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
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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转向系统原理图
Fig.2Theprinciplediagramofsteeringsystem
2.1.1转向阻力矩
MR=堕（0.1L+0.6（0.3a2+0.1et+2.6。
ll
=2—8—0—0—0石0_虿x一0.07×
（0.1×
3.5+0.6×
（O.3x0.372+0.1x0.37+2.6
=58.6×
103Nm
M。
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,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/ram
Fig.3Themainspecificationof
steeringcylinder/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
53
MR=P（D2rl+（D2一扩r2;
D2
妒2孺5
%=手×
P×
r×
D2×
（1+吉;
D;
（——坐Lns
删P×
（¨
詈
“赢314
X—220X
1蒿0X
2熹573再.
5（.+等
油缸流量:
Q:
箜孚上:
掣:
65
L/min
泵排量咿忐胁勰×
0.955
=38.4mlMri_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
1400~l800
r/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=58.6×
103Nm;
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=212.3
ram;
r速比系数,9=1.66;
D一缸径;
扣杆径。
转向油缸选用西110
X
670x460压力等级为25
MPa的高压缸。
当转向系统压力达到额定压力22
MPa时,实际能提供的转向力矩M=孚×
叶
r.
（rl+兰=80
kN
9
2.1.4转向泵
当发动机转速为l
800
r/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.4
Therelation
diagrambetweenthe
enginespeedandturning
time
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×
（2×
1102—702×
430×
10’6=6.5
L
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.5
Theprinciplediagramofworkingsystem
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/mm
Fig.6Theschematicdiagramofcollectionbucket/mmT1=2693×
G=2693×
120=323X103Nm
E:
—旦j:
塑旦氅:
396.3×
103N0
1=———————1=———————1=jy.j×
1
815×
10一’815×
10一’
L—G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=2169×
G=2169×
120×
103=260×
凡:
堡鉴氅:
833.3×
103833310N
只=——二—1=竺竺二兰≮=×
2
312×
10q312×
10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/mm
Fig.7Theschematicdiagramofarmlifting/mm
55
的压力暂定22
MPa。
举升力F=F2=2PS=2
22
106×
S=
103N
S=孚X
D2:
18938.6mm2
4
D=155mm
举升油缸选用西160X
690×
720,压力等级为
25
2.2.4转斗油缸
根据机械行业标准JB/T5500—2004（地下铲
运机》的规定,铲取力取180
kN。
如图8所示,当铲斗处于铲取位置时。
图8铲取示意图/mm
Fig.8
The
schematicdiagramofloading/nun
e
688=瓦X644;
瓦×
442=Fc
2205;
兄=鬻×
180=粥=22×
詈×
D2=840kN;
。
=勰舢3=220
mm
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20×
6125
590,压力等级为
2.2.5工作泵
运机》的规定,工作装置动作时间≤25
S。
KCY4地下铲运机设计举升时间t=9S,行程工=720
mill,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×
720×
lo{:
29
T叮r
x
2202×
590×
10~=22.5L
鲤享上:
鲤;
≠丝:
192.9
根据上述计算,工作系统的流量取193
L/min。
由于转向泵与工作泵合流,转向泵流量65
L/
rain
工作泵流量Q=193—65=128IMmin
工作泵排量:
g=了毛×
f=菊丽1而28
×
103=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
Table1
Actionscheduleoftheworkingdevice
举升时间8.4S落臂时间收斗时间落斗时间
工作装置动作时间
≤5.7
S
6.5S≤4.4S≤25S
Q=鲤孚』=鲤亏塑=193.3
Itt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/T5500—2004《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６３卷充液阀、蓄能器、紧急制动阀、脚制动阀和制动器等组成。
ＫＣＹ＿４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。
脚制动阀图９制动系统原理图Ｆｉｇ．９Ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｄｉａｇｒａｍｏｆｂｒａｋｅｓｙｓｔｅｍ２．３．１蓄能器９ＭＰａ；
Ｐ。
一开始充液压力，Ｐｌ＝（０．６５一Ｏ．７５）Ｐ２＝１５．３ＫＣＹ－４地下铲运机单个制动器的排量是７７ｍＬ。
松阀压力１０．３ＭＰａ。
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，ＫＣＹ４的充液压力范围选择在１５．３～１８．６ＭＰａ之间。
每次制动，制动器消耗油量：
Ｖ＝７７×
４／１０００＝０．３ＬＭＰａ；
Ｐ２一停止充液压力，Ｐ２＝１８．６ＭＰａ；
Ｋ一蓄能器总容积；
Ｋ—Ｐ。
时气体的体积；
Ｋ—Ｐ：
时气体的体积；
△卜有效工作容积（两次制动），ＡＶ＝２ｘ０．３Ｌ＝０．６Ｌ：
ｎ一多变指数，绝热条件下，ｌ＝１．４；
选用３个２．８升的蓄能器，总容积８．４２．３．２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。
Ｌ。
在连续制动的情况下，蓄能器应能满足充液一次至少完成两次制动。
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：
Ｐ０１／“Ｖｏ＝Ｐ１１／“Ｋ＝Ｐ２１／４％‘３１；
Ｔ，Ｐｏｉ／．ｖｏＶＡｏＶ“７１０ＰＴ，单个制动器的冷却流量：
Ｑ＝（￡茜）２×
口＝（‘高）２×
６＝１０Ｌ／ｍ＝Ｋ—Ｋ＝可－一可万ｄ＿＋制器冷却油入口的通径，ｄ＝６＝％胪丽Ｐ２Ｉ／ｎ－Ｐ１／ｎ；
ＡＶ×
Ｐ１１７“ＸＰ２１７“制动泵排量：
ｇ＝了为ｘＯ．９５５×
１０３＝２１．２ｍＬ／ｒｉｘ１０３＝丽１０ｍｍ，ｘ４×
制动泵选用排量２４．２ｍＬ／ｒ齿轮泵，与转向泵组成双联泵。
２．４冷却系统设计如图９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Ｖｏ２ＰｏⅣ４（Ｐ２‰一ＰｌＶ４）＝△ｙ＝再甄面兴缶丽＝６．９Ｐ０１Ａ×
（Ｐ１‘圳…一Ｐ２‘－１／ｎ））ｏ・７１４×
（．．一ｕ。
一．９０Ｌ１５３一０‘７１４一１８６一ｎ７１４）Ｐ０～蓄能器的预充压力，Ｐｏ＝０．４７１ＸＰ２—万方数据
第１期冯孝华等：
ＫＣＹ－４大型地下铲运机液压系统设计与计算Ｊ／ｋｇ・℃５７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：
４５．６—而面■而汪『＿２・３６．５Ｌ／ｍｉｎ１０３＝２０ｍＬ／ｒ制动泵流量Ｑ＝黼ｐ一液压油密度：
ｐ＝０．８８—０．８９△ｔ一进出散热器的温差。
ｇ／ｍＬ；
＝散热面积Ａ＝志－２．７６后一传热系数，＿ｊ｝＝４６５ｋＷ。
ｍ２Ｌ／ｍｉｎ肌ｎＷ／ｍ２Ｋ选择板翅式散热器，流量５６Ｌ，散热功率２０冷却马达的流量Ｑｌ＝Ｑ×
田ｌ＝４５．６×
０．８＝叼。
一管路中的容积效率，叼。
＝０．８。
３３６．５结论在工业试验中，ＫＣＹ＿４地下铲运机的各项指标５５００—２００４冷却马达的排量ｇ＝≯ｂ×
ｌ。
３＝菊丽而×
ｎ一冷却马达的额定转速，ｒｇ＝２０００ｒ／ｍｉｎｏｒ／ｍｉｎ５００均能达到或超过机械行业标准ＪＢ／Ｔ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２２．５ｍＬ／ｒ，最高转速２冷却功率形＝Ｑ１×
Ｃ１３．５ｋＷ［１］张栋林．地下铲运机［Ｍ】．北京：
冶金工业出版社，２００２．ｘＰ×
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化学工业出版社。
２００２．４１８７３６．５Ｘ０．８９×
２．１×
１０３×
（７５—６３）＝ｃ－液压油比热容：
Ｃ＝（０．４—０．５）ｘ（上接第４７页）２）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［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００３，２２（２）：
２３６—２４０．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。
［７］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［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００３，２２（２）：
２４１—２４５．［８］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［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００３，２２（１０）：
ｌ３）粗糙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（３）：
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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，FENGXiaohua，SHIFeng，GUHongshu，ZHANKai，GUOXin，WANGZhiguo北京矿冶研究总院,北京,100070有色金属（矿山部分）NONFERROUSMETALS（MINESECTION2011,63（1参考文献（6条1.成大先机械设计手册20022.张栋林地下铲运机20023.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（044.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（45.张栋林地下铲运机20026.成大先机械设计手册2002本文链接：
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