150 t 礦渣車翻轉機液壓系統

李現友，尹寧

(1.包頭職業技術學院 機械工程系，內蒙古包頭 014030;2.北京科技大學冶金工程研究院，北京 100083;3.包鋼集團設計研究院(有限公司)暖通動力科，內蒙古包頭 014010)

150 t 礦渣車是以加拿大進口的液壓動力可升降平板車為基礎配以相適應的非標支架及車斗，以實現對高溫爐渣的運輸。標準車不帶有自卸裝置，貨物到達卸貨點后由于載貨質量極大且礦渣溫度較高，將礦渣傾倒到指定地點成為很大的困難。由于車輛本身的結構比較緊湊并且考慮到所運輸物質溫度較高、質量大，經過多方面考慮，將車斗翻轉機構安裝到車輛本身上是不可行的。根據現場應用特點研制一種將翻轉裝置固定到地平面以下的翻轉機構，結合機構的動作過程詳細介紹其液壓系統的設計思路。

1 翻轉機的工作原理

液壓動力可升降平板車載有車斗支架，車斗通過鉸接固定在支架上。其車的承載平板可以在0～300 mm 內上下浮動，且可以停留在任何位置。其車底盤離地高度最低處為260 mm。

平板車在到達指定位置之前，翻轉機系統埋在地平面以下。圖1 所示的是整車運行原理及埋地翻轉機初始狀態。

圖1 翻轉機初始狀態

平板車到達指定位置后，整個平板在車載液壓系統的控制下慢慢下降。車斗支架隨之下降，車斗支架的定位孔進入預埋地錨中。車斗在進入地錨的過程中，經歷粗定位和精定位兩個過程，定位完成后，由鎖緊液壓缸帶動銷軸對車斗支架進行鎖緊。此時平板車與車斗支架脫離，平板車此時不受力，隨后慢慢從支架底部退出。工作過程參考圖2 所示翻轉機工作示意圖。然后由輔助液壓缸將頂起缸逆時針旋轉，待頂起液壓缸與地面成90°角時，接近快關發訊，頂起液壓缸開始工作，輔助液壓缸處于自由狀態。頂起液壓缸的頂爪與車斗底面的被頂裝置鏈接，被頂裝置帶動整個車斗底面使車斗進行翻轉。當車斗翻轉到最大限定角50°時，接近開關發訊。頂起液壓缸停止伸出，完成車斗的翻轉。翻轉的過程礦渣從車斗中傾倒到指定地點。礦渣傾倒完畢后，車斗靠自重回到水平位置，完成一次翻轉過程。

圖2 翻轉機工作示意圖

2 性能要求及主要參數確定

2.1 性能要求

(1)整個系統工作性能安全可靠;

(2)充分考慮節能;

(3)考慮系統的室外寒冷工作及連續性工作狀態;

(4)頂起缸運行速度最大為0.1 m/s。

2.2 主要參數確定

車斗自身加礦渣總質量為150 t，頂起液壓缸頂起點設置在車斗中間位置。所以頂起液壓缸最大的頂起質量約為150 t。根據車斗長度及頂起角度為50°的要求，計算需要液壓缸的總伸出量為6 000 mm。所以設計液壓缸為三級液壓缸，每級伸出長度為2 000 mm。初步設計系統的工作壓力為20 MPa。多級缸第一級缸徑的計算為:

將上式代入式(1)得到:

根據液壓缸設計標準，確定多級缸的第一級缸為D1=320 mm，桿徑d1=310 mm;第二級D2=270 mm，桿徑d2=260 mm;第三級缸徑為D3=220 mm，桿徑d3=210 mm。三級液壓缸，每級產生的最大推力如下:

在頂起液壓缸第一級全部伸出之后，車斗的翻轉角度已接近20°，此時車斗中礦渣已有多部分流出?？梢员ＷC當第二級工作時能有足夠的力量將車斗頂起。

主液壓泵的選擇:

其中:Q 為液壓泵流量，Q=qnv，q 為液壓泵的排量，nv為液壓泵的轉速，此處取nv=1 450 r/min;v為液壓缸運行速度，取最大時v=0.1 m/s;A 為液壓缸的有效面積。

當液壓缸在第三級工作時，油液缸伸出速度最快，代入公式(2)求得液壓泵的排量為:

選擇力士樂A7V160MA1RPF00 柱塞泵為主泵泵源。

3 液壓系統設計

根據系統的性能要求及工作狀況設計如圖3 所示液壓系統，其主要工作狀態如下。

3.1 鎖緊缸鎖緊過程

平板車運動到位后，在車載液壓動力系統的控制下使車斗支架下落，經過粗、精定位兩個過程之后支架落入地錨中。此時柱塞泵(大排量)2 在先導式電磁溢流閥3 的作用下處于卸荷狀態，柱塞泵(小排量)19 輸出流量在順序閥16 的作用下產生較高壓力，電磁換向閥14 右位工作推動鎖緊缸13 對支架進行鎖緊。鎖緊到位后，電磁換向閥14 處于中位。

3.2 頂起液壓缸由水平到豎直過程

鎖緊到位后，使電磁換向閥12 處于右位，分別在電磁換向閥9、11 的作用下，由輔助缸10 推動頂起液壓缸7，由水平狀態轉動到豎直狀態。此過程運動速度由電磁換向閥9、11 切換可調。

3.3 頂起液壓缸伸出過程

頂起液壓缸7 處于豎直狀態后，電磁換向閥3 得電，柱塞泵2 處于加壓狀態。液控換向閥5 處于右位工作，多級缸慢慢伸出。由于頂起液壓缸7 與輔助缸10 是鉸接，此時輔助缸10 處于被迫縮回狀態，為保證其處于自由狀態，且有油液充滿輔助缸的兩腔，此時電磁換向閥12 處于中位狀態，而電磁換向閥11 處于右位狀態。

3.4 頂起液壓缸縮回過程

頂起液壓缸7 伸出動作完成后，液控換向閥5 處于左位工作，頂起液壓缸7 在重力的作用及回油壓力的作用下退回到豎直狀態。此時輔助缸10 仍然處于自由狀態，電磁換向閥12 處于中位狀態，而電磁換向閥11 處于右位狀態。

圖3 液壓系統圖

3.5 頂起液壓缸由豎直到水平過程

使電磁換向閥12 處于左位，分別在電磁換向閥9、11 的作用下，由輔助缸10 推動頂起液壓缸7，由豎直狀態轉動到水平狀態。此過程運動速度由電磁換向閥9、11 切換可調。

4 結論

(1)采用埋地式的頂起系統擴大了原車的運輸功能，成功解決了150 t 礦渣車卸貨困難的問題，并且埋地式結構緊湊、安全可靠;

(2)合理的液壓系統，成功解決了輔助缸在被動運行過程中的充液功能;

(3)液壓系統采用雙泵供油，使不同的執行機構滿足不同運動特點的要求。系統溢流量小，節能。

(4)采用FD 型平衡閥，使整個系統的運行更加平穩和可靠;

(5)整個液壓系統采用手動控制和PLC 控制兩種方式，操作方便可靠。

［1］黃宏甲，黃誼，王積偉.液壓與氣壓傳動［M］.北京:機械工業出版社，2006.

［2］GB/T786.1-93 液壓氣動圖形符號［S］.

［3］成大先.機械設計手冊［M］.5 版.北京:化學工業出版社，2008:22 -182.

［4］雷天覺.新編液壓工程手冊［M］.北京:北京理工大學出版社，1998:70 -192.