壓路機(jī)用齒輪泵實(shí)現(xiàn)雙振動(dòng)頻率的方法

（徐工集團(tuán)工程機(jī)械股份有限公司 道路機(jī)械分公司，江蘇 徐州 221004）

壓路機(jī)在作業(yè)時(shí)，振幅和頻率是兩個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)，正確匹配這兩個(gè)參數(shù)，才能取得良好的壓實(shí)效果。一般對(duì)深鋪層填方壓實(shí)用大振幅低頻率，而對(duì)較薄的鋪裝層用小振幅高頻率；或是壓實(shí)大顆粒料用大振幅低頻率，壓實(shí)小顆粒用小振幅高頻率。大振幅低頻率能有效地壓實(shí)鋪層底部，壓過幾遍之后改用小振幅高頻率提高表層的密實(shí)度，因?yàn)殇亴硬牧蠅簩?shí)度提高后有硬化的趨勢，如果仍使用大振幅會(huì)使振動(dòng)輪“彈跳”，不利于表層壓實(shí)。因此，振動(dòng)壓路機(jī)具備雙振動(dòng)頻率功能是非常重要的。

1 現(xiàn) 狀

振動(dòng)壓路機(jī)一般是采用變量柱塞泵和柱塞馬達(dá)組成的閉式液壓振動(dòng)系統(tǒng)，靠變量柱塞泵的變排量功能實(shí)現(xiàn)馬達(dá)的雙頻率，其原理圖如圖1。

圖1 中，變量柱塞泵從油箱吸油，通過電氣開關(guān)信號(hào)讓控制閥的a 或者b 帶電，從而控制變量柱塞泵的斜盤擺至最大排量處，輸出的壓力油進(jìn)入柱塞馬達(dá)，柱塞馬達(dá)帶動(dòng)振動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)壓路機(jī)的振動(dòng)。變量柱塞泵的斜盤兩個(gè)方向的最大擺角可以調(diào)節(jié)，對(duì)應(yīng)的最大排量就會(huì)不同，這樣從泵的A 口和B 口輸出的流量不一樣，對(duì)應(yīng)的柱塞馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速就不一樣，從而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)機(jī)構(gòu)的雙頻率。但這套系統(tǒng)中的閉式變量柱塞泵和柱塞馬達(dá)主要采用進(jìn)口件，不僅價(jià)格高，而且供貨周期長，與齒輪泵相比抗污染能力差，維修成本高。

圖1 閉式液壓振動(dòng)系統(tǒng)原理圖

為了克服上述缺點(diǎn)，研究人員開始研究如何采用齒輪泵實(shí)現(xiàn)雙振動(dòng)頻率。下面介紹兩種可行的方案。

2 新方案一

采用普通的齒輪泵，與齒輪馬達(dá)、振動(dòng)閥組組成開式液壓振動(dòng)系統(tǒng)，其原理圖如圖2 所示。

圖2 中，齒輪泵從油箱吸油，通過電氣開關(guān)信號(hào)讓電磁換向閥帶電，經(jīng)過液控?fù)Q向閥進(jìn)入到齒輪馬達(dá)，齒輪馬達(dá)帶動(dòng)振動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)壓路機(jī)的振動(dòng)。

圖2 開式液壓振動(dòng)系統(tǒng)原理圖（普通齒輪泵）

由于齒輪泵的排量是固定的，發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速時(shí)，只能輸出固定的流量，所以對(duì)應(yīng)齒輪馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速就是固定的。需要說明的是，振動(dòng)壓路機(jī)在振動(dòng)作業(yè)的時(shí)候，要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在一個(gè)值上，這樣才能保證振動(dòng)頻率的穩(wěn)定性，從而保證壓實(shí)效果的穩(wěn)定性。

壓路機(jī)的振動(dòng)頻率f

式中n——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，rpm；

Vp——齒輪泵排量，ml/r；

Vm——齒輪馬達(dá)排量，ml/r；

ηp——齒輪泵容積效率；

ηm——齒輪馬達(dá)容積效率。

該方法是讓發(fā)動(dòng)機(jī)采用兩個(gè)輸出轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)雙振動(dòng)頻率：一個(gè)高轉(zhuǎn)速n1，驅(qū)動(dòng)齒輪泵輸出大流量實(shí)現(xiàn)高頻率f1；另一個(gè)低轉(zhuǎn)速n2，驅(qū)動(dòng)齒輪泵輸出小流量實(shí)現(xiàn)低頻率f2。一般振動(dòng)壓路機(jī)的兩個(gè)頻率值相差不是很大，并不需要發(fā)動(dòng)機(jī)的低轉(zhuǎn)速n2定在一個(gè)很低的值。但這樣仍然會(huì)帶來兩個(gè)問題，一是不同的輸出轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)能發(fā)揮的最大扭矩會(huì)不同，二是對(duì)應(yīng)的壓路機(jī)最高行駛速度會(huì)不同。分析振動(dòng)壓路機(jī)的實(shí)際使用情況，在平穩(wěn)振動(dòng)作業(yè)時(shí)通常不需要發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)揮最大扭矩，也不需要最高行駛速度。尤其是對(duì)于采用液壓傳動(dòng)的行走系統(tǒng)，行走泵的選型匹配完全可以彌補(bǔ)這一點(diǎn)。

因此，讓發(fā)動(dòng)機(jī)采用兩個(gè)輸出轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)雙振動(dòng)頻率的方法，在壓路機(jī)上已逐步開始使用。

3 新方案二

采用一種合流齒輪泵，與齒輪馬達(dá)、振動(dòng)閥組組成開式液壓振動(dòng)系統(tǒng)，其原理圖如圖3所示。

圖3 開式液壓振動(dòng)系統(tǒng)原理圖（合流齒輪泵）

圖3 中，合流齒輪泵由2 個(gè)同軸齒輪泵（主齒輪泵和副齒輪泵）、電磁換向閥、合流閥、單向閥組成。當(dāng)電磁換向閥不帶電時(shí)，合流閥處于打開狀態(tài)，副齒輪泵輸出的液壓油直接流回吸油口，進(jìn)入下一次供油循環(huán)，這時(shí)只有主齒輪泵輸出的液壓油經(jīng)過振動(dòng)閥組進(jìn)入齒輪馬達(dá)，單向閥阻止主齒輪泵輸出的油液進(jìn)入副齒輪泵端，齒輪馬達(dá)帶動(dòng)振動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)壓路機(jī)的低頻振動(dòng)。當(dāng)電磁換向閥帶電時(shí)，合流閥處于關(guān)閉狀態(tài)，副齒輪泵輸出的液壓油打開單向閥，與主齒輪泵輸出的液壓油匯合，一起經(jīng)過振動(dòng)閥組進(jìn)入齒輪馬達(dá)，這時(shí)進(jìn)入齒輪馬達(dá)的流量是2 個(gè)齒輪泵的輸出流量，齒輪馬達(dá)帶動(dòng)振動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)壓路機(jī)的高頻振動(dòng)。

此方案的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)可以保持額定轉(zhuǎn)速不變，在高頻和低頻的切換中，不會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩的發(fā)揮和壓路機(jī)的最高行駛速度。但合流齒輪泵的成本比方法一中的普通齒輪泵稍高一些。

4 結(jié)語

針對(duì)壓路機(jī)的雙頻率實(shí)現(xiàn)，本文提出了比閉式變量柱塞泵在成本、供貨期、抗污染能力、維修等方面更有優(yōu)勢的兩種齒輪泵新方案。對(duì)方案一和方案二的原理和實(shí)現(xiàn)方式做了詳細(xì)介紹，同時(shí)對(duì)兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)也分別做了分析，可以根據(jù)不同機(jī)型的技術(shù)參數(shù)要求選擇適合的方案。相信在今后的壓路機(jī)領(lǐng)域，這兩種方案將會(huì)被廣泛采納。