除雪車滾掃與撤布機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

黃磊 張良軍 羅方娜 胡圣雷

關(guān)鍵詞：滾掃 撒布機(jī) 液壓系統(tǒng) 液壓測(cè)試

冬季北方地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)冰雪天氣，且部分南方地區(qū)也因極端氣候而出現(xiàn)大雪冰凍，這嚴(yán)重影響了人們的出行和交通安全。除雪車作為一種專用機(jī)械，廣泛應(yīng)用于冬季應(yīng)急除冰雪作業(yè)中，在保障路面暢通方面發(fā)揮著重要作用。除雪車一般是在二類底盤、貨車或裝載機(jī)等機(jī)型上，加裝滾掃、撤布機(jī)、除雪鏟、刮冰刀等各類除雪機(jī)具而成。其中滾掃是高效、低損傷的機(jī)械式除雪機(jī)具，而撒布機(jī)則是高效的化學(xué)除雪機(jī)具，這兩者都得到較廣泛的應(yīng)用。滾掃和撒布機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由液壓系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因此液壓系統(tǒng)的可靠性、節(jié)能性、控制性能對(duì)除雪車的可靠運(yùn)行有著重要影響。本文以某多功能除雪車為例，系統(tǒng)地介紹滾掃和撒布機(jī)的液壓系統(tǒng)原理、設(shè)計(jì)計(jì)算方法，并通過試驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證其工作性能，確保系統(tǒng)的可靠性和控制性能。

1某型除雪車的主要功能部件

1.1滾掃的結(jié)構(gòu)與功能要求

滾掃的主體結(jié)構(gòu)如圖1所示，滾掃通過連接支架可與車輛快速連接，也可與除雪鏟等機(jī)具快速互換，并共用液壓控制系統(tǒng);舉升油缸伸縮，可將滾掃提起或放下，以便進(jìn)行轉(zhuǎn)場(chǎng)或除雪作業(yè)：左右擺動(dòng)油缸伸縮，可將滾掃左右擺動(dòng)30°，以便作業(yè)時(shí)將積雪清理至路沿兩側(cè);滾掃馬達(dá)直驅(qū)或通過鏈傳動(dòng)帶動(dòng)掃刷組件高速旋轉(zhuǎn)，從而清掃浮雪;滾掃刷毛與地面的接觸深度可通過刷頭調(diào)節(jié)油缸進(jìn)行控制，以補(bǔ)償滾刷磨損及適應(yīng)于不同厚度的浮雪清理。

1.2撤布機(jī)的結(jié)構(gòu)與功能要求

撒布機(jī)的主體結(jié)構(gòu)如圖2所示，料倉用于儲(chǔ)存融雪劑，其頂部安裝有網(wǎng)罩，可防止大塊物料進(jìn)入;料倉底部設(shè)有刮板式輸送器，輸送器經(jīng)刮板鏈組件、聯(lián)軸器、減速器傳動(dòng)并由刮板馬達(dá)驅(qū)動(dòng);輸送器上方裝有倒V裝置，可防止物料后溢。作業(yè)時(shí)，融雪劑裝入料倉，電動(dòng)推桿將出料倉打開，刮板馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過減速機(jī)驅(qū)動(dòng)刮板鏈組件，將融雪劑輸送至接料斗，再經(jīng)流料槽傳送至拋撤盤;甩盤馬達(dá)帶動(dòng)拋撒盤旋轉(zhuǎn)，將融雪劑撒布在路面上。撒布作業(yè)時(shí)，車速<2.3km/h，應(yīng)能自動(dòng)停止撒布;當(dāng)車速≥2.3km/h，通過傳感器檢測(cè)車速信息并進(jìn)行閉環(huán)控制，使撒布器按設(shè)定參數(shù)進(jìn)行撤布。

2液壓系統(tǒng)工作原理

液壓系統(tǒng)主要由負(fù)載敏感變量泵、負(fù)載敏感多路閥、各執(zhí)行元件、液壓附件等組成，液壓原理圖如圖3所示。變量泵由全功率取力器或副發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有壓力切斷和負(fù)載敏感控制功能;當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到壓力切斷閥設(shè)定壓力時(shí)，變量泵可自動(dòng)變量到最小排量，避免大流量溢流;負(fù)載敏感閥用來比較換向閥節(jié)流口壓降，進(jìn)而調(diào)節(jié)泵排量以維持此壓降為設(shè)定值。多路閥各工作聯(lián)具有比例換向功能，結(jié)合變量泵負(fù)載敏感定壓差控制，可比例調(diào)節(jié)輸出流量;且各工作聯(lián)配備有閥后壓力補(bǔ)償器，當(dāng)進(jìn)行復(fù)合動(dòng)作時(shí)，可按開度進(jìn)行分流比流量分配，一定程度上具備抗流量飽和功能。各動(dòng)作的控制功能具體如下：a.YV、YV、YV，得電，分別控制滾掃馬達(dá)、甩盤馬達(dá)、刮板馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度由比例閥的電流進(jìn)行控制，可10擋無級(jí)調(diào)速或由程序智能控制調(diào)節(jié)。b.YV、YV。不得電時(shí)，可鎖定舉升油缸，避免油缸下沉;YV、YV得電時(shí)，舉升油缸大腔進(jìn)油，油缸伸出，滾掃上升，便于車輛轉(zhuǎn)場(chǎng);YV、YV得電時(shí)，舉升油缸小腔進(jìn)油，滾掃下降，接地作業(yè);YV、YV得電時(shí)，舉升油缸可自重下降與地面接觸，可隨路面上下浮動(dòng)。c.YV、YV分別得電，擺動(dòng)油缸伸縮，控制滾掃左右擺動(dòng)，液壓鎖和交叉溢流閥可防止油缸偏移和過載。d.YV、YV分別得電，調(diào)刷油缸伸縮，以控制掃刷與地面的接觸深度、補(bǔ)償掃刷的磨損：平衡閥可防止刷頭下降。

3液壓系統(tǒng)計(jì)算

以某型除雪車為例，對(duì)液壓執(zhí)行元件的轉(zhuǎn)速、扭矩和機(jī)具關(guān)鍵性能參數(shù)進(jìn)行計(jì)算校核，如表1所示。

4試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1滾掃單獨(dú)動(dòng)作

滾掃單獨(dú)動(dòng)作，流量計(jì)設(shè)置于多路閥A.口，使YV1輸出最大電流，測(cè)試不同轉(zhuǎn)速及不同負(fù)載時(shí)，A.口輸出流量的穩(wěn)定性，實(shí)測(cè)曲線如圖4所示。（l）怠速階段△P約為5bar，1200r/min階段AP約為12bar，怠速及1200r/min階段壓差偏小，低于設(shè)定值，原因是泵輸出流量不足;（2）1600r/min以上階段AP約為20bar，A1口流量約142L/min，泵輸出流量可隨轉(zhuǎn)速變化而自動(dòng)調(diào)整。

4.2甩盤單獨(dú)動(dòng)作

甩盤單獨(dú)動(dòng)作時(shí)，流量計(jì)設(shè)置于多路閥A2口，使YV，輸出最大電流，測(cè)試不同轉(zhuǎn)速下A2口輸出流量的穩(wěn)定性，實(shí)測(cè)曲線如圖5所示：不同轉(zhuǎn)速下，A2口流量穩(wěn)定在3 7-38L/min，最大相差1L/min，誤差約為2.7%;泵輸出流量足夠，△P約為25bar，與泵上壓差一致。

4.3滾掃+甩盤聯(lián)動(dòng)

滾掃、甩盤同時(shí)動(dòng)作時(shí)，流量計(jì)設(shè)置于多路閥A1、A2口，使YV、YV，均輸出最大電流，測(cè)試不同轉(zhuǎn)速下A1、A2口流量分配特性，實(shí)測(cè)曲線如圖6所示。（l）怠速階段AP約為6bar，1600r/min階段△P約為16bar，2000r/min階段AP約為19bar;怠速及1600r/min階段壓差偏小，原因?yàn)橄到y(tǒng)流量不足，此時(shí)A1、A2口流量仍能按約3.3：1進(jìn)行流量分配，系統(tǒng)具有抗流量飽和功能;（2）滾掃在不同載荷時(shí)，A1、A2口流量分配基本不變，系統(tǒng)流量分配特性較好。

5結(jié)論

a.性能達(dá)標(biāo)情況：通過液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)、計(jì)算與試驗(yàn)驗(yàn)證可知，液壓系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)要求，具備完善的控制功能，滿足機(jī)具的作業(yè)性能要求，具備優(yōu)良的調(diào)速、流量分配和抗負(fù)載波動(dòng)性能。

b.存在的問題：液壓系統(tǒng)無溢流損失，較為節(jié)能，但是負(fù)載敏感系統(tǒng)存在固有的壓差損失，另外復(fù)合動(dòng)作時(shí)壓力補(bǔ)償器額外還要消耗一部分壓力，造成了附加的壓差損失。

c.改進(jìn)建議：針對(duì)壓差損失，較理想的方案是增大換向閥通流面積，采用電子排量控制，減少壓差損失;針對(duì)復(fù)合動(dòng)作壓力不匹配而產(chǎn)生的補(bǔ)償器壓損，采用雙泵分合流系統(tǒng)，分別適應(yīng)滾掃和撤布機(jī)的負(fù)載，并充分利用雙泵的合流性能，系統(tǒng)將更為節(jié)能。