陳亮，鄧兆印

（1.北京特種機械研究所，北京 100143；2.長春發(fā)電設(shè)備總廠，長春 130000）

0 引言

斗輪堆取料機簡稱斗輪機，它是一種連續(xù)、高效的散裝物料裝卸輸送設(shè)備，廣泛應(yīng)用于礦山、港口、鋼廠、電廠、化工、建材等行業(yè)［1-2］。

斗輪機俯仰運動過程中時常會出現(xiàn)臂架振動現(xiàn)象，這一方面是因為對受力情況掌握不準確導(dǎo)致配重選擇不合理；另一方面是因為系統(tǒng)設(shè)計不合理；選取了不滿足工況的液壓元件。本文對斗輪機俯仰運動液壓缸受力進行了分析，介紹了如何選擇配重，并對液壓元件的選擇提出改進建議。

1 斗輪機俯仰運動受力分析

本文僅對DQ1250.35 整體型斗輪機在空載、取料、堆料三種工況下液壓缸受力情況進行分析。

1.1 空載時液壓缸受力

斗輪機臂架上不同部件的重量及位置見文獻［3］?？蛰d運行時，對斗輪機臂架轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生力矩作用的為部件m1～m16自重以及液壓缸作用力F。設(shè)各部件轉(zhuǎn)動慣量為Ji（i＝1～16），根據(jù)剛體定軸轉(zhuǎn)動定律，臂架上各部件的重力對轉(zhuǎn)軸的合外力矩與液壓缸作用力F 對臂架轉(zhuǎn)軸的力矩之和等于臂架對轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量與臂架在合外力矩作用下所獲得的角加速度α 的乘積。

圖1 液壓缸受力分析圖

式中：mi為各分載荷質(zhì)量，t；Lmi為各分載荷重心到轉(zhuǎn)軸距離，m；F為液壓缸輸出力，N；αmi為載荷重心到轉(zhuǎn)軸連線與水平線夾角，（°）；γ為液壓缸作用力方向與對轉(zhuǎn)軸垂直分力之間的夾角，（°）；L2為液壓缸前臂架上的鉸接點到轉(zhuǎn)軸距離，m。

臂架傾角與液壓缸長度的關(guān)系如下：

液壓缸作用力方向與液壓缸對轉(zhuǎn)軸垂直分力之間的夾角表示如下：

式中，θ為液壓缸與水平線夾角，（°）。

以上各式共同構(gòu)成空載時液壓缸受力F 與臂架傾角φ 的關(guān)系。

1.2 取料時液壓缸受力分析

斗輪機取料時液壓缸的受力計算與空載時的分析類似。不同之處在于計算時增加斗輪內(nèi)物料重、挖取力、取料時皮帶上物料重、斗輪積料等4 個載荷，計算公式如下：

1.3 堆料時液壓缸受力分析

斗輪機堆料時液壓缸的受力計算與空載時的分析類似。不同之處在于計算時增加斗輪積料和堆料時皮帶上料種兩個載荷，計算公式如下：

斗輪機臂架傾角φ 變化范圍為-11.2°～12.8°，根據(jù)以上公式計算可得配重為82 t 時液壓缸（雙缸）受力與臂架傾角φ 的關(guān)系，如圖2 所示。

圖2 液壓缸受力與臂架傾角關(guān)系

液壓缸受力F 在系統(tǒng)空載運行時出現(xiàn)了正負交界的零點，零點φ＝7.2°，即空載上升傾角越過φ＝7.2°后，液壓缸受力由受壓轉(zhuǎn)變?yōu)槭芾簤焊资艿截撠撦d作用。

2 俯仰裝置液壓系統(tǒng)的改進

通過對斗輪機俯仰運動的受力分析可知，液壓缸在一些工況下將受到負負載，此種情況下液壓系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)正確選擇液壓鎖以確保液壓鎖開啟穩(wěn)定，并正確選擇液壓元件為系統(tǒng)建立穩(wěn)定背壓，以確保運動平穩(wěn)。針對斗輪機俯仰裝置液壓系統(tǒng)原理如圖3 所示，本文提出兩點改進措施。

圖3 俯仰裝置液壓系統(tǒng)原理圖

2.1 液壓鎖的改進

系統(tǒng)中選用內(nèi)泄式液控單向閥作為液壓鎖。該液壓鎖在液壓缸伸出狀態(tài)下的開啟條件為［4］：

式中：P1為無桿腔壓強，Pa；A1為無桿腔作用面積，m2；A2為有桿腔作用面積，m2；F為液壓缸受力，N；A3為控制活塞截面積，m2；f為單向閥開啟壓力，包括彈簧力、摩擦力等，N。

顯然A1＞A2，由液壓鎖開啟條件可知，液壓缸伸出狀態(tài)下，若液壓缸受負負載時，液控單向閥無法正常反向開啟。

斗輪機俯仰運動時，液壓缸受負負載時，將會出現(xiàn)斷續(xù)的反向?qū)?，進而導(dǎo)致俯仰運動臂架振動現(xiàn)象。

外泄式液控單向閥的開啟條件為：

式中：Pst為先導(dǎo)錐閥開啟需要的油口X 的控制壓力，Pa；PA為油口A 的壓力，Pa；PB為油口B 的壓力，Pa；A2為先導(dǎo)閥錐部截面積，m2；A3為控制活塞截面積，m2；A4為控制活塞桿截面積，m2；C為系數(shù)，所選閥C＝0.5 MPa。

由以上分析可知，外泄式液控單向閥的開啟壓力Pst與主油路壓強的比值，主要取決于先導(dǎo)閥錐部截面積A2與控制活塞截面積A3的比值。由于控制活塞截面積A3比先導(dǎo)閥錐部截面積A2大的多，故外泄式液控單向閥在很小的控制油壓下便可以反向?qū)ā?/p>

因而選用外泄式液控單向閥作為液壓鎖可使斗輪機俯仰運動平穩(wěn)可靠，避免因液壓鎖斷續(xù)開啟引起的臂架振動問題。

2.2 單向順序閥代替單向節(jié)流閥

斗輪機俯仰運動液壓缸受負負載時，液壓缸回油腔需要建立背壓，以維持受力平衡。

由圖4 可知，單向節(jié)流閥建立的壓強隨流量變化很大，低速時無法建立有效背壓以平衡負負載。由單向順序閥流量壓強特性曲線可知，其壓強受流量變化很小，可以給液壓缸回油腔建立穩(wěn)定壓力，保證系統(tǒng)受力平衡，避免因背壓不穩(wěn)定造成的臂架振動問題。

圖4 流量-壓強特性曲線

3 結(jié)語

本文對斗輪機俯仰運動液壓缸受力情況進行了分析，指出液壓缸在某些工況下受到負負載的問題，針對現(xiàn)有液壓系統(tǒng)存在的問題，提出了外泄式液控單向閥代替內(nèi)泄式液控單向閥作為液壓鎖的方案，以及由單向順序閥代替單向節(jié)流閥建立穩(wěn)定背壓的方案，有效解決了斗輪機臂架振動問題。

［1］邵明亮，于國飛，耿華，等.斗輪堆取料機［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2007：1-97.

［2］呂明薈，李毅民.斗輪堆取料機的發(fā)展趨勢［J］.港口裝卸，2008（2）：6-9.

［3］陳亮.斗輪機主機俯仰直驅(qū)式液壓系統(tǒng)靜動特性及控制的研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2011.

［4］朱瑞濱，靳軍，王廣懷.液控單向閥與雙向液壓鎖的正確選用［J］.機床與液壓，2001（9）：27－29.