预制混凝土布料机液压系统设计与仿真

2014-11-18李宝马书涛

机床与液压 2014年20期

李宝，马书涛

(上海神舟汽车节能环保有限公司，上海 201100)

目前我国正在推行实施装配整体式工业化建筑体系的要求，这不但可以提高住宅工程质量和装修品质，而且还可以最大限度地满足节能、节地、节水、节材和保护环境(“四节一环保”)的绿色建筑设计与施工要求。预制混凝土布料机对预制混凝土行业起着至关重要的作用，因此研究高效、节能的混凝土布料机是保证预制混凝土行业发展的关键技术之一［1］。

1 预制混凝土布料机液压系统的工作原理

1.1 布料机的提升(支撑)

为了实现布料机与行车挂接的自动化，设计了布料机提升液压系统。4 个固定在布料机上的液压缸支撑在检修平台上，如图1 所示，当行车运行到布料机的正上方时，提升油缸升起，使得布料机的上平面和行车的下平面对合，小行车上设有耳板，4 个油缸都设计成球铰结构，在布料机上升过程中，8 块耳板强制布料机做出调整，使其与小行车对齐，然后挂接油缸动作，实现两者的对接。

图1 液压控制系统的功能分布

1.2 布料机与小行车的挂接

布料机和小行车的挂接由4 个挂钩和4 个防摆装置来完成，4 个挂钩各由1 个液压缸控制，同侧防摆装置共用1 个液压缸来控制，如图2 所示，防摆装置上设有卡槽，与行车上的立柱配合，达到防摆的目的。

提升油缸把布料机升起后，挂接系统启动，首先4 个挂钩搭合在小行车的横梁上，然后防摆装置动作，完成与立柱的配合，至此布料机和小行车对接完毕。

图2 布料机与小行车的挂接

1.3 料仓支架的升降

为了满足接料和布料过程中的要求，料仓支架可以沿轨道在竖直方向上运动，由独立的液压缸来实现，液压缸活塞端固定在料仓支架上，液压缸下端固定在布料架上，油缸两端头都是铰接，可以承受小的摆动和自动调整。布料斗支架升降高度设定为2.0 m。

1.4 料仓门的开合

料仓门的开合由2 个液压缸来控制，因为采用单个液压缸控制，料仓门易受扭转力的作用。料仓门的开启量大小由混凝土浇灌速度配合行车运行速度来调节。

根据预制混凝土布料机要实现的功能，设计出液压系统［2］，工作原理如图3 所示。

图3 液压系统的原理图

2 液压系统的计算与元器件选择

2.1 流量和压力的计算

根据系统运行时间要求分别为40 和30 s，选取油缸缸径分别为125 和110 mm，油缸行程分别为1 095和905 mm。布料机升降油缸共4 个油缸，2 个油缸约受力1.1 ×104N，另2 个油缸约受力1.9 ×104N，压力计算按缸所承受的最大压力来计算［3-5］。

阀体及管路损失的流量和压力按总流量的30%计算，系统所需最大流量Qmax为25.8 L/min，系统的压力pP为8.05 MPa。

2.2 元器件的选型

(1)泵的选择

多液压缸同时动作时，液压泵的流量要大于同时动作的几个液压缸所需的最大流量，并应考虑系统的泄漏和液压泵磨损后容积效率的下降，即:

液压泵的排量为:

泵的动态压力往往比静态压力高得多，所以泵的额定压力pp应比系统最高压力大25%～60%，使液压泵有一定的压力储备。

通过以上的计算，选择齿轮泵CBK1020E，排量为20 mL/r，压力为16 MPa。

(2)电机的选择

设泵的总效率η=0.85，则:

(3)控制阀通径的选择

一般选择控制阀的额定流量应比系统管路实际通过的流量大一些，必要时，允许通过阀的最大流量超过其额定流量的20%，控制阀都选用通径为φ6 mm。

3 叠加阀的设计与仿真分析

叠加阀的阀体尺寸是标准的，在相似的阀体内不同的油路可产生不同的控制功能［6-7］。根据用途分类:压力控制阀类，如溢流阀、减压阀、顺序阀等;流量控制阀类，如节流阀、调速阀等;方向控制阀类，如单向阀、液压单向阀等。其工作原理与一般板式阀基本相似。由于连接方式的需要，在结构上又有一些特点。每个叠加阀都必须有P、T、A、B 等规定用途的共用油路。根据前面计算出的系统流量29 L/min 和压力16 MPa，根据国家标准，选用通径为φ6 mm 的液压阀块，其结构尺寸如图4 所示。