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多功能抑尘车液压系统设计

周春伟　尹腾飞　朱永智　胡亚荣

河南森源重工有限公司　河南省长葛市　461500

摘　要：液压驱动的多功能抑尘车具有结构简单、噪音小、污染小、可靠性高、操作灵活,而且雾化效果好,喷雾射程远等特点.本文简要介绍了多功能抑尘车的结构组成和工作原理,根据工况要求进行了液压元件的选择和各液压回路的拟定,最后完成了整车液压系统的设计.

关键词：多功能抑尘车；液压系统；液压回路

1　引言

近年来随着我国经济的发展、城市人口的过快增长以及城市化进程的加快,粉尘等悬浮颗粒已成为一种环境污染,甚至是环境灾害.它对人体健康、生产生活、交通安全等方面带来诸多危害,已经影响到经济社会的可持续发展.因此对粉尘的治理势在必行,政府在提出“节能减排”和“发展新能源”等措施之外,也在不断发展粉尘治理设备.多功能抑尘车可以通过远距离喷洒清水或抑尘液来达到降尘的目的,目前已经取得良好的效果.现有的多功能抑尘车多采用发电机组来提供动力,产生的电能再通过电控装置提供给水泵电机、风机和动力单元等.这种结构存在电压不稳定、可靠性差、噪音大、安全系数低等缺点,而且无法实现无级调速,不能对风机风量进行调节,同时由于发电机组由副发动机驱动,排出的尾气又会造成二次污染.液压驱动系统由底盘发动机取力,带动液压泵输出高压油来驱动各个液压马达和变幅油缸完成相应的动作,该系统结构简单、可靠性高、噪音小、污染小,且能实现无级调速,提高了操作灵活性和作业效率.

2　结构原理

多功能抑尘车是在汽车二类底盘上改装而成,它主要由汽车底盘、罐体装置、喷雾装置、水泵装置、回转驱动、变幅机构等组成,如图1 所示.多功能抑尘车喷雾距离一般为60 到120 米,罐体容积约为7 方到14 方,主要作用是喷雾抑尘,同时具备洒水和道路冲洗功能,可以有效抑制扬尘的产生.多功能抑尘车通过高压水泵从罐体装置中吸入清水或抑尘液,输出的高压水经过管路到达喷圈上的喷嘴,喷嘴将水雾化成与粉尘颗粒大小相当的水珠,同时来自喷雾装置中的风机提供的风压将水珠颗粒吹到空中,由于水珠颗粒大小和粉尘颗粒大小接近,粉尘颗粒随气流运行过程中与水珠颗粒产生接触变得湿润.湿润的粉尘颗粒吸附其它颗粒而逐渐聚结成粉尘颗粒团,颗粒团在自身重力作用下而沉降,从而达到抑尘的效果.另外多功能抑尘车通过喷雾装置左右旋转和上下变幅可满足不同喷雾区域的要求[1].

3　液压系统设计

3.1　主要液压元件的选择

3.1.1　执行元件

由图1 可知,多功能抑尘车主要实现高压水泵的旋转、风机的旋转、喷雾装置的左右摆动、喷雾装置的变幅动作,由此可知执行元件需要完成直线和回转运动.目前我司所选用的高压水泵输出功率15kw 左右,转速最大为550r/min,可选用摆线马达通过联轴器来驱动水泵工作.风机的输出功率较大,转速约为1500 r/min,初选压力较高,可选用柱塞马达实现风机的旋转动作.喷雾装置的摆动范围为&plun;90°,驱动功率较小,可选用带有自锁装置的回转驱动即可满足要求,该装置结构简单,安装方便.喷雾装置的变幅动作可选用双作用油缸来实现上下往复运动.

3.1.2　动力元件

由于液压系统工作负载差异较大,对流量的需求也不相同,因此动力元件拟定选用多联泵来提供动力.其中风机马达的流量大,压力高,且有调速要求,因此变量柱塞泵不失为较好的选择,斜盘设计的轴向柱塞变量泵,可用于闭式回路中的静压传动,其流量随着斜盘角度的增加而增加.而水泵马达需要单独动作,可选齿轮泵为其提供动力.变幅油缸和回转马达的流量较小,压力较低,且无组合动作要求,因此可用小排量的齿轮泵作为液压源.综上所述,动力元件选用带通轴驱动的轴向柱塞变量泵和双联齿轮泵,根据汽车底盘器输出转速的大小,选用相应的排量,来满足不同流量回路的供油要求[2].

3.1.3　控制元件

多功能抑尘车可供液压管路布置的空间较小,因此可选用标准化、系列化的集成阀组来实现执行元件开关和方向的控制.其中水泵马达仅有开关要求,而变幅油缸和回转马达需要开关和方向的要求,因此可根据对应回路的最高工作压力和最大流量设计水泵阀组和变幅回转阀组,电磁阀控制电压可选用DC 24V,由汽车底盘提供即可.

3.1.4　辅助元件

多功能抑尘车工作环境较差,粉尘较多,所以油箱应具有良好的过滤功能,在油箱的吸油口、回油口、油箱盖处应分别设置吸油滤清器、回油滤清器、空气滤清器,为了观察油箱内液位和温度变化,箱体上应安装有液位液温计.柱塞变量泵和柱塞马达可采用闭式液压回路,因此可根据补油泵的流量选择符合要求的冷却器.最后根据系统的压力和流量选用相应的管接头和油管.

3.2　各系统液压回路设计

3.2.1　风机马达回路

通过上述分析可知,该回路流量大,压力高,且有调速要求,执行元件仅为风机马达,因此可采用闭式液压回路,闭式系统不需要太大的油箱,变量控制方便,管路布置简单,污染较小,且适合用于大流量系统[3].因为泵和马达需通过泄油来散热和润滑内部元件,所以需要有补油泵进行补油,以及冷却器进行散热,选用电气比例控制方式对柱塞泵排量进行控制.具体回路见图2.

3.2.2　水泵马达回路

根据高压水泵工况可知水泵马达仅需向一个方向旋转即可,因此回路中包括二位二通常开阀和安全保护的溢流阀.另外在工作油路中串联一个截止阀用来调节溢流压力.具体回路见图3.

3.2.3　变幅回转回路

喷雾装置需要实现左右旋转和上下升降动作,可采用三位四通换向阀满足换向要求,控制回转马达的换向阀中位机能为O 型,因回转惯性力较小,无需增加缓冲阀；变幅油缸要求能够在升降过程中任意位置停留、防止加速下落,因此需要平衡回路,拟定采用单向平衡阀,换向阀中位机能为Y 型.另外增加起卸荷功能的二位二通常开阀和起安全保护的溢流阀,回路见图4.

3.3　整车液压回路设计

综合上述的分析来看,风机马达回路采用闭式系统,水泵马达回路和变幅回转回路采用开式系统,动力元件采用变量柱塞泵和双联齿轮泵方案,柱塞泵选用电气比例控制,控制电压24V, 选用DEUTSCH DT06-2SEP04插头；采用电控方式的水泵阀组和变幅回转阀组,控制电压DC 24V,均由汽车底盘提供电源.由此拟定出多功能抑尘车液压系统原理图,如图5 所示.

4　结语

本文简要进行了多功能抑尘车两种传动形式- 电力传动和液压传动的性能比较,介绍了其结构组成和工作原理,根据工况分析完成了液压元件的选择和各个控制回路方案的设计,最后拟定了整车液压原理图.液压系统作为一个开放的系统,对于相同执行元件的性能要求会有不同的回路方案,本文所设计的液压系统已在本公司多功能抑尘车上得到了成功的应用,实验结果证明,该系统结构简单、噪音小、可靠性高、操作灵活,而且具有雾化效果好,喷雾射程远等特点.

参考文献：

[1] 季宝全. 多功能抑尘车结构设计与原理[J].专用车与零部件,2016,（03）：84-85.

[2] 雷天觉. 新编液压工程手册[M]. 北京：北京理工大学出版社,1998.

[3] 潘守江,王长祥,夏永伟,赵建霞. 混凝土搅拌运输车液压传动系统设计[J]. 商用汽车,2010,（S7）：50-51.

作者简介

周春伟：（1987.03—）,男,河南许昌人,硕士,从事专用车液压系统设计.

尹腾飞：（1981.10—）,男,湖南益阳人,硕士,从事专用车液压系统设计.

朱永智：（1972.9—）,男,河南长葛人,大学本科,中级工程师.

胡亚荣：（1988.05—）,男,河南洛阳人,学士,从事专用车结构系统设计.

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