全液壓旋挖鉆機液壓系統(tǒng)設計探究

崔剛

摘要：在基礎施工的過程中，通過引入旋挖鉆機能夠提升灌注樁施工的質(zhì)量和效率，其具備功能齊全、污染小的優(yōu)勢，現(xiàn)已廣泛作用于具體的施工環(huán)節(jié)，尤其是道橋等基礎地基的施工中，顯示出其所擁有的現(xiàn)實作用。本文將基于以上現(xiàn)實背景，探究全液壓旋挖鉆機中液壓系統(tǒng)設計的具體方案，并以180～220kN·m為例，細化設計的具體環(huán)節(jié)與所對應的原理。

關鍵詞：全液壓旋挖鉆機;液壓系統(tǒng);設計

中圖分類號：TD421.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）11-0113-02

0? 引言

目前我國在道橋地基施工中常用的旋挖鉆機的參數(shù)落于180～220kN·m的范圍內(nèi)，所使用的機型隨著技術的不斷變革，已經(jīng)能夠保證施工的質(zhì)量和效率，對于保證灌注樁施工效果起到一定的作用。但在液壓系統(tǒng)設計方面，仍需要繼續(xù)深化，按照由整體系統(tǒng)到系統(tǒng)各子項目的方式完善設計內(nèi)容，形成示意圖，使得相關人員可按照示意圖等確定此系統(tǒng)是否可行，保障具體的作業(yè)環(huán)節(jié)。

1? 液壓系統(tǒng)的簡述

全液壓鉆機通常情況下采取的都是全液壓的控制凡是，液壓系統(tǒng)中主要包括了行走系統(tǒng)、鉆進系統(tǒng)、運輸及輔助系統(tǒng)等。行走系統(tǒng)主要控制的是鉆機的行走，其要求通過液壓控制能實現(xiàn)鉆機帶載荷行走或者轉(zhuǎn)彎，因此要求兩個履帶實現(xiàn)不同步運行，因子針對兩端履帶要采取獨立的液壓系統(tǒng)。鉆進系統(tǒng)主要是實現(xiàn)鉆機運行過程中的驅(qū)動以及推進等機構能實現(xiàn)正常擺動，鉆機鉆進過程中會承受較大阻力，因此鉆桿也需要具備良好的驅(qū)動以及推進系統(tǒng)，同時兩者還要具備較高的過載能力，鉆桿推進需要的油液量比較大，推進速度慢，因此，對系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性要求也比較高。針對整個回路需要設計成節(jié)流調(diào)速回路;鉆機的鉆進方向可以利用擺動液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)調(diào)節(jié)。因此針對鉆進系統(tǒng)要實現(xiàn)液壓鎖功能。

液壓系統(tǒng)包含油箱、主泵、輔助泵等構成，借助以上的設備形成液壓源、執(zhí)行元件等。就液壓源而言，其一般設置斜軸式變量雙泵，其型號為A8VO，配以輔助泵，利用M8和M4閥組成控制元件，通過液壓泵將油箱內(nèi)的油供給以上控制元件的方式，保證冷卻系統(tǒng)等正常工作，提升伺服閥的作業(yè)能力。A6V和A2F馬達作為執(zhí)行元件，而控制元件能夠分別管控左右斜撐缸和履帶伸縮油缸，起到加壓和回轉(zhuǎn)的作用。工作人員可進入到操作空間內(nèi)，控制先導閥，從而聯(lián)動主閥與輔助閥[1]。

2? 多路換向閥

2.1 M8閥

在設計 M8閥的過程中，需要采用的原理是：三位六通，由于此種控制元件屬于7聯(lián)整體多路閥，因此在主泵的作用下，油箱內(nèi)提供機油，經(jīng)由兩個閥口P1*和P2*，從而將液壓油運送到指定位置。液壓油能夠通過閥內(nèi)所包含通油道的前提條件是閥桿均處于中位，在此條件下才能夠保證進入后能夠及時退回到油箱內(nèi)。多個執(zhí)行元件均可由主閥個共同控制，但有些系統(tǒng)中主閥也可單獨管控某個執(zhí)行元件，發(fā)揮出執(zhí)行復合動作的效果，保證主卷揚閥內(nèi)合流和動力頭的多項功能充分發(fā)揮效用[2]。設計人員要形成設計原理圖，按照圖示內(nèi)容確定在何種位置為系統(tǒng)的合流以及不合流狀態(tài)。對于不合流狀態(tài)而言，油箱內(nèi)接收到來自于P1*的液壓油，經(jīng)過二位二液控換向閥到達油箱位置，而對于合流的狀態(tài)，需要在主閥ab共同作用下，動力頭主閥與控制油接觸，并在二位二液控換向閥的換向作用的支撐下，接通b1閥口，使得產(chǎn)生合流的效果。而經(jīng)由P1*的液壓油，與P2*來油相融合，進入到動力頭閥中，經(jīng)過單向閥，共同進入到動力頭馬達結構，保持壓力穩(wěn)定，并成倍增加動力頭馬達的流量，保證在此種工作原理和技術應用的過程中，馬達發(fā)揮出應用作用，維持高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。在M8閥中，其設置了安全閥，保護進油口，并聯(lián)合多種閥，在滿足執(zhí)行元件需求的基礎上，給出補油和過載檢測的服務，因此要設置補油閥和過載閥，保證設計的油口位于閥體的正反面，結合所設計形成的實際設備來看，其具備管路和總體安裝較為簡便的優(yōu)勢[3]。

2.2 M4閥

在設計M4閥的環(huán)節(jié)，采用的原理是：負荷傳感，由于此種控制元件所采用的是6聯(lián)整體多路閥，其能夠?qū)崿F(xiàn)與A10VO泵相互配合，從而完成比例控制的任務。設計M4閥要注意考量液壓泵和執(zhí)行元件的壓力變化情況，依據(jù)各自的變化，設置調(diào)節(jié)壓力的補償閥，使得在實際應用中即便是出現(xiàn)負載不同的狀況，也能有效保障原有流向執(zhí)行元件的液壓油繼續(xù)以之前的流量流通，提升液壓系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

2.3 行走回路設計

液壓系統(tǒng)的行走功能要求左右履帶液壓系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)獨立行走，通常情況下會采取左、右路內(nèi)藏式液壓馬達的情況下，能體現(xiàn)出轉(zhuǎn)矩大、體積小的優(yōu)勢。通過左右操縱桿進行控制后，主油路的壓力油可以在手動操縱閥的作用下進行馬達，從而給整機提供動力實現(xiàn)行走，整機的行走過程中主要是通過操縱閥位置的調(diào)整來改變其方向。在左右回路上設置了兩個平衡閥，這樣能有效避免行走過程中中出現(xiàn)移動，整機的運行穩(wěn)定性得到保障，且操作安全性也比較高。

2.4 鉆桿驅(qū)動回路

利用電液換向閥控制主油路并帶動馬達轉(zhuǎn)動，在鉆桿及馬達之間通過設置減速閥后可以為鉆桿提供力矩，這樣就能保障鉆桿的旋轉(zhuǎn)。在利用電磁換向閥進行換向后，馬達轉(zhuǎn)動方向也能得到有效改變。電磁換向閥在進行換向后，馬達旋轉(zhuǎn)方向就會得到改變，這樣鉆桿就可以實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。與此同時，這種回路結構設計模式下，可以針對鉆桿運行過程中所需流量及時反饋到主泵，在此基礎上實現(xiàn)了對主泵排量的有效控制。

2.5 鉆桿鉆進及運輸回路

液壓缸是鉆桿鉆進的主要動力機構。主油路中的液壓油通過手動換向閥后先后經(jīng)過調(diào)速閥、先導順序閥的調(diào)節(jié)最終進入油缸后為鉆桿運動提供動力。鉆桿的推進以及后退等功能都是通過手動換向閥來實現(xiàn)。而鉆桿后退以及推進速度則可以利用調(diào)速閥來進行調(diào)控。由于在回路中使用了單向閥形成了液壓鎖，因此鉆桿的正常動作完全能得到保障。鉆桿鉆進方向經(jīng)過調(diào)節(jié)后能實現(xiàn)雙向運動，在這種情況下就能實現(xiàn)馬達的正反轉(zhuǎn)，鉆桿鉆進的方向也能得到改變。運輸回路與上述回路的設計方式完全一致。

2.6 平臺支撐與調(diào)斜回路

為了能充分保障鉆機實現(xiàn)正常平穩(wěn)運行，必須要實現(xiàn)鉆進的固定，利用平臺配備的支撐油缸在巷道兩幫上支撐，同時利用單向閥的液壓鎖作用來實現(xiàn)固定。但是僅僅對鉆機進行固定遠遠不足夠，在實際操作的過程中，實際受到的阻力非常大，因此鉆機在運行過程中會產(chǎn)生一個比較大的振動，在這種情況下仍然支撐油缸的正常運行也會受到一定影響，鑒于此，需要配置平臺調(diào)斜裝置來有效緩解振動。調(diào)斜裝置利用換向閥、平衡閥等來針對在主油路油壓進行調(diào)節(jié)，這樣就實現(xiàn)了平臺調(diào)斜油缸的正常工作。在具體針對支撐以及調(diào)斜回路進行設計的過程中，需要對液壓鎖功能進行合理使用。尤其是針對平臺支撐回路，鉆機在使用過程中存在隨時移動的可能性，因此，必須要采取單向閥的方式來形成液壓鎖;平臺調(diào)斜回路的主要作用就是針對平臺振動進行調(diào)節(jié)，因此，也需要利用單向閥來構成液壓鎖。

3? 動力頭設計

3.1 工作原理

動力頭設計中要結合其所要發(fā)揮的功能完成，在實際使用過程中要實現(xiàn)快速拋土和大轉(zhuǎn)矩鉆進，因此需要配置A8VO變量泵和A6V馬達，保障以上所述的功能得以發(fā)揮。對于A8VO變量泵來講，其工作中所輸出的流量和壓力可按照雙曲線的特性予以解釋，因此為使得變量閥可控，需要將恒功率控制在相應的范圍內(nèi)，而流量和壓力的乘積滿足恒定常數(shù)的特征，使得功率持續(xù)恒定，其中液壓系統(tǒng)和動力馬達承擔著輸出功率調(diào)節(jié)的作用[4]。目前，所設計的動力頭能夠?qū)崿F(xiàn)自動調(diào)節(jié)和準確改變鉆進速度和轉(zhuǎn)矩的效果，根據(jù)灌注樁所在的不同地質(zhì)條件，自動轉(zhuǎn)換。工作環(huán)節(jié)，維持相對不變的轉(zhuǎn)速，變量馬達配合變量泵的作業(yè)狀態(tài)，若小排量供油，則變量馬達降低速度，提高轉(zhuǎn)矩，輸出液壓油，對應大轉(zhuǎn)矩鉆進的模式;而降低轉(zhuǎn)矩、提升速度，則對應的是快速拋土的模式是，結合實際需求，動力頭轉(zhuǎn)換工作模式，按照單雙泵供油的方式，將轉(zhuǎn)速控制在6-22r/min的范圍內(nèi)，其中最大輸出轉(zhuǎn)矩為200kN·m，甩土轉(zhuǎn)速為130r/min。

3.2 工作步驟

動力頭液壓系統(tǒng)中包含主閥、油箱、補油閥和液壓馬達，具體工作步驟如下：首先，找準鉆孔的位置，將旋挖鉆機的鉆斗與指定位置相平，并利用控制閥的換向功能，將加壓活塞桿推送到動力頭上，而在上述的作業(yè)完成后，再由控制閥M8繼續(xù)換向，將主泵所傳輸?shù)囊簤河蜏蚀_輸送到液壓馬達中，進入液壓馬達A6V的液壓油經(jīng)由回轉(zhuǎn)機和減速機，從而在馬達的作用下，產(chǎn)生推力，此種推力可使鉆頭準確切削土壤，其中應用了鉆桿的自重，并且通過以上的工作步驟能夠有效防止在鉆進的環(huán)節(jié)因土壤環(huán)境的變化，例如由硬土層變?yōu)檐浲翆佣a(chǎn)生吸空的問題，避免馬達保持著超速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。由此可見，為提升動力馬達工作的效率和質(zhì)量，必須要在相應位置增設補油閥，從而保障馬達進出口維持穩(wěn)定的運行狀態(tài)[5]。

4? 主卷揚的設計

在設計主卷揚的過程中，要聯(lián)系液壓馬的作用，設置梭閥、自由下放閥、控制油、平衡閥等，保證雙速控制的有效性，使得下放鉆桿和提升鉆桿的工作更為順暢。此結構由液壓先導作為控制模式，結合鉆進的需求，產(chǎn)生自由浮動的功能。實際工作階段，相關人員控制手柄，先導手柄負責與主卷揚M8閥連通，更換方向，主卷揚上升代表在馬達B腔完成進油任務，而A腔完成回油任務，反之，主卷揚下降，馬達A腔完成進油任務，而B腔完成回油任務。實際作業(yè)中，操作人員發(fā)現(xiàn)，會出現(xiàn)失速下降的問題，為避免主卷揚出現(xiàn)此類不良事件，需要安裝平衡閥，作用于A、B腔之間，維持平衡的狀態(tài)，在進油與出油的環(huán)節(jié)，只有達到一定的壓力值才能夠使平衡閥被打開，保證液壓油運輸?shù)目茖W效果。而在主閥合流的過程中，對于主卷揚系統(tǒng)來講，其可達到快速下降上升的程度，高速作業(yè)。對于切削土壤的環(huán)節(jié)來講，需要保證主卷揚處在下放狀態(tài)，操作人員換向，操控主卷揚，并兼顧打開馬達制動器的作業(yè)項目，互通馬達A、B腔，利用鉆桿自重和鉆頭完成自由下放的任務。其中副卷揚的作用與主卷揚基本相同，增加了下鋼筋籠、吊裝護筒的作用。

5? 保障設計工作高效科學的辦法

隨著技術的不斷擴展，城市區(qū)域建設成為市政工程的重要項目，因此要重視設計環(huán)節(jié)，積極引入大量的科技人員，就其的技術能力和應對施工問題的水平加以衡量，為高精尖技術人員的發(fā)展提供有力支持。增設研究院，與設計院聯(lián)合，考量所設計的機械設備是否能夠滿足實際作業(yè)的需求。而旋挖鉆機作為一種常用于道橋、碼頭施工中的工具，其具體作用不言而喻，因此需要結合實際的作業(yè)需求，做好事前實驗和檢測工作，針對設計中存在的問題聯(lián)合專家們進行優(yōu)化，從而保障實際作業(yè)的質(zhì)量。

6? 結束語

綜上所述，上文闡釋了在設計全液壓旋挖鉆機液壓系統(tǒng)中需要深化的部分，但仍有可完善的空間，需要各單位人員予以重視，結合技術應用和發(fā)展的特點，優(yōu)化現(xiàn)有設計圖紙。

參考文獻：

[1]張冬冬.GF1500全液壓反循環(huán)工程鉆機液壓系統(tǒng)設計及動態(tài)分析[D].河北工程大學，2018.

[2]劉佳棋.DZF350履帶地鐵隧道鉆機底盤及工作裝置的結構設計及仿真分析[D].河北工程大學，2020.

[3]張春艷.基于CAN總線的旋挖鉆機節(jié)能控制技術研究[D].吉林大學，2019.

[4]常江華.復雜工況車載鉆機電液系統(tǒng)動態(tài)特性及控制方法研究[D].煤炭科學研究總院，2019.