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摘要
履帶起重機是一種廣泛應用于港口、水電、鐵路及石油化工等大型工程項目中的移動式起重機械，主要由行走驅動系統(tǒng)、起升系統(tǒng)、回轉系統(tǒng)以及變幅等系統(tǒng)組成。履帶式起重機因存在機動性差的缺點，在小噸位起重機市場上已逐步被汽車起重機所取代，但履帶式起重機相對于汽車起重機具有后者所無法替代的臂長、起重力矩、帶載行駛能力及適應惡劣地面的能力等優(yōu)勢，且近年來隨著履帶式起重機的自拆裝功能越來越完善，其工作效率得到大幅度的提高，因此在大噸位的起重機市場中，履帶式起重機得到廣泛的發(fā)展與應用。
起重機的液壓系統(tǒng)作為履帶起重機的重要組成部分，也隨著履帶起重機技術和液壓技術的的發(fā)展而不斷進步。
關鍵詞：履帶起重機；變幅；驅動系統(tǒng)
Abstract
Crawler crane is a widely used in ports, utilities, railways and petrochemical and other large projects in the mobile crane, mainly by driving systems, lift systems, Rotary, and the percentage changes and other system components. Track type crane due to exists mobility poor of shortcomings, in small tonnage crane market shàng has gradually was car crane by replaced, but track type crane relative yú car crane has which by cannot alternative of arm long, and lifting torque, and with contains driving capacity and the adapted bad ground of capacity, advantage, and in recent years with track type crane of since disassembly function increasingly perfect, its efficiency get substantially of improve, so in big tonnage of crane market in the, track type crane get widely of development and application.
Crane hydraulic crawler cranes as an important component of the system, also with the development of crawler crane and hydraulic technology and continuous improvement.
Keywords: crawler crane; change; driving system
目錄
第一章 緒論 1
1.1引言 1
1.2履帶式起重機概述 2
1.2.1履帶式起重機的分類 2
1.2.2液壓履帶起重機的發(fā)展概況 2
第二章 履帶起重機的液壓系統(tǒng)的總體設計 6
2.1技術要求 6
2.2履帶式起重機的組成 6
2.3履帶式起重機液壓系統(tǒng)的概述 9
2.3.1起升液壓系統(tǒng) 9
2.3.2行走液壓系統(tǒng) 10
2.3.3回轉液壓系統(tǒng) 12
第三章 履帶起重機的液壓系統(tǒng)的回路設計 15
3.1 起升液壓系統(tǒng)的設計 15
3.1.1起升液壓系統(tǒng)的設計及工作原理 15
3.1.2起升液壓系統(tǒng)的設計計算 16
3.2行走液壓系統(tǒng)的設計 19
3.2.1行走液壓系統(tǒng)的設計 19
3.3回轉液壓系統(tǒng)的設計 21
3.3.1回轉液壓系統(tǒng)的設計 21
3.3.2回轉液壓回路的設計計算 22
3.4變幅液壓系統(tǒng)的設計 24
3.4.1變幅液壓系統(tǒng)的設計 24
3.4.2變幅伸縮回路的設計計算 25
3.5液壓閥的選擇 28
3.6液壓輔助元件選擇 29
第四章 系統(tǒng)各回路性能計算 32
4.1 系統(tǒng)各回路功率計算 32
4.2液壓系統(tǒng)的發(fā)熱驗算 32
4.2.1工作循環(huán)周期T 32
4.2.2油泵損失所產生的熱能H 33
4.2.3油箱散熱量 34
致 謝 36
參考文獻 37
IV
第一章 緒論
1.1引言
履帶起重機是一種廣泛應用于港口、水電、鐵路及石油化工等大型工程項目中的移動式起重機械，主要由行走驅動系統(tǒng)、起升系統(tǒng)、回轉系統(tǒng)以及變幅等系統(tǒng)組成。履帶式起重機因存在機動性差的缺點，在小噸位起重機市場上已逐步被汽車起重機所取代，但履帶式起重機相對于汽車起重機具有后者所無法替代的臂長、起重力矩、帶載行駛能力及適應惡劣地面的能力等優(yōu)勢，且近年來隨著履帶式起重機的自拆裝功能越來越完善，其工作效率得到大幅度的提高，因此在大噸位的起重機市場中，履帶式起重機得到廣泛的發(fā)展與應用。
履帶起重機是將起重作業(yè)部分裝在履帶底盤上、行走依靠履帶裝置的流動式起重機，可以進行物料起重、運輸、裝卸和安裝等作業(yè)。履帶起重機具有接地比壓小、轉彎半徑小、可適應惡劣地面、爬坡能力大、起重性能好、吊重作業(yè)不需打支腿、可帶載行駛等優(yōu)點，并可借助更換吊具或增加特種裝置成為抓斗起重機、電磁起重機或打樁機等，實現一機多用，進行樁工、土石方作業(yè)，在電力建設、市政建設、橋梁施工、石油化工、水利水電等行業(yè)應用廣泛。履帶起重機的帶載行駛、臂長組合多、起重性能好、作業(yè)高度和幅度大是其獨有的無與倫比的優(yōu)勢，具有其他起重設備無法替代的地位。隨著我國經濟的高速發(fā)展，國家基本建設的規(guī)模越來越大，需要吊運的物品的質量、體積和起升高度都越來越大，履帶起重機愈來愈顯示其優(yōu)越性，市場容量迅速上升，引起了國際知名廠商的關注，國內起重機行業(yè)也興起了履帶起重機開發(fā)熱潮。
自20世紀40年代液壓技術已較普遍地用于起重機、機床及工程機械。由于液壓傳動具有功率密度高，易于實現直線運動、速度剛性大、便于冷卻散熱、動作實現較為容易等突出的優(yōu)點，在工程機械中得到了廣泛的應用, 使工程機械的作業(yè)精度及發(fā)動機的功率利用率有了顯著提高。
起重機的液壓系統(tǒng)作為履帶起重機的重要組成部分，也隨著履帶起重機技術和液壓技術的的發(fā)展而不斷進步。
1.2液壓履帶起重機概述
1.2.1 履帶式起重機的分類
履帶式起重機是一種依靠履帶裝置行走的移動式起重機械,在港口、水電、石油化工等行業(yè)有著廣泛的應用。液壓履帶起重機主要由臂桿部分、機臺、行走、起升和回轉部分等組成。由于履帶式起重機具有起重能力相對較大、而接地比壓小,轉彎半徑小,可帶載行走以及工況組合高度可自由更換等優(yōu)點,在各種起重作業(yè)中被廣泛應用。
一般情況下,可將履帶式起重機分為:全開式液壓履帶起重機、全閉式液壓履帶起重機和開閉式混合液壓履帶起重機三類。以上幾種液壓系統(tǒng)的應用范圍各
不相同：一般在中小噸位的起重機中,由于開式系統(tǒng)具有安全性好、可拓展節(jié)能性較好、成本低等優(yōu)勢而得到了廣泛的應用;閉式液壓系統(tǒng)具有電氣控制性能好、結構簡單、易于布置等優(yōu)點,但由于其安全性能受電控系統(tǒng)可靠性的限制且應用成本較高,該類系統(tǒng)僅在國外一些企業(yè)的大噸位產品中應用較廣；目前在國內外的大多數履帶式起重機生產商中,大噸位的履帶起重機多采用開閉式混合的液壓系統(tǒng),即回轉等子系統(tǒng)采用閉式,而較為關鍵的起升系統(tǒng)絕大多數都采用開式液壓系統(tǒng)。
圖1-1履帶式起重機
1.2.2液壓履帶起重機的發(fā)展概況
我國的履帶式起重機研制工作起于20世紀80年代,雖然發(fā)展歷程還不足30年,但卻有著極高的發(fā)展速度。2008年,國內起重機行業(yè)的總銷量超過30000臺,其中履帶式起重機的總銷量達到1500臺,同比增長高達111%之多。近年來,隨著中國城鎮(zhèn)化進程的加速以及能源、風力、高鐵等重大工程項目的紛紛上馬,強勁的市場需求必將引導著中國的起重機行業(yè)朝著大型化的方向發(fā)展。盡管國內起重機行業(yè)有著良好的發(fā)展前景,但由于液壓元件和電氣設計軟件等關鍵技術的缺失以及創(chuàng)新能力的不足,己使不少業(yè)內人士察覺到了潛藏在起重機行業(yè)內的危機。以履帶式起重機為例,不足30年的飛速發(fā)展歷程,在造就國內一批知名企業(yè)的同時,也形成了十幾家低水平制造企業(yè)。國內履帶式起重機產品不僅科技含量低于國外知名企業(yè),同質化問題也較為嚴重。
除以上內部因素之外,起重機行業(yè)外部因素的變化所帶來的影響也不容忽視。隨著國內市場的開放,該行業(yè)內的眾多國際知名企業(yè),如美國特雷克斯、德國利勃海爾、美國馬尼托瓦克的產品紛紛登陸中國市場,使原本己很激烈的市場競爭變得更加殘酷。這些公司的產品已形成系列化,不僅科技水平含量高于國內產品,更是取得了較高的市場占有率。
以上諸多內外因素己給我國傳統(tǒng)起重機行業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的挑戰(zhàn)。鑒于行業(yè)形勢的緊迫性與嚴峻性,為了設計、生產出具有中國特色的高科技含量的產品,提高產品在國內甚至國際市場的競爭力,國內相關履帶式起重機企業(yè)紛紛加大技術研發(fā)投入的比重,進行多種技術路線的突破性嘗試,力爭提高產品科技含量,擺脫以往產品的低價位、低水平、功能滿足型的低端形象。近年來,國內履帶式起重機行業(yè)在中小噸位產品上實現了突破,國產品牌的市場占有率較高,更有部分企業(yè)的產品己經可以實現批量出口。然而,由于國內相當一部分企業(yè)在新技術應用上的準備不足,特別是液壓泵閥等上游產業(yè)工藝質量水平的限制,在大噸位產品的市場上,國產產品仍未能實現真正意義上的突破。為此,在新技術工藝的應用、產品性能的提高以及零部件系列等方面取得實質性的突破,己成為國內企業(yè)發(fā)展的首要任務。
1.3液壓履帶起重機液壓技術現狀及發(fā)展趨勢
隨著國家工業(yè)經濟建設的發(fā)展,特別是建筑和安裝施工行業(yè)的發(fā)展,作為主要施工設備的工程機械在國家建設中發(fā)揮著越來越重要的作用。由于液壓傳動具有功率密度高,易于實現直線運動、速度剛性大、便于冷卻散熱、動作實現容易等突出優(yōu)點,因而在工程機械中得到了廣泛的應用。據統(tǒng)計,目前95%以上的工程機械都采用了液壓技術,工程機械液壓產品在整個液壓工業(yè)銷售總額中占40%以上,現在采用液壓技術的程度己成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要指標。最初,為了解決機械司機在回轉轉向時遇到阻力大,速度慢等問題,從而引入了液壓系統(tǒng)。液壓技術發(fā)展大致經歷了以下幾個時期:
(l)初期發(fā)展時期 20世紀40-50年代是工程機械液壓技術發(fā)展的初期階段。在這一時期,人們只是將簡單的液壓元件和液壓系統(tǒng)應用到工程機械上,來解決其它方式比較難以實現的問題(如執(zhí)行器的直線運動等)。這一時期,由于各種條件都不成熟,設備性能不高,所以整個系統(tǒng)的工作壓力比較低,一般在2-7MPa。
(2)高速發(fā)展時期 工程機械液壓技術的應用在20世紀60年代進入了高速發(fā)展時期。這一時期液壓系統(tǒng)的主要特點是高速、高壓化(系統(tǒng)壓力提高到20MPa)。系統(tǒng)壓力的提高使得液壓傳動功率密度大幅度增加(如液壓泵功率重量比由50年代的1/3kw/kg提高到了2kw/kg),液壓元件的重量明顯下降。液壓技術的應用逐漸由工程機械工作裝置擴展到轉向系、行走系、傳動系和制動系。在這一時期,人們研制出了全液壓挖掘機和叉車等工程機械。液壓技術趨于成熟。
(3)重視環(huán)境時期由于泵的工作體積與吸、壓腔的轉換會導致容腔壓力急劇變化,而這個變化傳給泵體就形成噪聲。因此,高速、高壓的結果必然導致噪聲。試驗證明:液壓泵壓力或排量每增加一倍,其噪聲約增加10dB,泵轉速每增加一倍,其噪聲約增加6dB,因此液壓系統(tǒng)噪聲限制了液壓傳動功率密度的進一步提高。在20世紀70年代初、中期,工程機械液壓技術研究主要圍繞降低液壓系統(tǒng)及整機的工作噪聲。
(4)重視可靠性時期由于工程機械大多數是野外作業(yè)的施工機械,其液壓系統(tǒng)經常受到塵埃、振動、高低溫、風雨雪、臭氧等的侵襲,造成液壓油污染、引發(fā)故障。據統(tǒng)計,工程機械液壓系統(tǒng)發(fā)生故障的最大原因來自于液壓油的污染,約占液壓系統(tǒng)故障的70%一,85%。因此在20世紀70年代后期,降低工程機械液壓系統(tǒng)污染,提高系統(tǒng)可靠性成為這一時期的主要研究課題。
(5)電子、計算機技術與液壓技術相結合時期進入20世紀80年代,隨著電子技術的迅猛發(fā)展,單片機開始運用到工程機械控制中。人們把采用高速開關閥和步進電機拖動的數字閥的脈寬調制(PWM)型電液伺服系統(tǒng)和數字增量控制電液伺服系統(tǒng)應用到了工程機械液壓系統(tǒng)上,提高了液壓系統(tǒng)的效率,降低了生產成本。20世紀90年代,計算機技術得到了長足的發(fā)展,使現代控制理論在液壓系統(tǒng)中得以運用,促進液壓應用技術的迅速發(fā)展。單片機控制發(fā)動機功率調節(jié),以及變量泵及變量馬達的排量調節(jié),大大提高了液壓履帶起重機回轉液壓系統(tǒng)的效率。同時,人們成功研制了智能型液壓履帶起重機,使起重機的作業(yè)精度及發(fā)動機的功率利用率有了顯著提高。計算機技術在液壓技術中的應用標志著
現代工程機械液壓傳動和液壓控制的最高水平。隨著計算機技術與液壓技術結合的不斷發(fā)展,計算機系統(tǒng)在起重機的性能檢測應用得到不斷深入。在計算機技術的應用支持下,液壓系統(tǒng)計算機檢測日趨成熟,在液壓系統(tǒng)設計的過程中所起的作用越來越大。
(6)未來的發(fā)展方向就目前情況看,如果沒有重大的技術突破和材料工藝革新,液壓技術將會在現有的基礎上進行逐步的優(yōu)化和完善。主要集中在以下幾個方面:第一,減少能耗。目前的重要問題是容積損失和機械損失上,如果能解決這個問題,液壓效率將得到顯著提高。第二,被動維護轉變?yōu)橹鲃泳S護。需要從現有的故障拆修轉變?yōu)橥ㄟ^計算機控制系統(tǒng)提前發(fā)現隱患,預先處理,從而避免事故的發(fā)生,降低使用和保養(yǎng)成本。第三,進一步深入機電一體化。開發(fā)高集成、智能化,且輕小型的液壓元器件,提高計算機在控制和檢測方面的應用,全面提高起重機的安全性和工作效率。
第二章 履帶起重機的液壓系統(tǒng)的總體設計
2.1技術要求
本文主要對履帶起重機的液壓系統(tǒng)的進行設計，其主要技術參數如下：
1、履帶式，兩個液壓馬達分別驅動兩側履帶行走
2、剛性機架，剛性懸掛，有轉臺
3、最大起重量：50t；最大起升高度：9~50m；臂長：13~52m
4、整機自重：50t
5、行走速度：1.1km/h；起升速度：35m/min；回轉速度：2.7r/min
2.2履帶式起重機的組成
如下圖2-1所示,履帶式起重機主要由下列幾部分組成。
圖2-1 履帶式起重機的總體結構
（1）取物裝置
履帶式起重機的取物裝置主要是吊鉤(抓斗、電磁吸盤等作為附屬裝置。
（2）吊臂
用來支承起升鋼絲繩、滑輪組的鋼結構,它可以俯仰以改變工作半徑。它直接裝在上部回轉平臺上。吊臂可以根據施工需要在基本吊臂基礎上接長。在必要時,還可在主吊臂的頂端裝一吊臂,擴大作業(yè)范圍,這種吊臂稱副臂。
（3）上車回轉部分
它是在起重作業(yè)時可以回轉的部分包括裝在回轉平臺上除吊臂、配重、吊鉤等以外的全部機構和裝置。
（4）行走部分
它是履帶式起重機的下部行走部分,是履帶式起重機的底盤,同時也是上車回轉部分的基礎。主要有履帶、驅動輪、導向輪、支重輪、上托輪、行走馬達、行走減速箱、履帶張緊裝置、 履帶伸縮油缸等組成。
（5）回轉支承部分
它是安裝在下車底盤上用來支承上車回轉部分的,包括回轉支承裝置的全部回轉、滾動和不動的零部件和用來固定回轉支承裝置的機架等(不包括四轉小齒輪)。
（6）配重
配重是安裝在起重機回轉平臺尾部的具有一定形狀的鐵塊,目的是確保起重機能穩(wěn)定地工作。在必要時,這些鐵塊可以卸下后單獨搬運。
(7) 動力裝置
動力裝置即為動力源。在履帶式起重機上,大部分動力裝置為四沖程柴油發(fā)動機。在履帶式起重機上,它把內燃機的機械能經液壓油泵轉變?yōu)橐簤耗?經液壓油管和各種控制閥將液壓能傳給液壓馬達和液壓油缸,液壓馬達和液壓油缸再將液壓能轉變?yōu)闄C械能驅動各工作機構。
(8) 機械傳動部分
它把內燃機的動力傳遞給液壓油泵,再把液壓馬達、液壓油缸的液壓能變成機械能,帶動各工作機構。機械傳動部分主要由分動箱、減速箱、離合器、卷筒、軸、軸承、滑輪等部分組成。
(9) 液壓傳動系統(tǒng)
主要由液壓泵、液壓馬達、液壓油缸、控制閥、液壓油管、液壓油箱等組成。液壓油泵把內燃機的機械能轉變?yōu)橐簤耗?液壓馬達把液壓能轉化為機械能驅動各工作機構。由于液壓傳動調速方便,傳動平穩(wěn),操縱輕便,元件體積小,重量輕,具有限速、自鎖功能、總體布置合理等優(yōu)點,在履帶式起重機上被廣泛應用。液壓系統(tǒng)可分為三大部分即主油路系統(tǒng)（由主卷、副卷、變幅、左右行走、回轉等主要動作油路組成）、伺服油路系統(tǒng)（腳踏先導、手動先導控制及各主卷、副卷、變幅的棘爪剎車等油路所組成）、輔助油路系統(tǒng)（由履帶架伸縮油缸、支腿油缸、A型架升降、回油冷卻等油路組成）。
(10)控制裝置
控制裝置是用以操縱和控制起重機各工作機構,使各機構能按要求進行啟動、調速、換向、停止,從而實現起重機作業(yè)的各種動作?？刂蒲b置主要由操縱桿、控制閥、按鈕、開關、控制器等組成。
（11）工作機構
履帶式起重機的工作機構主要包括卷揚機構、變幅機構、回轉機構等。卷揚機構可以實現吊鉤的垂直上下運動;變幅機構可以實現吊鉤在垂直平面內移動;回轉機構可以實現吊鉤在水平平面內移動。以上三種機構的組合,能實現吊鉤在起重機能及范圍內的任意運動。
（12） 操縱機構
離合器、回轉制動、變幅制動、行走制動、鎖止機構等由儲能器所儲存的工作油操縱,而儲能器的液壓油由發(fā)動機后部的一個液壓泵控制。從儲能器出來的壓力油被分配給電磁閥、液壓閥和離合器閥,通過操縱操作室中相應的控制桿和開關控制這些閥,從而控制相應的機構。
（13）電氣系統(tǒng)
電氣系統(tǒng)可分為主電路、控制電路、監(jiān)測器電路、制動控制電路、力矩限制器電路和自動停止電路等部分。
（14）安全裝置
履帶式起重機上的安全裝置主要是為了履帶式起重機的安全操作。履帶式起重機上的安全裝置主要有:鉤過卷保護裝置、吊臂過傾保護裝置、力矩限制器、吊臂角度指示器、卷揚棘抓、變幅棘爪、制動器、回轉鎖銷等。
履帶起重機的工作機構一般都設有起升機構、變幅機構、回轉機構和行走機構。依靠起升機構實現重物的垂直上下運動；依靠變幅機構和回轉機構實現重物在兩個水平方向的移動；依靠行走機構實現重物在履帶起重機所能及的范圍內任意空間位置運動和使履帶起重機轉移工作場所。這四個機構是履帶起重機的基本機構, 本課題主要對該四個機構的液壓系統(tǒng)進行設計。
2.3履帶式起重機液壓系統(tǒng)的概述
2.3.1起升液壓系統(tǒng)
履帶式起重機的起升系統(tǒng)的典型組成部分主要包括機械結構、控制單元、液壓子系統(tǒng)等。操作者通過控制單元實現對液壓系統(tǒng)的控制，而機械傳動結構如減速機等由液壓馬達來驅動，減速機輸出的扭矩再通過鋼絲繩與起升滑輪組來傳遞，從而實現對重物的起升控制。
起升液壓系統(tǒng)的形式較多樣化，結合當前起重機市場主流產品的典型液壓系統(tǒng)，依據系統(tǒng)工作過程中油液循環(huán)方式的不同，可將履帶式起重機的起升液壓子系統(tǒng)化分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)兩大類，下面分別就這兩類基本系統(tǒng)的原理及特點進行分析比較。
1.開式系統(tǒng)
當前，在國內外主流的履帶式起重機的起升液壓系統(tǒng)中，當以開式液壓系統(tǒng)的應用最為廣泛、最為成熟，圖2-2所示即為典型的開式系統(tǒng)的液壓原理圖。
1.泵 2.主溢流閥 3.液控換向閥 4.平衡閥
5.馬達 6.制動單元 7.先導控制閥單元 8.二次溢流閥
圖 2-2 開式起升系統(tǒng)液壓原理圖
液壓泵一般會采用變量泵，操作者通過操作手柄對液壓泵的輸出流量進行控制，從而實現馬達的無級變速控制。起升系統(tǒng)的工作選擇通過液控換向閥 3 來實現，液控換向閥 3 處于左位時系統(tǒng)處于起升工況，右位時系統(tǒng)處于下降工況。在下降工作中，平衡閥 4 用來提供回油阻力，以消耗重物的勢能，從而保證重物的安全下放。
2. 閉式系統(tǒng)
閉式起升液壓系統(tǒng)在履帶起重機產品中也有著較廣地應用，此類系統(tǒng)的基本液壓原理如圖2-3 所示。閉式起升液壓系統(tǒng)與開式系統(tǒng)最大的區(qū)別在于，泵的吸油口與馬達出油口連通方式的不同，閉式系統(tǒng)中兩者是直接相連的。此外，閉式系統(tǒng)中的液壓變量泵與開式系統(tǒng)的變量泵也有所不同，閉式起升液壓系統(tǒng)的換向工作是由變量泵來實現，這就要求變量泵的斜盤擺角可以擺過零點。 因系統(tǒng)中不可避免的存在泄漏現象，在閉式回路中會設置有補油泵4和補油向閥3，補油單向閥3可以保證系統(tǒng)自動向低壓側進行補油。為避免換向等操作所形成的
壓力沖擊，在閉式系統(tǒng)中還會設置有具有安全保護作用的高壓溢流閥 2，通常在液壓回路的兩側各設置有一個高壓溢流閥。
1.變量泵 2.緩沖溢流閥 3.補油單向閥 4.補油泵 5.起升馬達
圖2-3 閉式起升液壓系統(tǒng)原理圖
在閉式液壓起升系統(tǒng)中，重物的勢能主要依靠發(fā)動機進行吸收，同時由于液壓管路的連接形式簡單，閉式起升液壓系統(tǒng)具有傳動效率高、發(fā)熱量小、結構緊湊等特點。但相對于開式起升系統(tǒng)，由于閉式起升系統(tǒng)對電氣控制系統(tǒng)的性能要求較高，不僅增加了技術開發(fā)的難度，更是增加了產品成本。
2.3.2行走液壓系統(tǒng)
履帶式起重機在行走機構的設計上較其他類型起重機的行走機構獨特，由于它在機械結構上采用了履帶式結構，在驅動系統(tǒng)上采用了靜液壓傳動技術，因此履帶式起重機相對于其他類型的起重機具有承載能力大、接地比壓小以及轉彎半徑較小等特點。正因為此，履帶式起重機對惡劣的工作環(huán)境有著很強的適應能力，這無疑為履帶式起重機產品保持旺盛市場生命力提供了一個重要籌碼。也正因此，行走驅動液壓系統(tǒng)的性能表現，對履帶式起重機來說是非常重要的。
目前行走液壓驅動系統(tǒng)的類型較多，結合當前國內外履帶式起重機主流產品中的典型液壓系統(tǒng)，并依據控制方式的不同，將履帶式起重機的行走液壓系統(tǒng)分為泵控系統(tǒng)以及負荷傳感系統(tǒng)兩大類，下面分別就這兩類基本系統(tǒng)的原理及特點進行分析比較。
對于履帶起重機系統(tǒng)來說，在設計泵控行走液壓系統(tǒng)時常采用雙泵分別控制的設計，這種設計采用的是帶液壓連接的雙泵分功率控制，通常還會具有液壓行程限制功能。圖1.5所示為變量雙泵的原理圖，該類型的泵所采用的控制方式為總功率控制。每個泵分別配有一套獨立的恒功率調節(jié)裝置，雙泵的恒功率特性曲線通過兩個測量彈簧近似實現，工作壓力借助一個調節(jié)器3 中多級活塞的測量面作用于測量彈簧，而恒功率值可通過調整彈簧 2 的預緊力進行設定。若系統(tǒng)壓力之和超過彈簧力，則恒功率控制閥右位接通，控制油流向變量活塞，泵回擺減少流量，從而實現恒功率控制。在系統(tǒng)壓力為 0 時，泵在控制彈簧的作用下向最大排量方向擺動。
1.變量泵 2.可調彈簧 3.調節(jié)器 4.補油泵 5.恒功率控制閥 6.變量缸
圖2-4變量雙泵原理圖
在行走液壓傳動系統(tǒng)中，常采用利用負載敏感泵與帶壓力補償的比例閥組成的負荷傳感系統(tǒng)，其典型液壓原理圖如圖2-5所示。
泵的排量由 LS 閥控制，即流量控制，流量控制通過保證 LS 控制閥兩端的壓差來實現，若壓差發(fā)生變化，流量控制閥閥芯移動，壓力油推動變量活塞改變排量至壓差保持恒定值。
采用負荷傳感控制的行走液壓系統(tǒng)，能夠使系統(tǒng)流量與負載壓力無關，即可用于單個子系統(tǒng)的控制，也可同時控制多個子系統(tǒng)，由于僅使用一個泵源，降低了系統(tǒng)的應用成本。但負載動作受流量飽和的約束，在系統(tǒng)流量不飽和時，若多個執(zhí)行器同時作業(yè)時，其流量超過液壓系統(tǒng)能夠提供的流量，低負載回路優(yōu)先得到補償，高壓負載回路的流量可能會出現不足，會影響負載工作速度，甚至停止。
圖2-5 負荷傳感系統(tǒng)
目前，采用負荷傳感技術的行走液壓系統(tǒng)在國內履帶起重機生產商中應用相對較多，比如徐工集團、中聯重科等生產商在有關產品中均采用了此類系統(tǒng)。
2.3.3回轉液壓系統(tǒng)
履帶起重機在進行吊裝作業(yè)時，為能夠將吊重物運送到指定位置，通常需要完成兩個動作：一個是吊重物在垂直地面方向上的垂直運動，靠起升系統(tǒng)來實現；另一動作是吊重物在水平方向上的位移，需依靠回轉系統(tǒng)來實現。在大噸位的履帶起重機中，回轉系統(tǒng)的驅動是依靠靜液傳動系統(tǒng)來實現的，由于回轉系統(tǒng)的轉動慣量較大，在回轉系統(tǒng)啟動、換向及制動等工況下通常會引起較大的壓力沖擊，因此，動作的平穩(wěn)性是評價履帶式起重機回轉系統(tǒng)性能優(yōu)劣的重要指標。
回轉系統(tǒng)工作時的平穩(wěn)性，主要依靠回轉液壓系統(tǒng)來保證，因此液壓系統(tǒng)設計的合理性對回轉系統(tǒng)工作性能起著決定性作用。參照對起升液壓系統(tǒng)的分類方法，依照液體循環(huán)方式的不同，目前，將大噸位履帶式起重機回轉液壓系統(tǒng)劃分為：開式回轉液壓系統(tǒng)與閉式回轉液壓系統(tǒng)。
圖2-6所示為典型的開式回轉液壓回路的原理圖，此類系統(tǒng)主要由液壓變量泵1、主溢流閥 2、回轉換向閥 3、自由回轉閥 4、回轉緩沖閥 5、制動油缸 6、回轉馬達 7以及液控單元 8 等組成?；剞D液壓系統(tǒng)的工況主要包括回轉工況、自由回轉工況以及制動工況。
1.變量泵 2.主溢流閥 3.回轉換向閥 4.自由回轉閥
5.回轉緩沖閥 6.制動油缸 7.回轉馬達 8.液控單元
圖2-6 開式回轉液壓回路基本原理圖
在回轉啟動工況下，變量泵 1 從油箱吸油，液壓油流經回轉換向閥 3 后驅動回轉馬達 7，回轉馬達一般為定量馬達，馬達 7 的轉速由泵的斜盤擺角控制，而馬達的旋轉方向則有回轉換向閥 3 進行控制。 當起重機所吊裝重物的垂直方向與起重臂的中心面不在一個平面內時，如此時對重物起升，會導致起重機承受較大的側向力。為避免這種情況的出現，操作者可通過開啟自由回轉閥 4，回轉機構在負載作用下自由轉動，直至吊重物的重力方向與起重機中心面處于同一平面內。
當操作者選擇制動工況時，回轉換向閥 3 先回中位，液壓泵卸荷，由于回轉機構慣性力較大，系統(tǒng)壓力會突然上升，當壓力超過回轉緩沖閥 5 的溢流壓力時緩沖閥開啟，從而降低壓力沖擊。隨后制動油缸 6 的活塞外伸，對回轉機構制動。 開式回轉液壓回路具有結構簡單、系統(tǒng)散熱性好等特點，此外，近年來國內外相關生產商將開式回轉液壓回路與全功率變量技術相結合，使系統(tǒng)的工作功率得到提高，節(jié)能效果突出。在此方面，日本的日立住友、神鋼等履帶式重機生產商的產品較具代表性。這一技術特點近年來逐步被國內的生產商所認可，如徐州重型機械有限公司以及中聯重科公司在相關產品中均應用了此類技術。
閉式回轉系統(tǒng)的技術在歐美的履帶式起重機生產商的大噸位產品中應用較廣泛，如利勃海爾、馬尼托瓦克公司均能夠成熟地掌握閉式回轉液壓系統(tǒng)的關鍵技術。閉式回轉液壓系統(tǒng)的基本液壓原理如圖2-7所示，典型的閉式回轉液壓系統(tǒng)主要由變量泵、回轉緩沖閥、自由回轉閥、回轉馬達、制動缸、補油泵以及補油單向閥等組成。閉式回轉液壓系統(tǒng)在結構上與閉式起升系統(tǒng)相似，相對于后者增加了自由回轉閥，另外在回轉緩沖閥的設計上與后者中的緩沖閥也有所區(qū)別。由于在閉式回轉液壓系統(tǒng)中，泵的進油口與馬達的回油口直接相連，液壓油是在封閉管路內進行循環(huán)，所以能夠有效避免空氣混入油液內，同時在結構布置上也較為緊湊，但由于液壓油處于封閉回路內，系統(tǒng)散熱條件較差。由于回轉系統(tǒng)的轉動慣量較大，因此閉式回轉系統(tǒng)中也不可避免的存在壓力沖擊的問題，但閉式系統(tǒng)的換向和調速是靠改變泵和馬達的排量來實現，因此壓力沖擊較開式系統(tǒng)小。
1.變量泵 2.緩沖閥 3.補油單向閥
4.補油泵 5.自由回轉閥 6.液壓回轉馬達 7.制動缸
圖2-7 閉式液壓起升系統(tǒng)的原理圖
不論是閉式還是開式回轉液壓系統(tǒng)，在回轉系統(tǒng)中普遍存在的技術難題仍是如何有效地減小系統(tǒng)壓力沖擊，增加系統(tǒng)的微動性以及穩(wěn)定性，這也是各大履帶起重機生產商競相努力的一個重要方向。因此，若想解決以上問題，必須對液壓系統(tǒng)的動態(tài)特性進行深入地研究，只有在充分了解回轉系統(tǒng)微動性、穩(wěn)定性的影響因素的基礎上，才能夠對系統(tǒng)性能進行優(yōu)化、提升。
第三章 履帶起重機的液壓系統(tǒng)的回路設計
3.1 起升液壓系統(tǒng)的設計
3.1.1起升液壓系統(tǒng)的設計及工作原理
本文所研究的卷揚液壓系統(tǒng)為具有壓力切斷功能的開式泵控液壓系統(tǒng)。為提高液壓系統(tǒng)工作效率,卷揚系統(tǒng)采用變量泵與變量馬達組成的雙變量系統(tǒng);為實現卷揚輕載高速和重載低速的功能,系統(tǒng)采用的變量馬達具有壓力切斷功能。圖3-1所示,開式泵控液壓卷揚系統(tǒng)是由油箱1、主溢流閥2、換向閥3、平衡閥4、變量馬達5、制動油缸6、二次溢流閥7、控制閥塊8、變量泵9等元件組成。
卷揚液壓系統(tǒng)的實際工況可分為三種:安全靜止工況、起升工況、下落工況?，F結合圖3-1對各種工況下的液壓系統(tǒng)工作原理分析如下:
1.油箱 2.主溢流閥 3.換向閥 4.平衡閥 5.變量馬達 6.制動油缸
7.二次溢流閥 8.控制閥塊 9.變量泵
圖3-1起升系統(tǒng)液壓原理圖
安全靜止工況: 該工況的設計是為了在需要時能夠使重物安全地停留于空中任意位置并無下滑現象產生。當控制手柄處于中位時,由于先導控制閥塊8無控制壓力油輸出,制動油缸6在彈簧的作用下迅速動作,推動制動片,對傳動軸進行制動;同時由于先導油被切斷,換向閥3的兩個控制口壓力為零,主閥芯在彈簧的作用下處于中位,馬達B口直接回油;平衡閥4的控制端壓力為零,主閥芯開口關閉,無液壓油通過,平衡閥4與換向閥3之間的液壓油直接回油箱。通常情況下在制動缸6進油管路上會設置單向節(jié)流閥,其目的是為了實現制動缸的快速伸出與慢速回縮。制動缸活塞快速伸出是為了迅速實現馬達的制動,快速的停止重物下落;而制動缸活塞慢速回縮則是為了避免二次起升過程中,重物拖動馬達反轉而產生的二次下滑現象。
起升工況:當操作者推動手柄,手柄內的轉角傳感器依據手柄轉角位移的變化來判斷操縱者的意圖并輸出相應的脈寬調制信號。若手柄轉角越大,系統(tǒng)認定操縱者追求的起升速度越高,輸出的占空比就越大,在該控制信號的控制作用下,變量泵輸出的排量隨轉角增大而增大,而馬達的排量則隨轉角的增大而減少。換向閥3在先導控制油的作用下處于左位,變量泵輸出的液壓油經換向閥3后流經平衡閥4,此時平衡閥處于左位機能,以單向閥的形式參與該工況,壓力油經馬達A口驅動馬達,從而實現重物的提升。
下降工況:在前面章節(jié)的內容中已經對下降工況的特殊性進行了相關敘述,當操作者推動手柄時,系統(tǒng)對馬達和變量泵的控制過程與起升工況相同,與起升工況所不同的是,平衡閥以可控液阻的方式參與系統(tǒng)工作過程。下降工況下的換向閥在先導控制油的作用下處于右位,變量泵輸出的液壓油經換向閥后流向馬達B口,同時馬達B口的壓力油經相關濾清器和阻尼后作用于平衡閥的控制端蓋,當B口的壓力達到平衡閥預開啟壓力之后,平衡閥主閥芯打開,馬達A口的壓力油經平衡閥后流回油箱,重物的下降速度由變量泵排量、變量馬達排量以及平衡閥共同決定。
3.1.2起升液壓系統(tǒng)的設計計算
1. 卷揚馬達的選擇
(1) 卷揚卷筒力矩
式中：F1—卷揚單繩最大拉力 F1=36KN;
Dj1—鋼繩4層卷繞時的卷筒直徑
dj1——鋼絲繩直徑，dj1＝21mm
ηj—卷筒機械效率,由Dj1/ dj1=31查《起重機設計手冊》P91表8-7得
ηj =0.99
(2) 卷揚馬達扭矩
式中：i1—卷揚減速器速比，i1=36.5
η1—馬達至減速器輸出端機械效率，η1=0.93
(3) 卷揚馬達排量
式中：ΔPM1馬達進出口最大壓差，
ηM1m卷揚馬達機械效率，ηM1m=0.95
(4) 卷揚馬達型號
選取定量軸向柱塞馬達A2FM107。
馬達性能參數為：
排量 106.7cm3/r
額定壓力 40 Mpa
最大壓力 45 Mpa
允許轉速 3000 r/min
沖洗閥 流量 5.8 l/min,壓力 2.5 Mpa
2.卷揚泵的選擇
（1）卷揚卷筒的轉速
式中：V1—卷揚單純最大速度，V1=110m/min
（2）卷揚馬達轉速
（3）卷揚馬達流量
式中：ηM1V—卷揚馬達容積效率，ηM1V=0.95;
（4）卷揚泵輸出流量
此時為主副卷揚泵聯合供油，不計管路泄露，則總流量為
式中：QB2—副卷揚泵流量，
（5）卷揚泵排量
式中：nB1—卷揚泵工作轉速，nB1=2760rpm
ηB1V—卷揚泵容積效率，ηB1V=0.95
（6）卷揚泵的型號
查《液壓元件手冊》P161 表，選取軸向柱塞雙向液控變量泵A4V71EL2.0，控制方式為EL即先導電液比例控制雙向變量和壓力切斷，帶有一輔助泵和雙向緩沖補油閥。
性能參數為：
最大排量 71cm3/r
額定壓力 40Mpa
最大壓力 45Mpa
允許轉速 3200r/min
先導壓力變化范圍 0.6～1.8 Mpa
3.2行走液壓系統(tǒng)的設計
3.2.1行走液壓系統(tǒng)的設計
液壓驅動行走系統(tǒng)的動力傳遞方式為分置式結構，即動力箱帶動左、右變量泵，經左右液壓馬達后傳遞到減速裝置，再經減速后驅動左右履帶使機器行走。其整個動力傳遞路線如圖3-2所示。
圖3-2 液壓驅動行走系統(tǒng)傳動路線
系統(tǒng)輸出轉速為無級調速，可正，反向運轉，具有剎車制動功能，雙輪驅動，兩個驅動輪可獨立工作實現車輛轉向，轉速要實現無級調速則需有無極調速回路，根據工作要求選擇了容積調速回路來實現無級調速，具體采用了伺服變量泵，通過高速液壓泵來高速系統(tǒng)的速度，從而實現無極調速的目的；采用伺服變量 泵同時也實現了正、反轉，通過調整伺服閥既可以控制泵輸出油路的正、反向；系統(tǒng)的剎車功能的實現則需要設置剎車缸，勃勃剎車缸和馬達的作用來實現系統(tǒng)的制動，為保證剎車缸無供油時依然有效，剎車必須能夠自鎖，以保證安全。兩個驅動輪獨立工作則必須設置兩個單曲的驅動系統(tǒng)。
圖3-3所示為履帶式工程機械液壓驅動行走系統(tǒng)，它是由雙向伺服變量柱塞泵和定量柱塞液壓馬達以及隨動閥等組成。是一個閉式液壓系統(tǒng)，采用了變量泵容積式無級調速。根據閉式回路的特點，這個液壓傳動系統(tǒng)除了完成工作所必需的主油路（由變量泵和定量馬達組成）外，還有與泵一起設置的輔助泵和由它組成的輔助低壓回路以主冷卻回路等。輔助泵通過單向閥向主油路低壓區(qū)補油；一路經手動伺服閥調節(jié)主泵斜盤傾擺角度；還有一路是經溢流閥通入主泵和液壓馬達殼體，最后經冷卻器回油箱，對工作中的泵和液壓馬達進行冷卻。
為了完成對左右履帶的控制，在主油路中設置了手動伺服閥。它是由主泵斜盤伺服液壓缸的隨動閥與主泵斜盤伺服液壓缸配合控制其排油量，它經常與主泵制成一體。工作中，可根據行走需要操作此閥的手柄，實現對液壓系統(tǒng)速度的調節(jié)。此閥的操作手柄從中間位置向左，右操作方向和幅度，相應確定主泵的斜盤方向和傾擺角角度，決定主泵的排油方向和排油流量，從而通過液壓馬達的轉換去控制履帶驅動輪的轉向和轉速。因為左右驅動回路獨立，這樣，兩邊回路進行統(tǒng)一控制，既可聯動實現車輛的前進、后退及相應的速度改變，又可分別動作，實現不同半徑的轉向或原地轉向。因為屬于隨動控制，主泵的流量變化是連續(xù)的，因而可以實現對行走系統(tǒng)的無級調速。
1-變量柱塞泵 2-輔助泵 3-濾油器 4-手動伺服閥 5 冷卻器
6-單向閥 7-梭閥 8 二位四通換向閥 9-液控換向閥 10-溢流閥
11-順序閥 12-定量柱塞液壓馬達 13-卷揚馬達14-剎車缸
圖3-3 履帶式起重機液壓驅動行走系統(tǒng)簡圖
在主回路中，為了保證閉式傳動系統(tǒng)的正常工作，還設置了兩個安全閥，一個梭閥和一個低壓溢流閥組成的集成閥塊，安裝在液壓馬達上。兩個安全閥可以防止主回路在任意一個方向超載時過載溢流及液壓制動時過載補油用，并可以起制動作用。梭閥確保工作時給主油路低壓油路提供一個溢流通道，并有低壓溢流閥保持低壓區(qū)壓力，可以改善泵的及入性能，防止氣蝕現象和空氣滲入系統(tǒng)，同時也使其加入冷卻油路。冷卻回路可使冷卻油帶走液壓馬達在工作時產生的熱量，保證液壓馬達的正常運轉。其油路由輔助泵供給。制動回路主要由換向閥，液壓缸和一個順序閥組成，不公可以保證系統(tǒng)在工作時的制動，也可以在系統(tǒng)停止工作時自鎖，保證安全。制動回路的供油由輔助泵提供。
3.2.1行走液壓系統(tǒng)的設計
1.馬達的選擇
(1)行走的扭矩
式中: F2—最大拉力，F2=28KN;
Dj2—直徑
dj2——鋼絲繩直徑，dj2 ＝17mm
ηj—卷筒機械效率,由Dj2/ dj2= 25查《起重機設計手冊》P91表8-7得
ηj =0.987
(2) 馬達的扭矩
式中: i2—減速器速比, i2=51.4
η2—馬達至減速器輸出端機械效率, η2=0.93;
(3)馬達排量
式中: ΔPM2—馬達最大工作壓差
ηM2m—馬達機械效率, ηM2m =0.95(以下同);
(4)馬達的型號
查《曼勒斯曼公司液壓元件手冊》P295 表，選取德國曼勒斯曼公司(以下同)生產的定量軸向柱塞馬達A2FM32,其性能參數為:
排量 32.0 cm3/r;
額定壓力 40 Mpa;
最大壓力 45 Mpa;
允許轉速 4750r/min;
沖洗閥 流量3.1 l/min,壓力 2.5Mpa。
2.泵的選擇
(1) 轉速
式中: V2—最大速度 V2=50m/min
(2)馬達轉速
(3)馬達輸入流量
式中: ηM2V—副卷揚馬達容積效率, ηM2V =0.95
(4) 泵輸出流量
不計管路泄露
(5) 泵的排量
式中: nB2—副卷揚泵工作轉速 2300r/min
ηB2V—油泵容積效率，ηB2V＝0.95
(6)泵的型號
查《曼勒斯曼公司液壓元件手冊》P161 表，選取軸向柱塞雙響液控變量泵A4V56EL1.0，控制方式為EL即先導電液比例控制雙向變量和壓力切斷，帶有一輔助泵和雙向緩沖補油閥。
性能參數為：
最大排量 56cm3/r
額定壓力 40 Mpa
最大壓力 45 Mpa
允許轉速 3400r/min
先導壓力變化范圍 0.6～1.8Mpa
3.3回轉液壓系統(tǒng)的設計
3.3.1回轉液壓系統(tǒng)的設計
對回轉機構,要求工作時轉速穩(wěn)定、無沖擊,幾個機構同時工作時,其他機構不能影響回轉機構的速度和扭矩。目前在起重機上常用的回轉液壓系統(tǒng)有共泵供油回路和單泵供油回路。小噸位履帶起重機上,常把和回轉機構不同時工作的機構(如小負載安裝用油缸等)合用一個泵供油,稱共泵供油回路。單泵供油回路系統(tǒng)分為單泵供油開式回路和閉式回路。這種回路由單獨一個液壓泵作為回轉機構的動力源,形成一個與獨立液壓回路,從根本上避免與其他執(zhí)行回路的交涉,從而充分確?；剞D機構工作的獨立性,使其流量和壓力平穩(wěn),執(zhí)行機構動作穩(wěn)定,不受其它機構工作的影響。開式回路如圖3-4所示,它是通過換向閥來切換回轉機構的轉向。
液壓履帶起重機回轉液壓系統(tǒng)由于其主機結構系統(tǒng)轉動慣量大,起制動沖擊載荷大易形成液壓沖擊等特點,最早使用了閉式回路系統(tǒng)。本次設計的50t履帶起重機回轉液壓系統(tǒng)采用此原理,如圖3-5單泵閉式回路系統(tǒng)所示。變量泵1)提供液壓動力和流量,從而實現馬達的運轉和速度的變化,通過改變泵的斜盤傾角變化,實現油液流向和流量的變化(省去了換向閥)。由于目前液壓部件制作的工藝問題,系統(tǒng)內泄不可避免,為了補償系統(tǒng)損失,一般情況下主系統(tǒng)都配有補油泵7),并同時為控制主泵斜盤擺角變化的油缸提供動力。補油壓力根據系統(tǒng)損失和壓力由溢流閥4)設定,補油壓力約為0.5MPa?；剞D液壓系統(tǒng)的壓力由溢流閥5)設定,回來溢流閥3)在系統(tǒng)受到因沖擊載荷引起的壓力沖擊和波動時起緩沖及泄壓的作用。電磁換向閥8)具有控制回轉馬達進、出油口通斷的功能,從而實現上車機臺的左右回轉。
1-馬達 2.補油緩沖閥 3.換向閥 4.溢流閥 5.主泵 6.背壓閥 7.吸油濾油器 8回油濾器
圖3-4 單泵供油開式回路原理圖
1.主泵2.泵控制閥3.緩沖閥4.補油溢流閥5.溢流閥6.漣芯
7.補油泵8.自由滑轉閥9.馬達10.制動器
圖3-5 單泵供油閉式回路
3.3.2回轉液壓回路的設計計算
1. 回轉馬達的選擇
（1）回轉馬達阻力矩
式中：MHmax—回轉總阻力矩，MHmax=104KN.m;
i—回轉減速器速比，i=1423.08;
η—回轉機械傳動效率，η =0.90
（2）回轉馬達的排量
式中：ΔPM3—回轉馬達工作壓差，
ηM3m—回轉馬達機械效率，ηM3m=0.95
（3）回轉馬達的型號
查《液壓元件手冊》P295 表，選取定量軸向柱塞馬達A2FM28
馬達性能參數為：
排量 28cm3/r
額定壓力 40 Mpa
最大壓力 45 Mpa
允許轉速 4750r/min
沖洗閥 流量2.5L/min，壓力2.5 Mpa
2. 回轉油泵的選擇
（1）馬達最大轉速
式中：nH—回轉速度，nH=0～1.5r/min,取nHmax=1.5r/min
（2）回轉馬達流量
式中：ηM3V—回轉馬達容積效率，ηM3V=0.95
（3）回轉油泵的輸出流量
不計管路泄露
（4）回轉油泵排量
式中：nB3—回轉油泵工作轉速，nB3=2760r/min;
ηB3V—回轉油泵容積效率，ηB3V=0.95
（5）回轉油泵的型號
查《液壓元件手冊》P161 表，選取軸向柱塞雙向液控變量泵A4V40EL1.0，控制方式為EL即先導電液比例控制雙向變量，帶有一輔助泵和雙向緩沖補油閥。
性能參數如下：
排量 40cm3/r
額定壓力 40 Mpa
最大壓力 45Mpa
允許轉速 3700r/min
沖洗閥 流量2.5L/min，壓力2.5 Mpa
3.4變幅液壓系統(tǒng)的設計
3.4.1變幅液壓系統(tǒng)的設計
變幅系統(tǒng)液壓回路一般由一個或兩個油缸、平衡閥、主副溢流閥和多路閥等組成。在這一整套基本獨立完整的液壓回路結構中,平衡閥安裝在油缸下部,使變幅油缸平穩(wěn)下降,并防止油缸下沉,因此平衡閥與油缸連接油管一定要采用高壓鋼管,以防軟管破損老化造成吊臂突然下跌。當變幅油缸伸出時,變幅角度增大,跨距減小,起重量增大。變幅油缸縮回時情況相反。
履帶式起重機變幅系統(tǒng)液壓原理圖3-6所示:
圖中,排量80rec/min的泵為變幅系統(tǒng)工作的壓力源,排量100rec/min的泵為多路閥、平衡閥等提供控制壓力。R閥是回路中的主安全閥,在系統(tǒng)壓力過高時進行泄荷以保護回路;PC閥是分流閥,當提供的油液超出系統(tǒng)需要時進行分流;SC閥是一個定差減壓閥,其進行壓力補償,保證多路閥兩端壓力差為一個定值;三位五通換向閥用來控制變幅缸的動作,其在中位時P口與A口斷開,B口油液回油箱,變幅缸保持不動,左位時進行減幅動作,吊臂被支起,右位時增幅,吊臂落下;平衡閥裝于增幅過程中的回油路中,其通過開口度的變化來控制油液的流速,起鎖緊和限速作用,從而使變幅動作平緩;PR閥既可用于增幅時的補油閥,也可用于減幅時的溢流閥;先導閥部分為控制部分,通過手柄來控制變幅動作。
1一泵 2一主溢流閥 3一分流閥 4一壓力補償閥 5一多路閥 6一溢流閥
7一平衡閥8一變幅油缸
圖3-6變幅系統(tǒng)液壓原理圖
3.4.2變幅伸縮回路的設計計算
1. 變幅油缸的選擇
（1）無桿腔油壓作用面積
式中：F1—變幅油缸最大軸向阻力，F1=1320KN;
P—變幅油缸最大工作壓力， P=28Mpa;
（2）無桿腔缸徑
查《袖珍液壓氣動手冊》P259表9-7得：D=200mm;A=314.16 cm2，無桿腔油壓作用面積； d=140mm，活塞桿徑；A0=160.22 cm2為有桿腔油壓作用面積；
2. 變幅油路
（1）變幅油缸平均伸縮速度
式中：S—變幅油缸工作行程，S=2842mm；
t1—升臂變幅時間，t1=60sec
（2）變幅油缸平均輸入流量
式中：ηV—油缸容積效率，ηV=1則雙缸流量為
（3）油泵輸出流量
式中：ηLV—管路容積效率，ηLV =0.95
3. 伸縮油缸的選擇
（1）無桿腔油壓作用面積
式中：FⅠ、FⅡ、FⅢ—第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級油缸的最大軸向反力 ，
FⅠ=1190KN，FⅡ=700KN，FⅢ=450KN；
P—各級液壓缸的工作壓力，均選P=28Mpa;
（2）無桿腔缸徑
4.伸縮油路
（1）伸縮缸平均伸出速度
式中：S1，S2 ，S3—Ⅰ缸，Ⅱ缸，Ⅲ缸工作行程，S1=S2= S3 =8000mm；
t1—全程伸出時間，t1=162s
（2）伸縮缸平均輸入流量
Ⅰ缸輸入流量
Ⅱ缸輸入流量
Ⅲ缸輸入流量
式中：ηV—油缸容積效率，ηV=1
平均輸入流量：
（3）液壓泵輸出流量
（4）滿足變幅伸縮時油泵的輸出流量
（5）液壓泵的排量
式中：nB4—油泵工作轉速，nB4 = 2300 r/min；
ηB1V—油泵容積效率，ηB1V = 0.95
（6）液壓泵的型號
查《曼勒斯曼公司液壓元件手冊》P137 表，選用軸向柱塞變量泵A2FO125，控制方式為LRDS即恒功率控制，壓力切斷和負載感應控制。
性能參數如下：
最大排量 125.0 cm3/r
額定壓力 40Mpa
最大排量時的轉速 45 Mpa
泵出口和負載的壓力差 1.4～2.5 Mpa
此泵的性能已滿足支腿回路需求了，本機支腿回路也采用此泵。
3.5液壓閥的選擇
1.卷揚合流閥
該閥由主閥和先導電磁閥組成，主閥為三位二通液控閥，額定壓力為32 Mpa，閥口最大流量56cm3/r，電磁換向閥，額定壓力31.5 Mpa，公稱流量12L/min，該閥機能為三位六通常閉型。
2.先導比例閥
用于控制主副卷揚泵，回轉油泵的先導電液比例閥有三套，選取曼內斯曼公司生產的4TH6T型先導比例閥，最大輸入壓力5 Mpa，回油壓力小于0.3 Mpa，先導流量16 L/min，負載壓力損失為2.2 Mpa。該閥通過手動比例電壓控制閥操縱，可控制兩組執(zhí)行元件獨立動作并可實現手柄45°擺動時執(zhí)行元件的復合動作。
用于控制變幅伸縮多路閥的動作的先導電液比例閥有一套，選國產的CSDY6（射流式力反饋伺服閥），供油壓力范圍2.1～31.5Mpa，額定供油壓力21Mpa，額定流量2～45