軌行式全液壓鋁錠轉(zhuǎn)運(yùn)叉車制動前沖的分析

蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院 黃圓志

軌行式全液壓鋁錠轉(zhuǎn)運(yùn)叉車制動前沖的分析

蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院 黃圓志

本文針對軌行式全液壓鋁錠轉(zhuǎn)運(yùn)叉車制動所產(chǎn)生的前沖現(xiàn)象，對其液壓系統(tǒng)以及可能產(chǎn)生前沖的原因進(jìn)行分析，通過液壓馬達(dá)內(nèi)泄漏所引起的制動前沖和整車由于慣性產(chǎn)生的滑移前沖兩方面考慮，衡量其定位精度是否滿足工作需求。

叉車；制動；前沖

22t/h鋁錠連鑄生產(chǎn)線是專門用于生產(chǎn)重熔鋁錠的自動化生產(chǎn)線，具有鑄造、冷卻、堆垛、捆扎打包和成品運(yùn)輸?shù)榷嗟郎a(chǎn)工序，是集機(jī)、電、光、液、氣于一體的自動化成套有色冶金裝備[1]。當(dāng)層碼垛機(jī)器人完成鋁錠堆垛后，需要轉(zhuǎn)位液壓叉車叉起整垛鋁錠，轉(zhuǎn)送到指定的稱重秤位置完成稱重，并將其再次叉起轉(zhuǎn)移到指定的成品運(yùn)輸機(jī)的4個垛位上，滿4垛后由成品運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸?shù)街付ǖ奈恢谩?/p>

鋁錠轉(zhuǎn)位液壓叉車如圖1應(yīng)用使鋁錠連鑄生產(chǎn)線自動稱重及成品運(yùn)輸兩道工序銜接的更加順暢緊密，使整套系統(tǒng)的自動化程度更高，從而大大的提高了生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)的輪胎式人操作叉車工作時勞動強(qiáng)度高，精度控制差，啟動及制動時不平穩(wěn)，對操作人員的技術(shù)要求很高，稍微的疏忽或失誤就可能造成鋁錠散垛，叉車碰撞生產(chǎn)線等事故，而軌行式鋁錠轉(zhuǎn)位全液壓叉車重復(fù)定位精度高，啟動及制動平穩(wěn)，自動化程度更高，更能滿足企業(yè)要求，具有提高鋁錠運(yùn)轉(zhuǎn)自動化、降低勞動強(qiáng)度的實(shí)際工程意義。

軌行式鋁錠轉(zhuǎn)位全液壓叉車液壓系統(tǒng)如圖2所示，它是由叉車液壓馬達(dá)、叉車架水平移動缸、叉車架升降缸所組成。具體工作過程如圖3所示。

(1)當(dāng)層碼垛機(jī)器人完成鋁錠堆垛后，叉車架前伸到鋁錠垛正下方，叉起鋁錠；

(2)叉車沿鋼軌行走，將鋁錠轉(zhuǎn)運(yùn)到稱重秤上，完成稱重；

(3)叉車叉起鋁錠沿鋼軌繼續(xù)行走，將鋁錠轉(zhuǎn)運(yùn)到垛位一上，叉車架收回，叉車返回初始位置。

經(jīng)過上述三個動作叉車完成一次鋁錠的稱重及轉(zhuǎn)運(yùn)，叉車?yán)^續(xù)重復(fù)上述動作，只是鋁錠垛依次轉(zhuǎn)運(yùn)到垛位二、垛位三、垛位四上，滿四垛后由成品運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)到車間外[2]。叉車轉(zhuǎn)運(yùn)鋁錠過程中要滿載狀態(tài)在稱重位置和指定垛位停車兩次，空載狀態(tài)返回初始位置時停車一次，反復(fù)工作時叉車頻繁制動，這就要求叉車要盡量減少制動前沖，接下來從兩方面分析可能產(chǎn)生叉車制動前沖的原因。

1.叉車制動前沖的數(shù)理計算

1.1 液壓馬達(dá)內(nèi)泄露引起制動前沖的計算

由于液壓馬達(dá)自身的內(nèi)泄漏，使得液壓馬達(dá)在換向閥切入中位后，不是立即停止轉(zhuǎn)動，而是產(chǎn)生慣性轉(zhuǎn)矩，使馬達(dá)轉(zhuǎn)動一個微小的前進(jìn)量，這一前進(jìn)量反映的是液壓馬達(dá)停止的位置精度，是造成叉車制動前沖的原因。

計算液壓馬達(dá)內(nèi)泄漏引起的制動前沖位移s。本系統(tǒng)液壓馬達(dá)選取為BM-C315型低速大轉(zhuǎn)矩擺線液壓馬達(dá)，其排量V=315ml/r,額定壓差△P=10MPa，額定轉(zhuǎn)矩T=420N·m，總效率η=0.8，設(shè)定液壓馬達(dá)機(jī)械效率mη=0.9，馬達(dá)內(nèi)泄漏時間t=0.75s，馬達(dá)實(shí)際轉(zhuǎn)速n=33.6r/min，馬達(dá)進(jìn)油口壓力P2=0MPa，叉車鋼輪半徑R=0.08m。

由液壓馬達(dá)的效率公式

由液壓馬達(dá)容積效率公式得到：

由馬達(dá)轉(zhuǎn)矩關(guān)系式

由馬達(dá)工作壓差為馬達(dá)進(jìn)口壓力與出口壓力的差值即ΔP=P1-P2

由馬達(dá)轉(zhuǎn)速與流量關(guān)系式

得到由馬達(dá)泄漏量引起的馬達(dá)轉(zhuǎn)速

由角加速度公式

由角速度公式

得到由馬達(dá)內(nèi)泄漏引起的叉車制動前沖距離

1.2 整車慣性滑移前沖的計算

當(dāng)不考慮馬達(dá)內(nèi)泄漏對叉車制動前沖的影響時，馬達(dá)立即停止轉(zhuǎn)動后叉車仍然會由于本身慣性力的存在在鋼軌上滑移。物理模型圖如圖4所示，假設(shè)叉車與鋁錠為一個質(zhì)體，來計算其在鋼軌上的滑移。

由滑動摩擦力公式：

式中μ—滑動摩擦系數(shù)，0.15

由角加速度公式

由速度與角加速度關(guān)系式

由能量守恒定律知，物體的動能等于滑動摩擦力所做的功，即

2.叉車制動前沖結(jié)果分析

2.1 叉車制動前沖距離的分析

2.2 如何減小叉車制動前沖

(1)由公式(14)知，叉車空載狀態(tài)與滿載狀態(tài)滑移量是相同的，滑移量只和滑動摩擦系數(shù)μ叉車制動前速度ν有關(guān)，滑動摩擦系數(shù)μ確定，那么減小叉車制動前速度ν，可以有效的減小制動前沖距離。

(2)液壓馬達(dá)的內(nèi)泄漏是不可避免的，液壓馬達(dá)都有一個容積效率問題，馬達(dá)在使用一段時間之后，密封件的磨損和老化；各個活塞和活塞孔的配合間隙由于磨損增大發(fā)生變化；馬達(dá)的泄漏量是與這些配合間隙的三次方呈正比的，所以在使用一段時間后，由于馬達(dá)泄漏量的增加，容積效率的降低，便會產(chǎn)生馬達(dá)制動時前沖的問題?？梢栽趥鲃虞S上加制動器，制動時直接抱死傳動軸，避免由馬達(dá)內(nèi)泄漏產(chǎn)生的制動前沖。

3.結(jié)論

通過對轉(zhuǎn)運(yùn)叉車液壓系統(tǒng)原理分析以及叉車制動前沖的分析和計算，叉車制動前沖距離s∈（0.027m，0.052m），符合其定位精度±0.06m要求。

結(jié)合軌行式全液壓鋁錠轉(zhuǎn)運(yùn)叉車在包頭東方希望鋁廠22t/h鋁錠連鑄生產(chǎn)線的實(shí)際應(yīng)用效果，低速大轉(zhuǎn)矩擺線液壓馬達(dá)可以作為軌行式全液壓鋁錠轉(zhuǎn)運(yùn)叉車的驅(qū)動方式，滿足工程需要。

[1]雷春麗,段麗莉,王永鋒,芮執(zhí)元.鋁錠連續(xù)鑄造機(jī)組中冷卻運(yùn)輸機(jī)驅(qū)動裝置的改進(jìn)[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報,2006(2):78-79.

[2]王海濱.叉車靜液壓傳動系統(tǒng)特性研究[J].同濟(jì)大學(xué),2002.

[3]李鄂民.液壓與氣壓傳動[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2001.

[4]雷天覺主編.新編液壓工程手冊[M].北京理工大學(xué)出版社,1998.

[5]哈爾濱工業(yè)大學(xué)而理論力學(xué)教研室.理論力學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2005.