自卸車液壓系統的設計

自卸車液壓系統的設計

0前頂式自卸車液壓油缸系統性能好,性能較高近年來，溫家寶經濟全面發(fā)展，大力推進高速鐵路、水利、大型礦業(yè)開采等大型基礎建設項目。需要裝卸、運輸的土方、礦石量巨大,而且要求運輸車輛具備較高的效率。自卸汽車可比普通運輸車輛數倍提高使用效率,因此得到廣大用戶的認可。而前頂式自卸車液壓油缸系統故障率低,維修也很便利,市場潛力巨大。我公司結合國外先進液壓技術專門針對國內自卸汽車的使用工況,開發(fā)了專用油缸、液壓閥以及油泵三大關鍵部件,整體考慮整套系統的匹配和工作穩(wěn)定性。1液氯缸的基礎和設計前頂油缸(如圖1所示)作為執(zhí)行元件,推動車廂繞汽車大梁尾部的鉸軸轉動,從而完成卸載過程。前頂油缸結構緊湊、維修方便。但是現有的油缸由于其制造工藝的問題,在使用過程中容易產生拔缸的現象,嚴重威脅到駕駛員的生命安全。同時,由于上鉸軸與球面支撐環(huán)的接觸面為光滑球面,不易形成油膜,容易磨損,還可能產生膠合現象。有的工程車會用來裝載土石料,有的物料體積較大而且偏置在車廂的一側,造成重心偏在車廂一邊(如圖2所示)。使油缸受很大的彎矩作用。容易導致油缸失效。項目組克服現有技術中存在的不足,提供一種抗拉強度大、防磨損、本體強度大的前頂油缸。拔缸事故表現為油缸在使用一段時間后,在大負載導致的高壓力作用之下,內外停止環(huán)失效,較細一節(jié)的缸筒從上一級較大的缸筒中脫出。事故一般造成前頂油缸損毀、自卸車車廂損毀、汽車大梁彎曲等,后果嚴重。項目組取消獨立停止擋環(huán),直接在各級缸筒內外加工出臺階。該設計有兩個好處,一是使擋環(huán)與缸筒本體合二為一,減少了因擋環(huán)失效帶來的事故。二是可以避免加工擋環(huán)槽造成缸筒壁厚減少。新舊方案如圖3所示。油缸上鉸軸安裝在車廂上,在推動車廂舉升或在車廂落下行進時需要與油缸上的球面支撐環(huán)形成滑動支承,避免損壞油缸。而上鉸軸與球面支撐環(huán)之間屬于重載支承,如沒有采用合適的配合和潤滑條件的話,非常容易造成磨損,影響系統的壽命。為避免這樣的情況出現,項目組在材料的選擇和熱處理上找尋平衡點,并提高加工精度,使這兩個零件的配合恰當。而且在兩個零件間加工出合適的油槽,使?jié)櫥軌蜻M入配合面。這些辦法的采用立即改善了這個部分容易損壞的情況。前頂油缸在舉升作業(yè)時很容易受到車廂及內容物重心與軸線偏移造成的彎矩作用。如果油缸的本體強度不夠,且導向部分設計不合理的話很容易導致油缸損壞。項目組在設計過程中采用高強度鋼管材料,首先確保加工出的缸套強度。同時加長各級缸筒間的重合導向區(qū),選擇優(yōu)質耐磨導向環(huán)并減少缸筒之間的間隙。使油缸的抗彎性能得到極大的提高。2不同機械裝置的密封換向閥是自卸車液壓系統換向部件。目前國內自卸汽車使用的液壓舉升閥只能實現兩級調速,即只能在快速下降與慢速下降二者之間切換,不能實現下降速度的無級調節(jié)。也缺乏防高壓安全功能,項目組開發(fā)了一種在油缸下降時能實現無級變速的換向閥。能夠克服現有技術中存在的不足,使自卸車車廂的下降過程更平穩(wěn)。而且可以根據實際使用的需要由使用者自由控制車廂的下降速度。此外該閥還具有雙向安全溢流閥,在舉升過程和保壓過程中能夠有效地對整個自卸車液壓系統實現保護的作用。本換向閥,主要包括閥體、主閥桿、前蓋、后蓋和塑料保護蓋。如圖4所示。(1)閥體為鑄件,內部設有閥腔,形成4個獨立的腔室。這些腔室作為液壓油的流道,與主閥桿上的密封臺階配合可以形成本換向閥的3個工作機能。(2)前蓋安裝在閥體的前端。前蓋也為鑄件,實際是主閥桿的執(zhí)行氣缸。前蓋上設有2個進氣口。在不同的進氣、排氣狀態(tài)下,可以推動活塞在前蓋內部移動。同時帶動主閥桿移動來切換到閥的不同機能。(3)主閥桿安裝在閥體內,可以在閥體中滑動。主閥桿上經過加工形成2道密封臺階,3個連接腔。在2道密封臺階上分別設有平衡槽和錐形環(huán)槽。主閥桿的前端部伸入前蓋內,在主閥桿的前端部固定安裝有活塞,2個限位蓋,彈簧,活塞上裝有滑動密封圈。(4)主閥桿上在閥體的后端部固定安裝有后蓋,作為閥體密封蓋和主閥桿壓力平衡腔。(5)塑料保護蓋安裝在閥體的尾部,對后蓋和安全閥起到保護作用。其中a,b口分別為前蓋(執(zhí)行氣缸)的前后腔進氣口。P口為換向閥進油口,同時具有單向閥功能。T口為回油口。C口為油缸連接口。(1)在自卸車油缸需要舉升的時候使a口進氣,b口排氣。也就是氣缸前腔進氣,后腔排氣。推動主閥桿向右移動。如圖6所示。此時,又從P進油口進入閥體。因為主閥桿右移封住了最左邊和最右邊的回油腔,所以泵送的高壓油只能進入油缸腔推動負載。如負載產生的壓力超過本換向閥所帶安全閥的設定壓力值時,高壓油會推動安全閥的閥芯流到后蓋與主閥桿形成的壓力平衡腔中,推動閥桿左移使部分壓力油從右側回油腔溢流。使自卸車液壓系統的壓力保持在設定壓力,從而保證系統的安全。(2)在自卸車油缸需要下降的時候使b口進氣,a口排氣。也就是氣缸后腔進氣,推動主閥桿向左移動。如圖7所示。此時,又從P進油口進入閥體。因為主閥桿左移使最左邊回油腔、油缸腔、進油腔和最右邊的回油腔4腔相通,所以泵送的高壓油及油缸回程擠出的油全部通過回油腔回流進油箱。(3)當自卸車舉升過程中需要暫停時,a,b兩口同時排氣。前蓋(執(zhí)行氣缸)中的活塞在彈簧的作用下回到中位。此時主閥桿與閥體腔室的位置如圖1所示。進油腔與最右邊排油腔相通。油缸腔被隔離,油缸保壓。此時如果油缸受到意外沖擊,油缸中的油壓超過系統安全壓力的話,安全閥同樣也會打開。使主閥桿移動溢流。(4)回油無級調速。如果使用者覺得車廂下落過快,可以調節(jié)操作手柄的位置角度。此時進入前蓋(執(zhí)行氣缸)b口的壓縮空氣壓強會根據手柄的角度變化而變化,因而作用在氣缸活塞上的壓力也會變化。因為閥桿右端開有溢流小孔,所以閥桿不受液壓油壓力。此時活塞上的作用力F1與彈簧力F2做平衡。氣缸活塞上的壓力F1=進氣的壓強P×活塞面積A彈簧作用力F2=彈簧彈性系數K×彈簧的壓縮量X上式中活塞面積A與彈簧彈性系數K是定值,進氣的壓強P變化必然引起彈簧壓縮量X的變化。X的變化又引起主閥桿位置的變化。因為主閥桿密封臺階上分別設有平衡槽和錐形環(huán)槽。平衡槽可以使主閥桿平穩(wěn)的滑動,錐形環(huán)槽與閥體腔室口配合可以形成不同面積的流道,限制單位時間通過本換向閥回油箱的液壓油量。因此可以調節(jié)車廂的下降速度。本換向閥閥體采用鑄造件,內部流道寬敞,且無加工銳角、盲孔等。可以大大減少工作過程中的噪音和局部壓力損失。當本液壓舉升閥在使用過程中出現壓力異常等突發(fā)情況時,安全裝置可以有效的發(fā)輝作用,保護整個自卸車液壓系統的安全。回油時,也就是自卸車車廂下落時可以實現無級調速。3齒輪泵的方案優(yōu)化高壓齒輪泵是自卸車液壓系統的動力源。一般用螺栓安裝在汽車大梁的泵架上。發(fā)動機的動力通過取力器及萬向軸傳遞給油泵。在工作過程中受到顛簸及軸向作用力,極易造成油封及齒輪的損壞。同時終端的用戶一般疏于維護,不能保證液壓油的清潔,易造成油泵內側板的損壞。國外高壓齒輪泵一般采用的鋁制側板,在國內實際使用中暴露出很大的問題。針對這樣的現況,項目組提出兩套不同的方案以適應不同用戶的需求。第一種是齒輪泵直連取力器方案。憑借已有的技術積累,項目組設計的油泵可以與各種國內外取力器實現直連。裝配誤差幾乎可以忽略不計。直接取消了泵架、支承軸承、萬向軸、泵連接盤(套)等多個零部件。油泵與取力器直連后成為一個整體,避免承受軸向力,振動也不會因連接件過多而放大。第二種是改變齒輪泵結構,原來的油泵主動齒輪軸直接與外部動力相連。無法避免軸向受力。更改后的設計將主動齒輪軸分成兩部分,一部分仍為主動齒輪軸,另一部分為傳動軸。兩軸分別設有支承軸承。使外部的振動及軸向力無法傳到油泵內部。針對國外油泵側板抗污染能力差的問題,我們改變側板的材料,并使用復合涂層,使得側板的抗磨損能力得到大幅提高。4技術先進、市場成熟在FTHS自卸車液壓