KCY4大型地下铲运机液压系统设计与计算解读Word文件下载.docx

1、 1系统组成及结构特点KcY4地下铲运机由动力系统、传动系统、液压52有 色全属（矽ttt部分 第63卷系统、电器系统、工作装置等组成。工作系统采用反 转六连杆机构,结构紧凑,可获得较大的铲取力;前 后车架中央铰接,转向系统采用双缸转向的形式,驾 驶室布置在后车体上,后桥摆动;制动系统采用弹簧 制动液压释放的全盘湿式制动器,安全可靠2l。 2液压系统设计KCY-4地下铲运机液压系统由转向系统、工作 系统、制动系统、冷却系统组成。转向系统由转向泵 单独提供压力油,通过多路阀控制转向油缸的动作; 工作系统工作时需要的流量比较大,采用转向泵与 工作泵合流的形式,同时为工作系统供油。工作泵 的出口装有

2、卸荷阀,当铲斗插入料堆并上下撬动时, 大流量的工作泵卸荷,由转向泵单独为工作系统供 油,节省了发动机的功率,并增大了插入力;制动系 统中,制动器由蓄能器提供压力油,当蓄能器的压力 低于设定值时,充液阀为其充液,保证其有充足的压 力来松开制动器,当蓄能器的压力达到设定值时,充 液阀的压力油流向冷却系统和先导油路。考虑到转 向泵与工作泵合流,先设计转向系统,确定转向泵的 排量;再设计工作系统,选取工作泵。2.1转向系统设计如图2所示,转向系统主要由转向泵、转向先导 阀、转向多路阀、转向油缸等组成。转向系统最主要 的参考数据是转向阻力矩,根据转向阻力矩的大小 来计算转向油缸和转向泵等各项参数。图2转

3、向系统原理图Fig.2The principle diagram of steering system2.1.1转向阻力矩MR=堕（0.1L+0.6（0.3a2+0.1et+2.6 。ll=28000石0_虿x一0.07（0.13.5+0.6（O.3x0.372+0.1x0.37+2.6=58.6103NmM。一转向阻力矩,Nm;a一转向角,a=42。, 滚动阻力系数,=0.07;L一轴距,L=3.5m;r/一机械效率,=0.9;G。一前桥最大载荷,G。= 280kN;2.1.2转向系统压力由F=PS可知,为了节省空间,布置相对小的 油缸,压力值越大越好。但是,参考系统中其他元件 的额定压力,

4、转向系统的压力值初定为22MPa。 2.1.3转向油缸如图3所示,转向系统采用双缸转向的形式,转 向角为42。,行程为430mill,转向角42。时左右转向 油缸的力臂分别为212.3mm和257.3mm。图3转向油缸尺寸参数图/ramFig.3The main specification ofsteering cylinder/mm第1期 冯孝华等:KcY4大型地下铲运机液压系统设计与计算53MR=P（D2rl+（D2一扩r2;D2妒2孺5%=手PrD2（1+吉;D;（坐Ln s删P（詈“赢314X220X1蒿 0X2熹 573再 .5（.+等油缸流量:Q:箜孚上:掣:65L/min泵排量咿

5、忐胁勰0.955=38.4mlMr i_变矩器驱动泵的速比,i=0.995。转向泵选用排量40.4mlMr的齿轮泵。实际转向时间如图4所示。发动机转速在1400l 800r/rain时,转向时间是7S左右,可以“3保证转向的效率又避免了发动机高转速下,由于急 转弯带来的安全隐患。=94mm;肘R一转向阻力矩,MR=58.6103Nm;P_系统统压力,P=22MPa;r,一右转向液压缸相对铰接 点力臂,=257.3mm;r2一左转向液压缸相对铰 接点力臂,r2=212.3ram;r速比系数,9=1.66;D一缸径;扣杆径。转向油缸选用西110X670x460压力等级为25MPa的高压缸。当转向系

6、统压力达到额定压力22MPa时,实际能提供的转向力矩M=孚叶r.（rl+兰=80kN92.1.4转向泵当发动机转速为l800r/m时,设计转向时间t=6S。发动机转速/（r/re_in图4发动机转速与转向时间关系图Fig.4The relationdiagram between theengine speed and turningtime油缸的容积:y=詈（矿+（D2一扩=2一女器芏作系统主要由工作泵、工作先导卫4（21102702430106=6.5L阀、工作多路阀、卸荷阀、举升油缸、转斗油缸等组 成。图5工作系统原理图飚.5The principle diagram of working

7、 system有 色 金属（矿山部分 第63卷2.2.1撬动回路地下铲运机在铲取的时候,随着铲斗斗刃不断 插入料堆,在斗刃前方会产生压缩密实核,阻碍铲斗 的进一步插入,使铲斗插人变得困难。一般情况下, 铲斗一边插入料堆,一边撬动,破坏掉硬核,便于更 深地插入料堆,尽可能装入更多的矿石（即为了便 于提高一次装满率。铲斗撬动时,液压系统占用了发动机的大量功 率,削弱了插入力,不利于一次装满,还浪费燃料。 撬动动作很小,不需要大流量,多余的流量通过溢流 阀溢流回油箱。由于溢流,一部分能量以热的形式 扩散到空气中,使液压系统的油温升高、内泄增多、 液压泵的容积效率降低。在工作系统中,工作泵、卸荷阀、工

8、作多路阀和 转斗油缸组成了撬动回路。撬动回路中,卸荷阀的 开启和关闭由工作手柄上的按钮开关控制。撬动回 路利用小流量小功率来实现快速动作。当卸荷阀开 启时,工作泵的压力油直接回油箱,只有转向泵在工 作,节省下来的功率分配给传动系统,增加了插入 力,使铲斗插入料堆更深,提高了一次装满率。 2.2.2举升力如图6所示,料斗处于运输位置,G点为满载时 重心的位置,C=12kN。图6收斗示意图/mmFig.6The schematic diagram of collection bucket/mm T1=2693G=2693120=323X 103NmE:旦j:塑旦氅:396.3103N0,1=1=1

9、=jy.j181510一81510一LG到大臂与机架铰接点的力矩;F。一举升力。如图7所示,料斗举升至最高位置,G点为满载时重心的位置,G=120kN。T2=2169G=2169120103=260凡:堡鉴氅:833.3103833310N只=二1=竺竺二兰=231210q 31210习疋一G到大臂与机架铰接点的力矩。R一举升2.2.3举升油缸动臂由双缸举升,举升力参考上述两种情况的 最大值。由于转向系统与工作系统合流,工作系统图7举升示意图/mmFig.7The schematic diagram of arm lifting/mm55的压力暂定22MPa。举升力F=F2=2PS=22210

10、6S=103NS=孚XD2:18938.6mm24D=155mm举升油缸选用西160X690720,压力等级为252.2.4转斗油缸根据机械行业标准JB/T 55002004（地下铲运机的规定,铲取力取180kN。如图8所示,当铲斗处于铲取位置时。图8铲取示意图/mmFig.8Theschematic diagram of loading/nune688=瓦X 644;瓦442=Fc2205;兄=鬻180=粥=22詈D2=840kN;。=勰舢3=220mm,z转向油缸的作用力;瓦连杆上的作 用力;R铲取力;转斗油缸选用犯206125590,压力等级为2.2.5工作泵运机的规定,工作装置动作时间

11、25S。KCY4地下铲运机设计举升时间t=9S,行程工 =720mill,转斗时间t=7S,转斗油缸的行程L=590mm。r、2举升油缸的容积:V=2竿厶10巧=2掣720lo:29T 叮 rx220259010=22.5L鲤享上:鲤;丝:192.9根据上述计算,工作系统的流量取193L/min。由于转向泵与工作泵合流,转向泵流量65L/rain工作泵流量Q=19365=128IMmin工作泵排量:g=了毛f=菊丽1而28103=68mL/r工作泵选用排量70mL/r的齿轮泵。表1工作装置实际动作时间表Table 1Action schedule of the working device举升

12、时间8.4S 落臂时间 收斗时间 落斗时间工作装置动作时间5.7S6.5S 4.4S 25SQ=鲤孚=鲤亏塑=193.3Itt表1可知,工作装置动作时间符合根据机械 L/min行业标准JB/T 55002004地下铲运机的规定。转斗油缸的概y=孚l。6=2女紫豢薷动系统主要由制动泵、滤清器、有 色 金属（矿山部分） 第卷 充液阀、蓄能器、紧急制动阀、脚制动阀和制动器等 组成。地下铲运机制动器采用弹簧制动液压 释放形式，蓄能器为制动器提供松阀压力。当系统 紧急制动 压力不足，或出现油管破裂，制动器会立即抱死，制 动效果安全可靠。充液阀在完成给蓄能器充液任务 的同时，还给冷却和先导油路提供压力油。

13、 脚制动阀 图制动系统原理图 蓄能器 ；。一开始充液压力，（一） 地下铲运机单个制动器的排量是 。松阀压力 。充液阀的工作压力越高， 蓄能器提供的制动次数越多。考虑到系统中元件的 额定压力和管路的密封效果，的充液压力范 围选择在 之间。 每次制动，制动器消耗油量： ；一停止充液压力，； 一蓄能器总容积；。时气体的体积；： 时气体的体积；卜有效工作容积（两次制动）， ： 一多变指数，绝热条件下，；选用个 升的蓄能器，总容积 制动泵 制动泵主要为充液阀提供压力油，充液阀大部 分时间是在为冷却系统供油，所以，制动泵的流量按 照制动器的冷却流量来计算。 。 在连续制动的情况下，蓄能器应能满足充液一 次

14、至少完成两次制动。 蓄能器当作辅助能源时，排油速度迅速，气体压 力和体积变化应按照绝热状态来考虑。 在绝热条件下根据波尔定律： “； ， “ ， 单个制动器的冷却流量：（茜）口 （高） 可一可万 制器冷却油入口的通径， 胪丽 ； “ 制动泵排量：了为 丽 ， 制动泵选用排量 齿轮泵，与转向泵 组成双联泵。 冷却系统设计 如图所示，冷却系统主要由充液阀，液压油冷 却器，单向阀，轮边冷却器等组成。 由于制动系统使用全盘湿式制动器，使用液压 油对制动器进行冷却，当经常制动时，液压系统的温 （一） 再甄面兴缶丽 （圳一） （ 一。 一 一一 一） 蓄能器的预充压力， 万方数据 第期 冯孝华等：大型地下

15、铲运机液压系统设计与计算 度迅速提高，会使密封件加快老化，系统的容积效率 降低，甚至会造成元件的变形，所以除了油箱的自然 冷却外，对液压油进行强制冷却是很有必要的。 毪垒掣掣： 而面而汪 制 动 泵 流 量 黼 一液压油密度： 一进出散热器的温差。 ； 散热面积志 后一传热系数， 。 肌 选择板翅式散热器，流量 ，散热功率 冷却马达的流量田 叼。一管路中的容积效率，叼。 结论 在工业试验中，地下铲运机的各项指标 冷却马达的排量。 菊丽而 一冷却马达的额定转速， 均能达到或超过机械行业标准 服务于国内的各大矿山中。 参考 文 献 地下铲运机的要求，现在已经投入批量生产，并 所选取的马达排量 ，最

16、高转速 冷却功率形 张栋林地下铲运机】北京：冶金工业出版社， 冯孝华型地下铲运机铲斗撬动回路的研究矿冶， （）： 成大先机械设计手册（第卷）第版北京：化学工 业出版社。 （） 液压油比热容：（） （上接第页） ）边坡稳定性等级的判定受多种因素影响。 系数全局搜索方法岩石力学与工程学报，（）： 基于粗糙集理论的模糊综合评判方法可以对冗余指 标进行约简，这样方便工程人员抓住主要因素，从而 使得计算过程化繁为简。 赵洪波，冯夏庭支持向量机函数拟合在边坡稳定性估计中的 应用岩石力学与工程学报，（）： 冯夏庭，李邵军，张友良，等滑坡的综合集成智能分析与优化 设计方法研究岩石力学与工程学报，（）： ）粗糙

17、集理论能自动提取评判指标之间的属 性内在关系。因此，在工程中要注重积累典型的工 程实例。选取具有代表性的数据不断补充和完善评 判模型，这样计算出来的结果就会更加接近实际。 参考 （）： 谢全敏，夏元友岩体边坡稳定性的可拓聚类预测方法研究 岩石力学与工程学报，（）： 刘沐宇，朱瑞赓基于模糊相似优先的边坡稳定性评价范例 推理方法岩石力学与工程学报，（）： 唐璐，齐欢混沌和神经网络结合的滑坡预测方法岩石 力学与工程学报，（）： 倪长健，王顺久，丁晶边坡稳定性评价的投影寻踪聚类模型 岩石力学与工程学报，（）： 谢季坚，刘承平模糊数学方法及其应用武汉：华中科 技大学出版社， 文 献 杨军边坡稳定性分析方

18、法综述山西建筑， ，：（）：一 张文修，吴伟志，梁吉业，等粗糙集理论与方法北 京：科学出版社， 【 王洪德，马云东基于粗糙集一神经网络的矿井通风系统可 靠性评价仿真研究系统工程理论与实践， （）： 张继宝，汪明武，谢慧敏基于粗糙集理论的围岩稳定性模糊 综合评价安徽建筑工业学院学报：自然科学版， （）： 房营光，莫海鸿基于无记忆最小二乘拟牛顿法的边坡稳定性 分析岩石力学与工程学报，（）： 单衍景，崔俊芝，梁复刚基于结构面统计模型和应力场的岩 体稳定性分析的期望滑移路径方法岩石力学与工程学 报。，（）： 李守巨，刘迎曦。何翔，等基于模拟退火算法的边坡最小安全 万方数据 KCY-4大型地下铲运机液压

19、系统设计与计算 作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷（期： 冯孝华， 石峰， 顾洪枢， 战凯， 郭鑫， 王志国， FENG Xiaohua， SHI Feng， GU Hongshu， ZHAN Kai， GUO Xin， WANG Zhiguo 北京矿冶研究总院,北京,100070 有色金属（矿山部分） NONFERROUS METALS（MINE SECTION 2011,63（1 参考文献（6条 1.成大先 机械设计手册 2002 2.张栋林 地下铲运机 2002 3.冯孝华 KCY-4型地下铲运机铲斗撬动回路的研究期刊论文-矿冶 2010（04 4.冯孝华.石峰.顾洪枢.战凯.郭鑫 KCY-4型地下铲运机铲斗撬动回路的研究 2010（4 5.张栋林 地下铲运机 2002 6.成大先 机械设计手册 2002 本文链接：