150 t 矿渣车翻转机液压系统

李现友，尹宁

(1.包头职业技术学院 机械工程系，内蒙古包头 014030;2.北京科技大学冶金工程研究院，北京 100083;3.包钢集团设计研究院(有限公司)暖通动力科，内蒙古包头 014010)

150 t 矿渣车是以加拿大进口的液压动力可升降平板车为基础配以相适应的非标支架及车斗，以实现对高温炉渣的运输。标准车不带有自卸装置，货物到达卸货点后由于载货质量极大且矿渣温度较高，将矿渣倾倒到指定地点成为很大的困难。由于车辆本身的结构比较紧凑并且考虑到所运输物质温度较高、质量大，经过多方面考虑，将车斗翻转机构安装到车辆本身上是不可行的。根据现场应用特点研制一种将翻转装置固定到地平面以下的翻转机构，结合机构的动作过程详细介绍其液压系统的设计思路。

1 翻转机的工作原理

液压动力可升降平板车载有车斗支架，车斗通过铰接固定在支架上。其车的承载平板可以在0～300 mm 内上下浮动，且可以停留在任何位置。其车底盘离地高度最低处为260 mm。

平板车在到达指定位置之前，翻转机系统埋在地平面以下。图1 所示的是整车运行原理及埋地翻转机初始状态。

图1 翻转机初始状态

平板车到达指定位置后，整个平板在车载液压系统的控制下慢慢下降。车斗支架随之下降，车斗支架的定位孔进入预埋地锚中。车斗在进入地锚的过程中，经历粗定位和精定位两个过程，定位完成后，由锁紧液压缸带动销轴对车斗支架进行锁紧。此时平板车与车斗支架脱离，平板车此时不受力，随后慢慢从支架底部退出。工作过程参考图2 所示翻转机工作示意图。然后由辅助液压缸将顶起缸逆时针旋转，待顶起液压缸与地面成90°角时，接近快关发讯，顶起液压缸开始工作，辅助液压缸处于自由状态。顶起液压缸的顶爪与车斗底面的被顶装置链接，被顶装置带动整个车斗底面使车斗进行翻转。当车斗翻转到最大限定角50°时，接近开关发讯。顶起液压缸停止伸出，完成车斗的翻转。翻转的过程矿渣从车斗中倾倒到指定地点。矿渣倾倒完毕后，车斗靠自重回到水平位置，完成一次翻转过程。

图2 翻转机工作示意图

2 性能要求及主要参数确定

2.1 性能要求

(1)整个系统工作性能安全可靠;

(2)充分考虑节能;

(3)考虑系统的室外寒冷工作及连续性工作状态;

(4)顶起缸运行速度最大为0.1 m/s。

2.2 主要参数确定

车斗自身加矿渣总质量为150 t，顶起液压缸顶起点设置在车斗中间位置。所以顶起液压缸最大的顶起质量约为150 t。根据车斗长度及顶起角度为50°的要求，计算需要液压缸的总伸出量为6 000 mm。所以设计液压缸为三级液压缸，每级伸出长度为2 000 mm。初步设计系统的工作压力为20 MPa。多级缸第一级缸径的计算为:

将上式代入式(1)得到:

根据液压缸设计标准，确定多级缸的第一级缸为D1=320 mm，杆径d1=310 mm;第二级D2=270 mm，杆径d2=260 mm;第三级缸径为D3=220 mm，杆径d3=210 mm。三级液压缸，每级产生的最大推力如下:

在顶起液压缸第一级全部伸出之后，车斗的翻转角度已接近20°，此时车斗中矿渣已有多部分流出。可以保证当第二级工作时能有足够的力量将车斗顶起。

主液压泵的选择:

其中:Q 为液压泵流量，Q=qnv，q 为液压泵的排量，nv为液压泵的转速，此处取nv=1 450 r/min;v为液压缸运行速度，取最大时v=0.1 m/s;A 为液压缸的有效面积。

当液压缸在第三级工作时，油液缸伸出速度最快，代入公式(2)求得液压泵的排量为:

选择力士乐A7V160MA1RPF00 柱塞泵为主泵泵源。

3 液压系统设计

根据系统的性能要求及工作状况设计如图3 所示液压系统，其主要工作状态如下。

3.1 锁紧缸锁紧过程

平板车运动到位后，在车载液压动力系统的控制下使车斗支架下落，经过粗、精定位两个过程之后支架落入地锚中。此时柱塞泵(大排量)2 在先导式电磁溢流阀3 的作用下处于卸荷状态，柱塞泵(小排量)19 输出流量在顺序阀16 的作用下产生较高压力，电磁换向阀14 右位工作推动锁紧缸13 对支架进行锁紧。锁紧到位后，电磁换向阀14 处于中位。

3.2 顶起液压缸由水平到竖直过程

锁紧到位后，使电磁换向阀12 处于右位，分别在电磁换向阀9、11 的作用下，由辅助缸10 推动顶起液压缸7，由水平状态转动到竖直状态。此过程运动速度由电磁换向阀9、11 切换可调。

3.3 顶起液压缸伸出过程

顶起液压缸7 处于竖直状态后，电磁换向阀3 得电，柱塞泵2 处于加压状态。液控换向阀5 处于右位工作，多级缸慢慢伸出。由于顶起液压缸7 与辅助缸10 是铰接，此时辅助缸10 处于被迫缩回状态，为保证其处于自由状态，且有油液充满辅助缸的两腔，此时电磁换向阀12 处于中位状态，而电磁换向阀11 处于右位状态。

3.4 顶起液压缸缩回过程

顶起液压缸7 伸出动作完成后，液控换向阀5 处于左位工作，顶起液压缸7 在重力的作用及回油压力的作用下退回到竖直状态。此时辅助缸10 仍然处于自由状态，电磁换向阀12 处于中位状态，而电磁换向阀11 处于右位状态。

图3 液压系统图

3.5 顶起液压缸由竖直到水平过程

使电磁换向阀12 处于左位，分别在电磁换向阀9、11 的作用下，由辅助缸10 推动顶起液压缸7，由竖直状态转动到水平状态。此过程运动速度由电磁换向阀9、11 切换可调。

4 结论

(1)采用埋地式的顶起系统扩大了原车的运输功能，成功解决了150 t 矿渣车卸货困难的问题，并且埋地式结构紧凑、安全可靠;

(2)合理的液压系统，成功解决了辅助缸在被动运行过程中的充液功能;

(3)液压系统采用双泵供油，使不同的执行机构满足不同运动特点的要求。系统溢流量小，节能。

(4)采用FD 型平衡阀，使整个系统的运行更加平稳和可靠;

(5)整个液压系统采用手动控制和PLC 控制两种方式，操作方便可靠。

［1］黄宏甲，黄谊，王积伟.液压与气压传动［M］.北京:机械工业出版社，2006.

［2］GB/T786.1-93 液压气动图形符号［S］.

［3］成大先.机械设计手册［M］.5 版.北京:化学工业出版社，2008:22 -182.

［4］雷天觉.新编液压工程手册［M］.北京:北京理工大学出版社，1998:70 -192.