曾獻勇 ， 何文德 ，陳 昱 ，鄒修敏 ，孫菜蘭 ，劉 惺

（1.四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械工程學(xué)院，四川 瀘州 646300；2.西華大學(xué)航空航天學(xué)院，四川 成都 610039；3.四川邦立重機有限責(zé)任公司，四川 瀘州 646000）

在礦產(chǎn)開采與建筑拆卸作業(yè)中，一種行之有效的挖掘與破碎作業(yè)工具是沖擊破碎錘機械。破碎錘[1-2]的破碎鋼鑿產(chǎn)生高頻往復(fù)沖擊運動，可以將大塊或整體堅硬物體快速變成可以移動小塊物體。典型的破碎錘機械根據(jù)作業(yè)場合要求制成不同規(guī)格的機器，大型破碎錘需要安裝在工程車輛上（如長臂挖掘機）或?qū)Ｓ脵C械上進行工作，破碎機械如圖1 所示?；y高頻的換向?qū)崿F(xiàn)活塞的高頻振動，通過滑閥流出油缸T口的液壓油也存在高頻的脈動。為了避免管路壓力異常波動導(dǎo)致對液壓元器件造成損傷，通常在破碎錘進油通道和回油通道中增加管路溢流閥?；赜屯ǖ乐械墓苈芬缌鏖y可以增強液壓油的剛度，削弱回油液壓系統(tǒng)的震蕩[3]，對下游液壓系統(tǒng)中的元器件起到保護作用，防止出現(xiàn)液壓軟管爆裂、散熱器漏油等現(xiàn)象。破碎錘回油管路上較高的溢流壓力，使液壓系統(tǒng)發(fā)熱[4-10]嚴(yán)重；液壓油高頻震蕩會大幅縮短散熱器使用壽命；液壓油中的鐵屑等雜質(zhì)也極易刮傷液壓元器件工作表面。為此，課題組提出了一種破碎錘獨立抽油冷卻系統(tǒng)，可降低系統(tǒng)發(fā)熱量，提高系統(tǒng)清潔度，并大幅延長散熱器的使用壽命。

圖1 破碎機械

1 破碎錘的組成及工作原理

破碎錘的工作原理是應(yīng)用液壓系統(tǒng)控制鋼鑿高頻往復(fù)直線運動，鋼鑿打擊產(chǎn)生的沖擊振動使物體產(chǎn)生開裂，其工作效率在于鋼鑿沖擊物體的動能大小，動能越大越容易破壞物體，從而使被沖擊物能快速開裂和分離。破碎錘主要由滑閥、液壓缸、打擊次數(shù)調(diào)節(jié)閥、活塞、鋼鑿組成，如圖2所示。

圖2 破碎錘組成結(jié)構(gòu)

圖2 中的滑閥與活塞聯(lián)動實現(xiàn)活塞桿在液壓油缸中做往復(fù)運動，當(dāng)活塞位于工作下死點時，油缸進油口P通過滑閥最下端的工作位使破碎錘活塞缸進口處的液壓油與活塞下部連通，隨著液壓缸內(nèi)活塞桿下端壓力升高，活塞上移壓縮氮氣；當(dāng)活塞移動到上極限位置時，活塞的反向腔高壓溝通滑閥上部，油缸進油口P 向蓄能器儲存液壓能，直到滑閥上部承壓面承受高壓大于下部承壓面，滑閥開始下降，直到滑閥位于下極限位置時，活塞上部承壓面壓力大于下部承壓面使活塞下降。在液壓油缸P 口、儲能器、氮氣缸的共同作用下，活塞桿下移伸出打擊鋼鑿，直到活塞桿位于下極限位置，滑閥位于上死點溝通滑閥下部高壓。破碎錘油缸活塞在滑閥的控制下按照上述流程循環(huán)運動工作，實現(xiàn)鋼鑿的高頻往復(fù)沖擊。為了減弱滑閥高頻換向?qū)赜拖到y(tǒng)高頻震蕩的影響，回油管路上設(shè)置較高的回油背壓力，造成了系統(tǒng)發(fā)熱嚴(yán)重；未經(jīng)回油背壓溢流閥完全消除的壓力脈動造成散熱器疲勞損壞；系統(tǒng)中的雜質(zhì)對液壓元器件[11]工作表面造成損壞等問題。傳統(tǒng)破碎錘液壓系統(tǒng)原理圖如圖3所示。

圖3 傳統(tǒng)破碎錘液壓系統(tǒng)原理圖

2 獨立抽油冷卻系統(tǒng)的研究

2.1 獨立抽油冷卻液壓系統(tǒng)的組成

為了提高散熱系統(tǒng)的散熱能力，并延長液壓油散熱器等液壓元器件的使用壽命，課題組提出了一種獨立抽煙冷卻方案，將液壓油箱分為獨立的集油區(qū)和吸油區(qū)，集油區(qū)內(nèi)設(shè)置磁棒和擾流板；主機及工作裝置液壓系統(tǒng)的所有回油回到液壓油箱集油區(qū)；獨立冷卻液壓泵從集油區(qū)抽取液壓油進入液壓油散熱器冷卻后，再流回液壓油箱吸油區(qū)，其液壓原理圖如圖4 所示。此冷卻系統(tǒng)由液壓油箱集油區(qū)1、回油濾2、吸油區(qū)3、空氣濾清器4、溫度傳感器5、冷卻泵6、抽油泵7、主泵8、風(fēng)扇控制塊9、冷卻馬達10、冷卻風(fēng)扇11、液壓油散熱器12、多路閥13、破碎錘進油口溢流閥14、破碎錘15、破碎錘出油口溢流閥16 和先導(dǎo)手柄17組成。

圖4 破碎錘獨立抽油冷卻液壓系統(tǒng)原理圖

2.2 獨立抽油冷卻液壓系統(tǒng)的工作原理

在先導(dǎo)手柄17 的作用下，破碎錘液壓系統(tǒng)中的主閥閥芯換向，主泵8 泵出的液壓油經(jīng)多路閥13 進入破碎錘P 口，破碎錘回油側(cè)T 的液壓油進入多路閥T口直接回到液壓油箱集油區(qū)；抽油泵7 將集油區(qū)內(nèi)沉淀過后的液壓油泵入液壓油散熱器12 冷卻后流經(jīng)回油濾進入液壓油箱吸油區(qū)；冷卻泵6 從吸油區(qū)泵入液壓油，經(jīng)風(fēng)扇控制塊進行流量分配后進入冷卻馬達，驅(qū)動風(fēng)扇轉(zhuǎn)動為液壓油散熱。

2.3 獨立抽油冷卻液壓系統(tǒng)的優(yōu)勢

2.3.1 延長散熱器使用壽命

破碎錘進、出油口溢流閥安裝于破碎錘與多路閥之間，其作用在于設(shè)定破碎錘系統(tǒng)的回油背壓，使液壓系統(tǒng)具有較高的剛度，防止回油管路系統(tǒng)震蕩，破碎錘的回油背壓通常設(shè)置在2.5 MPa 左右。破碎錘滑閥高頻換向造成回油系統(tǒng)高頻震蕩，使液壓油散熱器在周期性交變力的作用下疲勞損壞。采用獨立抽油冷卻系統(tǒng)可使多路閥回油不經(jīng)過液壓油散熱器而直接回到液壓油箱集油區(qū)，避免液壓油散熱器損壞，延長其使用壽命。液壓油箱因板材較厚且焊縫較大，回油震蕩對其不造成影響。

2.3.2 提高系統(tǒng)清潔度及回油濾使用壽命

液壓油箱集油區(qū)安裝的磁棒可以吸附液壓系統(tǒng)回油中的鐵屑，避免鐵屑對液壓元器件工作面造成損傷。集油區(qū)內(nèi)安裝破泡板、擾流板等，使主液壓系統(tǒng)的回油在集油區(qū)的作用下不再具有沖擊脈動，且使液壓系統(tǒng)中的鐵屑、油泥等進行沉淀，沉積于集油區(qū)底部。抽油泵從集油區(qū)抽取液壓油進入液壓油散熱器冷卻后經(jīng)回油濾進入液壓油箱的吸油區(qū)，有效避免了沖擊、振動、雜質(zhì)等對液壓油散熱器、回油濾芯等液壓元器件的損壞。

2.3.3 散熱器冷卻功率智能可控

冷卻泵為冷卻馬達提供動力油，對冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速進行控制，使通過散熱器的風(fēng)量發(fā)生變化，實現(xiàn)對液壓油散熱器散熱功率的控制。為了對風(fēng)扇轉(zhuǎn)速進行智能控制，風(fēng)扇控制塊9 中的比例溢流閥9-1 的設(shè)定壓力可以根據(jù)溫度傳感器5 采集到的吸油口液壓油溫進行比例控制，實現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的比例控制；風(fēng)扇控制塊9 中的三位四通電磁閥9-3 可實現(xiàn)風(fēng)扇的正反轉(zhuǎn)控制，完成對散熱器的反轉(zhuǎn)除塵自清潔工作。

2.3.4 系統(tǒng)簡單改造成本低

此系統(tǒng)只用增加風(fēng)扇控制塊9、抽油泵7 及部分管路，對改造空間要求不大，成本低廉，易于實施。

3 試驗與結(jié)果

優(yōu)化后的破碎錘抽油冷卻系統(tǒng)在四川邦立重機有限責(zé)任公司CEDP260-7 破碎機上進行2 000 h 的工業(yè)性試驗，試驗結(jié)果表明：無液壓系統(tǒng)高溫報警，無散熱器、回油濾損壞記錄，滿足基于整機參數(shù)要求編制的專項試驗規(guī)范與試驗要求。

4 結(jié)論

破碎錘獨立抽油冷卻系統(tǒng)可以延長液壓油散熱器使用壽命，提高液壓系統(tǒng)清潔度，增加回油濾芯及液壓元器件的使用壽命；散熱器冷卻功率智能可控，可防止液壓系統(tǒng)過熱；成本低廉，改 造簡單，管路易于安裝布置，可靠性高。因此，破碎錘獨立抽油冷卻系統(tǒng)已經(jīng)在四川邦立重機有限責(zé)任公司的破碎設(shè)備上推廣運用。