大型矿用自卸车静液压传动系统设计【4张CAD图纸和说明书】
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第 5 章 液压举倾系统的设计第 35 页 共 59 页第 5 章 液压举倾系统的设计51 概述工作装置的结构和性能直接影响运输车辆的性能参数，尤其是对于矿山运输的大型矿用自卸车，举倾装置的合理性直接影响整机的生产效率、工作负荷、动力特性、工作循环时间等。液压举倾机构按照液压缸布置形式的不同可分为前倾式、后倾式和后拉式三种。前倾式机构液压缸前倾，作用力臂较长，举倾缸推理可小些，故液压缸径较小，因臂的悬臂长度较短，对臂受力有利，但它有液压缸行程较长，臂下方空间较小的缺点，一般用一个液压缸，也可用两个并联液压缸。后倾式因液压缸后倾布置，作用力臂较短，缸径粗，但行程较短，臂架受力较差，但臂前方空间较大，后倾式一般用双缸驱动。后拉式液压缸置于臂的后方，臂向上升时一缸的有杆腔来驱动的，活塞杆受力较好，而且前方有效空间较大，但液压缸较粗，只适用于较小的机械上。大型自卸车举倾系统应满足以下要求：1角度要求：满足在举倾时卸料的要求，达到所要求的卸载高度和卸载距离。2运动要求：举倾装置要运动平稳，油缸活塞行程要合理。3时间要求：举倾时间要求合理，不能太大，一般取 20 秒以内，以提高矿山运输效率。4要有限速措施，以防止重力超速现象。52 举倾系统的限速措施举倾机构在工作装置作业时其液压缸处于闭锁状态，受负载较大，要求不能无控制自动缩回，尤其对于重型运输机械，举倾机构回落时，因车厢的重力作用，会产生重力超速现象，需有限速措施。一般有以下三种方法来防止重力超速：1靠换向阀节流这种方法是利用换向阀处于小开度时，使缸无杆腔排油流量，在通过阀口处产生足够节流压力，使重物匀速下降，防止重力超速现象发生。这种方法简单，无须附加其它措施，但对司机要求较高，稍有疏忽则可能造成事故。换向阀处于中位，因阀有泄露，无长期锁紧作用，仅适用于小型或对锁紧和下降速度稳定性要求不严格的举倾机构。2使用单向节流阀图 5.1 表示这种液压回路。换向阀位工作时，高压油经单向阀 1 无阻地进入缸 2 的无杆腔，推动臂向上举升。下降时，换向阀位工作，向缸 2 的有杆腔供高压油，因重力的作用，使臂有超速下降的趋势，但此时缸无杆腔回油受单向阀所阻，只能经节流阀 3 流回油箱，产生节流压力以平衡重力的作用，第 36 页 共 59 页只要回油路能产生足够的背压，就能防止重力超速现象发生。3使用平衡阀（限速阀）使用平衡阀的液压回路，可克服单向节流阀回路下降速度受载荷大小影响的弊病，它可使下降速度不受载荷变化的影响，限速稳定。图 5.2 表示这种液压回路，图 5.2 a 是符号图， b、c 是平衡阀工作原理结构图。a b c图 5.2 使用平衡阀的限速回路当换向阀位（图 5.2 b）工作时，高压油经平衡阀 A 口后，顶开单向阀 3这种限速方法比较简单，但下降速度随载荷大小变化，载荷大，下降速度快，载荷小下降速度慢。静止作业时因换向阀渗漏，不能保证长时间锁紧定位，仅适用于锁紧和限速要求不严的场合。 32 32图 5.1 使用单向节流阀的限速回路 第 5 章 液压举倾系统的设计第 37 页 共 59 页进入缸无杆腔，使活塞杆伸出，驱动臂向上，有杆腔油液经换向阀回油箱。换向阀位（图 5.2 c）工作时，高压油直接进入有杆腔，使臂下降，无杆腔已不能经单向阀回油，而要经平衡阀芯 1 回油，此时，高压油经 C 孔推动导控活塞 2 右移，顶开阀芯 1 的通道，使缸无杆腔顺利回油，并在回油路上形成足够背压来平衡重力负载，防止超速现象的发生。若背压不足，发生超速时，泵压力随即下降，导控活塞 2 的推力减小，阀芯 1 在弹簧作用下左移，把回油口关小，使节流效果增加，背压也随之增加，进一步防止超速现象。使用平衡阀的限速方法，下降速度稳定，而且不受外载荷变换影响，具有长期锁紧作用，多用于要求较高的场合。大型矿用自卸车不要求长时间锁紧定位，对锁紧和限速要求不太严，选使用单向节流阀的限速措施。53 液压举倾系统的设计计算已知车辆的最大载重为 108t，车厢重量为 19t，举升时间为 20 s，举升系统压力 25MPa， 。最大举升角要求能卸掉全部物料，可以根据物料的安息角p来选取，表 5.1 为部分物料的安息角：表 5.1 部分物料的安息角物料名称 煤 铁矿 细砂 生石灰 碎块 粘土 熟石灰安息角（） 2750 4050 3035 4050 45 3050 4045108t 矿用自卸车用于矿山运输，由表 5.1 可以看出，一般物料的安息角都不超过 50，取最大举倾角为 45。5.3.1 倾卸油缸行程及内径的计算举倾机构采用双缸后倾式卸载，其示意图如图 5.3 所示。图中 A 点是倾卸油缸与后车架的铰点，O 点是车厢与车架铰点， E 点为油缸与料斗的铰接点，F为举倾到位后 E 点的位置。已知：AE = 1962 mm，AO = 3960 mm，OE = 2790 mm，EOF = 45，则22cosAOE222396071960.87arcos.8.4达到极限位置时： 527.1.AFEF第 38 页 共 59 页2cosAFOAFOmm239607396072.41097则液压缸的行程 S = AF-AE =4097-1962=2135 mm实际行程取 S=2160 mm。举倾油缸所需的总推力为：（5-1）PGdFr式中： 车辆满载时的车厢重量G满载时车厢重心距车厢与车架铰接点的距离d举倾油缸作用力距翻倾铰接点的力臂r油缸内径为：（5-2）4PFDp式中： 单个油缸的推力PF系统压力p由图 5.3 可以求出油缸作用力距翻倾铰接点的力臂 ：rsinsinOEAA2790sin.410.65故mmsin3960.5429r图 5.3 举倾示意图第 5 章 液压举倾系统的设计第 39 页 共 59 页由车厢参数求得满载时车厢重心距铰接点 O 的距离为 =2340 mm，车辆满d载时的车厢总重为N(1089).812460G将已算得的各参数代入式（5-1）可得举倾油缸所需的总推力为：N24603 59759PdFr则单个油缸推力：N17612P取举升系统的压力为 =20MPa，则由式（5-2） ，举倾液压缸内径：pm645790.183.12PFD考虑到不利举倾状况， 可能更大，同时使车辆具备足够的举升储备能力，参考同类设计，选取举倾液压缸内径 =240 mm。采用三级液压缸，由于在举倾时受力逐渐减少，其具体参数为：第一级 240mm，行程 =720mm；第二级11S220mm，行程 =720mm；第一级 200mm，行程 =720mm。2D2S335.3.2 倾卸油缸容积及油泵的计算举升和返回时间的长短直接影响整机性能和劳动生产率，时间太长，生产率下降，时间太短，泵排量增大，倾卸时动载荷过大，系统容易超载和发热。因此，举升和返回时间要选得适中，对大型矿用自卸车，选取举升时间为。20ts油缸容积：（5-2DSV3）油泵的流量：（5-4）60Qt式中： 油泵的容积效率，取 0.9将各参数代入式（5-3）及（5-4）求得举倾液压缸容积和液压泵的流量：L2222(0.47.0.7)165DSV L/min615.9VQt第 40 页 共 59 页故油泵的排量：ml/r501367Qqn54 拟定液压举倾系统工作原理图举升液压系统工作原理图如图 5.4 所示。液压系统主要由油泵 1、举升分配阀 2、下降速度控制阀 3、举升速度控制阀 4 和举升液压缸 5 组成。举升分配阀是四位四通滑阀式换向器，有四个工作位置，分别为：举升位、保持位、迫降位和浮动位。工作油泵从油箱吸油，将输出的油直接供给举升分配阀 2，回油通过串联在油路上的回油滤清器流回油箱。当料斗卸载时，油液经举升分配阀 2 的举升位和举升速度控制阀 4 进入油缸，产生足够大的压力使料斗卸载，
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