自走式多功能沙生灌木集运装备的设计

自走式多功能沙生灌木集运装备的设计

配套设备不完善砂区地形复杂，灌木生长分散，给收集、压紧、绑绑等带来极大的不便。市场上，随附的设备不齐全，收获过程中劳动强度高，工作效率低。针对这一问题,内蒙古农业大学能源与交通工程学院自主研制一款集捡拾、压紧、打捆、装载、运输为一体多功能沙生灌木集运装备。1小型砂术采集及动作设备1.1液压系统组成多功能沙生灌木集运装备的动作部件由夹爪(料斗)、拉杆、摇臂、动臂、转斗液压缸、动臂液压缸、转向液压缸等组成。工作装置系统采用反转六连杆式,由液压操纵,其基本结构如图1所示[3,4,5,6,7,8,9,10,11]。1.2沙柳的拾拾、压紧、打绑的作业过程多功能沙生灌木集运装备以柴油发动机为动力源,采用宽幅低压轮胎可增加车轮与地面的接触面积,从而增加牵引力,以适应沙地附着力较小的条件,由夹爪来实现沙柳的捡拾,压紧和打捆作业,完成一个完整的工作循环大致可以分为铲入、收集、预压、再收集、最终压紧、打捆、举升、装载挂车八个步骤。若换上料斗时,还可实现土石方的铲挖、装载、卸载及运输作业。工作装置动臂的一端铰接在前架上,一端铰接在夹爪(铲斗)上,利用转斗油缸通过摇臂和连杆可使夹爪(铲斗)翻转,利用支撑架上的夹紧液压缸可实现沙柳的夹紧,利用动臂油缸可使动臂绕上铰接点旋转,以实现举升、放铲,完成装载作业。2原油系统的设计2.1动臂液压缸的直径和行程①转斗油缸的直径为Φ70、行程为550mm;②动臂液压缸的直径为Φ100、行程为680mm;③转向液压缸的直径为Φ70,行程为260mm;④夹爪液压缸的直径为Φ70,行程为500mm。2.2原油系统方案的制定2.2.1油循环法的选择开式回路散热较方便,但油箱占空间较大,抗污染性较差,需采用压力油箱和滤油器改善,在本系统可采用开式回路。2.2.2直线运动与回转运动液压执行元件大体分为液压缸或液压马达。前者实现直线运动,后者完成回转运动。本机动作均为单纯的直线往复运动,各直线运动机构均为单活塞杆双作用液压缸直接驱动。2.2.3不同设备的故障调整2.2.3.中位接收剂系统本装备动作主要通过换向阀的有机组合实现铲斗的前倾与收起。要求工作可靠,操纵轻便,且要求能够自动限位。换向阀的左位、右位、中位可实现铲斗的收起、前倾和锁紧。转斗油缸的小油腔回路中应设有双作用安全阀。在动臂升降过程中,转斗的连杆机构由于动作不协调而受到某种程度的干涉,即在提升动臂时,转斗液压缸的活塞杆有被拉出的趋势,而在动臂下降时,活塞杆又被强制顶回。此时换向阀中位,油路不通。为了防止液压缸过载或真空,液压缸能起到缓补油的作用。当产生真空时,可由单向阀从油缸中吸油,其原理图如图2所示。2.2.3.液压缸进油性能本装备要求通过换向阀的控制,实现动臂油缸的提升、中立、下降、浮动四个工作位置。换向阀处于中位时,动臂液压缸处于浮动状态,以便在坚硬的地面上铲取物料或进行铲推作业。此时动臂状态随地面自由浮动,可提高作业效能。动臂要求具有较快的升降速度和良好的低速微调性能。液压缸进油由额定压力为18Mpa,流量为32L/min,转速为2200r/min的液压泵供油。动臂处于提升和下降状态时,可利用节流阀实现节流调速,其原理图如图3所示。2.2.3.转速随油液流量的变化,根据发动机本装备作业周期短,动作灵活,这就决定了转向机构要灵敏。装载机要求有稳定的转向速度,这就要求进入转向液压缸的油液流量恒定,转向液压缸的油液主要来自转向泵,但当发动机受其他负载影响转速下降时,就会影响到转速的稳定性。这时可按需加辅助泵,通过流量转换阀补充转向泵减少的流量,以保证转向油路的流量稳定,其原理图如图4所示。2.2.3.压紧回路根据该装备生产率(P=1500kg/h)和单捆质量(m=150kg)的要求,1h需要打10捆才能满足条件,也就是6min打1捆,这就要求压紧回路要迅速灵敏,有较大的压紧力,即要求进入转向液压缸的油液流量较多。而转向液压缸的油液主要来自转向泵,故应该尽量单独完成此动作,其原理图如图5所示。2.3系统设置的基本要求液压系统图确定是整个液压系统设计中重要的一步,它从组成结构和作用原理上具体体现了设计中提出的各项要求。确定液压系统原理图包括两项内容:通过分析对比选出合理的液压回路;把选出的液压回路组合成液压系统。在本论文中参考了国内外同类系统的成熟经验,增加一些必要的元件和辅助油路,同时考虑下面几个方面的要求:①尽可能归并作用相同或相近的液压元件,力求使系统结构简单,尽可能采用标准元件;②保证系统中每个动作都安全可靠、无相互干扰。特别要注意系统中压力控制元件的调节;③尽可能提高系统的效率,防止系统过热;④尽可能使系统经济合理,便于维修。最终来确定液压系统原理图,如图6所示。2.4压系统的选择液压系统的主要参数是压力和流量,这是设计液压系统,选择液压元件的主要依据。压力决定于负载。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸,图7表示以液压缸为执行元件的液压系统。2.4.1液压表载荷作往复直线运动的液压缸上的总负载由工作负载、导轨摩擦负载、惯性负载、重力负载、密封阻力、背压阻力六部分组成。2.4.1.1工作负载fg常见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的重力、切削力及压力等,这些作用力的方向与活塞运动方向相同为负,相反为正。2.4.1.运动部件所受的重力对于水平导轨,Ff=μ(G-FN),式中,G-运动部件所受的重力,N;FN-外载荷作用于导轨上的正压力,N;μ-摩擦系数,对于铸铁导轨μ=0.1～0.2,滚动导轨,μ=0.005～0.01。2.4.1.高速列车工况fwFα=Gg△v△tFα=Gg△v△t,式中,g-重力加速度,m/s2;g=9.81;Δv-速度变化量,m/s;Δt-启动或制动时间,s。一般Δt=0.1～0.5s,对于轻载低速运动部件取小值,对于高速重载部件一般取大值。行走机械一般取Δv/Δt=0.5～1.5s。以上3种载荷之和称为液压缸的负载FW,当启动加速时,FW=Fg+Ff;当稳态运动时,FW=Fg+Ff+Fα;当减速制动时,FW=Fg+Ff-Fα。工作载荷Fg并非每阶段都存在,如该阶段没有工作,则Fg=0。除外载荷FN外,作用于活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的摩擦阻力Fm,由于各种液压缸的密封材质和密封形式不同,密封阻力难以精确计算,一般估算为:Fm=(1-ηm),式中,ηm-液压缸的机械效率,一般取0.90～0.95。2.4.2缸筒材料的确定该装备给定泵的输入压力为P=18Mpa,额定流量为q=32L/min,转速为n=2200r/min,由此可计算出排量为V=q/n=14.5mL/r。就液压缸而言,缸筒的材料通常选用45号无缝钢管;翻斗液压缸(与动臂液压缸内外径相同),其外径为Φ100,可估算其内径为Φ85,于是面积A1=0.0057m2,根据F1=PA1,可得F1=102600N,又由于q=A1v,可得运动速度v1=q/A1=0.094m/s;夹爪液压缸(与转向液压缸内外径相同),其外径为Φ70,可估算其内径为Φ60,于是面积A2=0.0028m2,根据F2=PA2,可得F2=