滑模式混凝土攤鋪機液壓系統(tǒng)分析

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

關鍵詞：混凝土攤鋪機；液壓系統(tǒng)；液壓回路

　　目前的滑模式砼攤鋪機基本上采用了液壓傳動技術和電液控制技術。除個別機型在振搗棒的驅(qū)動上采用電傳動外，絕大部分機型均采用了全液壓傳動的技術方案。

　　一般來說，滑模式砼攤鋪機的液壓系統(tǒng)采用多泵、多回路，由行走、螺旋分料、振搗、自動調(diào)平及轉(zhuǎn)向等幾個相對獨立的回路組成。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采用的是電驅(qū)動行走系統(tǒng)，現(xiàn)在則全部為液壓驅(qū)動。有的兩履帶攤鋪機行走系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向原理與推土機類似，結構簡單，但方向改變突然，所鋪路邊的直線性不好。有的機型則用轉(zhuǎn)向馬達和行星齒輪箱實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，驅(qū)動馬達轉(zhuǎn)動時，行星齒輪箱使兩履帶同步運動；轉(zhuǎn)向馬達轉(zhuǎn)動時，行星齒輪箱使一邊履帶增速，實現(xiàn)攤鋪機轉(zhuǎn)向；若要轉(zhuǎn)向相反方向，只要轉(zhuǎn)向馬達反轉(zhuǎn)即可。這種轉(zhuǎn)向方式顯然復雜，但轉(zhuǎn)向平穩(wěn)。

　　與兩履帶攤鋪機相比，四履帶滑模式攤鋪機的調(diào)節(jié)能力更好。為了使左右履帶的轉(zhuǎn)向動作協(xié)調(diào)，所有四履帶攤鋪機均采用液壓伺服系統(tǒng)來實現(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)彎時不能適應一樣，這種伺服系統(tǒng)在攤鋪機急轉(zhuǎn)彎時也會表現(xiàn)出不適應。攤鋪機在攤鋪轉(zhuǎn)彎半徑較小的路面時，要求各履帶都能獨立轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向時各履帶動作的協(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—變量馬達組成的閉式系統(tǒng)，而有些多功能的中小型攤鋪機行走回路也采用變量泵—定量馬達構成閉式回路。

　　一般大中型攤鋪機履帶驅(qū)動馬達采用雙向變量馬達。一般僅有2 個變量位置，即斜盤擺角最大位置(此時是低轉(zhuǎn)速大扭矩，對應的是攤鋪時的速度)和最小位置(此時是高轉(zhuǎn)速小扭矩，對應的是不作業(yè)時的行走速度)。這2個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型只有1 臺，有的機型有2 臺。對于兩履帶的攤鋪機：①如果有2 臺行走泵，則可與左右兩側的行走馬達各構成一個獨立的閉式回路（這與履帶式挖掘機的行走系統(tǒng)類似）；②如果只有1 臺行走泵，則需要將左右兩側的行走馬達并聯(lián)，即1臺行走泵與2臺并聯(lián)的行走馬達構成閉式回路。

　　對于四履帶的攤鋪機：①如果有2臺行走泵，則每臺泵給同側前后2 個履帶的行走達供油；②如果只有1臺行走泵向4個行走馬達供油，則4個行走馬達可全部并聯(lián)，也可同側前、后履帶的2個馬達分別串聯(lián)后左、右兩側再并聯(lián)。

　　從上面的分析可知，除兩履帶的攤鋪機有兩臺行走泵這一種情況外，其余幾種都存在1 臺泵要給2臺或4臺并聯(lián)的馬達供油的情況，需要進行流量分配，因此一般行走回路中均在履帶前進時的進油路上設置分流閥，以保證攤鋪作業(yè)時每個行走馬達的同步（圖2）。

　　CMI 攤鋪機上使用的分流閥工作原理：當履帶前進時，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，同時作用在4個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 個二位二通液動流量分配閥等分流量后，再到下部的4 個二位二通液動流量分配閥，流經(jīng)二次流量分配后經(jīng)油口到液壓馬達，每個液壓馬達所得到的流量均是從主泵來油流量的1/4，從而實現(xiàn)了每個液壓馬達的流量分流量相等，使之能同步動作。履帶倒退時，主泵來油直接進入液壓馬達，液壓馬達的回油經(jīng)油口4 后再經(jīng)過4 個液動二位二通閥的下位流向油口（如圖中箭頭所示），所以后退時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的進油口相連。當電液比例閥12中位時，液壓油流回到油箱。當閥12 左位時，液壓油一部分流到泵斜盤伺服機構，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補油。行走泵從低壓側吸油，通過B 口向行走馬達提供壓力油。當電液比例閥12右位時，液壓油一部分進入斜盤伺服機構10的另一邊，控制斜盤傾角反向變動；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 中下面的油口到達行走泵低壓側。行走泵從低壓側吸油經(jīng)過油口A 給行走馬達提供壓力油。由此可見，電液比例閥12可控制行走泵的兩個油口（A、B）中哪個是高壓口，即控制了行走的前進、后退和停止。閥12 左位或右位時開口量的大小正比于輸入的控制電信號大小，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的大小成正比。因此在行走回路中變量馬達可實現(xiàn)速度分擋，變量泵可實現(xiàn)無級調(diào)速。

2　螺旋布料器回路

　　一般大中型的滑模攤鋪機大都采用變量泵—定量馬達組成的閉式回路驅(qū)動螺旋布料器，如果是左、右2 個獨立的布料器，則在液壓系統(tǒng)中采用2 個完全相同的閉式回路分別驅(qū)動，由2 臺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，可滿足對水泥混合料多種不同的布料要求。也有個別機型在螺旋布料器回路中采用了兩臺開式泵分別驅(qū)動左、右布料器馬達的開式回路。

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償?shù)膯蜗蜃兞勘?，向多個振搗棒高速馬達并聯(lián)供油，每個振搗棒振動頻率的調(diào)整可通過調(diào)整高速馬達的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)。

　　如圖4所示，高速馬達的調(diào)速是靠閥4進油路節(jié)流調(diào)速實現(xiàn)的。振搗棒由于采用液壓傳動，因而可實現(xiàn)無級調(diào)頻，可對不同性質(zhì)砼（如坍落度不同）進行最佳振動頻率的振搗。由于砼混合料在材料、級配、水灰比、坍落度及設計要求上是經(jīng)常變化的，因此要求振動頻率也隨之變化，才能達到最佳效果，使砼在最短時間內(nèi)即達到充分液化狀態(tài)。為便于使用，振搗棒除設總開關用來控制振動和停止外，每個振搗棒還設有手動旋扭開關（即閥4）。實踐證明，振搗棒頻率偏高為好，最低不低于7 000 次／ min。

　　大中型攤鋪機根據(jù)攤鋪寬度設置振搗棒的數(shù)量，一般攤鋪寬度在4～6m 時，設置8～12 個；擴展到7.32～7.92m 時，設置15～18 個；攤鋪寬度為9.75～13．4m 時，設置20～24 個；對于攤鋪寬度在15.24～17m 的特大型攤鋪機，則需設置42～48 個振搗棒。

4　搗實板回路

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

5　輔助系統(tǒng)液壓回路

　　攤鋪機的輔助系統(tǒng)主要包括主機架寬度伸縮、自動調(diào)平、自動轉(zhuǎn)向、噴水、攤鋪作業(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）均由1臺輔助系統(tǒng)主泵（單向變量泵）來供油，由換向閥控制執(zhí)行元件的動作，是一個單泵多回路系統(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，分別向主機架伸縮回路、噴水馬達回路、4個自動調(diào)平回路、4 個自動轉(zhuǎn)向回路及攤鋪作業(yè)裝置調(diào)整回路等11 個回路供油。

5.1　自動調(diào)平回路

　　自動調(diào)平就是保證攤鋪機的各種作業(yè)裝置始終能保持在預定的水平高度上，從而保證攤鋪質(zhì)量。自動調(diào)平系統(tǒng)的重要元件是自動調(diào)平傳感器，它直接感受路基高度的變化，自動調(diào)節(jié)鋪層厚度，使鋪成的路面達到平整度要求。自動調(diào)平系統(tǒng)有電液自動調(diào)平系統(tǒng)和全液壓自動調(diào)平系統(tǒng)兩種形式。電液自動調(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）等組成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。

　　由電調(diào)平傳感器檢測路基的不平整度，根據(jù)不平整度的大小產(chǎn)生相應強度的控制電信號驅(qū)動電液比例閥工作，比例閥的閥口開度大小正比于控制電信號的大小，比例閥控制了壓力油進入調(diào)平液壓缸的哪一腔及進入流量的多少，因此就可使調(diào)平液壓缸根據(jù)基準線與路基之間的差距進行升降調(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線相接觸。當由于路基不平而使機架下降或抬高時，觸桿就會帶動軸轉(zhuǎn)動。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，觸桿帶動傳感器3 的偏心軸順時針轉(zhuǎn)動，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 進入支腿液壓缸的大腔，活塞桿伸出，使機架升高，隨著機架的升高，觸桿又帶動傳感器3 的偏心軸逆時針轉(zhuǎn)動，使C1、C2 口逐漸關閉，直到機架與基準線之間的距離恢復原先的設定值。當遇到路基升高時，控制過程正好與上述的相反。每個調(diào)平傳感器與各自的支腿液壓缸構成4個獨立的調(diào)平回路，可實現(xiàn)“四點調(diào)平法”調(diào)平機架。

5.2　自動轉(zhuǎn)向回路

　　在攤鋪機的4 個支腿上各安裝1 個構造及作用原理與調(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)向油缸的動作，使履帶偏轉(zhuǎn)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。在基準線一側的轉(zhuǎn)向傳感器由觸桿輸入信號，另一側則是通過轉(zhuǎn)向反饋纜繩（將基準線側的傳感器與無基準線側的反饋閥連接的方法）實現(xiàn)反饋信號輸入，以實現(xiàn)4 個履帶同步轉(zhuǎn)向。自動轉(zhuǎn)向的液壓回路也與自動調(diào)平的完全相同（參見圖6）。

5.3　攤鋪作業(yè)裝置調(diào)整液壓回路

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