振動壓路機軟啟動研究

黃建華

（廣西機電工程學(xué)校，廣西 南寧530001）

隨著高等級公路開發(fā)要求的不斷提高，振動壓路機以使用靈活、激振力大等優(yōu)點，在工程項目中得到了越來越廣泛的運用。然而，在使用中，常常在振動的傳動系統(tǒng)中會出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，如液壓管件破裂、泵及馬達(dá)的聯(lián)結(jié)件損壞、振動元件斷裂等等，特別是大噸位的壓路機，產(chǎn)生故障后影響其他設(shè)備的使用，造成的損失更大。

1 破壞原因分析

在實際使用中發(fā)現(xiàn)，絕大部分（約80%）的破壞，是發(fā)生在壓路機起振的瞬間，有15%的故障，是由于管件的老化與損壞。

我們以德國BOMAG217D振動壓路機進(jìn)行分析。實際檢測發(fā)現(xiàn)，在啟動振動的瞬間，液壓系統(tǒng)的壓力峰值可以達(dá)到38 MPa，在實際工作中的誤操作，如停車啟動振動，則可以達(dá)到42.5 MPa，而其正常工作壓力只有18～20 MPa。這種瞬間的高壓，給系統(tǒng)中的液壓元件、機械聯(lián)結(jié)件造成了極大的沖擊，這是導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生故障的主要原因。

下面以BOMAG217D壓路機振動系統(tǒng)為例，進(jìn)行簡單分析。其原理圖如圖1所示。

圖1 振動壓路機液壓原理圖

2 問題的解決

2.1 基本思路

由于系統(tǒng)壓力是由負(fù)載的大小決定的，所以偏心振動塊的啟動慣性力，是產(chǎn)生瞬間高壓的根本原因。要解決系統(tǒng)的高壓沖擊問題，則必須減少啟動慣性力。因此，我們提出了兩點要求：

（1）由于泵及馬達(dá)都是定量的，因此希望系統(tǒng)實現(xiàn)空載啟動；

（2）希望振動塊能實現(xiàn)相對平緩的啟動，以減小啟動應(yīng)力。

2.2 對振動偏心軸啟動慣性力的分析

振動偏心軸啟動慣性力的計算公式為

F=meε

其中，

F為振動軸啟動慣性力；

e為偏心距；

m為振動軸質(zhì)量；

ε為軸啟動角加速度。

由上面可知，啟動慣性力F的大小，與振動軸的質(zhì)量、偏心距、啟動角加速度成正比，其中質(zhì)量與偏心距在設(shè)計時候已經(jīng)固定，不能修改。只有通過改變啟動角加速度e 來控制F的大小。

2.3 減小啟動慣性力

偏心塊的啟動角加速度ε的大小，與馬達(dá)的輸出力矩成正比，基本是正比的關(guān)系

M=Pq/2πη=Kmeε

式中，

M為馬達(dá)的輸出力矩；

P為馬達(dá)液壓力；

q為馬達(dá)排量；

η為馬達(dá)效率；

K為比例系數(shù)；

m為轉(zhuǎn)軸質(zhì)量；

ε為角加速度；

e為偏心距。

由于q 和η 均是馬達(dá)設(shè)計的定值，只可以通過控制馬達(dá)的輸入來控制啟動慣性力的大小，為此，我們設(shè)計了一個旁通回路閥，使之滿足空載啟動、控制系統(tǒng)壓力P的要求，具體原理如圖2。

圖2 軟啟動滑閥簡單結(jié)構(gòu)圖

其中，C 口壓力為系統(tǒng)背壓。

分析：

（1）當(dāng)泵啟動工作時候，P 口的壓力幾乎完全通過閥再經(jīng)過C 回到油箱，此時P 壓力很低，不能啟動振動偏心軸，液壓油通過左側(cè)油道作用于A 腔的閥芯上，由于A、B 兩腔面積不相等，使得壓力推動整個閥芯克服彈簧力向右運動，B 腔油液回流時，在阻尼小孔L的作用下，使得閥芯只能緩慢的向右運動，這時K 處的狹長開口逐漸減小，使得流經(jīng)C 口的油流量也逐漸減小，系統(tǒng)壓力P 也逐漸升高，當(dāng)K 口完全關(guān)閉時候，系統(tǒng)壓力達(dá)到最高值，而閥芯處于最右端，此時的高壓回路無旁通回路。

（2）在P 口壓力下降（即停止振動）時，在彈簧力的作用下，閥芯回到左側(cè)的初始位置。

從上面的分析可以看出，控制P的增量，可以通過控制閥芯從左運動到右的時間來確定，而時間的大小，是由阻尼小孔L的參數(shù)來確定的，其表達(dá)式為

T =V/Q

其中，

V為B 腔的容積；

Q為阻尼小孔的流量，Q=πd4△P/128μL；

T為運動時間；

△P為阻尼小孔前后的壓差；

d為小孔直徑；

μ為液壓油動力黏度；

L為小孔的長度。

由于回油箱口壓力視為0，初始壓差可以看作P的值。我們可以通過節(jié)流小孔直徑的大小，來控制P的增長速度，也就改變了啟動慣性力的大小。在實際使用中，我們使用了0.5 mm的小孔直徑，效果良好。

2.4 基本參數(shù)的確定

（1）啟動壓力設(shè)定為正常油壓的100%；

（2）阻尼小孔控制下的閥芯T 運動時間為2 s。

經(jīng)過測試，啟動角加速度下降了接近50%，這樣啟動的慣性力，也應(yīng)該下降了50%，完全可以由節(jié)流小孔來調(diào)節(jié)。

3 結(jié)束語

對比改進(jìn)前后的慣性力，我們可以通過一個小的改進(jìn)，減小了液壓系統(tǒng)的沖擊，可以解決系統(tǒng)容易破壞的問題，延長了機器的使用壽命。實踐中，采用的是直接連接在油管接口的方式，安裝簡便，不影響設(shè)備正常使用，效果很好。

[1]項昌樂.液壓與液力傳動[M].北京：高等教育出版社，2008.