无轨胶轮车液压举升系统的设计.pdf

2 0 1 2 年第5期 煤矿机 电 3 5 无轨胶 轮车液压举 升 系统 的设 计 张林 慧 中国煤炭科工集 团 太原研究院 山西 太原 0 3 0 0 0 6 摘 要 提 出了无轨胶轮车液压举升 系统的设计原则 设计方法和 匹配验算过程 介绍 了 WC 5 E 型防爆 自卸胶轮车的双缸直推式液压举升系统的设计原理 参数选取 设计计算过程 实际应用证 明 该 系统举升能力强 自卸效果好 可推广使用 关键词 无轨胶轮车 液压举升系统 设计计算 匹配验算 中图分类号 T D 5 2 5 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 0 8 7 4 2 0 1 2 0 5 0 0 3 5 0 4 De s i gn o f Hy d r a u li c L i f t i n g Sy s t e m o f Tr ac k l e s s Ru b b er Tyr e d Ve h i c l e A V G L n h u i T a i y u a n R e s e a r ch I n s t i t u t e o f C C T E G T a i y u a n 0 3 0 0 0 6 C h in a Ab s t r a ct T h e d e s ig n p r in cip le s me t h o d s a n d ma t ch ch e ck in g p r o ce s s o f t r a ck le s s r u b b e r t y r e d v e h icle h y d r a u l ic li ftin g s y s t e m a r e p r o p o s e d Fo r W C5 E e x pl o s io n p r o o f s e lf lo a d r ub b e r t y r e d v e h icle t h e d e s ig n p r i ncip le p a r a me t e r ch o ice a n d d e s ig n ca lcu l a t io n p r o ce s s o f d o u b le cy lin de r d ir e ct p us h h y d r a u lic li ftin g s y s t e m a r e in t r o d u ce d Th e p r a ct ica l a p pli ca t io n p r o v e s t h a t t h is s y s t e m S lifti ng a b ilit y a n d s e lf lo a d e f f e ct a r e g o o d wh ich c a n p r o m o t e t o u s e Ke y wo r d s t r a ck l e s s r u b b e r t y r e d v e h icle h y d r a u lic lift in g s y s t e m d e s ig n a n d ca lcu la t io n ma t ch ch e ck i n g 0 引言 自卸式无轨胶轮车作为辅助运输系统的主力车 型之一 承担着煤矿井下大部分物 料和中小型设备 的运输 由于其具备 自卸功能 对矸石和散装物料 的 运输尤为适用 因此具有非常广泛的使用范围 1 无轨胶轮车液压举升系统介绍 本文 以 WC 5 E型防爆 自卸胶轮车为例 通过对 液压举升系统进行分 析计算 从 而建立起 防爆 自卸 胶轮车液压举升系统的匹配模型 WC 5 E型防爆 自卸胶轮车作为一种矿用工程型 车辆 是利用发动机动力驱动液压举升系统工作 其 举升系统 由液压泵 液压油缸 换向阀 液压油箱 液 压管路及各连接件组成 工作原理是通过液压元件 实现机械能与液压能 的转换 并把最终输 出的能量 作用在车厢举升机构上 将 车厢举升到一定角度卸 货 同时通过多路换 向阀实现复位 其工作路径为 变速器 液 压泵 多路换 向阀 举升 油缸 工作原理如图 1 所示 举 升油缸 液 图 1 液压举升 系统工作原 理图 2 自卸式无轨胶轮车举升系统设计准则 液压举升系统是 自卸式无轨胶轮车的重要组成 部分 其设计优化及 系统压力 匹配直接影响 自卸胶 轮车的使用性能和整体布置 是决定 自卸胶轮车设 计优劣的主要 因素之一 3 6 煤矿机 电 2 0 1 2 年第5 期 在设计 自卸式胶轮车举升系统时 考虑到工作 环境 工作性质及工作内容等的制约因素 液压举升 系统应具备以下性能特征 免维护性强 适应井 下恶劣工况 良好的动力性 具备大角度卸料能 力 举升平稳性佳 整体协调性强 结构紧凑 基于以上设计要求及整车的其他 限制 使得该 系统的设计及布置成为整车结构的难点 液压举升 系统在设计时应注意以下几点 1 在货箱处于水平状 态时 系统应确保无 干 涉 即与车架上安装的零部件无干涉 如液压缸摆动 到任何工作位置都不可与后桥 传动轴等干涉 2 由于在负载相 同的条件下 举升力臂越大举 升力就越小 液压系统 的工作压力也越小 因此在设 计车辆 时 如条件许可 应尽可能地将举升机构靠前 布置 使其在举升时获得较大的举升力臂 3 设计时应遵循通用化 标准化原则 减少配 套件数量和加工件数量 在可能的情况下尽量选用 通用件 4 在保证机构不与其它零部件干涉 的情况下 尽量降低举升机构的布置位置 5 举升系统受力不可一味追求受力越小越好 合理化即可 3 自卸式胶轮车举升系统设计计算 3 1 举升系统受力分析 WC 5 E型防爆 自卸胶轮车采用双缸双顶式举升 方式 该机构结构简单 制造工艺性好 性价 比高 举升机构简图如 图 2所示 铰点 O点 固定在车箱 上 O点为车箱翻转中心 B点通过液压缸与 O点 相连 整个举升系统通过液压油缸油压 的驱动带动 车箱绕 O点转动 进而倾卸箱 内货物 趣 图 2 举升机构简图 根据相关标准 要求举升角度 0 4 5 及货物的 安息角一般 4 5 初取 0 4 5 图 3为车箱绕回转中心 O点转动 4 5 时的车箱 受力分析图 车箱 的受力情况为 车箱受液压缸推 力 R 车箱 自重与货物重量一起产生的重力 G 设 O 到 R的距离为 L O到重力 G 的作用线的距离为 J 则有 尺 G l L G 1 0 1 货厢重心 油缸支撑点 G 图 3举 升 机构 受 力 不 恿 图 3 2 液压 举升能力计算 3 2 1 举升能力 由于货箱举升瞬间油缸作用力力臂 最小 所 以此时液压缸作用力最大 为 R G 1 L G l L 2 3 2 2 液压 缸推力 根据液压原理 液压缸推力如下 3 4 式中 D 液压缸 内径 叼 机构的机械效率 一般取 0 9 叼 液压容积效率 一般取 0 9 P 液 压缸 油压 3 2 3 最大举升能力 联立 2 3 式 可得 G 4 b 一 7 一 L 斗 叶 b G1 式中 G 最大举升力 P 液压缸最大油压 3 3 举升机构参数确定 液压缸安装在车架上后要有一定的预伸量 以便货箱降落后与车架贴合 避免因加工 装配误差 等制造因素的影响 造成液压缸完全缩 回时而货箱 却未完全落下处于非贴合放置状态 根据经验 一 般 为 1 0 1 5 m m 在此取 L 1 5 mm 选取预伸量 时应注意 过大则会使油缸行程浪费并提高液压 缸工作压力 使设计匹配不合理 选取 0 L 数值后 即可确定各铰支点的位置 3 3 1 车箱铰接后支点 O点的确定 选择后铰点时应注意货箱在倾卸物料时 底板 2 0 1 2 年第5期 煤矿机 电 3 7 最低点距地面的高度应首先保证货物卸载后的堆放 高度 铰点 O点应尽量靠近车架末端位置 一般可 选在后钢板弹簧吊耳后方 同时兼顾到减少零部件 降低成本 后支点采用销轴连接 在车架纵梁尾端开 孔加衬套 由于车厢倾卸时容易与车架纵梁尾端发 生干涉现象 在车架纵梁上部和车厢底部之间加装 了 1 0 mm橡胶 垫 达到减少 冲击 避免车辆剧烈震 动的效果 3 3 2 液压缸前支撑 中心 点的确定 8点垂直方 向选取至关重要 过低会使液压缸 离地间隙变小 强度变弱 容易和后桥 传动轴等发 生运动干涉 过高则导致液压缸初始举升角变小 举 升力矩不够 本车 曰点垂直方 向上选择在后机架 纵梁的高度范围内 结构连接采用液压缸下支座搁 在机架宽度方向中间横粱上 上部用卡片定位锁住 此结构具有装拆方便 构件结构强度较高的特点 点水平方 向 在货箱与液压缸连 接点 中支 点 的前方 由油缸上下两支点的高度差 液压缸 的 原始长度 一定的预伸量 共 同决定 3 3 3 回转 中心 q点的确定 Q点在水平方 向的定位 一般在后 轮 中心线 附 近 并保证货箱卸料时液压缸不与后桥 传动轴等发 生运动干涉 Q点选择越靠前举 升稳定性越好 举 升系统工作压 力越小 但 是会使液 压缸行程变 大 因此根据车辆布置实际情 况将 Q点水平方 向取在 距后轮中心线 2 0 0 mm处 Q点在垂直方向定位时应考虑尽量贴近货箱底 板 这样液压缸就可以获得较大的初始举升角 提高 举升力矩 具体要结合 日点的构件来选取 WC 5 E 防爆 自卸车的 p点在结 构上采用在货箱底部加 支 承座 并通过销轴连接 液压缸耳座和货箱支承座的 联接方式 从货箱受力角度考虑 液压缸上的耳座 通过支承座搭接在货箱纵梁上 使推力经液压缸耳 座 货箱 支承座 货箱纵梁 均匀传 给整个货 箱 此外 在设计过程中应注意避免车厢倾卸时液压 缸推杆顶端和车厢底板发生运动干涉 由于举升系统在举升初始时 液压缸所承受 的 车箱压力最大 因此 根据 已知条件用作图法可以 得到举升初始时 L 6 1 0 m m L 9 2 0 m m 通过 式 4 可计算 出当系统工作压力 P 1 6 MP a时 液 压缸最大举升重量是 1 9 3 t 根据 已知尺寸 举 升 角度以及 车箱 长度 通过 作 图法得 出举 升初 始 时 后 代入式 4 可计算 出相应 的最大举升 能 力 见表 1 表 1 最大举升能力参数表 车厢长 货箱底板 举升角 三 R cI 举 升重量 度 mm 后悬 mm度 mm mm G t 3 6 0 0 3 8 o o 4 0 0 0 4 2 0 0 4 4 0 0 8 2 0 45 5 8 0 8 3 0 9 2 O 3 9 5 1 O 9 4 0 9 5 0 42 5 0 6 8 9 0 9 8 0 4 4 5 7 5 8 5 0 l 0 0 0 46 5 9 7 8 1 0 1 0 3 8 1 8 4 1 O 2 1 O 9 4液压泵选型及动力匹配验证 4 1 液压 泵 选 型 目前 由于齿轮泵性价 比高 且安装简便 已被广 泛采用 因此 自卸胶轮车举升系统选用齿轮泵作为 动力源 4 2 发动机转速 选取 自卸 胶轮 车发 动机 的初 始转 速为 1 2 0 0 r mino 4 3 齿轮泵选型 1 齿轮泵流量 Q应满足 Q 5 式 中 叼 容积损失 取 叼 0 8 举升时间 t 3 0 S D 液压缸内径 s 液压缸活塞行程 2 齿轮泵排量 P 排应满足 P排 6 n O 泵 Q 6 式 中 磊 齿轮泵转速 n 磊 7 3 确定合适的液压油缸 其参数 如下 液压缸 缸径 D 1 2 0 m m 液压缸活塞行程 S 7 0 0 m m 联立 式 5 6 7 可得 P排 6 8 8 mL r 选取 2 0齿轮泵 参数如下 公称排量 5 5 m L r 额定压力 1 9 MP a 输入扭矩 1 6 6 4 N m 4 4 动力匹配验证 4 4 1 举升时间验算 双举升油缸举升时间应通过下式计算 t 8 排 发 叩容 代入相关数据后 计算结果见表 2 下转第 4 0页 4 0 煤矿机电 2 0 1 2 年第5期 图 4制样 控制单元结构图 煤水分为 1 5 时 破碎能力为 2 0 t h 胶带缩分器包括二级胶带给料机和缩分器两部 分 二级给料机构造与初级给料机相同 缩分器安 装在 给料机上 截料斗开 口尺寸 1 2 0 mm 通过计算 在控制系统中设定初级子样截取次数 煤流经二级 胶带给料机除铁 整形 缩分器按一定时间间隔截取 全断面煤样 进行一级缩分 锤式破碎机将一 次缩分后 的煤样 进行二次 破 碎 出料粒度为 6 m m 处理能力 3 5 t h 转 台式缩分器将二次破碎后 的煤样二次缩分 入料粒度 2 O mm 缩分 比 1 6 1 6 0可调 样品收集器将缩分后的煤样收集进不锈钢样品 罐 收集器配有制动电动机和位置传感器 采集一 定数量的子样后 转动 6 0 更换样品罐 共可放置 6 个样品罐 样品罐能够防尘 防潮 弃料带式输送机将缩分后的余煤输送到余煤 回 送单元 输送能力 3 0 t h 结构形式 与初级 给料机 相同 无除铁和物料整形功能 控制单元 由配电柜 P L C柜 液 晶面板及其他控 制按钮组成 操作按钮可以控制系统启动 停止 急 停和复位 可 以通过液晶面板输入批煤量 编号 煤 种等参数和信息 5结 语 基于单元化设计理念的机械化采制样系统 与 传统的采制样系统相 比 尺寸小 受空间限制小 而 且制样 控制单元的安装 接线和调试工作可在制造 车间完成 现场安装工作量小 工期大大缩短 参考文献 1 刘金国 宽胶带大流量移 动煤流 自动 化采制样技 术 J 煤炭 学报 2 0 0 8 6 6 9 0 6 9 3 作者简介 杨金祥 1 9 8 3一 男 助理工程师 2 0 0 9年毕业于山东 科技大学 硕 士学位 现在煤炭科 学研 究总院检测研 究分 院从 事机 械化采制样设备的设计和研发工作 收稿 13 期 2 0 1 2 0 6 0 8 责任编辑 陶驰东 上接第 3 7页 表2 举升