劉廷國， 李國征， 郭豐

（河南省高遠(yuǎn)公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)有限公司，河南 新鄉(xiāng)453000）

0 引 言

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路里程大幅增加，對公路的適時養(yǎng)護(hù)也就擺到了重要的議程。由于我國地域遼闊，道路環(huán)境復(fù)雜，在不同的季節(jié)和不同的路段產(chǎn)生的道路損壞問題也復(fù)雜多樣，由此就需要多樣的養(yǎng)護(hù)技術(shù)和設(shè)備。采用一種作業(yè)車輛作為基礎(chǔ)平臺，實(shí)現(xiàn)若干功能的集成，是一種節(jié)省成本、降低資金占用的明智選擇。國外較為成功的案例有德國奔馳的Unimog系列和德國HAKO的Fumo系列。但國內(nèi)目前尚無此類比較完善和成系列的產(chǎn)品。若從國外進(jìn)口該類設(shè)備，價格極其昂貴，市政工程及公路養(yǎng)護(hù)單位難以承受；另一方面，我國的道路情況復(fù)雜，國外設(shè)備難以較好地適應(yīng)國內(nèi)公路養(yǎng)護(hù)的應(yīng)用需求。為改變這種現(xiàn)狀，我公司利用企業(yè)自主知識產(chǎn)權(quán)研發(fā)多功能公路養(yǎng)護(hù)工程車。該多功能公路養(yǎng)護(hù)工程車采用模塊化設(shè)計[1]，通過養(yǎng)護(hù)模塊快速換裝接口，實(shí)現(xiàn)在一臺養(yǎng)護(hù)裝備上完成多種養(yǎng)護(hù)作業(yè)的功能。

1 多功能公路養(yǎng)護(hù)工程車的總體結(jié)構(gòu)

多功能公路養(yǎng)護(hù)工程車由主車系統(tǒng)和若干與之配套的公路養(yǎng)護(hù)功能模塊組成[2]。其中，主車系統(tǒng)是專用車輛—一個經(jīng)過改造的載重汽車底盤，可以配備隨車吊、液壓動力系統(tǒng)、液壓發(fā)電機(jī)、低速行走系統(tǒng)、貨箱自卸系統(tǒng)、交通作業(yè)顯示屏、快換作業(yè)平臺、標(biāo)準(zhǔn)動力輸出接口、控制系統(tǒng)等部分[3]，如圖1所示。

1）液壓動力系統(tǒng)。動力由取力器從發(fā)動機(jī)取出，通過帶離合控制的分動器連接液壓泵。設(shè)計安裝液壓負(fù)載敏感系統(tǒng)，配置國內(nèi)外知名品牌的泵閥元件。其中可提供4～5個液壓回路，可滿足多個公路養(yǎng)護(hù)功能模塊同時工作，并且通過PVG閥控制，保證其多模塊同時工作時各回路流量不相互影響。保證動力強(qiáng)勁、穩(wěn)定、可靠。

圖1 主車結(jié)構(gòu)示意圖

2）低速行走系統(tǒng)。傳動系統(tǒng)經(jīng)過改造，定制10變速裝置。最低速度可以控制在1.5 m/h，滿足一些模塊養(yǎng)護(hù)作業(yè)時的超低速行走要求。

3）前部接口。主要有前掛板和電、液、氣的快插快換接口，前掛板和汽車底盤的大梁剛性連接，具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。前掛板上有標(biāo)準(zhǔn)孔位對應(yīng)模塊上的安裝板。

4）中部接口。主要是利用隨車吊的吊臂和支腿做伸縮支撐。吊臂前端和支腿上均制作有安裝模塊的標(biāo)準(zhǔn)連接板。

5）后部接口。這部分是多功能公路養(yǎng)護(hù)工程車主車設(shè)計的一個重點(diǎn)。在副梁上裝部分設(shè)計快換平臺。此平臺可以承載更大體積、更大質(zhì)量的養(yǎng)護(hù)功能模塊。平臺上設(shè)計有集裝箱底鎖，模塊設(shè)計在安裝有集裝箱角件的底托支架上，底鎖和角件可以實(shí)現(xiàn)簡單便捷連接，安全可靠。

6）電力和氣路系統(tǒng)。由配電箱、空氣壓縮機(jī)、液壓發(fā)電機(jī)、配氣包、控制閥、管件管路、電磁閥、氣缸、快換接頭等部分組成。給養(yǎng)護(hù)功能模塊提供可靠穩(wěn)定的電力和氣壓。

7）操控系統(tǒng)。針對不同的養(yǎng)護(hù)功能模塊，采用可編程控制器智能控制。操作人員既可以在駕駛室內(nèi)操作，又可以在車下遙控操作養(yǎng)護(hù)模塊作業(yè)?？杀ＷC作業(yè)動態(tài)過程平穩(wěn)；執(zhí)行響應(yīng)動作快；信息跟蹤反饋準(zhǔn)確。

2 養(yǎng)護(hù)功能模塊的配置

公路養(yǎng)護(hù)功能模塊是作業(yè)機(jī)械—若干經(jīng)過改造的專業(yè)公路養(yǎng)護(hù)設(shè)備，主要是簡化去除其原有的動力系統(tǒng)（動力改由主車提供），制作通用的連接平臺和標(biāo)準(zhǔn)接口（可與主車進(jìn)行快換）。多功能公路養(yǎng)護(hù)工程車主車與功能模塊之間的連接接口是本設(shè)備的一個關(guān)鍵技術(shù)，這部分設(shè)計的優(yōu)劣直接影響到功能模塊的快換性能和作業(yè)性能。它包括前部接口（前懸掛）、中部接口（吊臂接口或支腿接口）、后部接口（上裝快換作業(yè)平臺）三個部分?？蓾M足運(yùn)輸、吊運(yùn)、高空作業(yè)、路燈搶修、標(biāo)牌維護(hù)、流動動力源、高壓水清洗、罐車、除雪、撒鹽、牽引、除草、除冰、照明、搶險指揮、路面灌縫、注漿、路面坑槽修復(fù)、路面清掃、隧道清洗、護(hù)欄清洗、綠籬修剪等20余種公路養(yǎng)護(hù)模塊作業(yè)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 多功能公路養(yǎng)護(hù)工程車養(yǎng)護(hù)模塊結(jié)構(gòu)框圖

2.1 前部接口

前部接口由前掛板、上支架、下支架、調(diào)整拉桿等組成（見圖3）。前掛板上有上下兩組卡槽，和養(yǎng)護(hù)功能模塊上的連接板一一對應(yīng)。安裝時，將模塊調(diào)至前掛板前，連接板上邊的兩只固定的掛釘卡在前掛板上卡槽里。連接板下邊的兩個可以橫向擺動（＞90°）螺栓旋轉(zhuǎn)后卡在前掛板下卡槽里，然后擰緊螺母完成機(jī)械連接。同時，前懸掛側(cè)面有液壓、電力、氣動快換接口，方便對不同模塊進(jìn)行動力連接。

前部接口可以快換安裝諸如鏟雪、除冰、清掃、護(hù)欄清理、灑水、除草等養(yǎng)護(hù)功能模塊。這樣只需一個人，可以邊駕駛車輛邊操作養(yǎng)護(hù)作業(yè)，同時還可以有效地觀察作業(yè)情況。

圖3 前部接口結(jié)構(gòu)圖

2.2 中部接口

中部接口由主車液壓支腿、懸掛連接架組成。主車液壓支腿中豎向支腿的兩側(cè)分別設(shè)有上下分布的上懸掛銷和下懸掛銷，豎向支腿的前側(cè)設(shè)有鎖緊擋塊（如圖4）。懸掛連接架（如圖5）包括相對的左側(cè)板和右側(cè)板及連接該左側(cè)板和右側(cè)板的上連接板和下連接板，左側(cè)板和右側(cè)板上分別設(shè)有與上懸掛銷和下懸掛銷相配的掛鉤，耐磨套分別同軸安裝在左側(cè)板和右側(cè)板的側(cè)面，偏心旋轉(zhuǎn)軸與偏心塊通過固定銷連接并安裝于耐磨套上，該偏心塊用于實(shí)現(xiàn)與鎖緊擋塊壓緊配合，長臂把手的一端滑配于偏心旋轉(zhuǎn)軸上并通過擋圈限位，通過轉(zhuǎn)動長臂把手另一端以帶動偏心旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，長臂把手中下部設(shè)有與左側(cè)板或右側(cè)板上定位孔相配的定位銷，用于實(shí)現(xiàn)鎖緊狀態(tài)下長臂把手的定位，養(yǎng)護(hù)功能模塊固定于上連接板和下連接板上。每個養(yǎng)護(hù)功能模塊均配備懸掛連接架，通過中部接口實(shí)現(xiàn)各自的功能。

中部接口可以快換安裝諸如綠籬修剪、隧道清洗、橋梁檢測、高空作業(yè)、護(hù)欄打樁等養(yǎng)護(hù)功能模塊。

圖4 懸掛接口結(jié)構(gòu)圖

圖5 懸掛連接架

2.3 后部接口

多功能公路養(yǎng)護(hù)工程車快換作業(yè)平臺直接與模塊的底托連接，連接時將模塊移動到貨箱平臺上方，模塊上的角件位置對中于平臺上的扭鎖位置。落下后，轉(zhuǎn)動扭鎖90°將角件固定下來。為使連接定位快速準(zhǔn)確，還需要設(shè)計對中裝置。對中裝置分為前、后兩部分，分別位于平臺的前部和貨箱的后部?？墒沟枚喙δ芄佛B(yǎng)護(hù)工程車快速換裝平臺進(jìn)行換裝時能夠快速、準(zhǔn)確地對中、找正，提高使用的便捷性，且前、后對中找正喇叭槽的槽底設(shè)有耐磨層，提高前、后對中找正座的使用壽命。

2.4 液壓系統(tǒng)配置

多功能公路養(yǎng)護(hù)工程車的液壓系統(tǒng)可能需要實(shí)現(xiàn)前（中）與后部接口同時工作，且起重機(jī)的液壓系統(tǒng)需單獨(dú)控制。受各模塊的工作功率不同，致使前（中）與后部接口的輸出功率不同，因此需要通過設(shè)計液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不等流量、不等壓力控制。選定基于PVG32多路閥的功率分配方案作為配料系統(tǒng)的設(shè)計方案。此方案利用PVG32 多路閥與負(fù)載敏感泵相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)功率分配和有效避免功率干涉，工作原理如圖7所示。

圖6 多功能公路養(yǎng)護(hù)工程車快換作業(yè)平臺

圖7 起重機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理圖

由圖7可以得出，該系統(tǒng)各液壓油路之間并聯(lián)連接，系統(tǒng)采用閉芯液壓泵模塊，閉芯液壓泵模塊主要用于變量泵液壓系統(tǒng)，閉芯液壓泵模塊的定差溢流閥兩端壓差一定，當(dāng)液壓泵出口壓力超過設(shè)定的壓力值時，溢流閥打開，油液回油箱，保護(hù)液壓泵正常工作。采用該種系統(tǒng)時，無論是負(fù)載增加還是負(fù)載減小，液壓變量泵的出口流量均能夠滿足系統(tǒng)的需求，多余的流量通過定壓溢流閥溢流回油箱。

3 結(jié) 論

本文研究的重點(diǎn)是模塊化多功能公路養(yǎng)護(hù)工程車的結(jié)構(gòu)功能。其關(guān)鍵部分是為專用工程車的研發(fā)提供性能更好、功能更全、型譜更全、節(jié)能環(huán)保、研發(fā)成本更低的可用模塊。本文借鑒國外在模塊化工程車方面的研究成果，結(jié)合國內(nèi)工程機(jī)械行業(yè)在模塊化多功能公路養(yǎng)護(hù)工程車方面的需求，探索公路養(yǎng)護(hù)產(chǎn)品的模塊化結(jié)構(gòu)理論模型，縮小與國外模塊化專用工程車技術(shù)之間的差距，為以后的大規(guī)模定制多功能公路養(yǎng)護(hù)工程車提供理論指導(dǎo)。