张艳燕 丁超

摘  要：斗轮堆取料机被广泛应用于港口、冶金、电力等领域，斗轮是斗轮堆取料机的关键组成部件。相较于传统滑阀控制、泵压控制，直接驱动式液压控制系统更高效、更节能。基于此，本文针对斗轮机液压驱动装置设计进行探讨，使用直插式阀块简化液压系统结构，提升了斗轮堆取料机运行效能。

关键词：斗轮堆取料机;液压驱动;驱动装置;直插式阀块

中图分类号：TH137    文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2021）03-0000-00

0 引言

斗轮堆取料机的斗轮转动需要液压驱动装置来提供稳定持续的动力，因此对斗轮驱动装置的性能提出更高要求，由于驱动装置的激励容易导致变幅装置强振，因此容易导致斗轮堆取料机运行不稳。由此可见，优化斗轮液压驱动装置的结构和参数对于改善斗轮堆取料机的整体稳定性和性能具有非常重要的意义。而通过直接驱动式液压驱动装置驱动斗轮可以节省能源、简化整机结构。因此，针对斗轮堆取料的直接驱动式液压驱动装置的研究十分必要。

1 直接驱动式斗轮液压驱动装置总体设计

1.1 装置的基本结构和运行原理

直接驱动式液压驱动装置主要包括充油、控制、作动、传动这四个子装置，其基本结构如图1所示。

由图1可知，直接驱动式液压驱动装置的硬件主要包括：充油安全溢流阀、充油止回阀、安全阀，大扭矩马达、主电动机、定量泵、充油泵及配套电动机等[1]。电动机驱动单向定量泵运转，泵送液压油从而驱动大扭矩马达。通过调节电动机转速来控制液压油流量，进而控制马达转速，通过控制电动机转矩实现负载转矩的控制。因此，电动机基于控制信号执行制定的动作，例如启动、停止、改变速度、改变方向、转矩调节等。

1.2 主要部件的选型及参数计算

本次设计的斗轮堆取料机斗轮直接驱动式液压驱动装置需要驱动斗轮转动，斗轮的传动机构核心是马达、花键。本次设计的装置采用的马达为赫格隆公司的CB560-480型马达，其具体性能指标参数如表1所示。

其中泵的总效率η=0.855，通过计算可知电动机功率应不低于75kW。而常用的交流电动机包括同步电动机、异步电动机两种，前者成本更高、精度也更高，而斗轮堆取料机不需要很高的控制精度，因此，考虑到成本，本次设计选用上海麒晟的YE1-90～355系列（IP55）高效率三相异步电动机，其额定功率为75 kW，具体技术参数如表2所示。

（3）主油泵选型以及参数计算。根据上文讲到的直接驱动式液压驱动装置的工作原理可知主油泵通过单向定量泵进行充油操作。因此，主油泵需要较大的液压功率，在实践中可以选用额定压强18 MPa，最大压强30 MPa的斜盘式轴向柱塞泵，马达转速达到7 rev/min对用的主油泵流量Q=211.4 L/min，同时装置的整体效率应达到80%以上，因此，主油泵需要的流量最大值可以通过公式（6）计算：

根据参数计算结果确定压油管内径为40 mm、外径为50 mm。同样的，可以解算出回油管的内外径参数，最终确定装置所用回油管内径50 mm、外径64 mm。

（6）阀的选型。考虑到直插式阀块的特点，本次设计的液压驱动装置采用宁波海虹液压有限公司螺纹插装阀。考虑到节能的需要，所选阀门的最大允许流量以及工作压力，调节范围等参数比较好，本设计选用的主回路安全溢流阀型号为三科AY42H型，辅助回路安全溢流阀选择A802Y型安全溢流阀。

（7）变频器选型。在选择变频器时，需要重点关注变频器的额定电压、额定电流、额定功率，确保这三个参数值大于电动机的对应参数值。本次设計的装置采用的变频器选用安川F7系列通用矢量控制变频器，并选用CIMR-F7A型额定功率为75 kW电动机的变频器，以更好的满足装置需求。

2 直接驱动式液压驱动装置关键构件设计

2.1 直插式阀块的设计

直插式阀块能够简化直接驱动式液压驱动装置的整体结构，可以大大提高装置的集成度，使用直插式阀块有利于液压驱动装置的小型化。本次设计的装置安全溢流阀、止回阀等部件集成在阀块上[2]。基于直插式阀块的特点，直接驱动式液压驱动装置的油源部分由直插式阀块、连接板构成。其中装置主回路的安全溢流阀充当安全阀，充油回路的溢流阀用于调节油压，止回阀用于确定充油方向，保证充油持续稳定进行，而管路通过连接板连接。

如果马达卡死，而泵仍然在工作时，装置中的油压会快速增加，最终导致马达损坏或管道爆裂，引发安全事故。因此，需要合理调节安全溢流阀的安全参数，确保液压驱动装置运行在安全压力下，当油压超出安全范围时自动泄压，从而有效防止安全事故的发生。装置所需的额定压力18 MPa，选用的AY42H型安全溢流阀的额定压力25 MPa，工作压22 MPa，符合装置要求。同时其最大流量为300 L/min，也高于装置需要的最大流量265 mL/min。充油回路中安全溢流阀的主要作用是控制充油压力，因为充油压力太大会增加能源消耗，而过小就不能进行稳定充油，本次设计的液压驱动装置按照实践经验将充油压力定位2 MPa[3]，充油回路所用的止回阀主要作用是确保充油稳定进行的基础上避免主回路液压油经充油回路泄漏，因此，压力越小，装置能耗损失越低，所以需要选用的止回阀应具有较大的开口，本次设计的液压驱动装置选用的止回阀型号为 XYF10-08/03.05，其开启压力为0.3 bar。基于上述要求设计的直插式阀块装配结构如图2所示。

2.2 油罐设计

在直接驱动式液压驱动装置中，单向定量泵、马达在运行中会漏油，需要补充液压油。在高压、高流量得环境下，液压油得泄漏量相对较大，常规的无动力充油难以保证装置的油压，需要利用充油泵进行充油[4]。充油压力通过阀块中的安全溢流阀控制，充油方向通过止回阀控制，充油泵油量必须大于所需充油量。多余的油通过安全阀返回到油罐。油罐包含阀块、连接板、主油泵、充油泵和其他零件，是整个液压驱动装置的核心部分。油罐的结构图如图3所示。

油罐維持正压实现充油操作，还可以有效地防止气蚀和蠕变。压缩空气滤清器可将油正压维持在一定范围。该装置选用的空气滤清器是QUQ型预加压空气滤清器，QUQ型预加压空气滤清器体积小、过滤性能稳定、压降小，不但可以简化油罐结构，也有利于对油液进行净化。该装置选用的空气滤清器可以使油罐正压维持在0.75 bar[5]，通过调节滤清器的止回阀可对油罐进行预加压，通过油罐中的油量来调节油罐的空气量，控制密封油罐中压力的变化。在运行期间，油罐中的压力在不超过0.75 bar的范围内变化，从而进一步确保装置充油操作的正常进行，同时可以避免油罐内压力过高损坏液压泵油封。

3 结论

为了满足斗轮堆取料机斗轮驱动需求，优化斗轮堆取料机斗轮液压驱动装置，基于直接驱动式液压驱动装置基本结构和工作原理，合理选用液压组件，设计、加工、制造符合要求的直接驱动式液压驱动装置是关键。通过优化可使液压驱动装置结构大大简化，减少了液压油管道数量和总长、采用直插式阀块实现各阀的集成，利用连接板实现管道连接可使装置的安装、使用、维护更加方便，装置运行效率更高。

参考文献

[1] 周立红.斗轮机液压系统技术改良的相关探究[J].工业C，2016（6）：26.

[2] 白旭.斗轮机液压系统技术改造[J].宁夏电力，2019（4）：67-70.

[3] 陈亮.斗轮机主机俯仰直驱式液压系统静动特性及控制的研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011.

[4] 秦世桐.斗轮机主机俯仰直驱式液压系统静动特性及控制的研究[J].中国科技投资，2017（9）：4-5.

[5] 贾延逊，黄有义，徐万鑫，等.插装阀在门式斗轮堆取料机起升机构液压系统的应用[J].起重运输机械，2015（3）：66-69.

收稿日期：2020-02-01

作者简介：张艳燕（1984—），女，山东济南人，硕士研究生，工程师，研究方向：先进制造与装备。

Abstract： Bucket wheel stacker and reclaimer is widely used in ports， metallurgy， electric power and other fields. Bucket wheel is the key component of bucket wheel stacker and reclaimer. Compared with traditional slide valve control and pump pressure control， the direct drive hydraulic control system is more efficient and energy-saving. Based on this， this article discusses the design of the hydraulic drive device of the bucket wheel machine， and uses the in-line valve block to simplify the structure of the hydraulic system and improve the operating efficiency of the bucket wheel stacker and reclaimer.

Keywords： bucket wheel stacker and reclaimer; hydraulic drive; drive device; in-line valve block