地下自卸卡车液压系统的设计

地下自卸卡车液压系统的设计

地下自耕汽车的特点是低矮、转弯灵活、拆卸高度小，可以将矿石从开采场地转移到遥远的地方。随着矿山开采深度的加大,采场与卸料点的距离越来越远。铲运机的经济运矿距离一般不超过400m,当采场离卸料点较远时,用自卸卡车运矿比较经济。大型铲运设备出矿效率较高,在各大矿山上应用的越来越多。为了配合4立方铲运机的工作,我们研制了20t自卸卡车。DKC20卡车的液压系统主要由转向系统、转斗系统、制动系统和冷却系统等组成。DKC20卡车参数图见图1。1转向系统1.1dkc20客车转向与转斗机构ΜR=G1fη(0.1L+0.6)(0.3α2+0.1α+2.6)=200000×0.050.9×(0.1×4.8+0.6)×(0.3×0.752+0.1×0.75+2.6)=47.8×103ΝmMR=G1fη(0.1L+0.6)(0.3α2+0.1α+2.6)=200000×0.050.9×(0.1×4.8+0.6)×(0.3×0.752+0.1×0.75+2.6)=47.8×103NmMR-转向阻力矩,Nm;α-转向角,43°;f-前轮滚动阻力系数,取0.07,考虑到巷道的坑洼情况,取0.05～0.1之间;L-轴距,取4.8m;η-效率,取0.9;G1-前桥最大载,荷取200kN,DKC20卡车的额定载荷为21t,前桥载荷按照载重25t时的车重46t计算,G1=0.43×46×10=200kN。转向系统采用先导阀控制的形式,传统的转向系统采用转向器控制,转向器和方向盘的体积比较大,占用大量空间,而且转向器的背压较小,需要一套优先阀才能实现与转斗系统的合流。DKC20卡车的转向与转斗机构采用多路阀控制,在料斗翻转的时候可以实现转向泵与转斗泵合流,转斗泵的排量可以选择的小一些。通过操纵手柄来控制卡车的转向,解放了一部分驾驶室空间。1.2旋转系统的压力转斗系统的压力初定为16MPa,多路阀的原理图如图2所示,由于中间片的压力值为16MPa,进口片的压力值不能低于16MPa,否则会影响转斗油缸的额定压力,多路阀上安全阀的流量很小,通过调整安全阀的压力对转向系统进行压力调节,工作时间长可能会导致安全阀的损坏,所以转向系统的额定压力也选择16MPa,安全阀的压力设为18MPa。转向油缸和转斗油缸都选用额定压力25MPa的高压缸,转向缸经常工作,从减少系统发热的角度,额定压力按照12MPa计算,压力储备充足,减少溢流情况发生。1.3转向缸s1ΜR=π4×Ρ×(D2r1+(D2-d2)r2)MR=π4×P×(D2r1+(D2−d2)r2);φ=v2v1=A1A2=D2D2-d2φ=v2v1=A1A2=D2D2−d2;ΜR=π4×Ρ×D2×(r1+r2φ)MR=π4×P×D2×(r1+r2φ);D=(4×ΜRπ×Ρ×(r1+r2φ))0.5=(4×47.8×1033.14×120×105×(238+2071.66))0.5=118.3mmD=(4×MRπ×P×(r1+r2φ))0.5=(4×47.8×1033.14×120×105×(238+2071.66))0.5=118.3mmMR为转向阻力矩,M=47.8×103Nm;P为工作压力,P=120bar;r为液压缸相对铰接点的最小力臂,r1=238mm;r2=207mm(如图3所示);φ为速比系数,1.66;D为缸径;d为杆径。转向油缸选用ϕ125×ϕ80×410压力等级为25MPa的高压缸。当转向系统压力达到额定压力16MPa时,实际能提供的转向力矩ΜR=π4×Ρ×D2×(r1+r2φ)=71kΝmMR=π4×P×D2×(r1+r2φ)=71kNm1.4变压器回采单设备45.225-6DKC20卡车为双缸转向,发动机转速1600r/min时,设计转向时间t=6S,油缸的容积:V=π4×(D2+(D2-d2))×L=π4×(2×1252-802)×410×10-6=7.9L油缸流量:Q=60×Vt=60×7.96=78.6L/min泵排量:q=Qn×η×i=78.6×1031600×0.9×0.886×103=48.37mL/ri为变矩器驱动泵的速比,i=0.886。转向泵选用排量48.4mL/r,最高压力28MPa,最高转速2500r/min的齿轮泵。实际转向时间如图4所示。2战斗系统2.1两铰接点间的位置DKC20卡车的转斗采用两级缸,双缸翻转的形式。由结构形式决定了油缸的位置(如图5所示),两铰接点间的直线代表油缸的位置,G点为料斗满载时重心位置。G=290kN。如图5所示,举升力矩:T1=1585×G=1585×290=460×103Nm举升力:F=Τ11371=1585×290×1031371=335×103Ν2.2转斗油缸转斗系统的额定压力为16MPa,F=2PS=2×16×106×S=335×103ND=116mm转斗油缸选用ϕ150×ϕ125×ϕ110×1400mm,压力等级为25MPa的两级高压缸。转斗油缸实际可以举升的重量G=2×1371×S×Ρ1585=49t,完全满足设计要求。2.3齿轮泵流量计算如图6所示,油缸的行程L=1400mm,摆动角14°,设计转斗时间t=16S,举升油缸的容积:V=2×πD24×L×10-6=2×π×15024×1400×10-6=49.5L油缸流量:Q=60×Vt=60×49.516=185.5L/min由于转向泵与转斗泵合流,转向泵流量103L/min(发动机转速2100r/min)转斗泵流量:Q=185.5-103=82.5L/min转斗泵排量:q=Qn×η×i=82.52100×0.9×0.886×103=38.5mL/r转斗泵选择排量42.1mL/r,最高压力30MPa,最高转速2500r/min的齿轮泵。实际举升时间:t=60VQ=60×49.5q×n×ηi=60×49.5×0.886(48.4+42.1)×2100×0.9×103=15.4S3全可靠,维护DKC20卡车前后桥均采用全盘湿式制动器,弹簧制动液压释放的形式,这种制动器散热效果好,制动性能安全可靠,维护的工作量很小。制动系统的原理如图7所示,换向阀2的电磁铁与启动马达电路并联,当启动马达工作时,制动泵与充液阀之间的压力油迅速泄回油箱,减轻了发动机的启动阻力;紧急制动阀7用按钮控制,当脚踏阀被卡住,或出问题不能制动情况的时候,利用紧急制动阀迅速卸掉制动器中的压力油,使制动器迅速制动。3.1制动稳定性验算DKC20的最高车速34.2km/h,根据GB8532-87,非公路行驶机械的制动距离的要求,最大制动距离l=v244=26.6m水平行驶时,最小制动力矩Τ=mv22l×r=48719Nm,下14°陡坡时,最小制动力矩Τ=(mv22l+0.25mg)×r=120469Νmm为卡车载重20t时的车重,m=41t;r为轮胎的滚动半径,r=0.7m;v为最高车速,v=34.2km/h;l为最大制动距离。每个制动器至少要提供30kNm的制动力矩。DKC20卡车每个制动器最低能提供32.5kNm的制动力矩。单个新制动器的容积是77mL,磨损到需更换程度时容积为238mL。松阀压力10.3MPa,最大冷却油压力是0.07MPa。3.2制器冷却油入口n制动系统使用蓄能器作为辅助动力源,所以制动泵的流量按照制动器的冷却流量来计算,单个制动器的冷却流量:Q=(d4.63)2×v=(64.63)2×6=10L/mind为制器冷却油入口的通径,d=6mm,制动泵排量:q=Qn×η×i×103=10×42100×0.9×0.886×103=19mL/r制动泵选用排量24.2mL/r,最高压力28MPa,最高转速2500r/min的齿轮泵,与转向泵组成双联泵。3.3蓄能器预充压力制动器由于采用弹簧制动液压释放的形式,在连续制动的情况下,应能满足充液一次至少完成两次制动。一次松阀所需的油量:ΔV=77×4/1000=0.3L;由于蓄能器当作辅助能源,排油速度迅速,气体压力和体积变化应按照绝热状态来考虑,在绝热条件下根据波尔定律:Ρ01/nV0=Ρ11/nV1=Ρ21/nV2V1=Ρ01/nV0Ρ11/nV2=Ρ01/nV0Ρ21/nΔV=V1-V2=Ρ01/nV0Ρ11/n-Ρ01/nV0Ρ21/n=V0Ρ01/nΡ21/n-Ρ11/nΡ11/n×Ρ21/nV0=ΔV×Ρ11/n×Ρ21/nΡ01/n(Ρ21/n-Ρ11/n)=ΔVΡ01/n×(Ρ1(-1/n)-Ρ2(-1/n))=0.60.70.714×(12.9-0.714-15.9-0.714)=6.84LP0为蓄能器的预充压力,P0=P0=0.471×P2≈7MPa;P1为开始充液压力,P1=(0.65～0.75)P2=12.9MPa;P2为停止充液压力,P2=15.9MPa;V0为蓄能器总容积;V1为P1时气体的体积;V2为P2时气体的体积;ΔV为有效工作容积(两次制动),ΔV=2×0.3L;n为多变指数,绝热条件下n=1.4;选用3个2.8升的蓄能器,总容积8.4L。4冷却马达的参数由于制动系统使用全盘湿式制动器,使用液压油对制动器进行冷却,当经常制动时,液压系统的温度迅速提高,会使密封件加快老化,系统的容积效率降低,甚至会造成元件的变形,所以除了油箱的自然冷却外,对液压油进行强制冷却是很有必要的。(1)制动泵流量,Q=q×n×η1000×i=24.2×2100×0.91000×0.886=51.6L/min(2)冷却马达的流量Q1=Q×η1=51.6×0.8=41.3L/minη1为管路中的容积效率,η1=0.8(3)冷却马达的排量:q=Q1n×η×103=41.32000×0.9×103=23mL/rn为冷却马达的额定转速,n=2000r/min所选取的马达排量22.5mL/r,最高转速2500r/min。(4)冷却功率:W=Q1×ρ×C×Δt=41.3L/min×0.89kg/m3×2.1×10