整體液壓俯仰型式臂式斗輪機(jī)伸縮油缸各個(gè)鉸點(diǎn)的幾何布局

王文龍 蘇士超

北方重工裝卸設(shè)備分公司

整體液壓俯仰型式臂式斗輪機(jī)伸縮油缸各個(gè)鉸點(diǎn)的幾何布局

王文龍 蘇士超

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整體液壓俯仰型式的臂式斗輪堆取料機(jī)，是由油缸的伸縮來完成俯仰動(dòng)作的。本文主要介紹伸縮油缸各個(gè)鉸點(diǎn)的幾何布局，這是完成俯仰運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容

俯仰型式臂式斗輪機(jī);伸縮機(jī)構(gòu)；油缸；幾何布局

在整體液壓俯仰型式的臂式斗輪堆取料機(jī)(以下簡(jiǎn)稱為斗輪機(jī))俯仰過程中，雖然運(yùn)動(dòng)是在空間完成。但就我們目前設(shè)計(jì)的斗輪機(jī)，其俯仰運(yùn)動(dòng)仍然是平面運(yùn)動(dòng)，只不過是在垂直的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)而已。另外，從機(jī)構(gòu)學(xué)來說，這種油缸的伸縮仍屬于曲柄搖塊機(jī)構(gòu)，只是由于把搖塊換成了油缸，所以人們稱之為擺動(dòng)式油缸機(jī)構(gòu)(因?yàn)橛透椎妮S線是擺動(dòng)的，不能稱之為曲柄滑塊機(jī)構(gòu))，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)明白這普遍的物理概念。

1.油缸的布局

這種伸縮式油缸從油缸的軸線來分，有兩種形式，一種是對(duì)中式布置，即油缸的兩個(gè)鉸點(diǎn)都在油缸的軸線上；另一種是偏置式布置，即油缸的非活塞桿上的鉸點(diǎn)不在油缸的軸線上，而偏在油缸體的外側(cè)，我們一般應(yīng)用前者。

因?yàn)槎份啓C(jī)的大臂俯仰的角度是為挖取堆頂和堆底的物料服務(wù)的，所以將大臂上抬和下俯到堆頂和堆底之后才能布置油缸的各個(gè)鉸點(diǎn)，當(dāng)各鉸點(diǎn)的幾何尺寸布置之后，應(yīng)驗(yàn)算這幾個(gè)鉸點(diǎn)及油缸的伸縮能否完成這仰與俯的兩個(gè)極限位置。

由于實(shí)際使用中，料堆可能整體下沉造成下俯角度加大，另外，還可能由于安裝制造誤差造成油缸的行程有可能不足，另外若活塞桿全部伸出，則導(dǎo)向性很差。這些實(shí)際中出現(xiàn)的問題是一個(gè)成熟的設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)考慮周全的。從從容地完成上仰和下俯的角度來看，油缸的行程(即伸縮量)是越大越好，但從油缸活塞桿的穩(wěn)定性來看，行程是短些為好。所以，這幾個(gè)幾何鉸點(diǎn)的設(shè)計(jì)需要很精確和合理的，一般情況下，我們都是在行程正好滿足堆高和堆底的前提下，再上下各加一個(gè)50mm左右的行程。

2.油缸的長(zhǎng)度

除了行程之外，油缸由于其自身結(jié)構(gòu)的需要有一個(gè)剛性的長(zhǎng)度(這個(gè)剛性長(zhǎng)度主要包括耳環(huán)——我們稱為缸頭、活塞、前后端蓋、導(dǎo)向套等)，而且一般情況下這個(gè)剛性長(zhǎng)度很難壓縮，即是一個(gè)定值。(見圖1)

圖1 《油缸的伸縮示意圖》

當(dāng)油缸的活塞桿伸縮到最小的尺寸時(shí)，二耳環(huán)之間的距離為一個(gè)行程和剛性長(zhǎng)度之和；當(dāng)油缸的活塞桿伸出到最大尺寸時(shí)，二耳環(huán)之間的距離為二個(gè)行程和剛性長(zhǎng)度之和。這就象自行車打氣筒一樣，當(dāng)用打氣桿向下壓縮氣體到打氣筒的最底時(shí)，打氣筒要比(行程)長(zhǎng)一些，這是因?yàn)橛薪Y(jié)構(gòu)上的剛性長(zhǎng)度的存在，當(dāng)拔出打氣桿到最頂端時(shí)，打氣筒的總長(zhǎng)是二個(gè)打氣桿的長(zhǎng)度和剛性長(zhǎng)度之和。但不論如何，后者除以前者都大于1而小于2。這其中的道理請(qǐng)列式即可解得。

為說明方便，令油缸這個(gè)結(jié)構(gòu)剛性長(zhǎng)度為L(zhǎng)結(jié)長(zhǎng)，根據(jù)2.1節(jié)最后的論述我們?cè)谟透最~定行程的兩端各加上50mm來考慮和分析問題。令上下各加上50mm后的油缸活塞桿伸出后兩鉸點(diǎn)的最大極限距離為L(zhǎng)伸極，油缸活塞桿收縮后的兩鉸點(diǎn)的最小距離為L(zhǎng)縮極，(在實(shí)際設(shè)計(jì)斗輪機(jī)的俯仰行程限位開關(guān)的時(shí)候，應(yīng)將工作行程限位開關(guān)布置在上下未加上50mm的位置上，因?yàn)檫@上下50mm是留給料堆的下沉和增加活塞的導(dǎo)向性的)。

再令此時(shí)的油缸活塞的行程為L(zhǎng)行極，很明顯，L行極=L伸極-L縮極。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)的CAD圖上時(shí)也還是要做出上下沒加上50mm時(shí)的圖形來，即理論額定兩鉸點(diǎn)的距離，其伸出額定距離為L(zhǎng)伸額，其收縮后的額定距離為L(zhǎng)縮額，此時(shí)，斗輪的輪斗在高位置緊貼物料的堆頂?shù)纳媳砻?；在低位時(shí)斗輪輪斗的是緊貼地面(留200mm即可)的。

3.驗(yàn)算各鉸點(diǎn)幾何尺寸

很明顯，油缸收縮到最小尺寸L縮極，要保證行程L行極，全部退回到油缸內(nèi)并要保證不得壓縮L結(jié)長(zhǎng)，所以，L縮極，充分和必要條件是：L縮極≥L行極+L結(jié)長(zhǎng)——①

當(dāng)油缸伸出到最大的尺寸L伸極時(shí)，即是從L縮極又伸出一個(gè)行程L行極的過程，即是①式的兩邊各加上一個(gè)L行極得過程，得：L縮極+L行極≥L行極+L行極+L結(jié)長(zhǎng)

即得有：L伸極≥2L行極+L結(jié)長(zhǎng)——②

這①，②兩式就是驗(yàn)算幾何尺寸能否完成俯仰角度的關(guān)系式。式中L結(jié)長(zhǎng)是油缸的參數(shù)，對(duì)應(yīng)不同直徑的油缸，可在樣本中查到該尺寸，而其他三個(gè)尺寸是可以用作圖法得到的。

結(jié)語

整體液壓俯仰型式的臂式斗輪堆取料機(jī)是由油缸的伸縮來完成俯仰動(dòng)作的。油缸只而一個(gè)執(zhí)行元件， 對(duì)于斗輪機(jī)設(shè)計(jì)者來說應(yīng)該掌握的內(nèi)容除伸縮油缸各個(gè)鉸點(diǎn)的幾何布局還有以下五點(diǎn)

1.油缸的機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的計(jì)算(如油缸活塞桿及搖桿的速度，角速度，傳動(dòng)角及各個(gè)角度相互間的變化對(duì)各桿件受力的影響等)；2.斗輪機(jī)上部重量對(duì)伸縮油缸拉力和壓力的分配3.斗輪機(jī)上部重心的確定及各種構(gòu)件的受力計(jì)算。(這部主要應(yīng)用平面力系的彎矩平衡方程、力系平衡合力為零、杠桿原理來計(jì)算)。4.如何確定斗輪處的離地力或用流體壓差法確定離地力。5.液壓系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)。

[1]《斗輪堆取料機(jī)》化工工業(yè)出版社

[2]《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》化工工業(yè)出版社