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  自动上料搅拌车液压系统的优化

  液压系统的可靠性是用主机液压系统在额定工况正常操纵下,无故障使用时间来表示的。显然,无故障使用时间越长,可靠性越好。一个主机液压系统可靠性不好,是没有使用意义的。液压系统的寿命主要取决于如下因素,3 个因素在整机中同等重要,任何环节出现问题均会影响整机的正常运转。

  ( 1) 液压元件的设计;

  ( 2) 元件的选择;

  ( 3) 使用与维护。
自动上料搅拌车液压系统的优化
  1 小型自动上料搅拌车液压系统故障原因分析

  自动上料搅拌车在建设过程中的重要作用日益彰显。大型自动上料搅拌车一般从搅拌站装上搅拌好的混凝土,转运至工地使用; 而小型自动上料搅拌车一般是在工地附近,具有自装卸、配料与自搅拌功能,减少长距离运输且省工的特点。自动上料搅拌车的液压系统又分为闭式液压系统与开式液压系统。

  一客户的批量小型自动上料搅拌车在使用过程中出现以下几种故障现象: ( 1) 空载下,转罐转速可达到设计要求,而装满料以后很难起动,即使在发动机最大转速下转罐转速也很低; ( 2) 液压油散马达的进油胶管出现多台爆管故障; ( 3) 转罐马达的故障率非常高,多台出现马达内部卡死或轴端密封损坏向外串油。

  从原理上来看,液压系统为开式负载敏感开芯回路,通过安装在发动机上的齿轮泵持续向换向阀供油,由先导控制阀作为总开关,通过控制电磁换向阀的翘板开关实现转罐马达的正转与反转。换向阀的回油分两路回油箱: 一路通过节流阀回油箱,另一路驱动油散马达,为其他系统的回油进行散热。通过故障情况与原理对比分析,认为换向阀的回油通过节流阀的阀口来控制油散马达的工作转速,且节流阀阀口是在出厂前根据发动机怠速调节油散马达转速的,一旦节流阀阀口固定,通油能力就会被限制在一定的范围内,然而换向阀的输出流量与发动机的转速成正比关系,在发动机高速运转时,换向阀 T口油液无法快速回到油箱,造成油散马达的进油管处压力过高,超过胶管承受的压力,所以爆管现象时有发生。

  因无法得到更详细的技术参数与资料,重载转速慢及马达故障率高是否有直接关联,通过现场查看实车的系统现状及使用过程工况,从使用工况来分析故障原因。
自动上料搅拌车液压系统的优化
  从现场的管路情况看到,吸油管过长过细,且齿轮泵的位置高于油箱吸油口的位置,经理论计算齿轮泵吸油管液压油最大流速达到 4 m / s,远超过设计标准。同时,齿轮泵本身的自吸能力差,在高转速时吸油管内产生负压,齿轮泵内部吸油不足加速磨损,容积效率快速下降,导致转罐在重载情况下转速下降明显。

  让客户现场演示真实工况,发现两个重要问题:( 1) 转罐转速在停止时会发出一声尖叫,停止突然,尤其是在发动机大油门的情况下,驾驶员操纵翘板开关使转罐停止时没有任何缓冲; ( 2) 在装料后转场的过程中,为了不让混凝土凝固,罐体会始终在转动状态。然而,罐体转速在行走过程中非常快,即缸体转速与发动机的转速成正比,当驾驶员加大油门高速行驶时,转罐转速也会随之加快,这是非常危险的事情,因为转罐重心较高,在急转弯时转罐在惯性作用下易出现翻车事故。

  由此对照原理图得出系统还存在两个问题: ( 1)液压系统冲击严重,没有缓冲功能,且换向阀阀芯回中位速度不受控制,阀芯中位机能为 O 型,正在高速旋转的转罐实然间被停止,而罐体质量为 7 t,惯性很大,在停止时通过减速机直接作用在转罐马达上,使马达受力超过额定力矩,造成马达内部卡死或轴端密封损坏向减速机内部串油; ( 2) 转罐转速不可控,转罐速度只与发动机的转速呈正比,当驾驶员快速行驶时,转罐速度随之加快,此现象完全不能满足工况的实际需求。

  2 自动上料搅拌车液压系统特改优化

  在现有系统的基础上进行特改,受到减速机、齿轮泵、换向阀及结构件等现有元器件布局的限制,同时成本也是客户关注的重点,所以在有限费用的前提下,通过原理及细节的调整优化系统,使其故障率降低到可接受的范围内。

  ( 1) 增加缓冲功能,在换向阀的 A、B 口安装两个二次压力补油阀,其压力设定为 12. 5 MPa,稍高于系统工作压力,并具有补油功能,在换向阀阀芯关闭时,能够使马达在转罐惯性的作用下继续转动,压力油通过二次压力补油阀溢出到换向阀 T 口,同时马达的低油腔通过另一个补油阀完成补油,有效地保护了转罐马达与减速机。

  ( 2) 实现转罐速度可调。将现有的翘板开关控制换向阀先导油路改为具有摩擦定位功能的液控手柄控制换向阀换向,使转罐速度可调可控,且不增加驾驶员的劳动强度。当驾驶员驻车搅拌时,可将手柄推至最大,转罐转速随发动机转速变化; 当行走时可将液控手柄调至小角度位置,使换向阀的流量需求很小,在负载敏感换向阀的共同作用下,不管发动机转速是多少,转罐即可在恒定的转速下运转,达到既不让混凝土凝固、又不会在行走过程中发生危险的目的。

  ( 3) 在换向阀的先导油口 a、b 处增加单向节流阀,使换向阀关闭时具有一定时间的延时,这样在转罐停止前有一段减速的过程,与二次压力缓冲阀共用,达到动作缓和与保护元件的效果。
自动上料搅拌车液压系统的优化
  ( 4) 更换已损坏的齿轮泵,并加粗吸油管径至25 mm、加大吸油滤油器过油能力,使吸油最大流速控制在 1 m / s 以下。

  ( 5) 拆除换向阀回油管路上的节流阀,使换向阀回油直接回油箱,油散马达由另外一个泵单独驱动,使回油顺畅,避免回油压力过高导致液压元件故障及不必要的压力损失。

  3 设计液压系统时不仅要符合设计规范、满足功能性的要求,还要了解其使用工况、适合工况。在满足使用要求与质量要求的同时,还要把成本控制在最低。


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