軌行式全液壓鋁錠轉運叉車制動前沖的分析

蘭州資源環境職業技術學院 黃圓志

軌行式全液壓鋁錠轉運叉車制動前沖的分析

蘭州資源環境職業技術學院 黃圓志

本文針對軌行式全液壓鋁錠轉運叉車制動所產生的前沖現象，對其液壓系統以及可能產生前沖的原因進行分析，通過液壓馬達內泄漏所引起的制動前沖和整車由于慣性產生的滑移前沖兩方面考慮，衡量其定位精度是否滿足工作需求。

叉車；制動；前沖

22t/h鋁錠連鑄生產線是專門用于生產重熔鋁錠的自動化生產線，具有鑄造、冷卻、堆垛、捆扎打包和成品運輸等多道生產工序，是集機、電、光、液、氣于一體的自動化成套有色冶金裝備[1]。當層碼垛機器人完成鋁錠堆垛后，需要轉位液壓叉車叉起整垛鋁錠，轉送到指定的稱重秤位置完成稱重，并將其再次叉起轉移到指定的成品運輸機的4個垛位上，滿4垛后由成品運輸機運輸到指定的位置。

鋁錠轉位液壓叉車如圖1應用使鋁錠連鑄生產線自動稱重及成品運輸兩道工序銜接的更加順暢緊密，使整套系統的自動化程度更高，從而大大的提高了生產效率。傳統的輪胎式人操作叉車工作時勞動強度高，精度控制差，啟動及制動時不平穩，對操作人員的技術要求很高，稍微的疏忽或失誤就可能造成鋁錠散垛，叉車碰撞生產線等事故，而軌行式鋁錠轉位全液壓叉車重復定位精度高，啟動及制動平穩，自動化程度更高，更能滿足企業要求，具有提高鋁錠運轉自動化、降低勞動強度的實際工程意義。

軌行式鋁錠轉位全液壓叉車液壓系統如圖2所示，它是由叉車液壓馬達、叉車架水平移動缸、叉車架升降缸所組成。具體工作過程如圖3所示。

(1)當層碼垛機器人完成鋁錠堆垛后，叉車架前伸到鋁錠垛正下方，叉起鋁錠；

(2)叉車沿鋼軌行走，將鋁錠轉運到稱重秤上，完成稱重；

(3)叉車叉起鋁錠沿鋼軌繼續行走，將鋁錠轉運到垛位一上，叉車架收回，叉車返回初始位置。

經過上述三個動作叉車完成一次鋁錠的稱重及轉運，叉車繼續重復上述動作，只是鋁錠垛依次轉運到垛位二、垛位三、垛位四上，滿四垛后由成品運輸機轉運到車間外[2]。叉車轉運鋁錠過程中要滿載狀態在稱重位置和指定垛位停車兩次，空載狀態返回初始位置時停車一次，反復工作時叉車頻繁制動，這就要求叉車要盡量減少制動前沖，接下來從兩方面分析可能產生叉車制動前沖的原因。

1.叉車制動前沖的數理計算

1.1 液壓馬達內泄露引起制動前沖的計算

由于液壓馬達自身的內泄漏，使得液壓馬達在換向閥切入中位后，不是立即停止轉動，而是產生慣性轉矩，使馬達轉動一個微小的前進量，這一前進量反映的是液壓馬達停止的位置精度，是造成叉車制動前沖的原因。

計算液壓馬達內泄漏引起的制動前沖位移s。本系統液壓馬達選取為BM-C315型低速大轉矩擺線液壓馬達，其排量V=315ml/r,額定壓差△P=10MPa，額定轉矩T=420N·m，總效率η=0.8，設定液壓馬達機械效率mη=0.9，馬達內泄漏時間t=0.75s，馬達實際轉速n=33.6r/min，馬達進油口壓力P2=0MPa，叉車鋼輪半徑R=0.08m。

由液壓馬達的效率公式

由液壓馬達容積效率公式得到：

由馬達轉矩關系式

由馬達工作壓差為馬達進口壓力與出口壓力的差值即ΔP=P1-P2

由馬達轉速與流量關系式

得到由馬達泄漏量引起的馬達轉速

由角加速度公式

由角速度公式

得到由馬達內泄漏引起的叉車制動前沖距離

1.2 整車慣性滑移前沖的計算

當不考慮馬達內泄漏對叉車制動前沖的影響時，馬達立即停止轉動后叉車仍然會由于本身慣性力的存在在鋼軌上滑移。物理模型圖如圖4所示，假設叉車與鋁錠為一個質體，來計算其在鋼軌上的滑移。

由滑動摩擦力公式：

式中μ—滑動摩擦系數，0.15

由角加速度公式

由速度與角加速度關系式

由能量守恒定律知，物體的動能等于滑動摩擦力所做的功，即

2.叉車制動前沖結果分析

2.1 叉車制動前沖距離的分析

2.2 如何減小叉車制動前沖

(1)由公式(14)知，叉車空載狀態與滿載狀態滑移量是相同的，滑移量只和滑動摩擦系數μ叉車制動前速度ν有關，滑動摩擦系數μ確定，那么減小叉車制動前速度ν，可以有效的減小制動前沖距離。

(2)液壓馬達的內泄漏是不可避免的，液壓馬達都有一個容積效率問題，馬達在使用一段時間之后，密封件的磨損和老化；各個活塞和活塞孔的配合間隙由于磨損增大發生變化；馬達的泄漏量是與這些配合間隙的三次方呈正比的，所以在使用一段時間后，由于馬達泄漏量的增加，容積效率的降低，便會產生馬達制動時前沖的問題?？梢栽趥鲃虞S上加制動器，制動時直接抱死傳動軸，避免由馬達內泄漏產生的制動前沖。

3.結論

通過對轉運叉車液壓系統原理分析以及叉車制動前沖的分析和計算，叉車制動前沖距離s∈（0.027m，0.052m），符合其定位精度±0.06m要求。

結合軌行式全液壓鋁錠轉運叉車在包頭東方希望鋁廠22t/h鋁錠連鑄生產線的實際應用效果，低速大轉矩擺線液壓馬達可以作為軌行式全液壓鋁錠轉運叉車的驅動方式，滿足工程需要。

[1]雷春麗,段麗莉,王永鋒,芮執元.鋁錠連續鑄造機組中冷卻運輸機驅動裝置的改進[J].蘭州理工大學學報,2006(2):78-79.

[2]王海濱.叉車靜液壓傳動系統特性研究[J].同濟大學,2002.

[3]李鄂民.液壓與氣壓傳動[M].機械工業出版社,2001.

[4]雷天覺主編.新編液壓工程手冊[M].北京理工大學出版社,1998.

[5]哈爾濱工業大學而理論力學教研室.理論力學[M].北京:高等教育出版社,2005.