李光明

（柳工常州機械有限公司，江蘇 常州 213100）

隨著建筑業(yè)和采礦業(yè)的發(fā)展，未來對隧道施工的小型裝載機的需求將不可避免地增加，小型裝載機的發(fā)展是大勢所趨。在現(xiàn)階段，開發(fā)一種可以在隧道、井下相關(guān)行業(yè)中工作的小型裝載機是非常重要而緊迫的任務(wù)。液壓系統(tǒng)作為裝載機的傳輸方式，是小型裝載機的核心組成部分之一，必須研究適用于隧道施工的小型裝載機的液壓系統(tǒng)。本文參考小型裝載機的設(shè)計，根據(jù)施工隧道的實際工作環(huán)境和條件，設(shè)計適合于隧道施工的小型裝載機在液壓系統(tǒng)下的液壓系統(tǒng)非常重要。

1 擬定液壓原理圖選型

隧道下的小型裝載機主要用于施工隧道的施工隧道，其結(jié)構(gòu)尺寸是適應(yīng)工作環(huán)境所必需的。工作時，該裝置具有良好的性能、安全性和可靠性，可以在狹窄的隧道施工空間中靈活地工作，包括動臂液壓系統(tǒng)，鏟斗液壓系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)的設(shè)計。

小型裝載機應(yīng)執(zhí)行的基本工作動作是：將鏟斗插入碎石中，然后，將鏟斗向后翻轉(zhuǎn)，動臂油缸將碎石提升到鏟斗中一定高度，再將石化通過小型裝載機移動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳輸?shù)街付ǖ母叨?。在該位置后倒入，最后開車回到裝載位置，重復(fù)上述操作。由于裝載的材料是碎石，因此，在工作過程中沖擊載荷會相對較大。動作主要是液壓系統(tǒng)的往復(fù)運動，工作環(huán)境在隧道的施工中。在惡劣的環(huán)境中，本文設(shè)計的隧道裝載機液壓系統(tǒng)必須滿足以下7 個要點。

（1）由于行走轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)與動臂和鏟斗液壓系統(tǒng)將同時工作，為了防止工作過程中各油路之間的相互干擾，行走轉(zhuǎn)向液壓油路可以與動臂和鏟斗液壓油路分開，使其獨立。由于該裝載機體積小，采用雙齒輪泵分別向兩個液壓回路供油。

（2）可靠性高，負(fù)載在負(fù)載運行過程中變化很大，并伴有沖擊和振動，因此，液壓系統(tǒng)需要配備安全保護(hù)裝置，以防止液壓系統(tǒng)損壞。每個液壓回路上可設(shè)置溢流閥，保護(hù)液壓系統(tǒng)和液壓元件，防止液壓系統(tǒng)過載或發(fā)生其他事故。

（3）從加載動作可以看出，隧道施工隧道小裝載機在裝車作業(yè)時，兩個臂架油缸的動作要一致，否則，容易發(fā)生安全事故，載荷變化會影響臂架油缸的動作。同步，因此，有必要在動臂的液壓回路上安裝分流和收集閥。

（4）鏟斗和動臂油缸需要伸縮，行走馬達(dá)需要前后旋轉(zhuǎn)并停止。這些動作可以通過安裝三維四通電磁換向閥來實現(xiàn)。鏟斗和動臂油缸也需要鎖定。無論負(fù)載有多大、變化如何，或者從油箱到液壓缸的液壓管路發(fā)生故障，都要求液壓缸具有鎖緊功能，以防發(fā)生安全事故。因此，在動臂和鏟斗的液壓回路中設(shè)置液壓鎖，以鎖定油缸的位置。

（5）為了防止施工隧道內(nèi)的小裝載機停止工作時液壓回路中的液壓油返回液壓泵，需要在油路中設(shè)置一個單向閥。

（6）隧道施工中，小型裝載機的運行需要在隧道施工過程中保持穩(wěn)定。因此，每個液壓回路采用雙單向節(jié)流閥對液壓回路進(jìn)行節(jié)流，使回油回路產(chǎn)生背壓，抵抗負(fù)荷變化，防止突然前進(jìn)，使裝載機工作平穩(wěn)。

（7）該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝、維護(hù)和維護(hù)。綜上所述，小型裝載機的液壓系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 小型裝載機液壓系統(tǒng)原理圖

2 液壓系統(tǒng)參數(shù)分析

2.1 小型裝載機參數(shù)

該小型裝載機液壓系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)是指小型隧道裝載機。在收集國內(nèi)外現(xiàn)有小型裝載機參數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合隧道施工下中小型裝載機的實際工況確定。小型裝載機主要參數(shù)見表1。

表1 小型裝載機主要參數(shù)

2.2 裝載化所受外載荷計算

隧道施工當(dāng)小裝載機在隧道內(nèi)清理石料時，其阻力機理包括插入上升阻力、鏟斗阻力扭矩。影響插入阻力和上升阻力的因素很多，如鏟斗的結(jié)構(gòu)、高度、類型和材料類型。準(zhǔn)確計算插入阻力和開挖阻力是不現(xiàn)實的，只能根據(jù)經(jīng)驗公式計算，其分析如下：

（1）插入上升電阻。當(dāng)斗插入碎石樁時，物料對斗的反作用力。插入阻力由鏟斗前刃口和兩側(cè)壁刃口的阻力組成；斗底、側(cè)壁內(nèi)表面與物料的摩擦阻力；斗體外表面與物料的摩擦阻力。這些阻力與料堆高度、材料類型、斗插入料堆的深度和斗的結(jié)構(gòu)形狀等因素有關(guān)。

（2）鏟斗阻力矩。為了便于研究設(shè)計，隧道施工用小型裝載機工作裝置鏟斗的基本參數(shù)如下：后斗壁長度是指后斗壁上緣至與斗底交點的距離為539mm；斗底長度是指鏟斗刃口到鏟斗和臂架鉸鏈點的距離為674mm；擋板高度為58mm，鏟斗圓弧半徑為R；為179mm，鏟斗與吊桿鉸鏈點hb的高度為53mm。

3 小型裝載機液壓系統(tǒng)參數(shù)分析

3.1 作業(yè)裝置液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)工作壓力的選擇關(guān)系到整個液壓系統(tǒng)設(shè)計的合理性。參考施工機械液壓系統(tǒng)負(fù)荷對應(yīng)的壓力設(shè)定值，并考慮小裝載機的實際工況。由于小型裝載機的載荷不是很大，屬于小型施工機械，所以，本系統(tǒng)的施工隧道施工隧道小型裝載機液壓工作裝置的工作壓力初步選擇在4.5MPa。

3.2 行走液壓系統(tǒng)

根據(jù)以上計算，選用ZMl 1-1200 型液壓馬達(dá)，其參數(shù)如下：

（1）額定扭矩1830Ng m。

（2）尖峰壓力22MPa。

（3）額定壓力16MPa。

（4）理論排量1200ml/r。

4 工作泵、電機和液壓元件的設(shè)計選型

（1）工作泵排量的計算與選擇：根據(jù)小裝載機的操作順序分析，液壓泵的流量大于提升液壓缸、鏟斗液壓缸和行走馬達(dá)所需的液壓流量。即液壓泵的實際最大輸出流量大于小裝載機工作時所需的最大流量，因此，選擇符合設(shè)計要求。

（2）電機選型：核對相關(guān)電機樣品，經(jīng)分析選用YB2系列防爆電機。具體型號為YB2-160M-4。該電機節(jié)能高效，運行安全可靠。其性能參數(shù)為：額定功率11kW，轉(zhuǎn)速1460r/min。

（3）閥門部件的選擇：液壓閥的選擇主要依據(jù)液壓系統(tǒng)的壓力和流量。根據(jù)前面的計算，在小型裝載機液壓系統(tǒng)中選擇液壓閥。具體如下：2 個額定流量（60L/min）、額定壓力21(MPA)S20A220 單向閥；2 個額定流量（50L/min）、額定壓力35(MPA)S20A220 雙向液壓鎖；4 個額定流量（50L/min）、額定壓力21(MPA)LDF-B10 速閥；4 個額定流量（50L/min）、額定壓力20(MPA)D1VWC 三位四通電磁換向閥；2 個額定流量（50L/min）、額定壓力7-21(MPA)YF-B10H 雙向液壓鎖。

5 結(jié)語

根據(jù)隧道下小型裝載機的實際工作情況，對小型裝載機的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了分析，最終確定了小型裝載機的整個液壓系統(tǒng)，并給出了液壓系統(tǒng)原理圖。選擇和計算主要液壓元件，如液壓泵、馬達(dá)、動臂油缸、鏟斗油缸等。同時，依據(jù)液壓閥的選型規(guī)則，對整個小型裝載機液壓系統(tǒng)的液壓閥進(jìn)行了選型。