5t移动式无轨加料车的研究与设计

2018-03-28刘旭明钱宝旭赵晓峰

锻压装备与制造技术 2018年1期

张旭，刘旭明，钱宝旭，赵晓峰

（兰州兰石能源装备工程研究院，甘肃兰州730000）

5t移动式无轨加料车是大型冶炼设备所需辅助设备，可有效改善劳动作业条件环境，提高生产效率。目前我国很多冶炼企业依然采用天车吊钳等辅助设备输送冶炼物料。物料运转时间长，生产效率低。为了提高生产效率和输送物料的灵动性，无轨装出料机作为主要的辅助设备越来越多的运用于冶炼生产中，也越来越多受到一些生产大型冶炼设备厂家的重视。

目前国内主要生产无轨移动式加料车的企业基本为空白，大多数为小吨位叉车改装和推料方式加料。由于全液压控制的无轨移动式加料车技术含量高，造价成本高，其技术为国外少数公司垄断，在国内百分之九十是进口产品，具有自主知识产权的无轨移动式加料车处于空白状态，所以很多国内厂家越来越重视对全液压控制无轨移动式加料车开发研制。加之目前国内铜冶炼项目比较多，加料设备大多数为进口设备，成本昂贵，国产设备替代进口设备已成为未来的必然趋势。

1 结构及主要技术参数

1.1 结构组成

如图1所示，5t移动式无轨加料车结构组成主要有9部分组成。

图1 5t移动式无轨加料车

5t移动式无轨加料车料斗有铲式、箱式、叉式等多种，可满足多种工况的生产需求。并且依靠锁销快插式结构（如图2所示）实现料斗与钳杆的快换，极大程度的缩减了加料等辅助工序的时间。四连杆机构与机架连接，依靠两组油缸使得钳杆在限定的轨迹范围内，完成钳杆平升、平降、上倾、下倾。液压马达配合内齿回转支撑驱动钳杆做360°正反旋转完成卸料动作。

图2 钳杆结构示意图

整车车体为刚性的、箱形焊接结构，刚性好，抗震性能强。制动执行件鼓式制动器安装在前轮上，驱动和转向都作用在后轮上。为使驾驶员能够有安全舒适的操作环境，无轨装出料机驾驶室配置有空调装置，同时驾驶室玻璃全部采用耐高温钢化玻璃，可以在恶劣高温环境下连续工作。

1.2 主要动作

5t移动式无轨加料车主要动作有：①料斗旋转；②钳杆平行升降；③钳杆上下倾斜；④锁销锁紧松开；⑤行走；⑥转向等六大动作。5t移动式无轨加料车所有动作为全液压控制，其动力源为柴油发动机带动泵作用。其中钳杆的平行升降、钳杆的上下倾斜、锁销锁紧松开都由泵控制液压油缸作用完成；行走、转向、料斗旋转由泵控制液压马达作用来实现，行走采用闭式液压回路。

1.3 主要技术参数（表1）

表1 主要技术参数

2 设计原理

无轨装出料机驱动行走采用双变量大扭矩低转速马达，可无级调速，设计脚踏板控制速度，完全符合驾驶车辆的习惯。转向采用液压助力，差速驱动，转弯半径小，机动性强。刹车制动采用大扭矩鼓式制动器，大扭矩鼓式制动器工作压力低，制动扭矩大，刹车制动安全可靠。能够实现物料的快速运转。

2.1 行走驱动系统

工作原理如图3所示。

图3 工作原理图

行走驱动系统采用液压闭式回路：该回路相比开式回路具有如下特点：闭式系统的压力损失小，换向冲击小，效率高。工作相对平稳，液压所用油量少，（油箱小）但液压油温略高，需设置强制冷却系统。开式系统压力损失大，冲击力大，工作噪声大，容易造成液压油污染。

此闭式回路主要由动力源（闭式泵）、安全阀、补油泵、冲洗阀和执行元件构成。由柴油发动机驱动轴向柱塞泵，轴向柱塞泵作用于液压马达进而驱动后轮，从而实现对整车的驱动。速度调节通过一个带有负荷限制调节器的自动控制系统来实现，此系统的变量泵通过一个由脚踏板控制的液压缸调节。计算依据为：

（1）移动式无轨加料车动力矩M起用来克服车轮滚动时的摩擦力矩M摩和整车起动时的惯性力矩M惯。

式中：M起——总的驱动力矩；

M摩——轮胎跟工作面的摩擦力矩；

M惯——整车起动时的惯性力矩。

（2）车轮滚动时的摩擦力矩M摩

式中：K——车轮与地面之间的摩擦系数；

β——考虑为阻力矩系数；

μ——车轮轴承处的摩擦系数；

r——车轮轴半径；

G总——为车体与最大料的总重。

（3）惯性力矩M惯包括两部分：传动机构旋转零件的惯性力矩M惯1及车体作直线加速运动时的惯性力矩M惯2。

因M惯1可以忽略不计，故

2.2 无轨装出料机转向系统

工作原理如图4所示。

图4 工作原理图

5t移动式无轨加料车转向系统为负载敏感全液压转向系统。该系统由泵、优先阀、负载敏感转向器、转向溢流阀、系统溢流阀组成。采用液压助力，马达连接减速机带动小齿轮，小齿轮带动回转支承，差速驱动，前轮配置大扭矩鼓式制动器刹车制动，后轮转向，转向时可绕一前轮做最小转弯，所以转弯半径小，机动性强。

无轨装出料机转向的控制由一个转向柱上的手柄完成。矫正后速度与驱动轮压力是恒定的，采用液压助力，马达连接减速机带动小齿轮，小齿轮带动回转支承，差速驱动，前轮配置大扭矩鼓式制动器刹车制动，后轮转向。转向部分计算依据为：

由公式（1）、（2）得出所需实际的M值。式中：G——无轨装出料机转向轮负载；

F——转向牵引力；

U——摩擦系数；

M——无轨装出料机所需转向力为转向轮克服正压力对地面摩檫力所这些要的力矩。

行走过程中转向时，转向轮是可以滚动的，所以所需转向实际力矩小于理论计算M值。未行走转向时，形成两后轮相互反方向转动，可使两轮处于浮动状态。所以所需转向实际力矩远远小于理论计算M值。

2.3 刹车系统

工作原理如图5所示。

图5 工作原理图

无轨装出料机刹车系统由负载敏感泵供液。刹车控制阀分为两种状态。在一级刹车状态下，机体并未强制刹车，而是通过刹车阀，切换系统驱动泵，使其空转，停止为行走马达供油。继续踩刹车才进入强制刹车状态，液压油经过刹车阀进入鼓式制动器，鼓式制动器刹车片膨胀，抱死轮轴，实现刹车。为保证刹车的安全性，在刹车回路上安装了贺德克蓄能器进行保压。制动主要用于克服惯性力做功。刹车部分计算依据为：

由公式（3）、（4）、（5）得出所需实际的 M 值。

式中：M制——所需制动力矩；

M惯——整车惯性力矩；

F——整车制动力；

A——加速度。

3 设计特点

5t移动式无轨加料车由大功率柴油机驱动,根据工作要求设计有多种动作机能，在恶劣的工作环境下可安全可靠的实现各种动作；后轮由液压马达驱动，具有较小的回转半径，采用的是低转速大扭距液压马达，可无级调速；选用实心橡胶轮胎；液压伺服系统，控制刹车制动和行走转向；所有动作由比例阀控制，结构合理，便于维护；液压传动装置的各元件之间仅靠管路连接，结构紧凑，安全。与机械传动相比，液压传动动态响应好，工作平稳，安全，且易实现自动控制等特点。其缺点是液压控制系统维护不当易泄露。