PC240型液壓抓斗吊液壓抓斗的結(jié)構(gòu)改進

抓斗是一種抓取松散物料的工作裝置，依據(jù)被抓物料的密度p（t/m3），可將抓斗分成輕型（p<1.2t/m3）、中型（p=1.2～2t/m3）、重型（P=2t～2.8/m3）和特重型（p>2.8t/m3）4種。我公司從日本小松公司購進一批PC240型液壓抓斗吊，經(jīng)多年使用后，發(fā)現(xiàn)其配置的ISMG2900型（特重型）液壓抓斗存在許多缺陷，不能滿足廢鋼鐵裝卸作業(yè)需要。經(jīng)本人建議和公司研究，決定對該型液壓抓斗進行結(jié)構(gòu)改進。

1.改進前的結(jié)構(gòu)和工作原理

（1）結(jié)構(gòu)

改進前，ISMG2900型液壓抓斗由上承盤、下承盤、抓斗缸（4個）、抓指（4個）、斗齒（4個）、抓斗缸防護裝置、排管集成塊和液壓油管等組成，如圖1所示。為防止抓斗缸被廢鋼鐵碰撞，每個抓斗缸外側(cè)各設(shè)置1套防護裝置。改進前液壓抓斗的技術(shù)參數(shù)如表1所示。

該液壓抓斗主要有抓指抓取、抓指釋放、自由旋轉(zhuǎn)等功能。指抓上設(shè)有與下承盤、抓斗缸活塞桿連接的軸孔，主機上的液壓系統(tǒng)驅(qū)動抓斗缸活塞桿伸縮，即可實現(xiàn)抓指的閉合與開啟。

（2）工作原理

JSMG2900型液壓抓斗工作原理如圖2所示。主機上的液壓總泵由1個變量柱塞泵1和1個伺服泵2組成。變量柱塞泵1工作壓力在22～36MPa之間（壓力隨抓斗負荷變化），伺服泵2工作壓力在12～16MPa之間。

當操作人員將安全手柄14放下時，其行程工作電路觸點是閉合狀態(tài)，電腦指令伺服電磁安全閥18打開，伺服電磁安全閥18處于通油狀態(tài)。

當操作人員將控制抓斗動作的操縱手柄按下時，伺服壓力閥3打開，由伺服泵2輸出的壓力油進入緩沖閥5，使液控換向閥4左側(cè)或右側(cè)電磁閥得電，推動液控換向閥4閥芯向左側(cè)（或右側(cè)）位移，將變量柱塞泵1油路打開。變量柱塞泵1輸出的壓力油經(jīng)過液控換向閥4、液控單向閥6（或7）和可調(diào)單向節(jié)流閥12（或13）后，進入抓斗缸8有桿腔（或無桿腔），實現(xiàn)抓斗缸活塞桿伸（或縮）及抓指的往復(fù)運動。

液控單向閥（6、7）是雙向液壓鎖，在變量柱塞泵1不轉(zhuǎn)動時，抓斗缸8有桿腔與無桿腔中的油液被鎖止，以確保活塞桿無動作。可調(diào)單向節(jié)流閥12和13的作用是防止抓指的快速閉合與張開。變量柱塞泵1液控安全閥17的作用是調(diào)節(jié)主回路油壓，伺服回路中液控安全閥17的作用是調(diào)節(jié)伺服回路的油壓。當主油路或伺服油路壓力過高時，一部分油液分別通過主油路或伺服油路中的液控安全閥17流回油箱。

2.改進前存在的缺陷

改進前JSMG2900型液壓抓斗結(jié)構(gòu)緊湊，重心低，抓取性能較好。但存在以下4個缺陷：

一是抓斗缸擺動角度過大。抓斗缸啟閉時，抓斗缸擺動角度與垂直線成30°～90°，造成抓斗油管隨之擺動，導(dǎo)致抓斗油管及油管接頭極易被拉壞。其主要原因是液壓抓斗中心支架上承盤與下承盤之間的距離過短（600mm），抓斗缸活塞桿與抓指連接的銷軸中心與液壓抓斗支架中心垂直線之間距離太遠（2400mm）。

二是抓斗缸油封磨損較大。抓斗開啟后，由于抓斗缸與垂直線的夾角過大，造成抓斗缸工作時產(chǎn)生較大擺動。此擺動使活塞桿除受徑向力外，還承受較大的斜向力，由此導(dǎo)致其油封磨損較快。

三是抓斗缸缸筒及活塞桿易被碰壞。抓斗缸與抓指連接位置距離抓指根部較遠，造成抓斗抓取廢鋼鐵時，抓斗缸基本處于水平位置，與被抓取物距離很近，經(jīng)常發(fā)生抓斗缸被廢鋼鐵撞擊問題，導(dǎo)致缸筒及活塞桿損壞。

四是沒有控制抓斗旋轉(zhuǎn)功能。抓斗是非受控的自由旋轉(zhuǎn)，不能控制抓斗做旋轉(zhuǎn)動作，不能選擇抓指位置。裝車作業(yè)中若遇到形狀不規(guī)則的大件廢鋼鐵，容易導(dǎo)致其撒落在車廂外側(cè)，影響裝車效率。

3.改進方案

（1）機械結(jié)構(gòu)

改進后，抓斗指由4個增加到5個。液壓抓斗的5個抓斗缸底座通過銷軸均布在上承盤上；抓指為弧形箱型結(jié)構(gòu)，內(nèi)置若干加強隔板，5個抓指中部均設(shè)置抓斗缸活塞桿銷軸座和抓斗最大開度限位板；抓指下端配裝耐磨斗齒；曲面板外緣加焊水平加強筋。改進后液壓抓斗外部結(jié)構(gòu)如圖3所示，改進前、后液壓抓斗機械結(jié)構(gòu)各項數(shù)據(jù)對比如表2所不。

（2）液壓系統(tǒng)

改進后的液壓抓斗增設(shè)了回轉(zhuǎn)馬達。增設(shè)回轉(zhuǎn)馬達后，解決了液壓抓斗旋轉(zhuǎn)動作不能控制的問題。改進后的抓斗缸，其活塞直徑由80mm改為70mm，活塞桿直徑由45mm改為50mm，活塞桿行程由340mm改為250mm。改進后液壓抓斗回轉(zhuǎn)液壓回路工作原理如圖4所示。

液壓抓斗回轉(zhuǎn)工作原理如下：24V直流電通過保險絲8接入安全手柄15后，抓斗回轉(zhuǎn)開關(guān)6得電。抓斗回轉(zhuǎn)開關(guān)6內(nèi)部發(fā)光二極管同時也得電并發(fā)光，指示抓斗回轉(zhuǎn)開關(guān)開始工作。抓斗回轉(zhuǎn)開關(guān)6向繼電器13供電，繼電器13內(nèi)部線圈得電產(chǎn)生磁場，其觸點吸合，電流通過保險絲8輸送給操縱手柄14。操縱手柄14上有控制抓斗正、反轉(zhuǎn)的2個按鈕開關(guān)S5L和S5R，此時電流輸送給按鈕開關(guān)S5L和S5R的共用供電路。

當按下按鈕開關(guān)S5L時，通過保險絲8的電流供給電磁閥5，使電磁換向閥換向。此時回轉(zhuǎn)泵2輸出的壓力油（10MPa）供給抓斗回轉(zhuǎn)馬達10，抓斗開始順時針旋轉(zhuǎn)（回轉(zhuǎn)馬達最大回轉(zhuǎn)速度為30r/min）。當松開按鈕開關(guān)S5L時，電磁閥5失電，此時回轉(zhuǎn)泵2輸出的壓力油通過溢流閥9回到液壓油箱1。

當按下按鈕開關(guān)S5R時，保險絲8的電流供給電磁閥4，使電磁換向閥換向。此時回轉(zhuǎn)泵2輸出的壓力油供給抓斗回轉(zhuǎn)馬達10，抓斗開始逆時針旋轉(zhuǎn)。當松開S5R時，電磁閥4失電，此時回轉(zhuǎn)泵2輸出的壓力油通過溢流閥9回到液壓油箱1。

當回轉(zhuǎn)泵2至電磁閥4、5這段油路的壓力過大（>10MPa）時，溢流閥9打開，一部分油液流回油箱。當電磁閥4、5至回轉(zhuǎn)馬達10油路壓力過大時，緩沖閥11彈簧被壓縮，一部分油液流到液壓回路，以保證回轉(zhuǎn)馬達10的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)、使用壽命延長。

液壓總泵采用變量柱塞泵，能保證抓取速度和抓力自動適應(yīng)。當外負荷大時，可以自動降低速度，增加抓取力；當外負荷變小時，又可自動增加作業(yè)速度，提高生產(chǎn)率。變量柱塞泵能經(jīng)常處于滿負荷工作狀態(tài)，可滿足抓斗各項指標要求。

改進后的JSMG2900型液壓抓斗經(jīng)過一段時間使用后，我們對其進行了綜合評價。評價結(jié)果表明，改進后的液壓抓斗的結(jié)構(gòu)得到了優(yōu)化，滿足了作業(yè)需求，提高了完好率和工作效率，降低了故障率和維修成本，取得了預(yù)期效果。

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