大功率绞车液压泵站及系统设计

1、大功率绞车液压泵站及系统设计2013年6月目 录1 概述2 技术设计3 技术特性4 工作原理5 结构特征6 使用和操作7 故障分析与排除8 维护与保养1 概述液压动力装置用于驱动绞车实现正转和反转，从而达到收放钢缆进行试验的目的。绞车液压动力装置主要由主泵组、冲洗泵组、阀组、油箱组件、液压马达组等构成。2 技术设计2.1 绞车负载扭矩要求2.1.1 主绞车：2.1.2 副绞车：2.2 绞车转速要求2.2.1 主绞车：钢缆最高速度为3m/s。钢缆的卷绕直径为：0.8m则主绞车卷筒最高转速为：71.7(rpm) 2.2.2 副绞车：钢缆最高速度为7m/s。钢缆的卷绕直径为：1.25m则主绞车卷筒最

2、高转速为：107.0(rpm)2.3 液压动力装置设计计算2.3.1 液压动力装置构成根据绞车技术要求，设计基于开式回路的液压传动及控制系统。由于是大功率传动，需充分考虑节能，调速方式采用容积调速与节流调速相结合；并按钢丝绳收回和放出两个阶段，泵源压力进行高低压切换。两台绞车均采用大扭矩马达直接带动卷筒的方式。阀组由控制阀组、单向溢流阀组、2个换向阀组及压力阀组构成。控制阀组由3个电磁换向阀6和溢流阀4（用作安全阀）组成，用于控制2个液压马达壳体冲洗的选择及2个液压马达制动器。单向溢流阀组由2个单向阀10和2个溢流阀12组成，以防止液压马达的吸空及过载。2个换向阀组CF1由插装式电液换向阀11

3、、插装式液控单向阀9、插装式比例节流阀9组成，用于主绞车和副绞车的换向控制及放缆时的回油节流控制。油箱组件由油箱、吸油过滤器1、吸油过滤器21、吸油过滤器23、冷却器5、冷却器20、空气滤清器31等组成，用于储油和冷却等。液压马达组由2个液压马达、2个制动器和2个编码器等组成，用于驱动卷筒、制动及测速等。2.3.2 液压马达扭矩计算系统采用定量液压马达, CA140排量为8800cm3/r, CA100排量为6200cm3/r,最高允许工作压力可达35MPa。取主绞车液压马达工作压力为31.5MPa，副绞车液压马达工作压力为16MPa，取马达机械效率为96%, 则额定输出扭矩为:主绞车:副绞车

4、:2.3.3 主泵、冲洗泵及油箱主泵选用比例变量柱塞泵，最大排量193cm3/r，最高允许工作压力可达35MPa。取泵的容积效率为95%，电机额定转速1490rpm，3个主泵输出的最大流量为：31931.490.95=819.6(L/min)( q1, q2 )，因此主泵排量满足要求。由于主绞车液压马达工作压力远大于副绞车液压马达的工作压力，而最大流量差别不大，因此电机功率验算只考虑主绞车最高转速时的情况。设定主绞车卷筒最高转速时3个主泵输出相同流量，即为q1的1/3（221.4L/min）。其中一个主泵串联了一个齿轮泵作为控制泵，其排量为11.3 cm3/r，其工作压力为10MPa, 取二泵

5、的机械效率均为95%，则驱动功率:液压马达的冲洗流量需求约为20L/min，选冲洗泵为内啮合齿轮泵，其噪声较低，排量为16 cm3/r，因其工作压力很低，功率需求也小，选三相四极异步电机可满足要求。这时输出流量约为2L/min。2.3.4 液压控制回路及先导控制阀液压控制回路包括控制泵源，先导控制阀等元件。先导控制阀均选用液压控制回路的额定压力为10MPa，流量为15L/min。液压控制回路用作制动装置及2个比例节流阀的压力油源，当主泵工作压力较低（小于4MPa）时，也用它作为控制油源。2.3.5 油液及其冷却油温过低时，先通过启动控制泵对油液加热；油温过高时，则通过水冷式冷却器，强化油液散热

6、，使系统油温保持在许可范围（正常温度3050、最高允许温度80）内工作。油温由温度计指示后，实现手动操作控制。3 技术特性3.1 相关技术指标3.1.1 绞车使用功能：主副绞车共用一套系统，两个绞车不要求同时工作。3.1.2：测试参数：系统具有实时测量记录与保存钢缆的运行速度和牵引力功能。3.1.3 钢缆负载、收放速度及容绳长度：主绞车最大牵引力100kN，最大速度3m/s，容绳长度30m；副绞车最大牵引力20kN,最大速度7m/s，容绳长度100m。3.2 动力3个主电机3个主泵最大排量控制泵排量冲洗泵电机冲洗泵排量3.3液压马达技术要求主绞车液压马达排量8800cm3/r，副绞车液压马达排

7、量6280cm3/r，直两者接驱动卷筒，无级变速；调速范围：主绞车1-71.7rpm，副绞车1-107rpm，最低稳定转速：1.5rpm最大负载扭矩：主绞车42375Nm，副绞车15360 Nm。3.4 控制要求控制压力：10MPa。控制方式：电控操纵装置。4 工作原理绞车液压动力装置为绞车提供可无级变速旋转的能源，并提供绞车辅助动作的控制装置能源。液压动力装置由液压主系统，液压控制系统和辅助液压系统三部分组成，参照液压系统原理图。液压主系统是一开式回路，由3个力士乐(博世)公司生产的比例变量柱塞泵A11VLO190作为供油能源，以赫格隆(博世)公司CA系列定量液压马达作为执行机构，以2个插装

8、式电液换向阀、2个插装式比例节流阀及3个溢流阀作为控制元件。系统开始工作时，根据绞车的转速需求，可启动1个主泵A，或2个主泵A、B或A、C，或3个主泵A、B、C。因主泵A串联了控制泵，主泵A是必须要工作的。此时主泵输入电信号为0，排量为最小(等于0)，这样主泵的负载较小，电机起动电流也较小。先说明主绞车的动作过程，参见液压系统原理图。电液换向阀15-3断电，主系统最高压力由溢流阀16调定为31.5Mpa；同时插装式电液换向阀11的YA5电磁铁通电，主泵19输出的高压油经插装阀11-2和插装阀9-1进入液压马达7的右腔，液压马达7带动卷筒正转，收回钢丝绳。液压马达7左腔的液压油经插装式电液换向阀

9、11-4、插装式比例节流阀13和插装式背压溢流阀14回油箱。背压溢流阀14的调定压力为0.7Mpa。此时比例节流阀13开度最大而不节流，液压马达7的转速由输入比例减压泵的电信号决定，主系统工作在容积调速状态，传动效率很高。切断主泵19对液压马达7的供油；同时电磁换向阀6断电而工作在右位，使液压马达7制动器腔与油箱接通，制动器锁住液压马达7，使主绞车停转；同时使输入比例泵的电信号较小，泵排量较小，并使电液换向阀15-3通电，主系统压力由溢流阀17调定为2Mpa，这样主泵的负载较小。使电液换向阀15-3通电，主系统压力由溢流阀17调定为2Mpa；同时插装式电液换向阀11的YA6电磁铁通电，主泵19

10、输出的液压油经插装式电液换向阀11-1进入液压马达7左腔，电磁阀9-2通电，插装阀9-1开启，液压马达7右腔的液压油经插装阀9-1和插装阀11-3，再经插装式比例节流阀13和背压溢流阀14回油箱。液压马达7带动卷筒反转，放出钢缆。此时液压马达7的转速由比例节流阀13的输入电信号决定，系统工作在回油节流调速状态。副绞车的动作过程与主绞车的动作过程相同，不再另述。控制泵30串联在主泵A上，是一个齿轮泵，其排量为11.3 cm3/r，工作压力10MPa。泵的进出口设有过滤器23、24，用于过滤杂质，确保比例控制回路的清洁度。控制泵为插装式比例节流阀13提供压力油，当主回路工作压力低于4 Mpa时也为

11、主泵变量机构提供压力油，此外还为绞车的二个制动器提供压力油。二个冷却器分别用于主回路和控制回路的冷却。主回路从阀块CF2排出的油通过冷却器22回油箱。控制回路从溢流阀29排出的油及冲洗马达壳体后排出的油通过冷却器5回油箱。当油箱温度超过50时，应开启电磁水阀加以冷却。油温在30左右是较理想的工作温度。5 结构特征绞车液压动力装置主要由主泵组、冲洗泵组、阀组、油箱组件、液压马达组等组成。主泵组安装在底座上，冲洗泵组、阀组（包含5个阀块）及二个冷却器安装在油箱盖板上，液压马达组安装在绞车上。具体请参阅液压动力装置总装图。6 使用和操作使用前先检查油箱液面高度，在液位计中应能看到油液面，液面在液位计

12、的中间部位较好。检查各管接头是否已紧固。用点动方法检查主泵和冲洗泵电动机的转向，在电动机风扇侧观察应为顺时针方向，此时主泵的变量缸应在零位，即比例放大器应无信号输入。开启主泵A及控制泵，检查有无异常声音，观察压力表28，看其压力是否在10Mpa左右。如不是，可调节直动溢流阀29而达到。主泵B和主泵C是否开启可根据绞车的转速需求而决定。开启冲洗泵，根据运行主绞车或副绞车确定电磁换向阀6C是否通电，以冲洗主绞车或副绞车液压马达壳体。两分钟左右后，可接通控制主绞车或副绞车制动器的电磁换向阀6A或6B的电源，松开主绞车或副绞车制动器，并控制主泵19和比例节流阀13的输入电压，使液压马达低速旋转，此时负载应较小。轻载运行10分钟后可逐步加载。7 故障分析与排除泵工