路工作時(shí)有一定的功率損失。

⑤在制動(dòng)回路中，采用制動(dòng)缸無桿腔內(nèi)調(diào)整好的彈簧力進(jìn)行制動(dòng)，制動(dòng)力大、動(dòng)作迅速可靠，由于要用油液推動(dòng)活塞壓縮彈簧來松開剎車，油液的進(jìn)出量又可由單向節(jié)流閥10來控制，在作業(yè)過程中要求節(jié)流閥10開度較小，使剎車松開的動(dòng)作緩慢;可防止負(fù)重起重時(shí)出現(xiàn)溜車現(xiàn)象確保起吊安全。

⑥在多缸卸荷回路中，采用多組換向閥串聯(lián)結(jié)構(gòu)，由于是多閥串聯(lián)，既可實(shí)現(xiàn)任意工作機(jī)構(gòu)的單獨(dú)動(dòng)作;又能實(shí)現(xiàn)輕載下各機(jī)構(gòu)任意組合并同時(shí)動(dòng)作;這種采用多換向閥串連的方式，會(huì)降低系統(tǒng)的工作效率，但該設(shè)備是間歇式作業(yè)機(jī)構(gòu)，這些損失給系統(tǒng)的影響較小可以忽略。

⑦文章對(duì)起重機(jī)液壓系統(tǒng)在日常使用中的常見故障做了列表總結(jié)，并給出排除故障方案，為后期保養(yǎng)、維護(hù)提供參考和借鑒。

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