大型礦用自卸車靜液壓傳動系統(tǒng)設計,大型,卸車,液壓,傳動系統(tǒng),設計 第5章 液壓舉傾系統(tǒng)的設計 第5章 液壓舉傾系統(tǒng)的設計 5．1 概述 工作裝置的結構和性能直接影響運輸車輛的性能參數(shù)，尤其是對于礦山運輸?shù)拇笮偷V用自卸車，舉傾裝置的合理性直接影響整機的生產效率、工作負荷、動力特性、工作循環(huán)時間等。 液壓舉傾機構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。前傾式機構液壓缸前傾，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，一般用一個液壓缸，也可用兩個并聯(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動。后拉式液壓缸置于臂的后方，臂向上升時一缸的有桿腔來驅動的，活塞桿受力較好，而且前方有效空間較大，但液壓缸較粗，只適用于較小的機械上。 大型自卸車舉傾系統(tǒng)應滿足以下要求： 1．角度要求：滿足在舉傾時卸料的要求，達到所要求的卸載高度和卸載距離。 2．運動要求：舉傾裝置要運動平穩(wěn)，油缸活塞行程要合理。 3．時間要求：舉傾時間要求合理，不能太大，一般取20秒以內，以提高礦山運輸效率。 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 舉傾機構在工作裝置作業(yè)時其液壓缸處于閉鎖狀態(tài)，受負載較大，要求不能無控制自動縮回，尤其對于重型運輸機械，舉傾機構回落時，因車廂的重力作用，會產生重力超速現(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，使缸無桿腔排油流量，在通過閥口處產生足夠節(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，僅適用于小型或對鎖緊和下降速度穩(wěn)定性要求不嚴格的舉傾機構。 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，高壓油經單向閥1無阻地進入缸2的無桿腔，推動臂向上舉升。下降時，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，但此時缸無桿腔回油受單向閥所阻，只能經節(jié)流閥3流回油箱，產生節(jié)流壓力以平衡重力的作用，只要回油路能產生足夠的背壓，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)時因換向閥滲漏，不能保證長時間鎖緊定位，僅適用于鎖緊和限速要求不嚴的場合。 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構圖。 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 當換向閥Ⅰ位（圖5.2 b）工作時，高壓油經平衡閥A口后，頂開單向閥3進入缸無桿腔，使活塞桿伸出，驅動臂向上，有桿腔油液經換向閥回油箱。換向閥Ⅱ位（圖5.2 c）工作時，高壓油直接進入有桿腔，使臂下降，無桿腔已不能經單向閥回油，而要經平衡閥芯1回油，此時，高壓油經C孔推動導控活塞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載，防止超速現(xiàn)象的發(fā)生。若背壓不足，發(fā)生超速時，泵壓力隨即下降，導控活塞2的推力減小，閥芯1在彈簧作用下左移，把回油口關小，使節(jié)流效果增加，背壓也隨之增加，進一步防止超速現(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間鎖緊定位，對鎖緊和限速要求不太嚴，選使用單向節(jié)流閥的限速措施。 5．3 液壓舉傾系統(tǒng)的設計計算 已知車輛的最大載重為108t，車廂重量為19t，舉升時間為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 傾卸油缸行程及內徑的計算 舉傾機構采用雙缸后傾式卸載，其示意圖如圖5.3所示。圖中A點是傾卸油缸與后車架的鉸點，O點是車廂與車架鉸點，E點為油缸與料斗的鉸接點，F(xiàn)為舉傾到位后E點的位置。 已知：AE = 1962 mm，AO = 3960 mm，OE = 2790 mm，∠EOF = 45°，則 達到極限位置時： 圖5.3舉傾示意圖 mm 則液壓缸的行程S = AF-AE =4097-1962=2135 mm 實際行程取S=2160 mm。 舉傾油缸所需的總推力為： （5-1） 式中：—車輛滿載時的車廂重量 —滿載時車廂重心距車廂與車架鉸接點的距離 —舉傾油缸作用力距翻傾鉸接點的力臂 油缸內徑為： （5-2） 式中：—單個油缸的推力 —系統(tǒng)壓力 由圖5.3可以求出油缸作用力距翻傾鉸接點的力臂： 故 mm 由車廂參數(shù)求得滿載時車廂重心距鉸接點O的距離為=2340 mm，車輛滿載時的車廂總重為 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），舉傾液壓缸內徑： m 考慮到不利舉傾狀況，可能更大，同時使車輛具備足夠的舉升儲備能力，參考同類設計，選取舉傾液壓缸內徑=240 mm。采用三級液壓缸，由于在舉傾時受力逐漸減少，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算 舉升和返回時間的長短直接影響整機性能和勞動生產率，時間太長，生產率下降，時間太短，泵排量增大，傾卸時動載荷過大，系統(tǒng)容易超載和發(fā)熱。因此，舉升和返回時間要選得適中，對大型礦用自卸車，選取舉升時間為。 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，有四個工作位置，分別為：舉升位、保持位、迫降位和浮動位。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。當料斗卸載時，油液經舉升分配閥2的舉升位和舉升速度控制閥4進入油缸，產生足夠大的壓力使料斗卸載，當料斗回位時，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。自卸車在運行中將舉升分配閥處于浮動位，可避免液壓回路經常處于高壓狀態(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。舉升分配閥內置溢流閥，保證系統(tǒng)壓力，當壓力超過系統(tǒng)壓力時，油液經其直接回油箱。 圖5.4 舉升液壓系統(tǒng)工作原理圖 第 39 頁 共 59 頁