悬挂液压系统中新型管路防爆阀的可靠性设计
2008年11月第36卷第11期
机床与液压
MACH I NE TOOL &HYDRAUL I CS
Nov 2008
V ol 36No 11
悬挂液压系统中新型管路防爆阀的可靠性设计
刘雅俊, 赵静一, 王智勇
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(1 燕山大学机械工程学院, 河北秦皇岛066004; 2 包头钢铁设计院秦皇岛分院, 河北秦皇岛066004)
摘要:分析了悬挂液压系统管路中传统防爆阀的工作原理, 针对此阀不能完全满足高速铁路建设工程中运梁车悬挂液
压系统可靠性要求的实际情况, 基于可靠性原理设计了双管路防爆阀, 解决了载重9000kN 运梁车悬挂液压系统潜在的软管爆裂故障, 并在整车出厂试验中验证了这种新型防爆阀的可靠性。
关键词:液压悬挂系统; 可靠性; 运梁车; 防爆阀
中图分类号:TH137 文献标识码:B 文章编号:1001-3881(2008) 11-184-2
Reliability D esign of the Ne w Explosion proof Valve in H ydraulic Suspension Syste m
LIU Ya j u n , Z HAO Ji n gy i , WANG Zhiyong
(1 Co llege ofM echanical Eng i n eering , University o fY anshan, Q i n huangdao H ebe i 066004, Chi n a ; 2 Baotou Iron &Stee lEng ineeri n g and R esearch I nstit u te , Q i n huangdao H ebei 066004, Ch i n a)
Abstrac t :T he w ork i ng pri nc i ple o f the trad iti onal explosi on proof va lve for the pi pe li ne i n hydrau lic suspensi on syste m w as ana lyzed . A ccordi ng to t he actual s i tuati on t hat the explosion proo f valve canno t sati sfy hydrau lic suspension system re liab ilit y of the
heavy duty eng i neering vehic l e for the hi gh speed railroad construction project , based on reli ability theo ry , t he explosion proo f va l ve w it h dua l p i pe li ne w as des i gned , w hich so lves the bursti ng fault of t hat t he hydraulic hosepi pe of the 9000kN heavy duty eng i neering veh i c l e hydrau li c suspension sy stem , v ali dates t he re liab ility of ne w explosi on proof v alve i n the tr i a l run .
K eyword s :H ydrauli c suspension system; R eli ability ; G irder transport veh i c l e ; Exp l os i on proof va l ve
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0 前言
重载自行走液压平板车作能运输超大型设备, 在国内重大建设项目中扮演着重要角色。运梁车是液压平板车的一种, 是运输高速铁路施工中混凝土箱型梁
[1]
和架桥设备的主要工具, 在铁路建设中起到不可替
[2-8]
代的作用。图1是秦沈高速铁路施工中应用的运梁车, 其额定载重9000kN, 自重2800kN , 全车共计16轴线, 用来完成45m 跨距混凝土箱梁运输任务, 长期工作在高温、高寒、多尘、潮湿等野外现场环境下。
输的重物, 为保证在不平整路面行驶的稳定性, 在每个悬挂中安装悬挂柱塞缸3来减振, 其原理类似于油气弹簧型悬挂。
图2 单组悬挂结构示意图
悬挂液压回路如图3所示, 在运行中来自系统的供油压力p s =0, 液控单向阀1闭锁, 根据运梁车稳定性和承载能力的要
求, 通过液压球阀的
开启和关闭将悬挂缸1 液控单向阀 2 液压球阀
图1 9000k N 运梁车
图2是运梁车的一个单独悬挂, 可以将其比作是运梁车的腿, 共计32只。由悬挂支撑车体和车所运
分成不同支撑组, 同3 液压软管 4 管路防爆阀一支撑组的悬挂缸相5 悬挂柱塞缸
图3 悬挂液压回路互连通, 形成一个封
收稿日期:2008-08-11
基金项目:教育部高等学校博士学科点专项科研基金项目([1**********])
作者简介:刘雅俊(1980 ), 男, 博士研究生, 主要研究方向为液压系统和机械系统设计及其可靠性工程实践。电话:
, E -ai :l @126co
第11期刘雅俊等:悬挂液压系统中新型管路防爆阀的可靠性设计
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闭的液压系统。当运梁车行驶在不平的路面或爬坡
时, 悬挂缸根据负载的变化自动调整伸缩量, 保证每个悬挂缸的承载均衡。在运梁车转向过程中, 悬挂缸要随悬挂及轮胎转动, 悬挂缸的管路连接需要液压软管连接, 连接供油路和悬挂缸的液压软管3要频繁地弯曲变形。运梁车行驶过程中, 由于路面情况的变化, 在悬挂液压系统产生压力波动, 对管路和管接头产生液压冲击。长期暴露于室外的液压软管容易产生老化, 而且其接头的扣压也可能出现松脱故障。
如果悬挂液压软管出现破裂, 同一支撑组的悬挂缸就会因失去背压而不受控制地加速下落, 在运梁车重载的情况下可能造成轮胎爆裂, 更为严重时可造成运梁车失去稳定性发生倾覆。因此, 对悬挂液压软管及接头提出较高性能要求的同时, 还要对液压软管破裂增加可靠性预防措施。
压软管采取冗余设计, 用2条液压软管将单个悬挂缸与悬挂主管路连接起来, 悬挂液压软管的两端均安装防爆阀, 工作原理如图5所示。同一条悬挂液压软管上的防爆阀反向安装, 一个用来封闭悬挂液压系统的一侧, 一个用来封闭悬挂缸。
图5 双管路防爆阀原理
1 传统管路防爆阀原理与局限
为了解决问题, 常用方法是安装传统的管路防爆阀, 用来防止由于管路破裂而引起的执行机构下降失控, 其工作原理及结构如图4所示。防爆阀的B 口连接悬挂缸, F 口连接易爆危险管路。液压油从F 口到B 口可以正常通过, 从B 口到F 口由于节流的作用会产生一个压差。在管路工作正常的情况下, 从B 口到F 口产生的压差不会超过弹簧力, 阀芯维持一定的开口度,
液压油可以正常流通。如果危险管路出现问题, 从B 口到F 口的流量会迅速增加, 当压差超过弹簧力时, 阀芯会立刻关闭, 负载能够停留在管路破裂瞬间的位置上, 直
图4 传统防爆阀图形
到F 端恢复正常压力符号和结构原理后, 防爆阀方能开启。
运梁车将混凝土箱梁从预制梁场运输到架梁工地的最远距离可达20k m, 如果运梁车在运输混凝土箱梁的过程中悬挂液压软管出现爆管, 防爆阀将封闭悬挂缸, 此时运梁车的悬挂将失去功能, 运梁车不能继续行驶, 必须进行维修后才能继续行驶。如果运梁车悬挂软管爆管的地点远离预制梁场, 对运梁车进行维修将非常困难。如果运梁车在架梁时发生液压悬挂系统软管破裂, 将直接影响运梁车的稳定性。
由于以上原因, 传统的管路防爆阀设计不宜用于这一场合, 需要进行重新设计。2 双管路防爆阀原理
基于系统的可靠性原理, 采用并联冗余设计可以大幅度提高系统的工作可靠性, 因此为防止运梁车在运输混凝土箱梁和架设混凝土箱梁的过程中由于悬挂
, 为使悬挂软管和防爆阀安装方便并工作可靠, 在双管路防爆阀原理的基础上研究并开发了双管路防爆阀结构, 如图6所示。基于系统可靠性设计中的冗余原理, 在一个主阀体中安装2个防爆阀芯, 在侧阀体上连接外部管路。
1 侧阀体 2 O 形圈 3 主阀体4 组合垫圈垫 5 螺堵 6 防爆阀芯
图6 双管路防爆阀结构
3 可靠性试验与结论
在双管路防爆阀制造完成后, 将其装在运梁车中, 整车做出厂试验的同时, 对防爆阀进行可靠性测试试验:将一根未进行扣压的悬挂软管安装到悬挂液压系统中, 进行整车升降调试, 在悬挂液压系统压力作用下软管与软管接头发生脱离, 双管路防爆阀阻隔了油液的泄漏, 运梁车负重9000k N 完成了行驶、转向等各项考核项目。经过72h 监测, 人为制造故障的悬挂管路没有发生泄漏, 且运梁车行驶时悬挂系统能够正常有效地工作, 并保证运梁车顺利完成出厂测试。这说明了基于可靠性原理设计的双管路防爆是行之有效的, 其可靠性完全满足了运梁车的工作要求。参考文献
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机床与液压第36卷
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图7 设备状态信息
如图8所示, 各专家通过中心动态故障库得到液压缸状态信息后, 从振动、温度、油压三方面动态数据入手, 分别进行诊断, 也可进行协同诊断, 各自得出对液压缸的这三方面状态的故障诊断结果, 然后提交给诊断中心, 由诊断中心进行一致性判定和综合评价, 分别得到液压缸工作状态的诊断结论, 从而得到液压缸最终的诊断方案。图8中, 振动、温度、油压数据分别经过三位专家诊断后结论比较一致, 都属于正常情况, 然后综合判定该液压缸的工作状态正常。这样, 根据故障分解方法, 还要依次对液压系统其它故障特例进行诊断,
如油泵故障、电磁阀故障等。
(上接第185页)
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4 结束语
本文作者提出了一种基于对等网络的多A ge nt 协同诊断模式, 开发了带有信息终端的设备远程故障诊断系统。主要特点有:一是诊断主体获取故障信息和进行协同诊断都可以通过对等网络进行端对端的数据安全传输和即时信息交互, 降低了对服务器的依赖及其分布控制, 为网络化协同诊断需要进行大量的信息交互及网络基础设施薄弱的诊断成员间信息交互、资源共享提供了新的解决方案; 二是针对协同诊断求解中如何∀协同#的问题, 提出了合理的协同模式, 改善了设备故障协同诊断中诊断信息的融合集成、共享性, 诊断过程中任务分配、调度等管理, 诊断知识,