5t移動式無軌加料車的研究與設計

張 旭，劉旭明，錢寶旭，趙曉峰

（蘭州蘭石能源裝備工程研究院，甘肅 蘭州730000）

5t移動式無軌加料車是大型冶煉設備所需輔助設備，可有效改善勞動作業條件環境，提高生產效率。目前我國很多冶煉企業依然采用天車吊鉗等輔助設備輸送冶煉物料。物料運轉時間長，生產效率低。為了提高生產效率和輸送物料的靈動性，無軌裝出料機作為主要的輔助設備越來越多的運用于冶煉生產中，也越來越多受到一些生產大型冶煉設備廠家的重視。

目前國內主要生產無軌移動式加料車的企業基本為空白，大多數為小噸位叉車改裝和推料方式加料。由于全液壓控制的無軌移動式加料車技術含量高，造價成本高，其技術為國外少數公司壟斷，在國內百分之九十是進口產品，具有自主知識產權的無軌移動式加料車處于空白狀態，所以很多國內廠家越來越重視對全液壓控制無軌移動式加料車開發研制。加之目前國內銅冶煉項目比較多，加料設備大多數為進口設備，成本昂貴，國產設備替代進口設備已成為未來的必然趨勢。

1 結構及主要技術參數

1.1 結構組成

如圖1所示，5t移動式無軌加料車結構組成主要有9部分組成。

圖1 5t移動式無軌加料車

5t移動式無軌加料車料斗有鏟式、箱式、叉式等多種，可滿足多種工況的生產需求。并且依靠鎖銷快插式結構（如圖2所示）實現料斗與鉗桿的快換，極大程度的縮減了加料等輔助工序的時間。四連桿機構與機架連接，依靠兩組油缸使得鉗桿在限定的軌跡范圍內，完成鉗桿平升、平降、上傾、下傾。液壓馬達配合內齒回轉支撐驅動鉗桿做360°正反旋轉完成卸料動作。

圖2 鉗桿結構示意圖

整車車體為剛性的、箱形焊接結構，剛性好，抗震性能強。制動執行件鼓式制動器安裝在前輪上，驅動和轉向都作用在后輪上。為使駕駛員能夠有安全舒適的操作環境，無軌裝出料機駕駛室配置有空調裝置，同時駕駛室玻璃全部采用耐高溫鋼化玻璃，可以在惡劣高溫環境下連續工作。

1.2 主要動作

5t移動式無軌加料車主要動作有：①料斗旋轉；②鉗桿平行升降；③鉗桿上下傾斜；④鎖銷鎖緊松開；⑤行走；⑥轉向等六大動作。5t移動式無軌加料車所有動作為全液壓控制，其動力源為柴油發動機帶動泵作用。其中鉗桿的平行升降、鉗桿的上下傾斜、鎖銷鎖緊松開都由泵控制液壓油缸作用完成；行走、轉向、料斗旋轉由泵控制液壓馬達作用來實現，行走采用閉式液壓回路。

1.3 主要技術參數（表1）

表1 主要技術參數

2 設計原理

無軌裝出料機驅動行走采用雙變量大扭矩低轉速馬達，可無級調速，設計腳踏板控制速度，完全符合駕駛車輛的習慣。轉向采用液壓助力，差速驅動，轉彎半徑小，機動性強。剎車制動采用大扭矩鼓式制動器，大扭矩鼓式制動器工作壓力低，制動扭矩大，剎車制動安全可靠。能夠實現物料的快速運轉。

2.1 行走驅動系統

工作原理如圖3所示。

圖3 工作原理圖

行走驅動系統采用液壓閉式回路：該回路相比開式回路具有如下特點：閉式系統的壓力損失小，換向沖擊小，效率高。工作相對平穩，液壓所用油量少，（油箱小）但液壓油溫略高，需設置強制冷卻系統。開式系統壓力損失大，沖擊力大，工作噪聲大，容易造成液壓油污染。

此閉式回路主要由動力源（閉式泵）、安全閥 、補油泵 、沖洗閥和執行元件構成。由柴油發動機驅動軸向柱塞泵，軸向柱塞泵作用于液壓馬達進而驅動后輪，從而實現對整車的驅動。速度調節通過一個帶有負荷限制調節器的自動控制系統來實現，此系統的變量泵通過一個由腳踏板控制的液壓缸調節。計算依據為：

（1）移動式無軌加料車動力矩M起用來克服車輪滾動時的摩擦力矩M摩和整車起動時的慣性力矩M慣。

式中：M起——總的驅動力矩；

M摩——輪胎跟工作面的摩擦力矩；

M慣——整車起動時的慣性力矩。

（2）車輪滾動時的摩擦力矩M摩

式中：K——車輪與地面之間的摩擦系數；

β——考慮為阻力矩系數；

μ——車輪軸承處的摩擦系數；

r——車輪軸半徑；

G總——為車體與最大料的總重。

（3）慣性力矩M慣包括兩部分：傳動機構旋轉零件的慣性力矩M慣1及車體作直線加速運動時的慣性力矩M慣2。

因M慣1可以忽略不計，故

2.2 無軌裝出料機轉向系統

工作原理如圖4所示。

圖4 工作原理圖

5t移動式無軌加料車轉向系統為負載敏感全液壓轉向系統。該系統由泵、優先閥、負載敏感轉向器、轉向溢流閥、系統溢流閥組成。采用液壓助力，馬達連接減速機帶動小齒輪，小齒輪帶動回轉支承，差速驅動，前輪配置大扭矩鼓式制動器剎車制動，后輪轉向，轉向時可繞一前輪做最小轉彎，所以轉彎半徑小，機動性強。

無軌裝出料機轉向的控制由一個轉向柱上的手柄完成。矯正后速度與驅動輪壓力是恒定的，采用液壓助力，馬達連接減速機帶動小齒輪，小齒輪帶動回轉支承，差速驅動，前輪配置大扭矩鼓式制動器剎車制動，后輪轉向。轉向部分計算依據為：

由公式（1）、（2）得出所需實際的M值。式中：G——無軌裝出料機轉向輪負載；

F——轉向牽引力；

U——摩擦系數；

M——無軌裝出料機所需轉向力為轉向輪克服正壓力對地面摩檫力所這些要的力矩。

行走過程中轉向時，轉向輪是可以滾動的，所以所需轉向實際力矩小于理論計算M值。未行走轉向時，形成兩后輪相互反方向轉動，可使兩輪處于浮動狀態。所以所需轉向實際力矩遠遠小于理論計算M值。

2.3 剎車系統

工作原理如圖5所示。

圖5 工作原理圖

無軌裝出料機剎車系統由負載敏感泵供液。剎車控制閥分為兩種狀態。在一級剎車狀態下，機體并未強制剎車，而是通過剎車閥，切換系統驅動泵，使其空轉，停止為行走馬達供油。繼續踩剎車才進入強制剎車狀態，液壓油經過剎車閥進入鼓式制動器，鼓式制動器剎車片膨脹，抱死輪軸，實現剎車。為保證剎車的安全性，在剎車回路上安裝了賀德克蓄能器進行保壓。制動主要用于克服慣性力做功。剎車部分計算依據為：

由公式（3）、（4）、（5）得出所需實際的 M 值。

式中：M制——所需制動力矩；

M慣——整車慣性力矩；

F——整車制動力；

A——加速度。

3 設計特點

5t移動式無軌加料車由大功率柴油機驅動,根據工作要求設計有多種動作機能，在惡劣的工作環境下可安全可靠的實現各種動作；后輪由液壓馬達驅動，具有較小的回轉半徑，采用的是低轉速大扭距液壓馬達，可無級調速；選用實心橡膠輪胎；液壓伺服系統，控制剎車制動和行走轉向；所有動作由比例閥控制，結構合理，便于維護；液壓傳動裝置的各元件之間僅靠管路連接，結構緊湊，安全。與機械傳動相比，液壓傳動動態響應好，工作平穩，安全，且易實現自動控制等特點。其缺點是液壓控制系統維護不當易泄露。

4 結論

5t移動式無軌加料車能夠適應惡劣的工作環境，依靠轉彎半徑小，機動性強，上下料便捷，大程度的縮短了冶煉輔助工序所需的時間，提高生產效率。

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