第八章 岸桥的液压系统.docx

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第八章岸桥的液压系统

第八章岸桥的液压系统

在现代超巴拿马型岸桥上，液压技术得到广泛的应用。

岸桥上采用的液压系统通常包括以下6个系统：

吊具液压系统、吊具倾转液压系统、挂舱保护液压系统、小车及托架涨紧液压系统、顶轨器（夹轮器）液压系统、俯仰及起升低速轴紧急制动液压系统。

对液压系统设计必须考虑到下列要求：

（1）满足功能要求。

（2）减少热量产生和有利于散热。

（3）保证液压系统和油的清洁度。

（4）无泄漏和尽可能降低噪音。

（5）防锈蚀，耐振动，外形美观。

本章节针对岸桥典型液压系统的原理、工况和构造进行简单的介绍和讲解，掌握桥吊液压系统的基本原理，做到在日常工作中能够正确的对液压系统进行检查和维护。

第一节吊具液压系统

吊具是集装箱装卸设备中最为重要的部件之一，它直接关系到岸桥的装卸效率和可靠性。

岸桥吊具形式较多，常用的有标准吊具、双箱吊具、旋转吊具、带前后倾±5°的吊具、带防摇功能的吊具等等。

液压系统须24小时连续工作，对防止发热、防振动要求也很高。

下面着重介绍几个常用的吊具液压系统。

一、岸桥标准型吊具

岸桥标准型吊具如图8－2－1所示。

1.液压动力站

岸桥的液压动力站多采用压力控制轴向柱塞变量泵。

该泵性能好。

效率高、噪音低。

当吊具不动作时，系统压力为油泵调定压力（10Mpa），而油泵的流量输出接近于0，所以，电动机处于空载运转状态；当某一个执行元件（如油缸或油马达）开始工作时，油泵才输出流量。

2.伸缩功能

在岸桥标准型吊具液压系统中，吊具的伸缩动作是由一台齿轮油马达通过减速器驱动链轮链条来实现的。

20ft、40ft、45ft3种规格的定位由限位开关或编码器控制。

吊具的伸或缩由一个3位4通电磁换向阀6A控制。

当需从20ft伸到40ft时，电磁铁S1通电，吊具就开始伸出，到达40ft时，限位开关或编码器发出讯号，S1断电，电磁阀回到中位。

由于中位机能为0型，所以，油马达进出油口的液压油被完全封闭，吊具被牢牢地固定在40ft工位上。

此时操纵台将亮起40ft指示灯，司机可以开始作业。

从40ft缩回到20ft时，由电磁铁S2工作，原理相同。

空吊具在作业时可能会受到纵向力的碰撞，当碰撞力超过安全阀7的设定值14MPa时、安全阀溢流，吊具外伸梁将向内或向外产生一定位移，吊具旋锁的纵向间距可能大于或小于原设定的标准尺寸，此时，司机应重新手动复位；如果是用编码器控制，电脑系统将自动复位。

3.旋锁功能

标准型吊具应包含伸缩、旋锁、导板动作3大功能。

标准吊具的4个旋锁，由两个双出杆油缸驱动，分别设置在两端梁箱体内。

旋锁油缸由2个2位4通电磁阀6B和6C控制。

为了吊箱的安全，闭锁工况时，电磁阀选用弹簧作用这个位来工作，因为它不会产生误动作，并可以保证旋锁完全转到90°。

当空吊具工况时，电磁铁（S4、S7）通电，使旋锁转0°位置。

有的习惯采用中位机能为0型的三位四通电磁阀来控制旋锁，只是多了几根电缆，控制略觉繁琐，另一个缺点是，旋转作闭锁动作时，由于限位开关的可能松动，将导致旋锁闭锁不到位。

4.导板功能

岸桥吊具上有4个导板，司机可以利用它们来协助对准集装箱，提高生产效率，司机可根据箱子堆放情况使4个导板同时工作，也可以海侧两个或陆侧两个分别工作。

4个导板的上下速度必须一致，速度的快慢是由4个单向节流阀（10A—10C）调节。

导板的上下翻动是用摆动油缸直接驱动或用直线油缸通过扇形齿轮转化为圆周运动来实行的，油缸是采用4个2位4通电磁阀（9A—9C）来控制的，电磁铁S3，S5、S6，S8通电时，导板向下协助对箱；反之，电磁铁断电弹簧复位时，导板向上收起。

吊具导板在对箱过程中经常会受到冲击力，为了保护导板不被撞坏，系统中设计了总安全阀5，它的设定值为12MPa。

二、双箱吊具

双箱吊具（图8－2－2）可以同时装卸两个20ft标准箱，为此，必须在吊具基架的中间部位增加4个旋锁，分别由4个单活塞杆油缸驱动（15A—5D），由1个3位4通电磁阀9B来控制。

电磁阀9C控制两端梁上的两个双出杆油缸，以驱动另4个旋锁。

所以当吊装双箱时，电磁阀9B与9C必须同时控制8个旋锁动作。

中间的4个旋锁分别安装在可上下升降的方形箱体内，在不吊装双箱时，这4个箱体必须向上提起，以免与集装箱上平面相碰撞；当司机需要吊装双箱时，才将这4个旋锁活动箱体放下来。

这4个箱体的上下分别由4个升降油缸（14A－14D）来驱动，由3位4通电磁阀9A进行控制。

叠加在电磁阀下面的液压锁保证4个箱体不会因内泄漏而下滑。

通常系统压力为10MPa，而驱动8个旋锁时只需5MPa，为此，增设了减压阀11A和11B。

合理的压力选择有利于旋锁传动系统的使用寿命。

双箱吊具的导板由摆动油缸（17A－17D）驱动。

动力站和伸缩部分与标准吊具相同。

三、吊具液压系统常见故障及排除方法

1.系统发热问题

吊具采用压力控制变量泵，带压力补偿器，当系统压力达到设定值10MPa时，输出流量很小，大约只有2L/min的内泄漏量。

当系统压力从10MPa逐渐降低到9.5PMa时，泵的输出流量将从2L/min增加到最大值。

根据这一原理，我们将很容易找到发热的原因；然后将故障排除。

系统发热的最大可能性是溢流阀5的设定压力不正常。

正常情况下该阀调定值为11MPa，而泵的压力补偿器调定值为10MPa，一旦溢流阀有杂质卡住，压力低于10MPa时，油泵输出的大流量从溢流阀5回油箱，系统很快就会发热，甚至烧坏油箱上的附件。

所以，维修人员应该加强检查，保证油的清洁度。

2.导板动作不一致

4个导板动作不一致，既不利对箱作业，又不美观。

这时我们只要调整4个叠加式单向节流阀（10A－10D），就能使4个导板速度一致。

3.旋锁闭锁不到位

旋锁开锁状态为0°，闭锁状态为90°。

而有时闭锁不到90°，我们称之不到位。

这种情况是不安全的，也是不允许的。

所以，必须立即排除故障。

闭锁不到位的故障多数发生在3位4通阀控制的场合，电磁铁通电后，在进行闭锁过程中，由于限位开关因震动偏离位置而发出“到位”的错误信号，使电磁阀立即失电，回到中位，导致闭锁不能到达90°位置，这时必须重新调整闭锁限位开关，紧固螺栓。

4.吊具伸缩力不足

有时吊具会发生伸不出去或缩不回来的现象，显得动力不足，究其原因，大多是安全阀7出了毛病。

正常情况下，该阀的压力调整为14MPa，如果溢流阀由于油液不清洁，有小颗粒杂质卡住阀芯，

系统将无法建立起正常的工作压力，伸缩动作也无法实行。

这时必须拆检安全阀7，清除垃圾，才能恢复正常工作。

第二节倾转液压系统

船上的集装箱常常会出现以下3种情况：

（1）方向与水平面有一定倾斜。

（2）平面有一定倾斜。

（3）剖面母线与码头轨道不平行。

以上3种情况，将给岸桥司机在作业时对箱带来极大的困难，因此，岸桥必须具备使吊具实现左右倾、前后倾、水平回转这3大功能。

一、吊具左右倾士5°及前后倾士5°的液压系统

吊具左右倾士5°及前后倾士5°的液压系统如图8－3－1所示。

吊具上A、B、C、D4根起升钢丝绳的一端分别系在油缸14A、14B、活塞杆的两端，另一端固定在卷筒上。

当两个油缸的活塞处于中位时，吊具上4根钢丝绳的长度相等，吊具处于“正位”；当两个活塞同时向左运动时，吊具的A、C点被提起，B、D点被放下，吊具产生“右倾”，反之为“左倾”。

如果14A活塞左移，14B活塞右移，吊具的C、B点被提起，A、D点被放下，就产生“前倾”；反之为“后倾”。

这一液压系统应用在美国OAKLAND、TACOMA、LONGBEACH等港口多台岸桥上，效果很好。

二、液压系统工作原理

采用PVQ32压力控制轴向柱塞变量泵，带压力补偿器C14（2～14MPa）和负载传感器（1～1.7MPa），液压系统为恒压卸荷系统。

在非工作状态时，油泵在低压（1.1MPa）和接近0排量下运转，效率极高。

在作倾转动作时，系统工作压力为12MPa。

两个油缸的速度同步是保证该系统良好性能的基本条件。

由于左右倾士5°要求速度快一些，所以将流量阀10A和10C的流量调得大一些，使左右倾士5°全程在5s内完成。

而前后倾的速度要求慢一些，所以将流量阀10B和10D的流量调得小一些。

使前后倾士5°在10s内完成。

阀9A和9C是油缸的安全阀，调定值为12MPa。

液控单向阀8A－8D保证无泄漏，使吊具倾转定位正确。

电磁阀7A和7C控制左右倾，7B和7D控制前后倾。

三、故障及排除方法

只要液压油保持清洁，该系统的故障率较低。

常见的故障是由于油液中的杂质卡在泵的压力补偿器内或安全阀9内或溢流阀6内，导致系统压力不正常。

若遇到压力建立不起来的情况，应检查以上3处，并彻底清洗，或更换液压油。

第三节挂舱保护液压系统

当吊具在舱内上升的过程中发生挂舱，控制系

统切断电源后，机械系统尚存有巨大惯性能量，它

将使与之相关联部件损坏。

挂舱保护系统的作用是

吸收机械系统的惯性能量，有效地保护岸桥的安全。

一、单挂舱保护液压系统的工作原理

图8－4－1所示是一个专门用于挂舱保护的

液压系统。

油缸支撑着4根起升钢丝绳的定滑轮

摇臂（图8－4－2）。

正常工作状态下，4根活塞杆

完全伸出，处于受压状态。

在油缸无杆腔的进出油

口处安装有集成阀组（14A－14D），其中安全阀的

主阀芯为插装阀，由先导阀控制。

当发生挂舱时，

钢丝绳拉力迅速增大，达到设定值时，4个油缸中

的一个或几个油缸的压力值达到设定值，压力开关（HI—H4）立即发出讯号，令主起升电动机紧急停止运转，与此同时，安全阀溢流，活塞杆被快速压缩回去，油缸的行程保证了电动机停转前起升机构“软着陆”。

从挂舱发生至起升停止运转，整个过程在0.3～0.5S之间完成，使整机获得极佳的安全保护。

在正常情况下，4根活塞杆应全部伸出，设置在其端部的限位开关（16A－16D）发出“正常”信号。

油泵处于停止状态。

倘若某一油缸因内泄漏而引起活塞杆下滑，限位开关将发出“下滑”信号，令油泵起动向系统充油，直至各油缸恢复到“正常”工作位置。

在排除挂舱故障后，司机只需按“复位”按钮，该系统就能恢复到“正常”状态。

二、挂舱保护系统的效果测试方法

挂舱保护的实际效果如何，是最为关注的问题。

采用真实挂舱来做试验是不可能的，只能采用模拟的方法。

首先让吊具吊一个20ft的试验箱，放在码头上，然后把起升钢丝绳放松，同时将液压系统的安全阀和压力开关的压力值重新设定为模拟试验压力值，然后高速起升，当起升钢丝绳突然受到“挂舱力”时，电动机在压力开关的指令下自动停止运转，而油缸上的安全阀立即溢流，活塞快速下滑，从而保护了起升机构的安全。

这样的实验方法很成功，完全符合设计要求。

司机在实际操作中，曾多次处理挂舱事故，证明该系统的效果很好。

三、多功能挂舱保护液压系统

所谓多功能挂舱保护液压系统，它除了前面已经介绍过的挂舱保护功能以外，还可以实现吊具的倾转功能。

1.挂舱保护及吊具水平回转的液压系统

这个液压系统（图8－4－3）与单挂舱保护液压系统的主要区别是：

图8－4－3多功能挂舱保护液压系统

（1）增加了一个吊具水平回转士5°的功能。

（2）加长了油缸行程（水平回转行程十挂舱保护行程）。

（3）增加集成阀组11。

（4）采用PVQ20…C21V…泵。

（5）采用恒压卸荷液压系统。

（6）4个油缸必须速度同步。

2.吊具水平回转的工作原理

位于小车上的起升钢丝绳前后滑轮的间距比吊具上的前后滑轮的间距大，所以吊具上前后两根钢丝绳之间形成一个三角形的夹角，两根钢丝绳分别有一个向前或向后的分力。

如果油缸A和B的活塞杆伸出一个位移，使吊具A、B两角拉紧一些，而使油缸C和D收进相同的一个位移，使吊具C、D两角放松一些，吊具就会产生右旋；反之会产生左旋。

最大限度为士5°。

电磁阀（6A－6D）分别控制4个油缸的运动方向，流量阀（9A－9D）调节4个油缸往返运动时速度的同步。

第四节小车及托架涨紧液压系统

一、涨紧工况的选择

当小车的运行机构采用钢丝绳牵引方式时，从小车经滑轮组到卷筒是一个封闭的钢丝绳缠绕系统，以使小车平稳运行。

然而在何种情况下保持多大的涨紧力等方面，有两种不同的要求。

（l）I型。

大多数要求在装卸作业过程中钢丝绳牵引缠绕系统始终保持着一定的涨紧力，不考虑小车起动或制动或行走等工况的区别。

（2）Ⅱ型。

少数要求小车起动和制动时涨紧油缸闭死，使钢丝绳卷绕系统具有相当的“刚度”，以利于小车迅速起动和减小驾驶室的晃动。

在这种情况下，钢丝绳在短时间内承受较大的惯性力。

（3）两种涨紧系统的比较。

I型基本能满足要求，

其特点是钢丝绳涨紧力变化值很

小，但由于这个力的大小是按小

车惯性力设定的，无论小车处于

何种状态，钢丝绳始终受到这一

涨力的作用，因此，会影响钢丝

绳的使用寿命。

Ⅱ型在小车起、

制动时晃动较小，钢丝绳仅在短

时内承受小车起动惯性力，当小

车趋于匀速运动时，涨紧油缸自

动以较小的力涨紧钢丝绳，因此

有利于延长钢丝绳寿命。

二、I型小车涨紧液压系统

I型小车涨紧液压系统如图

8－5－1所示。

两个涨紧油缸分别拉紧两

根小车牵引钢丝绳，油泵1是一台排量很小的齿轮泵，油泵起动后，边向两个油缸充油，使钢丝绳开始涨紧，压力超过压力开关H调定值的上限时，油泵停止运转，系统保持自动涨紧状态；当钢丝绳受冲击力作用，对油缸活塞杆的拉力增大时，有杆腔内的油液被部分排出，由蓄压器吸收，使冲击力得到缓冲；当钢丝绳由于小车晃动而松弛时，活塞杆拉力减小，蓄压器将自动向油缸“充油”，使钢丝绳始终保持一定的涨紧力。

当因内泄漏导致系统内压力降低时，就会减小钢丝绳涨紧力。

当压力降低至压力开关H调定值的下限时，油泵将重新向系统供油直至压力达到压力开关H的上限值才自动停止运转。

当司机作前大梁俯仰动作时，电磁阀5得电，将油路切换到B口，由溢流阀4的低调定值来减小钢丝绳的涨力。

前大梁拉起时，活塞杆将被拉出一定行程，以补偿钢丝绳的长度不足；反之，前大梁放下过程中，释放出的钢丝绳将及时地被油缸收紧，因此，在俯仰过程

中牵引钢丝绳是在低压、小涨力的情况下工作，这样对钢丝绳的延长使用寿命非常有利。

三、Ⅱ型小车涨紧液压系统

Ⅱ型小车涨紧液压系统如图8－5－2所示。

两根牵引钢丝绳是在活塞杆推力作用下涨紧的。

它与1型不同之处是小车启、制动时电磁阀S2把油缸内油液锁住，即把钢丝绳的一端固定住。

而小车运行中电磁阀S2复位，使油缸内油液重新与系统连通，当钢丝绳的涨力过大时，由蓄能器缓冲；当钢丝绳较松弛时，由减压阀供给压力油，使其保持一定的涨力。

然而这就使系统略显复杂。

其他的工作原理与1型涨紧系统相同。

四、小车涨紧及托架涨紧液压系统

小车涨紧及托架涨紧液压系统如图8－5－3所示。

15A、15B为小车涨紧油缸，16A、16B为托架涨紧油缸。

托架涨紧系统同样要求有两个涨紧力，一个是装卸作业时的涨紧力，另一个为前大梁俯仰时用的较小的涨紧力，其工况与小车涨紧系统完全相同。

把小车涨紧与托架涨紧两个系统组合在一起显得非常合理。

紧凑、高效且美观，他们共用一个油泵，在托架涨紧的压力油路上串联一个减压阀8，建立起托架涨紧系统的工作压力。

第五节俯仰及起升机构低速轴紧急制动器液压系统

一、概述

俯仰和主起升机构除了在减速器的高速轴上配置高速制动器外，还在低速轴上设置有紧急盘式制动器。

当由于某种突发原因，前大梁或集装箱下降出现超速时，或者司机按下“紧停”按钮时，该液压系统将自动紧急制动。

起升机构或俯仰机构的低速轴制动器立即进行制动，它们的液压系统是同一个动力站系统。

二、起升机构紧急制动器

图8－6－1中17A和17B为两个起升低速轴盘式制动器油缸。

启动油泵，电磁阀S1和S2通电，压力油将克服弹簧力打开制动器，完全打开后，限位开关24A和24B发出讯号，驾驶室绿灯亮，司机可以开始起升作业。

当系统压力达到压力开关H的设定值时发出讯号，油泵自动停止运转。

由蓄压器16对系统进行保压。

如果因保压时间过长或内泄漏引起制动间隙变小，导致两个限位开关（或其中的某一个）失去信号，这时，起升动作将不允许继续运转，同时油泵自动重新向系统供油，直至制动器达到正常工作状态。

然而这种情况是极少发生的。

正常制动时，S1先断电、S2滞后断电，让油液通过节流阀SA流回油箱，这样可以使制动缓和一些。

在紧急制动时，S1和S2同时断电，迅速回油，很快制动，效果甚佳。

三、俯仰机构紧急制动部分

图8－6－l中17C和17D为2个俯仰低速轴盘式制动器油缸，俯仰的工作时间很短。

俯仰紧急制动器只有在作俯仰动作时才处于打开状态，以备紧急制动，确保安全。

而俯仰不工作时，制动器处于闭合状态，其压力控制方法与起升制动器部分完全相同。

当液压系统发生故障，一时又无法排除时，可以用手动泵18打开俯仰和起升的制动器，临时作业。

第六节顶轨器（夹轮器）液压系统

一、常闭式顶轨器（夹轮器）的优点

大车行走机构采用常闭式顶轨器或夹轮器时，在装卸作业期间，顶轨器或夹轮器始终处于制动状态，只有在大车行走时才打开。

这样即使在装卸中突然遇到大风也比较安全。

二、关于松轨与顶轨速度的合理选择问题

一般是希望打开顶轨器和夹轮器的速度越快越好，虽说加大功率、增大油泵排量是能够做得到的，但毕竟还应该考虑其合理性。

因为大车行走的时间少、频率低，功率不宜过大。

顶轨器打开时间一般选用2～4S比较合理。

制动时间的控制是一个更为重要的问题。

在每一个顶轨器和夹轮器油缸的出口处，都安装有一个单向节流阀，由它来调定制动时间。

在每一个顶轨器和夹轮器上都安装有1个松轨限位开关，当松轨后，此限位开关发出讯号，允许大车行走；当因漏油或管路突然爆破时，顶轨器和夹轮器将在司机还没察觉到的情况下、在蝶型弹簧的作用下自动制动，限位

开关将失去讯号，大车行走电机将自动停止运转。

但是由于惯性，大车还将滑行一段距离，如果过早过猛地制动，大车将发生强烈的冲击，甚至会发生危险。

所以，必须严格控制制动时间。

通常把制动时间控制在7～9S比较合理。

三、液压系统工作原理

如图8－7－1所示，电磁阀S在弹簧复位时，两个顶轨器19.1和19.2（或数个夹轮器）处于制动状态，大车不能行走。

当司机按下“松轨”按钮时，油泵2启动，电磁阀S通电换向，由油泵和蓄能器向顶轨器供压力油，推动活塞压缩蝶形弹簧开始“松轨”。

当到达正常松轨位置时，限位开关T1和T2发出讯号，驾驶室“松轨”绿灯亮，允许大车行走。

大车行走结束后，延滞5～10min，电磁阀S断电复位，使顶轨器或夹轮器重新制动。

当系统压力达到压力开关13设定的上限值时，油泵停止运转，系统处于自动保压状态；当系统压力低于其下限值时，油泵将重新启动向系统充油，直至达到上限值。

安全阀9是用于保护油泵的，其调定值必须大于压力开关的上限值。

手动泵3用于应急，在系统出现故障或突然断电的情况下，可使用手动泵将顶轨器打开，这时必须打开截止阀5.1，并关闭截止阀6，顶轨时，只需将截止阀6打开。

需要拆检蓄能器时，必须先打开截止阀5.2，将压力油放回油箱，否则是危险的。

思考题

1、吊具液压系统及双箱吊具液压系统工作原理是什么？

。

2、左右倾和前后倾液压系统如何工作？

3、顶轨器（夹轮器）液压系统工作原理是什么？

4、吊具液压系统常见故障该如何排除？

。

5、左右倾及前后倾液压系统的工作原理及如何处理常见故障？