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第5章 液壓舉傾系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第5章 液壓舉傾系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5．1 概述 工作裝置的結(jié)構(gòu)和性能直接影響運(yùn)輸車輛的性能參數(shù)，尤其是對(duì)于礦山運(yùn)輸?shù)拇笮偷V用自卸車，舉傾裝置的合理性直接影響整機(jī)的生產(chǎn)效率、工作負(fù)荷、動(dòng)力特性、工作循環(huán)時(shí)間等。 液壓舉傾機(jī)構(gòu)按照液壓缸布置形式的不同可分為前傾式、后傾式和后拉式三種。前傾式機(jī)構(gòu)液壓缸前傾，作用力臂較長(zhǎng)，舉傾缸推理可小些，故液壓缸徑較小，因臂的懸臂長(zhǎng)度較短，對(duì)臂受力有利，但它有液壓缸行程較長(zhǎng)，臂下方空間較小的缺點(diǎn)，一般用一個(gè)液壓缸，也可用兩個(gè)并聯(lián)液壓缸。后傾式因液壓缸后傾布置，作用力臂較短，缸徑粗，但行程較短，臂架受力較差，但臂前方空間較大，后傾式一般用雙缸驅(qū)動(dòng)。后拉式液壓缸置于臂的后方，臂向上升時(shí)一缸的有桿腔來(lái)驅(qū)動(dòng)的，活塞桿受力較好，而且前方有效空間較大，但液壓缸較粗，只適用于較小的機(jī)械上。 大型自卸車舉傾系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求： 1．角度要求：滿足在舉傾時(shí)卸料的要求，達(dá)到所要求的卸載高度和卸載距離。 2．運(yùn)動(dòng)要求：舉傾裝置要運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，油缸活塞行程要合理。 3．時(shí)間要求：舉傾時(shí)間要求合理，不能太大，一般取20秒以內(nèi)，以提高礦山運(yùn)輸效率。 4．要有限速措施，以防止重力超速現(xiàn)象。 5．2 舉傾系統(tǒng)的限速措施 舉傾機(jī)構(gòu)在工作裝置作業(yè)時(shí)其液壓缸處于閉鎖狀態(tài)，受負(fù)載較大，要求不能無(wú)控制自動(dòng)縮回，尤其對(duì)于重型運(yùn)輸機(jī)械，舉傾機(jī)構(gòu)回落時(shí)，因車廂的重力作用，會(huì)產(chǎn)生重力超速現(xiàn)象，需有限速措施。一般有以下三種方法來(lái)防止重力超速： 1．靠換向閥節(jié)流 這種方法是利用換向閥處于小開度時(shí)，使缸無(wú)桿腔排油流量，在通過(guò)閥口處產(chǎn)生足夠節(jié)流壓力，使重物勻速下降，防止重力超速現(xiàn)象發(fā)生。這種方法簡(jiǎn)單，無(wú)須附加其它措施，但對(duì)司機(jī)要求較高，稍有疏忽則可能造成事故。換向閥處于中位，因閥有泄露，無(wú)長(zhǎng)期鎖緊作用，僅適用于小型或?qū)︽i緊和下降速度穩(wěn)定性要求不嚴(yán)格的舉傾機(jī)構(gòu)。 2．使用單向節(jié)流閥 圖5.1表示這種液壓回路。換向閥Ⅰ位工作時(shí)，高壓油經(jīng)單向閥1無(wú)阻地進(jìn)入缸2的無(wú)桿腔，推動(dòng)臂向上舉升。下降時(shí)，換向閥Ⅱ位工作，向缸2的有桿腔供高壓油，因重力的作用，使臂有超速下降的趨勢(shì)，但此時(shí)缸無(wú)桿腔回油受單向閥所阻，只能經(jīng)節(jié)流閥3流回油箱，產(chǎn)生節(jié)流壓力以平衡重力的作用，只要回油路能產(chǎn)生足夠的背壓，就能防止重力超速現(xiàn)象發(fā)生。 這種限速方法比較簡(jiǎn)單，但下降速度隨載荷大小變化，載荷大，下降速度快，載荷小下降速度慢。靜止作業(yè)時(shí)因換向閥滲漏，不能保證長(zhǎng)時(shí)間鎖緊定位，僅適用于鎖緊和限速要求不嚴(yán)的場(chǎng)合。 3．使用平衡閥（限速閥） Ⅱ Ⅰ 圖5.1使用單向節(jié)流閥的限速回路 使用平衡閥的液壓回路，可克服單向節(jié)流閥回路下降速度受載荷大小影響的弊病，它可使下降速度不受載荷變化的影響，限速穩(wěn)定。圖5.2表示這種液壓回路，圖5.2 a是符號(hào)圖，b、c是平衡閥工作原理結(jié)構(gòu)圖。 2 3 2 3 Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ a b c 圖5.2 使用平衡閥的限速回路 當(dāng)換向閥Ⅰ位（圖5.2 b）工作時(shí)，高壓油經(jīng)平衡閥A口后，頂開單向閥3進(jìn)入缸無(wú)桿腔，使活塞桿伸出，驅(qū)動(dòng)臂向上，有桿腔油液經(jīng)換向閥回油箱。換向閥Ⅱ位（圖5.2 c）工作時(shí)，高壓油直接進(jìn)入有桿腔，使臂下降，無(wú)桿腔已不能經(jīng)單向閥回油，而要經(jīng)平衡閥芯1回油，此時(shí)，高壓油經(jīng)C孔推動(dòng)導(dǎo)控活塞2右移，頂開閥芯1的通道，使缸無(wú)桿腔順利回油，并在回油路上形成足夠背壓來(lái)平衡重力負(fù)載，防止超速現(xiàn)象的發(fā)生。若背壓不足，發(fā)生超速時(shí)，泵壓力隨即下降，導(dǎo)控活塞2的推力減小，閥芯1在彈簧作用下左移，把回油口關(guān)小，使節(jié)流效果增加，背壓也隨之增加，進(jìn)一步防止超速現(xiàn)象。使用平衡閥的限速方法，下降速度穩(wěn)定，而且不受外載荷變換影響，具有長(zhǎng)期鎖緊作用，多用于要求較高的場(chǎng)合。 大型礦用自卸車不要求長(zhǎng)時(shí)間鎖緊定位，對(duì)鎖緊和限速要求不太嚴(yán)，選使用單向節(jié)流閥的限速措施。 5．3 液壓舉傾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知車輛的最大載重為108t，車廂重量為19t，舉升時(shí)間為20 s，舉升系統(tǒng)壓力≤ 25MPa，。最大舉升角要求能卸掉全部物料，可以根據(jù)物料的安息角來(lái)選取，表5.1為部分物料的安息角： 表5.1 部分物料的安息角 物料名稱 煤 鐵礦 細(xì)砂 生石灰 碎塊 粘土 熟石灰 安息角（°） 27～50 40～50 30～35 40～50 45 30～50 40～45 108t礦用自卸車用于礦山運(yùn)輸，由表5.1可以看出，一般物料的安息角都不超過(guò)50°，取最大舉傾角為45°。 5.3.1 傾卸油缸行程及內(nèi)徑的計(jì)算 舉傾機(jī)構(gòu)采用雙缸后傾式卸載，其示意圖如圖5.3所示。圖中A點(diǎn)是傾卸油缸與后車架的鉸點(diǎn)，O點(diǎn)是車廂與車架鉸點(diǎn)，E點(diǎn)為油缸與料斗的鉸接點(diǎn)，F(xiàn)為舉傾到位后E點(diǎn)的位置。 已知：AE = 1962 mm，AO = 3960 mm，OE = 2790 mm，∠EOF = 45°，則 達(dá)到極限位置時(shí)： 圖5.3舉傾示意圖 mm 則液壓缸的行程S = AF-AE =4097-1962=2135 mm 實(shí)際行程取S=2160 mm。 舉傾油缸所需的總推力為： （5-1） 式中：—車輛滿載時(shí)的車廂重量 —滿載時(shí)車廂重心距車廂與車架鉸接點(diǎn)的距離 —舉傾油缸作用力距翻傾鉸接點(diǎn)的力臂 油缸內(nèi)徑為： （5-2） 式中：—單個(gè)油缸的推力 —系統(tǒng)壓力 由圖5.3可以求出油缸作用力距翻傾鉸接點(diǎn)的力臂： 故 mm 由車廂參數(shù)求得滿載時(shí)車廂重心距鉸接點(diǎn)O的距離為=2340 mm，車輛滿載時(shí)的車廂總重為 N 將已算得的各參數(shù)代入式（5-1）可得舉傾油缸所需的總推力為： N 則單個(gè)油缸推力： N 取舉升系統(tǒng)的壓力為=20MPa，則由式（5-2），舉傾液壓缸內(nèi)徑： m 考慮到不利舉傾狀況，可能更大，同時(shí)使車輛具備足夠的舉升儲(chǔ)備能力，參考同類設(shè)計(jì)，選取舉傾液壓缸內(nèi)徑=240 mm。采用三級(jí)液壓缸，由于在舉傾時(shí)受力逐漸減少，其具體參數(shù)為：第一級(jí)＝240mm，行程=720mm；第二級(jí)＝220mm，行程=720mm；第一級(jí)＝200mm，行程=720mm。 5.3.2 傾卸油缸容積及油泵的計(jì)算 舉升和返回時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響整機(jī)性能和勞動(dòng)生產(chǎn)率，時(shí)間太長(zhǎng)，生產(chǎn)率下降，時(shí)間太短，泵排量增大，傾卸時(shí)動(dòng)載荷過(guò)大，系統(tǒng)容易超載和發(fā)熱。因此，舉升和返回時(shí)間要選得適中，對(duì)大型礦用自卸車，選取舉升時(shí)間為。 油缸容積： （5-3） 油泵的流量： （5-4） 式中：—油泵的容積效率，取0.9 將各參數(shù)代入式（5-3）及（5-4）求得舉傾液壓缸容積和液壓泵的流量： L L/min 故油泵的排量： ml/r 5．4 擬定液壓舉傾系統(tǒng)工作原理圖 舉升液壓系統(tǒng)工作原理圖如圖5.4所示。液壓系統(tǒng)主要由油泵1、舉升分配閥2、下降速度控制閥3、舉升速度控制閥4和舉升液壓缸5組成。舉升分配閥是四位四通滑閥式換向器，有四個(gè)工作位置，分別為：舉升位、保持位、迫降位和浮動(dòng)位。工作油泵從油箱吸油，將輸出的油直接供給舉升分配閥2，回油通過(guò)串聯(lián)在油路上的回油濾清器流回油箱。當(dāng)料斗卸載時(shí)，油液經(jīng)舉升分配閥2的舉升位和舉升速度控制閥4進(jìn)入油缸，產(chǎn)生足夠大的壓力使料斗卸載，當(dāng)料斗回位時(shí)，舉升分配閥處于迫降位，利用車廂的自重使其下降，下降速度由下降速度控制閥3決定。自卸車在運(yùn)行中將舉升分配閥處于浮動(dòng)位，可避免液壓回路經(jīng)常處于高壓狀態(tài)，使油泵卸荷，減少液壓系統(tǒng)的功率消耗，延長(zhǎng)液壓元件的使用壽命。舉升分配閥內(nèi)置溢流閥，保證系統(tǒng)壓力，當(dāng)壓力超過(guò)系統(tǒng)壓力時(shí)，油液經(jīng)其直接回油箱。 圖5.4 舉升液壓系統(tǒng)工作原理圖 第 39 頁(yè) 共 59 頁(yè)