流动舞台车液压系统设计改进

1　引曹 

　　流动舞台车是近年米根据市场需求研制开发的，展开后是一舞台，合拢则是集装箱，车内可存放道具等物品，见图1～4。该车适合艺术表演团体到工矿、农村、牧区等地方进行巡回演出。  
　　操纵其电动开关按钮即可通过液压伸缩机构完成车厢的侧板、顶板的展开或合拢。使用的泵站及液压系统由某液压件厂配套提供。泵站的液压系统原理见图5。经使用发现存在一些问题，由此进行了改进设计。 

2　存在的问题 

　　展、合舞台板用时太长，展开达1 h、合拢达0.5h；左、右舞台板的液压缸串油，致使台板乱动作；泵站系统存在有负载启动、停止问题：展开时舞台板的支腿落地会发生撞击。 

　　以上，有的属结构设训及选件问题，有的属液压系统原理问题。 

3　改进设计 

3.1　舞台板展合时间过长问题的分析与改进 

　　该液压系统使用的油泵是CB-NE310泵，驱动用发动机怠速700r/min，每分钟供油量：Q≈6 L/rain。 

　　舞台板展开需油量：4支大液压缸，缸径100、杆径60、行程1025 mm，全伸出共需油32L；4支小液压缸，缸径80，杆径50、行程750 mm，全伸出共需油15 L。8支液压缸全伸出共用时间：（32+15）/Q=7.83≈8 min。 

　　理论上，舞台板展开用时8 min，但是实际需时1 h。用同样方法计算，理论上舞台板合拢用时4.2 min，但是实际用时0.5 h。 

　　吸油管道内径理论计算：  
　　  
　　式中：q为油液的流量，L/min，现取6 L/min；v为管内油液的流速，m/s，吸油管道取v≤0.6～1.3 m/s，一般取1 m/s以下，现取0.75 m/s。 

　　根据以上结果查找原因，首先发现油泵吸油管道内径较小，为10 mm，而理论计算为13.04 mm，且较长，达3 m。更严重的是油泵在车下部发动机处 （与变速箱上的取力器联接），而油箱比汽车底板又高出500mm， （油箱高600 mm，见图3油箱位置）。吸油管路从油箱盖上开孔进入油箱内，从汽车下部引至高出汽车底板1.1 m处，又拐弯进入油箱下部油液中，油泵吸油严重不足，不能正常工作，且易发热，易损，还产生不必要的热量。 

3.2　改进措施 

　　为了解决这个问题，把通径10改为16，吸油口位置从油箱上盖处改至侧面的下部，吸油管长度减少了1.2 m，吸油方式改为直灌式。 

　　改进后，经多次试验，舞台板展开用时8～10 min，合拢用时4～6 min，达到理想的速度。 
3.3　舞台板液压缸窜油问题的分析与改进 

　　左、右舞台板的液压缸串油，舞台板产生乱动作的问题，影响了舞台车的功能，当初的设计思想是为节省一些元件，降低成本（见图5）。  
　　原设计想通过图中电磁换向阀5的“P”型滑阀机能，实现舞台板左右同时展或合动作。但是由于台板左右重量不同及长轴与轴套摩擦力不同，左右台板的液压缸工作配合间隙差异，靠阀“P”型类似三通的功能，无法实现左右同步动作。展开时出现左、右大台板忽左高右低或忽右高左低快速闪动，左右不可能平稳的同时展开或同时合拢。 

　　原因在于液压系统问题。当舞台板展开时（图2），其角度（与地面）<45°，由于舞台板的重量作用，液压缸输出力由正变负，活塞杆受压变为受拉，舞台板展平落地后，造成液压缸无杆腔负压。当舞台板合拢时，液压缸反方向动作时造成左右液压缸串油及乱动作。虽然采取增加液控单向阀的措施，但没有从根本上解决液压缸无杆腔负压状况。 

　　改进时，笔者提出了两个方案。 

　　方案一：舞台全展开后，再继续按展开按钮，即再充一部分液压油，达1 MPa左右，使液压缸无杆腔负压状况消除。 

　　方案二：交换每个掖压缸的A、B进油口（见图5），同时交换展开或合拢按钮的控制线。虽然舞台板展开角度（与地面）在45°至0°过程中出现液压缸无杆腔负压的状况，但是合拢时由电磁阀5控制的左、右油路，液压缸有杆腔左、右不会同时供油（见图5），因而不会出现左右窜油。 

　　试验证明，两个方案都成功解决了串油的问题，但为方便用户，最终选择第二种方案。 

3.4　泵站系统问题的分析与改进 

　　解决泵站系统的问题，需要进行较大的变动，如增加一些元件。两种液压缸，缸径不同，每缸的有杆腔和无杆腔面积不同。系统中回油路虽然有一总节流阀10（见图5），但无法适应大的调速范围。 

　　为了解决以上问题，笔者设计了新的舞台车泵站，原理图如图6所示。  
　　新泵站系统有以下特点：选用叠加阀式元件；将原用10通径电磁换向阀改为6通径；　设空载启动、停止的回路；在液压缸A、B管路中均设单向节流阀；大舞台板展或台管路中设分流集流阀，小舞台板用单向节流阀调整控制同步。 

　　在大舞台板展或台管路中按两种方案设计分流集流阀或（见图7）；方案一是把分流集流阀安装在液压缸有杆腔管路中（展开时集流回路）；方案二是把分流集流阀安装在液压缸无杆腔管路中（展开时分流回路）。  
　　经过装车试验，方案一的两液压缸同步精度好。系统中选用的是ZSTF2自调式分流集流阀（原理见图8）。  
　　结构上要求：分流时须满足P>Pa（或Pb）；集流时须满足Pa（或Pb）：阀工作时，内部阀芯的位移是靠其压力差自动调整推动的。因舞台板展开时，情况特殊，造成液压缸无杆腔负压，达不到P>Pa（或Pb）的要求，相反，有杆腔压力高，能满足Pa（或Pb）。所以应用集流回路。使功能有效发挥，保证较高的同步精度。此外，舞台板合拢时，工况仍然是有杆腔压力高，所以方案一同步精度好。