路緣石水泥滑模攤鋪機(jī)液壓控制系統(tǒng)

趙國普 于勤玲 徐寶國 單文桃

摘要：基于液壓系統(tǒng)對(duì)于路緣石水泥滑模攤鋪機(jī)行走、供料、振動(dòng)等各工作機(jī)構(gòu)的重要性，系統(tǒng)論述了滑模機(jī)行走驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)、供料驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)、振動(dòng)棒驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)、油缸驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)的工作原理，并對(duì)中型滑模機(jī)的單泵液壓系統(tǒng)進(jìn)行介紹，可為路緣石水泥滑模機(jī)的設(shè)計(jì)、維修與使用提供參考。

關(guān)鍵詞：滑模機(jī)；液壓系統(tǒng)；混凝土構(gòu)造物；路緣石

中圖分類號(hào)：U415.52 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Abstract： Considering the importance of hydraulic system to the walking mechanism， feeding system and vibratory gear of slipform paver for curb and gutter， the working principle of how those parts are driven by the hydraulic system was expounded. The hydraulic system with a single pump of a medium-sized slipform paver was introduced， which provides reference to the design， use and maintenance of concrete slipform paver for curb and gutter.

Key words： slipform paver； hydraulic system； concrete structure； curb

0 引 言

滑模機(jī)發(fā)展至今已有一百余年的歷史，當(dāng)前已形成大、中、小三種類型[1-2]。小型滑模機(jī)屬于反推擠壓式，施工時(shí)依靠螺旋或搗錘擠壓混合料所形成的反作用力前進(jìn)，沒有行走驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，不能自行走[3]。這類滑模機(jī)采用機(jī)械傳動(dòng)傳遞動(dòng)力，主要用于路緣石斷面尺寸小、平整度要求不高的滑模工程。中型和大型滑模機(jī)多采用全液壓驅(qū)動(dòng)，電子自動(dòng)控制液壓閥實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)向和自動(dòng)找平，滑模機(jī)所有的工作機(jī)構(gòu)都采用液壓驅(qū)動(dòng)，包括行走、供料皮帶（螺旋）、振動(dòng)、找平、模具和履帶伸縮等。

1 滑模機(jī)的行走驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)

1.1 三輪胎滑模機(jī)行走驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)

圖1為三輪胎滑模機(jī)的行走驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)原理，該系統(tǒng)采用三個(gè)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)三只輪胎。

考慮到采用本系統(tǒng)的滑模機(jī)功率不大，就采用定量泵控制定量液壓馬達(dá)的開式液壓系統(tǒng)，為解決定量泵系統(tǒng)的發(fā)熱問題，系統(tǒng)中設(shè)置散熱器，散熱器可靠近發(fā)動(dòng)機(jī)放置，便于利用發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷[4]。

滑模機(jī)在攤鋪?zhàn)鳂I(yè)時(shí)速度不超過12 m·min-1，采用液壓泵1單泵供油就能滿足要求?；C(jī)轉(zhuǎn)場時(shí)其他工作機(jī)構(gòu)都處于關(guān)閉狀態(tài)，不需相應(yīng)的液壓泵供油，這時(shí)電磁換向閥通電，液壓泵2與液壓泵1同時(shí)給行走液壓馬達(dá)供油，增加滑模機(jī)的行走速度，縮短轉(zhuǎn)場時(shí)間。單向閥1和單向閥2分別保護(hù)液壓泵2和液壓泵1，阻止高壓油對(duì)液壓泵輸出口形成反作用力，確保液壓泵長時(shí)間穩(wěn)定工作。液控溢流閥1、節(jié)流閥和梭閥組合在一起形成系統(tǒng)的負(fù)載敏感功能，梭閥檢測出三個(gè)液壓馬達(dá)的高壓端壓力，通過液控溢流閥1的液控口控制液壓泵1的輸出壓力，使得系統(tǒng)的壓力跟隨液壓馬達(dá)的負(fù)載（行走牽引力）改變而變化，在壓力上實(shí)現(xiàn)負(fù)載敏感，達(dá)到節(jié)能、降低液壓油溫升的目的。節(jié)流閥控制溢流閥1液控口上的液壓油，對(duì)溢流閥1起安全保護(hù)作用。溢流閥2設(shè)定系統(tǒng)的最高工作壓力，對(duì)系統(tǒng)起安全保護(hù)作用。液壓閥是電控比例流量閥，通常選用具有壓力補(bǔ)償性能的比例流量閥，確保其輸出流量恒定，滑模機(jī)行走穩(wěn)定。液壓馬達(dá)1、2、3分別通過集成的行星減速機(jī)與三個(gè)輪胎相連，液壓馬達(dá)1為前驅(qū)動(dòng)輪馬達(dá)，液壓馬達(dá)2、3分別為右后輪胎和左后輪胎驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，液壓馬達(dá)1與液壓馬達(dá)3串聯(lián)后與液壓馬達(dá)2并聯(lián)。前輪和左后輪呈直線分布，并與機(jī)身直行方向平行。分流集流閥按比例控制進(jìn)入液壓馬達(dá)1和液壓馬達(dá)2的液壓油量，不受各驅(qū)動(dòng)輪胎負(fù)載的影響，解決因某個(gè)輪胎打滑引起液壓馬達(dá)短路造成的滑模機(jī)無法行走問題。電磁開關(guān)閥1、2分別與液壓馬達(dá)2和3并聯(lián)，當(dāng)兩電磁開關(guān)閥線圈通電時(shí)，可使這兩只液壓馬達(dá)短路，實(shí)現(xiàn)拖轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)場時(shí)開啟此項(xiàng)功能。

1.2 三履帶滑模機(jī)行走驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)

三履帶滑模機(jī)常采用三個(gè)液壓馬達(dá)分別驅(qū)動(dòng)三條履帶，三履帶呈前一后二布置[5]。

此類型滑模機(jī)主要用于攤鋪大尺寸路緣石混凝土構(gòu)造物，攤鋪時(shí)前進(jìn)阻力大，行走驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)功率高，通常在20 kW左右，常使用專用液壓泵完成行走驅(qū)動(dòng)。此類液壓系統(tǒng)可采用開式系統(tǒng)，也可采用閉式系統(tǒng)，圖2為三履帶滑模機(jī)行走驅(qū)動(dòng)開式系統(tǒng)，圖3為三履帶滑模機(jī)行走驅(qū)動(dòng)閉式系統(tǒng)。閉式系統(tǒng)采用閉式變量泵和液壓馬達(dá)構(gòu)成主循環(huán)回路，為容積調(diào)速。如果不考慮液壓元件的泄露，系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)沒有能量損失（包括流量損失和壓力損失）。開式系統(tǒng)采用負(fù)載敏感變量泵供油，系統(tǒng)工作壓力通過泵的負(fù)載敏感機(jī)構(gòu)跟隨行走馬達(dá)的負(fù)載而改變，理論上系統(tǒng)不存在壓力損失。開式系統(tǒng)由于采用節(jié)流閥（通常采用電控且具有壓力補(bǔ)償功能的比例流量閥）改變供油流量，屬于節(jié)流調(diào)速，存在高壓油通過節(jié)流閥的壓差損失，但是變量泵的輸出流量跟隨負(fù)載的需要不斷調(diào)整，相對(duì)定量泵系統(tǒng)，其流量損失很小。

圖2中，液壓泵為負(fù)載敏感變量泵，其輸入口接粗濾芯，保護(hù)液壓泵體不受大顆粒污染物損壞；其輸出口接精濾芯，保護(hù)下游的空置房和液壓馬達(dá)等液壓元件。電比例流量閥通過電比例信號(hào)調(diào)節(jié)輸出流量的大小，用于控制滑模機(jī)的行走速度。電磁換向閥用于改變滑模機(jī)的行走方向（前進(jìn)或后退）。電磁開關(guān)閥1、2線圈通電時(shí)，分流集流閥被旁通，三只液壓馬達(dá)并聯(lián)，在小半徑高速度轉(zhuǎn)彎時(shí)實(shí)現(xiàn)差速功能，解決外履帶拖轉(zhuǎn)問題。電磁開關(guān)閥1、2線圈斷電時(shí)，分流集流閥工作，兩輸出口供給液壓馬達(dá)1、2的液壓油量不受各自的負(fù)載影響，按等比例供油，解決液壓馬達(dá)1、2驅(qū)動(dòng)的履帶打滑引起液壓馬達(dá)短路，從而造成的滑模機(jī)無法行走問題。三只液壓馬達(dá)為同型號(hào)變量馬達(dá)，攤鋪工作時(shí)處在大排量、大扭矩、低速工作狀態(tài)，轉(zhuǎn)場時(shí)處在小排量、小扭矩、高速工作狀態(tài)。梭閥的輸出口連接到液壓泵的負(fù)載敏感口，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的負(fù)載敏感功能，梭閥檢測出三個(gè)液壓馬達(dá)的高壓端壓力，作用到液壓泵上的負(fù)載敏感閥，使得液壓泵的輸出壓力跟隨液壓馬達(dá)的負(fù)載（行走牽引力）改變而變化，在壓力上實(shí)現(xiàn)負(fù)載敏感，達(dá)到節(jié)能和降低液壓油溫升的目的。集流板匯集開式系統(tǒng)的回油和液壓泵、液壓馬達(dá)的外泄油，引到冷卻器回油箱。endprint

圖3閉式液壓系統(tǒng)與圖2開式液壓系統(tǒng)的區(qū)別在于采用了閉式液壓泵，系統(tǒng)的其他組成基本一樣。閉式泵可用電動(dòng)變量/變向、液動(dòng)變量/變向或手動(dòng)變量/變向，本系統(tǒng)采用電動(dòng)變量泵。本系統(tǒng)變量泵的主要組成包括主變量泵、補(bǔ)油泵、補(bǔ)油過濾器、補(bǔ)油溢流閥、主系統(tǒng)安全閥，安全閥都集成一個(gè)單向閥，單向閥與其他補(bǔ)油元件構(gòu)成閉式系統(tǒng)的補(bǔ)油系統(tǒng)，解決閉式系統(tǒng)中元件的泄漏問題。

2 滑模機(jī)的供料驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)

滑模機(jī)常用到的供料裝置有皮帶和螺旋兩種類型，前者送料效率高，但存在漏料、不具有二次攪拌的缺點(diǎn)；后者能有效解決漏料問題，而且具有二次攪拌混凝土料的功能，但送料效率低，需要更大功率的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。對(duì)于滑模機(jī)，無論是皮帶供料或者螺旋供料，其液壓系統(tǒng)的組成基本相同。中型滑模機(jī)采用單皮帶或單螺旋供料，混凝土料直接從運(yùn)料車送到模具料斗，大型滑模機(jī)有時(shí)采用雙皮帶或雙螺旋供料，解決模具的遠(yuǎn)距離偏置問題。

圖4為滑模機(jī)的供料驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)原理，該系統(tǒng)采用一只液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)一條皮帶或螺旋。對(duì)于采用雙螺旋或雙皮帶的滑模機(jī)，可采用并聯(lián)方式擴(kuò)展另一組皮帶或螺旋驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

圖4采用負(fù)載敏感變量開式系統(tǒng)，液壓泵為負(fù)載敏感變量泵，具有壓力和流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)有流量控制閥和壓力控制閥，流量控制閥用于設(shè)定負(fù)載敏感基礎(chǔ)壓力，壓力控制閥設(shè)定系統(tǒng)的安全保護(hù)壓力。液壓閥是電比例流量閥，電控信號(hào)控制輸出流量的大小，用于調(diào)節(jié)下游液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，該閥具有壓力補(bǔ)償功能，確保其輸出流量不受液壓馬達(dá)負(fù)載變化的影響。電磁換向閥串接在液壓閥和液壓馬達(dá)之間，用于改變液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向。梭閥的輸入口分別連接液壓馬達(dá)的兩工作油口，輸出口連接到液壓泵的負(fù)載敏感口，取出液壓馬達(dá)的高邊壓力作用于液壓泵的流量閥，使液壓泵的輸出壓力與負(fù)載的要求相適應(yīng)，既保證液壓馬達(dá)正常工作，又保證系統(tǒng)壓力與負(fù)載需要相吻合，減少系統(tǒng)能量損失。

3 滑模機(jī)的振動(dòng)棒驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)

滑模機(jī)在攤鋪路緣石等混凝土構(gòu)造物時(shí)，需要在模具的前端放置振動(dòng)棒對(duì)水泥混凝土進(jìn)行振動(dòng)密實(shí)，起到密實(shí)和提漿作用。為了適應(yīng)混凝土塌落度的不穩(wěn)定以及攤鋪速度的變化，振動(dòng)棒的頻率需要改變，所以用于滑模機(jī)的振動(dòng)棒多選用液壓振動(dòng)棒，以便實(shí)現(xiàn)無極調(diào)頻。形狀和尺寸不同的路緣石需要的振動(dòng)棒數(shù)量不同，小斷面的路緣石采用1根振動(dòng)棒就可密實(shí)成形，中型滑模機(jī)一般配置2～3個(gè)振動(dòng)棒液壓接口，大型滑模機(jī)需要配置5～6個(gè)振動(dòng)棒液壓接口。

圖5為滑模機(jī)的振動(dòng)棒驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)原理，該系統(tǒng)提供五路振動(dòng)回路，如果需要更多的振動(dòng)棒，可采用并聯(lián)方式進(jìn)行擴(kuò)展。液壓驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)棒內(nèi)置一只單向液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)的輸出軸連接偏心塊，液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)偏心塊轉(zhuǎn)動(dòng)形成振動(dòng)。液壓振動(dòng)棒采用的液壓馬達(dá)額定轉(zhuǎn)速高，通常在10 000 rpm以上，滿足混凝土密實(shí)需要的振動(dòng)頻率。

圖5采用負(fù)載敏感變量開式系統(tǒng)，液壓泵為負(fù)載敏感變量泵，具有壓力和流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)有流量控制閥和壓力控制閥，流量控制閥用于設(shè)定負(fù)載敏感基礎(chǔ)壓力，壓力控制閥設(shè)定系統(tǒng)的安全保護(hù)壓力。液壓閥是控制電磁開關(guān)閥，當(dāng)線圈斷電時(shí)，切斷油路使振動(dòng)棒停止振動(dòng)。系統(tǒng)中有5個(gè)電比例流量閥分別控制5根振動(dòng)棒，電控信號(hào)控制電比例流量閥輸出的大小，用于調(diào)節(jié)下游振動(dòng)棒的轉(zhuǎn)速，該閥具有壓力補(bǔ)償功能，確保其輸出流量不受振動(dòng)棒負(fù)載變化的影響。每個(gè)液壓馬達(dá)的進(jìn)油側(cè)都連接一只單向閥，每只單向閥的輸出口匯集在一起，與液壓泵的負(fù)載敏感口連接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的負(fù)載敏感功能。

4 滑模機(jī)的油缸驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)

采用油缸作為滑模機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的裝置很多，如找平、轉(zhuǎn)向、皮帶或螺旋伸縮和旋轉(zhuǎn)、模具偏置等。在這些裝置中，找平和轉(zhuǎn)向要求動(dòng)作平穩(wěn)，多采用比例閥或伺服閥控制，其他多采用普通電磁換向閥控制。

圖6為一種滑模機(jī)的油缸驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)原理，該系統(tǒng)使用一臺(tái)液壓泵控制所有的液壓油缸，液壓泵可使用定量泵，也可使用變量泵，本系統(tǒng)選用負(fù)載敏感變量泵。

系統(tǒng)中，溢流閥用作安全閥，設(shè)定系統(tǒng)的安全保護(hù)壓力，與單線圈換向閥構(gòu)成負(fù)載反饋，反饋壓力通過負(fù)載敏感口LS傳到液壓泵的負(fù)載敏感口X。電磁閥線圈斷電時(shí)，液壓泵的負(fù)載敏感口X與系統(tǒng)回油相連，系統(tǒng)工作在小壓力“待命”狀態(tài)；電磁閥線圈通電時(shí)，液壓泵的負(fù)載敏感口X與系統(tǒng)壓力油相連，系統(tǒng)工作在所設(shè)定的壓力狀態(tài)，滿足所有負(fù)載對(duì)壓力的需要。液壓閥為單向換向閥，用于控制單向工作狀態(tài)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電磁換向閥為雙向，分別控制雙作用液壓油缸。液壓閥為比例換向閥，其輸出流量與控制信號(hào)成比例，用于控制需要穩(wěn)定動(dòng)作的液壓油缸，滑模機(jī)的三個(gè)找平油缸和兩個(gè)轉(zhuǎn)向油缸都采用比例換向閥控制。雙液控單向閥用于阻止所控的液壓油缸在重力作用下的自然下降。液壓閥為雙控平衡閥，既能使被控液壓缸保持靜態(tài)穩(wěn)定，又能使其動(dòng)作穩(wěn)定。

5 中型滑模機(jī)液壓系統(tǒng)

中型滑模機(jī)的功率一般在35 kW以內(nèi)，為了簡化液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，多采用單泵控制所有的液壓執(zhí)行器，如馬達(dá)和油缸。

圖7為采用單液壓泵的滑模機(jī)的液壓系統(tǒng)，滑模機(jī)的所有動(dòng)作均由一臺(tái)液壓泵來完成。系統(tǒng)中，電磁閥線圈斷電時(shí)，液壓泵的負(fù)載敏感口X與系統(tǒng)壓力油相連，系統(tǒng)工作在所設(shè)定的壓力狀態(tài)，滿足所有負(fù)載對(duì)壓力的需要；電磁閥線圈通電時(shí)，液壓泵的負(fù)載敏感口X與系統(tǒng)回油相連，系統(tǒng)工作在小壓力“待命”狀態(tài)。溢流閥用作安全閥，當(dāng)系統(tǒng)工作負(fù)載出現(xiàn)異常情況（如堵轉(zhuǎn)）時(shí)打開，系統(tǒng)泄油，確保系統(tǒng)在安全狀態(tài)下工作。液壓馬達(dá)1用于驅(qū)動(dòng)行走，采用效率高的柱塞馬達(dá)，電磁換向閥控制行走的方向。液壓馬達(dá)2、3為振動(dòng)棒驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，分別由電磁比例流量閥1、2控制其振動(dòng)頻率。液壓馬達(dá)4用于供料系統(tǒng)，其供料速度由電磁比例流量閥2控制?；C(jī)的液壓油缸由對(duì)應(yīng)的電磁換向閥控制，液壓鎖確保液壓油缸在靜態(tài)下穩(wěn)定。

6 結(jié) 語

（1） 小型滑模機(jī)用于攤鋪小斷面路緣石，功率小于10 kW，采用反推擠壓式，主要以機(jī)械傳動(dòng)動(dòng)力。

（2） 中型滑模機(jī)和大型滑模機(jī)用于攤鋪大尺寸路緣石等混凝土構(gòu)造物，需要保證構(gòu)造物的平整度和線形，采用全液壓驅(qū)動(dòng)電子自動(dòng)控制。

（3） 滑模機(jī)多采用三輪或三履帶驅(qū)動(dòng)，中型滑模機(jī)用三輪或單履帶+雙輪組合支撐，大型滑模機(jī)采用三履帶驅(qū)動(dòng)，提供更加強(qiáng)勁的動(dòng)力。

（4） 中型滑模機(jī)采用單泵液壓系統(tǒng)，所有的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)用單泵控制，液壓泵選用負(fù)載敏感變量泵，泵工作在恒壓變量狀態(tài)。

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[責(zé)任編輯：王玉玲]endprint