汽车起重机空钩起吊时限位失效的原因及解决方法

汽车起重机空钩起吊时限位失效原因及解决方法广西柳工股份有限公司马立春、初长祥、李文龙摘要：本文从现场调试及用户反馈的问题出发，仔细分析了汽车起重机空钩起吊时高度限位失效问题原因，以理论分析为基础提出行之有效的解决方法并通过实践检验其正确性，从而归纳出汽车起重机液压系统设计时的注意事项，为汽车起重机液压系统的设计选型提供理论参考依据。关键字：高度限位、空钩起吊、电磁卸荷阀、压力损失AbstractThispapertriestoanalyzethecauseoftruckcraneheightlimiterfailureinliftingwithoutloadstartingfromdebuggingproblems,andgiveaneffectivemethodbasingontheoryanalysisandproveitscorrectnessbypractice,thereby,summarizingthenoticeoftruckcranehydraulicsystemsdesignsoastoprovidetheoryreferenceforhydraulicsystemdesignandtypeselection.Keywords:Heightlimiter,liftingwithoutload,Electromagneticunloadingreliefvalve,Pressureloss1、工况背景：汽车起重机起吊重物前一般先确定起吊的重量、高度及幅度，然后再确定起吊位置、臂长及最小幅度。在起吊过程中，一般先用提钩的方式将重物吊离地面，以检验重物是否超重(也就是过载)，如果一切正常就可以开始吊重作业了。而在实际应用中，会因操作不当产生各种事故，严重时将导致整车倾翻，造成人员伤亡及经济损失。为了保证在操作时的安全作业，汽车起重机设有安全装置，一般情况下有以下几种安全装置[1]：1.1、高度限位器（也称过卷扬限制器）装在臂杆端部滑轮组上限制钩头起升高度，防止发生过卷扬事故的安全装置。它保证吊钩起升到极限位置时，能自动发出报警信号或切断动力源停止起升，以防过卷。1.2、力矩限制器装在臂杆根部接近驾驶位置的角度指示，它随着臂杆仰角及臂长，根据起重机的性能表和性能曲线，就可知在某仰角时的幅度值、起重量、起升高度等各项参考数值。是当载荷力矩达到额定起重力矩时就自动切断起升或变幅动力源，并发出禁止性报警信号的安全装置，是防止超载造成起重机失稳的限制器。1.3、三圈保护器当起重机作业面较高时，卷扬机构钢丝绳有可能过放。钢丝绳在卷筒上剩余至少三圈时，保护器动作，落钩工况自动停止，同时蜂鸣器报警。通常情况下，汽车起重机高度限位器与力矩限制器发出的报警信号都是控制同一个电磁卸荷阀，以降低控制机构的复杂程度，降低了成本，还保证了系统的可靠性。汽车起重机的高度限位器是由固定绳、限位开关、连接绳、重块等四部分相互间为活动连接组成的。在起吊重物、伸缩吊臂及吊臂变幅时，都会使吊钩上下运动，当吊钩头没有碰到重块时，起重机电气控制系统处于正常工作状态，吊钩可以上下运动或停止运动；当吊钩头提升碰到重块并当重块被托起时，连接绳会自然弯曲，使限位开关失去重力作用，从而发出禁止提升的电讯号，起重机电气控制系统就会给电磁卸荷阀通电，电磁卸荷阀处于工作状态，将系统压力降低至零压，卷扬制动器处于制动状态，使卷扬马达停止工作，吊钩即时停止运动，保证了起重机的安全。2、故障描述汽车起重机液压系统的合理设计是整机安全的关键因素。如果液压设计考虑不周时就会出现故障现象：发动机怠速工作状态下，此时液压泵的转速很低(700r/min)时，空钩起吊，当吊钩头提升碰到重块并当重块被托起后，卷扬停止工作；当发动机高速工作，即液压泵的转速很高(2300r/min)时，空钩起吊，当吊钩头提升碰到重块并当重块被托起后，卷扬继续旋转，吊钩仍能上升，导致吊钩上的滑轮被碰坏。从故障现象看，当发动机怠速工作，空钩起吊，当吊钩头提升碰到重块并当重块被托起后，卷扬停止工作，说明高度限位器工作正常，此时电磁卸荷阀处于工作状态，将系统压力降低至零压，卷扬制动器处于制动状态，使卷扬马达停止工作，适合系统设计要求；但是当发动机高速工作，即液压泵的转速很高(2300r/min)时，空钩起吊，当吊钩头提升碰到重块并当重块被托起后，卷扬继续旋转，吊钩仍能上升导致吊钩上的滑轮被碰坏，就破坏了整机的安全性，违背了系统设计要求。3、原因分析经过仔细检查，在发动机高速工作状态下，高度限位器工作正常，发出了禁止提升的电讯号，而电磁卸荷阀也处于工作状态，说明液压系统已经卸荷。此时用压力表测量系统压力，发现系统存在1.5MPa左右的压力，而卷扬制动器的开启压力[2]在1.5~1.8MPa之间，说明这个1.5MPa的系统压力打开了制动器，导致卷扬马达不能被制动，所以吊钩就一直上升。经过反复地实验，证明这个推测正确，那是什么原因导致卸荷后的液压系统还有1.5MPa的压力，而不是接近零压呢？首先，我们看看空钩起吊时的压力值，空钩起吊时的系统理论压力公式[3]如下：卷钩空diqnFqMPmgmg259.1/59.110式3-1其中：空P：空钩起吊时的系统理论压力[MPa]；M：马达的输出扭矩[Nm]；gq：马达的排量[ml/r]；m：马达的理论机械效率；钩F：空钩的重力[N]；i：卷扬的减速比；卷d：卷扬的卷筒直径[mm]；n：马达的转速[r/min]；得出空钩起吊时的系统理论压力空P=0.5MPa，而卷扬制动器的开启压力制开P为(1.5~1.8MPa)，制开P空P，此时制动器处于半开启状态，卷扬马达能够旋转，从而使吊钩起升。也就是说要使卷扬马达停止旋转，就必须使液压系统的压力降到1.5MPa以下，以使制动器闭锁，这样才能实现高度限位功能，以保护整机的安全性。再分析1.5MPa的系统压力的构成因素。从液压系统原理图(图1-2)可以看到，在高度限位器工作时，液压系统是经过单向阀(序号1)、电磁卸荷阀(序号2)、节流孔(序号3)、散热器(序号4)等元件卸荷的。图1-2汽车起重机的部分液压系统原理图经过测量得出，散热器进口前的压力TP为0.3MPa；标准型的电磁卸荷阀[4]DBW25在最大流量250L/min时的压力差1P为0.6MPa；单向阀S20A2/2[5]在最大流量250L/min时的压力差2P为0.6MPa，在200L/min时为0.3MPa；管路在最大流量250L/min时的压力差3P为0.3MPa。从而得到：空P=TP+1P+2P+3P=1.8(MPa)，即空P1.5MPa。4、解决办法为了使液压系统卸荷时的压力降低，我们对液压系统进行了调整，将标准型的电磁卸荷阀DBW25改为U型的电磁卸荷阀DBW32，将单向阀S20A2/2改为S25A2/2，另外对管路也作了调整，调整后的系统原理图见图1-3：图1-3调整后的液压系统原理图调整后的液压系统经过测量得出，U型的电磁卸荷阀DBW32在最大流量250L/min时的压力差1P为0.4MPa；单向阀S25A2/2在最大流量250L/min时的压力差2P为0.3MPa，在200L/min时为0.3MPa；管路在最大流量250L/min时的压力差3P为0.3MPa，此时空P=1P+2P+3P=1.0(MPa)，即空P1.5MPa，此时卷扬制动器处于制动状态，即卷扬马达不能旋转。5、小结液压系统经过上述改进后，高度限位失效的现象已经得到解决，从而证明了该解决方法的正确性。计算并测试液压系统的压力损失是此解决方法的关键，设计低压系统时，非常有必要掌握液压系统中每个元件的压力损失，为解决系统故障提供正确的方向。6、参考文献[1]雷天觉．液压工程手册．北京：机械工业出版社．1990[2]徐州科源液压有限公司编．卷扬减速机用户手册．2007.7[3]北京华德液压工业集团有限责任公司编．液压泵·马达技术样本．2003.9[4]北京华德液压工业集团有限责任公司编．液压阀：压力阀系列技术样本．2008.2[5]周恩涛，徐学新．液压系统设计元器件选型手册．北京：机械工业出版社．2007.8