雙輪銑槽機(jī)液壓系統(tǒng)特性分析

李維玲

摘 要：介紹了一種雙輪銑槽機(jī)的液壓系統(tǒng)原理，著重對(duì)其中的進(jìn)給、銑削、軟管處理和回轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行了特性分析，以期為液壓系統(tǒng)改進(jìn)和電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：雙輪銑槽機(jī);液壓系統(tǒng);進(jìn)給;銑削;軟管處理;回轉(zhuǎn)

中圖分類號(hào)：TB ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.22.091

雙輪銑槽機(jī)是目前針對(duì)地下連續(xù)墻工法的一種高端施工裝備，特別適用于堅(jiān)硬地層和巖石深部地下連續(xù)墻的建設(shè)，其主要的動(dòng)作都采用液壓傳動(dòng)。

1 液壓系統(tǒng)總體介紹

雙輪銑槽機(jī)液壓系統(tǒng)主要包括履帶行走、控制銑刀架提升和下放的進(jìn)給系統(tǒng)、上部平臺(tái)回轉(zhuǎn)、吊臂卷?yè)P(yáng)變幅、吊臂防傾覆液壓緩沖裝置、底盤頂升、履帶裝卸、配重舉升、導(dǎo)向架調(diào)距等輔助系統(tǒng)、電纜卷筒系統(tǒng)、泥漿和液壓軟管處理系統(tǒng)、銑削、壓力補(bǔ)償、糾偏系統(tǒng)以及用于驅(qū)動(dòng)泥漿泵的動(dòng)力包系統(tǒng)。

現(xiàn)著重對(duì)其中的進(jìn)給、銑削、軟管處理和回轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行特性分析。

2 進(jìn)給系統(tǒng)

進(jìn)給系統(tǒng)采用雙卷?yè)P(yáng)，控制整個(gè)刀架工作前后的快速提升和下放，以及在刀架工作狀態(tài)下為銑輪提供穩(wěn)定持續(xù)的進(jìn)給，完成銑輪切削狀態(tài)下的進(jìn)給力控制。通過控制器的設(shè)定，分為快速提升、下放第一操作模式和慢速銑削進(jìn)給第二操作模式，原理圖見圖1。

前后卷?yè)P(yáng)均由帶制動(dòng)器的液壓比例遠(yuǎn)程控制變量馬達(dá)經(jīng)減速機(jī)后驅(qū)動(dòng)，兩變量馬達(dá)共用一比例調(diào)速閥塊實(shí)現(xiàn)低速銑削進(jìn)給控制。馬達(dá)排量與外接先導(dǎo)比例溢流閥的壓力成正比，且配備了兩級(jí)壓力遠(yuǎn)程溢流閥塊，當(dāng)馬達(dá)進(jìn)出口壓力超過遠(yuǎn)程溢流壓力時(shí)，排量自動(dòng)調(diào)整至最大，馬達(dá)端口壓力下降實(shí)現(xiàn)自保護(hù)。馬達(dá)原理圖如圖2所示。

第一操作模式下快速下放時(shí)，控制兩位四通電磁換向閥將遠(yuǎn)程溢流壓力切換至低檔（低壓狀態(tài)下，馬達(dá)變排量自保護(hù)），操作操縱桿控制先導(dǎo)比例溢流閥的壓力，改變馬達(dá)排量，進(jìn)而控制下放速度。下放時(shí)，帶背壓的主油箱自循環(huán)冷卻油路為馬達(dá)進(jìn)油口提供補(bǔ)油，馬達(dá)回油經(jīng)平衡閥，建立背壓以防馬達(dá)失速，使下放過程更加平穩(wěn)并能在銑刀架懸停時(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)保壓。

第二操作模式下，為實(shí)現(xiàn)馬達(dá)極低速控制，經(jīng)3、4、7、8口（見圖2）進(jìn)入馬達(dá)的油路被切斷，此時(shí)前后卷?yè)P(yáng)馬達(dá)A、B口（見圖2）經(jīng)單向閥與比例調(diào)速閥并聯(lián)形成自循環(huán)回路，馬達(dá)被銑刀架拖動(dòng)轉(zhuǎn)換為泵工況，兩馬達(dá)高壓口（B口）皆設(shè)置壓力傳感器，另引入補(bǔ)油路補(bǔ)償自循環(huán)回路的內(nèi)泄，原理簡(jiǎn)圖如圖3所示。

控制總體目標(biāo)：比例調(diào)速閥一定開口輸入對(duì)應(yīng)銑刀架壓緊力與銑刀架重力的百分比（該百分比在一定偏差范圍內(nèi)即可滿足要求）。

具體思路：操作手根據(jù)巖層狀況預(yù)判銑削進(jìn)給速度并設(shè)定檔位控制比例調(diào)速閥開口，開口對(duì)應(yīng)一期望的銑刀架壓緊力百分比，由該百分比反算出鋼絲繩拉力大小，根據(jù)該拉力與系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)的馬達(dá)B口壓力反算出馬達(dá)排量大小，以此作為馬達(dá)排量調(diào)節(jié)的輸入信號(hào)。由于壓緊力百分比只要在一定偏差范圍內(nèi)即可滿足要求，即馬達(dá)排量控制在某點(diǎn)附近即可，不需要實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，這樣降低了對(duì)馬達(dá)排量調(diào)節(jié)響應(yīng)穩(wěn)定性和快速性的要求，工程上更加實(shí)用。

3 銑削系統(tǒng)

銑削動(dòng)作主要由左右兩臺(tái)低速大扭矩馬達(dá)經(jīng)鏈傳動(dòng)減速后驅(qū)動(dòng)銑輪實(shí)現(xiàn)，銑削驅(qū)動(dòng)原理圖如圖4所示。

壓力油經(jīng)安全閥塊后進(jìn)入馬達(dá)高壓腔，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)殼體進(jìn)而帶動(dòng)鏈條和銑輪旋轉(zhuǎn)，懸掛油缸有桿腔始終通高壓油，油缸活塞桿與馬達(dá)軸相連，進(jìn)而鏈條組件經(jīng)馬達(dá)被油缸拉緊。懸掛油缸有桿腔油路上設(shè)置壓力繼電器，壓力低報(bào)警提示鏈條未張緊，此時(shí)需停機(jī)進(jìn)行排查，懸掛缸有桿腔油路上設(shè)置蓄能器N3，用以削弱鏈條張緊力變化所帶來的壓力波動(dòng)。

由于銑削過程中負(fù)載變化劇烈，馬達(dá)進(jìn)油路上設(shè)置了蓄能器N1用以減振。馬達(dá)工作壓力的劇烈變化也會(huì)導(dǎo)致馬達(dá)泄漏量的大幅波動(dòng)，由于馬達(dá)泄油口距泄油箱較遠(yuǎn)，泄漏量的大幅變化會(huì)在泄油腔產(chǎn)生大的壓力波動(dòng)，因而設(shè)置蓄能器N2與馬達(dá)泄油腔相連，用以削弱或消除壓力波動(dòng)，減弱對(duì)馬達(dá)殼體和軸封的損傷。

銑輪馬達(dá)在工作過程中深入地下泥漿，為抵抗泥漿壓力，在馬達(dá)軸封和泥漿之間構(gòu)造了一封閉容腔，從壓力補(bǔ)償器引入一靜壓（略高于泥漿壓力）至該封閉容腔，用以抵抗泥漿壓力。

4 軟管處理系統(tǒng)

軟管處理包括液壓管和泥漿管處理系統(tǒng)，采用A4VG變量泵控定量馬達(dá)閉式系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)隨銑刀架進(jìn)給深度變化的恒張力控制，液壓管處理系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖如圖5所示，泥漿管系統(tǒng)原理與液壓管類似。

銑刀架進(jìn)給模式下，軟管卷筒馬達(dá)被拖動(dòng)成為泵工況，該馬達(dá)與變量泵組成閉式回路，變量泵的流量需與卷筒馬達(dá)流量保持一致，以建立并維持A腔油路的壓力。A腔壓力經(jīng)節(jié)流孔被引至外部壓力控制閥塊，控制閥塊反饋回一壓力經(jīng)X4口控制閉式泵排量。

5 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)

上部平臺(tái)回轉(zhuǎn)采用比例多路閥控定量馬達(dá)，該閥結(jié)構(gòu)形式可實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)動(dòng)作的平穩(wěn)啟動(dòng)和停止，原理簡(jiǎn)圖如圖6所示。

回轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)，油液經(jīng)補(bǔ)償器V1進(jìn)入主閥V4，啟動(dòng)過程中，先導(dǎo)比例減壓閥V3或V5的輸出壓力逐漸增大，該壓力經(jīng)梭閥V6選擇后驅(qū)動(dòng)V2逐漸進(jìn)入右位工作，同時(shí)驅(qū)動(dòng)V8逐漸進(jìn)入左位工作，主油路油液由啟動(dòng)初期的經(jīng)V8分流回油箱逐漸過渡到經(jīng)V2分流回油箱，避免了啟動(dòng)時(shí)的大流量沖擊。

回轉(zhuǎn)停止時(shí)，先導(dǎo)比例減壓閥V3或V5的輸出壓力逐漸減小，作用在V2和V8液控腔的壓力逐漸減小，此時(shí)V2逐漸進(jìn)入左位工作而V8逐漸進(jìn)入右位工作，主油路油液由經(jīng)V2分流回油箱逐漸過渡到經(jīng)V8分流回油箱，避免了停止時(shí)的大流量沖擊。

6 結(jié)束語(yǔ)

雙輪銑槽機(jī)液壓系統(tǒng)在具有通用工程機(jī)械共性技術(shù)特征的基礎(chǔ)上，根據(jù)其工況要求，有其特殊性，本文著重分析了其進(jìn)給、銑削、軟管處理和回轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的特性，以期更好把握雙輪銑槽機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，并為改進(jìn)優(yōu)化提供指導(dǎo)。

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