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液壓缸安全鎖止系統(tǒng)的分析與改進(jìn)

文檔作者：孔德美李濤劉邦才文檔來源：徐州徐工液壓件有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年07月20日
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Hydraulics Pneumatics&amp;amp; Seals／No．06．2016
doi：lO．3969／j．issn．1008—0813．2016．06．015
液壓缸安全鎖止系統(tǒng)的分析與改進(jìn)
孔德美，李 濤，劉邦才
The Analysis and Improvement of Security Locking System for Hydraulic Cylinder
KONG De—mei，LI Tao，LIUBang-cai
(徐州徐工液壓件有限公司，江蘇徐州221000)
摘要：針對(duì)大型工程機(jī)械車輛臂架伸出后，出現(xiàn)自動(dòng)下掉的現(xiàn)象，分析臂架下掉的原因和液壓缸鎖止系統(tǒng)的工作原理，指出鎖止系
統(tǒng)的不足，增加了一種利用液壓控制的機(jī)械鎖止裝置，改進(jìn)了鎖止系統(tǒng)，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了改進(jìn)措施的有效性，提高了鎖止系統(tǒng)可
靠性。
關(guān)鍵詞：液壓缸；鎖止系統(tǒng)；機(jī)械鎖止裝置；分析
中圖分類號(hào)：TH137 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1008—0813(2016)06-0049—02
O 引言
液壓缸的安全鎖止系統(tǒng)由液壓缸、平衡閥、換向閥
等基本液壓元件組成，它是大型工程機(jī)械車輛安全變
幅、臂架有效伸縮、帶載靜置等動(dòng)作的有利保障u 。
大型的起重機(jī)、消防車等工程機(jī)械車輛，大都采用
相同的安全鎖止系統(tǒng)，選用的液壓缸也有數(shù)十米左
右。在作業(yè)過程中，出現(xiàn)了一定的共性問題，即液壓缸
帶著臂架伸出后，臂架會(huì)出現(xiàn)不同程度的下掉現(xiàn)象，尤
其在支撐越重的負(fù)載靜置一段時(shí)間，液壓缸有明顯的
下掉現(xiàn)象，則臂架端部表現(xiàn)出不同程度的晃動(dòng)，不能做
到作業(yè)過程的精準(zhǔn)和平穩(wěn)性控制，不能保證高空作業(yè)
的安全性，不僅對(duì)整車的性能造成了影響，而且嚴(yán)重的
還會(huì)造成安全事故 1。
由此可見，液壓缸安全鎖止系統(tǒng)的性能影響大型
工程機(jī)械車輛的精準(zhǔn)操作、平穩(wěn)性及安全性控制，因此
改進(jìn)液壓缸鎖止系統(tǒng)，是解決臂架下掉現(xiàn)象，提升產(chǎn)品
可靠性，增加產(chǎn)品安全性的有效措施1 。
1 工作原理
液壓缸的安全鎖止系統(tǒng)具體的工作原理及液壓缸
內(nèi)部的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
當(dāng)換向閥處于左位時(shí)，P口的壓力油從換向閥B口
進(jìn)人液壓缸有桿腔，同時(shí)開啟平衡閥，使液壓缸回縮。
收稿日期：2016-01—12
作者簡(jiǎn)介：孔德美(1970一)，女，江蘇徐州人，高級(jí)工程師，學(xué)士，主要從
事工程機(jī)械液壓設(shè)計(jì)和技術(shù)研究工作。
[4】 邵兵，等．代數(shù)阿基米德螺旋渦旋型線的研究[J]．蘭州理工大
學(xué)學(xué)報(bào)，2004，30(5)，10：64-67．
【5】李澤蓉，等．用阿基米德螺旋線代替大直徑圓弧的加工方法
當(dāng)換向閥處于右位時(shí)，P口的壓力油從換向閥A口通過
平衡閥進(jìn)人液壓缸無桿腔，推動(dòng)缸桿克服負(fù)載力伸
出。當(dāng)換向閥回到中位時(shí)，A口停止供油，無桿腔的液
壓油被平衡閥鎖住，不能回流，使無桿腔保持一定壓
力，這樣活塞桿可以支撐負(fù)載，并能把負(fù)載鎖止在該位
置處。
1一活塞2一缸筒3一活塞桿4一導(dǎo)向套5一平衡閥6一換向閥
圖1現(xiàn)行的安全鎖止原理圖
使用該安全鎖止系統(tǒng)，主要存在以下3點(diǎn)原因，可
引起伸縮臂或折疊臂經(jīng)常出現(xiàn)下掉故障：
(1)換向閥、插裝閥等內(nèi)泄，造成液壓缸下掉；
(2)高溫液壓油在迅速冷卻后，體積縮小，會(huì)引起
液壓缸下掉；
(3)液壓缸本身內(nèi)泄而導(dǎo)致下掉。
對(duì)于高壓大流量系統(tǒng)，且平衡閥為插裝閥時(shí)，例如
伸縮系統(tǒng)，原因(1)表現(xiàn)的尤為明顯，該故障不僅影響
了車輛的性能，造成安全隱患，而且難以消除，對(duì)液壓
元件的加工精度和裝配精度要求較高，故障發(fā)生率高；
當(dāng)環(huán)境溫度很低時(shí)，車輛停止動(dòng)作后，系統(tǒng)內(nèi)的高溫液
壓油溫度急劇下降，這種情況下原因(2)表現(xiàn)明顯；另
[J]．四川兵工學(xué)報(bào)，2009，30(3)：138-139．
[6】 楊廣洧，等．無油渦旋真空泵溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和熱變形的AN．
SYS分析[J]．真空，2008，45(5)：17-21．
液壓氣動(dòng)與密J~1"／201 6年第06期
外，隨著車輛使用年限的增加，原因(3)會(huì)越來越明顯，
到一定期限不得不將車輛返回廠家更換密封或更換液
壓缸。
由此可見液壓系統(tǒng)采用該鎖止控制原理，有一定
程度的局限性，因此有必要在液壓鎖止的基礎(chǔ)上增加
機(jī)械鎖止裝置，提高車輛鎖止系統(tǒng)的安全可靠性。
2 安全鎖止系統(tǒng)的改進(jìn)
對(duì)比原有系統(tǒng)，改進(jìn)后的液壓鎖止系統(tǒng)，增加了機(jī)
械鎖緊裝置及其液壓控制系統(tǒng)，如圖2、圖3所示。其
中機(jī)械鎖緊裝置10固定在缸筒端部，機(jī)械鎖緊裝置中
的夾緊環(huán)采用錐形結(jié)構(gòu)，只允許軸向移動(dòng)，由P1口供
給的壓力油控制其夾緊與松開。
一負(fù)載
卜活塞2一缸筒3一活塞桿4一導(dǎo)向套5一平衡閥6一換向閥
7一單向閥8一減壓閥9一電磁閥10一機(jī)械鎖緊裝置
圖2安全鎖緊液壓系統(tǒng)
酃 輜
《
推力彈簧 ， l
松開狀態(tài)
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誦活 奠
塞
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鎮(zhèn)緊狀態(tài)
圖3機(jī)械鎖緊裝置
具體工作原理：系統(tǒng)中電磁閥9的進(jìn)油口常閉(即
不帶電時(shí)，電磁閥進(jìn)油口斷開)，P1口與回油路相通，處
于卸荷狀態(tài)，機(jī)械鎖緊裝置中的錐形夾緊環(huán)在推力彈
簧的作用下緊緊夾住活塞桿，使其鎖止固定。
當(dāng)換向閥6左位(或右位)帶電接通時(shí)，電磁閥9同
時(shí)帶電接通，B口(或者A口)高壓油通過單向閥7、減壓
閥8、電磁閥9與P1口相通，克服彈簧力推動(dòng)錐形夾緊
環(huán)運(yùn)動(dòng)，使其松開。液壓缸活塞桿便可做收縮(或伸
出)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)換向閥6斷電處于中位時(shí)，電磁閥9也斷
電。鎖緊裝置10中的壓力油通過電磁閥卸荷，錐形夾
緊環(huán)在推力彈簧的作用下將活塞桿夾緊，使活塞桿相
對(duì)于缸筒固定。
由此可見，該系統(tǒng)中的活塞桿不僅靠平衡閥鎖止，
而且增加了機(jī)械鎖緊裝置鎖止固定，其優(yōu)點(diǎn)：
(1)機(jī)械鎖緊裝置固定在缸筒上，當(dāng)它處于夾緊狀
態(tài)時(shí)，靠錐形夾緊環(huán)與活塞桿之間的摩擦力將活塞桿
鎖止住，相當(dāng)于減小了負(fù)載力，即減小了無桿腔的壓
力，從而減小液壓缸大小腔之間的泄漏和平衡閥的泄
漏的可能性，增加了鎖止的可靠性；
(2)鎖緊裝置采用機(jī)械式將活塞桿夾緊固定，即使
液壓缸內(nèi)泄、平衡閥有泄漏，或者高溫的液壓油迅速冷
卻，體積減小等導(dǎo)致無桿腔油壓減小，活塞桿也不會(huì)
下掉；
(3)當(dāng)液壓缸做收縮動(dòng)作時(shí)，若平衡閥功能失效，
液壓缸在負(fù)載作用下不受控制地進(jìn)行回縮，可以將電
磁閥9斷電，使鎖緊裝置卸荷，加緊環(huán)鎖緊活塞桿，避免
造成安全事故。
3 改進(jìn)效果驗(yàn)證
選擇兩輛相同的某百米登高消防車，一輛是采用
原有的安全鎖止系統(tǒng)，另一輛采用改進(jìn)后的安全鎖止
系統(tǒng)，同時(shí)驗(yàn)證兩輛車在加載500kg，靜置4h，記錄臂架
的下掉量，并得到具體的測(cè)試值，如表l所示。
由表1可見，改進(jìn)后臂架下掉量減小了92％，大幅
度增加了系統(tǒng)的可靠性。
表1測(cè)量數(shù)據(jù)表
改進(jìn)前系統(tǒng)2O
改進(jìn)后系統(tǒng)2O
500 4 100
500 4 8
4 結(jié)論
通過分析大型工程機(jī)械車輛臂架下掉的原因，發(fā)
現(xiàn)了液壓缸安全鎖止系統(tǒng)的不足，增加了機(jī)械鎖緊裝
置，改進(jìn)了安全鎖止系統(tǒng)控制方式，并驗(yàn)證了其良好的
改進(jìn)效果，提升了產(chǎn)品的可靠性。
參考文獻(xiàn)
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【2】 劉學(xué)慧．某運(yùn)輸車液壓系統(tǒng)故障分析與改進(jìn)fJ1．液壓與氣動(dòng)，
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