繩輪式液壓高位翻車機(jī)的設(shè)計(jì)

莊光鵬 陳國(guó) 魏光亮

摘要：翻車機(jī)主要是在實(shí)際礦業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行應(yīng)用的翻轉(zhuǎn)礦車的翻轉(zhuǎn)機(jī)械?，F(xiàn)有傳統(tǒng)翻車機(jī)大多需要輔助裝備且需要復(fù)雜的框架與地基，不但效率低下而且卸載高度非常有限，很難滿足實(shí)際生產(chǎn)的要求。

本文在老式礦用翻車機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，完成繩輪式液壓高位翻車機(jī)的設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)圍繞繩輪式液壓翻車機(jī)的四個(gè)主要功能展開(kāi)，分別是翻轉(zhuǎn)、提升、清車、復(fù)位。最終目的是使翻車機(jī)在進(jìn)行卸料工作的同時(shí)還可以滿足卸載高度的要求，并且可以平穩(wěn)地進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)工作。

1引言

翻車機(jī)被廣泛應(yīng)用于礦業(yè)，是用來(lái)通過(guò)翻礦車從而進(jìn)行礦料卸載的礦用機(jī)械裝置。通常礦石被開(kāi)采后進(jìn)行運(yùn)輸過(guò)程時(shí)，運(yùn)載礦石的許多礦車會(huì)隨著軌道移動(dòng)到礦口，此時(shí)就需要翻車機(jī)來(lái)翻轉(zhuǎn)礦車從而使礦石卸入礦倉(cāng)中好進(jìn)行下一步工序。

現(xiàn)有應(yīng)用最廣泛的傳統(tǒng)礦用C型翻車機(jī)都需要輔助設(shè)備的幫助才能把礦車推入轉(zhuǎn)臂中，隨后翻車機(jī)帶動(dòng)整個(gè)礦車進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)后將礦物卸載到其下方的料倉(cāng)中。由于此類翻車機(jī)問(wèn)世較早并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是應(yīng)用最廣泛的一種。但設(shè)備工作效率低，卸載高度非常有限，需要復(fù)雜框架結(jié)構(gòu)和地基，如今礦物生產(chǎn)中很難滿足高效率生產(chǎn)需求。至于部分傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)是采用翻斗式的礦車，采用人工翻礦的方式，則更加危險(xiǎn)且生產(chǎn)效率低下而且無(wú)法滿足卸載高度的要求。

本次設(shè)計(jì)繩輪式液壓高位翻車機(jī)的主要路線是基于礦車翻轉(zhuǎn)卸料，卸載點(diǎn)滿足裝載需要高度要求，并在翻轉(zhuǎn)同時(shí)對(duì)礦車同步清車，使礦車內(nèi)沉積物全部脫落，倒出車皮外，然后恢復(fù)原位，循環(huán)作業(yè)。通過(guò)對(duì)繩輪式液壓高位翻車機(jī)的提升、翻轉(zhuǎn)、清車、復(fù)位等結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)并利用PLC裝置控制和液壓系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)，使設(shè)計(jì)后的新型翻車機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮更大作用。

2研究現(xiàn)狀

翻車機(jī)作為專門卸載礦用敞車的設(shè)備早在十七、十八世紀(jì)就在國(guó)外進(jìn)行使用。而我國(guó)由于工業(yè)起步較晚，在上世紀(jì)五十年代才在鋼廠開(kāi)始使用翻車機(jī)作為單機(jī)設(shè)備。計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)上的應(yīng)用為翻車機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了巨大的突破。對(duì)于有關(guān)翻車機(jī)系統(tǒng)的認(rèn)知在不斷提高。不再是原始的單機(jī)設(shè)備。社會(huì)生產(chǎn)力提高的同時(shí)，翻卸裝置的能力與效率也越來(lái)越高。世界各國(guó)都在翻車機(jī)的研究上不斷推陳出新。最早應(yīng)用的翻卸單臺(tái)設(shè)備到效率極高的三車翻車機(jī);從最早的溜放到完全控制;從傳統(tǒng)壓車機(jī)械連桿到更加先進(jìn)的分散獨(dú)立液壓壓車;翻車機(jī)系統(tǒng)不僅在結(jié)構(gòu)和技術(shù)性能上有了很大提升，而且其附加的功能也日益完善。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展歷史，翻車機(jī)系統(tǒng)不但在使用規(guī)模上，而且在機(jī)械結(jié)構(gòu)的性能以及控制系統(tǒng)方面都有巨大進(jìn)步。

國(guó)外翻車機(jī)系統(tǒng)發(fā)展較早，我國(guó)近年與美國(guó)，英國(guó)等擁有先進(jìn)翻車機(jī)技術(shù)的國(guó)家展開(kāi)合作。在國(guó)外翻車機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，我國(guó)積極自主研發(fā)了多種型號(hào)翻車機(jī)。裝卸機(jī)，翻卸機(jī)、傾斜機(jī)等不同翻卸裝置的更新，對(duì)于我國(guó)沿海礦業(yè)的生產(chǎn)起到了巨大的促進(jìn)作用，促進(jìn)了沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2.1 總體方案的確定

2.1.1 設(shè)計(jì)方案的確定

本次繩輪式液壓高位翻車機(jī)的最關(guān)鍵的要求是既能完成礦車的翻轉(zhuǎn)卸料，還能保證卸載點(diǎn)達(dá)到一定高度，隨后在翻轉(zhuǎn)完成后對(duì)礦車同步清車，卸落全部礦料以后恢復(fù)原位，并且還能循環(huán)作業(yè)，同時(shí)要求工作運(yùn)行平穩(wěn)進(jìn)行。

翻車機(jī)具有完整的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，這個(gè)過(guò)程有提升、翻轉(zhuǎn)、清車和復(fù)位。其提升與翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)液壓缸與繩輪配合運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。繩輪可使用運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的雙輪結(jié)構(gòu)并與轉(zhuǎn)臂為一體，中間利用芯軸進(jìn)行連接。支架設(shè)有導(dǎo)槽，鋼絲繩兩端分別緊固在支架和轉(zhuǎn)臂上。在液壓缸頂起繩輪芯軸順著導(dǎo)槽向上運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，繃緊的鋼絲繩會(huì)帶動(dòng)繩輪轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu)的提升與翻轉(zhuǎn)。其清車運(yùn)動(dòng)是通過(guò)在轉(zhuǎn)臂處加裝振動(dòng)裝置，在轉(zhuǎn)臂完全抬起后對(duì)翻斗進(jìn)行振動(dòng)來(lái)清除多余礦料。卸料運(yùn)動(dòng)完成之后液壓缸收縮，繩輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)臂回轉(zhuǎn)完成復(fù)位運(yùn)動(dòng)。液壓系統(tǒng)由PLC系統(tǒng)進(jìn)行精確控制，能夠?qū)崿F(xiàn)完全自動(dòng)化的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，這樣不但工作效率有了很大提升，也降低了成本，實(shí)現(xiàn)更好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整個(gè)翻車機(jī)的設(shè)計(jì)包括三個(gè)液壓控制部分，包括阻車裝置，押車裝置和繩輪的提升裝置。根據(jù)設(shè)計(jì)需求需要選取兩個(gè)液壓缸，包括一個(gè)小型液壓缸和一個(gè)較大的工程液壓缸來(lái)提升轉(zhuǎn)臂。其他一個(gè)小型液壓缸是通用阻車器自帶裝置。

為防止發(fā)生生產(chǎn)事故的發(fā)生，在設(shè)計(jì)中需要考慮斷電保護(hù)裝置。提升液壓缸需要有限位裝置或其他設(shè)備來(lái)對(duì)液壓缸的行程進(jìn)行有效控制，防止液壓缸超出行程限制破壞翻車機(jī)。同時(shí)液壓保證礦車在轉(zhuǎn)臂中的定位是正確的，可以防止礦料掉落在繩輪部分引發(fā)生產(chǎn)安全問(wèn)題。也要注意運(yùn)行過(guò)程中保證液壓系統(tǒng)安全，有利于后期維護(hù)。

2.3液壓缸的選用以及驗(yàn)算

選用依據(jù)：參考轉(zhuǎn)臂上所裝配的所有部件以及礦車載重的質(zhì)量，整個(gè)翻車架質(zhì)量約為34000kg，根據(jù)功能需要，需要翻車過(guò)程保持穩(wěn)定。雙輪結(jié)構(gòu)需要裝配兩組押車裝置，每個(gè)押車器液壓缸提供的壓力應(yīng)不小于18000N。整個(gè)翻車架旋轉(zhuǎn)150°，繩輪半徑1500mm，根據(jù)計(jì)算可知繩輪上升行程為2000mm，可知提醒液壓缸的行程一定不能小于2000mm。轉(zhuǎn)臂進(jìn)行復(fù)位時(shí)的初始位置為死點(diǎn)，若只依靠重力無(wú)法進(jìn)行復(fù)位動(dòng)作，為了保證工作平穩(wěn)足夠的拉力，需要應(yīng)用雙作用液壓缸。

經(jīng)過(guò)選擇，NFG系列工程液壓油缸符合設(shè)計(jì)需求。行程選取2000mm型號(hào)150*100*2400、缸徑150mm、外徑180mm、桿徑100 mm、行程2000mm、使用壓力60MPa，推力450000N，拉力203000N。緊固件選用M44×300 六角螺栓全螺紋 C級(jí) GB/T 5782-2000。經(jīng)驗(yàn)算，符合使用要求。