双叉式液压升降台液压驱动方案的设计3赵英俊,史晓敏(浙江海洋学院机电工程学院,浙江舟山　316004)摘　要:随着舟山临港物流业的快速发展,30t 以上集装箱的吞吐量增速较快,传统集装箱起吊装备体积大,购置成本高,移动速度慢,严重影响集装箱的出入库和循环使用速度。

为了解决以上问题,设计一种新型双叉式液压升降台,该升降台具有移动速度快、起重载荷大、购置成本较低的特点,该设计方案经实践检验是可行的。

关键词:双叉式升降台;液压系统;方案设计;临港物流中图分类号:U653.921 文献标识码:A 文章编号:1006-4414(2010)02-0062-03D esi gn of hydrauli c syste m for double fork hydrauli c li fti n g t ableZhao Ying -jun,Shi Xiao -m in(School of electro m echanical engineering of Zhejiang ocean university,Zhoushan Zhejiang 316004,China )Abstract:W ith the rap id devel opment of harbor cargo trans port in Zhoushan city,cargo p r ocessing ability of greater -than 30t container was rap idly increasing,in -outwarehouse and mobile s peed of container was largely affected because of large volu me of conventi onal lifting equi pment,and sl ow travel rate of its .To s olve p revi ous p r oble m s,a ne w double f ork hydraulic lifting table is designed,which travel rate of this equi pment is quicker and fact ory acquisiti on costs is l ower,thr ough p ractical verif 2ying,this p r oject design is feasible .Key words:double f ork lifting table;hydraulic syste m;p r oject design;harbor cargo trans port1　前　言随着舟山临港物流业的快速发展,30t 以上集装箱的吞吐量增速较快,传统集装箱起吊装备体积大,购置成本高,移动速度慢,严重影响集装箱的出入库和循环使用速度,为了解决以上问题,设计一种新型双叉式液压升降台,该升降台具有移动速度快、起重载荷大、购置成本低的特点。

双叉式液压升降台由两部分组成:液压驱动单元和机械传动单元,如图1所示。

液压驱动单元的作用是将液压能转化为机械能,通过液压元件控制调节液体压力与流量,最后由液压泵站控制提供液压能。

机械传动单元由叉架、底框架、台面框架、下限位支撑架、维修支撑架、地脚支架、导轨架等组成,它的作用是将液压泵站提供液压能,通过液压油缸顶升叉架机构,实现升降台面的升降。

图1　液压双叉式升降台2　升降台液压驱动方案的设计2.1　设计要求液压驱动系统设计是液压升降台总体的重要组成部分,设计时必须满足液压升降台使用功能所需的全部技术要求,而且静动态性能好,效率高,安全可靠,结构简单,经济性好,使用维护方便。

为此,要明确与液压驱动系统有关的液压升降台参数的确定原则,要与升降台的总体设计综合考虑做到机、电、液相互配合,保证液压升降台总体的性能最好[1]。

根据液压升降台的使用工况,其液压驱动系统必须解决好以下问题。

(1)保证动作平稳,升降台上载重量变化很大,且机械传动零件加工、安装的误差以及台面的偏载,都将导致液压马达负载变化较大,液压系统必须要克服负载变化对速度产生的影响,确保机构无冲击地平稳运行[2]。

(2)由于采用两台液压马达分别驱动四个液压缸,因此,液压系统必须保证设备具有较高的同步控制精度。

(3)工作载荷及架体自重在运动速度变化时引起的惯性冲击问题。

(4)下降过程反向负载引起失重现象,必须加以控制,尤其是如此大型的设备,一旦失控极其危险[3]。

2.2　主要技术参数及要求台面升降速度:3m /m in;叉架升起最大高度:2.83m;叉架降低最小高度:0.81m;总行程:2.02m;升·26··机械研究与应用·3收稿日期:2010-02-23作者简介:赵英俊(1987-),男,浙江杭州人,研究方向:液压系统设计。

降台最大承载荷能力:40t;工作台面尺寸:长40英尺、宽10英尺。

2.3　液压驱动方案的设计液压系统的设计主要围绕如何解决液压升降平台的同步、缓冲、平衡等问题而进行。

针对以上问题设计了两种方案。

(1)该液压系统如图2所示采用了控制阀组,油路块流量分配器和控制速度阀等,较好的实现了控制速度、同步和缓冲的问题,且系统简洁,调试方便。

对于该设备采用两个同轴等排量双向液压马达,输出相同流量的油液来驱动两缸双向同步,其同步性能直接影响到液压升降台的正常使用,与常规的同步回路相比,同步马达的同步回路具有较高的同步精度和性能价格比,控制速度阀对流量的控制是通过分流阀来实现的,如图3所示对液压升降台的整个动作构成进行分析。

图2　方案(1)液压原理图1.油箱2.油泵3.连轴器4.钟形罩5.电动机可调单向阀6.液位液温计7.空气滤清器8.球阀9.吸油□过滤器　10.单向阀　11.回油过滤器　12.油路块　13.控制阀组14.电磁换向阀　15.联接底板　16.单向节流阀　17.螺纹插装节流阀　18.螺纹插装电磁换向阀　19.节流阀　20.压力表21.流量分配器　22.速度控制阀图3　液压升降台液压系统电器动作表图示 电机M1、M2通电,油泵从油箱吸油,泵站开始工作,液压油通过直动溢流阀回油箱,此时直动溢流阀起卸荷阀作用,泵站实现空载启动和连续工作,避免电机频繁启动。

当直动溢流阀通电,系统压力超过直动溢流阀的设定压力,直动溢流阀打开,液压油通过此阀直接回油箱,此时直动溢流阀起安全阀作用。

电磁溢流阀的设定值一般为系统工作压力的110%。

液压升降台的整个动作过程:①平台上升:当M1、M2电机通电,油泵从油箱吸油,液压泵站开始工作,电磁换向阀14通电,即电磁铁1得电,该作用是调节整个液压系统总体压力。

当系统中油液继续通过控制阀组,主要为整个液压系统提供油液,再通过可调单向节流阀,并通过同步马达,对液压缸起到同步作用;最终油液由油缸无杆腔供油,油缸另一腔回油。

同时螺纹插装换向阀18通电,即电磁铁5得电,油路块直接向油缸无杆腔供油。

油缸上行速度的行程由速度控制阀22控制,近似匀加速运动;②平台下降:螺纹插装换向阀通电,即电磁铁2得电,油缸无杆腔回油,油缸下行速度的行程由速度控制阀22控制,功能是回油路上串联的背压阀保证回油腔有一定的背压,使液压升降台不因本身自重而下降,保证液压升降台运行平稳,达到缓和冲击的目的。

当液压升降平台至最后100mm 范围以内时,螺纹插装换向阀18通电,即电磁铁3和4得电,起到油缸无杆腔快速回油,使液压升降台降到最小的高度。

(2)该液压系统如图4所示采用了双泵,控制阀组,调速阀等,较好的实现了控制速度、同步的问题,且系统简洁,调试方便。

图4　方案(2)液压原理图 该方案液压升降台的整个动作过程:①平台上升:当M1、M2电机通电,油泵从油箱吸油,液压泵站开始工作,通过调速阀,使液压缸可保持基本同步,当系统中油液继续通过控制阀组,主要为整个液压系统提供油液,最终油液由油缸无杆腔供油,油缸另一腔回油;②平台下降:当控制阀组中螺纹插装换向阀通电,即电磁铁得电,使油缸无杆腔回油,油缸下行速度的行程由调速阀控制,功能是回油路上串联的背压阀保证回油腔有一定的背压,使液压升降台不因本身自重而下降,保证液压升降台运行平稳,达到缓和冲击的目的。

通过对方案(1)和方案(2)进行比较,方案(1)比方案(2)运动速度快,惯性负载要大,同时方案(2)存在惯性负载引起的冲击载荷对工作机构的影响和双叉式液压升降台的同部精度问题。

所以方案(1)优于方案(2)。

最终采用方案(1)的液压系统。

·36··机械研究与应用·3　液压同步控制精度的分析这次设计采用同一泵站并联驱动两台液压缸。

对于这类带有多个执行器,同时驱动同一负载运动的液压系统,由于负载不均匀、摩擦阻力不等、液压马达的制造质量以及结构变形上的差异,如果不采取适当的同步措施,这将导致升降台面两端行程出现误差,从而引起台面框架的倾斜、变形。

因此,系统同步精度成为影响设备整体性能的一个重要因素[4]。

为了较好的解决同步问题,综合考虑了经济性与控制精度的因素,采用了电液比例同步闭环控制回路,其原理是通过改变进入其中一些或全部液压执行器的流量来达到同步的目的。

比例位置同步控制是建立在比例位置系统的基础上的。

由于比例方向阀具有流量死区特性,而死区特性对电液比例位置控制系统有较大影响,故比例位置控制系统首先要解决阀的死区补偿问题[5]。

采用一种死区特性补偿算法,在不增加系统复杂程度及硬件成本下,用简单的算法可得到很好的补偿效果,还能提高系统的稳定性及抗干扰能力,另一方面,由于比例方向阀的流量非线性比较严重,在进行速度控制时必须采用变增益的算法。

通过以上研究看到,通过液压油缸顶升叉架机构,液压系统比例同步控制回路中使用并联式带同步误差反馈的控制结构具有较小的静、动态同步误差,其性能指标完全满足升降台对位置误差的要求。

4　结　论(1)液压驱动单元采用控制阀组,油路块流量分配器,运用控制速度阀等方案,较好的实现了控制速度、同步和缓冲问题,且系统结构简单,调试方便。

(2)液压系统比例同步控制回路中使用并联式带同步误差反馈的控制结构具有较小的静、动态同步误差,其性能指标完全满足升降台对位置误差的要求。

(3)所设计的港口用40英尺双叉液压升降台通过实际使用表明该设计方案是可行的。

参考文献:[1]　佟河亭,陈维早.关于大型液压升降平台设计中的几个问题[J ].液压与气动,2007(2):52-53.[2]　曾晓华,邢继峰,彭利坤.六自由度运动平台液压系统振动和燥声的研究[J ].液压与气动,2005(1):34-35.[3]　耿国卿,潭　毅,米广杰,等.机场升降装卸平台液压系统的设计[J ].液压与气动,2006(5):34-35.[4]　章宏甲,黄　宜,王积伟.液压与气压传动[M ].北京:机械工业出版社,2003.[5]　唐银启.工程机械液压与液力技术[M ].北京:人民交通出版社,2003.(上接第56页)性能均优于锡青铜Z CuSn6Zn6Pb3。