機(jī)液一體式強(qiáng)夯機(jī)市場前景及發(fā)展趨勢

羅鑒

摘 要：介紹了機(jī)械式、全液壓式、機(jī)液一體式強(qiáng)夯機(jī)的發(fā)展歷程以及各自優(yōu)劣點(diǎn)，著重介紹了市場上最認(rèn)可的機(jī)液一體式強(qiáng)夯機(jī)，重點(diǎn)提出了強(qiáng)夯機(jī)以后發(fā)展的技術(shù)方向。

關(guān)鍵詞：變幅臂架式；強(qiáng)夯機(jī)；強(qiáng)夯法；機(jī)液一體式臂架

中圖分類號：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.16.093

變幅臂架式強(qiáng)夯機(jī)（以下簡稱為強(qiáng)夯機(jī)）是眾多強(qiáng)夯設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的一種專業(yè)用于土石方填平后夯實(shí)工程的機(jī)械設(shè)備，是一種基于強(qiáng)夯法原理設(shè)計(jì)的工程機(jī)械。其工作原理是將很重的錘（一般10～25噸）從很高處（一般15～30米以內(nèi)）自由落下，形成很大的沖擊，使土層達(dá)到很高的致密度，并使之具有很大的承載力。該設(shè)備具有作業(yè)頻率高、設(shè)備頻繁承受破壞性沖擊載荷、作業(yè)環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)場建設(shè)、圍海造田等建設(shè)工程中。

1 強(qiáng)夯機(jī)的三大驅(qū)動類型及其發(fā)展歷程

強(qiáng)夯機(jī)根據(jù)動力系統(tǒng)的驅(qū)動原理可分為機(jī)械式、機(jī)液一體式、全液壓三大類。早期的強(qiáng)夯機(jī)大多是機(jī)械式，如杭重W200A、QH550以及撫挖50t，由于整體采用機(jī)械傳動，使得設(shè)備體積龐大、自重大，運(yùn)輸成本高昂，而且強(qiáng)夯能級不高，自動控制水平又往往較低，工作效率普遍較低，但機(jī)械式也有一些優(yōu)點(diǎn)，比如主卷揚(yáng)、變幅卷揚(yáng)采用機(jī)械傳動，功率損失小，同時(shí)機(jī)械式維修方便，使用成本較低，而且經(jīng)久耐用。

近幾年隨著土地資源日趨緊張，加之國家對耕地的保護(hù)，出現(xiàn)了大量的填方地基，給強(qiáng)夯機(jī)開拓了寬闊的市場。一些工程機(jī)械的龍頭企業(yè)，尤其是生產(chǎn)履帶起重機(jī)的廠家，如三一、中聯(lián)、徐工等開始紛紛涉足該領(lǐng)域，它們借助其在履帶起重機(jī)上的豐富經(jīng)驗(yàn)以及液壓系統(tǒng)，推出的新產(chǎn)品全是全液壓式，而且車架采用箱型梁結(jié)構(gòu)，比起老舊的機(jī)械式模式，更加科學(xué)、合理。如三一重工SQH400，中聯(lián)重科ZTM300、ZTM500機(jī)型，都是在原先成熟的履帶起重機(jī)基礎(chǔ)上，只是針對強(qiáng)夯工況做了一些升級改進(jìn)，如提高發(fā)動機(jī)功率，取消副卷揚(yáng)，增加臂架頂節(jié)的鶴頭等。以設(shè)計(jì)能級為300t.m的中聯(lián)ZTM300為例，整機(jī)自重只有49噸，而同能級的杭重機(jī)械式QH550則要超過65噸。在車輛自重大幅降低之后，車輛的通過性得到了大幅提升，也為轉(zhuǎn)場運(yùn)輸帶來了極大的便利，而且通過液壓節(jié)能技術(shù)，顯著降低了發(fā)動機(jī)的燃油消耗，同時(shí)液壓控制操縱輕便、靈活、高效，再結(jié)合電氣控制系統(tǒng)，能大幅提高整機(jī)的自動控制水平。

相比機(jī)械式強(qiáng)夯機(jī)，全液壓式的技術(shù)優(yōu)勢是顯而易見的，它讓傳統(tǒng)強(qiáng)夯機(jī)卸掉了笨重的機(jī)械結(jié)構(gòu)，讓操作人員有了更舒適的操作體驗(yàn)，它完全將強(qiáng)夯機(jī)技術(shù)水平提升到了一個更高層次，這也是整個行業(yè)技術(shù)發(fā)展的一大方向。

全液壓式強(qiáng)夯機(jī)推出的前幾年，得到了用戶的極大青睞。尤其價(jià)格方面，由于全液壓式成本要低很多，售價(jià)自然也比機(jī)械式要便宜很多，在2008年基礎(chǔ)建設(shè)大紅火的時(shí)候，一些工程地質(zhì)單位甚至一個訂單就是二、三十臺，中聯(lián)重科僅在2、3年內(nèi)，就風(fēng)風(fēng)火火賣了三四百臺。然而全液壓式強(qiáng)夯機(jī)并沒有得到持續(xù)的發(fā)展，在客戶后續(xù)使用過程中，甚至在使用之初，問題開始不斷的顯現(xiàn)：如車架結(jié)構(gòu)簡單的從履帶起重機(jī)改造過來之后，存在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度局部偏弱，導(dǎo)致臂架以及底盤容易變形、開裂；更為嚴(yán)峻的是強(qiáng)夯機(jī)落錘瞬間，臂架會將巨大的沖擊力反作用給液壓系統(tǒng)，導(dǎo)致液壓元器件故障率高，雖然后來有部分企業(yè)嘗試性的改用性能優(yōu)異的進(jìn)口液壓件，但仍沒有很大的改善。直到現(xiàn)在，全液壓式仍然不太適合400t.m以上的大能級強(qiáng)夯作業(yè)，像中聯(lián)ZTM300強(qiáng)夯機(jī)，客戶一般只用在200t.m能級以下的強(qiáng)夯作業(yè)，或者直接把它改裝成履帶起重機(jī)使用。

近幾年，由于市場上存在大量無法作業(yè)而又較新的全液壓式強(qiáng)夯機(jī)，所以也出現(xiàn)了一些專業(yè)改造強(qiáng)夯機(jī)的企業(yè)，如起步較早的山東泰安大地，以及后來涉足的杭重機(jī)械，它們將全液壓式改造成后來市場較認(rèn)可的機(jī)液一體式，改造費(fèi)用也較低，像杭重改造一臺費(fèi)用差不多在32萬以內(nèi)，山東泰安大地差不多在20萬以內(nèi)，這樣既可以讓客戶把手頭上無法使用的全液壓式強(qiáng)夯機(jī)能夠重新利用起來，而且比起購買新機(jī)，也要實(shí)惠很多。在2015年，杭重機(jī)械還一度與中聯(lián)重科接洽，協(xié)商改造中聯(lián)重科現(xiàn)在庫存的四五百臺全液壓式強(qiáng)夯機(jī)，后來因?yàn)檎麄€工程機(jī)械行業(yè)的整體復(fù)蘇而不了了之。

強(qiáng)夯機(jī)在作業(yè)過程中，落錘瞬間的沖擊力是破壞性的，液壓系統(tǒng)雖然讓結(jié)構(gòu)變得更加簡便，讓操作更加輕便，但是無法承受這瞬間的巨大沖擊，該技術(shù)難題，現(xiàn)在依然存在，這也使得如今的全液壓式只能局限在低能級作業(yè)范圍內(nèi)，在面對接連不斷的質(zhì)量問題甚至退貨后，中聯(lián)、徐工等公司已相繼退出了強(qiáng)夯行業(yè)，如今還在生產(chǎn)全液壓式的大企業(yè)已為數(shù)不多，只剩撫挖、宇通、三一等企業(yè)。隨著廠家及客戶越來越理性，全液壓式已慢慢從原先的以低價(jià)競爭轉(zhuǎn)換到了以注重質(zhì)量為主。

全液壓式強(qiáng)夯機(jī)給生產(chǎn)傳統(tǒng)機(jī)械式強(qiáng)夯機(jī)的廠家的沖擊是巨大的，整個行業(yè)也得到了重新洗牌。面對嚴(yán)峻的行業(yè)形勢，杭重工程機(jī)械也曾一度低迷，但憑借三十多年的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)以及擁有一批資深的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，在徹底了解了全液壓式的優(yōu)劣點(diǎn)后，于2011年首次在國內(nèi)推出了機(jī)液一體式強(qiáng)夯機(jī)HZQH3000，并獲得了浙江省科技進(jìn)步二等獎。它的驅(qū)動模式是將柴油發(fā)動機(jī)的輸出扭矩一部分通過減速器直接將動力傳遞給主卷揚(yáng)及變幅機(jī)構(gòu)，這一部分動力采用機(jī)械傳動；另一部分扭矩輸送到液壓主泵，主泵輸出的扭矩主要用于車輛行走以及一些其它輔助機(jī)構(gòu)，如操作手柄、平衡油缸、展闊油缸等，這樣既充分利用了液壓系統(tǒng)的優(yōu)勢，同時(shí)又避開了臂架劇烈擺動時(shí)對液壓系統(tǒng)的巨大沖擊。隨著市場的不斷驗(yàn)證，機(jī)液一體式的這種傳動模式已得到了用戶的廣泛認(rèn)可，現(xiàn)今，機(jī)液一體式強(qiáng)夯機(jī)已占據(jù)了絕大部分市場份額，尤其在高能級的強(qiáng)夯作業(yè)。

雖然強(qiáng)夯機(jī)應(yīng)用已經(jīng)有一定的歷史，但其技術(shù)發(fā)展似乎落后于其應(yīng)用，隨著行業(yè)的不斷發(fā)展，以及國家政策的鼓勵引導(dǎo)，預(yù)計(jì)強(qiáng)夯機(jī)未來的技術(shù)需求將體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

2 強(qiáng)夯機(jī)發(fā)展的技術(shù)方向

2.1 智能化及安全性

智能化是強(qiáng)夯機(jī)的大勢所趨，強(qiáng)夯機(jī)通過一遍又一遍的高處落錘，已達(dá)到夯實(shí)地基的目的，因此，作業(yè)具有重復(fù)性高的特點(diǎn)，如果能實(shí)現(xiàn)通過設(shè)置好的控制程序讓設(shè)備自動強(qiáng)夯，就會大幅降低作業(yè)人員工作量。另一方面，通過智能化的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，可以讓遠(yuǎn)在千里的相關(guān)工程師了解到設(shè)備的使用情況，以及針對數(shù)據(jù)的異常情況，能對強(qiáng)夯機(jī)的技術(shù)故障有一個粗略的了解。此外，系統(tǒng)采集的相關(guān)數(shù)據(jù)還能為強(qiáng)夯機(jī)的壽命和動態(tài)特性的研究提供數(shù)據(jù)支持。

三一重工2013年發(fā)布的SQH401強(qiáng)夯機(jī)首次采用了智能操控系統(tǒng)與智能施工管理系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)顯示夯擊深度，并實(shí)現(xiàn)一鍵啟動自動循環(huán)夯擊，同時(shí)，作業(yè)人員能在150米遠(yuǎn)的距離范圍內(nèi)遙控操作，能使強(qiáng)夯作業(yè)更安全，更輕松。另外，該設(shè)備設(shè)置有眾多保護(hù)裝置及故障自我診斷功能，這極大的避免了帶病作業(yè)的危險(xiǎn)狀況，也能使設(shè)備在故障之處，就能及時(shí)的被發(fā)現(xiàn)或自我修復(fù)，大幅提高了現(xiàn)場作業(yè)安全性以及減少機(jī)器故障停工的時(shí)間。

杭重HZQH4000CS機(jī)液一體式強(qiáng)夯機(jī)，該機(jī)型同樣安裝有多重傳感器及檢測儀，如水平傳感器、測速儀、關(guān)鍵部位的應(yīng)力檢測儀以及打樁下沉量自動檢測系統(tǒng)等，也為智能化邁出了一大步。

2.2 非脫鉤技術(shù)的廣泛應(yīng)用

目前，強(qiáng)夯機(jī)落錘主要通過脫鉤方式，夯錘下落時(shí)，它是與吊鉤在空中脫開的，呈自由下落狀態(tài)。其原理是將鋼絲繩一端栓于主機(jī)上，一端栓于吊鉤上，當(dāng)主卷揚(yáng)將夯錘提升到一定高度，鋼絲繩就會繃緊，直至將吊鉤的開口拉到朝下，夯錘就自動滑落了。對于這種脫鉤落錘方式，無論如何都需要人工掛鉤，這不但給作業(yè)人員帶來較大的安全隱患，而且也降低了作業(yè)效率。

非脫鉤方式是夯錘在下落時(shí)不與吊鉤脫開，它是與夯錘一起下落、提升。該方式需要有較高的技術(shù)要求：卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)要具備承受沖擊的能力；要有良好的制動器，并配有相應(yīng)檢測裝置，以使得夯錘落地瞬間，能夠自動剎住卷揚(yáng)，以制止出現(xiàn)亂繩現(xiàn)象。

德國利勃海爾是國際上率先開展非脫鉤技術(shù)研究的公司，現(xiàn)在它的非脫鉤技術(shù)已經(jīng)很成熟，在國際上有比較高的聲譽(yù)，并在全球許多國家都申請有專利保護(hù)。幾年前，國內(nèi)各大企業(yè)就紛紛開始此項(xiàng)技術(shù)的研究與開發(fā)，如三一重工于2013年在北京BICES展上發(fā)布了首臺非脫鉤油缸強(qiáng)夯機(jī)SQH401，雖然實(shí)際效果與德國利勃海爾還存在一定的差距，但隨著相關(guān)技術(shù)的逐漸成熟，非脫鉤技術(shù)將會在行業(yè)內(nèi)廣泛普及。

2.3 局部輕量化設(shè)計(jì)

強(qiáng)夯機(jī)不同于其它工程機(jī)械，它的使用環(huán)境十分惡劣，而且設(shè)備頻繁承受破壞性沖擊，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，往往需要給它富足的安全系數(shù)，用以應(yīng)對瞬間的巨大沖擊，但這也造成了強(qiáng)夯機(jī)過于笨重，局部設(shè)計(jì)不科學(xué)的現(xiàn)象。

隨著有限元分析的逐漸普及，以及客戶對設(shè)備的要求的不斷提高，在確保安全的情況下，局部輕量化設(shè)計(jì)還是必需的。當(dāng)然，盲目的輕量化設(shè)計(jì)也會給設(shè)備及企業(yè)帶來極大的風(fēng)險(xiǎn)，如杭重在2009年開發(fā)的一款輕量化的臂架，在客戶使用過程中，接連出現(xiàn)臂架開裂、扭曲等缺陷，給公司帶來了不小的經(jīng)濟(jì)損失。

2.4 更加舒適的作業(yè)設(shè)備

強(qiáng)夯機(jī)作業(yè)時(shí)的振動要比一般工程機(jī)械大得多，這對操作人員的身體健康影響是挺大的，隨著人們生活條件的不斷提高，設(shè)計(jì)出更加舒適的作業(yè)設(shè)備已是當(dāng)務(wù)之急。一方面需要有更加符合人機(jī)工程學(xué)的操作設(shè)備，如駕駛室的多重減震，操作手柄的舒適性，配備帶阻尼的座椅、舒適的空調(diào)以及其它娛樂、消遣設(shè)備；另一方面需采取有效的措施來降低沖擊，亦或采取以下方法：

（1）增加臂架截面積能提高臂架的整體剛度，繼而減少臂架的晃動幅度，在某些高能級強(qiáng)夯機(jī)上，大截面臂架也有一定的使用。

（2）科學(xué)優(yōu)化彈性阻尼部件，如優(yōu)化好防筋桿上的阻尼彈簧，使之能最大程度的吸收臂架沖擊力，同時(shí)，合理布局輔助門架裝置，使傳遞過來的臂架沖擊力，能均勻分散到各個支撐點(diǎn)，切不可讓沖擊力聚集在結(jié)構(gòu)的某一處，此外，還可以在轉(zhuǎn)臺尾部增加支撐油缸，也能在一定程度上降低設(shè)備的振動。

此外，強(qiáng)夯機(jī)后期的維修便捷性、拆裝便利性等需求也應(yīng)是企業(yè)關(guān)注的方法。如采用模塊化設(shè)計(jì)理念，像中聯(lián)ZTM300具備平衡重自裝卸的功能，20噸重的平衡重可利用自身的變幅卷揚(yáng)及A型架就能自我拆裝，這極大的方便了設(shè)備的轉(zhuǎn)場與運(yùn)輸，特別是一些道路條件差、無法及時(shí)配置起重機(jī)的偏遠(yuǎn)地區(qū)，更能發(fā)揮這些功能的優(yōu)勢。

2.5 能級兩極化趨勢

隨著強(qiáng)夯機(jī)使用范圍和施工領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，為不斷滿足施工要求，強(qiáng)夯機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)用正向高、低能級兩極化發(fā)展。

目前市場應(yīng)用最廣泛的能級（無門架）一般在300～400t·m左右，對圍海造田、吹沙填海、高海拔機(jī)場建設(shè)等各類大規(guī)模強(qiáng)夯地基施工，需要能級（無門架）在600～1600 t·m左右的高能級設(shè)備。同時(shí)，在建造高速、工廠、房屋地基等時(shí)，也有用到夯擊速度快、移動便捷、能級在50～200t·m的微型強(qiáng)夯機(jī)。

2.6 節(jié)能和環(huán)保

節(jié)能和環(huán)保是強(qiáng)夯機(jī)今后發(fā)展的趨勢和基本要求。隨著國家對環(huán)境保護(hù)得越來越嚴(yán)格，強(qiáng)夯機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)也會越來越高，在建造工廠、房屋地基時(shí)的噪音也會有較高的規(guī)范。

當(dāng)前，強(qiáng)夯機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)發(fā)展也需要以環(huán)保節(jié)能減排理念為基礎(chǔ)，并且在機(jī)械生產(chǎn)過程中對于機(jī)械組成部件的改良及機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新都有著直接的影響，所以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)夯機(jī)的節(jié)能環(huán)保應(yīng)用對于行業(yè)未來的發(fā)展也有著深遠(yuǎn)的意義。

3 結(jié)語

強(qiáng)夯機(jī)通過幾十年的發(fā)展，已從最初的代用強(qiáng)夯機(jī)發(fā)展到了現(xiàn)今的專業(yè)強(qiáng)夯機(jī)，性能都得到了全方位的提升，而且能級范圍也在不斷的擴(kuò)大，由于許多新技術(shù)新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，現(xiàn)在所開發(fā)的強(qiáng)夯機(jī)已經(jīng)更加專業(yè)化，更具實(shí)用性。但隨著市場需求的不斷變化，相關(guān)技術(shù)水平的不斷革新如液壓元器件，以及作業(yè)人員對設(shè)備的操作性能、智能化水平的要求越來越高，強(qiáng)夯機(jī)還要不斷的努力與探索。

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