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高等级公路多功能养护车液压系统设计研究 |
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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)
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(6/24/2004) |
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