宽体矿用自卸车液压系统油压特性分析与结构优化.pdf

T E CHN I C F oRU M／ 技术 论坛I 2 0 1 2 ／ 0 6 宽体矿用自卸车液压系统油压特性分析与结构优化 Hy dr a ul i c Sy s t em Oi l 李少东张根志 L I Shao-dong e t al P r e s s u r e F e a t u r e s An a l y s i s a n d S t r u c t u r e Op t i mi z a t i o n o f W i d e B o d y Mi n i n g T i p p e r 北京欧曼t型汽车厂 北京 1 0 1 4 0 0 摘要通过模拟宽体矿用自卸车卸货模式 作位置的系统油压 ，并绘制 了油压特性曲线 箱结构的合理 匹配提供 了一种设计方法。 关键词 宽体矿用 自卸车液压系统油压 建立 了举升模型和计算模型 ，计算出多级缸各 临界工 分析了系统最大油压出现的位置点 ，为液压系统 与货 结构优化后翘 Ab s t r a c t By s i mul a t i n g t h e u n l o a d ing m o de o f wi d e b o d y m i n i n g t i p p e r , t h e l i f t i ng a n d c a l c ul a t i o n mo d e l wa s e s t a b l i s h e d ， a n d the c r i t i c a l wo r k i n g p os i t i o n s y s t e m o i l p r e s s u r e o fmu l t i l e v e l c yl i n d e r wa s c a l c u l a t e d an d the o i l p r e s s u r e f e a t u r e s C H I v e s wa s m a d e ． Th e h i g h e s t o i l p r e s s ur e po i n t wa s an a l y s e d a n d a d e s i g n me t h o d wa s pu t f o r wa r d for the ma t c hing o f h y d r a u l i c s y s t e m an d b ox s t r u c tur e ． Ke y wo r ds wi d e b o d y mi n i n g t i p p e r ； h yd r a u l i c s ys t e m； o i l p r e s s u r e ； s t r u c t u r e o p t i mi z a t i o n； r e a r l i f t i ng 中图分类号 U 4 6 9 ．4 ．0 3 文献标识码A 文章编号1 0 0 4 0 2 2 6 2 0 1 2 0 6 0 0 9 0 0 2 1前言 宽体矿 用自卸车属非公路用车，作为一种特定工况所需要 的 专用产品，其在露天矿 区及大型工程施工现场替代正常公路用汽 车 自卸车的趋势越来越明显。该车工作环境较为恶劣 ，行驶路面 平整度较差 ，多为重载连续爬坡 ，且 自卸作业频繁。该车通常匹 配底板后翘式货箱及前置直推式多级伸缩套筒缸 ，故对液压举升 系统要求较高。 2 液压系统油压计算与分析 2 ． 1建立举升模型 宽体矿用 自卸车主要 由二类底盘、副车架、货箱、倾卸机构 及液压系统等部件组成。先利用C A T I A维软件建立举升模型 ， 如图l 所示，在建立模型时 ，需注意以下几点 a 货箱必须按照自上而下的设计原则建立模型； b ． 油缸上下铰接点的距离用公式编辑器与各级缸的行程进行 关联设置； C ． 货箱后 门平面与地 面建立垂直约束 ，货物的卸货状态按动 态安息角与地面建立角度约束。 这样便于模型的更新及后续各工位油压的计算。 2 ． 2 系统油压计算 倾卸机构采用前置直推式单作用四级油缸 ， 额定压力为1 9 MP a ， 最大压力为2 2 MP a ，油缸的伸出顺序为1 - 2 3 4 ，1 N4 级缸径及行 程分别为1 7 2 m m／ 1 1 5 2 i ／ fi n 、1 5 0 n m a ／ 1 2 0 0 I ／ ]a T I 、1 2 9 mm／ 1 2 1 0 mm 、 l l O r r a n ／ 1 1 2 0 n n ；货箱内长 5 ．6 m，内宽B 3 ． 0 m，货箱本体质 第一作者李少东，男，1 9 6 9 年 生 ，高级 工程 师，从事专用车设 计。 圈1 拳升模 型 量G 0 1 0 0 0 0 k g 。假设装载货物为矿石 密度p 2 7 5 0 k g ／ m 3 ，动态 安息角3 7 。 ，初始设计时，选取货箱底板后翘长度K 8 0 0 mm、 后翘角度 o 1 6 。，如图2 所示 。 图2 贷箱结 构 需要注意的是 ，举升角度小于3 。时，后 门不可开启卸货 ，此 时仅货箱及货物 的质心发生变化 ；随着举升角度增大 ，后 门开 启 ，货物倾卸 ，此时货箱质心、货物的质心及质量均发生变化 ， 故建立计算模型如图3 所示。下面分别建立在举升启动、货箱举升 3 。、第一节缸伸出、第二节缸启动、第二节缸伸出、第三节缸启 动、第三节缸伸出、第四节缸启动、第四节缸伸出共9 个临界工位 的举升模型 ，可利用C A T IA维软件直接读取各工位货箱本体及 货物的质心位置、货物截面积 ，并通过下述 公式计算各工位 的系 统油压 4 x 9 ． 8 G 0 G l 1 0 ／ O r D , 2 1 GI SBp 2 式中， 为系统油压 ；G o 为货箱本体质量 L 。 为货箱本体质心距翻 转点距离 ；G 。 为货物质量 ；L 。 为货物质心距翻转点距离 ； L 为油缸 举升 力臂 D 为多级缸活塞直径 ；S 为货物截 面积 ；B 为货箱 内 宽 ； p 为货物密度。 图3计 算模 型 把上述公式设置 nJ E x c e l 表 中，分别计算9 - 1- 位的系统油压 如表1 所示 ，并绘制系统油压特性曲线，如图4 所示。 裹1 各工位 参数裹 2 ． 3 油压特性 曲线分析 从图4 可以看出，每当下一级缸启动时，油压均会出现一次突 变，导致整个系统的油压波动较大。最大油压 出现在第二级油缸 启动时 ，达到 1 9 ．3 MP a ，略微高于油缸的额定压力。而在实际工 作 中，最大油压可能更高，这对系统的举升性能及液压件的使用 寿命均有不 良影响。分析其原因主要是由于货箱后悬过小、货箱 底板后翘长度及角度过大造成的。由于货箱后悬日受整车轴荷分 配制约无法调整 2 5 ．0 o 0o o T E CHHI C F OR UM／ 技 术论 坛 I 2 o 1 2 ／ o 6 所以需要优化货箱结构。 圈4 油压 曲线 I 七 80 0mm、 1 6 。 】 3货箱结构优化 宽体矿用 自卸车的最大举升角度一般设计为5 2 。 ，在油缸参 数及货箱后悬脚三经确定的情况下 ，液压系统最大油压与货箱结 构关系密切 ，货箱的长度必须合理设计 ，如果后翘角度过大会导 致货箱举升吃力和货物无法卸空的问题 ，若过小则在重载爬坡时 不能起到阻挡货物的作用，会对货箱后 门造成冲击破坏 。 根据宽体矿用 自卸车的工况要求和使用经验 ，一般将货箱后 翘角度设计为1 0 。～ 1 8 。，长度设计 为7 0 0 N8 0 0 1 11 1 1 1 。做 结构分 析时，将按照后翘长度为5 0 1 “1 1 1 1 1 、后翘角度为2 。的等级方式修改 货箱三维数模 ，并分别重新建立各种结构的举升数模和计算模 型 ，计算得出第二节油缸启动时的系统油压 ，便是系统最高油 压 ，如表2 所示 。 囊2货箱结构与系统量高油压关系裹 庠号 丝 苎 苎 塑 一 系 统 最 高 后翘角度， 。 后翘长度 ， m i l l油压 ， iv n D a 序号 一 兰 塑 竺 塑 一 系 统 最 高 ‘ 后翘角度， 。 后翘长度 ， mm 油压 ， MP a 通过观察表2 可以发现 ，后翘角度越大 ，系统最高油压增长越 明显 ，而当后翘角度小于1 2 。时 ，系统最高油压趋于稳定 ，这与 第一节油缸完全伸出时货箱的举升角度为1 2 。正好吻合 。故此 ， 在结构设计时，将底板后翘角度与第一节油缸的举升角度设计 为 大小一致，这样可减少反复校核的工作量。 由表2 可以确定 ，后翘角度1 2 。、长度7 0 0 I ／ I I T I 为最优的货箱 结构尺寸，此时液压系统最高油压为1 8 ．9 1 MP a ，低于系统额定压 力 ，能够满足液压系统的设计要求和用户的使用需求。 4 结语 宽体矿用 自卸车使用工况非常恶劣 ，设计时需处理好货箱结 构、货箱布置与液压系统三者之间的关系 ，借助 二维、三维设计 手段反复校核 以达到最佳匹配 。该矿车经过两年多试验和用户验 证 ，市场反应 良好 ，液压系统未出现质量问题。 收稿 日期 2 0 1 2 ． 0 4 ． 0 5 ∞ ∞ ∞ ∞ 加 5 ∞ 皇． 幽舞束脊