dkc20地下礦用汽車轉(zhuǎn)斗限位機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

dkc20地下礦用汽車轉(zhuǎn)斗限位機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

dkc20地下采礦車專門設(shè)計(jì)為水下金屬礦山，重量為20t。采用左右車身連接結(jié)構(gòu)，雙車道轉(zhuǎn)向，旋轉(zhuǎn)半徑小，適合狹窄井的空間使用。料斗翻轉(zhuǎn)采用多路閥控制,雙多級(jí)缸舉升,卸料角度大,有利于礦石一次卸凈。動(dòng)力系統(tǒng)采用康明斯QSL9系列發(fā)動(dòng)機(jī),額定功率220kW/2100r/min,排放滿足歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)。傳動(dòng)系統(tǒng)采用DANA公司的36000系列變速箱和5000系列變矩器,KESSLER公司D81系列驅(qū)動(dòng)橋,前后各四檔,傳動(dòng)效率高,通過性能好,能更好地適應(yīng)井下惡劣環(huán)境。該車在礦山已經(jīng)運(yùn)行超過3000h,運(yùn)行狀況良好,但根據(jù)現(xiàn)場反應(yīng)的情況分析,局部位置還需要進(jìn)行改進(jìn),本文針對(duì)轉(zhuǎn)斗限位機(jī)構(gòu)暴露的問題進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。外形如圖1所示。1機(jī)械限位的影響如圖1所示,料斗翻轉(zhuǎn)有兩個(gè)限位點(diǎn),分別是落斗限位點(diǎn)4和升斗限位點(diǎn)6,收斗工況完畢時(shí),斗底落到后車體主梁5上,實(shí)現(xiàn)機(jī)械限位,主梁5屬于箱形結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較大,可以穩(wěn)穩(wěn)地抵住料斗落下帶來的沖擊。舉斗工況完畢時(shí),斗底落到后車體橫梁8上,通過機(jī)械限位使料斗停止運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)斗系統(tǒng)液壓原理如圖2所示,回路由油箱、多路閥、先導(dǎo)閥、轉(zhuǎn)斗油缸、齒輪泵等組成,多路閥2的主閥為液控三位六通換向閥,通過先導(dǎo)閥3的動(dòng)作來控制多路閥2的換向,從而控制舉升油缸4的伸縮,實(shí)現(xiàn)料斗的翻轉(zhuǎn)。2缸底變形的影響橫梁屬于單板式結(jié)構(gòu),強(qiáng)度相對(duì)較弱,受到料斗的反復(fù)沖擊可能會(huì)發(fā)生變形,隨著橫梁變形量的增大,料斗翻轉(zhuǎn)角度也會(huì)增加,角度增加到一定值時(shí),會(huì)導(dǎo)致舉升油缸伸長到極限位置。此時(shí),料斗的限位除了靠斗底與橫梁接觸外,還可能靠油缸內(nèi)部活塞與缸頭的接觸來實(shí)現(xiàn)。這樣會(huì)影響油缸的密封性,降低使用壽命。雖然橫梁的變形量還不大,但存在故障隱患。3進(jìn)后液壓系統(tǒng)總體思路是通過對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn),來避免料斗對(duì)橫梁的強(qiáng)烈沖擊。改進(jìn)后的液壓系統(tǒng)如圖3所示,在先導(dǎo)回路中增加一個(gè)節(jié)流閥6和一個(gè)卸荷閥7,與原先導(dǎo)閥3和多路閥2一起組成一個(gè)卸荷回路。卸荷閥的實(shí)際安裝位置如圖1所示,安裝在后車體橫梁上,按鈕開關(guān)略高于橫梁的上表面。3.1荷閥的組成卸荷閥的原理如圖3所示,為按鈕式二位二通常閉換向閥,XF-E20L型卸荷閥由閥體、推桿、單向閥等三大部分組成,外形如圖4所示。卸荷回路的原理是當(dāng)料斗翻轉(zhuǎn)到舉升限位點(diǎn)時(shí),斗底先觸發(fā)卸荷閥的按鈕開關(guān),使先導(dǎo)系統(tǒng)卸荷,多路閥回到中位,轉(zhuǎn)斗油缸停止運(yùn)動(dòng),料斗停止翻轉(zhuǎn),避免對(duì)橫梁的沖擊。3.2節(jié)流閥開度曲線仿真分析液壓系統(tǒng)在改造之初,卸荷回路中只增加了一個(gè)卸荷閥,沒有安裝節(jié)流閥。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),當(dāng)卸荷閥開啟時(shí),料斗還在繼續(xù)翻轉(zhuǎn),卸荷閥的卸荷效果不佳,導(dǎo)致卸荷閥的閥桿被壓彎。經(jīng)分析,卸荷閥安裝在卡車的最后方,卸荷管路總長超過12m,距離先導(dǎo)閥和油箱較遠(yuǎn),而多路閥距離先導(dǎo)閥較近,管路長度小于2m。由流速計(jì)算公式(1)可知:當(dāng)管徑為定值時(shí),流速v與流量Q成正比。先導(dǎo)系統(tǒng)的流量Q=15L/min,管路通徑為d=8×10-3m,此時(shí)流速v=5m/s。由沿程壓力損失計(jì)算公式(2)可知:圖5中,下方游標(biāo)顯示節(jié)流閥開度為50%,此時(shí)節(jié)流口的開度是4mm;右側(cè)為轉(zhuǎn)斗油路仿真模型,當(dāng)卸荷閥開啟時(shí),回油背壓還是很高,多路閥仍然處于工作位置,沒有達(dá)到較好的卸荷效果;左側(cè)為轉(zhuǎn)斗油缸的活塞位置圖,從活塞位置圖中可以看出,油缸開始動(dòng)作等待時(shí)間幾乎為0s,舉升時(shí)間大約17s,節(jié)流閥通經(jīng)為4mm的回路不能滿足卸荷的要求。當(dāng)節(jié)流閥開度為30%時(shí),如圖6所示,油缸開始動(dòng)作等待時(shí)間大約為3s,當(dāng)卸荷閥開啟時(shí),回油壓力很小,先導(dǎo)回路處于卸荷狀態(tài),油缸停止動(dòng)作。通過對(duì)模型中節(jié)流閥的開度進(jìn)行多次調(diào)整,得出孔徑大小與卸荷回路工作狀態(tài)的關(guān)系,如表1所示。通過仿真過程發(fā)現(xiàn),當(dāng)孔徑大于4mm時(shí),節(jié)流閥的通流面積較大,卸荷效果不好,當(dāng)孔徑小于3mm時(shí),卸荷效果明顯,隨著孔徑的減小,等待時(shí)間隨之拉長。5卸荷回路背壓過高把新的液壓系統(tǒng)應(yīng)用到樣機(jī)中,根據(jù)仿真的結(jié)果,節(jié)流閥初始值設(shè)定為2mm,這樣可以保證卸荷閥的安全,通過反復(fù)試驗(yàn),孔徑設(shè)計(jì)為2.8mm,等待時(shí)間大約為3s。通過對(duì)DKC20地下礦用汽車轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì),解決了轉(zhuǎn)斗時(shí)橫梁承受巨大沖擊的問題,消除了橫梁被沖擊變形的隱患。式中:v—流速,m/s;Q—流量,L/min;d—管路通徑,m。式中:ΔP—沿程壓力損失,MPa;λ—沿程阻力系數(shù);l—管路長度,m;ρ—流體密度,kg/m3。含有加強(qiáng)鋼絲的膠管經(jīng)計(jì)算,0.04<λ<0.23,沿程壓力損失0.7MPa<ΔP<3.9MPa。在先導(dǎo)壓力小于0.6MPa時(shí),多路閥閥芯才回到中位,由上述計(jì)算可知,由于沿程壓力損失較大,使得卸荷閥在卸荷過程中存在較大的背壓,先導(dǎo)回路沒有完全卸荷,多路閥一直處于開啟狀態(tài)。解決這一問題的有效途徑是縮短管路,增大管徑,或降低流速。由于卸荷閥的位置和管路的布置決定了管長與管徑基本上是一定值,只有通過降低流速,才能實(shí)現(xiàn)卸荷回路背壓的降低。故加裝節(jié)流閥來調(diào)節(jié)流速。4反應(yīng)時(shí)間節(jié)流閥的開口大小除了影響管路中流體流速的快慢,還會(huì)影響舉升油缸開始動(dòng)作反應(yīng)時(shí)間的長短,既要保證較好的卸荷效果又要滿足較短的等待時(shí)間是孔徑選取的關(guān)鍵,用軟件對(duì)卸荷回路進(jìn)行仿真,計(jì)算出節(jié)流閥大概的開度,避免試驗(yàn)時(shí)對(duì)卸荷閥再次造成損傷。4.1油缸壓力計(jì)算利用AutomationStudio仿真軟件建立系統(tǒng)模型,如圖5所示,節(jié)流閥的最大開度為8mm,主油路齒輪泵的排量q1=52.2mL/r,溢流壓力P1=14MPa,安全閥壓力P2=16MPa,油缸的負(fù)載為10t,油缸其他參數(shù)為Φ150×Φ12