插装阀在门式斗轮堆取料机起升机构液压系统的应用.pdf

插装 阀在门式斗轮堆取料机 起升机构 液压 系统 的应用 贾延逊黄有义徐万鑫姚鑫颖 长春发 电设备 总厂 长春1 3 0 0 3 3 摘要根据大型门式斗轮堆取料机堆取料工况对其活动梁起升机构液压系统特性的要求，分析了该液压 系统采用插装阀的必要性及优越性，并从基本回路分析人手，详细阐述了插装阀在门式斗轮机活动梁起升机构 液压系统中的功能及应用，为同类产品的设计及改造提供借鉴。 关键词门式斗轮堆取料机；起升机构；插装阀；应用 中图分类号 U 6 5 3 ． 9 2 8 ． 5 文献标识码 A 文章编 号 1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 5 0 3 0 0 6 6 0 4 Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e r e q u i r e me n t o n h y d r a u l i c s y s t e m o f l i ft i n g me c h a n i s m o f w a l k i n g b e a m b y ma t e r i a l s t o c k - i n g a n d r e c l a i mi n g c o n d i t i o n o f t h e g a n t r y b u c k e t w h e e l s t a c k e r a n d r e c l a i me r ， t h e p a p e r a n aly z e s n e c e s s i t y a n d s u p e ri o ri t y o f a p p l y i n g t h e c a r t r i d g e v a l v e i n t h e h y d r a u l i c s y s t e m ． a n d s p e c i f i e s i t s f u n c t i o n a n d a p p l i c a t i o n i n h y d r a u l i c s y s t e m of t h e l i f t i n g me c h a n i s m o f mo v i n g b e a m of g an t ry b u c k e t w h e e l s t a c k e r a n d r e c l a i me r ，p r o v i d i n g r e f e r e n c e f o r d e s i g n a n d mo d i f i ． c a t i o n o f s i mi l a r pr o du c t s ． Ke y wor ds g a n t ry bu c k e t wh e e l s t a c ke r a n d r e c l a i me r；l i fti n g me c ha n i s m ；c a r t ridg e v a l ve；a p pl i c a t i o n 门式 斗轮堆 取料机 以下 简称 门式斗轮 机 ， 见图 1 作为一种连续 、高效的散状物料装卸输送 设备 ，广泛应用在 大型火力发 电厂 工矿企业及 港 口等散装物料堆场。近年来 随着 我国基础建设 投入加大及 电力 、钢铁等行业 的迅猛 发展 ，原有 出力及跨距的门式斗轮机 已无法满足生产实 际的 需要 ，急待有大 型门式斗轮机研 发成功并投入使 用 。作为门式斗轮机主要机构之一的活动梁起升机 构驱动液压 系统也需要适应新要求 ，即系统 的流 量等性能参数均需增大 ，导致原有采用传统液 压 阀的系统 出现 阀体 尺寸 巨大 ，液流换 向时间 长、 冲击 大，能 耗高 等 问题 ，影 响设备 的平稳 运行 。 因此 ，急需选用新型控制 阀件解决 上述 问题 ，由 于插装阀适 应大流量系统并具有液阻小 、通流能 力大 、动作快 、泄漏 少等一系列优 点 ，因此 被成 功应用于门式斗轮机活动梁起升机构液压 系统 中， 经实践证 明有效杜绝 了上述问题并 取得 良好 的使 用效果。 1 门式 斗轮机 工 况对起 升机构 液压 系统 特 性 的要求 1 ． 1 f - 1 式斗轮机工况及起升机构运动特点 门式斗轮机作为常用 的条形料 场散料输送设 备 ，其基本作 业工 况包括 堆料工 况 和取料 工况 ， ． ． ． 6 6 ．．． 1 ．柔性 门腿2 ．活动梁3 ．滚轮机构4 ．固定梁 5 ．带式输送机6 ．刚性门腿7 ．起升机构 8 ．行走机构9 ． 尾车 图 1 MD QI 5 0 5 0门式斗 轮机结构 堆料作业时设备把系统带式输送机运来 的物料通 过 自身尾车 、堆取料带式输送机 和移 动带式输送 机等机构堆至料场 ，堆 料工况作业方 式又可 以分 成分层堆料及定点堆料两种 ；取料作业时设备通 过 自身滚轮机构取料 ，通过机上带式输送机将物 料送给系统带式输送机。取料工况作业方式 又可 以分成分层取料及顶部垂 直取料两 种。上述工 况 起重运输机械 2 0 1 5 3 的任一作业 方式均需有起升机构参 与才能顺利完 成 ，而且不 同作业方 式对起升机构 的作业 时间及 工作速度要求也不相 同。一般 门式斗 轮机在分层 取料 、分层堆料及 定点堆料等工作 方式 时，起 升 机构属于 间歇工作制 ，机构运行 时间较短 ，运行 速度较慢 ，并且 两次动作 间隔时间较 长 ；而设 备 处于顶部垂直取料及过料堆跨 场工作 时 ，起 升机 构属于连续工作制 ，机构运行 时间较长 ，运行 速 度相对较 快。因此 门式斗 轮机不 同的工况对起 升 机构的液 压系统 的要求也不相 同，设计液压 系统 时必须加 以重视。 起升机构 的结 构形式 如图 2所示 ，起升机构 整套液压系统均安装在刚性门腿内侧，两并联柱 塞缸通过耳轴 固定 在门腿 内部 的立柱 内，液压缸 头部铰接链轮组，链轮与重型滚子链条啮合传动， 其 中滚子链条一端 与活动梁连接 ，另 一端 与立柱 滑道连接 ，通过 液压泵站供油驱动液压 缸直线伸 缩运动，带 动头部 链轮 在链 条长度 上 啮合滚 动 ， 链条拉动活动梁通过导轮组在立柱 滑道 内上下移 动 ，从而实现活动梁高度方向的起升运动。 1 ．液压泵站2 ．刚性 门腿3 ．立柱滑道 4 ． 链轮组5 ．液压缸6 ．链条 图 2 门式斗轮机起升机构 的结构形式 1 ． 2 门式斗轮机起升机构液压 系统特性要求 由上述 门式斗轮机起 升机 构 的工作 制要求及 运行特点可 以看 出，活动梁及附属带式输送 机等 机构体积庞大 ，一般跨距在 5 0 m以上 ，质量达几 百吨，起升高度一般达到 1 5 11 ．1 左右 ，因此配套液 压系统起 升液压缸 负载大 、行程长 、内径 大，液 压系统流量大 、液压冲击大。这些 因素对 液压系 起重运输机械 2 0 1 5 3 统原理的设计及液压元件 的选 取影响很大 ，从 功 能角度讲任何液压系统都是 由一些基本 回路构成 ， 用于满足主机功能动作要 求 ，而基本 回路 就是 实 现液压系统功能 的基本功 能油路结构 ，经分 析可 知本液压系统应包括保 压 回路 、调速 回路 、卸荷 回路等基 本 回路。因此液压 系统原理设计 可以看 成基本 回路的设计 ，设计 时应 充分考虑上述 因素 的影响 ，在满足大型 门式 斗轮机起升机构基本 工 况的前提下 还应在安 全可靠性 、运 行平稳性及 节能环保等方面达到较高标准要求。 1 本液压系统应具有高标准 的安全保压功能 的保压 回路。门式斗轮机 在进行分层取 料、分层 堆料或定点堆料作业 时 ，起升机构液 压系统功能 是 实现活动梁及 附属机构在起升高度范 围内的任 意工作位 置停 留 ，并承载相应 的负载力 ，同时在 设备非工作期 间系统也应 该满足 同样要求 。当起 升机构液压 系统驱动活动梁及 附属机构停 留在起 升范围某一高度 时，活动梁及物料 自重 载荷经滑 轮组钢丝绳传递后完全被两个液压 缸承受 ，因此 要求该系统应设置液压缸 的锁缸保 压 回路 ，实现 锁缸功能 。另外在设 备非工作期 间，系统应保证 除油温影响因素外 ，液压缸在该 时段 的伸缩量 即 系统泄漏量应满足规定值 ，不 出现因保压能力不 足导致的活动梁 自主下沉现象。 2 本液压系统应设置相应 的调速 回路 ，保证 液压缸运行 速度可调平稳运行。门式斗轮机 以不 同工作方式堆取料工 作时 ，对起升 机构速度 的要 求也不同，其 中顶部垂直取料作业方 式活动梁在 料堆高度方 向取料 ，要求起升机构 以合适 的速度 控制活动梁下降 ，以满足取 料进给深度要 求 ；其 余作业方式 ，活动梁在起升过程 中设备 不进行堆 取料作业 ，活动梁每次起升变换 一定高度值 ， 目 的是实现取料斗轮挖掘深度或堆料落料高度 的调 节 ，因此该 动作属于设备辅 助工作 ，为满 足门式 斗轮机单位时 间的额定 生产率 ，辅助工作 时间不 应过长 ，因此对液压 缸的运行速度也有一定 的要 求。另外该系统应保证起 升机 构起停及运行期 间 平稳可靠及快速响应 。门式 斗轮机主要机构 均布 置在活动梁 内，所 以起升 机构 的 自重载荷 很 大， 要求活动梁起升机构液压系统必须能有效克服重 载势能惯性冲击 ，在设备 的起停 状态能有效缓 冲 冲击 ，在活动梁下 降运行 时应避 免 出现 自重 引起 一 67 的超速现象。应保证设备安全 、平稳、可靠运行。 3 本液压系统应设置卸荷 回路满足节能环保 要求 。本系统 流量大 ，压 力较高 ， 一般采用柱 塞 泵为系统提供压力油 ，由于柱塞泵结构 自身要求 及系统间歇工作制的特点 ，系统必须设置相应 的 卸荷 回路保证 柱塞泵不能带载启动 ，并且在 门式 斗轮机作业过程 中泵不应该频繁起停 ，所 以要求 在短时间 内，液压泵尽量在零压下使油液 流 回油 箱 ，减少功率 损失 和 发热。另外 ，系 统流 量 大、 压力高也要求液压阀件应该 液阻小 、通流能力大、 动作快 、泄漏少 。因此系统设计时应尽 量减小功 率损失 ，提高系统效率 。 2 插装阀门式斗轮机起升机构液压 系统优 越性 及原理功能 针对上述门式斗轮机工况对起升机构液压系 统的特性要求 ，并结 合当今设备大型 化、安全性 要求不断提高的发展趋势及 日益被重视 的节能理 念，与标准阀相 比，插装 阀具 有通流量 大、承压 高、液阻小 、响应快 、泄漏少 、主流道可无泄漏 、 控制方式灵 活 、抗污能力强 、易做 成标准 的阀块 进行叠加 、能实现无 管化和少管化连 接 、可实现 标准化及通用化 等特点 ，应为本系统首选 的理想 阀件类型 。通过选用 不 同功能的二通插装 阀组件 有机组合 ，形成 如图 3所示 的门式斗轮机起升机 构液压原 理，实践证明该系统更适合 门式 斗轮机 工作特点要求 ，并取得了良好的经济效益。 1 该原理保压 回路完全满足门式斗轮机起升 机构液压 系统安全保压 功能要求 。图 3中电液单 向阀组件 7是 系统保压 回路的重要组成 阀件 ，具 体结构如 图 4所示 ，该 阀为二通插装 阀，由先导 控制阀和插装组件构成 ，在本 系统 中所起作 用相 当于标准 阀件 的液控单 向阀和电磁换 向 阀的功能 组合 ，可以实现起升机构各运行状态 上升或下降 对液压缸的锁缸保压功能 ，同时还可 以通过 电磁 铁 Y V 2得电与否控制活动梁下降动作的起停。当 液压缸上升动作 时，电磁铁 Y V 2失 电，x控油支 路 即插装阀控制 口 C与液压缸进油端主油路高压 油连接 ，因此由插装 阀逻辑控制通 断原 理 ，当控 制口压力大于零 ，工作油 口 B与 A不连通 ，从而 实现系统保压功 能，另外此 阀为锥 阀结 构 ，与液 压锁锁紧能力相 同。同时 ，当胶管破裂 时 ，防爆 一 68 一 1 ．液压泵2 ．电磁溢流阀组件3 ．单向阀组件 4 ．高压胶管5 ．防爆阀6 ．液压缸 7 ．电液单向阀组件8 ． 节流阀组件 图 3 插装 阀门式斗轮机起升机构液压原理 阀 5能将 回路关 闭，锁住 液压 缸 防止 油液 外泄 ， 能有效防止软管爆裂的意外发生 。 图 4 插装 阀保压 回路 2 该原理调速 回路的调速方式既满足活动梁 起升速度要求 ，又融人节 能的设计理念 。根据上 述门式斗轮机堆取料工况对起升速度 的要求 ，以 及本系统流量大 ，活动 梁上升 、下 降载荷与运动 关系等特殊性 ，本原理 在实现活动梁 上升 、下 降 动作 时分别采用 了容积调速和节流调速 两种不 同 的调速方式 。当起升机构执行活动梁上升动作时 ， 液压缸伸 出方 向与活动梁及附属机构等 自重 载荷 方 向相反 ，相对 系统 而言属于正 负载，机构 自重 载荷对液压缸运行速度无影 响，不会 出现液压缸 超速现象 ，因此采用通 过控制液压泵输 出流量 控 起重运输机械 2 0 1 5 3 制液压缸起升速度 的容积调 速方 式既安全可靠又 可以杜 绝溢 流阀闪流 ，减少 能量损失 ，提高系统 效率；当起 升机构执行活动梁 下降动作 时，液压 缸运行方 向与载荷方 向相 同，属于负负 载 ，若不 限制液压缸有超 速危 险，因此 采用节 流阀组件 8 图 3 自由调节系统流量 ，实现对 活动梁下 降速 度的调节 ，保证了设备运行的安全 、平稳性 。 3 该原理设有卸荷 回路等措施使系统满足节 能环保要求。电磁溢 流阀组件 2相 当标 准阀件 电 磁溢流阀与换 向阀的功 能组合 ，其布置在泵 组侧 组成卸荷 回路 ，可 以实现液压泵 空载启动及不 频 繁启动 ，电磁溢流 阀组件 2在 系统 中 的控制方式 与件 7基本相 同，当 电磁铁 Y V 1失电时 ，Y控油 支路即插 装 阀控 制 口 C与系统 回油路油 箱连接 ， 由插装阀逻辑控制通断原理 ，当控 制 口压力 等于 零 ，插装阀工作油 口 B与 A连通 ，进 而实现液压 泵的空载启 动 ，并且在 系统非 工作 期间可 以实现 系统的卸荷 ，有效避 免泵 的频繁启动 ，同时该 电 磁铁 Y V1 与电接点压力表联锁 ，实现 系统 的超压 保护。反之当电磁铁 Y V1得 电，可 以实现溢流 阀 功能为系统定压 。另外本 系统还根据 活动梁下 降 时载荷方 向性 的特点 ，采用 电液单 向阀组件 7的 电磁铁 Y V 2得 电与否 ，来控制活动梁下 降动作 的 上接第 5 9页 耗及相应配套件 的选 型。双小车岸桥 速度参数 的 优化配置就是在满足设 定 目标效率 的情况 下 ，利 用计算机仿真模型 的反 复模 拟计算 ，找 出最优 的 速度参数配置。 评价函数为 前 小 车， 0 前 小 车， v - ／ 1 、 车， a 后 小 车Mi n f 装机容 量 ， 能耗 约束条件为 ’ 7叼设定值 假设双小车岸桥 目标 作业 效率为 3 8循环／ h ， 利用计算 机仿真模型 ，对 速度参 数配置进行优 化 计算 ，其计算过程如图 4所示。 由图 4可 以看 出，随着仿 真次数 的增加 ，双 小车岸桥 作业效率不断地 向 目标值 收敛 ，同时装 机容量和能耗也接近于最小值。当仿真次数到第 1 O次时 ，此时对应 的前后小车的速度和加速度数 值 即为双小车岸桥的最优配置。 起重运输机械 2 0 1 5 3 起停 ，该过程无需液压泵 的参 与 ，即可 完成活动 梁 的下 降，大大缩短 了液压泵 运行时 间，有效杜 绝 了不必要的能源浪费。 3 结束语 由以上分析可 以看 出，插装 阀在 门式 斗轮机 液压系统 的成功应用 ，使 系统 的安全 、平稳 、可 靠性及节 能环保各方面均得 到了很 大的提 升，实 践证明该 液压 系统更 适应大型 门式斗轮 机的发展 和使用要求。 参考文献 [ 1 ]范存德 ．液压技术手册 [ M] ．沈阳辽宁科学技术出 版社 ，2 0 0 4 ． [ 2 ]陈启松 ．液压传动与控制手册 [ M] ．上海上海科学 技术 出版公 司 ，2 0 0 6 ． [ 3 ]徐万鑫 ．门式斗轮堆取料机起升机构液压系统分析及 优化[ J ] ．起重运输机械，2 0 1 2 8 1 1 01 1 3 ． 作 者 徐 万鑫 地 址 长春市经济技术开发区世纪大街 3 3 8 8号长春发 电设备总厂技术部 邮 编1 3 0 0 3 3 收稿 E t 期 2 0 1 4 0 7 2 4 5 总结 本文从双小车岸桥 的前后小 车接力作业 形式 和作业循环路径 出发 ，介 绍 了双小车岸桥作业 效 率的理论计算方法，并结合计算机仿真技术，建 立了双小车岸桥实船作业 的计算 机仿 真模型 ，结 合实例 ，对双小车岸桥 的前后 小车速度参数 配置 进行 了优化求解分析。 ’ 参考文献 [ 1 ]F ． E ． M． 1 ． 0 0 1 欧洲起重机械设计规范 [ S ] ． [ 2 ]符敦鉴 ．岸边集装箱起重机[ M] ．湖北 湖北科学技 术 出版社 ，2 0 0 7 ． [ 3 ]G B ／ T 3 8 1 1 --2 0 0 8 起重机设计规范[ s ] ． 作 者李锋 地 址上海市东方路 3 2 6 1 号 邮 编 2 0 0 1 2 5 收稿 日期 2 0 1 41 1 0 6 6 9