斗輪機(jī)俯仰裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)

曹賀

摘 要：對(duì)于斗輪機(jī)來(lái)講，俯仰裝置是液壓回路系統(tǒng)中十分重要的部分，若俯仰裝置設(shè)計(jì)不合理，將會(huì)大大影響斗輪機(jī)液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行，從而影響斗輪機(jī)的使用。對(duì)此，必須要合理科學(xué)的對(duì)斗輪機(jī)的俯仰裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文從改進(jìn)設(shè)計(jì)的視角出發(fā)，對(duì)可能引起斗臂劇烈震動(dòng)的設(shè)計(jì)缺陷進(jìn)行分析，找出這種設(shè)計(jì)缺陷的原因，并提出了改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：斗輪機(jī)；俯仰裝置；改進(jìn)；設(shè)計(jì)

一般來(lái)講，斗輪機(jī)主要是利用斗臂來(lái)實(shí)現(xiàn)物資的裝卸，這種作業(yè)模式使得斗臂的負(fù)載一直處于較大狀態(tài)，且斗臂本身長(zhǎng)度較長(zhǎng)，在卸載物資時(shí)容易產(chǎn)生較大的慣性。若俯仰裝置設(shè)計(jì)的不夠合理，極有可能會(huì)使得斗臂在運(yùn)行中出現(xiàn)較大的震動(dòng)，不但會(huì)影響工作效率，還可能會(huì)造成較大的安全隱患。因此對(duì)斗輪機(jī)的俯仰裝置進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)是十分有必要的。

一、當(dāng)前斗輪機(jī)俯仰裝置設(shè)計(jì)中存在的缺陷

當(dāng)前許多斗輪機(jī)的俯仰液壓系統(tǒng)都存在設(shè)計(jì)的缺陷，沒(méi)有對(duì)液壓缸背壓?jiǎn)栴}進(jìn)行分析，從而導(dǎo)致在斗輪機(jī)的下降過(guò)程中，懸臂液壓缸經(jīng)常出現(xiàn)振動(dòng)，噪音，且隨著使用的頻繁，情況愈見(jiàn)嚴(yán)重。有時(shí)甚至出現(xiàn)斗輪機(jī)整體的晃動(dòng)。這樣的情況對(duì)于斗輪機(jī)和鋼結(jié)構(gòu)等都造成了極大的損害，并且對(duì)于操作司機(jī)形成安全隱患。雖然可以通過(guò)改變調(diào)速閥調(diào)整懸臂俯仰的速度，用以減輕振動(dòng)，但是效果不明顯，并且俯仰速度過(guò)慢直接影響生產(chǎn)效率。綜上所述，設(shè)計(jì)的缺陷直接影響工作的安全，效率，甚至在廠區(qū)形成重大的安全隱患。

二、設(shè)計(jì)缺陷問(wèn)題的成因分析

1、負(fù)值負(fù)載

對(duì)某些斗輪機(jī)平衡性進(jìn)行測(cè)定時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)斗輪機(jī)臂架的配重較輕。因此當(dāng)斗輪機(jī)懸臂移動(dòng)到平衡位置后，因?yàn)榕渲刈饔?，液壓缸受到的?fù)載作用力方向變成了同液壓缸活塞桿運(yùn)行方向相同，從而出現(xiàn)負(fù)值負(fù)載。在負(fù)值負(fù)載的作用下，元件被拉伸，但是進(jìn)油腔里的液體不能承受拉力，使得活塞的運(yùn)動(dòng)速度加快甚至失控，與此同時(shí)進(jìn)油量不足，進(jìn)油腔壓力驟降，液體被拉斷，使得液壓缸產(chǎn)生噪音。

2、環(huán)境溫度

斗輪機(jī)的運(yùn)行情況在一定程度上受到溫度的影響。在工作環(huán)境溫度較低時(shí)，油液的粘稠度較高，平衡閥控制油路的阻力加大，從而使得整個(gè)臂架運(yùn)行比較平穩(wěn)。相反，當(dāng)工作環(huán)境溫度較高，油液的粘稠度變低，阻力變小。當(dāng)斗輪下降時(shí)，液壓缸回油管路上的背壓減小，斗輪等元件因?yàn)樽灾丶铀傧陆担沟靡簤焊走M(jìn)油腔的壓力降低。當(dāng)壓力降至平衡法關(guān)閉的壓力時(shí)，平衡法關(guān)閉。元件瞬問(wèn)停比運(yùn)作，而液壓缸進(jìn)油腔壓力開(kāi)始回升，當(dāng)壓力升高到開(kāi)啟壓力時(shí)，平衡閥開(kāi)啟，各部件開(kāi)始加速下降。交替出現(xiàn)以上情況，斗輪機(jī)懸臂則會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。

3、液壓油中存在的氣體

在液壓油中存在的氣體有兩種，即溶解的空氣和摻雜的空氣。通常來(lái)說(shuō)，在一定溫度時(shí)，溶解在液體中的氣體的體積與壓力成正比。因此當(dāng)壓力升高，油液中溶解的空氣伴隨壓力上升增加。壓力降低時(shí)，空氣從油液中被分離出來(lái)形成氣泡?；祀s在液體中的空氣以氣泡狀態(tài)懸浮在油液中，直徑約為0.25～0.5mm。若油液的絕對(duì)壓力降低至油液的空氣分離壓力時(shí)，油液中過(guò)于飽和的空氣會(huì)析出，以微小的氣泡為中心聚集，并慢慢膨脹為體積較大的氣泡，并慢慢增加數(shù)量，形成大量氣泡。當(dāng)油液里形成氣泡時(shí)，油液流動(dòng)性變差，并且出現(xiàn)噪聲和振顫。若氣泡破裂，會(huì)產(chǎn)生對(duì)局部的沖擊，從而造成金屬疲勞。

三、斗輪機(jī)俯仰裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)方法

從以上分析可以看出，要解決斗輪機(jī)俯仰液壓系統(tǒng)中液壓缸背壓?jiǎn)栴}，可以考慮在斗輪機(jī)的懸臂俯仰液壓缸后腔油路加裝一只單項(xiàng)節(jié)流閥，用以調(diào)節(jié)回油路節(jié)流，而進(jìn)油路全部打開(kāi)，不節(jié)流。對(duì)于改進(jìn)之后的斗輪機(jī)液壓系統(tǒng)，當(dāng)后腔進(jìn)油時(shí)，后腔的單向節(jié)流閥全部打開(kāi)，也就是進(jìn)油路全部打開(kāi)，活塞桿伸出，斗輪機(jī)懸臂上升。相反的，當(dāng)前腔進(jìn)油時(shí)，也就是回油路進(jìn)油時(shí)，后腔的單向節(jié)流閥節(jié)流，也就是回油路節(jié)流，活塞桿收回，斗輪機(jī)的懸臂下降。在這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程里，因?yàn)槎份啓C(jī)下降回油路的節(jié)流閥，會(huì)形成局部的阻力，使得液壓缸回油腔產(chǎn)生背壓，且運(yùn)動(dòng)速度越快背壓也就越高，背壓的力量便會(huì)形成阻尼力。由于存在阻尼力，使得液壓缸速度在負(fù)值負(fù)載的作用力下不會(huì)出現(xiàn)失控。而且可以有效抵制運(yùn)動(dòng)元件的振動(dòng)。從而大大提升元件運(yùn)行的穩(wěn)定性，使得斗輪機(jī)懸臂液壓缸升降平穩(wěn)。另外，因?yàn)橐簤焊谆赜颓槐硥捍嬖?，?dǎo)致系統(tǒng)壓力升高，若油液絕對(duì)壓力高過(guò)油液的空氣分離壓力時(shí)，油液里的溶解空氣就不容易出現(xiàn)分離形成氣泡的現(xiàn)象，也能夠有效預(yù)防溫度變化對(duì)液壓系統(tǒng)造成的振顫。此外，還可以依據(jù)斗輪機(jī)機(jī)臂架平衡性的實(shí)際情況，做出相應(yīng)的調(diào)整配重，調(diào)整到配重與各個(gè)部件處于相對(duì)合理的平衡狀態(tài)，從而進(jìn)一步提升系統(tǒng)穩(wěn)定性，減少系統(tǒng)的工作壓力和負(fù)值負(fù)載，用以延長(zhǎng)系統(tǒng)中各個(gè)部件的壽命。

四、改進(jìn)前后液壓俯仰系統(tǒng)的比較

1、壓力控制回路

改進(jìn)前使用平衡閥保壓，因?yàn)槠胶忾y是滑閥控制，內(nèi)泄量較大，因此非工作期間時(shí)，液壓缸在臂架重力的作用下明顯下降，對(duì)斗輪機(jī)穩(wěn)定性造成不利影響。在液壓缸停比運(yùn)動(dòng)時(shí)，管路需承受同液壓缸相同的壓力。因此沒(méi)有考慮到對(duì)液壓缸過(guò)載進(jìn)行保護(hù)。改進(jìn)后使用電磁溢流閥為安全閥控制系統(tǒng)最大作業(yè)壓力。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電磁溢流閥供電，溢流閥全部打開(kāi)卸荷，液壓泵在零負(fù)荷、最大流量下啟動(dòng)，液壓油以最大流量通過(guò)溢流閥流回油箱，產(chǎn)生熱量，因此液壓缸無(wú)動(dòng)作期間要求停機(jī)。電磁溢流閥停比供電，溢流閥關(guān)閉，將系統(tǒng)壓力建立起來(lái)。

2、流量控制回路

改進(jìn)前使用回油節(jié)流調(diào)速回路提高液壓缸穩(wěn)定性，但會(huì)引起壓力損失。因此采用回油調(diào)速，需提高泵的工作壓力，但這樣會(huì)增加功率損耗，提高發(fā)熱量；當(dāng)液匿瓴上升，因無(wú)籽腔垂積大，有桿腔壓力比無(wú)桿腔壓力大，增加液壓缸和管道的壓力，使系統(tǒng)處于危險(xiǎn)狀況。改進(jìn)后采用比例閥調(diào)節(jié)流量，分別控制液壓缸上升下降速度，用不同電流控制閥開(kāi)口度控制流量。比例閥有位移反饋，有斜坡時(shí)問(wèn)帶減緩沖擊，可以實(shí)現(xiàn)液壓缸伸縮速度基本一致，提高系統(tǒng)工作效率，使液壓缸速度可調(diào)。

3、方向控制回路

改進(jìn)前采用直動(dòng)式換向閥作主換向閥。因?yàn)橄到y(tǒng)流量大，每次換向都會(huì)產(chǎn)生沖擊。改進(jìn)后采用先導(dǎo)式換向閥作為主換向閥，可減緩主閥芯換向的速度，從而減小沖擊。

五、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)改進(jìn)，斗輪機(jī)的液壓回路系統(tǒng)得以穩(wěn)定運(yùn)行，即使載重較大，斗臂也不會(huì)出現(xiàn)較大的震動(dòng)現(xiàn)象，這說(shuō)明俯仰裝置處于良好的平衡狀態(tài)。實(shí)踐證明，這樣改進(jìn)俯仰裝置后，還可以減少系統(tǒng)各個(gè)部件的磨損，極大的延長(zhǎng)了斗輪機(jī)的使用壽命。斗輪機(jī)是眾多工業(yè)項(xiàng)目和工程項(xiàng)目的重要機(jī)械設(shè)備，斗輪機(jī)的懸臂變幅一般為液壓控制系統(tǒng)，因此液壓系統(tǒng)的完善與穩(wěn)定對(duì)于機(jī)械的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，工程的作業(yè)安全和生產(chǎn)效益有著至關(guān)重要的作用。本文的研究成果可以在實(shí)踐中大力推廣使用，以提升斗輪機(jī)的整體設(shè)計(jì)水平。

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