撥車機(jī)大臂俯仰系統(tǒng)去液壓改造

王治偉

華電國(guó)際萊城發(fā)電廠 山東萊蕪 271100

翻車機(jī)卸車效率高，節(jié)省勞力，是一種大型高效的卸車設(shè)備，是大中型火力發(fā)電廠常用的一種卸車設(shè)備。翻車機(jī)卸車作業(yè)線是以翻車機(jī)為主體，附屬設(shè)備包括撥車機(jī)、遷車臺(tái)、推車機(jī)、夾輪器等。我廠使用的C 翻車機(jī)卸車系統(tǒng)，由大重集團(tuán)公司（大連）設(shè)計(jì)制造，翻車機(jī)系統(tǒng)卸車線為折返式卸車線，其翻卸形式為轉(zhuǎn)子式，驅(qū)動(dòng)方式為齒輪傳動(dòng)，其壓車機(jī)構(gòu)為液壓壓車。撥車機(jī)液壓系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)大臂起落、車鉤釋放、定位制動(dòng)、車臂平衡的動(dòng)力裝置，在翻車機(jī)的運(yùn)行中占據(jù)舉足輕重的地位。但撥車機(jī)液壓系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)滲油、漏油現(xiàn)象及液壓系統(tǒng)各液壓元件調(diào)節(jié)困難、運(yùn)行不可靠等問(wèn)題。

1 設(shè)備概述

撥車機(jī)是翻車機(jī)卸車系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，它是翻車機(jī)卸車系統(tǒng)卸車效率的極為關(guān)鍵的設(shè)備。撥車機(jī)大臂俯仰機(jī)構(gòu)和提、插銷系統(tǒng)是撥車機(jī)牽、接車的重要組成部分，是翻車機(jī)卸車系統(tǒng)中一個(gè)關(guān)鍵的作業(yè)環(huán)節(jié)。目前大重集團(tuán)公司（大連）提供的撥車機(jī)設(shè)備的大臂俯仰機(jī)構(gòu)主要采取齒條油缸+ 平衡油缸驅(qū)動(dòng)方式和齒條油缸+ 配重驅(qū)動(dòng)形式，這兩種方式的優(yōu)缺點(diǎn)如下：齒條油缸+ 平衡油缸驅(qū)動(dòng)方式優(yōu)點(diǎn)是大臂俯仰平穩(wěn)、緩沖小、簡(jiǎn)潔、定位精準(zhǔn)；缺點(diǎn)是齒條油缸和平衡油缸需協(xié)調(diào)工作，對(duì)控制和調(diào)整要求非常高，需要非常專業(yè)的翻車機(jī)調(diào)試人員才能調(diào)試好；液壓系統(tǒng)判斷故障原因和部位都比較困難，這給現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員帶來(lái)非常高的要求，否則會(huì)影響日常維護(hù)工作。齒條油缸+ 配重驅(qū)動(dòng)形式俯仰穩(wěn)定可靠，定位精準(zhǔn)；缺點(diǎn)是相對(duì)平衡油缸沖擊稍微大點(diǎn)。這兩種大臂俯仰驅(qū)的形式均采用齒條油缸液壓驅(qū)動(dòng)，他們共同缺點(diǎn)就是由于大臂動(dòng)作頻繁齒條油缸使用壽命普遍不長(zhǎng)，一般在2-4 年就得更換；如果齒條油缸質(zhì)量、撥車機(jī)液壓俯仰系統(tǒng)調(diào)試不到位、不過(guò)關(guān)則使用時(shí)間更短，有時(shí)一兩個(gè)月就壞，這嚴(yán)重影響翻車機(jī)系統(tǒng)的卸車效率。同時(shí)由于液壓原件裝配精度等問(wèn)題，整個(gè)液壓系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)滲油、成兩雙輪架。這樣全面徹底解決采用齒條油缸驅(qū)動(dòng)帶來(lái)的現(xiàn)存和潛在問(wèn)題，下面逐一闡述具體改造方案[2]。

2.1 配重四連桿設(shè)計(jì)

為了使撥車機(jī)整個(gè)大臂俯仰系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)可靠，大臂俯仰系統(tǒng)需要采用配重平衡。由于大臂垂直時(shí)的俯仰角度為93．4 度，配重的俯仰角度也在90°左右，因此配重四連桿采用平行四邊形結(jié)構(gòu)，即：拉桿在大臂鉸點(diǎn)到本體大臂鉸點(diǎn)的距離與拉桿在配重臂鉸點(diǎn)到框架配置臂鉸點(diǎn)距離相等且平行，這樣即便于配重平衡，又便于設(shè)計(jì)計(jì)算。根據(jù)原撥車機(jī)本體安裝的大位置，現(xiàn)在已知拉桿在大臂鉸點(diǎn)到大臂鉸點(diǎn)的距離為756mm，在牽車位置角度為18．2°；再根據(jù)現(xiàn)撥車機(jī)周圍位置及配置臂鉸點(diǎn)的相對(duì)位置需要確定配重尺寸及大小，如下圖。

2.2 配重計(jì)算

序號(hào) 俯仰角度 大臂重力（kg） 大臂重力臂（mm） 大臂鉸點(diǎn)到拉桿作用線距離（mm）配重鉸點(diǎn)到拉桿作用線距離（mm） 配重重力臂（mm） 計(jì)算配重（kg）1 -3.4 6850 1747 725 722.9 973.5 12257.10027 2 16.6 6850 1677.1 757.2 751.2 986.1 11557.75664 3 36.6 6850 1405.2 697.7 699.6 979.9 9849.814074 4 56.6 6850 963.7 553.5 557.9 668.7 9950.384054 5 76.5 6850 404.7 347.6 342.5 363.5 7514.501383 6 90 6850 0 171.4 190.8 169.2 0

按每20 度變化角度計(jì)算平衡時(shí)所許配重，并確定最優(yōu)配重值。漏油現(xiàn)象，泄漏會(huì)使系統(tǒng)效率降低，影響傳動(dòng)的平穩(wěn)性及準(zhǔn)確性。另外現(xiàn)場(chǎng)煤粉塵容易吸附在漏油處導(dǎo)致整個(gè)撥車機(jī)油污染嚴(yán)重，污染的工作介質(zhì)對(duì)液壓元件危害極大，磨損加劇、性能變壞、壽命縮短甚至損壞，磨損又使污染加?。粨?jù)統(tǒng)計(jì)，液壓系統(tǒng)故障70% 是液壓油污染引起的。日常清理、維護(hù)工作量非常大；設(shè)備運(yùn)行極不安全，文明作業(yè)環(huán)境差；因此需徹底解決撥車機(jī)機(jī)大臂俯仰的液壓系統(tǒng)問(wèn)題，來(lái)提高翻車機(jī)系統(tǒng)卸車效率和穩(wěn)定可靠性[1]。

2 研究途徑及解決方案

鑒于以上問(wèn)題，我們本著提高翻車機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性、提高卸車效率、減少大臂沖擊，保證大臂俯仰定位精準(zhǔn)，減少現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)間對(duì)撥車機(jī)大臂俯仰系統(tǒng)做如下改造：將齒條油缸傳動(dòng)改成行星減速機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)，大臂俯仰平衡采用配重式，摘鉤、提銷采用電動(dòng)推桿方式；為了減少輪壓，將撥車臂端配重下部的走行輪由兩單輪改

通過(guò)上述計(jì)算，初步設(shè)置配重質(zhì)量為9850kg

2.3 驅(qū)動(dòng)擺桿設(shè)計(jì)

由于大臂的俯仰是通過(guò)減速機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)的，而且轉(zhuǎn)動(dòng)角度與擺動(dòng)角度不好成比例控制，因此要精確保證大臂的工作和非工作位置是非常困難的。針對(duì)本問(wèn)題需要設(shè)計(jì)一套機(jī)構(gòu)確保大臂到位就必須停止，因此我們?cè)O(shè)計(jì)一套擺桿機(jī)構(gòu)來(lái)保證大臂起停可靠。

如圖，通過(guò)擺桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，當(dāng)大臂處于工作位置（即大臂角度為-3．4°）時(shí)，擺桿與拉桿中心線平行在驅(qū)動(dòng)軸與拉桿鉸點(diǎn)連線上；當(dāng)大臂處于非工作位置（即大臂角度為90°）時(shí)，擺桿與拉桿中心線重合在驅(qū)動(dòng)軸與拉桿鉸點(diǎn)連線延遲線上；這樣確保大臂在工作位置和非工作位置是非常穩(wěn)定可靠的[3]。這樣先根據(jù)驅(qū)動(dòng)尺寸確定驅(qū)動(dòng)軸的位置，然后通過(guò)計(jì)算方程組：L1+L2=1765，L2-L1=661（L1 為擺桿，L2 為拉桿）得：L1=549mm，L2=1216mm，然后根據(jù)大臂在90°的位置設(shè)計(jì)拉桿的形狀，避免干涉。

2.4 驅(qū)動(dòng)計(jì)算

根據(jù)原撥車機(jī)原使用說(shuō)明相關(guān)要求大臂俯仰時(shí)間為13s，考慮到提速要求，按10s 計(jì)算，驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)180．9°；工作過(guò)程為勻加速，勻速和勻減速過(guò)程，分別工作時(shí)間是3s，4s，3s；則可求出勻速度ω=0．451rad/s，加速度ε=0．1503rad/s2，同時(shí)求出軸功率P=Tω/1000=Jεω/1000=（6850＊3．942＊[（2．1+3＊1．2）/（2．1+1．2）]＊0．1503＊0．451/6/1000=2．075kw，由于各關(guān)節(jié)均采用滑動(dòng)軸承銅套，而且大臂動(dòng)作頻繁，因此電機(jī)功率選擇11kw。減速機(jī)速比為i=n1/n2=1500/（30＊0．451/3．14）=348．16，根據(jù)減速機(jī)樣本，選速比250（可通過(guò)變頻調(diào)速控制）。

2.5 輪壓計(jì)算

由于原撥車機(jī)大臂俯仰采用齒條油缸+ 平衡油缸驅(qū)動(dòng)方式，為了大臂俯仰平穩(wěn)，在撥車機(jī)車架的大臂對(duì)側(cè)加有6850kg 配重，這樣撥車機(jī)大臂端走行輪的輪壓為：（51．1-6．85）/4+6．85=17．9（改造前），改造后在大臂端又增加了12t（加上配重），則這時(shí)的輪壓為17．9+12/2=23．9t，在加上牽引時(shí)的側(cè)向力可能會(huì)導(dǎo)致輪壓大于25t，這樣對(duì)走行軌道非常不利，因此在需要將撥車機(jī)大臂端兩固定輪由單輪換成雙輪，以減少輪壓[4]。

2.6 俯仰系統(tǒng)的安裝

翻車機(jī)系統(tǒng)是火車卸煤的核心設(shè)備，工作繁忙，一般給檢修和改造時(shí)間非常有限，為了最快時(shí)間完成翻車機(jī)大臂俯仰改造，并且方便現(xiàn)場(chǎng)安裝，設(shè)計(jì)時(shí)考慮原驅(qū)動(dòng)安裝孔和位置，在原齒條油缸、俯仰油缸、液壓站等裝置拆除后，利用原有安裝孔和鉸點(diǎn)直接安裝，系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單，縮短了施工時(shí)間，改造后圖片如下：

3 結(jié)語(yǔ)

自2019 年5 月份撥車機(jī)俯仰去液壓系統(tǒng)改造至2020 年3 月25 日，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，杜絕了液壓系統(tǒng)滲漏問(wèn)題。環(huán)保、節(jié)能，維修方便。通過(guò)這次撥車機(jī)大臂俯仰系統(tǒng)去液壓改造發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，如果電力驅(qū)動(dòng)加變頻調(diào)速能解決的問(wèn)題，要優(yōu)先考慮變頻調(diào)速，盡量減少液系統(tǒng)及液壓元件的使用。