破碎錘獨(dú)立抽油冷卻系統(tǒng)的研究*

曾獻(xiàn)勇 ， 何文德 ，陳 昱 ，鄒修敏 ，孫菜蘭 ，劉 惺

（1.四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，四川 瀘州 646300；2.西華大學(xué)航空航天學(xué)院，四川 成都 610039；3.四川邦立重機(jī)有限責(zé)任公司，四川 瀘州 646000）

在礦產(chǎn)開采與建筑拆卸作業(yè)中，一種行之有效的挖掘與破碎作業(yè)工具是沖擊破碎錘機(jī)械。破碎錘[1-2]的破碎鋼鑿產(chǎn)生高頻往復(fù)沖擊運(yùn)動(dòng)，可以將大塊或整體堅(jiān)硬物體快速變成可以移動(dòng)小塊物體。典型的破碎錘機(jī)械根據(jù)作業(yè)場合要求制成不同規(guī)格的機(jī)器，大型破碎錘需要安裝在工程車輛上（如長臂挖掘機(jī)）或?qū)Ｓ脵C(jī)械上進(jìn)行工作，破碎機(jī)械如圖1 所示?；y高頻的換向?qū)崿F(xiàn)活塞的高頻振動(dòng)，通過滑閥流出油缸T口的液壓油也存在高頻的脈動(dòng)。為了避免管路壓力異常波動(dòng)導(dǎo)致對(duì)液壓元器件造成損傷，通常在破碎錘進(jìn)油通道和回油通道中增加管路溢流閥。回油通道中的管路溢流閥可以增強(qiáng)液壓油的剛度，削弱回油液壓系統(tǒng)的震蕩[3]，對(duì)下游液壓系統(tǒng)中的元器件起到保護(hù)作用，防止出現(xiàn)液壓軟管爆裂、散熱器漏油等現(xiàn)象。破碎錘回油管路上較高的溢流壓力，使液壓系統(tǒng)發(fā)熱[4-10]嚴(yán)重；液壓油高頻震蕩會(huì)大幅縮短散熱器使用壽命；液壓油中的鐵屑等雜質(zhì)也極易刮傷液壓元器件工作表面。為此，課題組提出了一種破碎錘獨(dú)立抽油冷卻系統(tǒng)，可降低系統(tǒng)發(fā)熱量，提高系統(tǒng)清潔度，并大幅延長散熱器的使用壽命。

圖1 破碎機(jī)械

1 破碎錘的組成及工作原理

破碎錘的工作原理是應(yīng)用液壓系統(tǒng)控制鋼鑿高頻往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，鋼鑿打擊產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)使物體產(chǎn)生開裂，其工作效率在于鋼鑿沖擊物體的動(dòng)能大小，動(dòng)能越大越容易破壞物體，從而使被沖擊物能快速開裂和分離。破碎錘主要由滑閥、液壓缸、打擊次數(shù)調(diào)節(jié)閥、活塞、鋼鑿組成，如圖2所示。

圖2 破碎錘組成結(jié)構(gòu)

圖2 中的滑閥與活塞聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)活塞桿在液壓油缸中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞位于工作下死點(diǎn)時(shí)，油缸進(jìn)油口P通過滑閥最下端的工作位使破碎錘活塞缸進(jìn)口處的液壓油與活塞下部連通，隨著液壓缸內(nèi)活塞桿下端壓力升高，活塞上移壓縮氮?dú)?；?dāng)活塞移動(dòng)到上極限位置時(shí)，活塞的反向腔高壓溝通滑閥上部，油缸進(jìn)油口P 向蓄能器儲(chǔ)存液壓能，直到滑閥上部承壓面承受高壓大于下部承壓面，滑閥開始下降，直到滑閥位于下極限位置時(shí)，活塞上部承壓面壓力大于下部承壓面使活塞下降。在液壓油缸P 口、儲(chǔ)能器、氮?dú)飧椎墓餐饔孟?，活塞桿下移伸出打擊鋼鑿，直到活塞桿位于下極限位置，滑閥位于上死點(diǎn)溝通滑閥下部高壓。破碎錘油缸活塞在滑閥的控制下按照上述流程循環(huán)運(yùn)動(dòng)工作，實(shí)現(xiàn)鋼鑿的高頻往復(fù)沖擊。為了減弱滑閥高頻換向?qū)赜拖到y(tǒng)高頻震蕩的影響，回油管路上設(shè)置較高的回油背壓力，造成了系統(tǒng)發(fā)熱嚴(yán)重；未經(jīng)回油背壓溢流閥完全消除的壓力脈動(dòng)造成散熱器疲勞損壞；系統(tǒng)中的雜質(zhì)對(duì)液壓元器件[11]工作表面造成損壞等問題。傳統(tǒng)破碎錘液壓系統(tǒng)原理圖如圖3所示。

圖3 傳統(tǒng)破碎錘液壓系統(tǒng)原理圖

2 獨(dú)立抽油冷卻系統(tǒng)的研究

2.1 獨(dú)立抽油冷卻液壓系統(tǒng)的組成

為了提高散熱系統(tǒng)的散熱能力，并延長液壓油散熱器等液壓元器件的使用壽命，課題組提出了一種獨(dú)立抽煙冷卻方案，將液壓油箱分為獨(dú)立的集油區(qū)和吸油區(qū)，集油區(qū)內(nèi)設(shè)置磁棒和擾流板；主機(jī)及工作裝置液壓系統(tǒng)的所有回油回到液壓油箱集油區(qū)；獨(dú)立冷卻液壓泵從集油區(qū)抽取液壓油進(jìn)入液壓油散熱器冷卻后，再流回液壓油箱吸油區(qū)，其液壓原理圖如圖4 所示。此冷卻系統(tǒng)由液壓油箱集油區(qū)1、回油濾2、吸油區(qū)3、空氣濾清器4、溫度傳感器5、冷卻泵6、抽油泵7、主泵8、風(fēng)扇控制塊9、冷卻馬達(dá)10、冷卻風(fēng)扇11、液壓油散熱器12、多路閥13、破碎錘進(jìn)油口溢流閥14、破碎錘15、破碎錘出油口溢流閥16 和先導(dǎo)手柄17組成。

圖4 破碎錘獨(dú)立抽油冷卻液壓系統(tǒng)原理圖

2.2 獨(dú)立抽油冷卻液壓系統(tǒng)的工作原理

在先導(dǎo)手柄17 的作用下，破碎錘液壓系統(tǒng)中的主閥閥芯換向，主泵8 泵出的液壓油經(jīng)多路閥13 進(jìn)入破碎錘P 口，破碎錘回油側(cè)T 的液壓油進(jìn)入多路閥T口直接回到液壓油箱集油區(qū)；抽油泵7 將集油區(qū)內(nèi)沉淀過后的液壓油泵入液壓油散熱器12 冷卻后流經(jīng)回油濾進(jìn)入液壓油箱吸油區(qū)；冷卻泵6 從吸油區(qū)泵入液壓油，經(jīng)風(fēng)扇控制塊進(jìn)行流量分配后進(jìn)入冷卻馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)為液壓油散熱。

2.3 獨(dú)立抽油冷卻液壓系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

2.3.1 延長散熱器使用壽命

破碎錘進(jìn)、出油口溢流閥安裝于破碎錘與多路閥之間，其作用在于設(shè)定破碎錘系統(tǒng)的回油背壓，使液壓系統(tǒng)具有較高的剛度，防止回油管路系統(tǒng)震蕩，破碎錘的回油背壓通常設(shè)置在2.5 MPa 左右。破碎錘滑閥高頻換向造成回油系統(tǒng)高頻震蕩，使液壓油散熱器在周期性交變力的作用下疲勞損壞。采用獨(dú)立抽油冷卻系統(tǒng)可使多路閥回油不經(jīng)過液壓油散熱器而直接回到液壓油箱集油區(qū)，避免液壓油散熱器損壞，延長其使用壽命。液壓油箱因板材較厚且焊縫較大，回油震蕩對(duì)其不造成影響。

2.3.2 提高系統(tǒng)清潔度及回油濾使用壽命

液壓油箱集油區(qū)安裝的磁棒可以吸附液壓系統(tǒng)回油中的鐵屑，避免鐵屑對(duì)液壓元器件工作面造成損傷。集油區(qū)內(nèi)安裝破泡板、擾流板等，使主液壓系統(tǒng)的回油在集油區(qū)的作用下不再具有沖擊脈動(dòng)，且使液壓系統(tǒng)中的鐵屑、油泥等進(jìn)行沉淀，沉積于集油區(qū)底部。抽油泵從集油區(qū)抽取液壓油進(jìn)入液壓油散熱器冷卻后經(jīng)回油濾進(jìn)入液壓油箱的吸油區(qū)，有效避免了沖擊、振動(dòng)、雜質(zhì)等對(duì)液壓油散熱器、回油濾芯等液壓元器件的損壞。

2.3.3 散熱器冷卻功率智能可控

冷卻泵為冷卻馬達(dá)提供動(dòng)力油，對(duì)冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，使通過散熱器的風(fēng)量發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓油散熱器散熱功率的控制。為了對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速進(jìn)行智能控制，風(fēng)扇控制塊9 中的比例溢流閥9-1 的設(shè)定壓力可以根據(jù)溫度傳感器5 采集到的吸油口液壓油溫進(jìn)行比例控制，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的比例控制；風(fēng)扇控制塊9 中的三位四通電磁閥9-3 可實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的正反轉(zhuǎn)控制，完成對(duì)散熱器的反轉(zhuǎn)除塵自清潔工作。

2.3.4 系統(tǒng)簡單改造成本低

此系統(tǒng)只用增加風(fēng)扇控制塊9、抽油泵7 及部分管路，對(duì)改造空間要求不大，成本低廉，易于實(shí)施。

3 試驗(yàn)與結(jié)果

優(yōu)化后的破碎錘抽油冷卻系統(tǒng)在四川邦立重機(jī)有限責(zé)任公司CEDP260-7 破碎機(jī)上進(jìn)行2 000 h 的工業(yè)性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：無液壓系統(tǒng)高溫報(bào)警，無散熱器、回油濾損壞記錄，滿足基于整機(jī)參數(shù)要求編制的專項(xiàng)試驗(yàn)規(guī)范與試驗(yàn)要求。

4 結(jié)論

破碎錘獨(dú)立抽油冷卻系統(tǒng)可以延長液壓油散熱器使用壽命，提高液壓系統(tǒng)清潔度，增加回油濾芯及液壓元器件的使用壽命；散熱器冷卻功率智能可控，可防止液壓系統(tǒng)過熱；成本低廉，改 造簡單，管路易于安裝布置，可靠性高。因此，破碎錘獨(dú)立抽油冷卻系統(tǒng)已經(jīng)在四川邦立重機(jī)有限責(zé)任公司的破碎設(shè)備上推廣運(yùn)用。