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高等级公路多功能养护车液压系统设计研究
作者:济南交通高等专科学校科技处 臧发业
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摘要:文章对高等级公路多功能养护车液压系统的设计过程进行了分析,着重研究了夯拔装置回路的设计,提出了3种设计方案并对其工作性能作了分析。
关键词:养护车;液压系统;夯拔装置;设计;研究

1序言

近几年,随着我国高等级公路的迅猛发展,各种公路养护设备应运而生。调查中发现高等级公路护栏经常遭遇事故车辆的撞击而损坏,而更换护栏又无专用设备;两侧的路标路牌亦需经常维修清洗,借用其他设备不仅工作效率和作业质量低,而且劳动强度大。为此,笔者研制了一种多功能养护车,该车可实现护栏的快速更换和标志标牌的维护清洗。

高等级公路多功能养护车是以BJ1041汽车底盘为基础进行改装设计的,配置自行设计的护栏立柱夯拔装置、高空作业装置和气动工具等,由液压系统和气动系统提供动力,可对已损坏需更换的护栏进行螺母拆装、钻孔、切割、拔出、夯入等作业,也可实现标志标牌的维修、清洗等功能。以下对该车的液压系统设计作简单的分析研究。

2液压系统的设计研究

高等级公路多功能养护车结构如图1所示。


图1高等级公路多功能养护车的结构视图

液压系统原理如图2所示。


图2第1种方案液压系统原理图

2.1液压系统工作原理

如图1所示,由水平缸28、支座25、滑座26、底座27、纵向缸11、横向缸 29等构成调整装置,实现夯拔装置的工作位置调整。由液压锤18、垂直滑座21、支架22、夯拔缸23、支腿缸17等构成护栏立柱夯拔装置,用来完成护栏立柱的夯入与拔出。由底座7、转座8、旋转缸12、下摆臂2、下摆臂缸6、上摆臂3、上摆臂缸4、连杆机构1、作业平台9构成高空作业装置,用来完成标志标牌的维护。不工作时,支架22平放在车体16上,作业平台9放置在车体16上。工作时,若用来将已损坏的护栏立柱拔出,先将车开到接近损坏的立柱处。如图2所示,操纵多路阀第1联中的有关阀,使水平缸28的活塞杆伸出,推动滑座26并带动支架22接近工作位置;使纵向缸11的活塞杆缩回,拉动转轴24使支架22处于垂直状态:使支腿缸19的活塞杆伸出并支撑在路面上;然后调整水平缸30、横向缸、纵向缸11,使支架22处于合适的工作位置。操纵手动阀,使U形连接板19套在已损坏的立柱上,插入销轴,在夯拔缸23的带动下,将立柱拔出。若要将新的立柱夯入路基中,先将立柱竖立在路基上,然后操纵手动阀,使液压锤18套在立柱上,在夯拔缸的压迫下及液压锤的冲击下,将立柱夯入路基中,完成护栏立柱的更换。

同样操作可更换其他立柱。工作完成后,操纵手动阀,使夯拔缸的活塞杆缩回。操纵多路阀第1联的有关阀,将液压支腿17收起;使纵向缸的活塞杆伸出通过转轴24带动支架22转动,使之成水平状态;调整横向缸使支架22平行于车体的侧面;使水平缸的活塞杆缩回,将支架22平放在车体上。若要用来维护公路两侧的标志标牌,首先操纵多路阀第2联的有关阀,使车体的4个液压支腿15的活塞杆伸出并支撑在路面上。然后操纵多路阀第3联的有关阀,使上摆臂缸4的活塞杆推出,通过上摆臂3抬起作业平台9至一定高度:使下摆臂缸6的活塞杆伸出,推动下摆臂2转至适当位置:使转动缸12带动转座8转动,使作业平台接近标志标牌;由四连杆机构保持作业平台始终处于水平状态;调整上、下摆臂缸使作业平台处于合适的工作位置,然后进行清洗维修。当维护下一个标志标牌时,只需适当降低作业平台的高度并收起液压支腿15,将车移动到下一个工作位置,然后放下支腿,调整上、下摆动缸使工作平台处于合适的工作位置即可。工作完成后,操纵多路阀第3联的有关阀,先将作业平台降至适当高度;转动缸12带动转座8旋转,使作业平台处于初始位置的正上方;调整上、下摆臂缸将作业平台放置在车体上。操纵多路阀第2联的有关阀,将液压支腿15收起。另外配置的气动工具,可用来自动拆装护栏上的螺栓螺母并可切割扭曲的护栏和立柱;具体过程是使电磁阀切换,液压马达旋转带动空压机工作,为气动工具提供气压源。

2.2液压系统的结构设计与研究

(1) 采用双联泵
由于该车所选用液压锤的流量较大,而其他执行器所需流量均较小,如果共用1个泵,那么当调整装置或液压支腿及高空作业装置工作时,大部分流量将通过溢流阀在系统设定压力状态下流回油箱,产生热量使系统温度升高。因此为降低系统的发热量,提高其稳定性,将液压马达回路、夯拔缸与液压锤回路共用1个泵,由大泵提供动力;将其他执行器的回路共用1个泵,由小泵提供动力。当夯拔装置或气动工具工作(即液压马达工作)时,大泵工作,小泵卸载;当调整装置、4个液压支腿及高空作业装置工作时,小泵工作,大泵卸载。

(2) 选用合适的滑阀机能
如图2所示,在大泵系统中,为使小泵工作时,大泵卸载,电磁阀和手动阀采用M型滑阀机能:在小泵系统中,为使大泵工作时小泵卸载,多路阀第1联、第2联采用过桥阀体,与第3联组成一个通路。

(3) 夯拔装置液压回路的设计
该回路有3种设计方案:第1种方案是夯拔缸与液压锤共用1个控制阀,回路连接如图2所示;第2种方案是夯拔缸与液压锤分别由2个阀控制,组成2个回路,如图3所示;第3种方案如图4所示,蓄能器接在回路前,大泵的主油路上,夯拔缸与冲击体由1个阀控制,组成1个回路。无论那种方案都是将冲击能传递给立柱,与来自夯拔缸的压力共同作用使立柱克服路基的阻力(包括摩擦力)向下移动。在第2种方案中,因夯拔缸和液压锤分别由两个阀控制,其中夯拔缸回路由小泵提供动力,液压锤回路由大泵提供动力,由此夯拔缸与液压锤回路中的压力就不能同步升高,也不能实现联动,液压系统也不能根据路基情况作相应的变化,大大影响了工作效率和效果。在第3种方案中,因蓄能器接在回路的前面,虽然在工作前可以建立起压力并实现了联动,但蓄能器不能及时给冲击体补充流量,冲击频度有所降低,使传递给立柱的冲击动量减小,影响了冲击效果。第1种方案克服了第2、第3种方案的不足,使夯拔缸和液压锤实现了联动,大大提高了冲击效率和效果。路基阻力(包括摩擦力)随深度的变化如图5所示,这3种方案液压锤传递给立柱的动量随深度的变化如图6所示。可以看出第1种方案比第2种方案立柱动量达到最大值时深度大,同等情况下,立柱夯入路基中的深度大,而且能够随路基阻力的变化而相应变化;比第3种方案立柱的动量大,当然冲击效果更好,因此第1种方案是最佳设计。该车的夯拔装置采用了第一种设计方案。


图3第二种方案


图4第三种方案


图5阻力随深度变化情况


图6立柱的动量随深度的变化情况

(4) 夯拔装置的位置调整装置的设计

众所周知,车辆沿公路走向移动比较方便,沿横向移动却很困难,因立柱处在路沿上,所以必须沿横向调整夯拔装置的位置。为此,设计了水平缸30,可方便实现夯拔装置的横向移动。另外,在将立柱夯入、拔出时,并不总要求夯拔装置处在竖直状态工作,特别是当将损坏的立柱拔出时,要根据实际情况适当调整夯拔装置的倾斜度。为此,配置了横向缸31和纵向缸13。

(5) 为防止将立柱夯入路基时车辆失稳而设置了限压阀

当系统压力超过限压阀的设定值时,该回路卸载,夯拔装置停止工作。限压阀的压力根据理论计算和试验确定。

3结论

该车的研制填补了国内空白,完善了我国高等级公路养护设备的配套。其液压系统满足了工作需要,具有较高的可靠性、稳定性。
(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (6/24/2004)
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