气力卸船机液压吸臂的研究与应用

3． 2
液压系统设计 其液压系统如图 3 所示。节流阀 8 控制活塞杆运 动速度。由于在液压缸活塞缸往回缩的过程中， 臂架 致使活塞向下运动过程 因为自身的重量会自行下落， 中产生震动和冲击， 运动不平稳。 所以采用外控式平 衡阀 10 形成背压， 使运动平稳。电磁换向阀的动作由 按钮时， 手提式按钮开关控制。当操作人员按“一上 ” 电磁换向阀 7 阀芯移动到左位， 压力油经换向阀、 单向 节流阀、 液控单向阀、 外控式平衡阀中的单向阀到达油 缸无杆腔， 推动活塞移动， 则第一节臂在油缸推动下向 上升起。有杆腔液压油流回油箱。当操作人员按 “一
Байду номын сангаас
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减速机的参数设计 在回转平台中， 液压马达是动力源， 它输出的动力
经过减速机传递到小齿轮上， 小齿轮与回转支承啮合， 带动液压吸臂底座左右转动。 在实际操作中， 由于现 场情况复杂， 液压吸臂前端的吸嘴会碰到船体上 ， 另外 在抽吸物料的时候， 由于物料的不均匀， 都会对液压吸 臂产生一定的扭矩， 这个扭矩值的具体大小是不确定 经过液 的。在吸嘴处产生的扭矩传递到回转平台时， 压吸臂长度的放大， 已经变成了很大的一个值。 这个 扭矩会对减速机造成很大的危害 。 臂架完全伸展开是 18 m 长， 小齿轮与回转支承的 159 = 5. 89 ， 传动比 i = 经计算得减速机具体参数表 2 27 所示。
可见， 选定额定流量 Q N 为 50 L / min 伺服阀满足 要求。 同理 计 算 辅 闸 门 系 统， 得 负 载 实 际 流 量 Q2S 为 14. 4 L / min， 缸 径 取 为 50 mm， 杆 径 为 36 mm， 行程 50 mm； 伺服阀选用 SFL211 系列伺服阀， 额定流量为 25 L / min， 最大工作压力 21 MPa。
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气力卸船机液压吸臂的研究与应用
1， 2 1 1 曾亿山 ，耿乾坤 ，周保根
Research and Application of Hydraulic Suction Arm on Pneumatic Ship Unloader
1． 滤油器 2． 电动机 3． 油泵 4． 压力表开关 5． 压力表 6． 电磁溢流阀 7． 电磁换向阀 8． 叠加式双单向节流阀 9． 叠加式液控单向阀 10． 平衡阀 11． 油缸 12． 摆线液压马达 13． 回油过滤器
图3
臂架液压系统图
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过换向阀右位， 流经单向节流阀和液压锁进入液压缸 使活塞往回缩， 同时打开平衡阀， 无杆腔回油， 有杆腔， 第一节臂向下降。第二节， 第三节， 第四节臂运动过程 ［3 ］ 与第一节相同 。 3． 3 液压缸的设计 根据设计要求， 液压系统工作压力为 16 MPa， 通 过计算 得 知 每 节 液 压 缸 的 受 力。 根 据 公 式： D = 4 F1 × 10 －3 ， 可以求得液压缸缸筒内径， 参考《机械 πP 选取合适的值。 再由手册查得恰当的往复 设计手册》 运动速比 φ（ 即面积比 ） ， 根据公式： d = D 论排量： 399. 7 mL / r； 最大压降在连续， 间断， 尖峰的情 24 MPa 和 28 MPa； 最大理论扭矩 况下分别是： 20 MPa、 1440 在连续， 间 断， 尖 峰 的 情 况 下 分 别 是： 1108 Nm、 Nm 和 1650 Nm。 转速范围 （ 连续 ） 90 ～ 500 r / min， 最 大输出功率 40 kW。 按照减速机的输出扭矩来计算， 在液压吸臂完全水平展开的情况下 ， 吸嘴处的力为： F = M·i / L = 3655 ． 36 N — — 减速机额定输出扭矩 式中： M — i— — — 回转支承与小齿轮传动比 L— — — 液压臂完全水平展开长度 经过 现 场 应 用， 认为这个值足够保障设备正常 工作。 5 应用 本文根据用户要求设计了气力卸船机液压吸臂 。 设备经安装调试后， 现已在江苏某水泥厂码头用于粉 煤灰的卸船任务， 如图 4 所示。根据现场反馈， 设备使 能够根据货船的具体位置灵活调整 ， 满足了客 用方便， 户的需求。现场操作人员利用手提式按钮开关控制各 节臂的伸曲和整个臂的回转以带动端部吸嘴在船舱中 自由移动，并可任意定位。由于手提式按钮开关可连 接较长电缆， 故现场操作人员可站在码头岸边或散装 ［4 － 6 ］ ， 边观察吸嘴吸料情况边操作 保证 水泥船甲板上， 了设备运行的可靠性。
表2 额定输出 扭矩 / Nm 11173 减速机参数 制动扭矩 / Nm 300 额定输入转 速 / r·min 1800
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图4 参考文献：
实物图
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图2 液压臂架整体外形
部展开时能够达到水平状态， 每节臂都可以在 90° 范 围内转动。系统压力设定为 16 MPa。 本文介绍的液压吸臂主要包含有底座 、 回转平台、 液压泵站和支撑臂架以及配重块等部分 ， 如图 2 所示。 在液压吸臂的侧面焊有若干卡箍 。这些卡箍把料管固 定在臂上。 料管由无缝钢管与橡胶软管互相连接而 成， 在液压吸臂关节处用橡胶软管连接起来。 在料管 在底座 最前端连接有吸嘴。 支撑臂架由四节臂组成， 上装有两个油缸， 驱动第一节臂， 在第一节臂末端安装 有油缸驱动第二节臂， 以此类推。 给油缸供油的油管 固定在臂的侧面， 关节处采用的是高压软管连接。
下” 按钮时， 电磁换向阀 7 阀芯移动到右位，压力油经
1． 罗茨真空泵 2． 消音器 3． 仓泵 4． 集料过滤泵 5． 袋式除尘器 6． 液压吸臂 7． 物料管 8． 双筒吸嘴
图1
气力卸船机结构
3 3． 1
液压吸臂及其液压系统 液压吸臂的作用及其组成 在气力卸船机系统中， 液压吸臂作用主要有三点： （ 1 ） 实现臂架各节臂之间的连接与相互支撑 ； （ 2 ） 固定吸嘴并且把吸嘴放置于船上合适的位
参考文献： ［ 1］ 成大先． 机械设计手册 （ 第 5 卷） ［ M］ ． 北京： 化学工业出 2008． 版社， ［ 2］ 任慧丽， 刘延俊， 谢玉东． 烧结机布料闸门开度控制的电 J］ ． 机械与电子， 2010 ， （ 11 ） ： 61 － 63． 液比例系统［ ［ 3］ 胡林文， 王启志， 腾达． 一种基于 OPC Server 的液压伺服精 J］ ． 液压与气动， 2010， （ 5） ： 28 － 30． 确定位系统的设计［ ［ 4］ 吴进， 明廷涛， 沈健春． 电液伺服系统故障诊断技术研究 J］ ． 2011 ， （ 6 ） ： 13 － 18． 综述［
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求得活塞杆直径大小。最后根据计算结果在手册上选 取标准的活塞缸直径。 再根据其运动要求， 计算出液 由此确定液压缸长度， 结果如表 1 所示。 压缸的行程，
表1 液压缸参数 mm
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φ －1 可 φ
第一节臂 第二节臂 第三节臂 第四节臂 缸径 D 缸杆 d 液压缸长度 L 140 80 1783 180 100 1328 140 80 1033 90 50 812
置， 并可根据需要， 不断调整其位置； （ 3 ） 物料管固定在臂上， 在液压吸臂运动的过程 中带动物料管一起运动。它是气力卸船机系统中最灵 活的设备， 是整个气力输送设备的臂膀。 根据客户的要求， 液压吸臂长度要达到 18 m 长， 5 m、 5 m、 2 m。 全 分为四节， 各段长度依次定位 6 m、
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Δp = 53 ． 4 ＞ 50 ． 6 L / min Δp N
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缸， 灵活轻便， 液压吸臂带动吸嘴， 可以根据船舱的具 这对于散货卸船清仓等工 体情况达到一些特殊位置， 作大大地提高了效率。 2 气力卸船机 气力卸船机是一种具有结构简单、 有良好的清仓 。 性和无污染等特点的连续卸船机 它以空气作为承载 介质， 由真空泵产生负压， 把机械能转化为空气的动 使物料与空气沿一定管路从一处输送到另一处 ， 从 能， 而完成卸船作业。气力卸船机一般由吸嘴、 液压吸臂、 分离器、 真空泵、 空压机、 集料过滤泵和仓泵等组成， 如 图 1 所示。它包括正压部分和负压部分， 负压部分把 然后再由正压部分把物料从 物料从船上卸到仓泵中， 仓泵输送到贮库里。 通常使用的吸嘴是双筒吸嘴， 外筒是空气进入系 内筒是物料进入系统的通道。 物料和空气 统的通道， 经过吸嘴形成一定的混合比， 再经由物料管进入集料 过滤泵。在集料过滤泵顶部安装有很多袋式除尘器 ， 袋式除尘器的作用就是把把压力空气和物料分离开 ， 压力空气经由真空泵排放到大气中， 物料下落到仓泵 中， 再由空压机等正压输送设备输送到仓库中 ， 从而达 到卸船目的。
= 4 ． 21 × 10 3 m3 / s = 25 ． 3 L / min 双缸合计负载流量 Q z 为： Q z = 2 Q L = 2 × 25 ． 3 = 50 ． 6 L / min 选用航天 18 所 SFL212 系列伺服阀， 主要参数为： 额定流量 Q N = 50 L / min（ 单边 Δp N = 3. 5 MPa， 最大工 作压力 21 MPa。 伺服阀实际单边阀口压降 Δp = 4 MPa， 于是伺服 阀的实际工作流量 Q1S 为： Q1S = Q N
櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘 Q L = 0 ． 22 × 3 ． 14 × （ 0 ． 07 2 － 0 ． 05 2 ） 4 系统总流量 Q 为： Q = Q1s + 6 Q2s = 139 ． 8 L / min 泵选用轴向恒压变量柱塞泵 A10VO100 ， 排量为 100 mL / r， 变量开启压力设定为 18 MPa。 4 结束语 烧结机布料装置是钢厂的关键烧结设备之一 ， 对 于钢厂的连续生产起着关键作用 。根据钢厂烧结机布 料装置的工况特点， 采用电液伺服控制代替电液比例 控制， 实现了布料闸门的开度精确调节 ， 完成了烧结机 的自动、 可靠布料。
0220 收稿日期： 2012作者简介： 曾亿山（ 1965 —） ， 男， 安徽舒城人， 教授级高工， 主 要从事机电液一体化的教学和科研工作 。
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近年来， 随着散装货物卸船任务的增多， 气力卸船 机逐渐成为散货卸船的主力设备 。液压吸臂是气力卸 船机的重要组成部分， 与以往使用的桁架式臂架相比 可靠性高。 传统的桁架式臂架一般都很 较操作方便， 长， 柔度较大， 而且在起臂和作业时均受自重与轴向载
2 ZENG Yishan1， ，GENG Qiankun1 ，ZHOU Baogen1
（ 1． 合肥工业大学 机械与汽车工程学院 ，安徽 合肥 230009 ； 2． 上海福帝堡密封技术有限公司 ，上海 201100 ）
要：介绍了气力卸船机的工艺流程和相关设备 。说明了液压吸臂在气力卸船机中的作用。 根据客 户要求对气力卸船机液压吸臂进行了分析研究 ， 设计了由多节可活动的臂组成的液压吸臂 ， 并对其减速机进 摘 行了参数设计。该产品操作简单， 可靠性高。 关键词：气力卸船机； 液压； 吸臂； 减速机 中图分类号：TH244 1 引言 文献标志码：B 4858 （ 2012 ） 08009603 文章编号：1000。 而液压吸臂 从而导致大变形和应力 荷的作用， 架由若干节组成， 每节长度适中， 各节之间连接有液压