朱昌進
重車調(diào)車機大臂機構(gòu)主要由臂體、抬落驅(qū)動機構(gòu)、液壓系統(tǒng)組成。臂體負責重車調(diào)車機工作時,對敞車的牽引和推送工作;抬落驅(qū)動機構(gòu)負責將臂體抬起和放落,旋轉(zhuǎn)角度一般90度左右;液壓系統(tǒng)負責為抬落機構(gòu)提供動力。根據(jù)驅(qū)動機構(gòu)的不同,將大臂抬落機構(gòu)分成了兩類。一類是平衡油缸配合擺動油缸實現(xiàn)大臂的抬落,簡稱油缸式(如圖1);另一類是配重體配合擺動油缸實現(xiàn)大臂的抬落,簡稱配重式(如圖2)。在翻車機系統(tǒng)中工作時,結(jié)構(gòu)主要由牽車臂體、抬落機構(gòu)、液壓站組成。
圖1油缸式
圖2配重式
圖1為油缸式,序1為擺動油缸,2為聯(lián)軸器,3為擺桿 ,4為平衡油缸,5為曲桿 ,6為連接頭 ,7為臂體;圖2為配重式,與圖1主要區(qū)別為抬落臂驅(qū)動機構(gòu)增加配重,無需平衡油缸。
目前國內(nèi)已經(jīng)投運翻車機系統(tǒng)約有900余臺,其中中國電建集團武漢重工裝備有限公司的翻車機產(chǎn)品基本采用油缸式,大連重工的翻車機產(chǎn)品基本采用配重式。兩個企業(yè)的翻車機市場占有率旗鼓相當,因此這兩種形式的大臂機構(gòu)應(yīng)用的項目數(shù)量差別不大。下面主要從兩個項目中的兩種大臂機構(gòu)的工作狀況、原理、成本、可靠性方面進行一個比較分析,明確產(chǎn)品能在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)完成具體生產(chǎn)任務(wù)。
圖3所示為襄樊油缸式重調(diào)大臂,將大臂分成4部分并水平放置。
圖3 重調(diào)大臂
各部分的質(zhì)量和對轉(zhuǎn)動軸線的距離分別為:
(1)序1中包括車鉤裝置、自動摘鉤裝置、緩沖片、端蓋等部件,總質(zhì)量為490+179.4+181.022+8.912+1.792+3.248+9.8+14+18.8+4+34+162.24+6.78+1.4+0.1=1115.49kg,其重心到轉(zhuǎn)動軸線距離為4606mm;
(2)序2中包括面板、側(cè)板及筋板等,總質(zhì)量為483+488+236+228+101+11.8+6.14+4.4+3.4+19+2 5.1+35+18.9=1659.74kg,其重心到轉(zhuǎn)動軸線距離為2067.6mm;
(3)序3只有聯(lián)臂座,其質(zhì)量為237.6kg,重心到轉(zhuǎn)動軸線距離為953mm;
(4)序4中包括2個軸承鐵,其總質(zhì)量為449.77×2=899.54kg,重心到轉(zhuǎn)動軸線距350。(以上重心到軸線距離均為放樣所得)
圖4 平衡油缸示意圖
圖5 擺動油缸示意圖
圖4中,1為起始位置,2為大臂擺動角度C后位置,其對應(yīng)的力臂分別為a、b;
圖5中,1為起始位置,2為大臂擺動角度C后位置,角A為主動桿與連桿夾角的補角,角B為從動桿與連桿的夾角。
平衡油缸選用UYZB10φ150/85X1010-16,工作壓力取8.5Mpa計算擺動油缸選用UBJZS140-172°H,工作壓力取12MPa計算。
大臂轉(zhuǎn)動過程中各油缸提供力矩如下:
?
由上表可以得知,大臂在整個運動過程中,安全系數(shù)最小為1.38。
位于安陽的配重式大臂,部分的質(zhì)量和對轉(zhuǎn)動軸線的距離分別為:
(1)序1中包括車鉤裝置、自動摘鉤裝置、緩沖片、端蓋等部件,總質(zhì)量為490+179.4+181.022+8.912+1.792+3.248+9.8+14+18.8+4+34+162.24+6.78+1.4+0.1=1115.49kg,其重心到轉(zhuǎn)動軸線距離為3957.3mm;
(2)序2中包括面板、側(cè)板及筋板等,總質(zhì)量為1466,其重心到轉(zhuǎn)動軸線距離為1783.3mm;
(3)序3只有聯(lián)臂座,其質(zhì)量為237.6kg,重心到轉(zhuǎn)動軸線距離為953mm;
(4)序4中包括2個軸承鐵,其總質(zhì)量為449.77 x 2=899.54kg,重心到轉(zhuǎn)動軸線距離為350。(以上重心到軸線距離均為放樣所得)
配重出力計算
相對位置根據(jù)多次放樣所得,其中
α為l1桿與連桿l2之間夾角,β為連桿l2與l2夾角的補角,
γ桿與垂直方向夾角,δ為配重轉(zhuǎn)動角度,G為配重重量(kN)
粗取1500x1200x510(外輪廓)G=62.654kN
T配重=F3l1sinγ= G l4l1sinγsinα/ l3sinβ=0.825 G sinγsinα/sinβ kN·m
擺動油缸UBJZS140-172°H,工作壓力取12MPa計算,配重取取1500×1200×510(外輪廓)G=62.654kN,
?
由上表可以得知,大臂在整個運動過程中,安全系數(shù)最小為1.34。
圖6油缸式液壓原理圖
圖7配重式液壓原理圖
如圖6、7所示,在實際工作過程中油缸式與配重式均擁有擺動油缸,配有電磁換向閥改變油路方向,疊加式單向閥為液壓鎖,單向節(jié)流閥進行調(diào)速,疊加式單向閥減小沖擊[2-4]。油缸式中平衡油缸管路中配有蓄能器,可以起到減小沖擊的作用。
從原理不難看出,在實現(xiàn)功能過程中,油缸式重調(diào)液壓站更加復(fù)雜,針對液壓缸及相關(guān)液壓元件采購價格及損耗相對配重式更多,從經(jīng)濟性來講配重式能夠在實現(xiàn)主要功能前提下更節(jié)約成本,液壓站設(shè)計相對更加簡單。
針對突發(fā)情況,油缸式中平衡油缸及擺動油缸均有減小沖擊的機制,配重式相對油缸式僅擺動油缸擁有減少沖擊機制。在極端情況下,配重式更易造成系統(tǒng)管路及接頭漏油甚至油管破裂。
從重調(diào)大臂工作原理及理論分析可知在實際生產(chǎn)過程中,配重式以及油缸式均能實現(xiàn)抬落臂功能。通過對兩種形式的合理選型,分別對兩個項目抬落臂過程進行分析,計算得出在抬落臂過程中平衡油缸所提供力矩,以及配重所提供力矩,并得出近似安全系數(shù)。
從原理上來說,配重式相較于油缸式,少了平衡油缸,其液壓系統(tǒng)相對于更加簡單,成本相對更低。油缸式雖說平衡油缸增加了成本,但是蓄能器提供良好的能量儲蓄,能夠更好達到減少沖擊的作用,其安全性能夠更好的得到保障。
安全系數(shù)在理論計算過程中能夠起到指導(dǎo)作用,項目的不同,具體生產(chǎn)工況不同對應(yīng)需求也就會有所差異。