連帥梅，張世憑

(成都工業(yè)學院工程素質(zhì)訓練中心，四川成都 610031)

目前，液壓起重設備在我國應用比較廣泛，它是眾多起重設備中的一種。由于此種液壓設備性能的獨特性，現(xiàn)在已是眾多行業(yè)中必不可缺的一種起重設備，例如常見的吊車、液壓叉車以及剪式液壓平臺等。對于這類設備，要求它在工作中必須保證升降、啟停過程的平穩(wěn)性，保證設備能在任意位置停止，且不能有任何方向的移動，特別是不能出現(xiàn)在工作過程中突然失壓，導致起升貨物突然下降，造成設備、貨物及人員安全事故發(fā)生。文中從分析事故發(fā)生的潛在風險入手，對起重液壓設備的安全保護措施做了相應的探討與分析。

1 液壓起升設備安全隱患的分析

液壓起升設備主要存在的安全隱患是設備在起升或支撐重物的過程中管路突然失壓，起升物突然下降。造成這種現(xiàn)象的原因主要有以下幾個方面:(1)液壓元件本身質(zhì)量不合格，如液壓鎖緊裝置損壞等;(2)在大多數(shù)起重設備中液壓缸作為起升重物執(zhí)行機構(gòu)，提供直接的驅(qū)動力，液壓缸需要隨起重設備運動，因此液壓缸與液壓主回路須使用液壓膠管連接，此時液壓缸既作為升降時的動力，又作為施工作業(yè)時升降機的支撐構(gòu)件，因此液壓缸及其連接管路對整個系統(tǒng)安全起著非常重要的作用，一旦發(fā)生破斷，將危及人員和機械的安全。通常高壓膠管產(chǎn)生破斷的原因主要包括［1-3］:

①機器作業(yè)時液壓缸隨升降機運動，高壓膠管反復進行彎曲動作，因而產(chǎn)生疲勞破斷;

②液壓升降機的負載變化較大，液壓系統(tǒng)內(nèi)將產(chǎn)生液壓脈動，脈動壓力達到一定值時，高壓膠管會產(chǎn)生破斷;

③高壓膠管質(zhì)量差，膠管與金屬接頭的扣壓連接強度不夠，液壓系統(tǒng)中峰值壓力出現(xiàn)時，出現(xiàn)爆管現(xiàn)象。

2 起升設備液壓系統(tǒng)常見安全保護措施的分析

2.1 傳統(tǒng)液壓保護回路

圖1 液控單向閥加平衡閥保護回路

傳統(tǒng)液壓保護回路一般由液控單向閥、平衡閥、壓力繼電器等組成。如圖1所示為某剪叉式液壓升降機液壓保護回路。工作過程如下:當系統(tǒng)正常工作時，換向閥1關(guān)閉，單向調(diào)速閥4保證起升物平穩(wěn)下降，液控單向閥2可以使起升平臺在升降過程中任意位置鎖緊。如果液控單向閥2到液壓泵站之間的管路破裂，則液控單向閥迅速鎖緊，保證起升物不下滑，然后，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥3和掰動手動換向閥1使起升物緩慢下降至地面。另外，當系統(tǒng)突然失電時也能通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥3和掰動手動換向閥1使起升物緩慢下降至地面［4］。

此液壓回路的安裝要點在于:必須把液控單向閥2和單向調(diào)速閥4安裝在靠近液壓缸的進口端，且液控單向閥2到液壓缸之間必須用硬管連接，其他液壓元件可以集成在液壓泵站上。該系統(tǒng)主要特點是結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，通常用于一些簡易的升降機構(gòu)中或是對成本有嚴格控制的設備中。由于調(diào)速閥4速度剛性較低，受負載影響較大。因此，該保護回路用于輕載場合，采用這種回路的設備一般起升質(zhì)量在500 kg以內(nèi)。

如果，將圖1中單向調(diào)速閥4換成圖2所示的FD平衡閥，則可以使液壓缸的下降速度與負載無關(guān)。另外，用一個二位二通電磁換向閥和壓力繼電器也可組成保護回路，此處不再介紹。

圖2 FD平衡閥簡圖

2.2 管路防爆閥式安全保護回路

防爆閥是一種失壓自動保護裝置，其基本原理是“感知”反向流過閥體的流量變化，并將流量信號轉(zhuǎn)化為壓差信號，壓差克服彈簧力推動閥芯運動，切斷油路。管路防爆閥是目前起升設備上一種常見的保護裝置，能夠有效防止液壓系統(tǒng)中管路破裂、管接頭拔脫、液壓鎖失靈等意外情況的發(fā)生［5］。如圖3所示，在液壓缸的出口加一個單向管路防爆閥2，當液壓系統(tǒng)正常工作時，單向管路防爆閥2在彈簧力的作用下開啟，壓力油可以正反兩個方向自由流動。當液控單向閥1和單向管路防爆閥2之間的管路破裂時，由A到B的流量突然加大，AB之間形成一個大于彈簧力的壓差，推動閥芯向左移動，油口被封住，起升物停留在管路破裂時的位置上。破裂管道修復后，重新通入壓力油推動閥芯向右移動，單向管路防爆閥2重新開啟，系統(tǒng)恢復正常工作。

圖3 單向管路防爆閥保護回路

這種防爆閥具有結(jié)構(gòu)簡單、反應迅速、使用方便、安全可靠等特點。

雖然單向管路防爆閥對起重液壓設備在管路突然爆裂也能起到安全保護作用，但正如上述提到的，在管路出現(xiàn)爆裂后必須待破裂管道修復，重新通入壓力油后，液壓系統(tǒng)才能正常工作，這勢必影響工作效率?；谝陨显?，可以采用雙管路防爆閥克服單向管路防爆閥帶來的影響。

圖4 雙管路防爆閥保護回路

雙管路防爆閥采用并聯(lián)冗余設計，如果系統(tǒng)的一根液壓膠管破裂，防爆閥迅速動作，閥口關(guān)閉阻斷油液流出，同時另一根液壓膠管可以繼續(xù)工作，使液壓系統(tǒng)仍能正常工作，大幅度提高了系統(tǒng)的工作可靠性，保證設備的安全作業(yè)。如圖4所示，如果在液壓管路的兩端均安裝防爆閥，當液壓膠管破裂時，管路兩端的閥芯同時關(guān)閉，保證油液不大量滲漏［6-7］。

2.3 一種新安全保護措施思路的提出

無論是普通的液控單向閥、FD平衡閥、還是防爆閥，要實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的安全保護功能都必須把閥安裝在靠近液壓執(zhí)行機構(gòu) (一般是液壓缸)，中間用硬管連接或者是將保護閥直接安裝在液壓缸上。這樣就會受到安裝位置和空間的限制，當系統(tǒng)的流量要求增大時，所選用閥的外形尺寸也會相應加大，這給閥的安裝帶來一定難度。

因此，文中提出一種新的安全保護思路，即設計一種帶失壓自鎖功能的液壓缸。如圖5所示，該液壓缸是在傳統(tǒng)的液壓缸的缸座內(nèi)置入一個二通插裝閥，并配置相應功能的控制蓋板。該液壓缸的工作原理如下:當系統(tǒng)正常工作時，閥2的右位接通，控制油口接油箱，壓力油可以從AB正反兩個方向自由流動，當A端管路破裂突然失壓時，閥2左位接通，B到A的油路不通，液壓缸被鎖住，所以能夠有效防止安全事故的發(fā)生。另外，該液壓缸采用的二通插裝閥具有流通能力強、控制閥結(jié)構(gòu)小等特點，解決了安裝空間限制和受系統(tǒng)流量影響的問題。

圖5 失壓自鎖液壓缸原理圖

3 結(jié)束語

對液壓起重設備常見的一些安全保護措施作了總結(jié)和分析，并提出了一種新的安全保護裝置的設計思路，主要是起一個拋磚引玉的作用。文中幾種安全保護措施在液壓起重設備遇到管道爆裂等類似問題，都能起到一定的保護作用，可以避免安全事故的發(fā)生，但每種安全保護回路的使用情況視具體的工作環(huán)境和工作情況而定。其他更多新型、可靠的安全保護技術(shù)和方法，還需要行業(yè)科研技術(shù)人員集思廣益。

［1］劉濤，羅念寧，陳娟，等.高空作業(yè)車輛升降機構(gòu)液壓系統(tǒng)改進設計［J］.液壓與氣動，2005(10):12-13.

［2］田晉躍，于英，郭榮.工程車輛空中作業(yè)機構(gòu)安全液壓閥保護機理研究［J］.中國安全科學學報，2003，13(4):32-34.

［3］鐘玉龍.改進的高空作業(yè)液壓系統(tǒng)［J］.起重運輸機械，2006，33(1):60-62.

［4］孫光宇.兩種新型升降平臺的液壓系統(tǒng)和工作特性［J］.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，1995，5(5):32-33.

［5］王丹丹，于哲.新型雙管路防爆閥在液壓系統(tǒng)失壓保護中的應用［J］.液壓與氣動，2011(10):94-95.

［6］劉雅君，趙靜一，王智勇.懸掛液壓系統(tǒng)中新型管路防爆閥的可靠性設計［J］.機床與液壓，2008，36(11):184-185.

［7］漢中海航液壓科技有限公司.雙管路防爆閥型號選擇的方法［M］.

［8］代瑞國，王長勝.起重吊車液壓系統(tǒng)泄漏故障研究［J］.機械研究與應用，2007，20(5):17-18.

［9］陸錦法，金智勇，金小忠.施工現(xiàn)場起重機械設備的隱患與對策［J］.建筑安全，2008(12):23-25.