液压驱动升降式台车的设计

液压驱动升降式台车的设计

液体动力上升工作站广泛应用于矿山、市政工程、建筑、安装、仓库、货物装卸和工厂生产过程（例如，在铸造、焊接、喷漆、搬运、装配等工作场所，不同的升降站被用作货物输送工具）。一般来说，升降站工作场所的驱动装置应为液压池。由其结构原理和工作特点所决定,在升降机工作台携带着货物和工件上升时,需要液压缸向其提供驱动力,即液压缸输出能量,把机械(液压)能转换成势能;而在工作台携带着工件下降时,其势能将被释放出来。这种势能如果不能有效地回收利用,则会造成能量浪费。这种能量浪费对于小型升降式工作台来说尚不显严重,但对于载重和举升高度较大、需频繁工作的机型来说,就非常可观了。对于此类机型,应在其液压系统中设计储能装置,以把工作台下降过程中释放出的势能储存起来,并在上升时重新加以利用,以减少无用功的消耗,提高能量的利用效率,并同时达到使系统运行平稳、工作可靠、安全的目的。1系统研究1.1电、液动传递的能量互补文献介绍了一种采用辅助缸回收能量的方法,其液压系统见图1,现对其工作过程分析如下:工作台1可在主缸3的活塞杆作用下上升或下降,工件(未画出)放置在工作台1上。辅助缸4的活塞杆上加有配重2,两缸的无杆腔通过管路相连,在连接管路上装有两个相对设置的液控单向阀5、6,它们的控制油路分别来自两缸的有杆腔;两缸为反向串联;三位四通换向阀7用来控制两缸的运动方向,如要使工作台1上升,则换向阀7置右位,泵10排出的液压油经过单向阀9、调速阀8和换向阀7右位向辅助缸4的有杆腔中供油,此时液控单向阀6被打开,使辅助缸4的无杆腔中的液压油经过液控单向阀6、5流进主缸3的无杆腔中,而主缸3的有杆腔中的液压油则经过换向阀7右位、二位二通换向阀14的右位(此时,二位三通阀12处于左位,阀14在液动力的作用下处于右位)和节流阀15流回油箱18中,从而使辅助缸4的活塞杆带动着配重2下降,而主缸3的活塞杆带动着工作台1上升。这一过程相当于将配重2的势能传给了工作台1。如要使工作台1下降,则换向阀7置左位,液压泵10排出的液压油经过单向阀9、调速阀8和换向阀7左位向主缸3的有杆腔中供油,此时液控单向阀5被打开,使主缸3无杆腔中的液压油经过液控单向阀5、6流进辅助缸4的无杆腔中,而辅助缸4有杆腔中的液压油则经过换向阀7左位、二位二通换向阀14的右位(此时,二位三通阀12处于右位)和节流阀15流回油箱18中,从而使主缸3的活塞杆带动着工作台1下降,而辅助缸4的活塞杆带动着配重2上升。这一过程相当于将工作台1的势能传给配重2。由此可见,主缸3和辅助缸4的无杆腔中的液压第35卷2007年第3期油是一种互补关系,通过这种液压油间的互补交换,实现了工作台1与配重2之间的能量互补交换,这样,液压泵10的供油(工作)压力可明显低于无辅助缸的液压系统中液压泵的供油(工作)压力,因而降低了能耗。二位三通阀12起控制油路的切换作用;溢流阀13作背压阀用;电、液动二位二通换向阀14用来起保护作用。其工作原理为:如果工作平台下降时所携带工件重量很大,运动速度过快时,该阀控制端的液压力较低,不足以克服弹簧力,阀芯处于左位,截断主缸或辅助缸的有杆腔与油箱之间的直通油路,经溢流阀13(作背压阀用)回油箱,增加了回液阻力,减小油缸的运动速度,起到保护作用。当需要快速下降时,可使阀14(为电、液动阀)的电磁铁通电,利用电磁力将阀芯推至右位,接通回油路。为便于制造和安装,宜选用相同规格的主缸和辅助缸;配重2的重量应可调,其基本重量可以取为工作台1的重量与工作台最大负载的一半之和。采用两个液压缸互补实现能量回收的方法,要增设一个辅助油缸和较大的配重,使升降式工作台的结构趋于复杂和笨重,制造成本增加,其推广应用受到限制。1.2工作台下降和带压缸快速下降的过程液压系统见图2。该系统的能量回收原理为:在升降式工作台下降过程中,势能转换成液压能,将液压能储存在蓄能器中;在工作台再次上升过程中,蓄能器向液压泵供油(相当于在系统中设置了压力油箱),使再次上升过程中油泵消耗的电动机功率减少,达到节能目的。因升降式工作台只在垂直方向运动,其下降可借助重力实现,为简化油缸结构、降低制造成本,采用了单作用缸,两缸并联;为保证两缸同步,采用了由分流-集流阀组成的同步回路(对升降高度较小的机型,可只用一个油缸,相应省去该分流-集流阀);为实现快速下降,设置了二位二通阀7;为使泵的输出流量和油缸所需要的流量相适应,采用了由限压式变量叶片泵和调速阀组成的容积-节流调速回路;为减少由方向阀的内部泄漏所导致的工作台缓慢下沉,适宜采用了密封性好的二位三通球阀控制油缸的运动方向(见图2a),或采用由二通插装阀组成的二位三通阀控制油缸的运动方向(见图2b,为便于集成安装,系统中的压力阀也采用了插装阀)。现对用插装阀组成的液压系统(图2b)工作原理分析如下:(1)初次举升初始状态时,蓄能器14内的油液无压力(留有少量自由空间,且通过或门型梭阀16和油箱相通,在大气压的作用下,内部充有少量无压力液体),启动后,泵3经滤油器2、或门型梭阀16,从油箱1吸油,再经调速阀5、单向阀6、二位三通阀10中的二通阀b的阀口(此时,二位三通换向阀中先导阀电磁铁1YA断电,先导阀处于图示右位,二通阀b的控制腔接通油箱,阀口开启,二通阀a的控制腔通压力油,阀口关闭),和分流-集流阀11进入升降油缸,使油缸活塞杆伸出,推动重物上升,速度大小可由调速阀5调节。由于采用了柱塞缸,初次上升时,充满油缸所需要的较多油液是从油箱吸取,可减少蓄能器的容量;(2)停留在工作台上升到位后,关闭油泵电机,油缸下腔由工作台自重造成的压力油经二位三通换向阀10中的单向阀和先导阀右位作用在二通阀a的控制端,该阀口关闭,回油路被切断;此时,二通阀b的控制端通油箱,阀口虽可打开,但由于单向阀6的作用,回油路也被切断,由于二通阀口的密封性较好,使升降油缸的两个回油通道都被可靠封闭,工作台可较长时间停留在工作位置;(3)下降使二位三通换向阀10中先导阀电磁铁1YA通电,先导阀切换到左位,二通阀a的控制腔接通油箱,阀口开启(此时,二通阀b的控制腔通压力油,阀口关闭),油缸下腔的油液经分流阀11和二通阀a的阀口、单向阀8和或门型梭阀16(阀芯被推向右端,将油箱通道堵塞)进入蓄能器14,将压力液体储存在蓄能器中。由于蓄能器中液体的压力,随着逐渐被充满而上升,对工作台的下降起到制动作用,使下降平稳。由于二通阀b的阀口被关闭,以及二位三通换向阀10中单向阀的作用,泵的出油口被封闭,使其不能作马达工况。由于或门型梭阀16的作用,工作台下降时,油缸所排出的或门2型梭阀或门2型梭阀压力油将不会进入油箱。因蓄能器中有一定的压力,可能会导致油缸下降不到位,这时可使2YA通电,油缸下腔的油液即经二位二通阀7的左位接通油箱,使油缸完全缩回;(4)快速下降在遇到紧急情况,需快速下降时,可使1YA和2YA均通电,油缸下腔的油液即经分流阀11、二通阀a的阀口和二位二通阀7的左位接通油箱,消除回油阻力,工作台快速下降。单向阀8可防止蓄能器中的油液在此时经二位二通阀7流回油箱;(5)再次上升使二位三通换向阀10中先导阀电磁铁1YA失电,二通阀b的控制腔接通油箱,阀口开启,二通阀a的控制腔通压力油,阀口关闭,泵3从蓄能器中吸取有一定压力的油液,经调速阀5、单向阀6、二位三通阀10中的二通阀b的阀口和分流-集流阀11进入升降油缸,使活塞杆伸(下转第51页)(上接第50页)出,推动重物上升,速度大小由调速阀5调节。由于泵吸入的是有一定压力的油液,进出口的压差减小,其所消耗的电机功率将会减少,从而达到节能的效果。若工作台再次上升的高度大于初次上升高度,蓄能器中储存的油液量不够,泵将通过或门型梭阀16从油箱吸油,使工作台继续上升,并可防止蓄能器内出现真空。以上动作,各电磁铁的得、失电情况见表1。系统工作压力由安全阀4限定,蓄能器的工作压力由安全阀9限定。该系统的优点是使用元件数量少,系统简单,运行平稳,工作可靠,效率高,蓄能器容量小。1.3柱塞缸或液压缸(1)容量(蓄能器有效吸、排油容积)应略大于升降式工作台从最大高度下降时,油缸所排出的油液体积(由于升降式工作台多为剪叉式结构,有较大的行程放大作用,所需蓄能器的容量较小),为减少蓄能器容量,宜采用柱塞缸(也可简化油缸结构,降低制造和使用成本),并采用较高的工作压力(可减少柱塞直径和蓄能器容量)。(2)工作压力依照能量原理,可按下式确定pv=wh式中p──蓄能器工作压力,MPa2工作台下降方面的合理设计(1)采用两个液压缸互补可降低油泵的工作压力,实现能量回收,但要增设一个辅助油缸和较大的配重,使升降式工作台的结构趋于复杂和笨重,制造成本增加,不利于其推广应用。(2)用蓄能器回收势能的液压系统可减少工作台再次上升过程中油泵消耗的功率