全地面伸缩臂起重机配套液压系统原理

全地面伸缩臂起重机配套液压系统以 “液压能传递与控制” 为核心逻辑，通过将原动机（如发动机）的机械能转化为液压能，再依托液压油的压力与流量变化，驱动起重机各执行机构完成作业动作，同时通过精准的回路设计与控制策略，平衡动力输出、操作精度与运行安全性，适配起重机在不同地面条件、负载工况下的作业需求。

一、动力源能量转化原理

系统的动力传递始于液压泵，它是液压能的 “产生单元”。原动机带动液压泵旋转时，泵的密闭容腔容积周期性变化：容积增大时形成负压，从油箱吸入液压油；容积减小时对油液产生挤压，将机械能转化为液压能，使油液获得高压（通常可达 31.5MPa 甚至更高）与一定流量，随后高压油液通过液压管路输送至系统各执行回路，为后续动作提供动力基础。

为适配起重机 “轻载快速、重载稳定” 的工况特点，液压系统常采用 “定量泵 + 变量泵” 组合或多联变量泵设计：轻载（如伸缩臂空伸、支腿快放）时，变量泵输出大流量低压力油液，提升动作效率；重载（如起吊重物、臂架变幅）时，变量泵自动调节排量，输出高压力油液，确保动力充足且避免能量浪费，同时通过溢流阀设定系统最高压力，防止超压损坏元件。

二、执行机构驱动与控制原理

起重机的核心动作（伸缩臂伸缩、臂架变幅、回转平台转动、支腿收放）均由液压执行机构（油缸、液压马达）驱动，其原理是 “高压油液推动执行元件实现机械能转化”，且每个动作回路均配备专属控制组件，确保动作精准可控。

（一）伸缩臂伸缩驱动

伸缩臂多采用 “多级伸缩油缸” 或 “油缸 + 绳排” 驱动方式。以多级油缸为例：当电磁换向阀切换至 “伸臂” 工位时，高压油液经管路进入油缸无杆腔（面积较大的一侧），油液压力作用于活塞，产生推力推动各级臂架依次伸出；切换至 “缩臂” 工位时，高压油液进入有杆腔（面积较小的一侧），同时无杆腔油液通过换向阀回油箱，活塞反向运动带动臂架缩回。

为避免臂架伸缩时因负载波动产生冲击，回路中会串联 “节流阀” 或 “比例流量阀”：通过调节油液流经阀门的通流面积，控制进入油缸的流量，实现臂架速度的无极调节；同时设置 “补油阀”，当臂架缩回导致无杆腔形成负压时，补油阀自动开启，从油箱向无杆腔补充油液，防止气穴现象（气穴会导致动作卡顿、元件磨损）。

（二）臂架变幅驱动

臂架变幅由 “变幅油缸” 驱动，原理与伸缩油缸类似，但需重点解决 “臂架悬停稳定” 问题。当换向阀切换至 “抬臂” 工位，高压油液进入变幅油缸无杆腔，推动活塞伸出，带动臂架绕铰点向上转动（幅度增大）；切换至 “落臂” 工位，高压油液进入有杆腔，推动活塞缩回，臂架向下转动（幅度减小）。

为防止臂架因自重或负载作用意外下落，变幅油缸出油口串联 “平衡阀”：平衡阀内的单向阀允许油液从无杆腔流向有杆腔（抬臂时），而反向（落臂时）需通过溢流阀控制油液流出速度，且溢流阀设定压力高于臂架自重产生的背压，确保臂架可在任意角度锁定，即使管路泄漏，平衡阀也能阻止油液逆流，避免臂架突然沉降。

（三）回转平台转动驱动

回转动作由 “液压马达” 驱动，其原理是 “高压油液推动马达内的转子旋转，将液压能转化为旋转机械能”。高压油液进入液压马达后，推动马达内部的齿轮、叶片或柱塞运动，带动转子转动，转子通过联轴器与回转减速器连接，经减速增扭后驱动回转平台转动。

为实现回转速度调节与平稳制动，回路中配备 “比例方向阀” 与 “制动阀”：比例方向阀通过电信号控制阀芯开度，调节进入马达的流量，改变回转速度；当停止操作时，制动阀自动切断油液通路，同时机械制动装置锁死回转机构，防止平台因惯性或外力（如风力）继续转动。

（四）支腿收放驱动

支腿是起重机作业时的稳定支撑，由 “垂直支腿油缸” 与 “水平支腿油缸” 驱动，核心需求是 “支撑牢固、无沉降”。水平支腿伸出 / 缩回时，高压油液驱动水平油缸动作，将支腿向两侧推开或收回；垂直支腿伸出时，高压油液进入油缸无杆腔，推动活塞杆向下伸出，使支腿盘接触地面并顶起整机；收回时则进入有杆腔，拉动活塞杆向上缩回。

支腿回路的关键组件是 “双向液压锁”，它串联在油缸进出油口：当支腿伸出到位后，换向阀回到中位，液压锁的两个单向阀分别锁定油缸进出油腔，即使管路破裂，油液也无法逆流，确保支腿保持支撑状态，杜绝整机倾斜风险；只有当换向阀再次动作，高压油液推开液压锁的控制阀芯，才能解除锁定，实现支腿收放。

三、系统保障与控制优化原理

液压系统需通过 “油液净化、温度控制、智能监测” 三大保障机制，以及 “负荷敏感控制” 等优化策略，确保长期稳定运行。

（一）油液净化与温度控制

油液净化：液压油中的杂质（如金属碎屑、粉尘）会导致阀芯卡滞、油缸内漏，因此系统设置 “吸油过滤器”“高压过滤器”“回油过滤器” 三级过滤：吸油过滤器防止油箱中的杂质进入泵体，保护泵的吸油端；高压过滤器过滤进入执行元件的高压油液，避免杂质划伤油缸内壁或堵塞阀口；回油过滤器过滤从执行元件流回油箱的油液，将杂质拦截在油箱外，确保油液清洁度维持在 NAS 8 级及以上。

温度控制：液压油的粘度随温度变化显著（温度过高则粘度下降，密封性能变差，导致内漏；温度过低则粘度增大，流动阻力增加，动作迟缓）。系统配备 “风冷却器” 或 “水冷却器”，当油温超过设定值（通常为 55℃）时，冷却器自动启动，通过风扇或冷却水与油液进行热交换，将油温降至 30-50℃的最佳工作范围；同时油箱内设置 “油温传感器”，实时监测油温，当油温异常（过高或过低）时，触发报警并提示操作人员调整工况。

（二）智能监测与安全保护

系统集成 “压力传感器、位移传感器、温度传感器” 等监测元件，实时采集关键参数并反馈至中央控制器：

压力传感器安装在泵出口、油缸无杆腔等位置，当压力超过设定阈值（如超载导致油缸压力过高）时，控制器立即切断相关动作的油液通路，同时发出声光报警，防止元件损坏；

位移传感器安装在伸缩油缸、变幅油缸上，监测油缸行程，当臂架伸缩或变幅达到极限位置时，控制器触发限位保护，停止动作；

温度传感器监测油温、液压泵壳体温，当温度异常时，控制器自动降低泵的输出功率，或提示操作人员停机检查。

（三）负荷敏感控制优化

为进一步降低能耗、提升操作精度，现代系统多采用 “负荷敏感控制” 技术：系统中设置 “负荷敏感泵” 与 “负荷敏感阀”，负荷敏感阀实时检测执行元件的工作压力（即负载压力），并将该压力信号反馈至负荷敏感泵；泵根据负载压力自动调节输出压力，使泵的输出压力始终比负载压力高一个固定差值（通常为 1-2MPa），同时根据执行元件的流量需求调节排量，实现 “按需供油”。

这种控制方式可避免传统系统中 “泵输出压力恒定，多余油液通过溢流阀溢流” 的能量浪费，使系统能耗降低 15%-25%，同时确保在不同负载下，执行元件的动作速度仅由操纵杆控制（流量与操纵杆开度成正比），提升操作的平稳性与精准度，尤其适合吊装精密设备或在狭窄空间作业的场景。