矿卡举升液压系统提升可靠性的设计方法与应用调试_冯文彬.pdf
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1、Jun.2023Fluid Measurement&ControlVol.4 No.3 矿卡举升液压系统提升可靠性的设计方法与应用调试Design Method and Application Debugging of Offhighway Mining Dump Trucks Elevator Hydraulic System to Improve Reliability冯文彬1,2(1.太原重工股份有限公司 技术中心,山西 太原 030024;2.智能采矿装备技术全国重点实验室,山西 太原 030024)FENG Wenbin1,2(1.Taiyuan Heavy Industry Tec
2、hnology Center,Taiyuan 030024,Shanxi,China;2 National Key Laboratory of Intelligent Mining Equipment Technology,Taiyuan 030024,Shanxi,China)摘要:针对非公路矿用自卸卡车举升液压系统,分析了其液压元件在设计和调试过程中,有助于提升系统可靠性的要点,提出了现场对系统问题调试的解决方案,为以后设计调试过程提供了参考。关键词:非公路矿用自卸卡车;液压系统;平衡阀;多级油缸;泵Abstract:Aiming at the mine elevator hydrauli
3、c system,this paper analyzes the key points which are helpful to improve the system reliability in the design and commissioning process of its hydraulic components,and puts forward the debugging solution of the system problems on site,which provides a reference for the design and commissioning proce
4、ss in the future.Key words:off-highway mining dump truck;hydraulic system;load control valve;multi-stage cylinder;pump中图分类号:TH 137 文献标志码:A 文章编号:2096-9023(2023)03-0020-041前言非公路矿用自卸卡车(简称“矿卡”)用于大型露天矿山物料运输作业,其主要功能是实现短距离散料的装卸和运送1。实现货箱的举升和下降动作是矿卡的基本功能要求,举升和下降的性能优劣影响着矿卡工作效率的高低。目前,液压传动是实现货箱举升、下降动作的主要方式。矿卡的举
5、升液压系统主要由举升油缸、举升分配阀、举升先导控制阀、举升平衡阀组、举升泵等液压元件组成,这些元件的合理设计与正确使用严重影响着举升系统的可靠性。2举升系统的平稳性要求除了满足举升和下降等基本动作外,举升液压系统还需要进行一些有利于平稳性的设计,以保证整车在工作过程中的平稳可靠性。在设计时需要考虑到的情况如:在货箱举升的最后阶段,由于物料在货箱底部堆积,可能会造成举升液压缸突然加速伸出而损坏液压缸,也就是通常所说的“拔缸”;举升液压缸由于有杆腔和无杆腔面积差距较大,所以液压有杆腔的流量在举升时小,下降时却较大;由于到达举升终点时,整车重心比较高,末级作用举升液压缸回路上一般都有节流措施,使货箱
6、的最后一级举升平稳,避免过大冲击,同时在到达下降终点时,也要避免货箱冲击大梁,需要设置缓冲机构,避免冲击。总之,确保举升和下降动作过程平稳可靠是矿卡举升液压系统的重要指标。针对举升液压系统的平稳性要求,需从元件层面考虑,在设计和调试过程中避免其问题的出现。3举升平衡阀组的介绍与调试举升平衡阀组是一种能够控制举升下降过程的多功能组合阀,其结构与工作原理是所有液压阀种中最为复杂的,矿卡举升液压系统中设置平衡阀组是为了防止举升最后阶段出现负负载,导致举升缸出现“拔缸”的情况。矿卡上使用的平衡阀块,采用了 3个螺纹插装阀的组合形式,分别为平衡阀、单向节流阀、单向阀,如图 1所示。其中,平衡阀是为了通过
7、举升时的举升油缸有杆腔回油而设置的,当进行举升动作时,举升油缸有杆腔中的油液必须通过平衡阀回油,而平衡阀阀芯开启的大小、平衡阀控制腔的压力和负载压力相关。只有 202023年 6月流体测量与控制第 4卷第 3期(总第 16期)当 2个压力之和大于平衡阀的设定值时,平衡阀阀芯才会开启,保证了当出现负负载时,平衡阀能够及时关闭,防止出现举升油缸拔缸的情况。平衡阀组上的单向节流阀是为了控制平衡阀控制腔的压力波动。平衡阀在液控节流时,阀芯处在一个动态平衡位置,控制压力的波动会引起阀芯位置的波动,进而引起开口面积的波动,最后导致负载运动速度的波动2,引起整车的抖动,将影响矿卡驾驶员的正常操作。所以设置单
8、向节流阀可以减缓控制腔压力随着油缸大腔压力的波动,降低油缸大腔压力波动对平衡阀阀芯的影响。在平衡阀组上设置单独的单向阀,因为举升油缸有杆腔在举升动作时需求流量少,在下降时需求流量大,而平衡阀自带的单向阀通径不足以满足下降时的流量需求,所以应增加大通径单向阀的通流面积。平衡阀的参数主要有控制比和平衡阀设定值,控制比决定了开启液控节流功能所需的最低控制压力。控制比低,则稳定性好,但能耗高,因为控制压力通过液压缸增加了另一腔,即平衡阀负载口的压力3。平衡阀设定值是一个重要参数,平衡阀设定值要大于负载口压力,以实现控制压力大的控制范围,同时,平衡阀设定值不能设定过高,以防出现负负载压力尖峰时平衡阀打不
9、开,导致举升油缸的超压损坏。平衡阀组因为入厂时无法检测阀设定值,在装车后的空载调试过程中,要关注举升时举升油缸小腔的背压。如果出现背压过高和平衡阀组噪声明显的情况,表明平衡阀主要是靠负载口压力打开的。此时,平衡阀设定值过高或者控制口压力过小,如果载重举升,会导致初始举升压力不够而无法举升。建议测量平衡阀控制腔压力,如果控制腔有压力,那么就要考虑重新调整平衡阀的设定值。调整方法为:关闭单向节流阀阀口,然后空载举升,调节平衡阀主弹簧,直到举升油缸小腔背压为需要的设定值;打开单向节流阀,试验在慢速举升时举升油缸是否会出现抖动的现象,如果有抖动的现象,则需适当调小单向节流阀的节流口,再次测举升时的举升
10、压力、小腔压力、控制口压力是否恢复正常范围内,以及明显降低噪声的情况。4举升油缸的设计与调试为了将货箱内的物料完全倾卸干净,矿卡的货箱需 5060的举升角,而且矿卡载重一般都是百吨级别,需要举升液压缸在举升初期提供较大的举升力,所以设计时需平衡举升油缸的行程和举升压力,使其拥有较大的行程、较短的安装距,以及较大的初始举升力。举升液压缸往往采用多级液压缸的形式,如图 2所示。多级油缸第一级液压油作用面积较大,可以在举升动作初期给货箱提供较大的举升力,而且因为多级油缸总行程为各级行程之和,所以总行程可以很长,又因为每一级层层套在一起,完全缩回时长度较短,所以它的安装距较短。总之,举升油缸非常适合采
11、用多级油缸的形式。图 2多级液压缸图 1举升平衡阀组原理 21Jun.2023Vol.4 No.3 Fluid Measurement&Control为防止货箱下落过快撞击车架大梁,造成冲击,在多级油缸的第一级处设置了缓冲装置,当油缸缩回到末端时,油液只能通过缓冲杆和缸筒之间的环形通道通过,通过环形通道的节流作用减缓油缸的缩回速度,从而保证举升油缸回落的平稳性。同样,当接近举升终点时,由于货箱重心变高,在末级举升油缸回油路上一般都有节流措施,使得货箱的最后一级举升平稳,避免过大冲击。而且,由于举升有角度限制,在举升未到达举升油缸行程末端时,举升功能就会被切断,防止举升过高而影响举升的安全。在装
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