液壓驅(qū)動升降式臺車的設(shè)計

液體動力上升工作站廣泛應(yīng)用于礦山、市政工程、建筑、安裝、倉庫、貨物裝卸和工廠生產(chǎn)過程（例如，在鑄造、焊接、噴漆、搬運、裝配等工作場所，不同的升降站被用作貨物輸送工具）。一般來說，升降站工作場所的驅(qū)動裝置應(yīng)為液壓池。由其結(jié)構(gòu)原理和工作特點所決定,在升降機工作臺攜帶著貨物和工件上升時,需要液壓缸向其提供驅(qū)動力,即液壓缸輸出能量,把機械(液壓)能轉(zhuǎn)換成勢能;而在工作臺攜帶著工件下降時,其勢能將被釋放出來。這種勢能如果不能有效地回收利用,則會造成能量浪費。這種能量浪費對于小型升降式工作臺來說尚不顯嚴重,但對于載重和舉升高度較大、需頻繁工作的機型來說,就非?？捎^了。對于此類機型,應(yīng)在其液壓系統(tǒng)中設(shè)計儲能裝置,以把工作臺下降過程中釋放出的勢能儲存起來,并在上升時重新加以利用,以減少無用功的消耗,提高能量的利用效率,并同時達到使系統(tǒng)運行平穩(wěn)、工作可靠、安全的目的。1系統(tǒng)研究1.1電、液動傳遞的能量互補文獻介紹了一種采用輔助缸回收能量的方法,其液壓系統(tǒng)見圖1,現(xiàn)對其工作過程分析如下:工作臺1可在主缸3的活塞桿作用下上升或下降,工件(未畫出)放置在工作臺1上。輔助缸4的活塞桿上加有配重2,兩缸的無桿腔通過管路相連,在連接管路上裝有兩個相對設(shè)置的液控單向閥5、6,它們的控制油路分別來自兩缸的有桿腔;兩缸為反向串聯(lián);三位四通換向閥7用來控制兩缸的運動方向,如要使工作臺1上升,則換向閥7置右位,泵10排出的液壓油經(jīng)過單向閥9、調(diào)速閥8和換向閥7右位向輔助缸4的有桿腔中供油,此時液控單向閥6被打開,使輔助缸4的無桿腔中的液壓油經(jīng)過液控單向閥6、5流進主缸3的無桿腔中,而主缸3的有桿腔中的液壓油則經(jīng)過換向閥7右位、二位二通換向閥14的右位(此時,二位三通閥12處于左位,閥14在液動力的作用下處于右位)和節(jié)流閥15流回油箱18中,從而使輔助缸4的活塞桿帶動著配重2下降,而主缸3的活塞桿帶動著工作臺1上升。這一過程相當(dāng)于將配重2的勢能傳給了工作臺1。如要使工作臺1下降,則換向閥7置左位,液壓泵10排出的液壓油經(jīng)過單向閥9、調(diào)速閥8和換向閥7左位向主缸3的有桿腔中供油,此時液控單向閥5被打開,使主缸3無桿腔中的液壓油經(jīng)過液控單向閥5、6流進輔助缸4的無桿腔中,而輔助缸4有桿腔中的液壓油則經(jīng)過換向閥7左位、二位二通換向閥14的右位(此時,二位三通閥12處于右位)和節(jié)流閥15流回油箱18中,從而使主缸3的活塞桿帶動著工作臺1下降,而輔助缸4的活塞桿帶動著配重2上升。這一過程相當(dāng)于將工作臺1的勢能傳給配重2。由此可見,主缸3和輔助缸4的無桿腔中的液壓第35卷2007年第3期油是一種互補關(guān)系,通過這種液壓油間的互補交換,實現(xiàn)了工作臺1與配重2之間的能量互補交換,這樣,液壓泵10的供油(工作)壓力可明顯低于無輔助缸的液壓系統(tǒng)中液壓泵的供油(工作)壓力,因而降低了能耗。二位三通閥12起控制油路的切換作用;溢流閥13作背壓閥用;電、液動二位二通換向閥14用來起保護作用。其工作原理為:如果工作平臺下降時所攜帶工件重量很大,運動速度過快時,該閥控制端的液壓力較低,不足以克服彈簧力,閥芯處于左位,截斷主缸或輔助缸的有桿腔與油箱之間的直通油路,經(jīng)溢流閥13(作背壓閥用)回油箱,增加了回液阻力,減小油缸的運動速度,起到保護作用。當(dāng)需要快速下降時,可使閥14(為電、液動閥)的電磁鐵通電,利用電磁力將閥芯推至右位,接通回油路。為便于制造和安裝,宜選用相同規(guī)格的主缸和輔助缸;配重2的重量應(yīng)可調(diào),其基本重量可以取為工作臺1的重量與工作臺最大負載的一半之和。采用兩個液壓缸互補實現(xiàn)能量回收的方法,要增設(shè)一個輔助油缸和較大的配重,使升降式工作臺的結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜和笨重,制造成本增加,其推廣應(yīng)用受到限制。1.2工作臺下降和帶壓缸快速下降的過程液壓系統(tǒng)見圖2。該系統(tǒng)的能量回收原理為:在升降式工作臺下降過程中,勢能轉(zhuǎn)換成液壓能,將液壓能儲存在蓄能器中;在工作臺再次上升過程中,蓄能器向液壓泵供油(相當(dāng)于在系統(tǒng)中設(shè)置了壓力油箱),使再次上升過程中油泵消耗的電動機功率減少,達到節(jié)能目的。因升降式工作臺只在垂直方向運動,其下降可借助重力實現(xiàn),為簡化油缸結(jié)構(gòu)、降低制造成本,采用了單作用缸,兩缸并聯(lián);為保證兩缸同步,采用了由分流-集流閥組成的同步回路(對升降高度較小的機型,可只用一個油缸,相應(yīng)省去該分流-集流閥);為實現(xiàn)快速下降,設(shè)置了二位二通閥7;為使泵的輸出流量和油缸所需要的流量相適應(yīng),采用了由限壓式變量葉片泵和調(diào)速閥組成的容積-節(jié)流調(diào)速回路;為減少由方向閥的內(nèi)部泄漏所導(dǎo)致的工作臺緩慢下沉,適宜采用了密封性好的二位三通球閥控制油缸的運動方向(見圖2a),或采用由二通插裝閥組成的二位三通閥控制油缸的運動方向(見圖2b,為便于集成安裝,系統(tǒng)中的壓力閥也采用了插裝閥)?，F(xiàn)對用插裝閥組成的液壓系統(tǒng)(圖2b)工作原理分析如下:(1)初次舉升初始狀態(tài)時,蓄能器14內(nèi)的油液無壓力(留有少量自由空間,且通過或門型梭閥16和油箱相通,在大氣壓的作用下,內(nèi)部充有少量無壓力液體),啟動后,泵3經(jīng)濾油器2、或門型梭閥16,從油箱1吸油,再經(jīng)調(diào)速閥5、單向閥6、二位三通閥10中的二通閥b的閥口(此時,二位三通換向閥中先導(dǎo)閥電磁鐵1YA斷電,先導(dǎo)閥處于圖示右位,二通閥b的控制腔接通油箱,閥口開啟,二通閥a的控制腔通壓力油,閥口關(guān)閉),和分流-集流閥11進入升降油缸,使油缸活塞桿伸出,推動重物上升,速度大小可由調(diào)速閥5調(diào)節(jié)。由于采用了柱塞缸,初次上升時,充滿油缸所需要的較多油液是從油箱吸取,可減少蓄能器的容量;(2)停留在工作臺上升到位后,關(guān)閉油泵電機,油缸下腔由工作臺自重造成的壓力油經(jīng)二位三通換向閥10中的單向閥和先導(dǎo)閥右位作用在二通閥a的控制端,該閥口關(guān)閉,回油路被切斷;此時,二通閥b的控制端通油箱,閥口雖可打開,但由于單向閥6的作用,回油路也被切斷,由于二通閥口的密封性較好,使升降油缸的兩個回油通道都被可靠封閉,工作臺可較長時間停留在工作位置;(3)下降使二位三通換向閥10中先導(dǎo)閥電磁鐵1YA通電,先導(dǎo)閥切換到左位,二通閥a的控制腔接通油箱,閥口開啟(此時,二通閥b的控制腔通壓力油,閥口關(guān)閉),油缸下腔的油液經(jīng)分流閥11和二通閥a的閥口、單向閥8和或門型梭閥16(閥芯被推向右端,將油箱通道堵塞)進入蓄能器14,將壓力液體儲存在蓄能器中。由于蓄能器中液體的壓力,隨著逐漸被充滿而上升,對工作臺的下降起到制動作用,使下降平穩(wěn)。由于二通閥b的閥口被關(guān)閉,以及二位三通換向閥10中單向閥的作用,泵的出油口被封閉,使其不能作馬達工況。由于或門型梭閥16的作用,工作臺下降時,油缸所排出的或門2型梭閥或門2型梭閥壓力油將不會進入油箱。因蓄能器中有一定的壓力,可能會導(dǎo)致油缸下降不到位,這時可使2YA通電,油缸下腔的油液即經(jīng)二位二通閥7的左位接通油箱,使油缸完全縮回;(4)快速下降在遇到緊急情況,需快速下降時,可使1YA和2YA均通電,油缸下腔的油液即經(jīng)分流閥11、二通閥a的閥口和二位二通閥7的左位接通油箱,消除回油阻力,工作臺快速下降。單向閥8可防止蓄能器中的油液在此時經(jīng)二位二通閥7流回油箱;(5)再次上升使二位三通換向閥10中先導(dǎo)閥電磁鐵1YA失電,二通閥b的控制腔接通油箱,閥口開啟,二通閥a的控制腔通壓力油,閥口關(guān)閉,泵3從蓄能器中吸取有一定壓力的油液,經(jīng)調(diào)速閥5、單向閥6、二位三通閥10中的二通閥b的閥口和分流-集流閥11進入升降油缸,使活塞桿伸(下轉(zhuǎn)第51頁)(上接第50頁)出,推動重物上升,速度大小由調(diào)速閥5調(diào)節(jié)。由于泵吸入的是有一定壓力的油液,進出口的壓差減小,其所消耗的電機功率將會減少,從而達到節(jié)能的效果。若工作臺再次上升的高度大于初次上升高度,蓄能器中儲存的油液量不夠,泵將通過或門型梭閥16從油箱吸油,使工作臺繼續(xù)上升,并可防止蓄能器內(nèi)出現(xiàn)真空。以上動作,各電磁鐵的得、失電情況見表1。系統(tǒng)工作壓力由安全閥4限定,蓄能器的工作壓力由安全閥9限定。該系統(tǒng)的優(yōu)點是使用元件數(shù)量少,系統(tǒng)簡單,運行平穩(wěn),工作可靠,效率高,蓄能器容量小。1.3柱塞缸或液壓缸(1)容量(蓄能器有效吸、排油容積)應(yīng)略大于升降式工作臺從最大高度下降時,油缸所排出的油液體積(由于升降式工作臺多為剪叉式結(jié)構(gòu),有較大的行程放大作用,所需蓄能器的容量較小),為減少蓄能器容量,宜采用柱塞缸(也可簡化油缸結(jié)構(gòu),降低制造和使用成本),并采用較高的工作壓力(可減少柱塞直徑和蓄能器容量)。(2)工作壓力依照能量原理,可按下式確定pv=wh式中p──蓄能器工作壓力,MPa2工作臺下降方面的合理設(shè)計(1)采用兩個液壓缸互補可降低油泵的工作壓力,實現(xiàn)能量回收,但要增設(shè)一個輔助油缸和較大的配重,使升降式工作臺的結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜和笨重,制造成本增加,不利于其推廣應(yīng)用。(2)用蓄能器回收勢能的液壓系統(tǒng)可減少工作臺再次上升過程中油泵消耗的功率