液壓定位鎖止裝置設計

賈 源，黃坤程

(中國恩菲工程技術有限公司 冶金事業一部， 北京 100038)

液壓定位鎖止裝置設計

賈 源，黃坤程

(中國恩菲工程技術有限公司 冶金事業一部， 北京 100038)

作為熱料輸送系統的組成部分之一，液壓定位鎖止裝置對于提高系統運行的可靠性、安全性具有重要作用。本文闡述了該裝置的工作原理，總結了其總體設計的要點，介紹了其液壓原理圖，并討論了該型裝置在其它設備中的應用實例。

液壓定位鎖止裝置； 工作原理； 液壓原理圖

0 前言

為滿足某項目中工藝流程的要求，實現高溫物料的長距離、大運量轉運，中國恩菲公司自主研發設計了熱料輸送系統：回轉窯排出的高溫物料盛裝在料罐中，并經由料罐運輸車及起重吊車轉運至電爐上方的料倉內。

該系統在運行過程中，料罐運輸車在提升井下方的準確停位十分重要。若停位不準，將給起重吊車取放料罐帶來不便，嚴重時會造成料罐在提升過程中傾翻，高溫熱料溢出，影響輸送系統的安全運行。

為了保證料罐運輸車停位的準確，系統中配置了液壓定位鎖止裝置。其為提高整個輸送系統的可靠性、安全性起到了重要作用。

1 總體結構及工作原理

液壓定位鎖止裝置的總體結構如圖1所示。推臂和液壓缸成組配對，對稱安裝于機架的豎直中心線兩側。推臂可以在液壓缸推力及拉力作用下，在一定角度范圍內繞中心支座的固定鉸點擺動。同時，料罐運輸車上安裝有撥塊，作為液壓定位鎖止裝置向其施加推力的傳力部件。

1.液壓缸A 2.推臂A 3.料罐車撥塊 4.推臂B 5.液壓缸B 6.機架 7.中心支座圖1 液壓定位鎖止裝置總體結構圖

液壓定位鎖止裝置固定安裝在提升井下方，料罐車軌道某側的地面上。常態下，兩側液壓缸活塞桿收回，兩個推臂均處于最低位置處，呈相對打開狀態。當料罐運輸車行駛至提升井下方后，在電感式接近開關的控制下，運輸車完成初次停位。受接近開關靈敏度、運輸車慣性等因素的影響，初次停位往往是隨機的，停位精度約為±100 mm。停位后，料罐車撥塊將處于兩推臂夾角范圍內的某個位置上。

然后，一側液壓缸先行動作，推動對應的推臂擺動升起，直至與中心支座貼合，到達最高位置處；隨后，另一側液壓缸與推臂動作。由于料罐運輸車初次停位的隨機性，一定會有一個推臂的滾子在升起過程中頂到撥塊并將車推動。當兩個推臂都升起至最高位置后，其上的滾子正好將撥塊夾緊。經此過程后，料罐運輸車的停車位置是唯一確定的，保證了吊車取放料罐時的可靠與安全。同時，在料罐隨吊車升降的過程中，液壓缸始終保持壓力，防止運輸車的滑動移位。

2 機構總體設計

液壓缸和推臂是液壓定位鎖止裝置的兩個核心部件。設計時，應首先確定液壓缸的規格和推臂的結構尺寸，并以此作為基礎進行其它零部件及液壓系統的設計。

為便于設計與計算，將液壓定位鎖止裝置表示為圖2所示的機構簡圖。由于裝置的總體結構為對稱關系，計算時可選取一個液壓缸和推臂組成的機構作為研究對象。

圖2 液壓定位鎖止裝置機構簡圖

設推臂固定鉸支座為A，液壓缸的固定鉸支座為B，推臂與液壓缸連接的鉸接點為C，滾子的鉸接點為D。R、r、c為推臂的主要結構尺寸，并可確定出β的值；L表示液壓缸的長度；k表示A、B兩點之間的距離；α表示AD連線與水平線之間的夾角，即推臂的位置狀態，設計時取34°≤α≤90°；W表示推臂推車時受到的阻力，其在大小上與推臂推車力W′相等，方向相反；F表示液壓缸輸出的推力。

2.1 液壓缸推力F

由虛位移原理[1]：

F·dL-W·dx=0

(1)

式中 dx—推車阻力W的虛位移； dL—液壓缸推力F的虛位移。

由公式(1)可推得：

(2)

由各尺寸間的幾何關系可知，推車力作用下罐車的位移為：

x=R·cosα

(3)

液壓缸的長度為：

(4)

公式(3)、公式(4)分別對α一階求導，可得：

(5)

(6)

將公式(5)、公式(6)帶入公式(2)可得液壓缸推力的計算式：

(7)

在公式(7)中，推車阻力W可以根據料罐車的自重、最大載荷量及行走輪結構求得，為已知量。當選定R、r、c、k取值后，可以得到在α變化范圍內任一值下液壓缸的推力F。

2.2 推車速度v2

設液壓缸推速為v1，并取定一個值。當推臂旋轉一個角度，α由α1變化到α2時，液壓缸的長度也由L1變化到L2。則根據液壓缸與推臂動作的相互關系，可以得到推臂推動罐車在水平方向的移動速度：

(8)

公式(8)中，34°≤α1<α2≤90°，且L1

2.3 計算與分析

借助Excel，可以方便的調整R、r、c、k的取值，得出在α變化范圍內的各推力值F，以及裝置推動罐車的速度v2，并繪制出F與v2的變化曲線。

圖3所示是經過反復配湊計算后得到的F與v2的變化曲線。

需要說明的是，根據液壓定位鎖止裝置及料罐車撥塊的相對位置關系，只有當α≥65°時推臂上的滾子才可能頂到撥塊。也就是說，從推車的角度來講，[65°，90°]是裝置的有效工作區間。從圖3可以看出，在該區間范圍內，液壓缸的推力及推車速度變化均較為平緩，這對于液壓系統運行的平穩性，以及料罐車移動的安全性，都是十分有利的。

至此，確定了液壓缸的最大推力和推臂的主要結構尺寸。以此作為基礎，可以進行液壓缸的選型、推臂的詳細設計和強度校核，以及其它零部件的設計。

圖3 液壓缸推力及推車速度隨推臂方位角變化曲線

3 液壓原理圖

液壓定位鎖止裝置的液壓原理圖如圖4所示。定位時，電磁鐵1YA通電，直至液壓缸A的活塞桿伸出至最大極限位后，接近開關2SQ閉合，液壓缸A鎖止；隨后，電磁鐵3YA通電，液壓缸B完成相同動作后鎖止。解除定位鎖止時，電磁鐵2YA和4YA相繼通電，兩個液壓缸的活塞桿相繼收回，直至回到初始位置，接近開關1SQ和3SQ閉合。

1.葉片泵 2.電動機 3.電磁溢流閥 4.電磁換向閥 5.單向閥 6.疊加式單向閥 7.單向調速閥 8.蝶閥 9.球閥 10.油箱 11.測壓排氣接頭 12.壓力表開關 13.溫度計 14.電加熱器 15.空氣過濾器 16.液位繼電器 17.過濾器 18.電磁水閥 19.冷卻器圖4 液壓定位鎖止裝置液壓原理圖

在兩個液壓缸的主油路上，均設置有疊加式單向閥，其與具有Y型中位機能的電磁換向閥配合，可確保液壓缸的鎖止，避免其受外力而移動。

4 其它應用

圖5所示是該型液壓定位鎖止裝置的另外一個實用案例。裝置安裝在某沿鋼軌運行的移動小車上。當小車需要在某個位置停車并進行其它工作時，可利用該裝置夾緊軌道，防止溜車。同時，將推臂設計成圖中所示的鉤狀，還可以防止小車受側向外力而傾翻。

1.鋼軌 2.液壓定位鎖止裝置圖5 液壓定位鎖止裝置的其它應用形式

5 結語

本文闡述了一種應用于熱料輸送系統的液壓校正鎖止裝置的工作原理與過程；基于虛位移原理與幾何計算，詳細討論了液壓定位鎖止裝置的總體設計的要點；介紹了該型裝置的液壓原理圖；并討論了該型裝置在其它設備上的應用實例。

[1] 哈爾濱工業大學理論力學教研室.理論力學[M].北京：高等教育出版社，2002.

Design of Hydraulic Detent Locking Device

JIA Yuan， HUANG Kun-cheng

As a part of the hot material delivery system, hydraulic detent locking device is very important to improve the reliability and safety of the system. This article expounds its working principle, summarizes the key points of the device designing, introduces the hydraulic schematic, and gives an example for its application in other equipment.

hydraulic detent locking device； working principle； hydraulic schematic

2015-06-12

賈 源(1985-)，男，湖北竹山人，工程師，研究生，主要從事火法設備設計工作。

TH137

B

1003-8884(2015)05-0044-04