门式斗轮堆取料机起升机构液压系统分析及优化.pdf

门式斗轮堆取料机起升机构液压系统分析及优化 徐万鑫 长春发 电设备有限责任公 司 长春1 3 0 0 3 3 摘要 根据 门式斗轮堆取料机活动梁起升机构 载荷及 运动特 点 ，总结起 升机构液 压系 统设计要 求 ，进而 对现有的活动梁起升机构液压系统原理进行分析，指出其缺陷和不足．并针对设备节能、安全性能要求不断提 高以及大型化的发展趋势，提出该液压系统的优化改进方案。 关键词 门式斗轮堆取料机 ；起升机构 ；液压系统 ；优化改进 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 2 0 8 0 l 1 0 0 4 Ab s t r a c t Ba s e d o n t h e l o a d a n d mo v e me n t c h a r a c t e r i s t i c s o f h o i s t i n g me c h a n i s m o f t r a v e l l i n g b e a m i n g a n t r y b u c k e t w h e e l s t a e k e r ／ r e c l a i me r ，t h e p a p e r s u mma r i z e s d e s i g n r e q u i r e me n t s b y h y d r a u l i c s y s t e m o f h o i s t i n g me c h a n i s m，a n a l y z e s t h e p r i n c i p l e o f h y d r a u l i c s y s t e m f o r e x i s t i n g t r a v e l l i n g b e a ms ，p o i n t s o u t t h e i r d e f e c t s a n d s h o r t c o mi n g s ，a n d c o me s u p wi t h t h e o p t i mi z a t i o n pr o po s a l for h y d r a u l i c s y s t e m a i mi n g a t c o n t i n uo u s i mp r o v e me n t o f e n e r g y s a v i ng a n d s a f e t y pe rfo r m a n t e o f t h e e q u i p me n t ， a n d t h e l a r g e s c a l e d e v e l o p me n t t r e n d ． Ke y wo r d s g a n t r y b u c k e t w h e e l s t a c k e r ／ r e e l a i me r ；h o i s t i n g me c h a n i s m ；h y d r a u l i c s y s t e m ；o p t i mi z a t i o n i mp r o v e me n t 门式斗轮堆 取料机 以下简 称门式斗轮 机 是一种连续、高效的散状物料装 卸输送设备，其 结构形式见图 1 ，由于其生产率高 、有一定 的混匀 效果 、料堆便 于管理 、结 构简单 、操 作方便和 易 于实现 自动化控制等优点 ，广泛应用在大 型火力 发电厂 、工矿企业及港 口散状物料储料场。其 中 活动梁起升机构是门式斗轮机实现堆取料功能的 主要机构之一 ，其作用是通过外力带动 活动梁 实 现高度方 向的位置改变 ，同时配合滚 轮机构 、带 式输送机及尾车等机构实现堆取料作业 。门式斗 轮机起升机构按驱动形式可以分 为钢丝绳卷扬起 升和液压起升两种形式 ，其中液 压起升形式起停 平稳 ，同步性能好 ，没有钢丝绳 起升方式难 以解 决 的 “ 串绳” 问题 ，后期维护量小 ，一直 为广大 用户所 喜爱 。随着我 国电力 、钢 铁等行业 的迅猛 发展 ，对大型 门式斗轮机需求更加 迫切 ，门式 斗 已没有气体存在了。压注工作基本结束 。 4 压注工作应分 周期进行 ，中途不能 中断。 每个周期的压注工作要控制 在树脂 凝 固时问之 内 完成 ，所 以，每次调 配树脂 量一定 要控 制适 当， 不要造成浪费或堵塞浇树脂机械。一个周期 压注 完成后要用丙酮 等稀释液清洗工具 ，清洗完毕后 方可进行下一周期的树脂压注工作。 5 浇灌后应用环氧稀释剂清洗工具。 4 结语 新大西洋船厂 l 5 0 0 t x 1 6 4 m门机 自2 0 0 9年 1 0月投入使用至今 ，小车轨道未出现焊缝 开裂等 异常情况 。该焊接固定型小车轨道的安装工艺简 单 ，操作方便。适用 于含碳量 中等 及偏下 的钢轨 安装 ，对于含碳量偏 高的钢轨安装也有一定 的借 一 1 1 0 一 鉴作用 。 参考文献 [ 1 ]陈平，刘胜平，王德中 ．环氧树脂及其应用[ M] ．北 京 化学工业 出版社 ，2 0 1 1 ． [ 2 ]陈立强 ．应用焊条电弧焊方法焊接钢轨[ J 1 ．起罩运输 机械 ．2 0 0 9 3 9 0 9 2 ． [ 3 ]王志华，李如斌 ．陶质衬垫在公路钢桥上的应用[ J ] ． 钢结构 ，2 0 0 2 5 1 21 4 ． 『 4 ]G B ／ T 1 0 1 8 3 --2 0 0 5 桥式和门式起重 机制造 及轨道 安 装公 差[ S ] ． 作 者 仇步新 地 址 江苏省建湖县经济开发区明珠东路 1 号 邮 编 2 2 4 7 5 1 收稿 日期 2 0 1 2 0 31 9 起重运输机械 2 0 1 2 8 轮机向大型化发展 的趋势 日益 明显 。而现有 的活 动梁起升机构液压系统 的性能很难满足大型设备 的需求 ，同时设备的大型化必然带来能耗 的增加 ， 随着节能理念 的逐渐深入 ，门式 斗轮机活动梁起 升机构液压 系统性能优化 、降低 能耗成为一个急 待解决 的问题。 1 ．活动梁2 ． 滚 轮机构3 ．固定梁4 ．带式输送机 5 ．刚性 门腿6 ．起升机构7 ．行走机构 8 ．尾车9 ．柔性 门腿 图 1 MD Q1 5 0 5 0门式斗轮机结构 1 起 升机构 液压 系统设计 要求 1 ． 1 活动梁起升机构载荷及运动特点 门式斗轮机起升机构 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 ，从而实现活动梁垂直方 向的起升运动。 另外活动梁柔性腿侧升降采用钢丝绳平衡系统，双 钢丝绳相互独立工作 。其绳头 固定在平衡杆上 ，以 自动调整两根钢丝绳的长短 ，使其受力相等，通过 钢丝绳及滑轮组传递，使配重小车靠 自重反 f 句拉动 活动梁 ，为活动梁提供向上提升力，以减小液压缸 负载及起升机构液压系统的能耗 。 1 ． 2 活动梁起升机构液压系统设计要求 由于门式斗轮机活动梁及附属机构体积庞大 ， 起重运输机械 2 0 1 2 8 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结构 质量超大 ，起升 高度较 高，速度较快 ，导致起升 液压缸缸径大 、行 程长 ，液 压系统 流量大 、压力 高 、液压冲击大 。所 以，配套 液压 系统在安全保 压 、平稳 、可靠性及节能等方面都有较高要求 。 1 系统应具有足够高的安全保压性能 在门 式斗轮机非工作期 间或 活动梁停在某一高度堆取 料作业时 ，液压泵停止工作 或处于卸荷状态 ，此 时整个起 升机构 自重载荷完全 由液压缸承受 ，所 以，要求 液压 系统设置 闭锁设 施组 成保 压 回路 ， 具有锁缸功能。另外 ，工程上一般要求在 液压缸 非工作期间 ，油温影 响因素除外 ，液压缸 每小时 的伸缩变化不 大于 5 m m 且整个 系统均无渗漏 现 象 ，这对具有高压 、大流量及 大功率 的液压 系统 来说是 比较苛刻的。另外 ，由于液压缸工作 时存 在微动 ，系统管路与液压缸连接处一般采用 高压 胶管连接 ，但胶管在使用过程 中因材料老化 、外 力损伤等原因易发生爆裂。若胶 管爆裂 ，油液急 速外泄 ，系统瞬 间丢压 ，会 导致活动梁及所 附机 构失重坠 落 ，甚 至 出现机毁人 亡 的事故 。所 以， 本液压系统必须设置 可靠 的安 全保 压 回路 ，即使 软管爆裂等意外发生 ，也能使系统保持稳定。 2 系统应保证双液 压缸同步运行本系统采 用单泵给双并联液压缸 供油 ，可能出现流量不均 双缸不同步问题 ，造成活动梁 升、降过程 中出现 卡阻、损坏等问题 ，所以系统设计时应该避免。 3 系统应保证起升机构起停及运行期 间平稳 一 1 1 1 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 ，可 以 达到上百吨，这就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 、 停状态尽量减小冲击 ，在活动梁下 降运行 时应避 免出现 自重 引起 的超 速现象 。应保 证设备 安全 、 平稳 、可靠运行。 4 系统应满足节能要求 本系统流量大，压 力较高 ，系统设计应尽量减小 功率损失 ，提 高系 统效率 ，随着设备大 型化 的发展趋势 日益 明确及 节能理念 日益深入 ，节能指数必然成 为衡量 液压 系统优劣的一个重要指标。 5 系统应设置事故卸荷装置 在系统发生故 障时 ，应可以通 过阀件卸荷油压 ，使 活动梁可 以 在失电状 态高位 下降，并能控制其下 降速度 ，以 防止带压检修给维护人员造成人身伤害。 2 现有活动梁起升机构 液压 系统缺 陷分 析 现有门式斗轮机起升机构液压系统原理如 图 3 所示 ，在实际使用 中基本满足起升机构 活动梁升 、 降动作要 求 ，但分析发现 ，此 系统 原理存在很多 缺陷和不足。 1 ．柱塞泵2 ．溢流阀3 ．单向阀4 ．电液换向阀 5 ．液压锁6 ．单 向节流 阀7 ．柱塞缸 图 3 现有 门式 斗轮机起升机构液压原理 图 1 系统存在胶管爆裂 的安全隐患 图 3中件 7柱塞液压缸活动处采用高压胶管相连 ，但系统 中 ～ 1 1 2 一 没设置 防爆 阀或液压锁等具有锁缸功能 阀件组成 的安全保压 回路 ，若软管爆裂 等意外发生 ，后 果 将不堪设想 。 2 系统活动粱上升速度无法调节 ，存在双缸 起升不 同步可能性 由于活动梁 自身结构刚性很 强，所 以本 系统 双缸同步控制采用机械 刚性 强制 同步方式为 主，但 由于实际安装使用过程 中存 在 安装误差和滑道变形 以及元件损 坏，造成 两缸出 现偏载现象 ，所 以采用相应的速度调节元件控 制 两缸速度 ，对控制两缸同步是非常必要的。 3 活动梁下降运行有超速的危险 系统 中采 用件 6单 向节流 阀调 速，在活动梁下 降运行 过程 中，液压缸载荷方 向与运行方 向相 同，液压缸承 受载荷 为负值 ，且活动梁 自重 载荷很大 ，由节流 阀流量控制原理可知 ，节流 阀调节 流量大小与 阀 口压差成正 比，所 以当阀 口压差很大 时，流量将 无法控制，出现波动 ，有瞬 间超 速现象 ，这对 门 式斗轮机安全稳定运行十分不利。 4 系统能耗大，效率低系统在活动梁下降 过程中．必须启动电机建立压力才能打开液压锁 ， 造成不必要 的能源浪费 。采用定量泵供 油 ，溢流 阀闪流 ，由于本 系统 流量 大 ，闪流造 成能量损失 大 ，油液温升高 ，且 系统无油温 控制措施 ，对于 大型设备来说 ，单靠油箱散热是远远不够的。 5 系统无事 故卸荷装 置 在 系统发 生故 障 时，活动梁 自重很大 ，拆装液压锁会 造成系统无 法保压 ，出现活动梁 因重力作用急速下 降等严重 后果 ，同时系统压力较 高 ，带载检 修 ，对安 装维 护人员的人身安全造成极大的威胁 。 3 活动梁起升机构液压 系统优化及 改进 针对上述液压系统存在的缺陷和不足 ，结合设 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，提出如图 4所示优化改进方案。 优化后系统与现有门式斗轮机液压系统 相 比． 对部分主要 阀件及 油路进行 了更换 和改进 ，图 4 中将原用于锁缸 的阀件液压锁换成件 1 4平衡 阀， 同时增加 由件 4 、5、7、8 、9 、1 0组成的平衡阀开 锁支路 ，及增加件 1 3组合 的高压故 障卸荷 支路 ， 将原单向节 流阀换 成单 向调速 阀，改善 速度调节 刚性 ，并在活动梁上升油路增加一对单 向调速 阀， 将原定量柱塞泵换 成变量柱塞泵 ，辅 助元 件进行 起重运输机械 2 0 1 2 8 1 ．变量柱塞泵2 、4 ．单向阀3 ．电磁溢流阀5 ．压力 继 电器6 ．冷却 器7 ． 溢 流阀8 ．蓄能器9 ．电磁 换向阀1 O 、1 2 ．单向调速阀1 1 ．电液换向阀 l 3 ．高压截止阀l 4 ． 平衡阀1 5 ．柱塞缸 图4 优化后门式斗轮机起升机构液压原理图 了增补，其余 控制阀件 及油路基本保持不 变。系 统通过元件 的更换及油路 的更 改，彻底解决原有 系统原理存在的缺陷和不足。 1 图 4中件 1 4平衡 阀具有 防爆功能 ，当胶 管破裂 ，阀件能将 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 ，另 外 ，此阀与液 压锁同为锥 阀结构 ，所 以与液压锁 锁紧能力相同。 2 系统通过增加件 1 2进油单 向调速阀 ，使 活动梁上升速度可 以调节 ，消除双缸起升不 同步 的可能性。 3 件 1 4平衡阀具有通 过执行元件进 15 1 侧 流 量控制出 口侧流量 的特殊功 能，能有效防止负载 为负值时 出现的执行元件速度失控 问题 ，此 阀虽 然成本较高 ，但其功能不可 替代 ，是此类 系统最 理想的控制阀件。 4 由件 4、5 、7 、8 、9 、1 0组成 的开锁支路 的作用 ，是在活动梁下 降过 程 中，不启动 液压泵 起重运输机械 2 0 1 2 8 同样可以开锁 ，满 足活动梁下降要求 。件 8蓄能 器具有缓 冲吸振 和辅助 动力源的双重作用 ，在活 动梁上升动 作 时，由液压 泵给 蓄能器 充 油储 能 ， 当达到件 7溢流阀设定压力时 ，溢流 阀开始溢流 ， 完成蓄能器储能过程 ，当活动梁下降时 ，蓄能器 释放能量 ，将液压能转换成压力 释放 ，同时通过 件 1 0单向调速阀的流量控制 ，得到流速适合的开 锁压力油 控制平 衡阀的阀 口开启速度 ，最 大限度 减小开锁 冲击 ；并通 过件 9电磁换 向阀控制油路 通断，完成活动梁下降过程 中在任意位置 的起停 。 件 5压力继 电器的作用是 当支路压力低于其设 定 压力时 ，系统 液压泵开启 ，给蓄能器 充油。本 系 统 由于采用蓄能器作为辅助动力源建立压力开锁 ， 极大减少液压泵运行时间 ，有效杜绝 了不 必要的 能源浪费。同时系统调速采用变量泵容 积节 流调 速 回路 ，可 以最大 限度 减少溢流 阀的闪流量，减 少系统溢流损 失 和节流损 失 ，使 系统 效率提 高 ， 发热量减小 。综上可 以看 出，本 系统 的优化改进 措施在很大程度上降低 了系统的能耗 。 5 由件 1 3高压截止阀组成的高压卸荷 回路， 可以在系统发生故 障断电情况下，有效解决事故状 态下系统的卸荷 问题 ，为系统的安全检修创造条件。 4 结束语 通过对现有 门式斗轮机液 压系统原理 的优化 改进 ，使系统 的安全 、平 稳 、可靠性 均得到 了很 大的提升，而系统 的能耗得 到有 效降低 ，系统原 理在性能及配置上更加适应大型 门式斗轮机的发 展和使用要 求 ，进而提升 了我公 司产 品在 同类 产 品中的市场竞争力。 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 ]邵明亮 ，于国飞 ，耿华，等 ．斗轮堆取料机[ M] ．北 京 化学工业 出版社 ，2 0 0 7 ． 作者地址长春市经济技术开发区世纪大街 3 3 8 8号长春发 电设备有限责任公司散料技术部 邮 编 1 3 0 0 3 3 收稿 E t 期 2 0 1 1 1 1 2 3 1 1 3