自卸半掛車液壓系統(tǒng)的設(shè)計

徐國坪

摘 要：物料運輸行業(yè)近年來的發(fā)展速度是非常可觀的，自卸車作為物料運輸與裝卸的重要設(shè)施之一，其應(yīng)用范圍也日益廣泛與發(fā)展。但 以往自卸半掛車液壓系統(tǒng)設(shè)計運轉(zhuǎn)存在一定缺陷，導(dǎo)致自卸半掛車在實際使用中頻繁存在運輸效率低下、運輸貨物容易受到污染、以及裝卸料不徹底等問題。在這一背景下，文章設(shè)計一種全新的自卸半掛車，通過對液壓系統(tǒng)關(guān)鍵元件進行優(yōu)化設(shè)計的方式，能夠提高自卸半掛車整體結(jié)構(gòu)的合理性，兼顧操作方便、工作效率高等優(yōu)勢，可以在自卸運輸業(yè)內(nèi)廣泛推廣。

關(guān)鍵詞：自卸半掛車；液壓系統(tǒng)；設(shè)計

中圖分類號：TH137 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）29-0005-02

自卸半掛車是目前建筑施工等工業(yè)領(lǐng)域中廣泛使用的運輸車輛之一，此類運輸車輛在液壓系統(tǒng)的控制下可完成舉升、中停、限位、回位、頂棚開閉等多個功能，具有良好的應(yīng)用價值。且既往工程實踐經(jīng)驗表明，自卸半掛車無論是在作業(yè)效率、運輸效率、還是物料剩余率方面均具有其他運輸車輛所不可比擬的優(yōu)勢。本文即針對此類型自卸半掛車液壓系統(tǒng)的設(shè)計問題展開探討與分析，望能夠確保液壓系統(tǒng)的安全、平穩(wěn)運行。

1 自卸半掛車液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在自卸半掛車的運轉(zhuǎn)過程中，液壓系統(tǒng)是非常重要的模塊之一，其主要作用是使車廂能夠按照設(shè)計角度傾斜舉升，在完成貨物裝卸作業(yè)后自動回落至初始高度，同時也是保證自卸半掛車車廂頂棚正常開閉的重要裝置之一。液壓系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計圖，如圖1所示。

在自卸半掛車需要操作貨物進行傾卸時，操控組合手動換向閥手柄，液壓油經(jīng)過氣控換向閥裝置引入液壓缸體內(nèi)部（A腔），此時受到油壓的推動作用力影響，液壓缸內(nèi)各級油缸缸筒遞次伸出，操作自卸半掛車車廂上升。在自卸半掛車車廂上升至最大行程后轉(zhuǎn)入回落程序，此時需要操作手動換向閥手柄裝置，使油缸A腔內(nèi)的液壓油自動回路，而液壓油由于具有一定壓力，則引入液壓缸體B腔內(nèi)部，通過回拉伸出末級油缸的方式，操作自卸半掛車車廂下降。

2 液壓系統(tǒng)設(shè)計要點

2.1 液壓缸設(shè)計

常規(guī)使用自卸車舉升角角度一般設(shè)計為45.0 °，可用于多種品類物料的裝載作業(yè)，也可以對散裝貨物進行運輸。如糧食、砂石等一類流動性較強的物料來說，其安息角多在38.0 °左右，常規(guī)自卸半掛車安息角多選擇在45.0 °左右，因此可以滿足裝卸要求。但對于濕礦粉、粘性土等粘接性較強的物料而言，安息角相對較大，自卸半掛車通常需要50.0 °～55.0 °左右的舉升角度才能夠?qū)崿F(xiàn)對物料的傾斜。因此，綜合對不同物料裝卸角度的要求，在液壓系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)當考慮將傾卸角控制為55.0 °。

同時，考慮到自卸半掛車在物料舉升初始階段中各個鉸支點所對應(yīng)的靜摩擦力矩均較大，為了避免沖擊，確保自卸半掛車液壓系統(tǒng)的平穩(wěn)、安全運轉(zhuǎn)，在液壓系統(tǒng)的設(shè)計中還應(yīng)當增加力矩比系數(shù)，該系數(shù)建議取值為2.0，即自卸半掛車液壓系統(tǒng)舉升機構(gòu)所提供舉升力矩與舉升阻力比值應(yīng)為2.0。

從自卸半掛車液壓系統(tǒng)運作全程上來看，舉升缸舉升作用力最大值出現(xiàn)在剛剛舉升后，隨著車廂的不斷提高，所承受舉升作用力有一定的下降趨勢。因此，自卸半掛車液壓系統(tǒng)液壓缸最大推力可以按照如下方式進行設(shè)計：

液壓缸最大推力=[力矩比系數(shù)×（載質(zhì)量+車廂質(zhì)量）]/（2×cos油缸安裝角度）；

根據(jù)實際情況計算具體推力取值，然后根據(jù)可供選用的油缸參數(shù)，選擇適宜型號。所選型液壓缸內(nèi)應(yīng)配置限位閥裝置，借助于該裝置實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)舉升最大行程的控制，并支持車廂在回落至車架時速度自動減緩，起到削弱沖擊作用力，提高循環(huán)速度以及抗高壓能力，延長使用壽命的目的。

2.2 液壓泵設(shè)計

在自卸半掛車液壓系統(tǒng)中增加液壓泵會直接增大回油面積以及管道面積，導(dǎo)致自卸半掛車的經(jīng)濟效益降低，且存在材料浪費的問題。因此，為有效節(jié)約材料以及成本開支，建議在液壓系統(tǒng)設(shè)計中采用雙聯(lián)齒輪泵形式。

由于在自卸半掛車液壓系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)過程中，舉升缸所通過油液流量顯著高于馬達部位通過油液流量，且馬達與舉升缸不同步工作，因此液壓泵設(shè)計中泵流量的選擇主要考慮舉升缸通過油液流量即可。當前技術(shù)支持下，液壓系統(tǒng)將車廂舉升至極限角度55.0 °下的時間應(yīng)不超過40.0 s，系統(tǒng)泄露系數(shù)取恒定值為1.1。綜上，液壓泵流量可以按照如下方式計算：

油泵流量=（1.1×油缸工作容積）/40.0 s；

在此基礎(chǔ)之上，考慮到液壓泵在實際運行中的動力來源以牽引車變速箱為主，故可以確定液壓泵額定轉(zhuǎn)速，然后按照如下方式計算液壓泵排量：

液壓泵排量≥1.1×∑油泵流量最大值=油泵流量/液壓泵額定轉(zhuǎn)速；

根據(jù)所計算得到液壓泵排量，即可在不同液壓泵型號中作出合理選擇與設(shè)計。

2.3 氣控換向閥設(shè)計

由于本設(shè)計中該自卸半掛車液壓系統(tǒng)車廂舉升角度大（需達到55.0 °），因此在油缸的選用中采用了末級雙作用油缸的設(shè)計方案，故而還必須在氣控管路中制定相應(yīng)的控制方案。經(jīng)綜合研究，選擇四位四通氣控換向閥，其設(shè)計結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

在自卸半掛車儲氣筒壓縮空氣的作用下，該裝置可操作手動換向閥進行不同位間的組合與控制，實現(xiàn)與各個接口的連接/斷開，根據(jù)實際需求完成氣控換向功能。

本裝置的主要優(yōu)勢是將溢流功能與換向功能綜合起來，圖2中所示氣控換向閥A/B/T/P口均與自卸半掛車油路系統(tǒng)連接，K點則與自卸半掛車手動換向閥氣孔接口連接。在整套裝置實際運行過程中，K口不同進氣組合可以控制壓縮空氣單獨或聯(lián)合氣動活塞運動，根據(jù)運動方式的不同，實現(xiàn)軸向左右側(cè)運動，在閥芯不同路徑的移動下實現(xiàn)閥體內(nèi)不同位油路的聯(lián)通或斷開，從而實現(xiàn)換向功能。

除此以外，本裝置中還設(shè)置有專門的溢流裝置，用以確保系統(tǒng)運轉(zhuǎn)暗轉(zhuǎn)。若壓縮空氣作用力消失，則彈簧復(fù)位裝置可推動閥芯移動至停止點位，實現(xiàn)P/T口的聯(lián)通，在這一動作方案下，自卸半掛車液壓系統(tǒng)液壓泵所輸出液壓油回流至油缸內(nèi)，空循環(huán)且不做功。

3 結(jié) 語

以往自卸半掛車液壓系統(tǒng)設(shè)計運轉(zhuǎn)存在一定缺陷，導(dǎo)致自卸半掛車在實際使用中頻繁存在運輸效率低下、運輸貨物容易受到污染、以及裝卸料不徹底等問題。

為了彌補自卸半掛車液壓系統(tǒng)在設(shè)計方面存在的局限性，本研究中提出了液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵方法，并對液壓缸、液壓泵、以及氣控換向閥等關(guān)鍵元件的設(shè)計要點進行了探討分析，可以通過液壓系統(tǒng)實現(xiàn)自卸半掛車舉升、中停、限位、回位、頂棚開閉等多個功能，具有良好的應(yīng)用價值，并且能夠為各類物料的安全運輸與裝卸提供保障。

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