高空作业车平衡阀问题分析.pdf

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高空作业车平符阀问题分析
液压·液力
邓江涛,杨发虎,石迁,李曦
(重庆迪马工业有限责任公司研究院)
摘要;平衡阀大量应用于工程机械中,应用不当会导致故障发生。针对折叠臂式高空作业车出现
中臂、下臂非平稳下行的故障进行诊断,发现故障是由于平衡阀选型不当所致。通过分析平衡阀开启受
力,导出数学模型,提出对应不同的工作结构和液压系统选择不同类型平衡阀的方法。
关键词:高空作业车;平衡阀;背压;瞬态液动力;高频振动
平衡阀种类繁多,不同液压系统、机械结构应选
择不同类型的平衡阀。平衡阀大量应用在工程机械
上,但应用不当会导致故障发生。现以我公司(重庆
迪马工业责任有限公司)研发的折叠臂式高空作业
车因平衡阀应用不当而引发的故障为例进行分析。
故障描述
图1为折叠臂式高空作业车外形图,图2为折
M
叠臂式高空作业车上车部分的液压原理图。为了防
止折叠臂式高空作业车的上臂、中臂、下臂由于承
受自重及负载而导致运动过程中超速下降,即为避
免各举升臂下行运动中由于速度超过液压泵供油1.比例多路2.平衡阀网3.上臂液压缸4.中臂液压缸
所能达到的速度而使工作腔中出现真空的现象,并5.下臂液压缸
使其能在任意位置上锁紧,通常应设置平衡回路。
图2上车部分液压系统原理图
平衡回路是在液压缸的下行回油路上串联一个能
该作业车上臂能平稳地上行及下行运动,而中
产生适当背压的平衡阀,以便与自重及负载相平臂、下臂只能平稳地上行,在下行过程中出现了走
衡,并起限速作用。
走停停的现象,即非平稳下行,存在安全隐患。
2故障诊断
中臂、下臂能平稳地上行,但下行过程中出现
非平稳下行,说明了进入液压缸的压力油是间断、
不连续性的。分析图2可知,有两处可能导致这
故障现象发生:1)比例多路阀1工作阀片的阀芯不
中臂液压缸2.平衡阀3.中臂4.下臂5.下臂液压稳定,在阀孔里滑动:2)平衡阀2的阀芯不稳定,在
缸6.上臂7.上臂液压缸
阀孔里滑动。用百分表测量比例多路阀2的手柄,
图1折臂式高空作业车外形图
指针未摆动,即排除了比例多路阀1工作阀片的阀
作者简介:邓江涛(1975~),男,四川邻永人,工程师,研究方向:工程车辆液压系统设计。
」芯不稳定这一因素,导致非平稳下行的原因应为平载压力,为控制压力,即液压缸有杆腔压力
衡阀2故障。
Pa;n为液压缸无杆腔与有杆腔作用面积比,中臂
压·液力
平衡阀分析
下臂液压缸中n为133;K为平衡阀先导比,取4.26
(由图3计算得出)。
图3为平衡阀的结构图。结合图2和图3可
中臂、下臂pc的变化范围为3~13MPa(斜臂)
知,压力油通过图2中的比例多路阀1到达V2,经根据式(4)可求出中臂、下臂在下降过程中pk值由
过单向阀到C2,进入液压缸的有杆腔,同时V2的2.64MPa降至0.65MPa,则平衡阀阀芯控制力:
压力油经过图3中的右侧平衡阀芯4通道推动柱
FK=SAXDK
销7,从而推动平衡阀芯4脱离单向阀5,液压缸无
由图3知=9mm,则x值为由168N降至
杆腔的液压油经过C1到VI,再经图2中的比例多42N。
路阀1回油箱。
平衡阀开启后,平衡阀阀芯在V1处会产生
V2
定的背压p。=2MPa。此外,图2中比例
多路阀1的工作阀片,查阀芯流量压力
降曲线得△p为1.2MPa;管路压力损
失为0.8MPa。由图3知2=10m,则
平衡阀阀芯因背压产生阀芯关闭的力:
F。=SAP=157N
由上述分析可知,平衡阀的控制压
CI
力上升,图3平衡阀芯4脱离单向阀5,
1.调节螺钉2.调节座3.弹簧4.平衡阀芯5.单向阀
6.单向阀弹簧7.柱销8.阀体
V1口开始有油流往回油腔,但由于此
时因背压和瞬态液动力的影响,平衡阀
3平衡结构图
回油腔压力瞬时上升,又由于平衡阀为
平衡阀开启分为两种方式:1)控制通道无节流内泄式,当此上升压力比作用在控制活塞的控制压
地迅速开启;2)控制通道有节流地缓慢开启。这两力大时,则推回平衡阀阀芯4,使平衡阀关闭。平衡
种对应的控制压力px的大小是不同的,以下分别进阀一关闭,回油腔的油流停止,压力下降,控制活塞
行讨论。
又推开平衡阀。平衡阀阀芯在阀孔里频繁地重复滑
3.1迅速开启
动会导致中臂、下臂高频振动,即非平稳下降。
平衡阀阀芯迅速开启时,其控制压力px应满足3.2慢开启
下式
平衡阀阀芯缓慢开启时,其控制压力pg应满足
SAKDK+(SA-Sx)(p+2x)≥krx。(1)
下式
Skpk+(SA-Sx)(pe+)≥ん+SAp。(7)
AK=K
(2
将式(2)、(3)、(6)带入式(7)得:
应保证中臂、下臂静止时平衡阀不自行开启,
弹簧预紧力んrxn应满足下式:
k?125 para"Pc+(K+1)Sx
KSA-S) P
(8)
K
kra. =1.25(SA-SK)pcm
将式(2)、(3)带入式(1)得:
式中:p。为VIロ回油背压,Pa。
1.25pcme-pe
33迅速开启的改进
≥
K
因迅速开启会导致平衡阀阀芯在阀孔里重复
滑动引发不稳定机械结构的高频振动,故需在平衡
式(1)-式(4)中:kr为弹簧刚度,Nm;x,为弹簧预压阀的控制通道加装单向节流阀,使平衡阀缓慢开
缩量,m;SA为平衡阀阀芯大端面积,m3;Sx为平衡启,控制压力px随背压和瞬态液动力増加而增加来
阀阀芯小端面积,即导控活塞受压面积,m2;pc为负阻止平衡阀芯在阀孔里重复滑动。图4为可调节的
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