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1、混凝土搅拌运输车液压系统的设计计算及使用维护程书良 郑艳春中国建筑二局洛阳建筑工程机械厂 河南 洛阳 471001关键词：液压系统 使用维护 故障排除液压系统是混凝土搅拌运输车上车部分核心工作部件，其性能直接决定着整车的工作性能，它的正常运行是搅拌车良好技术状况的一个重要标志。因此，作好液压系统的设计计算与合理使用维护显得尤为重要。下面将着重对这些内容进行介绍与说明。1 液压系统的工作原理 图1是典型闭式液压传动系统组成图，它是由双向（伺服）变量柱塞液压泵、定量1、变量泵 2、定量马达 3、油箱 4、闸阀（可选用） 5、滤油器 6、补油吸油管路 7、泵马达联接管路 8、高压管路 9、冷却器 1
2、0、冷却器旁通阀 11、回油管路 12、油箱注油口及空气过滤器图1柱塞液压马达以及油箱、冷却器、滤油器、胶管等辅件组成。实际使用中，一般将图1中的3、4、9、10号件集成一个整体，有利于安装。动力通过底盘取力器传送给液压泵-液压马达-减速机-搅拌筒，使搅拌筒实现装料、搅动、卸料等功能。这个传动系统是液压-机械混合式驱动装置，液压系统是中间环节，其工作原理见图2。液压系统是一个闭式液压系统，采用了手动伺服变量柱塞泵1（以下简称主泵）容积式无级调速。系统除了为完成工作所必须的主回路2（由主泵1和定量柱塞液压马达5组成）外，还有与主泵1同轴设置并装成一体的辅助泵（齿轮泵）和由它组成的辅助低压补油吸油
3、回路8以及冷却回油管路7等。辅助泵一路通过两个单向阀向主回路低压区补油；一路经排量控制阀与调节主泵斜盘倾角的伺服液压缸相通，组成液压泵的伺服变量机构油路；还有一路是经集成阀块4中的梭形阀、低压溢流阀进入主泵和定量柱塞液压马达（以下简称马达）壳体，经回油管路7及冷却器12回油箱11，对工作中的主泵和马达进行润滑和冷却保护。1、手动伺服变量柱塞泵 2、主回路（高压管路） 3、泵马达联接管路 4、集成阀块 5、定量柱塞马达 6、主油路测压表 7、回油管路 8、补油吸油回路 9、真空表 10、滤油器 11、油箱 12、冷却器图2为实现搅拌筒变速和换向等功能，在主回路中设置手动变量控制阀。它是主泵斜盘伺
4、服液压缸的随动阀，与主泵斜盘配合控制其排油量，它与主泵做成一体。工作中，可根据搅拌筒的不同工况操作此控制阀的手柄，实现搅拌筒的速度和转向调节。此阀的操作手柄从中间位置向左、右的操作方向和幅度，相应控制主泵的斜盘方位和倾摆角度，决定主泵的排油方向和排油流量，从而通过马达的转换控制搅拌筒的转向和转速。因属随动控制，主泵流量的变化是连续的，从而可实现对搅拌筒的无级调速。但为方便准确掌握不同工况时搅拌筒需要的转速，一般在控制操作面板上相应注明加料、搅拌-搅动-停止-卸料四个位置，以示手柄应该操作的幅度。在主回路中，为了保证闭式传动系统的正常工作，还设置了由两个高压溢流阀、一个梭形阀和一个低压溢流阀组成
5、的集成阀块4，安装在液压马达上。两个高压溢流阀不仅可以避免主回路在任何一个方向超载时造成对主泵或马达的损坏，而且可起到制动作用。梭形阀在系统工作时给主回路低压区提供一个溢流通道，并由低压溢流阀保持低压区压力，同时也使溢流油流入冷却油路。冷却油路用于带走主泵和马达在工作时所产生的热量，保证它们的正常运转。其油流由辅助泵的溢流阀和集成阀块中的低压溢流阀供给，在流经主泵和马达的壳体后经冷却器12实现降温。当主泵空运转时，梭形阀由回位弹簧保持中间封闭位置，辅助液压泵的输出油，将直接从主泵溢流阀供给主泵壳体冷却，冷却油不再进入马达壳体。2 液压系统的设计计算及液压元件的选取2.1 设计及选取液压元件的依
6、据根据设计要求，确定驱动减速机所需的驱动力矩，再计算液压系统的工作压力及液压泵、马达的排量，选取适当型号的产品。根据相关资料，直径为2200-2300mm的标准搅拌筒驱动扭矩与搅拌筒容量的关系如图3，此值为最大值，并已考虑长时间行驶后（混凝土沉积）搅拌筒启动时的峰值。图3 搅拌筒装载容量与驱动扭矩曲线图减速机速比i因选用的产品不同区别很大，大约都在100-160之间。图中的拌筒驱动扭矩是选取马达的依据。根据传动系统动力传递的流程情况，驱动装置应满足如下条件：1) 液压马达的输出扭矩M马达i拌筒驱动扭矩T。2) 液压马达的输入流量Q马达=液压泵的输出流量Q泵。3) 液压泵的输入功率P泵液压马达输
7、出功率P马达。4) 汽车底盘取力器输出功率P泵。5) 汽车底盘取力器输出扭矩液压泵的输入扭矩M泵。搅拌筒最高转速的设定。当发动机转速在15001600 r/min时，搅拌筒最高转速应不超过16 r/min。若超出此转速，因搅拌筒本身的同心度及载荷的不均匀，易对搅拌筒的支撑元件减速机及托轮造成损坏。2.2液压马达功率P马达、输出转速n及输出扭矩M马达的计算液压系统的输出扭矩、输出功率与负载有关，现以搅拌筒所需最大扭矩来计算马达的输出扭矩及功率，以选取马达的排量与工作压力。根据前面介绍马达形式为柱塞马达，其相应的计算公式如下：输出扭矩M马达=（VMpmh）/（20） (Nm) 输出功率P马达=(Q
8、马达pt)/600 (kW)输出转速n =(Q马达1000v)/ Vg （r/min） VM液压马达最大排量（ml/r）Q马达液压马达的输入流量 (L/min)，与液压泵的输出流量相等p压差（高压低压）(bar)，在设计计算时，因为曲线中搅拌筒所需驱动扭矩为最大值，所以此处压差选取马达最高工作压力低压。n 液压马达的输出转速 (r/min)v液压马达的容积效率（查阅液压马达的相应参数表，一般选0.95）mh液压马达机械效率（一般选0.95）t液压马达的总效率（查阅液压马达的相应参数表，一般选0.9）判定依据：M马达T/i；n搅拌筒最高转速i。2.3液压泵输入功率P泵、输出流量Q及输入扭矩M泵的
9、计算根据前面介绍的液压泵形式为双向（伺服）变量柱塞液压泵，其相应计算公式如下：输入扭矩 M泵=(Vgp)/（20ph） (Nm)输出流量Q泵 =( Vgnv)/ 1000 （L/min）输入功率P泵=(Q泵p)/（600t） (kW)Vg液压泵最大排量（ml/r）Q泵液压泵的输出流量 (L/min)p压差（高压低压）(bar)，此处压差选取液压泵最高工作压力低压。n液压泵的输入转速 (r/min)，即底盘取力器输出转速。v液压泵的容积效率（查阅液压泵的相应参数表，一般选0.95）ph液压泵机械效率（一般选0.95）t液压泵的总效率（查阅液压泵的相应参数表，一般选0.9）判定依据：P泵P马达；汽
10、车底盘取力器输出功率P泵；汽车底盘取力器输出扭矩M泵。2.4液压元件的选取液压系统在搅拌车整个系统中起着关键性作用，属于关键的配套装置之一，因此，选取合适的液压元件具有非常重要的意义。如果液压元件，无论是液压泵还是马达在运输混凝土途中出现故障，混凝土又不能及时被清理出来，从而凝固在搅拌筒中，后果将非常严重，极有可能给使用者造成重大经济损失。所以，选取液压泵、马达时应重点考虑以下几个方面内容：1) 液压泵、马达应有较高的可靠性，这一点是重中之重。2) 选取的液压泵、马达的排量、额定压力应有适当余量，使液压系统处在一个相对合理的压力下工作，不仅可以避免工作中产生的热量导致系统温度过高对系统工作效率
11、的影响，也并可避免过高压力对元件的损坏。3) 可能的情况下，选取恒速变量液压泵。这种泵与普通泵的不同之处是在手动伺服变量泵基础上增设了手动液控阀和单向溢流节流装置。当控制手柄处在恒速位置，该泵能在发动机的不同转速时输出恒定流量，以保证马达在进料旋向恒速转动。使用这种泵的优点：一是可减少发动机的不同转速对搅拌筒转速影响的油耗，节约能源；二是搅拌筒的恒速转动有利于保持混凝土的匀质性。4）经济性也是重要的参考依据。5）选用者认为应该考虑的其它因素。根据选定的液压泵、马达的最高工作压力及壳体压力，选取适当的液压胶管。应选取过滤精度为10的滤油器。冷却器应能满足液压系统散热要求。有冷却风扇的散热器，应安
12、装温度控制传感器及开关，以自动控制风扇开启，延长风扇使用寿命。 3液压系统使用、日常维护及保养注意事项正确的安装、使用、维护和保养液压元件与选取合适的液压元件同样重要。合理的安装、使用和及时的维护、保养不仅可使液压元件发挥到最佳性能，而且可大大延长液压元件的使用寿命。3.1安装液压元件及投入使用之前，应按照以下步骤操作1) 安装泵、马达之前，先检查元件是否完好无损。在注入液压油之前，确保所有系统元件（油箱、胶管、接头等辅件）的清洁。2) 加油时，液压油应使用过滤精度不低于10的滤油机过滤。绝对禁止使用废油。应采用46号优质抗磨液压油，这样可使液压元件性能发挥到最佳。在高寒地区应选用32号抗磨液
13、压油，在高温地区应选68号抗磨液压油。3) 系统启动前，必须确保泵、马达壳体内以及与油箱相连接的吸油胶管内充满符合要求的液压油；并检查各管路接头，确定有足够的预紧力，无憋卡或漏气。系统安装完成后可以将各压力表按图4联接，测量补油压力、系统压力及真空度。也可将真空表安装在吸油管路上靠近滤芯处，直接观察真空度。4) 系统启动时，必须保证泵控制手柄处于中位，启动发动机，空负荷以怠速运行，并及时向油箱内补油，观察补油测压表，直到建立起1.21.5MPa的补油压力。在此状态下运行35分钟，将发动机转速提高至正常，补油压力应保持稳定。（如果补油压力不足，要及时关闭发动机，检查原因，以免损坏液压元件。）图4
14、 压力表的安装压力表及接口说明A测补油压力表06MPa泵接口螺纹（根据泵型号而定）+O型密封圈B测系统压力表060MPa马达接口螺纹（根据泵型号而定）+O型密封圈C真空表03MPa真空压力表0.060.1MPaD测壳体压力表01MPa马达接口螺纹（根据泵型号而定）+O型密封圈5) 在确保泵控制手柄处于中位的情况下，使发动机在15001600 r/min速度下工作，然后缓慢拉动泵控制手柄，使搅拌筒顺时针或逆时针旋转。照此运行5分钟，若无异常，表明系统完好。6) 拆掉检测用压力表，安装好堵头，检查油位，如油位较低，应补充液压油。完成调试，系统可投入使用。3.2日常使用、维护和保养1）车辆在使用期间
15、，要经常检查系统各管路连接处是否松动或漏油，如果有松动或漏油应及时处理。2）在以下情况下，应更换滤芯：a) 在新车开始使用后，第二次更换液压油及以后每次更换液压油时；b) 应经常观察真空表。在工作中，系统液压油温高于50时，如果补油泵吸油的真空表显示低于0.075MPa（0.75bar）的绝对压力时，或冷启动时低于0.05MPa（0.5bar）的绝对压力时。真空表按图4方式安装在吸油管路上。及时更换滤芯，可避免补油泵吸油困难或回油阻力增大，损坏液压元件。3) 在下列情况下应更换液压油：a) 第一次投入使用至100小时后；b) 第一次更换液压油至500小时；c) 此后更换周期为每使用1000小时
16、。如果所配油箱为通气孔油箱，更换周期应为500小时。总之，更换液压油的周期最多不超过一年。d) 如液压油混入水呈乳化状或液压油因油温过高有变质异味时应立即更换。更换的液压油应使用优质46抗磨液压油，在高寒地区应选用32号抗磨液压油，在高温地区应选68号抗磨液压油。无论更换哪种品牌液压油，必须使用相同牌号，切勿注入其它油品混合使用。另外，还应经常检查油箱油位，若液压油缺失，应及时补充。更换液压油时，注意应在搅拌车刚工作完毕，趁液压油热的时候放出，以便容易把机械杂质、油污等带出。4) 如果滤芯装在油箱上方，要定期检查吸油管是否松动或漏气。严禁吸油管松动或脱落时，启动发动机或工作，否则将导致液压泵损
17、坏或报废。5) 搅拌车在使用中，不宜随意停机或频繁启动；卸料时，根据泵送情况或实际使用情况，适当控制卸料速度，均匀卸料，尽可能避免卸料-停-搅拌-停-再卸料的反复，这样不仅功耗较大，液压泵、马达也处在压力交变之中，容易损坏。操作控制液压泵控制手柄时，动作要柔和，不要猛推猛拉。6) 冬季使用时，由于环境温度低液压油粘度大，使管路油流阻力和液压泵吸油阻力增大，除了选用合适的液压油外，在操作时还应特别注意避免液压泵吸空或损坏密封。（每次启动发动机前应保证泵的排量控制手柄放在中位；启动后应低速运转10分钟后再加载运转。）3.3液压系统常见故障排除液压系统中出现故障的大部分原因是液压油受污染，没能及时进
18、行处理。但也会有液压元件本身的质量问题。常见故障及排除方法如下。1) 搅拌筒在托轮上跳动。出现这种情况的主要原因是在一段时间内，搅拌筒的转速发生突然起伏变化。是什么原因促使搅拌筒的转速发生突然起伏变化呢？第一是操作不当，使发动机油门不稳定，通过液压系统的传递，未能消除这种不稳定。这种情况易于解决，只需正确操作即可。第二是液压泵内的配流盘处出现异常情况，以致配流、泄漏交替出现，使液压马达的输出转速出现起伏。检查时，可按图4方式联接上补油测压表，工作中，会发现补油压力在搅拌筒跳动时出现起伏变化。这时，一般需要在干净的环境里拆开泵体进行检查，更换配流盘或更换配流盘及衬盘即可排除。2) 负载增加时，搅
19、拌筒转速下降。按图4方式联接上补油测压表，观察在负载增加时，补油压力的变化。若补油压力下降，则搅拌筒转速就会降低。出现这种情况，一般是液压系统使用时间较长，在车辆使用中，没有及时更换液压油及滤芯，导致泵、马达内的运动元件配流盘、衬盘、柱塞、缸体等出现磨损，容积效率下降，高压难以建立起来。解决方法是更换配流盘、衬盘，对于柱塞、缸体磨损的情况，可将柱塞采用电镀、配磨等工艺方法加以处理。也可直接找专业维修工厂进行维修或更换泵、马达。3) 搅拌筒在一个方向转动正常，另一个方向转动不正常。第一种原因可能是梭形阀“粘滞”在某一位置，可通过检修液压马达上集成阀块中的梭形阀即可解决。第二种原因可能是转动不正常
20、方向的高压溢流阀故障。通过对换集成阀块中的两高压溢流阀进行检查，若故障方向改变，则证明高压溢流阀故障。更换故障高压溢流阀即可。4) 液压油箱中泛起泡沫，且液压油从油箱通气孔排出。出现这种情况是系统中进入了空气，而空气一定是从负压处进入系统。分析系统各胶管及接口，只有吸油管及接口处于负压状态。先观察一下真空表读数，若在正常范围内，则需更换吸油胶管；而若真空表读数超出范围，则需更换吸油滤芯。5）装满混凝土的故障车急救办法。若一台装满混凝土的搅拌车液压系统突发故障，导致搅拌筒无法运转，混凝土不能卸出。根据对此种液压系统故障的基本判断，液压泵的故障概率高于液压马达。为了防止混凝土凝固在搅拌筒内，可将另
21、一台与之系统匹配的正常搅拌车开至故障车附近，用三根加长的胶管（两根高压胶管、一根泵马达联接胶管）将故障车液压马达与正常车液压泵连接起来，形成新的传动系统，通过正常车的液压泵驱动故障车液压马达将故障车搅拌筒中混凝土排出。随后再对故障车进行维修。注：每次维修完之后，应更换液压油及滤芯，并按新车使用方法按时维护和保养。参考文献【1】陈宜通混凝土机械第一版北京:中国建材工业出版社 2002【2】常晨曦混凝土搅拌输送车旋转无力故障的排除工程机械与维修2004（9）【3】张国龙砼搅拌输送车应急排除建设机械化1998（4）程书良（1970），男，河南光山人，工程硕士，高级工程师，研究所所长，洛阳市邙岭路35号，471001