臂架型斗轮堆取料机俯仰液压系统分析.pdf

臂架型斗轮堆取料机俯仰液压系统分析 王轶 国电浙江北仑第一发电有限公 司 宁波3 1 5 8 0 0 摘要总结了斗轮堆取料机液压式俯仰机构中液压系统的设计要求 ，并以浙江北仑发电厂二期输煤系统 中的斗轮堆取料机俯仰液压系统为例 ，对俯仰液压系统中各项设计要求的实现方法进行了详尽分析和说明，可 为采用类似结构的堆取料机俯仰液压系统的设计 、改造和故障分析等提供帮助。 关键词 臂架型斗轮堆取料机；俯仰机构液压系统；设计要求；原理分析 中图分类号U 6 5 3 ． 9 2 8 ． 5 文献标识码 B 文章编号1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 1 0 7 0 0 7 9 0 3 Ab s t r a c t T h e p a p e r s u mma r i z e s t h e d e s i g n r e q u i r e me n t s o f h y d r a u l i c s y s t e m i n b u c k e t wh e e l s t a c k e r ／ r e c l a i me r h y - d r a uli c l u ff i n g me c h a n i s m；a n d a n a l y s e s a n d d e s c r i b e s i mp l e me n t a t i o n me tho d s of t h e d e s i g n r e q u i r e me n t s i n l uln g h y d r a u - li c s y s t e m i n d e t a i l s b y t a k i n g t h e b u c k e t w h e e l s t a c k e r ／ r e c l a i me r l u f f i n g h y d r a u l i c s y s t e m i n p h a s e I I c o al h a n d l i n g s y s t e m o f Z h e j i a n g B e i l u n P o w e r P l a n t f o r e x a m p l e ， p r o v i d i n g a r e f e r e n c e for d e s i gn， i m p r o v e me n t ， and f a i l u r e a n al y s i s of h y d r a u - l i c s y e m i n s i mi l a r s t a c k e r ／ r e c l a i me r ． Ke y w o r d s b 1 咖一 t y p e b u c k e t w h e e 1 s t a c k e r ／ r e c l a i m e r ；l u ff i n g h y d r a u l i c s y s t e m s ；d e s i g n r e q u i r e m e n t ；p fi n e a n a l y s i s 0 概述 臂架型斗轮堆取料机 以下简称 斗轮机 是 一 种大型高效的堆取料设备，它具有堆取料能力 大 、操作方便 、易 实现 自动控制 等优点 ，广泛应 用于煤炭 、电力 等工业部 门。斗轮机 主要 由斗轮 机构、回转机构、俯仰机构、大车行走机构、尾 车、臂架带式输送机、上部钢结构 和配重等组成 ， 而俯仰机构是斗轮机实现堆取料功能 的关键部分。 目前 ，斗轮机的俯仰机构主要有机械式和液压式 2 种 ，后者 因体 积小 、结构简单 、工作 可靠 等优点 而被广泛采用 ，其结构见图 1 。 1 ．主门架2 ．臂架3 ．液压缸4 ．回转机构 图 1 液压俯仰机构结构图 上部主门架钢结构一端通过俯仰主铰点与回 转机构连接，另一端与液压缸铰接，上部结构的 起重运输机械 2 0 1 1 7 总重主要作用 于主铰点 ，液压缸主要用 来消除臂 架俯仰过程中与后部配重之间所产生的不平衡力， 使上部结构在正常的俯仰角度范围内，始终处于平 衡状态。液压缸、回转机构、上部钢结构组成 了活 动连杆机构 ，通过液压缸伸缩运动改变臂架与水平 面的夹角，以改变斗轮和头部改向滚筒的高度，使 斗轮机实现在不同高度上的堆、取料作业。 1 俯仰液压系统的设计要求 由于斗轮机本身 体积庞 大 ，且 回转机构 上部 钢结构质量达几百 t ，因此对俯仰机构的液压系统 运行安全 、平稳 、可靠性均提出了较高的要求 。 1 液压缸保压性能 高 斗轮机非作业期 间， 泵站停止供油，但臂架和配重的不平衡力仍然靠 液压缸来承担 ，通常要求液压缸每 5 h的变化不超 过 2 r n m。系统管路在过活动铰点处一般采用高压 软管，因材料老化、外物损伤等原因，软管容易 发生爆裂。若软管 爆裂 ，油液急 速外泄 ，液压缸 在不平衡力 的作 用下 ，将被 迅速 回收或 拉伸 ，而 导致上部结构失稳坠落，甚至整机倾覆，所以系 统必须设置可靠的保压回路，即使软管爆裂等意 外发生，也能使俯仰系统保持稳定。 2 臂架俯仰快速、平稳在斗轮机作业时， 要求臂架上升、下降能快速换向，以保证堆场的 一 7 9 堆取效率。但 液压 缸运 动速度过快 ，一旦超过 液 压泵供油所能达到的速度，工作腔中将出现真空， 导致液压缸超速 回收或拉 伸的危险工况。这 就要 求系统必须始终保持一定 的供油压力 ，并在 液压 缸快速运动的同时不能有严重冲击，以免造成过 大的瞬时倾覆力矩 ，危害整机稳定性。 3 系统 过载保 护装 置可靠 斗 轮机作业 期 间，如瞬时外力增大，负载压力将超过预定系统 压力 ，系统应能够及 时卸 荷 ，以避免液 压元件受 损 ，保证系统作业可靠 。 4 有效控制液压油温度 液压系统的正常运 行 ，对其油 温有 严格的要 求 ，而斗 轮机多为露 天 布置 ，其主泵站受 环境温度 影响较大 ，因此 ，系 统必须设置 温控、加热和散热装 置，密切监视液 压油温度。温度过高时，及时进行循环散热，而 温度过低时，及时进行循环加热，以保证系统可 靠作业 。同时 ，为保 证系统 的正常运行 ，还需对 油箱中的液压油位进行监控 ，并且保 证油箱 内外 压差 一致 。 2 俯仰液压系统实例分析 浙江北仑发电厂二期输煤系统在装斗轮机 3台 ，设计 额 定 取 料 能力 1 8 0 0 t ／ h ，堆 料 能 力 3 6 0 0 t／ h ，其臂架的俯仰机构采用液压式结构， 由德国 N O E L L公司设计制造 。本文 以此液压系统 为例， 结合图 2的液压系统原理图，对上述斗轮 机俯仰液压系统各项要求的具体实现方式进行详 细说明。 图2 斗轮机臂架俯仰液压系统原理图 2 ． 1 液压缸良好的保压性能 主泵为径向恒压变量柱塞泵 ，泵的流量由 P和 x口的压差自动调节，此套液压系统主泵的出口压 力由连接主泵 x口的电磁溢流阀 设定压力为 1 8 M P a 所控制。当电机启动瞬间，电磁溢流阀得 电，x口与油箱完全导通 ，主泵实现无负荷启动 ， 电机和液压泵的启动功率小，启动平稳。主泵正常 启动后， x口关闭， 使主泵维持稳定的工作压力。 液压缸上 、下腔油 口处分 别安装 了液控单 向 阀 1 1 、1 2 ，液压系统仅在得到臂架动作指令后， 电磁阀4才得电吸和，系统对液控口供油，液控 单向阀打开，液压缸上、下腔才可进油。而在臂 架不动作 、电磁 阀 4失 电情况下 ，液控 口与油箱 一 8 0 一 连通 ，2阀各 自封闭，可将液压缸锁定在任何位置 上。即使油路 中的软管爆裂 ，液压 缸油 口被液控 单向阀封闭，腔内的油液不会泄漏，压力维持正 常 ，以保证臂架不会 因此倾覆 。液控单 向阀采 用 的是锥面密封 ，泄漏量很 少，定位 可靠 ，保压 性 能良好，其精度与可靠性仅与液压缸、管路的外 泄漏有关 。 主油路中设有 2个压力开关 7 、8 ，时刻监视 着系统的内建压力。一旦主油路中连续 1 0 S 未达 到其设定压力，将立刻产生一个故障信号使系统 急停 ，电磁 阀 4将立 刻失 电，从 而切 断对液压缸 液控单向阀 l 1 、1 2液控 口的供油，使 2阀封闭， 维持液压缸的压力正常。 起重运输机械 2 0 1 1 7 2 ． 2 臂架快速 、平稳俯仰 液压系统 中的流量 控制主要 通过 电磁 比例 阀 1 0来实现，电磁 比例阀带有位移反馈 ，可用 不 同 的电流控制 阀开 口度来控制流量 ，并有斜坡 时间 带减缓 冲击 ，使 执行元 件 的整 个动 作过程 平稳 ， 大大改善液压控 制系统 的动态特性 。电磁 比例 阀 的使用 ，不但可实现液压 缸伸 出、缩 回的速度 基 本一致 ，并且根据实 际作 业 的需要 ，还能使 液压 缸速度具有一定 的可调性 ，从 而大大提高 了系统 的工作效率。 同时 ，在臂 架快速俯仰 过程 中，为防止液 压 缸活塞的运 动过 速，系统在 主油路上还设置 了平 衡阀 9，先导油路设定开启压力 为 3 MP a ，即仅 当 进油路压力 I3 MP a ，回油路平衡阀才开启。而 回 油路平衡阀即使开启时，也对回油路进行了节流， 使 回油腔产生背 压 ，从 而保证 了进油路 的供油 压 力 ，有效防止 了活塞运动过速 和工作腔 中可 能出 现的真空。系统通过采用平衡 阀和液控单向阀 I 1 、 1 2配合来平衡和锁紧 回路 ，实现了在任意位置上 锁紧液压缸 。 2 ． 3 可靠的过载保护 系统在主泵出口设置了溢流阀 2 设定压力为 2 0 0 b a r ，若管路压力超过设定压力 ，油液可通过 溢流阀回流到油箱，以保障系统的安全。 为限制液压缸 上 、下腔 的最高压力 ，系统 在 液压缸上 、下油 口的阀块 中设置 了 2个单 向溢 流 阀 1 3 、1 4 设定压力为 2 0 M P a 。斗轮机作业期 间 ，如臂架 遇突发载荷下沉 ，造成液 压缸下腔压 力超过 2 0 MP a ，则下腔单 向溢流 阀动作 ，溢 出的 油液可通过上 、下 2个 单 向溢流 阀迅 速对上腔进 行回补 ，或通过管路 T，经单向溢流阀 6 设定压 力2 0 M P a 回油箱。如上腔压力超过 2 0 M P a ，则 阀件 动作情 况类 似，从 而保 证 了系统及 时 卸荷 ， 有效避免液压元件受损。 2 ． 4有效控制介质温度 稳定运行 的液 压系统 ，对 其介质温 度有严格 的要求 ，而斗轮机臂架俯 仰液压 系统 多为露天布 置，液压油的温度受环境温度影响较大，因此， 系统设置 了独立 的循环散热 和加热系统 ，并适量 增大油箱体积至 6 0 0 L ，从而增加 了介质热容量。 系统通过 温度探测器密切 监测油箱 内的液压 油温度 ，当油温 I5 5℃时，系统将 自动启动散热 起重运输机械 2 0 1 1 7 器和循环泵对其进行循环冷却，直至油温降至 4 0℃ ，循环泵 和散热器停 止。当油温 ≤2 0℃ 时， 系统将 自动启动加热器和循环泵对其进行循环加 热 ，直至油温 升至 3 5 c I ，加 热器 和循 环泵停止 。 而当油温I7 5 或 ≤1 0℃时，系统将立即急停， 并发出 “ 油温高温” 、“ 油温低温”报警。 在启动加热器和循环泵对油箱 内的液压油进行 循环加热时，主泵内的存油如无法得到循环，其温 度将仍与环境温度基本保持一致 ，低温将使液压油 的粘度明显增大，导致主泵启 动阻力增大，甚至严 重影响主泵的使用寿命。因此，系统在散热器的出 口处 ，设计了支路，并通过电磁阀 1 5连接至主泵 的 冲洗油口，只要加热器启动，电磁阀1 5即吸和，使 主泵内的存油也得到有效的循环加热。 油箱上部还设置 了空气滤清器 以使油箱 内外 气压保持一致 ，而通过 电子液位计 系统可 时刻监 测油箱 内的油位，一旦 突破 警戒油位 ，系统将立 即急停 ，并发 出低油位报警 。在油箱 侧壁上还设 置了带温度计 的玻璃液位计 1 7 ，以方便检 修人员 对油温和油位的 日常检查 。在循环系统的回油路 ， 系统设置 了带堵塞报警 的滤油器 ，以对液压油 中 的杂质进行过滤。 3 结论 此套液压系统考虑全面，设计细致 、合理， 因此系统投产 1 0 年来，运行平稳可靠，故障率低、 维护工作量极小。但 系统使用 的电磁 比例 阀对油 液的清洁度要求较高 ，应达 到 N A S 7级 以上 ，因 此相应地提高了油路和油箱结构的要求 。 参考文献 [ I ]姜佩东 ． 液压与气动技术[ M] ．北京高等教育出版 社 ，2 0 0 5 ． [ 2 ]章 宏 甲 ．液压 传 动 [ M]．北京 机械 工 业 出版 社 ，2 0 0 5 ． [ 3 ]何存 兴 ．液压 元件 [ M]．北 京机械 工业 出版 社 。1 9 8 2 ． [ 4 ]杨培元 ． 液压系统设计手册 [ M] ．北京 机械工业出 版社 ，2 0 0 6 ． [ 5 ]左健民．液压与气压传动[ M] ．北京机械工业出版 社 ．2 0 0 3 ． 作者地址宁波北仑进港西路 6 6号浙江北仑发电厂燃运部 邮 编3 1 5 8 0 0 收稿 日期 2 0 1 0一l 1 2 7