破碎錘獨立抽油冷卻系統的研究*

曾獻勇 ， 何文德 ，陳 昱 ，鄒修敏 ，孫菜蘭 ，劉 惺

（1.四川化工職業技術學院機械工程學院，四川 瀘州 646300；2.西華大學航空航天學院，四川 成都 610039；3.四川邦立重機有限責任公司，四川 瀘州 646000）

在礦產開采與建筑拆卸作業中，一種行之有效的挖掘與破碎作業工具是沖擊破碎錘機械。破碎錘[1-2]的破碎鋼鑿產生高頻往復沖擊運動，可以將大塊或整體堅硬物體快速變成可以移動小塊物體。典型的破碎錘機械根據作業場合要求制成不同規格的機器，大型破碎錘需要安裝在工程車輛上（如長臂挖掘機）或專用機械上進行工作，破碎機械如圖1 所示?；y高頻的換向實現活塞的高頻振動，通過滑閥流出油缸T口的液壓油也存在高頻的脈動。為了避免管路壓力異常波動導致對液壓元器件造成損傷，通常在破碎錘進油通道和回油通道中增加管路溢流閥?；赜屯ǖ乐械墓苈芬缌鏖y可以增強液壓油的剛度，削弱回油液壓系統的震蕩[3]，對下游液壓系統中的元器件起到保護作用，防止出現液壓軟管爆裂、散熱器漏油等現象。破碎錘回油管路上較高的溢流壓力，使液壓系統發熱[4-10]嚴重；液壓油高頻震蕩會大幅縮短散熱器使用壽命；液壓油中的鐵屑等雜質也極易刮傷液壓元器件工作表面。為此，課題組提出了一種破碎錘獨立抽油冷卻系統，可降低系統發熱量，提高系統清潔度，并大幅延長散熱器的使用壽命。

圖1 破碎機械

1 破碎錘的組成及工作原理

破碎錘的工作原理是應用液壓系統控制鋼鑿高頻往復直線運動，鋼鑿打擊產生的沖擊振動使物體產生開裂，其工作效率在于鋼鑿沖擊物體的動能大小，動能越大越容易破壞物體，從而使被沖擊物能快速開裂和分離。破碎錘主要由滑閥、液壓缸、打擊次數調節閥、活塞、鋼鑿組成，如圖2所示。

圖2 破碎錘組成結構

圖2 中的滑閥與活塞聯動實現活塞桿在液壓油缸中做往復運動，當活塞位于工作下死點時，油缸進油口P通過滑閥最下端的工作位使破碎錘活塞缸進口處的液壓油與活塞下部連通，隨著液壓缸內活塞桿下端壓力升高，活塞上移壓縮氮氣；當活塞移動到上極限位置時，活塞的反向腔高壓溝通滑閥上部，油缸進油口P 向蓄能器儲存液壓能，直到滑閥上部承壓面承受高壓大于下部承壓面，滑閥開始下降，直到滑閥位于下極限位置時，活塞上部承壓面壓力大于下部承壓面使活塞下降。在液壓油缸P 口、儲能器、氮氣缸的共同作用下，活塞桿下移伸出打擊鋼鑿，直到活塞桿位于下極限位置，滑閥位于上死點溝通滑閥下部高壓。破碎錘油缸活塞在滑閥的控制下按照上述流程循環運動工作，實現鋼鑿的高頻往復沖擊。為了減弱滑閥高頻換向對回油系統高頻震蕩的影響，回油管路上設置較高的回油背壓力，造成了系統發熱嚴重；未經回油背壓溢流閥完全消除的壓力脈動造成散熱器疲勞損壞；系統中的雜質對液壓元器件[11]工作表面造成損壞等問題。傳統破碎錘液壓系統原理圖如圖3所示。

圖3 傳統破碎錘液壓系統原理圖

2 獨立抽油冷卻系統的研究

2.1 獨立抽油冷卻液壓系統的組成

為了提高散熱系統的散熱能力，并延長液壓油散熱器等液壓元器件的使用壽命，課題組提出了一種獨立抽煙冷卻方案，將液壓油箱分為獨立的集油區和吸油區，集油區內設置磁棒和擾流板；主機及工作裝置液壓系統的所有回油回到液壓油箱集油區；獨立冷卻液壓泵從集油區抽取液壓油進入液壓油散熱器冷卻后，再流回液壓油箱吸油區，其液壓原理圖如圖4 所示。此冷卻系統由液壓油箱集油區1、回油濾2、吸油區3、空氣濾清器4、溫度傳感器5、冷卻泵6、抽油泵7、主泵8、風扇控制塊9、冷卻馬達10、冷卻風扇11、液壓油散熱器12、多路閥13、破碎錘進油口溢流閥14、破碎錘15、破碎錘出油口溢流閥16 和先導手柄17組成。

圖4 破碎錘獨立抽油冷卻液壓系統原理圖

2.2 獨立抽油冷卻液壓系統的工作原理

在先導手柄17 的作用下，破碎錘液壓系統中的主閥閥芯換向，主泵8 泵出的液壓油經多路閥13 進入破碎錘P 口，破碎錘回油側T 的液壓油進入多路閥T口直接回到液壓油箱集油區；抽油泵7 將集油區內沉淀過后的液壓油泵入液壓油散熱器12 冷卻后流經回油濾進入液壓油箱吸油區；冷卻泵6 從吸油區泵入液壓油，經風扇控制塊進行流量分配后進入冷卻馬達，驅動風扇轉動為液壓油散熱。

2.3 獨立抽油冷卻液壓系統的優勢

2.3.1 延長散熱器使用壽命

破碎錘進、出油口溢流閥安裝于破碎錘與多路閥之間，其作用在于設定破碎錘系統的回油背壓，使液壓系統具有較高的剛度，防止回油管路系統震蕩，破碎錘的回油背壓通常設置在2.5 MPa 左右。破碎錘滑閥高頻換向造成回油系統高頻震蕩，使液壓油散熱器在周期性交變力的作用下疲勞損壞。采用獨立抽油冷卻系統可使多路閥回油不經過液壓油散熱器而直接回到液壓油箱集油區，避免液壓油散熱器損壞，延長其使用壽命。液壓油箱因板材較厚且焊縫較大，回油震蕩對其不造成影響。

2.3.2 提高系統清潔度及回油濾使用壽命

液壓油箱集油區安裝的磁棒可以吸附液壓系統回油中的鐵屑，避免鐵屑對液壓元器件工作面造成損傷。集油區內安裝破泡板、擾流板等，使主液壓系統的回油在集油區的作用下不再具有沖擊脈動，且使液壓系統中的鐵屑、油泥等進行沉淀，沉積于集油區底部。抽油泵從集油區抽取液壓油進入液壓油散熱器冷卻后經回油濾進入液壓油箱的吸油區，有效避免了沖擊、振動、雜質等對液壓油散熱器、回油濾芯等液壓元器件的損壞。

2.3.3 散熱器冷卻功率智能可控

冷卻泵為冷卻馬達提供動力油，對冷卻風扇的轉速進行控制，使通過散熱器的風量發生變化，實現對液壓油散熱器散熱功率的控制。為了對風扇轉速進行智能控制，風扇控制塊9 中的比例溢流閥9-1 的設定壓力可以根據溫度傳感器5 采集到的吸油口液壓油溫進行比例控制，實現風扇轉速的比例控制；風扇控制塊9 中的三位四通電磁閥9-3 可實現風扇的正反轉控制，完成對散熱器的反轉除塵自清潔工作。

2.3.4 系統簡單改造成本低

此系統只用增加風扇控制塊9、抽油泵7 及部分管路，對改造空間要求不大，成本低廉，易于實施。

3 試驗與結果

優化后的破碎錘抽油冷卻系統在四川邦立重機有限責任公司CEDP260-7 破碎機上進行2 000 h 的工業性試驗，試驗結果表明：無液壓系統高溫報警，無散熱器、回油濾損壞記錄，滿足基于整機參數要求編制的專項試驗規范與試驗要求。

4 結論

破碎錘獨立抽油冷卻系統可以延長液壓油散熱器使用壽命，提高液壓系統清潔度，增加回油濾芯及液壓元器件的使用壽命；散熱器冷卻功率智能可控，可防止液壓系統過熱；成本低廉，改 造簡單，管路易于安裝布置，可靠性高。因此，破碎錘獨立抽油冷卻系統已經在四川邦立重機有限責任公司的破碎設備上推廣運用。