自卸半掛車液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

徐國坪

摘 要：物料運(yùn)輸行業(yè)近年來的發(fā)展速度是非常可觀的，自卸車作為物料運(yùn)輸與裝卸的重要設(shè)施之一，其應(yīng)用范圍也日益廣泛與發(fā)展。但 以往自卸半掛車液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)存在一定缺陷，導(dǎo)致自卸半掛車在實(shí)際使用中頻繁存在運(yùn)輸效率低下、運(yùn)輸貨物容易受到污染、以及裝卸料不徹底等問題。在這一背景下，文章設(shè)計(jì)一種全新的自卸半掛車，通過對(duì)液壓系統(tǒng)關(guān)鍵元件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的方式，能夠提高自卸半掛車整體結(jié)構(gòu)的合理性，兼顧操作方便、工作效率高等優(yōu)勢(shì)，可以在自卸運(yùn)輸業(yè)內(nèi)廣泛推廣。

關(guān)鍵詞：自卸半掛車；液壓系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TH137 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）29-0005-02

自卸半掛車是目前建筑施工等工業(yè)領(lǐng)域中廣泛使用的運(yùn)輸車輛之一，此類運(yùn)輸車輛在液壓系統(tǒng)的控制下可完成舉升、中停、限位、回位、頂棚開閉等多個(gè)功能，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。且既往工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，自卸半掛車無論是在作業(yè)效率、運(yùn)輸效率、還是物料剩余率方面均具有其他運(yùn)輸車輛所不可比擬的優(yōu)勢(shì)。本文即針對(duì)此類型自卸半掛車液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題展開探討與分析，望能夠確保液壓系統(tǒng)的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

1 自卸半掛車液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在自卸半掛車的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，液壓系統(tǒng)是非常重要的模塊之一，其主要作用是使車廂能夠按照設(shè)計(jì)角度傾斜舉升，在完成貨物裝卸作業(yè)后自動(dòng)回落至初始高度，同時(shí)也是保證自卸半掛車車廂頂棚正常開閉的重要裝置之一。液壓系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，如圖1所示。

在自卸半掛車需要操作貨物進(jìn)行傾卸時(shí)，操控組合手動(dòng)換向閥手柄，液壓油經(jīng)過氣控?fù)Q向閥裝置引入液壓缸體內(nèi)部（A腔），此時(shí)受到油壓的推動(dòng)作用力影響，液壓缸內(nèi)各級(jí)油缸缸筒遞次伸出，操作自卸半掛車車廂上升。在自卸半掛車車廂上升至最大行程后轉(zhuǎn)入回落程序，此時(shí)需要操作手動(dòng)換向閥手柄裝置，使油缸A腔內(nèi)的液壓油自動(dòng)回路，而液壓油由于具有一定壓力，則引入液壓缸體B腔內(nèi)部，通過回拉伸出末級(jí)油缸的方式，操作自卸半掛車車廂下降。

2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 液壓缸設(shè)計(jì)

常規(guī)使用自卸車舉升角角度一般設(shè)計(jì)為45.0 °，可用于多種品類物料的裝載作業(yè)，也可以對(duì)散裝貨物進(jìn)行運(yùn)輸。如糧食、砂石等一類流動(dòng)性較強(qiáng)的物料來說，其安息角多在38.0 °左右，常規(guī)自卸半掛車安息角多選擇在45.0 °左右，因此可以滿足裝卸要求。但對(duì)于濕礦粉、粘性土等粘接性較強(qiáng)的物料而言，安息角相對(duì)較大，自卸半掛車通常需要50.0 °～55.0 °左右的舉升角度才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物料的傾斜。因此，綜合對(duì)不同物料裝卸角度的要求，在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)考慮將傾卸角控制為55.0 °。

同時(shí)，考慮到自卸半掛車在物料舉升初始階段中各個(gè)鉸支點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的靜摩擦力矩均較大，為了避免沖擊，確保自卸半掛車液壓系統(tǒng)的平穩(wěn)、安全運(yùn)轉(zhuǎn)，在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中還應(yīng)當(dāng)增加力矩比系數(shù)，該系數(shù)建議取值為2.0，即自卸半掛車液壓系統(tǒng)舉升機(jī)構(gòu)所提供舉升力矩與舉升阻力比值應(yīng)為2.0。

從自卸半掛車液壓系統(tǒng)運(yùn)作全程上來看，舉升缸舉升作用力最大值出現(xiàn)在剛剛舉升后，隨著車廂的不斷提高，所承受舉升作用力有一定的下降趨勢(shì)。因此，自卸半掛車液壓系統(tǒng)液壓缸最大推力可以按照如下方式進(jìn)行設(shè)計(jì)：

液壓缸最大推力=[力矩比系數(shù)×（載質(zhì)量+車廂質(zhì)量）]/（2×cos油缸安裝角度）；

根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算具體推力取值，然后根據(jù)可供選用的油缸參數(shù)，選擇適宜型號(hào)。所選型液壓缸內(nèi)應(yīng)配置限位閥裝置，借助于該裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)舉升最大行程的控制，并支持車廂在回落至車架時(shí)速度自動(dòng)減緩，起到削弱沖擊作用力，提高循環(huán)速度以及抗高壓能力，延長使用壽命的目的。

2.2 液壓泵設(shè)計(jì)

在自卸半掛車液壓系統(tǒng)中增加液壓泵會(huì)直接增大回油面積以及管道面積，導(dǎo)致自卸半掛車的經(jīng)濟(jì)效益降低，且存在材料浪費(fèi)的問題。因此，為有效節(jié)約材料以及成本開支，建議在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用雙聯(lián)齒輪泵形式。

由于在自卸半掛車液壓系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，舉升缸所通過油液流量顯著高于馬達(dá)部位通過油液流量，且馬達(dá)與舉升缸不同步工作，因此液壓泵設(shè)計(jì)中泵流量的選擇主要考慮舉升缸通過油液流量即可。當(dāng)前技術(shù)支持下，液壓系統(tǒng)將車廂舉升至極限角度55.0 °下的時(shí)間應(yīng)不超過40.0 s，系統(tǒng)泄露系數(shù)取恒定值為1.1。綜上，液壓泵流量可以按照如下方式計(jì)算：

油泵流量=（1.1×油缸工作容積）/40.0 s；

在此基礎(chǔ)之上，考慮到液壓泵在實(shí)際運(yùn)行中的動(dòng)力來源以牽引車變速箱為主，故可以確定液壓泵額定轉(zhuǎn)速，然后按照如下方式計(jì)算液壓泵排量：

液壓泵排量≥1.1×∑油泵流量最大值=油泵流量/液壓泵額定轉(zhuǎn)速；

根據(jù)所計(jì)算得到液壓泵排量，即可在不同液壓泵型號(hào)中作出合理選擇與設(shè)計(jì)。

2.3 氣控?fù)Q向閥設(shè)計(jì)

由于本設(shè)計(jì)中該自卸半掛車液壓系統(tǒng)車廂舉升角度大（需達(dá)到55.0 °），因此在油缸的選用中采用了末級(jí)雙作用油缸的設(shè)計(jì)方案，故而還必須在氣控管路中制定相應(yīng)的控制方案。經(jīng)綜合研究，選擇四位四通氣控?fù)Q向閥，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

在自卸半掛車儲(chǔ)氣筒壓縮空氣的作用下，該裝置可操作手動(dòng)換向閥進(jìn)行不同位間的組合與控制，實(shí)現(xiàn)與各個(gè)接口的連接/斷開，根據(jù)實(shí)際需求完成氣控?fù)Q向功能。

本裝置的主要優(yōu)勢(shì)是將溢流功能與換向功能綜合起來，圖2中所示氣控?fù)Q向閥A/B/T/P口均與自卸半掛車油路系統(tǒng)連接，K點(diǎn)則與自卸半掛車手動(dòng)換向閥氣孔接口連接。在整套裝置實(shí)際運(yùn)行過程中，K口不同進(jìn)氣組合可以控制壓縮空氣單獨(dú)或聯(lián)合氣動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)方式的不同，實(shí)現(xiàn)軸向左右側(cè)運(yùn)動(dòng)，在閥芯不同路徑的移動(dòng)下實(shí)現(xiàn)閥體內(nèi)不同位油路的聯(lián)通或斷開，從而實(shí)現(xiàn)換向功能。

除此以外，本裝置中還設(shè)置有專門的溢流裝置，用以確保系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)暗轉(zhuǎn)。若壓縮空氣作用力消失，則彈簧復(fù)位裝置可推動(dòng)閥芯移動(dòng)至停止點(diǎn)位，實(shí)現(xiàn)P/T口的聯(lián)通，在這一動(dòng)作方案下，自卸半掛車液壓系統(tǒng)液壓泵所輸出液壓油回流至油缸內(nèi)，空循環(huán)且不做功。

3 結(jié) 語

以往自卸半掛車液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)存在一定缺陷，導(dǎo)致自卸半掛車在實(shí)際使用中頻繁存在運(yùn)輸效率低下、運(yùn)輸貨物容易受到污染、以及裝卸料不徹底等問題。

為了彌補(bǔ)自卸半掛車液壓系統(tǒng)在設(shè)計(jì)方面存在的局限性，本研究中提出了液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵方法，并對(duì)液壓缸、液壓泵、以及氣控?fù)Q向閥等關(guān)鍵元件的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了探討分析，可以通過液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自卸半掛車舉升、中停、限位、回位、頂棚開閉等多個(gè)功能，具有良好的應(yīng)用價(jià)值，并且能夠?yàn)楦黝愇锪系陌踩\(yùn)輸與裝卸提供保障。

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