DQL1250/2000.40型斗轮机安装和液压系统改进方案浅析
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摘要：斗轮堆取料机是现代化工业大宗散状物料连续装卸的高效设备，目前已经广泛应用于港口、码头、冶金、水泥、钢铁厂、焦化厂、储煤厂、发电厂等散料（矿石、煤、焦碳、砂石）存储料场的堆取作业。本文主要针对斗轮堆取料机尾车俯仰机构液压系统进行改进，通过技术改进来实现尾车液压缸满足使用要求，使其运行稳定，安全性好，维修方便，提高煤料堆取的工作效率。
关键词：斗轮堆取料机液压系统俯仰机构脱挂钩 改进
中图分类号： TG315.4 文献标识码：A
一、引言
印度尼西亚龙湾3×315MW燃煤电厂项目工程，输煤系统配备1台型号为DQL2000/1250・40的斗轮堆取料机，用于煤场燃煤堆取作业。此斗轮堆取料机由堆取料机构、俯仰机构、回转机构、行走机构、悬臂皮带机等组成。斗轮机行走轨道轨矩为7m，堆料出力为2000t/h，取料出力为1250t/h，悬臂长度为40m，折返式运行，均匀、连续的堆煤、取煤，斗轮堆取料机本期行走轨道长度约310m。
斗轮堆取料机液压系统包括俯仰系统、尾车变幅及脱钩系统两部分,尾车变幅及脱钩系统与俯仰系统配合,完成尾车液压缸的脱挂钩和尾车的升降变幅功能。本论文涉及的是其中尾车俯仰及脱钩液压系统的设计,旨在通过本论文设计实现的尾车液压缸能够满足使用要求,运行稳定,安全性好,维修及改造方便,提高煤料堆取、混匀作业的工作效率。
二、施工方案的确定
1 、液压系统设计要求
尾车变幅液压系统属于液压传动系统，适用于散料堆取机械的尾车变幅及脱钩功用，属于中小型液压系统，没有过高的行走及抗燃要求，露天工作，环境比较恶劣，工作场地沙尘较多，因此，要求系统防尘能力强，工作安全性高，可靠性好，能在恶劣的环境下持续可靠的工作。
根据工况条件判断，该系统属于中压中载系统，液压尾车采用双缸同时、同步工作，工作时液压泵在斗轮工作期间应不间断持续运行，变幅动作由电磁换向阀控制，为提高安全性，系统有超压保护等保护装置，同时保证系统的密闭性。完成主要功能为：泵的启动、停止：系统压力、流量的任意调节；尾车变幅调节；油缸的脱钩和挂钩；一定的安全保护措施。
2、液压系统俯仰装置的设计
斗轮堆取料机的液压俯仰系统的设计包括两种方式。一种是非整体俯仰系统，另一种是整体俯仰系统。DQL2000/1250・40斗轮堆取料机液压俯仰系统为整体俯仰系统。所谓整体俯仰系统是当俯仰机构在运动时设备的塔架、悬臂、配重体绕同一个铰轴转动同样的角度。在俯仰液压系统的设计时通常有两种设计思想，一种是将油缸设计成只受压力的油缸，另一种是设计成拉压油缸。在整体俯仰式系统通常只设计成油缸既受压力也受拉力的俯仰系统。
在俯仰机构的运动过程中如果油缸只受压力，则油缸在整个的俯仰上升过程做正功，既系统始终由液压系统驱动。在拉压油缸的系统中油缸在整个俯仰角度范围内油缸的力是在变化的，例如，当俯仰角度从最低到最高的角度变化时，油缸的受力是从受压变为受拉，在这个俯仰过程中有一个角度位置油缸的受力为零。在受压的角度范围内液压系统做正功。当俯仰角度达到油缸受拉的俯仰角度时液压系统做负功，也就是说由外力推动油缸运动；在俯仰系统从最高的俯仰角度运动到最低角度时通常油缸的受力状态是从受拉到受压，在油缸受拉的俯仰角度范围内液压系统是做正功，当达到受压的俯仰角度位置时液压系统开始做负功，也是外力推动油缸运动。
根据系统的这种载荷的变化，液压系统需要相应的满足这种载荷变化的要求。一般油缸单纯受压的俯仰液压系统相对简单。对使用即受拉也受压油缸的液压系统一般要在油缸的非载荷侧施加背压，以解决在液压系统工作期间油缸从受压到受拉，或者是从受拉到受压的变化过程中系统的速度控制和震动等问题。所谓施加背压是指如果油缸是在受压状态，则有杆腔要有一定的压力，反之，无杆腔具有一定的压力。这样可以保证系统在随着俯仰角度变化，油缸的受力状态发生变化时系统运动的平稳性。在系统中可以使用平衡阀、节流阀、比例阀等液压元件来实现上述的功能。
在系统中因为外载荷的变化会导致系统油压的变化，所以，对需要控制油来控制各种阀应使用独立的供油系统，而不能使用主系统的供油。
在俯仰系统中一般需要两个油缸，对一些用户希望使用通过液压的方式来解决双油缸的同步。但是，实际上对斗轮堆取料机来讲勿需要这样的系统，原因是斗轮堆取料机的俯仰液压系统相对油压力较高，通过液压来实现同步非常困难。实现起来效果也不一定理想。另一方面在斗轮堆取料机的设计中双油缸是通过机械的刚度来实现同步。在这里建议不设有通过液压系统调整两个油缸的同步。实际上，目前基本上斗轮堆取料机的双油缸俯仰液压系统不设液压同步系统。
图1 主机俯仰机构 DQL230.6
3、液压系统设计分析
根据对液压系统的要求，斗轮机尾车变幅及脱钩液压系统应有能实现以下功能的基本回路：
换向回路：实现尾车脱钩和挂钩、变幅升和变幅降之间的转换。
调压回路：控制系统的工作压力，使它不超过预先调好的某个数值。
卸载回路：系统在只需要输出少量功率或不需输出功率时，液压泵停止运转或在很低压差下运转，以减少系统功率损耗和噪声，延长泵的工作寿命。
保压回路：使变幅液压缸在某个工作阶段内压力保持恒定不变。
泄压回路：使得两个双缸内高压腔中的压力缓慢释放，以免突然减压引起的冲突、振动和噪声。
平衡回路：使得变幅液压缸保持一定的背压力，和负载相平衡。
缓冲回路：使液压缸在行程终点前预先减速、延缓其停止或换向的时间，以及延缓调压卸载回路的卸载和升压过程来达到缓和冲击的目的。
调速回路：调节两个双缸的工作速度。
分析拟给定的原理图(如下图2)：
图2 主机俯仰机构液压系统原理图
1). 换向回路由两个电磁换向阀完成，分别控制俯仰缸和脱钩缸。
2). 调压回路由两个溢流阀完成，分别控制两个电磁换向阀入口处的压力，液压泵的最大工作压力由溢流阀规定，可以预先调定以控制系统的工作压力，同时还起安全阀的作用。
3). 该系统原理图中脱钩缸的卸载功能由电磁换向阀的中位机能来实现。而俯仰缸的卸载是限压式变量卸载，当回路中压力达到溢流阀的预先调定值时，通过溢流阀实现保压卸载，这使得俯仰缸能够承受一定的负载，同时又能实现卸载，减少功率损耗，延长泵的寿命。
4). 脱钩液压缸不承受负载，所以不需有保压回路功能，而俯仰缸的保压回路由液控单向阀实现，在俯仰缸的进油路口串接一个液控单向阀，利用锥形阀座的密封性能实现保压。采用电接点接触式压力计，可以控制液流波动范围和补压动作。
5). 平衡回路的功能由液控单向阀来完成，液压缸回油腔由液控单向阀和单向节流阀串接锁闭，活塞能长期停留在任意位置，活塞上下行时有不大的功率损失，能够满足系统要求。
6). 调速回路由叠加式单向节流调速阀实现。
由以上分析，给定的回路能够比较好的满足工作要求，保压、卸荷、调压、调速的功能要求都能够完全满足，但是在缓和冲击方面还有待改进，并且该回路效率比较高，安全性好，成本适中，考虑到该系统的工作环境对噪音和振动没有太高要求，可以使用该回路提出的原理。
三、技术原理
电机启动后，泵开始向系统供油，此时各电磁阀均处于停电状态，泵供出的油经过电磁换向阀的中位直接回油箱。当操纵开关处于“俯仰升”位置时，电磁阀右侧电磁铁通电，泵的来油经过单向阀、电磁阀、单向截流阀右侧的单向阀及液控单向阀进入俯仰缸的无杆腔使油缸伸出，有杆腔的油经过左侧单向截流阀中的节流阀、电磁阀、溢流阀回油箱。当操纵开关处于尾车“俯仰降”的位置时，电磁阀左侧的电磁铁通电，泵的来油经过电磁阀左侧单向节流阀中的单向阀进入俯仰缸有杆腔，同时打开液控单向阀，使无杆腔的油经液控单向阀、右侧单向节流阀中的单向阀、电磁阀、电磁溢流阀流回油箱。
当操纵开关处于“脱钩”位置时，电磁阀右侧电磁铁通电，泵的来油经单向阀、电磁阀中位、电磁阀流入液压缸无杆腔，液压缸向上伸出完成脱钩动作;当操纵开关处于“挂钩”位置时，电磁阀左侧电磁铁通电，泵的来油经单向阀、电磁阀中位、电磁阀中位流回油箱，从而使得液压缸与油箱相通，靠其自重使液压缸落回从而完成挂钩动作。
四、油箱的结构设计
油箱在液压系统中除了储油外，还起着散热、分离油液中的气泡、沉淀杂质等作用。此斗轮机系统采用开式油箱，油液与大气相通，设计要点如下：
1. 油箱必须有足够大的容积，一方面尽可能地满足散热的要求，另一方面在液压系统停止工作时应能容纳系统中的所有工作介质，而工作时又能保持适当的液位。
2. 吸油管和回油管应尽量相距远些，两板之间要用隔板隔开以增加油液循环距离，使油液有足够的时间分离气泡，沉淀杂质，消散热量。隔板高度最好为箱内油面高度的3/4，隔板形式可采用溢流式标准型，溢流式，回流式，此处采用溢流式标准式，隔板下部开有缸口。吸油管入口和回油管出口处应安装相应精度的滤油器。
3. 回油管管端应斜切45度，以增大出油口截面积，减慢出口处油流速度，此外，应使回油管斜切口面对箱壁，以利油液散热。当回油管排回的油量很大时，应使它的出口处高出油面，向一个带孔或不带孔的斜槽排油，使油流散开，一方面减慢流速，另一方面排走油液中的空气，减慢回油流速、减少它的冲击搅拌作用。
4. 为防止油液污染起见，油箱上各盖板、管口处都要妥善密封。注油器上要加滤油网防止油箱出现负压而设置的通气孔上安装空气滤清器。油箱内回油集中部分及清污口附近设置一些磁性块。
5. 为易于散热和便于对油箱进行搬移及维护保养，按GB3766－83规定，箱底离地至少应在150mm以上，便于散热、放油和搬运。箱底应适当倾斜，在最低部位处设置放油阀。按GB3766－83规定，箱体上注油口的近旁必须设置液位计，滤油器的安装位置应便于拆装。箱内各处应便于清洗。
6. 分离式油箱一般用2.5－4mm钢板焊成，大尺寸油箱要加槽钢、筋条，以增加刚性。当压泵及其驱动电机和其他液压件都要装在油箱上时，油箱顶盖要相应的加厚。
7. 油箱内壁应涂上耐油防锈的涂料。外壁涂一层极薄黑漆加强辐射冷却效果，铸造油箱内壁进行喷砂处理，不涂漆。(如下图3油箱简图)
图3 油箱
五、操作说明（改进后斗轮机启动调试）
1、准备工作
操作前检查油箱中油液情况，如不够应及时加油，所加的油必须与原来所用油的牌号相同，油液的污染度控制在ISO4406－19/16内。
1) 压力调节
俯仰缸的压力调节：俯仰缸的压力调节依靠对左侧电磁溢流阀的调节来实现，调解时先使溢流阀的调压螺杆处于旋松状态，然后使液压泵供油，并使俯仰缸处于某一端的极限位置，逐渐拧紧调节螺杆，使左侧压力表的压力达到设定值，然后用螺杆上的螺母锁紧固定。
脱钩液压缸的压力调节：脱钩液压缸的压力调节依靠对右侧电磁溢流阀的调节来实现，调节方法和上述方法相同，使脱钩缸处于某一端的极限位置，逐渐拧紧调节螺杆，并观察右侧压力表的压力到设定值，然后用螺杆上的螺母锁紧固定。
2)俯仰速度调节
尾车俯仰速度调节，可通过调节叠加式双联单向节流阀中的节流阀来实现，该系统为出口节流调速，左侧节流阀调节上升速度，右侧节流阀调节下降速度，一般情况下应使俯仰下降速度略高于俯仰上升速度，且液压系统与主臂不振动为宜。
2、注意事项
系统中泵的吸油口和总回油口均装有滤油器，以防止油液中的污染颗粒进入元件中使其损坏或影响系统的正常运行。一旦滤油器堵塞就会发出报警信号，这时必须停止操作，待清洗或更换滤芯后方可继续操作。
3、功能说明
3.1主要性能参数
工作压力P=16MPa
额定流量Q=36L/min
电机功率N=15kw
电机转速n=1500rpm
外形尺寸2163×1801×900
3.2功能说明
1. 基本功能：泵的启动，停止;系统压力、流量在允许范围内的任意调节;尾车俯仰缸在任意位置的停留;脱钩缸的脱钩和挂钩动作。
2. 辅助功能：超压（超载）保护，超温、超压或液位异常时报警;当环境温度过高或过低时对油液进行加温或降温。
六、结束语
在施工过程中，我们通过查阅大量有关资料，与厂家交流经验和自学，并向专业人士请教等方式，使我们学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我们懂得了许多东西，也培养了我们独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我们充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。
参考文献：
1、《机械工况汇编》 山东电力二公司编
2、液压传动与控制.国防工业出版社
3、液压控制系统. 哈尔滨工业大学出版社
4、液压气动系统设计手册. 机械工业出版社
5、哈尔滨工业大学出版社
6、液压传动. 机械工业出版社
7、液压技术应用. 哈尔滨工业大学出版社
8、液压元件与系统. 机械工业出版社
9、机械制造及设备设计指导手册.机械工业出版社
10、液压与气动技术 高等教育出版社
11、机械设计手册5 (第2版). 北京：机械工业出版社