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(gòu)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(guān)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(shù)和電液控制技術(shù)。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(shù)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(jié)構(gòu)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(gòu)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(cè)的行走馬達各構(gòu)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(cè)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(gòu)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(cè)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(cè)前、后履帶的2個馬達分別串聯(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(shè)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(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)補油。行走泵從低壓側(cè)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(gòu)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(cè)。行走泵從低壓側(cè)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(shè)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(shè)總開關(guān)用來控制振動和停止外，每個振搗棒還設(shè)有手動旋扭開關(guān)（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(shè)置振搗棒的數(shù)量，一般攤鋪寬度在4～6m 時，設(shè)置8～12 個；擴展到7.32～7.92m 時，設(shè)置15～18 個；攤鋪寬度為9.75～13．4m 時，設(shè)置20～24 個；對于攤鋪寬度在15.24～17m 的特大型攤鋪機，則需設(shè)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(guān)閉，直到機架與基準線之間的距離恢復原先的設(shè)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(gòu)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(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(cè)的轉(zhuǎn)向傳感器由觸桿輸入信號，另一側(cè)則是通過轉(zhuǎn)向反饋纜繩（將基準線側(cè)的傳感器與無基準線側(cè)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(cè)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。