150 t 礦渣車翻轉(zhuǎn)機液壓系統(tǒng)

李現(xiàn)友，尹寧

(1.包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機械工程系，內(nèi)蒙古包頭 014030;2.北京科技大學(xué)冶金工程研究院，北京 100083;3.包鋼集團(tuán)設(shè)計研究院(有限公司)暖通動力科，內(nèi)蒙古包頭 014010)

150 t 礦渣車是以加拿大進(jìn)口的液壓動力可升降平板車為基礎(chǔ)配以相適應(yīng)的非標(biāo)支架及車斗，以實現(xiàn)對高溫爐渣的運輸。標(biāo)準(zhǔn)車不帶有自卸裝置，貨物到達(dá)卸貨點后由于載貨質(zhì)量極大且礦渣溫度較高，將礦渣傾倒到指定地點成為很大的困難。由于車輛本身的結(jié)構(gòu)比較緊湊并且考慮到所運輸物質(zhì)溫度較高、質(zhì)量大，經(jīng)過多方面考慮，將車斗翻轉(zhuǎn)機構(gòu)安裝到車輛本身上是不可行的。根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用特點研制一種將翻轉(zhuǎn)裝置固定到地平面以下的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，結(jié)合機構(gòu)的動作過程詳細(xì)介紹其液壓系統(tǒng)的設(shè)計思路。

1 翻轉(zhuǎn)機的工作原理

液壓動力可升降平板車載有車斗支架，車斗通過鉸接固定在支架上。其車的承載平板可以在0～300 mm 內(nèi)上下浮動，且可以停留在任何位置。其車底盤離地高度最低處為260 mm。

平板車在到達(dá)指定位置之前，翻轉(zhuǎn)機系統(tǒng)埋在地平面以下。圖1 所示的是整車運行原理及埋地翻轉(zhuǎn)機初始狀態(tài)。

圖1 翻轉(zhuǎn)機初始狀態(tài)

平板車到達(dá)指定位置后，整個平板在車載液壓系統(tǒng)的控制下慢慢下降。車斗支架隨之下降，車斗支架的定位孔進(jìn)入預(yù)埋地錨中。車斗在進(jìn)入地錨的過程中，經(jīng)歷粗定位和精定位兩個過程，定位完成后，由鎖緊液壓缸帶動銷軸對車斗支架進(jìn)行鎖緊。此時平板車與車斗支架脫離，平板車此時不受力，隨后慢慢從支架底部退出。工作過程參考圖2 所示翻轉(zhuǎn)機工作示意圖。然后由輔助液壓缸將頂起缸逆時針旋轉(zhuǎn)，待頂起液壓缸與地面成90°角時，接近快關(guān)發(fā)訊，頂起液壓缸開始工作，輔助液壓缸處于自由狀態(tài)。頂起液壓缸的頂爪與車斗底面的被頂裝置鏈接，被頂裝置帶動整個車斗底面使車斗進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。當(dāng)車斗翻轉(zhuǎn)到最大限定角50°時，接近開關(guān)發(fā)訊。頂起液壓缸停止伸出，完成車斗的翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)的過程礦渣從車斗中傾倒到指定地點。礦渣傾倒完畢后，車斗靠自重回到水平位置，完成一次翻轉(zhuǎn)過程。

圖2 翻轉(zhuǎn)機工作示意圖

2 性能要求及主要參數(shù)確定

2.1 性能要求

(1)整個系統(tǒng)工作性能安全可靠;

(2)充分考慮節(jié)能;

(3)考慮系統(tǒng)的室外寒冷工作及連續(xù)性工作狀態(tài);

(4)頂起缸運行速度最大為0.1 m/s。

2.2 主要參數(shù)確定

車斗自身加礦渣總質(zhì)量為150 t，頂起液壓缸頂起點設(shè)置在車斗中間位置。所以頂起液壓缸最大的頂起質(zhì)量約為150 t。根據(jù)車斗長度及頂起角度為50°的要求，計算需要液壓缸的總伸出量為6 000 mm。所以設(shè)計液壓缸為三級液壓缸，每級伸出長度為2 000 mm。初步設(shè)計系統(tǒng)的工作壓力為20 MPa。多級缸第一級缸徑的計算為:

將上式代入式(1)得到:

根據(jù)液壓缸設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，確定多級缸的第一級缸為D1=320 mm，桿徑d1=310 mm;第二級D2=270 mm，桿徑d2=260 mm;第三級缸徑為D3=220 mm，桿徑d3=210 mm。三級液壓缸，每級產(chǎn)生的最大推力如下:

在頂起液壓缸第一級全部伸出之后，車斗的翻轉(zhuǎn)角度已接近20°，此時車斗中礦渣已有多部分流出?？梢员ＷC當(dāng)?shù)诙壒ぷ鲿r能有足夠的力量將車斗頂起。

主液壓泵的選擇:

其中:Q 為液壓泵流量，Q=qnv，q 為液壓泵的排量，nv為液壓泵的轉(zhuǎn)速，此處取nv=1 450 r/min;v為液壓缸運行速度，取最大時v=0.1 m/s;A 為液壓缸的有效面積。

當(dāng)液壓缸在第三級工作時，油液缸伸出速度最快，代入公式(2)求得液壓泵的排量為:

選擇力士樂A7V160MA1RPF00 柱塞泵為主泵泵源。

3 液壓系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)的性能要求及工作狀況設(shè)計如圖3 所示液壓系統(tǒng)，其主要工作狀態(tài)如下。

3.1 鎖緊缸鎖緊過程

平板車運動到位后，在車載液壓動力系統(tǒng)的控制下使車斗支架下落，經(jīng)過粗、精定位兩個過程之后支架落入地錨中。此時柱塞泵(大排量)2 在先導(dǎo)式電磁溢流閥3 的作用下處于卸荷狀態(tài)，柱塞泵(小排量)19 輸出流量在順序閥16 的作用下產(chǎn)生較高壓力，電磁換向閥14 右位工作推動鎖緊缸13 對支架進(jìn)行鎖緊。鎖緊到位后，電磁換向閥14 處于中位。

3.2 頂起液壓缸由水平到豎直過程

鎖緊到位后，使電磁換向閥12 處于右位，分別在電磁換向閥9、11 的作用下，由輔助缸10 推動頂起液壓缸7，由水平狀態(tài)轉(zhuǎn)動到豎直狀態(tài)。此過程運動速度由電磁換向閥9、11 切換可調(diào)。

3.3 頂起液壓缸伸出過程

頂起液壓缸7 處于豎直狀態(tài)后，電磁換向閥3 得電，柱塞泵2 處于加壓狀態(tài)。液控?fù)Q向閥5 處于右位工作，多級缸慢慢伸出。由于頂起液壓缸7 與輔助缸10 是鉸接，此時輔助缸10 處于被迫縮回狀態(tài)，為保證其處于自由狀態(tài)，且有油液充滿輔助缸的兩腔，此時電磁換向閥12 處于中位狀態(tài)，而電磁換向閥11 處于右位狀態(tài)。

3.4 頂起液壓缸縮回過程

頂起液壓缸7 伸出動作完成后，液控?fù)Q向閥5 處于左位工作，頂起液壓缸7 在重力的作用及回油壓力的作用下退回到豎直狀態(tài)。此時輔助缸10 仍然處于自由狀態(tài)，電磁換向閥12 處于中位狀態(tài)，而電磁換向閥11 處于右位狀態(tài)。

圖3 液壓系統(tǒng)圖

3.5 頂起液壓缸由豎直到水平過程

使電磁換向閥12 處于左位，分別在電磁換向閥9、11 的作用下，由輔助缸10 推動頂起液壓缸7，由豎直狀態(tài)轉(zhuǎn)動到水平狀態(tài)。此過程運動速度由電磁換向閥9、11 切換可調(diào)。

4 結(jié)論

(1)采用埋地式的頂起系統(tǒng)擴大了原車的運輸功能，成功解決了150 t 礦渣車卸貨困難的問題，并且埋地式結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠;

(2)合理的液壓系統(tǒng)，成功解決了輔助缸在被動運行過程中的充液功能;

(3)液壓系統(tǒng)采用雙泵供油，使不同的執(zhí)行機構(gòu)滿足不同運動特點的要求。系統(tǒng)溢流量小，節(jié)能。

(4)采用FD 型平衡閥，使整個系統(tǒng)的運行更加平穩(wěn)和可靠;

(5)整個液壓系統(tǒng)采用手動控制和PLC 控制兩種方式，操作方便可靠。

［1］黃宏甲，黃誼，王積偉.液壓與氣壓傳動［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2006.

［2］GB/T786.1-93 液壓氣動圖形符號［S］.

［3］成大先.機械設(shè)計手冊［M］.5 版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008:22 -182.

［4］雷天覺.新編液壓工程手冊［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，1998:70 -192.