斗轮机俯仰装置的改进设计

曹贺

摘 要：对于斗轮机来讲，俯仰装置是液压回路系统中十分重要的部分，若俯仰装置设计不合理，将会大大影响斗轮机液压系统的正常运行，从而影响斗轮机的使用。对此，必须要合理科学的对斗轮机的俯仰装置进行设计。本文从改进设计的视角出发，对可能引起斗臂剧烈震动的设计缺陷进行分析，找出这种设计缺陷的原因，并提出了改进建议。

关键词：斗轮机；俯仰装置；改进；设计

一般来讲，斗轮机主要是利用斗臂来实现物资的装卸，这种作业模式使得斗臂的负载一直处于较大状态，且斗臂本身长度较长，在卸载物资时容易产生较大的惯性。若俯仰装置设计的不够合理，极有可能会使得斗臂在运行中出现较大的震动，不但会影响工作效率，还可能会造成较大的安全隐患。因此对斗轮机的俯仰装置进行改进设计是十分有必要的。

一、当前斗轮机俯仰装置设计中存在的缺陷

當前许多斗轮机的俯仰液压系统都存在设计的缺陷，没有对液压缸背压问题进行分析，从而导致在斗轮机的下降过程中，悬臂液压缸经常出现振动，噪音，且随着使用的频繁，情况愈见严重。有时甚至出现斗轮机整体的晃动。这样的情况对于斗轮机和钢结构等都造成了极大的损害，并且对于操作司机形成安全隐患。虽然可以通过改变调速阀调整悬臂俯仰的速度，用以减轻振动，但是效果不明显，并且俯仰速度过慢直接影响生产效率。综上所述，设计的缺陷直接影响工作的安全，效率，甚至在厂区形成重大的安全隐患。

二、设计缺陷问题的成因分析

1、负值负载

对某些斗轮机平衡性进行测定时会发现斗轮机臂架的配重较轻。因此当斗轮机悬臂移动到平衡位置后，因为配重作用，液压缸受到的负载作用力方向变成了同液压缸活塞杆运行方向相同，从而出现负值负载。在负值负载的作用下，元件被拉伸，但是进油腔里的液体不能承受拉力，使得活塞的运动速度加快甚至失控，与此同时进油量不足，进油腔压力骤降，液体被拉断，使得液压缸产生噪音。

2、环境温度

斗轮机的运行情况在一定程度上受到温度的影响。在工作环境温度较低时，油液的粘稠度较高，平衡阀控制油路的阻力加大，从而使得整个臂架运行比较平稳。相反，当工作环境温度较高，油液的粘稠度变低，阻力变小。当斗轮下降时，液压缸回油管路上的背压减小，斗轮等元件因为自重加速下降，使得液压缸进油腔的压力降低。当压力降至平衡法关闭的压力时，平衡法关闭。元件瞬问停比运作，而液压缸进油腔压力开始回升，当压力升高到开启压力时，平衡阀开启，各部件开始加速下降。交替出现以上情况，斗轮机悬臂则会出现振动现象。

3、液压油中存在的气体

在液压油中存在的气体有两种，即溶解的空气和掺杂的空气。通常来说，在一定温度时，溶解在液体中的气体的体积与压力成正比。因此当压力升高，油液中溶解的空气伴随压力上升增加。压力降低时，空气从油液中被分离出来形成气泡。混杂在液体中的空气以气泡状态悬浮在油液中，直径约为0.25～0.5mm。若油液的绝对压力降低至油液的空气分离压力时，油液中过于饱和的空气会析出，以微小的气泡为中心聚集，并慢慢膨胀为体积较大的气泡，并慢慢增加数量，形成大量气泡。当油液里形成气泡时，油液流动性变差，并且出现噪声和振颤。若气泡破裂，会产生对局部的冲击，从而造成金属疲劳。

三、斗轮机俯仰装置的改进设计方法

从以上分析可以看出，要解决斗轮机俯仰液压系统中液压缸背压问题，可以考虑在斗轮机的悬臂俯仰液压缸后腔油路加装一只单项节流阀，用以调节回油路节流，而进油路全部打开，不节流。对于改进之后的斗轮机液压系统，当后腔进油时，后腔的单向节流阀全部打开，也就是进油路全部打开，活塞杆伸出，斗轮机悬臂上升。相反的，当前腔进油时，也就是回油路进油时，后腔的单向节流阀节流，也就是回油路节流，活塞杆收回，斗轮机的悬臂下降。在这两个运动过程里，因为斗轮机下降回油路的节流阀，会形成局部的阻力，使得液压缸回油腔产生背压，且运动速度越快背压也就越高，背压的力量便会形成阻尼力。由于存在阻尼力，使得液压缸速度在负值负载的作用力下不会出现失控。而且可以有效抵制运动元件的振动。从而大大提升元件运行的稳定性，使得斗轮机悬臂液压缸升降平稳。另外，因为液压缸回油腔背压存在，导致系统压力升高，若油液绝对压力高过油液的空气分离压力时，油液里的溶解空气就不容易出现分离形成气泡的现象，也能够有效预防温度变化对液压系统造成的振颤。此外，还可以依据斗轮机机臂架平衡性的实际情况，做出相应的调整配重，调整到配重与各个部件处于相对合理的平衡状态，从而进一步提升系统稳定性，减少系统的工作压力和负值负载，用以延长系统中各个部件的寿命。

四、改进前后液压俯仰系统的比较

1、压力控制回路

改进前使用平衡阀保压，因为平衡阀是滑阀控制，内泄量较大，因此非工作期间时，液压缸在臂架重力的作用下明显下降，对斗轮机稳定性造成不利影响。在液压缸停比运动时，管路需承受同液压缸相同的压力。因此没有考虑到对液压缸过载进行保护。改进后使用电磁溢流阀为安全阀控制系统最大作业压力。电机启动时，电磁溢流阀供电，溢流阀全部打开卸荷，液压泵在零负荷、最大流量下启动，液压油以最大流量通过溢流阀流回油箱，产生热量，因此液压缸无动作期间要求停机。电磁溢流阀停比供电，溢流阀关闭，将系统压力建立起来。

2、流量控制回路

改进前使用回油节流调速回路提高液压缸稳定性，但会引起压力损失。因此采用回油调速，需提高泵的工作压力，但这样会增加功率损耗，提高发热量；当液匿瓴上升，因无籽腔垂积大，有杆腔压力比无杆腔压力大，增加液压缸和管道的压力，使系统处于危险状况。改进后采用比例阀调节流量，分别控制液压缸上升下降速度，用不同电流控制阀开口度控制流量。比例阀有位移反馈，有斜坡时问带减缓冲击，可以实现液压缸伸缩速度基本一致，提高系统工作效率，使液压缸速度可调。

3、方向控制回路

改进前采用直动式换向阀作主换向阀。因为系统流量大，每次换向都会产生冲击。改进后采用先导式换向阀作为主换向阀，可减缓主阀芯换向的速度，从而减小冲击。

五、结束语

经过改进，斗轮机的液压回路系统得以稳定运行，即使载重较大，斗臂也不会出现较大的震动现象，这说明俯仰装置处于良好的平衡状态。实践证明，这样改进俯仰装置后，还可以减少系统各个部件的磨损，极大的延长了斗轮机的使用寿命。斗轮机是众多工业项目和工程项目的重要机械设备，斗轮机的悬臂变幅一般为液压控制系统，因此液压系统的完善与稳定对于机械的正常运转，工程的作业安全和生产效益有着至关重要的作用。本文的研究成果可以在实践中大力推广使用，以提升斗轮机的整体设计水平。

参考文献：

[1]张树敏. 斗轮机俯仰装置的改进设计[J]. 黑龙江科技信息， 2011（15）：12-12.

[2]陈滨生. 斗轮机俯仰装置的改进设计[J]. 科技致富向导， 2014（33）：100-100.