斗輪機液壓驅動裝置設計

張艷燕 丁超

摘 ?要：斗輪堆取料機被廣泛應用于港口、冶金、電力等領域，斗輪是斗輪堆取料機的關鍵組成部件。相較于傳統滑閥控制、泵壓控制，直接驅動式液壓控制系統更高效、更節能。基于此，本文針對斗輪機液壓驅動裝置設計進行探討，使用直插式閥塊簡化液壓系統結構，提升了斗輪堆取料機運行效能。

關鍵詞：斗輪堆取料機;液壓驅動;驅動裝置;直插式閥塊

中圖分類號：TH137 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：2096-6903（2021）03-0000-00

0 引言

斗輪堆取料機的斗輪轉動需要液壓驅動裝置來提供穩定持續的動力，因此對斗輪驅動裝置的性能提出更高要求，由于驅動裝置的激勵容易導致變幅裝置強振，因此容易導致斗輪堆取料機運行不穩。由此可見，優化斗輪液壓驅動裝置的結構和參數對于改善斗輪堆取料機的整體穩定性和性能具有非常重要的意義。而通過直接驅動式液壓驅動裝置驅動斗輪可以節省能源、簡化整機結構。因此，針對斗輪堆取料的直接驅動式液壓驅動裝置的研究十分必要。

1 直接驅動式斗輪液壓驅動裝置總體設計

1.1 裝置的基本結構和運行原理

直接驅動式液壓驅動裝置主要包括充油、控制、作動、傳動這四個子裝置，其基本結構如圖1所示。

由圖1可知，直接驅動式液壓驅動裝置的硬件主要包括：充油安全溢流閥、充油止回閥、安全閥，大扭矩馬達、主電動機、定量泵、充油泵及配套電動機等[1]。電動機驅動單向定量泵運轉，泵送液壓油從而驅動大扭矩馬達。通過調節電動機轉速來控制液壓油流量，進而控制馬達轉速，通過控制電動機轉矩實現負載轉矩的控制。因此，電動機基于控制信號執行制定的動作，例如啟動、停止、改變速度、改變方向、轉矩調節等。

1.2 主要部件的選型及參數計算

本次設計的斗輪堆取料機斗輪直接驅動式液壓驅動裝置需要驅動斗輪轉動，斗輪的傳動機構核心是馬達、花鍵。本次設計的裝置采用的馬達為赫格隆公司的CB560-480型馬達，其具體性能指標參數如表1所示。

其中泵的總效率η=0.855，通過計算可知電動機功率應不低于75kW。而常用的交流電動機包括同步電動機、異步電動機兩種，前者成本更高、精度也更高，而斗輪堆取料機不需要很高的控制精度，因此，考慮到成本，本次設計選用上海麒晟的YE1-90～355系列（IP55）高效率三相異步電動機，其額定功率為75 kW，具體技術參數如表2所示。

（3）主油泵選型以及參數計算。根據上文講到的直接驅動式液壓驅動裝置的工作原理可知主油泵通過單向定量泵進行充油操作。因此，主油泵需要較大的液壓功率，在實踐中可以選用額定壓強18 MPa，最大壓強30 MPa的斜盤式軸向柱塞泵，馬達轉速達到7 rev/min對用的主油泵流量Q=211.4 L/min，同時裝置的整體效率應達到80%以上，因此，主油泵需要的流量最大值可以通過公式（6）計算：

根據參數計算結果確定壓油管內徑為40 mm、外徑為50 mm。同樣的，可以解算出回油管的內外徑參數，最終確定裝置所用回油管內徑50 mm、外徑64 mm。

（6）閥的選型。考慮到直插式閥塊的特點，本次設計的液壓驅動裝置采用寧波海虹液壓有限公司螺紋插裝閥。考慮到節能的需要，所選閥門的最大允許流量以及工作壓力，調節范圍等參數比較好，本設計選用的主回路安全溢流閥型號為三科AY42H型，輔助回路安全溢流閥選擇A802Y型安全溢流閥。

（7）變頻器選型。在選擇變頻器時，需要重點關注變頻器的額定電壓、額定電流、額定功率，確保這三個參數值大于電動機的對應參數值。本次設計的裝置采用的變頻器選用安川F7系列通用矢量控制變頻器，并選用CIMR-F7A型額定功率為75 kW電動機的變頻器，以更好的滿足裝置需求。

2 直接驅動式液壓驅動裝置關鍵構件設計

2.1 直插式閥塊的設計

直插式閥塊能夠簡化直接驅動式液壓驅動裝置的整體結構，可以大大提高裝置的集成度，使用直插式閥塊有利于液壓驅動裝置的小型化。本次設計的裝置安全溢流閥、止回閥等部件集成在閥塊上[2]。基于直插式閥塊的特點，直接驅動式液壓驅動裝置的油源部分由直插式閥塊、連接板構成。其中裝置主回路的安全溢流閥充當安全閥，充油回路的溢流閥用于調節油壓，止回閥用于確定充油方向，保證充油持續穩定進行，而管路通過連接板連接。

如果馬達卡死，而泵仍然在工作時，裝置中的油壓會快速增加，最終導致馬達損壞或管道爆裂，引發安全事故。因此，需要合理調節安全溢流閥的安全參數，確保液壓驅動裝置運行在安全壓力下，當油壓超出安全范圍時自動泄壓，從而有效防止安全事故的發生。裝置所需的額定壓力18 MPa，選用的AY42H型安全溢流閥的額定壓力25 MPa，工作壓22 MPa，符合裝置要求。同時其最大流量為300 L/min，也高于裝置需要的最大流量265 mL/min。充油回路中安全溢流閥的主要作用是控制充油壓力，因為充油壓力太大會增加能源消耗，而過小就不能進行穩定充油，本次設計的液壓驅動裝置按照實踐經驗將充油壓力定位2 MPa[3]，充油回路所用的止回閥主要作用是確保充油穩定進行的基礎上避免主回路液壓油經充油回路泄漏，因此，壓力越小，裝置能耗損失越低，所以需要選用的止回閥應具有較大的開口，本次設計的液壓驅動裝置選用的止回閥型號為 XYF10-08/03.05，其開啟壓力為0.3 bar。基于上述要求設計的直插式閥塊裝配結構如圖2所示。

2.2 油罐設計

在直接驅動式液壓驅動裝置中，單向定量泵、馬達在運行中會漏油，需要補充液壓油。在高壓、高流量得環境下，液壓油得泄漏量相對較大，常規的無動力充油難以保證裝置的油壓，需要利用充油泵進行充油[4]。充油壓力通過閥塊中的安全溢流閥控制，充油方向通過止回閥控制，充油泵油量必須大于所需充油量。多余的油通過安全閥返回到油罐。油罐包含閥塊、連接板、主油泵、充油泵和其他零件，是整個液壓驅動裝置的核心部分。油罐的結構圖如圖3所示。

油罐維持正壓實現充油操作，還可以有效地防止氣蝕和蠕變。壓縮空氣濾清器可將油正壓維持在一定范圍。該裝置選用的空氣濾清器是QUQ型預加壓空氣濾清器，QUQ型預加壓空氣濾清器體積小、過濾性能穩定、壓降小，不但可以簡化油罐結構，也有利于對油液進行凈化。該裝置選用的空氣濾清器可以使油罐正壓維持在0.75 bar[5]，通過調節濾清器的止回閥可對油罐進行預加壓，通過油罐中的油量來調節油罐的空氣量，控制密封油罐中壓力的變化。在運行期間，油罐中的壓力在不超過0.75 bar的范圍內變化，從而進一步確保裝置充油操作的正常進行，同時可以避免油罐內壓力過高損壞液壓泵油封。

3 結論

為了滿足斗輪堆取料機斗輪驅動需求，優化斗輪堆取料機斗輪液壓驅動裝置，基于直接驅動式液壓驅動裝置基本結構和工作原理，合理選用液壓組件，設計、加工、制造符合要求的直接驅動式液壓驅動裝置是關鍵。通過優化可使液壓驅動裝置結構大大簡化，減少了液壓油管道數量和總長、采用直插式閥塊實現各閥的集成，利用連接板實現管道連接可使裝置的安裝、使用、維護更加方便，裝置運行效率更高。

參考文獻

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[4] 秦世桐.斗輪機主機俯仰直驅式液壓系統靜動特性及控制的研究[J].中國科技投資，2017（9）：4-5.

[5] 賈延遜，黃有義，徐萬鑫，等.插裝閥在門式斗輪堆取料機起升機構液壓系統的應用[J].起重運輸機械，2015（3）：66-69.

收稿日期：2020-02-01

作者簡介：張艷燕（1984—），女，山東濟南人，碩士研究生，工程師，研究方向：先進制造與裝備。

Abstract： Bucket wheel stacker and reclaimer is widely used in ports， metallurgy， electric power and other fields. Bucket wheel is the key component of bucket wheel stacker and reclaimer. Compared with traditional slide valve control and pump pressure control， the direct drive hydraulic control system is more efficient and energy-saving. Based on this， this article discusses the design of the hydraulic drive device of the bucket wheel machine， and uses the in-line valve block to simplify the structure of the hydraulic system and improve the operating efficiency of the bucket wheel stacker and reclaimer.

Keywords： bucket wheel stacker and reclaimer; hydraulic drive; drive device; in-line valve block