混凝土泵车开式液压系统的改进设计
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摘要：本文分析了原砼泵车开式液压系统中存在的问题，并提出了性能优越的技术改造方案，其特点是采用了先进的电磁比例恒功率泵、双向平衡阀的节流回路等多项技术，重点解决了原开式液压系统中存在的换向冲击大的问题，对于其他类型的开式液压系统提供了宝贵的实践经验。
关键词：比例泵防冲击集成系统：高低压切换回路；恒功率泵；无压循环：平衡阀；蓄能器
中图分类号：TU64
文献标识码：B
文章编号：1008-0422(2012)02-0103-02
1、前言
随着近年来建筑行业的高速发展，砼泵车将成为未来生产中的关键设备，如何改进砼泵车的液压系统成为了设计者当前研究的一个重点课题。早期的砼泵车液压系统基本上是模仿国外一些较成熟的产品，如最有代表的是德国SCHWING公司的BPL601HD型砼泵车闭式液压系统。该闭式系统的负载出口直接联接泵的进口，负载是采用液压双向马达，并且要求负载有相同的进口和出口流量，此系统的主要优点是活塞运动较平稳，换向冲击较小，砼泵车54m的臂架出砼软管的最大摆动直径仅为125mm。它采用了双向变量泵，可使液压马达改变转动方向，不需要附加方向控制阀和平衡阀，就能控制泵和马达之间的功率流，其变量泵和液压马达可组成静压传动，实现了无极调速。但闭式系统的缺点也较为明显，主要表现在由于液压油双向流动而不能使用滤清器；并且油温不易控制，不能使用冷却器，液压油温度一旦高就会产生液压油乳化、粘度变低、引起泄漏和困难、密封件易老化等系列问题，严重时由于液压油污染使得系统元件堵塞，造成系统多种故障发生。因此，设计者将眼光瞄准了优点较多的开式液压系统，开式系统的液压泵从油箱吸油，回油流回油箱。该系统的最大优点是回油路可加装冷却器，液压油在工作较长时间都能保持低温状态，加之能吸油滤、回油滤。解决了如何延长液压油使用寿命、防止系统内泄、防止系统元件阻尼孔堵塞等方面的问题。针对其优点。我们结合国内、外的砼泵车开式液压系统的优点进行了初步设计(见图1)，此系统实际运行中暴露出了开式系统中常见且难以克服的缺陷，最主要的是主油缸、摆阀缸的换向冲击较大，连续几次因振动大造成砼泵车的臂架开裂报废，一套臂架价值一百多万，损失非常大。此外，系统还存在高低切换困难、换向不迅速等几方问题。针对原来系统存在的问题，我们研制出新型砼泵车开式液压系统(如图2所示)，其特点介绍如下。
砼泵车开式液压系统的改进设计构成特点和原理。
本系统主要改进设计了：比例泵防冲击集成系统，高低压切换回路，恒压泵、无压循环回油回路，双向平衡阀节流回路，蓄能器回路，退砼活塞回路。
2、比例泵防冲击集成系统
砼泵车主油路系统有“正泵”和“反泵”两种操作系统，正泵是输送砼的工作循环；反泵是将管道中的砼吸回料斗，达到排堵的目的，同时还可作清洗管道之用。我们这里主要先介绍主油路正泵工作循环中比例泵的应用。
当油泵正常工作后，按“正泵启动”，则电磁铁DTl、DT2得电，于是电磁比例恒功率泵2输出的压力油有如下的正泵前半个作循环：
电磁比例恒功率泵2(ALLvL0130型)(见图2)的主轴6，带动柱塞盘10转动、柱塞11的球头与滑靴5的球头座保持柔性联接，柱塞11和滑靴5在柱塞弹簧1的作用下贴紧斜盘7，使柱塞腔内容积变化。一侧柱塞吸油，另一侧压油。当电子液控三位四通阀8的控制油口的压力上升或下降时。PLC检测控制系统根据压力继电器的信号调节电磁比例阀3的电流，从而来改变斜盘7的斜度。斜盘7斜度的改变则改变了泵的排量。这样实现了自动控制，使活塞到缸顶时的冲击大大减缓。
3、高低压切换回路
低压时，回路中的DT5不通电，插装阀4、5、6的上方控制油口因有压力油而关闭，插装阀1、2、3内通口打开，压力油通插装阀3输送缸1、5、2的有杆腔，回油由无杆腔通插装阀1进人主油缸15.1的无杆腔，最终由主油缸15.1的有杆腔通插装阀2回油。这样实现了低压大排量的要求。
高压时，回路中的DT5通电，插装阀1、2、3的上方控制油口因有压力油而关闭，插装阀4、5、6内通口打开，压力油通插装阀5输送缸15.1的有杆腔，回油由无杆腔通插装阀1进人主油缸15.1的无插腔，最终由主油缸15.1的有杆腔通插装阀6回油。这样实现了低压小排量的要求。
4、恒压泵的应用
为进一步减小缸内冲击，我们使用了带负载传感阀的恒压泵(见图2中3)，该恒压控制把液压系统中的压力保持恒定于其控制范围内而与变化着的泵流量要求无关。变量泵仅供给执行器所需用油液流量。如果工作压力超设定压力，则泵自动摆回较小的角度并纠正控制偏差。负载传感阀实际上是个流量控制阀，它根据负载压力来工作，以调节泵的排量使之适应执行器的需要。泵的流量受装在泵与执行器之间的外部节流(控制块、节流阀)的影响，但在低于设定压力的整个范围不受负载压力的影响，该阀能比较节流上游和下游的压力并把节流压降(压差P)，如果压差P加大，则泵朝Vgmjn摆回。而如果P减小，则泵朝Vgmax摆出，直到阀中恢复平衡，最终对减小系统内液压峰值起到重要作用。
Ponfie＝Ppump－Pservicad vnit(P可设定于范围14至25bar之内)
5、无压循环回油回路
原开式液压系统图中采用了。型中位机能的液控三位四通阀(见图2中11.1)，在换向时。P口有较强压力，增大了阀芯与阀座的摩擦，使阀芯换向困难，当换向到中位机能时，主油泵的P口压力很可能达到主溢流阀设定34Mpa。当换到右位机能时，压力油迅速地冲入主油缸，易引起较大冲击，若采用M型机能，当换向到中位时，P口与T口相通。P口压力基本为D，实现无压力回油，当换到右位机能时，压力从O逐渐增大，从而起到了缓减冲击的作用。
6、双向平衡阀的节流回路
在改进设计中，我们首先考虑采用了进口节流回路，这一回路的优点是，液压缸仅一腔承受压力，和实际负载所需的压力一致。活塞密封产生的摩擦力相对较小，这可以保证活塞较长的寿命、低速运动的均匀性。但这一回路所产生的缺点是负载不能锁定在一定位置。这意味着在负负载时，或者负载突然消失时，液压缸会出现前冲，即弹跳，并且是不可控的，为了克服这个缺陷，我们在系统的进、出油口各自安装了一个特殊的溢流阀(即平衡阀)和一个附加的控制口(见图2中10)。当压力油缸经左边节流阀时，此线路上的控制油口的压力油打开溢流阀。压力油进入到摆阀缸17.1的无杆腔，使摆阀缸17.2无杆腔回油通打开状态的溢流阀回油箱，回油迅速。当电一液控三位四通阀8处在中位时，控制口压力为O，溢流阀关闭，并迅速建立背压，缓减了摆缸；中击。反向同理。
7、液压蓄能器的应用
原系统中。在一个工作循环或一次工作程内，所需的体积流量差别很大，且大流量持续时间很短。并且当空泵时，主油路压力较小，利用主系统压力控制插装阀，易造成插装阀误动。加装液压蓄能器引到以下作用
7.1 提供峰值流量，减少功率损耗
系统中泵只需要提供一个平均流量，峰值流量可由蓄能器提供，当系统处于小流量工作状态时，蓄能器充液(计算出液压泵的公称输出流量和蓄能器排量)。蓄能器一次充液到下一次充液之间，有一段较长的时间，此时液压泵可卸荷或减少输出流量，减少功率损耗。
7.2 使插装阀不误动
新型开式系统中，我们利用梭阀来选择主系统压力或恒压泵压力来控制插装阀，在蓄能器作用下，恒压泵系统的压力有将近19Mpa压力，空泵时远大于主系统压力，使插装阀运动准确无误。
7.3 使摆阀缸动作迅速
恒压泵的排量是确定的，当摆阀缸不动作时，恒压泵的压力油给蓄能器充油，当摆缸动作时，由于动作要求迅速而需大量压力油，会引起系统压力降低，蓄能器能给系统补油，从而使摆缸活塞动作迅速。
7.4 起吸收液压冲击的作用
作用在液压缸上的机械冲击，会在管路内产生一个压力尖峰，为了消减这种冲击和消除流量脉动，我们把蓄能器直接安装在泵出口附近的压力管道上，输出流量直接作用在蓄能器隔膜上，达到吸收液压冲击、消除流量脉动的目的。
此外，液压蓄能器还能起到做紧急动力源的作用。
考虑到系统中更换与主油缸活塞杆相连的砼活塞困难的问题，我们在主油缸下方加装了一个退回砼活塞油缸。打开此油缸，就可将砼活塞直接退回水箱。从而方便维修。
实践证明。经精心设计的砼泵车开式液压系统性能先进，可靠性高，工作效率高，操作方便。实际施工中泵车振动极小，从未再发生臂架开裂等现象，技改使生产企业产值增加数亿元，经济效益大幅度提高，该开式液压系统的改进对于同类开式液压系统的升级改造有极大的帮助。