液压定位锁止装置设计

贾 源，黄坤程

(中国恩菲工程技术有限公司 冶金事业一部， 北京 100038)

液压定位锁止装置设计

贾 源，黄坤程

(中国恩菲工程技术有限公司 冶金事业一部， 北京 100038)

作为热料输送系统的组成部分之一，液压定位锁止装置对于提高系统运行的可靠性、安全性具有重要作用。本文阐述了该装置的工作原理，总结了其总体设计的要点，介绍了其液压原理图，并讨论了该型装置在其它设备中的应用实例。

液压定位锁止装置； 工作原理； 液压原理图

0 前言

为满足某项目中工艺流程的要求，实现高温物料的长距离、大运量转运，中国恩菲公司自主研发设计了热料输送系统：回转窑排出的高温物料盛装在料罐中，并经由料罐运输车及起重吊车转运至电炉上方的料仓内。

该系统在运行过程中，料罐运输车在提升井下方的准确停位十分重要。若停位不准，将给起重吊车取放料罐带来不便，严重时会造成料罐在提升过程中倾翻，高温热料溢出，影响输送系统的安全运行。

为了保证料罐运输车停位的准确，系统中配置了液压定位锁止装置。其为提高整个输送系统的可靠性、安全性起到了重要作用。

1 总体结构及工作原理

液压定位锁止装置的总体结构如图1所示。推臂和液压缸成组配对，对称安装于机架的竖直中心线两侧。推臂可以在液压缸推力及拉力作用下，在一定角度范围内绕中心支座的固定铰点摆动。同时，料罐运输车上安装有拨块，作为液压定位锁止装置向其施加推力的传力部件。

1.液压缸A 2.推臂A 3.料罐车拨块 4.推臂B 5.液压缸B 6.机架 7.中心支座图1 液压定位锁止装置总体结构图

液压定位锁止装置固定安装在提升井下方，料罐车轨道某侧的地面上。常态下，两侧液压缸活塞杆收回，两个推臂均处于最低位置处，呈相对打开状态。当料罐运输车行驶至提升井下方后，在电感式接近开关的控制下，运输车完成初次停位。受接近开关灵敏度、运输车惯性等因素的影响，初次停位往往是随机的，停位精度约为±100 mm。停位后，料罐车拨块将处于两推臂夹角范围内的某个位置上。

然后，一侧液压缸先行动作，推动对应的推臂摆动升起，直至与中心支座贴合，到达最高位置处；随后，另一侧液压缸与推臂动作。由于料罐运输车初次停位的随机性，一定会有一个推臂的滚子在升起过程中顶到拨块并将车推动。当两个推臂都升起至最高位置后，其上的滚子正好将拨块夹紧。经此过程后，料罐运输车的停车位置是唯一确定的，保证了吊车取放料罐时的可靠与安全。同时，在料罐随吊车升降的过程中，液压缸始终保持压力，防止运输车的滑动移位。

2 机构总体设计

液压缸和推臂是液压定位锁止装置的两个核心部件。设计时，应首先确定液压缸的规格和推臂的结构尺寸，并以此作为基础进行其它零部件及液压系统的设计。

为便于设计与计算，将液压定位锁止装置表示为图2所示的机构简图。由于装置的总体结构为对称关系，计算时可选取一个液压缸和推臂组成的机构作为研究对象。

图2 液压定位锁止装置机构简图

设推臂固定铰支座为A，液压缸的固定铰支座为B，推臂与液压缸连接的铰接点为C，滚子的铰接点为D。R、r、c为推臂的主要结构尺寸，并可确定出β的值；L表示液压缸的长度；k表示A、B两点之间的距离；α表示AD连线与水平线之间的夹角，即推臂的位置状态，设计时取34°≤α≤90°；W表示推臂推车时受到的阻力，其在大小上与推臂推车力W′相等，方向相反；F表示液压缸输出的推力。

2.1 液压缸推力F

由虚位移原理[1]：

F·dL-W·dx=0

(1)

式中 dx—推车阻力W的虚位移； dL—液压缸推力F的虚位移。

由公式(1)可推得：

(2)

由各尺寸间的几何关系可知，推车力作用下罐车的位移为：

x=R·cosα

(3)

液压缸的长度为：

(4)

公式(3)、公式(4)分别对α一阶求导，可得：

(5)

(6)

将公式(5)、公式(6)带入公式(2)可得液压缸推力的计算式：

(7)

在公式(7)中，推车阻力W可以根据料罐车的自重、最大载荷量及行走轮结构求得，为已知量。当选定R、r、c、k取值后，可以得到在α变化范围内任一值下液压缸的推力F。

2.2 推车速度v2

设液压缸推速为v1，并取定一个值。当推臂旋转一个角度，α由α1变化到α2时，液压缸的长度也由L1变化到L2。则根据液压缸与推臂动作的相互关系，可以得到推臂推动罐车在水平方向的移动速度：

(8)

公式(8)中，34°≤α1<α2≤90°，且L1

2.3 计算与分析

借助Excel，可以方便的调整R、r、c、k的取值，得出在α变化范围内的各推力值F，以及装置推动罐车的速度v2，并绘制出F与v2的变化曲线。

图3所示是经过反复配凑计算后得到的F与v2的变化曲线。

需要说明的是，根据液压定位锁止装置及料罐车拨块的相对位置关系，只有当α≥65°时推臂上的滚子才可能顶到拨块。也就是说，从推车的角度来讲，[65°，90°]是装置的有效工作区间。从图3可以看出，在该区间范围内，液压缸的推力及推车速度变化均较为平缓，这对于液压系统运行的平稳性，以及料罐车移动的安全性，都是十分有利的。

至此，确定了液压缸的最大推力和推臂的主要结构尺寸。以此作为基础，可以进行液压缸的选型、推臂的详细设计和强度校核，以及其它零部件的设计。

图3 液压缸推力及推车速度随推臂方位角变化曲线

3 液压原理图

液压定位锁止装置的液压原理图如图4所示。定位时，电磁铁1YA通电，直至液压缸A的活塞杆伸出至最大极限位后，接近开关2SQ闭合，液压缸A锁止；随后，电磁铁3YA通电，液压缸B完成相同动作后锁止。解除定位锁止时，电磁铁2YA和4YA相继通电，两个液压缸的活塞杆相继收回，直至回到初始位置，接近开关1SQ和3SQ闭合。

1.叶片泵 2.电动机 3.电磁溢流阀 4.电磁换向阀 5.单向阀 6.叠加式单向阀 7.单向调速阀 8.蝶阀 9.球阀 10.油箱 11.测压排气接头 12.压力表开关 13.温度计 14.电加热器 15.空气过滤器 16.液位继电器 17.过滤器 18.电磁水阀 19.冷却器图4 液压定位锁止装置液压原理图

在两个液压缸的主油路上，均设置有叠加式单向阀，其与具有Y型中位机能的电磁换向阀配合，可确保液压缸的锁止，避免其受外力而移动。

4 其它应用

图5所示是该型液压定位锁止装置的另外一个实用案例。装置安装在某沿钢轨运行的移动小车上。当小车需要在某个位置停车并进行其它工作时，可利用该装置夹紧轨道，防止溜车。同时，将推臂设计成图中所示的钩状，还可以防止小车受侧向外力而倾翻。

1.钢轨 2.液压定位锁止装置图5 液压定位锁止装置的其它应用形式

5 结语

本文阐述了一种应用于热料输送系统的液压校正锁止装置的工作原理与过程；基于虚位移原理与几何计算，详细讨论了液压定位锁止装置的总体设计的要点；介绍了该型装置的液压原理图；并讨论了该型装置在其它设备上的应用实例。

[1] 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学[M].北京：高等教育出版社，2002.

Design of Hydraulic Detent Locking Device

JIA Yuan， HUANG Kun-cheng

As a part of the hot material delivery system, hydraulic detent locking device is very important to improve the reliability and safety of the system. This article expounds its working principle, summarizes the key points of the device designing, introduces the hydraulic schematic, and gives an example for its application in other equipment.

hydraulic detent locking device； working principle； hydraulic schematic

2015-06-12

贾 源(1985-)，男，湖北竹山人，工程师，研究生，主要从事火法设备设计工作。

TH137

B

1003-8884(2015)05-0044-04