陳興媚 李雙成

摘要：液壓傳動是機械設(shè)備自動化裝置中的重要組成環(huán)，本文通過對液壓起重設(shè)備工作原理的詳細剖析，詳述了起重機設(shè)備中的回轉(zhuǎn)、起吊、變幅及起升等機構(gòu)的工作原理，并對液壓起吊設(shè)備在工作過程中出現(xiàn)的常見故障進行詳細分析，并給出各種故障診斷的排除方法，最后總結(jié)其各分油路的結(jié)構(gòu)特點，為改進和設(shè)計新的液壓系統(tǒng)油路提供借鑒和參考。

Abstract： Hydraulic transmission is an important part of mechanical equipment automation device. Through the detailed analysis of the working principle of hydraulic lifting equipment， this paper details the working principle of slewing， hoisting， luffing and hoisting mechanisms in crane equipment， and analyzes the common faults of hydraulic lifting equipment in the working process， Finally， the structural characteristics of each sub oil circuit are summarized， which provides reference for improving and designing new oil circuit of hydraulic system.

關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)機構(gòu);起吊機構(gòu);變幅機構(gòu);故障排除;支腿縮放回路;伸縮回路;平衡裝置

Key words： rotary mechanism;lifting mechanism;luffing mechanism;troubleshooting;outrigger scaling circuit;telescopic circuit;balancing device

中圖分類號：TG502.32 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）01-0138-05

0 ?引言

將起重機安裝在汽車底盤上利用汽車強大的靈活機動性的起吊設(shè)備，稱為汽車起重機。這種設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性強，能在環(huán)境惡劣的野外作業(yè)，利用汽車自身的動力驅(qū)動設(shè)備無需另外加裝動力裝置，操作簡單靈活，因此在橋梁建設(shè)、消防救援、林場起吊、搶險救災(zāi)、石材搬運等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。汽車起重設(shè)備多采用液壓傳動裝置作為主要動力源。利用液體的不可壓縮特性，能夠?qū)崿F(xiàn)低速重載及在振動和沖擊性較大的工況下作業(yè)。由于起吊設(shè)備中液壓系統(tǒng)需完成的動作較為簡單，對位置精度無過高要求，自動程度要求不高，因此各回路動作手動完成即可，在使用中多以安全、穩(wěn)定最關(guān)鍵。

1 ?起重機的組成及功能要求

圖1所示為一種小型汽車起重設(shè)備，最大起吊量為80kN（幅度3m時），最大起到高度為11.5m，起重機可連續(xù)回轉(zhuǎn);由圖可知該起吊機主要由：載重汽車、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、支腿、吊臂變幅缸、起吊機構(gòu)、基本臂等組成。在功能上要能夠滿足：野外靈活機動作業(yè)，起吊設(shè)備要能夠方便隨車轉(zhuǎn)移，不需要額外配備附加設(shè)備，如電源、鋼絲繩、輪胎充氣裝置等;起吊臂能夠在360度范圍內(nèi)任意轉(zhuǎn)動及鎖定，且起重臂長度可以任意伸縮，并在一定長度范圍任意位置鎖定，以滿足不同方位及高度的起吊要求;當需要進行起吊重物時，車架兩側(cè)的液壓缸下伸，迫使所有車輪離地，避免重載損傷輪軸，且各液壓支腿能長時間重載負荷，不會出現(xiàn)腿軟現(xiàn)象;液壓設(shè)備在負重停止后能夠保持原位不動不會出現(xiàn)溜車現(xiàn)象，再次重啟時，能夠升降平穩(wěn)，保證不溜車，不打滑，且起吊速度可調(diào)節(jié)。

2 ?起吊裝置液壓系統(tǒng)組成

由圖2可知起重機液壓系統(tǒng)有五大部分組成，分別為：

①支腿裝置：一般為四缸機構(gòu)，在起吊重物時，主要為使所有車輪離地，抬起整車，可有效預防載荷壓在車輪上，為防止起吊時傾倒，水平方向要能夠靈活調(diào)節(jié);

②回轉(zhuǎn)液壓油路機構(gòu)：該機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)吊臂整周回轉(zhuǎn)，并在任意位置停留、鎖止;

③臂架變幅裝置：使吊臂改變傾斜角度，一般在150～800范圍內(nèi)可調(diào);

④伸縮臂液壓裝置：用來改變起吊臂的長度，并能夠定位，以滿足不同位置的起吊工作;

⑤吊鉤升降液壓油路：實現(xiàn)設(shè)備在起吊范圍內(nèi)任意升降，且起升和下降速度在允許范圍內(nèi)可實現(xiàn)無級調(diào)速，并在任意位置負重停留。

3 ?液壓回路系統(tǒng)工作原理

液壓系統(tǒng)回路是整個起重裝置的核心，起重設(shè)備的各個部件的動作均由圖3的油路系統(tǒng)來完成，現(xiàn)分別詳述各部分動作過程如下：

3.1 支腿縮放回路

如圖3所示，該液壓裝置有前、后兩對支腿液壓缸，通過兩個M型三位四通手動換向閥（圖中閥16、17）來控制支腿的伸縮動作，為保證設(shè)備在起吊重物時支腿有足夠的支撐力，每個液壓缸均配有一對雙向液壓鎖（圖中14、20），以保證支腿在伸縮到指定位置后能夠可靠鎖緊，同時也可以防止行車途中液壓缸活塞自行脫落的問題;鎖緊缸13的作用為下放后支腿前，先將原來被車重壓縮的后橋板簧鎖住，支腿放下后車輪與地面不再接觸，起重作業(yè)時支腿放下的高度較小，使整車的重心較低防止傾覆，保持良好的穩(wěn)定性。因此，要求起重作業(yè)之前先放后支腿，后放前支腿，起重結(jié)束后先收前支腿，再收后支腿;其液壓油路為：

①后支腿放下進油路。

油箱中油液經(jīng)過濾器1→泵2→兩位三通換向閥3左位→三位四通換向閥17中位→三位四通換向閥16右位→鎖緊缸13鎖緊后橋板簧→后支腿液壓缸15無桿腔，驅(qū)使后支腿下放到指定位置→泄壓閥18開啟卸荷;若在后支腿放下途中將三位四通手動換向閥16閥芯搬回中位，可實現(xiàn)后支腿在任意位置停留;此時，泵2中的油液→閥3左位→閥17中位→閥16中位→油箱。

②后支腿放下回油路。

鎖緊缸13及后支腿液壓缸15有桿腔中的油液→三位四通手動換向閥16右位→油箱。

③前支腿放下進油路。

油箱中油液經(jīng)過濾器1→泵2→閥3左位→閥17右位→前支腿液壓缸19無桿腔，驅(qū)使前支腿下放到指定位置→泄壓閥18卸荷;若在前支腿放下途中將三位四通手動換向閥17閥芯搬回中位，可實現(xiàn)前支腿在任意位置停留;此時，泵2中的油液→閥3左位→閥17中位→閥16中位→油箱。

④前支腿放下回油路。

前支腿液壓缸19有桿腔中的油液→三位四通手動換向閥17右位→三位四通手動換向閥16中位→油箱。

⑤前支腿收縮進油路。

油箱中油液經(jīng)過濾器1→泵2→兩位三通換向閥3左位→三位四通換向閥17左位→前支腿液壓缸19有桿腔，驅(qū)使前支腿收縮→泄壓閥18卸荷。

⑥前支腿收縮回油路。

前支腿液壓缸19無桿腔中的油液→三位四通手動換向閥17左位→三位四通手動換向閥16中位→油箱。

⑦后支腿收縮進油路。

油箱中油液經(jīng)過濾器1→泵2→兩位三通換向閥3左位→三位四通換向閥17中位→三位四通換向閥16左位→后支腿液壓缸15及鎖緊缸13有桿腔，驅(qū)使后支腿及鎖緊缸中活塞桿收縮→泄壓閥18卸荷。

⑧后支腿收縮回油路。

鎖緊缸13及后支腿液壓缸15無桿腔中油液→三位四通換向16左位→油箱。

3.2 大臂伸縮回路

大臂由兩部分組成，一部分是基本臂，另一部分為伸縮臂，基本臂將伸縮臂套在其中。為保證安全要求負載力與液壓力一致，方便伸縮臂回收，同時，在收縮缸的無桿腔設(shè)置平衡閥12，可有效避免吊臂在重力作用下自行收縮;大臂的伸縮由主控閥組中的三位四通手動換向閥4來控制;其液壓油路為：

①大臂伸出進油路。

油箱中油液經(jīng)過濾器1→泵2→兩位三通換向閥3右位→三位四通手動換向閥4左位→平衡閥12中單向閥→大臂伸縮缸無桿腔→大臂伸出→泄壓閥21開啟卸荷;若在大臂伸縮桿伸出過程中將三位四通換向閥4的閥芯搬回中位，可實現(xiàn)大臂伸縮桿在任意位置停留（縮回亦是如此，其后不再贅述）;此時，泵2中的油液→閥3右位→閥組4、5、6、7中位→油箱。

②大臂伸出回油路。

大臂伸縮缸有桿腔中油液→三位四通手動換向閥4左位→三位四通手動換向閥組5、6、7中位→油箱。

③大臂縮回進油路。

油箱中油液經(jīng)過濾器1→泵2→兩位三通換向閥3右位→三位四通手動換向閥4右位→一路進入大臂伸縮缸有桿腔，另一路進入平衡閥12中液控順序閥→大臂縮回→泄壓閥21。

④大臂收縮回油路。

大臂伸縮缸無桿腔中油液→平衡閥12中液控順序閥→三位四通手動換向閥4右位→三位四通手動換向閥組5、6、7中位→油箱。

3.3 吊臂變幅回路

吊臂變幅機構(gòu)是用于改變大臂的俯仰角度。設(shè)備采用兩個液壓缸并聯(lián)，提高了變幅機構(gòu)的承載能力;同時，在改變吊臂幅度時，為防止因自重而使吊臂下落，在油路中設(shè)有平衡回路11;各油路為：

①增幅機構(gòu)進油路。

油箱中油液經(jīng)過濾器1→泵2→兩位三通換向閥3右位→三位四通換向閥4中位→三位四通換向閥5左位→平衡閥11→變幅油缸無桿腔，驅(qū)使吊臂相對于水平面（地面）抬升至指定角度;若在增幅過程中將閥5的閥芯搬回中位可實現(xiàn)大臂在150～800范圍內(nèi)任意角度停留（減幅過程亦是如此，后面不再贅述）;此時，泵2中的油液→閥3右位→閥組4、5、6、7中位→油箱。

②增幅機構(gòu)回油路。

并聯(lián)雙液壓缸有桿腔油液→三位四通換向閥5左位→三位四通換向閥組6、7中位→油箱。

③減幅機構(gòu)進油路。

油箱中油液經(jīng)過濾器1→泵2→兩位三通換向閥3右位→三位四通換向閥4中位→三位四通換向閥5右位→一路進入平衡閥11，一路進入變幅雙油缸有桿腔，驅(qū)使吊臂相對于水平面（地面）下降至指定角度→卸荷閥21卸荷。

④減幅機構(gòu)回油路。

并聯(lián)雙缸無桿腔油液→閥11→閥5右位→換向閥組6、7中位→油箱。

3.4 吊臂旋轉(zhuǎn)油路

該機構(gòu)是利用液壓馬達通過蝸輪蝸桿減速箱和一對內(nèi)嚙合齒輪傳動來驅(qū)動轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)。由于液壓馬達的轉(zhuǎn)速不高（每分鐘僅為1-3轉(zhuǎn)），因此無需設(shè)置液壓馬達制動回路。系統(tǒng)中用多路換向閥組中的一個三位四通手動換向閥6來控制轉(zhuǎn)盤正、反轉(zhuǎn)和鎖定不動三種工況，并可在3600內(nèi)任意位置停留。其油路為：

①吊臂順時針旋轉(zhuǎn)進油路。

油箱中油液經(jīng)過濾器1→泵2→兩位三通換向閥3右位→換向閥組中閥4、5中位→換向閥組中閥6左位→液壓馬達順時針旋轉(zhuǎn);若在馬達回轉(zhuǎn)過程中將三位四通換向閥6的閥芯搬回中位，由于馬達轉(zhuǎn)速較低可實現(xiàn)馬達在任意位置停留（順時針旋轉(zhuǎn)亦是如此，其后不再贅述）;此時，泵2中的油液→閥3右位→閥組4、5、6、7中位→油箱。

②吊臂順時針旋轉(zhuǎn)回油路。

液壓馬達右油口→換向閥組中閥6左位→換向閥組中閥7中位→油箱。

③吊臂逆時針旋轉(zhuǎn)進油路。

油箱中油液經(jīng)過濾器1→泵2→兩位三通換向閥3右位→換向閥組中閥4、5中位→換向閥組中閥6右位→液壓馬達逆時針旋轉(zhuǎn)。

④吊臂逆時針旋轉(zhuǎn)回油路。

液壓馬達左油口→換向閥組中閥6右位→換向閥組中閥7中位→油箱。

3.5 重物起、降油路

重物起、降機構(gòu)是汽車起動機的主要工作機構(gòu)，卷揚機工作可由低速大轉(zhuǎn)矩定量液壓馬達來驅(qū)動。液壓馬達的正、反轉(zhuǎn)由三位四通手動換向閥7控制。起重機起升速度的調(diào)節(jié)是通過改變汽車發(fā)動機的轉(zhuǎn)速從而改變液壓泵的輸出流量和液壓馬達的輸入流量來實現(xiàn)的。在液壓馬達的回油路上設(shè)有平衡回路8，以防止重物自由落下;在液壓馬達上還設(shè)有單向節(jié)流閥10，設(shè)有單作用雙閘缸9組成的制動回路，當系統(tǒng)不工作時通過兩閘缸中的彈簧力實現(xiàn)對卷揚機的制動，防止起吊重物下滑;當?shù)踯囏撝仄鸬鯐r，利用制動器延時張開的特性，可以避免卷揚機起吊時發(fā)生溜車下滑現(xiàn)象;此時系統(tǒng)中油液的流動情況為：

①升起重物進油路。

油箱中油液經(jīng)過濾器1→泵2→兩位三通換向閥3右位→三位四通換向閥組4、5、6中位→單向節(jié)流閥10→制動缸9有桿腔，閘瓦打開→三位四通換向閥7左位→平衡閥8→卷揚機順時針旋轉(zhuǎn);在起升過程中若將換向閥7的閥芯搬到中位，則泵在閥7的d型滑閥中位機能作用下油液直接流回油箱，此時卷揚機在閘瓦9和平衡閥8的作用下迅速鎖住，防止重物在自重的作用下掉落，可實現(xiàn)被吊物體在任意位置停留（放下重物時亦是如此）;此時，泵2中的油液→閥3右位→閥組4、5、6、7中位→油箱。

②升起重物回油路。

卷揚機回油腔油液→閥7左位→油箱。

③被升起重物下降進油路。

油箱中油液經(jīng)過濾器1→泵2→兩位三通換向閥3右位→三位四通換向閥組4、5、6中位→單向節(jié)流閥10→制動缸9有桿腔，閘瓦打開→三位四通換向閥7右位→油液一路進入平衡閥，一路驅(qū)動卷揚機逆時針旋轉(zhuǎn)。

④被升起重物下降回油路。

卷揚機回油腔油液→平衡閥8→閥7右位→油箱。

4 ?技術(shù)特點

該系統(tǒng)液壓泵由汽車發(fā)動機裝在汽車底盤變速箱上的取力箱驅(qū)動。液壓泵工作壓力為21MPa，每轉(zhuǎn)排量為40ml，轉(zhuǎn)速為1500r/min。系統(tǒng)中除液壓泵、濾油器、安全閥、液壓閥組等，油箱和其它液壓元件都可裝在可回轉(zhuǎn)的上車部分，兼作配重;上、下車部分油路通過中心回轉(zhuǎn)接頭連通。系統(tǒng)采用串聯(lián)油路，在空載或輕載吊重作業(yè)時，各機構(gòu)可以任意組合同時動作。

5 ?液壓系統(tǒng)常見故障分析與排除

該液壓系統(tǒng)為國民工業(yè)生產(chǎn)中重要的作業(yè)設(shè)備，在起吊工作中若出現(xiàn)故障應(yīng)及時作出正確診斷并予以排除;現(xiàn)將常見的設(shè)備故障及排除方法列表如表1所示。

6 ?結(jié)語

根據(jù)圖3知：該液壓系統(tǒng)是由調(diào)壓、調(diào)速、換向、鎖緊、平衡等多種液壓回路組合而成，各回路的結(jié)構(gòu)特

點是：

①在調(diào)壓回路中，利用背壓閥21、18來限制系統(tǒng)的最高工作壓力，防止系統(tǒng)過載損壞液壓元器件，可實現(xiàn)過載卸荷，保護液壓元器件作用。

②在鎖緊回路中，采用液控雙向液壓鎖將前后支腿鎖定在指定位置上，工作安全可靠、確保整個起吊過程中各支腿均無擔力不足的現(xiàn)象，雙向液壓鎖可實現(xiàn)在液壓系統(tǒng)發(fā)生故障或者汽車熄火狀態(tài)下仍能正常工作，為操作者生命安全提供有力保障。

③在調(diào)速回路中，各機構(gòu)的運動速度采用手動調(diào)節(jié)各閥口開度大小來控制，操作靈活、方便。

④在平衡回路中，采用順序閥控制的平衡閥8、11、12串并聯(lián)在吊臂伸縮、吊臂變幅、起升機構(gòu)中，可有效防止因重物自重下降造成危險事故，且系統(tǒng)在工作過程中能夠?qū)崿F(xiàn)安全和穩(wěn)定、可靠;不足之處是由于平衡閥有背壓，油路工作時有一定的功率損失。

⑤在制動回路中，采用制動缸無桿腔內(nèi)調(diào)整好的彈簧力進行制動，制動力大、動作迅速可靠，由于要用油液推動活塞壓縮彈簧來松開剎車，油液的進出量又可由單向節(jié)流閥10來控制，在作業(yè)過程中要求節(jié)流閥10開度較小，使剎車松開的動作緩慢;可防止負重起重時出現(xiàn)溜車現(xiàn)象確保起吊安全。

⑥在多缸卸荷回路中，采用多組換向閥串聯(lián)結(jié)構(gòu)，由于是多閥串聯(lián)，既可實現(xiàn)任意工作機構(gòu)的單獨動作;又能實現(xiàn)輕載下各機構(gòu)任意組合并同時動作;這種采用多換向閥串連的方式，會降低系統(tǒng)的工作效率，但該設(shè)備是間歇式作業(yè)機構(gòu)，這些損失給系統(tǒng)的影響較小可以忽略。

⑦文章對起重機液壓系統(tǒng)在日常使用中的常見故障做了列表總結(jié)，并給出排除故障方案，為后期保養(yǎng)、維護提供參考和借鑒。

參考文獻：

[1]李芝.液壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社，2016.

[2]許福玲，陳堯明.液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[3]王強.工程機械液壓傳動[M].北京：國防工業(yè)出版社，2013.

[4]左健民.液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[5]寧辰校.液壓氣動識圖[M].一版.北京：化學工業(yè)出版社，2013.

[6]袁承訓.液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[7]符林芳.組合機床液壓控制回路優(yōu)化改造[J].東北大學學報，2015，04（08）：532-535.

[8]楊志斌.Z4116型臺式鉆床的自動化改造及進給系統(tǒng)設(shè)計[J].湖南農(nóng)機，2015，37（2）：28-29.

[9]韓志引，馬永青，郭風泉.調(diào)速閥性能與應(yīng)用分析[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2014（2）：45-46.

[10]牟志華，張海軍.液壓與氣動技術(shù)[M].二版.北京：中國鐵道出版社，2014.

[11]孫立峰，呂楓.工程機械液壓系統(tǒng)分析及故障診斷與排除 [M].北京：機械工業(yè)出版社，2014.

[12]李松晶，王清巖.液壓系統(tǒng)經(jīng)典設(shè)計實例[M].一版.北京：化學工業(yè)出版社，2012.