108t矿用防爆车液压转向及倾举系统设计.pdf

2 0 1 4年 7月 第 4 2卷 第 1 4期 机床与液压 MACHI NE T OOL ＆ HYDRAUL I CS J u 1 ． 2 0 1 4 Vo 1 ． 4 2 No ． 1 4 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 1 4 ． 0 2 7 1 0 8 t 矿用防爆车液压转向及倾举系统设计 胡 万 强 许 昌学院电气信息工程学院，河南许 昌4 6 1 0 0 0 摘要 简要阐述了矿用防爆车的作用和工作特点 ，介绍一种 1 0 8 t 矿用防爆车的液压转向系统和倾举系统，并对系统 重要元件 如倾举油缸 、倾举油泵、转向缸、转向器、转向油泵进行了计算和选型。 关键词矿用防爆车；液压转向系统；液压倾举系统；元件选型 中图分类号T H1 3 7 文献标识码B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 1 4 0 9 0 3 De s i g n o f Hy d r a u l i c S t e e r i n g a n d Li f t i n g S y s t e m f o r 1 0 8 t Mi n e Ex p l o s i o n - p r o o f Ve h i c l e HU W a n q i a n g C o l l e g e o f E l e c t r i c a l a n d I n f o r ma t i o n E n g i n e e r i n g o f X u c h a n g U n i v e r s i t y ， X u c h a n g H e n a n 4 6 1 0 0 0，C h i n a Abs t r a c t Th e f un c t i o n s a n d c ha r a c t e ris t i c s o f mi n e e x pl o s i o n p r o o f v e hi c l e we r e b rie fly i n t r o du c e d．T he h y d r a ul i c s t e e ring s y s t e m a n d h y d r a u l i c l i f t i n g s y s t e m o f 1 0 8 t m i n e e x p l o s i o n p r o o f v e h i c l e w e r e d e s c ri b e d ， t h e s y s t e m s ’ i m p o r t a n t c o mp o n e n t s s u c h a s l i f t i n g c y l i n d e r ， l i ft i n g p u m p ， s t e e r i n g c y l i n d e r ， s t e e r i n g g e a r ， s t e e r i n g o i l p u m p w e r e c a l c u l a t e d a n d s e l e c t e d ． Ke y wo r d sMi n e e x p l o s i o n p r o o f v e h i c l e ；Hy d r a u l i c s t e e r i n g s y s t e m ；Hy d r a u l i c l i f t i n g s y s t e m ；C o mp o n e n t c h o i c e 矿用 防爆无轨胶轮车作为现代矿 山企业重要 的运 输工具 ，具有 防爆可靠 、机动灵活 、牵引力大 、适应 性 强等特点 ，转 向系统及倾举 系统作为矿用 防爆无轨 胶轮车重要的传动系统，主要实现前轮转向及卸载重 物等作用 ，其性能优劣直接影响着无轨胶轮车的生产 效率和安全性能 。液压转 向系统具有质量轻 、结构紧 凑 、启动平稳 以及动作迅速等优点 ，能有效缓冲地面 冲击 ，因而被广泛应用。同样 ，为了获得较大的推力 以倾倒重物，相比机械倾举系统而言，液压倾举系统 具有无可 比拟 的优点 。 文中结合液压传动技术特点，主要介绍 了一款 1 0 8 t 矿用 防爆 无轨胶 轮车 ，其 转 向系统采 用 全液压 转向；传动系统采用液压驱动，由防爆柴油机、分动 器 、液压泵、液压轮边马达组成，车厢与底盘铰接由 液压缸实现升举下降，液压缸布置于车厢两侧，既可 实现车厢升降又可实现后底盘的升降，极大地适应井 下的苛刻工作条件，车的总体布局如图1 所示。 ／ ＼ 图 1 矿用防爆无轨胶轮车结构示意 图 1 液压系统设计 根据矿用防爆车系统要求，拟定的液压转向系统 及倾举系统如图2所示。 液压转 向系统 主 要 由液压 泵 1 、卸荷 溢 流 阀 2 、 全液压转 向器 3 、采用 交 叉 连 接 的转 向油缸 4等组 成 。油液经泵 1 进 入转 向器 3带动转 向器转动 ，促 使 油液进入转 向油缸 4，在油缸 活塞 上产生 足够 的压 力 使车辆转向。 液压倾举 系统主要 由泵 7 、举升分 配 阀 8 、单 向 节流 阀9 、举 升速度 控制阀 1 O和举升液压缸 1 1 组成。 举升分配阀8有举升位、保持位、迫降位和浮动位 4 个工作位置 。当倾 举车厢卸物时 ，油液经阀 8的举 升 位和 阀 1 0进入油缸 ，产生 足够 大 的压力卸 载 。如 车 厢回位，阀8处于迫降位 ，利用车厢的重力使其下 降，速度由单向节流阀9决定。自卸车在运行中将举 升分配 阀处于浮动位 ，可避免液压 回路经常处于高压 状态，使油泵卸荷。 在系统中，转向时由于转向油路高压作用，卸荷 溢流阀 2中的油液进入转 向器 3 ，从 而实现转 向 ，油 泵 1 只负责 向转向系统供 油 ，多余 流量 经转 向器中溢 流 阀溢走 。转 向动作完成后 ，转 向油路压力降低 ，当 举升 时 ，泵 1与泵 7在举升分配 阀 8内合流 ，同时向 举升液压缸供油 。 收稿 日期 2 0 1 3 0 51 5 作者简介胡万强 1 9 7 4 一 ，男，硕士 ，讲师，主要从事液压与气压方面的教学与研究工作。Em a i l h w q X C U ． e d u ． c n 。 第 1 4期 胡万强 1 0 8 t 矿用防爆车液压转 向及倾举 系统设 计 9 1 图2 液压转向及倾举系统液压原理图 2 液压倾举系统部分重要元件选型 2 ． 1 倾 卸 油缸 倾举机构采用双缸后倾式卸载 ，其尺寸示意图如 图3所示。图中点A为倾卸油缸与后车架的铰点，点 0为车厢与车架铰点 ，点 E为油缸与料斗铰接点 ，点 F为倾举 到位后点 E位置 。 图3 倾举尺寸示意图 已知 A E1 9 6 2 m m， A O 3 9 6 0 m m，O E 2 7 9 0 m m，／_ E O F 4 5 。 ，则 ／_ A O Ea r c c o s A O O E 2一 A E ／ 2 A O O E 2 7 ． 4 1 。 ，达到极限位 置时 ，经计算 A F 4 0 9 7 m l n ，则液 压缸 的行 程 s A F A E 2 1 3 5 m m，圆整为 2 1 6 0 ln l n 。 倾举 缸所需总推力 式 中G为 车 辆满 载 时 的 车厢 重 力 ，已知 车载 质 量 1 0 8 t ， 自身质量 1 9 t ； d为满载时车厢重心距车厢与车架铰接点的距 离 ； r 为举倾油缸 作用力距翻倾铰接点 的力臂 。 由图3可知 s i n ／E A O 0 ． 6 5 4 6 ， 则 r A O s i n ／__ ． E A O 2 5 9 2 m m， 故 d 2 3 4 0 m m，代 入得 F 1 1 2 3 5 9 7 N，则单个油 1 、7 一 液压 泵 2 一 卸荷 溢流 阀 } _全液 压转 向器 4 D 转 向油 缸 。 ， 5 、l 5 一单向阀 6 、1 2 、1 3 、1 4 一 过滤 器 8 一 举 升分 配 阀 9 一 单 向节 流 阀 1 0 一举升速度控制阀 l 1 一 举 升液 压缸 缸推力 F 5 6 1 1 9 9 N，取 举 升系统 的压 力p 2 0 M P a ， 则倾举液压缸内径D≥√ [ ／ _ _ 4 x 5 6 1 7 9 9 0 ． 1 8 9 m，考虑到不利举倾状况， √ 3 ． 1 42 01 0。 ⋯～。 一 。。。 采用三级液压缸 ，其具体参数为第一级 D 2 4 0 m m，行程 s ． 7 2 0 m m；第 二级 D 2 2 2 0 m m，行 程 s ， 7 2 0 m m；第三级 D 2 0 0 m m，行 程 s 3 7 2 0 m m。 选用力士乐公司的 3 Q T G - 2 4 02 1 6 0三级伸缩缸，其 最大 内径 2 4 0 m m，行 程 2 1 6 0 m m，额 定 压 力 2 5 M P a。 2 ． 2倾举油泵 选取举升时 间 t 2 0 S ，泵转 速 n1 5 0 0 r ／ m i n ， 油泵流量 Q 式 中 V为 缸容 积 ，V 1 『 0 ． 2 4 7 2 0 0 ． 2 2 7 2 0 0 ． 2 7 2 0 ／ 21 6 5 L； 为油泵 的容积效率 ，取 0 ． 9 。 所 以 Q 专 5 5 0 L ／ m in ， 故 油 泵 的 排 量 g 堑 3 6 7 m L ／ r 。根据图2可知 ，在倾 举时是双泵供油 ，所 以倾 举泵选 为力士乐公 司 的 A 2 F O 3 0 0 ／ 6 3 R ． P A B 0 5型 ，最大 排 量 为 3 0 0 m L ／ r ，最 高转速 为 1 5 5 0 r ／ m i n ，最大流量 为 4 5 0 L ／ m i n ，最 大 功率 为 1 8 1 k W。 3 液压转向系统部分重要元件选型 3 ． 1 转 向缸 转 向缸最大推力为 9 2 机床与液压 第4 2卷 F 旦 ／ r a t n 式中r m in 为最小转 向力臂，根据同类参考 ，取值为 1 1 0 mm； 为 转 向 阻 力 矩 ， G √ 等 E ； G为转向轮荷重 ，一般矿用自卸车满载时前轴 的载荷 为 总重 的 3 4 ％ ，G 1 0 81 9 1 0 0 0 9 ． 83 4％ 4 2 3 1 6 4 N l厂 为摩擦因数 ，选取， 0 ． 3 9 ； 为轮胎宽度，取值0 ． 8 3 m； E为主销偏移距，一般取0 ． 3 i n 。 因此 得 M _4 2 3 1 6 40 ． 3 9 o _ 3 6 9 3 8 0 N i n ，所 以 F 6 3 0 7 2 5 N。 由图2 得出单个转向缸最大推力为总推力的， 即F 推 6 3 0 7 2 5 4 2 0 4 8 3 N ， 所以 单个油缸内 径 D≥ ／ 4 _a_x 4 2 0 4 8 3 一 l 6 3 m m圆 整 为 D 2 0 0 D ≥ √ ～ ⋯⋯、， 一 l 6 3 圆整 为 2 o 0 m m。根 据 相 关 资 料 ，选 取 转 向 缸 往 返 速 比 0 2 1 ． 5 ，计算并圆整 d1 4 0 m m。根据计算结 果 ，选用 D 2 5 wF 2 0 0 ／ 1 4 0 - 1 5 0型液压缸 ，额定压力为 2 5 MP a ，活塞直径2 0 0 m m，活塞杆直径 1 4 0 m m，行 程 1 5 0 I I l m。 3 ． 2转 向器 液压转 向器是全 液压转 向装置核心部件 ，方 向盘 转 角和转 向轮偏转 角之间的 比例就 是通过 转向器摆线 泵来保证的。如果转向油缸的容积一定，车轮偏转相 同角度 时 ，摆 线 泵排 量越 大 ，则 方 向盘 转 动 圈数越 少 。因此转 向器排量 q 是 全液压 转 向器非常重要的参 数 ，其计算公 式为 g 式中 为转向液压缸容积 ； i 为方向盘从一侧转至另一侧的圈数； 7 7 为油缸的容积效率。 转 向液压 缸容积 孚 2 D 一 d s 式中 s 为油缸 的行程 ，s 2 r s i n 0 ； 0为转向轮最大转角，根据参考文献 ，取偏转 轮最大转角 0 4 0 。 。 转 向缸的行程 s 2 r s i n 02 X 1 1 0s i n 4 0 。 1 4 1 m m ， 油 缸 容 量 7 - 2 D 一 d s 手 2 2 0 0 一 1 4 0 X 1 4 1 6 ． 8 7 5 L 。方 向盘 的圈数 i 7 ，油缸 的 容积效率根据机械设计手册取 叼 0 ． 9 8 ，代入上式得 全液压转 向器 的排 量 q V 1 0 o 2 m L ／ r ，选用萨澳 一 丹佛 斯 S a u e r ． D a n f o s s 公 司生产 的 O P S L 一 1 2 0 0 L S 转 向器 ，其排量为 1 2 0 0 m L ／ r 。 3 ． 3 油 泵 泵流量计算公式为 Qq n 转 式中 1 7 , 转为方 向盘转速 ，取 ／7 , 转 6 0 r ／ m i n 。 将 转及 q代 人 得 油 泵 流 量 Qq n 转1 2 0 0 1 0 6 0 7 2 L ／ m i n ，则泵排 量 Q 泵 4 8 m L ／ r 。选 择 力 士乐 公 司生 产 的 A 2 F O 1 0 0 ／ 6 1 R ． P A B 0型定量泵，最大排量为 1 0 0 m L ／ r ，最高转速为 1 4 5 0 r ／ m i n ，最大流量为 1 5 0 L ／ ra i n ，最大功率为 1 5 2 k W 。 4 结束语 矿用 防爆 车工作环境一般 比较恶劣 ，其转 向系统 和倾举系统工作情况复杂，采用机械式结构存在结构 复杂、零件冲击载荷大等缺点，文中采用液压转向系 统和倾举系统来替代原来的机械式系统，并对系统部 分重要零件进行了计算选型。事实证明，该设计是科 学合理的。 参考文献 [ 1 ]刘芬 ， 单根立． 矿用防爆柴油机普通轨道机车液压系统 设计 [ J ] ． 液压与气动 ， 2 0 1 2 9 2 2 2 3 ． [ 2 ]王连洪． 防爆车液压举升系统的建设与仿真 [ J ] ． 煤矿 机械 ， 2 0 1 3 ， 2 2 3 5 65 7 ． [ 3 ]路甬祥． 液压气动技术手册[ M] ． 北京 机械工业出版 社 ， 2 0 0 2 ． [ 4 ]雷天觉． 新编液压工程手册[ M] ． 北京 北京理工大学出 版社， 1 9 9 8 ．