重車調(diào)車機大臂抬落類型分析

朱昌進

一、重車調(diào)車機大臂抬落機構(gòu)概述

重車調(diào)車機大臂機構(gòu)主要由臂體、抬落驅(qū)動機構(gòu)、液壓系統(tǒng)組成。臂體負(fù)責(zé)重車調(diào)車機工作時，對敞車的牽引和推送工作；抬落驅(qū)動機構(gòu)負(fù)責(zé)將臂體抬起和放落，旋轉(zhuǎn)角度一般90度左右；液壓系統(tǒng)負(fù)責(zé)為抬落機構(gòu)提供動力。根據(jù)驅(qū)動機構(gòu)的不同，將大臂抬落機構(gòu)分成了兩類。一類是平衡油缸配合擺動油缸實現(xiàn)大臂的抬落，簡稱油缸式（如圖1）；另一類是配重體配合擺動油缸實現(xiàn)大臂的抬落，簡稱配重式（如圖2）。在翻車機系統(tǒng)中工作時，結(jié)構(gòu)主要由牽車臂體、抬落機構(gòu)、液壓站組成。

圖1油缸式

圖2配重式

圖1為油缸式，序1為擺動油缸，2為聯(lián)軸器，3為擺桿 ，4為平衡油缸，5為曲桿 ，6為連接頭 ，7為臂體；圖2為配重式，與圖1主要區(qū)別為抬落臂驅(qū)動機構(gòu)增加配重，無需平衡油缸。

目前國內(nèi)已經(jīng)投運翻車機系統(tǒng)約有900余臺，其中中國電建集團武漢重工裝備有限公司的翻車機產(chǎn)品基本采用油缸式，大連重工的翻車機產(chǎn)品基本采用配重式。兩個企業(yè)的翻車機市場占有率旗鼓相當(dāng)，因此這兩種形式的大臂機構(gòu)應(yīng)用的項目數(shù)量差別不大。下面主要從兩個項目中的兩種大臂機構(gòu)的工作狀況、原理、成本、可靠性方面進行一個比較分析，明確產(chǎn)品能在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)完成具體生產(chǎn)任務(wù)。

二、大臂機構(gòu)的工作狀況

圖3所示為襄樊油缸式重調(diào)大臂，將大臂分成4部分并水平放置。

圖3 重調(diào)大臂

各部分的質(zhì)量和對轉(zhuǎn)動軸線的距離分別為：

（1）序1中包括車鉤裝置、自動摘鉤裝置、緩沖片、端蓋等部件，總質(zhì)量為490+179.4+181.022+8.912+1.792+3.248+9.8+14+18.8+4+34+162.24+6.78+1.4+0.1=1115.49kg，其重心到轉(zhuǎn)動軸線距離為4606mm；

（2）序2中包括面板、側(cè)板及筋板等，總質(zhì)量為483+488+236+228+101+11.8+6.14+4.4+3.4+19+2 5.1+35+18.9=1659.74kg，其重心到轉(zhuǎn)動軸線距離為2067.6mm；

（3）序3只有聯(lián)臂座，其質(zhì)量為237.6kg，重心到轉(zhuǎn)動軸線距離為953mm；

（4）序4中包括2個軸承鐵，其總質(zhì)量為449.77×2=899.54kg，重心到轉(zhuǎn)動軸線距350。（以上重心到軸線距離均為放樣所得）

圖4 平衡油缸示意圖

圖5 擺動油缸示意圖

圖4中，1為起始位置，2為大臂擺動角度C后位置，其對應(yīng)的力臂分別為a、b；

圖5中，1為起始位置，2為大臂擺動角度C后位置，角A為主動桿與連桿夾角的補角，角B為從動桿與連桿的夾角。

平衡油缸選用UYZB10φ150/85X1010-16，工作壓力取8.5Mpa計算擺動油缸選用UBJZS140-172°H，工作壓力取12MPa計算。

大臂轉(zhuǎn)動過程中各油缸提供力矩如下：

?

由上表可以得知，大臂在整個運動過程中，安全系數(shù)最小為1.38。

位于安陽的配重式大臂，部分的質(zhì)量和對轉(zhuǎn)動軸線的距離分別為：

（1）序1中包括車鉤裝置、自動摘鉤裝置、緩沖片、端蓋等部件，總質(zhì)量為490+179.4+181.022+8.912+1.792+3.248+9.8+14+18.8+4+34+162.24+6.78+1.4+0.1=1115.49kg，其重心到轉(zhuǎn)動軸線距離為3957.3mm；

（2）序2中包括面板、側(cè)板及筋板等，總質(zhì)量為1466，其重心到轉(zhuǎn)動軸線距離為1783.3mm；

（3）序3只有聯(lián)臂座，其質(zhì)量為237.6kg，重心到轉(zhuǎn)動軸線距離為953mm；

（4）序4中包括2個軸承鐵，其總質(zhì)量為449.77 x 2=899.54kg，重心到轉(zhuǎn)動軸線距離為350。（以上重心到軸線距離均為放樣所得）

配重出力計算

相對位置根據(jù)多次放樣所得，其中

α為l1桿與連桿l2之間夾角，β為連桿l2與l2夾角的補角，

γ桿與垂直方向夾角，δ為配重轉(zhuǎn)動角度，G為配重重量（kN）

粗取1500x1200x510（外輪廓）G=62.654kN

T配重=F3l1sinγ= G l4l1sinγsinα/ l3sinβ=0.825 G sinγsinα/sinβ kN·m

擺動油缸UBJZS140-172°H，工作壓力取12MPa計算，配重取取1500×1200×510（外輪廓）G=62.654kN，

?

由上表可以得知，大臂在整個運動過程中，安全系數(shù)最小為1.34。

三、大臂抬落原理

圖6油缸式液壓原理圖

圖7配重式液壓原理圖

如圖6、7所示，在實際工作過程中油缸式與配重式均擁有擺動油缸，配有電磁換向閥改變油路方向，疊加式單向閥為液壓鎖，單向節(jié)流閥進行調(diào)速，疊加式單向閥減小沖擊[2-4]。油缸式中平衡油缸管路中配有蓄能器，可以起到減小沖擊的作用。

四、成本

從原理不難看出，在實現(xiàn)功能過程中，油缸式重調(diào)液壓站更加復(fù)雜，針對液壓缸及相關(guān)液壓元件采購價格及損耗相對配重式更多，從經(jīng)濟性來講配重式能夠在實現(xiàn)主要功能前提下更節(jié)約成本，液壓站設(shè)計相對更加簡單。

五、可靠性

針對突發(fā)情況，油缸式中平衡油缸及擺動油缸均有減小沖擊的機制，配重式相對油缸式僅擺動油缸擁有減少沖擊機制。在極端情況下，配重式更易造成系統(tǒng)管路及接頭漏油甚至油管破裂。

六、結(jié)論

從重調(diào)大臂工作原理及理論分析可知在實際生產(chǎn)過程中，配重式以及油缸式均能實現(xiàn)抬落臂功能。通過對兩種形式的合理選型，分別對兩個項目抬落臂過程進行分析，計算得出在抬落臂過程中平衡油缸所提供力矩，以及配重所提供力矩，并得出近似安全系數(shù)。

從原理上來說，配重式相較于油缸式，少了平衡油缸，其液壓系統(tǒng)相對于更加簡單，成本相對更低。油缸式雖說平衡油缸增加了成本，但是蓄能器提供良好的能量儲蓄，能夠更好達(dá)到減少沖擊的作用，其安全性能夠更好的得到保障。

安全系數(shù)在理論計算過程中能夠起到指導(dǎo)作用，項目的不同，具體生產(chǎn)工況不同對應(yīng)需求也就會有所差異。