斗輪機俯仰裝置的改進設計

曹賀

摘 要：對于斗輪機來講，俯仰裝置是液壓回路系統(tǒng)中十分重要的部分，若俯仰裝置設計不合理，將會大大影響斗輪機液壓系統(tǒng)的正常運行，從而影響斗輪機的使用。對此，必須要合理科學的對斗輪機的俯仰裝置進行設計。本文從改進設計的視角出發(fā)，對可能引起斗臂劇烈震動的設計缺陷進行分析，找出這種設計缺陷的原因，并提出了改進建議。

關鍵詞：斗輪機；俯仰裝置；改進；設計

一般來講，斗輪機主要是利用斗臂來實現物資的裝卸，這種作業(yè)模式使得斗臂的負載一直處于較大狀態(tài)，且斗臂本身長度較長，在卸載物資時容易產生較大的慣性。若俯仰裝置設計的不夠合理，極有可能會使得斗臂在運行中出現較大的震動，不但會影響工作效率，還可能會造成較大的安全隱患。因此對斗輪機的俯仰裝置進行改進設計是十分有必要的。

一、當前斗輪機俯仰裝置設計中存在的缺陷

當前許多斗輪機的俯仰液壓系統(tǒng)都存在設計的缺陷，沒有對液壓缸背壓問題進行分析，從而導致在斗輪機的下降過程中，懸臂液壓缸經常出現振動，噪音，且隨著使用的頻繁，情況愈見嚴重。有時甚至出現斗輪機整體的晃動。這樣的情況對于斗輪機和鋼結構等都造成了極大的損害，并且對于操作司機形成安全隱患。雖然可以通過改變調速閥調整懸臂俯仰的速度，用以減輕振動，但是效果不明顯，并且俯仰速度過慢直接影響生產效率。綜上所述，設計的缺陷直接影響工作的安全，效率，甚至在廠區(qū)形成重大的安全隱患。

二、設計缺陷問題的成因分析

1、負值負載

對某些斗輪機平衡性進行測定時會發(fā)現斗輪機臂架的配重較輕。因此當斗輪機懸臂移動到平衡位置后，因為配重作用，液壓缸受到的負載作用力方向變成了同液壓缸活塞桿運行方向相同，從而出現負值負載。在負值負載的作用下，元件被拉伸，但是進油腔里的液體不能承受拉力，使得活塞的運動速度加快甚至失控，與此同時進油量不足，進油腔壓力驟降，液體被拉斷，使得液壓缸產生噪音。

2、環(huán)境溫度

斗輪機的運行情況在一定程度上受到溫度的影響。在工作環(huán)境溫度較低時，油液的粘稠度較高，平衡閥控制油路的阻力加大，從而使得整個臂架運行比較平穩(wěn)。相反，當工作環(huán)境溫度較高，油液的粘稠度變低，阻力變小。當斗輪下降時，液壓缸回油管路上的背壓減小，斗輪等元件因為自重加速下降，使得液壓缸進油腔的壓力降低。當壓力降至平衡法關閉的壓力時，平衡法關閉。元件瞬問停比運作，而液壓缸進油腔壓力開始回升，當壓力升高到開啟壓力時，平衡閥開啟，各部件開始加速下降。交替出現以上情況，斗輪機懸臂則會出現振動現象。

3、液壓油中存在的氣體

在液壓油中存在的氣體有兩種，即溶解的空氣和摻雜的空氣。通常來說，在一定溫度時，溶解在液體中的氣體的體積與壓力成正比。因此當壓力升高，油液中溶解的空氣伴隨壓力上升增加。壓力降低時，空氣從油液中被分離出來形成氣泡。混雜在液體中的空氣以氣泡狀態(tài)懸浮在油液中，直徑約為0.25～0.5mm。若油液的絕對壓力降低至油液的空氣分離壓力時，油液中過于飽和的空氣會析出，以微小的氣泡為中心聚集，并慢慢膨脹為體積較大的氣泡，并慢慢增加數量，形成大量氣泡。當油液里形成氣泡時，油液流動性變差，并且出現噪聲和振顫。若氣泡破裂，會產生對局部的沖擊，從而造成金屬疲勞。

三、斗輪機俯仰裝置的改進設計方法

從以上分析可以看出，要解決斗輪機俯仰液壓系統(tǒng)中液壓缸背壓問題，可以考慮在斗輪機的懸臂俯仰液壓缸后腔油路加裝一只單項節(jié)流閥，用以調節(jié)回油路節(jié)流，而進油路全部打開，不節(jié)流。對于改進之后的斗輪機液壓系統(tǒng)，當后腔進油時，后腔的單向節(jié)流閥全部打開，也就是進油路全部打開，活塞桿伸出，斗輪機懸臂上升。相反的，當前腔進油時，也就是回油路進油時，后腔的單向節(jié)流閥節(jié)流，也就是回油路節(jié)流，活塞桿收回，斗輪機的懸臂下降。在這兩個運動過程里，因為斗輪機下降回油路的節(jié)流閥，會形成局部的阻力，使得液壓缸回油腔產生背壓，且運動速度越快背壓也就越高，背壓的力量便會形成阻尼力。由于存在阻尼力，使得液壓缸速度在負值負載的作用力下不會出現失控。而且可以有效抵制運動元件的振動。從而大大提升元件運行的穩(wěn)定性，使得斗輪機懸臂液壓缸升降平穩(wěn)。另外，因為液壓缸回油腔背壓存在，導致系統(tǒng)壓力升高，若油液絕對壓力高過油液的空氣分離壓力時，油液里的溶解空氣就不容易出現分離形成氣泡的現象，也能夠有效預防溫度變化對液壓系統(tǒng)造成的振顫。此外，還可以依據斗輪機機臂架平衡性的實際情況，做出相應的調整配重，調整到配重與各個部件處于相對合理的平衡狀態(tài)，從而進一步提升系統(tǒng)穩(wěn)定性，減少系統(tǒng)的工作壓力和負值負載，用以延長系統(tǒng)中各個部件的壽命。

四、改進前后液壓俯仰系統(tǒng)的比較

1、壓力控制回路

改進前使用平衡閥保壓，因為平衡閥是滑閥控制，內泄量較大，因此非工作期間時，液壓缸在臂架重力的作用下明顯下降，對斗輪機穩(wěn)定性造成不利影響。在液壓缸停比運動時，管路需承受同液壓缸相同的壓力。因此沒有考慮到對液壓缸過載進行保護。改進后使用電磁溢流閥為安全閥控制系統(tǒng)最大作業(yè)壓力。電機啟動時，電磁溢流閥供電，溢流閥全部打開卸荷，液壓泵在零負荷、最大流量下啟動，液壓油以最大流量通過溢流閥流回油箱，產生熱量，因此液壓缸無動作期間要求停機。電磁溢流閥停比供電，溢流閥關閉，將系統(tǒng)壓力建立起來。

2、流量控制回路

改進前使用回油節(jié)流調速回路提高液壓缸穩(wěn)定性，但會引起壓力損失。因此采用回油調速，需提高泵的工作壓力，但這樣會增加功率損耗，提高發(fā)熱量；當液匿瓴上升，因無籽腔垂積大，有桿腔壓力比無桿腔壓力大，增加液壓缸和管道的壓力，使系統(tǒng)處于危險狀況。改進后采用比例閥調節(jié)流量，分別控制液壓缸上升下降速度，用不同電流控制閥開口度控制流量。比例閥有位移反饋，有斜坡時問帶減緩沖擊，可以實現液壓缸伸縮速度基本一致，提高系統(tǒng)工作效率，使液壓缸速度可調。

3、方向控制回路

改進前采用直動式換向閥作主換向閥。因為系統(tǒng)流量大，每次換向都會產生沖擊。改進后采用先導式換向閥作為主換向閥，可減緩主閥芯換向的速度，從而減小沖擊。

五、結束語

經過改進，斗輪機的液壓回路系統(tǒng)得以穩(wěn)定運行，即使載重較大，斗臂也不會出現較大的震動現象，這說明俯仰裝置處于良好的平衡狀態(tài)。實踐證明，這樣改進俯仰裝置后，還可以減少系統(tǒng)各個部件的磨損，極大的延長了斗輪機的使用壽命。斗輪機是眾多工業(yè)項目和工程項目的重要機械設備，斗輪機的懸臂變幅一般為液壓控制系統(tǒng)，因此液壓系統(tǒng)的完善與穩(wěn)定對于機械的正常運轉，工程的作業(yè)安全和生產效益有著至關重要的作用。本文的研究成果可以在實踐中大力推廣使用，以提升斗輪機的整體設計水平。

參考文獻：

[1]張樹敏. 斗輪機俯仰裝置的改進設計[J]. 黑龍江科技信息， 2011（15）：12-12.

[2]陳濱生. 斗輪機俯仰裝置的改進設計[J]. 科技致富向導， 2014（33）：100-100.