液压传动课程设计设计说明书.docx
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液压传动课程设计设计说明书
液压气动技术课程设计
设计说明书
摘要
履带式起重机(crawlercrane),是一种高层建筑施工用的自行式起重机。
是一种利用履带行走的动臂旋转起重机。
履带接地面积大,通过性好,适应性强,可带载行走,适用于建筑工地的吊装作业。
可进行挖土、夯土、打桩等多种作业。
但因行走速度缓慢,转移工地需要其他车辆搬运。
履带式起重机超载吊装时或由于施工需要而接长起重臂时,为保证起重机的稳定性,保证在吊装中不发生倾覆事故需进行整个机身在作业时的稳定性验算。
验算后,若不能满足要求,则应采用增加配重等措施。
本文通过液压履带式起重机的结构设计的分析出其故障产生的原因并提出了解决办法法。
关键词:
履带式起重机结构设计故障原因解决办法
目录
一、液压履带式起重机的含义1
(一)液压履带式起重机的定义1
( 二)液压履带式起重机的分类1
( 三)液压履带式起重机驱动方式1
二、液压履带式起重机的结构设计1
(一)履带式起重机的组成部分1
(二)履带式起重机各部分工作原理3
三、液压履带式起重机的起升系统5
(一)主钩起升动作6
(二)主钩降落动作6
四、故障产生的原因及处理方法6
(一)产生该故障的原因6
(二)故障的处理方法7
液压履带式起重机的设计
一、液压履带式起重机的含义
(一)液压履带式起重机的定义
履带式起重机是在行走的履带式底盘上装有行走装置、起重装置、变幅装置、回转装置的起重机。
履带式起重机有一个独立的能源,结构紧凑、外形尺寸相对较小,机动性好,可满足工程起重机流动性的要求,比较适合建筑施工的需要,达到作业现场就可随时技入工作。
( 二)液压履带式起重机的分类
起重机按传动方式不同,可分为机械式、液压式和电动式三种。
其中,机械式又分为内燃机—机械驱动和电动—机械驱动两种。
( 三)液压履带式起重机驱动方式
机—电力驱动内燃机—电力驱动与外接电源的电力驱动的主要区别是动力源不同,前者采用独立的内燃机作动力源,后者外接电网电源。
内燃机—驱动通常是由柴油机驱动发电机发电,把内燃机的机械能转化为电能,传送到工作机构的电动机上,再变为机械能带动工作机构运转。
内燃机—驱动内燃机—驱动在现代工程起重机中得到了越来越广泛的应用,主要原因一是柴油发动机机械能转化为液压能后,实现液压传动有许多优越性,二是由于液压技术发展很快,使起重机液压传动技术日趋完美。
二、液压履带式起重机的结构设计
(一)履带式起重机的组成部分
如下图所示,履带式起重机主要由下列几部分组成:
1.取物装置
带式起重机的取物装置主要是吊钩(抓斗、电磁吸盘等作为附属装置)。
2.吊臂
支承起升钢丝绳、滑轮组的钢结构,它可以俯仰以改变工作半径。
它直接装在上部回转平台上。
吊臂可以根据施工需要在基本吊臂基础上接长。
在必要时,还可在主吊臂的顶端装一吊臂,扩大作业范围,这种吊臂称副臂。
3.上车回转部分
在起重作业时可以回转的部分包括装在回转平台上除吊臂、配重、吊钩等以外的全部机构和装置。
4.行走部分
履带式起重机的下部行走部分,是履带式起重机的底盘,同时也是上车回转部分的基础。
主要有履带、驱动轮、导向轮、支重轮、上托轮、行走马达、行走减速箱、履带张紧装置、履带伸缩油缸等组成。
5.回转支承部分
安装在下车底盘上用来支承上车回转部分的,包括回转支承装置的全部回转、滚动和不动的零部件和用来固定回转支承装置的机架等(不包括四转小齿轮)。
6.配重
是安装在起重机回转平台尾部的具有一定形状的铁块,目的是确保起重机能稳定地工作。
在必要时,这些铁块可以卸下后单独搬运。
7.动力装置
装置即为动力源。
在履带式起重机上,大部分动力装置为四冲程柴油发动机。
在履带式起重机上,它把内燃机的机械能经液压油泵转变为液压能,经液压油管和各种控制阀将液压能传给液压马达和液压油缸,液压马达和液压油缸再将液压能转变为机械能驱动各工作机构。
8.机械传动部分
内燃机的动力传递给液压油泵,再把液压马达、液压油缸的液压能变成机械能,带动各工作机构。
机械传动部分主要由分动箱、减速箱、离合器、卷筒、轴、轴承、滑轮等部分组成。
9.液压传动部分
主要由液压泵、液压马达、液压油缸、控制阀、液压油管、液压油箱等组成。
液压油泵把内燃机的机械能转变为液压能,液压马达把液压能转化为机械能驱动各工作机构。
由于液压传动调速方便,传动平稳,操纵轻便,元件体积小,重量轻,具有限速、自锁功能、总体布置合理等优点,在履带式起重机上被广泛应用。
10.控制装置
控制装置是用以操纵和控制起重机各工作机构,使各机构能按要求进行启动、调速、换向、停止,从而实现起重机作业的各种动作。
控制装置主要由操纵杆、控制阀、按钮、开关、控制器等组成。
11.工作机构
履带式起重机的工作机构主要包括卷扬机构、变幅机构、回转机构等。
卷扬机构可以实现吊钩的垂直上下运动;变幅机构可以实现吊钩在垂直平面内移动;回转机构可以实现吊钩在水平平面内移动。
以上三种机构的组合,能实现吊钩在起重机能及范围内的任意运动。
12.操纵机构
离合器、回转制动、变幅制动、行走制动、锁止机构等由储能器所储存的工作油操纵,而储能器的液压油由发动机后部的一个液压泵控制。
从储能器出来的压力油被分配给电磁阀、液压阀和离合器阀,通过操纵操作室中相应的控制杆和开关控制这些阀,从而控制相应的机构。
13.电气系统
电气系统可分为主电路、控制电路、监测器电路、制动控制电路、力矩限制器电路和自动停止电路等部分。
14.安全装置
履带式起重机上的安全装置主要是为了履带式起重机的安全操作。
履带式起重机上的安全装置主要有:
钩过卷保护装置、吊臂过倾保护装置、力矩限制器、吊臂角度指示器、卷扬棘抓、变幅棘爪、制动器、回转锁销等。
(二)履带式起重机各部分工作原理
1.动力传递机构
整个机器包括上部机构、回转装置和底盘,操作是液压式的。
三个液压泵直接与发动机相联,液压泵将液压压力传递给驱动负载卷扬、主臂(第三卷鼓)、回转及行走等各个液压马达。
各液压回路中均设有阀,以防止由于过负荷或冲击压力损坏液压设备。
所有的减速齿轮机构均为油浴式润滑。
2.操纵机构
离合器、圆盘制动器、锁止机构由储能器所储存的工作油操纵,而储能器由装在发动机后部的第4个油泵操纵。
从储能器出来的压力油被分配给电磁阀、液压阀和离合阀。
这些阀通过操纵室中的相应控制杆和开关控制,从而控制相应的机构。
在履带主动轮一侧,回转马达和主臂马达处装有圆盘制动器。
3.卷扬机构
主卷鼓和辅卷鼓装在一根轴上。
液压马达通过装在卷鼓轴中间的正齿轮减速一级,再通过内胀带式离合器将动力传给主卷鼓或铺卷鼓,两卷鼓分别装在卷鼓轴的两端,为液动式。
负载的卷上不和卷下是由操纵相应的卷鼓离合器及卷扬马达正、反转来进行控制的。
通过将卷扬控制杆推至相应的位置,即可实现高、低速的选择。
通过双控制阀的油被导入三联控制阀的卷扬回路,以提高卷上和卷下的速度,与此同时行走牵引和第三卷鼓不起作用。
当卷扬操纵杆扳回到空挡位置时,卷扬马达的工作油被平衡阀切断,卷鼓停转。
外抱带式卷扬制动器通过联结杆而与制动踏板联锁。
当卷上和卷下时,制动应松脱,而当维持起吊的负载不动时,制动应起作用。
当将离合器操纵杆扳到分离位置时,制动松开,即可实现自由下落。
欲在行走中操纵卷扬或吊臂起俯时,供给单控制阀的油液导入三联控制阀的吊臂起俯和卷扬回路,因此时液压阀已先被牵引和组合控制开关所接通,故可实现行走中的吊臂起俯或负荷卷扬的操纵。
4.主臂起俯机构
主臂起俯(变幅)马达的速度通过行星齿轮和正齿轮传动而减速两级后,直接驱动变幅卷鼓。
通过改变马达的转向,即可实现吊臂的起升和俯下的转换。
当吊臂变幅杆扳至空挡时,平衡阀关闭了变幅马达油路,卷鼓停转。
与此同时,装在马达和减速机之间的困盘制动器自动制动,从而确保了安全。
在变幅卷鼓一侧的凸缘上带有棘轮机构,棘轮与一嵌时便锁住了变幅卷鼓。
当行驶中操作变幅(或卷扬)操纵杆时,供给单控制阀的液压油便将被导入三联控制阔的变幅式卷扬回路,前提是液压阀已通故障发生在降落作业时,当负载降落需要停止时,在操作手柄回位过程中,当即将回到中位的瞬间,突然发生负载以自由落体的形式快速下降,下降时间很短,负载并非一直落到地面为止,在足够的离地高度时总会再次停在空中,期间并无剧烈的刹车声。
发生此种故障的时间都在较寒冷的冬季早晨,尤其是在刚刚开始工作时的前几次操作中,而在工作一段时间后即再无此现象发生。
过行走和组合操纵开关而接通。
5.回转机构
回转马达通过行星齿轮减速两级后带动回转主动小齿轮,小齿轮装在花键出轴上,带动大齿圈。
改变回转马达的转向,即可改变回转的方向。
当回转操纵杆扳到空挡位置时,由于惯性,回转还将继续一会儿。
通过驾驶室中的一个开关控制由蓄能器来的油流,便可控制回转马达和减速齿轮间的圆盘制动器的制动和松脱。
回转锁操纵杆为机械式,可锁住回转装置连同其上部结构,锁住位置任意。
6.行走机构
行走马达通过减速机(正齿轮)三级减速后直接带动驱动轮,减速机与履带架为一体结构。
通过改变左、右行走马达的回转方向,即可实现吊车的前进、倒退、原地旋转及转弯的动作。
当行走操作杆扳到空挡时,制动阀切断了马达油路,履带即停止转动。
装在马达和减速机之间的圆盘制动器(每边一个),可通过驾驶室中的一个开关控制由蓄能器来的油流,从而实现制动作用的控制。
通过选择阀可选择行走的高、低速度。
在高速行走时,蓄能器向此阀供油;在低速行走时,油从此阀排出。
7.自动停止机构
(1)吊钩防过卷停止装置
当吊钩过卷而碰到重块时,微动开关的触点闭合而触动了卷扬自动停止继电器。
这时,卷扬自动停止电磁阀去磁而卸载,卷扬释放阀开启,从而使油泵的油流回油箱,即停止了卷扬马达。
(2)吊臂变幅过卷停止装置
当吊臂变幅角超过最大许可角80°时,变幅微动开关闭合而触动了变幅自动停止继电器。
此时,吊臂变幅自动停止电磁阀去磁而卸载,释放阀开启,从而使油泵的油流回油箱,于是便停止了变幅马达的运转。
(3)自动停止解除
为将变幅或卷扬由于过卷而自动停止的状态复原到正常操作状态,可按下复位按钮,并在保持此按钮处于按下状态的情况下,将变幅杆或卷扬杆朝相应的降低方向扳动,直到各自的微动开关开启为止。
一旦微动开关开启,各相应的电磁阀和释放阀即关闭,液压油路便恢复到正常工作状态。
两套自动停止装置的解除均用同一复位按钮。
三、液压履带式起重机的起升系统
履带起重机的驱动系统为全液压形式工作油路,液压先导控制操作系统装有主副起升及主、副变幅4台卷扬机。
卷扬机为液压马达驱动内置式行星齿轮减速传动,刹车为弹簧制动液压解除式多片盘式制动器。
起升机构主要靠一个斜盘式轴向柱塞变量泵供油,其最高工作压力为32MPa,先导控制系统的工作压力为3MPa。
工作原理如图1,工作过程如下。
图1 起升机构液压原理图
(一)主钩起升动作
通过操作,使操作系统向C3a、b1-Ⅱ油路供操作压力油,则主副钩切换阀和主副钩卷扬机制动切换阀均处于直通位置,工作油路换向阀接通交叉通路,工作油进入主起升马达H侧。
在b1-Ⅱ油路的油压达到0.7MPa时,连接在该油路上的压力触点开关动作,使一电磁阀向C2油路供操作压力油,松开主卷扬机刹车,主卷扬机随即做起升动作。
起升时的最高工作压力设定为32MPa。
(二)主钩降落动作
通过操作,使操作系统向C3a、a1-Ⅱ油路供操作压力油,工作油进入主起升马达S侧,同时工作油的另一路经过梭阀解除主卷扬机刹车,使主卷扬机得以实现降落动作,降落时的最高工作压力设定为7MPa。
副钩起落动作:
使C3油路供油,将主副钩切换阀和主副卷扬机制动切换阀均接通交叉通路,其它原理与主钩相同。
当变幅机构和行走机构不工作时,另一台主工作油泵(原理图中未画出)可以同时给起升机构供油,以实现起升机构的快速动作。
四、故障产生的原因及处理方法
故障发生在降落作业时,当负载降落需要停止时,在操作手柄回位过程中,当即将回到中位的瞬间,突然发生负载以自由落体的形式快速下降,下降时间很短,负载并非一直落到地面为止,在足够的离地高度时总会再次停在空中,期间并无剧烈的刹车声。
发生此种故障的时间都在较寒冷的冬季早晨,尤其是在刚刚开始工作时的前几次操作中,而在工作一段时间后即再无此现象发生。
(一)产生该故障的原因
1.泵送出的压力油中含有空气泡
经过对吊车运转期间油箱内的液压油状态的观察和对油质的化验,发现其与以前未发生故障时的液压油状态并没有什么不同,油箱内的零部件无任何问题,而在更换了新的优质液压油后故障仍然发生,因此,可以断定问题并非出在液压油上。
2.在降落动作结束时,马达回油路上的阀未能及时关闭
分析液压原理图便知,在降落动作完成且操作手柄已回到中位时,如果马达回油路未能及时关闭,则马达进、回油路连通且都与油箱接通,即马达处于浮动状态,因而重物会自行下降。
马达排量固定,回油路油管内也是充满液压油,为什么会出现重物自由降落现象呢?
问题关键在于此时马达的进油路一侧。
如果此时马达吸进的油量足够,则重物会以正常的最大工作降落速度下降,而实际上此时马达是从油箱和回油路中吸油,由于马达远离油箱和油管内径所限,油箱中的滤清器对吸油造成的阻力等,根本不能满足马达正常运转所需的流量,因而在进油侧就会形成负压而产生真空,马达因此而失速,导致了重物的自由降落现象(正常的降落动作中,由于有平衡阀的作用,马达进油一直保持7MPa的压力)。
(二)故障的处理方法
现在分析一下为什么会产生回油路不能及时关闭的现象。
工作油路上的三位六通换向阀的阀芯为整体的刚性结构,进回油口不会出现不同步启闭的可能,因此问题只能出在两位两通换向节流阀和单向阀组块上。
由于在出现负载自由降落时并非都一直降落到地面为止,而是在瞬间的降落后又能停在空中且又无刹车的声音,因此可以断定并非是单向阀和节流阀阀芯被卡住,否则,负载会一直降落到地面为止,或能听到剧烈的刹车声因而,问题就出在两位两通节流换向阀和双向阻尼阀组块(即平衡阀组,图2)中。
下面分析一下该阀组的作用导致故障的原因。
图2 节流平衡阀结构图
在进行降落动作时,压力油中的一路进入马达进油侧;另一路连通双向阻尼阀,经单向阀和阻尼阀Z对阀芯施压,使节流口逐渐开启,即接通马达的回油路,由于阻尼阀Z的作用,负载开始平稳地下降。
下降过程中当进油压力小于7MPa时,在弹簧的作用下会关小节流口以保证进油压力恢复到7MPa。
在下降动作停止时,进油压力消失,在弹簧的作用下将节流口关闭,由于有阻尼阀R的作用,负载平稳地停止降落。
由此可知问题的关键就在阻尼阀R,在负载停止降落时,压缩弹簧的压力油经一单向阀和阻尼阀R泄压。
R的开口太大,起不到阻尼作用,负载骤然停止会对吊车产生冲击;R开口太小,泄压时间过长,即回油路关闭迟缓,就会产生本文所谈及的自由落钩现象,如果液压油的粘度过大,R的阻尼作用就越大,发生此种现象的可能性就更大,这就是为什么在寒冷的冬季早晨发生故障的几率大的原因。
R的开口在出厂时已调定好,使用中不能随意调整。
但可能由于十几年的使用或者某种偶然的因素致使R的开口变小,从而导致了故障的发生,在将R开口调大后,该故障即消失,但R的开口太大时会导致落钩时产生冲击,在随车使用说明书和维修手册中也未提及该阻尼阀的调整数据,因而,只能凭以往使用积累的经验用空钩做试验进行调整或请厂方的专家进行调整。
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