整体平衡式臂式斗轮堆取料机液压俯仰驱动功率计算.pdf

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整体平衡式臂式斗轮堆取料机液压俯仰驱动功率计算张亮陈永接任志刚1北方重工集团有限公司沈阳1100412山东省生建重工有限责任公司淄博255129摘要：介绍了整体平衡式臂式斗轮堆取料机结构形式，分析了俯仰机构的运动特性，详述了液压俯仰机构主要技术参数的确定。关键词：臂式斗轮堆取料机；整体平衡式；俯仰机构；运动特性；液压缸；电动机；功率；计算中图分类号：U653．928．5文献标识码：A文章编号：1001—0785(2014)04—0026—04Abstract：Thepaperintroducesthestructuraltypeofoverall-balancedaria—typebucket—wheelstackerandreclaimer，analyzesthemotioncharacteristicsoftheluffingmechanism，anddescribesdeterminationofmajorparametersofthelufingmechanism．Keywords：a瑚·typebucket-wheelstackerandreclaimer；overall—balanced；lufingmechanism；motioncharacteris-tic；hydrauliccylinder；motor；power；calculation0引言臂式斗轮堆取料机(以下简称斗轮机)属于大型、连续、高效的散料装卸机械，广泛应用于大型散货码头、钢铁、水泥、火力发电和矿山等企业的散料输送系统中，是散料输送系统的核心。随着液压传动和控制技术的不断成熟，主机俯仰1．斗轮臂2．液压缸3．俯仰主铰点4．平衡重机构已由原来的钢丝绳卷扬驱动形式逐渐发展到图1整体液压平衡式斗轮机示意图由液压驱动形式实现。液压系统有动作灵活、控制简单、起停平稳、结构小巧、组装方便、可靠耐用等优点，所以液压驱动形式得到了广泛的应用。2俯仰机构运动特性分析斗轮机按平衡形式分为活动平衡式、固定平从整体液压平衡式斗轮机俯仰机构运动原理衡式和整体平衡式，其中整体平衡式泛指整体液分析，此机构可简化为摆动导杆机构，而液压缸压平衡式。俯仰机构为整体液压平衡式结构形式符合对中式摆动液压缸运动原理，位置参数及运的斗轮机，俯仰动作具有独特的运动特性，根据动参数计算见图2及表1。其运动特性对液压系统主要技术参数进行精准可靠的计算十分必要。本文提出了整体液压平衡式3液压系统主要技术参数的确定斗轮机液压俯仰驱动功率的计算方法，其他形式3．1液压缸活塞速度的确定的斗轮机可参照此方法进行。在不影响斗轮机自身工作效率的情况下，在1整体液压平衡式结构简介实际设计中，常限制斗轮机构中心在俯仰时的最高线速度，一般为4～6m／rain。斗轮臂长的斗轮整体液压平衡式结构，即斗轮臂和平衡重围机设备可取高值，通常设定斗轮机构中心俯仰时绕同一个轴心(俯仰主铰点)摆动，以达到整体最高线速度为5m／min。的平衡，如图1。一26—《起重运输机械》2014(4) 由图2可知，当斗轮臂由下极限位置到上极限位置，传动角(≤9O。)是逐渐减小的，所以cos-g是增函数，siny是减函数。也就是说斗轮机构在下俯至下极限位置时有最小值，在上仰至上极限位置时有最大值，即=5m／min。此时传动角y可由表1中公式计算得出，也可由CAD绘图直接测量得出，这样根据式(1)液压缸活塞、的速度也就确定了。3．2液压缸主参数的确定就目前液压技术和液压元器件材质情况，综1．斗轮臂上极限位置2．斗轮臂水平位置3．斗轮臂下极限合考虑质量和经济指标，一般认为选取35MPa左位置4．斗轮机构外径5．液压缸下铰点6．俯仰主铰点右的公称压力最经济，但条件允许时，通常还是7．回转中心线8．液压缸上铰点应该选用较低的工作压力。液压机、大中型工程图2俯仰机构简化为摆动导杆机构机械、起重运输机械执行元件工作压力一般为20～32MPa。过高的工作压力会使系统起停冲击根据表1对中式摆动液压缸计算公式可导出过大、内泄漏量大，系统发热和温升严重，噪声加大，维护困难。斗轮机俯仰机构液压系统从经(1)济性、实用性、可行性等方面考虑通常选取16MPa，少数选择25MPa的公称压力等级。表1对中式摆动液压缸计算公式1+O-。-p1+一A2p⋯⋯”1—2’一2从初始和终止位置1+一A动l和2。”一2摇A=L／L1，P1=L1／d，=r／d，Pf：Li／d2杆P2=L2／d=Apl，A=L／L1位置参数工作摆角l22一I见图液压缸行程SSl2=L2一．：々给定P和O-⋯P+O-1·一(p+or一1)⋯一2p’“‘2p·传动角y一COSq~．1给定和O-‘“s一‘√＼(sm(p)+运动摇杆角速度tO1V2／r·siny，l1·LR参数液压缸角速度tOtO2I)2／LI·tany￡注：r为摇杆长度，b为机架长度，为从动摇杆的位置角，为传动角(液压缸轴线与摆杆的传力夹角)，：为活塞的平均相对运动速度，￡为斗轮机构俯仰半径(约等于斗轮机设备回转半径)。3．2．1液压缸活塞直径的计算障时，另一个液压缸应仍能保持斗轮臂的位置。为了保证斗轮机俯仰液压系统的稳定性，通这样可以通过液压缸允许承受的极限压力来计算常对液压缸的性能有如下要求：当一个液压缸故最小液压缸活塞直径。各国规范中多数规定液压《起重运输机械》2014(4)一27— 缸允许最大压力(也是动态试验压)3．3．2电动机功率计算斗轮机俯仰机构液压系统实际工作所需总流P≤1．5pN量一般视为一个不变量，而液压缸的压力是随负载变化的，另外，负载受多种因素影响，计算数D≥≥-~mr~lo-6((22))一．。值只能是相对准确，这样为了系统安全，液压泵式中：D为活塞直径，1il；P为液压系统额定驱动功率按下式计算压力，MPa；F。为斗轮机构下俯非正常挖掘(超P=㈩载挖掘)时，液压缸无杆腔活塞上的载荷(单缸)，N。式中：P为P．和P：中的最大值，MPa；Q。为3．2．2液压缸活塞杆直径的计算液压系统实际工作所需总流量，L／rain；，7。为液压泵总效率，叶片泵一般取0．64—0．82，齿轮泵一(3)般取0．63—0．87，柱塞泵一般取0．81—0．88；叼为从液压泵出口到液压缸的机械效率，一般取0．9式中：d为活塞杆直径，in；F为斗轮机空载～0．95，主要由系统复杂程度来决定系数的大小。上仰极限位置时，液压缸有杆腔活塞上的载荷这里需要说明的是，斗轮机运行工况十分恶(单缸)，N。劣(露天、高粉尘、冰冻物料、风载荷等)，主机3．2．3液压缸工作压力的计算俯仰机构工作载荷相当大，且冲击频繁；另外在斗轮机构下俯正常挖掘时，液压缸的压力计算液压缸负载时，需要考虑俯仰机构各铰点的(无杆腔)为机械效率及平衡重允许的计算误差等因素，所以4F1斗轮机主机俯仰机构液压系统，电动机选型不按p(4)计算循环周期的等值功率进行选择。式中：F为斗轮机构下俯正常挖掘时，液压4应用实例缸无杆腔活塞上的载荷(单缸)，N。某项目臂式斗轮堆取料机规格型号为斗轮机空载上仰至极限位置时，液压缸的压DQIA000／3000·45，原始参数：初始和终止位置力(有杆腔)为=8．4。，=31．6。；液压缸最大和最小安装距离L2=5．379in，L1=3．164in；摇杆长度r=5．2724÷F、(5)pz(m；机架长度b=4．517ITI；斗轮臂下极限位置和上极限位置时传动角=57．54。，=50．17。；斗轮3．3液压泵和电动机功率的确定机构俯仰半径L：45．02m；斗轮机构下俯正常挖3．3．1液压系统实际工作所需总流量掘时，液压缸无杆腔活塞上的载荷(单缸)F，=1223kN；斗轮机构下俯非正常挖掘(超载挖掘)Q。=c·tn×导D×1o(6)时，液压缸无杆腔活塞上的载荷(单缸)Fh岫=1326kN；斗轮机空载上仰至极限位置时液压缸有杆式中：c为系数，取1．1(整个回路中总的泄腔活塞上的载荷(单缸)F=1079kN；选定系统漏量按液压缸输入流量的10％计算)；m为液压缸额定压力PN=16MPa。数量；tJ为液压缸活塞的速度，m／min。4．1液压缸速度的确定通过液压系统实际工作所需总流量及最高由式(1)有工作压力即可选出液压泵的规格型号，另外，轴向柱塞泵结构紧凑，径向尺寸小，惯性小，容积一：：!：一45．02效率高，斗轮机主机俯仰液压站及尾车变幅液压站通常使用轴向柱塞泵。=0．45m／min一28一《起重运输机械》2014(4) 4．2液压缸活塞直径的计算NO0变量柱塞泵，标称压力28MPa，峰值压力35根据公式(2)有MPa，额定转速2200r／min，公称排量100ml／r。4．4．2电动机功率计算。≥鲁根据式(7)有P_=60-32．7kW=／4x(2xl326xl03)X10_6=0LJ．●375‘60‘P。叼Z0．81Z0．9～~即选择Y系列4级笼型异步电动机，额定功即选择活塞直径为400mm的标准内径液率37kW，额定输出转速1470r／min。压缸。4．3液压缸活塞杆直径的计算5结语根据式(3)有本文从臂式斗轮堆取料机整体平衡式液压俯仰机构运动特性出发，以臂式斗轮堆取料机实际工况液压缸工作负载为基础，阐述了液压俯仰驱动功率计算方法，需要说明的是本文所述液压系√0．4一错(1．5X16)·兀X10。-o．213统回油路上是无背压的，当液压系统回油路存在补油和换油背压时，液压俯仰驱动功率的计算需按液压缸选型手册即可选择活塞直径为考虑背压的影响。实践验证，本文计算及各种系400mm、活塞杆直径为200mm的标准液压缸。力数的选取是可行的，对工程上的实际应用具有一士乐标准缸型号为CDL1MP5／400／200／％。定的参考价值。当液压缸选型确定后，还需要对活塞最大允许行程进行验算。参考文献斗轮机构下俯正常挖掘时，液压缸的压力[1]臂式斗轮堆取料机型式和基本参数[S]．北京：中国标(无杆腔)为准出版社，2011．[2]斗轮堆取料机术语[s]．北京：机械工业出版社，4F1p，：9．74MP2008．0．4Z丁cZ10。[3]臂式斗轮堆取料机技术条件[S]．北京：机械工业出版斗轮机空载上仰至极限位置时液压缸的压力社，2010．(有杆腔)为[4]张质文．起重机设计手册[M]．北京：中国铁道出版社，2001．4Fzp[5]成大先．机械设计手册[M]．北京：化学工业出版社，1994．[6]李松晶，王清岩．液压系统经典设计实例[M]．北京：=(0402Z10-11．5MPa一．．)·丁c。化学工业出版社，2012．[7]刘勤国．斗轮堆取料机使用、维护与检修[M]．北京：4．4液压泵和电动机功率的确定化学工业出版社．2010．4．4．1液压系统总流量的计算根据式(6)有作者：张亮地址：辽宁沈阳于洪区太湖街45—24—6—2=c。m××10：1．1×2×詈×0．4×邮编：1100410．45×】0：】243I,／min‘收稿Et期：2013—07—24选择力士乐标准A10VSO100DR／31R一：l：《起重运输机械》2014(4)—29—