余世林

(陸軍軍事交通學(xué)院鎮(zhèn)江校區(qū)，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

0 引 言

港口碼頭作為物資水陸轉(zhuǎn)運(yùn)的重要基地，其狀況保持好壞直接影響到貨物流動(dòng)效率。碼頭多功能作業(yè)車(chē)是針對(duì)港口碼頭輕度破損情況下的特點(diǎn)和實(shí)際需求，研制的集高低空作業(yè)、夜間照明、碼頭及碼頭設(shè)施的維護(hù)搶修等功能于一體的碼頭維修裝備。

在港口碼頭遭受損傷情況下，高低空設(shè)施和電路的損壞對(duì)碼頭正常運(yùn)行影響尤為重大，在碼頭快速搶修環(huán)節(jié)中，高低空作業(yè)和用電作業(yè)對(duì)搶修起到關(guān)鍵作用。碼頭多功能作業(yè)車(chē)的高低空作業(yè)裝置的控制和用電設(shè)備的電力來(lái)源由車(chē)輛的液壓系統(tǒng)所控制驅(qū)動(dòng)，碼頭多功能作業(yè)車(chē)液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)作為該車(chē)的動(dòng)力源，其設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響到該車(chē)效能的發(fā)揮，是該車(chē)研制成功的關(guān)鍵所在。

1 碼頭多功能作業(yè)車(chē)液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)

1.1 碼頭多功能作業(yè)車(chē)工作流程

碼頭多功能作業(yè)車(chē)液壓系統(tǒng)主要驅(qū)動(dòng)支腿機(jī)構(gòu)的展開(kāi)與撤收、高低空作業(yè)裝置的展開(kāi)與撤收以及取力發(fā)電設(shè)備的工作(見(jiàn)圖1)。

圖1 碼頭多功能作業(yè)車(chē)展開(kāi)作業(yè)示意圖

(1)支腿機(jī)構(gòu)展開(kāi)的工作流程

支腿機(jī)構(gòu)主要由固定支腿、活動(dòng)支腿、水平油缸、垂直油缸和支腳板組成，其通過(guò)液壓泵泵取液壓油經(jīng)支腿控制閥驅(qū)動(dòng)支腿水平油缸展開(kāi)或收回活動(dòng)支腿，驅(qū)動(dòng)垂直油缸舉升或下降整個(gè)修理車(chē)。

(2)高低空作業(yè)裝置的工作流程

高低空作業(yè)裝置主要由轉(zhuǎn)臺(tái)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、主臂、折臂總成、工作斗、調(diào)平機(jī)構(gòu)、電液系統(tǒng)等組成。

工作時(shí)，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)高低空作業(yè)裝置相對(duì)副車(chē)架回轉(zhuǎn)；驅(qū)動(dòng)主臂油缸帶動(dòng)主臂做變幅運(yùn)動(dòng)；驅(qū)動(dòng)折臂油缸實(shí)現(xiàn)折臂的變幅運(yùn)動(dòng)。

(3)自取力發(fā)電裝置的工作流程

在需要使用用電設(shè)備時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)取力器、液壓泵傳至液壓馬達(dá)，由馬達(dá)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，經(jīng)由配電廂發(fā)配電。

1.2 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)

(1)系統(tǒng)組成

該車(chē)液壓系統(tǒng)(如圖2)主要由液壓泵、液壓馬達(dá)、支腿操縱閥、主比例閥、調(diào)平比例閥、分流閥、溢流閥、平衡閥、雙向液壓鎖、手搖泵、回轉(zhuǎn)復(fù)合緩沖閥、應(yīng)急動(dòng)力單元、液壓油箱、中心回轉(zhuǎn)接頭、過(guò)濾器等液壓元件及管路附件等組成。其中平衡閥、雙向液壓鎖、應(yīng)急泵等安全裝置，可以防止油路過(guò)載和避免因軟管破裂而引起意外事故。

1-回轉(zhuǎn)平衡閥；2-平衡閥；3-折臂平衡閥；4-主閥；5-壓力表開(kāi)關(guān)；6-調(diào)平平衡閥；7-調(diào)平工作閥塊；8-液壓鎖；9-多路換向閥；10-壓力表；11-高壓過(guò)濾器；12-發(fā)電馬達(dá)；13-油源閥塊；14-應(yīng)急動(dòng)力單元；15-齒輪泵圖2 液壓系統(tǒng)原理圖

(2)取力裝置設(shè)計(jì)

液壓系統(tǒng)以汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，通過(guò)取力器取力至液壓泵，在液壓系統(tǒng)中裝有電磁閥，當(dāng)取力發(fā)電時(shí)，液壓動(dòng)力傳至液壓馬達(dá)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，然后經(jīng)由配電箱發(fā)配電，為維修機(jī)工具提供動(dòng)力。當(dāng)高低空作業(yè)裝置工作時(shí)，液壓油一路經(jīng)調(diào)平平衡閥到達(dá)工作斗調(diào)平油缸，實(shí)現(xiàn)工作斗調(diào)平；另一路經(jīng)雙向閥分別作用于支腿機(jī)構(gòu)和臂架機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)前支腿的伸縮、頂升和后支腿的擺動(dòng)、頂升，吊臂變幅、回轉(zhuǎn)，折臂展開(kāi)以及工作斗調(diào)平。液壓系統(tǒng)還設(shè)有備用動(dòng)力單元，可以調(diào)節(jié)工作斗、臂架機(jī)構(gòu)和支腿機(jī)構(gòu)，以備雙聯(lián)泵失效時(shí)使用。

(3)支腿部分液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)

支腿展收采用開(kāi)式液壓系統(tǒng)，支腿部分油路采用純機(jī)械操縱型。支腿油缸上裝有雙向液壓鎖，可將活塞桿鎖定在任意位置上，以防止高低空作業(yè)裝置在長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)時(shí)，支腿自行回縮。并可避免因油路中軟管發(fā)生意外破裂，致使支腿失壓而造成翻車(chē)事故。同時(shí)也可防止整車(chē)在行駛或停放時(shí)支腿自行外伸或跌落。支腿的操縱由下裝操縱閥完成，操縱閥旁設(shè)有水平儀，用以調(diào)整整車(chē)水平。從而保證系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠。

(4)高低空作業(yè)裝置液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)

高低空作業(yè)裝置由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)電氣系統(tǒng)控制，采用電液比例閥操縱，具有操作輕便靈活、無(wú)級(jí)變速、微動(dòng)性能好、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。作業(yè)時(shí)由液壓回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、變幅油缸、折臂油缸、調(diào)平控制、工作臺(tái)控制六動(dòng)作的聯(lián)合運(yùn)作來(lái)達(dá)到工作臺(tái)任意位置的定位。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，為避免回轉(zhuǎn)擺動(dòng)，在液壓馬達(dá)中安裝回轉(zhuǎn)緩沖閥，回轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠。工作斗調(diào)平機(jī)構(gòu)主要由調(diào)平角度傳感器、電液伺服機(jī)構(gòu)、折臂油缸等組成，調(diào)平角度傳感器通過(guò)電液伺服機(jī)構(gòu)操縱折臂油缸自動(dòng)完成調(diào)平，工作平穩(wěn)，噪聲小，操作方便。

2 液壓系統(tǒng)計(jì)算

2.1 取力計(jì)算校核

取力發(fā)電裝置安裝于底盤(pán)下(如圖3所示)，以汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)(ISBE185 30)為動(dòng)力，通過(guò)取力器(型號(hào)為4205NG-010)取力至雙聯(lián)泵(CBG2050/1010)。在液壓系統(tǒng)中裝有電磁閥，當(dāng)取力發(fā)電時(shí)，液壓動(dòng)力傳至液壓馬達(dá)(XM-40)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)(E031)發(fā)電；當(dāng)高低空作業(yè)裝置工作時(shí)，液壓油一路經(jīng)調(diào)平平衡閥到達(dá)工作斗調(diào)平油缸，實(shí)現(xiàn)工作斗調(diào)平；另一路經(jīng)雙向閥分別作用于支腿機(jī)構(gòu)和臂架機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)前支腿的伸縮、頂升和后支腿的擺動(dòng)、頂升，吊臂變幅、回轉(zhuǎn)，折臂展開(kāi)以及工作斗調(diào)平。

1-副車(chē)架；2-發(fā)電機(jī)；3-聯(lián)軸器；4-液壓馬達(dá)圖3 取力發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)圖

(1)發(fā)電取力計(jì)算校核

①發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩

發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1 500 r/min，輸出功率14 KW，功率因素1.0，發(fā)電馬達(dá)排量40 mL/r，馬達(dá)機(jī)械效率0.9。

發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩Md=9 549P/n=89 Nm

雙聯(lián)泵供發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)油泵總排量50 ml/r，考慮損耗(總效率取0.75)，油泵能提供至發(fā)電馬達(dá)的扭矩為

②取力器輸出扭矩

油泵總排量50 ml/r，液壓系統(tǒng)壓力21 MPa，油泵機(jī)械效率0.9，取力器允許扭矩350 Nm。

因此，取力發(fā)電裝置設(shè)計(jì)滿(mǎn)足使用要求。

(2)高低空作業(yè)取力計(jì)算校核

高低空作業(yè)裝置系統(tǒng)工作壓力為20 MPa，支腿控制系統(tǒng)工作壓力為18 MPa，發(fā)電系統(tǒng)工作壓力為14 MPa。選用的CBGj2050/1010雙聯(lián)齒輪泵額定壓力為20 MPa，公稱(chēng)排量為50/10 ml/r，發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速800 r/min，容積效率>92%，總效率>83%，其中CBGj2050供高低空作業(yè)系統(tǒng)，CBGj1010供工作斗調(diào)平系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)用于發(fā)電時(shí)，額定轉(zhuǎn)速2 500 r/min。

①系統(tǒng)流量計(jì)算

ISBE185 30發(fā)動(dòng)機(jī)怠速為800 r/min，額定轉(zhuǎn)速為2 500 r/min，取力器減速比為1.716。

則CBGj2050流量L怠=50×800×0.83/1.716/1 000=19.35 L/min

L額=50×2 500×0.83/1.716/1 000=60.46 L/min

則CBGj1010流量L怠=10×800×0.83/1.716/1 000=3.87 L/min

L額=10×2 500×0.83/1.716/1 000=12.09 L/min

②發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)計(jì)算

E031發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，輸出功率14 KW，功率因素1.0。額定扭矩M=14×9 549/1 500=89.124 Nm，對(duì)應(yīng)的XM-F40L發(fā)電馬達(dá)壓力P=M×10×0.91/1.59/40=12.75 MPa，考慮管路損失，取發(fā)電系統(tǒng)壓力為14 MPa。

③各油泵額定功率計(jì)算

調(diào)平系統(tǒng)壓力為18 MPa，P調(diào)平=L×P/60/0.83=1.4 KW

高低空作業(yè)裝置壓力為20 MPa，P高低空=L×P/60/0.83=7.77 KW

為保證高低空作業(yè)的安全性，維持發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性，在配電箱上安裝發(fā)電控制開(kāi)關(guān)。當(dāng)控制開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，底盤(pán)發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)的電磁氣閥動(dòng)作，調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速至2 500 r/min，油泵配油塊的電磁閥動(dòng)作，發(fā)電馬達(dá)的油路接通，開(kāi)始發(fā)電。在正常發(fā)電狀態(tài)下，高低空作業(yè)裝置不工作。當(dāng)需要高低空作業(yè)時(shí)，可斷開(kāi)發(fā)電控制開(kāi)關(guān)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)整至怠速狀態(tài)800 r/min，高低空作業(yè)裝置及自動(dòng)調(diào)平機(jī)構(gòu)可以正常工作，發(fā)電機(jī)不工作。

2.2 執(zhí)行元件分析計(jì)算

要保證碼頭多功能作業(yè)車(chē)工作安全可靠，工作斗的升降速度和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)速度必須控制在規(guī)定范圍內(nèi)。根據(jù)GB/T9465-2008的要求，工作平臺(tái)的起升、下降速度應(yīng)不大于0.4 m/s，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的作業(yè)車(chē)最大回轉(zhuǎn)速度不大于2 r/min。表1給出了各執(zhí)行元件的供油量和結(jié)構(gòu)尺寸，并校核計(jì)算最大運(yùn)行速度。

表1 各執(zhí)行元件的速度分析

3 結(jié) 論

本文根據(jù)碼頭設(shè)施設(shè)備損傷維修的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)了一種適合碼頭多功能作車(chē)車(chē)作業(yè)的液壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)。

(1)采用雙聯(lián)泵設(shè)計(jì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)取力發(fā)電系統(tǒng)，能夠很好的適應(yīng)碼頭多功能作業(yè)車(chē)高低空作業(yè)和用電作業(yè)的需要。

(2)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)有備用動(dòng)力單元，以備雙聯(lián)泵失效時(shí)使用，保證了高低空作業(yè)的安全性。

(3)高低空作業(yè)裝置采用電液比例閥操縱，操作便靈活、微動(dòng)性能好；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在液壓馬達(dá)中安裝回轉(zhuǎn)緩沖閥，平穩(wěn)可靠；工作斗調(diào)平機(jī)構(gòu)通過(guò)電液伺服機(jī)構(gòu)操縱折臂油缸自動(dòng)完成調(diào)平，工作平穩(wěn)，噪聲小。

經(jīng)過(guò)港口碼頭3年的應(yīng)用表明，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型科學(xué)合理，保證了裝備的使用安全可靠，快速方便。