小型裝載機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)及元件選型研究

李光明

（柳工常州機(jī)械有限公司，江蘇 常州 213100）

隨著建筑業(yè)和采礦業(yè)的發(fā)展，未來對(duì)隧道施工的小型裝載機(jī)的需求將不可避免地增加，小型裝載機(jī)的發(fā)展是大勢(shì)所趨。在現(xiàn)階段，開發(fā)一種可以在隧道、井下相關(guān)行業(yè)中工作的小型裝載機(jī)是非常重要而緊迫的任務(wù)。液壓系統(tǒng)作為裝載機(jī)的傳輸方式，是小型裝載機(jī)的核心組成部分之一，必須研究適用于隧道施工的小型裝載機(jī)的液壓系統(tǒng)。本文參考小型裝載機(jī)的設(shè)計(jì)，根據(jù)施工隧道的實(shí)際工作環(huán)境和條件，設(shè)計(jì)適合于隧道施工的小型裝載機(jī)在液壓系統(tǒng)下的液壓系統(tǒng)非常重要。

1 擬定液壓原理圖選型

隧道下的小型裝載機(jī)主要用于施工隧道的施工隧道，其結(jié)構(gòu)尺寸是適應(yīng)工作環(huán)境所必需的。工作時(shí)，該裝置具有良好的性能、安全性和可靠性，可以在狹窄的隧道施工空間中靈活地工作，包括動(dòng)臂液壓系統(tǒng)，鏟斗液壓系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

小型裝載機(jī)應(yīng)執(zhí)行的基本工作動(dòng)作是：將鏟斗插入碎石中，然后，將鏟斗向后翻轉(zhuǎn)，動(dòng)臂油缸將碎石提升到鏟斗中一定高度，再將石化通過小型裝載機(jī)移動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳輸?shù)街付ǖ母叨?。在該位置后倒入，最后開車回到裝載位置，重復(fù)上述操作。由于裝載的材料是碎石，因此，在工作過程中沖擊載荷會(huì)相對(duì)較大。動(dòng)作主要是液壓系統(tǒng)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，工作環(huán)境在隧道的施工中。在惡劣的環(huán)境中，本文設(shè)計(jì)的隧道裝載機(jī)液壓系統(tǒng)必須滿足以下7 個(gè)要點(diǎn)。

（1）由于行走轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)與動(dòng)臂和鏟斗液壓系統(tǒng)將同時(shí)工作，為了防止工作過程中各油路之間的相互干擾，行走轉(zhuǎn)向液壓油路可以與動(dòng)臂和鏟斗液壓油路分開，使其獨(dú)立。由于該裝載機(jī)體積小，采用雙齒輪泵分別向兩個(gè)液壓回路供油。

（2）可靠性高，負(fù)載在負(fù)載運(yùn)行過程中變化很大，并伴有沖擊和振動(dòng)，因此，液壓系統(tǒng)需要配備安全保護(hù)裝置，以防止液壓系統(tǒng)損壞。每個(gè)液壓回路上可設(shè)置溢流閥，保護(hù)液壓系統(tǒng)和液壓元件，防止液壓系統(tǒng)過載或發(fā)生其他事故。

（3）從加載動(dòng)作可以看出，隧道施工隧道小裝載機(jī)在裝車作業(yè)時(shí)，兩個(gè)臂架油缸的動(dòng)作要一致，否則，容易發(fā)生安全事故，載荷變化會(huì)影響臂架油缸的動(dòng)作。同步，因此，有必要在動(dòng)臂的液壓回路上安裝分流和收集閥。

（4）鏟斗和動(dòng)臂油缸需要伸縮，行走馬達(dá)需要前后旋轉(zhuǎn)并停止。這些動(dòng)作可以通過安裝三維四通電磁換向閥來實(shí)現(xiàn)。鏟斗和動(dòng)臂油缸也需要鎖定。無論負(fù)載有多大、變化如何，或者從油箱到液壓缸的液壓管路發(fā)生故障，都要求液壓缸具有鎖緊功能，以防發(fā)生安全事故。因此，在動(dòng)臂和鏟斗的液壓回路中設(shè)置液壓鎖，以鎖定油缸的位置。

（5）為了防止施工隧道內(nèi)的小裝載機(jī)停止工作時(shí)液壓回路中的液壓油返回液壓泵，需要在油路中設(shè)置一個(gè)單向閥。

（6）隧道施工中，小型裝載機(jī)的運(yùn)行需要在隧道施工過程中保持穩(wěn)定。因此，每個(gè)液壓回路采用雙單向節(jié)流閥對(duì)液壓回路進(jìn)行節(jié)流，使回油回路產(chǎn)生背壓，抵抗負(fù)荷變化，防止突然前進(jìn)，使裝載機(jī)工作平穩(wěn)。

（7）該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝、維護(hù)和維護(hù)。綜上所述，小型裝載機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 小型裝載機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖

2 液壓系統(tǒng)參數(shù)分析

2.1 小型裝載機(jī)參數(shù)

該小型裝載機(jī)液壓系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)是指小型隧道裝載機(jī)。在收集國內(nèi)外現(xiàn)有小型裝載機(jī)參數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合隧道施工下中小型裝載機(jī)的實(shí)際工況確定。小型裝載機(jī)主要參數(shù)見表1。

表1 小型裝載機(jī)主要參數(shù)

2.2 裝載化所受外載荷計(jì)算

隧道施工當(dāng)小裝載機(jī)在隧道內(nèi)清理石料時(shí)，其阻力機(jī)理包括插入上升阻力、鏟斗阻力扭矩。影響插入阻力和上升阻力的因素很多，如鏟斗的結(jié)構(gòu)、高度、類型和材料類型。準(zhǔn)確計(jì)算插入阻力和開挖阻力是不現(xiàn)實(shí)的，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，其分析如下：

（1）插入上升電阻。當(dāng)斗插入碎石樁時(shí)，物料對(duì)斗的反作用力。插入阻力由鏟斗前刃口和兩側(cè)壁刃口的阻力組成；斗底、側(cè)壁內(nèi)表面與物料的摩擦阻力；斗體外表面與物料的摩擦阻力。這些阻力與料堆高度、材料類型、斗插入料堆的深度和斗的結(jié)構(gòu)形狀等因素有關(guān)。

（2）鏟斗阻力矩。為了便于研究設(shè)計(jì)，隧道施工用小型裝載機(jī)工作裝置鏟斗的基本參數(shù)如下：后斗壁長度是指后斗壁上緣至與斗底交點(diǎn)的距離為539mm；斗底長度是指鏟斗刃口到鏟斗和臂架鉸鏈點(diǎn)的距離為674mm；擋板高度為58mm，鏟斗圓弧半徑為R；為179mm，鏟斗與吊桿鉸鏈點(diǎn)hb的高度為53mm。

3 小型裝載機(jī)液壓系統(tǒng)參數(shù)分析

3.1 作業(yè)裝置液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)工作壓力的選擇關(guān)系到整個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性。參考施工機(jī)械液壓系統(tǒng)負(fù)荷對(duì)應(yīng)的壓力設(shè)定值，并考慮小裝載機(jī)的實(shí)際工況。由于小型裝載機(jī)的載荷不是很大，屬于小型施工機(jī)械，所以，本系統(tǒng)的施工隧道施工隧道小型裝載機(jī)液壓工作裝置的工作壓力初步選擇在4.5MPa。

3.2 行走液壓系統(tǒng)

根據(jù)以上計(jì)算，選用ZMl 1-1200 型液壓馬達(dá)，其參數(shù)如下：

（1）額定扭矩1830Ng m。

（2）尖峰壓力22MPa。

（3）額定壓力16MPa。

（4）理論排量1200ml/r。

4 工作泵、電機(jī)和液壓元件的設(shè)計(jì)選型

（1）工作泵排量的計(jì)算與選擇：根據(jù)小裝載機(jī)的操作順序分析，液壓泵的流量大于提升液壓缸、鏟斗液壓缸和行走馬達(dá)所需的液壓流量。即液壓泵的實(shí)際最大輸出流量大于小裝載機(jī)工作時(shí)所需的最大流量，因此，選擇符合設(shè)計(jì)要求。

（2）電機(jī)選型：核對(duì)相關(guān)電機(jī)樣品，經(jīng)分析選用YB2系列防爆電機(jī)。具體型號(hào)為YB2-160M-4。該電機(jī)節(jié)能高效，運(yùn)行安全可靠。其性能參數(shù)為：額定功率11kW，轉(zhuǎn)速1460r/min。

（3）閥門部件的選擇：液壓閥的選擇主要依據(jù)液壓系統(tǒng)的壓力和流量。根據(jù)前面的計(jì)算，在小型裝載機(jī)液壓系統(tǒng)中選擇液壓閥。具體如下：2 個(gè)額定流量（60L/min）、額定壓力21(MPA)S20A220 單向閥；2 個(gè)額定流量（50L/min）、額定壓力35(MPA)S20A220 雙向液壓鎖；4 個(gè)額定流量（50L/min）、額定壓力21(MPA)LDF-B10 速閥；4 個(gè)額定流量（50L/min）、額定壓力20(MPA)D1VWC 三位四通電磁換向閥；2 個(gè)額定流量（50L/min）、額定壓力7-21(MPA)YF-B10H 雙向液壓鎖。

5 結(jié)語

根據(jù)隧道下小型裝載機(jī)的實(shí)際工作情況，對(duì)小型裝載機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了分析，最終確定了小型裝載機(jī)的整個(gè)液壓系統(tǒng)，并給出了液壓系統(tǒng)原理圖。選擇和計(jì)算主要液壓元件，如液壓泵、馬達(dá)、動(dòng)臂油缸、鏟斗油缸等。同時(shí)，依據(jù)液壓閥的選型規(guī)則，對(duì)整個(gè)小型裝載機(jī)液壓系統(tǒng)的液壓閥進(jìn)行了選型。