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【摘 要】由于液压系统在悬臂俯仰运动过程中能对俯仰进行灵活的控制和平稳的启停，而且具有结构小巧，配置灵活，组装方便，可靠耐用等独到的特点，并且能以最小的空间最灵便的方式传递最大的动力，动特性好，因此对俯仰机构中液压油缸进行合理的设计和选型对确保斗轮堆取料机的结构性能具有十分重要的意义。文中主要介绍了斗轮堆取料机俯仰机构中液压油缸的工作原理及其上、下予留行程的关系，这些分析对于液压油缸的合理设计与选型具有十分重要的意义。
【关键词】斗轮堆取料机；液压油缸；工作原理；予留行程
斗轮堆取料机作为重要的散料装卸设备现已广泛应用于港口、电厂、冶金企业等大型原料场。随着市场经济的不断深入发展，作为设备的生产企业与用户对设备的各项性能指标更加重视，因此根据实际情况进行合理的设计对实现设计功能，满足使用要求是至关重要的，在斗轮堆取料机的设计过程中，液压缸变幅机构被广泛应用于斗轮堆取料机的俯仰机构中，它具有体积小、结构简单、维修量小、工作可靠等优点。
俯仰液压油缸有两种结构，一种是采用只受压力的单作用油缸，另一种是受拉压的双作用油缸。
在非整体俯仰结构系统中，油缸可以设计成只受压力的油缸或者设计成既受压力也受拉力的俯仰系统，具体来说是当设备的重心位置在回转中心和液压油缸之间时可采用只受压力的液压油缸，当设备的重心位置不在回转中心和液压油缸之间而在回转中心的单侧，就需采用既受压力也受拉力的液压油缸；在整体俯仰结构系统中，俯仰装置的结构均由双作用液压缸组成。
在俯仰机构的运动过程中，如果油缸只受压力，则油缸在整个俯仰上升过程做正功，即系统始终由液压系统驱动。在双作用液压缸系统中，油缸的受力情况在整个俯仰角度范围内是在变化的，例如，当俯仰角度从最低变化到最高时，油缸的受力情况是从受压变为受拉，在这个俯仰过程中有一个角度位置油缸的受力为零，在受压的角度范围内时液压系统做正功；当俯仰角度达到油缸受拉的俯仰角度时液压系统做负功，也就是说由外力推动油缸运动。当俯仰系统从最高的俯仰角度运动到最低时，油缸的受力情况是从受拉到受压，在油缸受拉的俯仰角度范围内时液压系统做正功；当达到受压的俯仰角度位置时液压系统开始做负功，也是由外力推动油缸运动。
在变幅油缸的设计过程中，由于悬臂梁的制造误差，安装后的加载变形以及料堆高度实际值和设计值之间的误差等原因，在设计变幅油缸的长度时要有适当的富裕量，即变幅油缸的最小设计长度要小于它的最小工作长度，变幅油缸的最大设计长度要大于它的最大工作长度，可表示为：
Lmin=LImin-△1 （1）
Lmax=LImax+△2 （2）
式中：Lmin——变幅油缸的最小设计长度
Lmax——变幅油缸的最大设计长度
LImin——变幅油缸的最小工作长度
LImax——变幅油缸的最大工作长度
△1 ——下予留行程，即变幅油缸最小工作长度时的予留行程；
△2 ——上予留行程，即变幅油缸最大工作长度时的予留行程；
（2）-（1）得：
（Lmax-Lmin）=（LImax-LImin）+（△1+△2）
即 S=SI+（△1+△2） （3）
式中：S——变幅油缸的设计行程 S= Lmax-Lmin
SI——变幅油缸的工作行程 SI = LImax-LImin
式（1）可转化为：
△1=LImin-Lmin
=LImin-（L+S） （4）
式中：L——变幅油缸的固定长度（此值在变幅油缸的类型和活塞直径确定后为定值，可从机械设计手册或产品样本中查取）
将式（3）代入式（4）得：
△1=LImin-L-（SI+△1+△2）
将SI = LImax-LImin代入上式得：
△1=2 LImin-LImax-L-△1-△2
整理后得：
2△1+△2=2 LImin-LImax-L （5）
式（5）表达了上、下予留行程的关系，即2倍下予留行程与上予留行程的和为定值（在进行设计计算时LImin、LImax和L均为已知值）。
注：变幅油缸的最小工作长度是指当堆取料机在最大下俯角度时液压油缸的长度；变幅油缸的最大工作长度是指当堆取料机在最大上仰角度时液压油缸的长度；在设计图纸中通常画出斗轮堆取料机的悬臂梁在最大下俯角度、水平位置和最大上仰角度时的变幅油缸长度，如图1所示：
式（5）还可用图2表示：
图2中线段a上任意一点的值均满足式（5）。
在斗轮堆取料机俯仰机构变幅油缸的设计过程中，我们应注意当油缸铰点位置选择不当或油缸选型不当时，会出现2△1+△2≤0（即2LImin-LImax-L≤0）的情况，很显然这是不正确的，欲使2△1+△2>0共有三种方法：
1、不改变油缸类型及活塞直径（即L值不变）的情况下，增大LImin，虽然随着LImin的增大，LImax也会增大，但LImax的增大幅度永远小于2 LImin的增大幅度，即2LImin-LImax>0；
2、不改变铰点位置，在油缸工作压力及稳定性满足要求的情况下，改变油缸类型（不同类型的油缸L值是不同的）或减小活塞直径（同类型的油缸活塞直径越小，相应的其固定长度L值就越小）；
3、将1、2两种方法结合，使2LImin-LImax>0。
在变幅油缸的设计过程中，一般要求下予留行程△1等于上予留行程△2，如图3所示，过坐标原点O作与△1坐标轴夹角为45°的直线b，与直线a相交于A点，则A点处为：
△1=△2=1/3（2 LImin-LImax-L）
根据以上分析，在确定变幅油缸的类型和活塞直径时，我们不仅应从设计角度来考虑，更应从实际应用的角度来考虑它是否能满足其使用要求，这就要求设计人员在进行设计计算时应考虑一定的安全系数来满足其实际使用要求。
随着现代工业的发展， 斗轮堆取料机不断的向大型化，高运速的方向发展，因此，在斗轮堆取料机设计过程当中应尽可能全面地考虑斗轮堆取料机在实际应用中可能出现的问题，并采用相应的解决问题的方法，是适应现代化工业发展的唯一方式，这样才可以使我们的产品向更高的质量和设计水平迈进。
参考文献
[1]邵明亮，于国飞，耿华等编著.《斗轮堆取料機》.化学工业出版社，2007年1月第1版
[2]王玉兴等.《悬臂式斗轮堆取料机的发展与研究对象》建筑机械，1999.8
[3]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2008.
作者简介
王丹；性别：女；籍贯：辽宁省沈阳市；出生年月1981.06.29 单位：北方重工装卸设备分公司，职称：工程师，研究方向：机械设计。
【关键词】斗轮堆取料机；液压油缸；工作原理；予留行程
斗轮堆取料机作为重要的散料装卸设备现已广泛应用于港口、电厂、冶金企业等大型原料场。随着市场经济的不断深入发展，作为设备的生产企业与用户对设备的各项性能指标更加重视，因此根据实际情况进行合理的设计对实现设计功能，满足使用要求是至关重要的，在斗轮堆取料机的设计过程中，液压缸变幅机构被广泛应用于斗轮堆取料机的俯仰机构中，它具有体积小、结构简单、维修量小、工作可靠等优点。
俯仰液压油缸有两种结构，一种是采用只受压力的单作用油缸，另一种是受拉压的双作用油缸。
在非整体俯仰结构系统中，油缸可以设计成只受压力的油缸或者设计成既受压力也受拉力的俯仰系统，具体来说是当设备的重心位置在回转中心和液压油缸之间时可采用只受压力的液压油缸，当设备的重心位置不在回转中心和液压油缸之间而在回转中心的单侧，就需采用既受压力也受拉力的液压油缸；在整体俯仰结构系统中，俯仰装置的结构均由双作用液压缸组成。
在俯仰机构的运动过程中，如果油缸只受压力，则油缸在整个俯仰上升过程做正功，即系统始终由液压系统驱动。在双作用液压缸系统中，油缸的受力情况在整个俯仰角度范围内是在变化的，例如，当俯仰角度从最低变化到最高时，油缸的受力情况是从受压变为受拉，在这个俯仰过程中有一个角度位置油缸的受力为零，在受压的角度范围内时液压系统做正功；当俯仰角度达到油缸受拉的俯仰角度时液压系统做负功，也就是说由外力推动油缸运动。当俯仰系统从最高的俯仰角度运动到最低时，油缸的受力情况是从受拉到受压，在油缸受拉的俯仰角度范围内时液压系统做正功；当达到受压的俯仰角度位置时液压系统开始做负功，也是由外力推动油缸运动。
在变幅油缸的设计过程中，由于悬臂梁的制造误差，安装后的加载变形以及料堆高度实际值和设计值之间的误差等原因，在设计变幅油缸的长度时要有适当的富裕量，即变幅油缸的最小设计长度要小于它的最小工作长度，变幅油缸的最大设计长度要大于它的最大工作长度，可表示为：
Lmin=LImin-△1 （1）
Lmax=LImax+△2 （2）
式中：Lmin——变幅油缸的最小设计长度
Lmax——变幅油缸的最大设计长度
LImin——变幅油缸的最小工作长度
LImax——变幅油缸的最大工作长度
△1 ——下予留行程，即变幅油缸最小工作长度时的予留行程；
△2 ——上予留行程，即变幅油缸最大工作长度时的予留行程；
（2）-（1）得：
（Lmax-Lmin）=（LImax-LImin）+（△1+△2）
即 S=SI+（△1+△2） （3）
式中：S——变幅油缸的设计行程 S= Lmax-Lmin
SI——变幅油缸的工作行程 SI = LImax-LImin
式（1）可转化为：
△1=LImin-Lmin
=LImin-（L+S） （4）
式中：L——变幅油缸的固定长度（此值在变幅油缸的类型和活塞直径确定后为定值，可从机械设计手册或产品样本中查取）
将式（3）代入式（4）得：
△1=LImin-L-（SI+△1+△2）
将SI = LImax-LImin代入上式得：
△1=2 LImin-LImax-L-△1-△2
整理后得：
2△1+△2=2 LImin-LImax-L （5）
式（5）表达了上、下予留行程的关系，即2倍下予留行程与上予留行程的和为定值（在进行设计计算时LImin、LImax和L均为已知值）。
注：变幅油缸的最小工作长度是指当堆取料机在最大下俯角度时液压油缸的长度；变幅油缸的最大工作长度是指当堆取料机在最大上仰角度时液压油缸的长度；在设计图纸中通常画出斗轮堆取料机的悬臂梁在最大下俯角度、水平位置和最大上仰角度时的变幅油缸长度，如图1所示：
式（5）还可用图2表示：
图2中线段a上任意一点的值均满足式（5）。
在斗轮堆取料机俯仰机构变幅油缸的设计过程中，我们应注意当油缸铰点位置选择不当或油缸选型不当时，会出现2△1+△2≤0（即2LImin-LImax-L≤0）的情况，很显然这是不正确的，欲使2△1+△2>0共有三种方法：
1、不改变油缸类型及活塞直径（即L值不变）的情况下，增大LImin，虽然随着LImin的增大，LImax也会增大，但LImax的增大幅度永远小于2 LImin的增大幅度，即2LImin-LImax>0；
2、不改变铰点位置，在油缸工作压力及稳定性满足要求的情况下，改变油缸类型（不同类型的油缸L值是不同的）或减小活塞直径（同类型的油缸活塞直径越小，相应的其固定长度L值就越小）；
3、将1、2两种方法结合，使2LImin-LImax>0。
在变幅油缸的设计过程中，一般要求下予留行程△1等于上予留行程△2，如图3所示，过坐标原点O作与△1坐标轴夹角为45°的直线b，与直线a相交于A点，则A点处为：
△1=△2=1/3（2 LImin-LImax-L）
根据以上分析，在确定变幅油缸的类型和活塞直径时，我们不仅应从设计角度来考虑，更应从实际应用的角度来考虑它是否能满足其使用要求，这就要求设计人员在进行设计计算时应考虑一定的安全系数来满足其实际使用要求。
随着现代工业的发展， 斗轮堆取料机不断的向大型化，高运速的方向发展，因此，在斗轮堆取料机设计过程当中应尽可能全面地考虑斗轮堆取料机在实际应用中可能出现的问题，并采用相应的解决问题的方法，是适应现代化工业发展的唯一方式，这样才可以使我们的产品向更高的质量和设计水平迈进。
参考文献
[1]邵明亮，于国飞，耿华等编著.《斗轮堆取料機》.化学工业出版社，2007年1月第1版
[2]王玉兴等.《悬臂式斗轮堆取料机的发展与研究对象》建筑机械，1999.8
[3]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2008.
作者简介
王丹；性别：女；籍贯：辽宁省沈阳市；出生年月1981.06.29 单位：北方重工装卸设备分公司，职称：工程师，研究方向：机械设计。