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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，舉傾缸推理可小些，故液壓缸徑較小，因臂的懸臂長度較短，對臂受力有利，但它有液壓缸行程較長，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。這種方法簡單，無須附加其它措施，但對司機(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，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，不能保證長時(shí)間鎖緊定位，僅適用于鎖緊和限速要求不嚴(yán)的場合。
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，具有長期鎖緊作用，多用于要求較高的場合。
大型礦用自卸車不要求長時(shí)間鎖緊定位，對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＝240mm，行程=720mm；第二級＝220mm，行程=720mm；第一級＝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)間的長短直接影響整機(jī)性能和勞動(dòng)生產(chǎn)率，時(shí)間太長，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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