混凝土输送泵液压系统的设计

混凝土输送泵液压系统的设计

混凝土输送泵是一种用于输送和预制混凝土的特殊机械。配备专用管道，可连续输送混凝土，在制备过程中严格放入管道。混凝土输送泵采用液压驱动,液压系统是整机的重要部分,影响到机器的工作性能。图1所示为典型混凝土输送泵三泵开式液压系统原理图1泵送缸工作原理如图1所示,主泵送回路由主变量泵1,液控换向阀18、19以及泵送油缸38、39等组成电磁铁DT2得电时为正泵,电磁换向阀20工作在左位,正泵是泵送混凝土的工作循环。恒压变量泵2引出的压力油经过电磁换向阀20的左位、液控阀19的右位到液控阀18的左端,推动其阀芯向右移动,使得换向阀18工作在左位。此时,主变量泵1出口的高压油,经换向阀18的左位,到插装阀33,由于电磁铁DT5未得电,电磁阀31工作在右位,插装阀33、35、37关闭;插装阀32导通后,高压油进入泵送油缸38的有杆腔,无杆腔的液压油被压向插装阀36,由于插装阀35关闭,高压油再经插装阀36到泵送油缸39的无杆腔,推动油缸活塞前进,完成右侧油缸的泵送任务。当活塞接近泵送油缸39的行程终点时,缓冲机构引来的高压油作用在换向回路液控阀15的左侧,使得从恒压变量泵2引来的压力油经电磁阀16左位、液控阀15左位,到达液控换向阀14的左侧,推动其阀芯向右移动,从而使得液控换向阀14工作在左位;此时,恒压变量泵2和蓄能器12向摆动油缸29提供大流量液压油,使得分配阀快速切换,完成关闭泵送油缸39的泵送口、打开泵送油缸38的泵送口的动作。当摆动油缸29完成摆动动作后,换向阀14仍工作在右位,此时恒压变量泵2对蓄能器12补充流量,使换向回路中的压力恒定在16MPa,从而使得作用在主回路中液控阀19左端压力为16MPa,右端设定的压力为1MPa,在压力差的作用下使得液控阀19换向,工作在左位,此时从恒压变量泵2引入的压力油经电磁阀20、液控阀19作用在换向阀18的右侧,主油泵1泵出的高压油经过换向阀18的右位、插装阀34到泵送油缸39的有杆腔,无杆腔的高压油经过插装阀36到泵送油缸38的无杆腔,推动活塞前进,完成左缸的泵送任务。如此往复循环,完成连续泵送作业。电磁铁DT3得电时为反泵,电磁换向阀20工作在右位,反泵是泵送混凝土的逆工作循环,主要目的是用来排堵。高压泵送时,电磁阀31的电磁铁DT5得电,使得插装阀33、36、37工作,主油泵1的高压油首先进入泵送油缸38、39的无杆腔,使其活塞的推动力增大,完成高压泵送。此混凝土输送泵液压系统工作复杂,尚存在诸多问题,任一环节故障均导致停机。1.1油液是主变量泵1卸荷回油箱在一个泵送循环中,一般摆缸动作时间为0.3~0.4s。而在此时间内,主油泵1输出的油液维持不变,输出的油液可以通过M机能的液控换向阀18实现中位卸荷,但M机能的换向阀流通阻力大,在大流量的条件下其通流压力损失大,因此油液是通过主变量泵1卸荷回油箱1.2最大泵送次数若S管阀换向时间为0.3~0.4s,则泵送回路卸荷时间也是0.3~0.4s,泵送次数为15~30次/min,则每个泵送循环的时间2~4s,故可由此推出,泵送能力下降超过10%。S管阀换向回路的每分钟动作次数等于泵送次数,在确定恒压变量泵2的输出流量时,均按最大泵送次数时的流量设定,即按最大工作流量设定。一般混凝土输送泵按大于30次/min确定恒压泵的最大流量,在低于30次/min泵送工况时,多余的油液则溢流回油箱,故此油泵的流量没有得到充分利用,且随着每分钟泵送次数的减少,其利用率越低。1.3恒压变量泵变量机构易产生故障由上述S管阀换向回路的工作特性可知(每分钟动作次数等于泵送次数),恒压变量泵的变量机构、柱塞、滑靴、配流盘等关键运动副与主变量泵一样,也将经受高压→低压的频繁折腾,从而成为了恒压变量泵的薄弱环节,是高发故障源。1.4变量泵供热压力现有混凝土输送泵三泵开式液压系统中S管阀换向回路基本由恒压变量泵供油,工作压力一般为16~19MPa。但当混凝土的塌落度较低,摆缸动作阻力增大,超过19MPa时,恒压变量泵的寿命急剧下降,同时摆缸动作往往不到位,严重时甚至不动作。2新型混凝土输送泵液压系统针对现有混凝土输送泵存在的问题,进行了深入的研究,提出了一种新的混凝土输送泵液压系统,如图2所示。新型混凝土输送泵液压系统解决了单泵驱动多负载的关键技术。变量泵1、2、3、4通过并联构成了冗余机构,均可以用来为主泵系统输送液压油,使系统能够在不停机的情况下进行维修,增加了系统的可靠性。2.1新混凝土输送泵的工作原理2.1.1零压力喷射当DT1得电时,电磁换向阀6处于右位,溢流阀7处于卸荷状态,系统零压卸荷待命。2.1.2左、右油液泵送当DT1失电时,系统加载建立压力,DT2、DT4得电,油泵1、2、3输出油液经单向阀30,电磁换向阀11、12左位进入油缸13的无杆腔,油缸13活塞杆伸出,油缸14缩回,完成右侧油缸泵送工作;回油经油缸14无杆腔,电磁换向阀11、12左位、散热器8、回油过滤器34,流回油箱。油缸13运行行程终点时,触发行程限位接近开关,触发摆缸控制电磁换向阀19的电磁铁DT7得电,油液经由油泵4、单向阀22、电磁换向阀19右位,进入摆动油缸16,驱动S管分配阀换向。当S管分配阀换向完毕,DT3、DT5得电,电磁换向阀11、12换向,从而驱动油缸14伸出,油缸13缩回,完成左侧油缸泵送工作;回油经油缸13无杆腔,电磁换向阀11、12右位、散热器8、回油过滤器34,流回油箱。当油缸14运行到行程终点时,触发行程限位接近开关,触发摆缸控制电磁换向阀19的电磁铁DT6得电,油液经由油泵4、单向阀22、电磁换向阀19左位,进入摆动油缸15,驱动S管分配阀换向,自此完成一次完整泵送过程。往复循环,可以实现连续泵送作业。2.1.3搅拌马达29在零压卸荷和泵送工作时,只要料斗里有混凝土,搅拌装置就会开启运转。搅拌回路通过油泵4吸油,经过节流阀25、换向阀28左位,进入搅拌马达29,驱动搅拌装置运转。如搅拌装置卡阻,使手动换向阀28至右位,改变搅拌马达29的旋转方向来消除。通过控制手动换向阀28,实现了搅拌马达29的正反转,完成了搅拌和清洗动作。2.2液压系统的优缺点新型混凝土输送泵液压系统完善了现有典型三泵开式液压系统的缺点,拥有主双泵合流、摆缸高压增压等新特点,同时避免了油泵的频繁动作,这些优势将大大提高混凝土输送泵的工作性能,使其更加稳定可靠2.2.1降低了使用寿命现有混凝土输送泵工作时,油泵频繁处于高压、低压切换状态,使得油泵的变量机构、关键运动副等也频繁动作,因而大大降低了使用寿命。而在新型混凝土输送泵系统中,油泵会一直处于平稳的工作状态,从而避免了变量机构的频繁折腾,大大提高了使用寿命,使系统更加稳定可靠。2.2.2摆缸工作回路在主泵送回路工作时,当其工作压力低于一定压力时,摆缸工作回路中的油液将通过顺序阀进入主泵送回路,实现合流,加快了泵送速度,提高了工作效率。2.2.3摆缸回路工作压力摆缸回路要求动作时间短、准确到位,然而在遇到塌落度较低的混凝土时,往往动作不到位,严重时甚至不动作,这就要求增大摆缸回路工作压力。新型混凝土输送泵液压系统中,遇到此类工况,可打开泵送回路与摆缸回路之间的截止阀,通过主油泵高压油源实现向摆缸换向回路泵送,从而大大提高了可泵送性。2.2.4各回路动作出现的误差典型混凝土输送泵三泵开式液压系统中3个油泵分别向主泵送回路、摆缸换向回路和搅拌回路提供压力油,避免了各回路动作的相互影响。但是当其中一个泵出现问题时,则系统不能正常工作,严重影响了工作进度。新型混凝土