5t移動(dòng)式無(wú)軌加料車的研究與設(shè)計(jì)

張 旭，劉旭明，錢(qián)寶旭，趙曉峰

（蘭州蘭石能源裝備工程研究院，甘肅 蘭州730000）

5t移動(dòng)式無(wú)軌加料車是大型冶煉設(shè)備所需輔助設(shè)備，可有效改善勞動(dòng)作業(yè)條件環(huán)境，提高生產(chǎn)效率。目前我國(guó)很多冶煉企業(yè)依然采用天車吊鉗等輔助設(shè)備輸送冶煉物料。物料運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低。為了提高生產(chǎn)效率和輸送物料的靈動(dòng)性，無(wú)軌裝出料機(jī)作為主要的輔助設(shè)備越來(lái)越多的運(yùn)用于冶煉生產(chǎn)中，也越來(lái)越多受到一些生產(chǎn)大型冶煉設(shè)備廠家的重視。

目前國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)無(wú)軌移動(dòng)式加料車的企業(yè)基本為空白，大多數(shù)為小噸位叉車改裝和推料方式加料。由于全液壓控制的無(wú)軌移動(dòng)式加料車技術(shù)含量高，造價(jià)成本高，其技術(shù)為國(guó)外少數(shù)公司壟斷，在國(guó)內(nèi)百分之九十是進(jìn)口產(chǎn)品，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無(wú)軌移動(dòng)式加料車處于空白狀態(tài)，所以很多國(guó)內(nèi)廠家越來(lái)越重視對(duì)全液壓控制無(wú)軌移動(dòng)式加料車開(kāi)發(fā)研制。加之目前國(guó)內(nèi)銅冶煉項(xiàng)目比較多，加料設(shè)備大多數(shù)為進(jìn)口設(shè)備，成本昂貴，國(guó)產(chǎn)設(shè)備替代進(jìn)口設(shè)備已成為未來(lái)的必然趨勢(shì)。

1 結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)

1.1 結(jié)構(gòu)組成

如圖1所示，5t移動(dòng)式無(wú)軌加料車結(jié)構(gòu)組成主要有9部分組成。

圖1 5t移動(dòng)式無(wú)軌加料車

5t移動(dòng)式無(wú)軌加料車料斗有鏟式、箱式、叉式等多種，可滿足多種工況的生產(chǎn)需求。并且依靠鎖銷快插式結(jié)構(gòu)（如圖2所示）實(shí)現(xiàn)料斗與鉗桿的快換，極大程度的縮減了加料等輔助工序的時(shí)間。四連桿機(jī)構(gòu)與機(jī)架連接，依靠?jī)山M油缸使得鉗桿在限定的軌跡范圍內(nèi)，完成鉗桿平升、平降、上傾、下傾。液壓馬達(dá)配合內(nèi)齒回轉(zhuǎn)支撐驅(qū)動(dòng)鉗桿做360°正反旋轉(zhuǎn)完成卸料動(dòng)作。

圖2 鉗桿結(jié)構(gòu)示意圖

整車車體為剛性的、箱形焊接結(jié)構(gòu)，剛性好，抗震性能強(qiáng)。制動(dòng)執(zhí)行件鼓式制動(dòng)器安裝在前輪上，驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向都作用在后輪上。為使駕駛員能夠有安全舒適的操作環(huán)境，無(wú)軌裝出料機(jī)駕駛室配置有空調(diào)裝置，同時(shí)駕駛室玻璃全部采用耐高溫鋼化玻璃，可以在惡劣高溫環(huán)境下連續(xù)工作。

1.2 主要?jiǎng)幼?/h3>

5t移動(dòng)式無(wú)軌加料車主要?jiǎng)幼饔校孩倭隙沸D(zhuǎn)；②鉗桿平行升降；③鉗桿上下傾斜；④鎖銷鎖緊松開(kāi)；⑤行走；⑥轉(zhuǎn)向等六大動(dòng)作。5t移動(dòng)式無(wú)軌加料車所有動(dòng)作為全液壓控制，其動(dòng)力源為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)泵作用。其中鉗桿的平行升降、鉗桿的上下傾斜、鎖銷鎖緊松開(kāi)都由泵控制液壓油缸作用完成；行走、轉(zhuǎn)向、料斗旋轉(zhuǎn)由泵控制液壓馬達(dá)作用來(lái)實(shí)現(xiàn)，行走采用閉式液壓回路。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)（表1）

表1 主要技術(shù)參數(shù)

2 設(shè)計(jì)原理

無(wú)軌裝出料機(jī)驅(qū)動(dòng)行走采用雙變量大扭矩低轉(zhuǎn)速馬達(dá)，可無(wú)級(jí)調(diào)速，設(shè)計(jì)腳踏板控制速度，完全符合駕駛車輛的習(xí)慣。轉(zhuǎn)向采用液壓助力，差速驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)彎半徑小，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)。剎車制動(dòng)采用大扭矩鼓式制動(dòng)器，大扭矩鼓式制動(dòng)器工作壓力低，制動(dòng)扭矩大，剎車制動(dòng)安全可靠。能夠?qū)崿F(xiàn)物料的快速運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.1 行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

工作原理如圖3所示。

圖3 工作原理圖

行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用液壓閉式回路：該回路相比開(kāi)式回路具有如下特點(diǎn)：閉式系統(tǒng)的壓力損失小，換向沖擊小，效率高。工作相對(duì)平穩(wěn)，液壓所用油量少，（油箱?。┑簤河蜏芈愿?，需設(shè)置強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)。開(kāi)式系統(tǒng)壓力損失大，沖擊力大，工作噪聲大，容易造成液壓油污染。

此閉式回路主要由動(dòng)力源（閉式泵）、安全閥 、補(bǔ)油泵 、沖洗閥和執(zhí)行元件構(gòu)成。由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)軸向柱塞泵，軸向柱塞泵作用于液壓馬達(dá)進(jìn)而驅(qū)動(dòng)后輪，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整車的驅(qū)動(dòng)。速度調(diào)節(jié)通過(guò)一個(gè)帶有負(fù)荷限制調(diào)節(jié)器的自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，此系統(tǒng)的變量泵通過(guò)一個(gè)由腳踏板控制的液壓缸調(diào)節(jié)。計(jì)算依據(jù)為：

（1）移動(dòng)式無(wú)軌加料車動(dòng)力矩M起用來(lái)克服車輪滾動(dòng)時(shí)的摩擦力矩M摩和整車起動(dòng)時(shí)的慣性力矩M慣。

式中：M起——總的驅(qū)動(dòng)力矩；

M摩——輪胎跟工作面的摩擦力矩；

M慣——整車起動(dòng)時(shí)的慣性力矩。

（2）車輪滾動(dòng)時(shí)的摩擦力矩M摩

式中：K——車輪與地面之間的摩擦系數(shù)；

β——考慮為阻力矩系數(shù)；

μ——車輪軸承處的摩擦系數(shù)；

r——車輪軸半徑；

G總——為車體與最大料的總重。

（3）慣性力矩M慣包括兩部分：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)零件的慣性力矩M慣1及車體作直線加速運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力矩M慣2。

因M慣1可以忽略不計(jì)，故

2.2 無(wú)軌裝出料機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

工作原理如圖4所示。

圖4 工作原理圖

5t移動(dòng)式無(wú)軌加料車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為負(fù)載敏感全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)由泵、優(yōu)先閥、負(fù)載敏感轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向溢流閥、系統(tǒng)溢流閥組成。采用液壓助力，馬達(dá)連接減速機(jī)帶動(dòng)小齒輪，小齒輪帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支承，差速驅(qū)動(dòng)，前輪配置大扭矩鼓式制動(dòng)器剎車制動(dòng)，后輪轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向時(shí)可繞一前輪做最小轉(zhuǎn)彎，所以轉(zhuǎn)彎半徑小，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)。

無(wú)軌裝出料機(jī)轉(zhuǎn)向的控制由一個(gè)轉(zhuǎn)向柱上的手柄完成。矯正后速度與驅(qū)動(dòng)輪壓力是恒定的，采用液壓助力，馬達(dá)連接減速機(jī)帶動(dòng)小齒輪，小齒輪帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支承，差速驅(qū)動(dòng)，前輪配置大扭矩鼓式制動(dòng)器剎車制動(dòng)，后輪轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向部分計(jì)算依據(jù)為：

由公式（1）、（2）得出所需實(shí)際的M值。式中：G——無(wú)軌裝出料機(jī)轉(zhuǎn)向輪負(fù)載；

F——轉(zhuǎn)向牽引力；

U——摩擦系數(shù)；

M——無(wú)軌裝出料機(jī)所需轉(zhuǎn)向力為轉(zhuǎn)向輪克服正壓力對(duì)地面摩檫力所這些要的力矩。

行走過(guò)程中轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向輪是可以滾動(dòng)的，所以所需轉(zhuǎn)向?qū)嶋H力矩小于理論計(jì)算M值。未行走轉(zhuǎn)向時(shí)，形成兩后輪相互反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，可使兩輪處于浮動(dòng)狀態(tài)。所以所需轉(zhuǎn)向?qū)嶋H力矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論計(jì)算M值。

2.3 剎車系統(tǒng)

工作原理如圖5所示。

圖5 工作原理圖

無(wú)軌裝出料機(jī)剎車系統(tǒng)由負(fù)載敏感泵供液。剎車控制閥分為兩種狀態(tài)。在一級(jí)剎車狀態(tài)下，機(jī)體并未強(qiáng)制剎車，而是通過(guò)剎車閥，切換系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)泵，使其空轉(zhuǎn)，停止為行走馬達(dá)供油。繼續(xù)踩剎車才進(jìn)入強(qiáng)制剎車狀態(tài)，液壓油經(jīng)過(guò)剎車閥進(jìn)入鼓式制動(dòng)器，鼓式制動(dòng)器剎車片膨脹，抱死輪軸，實(shí)現(xiàn)剎車。為保證剎車的安全性，在剎車回路上安裝了賀德克蓄能器進(jìn)行保壓。制動(dòng)主要用于克服慣性力做功。剎車部分計(jì)算依據(jù)為：

由公式（3）、（4）、（5）得出所需實(shí)際的 M 值。

式中：M制——所需制動(dòng)力矩；

M慣——整車慣性力矩；

F——整車制動(dòng)力；

A——加速度。

3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

5t移動(dòng)式無(wú)軌加料車由大功率柴油機(jī)驅(qū)動(dòng),根據(jù)工作要求設(shè)計(jì)有多種動(dòng)作機(jī)能，在惡劣的工作環(huán)境下可安全可靠的實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作；后輪由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，具有較小的回轉(zhuǎn)半徑，采用的是低轉(zhuǎn)速大扭距液壓馬達(dá)，可無(wú)級(jí)調(diào)速；選用實(shí)心橡膠輪胎；液壓伺服系統(tǒng)，控制剎車制動(dòng)和行走轉(zhuǎn)向；所有動(dòng)作由比例閥控制，結(jié)構(gòu)合理，便于維護(hù)；液壓傳動(dòng)裝置的各元件之間僅靠管路連接，結(jié)構(gòu)緊湊，安全。與機(jī)械傳動(dòng)相比，液壓傳動(dòng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，工作平穩(wěn)，安全，且易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等特點(diǎn)。其缺點(diǎn)是液壓控制系統(tǒng)維護(hù)不當(dāng)易泄露。

4 結(jié)論

5t移動(dòng)式無(wú)軌加料車能夠適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，依靠轉(zhuǎn)彎半徑小，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，上下料便捷，大程度的縮短了冶煉輔助工序所需的時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

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