談屬具快換液壓系統(tǒng)工作控制原理
摘 要:為滿足各種輪胎式、履帶式挖掘機(jī)抓料機(jī)和救援機(jī)器上快速更換不同的配套屬具需求,采用屬具快換控制液壓系統(tǒng)進(jìn)行屬具快換控制。以德國HKS公司的TR-K180[1]的屬具快換機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)設(shè)計為例,淺談屬具快換的結(jié)構(gòu)及工作原理,屬具快換對液壓系統(tǒng)控制的技術(shù)要求以及屬具快換控制液壓系統(tǒng)原理分析。結(jié)果表明通過深入的工況使用分析和地震救援現(xiàn)場產(chǎn)品的試驗均驗證了這種屬具快換液壓系統(tǒng)無論是在功能上還是在安全設(shè)計考慮角度方面都能很好了滿足屬具快換的工作需求。
關(guān)鍵詞: 屬具;快換控制;液壓油缸;液壓系統(tǒng)
引言
在工程機(jī)械產(chǎn)品使用上,尤其是在輪胎式、履帶式挖掘機(jī)、抓料(鋼)機(jī)和救援機(jī)器上,很多時候根據(jù)使用工況不同,需要快速更換不同的配套屬具,使機(jī)器充分發(fā)揮效能,完成多種作業(yè),提高了機(jī)器的性價比。傳統(tǒng)作業(yè)屬具的更換方法須通過人工拆裝連接軸銷來進(jìn)行更換,需要專用的拆卸和安裝工具,熟練工人更換一次作業(yè)裝置耗時在1h以上,這種更換方式既費(fèi)時又費(fèi)力。如果安裝了屬具快換機(jī)構(gòu)及其快換控制液壓系統(tǒng),駕駛員在駕駛室內(nèi)通過操縱手柄和按鈕控制,就能輕松在作業(yè)現(xiàn)場完成各種作業(yè)裝置的快速拆裝,既保證了施工安全,又減少了拆卸安裝時間,還能避免銷軸在拆裝過程中的損壞。本文以國家“十二五”科技支撐計劃項目:20噸型“雙動力雙臂手智能型救援工程機(jī)械”一個工作臂上配套的德國HKS公司TR-K180屬具快換機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)選型設(shè)計為例,淺談屬具快換液壓系統(tǒng)工作控制原理。
1 屬具快換的結(jié)構(gòu)及工作原理
圖1為HKSTR-K180 快換結(jié)構(gòu)外形圖,共有三個部分組成:(1)與主機(jī)工作臂頭部連接機(jī)構(gòu):通過四連桿機(jī)構(gòu)可以很靈活的與各種挖掘機(jī)、抓料機(jī)和救援機(jī)器上吊臂頭部進(jìn)行機(jī)械連接;(2)快換鎖緊機(jī)構(gòu):這兩根單桿活塞液壓油缸的活塞桿可以分別當(dāng)作連接軸銷使用,通過兩根液壓油缸的全程往復(fù)運(yùn)動來分別實現(xiàn)與各種屬具的連接和脫開。當(dāng)這兩根液壓油缸無桿腔都進(jìn)入一定值壓力油后,會推動液壓油缸活塞桿全部伸出去,活塞桿會穿過屬具上的連接孔后,將快換機(jī)構(gòu)與屬具連接為一體,實現(xiàn)了與屬具的快速安裝功能;相反當(dāng)這兩根液壓油缸有桿腔都進(jìn)入一定值壓力油后,會推動液壓油缸活塞桿全部縮回來,活塞桿會自動斷開與屬具上的孔連接,這樣就實現(xiàn)了快換機(jī)構(gòu)與屬具快速與自動脫開功能;(3)與屬具連接機(jī)構(gòu):通過在快換機(jī)構(gòu)和屬具連接機(jī)構(gòu)上分別安裝配套的公母快速接頭體,就實現(xiàn)了吊臂上屬具工作油路通過快換機(jī)構(gòu)后能與下部的屬具油路快速自動接通與脫開功能。
2 屬具快換對液壓系統(tǒng)控制的技術(shù)要求
本文的研究重點是屬具快換液壓系統(tǒng)工作控制原理分析,根據(jù)HKSTR-K180快換機(jī)構(gòu)使用說明書中介紹,當(dāng)快換鎖緊機(jī)構(gòu)的兩根液壓油缸無桿腔始終保存至少大于11MPa壓力油后,會推動液壓油缸活塞桿始終處于全部伸出去狀態(tài),這樣活塞桿就會始終穿過屬具上的連接孔后,將快換機(jī)構(gòu)與屬具連接為一體,整機(jī)就可以利用此屬具進(jìn)行工況作業(yè),當(dāng)完成此工況作業(yè)后需要快速更換屬具,則通過駕駛員操作控制給這兩根液壓油缸有桿腔都進(jìn)入一定值壓力油后,會推動液壓油缸活塞桿全部縮回來,活塞桿就會自動斷開與屬具上的孔連接,這樣快換機(jī)構(gòu)與此屬具就實現(xiàn)了快速自動脫開。根據(jù)上述的屬具作業(yè)工況和屬具與快換機(jī)構(gòu)連接和脫開過程,對屬具快換控制液壓系統(tǒng)設(shè)計選型提出以下幾點技術(shù)要求:只有液壓油缸無桿腔始終存在至少大于11MPa壓力油,才能確?;钊麠U始終以全伸出去狀態(tài)穿過屬具上的連接孔,與屬具牢靠的連接。屬具與快換機(jī)構(gòu)連接后,考慮屬具會長時間隨著主機(jī)進(jìn)行各種復(fù)雜工作,在此工作過程中會對此液壓油缸產(chǎn)生很大沖擊力,同時考慮液壓油缸都存在一定的內(nèi)泄,所以液壓系統(tǒng)控制上一定要考慮增加液壓油缸無桿腔安全鎖緊功能控制,并始終需要給液壓油缸的無桿腔進(jìn)行補(bǔ)油,并時時可以檢測其工作壓力值,并可進(jìn)行低壓報警功能;當(dāng)液壓油缸的有桿腔進(jìn)入一定值壓力油后,要求控制活塞桿快速平穩(wěn)的全部縮回到缸筒內(nèi);對于快換控制要求操作要簡單可靠,并且要考慮充分利用主機(jī)液壓系統(tǒng)中的現(xiàn)有液壓動力源來控制,而不必再另外增加液壓動力源。
3 屬具快換控制液壓系統(tǒng)原理分析
在圖2屬具快換控制液壓系統(tǒng)原理圖中,當(dāng)控制電磁換向閥5的線圈Y1處于不得電狀態(tài)下,電磁換向閥處于左側(cè)工作位,液壓泵1排出的壓力油通過流量控制閥2優(yōu)先分流一部分壓力油依次通過單向閥3、節(jié)流閥4后進(jìn)入電磁換向閥,然后再依次流過減壓閥11、液控單向閥7后進(jìn)入液壓油缸9的無桿腔,推動液壓油缸活塞桿伸出去,直到控制活塞桿全部伸出去, 活塞桿會正好穿過屬具上的連接孔后,將快換機(jī)構(gòu)與屬具連接為一體,這樣主機(jī)就可以利用此屬具進(jìn)行工況作業(yè),液壓油缸有桿腔的回油則依次通過電磁換向閥、單向閥12后直接回到液壓油箱15。在此屬具作業(yè)全過程中,減壓閥起到給液壓油缸無桿腔補(bǔ)油作用,始終確保其出口壓力值為設(shè)定值15MPa,為了安全考慮我們適當(dāng)提高快換控制壓力,以保證液壓油缸無桿腔壓力值穩(wěn)定15MPa,比HKS說明書中規(guī)定的最小值11MPa要大些,液控單向閥起到鎖緊液壓油缸無桿腔作用,另外為了控制更可靠和平穩(wěn),蓄能器10不但能滿足短時間獨(dú)立給液壓油缸無桿腔補(bǔ)油還可以吸收液壓油缸內(nèi)沖擊力。通過手動調(diào)節(jié)節(jié)流閥4的開口大小就可以控制液壓油缸活塞桿伸出去速度的快慢,另外通過設(shè)置壓力傳感器8的壓力值,我們設(shè)定為13MPa,當(dāng)液壓油缸無桿腔的壓力值低于此壓力值,壓力傳感器就會自動接通電路控制進(jìn)行低壓值報警,以提醒駕駛員需要對液壓油缸無桿腔進(jìn)行補(bǔ)油或者系統(tǒng)無法補(bǔ)油需要進(jìn)行檢修。
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當(dāng)控制電磁換向閥的線圈Y1處于得電狀態(tài)下,電磁換向閥換向到右側(cè)工作位,液壓泵排出的壓力油通過流量控制閥優(yōu)先分流一部分壓力油依次通過單向閥3、節(jié)流閥4后進(jìn)入電磁換向閥,然后直接進(jìn)入液壓油缸的有桿腔,推動活塞桿全部縮回到缸筒內(nèi),同時一部壓力油會作用在液控單向閥的控制油口,使其反向通油。液壓油缸無桿腔的回油則依次通過液控單向閥、單向閥6、電磁換向閥和單向閥12后直接回到液壓油箱15,這樣快換機(jī)構(gòu)與此屬具就實現(xiàn)了自動快速脫開。單向閥6的開啟壓力很小起到反向快速通過液壓油作用,單向閥12的開啟壓力較高有0.45MPa,起到回油背壓作用,以控制液壓油缸運(yùn)動的平穩(wěn)性。
流量控制閥是利用負(fù)載敏感壓力補(bǔ)償來進(jìn)行優(yōu)先控制分流的,其始終保證將液壓泵出口的壓力油優(yōu)先分流供給優(yōu)先口屬具快換控制使用,C口壓力油可以去控制主機(jī)液壓系統(tǒng)的其他負(fù)載,溢流閥14可以限制優(yōu)先口負(fù)載最大工作壓力值,節(jié)流閥13是靜態(tài)傳動,沒有產(chǎn)生壓力損失,可以提供穩(wěn)定的負(fù)載壓力反饋信號,起到補(bǔ)償器閥芯在移動過程中穩(wěn)定性控制作用。
4 結(jié)論
通過對屬具快換控制液壓系統(tǒng)原理圖分析,不難看出在屬具快換控制液壓系統(tǒng)設(shè)計選型的時候,要全面考慮快換使用工況需求及其安全保護(hù)措施,在此系統(tǒng)設(shè)計時候增加了多重安全設(shè)計考慮 :通過增加液控單向閥,可以鎖緊液壓油缸無桿腔;通過減壓閥可以時時補(bǔ)油,解決了油缸內(nèi)泄對快換的影響,保證液壓油缸無桿腔內(nèi)壓力值恒定;通過安裝蓄能器可以在快換或者主機(jī)液壓系統(tǒng)出故障時候,短時間內(nèi)給液壓油缸無桿腔補(bǔ)油,保證液壓油缸無桿腔壓力值恒定,給配套快換機(jī)構(gòu)的屬具工作臂快速下落到安全位置提供時間;通過壓力傳感器提供了低壓提前報警功能。另外通過選用流量控制閥,可以利用主機(jī)上已有的液壓泵給快換控制提供液壓動力源,而不必再增加主機(jī)上液壓泵的數(shù)量。通過在20噸型“雙動力雙臂手智能型救援工程機(jī)械”一個工作臂上工廠內(nèi)部試驗,尤其是在四川雅安地震救援現(xiàn)場的實際救援作業(yè),驗證了這種屬具快換控制液壓系統(tǒng)無論是在功能原理上還是在安全設(shè)計方面都能很好的滿足屬具快換的工作需求。
參考文獻(xiàn)
[1]HKS TR-K180 .用戶手冊.
編輯:王欣欣
監(jiān)督:0571-85871667
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