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第5章 液壓舉傾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
第5章 液壓舉傾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
5.1 概述
工作裝置的結(jié)構(gòu)和性能直接影響運(yùn)輸車輛的性能參數(shù),尤其是對(duì)于礦山運(yùn)輸?shù)拇笮偷V用自卸車,舉傾裝置的合理性直接影響整機(jī)的生產(chǎn)效率、工作負(fù)荷、動(dòng)力特性、工作循環(huán)時(shí)間等。
液壓舉傾機(jī)構(gòu)按照液壓缸布置形式的不同可分為前傾式、后傾式和后拉式三種。前傾式機(jī)構(gòu)液壓缸前傾,作用力臂較長(zhǎng),舉傾缸推理可小些,故液壓缸徑較小,因臂的懸臂長(zhǎng)度較短,對(duì)臂受力有利,但它有液壓缸行程較長(zhǎng),臂下方空間較小的缺點(diǎn),一般用一個(gè)液壓缸,也可用兩個(gè)并聯(lián)液壓缸。后傾式因液壓缸后傾布置,作用力臂較短,缸徑粗,但行程較短,臂架受力較差,但臂前方空間較大,后傾式一般用雙缸驅(qū)動(dòng)。后拉式液壓缸置于臂的后方,臂向上升時(shí)一缸的有桿腔來驅(qū)動(dòng)的,活塞桿受力較好,而且前方有效空間較大,但液壓缸較粗,只適用于較小的機(jī)械上。
大型自卸車舉傾系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求:
1.角度要求:滿足在舉傾時(shí)卸料的要求,達(dá)到所要求的卸載高度和卸載距離。
2.運(yùn)動(dòng)要求:舉傾裝置要運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),油缸活塞行程要合理。
3.時(shí)間要求:舉傾時(shí)間要求合理,不能太大,一般取20秒以內(nèi),以提高礦山運(yùn)輸效率。
4.要有限速措施,以防止重力超速現(xiàn)象。
5.2 舉傾系統(tǒng)的限速措施
舉傾機(jī)構(gòu)在工作裝置作業(yè)時(shí)其液壓缸處于閉鎖狀態(tài),受負(fù)載較大,要求不能無控制自動(dòng)縮回,尤其對(duì)于重型運(yùn)輸機(jī)械,舉傾機(jī)構(gòu)回落時(shí),因車廂的重力作用,會(huì)產(chǎn)生重力超速現(xiàn)象,需有限速措施。一般有以下三種方法來防止重力超速:
1.靠換向閥節(jié)流
這種方法是利用換向閥處于小開度時(shí),使缸無桿腔排油流量,在通過閥口處產(chǎn)生足夠節(jié)流壓力,使重物勻速下降,防止重力超速現(xiàn)象發(fā)生。這種方法簡(jiǎn)單,無須附加其它措施,但對(duì)司機(jī)要求較高,稍有疏忽則可能造成事故。換向閥處于中位,因閥有泄露,無長(zhǎng)期鎖緊作用,僅適用于小型或?qū)︽i緊和下降速度穩(wěn)定性要求不嚴(yán)格的舉傾機(jī)構(gòu)。
2.使用單向節(jié)流閥
圖5.1表示這種液壓回路。換向閥Ⅰ位工作時(shí),高壓油經(jīng)單向閥1無阻地進(jìn)入缸2的無桿腔,推動(dòng)臂向上舉升。下降時(shí),換向閥Ⅱ位工作,向缸2的有桿腔供高壓油,因重力的作用,使臂有超速下降的趨勢(shì),但此時(shí)缸無桿腔回油受單向閥所阻,只能經(jīng)節(jié)流閥3流回油箱,產(chǎn)生節(jié)流壓力以平衡重力的作用,只要回油路能產(chǎn)生足夠的背壓,就能防止重力超速現(xiàn)象發(fā)生。
這種限速方法比較簡(jiǎn)單,但下降速度隨載荷大小變化,載荷大,下降速度快,載荷小下降速度慢。靜止作業(yè)時(shí)因換向閥滲漏,不能保證長(zhǎng)時(shí)間鎖緊定位,僅適用于鎖緊和限速要求不嚴(yán)的場(chǎng)合。
3.使用平衡閥(限速閥)
Ⅱ
Ⅰ
圖5.1使用單向節(jié)流閥的限速回路
使用平衡閥的液壓回路,可克服單向節(jié)流閥回路下降速度受載荷大小影響的弊病,它可使下降速度不受載荷變化的影響,限速穩(wěn)定。圖5.2表示這種液壓回路,圖5.2 a是符號(hào)圖,b、c是平衡閥工作原理結(jié)構(gòu)圖。
2
3
2
3
Ⅱ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅰ
a b c
圖5.2 使用平衡閥的限速回路
當(dāng)換向閥Ⅰ位(圖5.2 b)工作時(shí),高壓油經(jīng)平衡閥A口后,頂開單向閥3進(jìn)入缸無桿腔,使活塞桿伸出,驅(qū)動(dòng)臂向上,有桿腔油液經(jīng)換向閥回油箱。換向閥Ⅱ位(圖5.2 c)工作時(shí),高壓油直接進(jìn)入有桿腔,使臂下降,無桿腔已不能經(jīng)單向閥回油,而要經(jīng)平衡閥芯1回油,此時(shí),高壓油經(jīng)C孔推動(dòng)導(dǎo)控活塞2右移,頂開閥芯1的通道,使缸無桿腔順利回油,并在回油路上形成足夠背壓來平衡重力負(fù)載,防止超速現(xiàn)象的發(fā)生。若背壓不足,發(fā)生超速時(shí),泵壓力隨即下降,導(dǎo)控活塞2的推力減小,閥芯1在彈簧作用下左移,把回油口關(guān)小,使節(jié)流效果增加,背壓也隨之增加,進(jìn)一步防止超速現(xiàn)象。使用平衡閥的限速方法,下降速度穩(wěn)定,而且不受外載荷變換影響,具有長(zhǎng)期鎖緊作用,多用于要求較高的場(chǎng)合。
大型礦用自卸車不要求長(zhǎng)時(shí)間鎖緊定位,對(duì)鎖緊和限速要求不太嚴(yán),選使用單向節(jié)流閥的限速措施。
5.3 液壓舉傾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
已知車輛的最大載重為108t,車廂重量為19t,舉升時(shí)間為20 s,舉升系統(tǒng)壓力≤ 25MPa,。最大舉升角要求能卸掉全部物料,可以根據(jù)物料的安息角來選取,表5.1為部分物料的安息角:
表5.1 部分物料的安息角
物料名稱
煤
鐵礦
細(xì)砂
生石灰
碎塊
粘土
熟石灰
安息角(°)
27~50
40~50
30~35
40~50
45
30~50
40~45
108t礦用自卸車用于礦山運(yùn)輸,由表5.1可以看出,一般物料的安息角都不超過50°,取最大舉傾角為45°。
5.3.1 傾卸油缸行程及內(nèi)徑的計(jì)算
舉傾機(jī)構(gòu)采用雙缸后傾式卸載,其示意圖如圖5.3所示。圖中A點(diǎn)是傾卸油缸與后車架的鉸點(diǎn),O點(diǎn)是車廂與車架鉸點(diǎn),E點(diǎn)為油缸與料斗的鉸接點(diǎn),F(xiàn)為舉傾到位后E點(diǎn)的位置。
已知:AE = 1962 mm,AO = 3960 mm,OE = 2790 mm,∠EOF = 45°,則
達(dá)到極限位置時(shí):
圖5.3舉傾示意圖
mm
則液壓缸的行程S = AF-AE =4097-1962=2135 mm
實(shí)際行程取S=2160 mm。
舉傾油缸所需的總推力為:
(5-1)
式中:—車輛滿載時(shí)的車廂重量
—滿載時(shí)車廂重心距車廂與車架鉸接點(diǎn)的距離
—舉傾油缸作用力距翻傾鉸接點(diǎn)的力臂
油缸內(nèi)徑為:
(5-2)
式中:—單個(gè)油缸的推力
—系統(tǒng)壓力
由圖5.3可以求出油缸作用力距翻傾鉸接點(diǎn)的力臂:
故
mm
由車廂參數(shù)求得滿載時(shí)車廂重心距鉸接點(diǎn)O的距離為=2340 mm,車輛滿載時(shí)的車廂總重為
N
將已算得的各參數(shù)代入式(5-1)可得舉傾油缸所需的總推力為:
N
則單個(gè)油缸推力:
N
取舉升系統(tǒng)的壓力為=20MPa,則由式(5-2),舉傾液壓缸內(nèi)徑:
m
考慮到不利舉傾狀況,可能更大,同時(shí)使車輛具備足夠的舉升儲(chǔ)備能力,參考同類設(shè)計(jì),選取舉傾液壓缸內(nèi)徑=240 mm。采用三級(jí)液壓缸,由于在舉傾時(shí)受力逐漸減少,其具體參數(shù)為:第一級(jí)=240mm,行程=720mm;第二級(jí)=220mm,行程=720mm;第一級(jí)=200mm,行程=720mm。
5.3.2 傾卸油缸容積及油泵的計(jì)算
舉升和返回時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響整機(jī)性能和勞動(dòng)生產(chǎn)率,時(shí)間太長(zhǎng),生產(chǎn)率下降,時(shí)間太短,泵排量增大,傾卸時(shí)動(dòng)載荷過大,系統(tǒng)容易超載和發(fā)熱。因此,舉升和返回時(shí)間要選得適中,對(duì)大型礦用自卸車,選取舉升時(shí)間為。
油缸容積:
(5-3)
油泵的流量:
(5-4)
式中:—油泵的容積效率,取0.9
將各參數(shù)代入式(5-3)及(5-4)求得舉傾液壓缸容積和液壓泵的流量:
L
L/min
故油泵的排量:
ml/r
5.4 擬定液壓舉傾系統(tǒng)工作原理圖
舉升液壓系統(tǒng)工作原理圖如圖5.4所示。液壓系統(tǒng)主要由油泵1、舉升分配閥2、下降速度控制閥3、舉升速度控制閥4和舉升液壓缸5組成。舉升分配閥是四位四通滑閥式換向器,有四個(gè)工作位置,分別為:舉升位、保持位、迫降位和浮動(dòng)位。工作油泵從油箱吸油,將輸出的油直接供給舉升分配閥2,回油通過串聯(lián)在油路上的回油濾清器流回油箱。當(dāng)料斗卸載時(shí),油液經(jīng)舉升分配閥2的舉升位和舉升速度控制閥4進(jìn)入油缸,產(chǎn)生足夠大的壓力使料斗卸載,當(dāng)料斗回位時(shí),舉升分配閥處于迫降位,利用車廂的自重使其下降,下降速度由下降速度控制閥3決定。自卸車在運(yùn)行中將舉升分配閥處于浮動(dòng)位,可避免液壓回路經(jīng)常處于高壓狀態(tài),使油泵卸荷,減少液壓系統(tǒng)的功率消耗,延長(zhǎng)液壓元件的使用壽命。舉升分配閥內(nèi)置溢流閥,保證系統(tǒng)壓力,當(dāng)壓力超過系統(tǒng)壓力時(shí),油液經(jīng)其直接回油箱。
圖5.4 舉升液壓系統(tǒng)工作原理圖
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