滑模式混凝土攤鋪機(jī)液壓系統(tǒng)分析

《設(shè)計(jì)開發(fā)》 · 2007-05-08 00:00

摘要:介紹了滑模式混凝土攤鋪機(jī)的行走、螺旋分料器、振搗棒、搗實(shí)板等機(jī)構(gòu)和輔助系統(tǒng)的液壓回路,并對(duì)其工作原理和性能進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞:混凝土攤鋪機(jī);液壓系統(tǒng);液壓回路

  目前的滑模式砼攤鋪機(jī)基本上采用了液壓傳動(dòng)技術(shù)和電液控制技術(shù)。除個(gè)別機(jī)型在振搗棒的驅(qū)動(dòng)上采用電傳動(dòng)外,絕大部分機(jī)型均采用了全液壓傳動(dòng)的技術(shù)方案。

  一般來說,滑模式砼攤鋪機(jī)的液壓系統(tǒng)采用多泵、多回路,由行走、螺旋分料、振搗、自動(dòng)調(diào)平及轉(zhuǎn)向等幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的回路組成。其中行走、螺旋分料回路大都采用閉式系統(tǒng),其余則采用開式系統(tǒng)。

1 行走回路

  最早的滑模式砼攤鋪機(jī)采用的是電驅(qū)動(dòng)行走系統(tǒng),現(xiàn)在則全部為液壓驅(qū)動(dòng)。有的兩履帶攤鋪機(jī)行走系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向原理與推土機(jī)類似,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但方向改變突然,所鋪路邊的直線性不好。有的機(jī)型則用轉(zhuǎn)向馬達(dá)和行星齒輪箱實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向,驅(qū)動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),行星齒輪箱使兩履帶同步運(yùn)動(dòng);轉(zhuǎn)向馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),行星齒輪箱使一邊履帶增速,實(shí)現(xiàn)攤鋪機(jī)轉(zhuǎn)向;若要轉(zhuǎn)向相反方向,只要轉(zhuǎn)向馬達(dá)反轉(zhuǎn)即可。這種轉(zhuǎn)向方式顯然復(fù)雜,但轉(zhuǎn)向平穩(wěn)。

  與兩履帶攤鋪機(jī)相比,四履帶滑模式攤鋪機(jī)的調(diào)節(jié)能力更好。為了使左右履帶的轉(zhuǎn)向動(dòng)作協(xié)調(diào),所有四履帶攤鋪機(jī)均采用液壓伺服系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)類似四輪車輛的轉(zhuǎn)向梯形。正如轉(zhuǎn)向梯形在車輛急轉(zhuǎn)彎時(shí)不能適應(yīng)一樣,這種伺服系統(tǒng)在攤鋪機(jī)急轉(zhuǎn)彎時(shí)也會(huì)表現(xiàn)出不適應(yīng)。攤鋪機(jī)在攤鋪轉(zhuǎn)彎半徑較小的路面時(shí),要求各履帶都能獨(dú)立轉(zhuǎn)向,轉(zhuǎn)向時(shí)各履帶動(dòng)作的協(xié)調(diào)由PLC(可編程控制系統(tǒng))控制。行走回路一般采用變量泵—變量馬達(dá)組成的閉式系統(tǒng),而有些多功能的中小型攤鋪機(jī)行走回路也采用變量泵—定量馬達(dá)構(gòu)成閉式回路。

  一般大中型攤鋪機(jī)履帶驅(qū)動(dòng)馬達(dá)采用雙向變量馬達(dá)。一般僅有2 個(gè)變量位置,即斜盤擺角最大位置(此時(shí)是低轉(zhuǎn)速大扭矩,對(duì)應(yīng)的是攤鋪時(shí)的速度)和最小位置(此時(shí)是高轉(zhuǎn)速小扭矩,對(duì)應(yīng)的是不作業(yè)時(shí)的行走速度)。這2個(gè)變量位置的切換由速度選擇閥來控制(圖1),由行走泵的輔助泵供油。

  行走回路中的液壓泵有的機(jī)型只有1 臺(tái),有的機(jī)型有2 臺(tái)。對(duì)于兩履帶的攤鋪機(jī):①如果有2 臺(tái)行走泵,則可與左右兩側(cè)的行走馬達(dá)各構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的閉式回路(這與履帶式挖掘機(jī)的行走系統(tǒng)類似);②如果只有1 臺(tái)行走泵,則需要將左右兩側(cè)的行走馬達(dá)并聯(lián),即1臺(tái)行走泵與2臺(tái)并聯(lián)的行走馬達(dá)構(gòu)成閉式回路。

  對(duì)于四履帶的攤鋪機(jī):①如果有2臺(tái)行走泵,則每臺(tái)泵給同側(cè)前后2 個(gè)履帶的行走達(dá)供油;②如果只有1臺(tái)行走泵向4個(gè)行走馬達(dá)供油,則4個(gè)行走馬達(dá)可全部并聯(lián),也可同側(cè)前、后履帶的2個(gè)馬達(dá)分別串聯(lián)后左、右兩側(cè)再并聯(lián)。

  從上面的分析可知,除兩履帶的攤鋪機(jī)有兩臺(tái)行走泵這一種情況外,其余幾種都存在1 臺(tái)泵要給2臺(tái)或4臺(tái)并聯(lián)的馬達(dá)供油的情況,需要進(jìn)行流量分配,因此一般行走回路中均在履帶前進(jìn)時(shí)的進(jìn)油路上設(shè)置分流閥,以保證攤鋪?zhàn)鳂I(yè)時(shí)每個(gè)行走馬達(dá)的同步(圖2)。

  CMI 攤鋪機(jī)上使用的分流閥工作原理:當(dāng)履帶前進(jìn)時(shí),二位四通電磁閥右位工作,由主泵來的液壓油經(jīng)油口、電磁閥的右位后,同時(shí)作用在4個(gè)二位二通液控閥的頂部,使上位工作,主泵來的液壓油直接頂開單向閥,經(jīng)中部2 個(gè)二位二通液動(dòng)流量分配閥等分流量后,再到下部的4 個(gè)二位二通液動(dòng)流量分配閥,流經(jīng)二次流量分配后經(jīng)油口到液壓馬達(dá),每個(gè)液壓馬達(dá)所得到的流量均是從主泵來油流量的1/4,從而實(shí)現(xiàn)了每個(gè)液壓馬達(dá)的流量分流量相等,使之能同步動(dòng)作。履帶倒退時(shí),主泵來油直接進(jìn)入液壓馬達(dá),液壓馬達(dá)的回油經(jīng)油口4 后再經(jīng)過4 個(gè)液動(dòng)二位二通閥的下位流向油口(如圖中箭頭所示),所以后退時(shí)沒有流量分流的問題。

  行走泵一般采用電液比例雙向變量泵,其工作原理如圖3 所示:輔助泵從油箱吸油,出口與電液比例閥12的進(jìn)油口相連。當(dāng)電液比例閥12中位時(shí),液壓油流回到油箱。當(dāng)閥12 左位時(shí),液壓油一部分流到泵斜盤伺服機(jī)構(gòu),控制斜盤傾角的變化,另一部分流到單向閥9 上面的油口,經(jīng)過單向閥后油又分為兩路,一路流向油口C 給速度選擇閥供油;另一路經(jīng)過單向閥中上面的油口給行走泵的低壓側(cè)補(bǔ)油。行走泵從低壓側(cè)吸油,通過B 口向行走馬達(dá)提供壓力油。當(dāng)電液比例閥12右位時(shí),液壓油一部分進(jìn)入斜盤伺服機(jī)構(gòu)10的另一邊,控制斜盤傾角反向變動(dòng);另一部分油液流到單向閥9 下面的油口,經(jīng)過單向閥后,油又分為兩路,一路注向油口C 給速度選擇閥提供液壓油;另一路可經(jīng)過單向閥2 中下面的油口到達(dá)行走泵低壓側(cè)。行走泵從低壓側(cè)吸油經(jīng)過油口A 給行走馬達(dá)提供壓力油。由此可見,電液比例閥12可控制行走泵的兩個(gè)油口(A、B)中哪個(gè)是高壓口,即控制了行走的前進(jìn)、后退和停止。閥12 左位或右位時(shí)開口量的大小正比于輸入的控制電信號(hào)大小,而行走泵斜盤傾角的大小正比于閥12開口量的大小,即A 口或B 口輸出的壓力油的流量大小與控制電信號(hào)的大小成正比。因此在行走回路中變量馬達(dá)可實(shí)現(xiàn)速度分擋,變量泵可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。

2 螺旋布料器回路

  一般大中型的滑模攤鋪機(jī)大都采用變量泵—定量馬達(dá)組成的閉式回路驅(qū)動(dòng)螺旋布料器,如果是左、右2 個(gè)獨(dú)立的布料器,則在液壓系統(tǒng)中采用2 個(gè)完全相同的閉式回路分別驅(qū)動(dòng),由2 臺(tái)電液比例雙向變量泵分別控制左、右螺旋布料器的正、反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速,可滿足對(duì)水泥混合料多種不同的布料要求。也有個(gè)別機(jī)型在螺旋布料器回路中采用了兩臺(tái)開式泵分別驅(qū)動(dòng)左、右布料器馬達(dá)的開式回路。

3 振搗棒回路

  振搗棒液壓回路為開式系統(tǒng),主泵一般采用壓力補(bǔ)償?shù)膯蜗蜃兞勘?,向多個(gè)振搗棒高速馬達(dá)并聯(lián)供油,每個(gè)振搗棒振動(dòng)頻率的調(diào)整可通過調(diào)整高速馬達(dá)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)。

  如圖4所示,高速馬達(dá)的調(diào)速是靠閥4進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速實(shí)現(xiàn)的。振搗棒由于采用液壓傳動(dòng),因而可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)頻,可對(duì)不同性質(zhì)砼(如坍落度不同)進(jìn)行最佳振動(dòng)頻率的振搗。由于砼混合料在材料、級(jí)配、水灰比、坍落度及設(shè)計(jì)要求上是經(jīng)常變化的,因此要求振動(dòng)頻率也隨之變化,才能達(dá)到最佳效果,使砼在最短時(shí)間內(nèi)即達(dá)到充分液化狀態(tài)。為便于使用,振搗棒除設(shè)總開關(guān)用來控制振動(dòng)和停止外,每個(gè)振搗棒還設(shè)有手動(dòng)旋扭開關(guān)(即閥4)。實(shí)踐證明,振搗棒頻率偏高為好,最低不低于7 000 次/ min。

  大中型攤鋪機(jī)根據(jù)攤鋪寬度設(shè)置振搗棒的數(shù)量,一般攤鋪寬度在4~6m 時(shí),設(shè)置8~12 個(gè);擴(kuò)展到7.32~7.92m 時(shí),設(shè)置15~18 個(gè);攤鋪寬度為9.75~13.4m 時(shí),設(shè)置20~24 個(gè);對(duì)于攤鋪寬度在15.24~17m 的特大型攤鋪機(jī),則需設(shè)置42~48 個(gè)振搗棒。

4 搗實(shí)板回路

  搗實(shí)板也稱外部振搗梁,經(jīng)振搗棒振動(dòng)過的水泥砼需要搗實(shí)梁搗實(shí),以便把表面上的粗骨料壓入砼中,然后再到下一個(gè)成型工序。搗實(shí)液壓系統(tǒng)主要由搗實(shí)泵、流量控制閥和搗實(shí)液壓馬達(dá)等組成,其液壓系統(tǒng)如圖5 所示。從圖中可看出搗實(shí)液壓回路是一個(gè)簡(jiǎn)單的定量泵節(jié)流調(diào)速回路,開式泵分別驅(qū)動(dòng)左、右布料器馬達(dá)的開式回路。

5 輔助系統(tǒng)液壓回路

  攤鋪機(jī)的輔助系統(tǒng)主要包括主機(jī)架寬度伸縮、自動(dòng)調(diào)平、自動(dòng)轉(zhuǎn)向、噴水、攤鋪?zhàn)鳂I(yè)裝置調(diào)整(包括虛方控制板升降、振搗棒升降、成型盤調(diào)拱、定型盤升降、邊模調(diào)節(jié)等),所有的執(zhí)行元件(液壓缸和馬達(dá))均由1臺(tái)輔助系統(tǒng)主泵(單向變量泵)來供油,由換向閥控制執(zhí)行元件的動(dòng)作,是一個(gè)單泵多回路系統(tǒng)。如CMI SF350 的輔助系統(tǒng)液壓回路主泵出口的壓力油分為并聯(lián)的11 路,分別向主機(jī)架伸縮回路、噴水馬達(dá)回路、4個(gè)自動(dòng)調(diào)平回路、4 個(gè)自動(dòng)轉(zhuǎn)向回路及攤鋪?zhàn)鳂I(yè)裝置調(diào)整回路等11 個(gè)回路供油。

5.1 自動(dòng)調(diào)平回路

  自動(dòng)調(diào)平就是保證攤鋪機(jī)的各種作業(yè)裝置始終能保持在預(yù)定的水平高度上,從而保證攤鋪質(zhì)量。自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的重要元件是自動(dòng)調(diào)平傳感器,它直接感受路基高度的變化,自動(dòng)調(diào)節(jié)鋪層厚度,使鋪成的路面達(dá)到平整度要求。自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)有電液自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)和全液壓自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)兩種形式。電液自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)由電調(diào)平傳感器、電液比例閥(或電磁換向閥,用于低精度的調(diào)平控制;電液伺服閥,用于高精度的調(diào)平控制)、調(diào)平液壓缸(即立柱升降液壓缸)等組成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。

  由電調(diào)平傳感器檢測(cè)路基的不平整度,根據(jù)不平整度的大小產(chǎn)生相應(yīng)強(qiáng)度的控制電信號(hào)驅(qū)動(dòng)電液比例閥工作,比例閥的閥口開度大小正比于控制電信號(hào)的大小,比例閥控制了壓力油進(jìn)入調(diào)平液壓缸的哪一腔及進(jìn)入流量的多少,因此就可使調(diào)平液壓缸根據(jù)基準(zhǔn)線與路基之間的差距進(jìn)行升降調(diào)整,保證攤鋪的路面有足夠的平整度。

  全液壓自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)中的調(diào)平傳感器與液壓控制閥合二為一,由殼體、偏心軸、偏心軸承和伺服閥等組成。伺服閥安裝殼體、滑閥閥芯在彈簧的作用下與偏心輪保持接觸。偏心輪與偏心軸固連,軸的伸出端與觸桿相連,觸桿的另一端始終與基準(zhǔn)線相接觸。當(dāng)由于路基不平而使機(jī)架下降或抬高時(shí),觸桿就會(huì)帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。全液壓調(diào)平系統(tǒng)的液壓回路如圖6所示,電磁閥4通電,調(diào)平系統(tǒng)處于“自動(dòng)調(diào)平”狀態(tài),壓力油與調(diào)平傳感器3 的P 口相連,若遇路基下降,則履帶連同支

腿一起下降,觸桿帶動(dòng)傳感器3 的偏心軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),使C1 口與壓力軸口P 相通,C2 與回油口R 相通。壓力油經(jīng)C1 口、液壓鎖2 進(jìn)入支腿液壓缸的大腔,活塞桿伸出,使機(jī)架升高,隨著機(jī)架的升高,觸桿又帶動(dòng)傳感器3 的偏心軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),使C1、C2 口逐漸關(guān)閉,直到機(jī)架與基準(zhǔn)線之間的距離恢復(fù)原先的設(shè)定值。當(dāng)遇到路基升高時(shí),控制過程正好與上述的相反。每個(gè)調(diào)平傳感器與各自的支腿液壓缸構(gòu)成4個(gè)獨(dú)立的調(diào)平回路,可實(shí)現(xiàn)“四點(diǎn)調(diào)平法”調(diào)平機(jī)架。

5.2 自動(dòng)轉(zhuǎn)向回路

  在攤鋪機(jī)的4 個(gè)支腿上各安裝1 個(gè)構(gòu)造及作用原理與調(diào)平傳感器完全相同的全液壓傳感器,根據(jù)是否與基準(zhǔn)線接觸,分別稱為轉(zhuǎn)向傳感器和反饋閥,轉(zhuǎn)向傳感器控制轉(zhuǎn)向油缸的動(dòng)作,使履帶偏轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。在基準(zhǔn)線一側(cè)的轉(zhuǎn)向傳感器由觸桿輸入信號(hào),另一側(cè)則是通過轉(zhuǎn)向反饋纜繩(將基準(zhǔn)線側(cè)的傳感器與無基準(zhǔn)線側(cè)的反饋閥連接的方法)實(shí)現(xiàn)反饋信號(hào)輸入,以實(shí)現(xiàn)4 個(gè)履帶同步轉(zhuǎn)向。自動(dòng)轉(zhuǎn)向的液壓回路也與自動(dòng)調(diào)平的完全相同(參見圖6)。

5.3 攤鋪?zhàn)鳂I(yè)裝置調(diào)整液壓回路

  該回路包括3 個(gè)串聯(lián)的虛方控制板升降缸,由3個(gè)電磁換向閥控制升、降和停止。3個(gè)缸可單獨(dú)動(dòng)作,以方便調(diào)拱;也可同時(shí)動(dòng)作,使虛方控制板整體升降。3 個(gè)串聯(lián)的振搗棒升降缸也可以單獨(dú)或同步升降,因此由3個(gè)電磁換向閥來操縱;3 個(gè)并聯(lián)的定型盤(也稱浮動(dòng)盤)升降缸由1個(gè)電磁換向閥控制同步升降,這樣有利于路面的最后成型;2 個(gè)邊緣液壓缸分別由各自的電磁換向閥控制擴(kuò)張或收縮定型盤的側(cè)模板;4 個(gè)電磁換向閥分別控制前、后、左、右邊模板可單立升降,這樣,當(dāng)攤鋪機(jī)從平地進(jìn)入坡道作業(yè)時(shí),可將邊模調(diào)整一個(gè)小傾角。

 
原作者: 王秋江 

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