武浩浩

（徐州華清京昆能源有限公司，江蘇 徐州221001）

三履帶滑模攤鋪機(jī)是高質(zhì)量、高速度修建水泥混凝土排水溝、路緣石、防撞墻等路面構(gòu)造物的現(xiàn)代化機(jī)械施工裝備，它集成了計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、機(jī)械制造及現(xiàn)代水泥混凝土的應(yīng)用技術(shù)[1]。三履帶滑模攤鋪機(jī)施工時(shí)行走速度最大3m/s，受施工存在路拱、凹坑、凸起、轉(zhuǎn)彎等路面特征影響，帶動(dòng)模具復(fù)制路面特征到成型的路緣石或防撞墻上[2]。尤其是當(dāng)輸料艙滿料時(shí)最為明顯，進(jìn)一步測試數(shù)據(jù)，輸料壓力約為80bar-120bar，因此行走壓力在20-80bar 時(shí)，行走與輸料相互影響。為滿足施工連續(xù)性、穩(wěn)定性要求，通過AMESIM 仿真和整機(jī)行駛工況試驗(yàn)，設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)適應(yīng)路面特征的行走系統(tǒng)，提高行走系統(tǒng)的可行性和低速穩(wěn)定性。

1 AMESIM 仿真分析

采用典型的負(fù)載敏感控制原理，由恒壓差泵、電比例調(diào)速閥、電磁開關(guān)閥、液壓馬達(dá)構(gòu)成。重點(diǎn)關(guān)注電比例調(diào)速閥的性能，故先建立該閥的仿真模型，采用HYD 庫建模，在液壓原理方面建立性能仿真模型[3]，如圖1 所示。按照先導(dǎo)級最大消耗1.5L 流量計(jì)算，當(dāng)先導(dǎo)級的電比例節(jié)流閥通流面積最大時(shí)，假設(shè)按照阻尼孔壓降為5.3bar 的壓降、電比例節(jié)流閥按照1.6bar壓降進(jìn)行分配，據(jù)此，阻尼孔直徑約為1.2mm、電比例節(jié)流閥相當(dāng)于直徑2mm 的節(jié)流孔。由于壓力補(bǔ)償器彈簧設(shè)定壓力6.9bar，按照6.9bar 壓差計(jì)算，液控節(jié)流閥的最大通流面積約為112.5mm2，相當(dāng)于直徑12mm 的節(jié)流孔；當(dāng)電比例閥全部開啟，此時(shí)液控節(jié)流閥兩側(cè)控制壓差為5.3bar，而液控節(jié)流閥為全開位置，將液控節(jié)流閥的彈簧壓力設(shè)定為3bar，全部開啟壓差為5.3bar，仿真結(jié)果如圖2 所示。

當(dāng)主節(jié)流閥開口度4%（壓力補(bǔ)償器開度3.2%）時(shí)，流量為14.6L/min，不受負(fù)載變化影響；當(dāng)主節(jié)流閥開口度1.4%時(shí)（壓力補(bǔ)償器開度1.3%）時(shí)流量為4.8L/min，不受負(fù)載影響；仿真中可實(shí)現(xiàn)的流量范圍5L/min 至190L/min；當(dāng)流量14.6L/min 時(shí)，主閥及補(bǔ)償器的開度分別為4%、3.2%，開度均很??；泵的壓差20bar及40bar 對閥的調(diào)速特性影響不大，主要由閥芯本身補(bǔ)償器決定流量。由于元件的實(shí)際性能受電磁力滯環(huán)、死點(diǎn)、液壓油、溫度等等影響，實(shí)際很難達(dá)到理論模擬的4.8L/min 的下限，電比例調(diào)速閥樣本只給到19L/min 的流量，也從側(cè)面說明很難覆蓋滑模攤鋪機(jī)速0.3m/min 時(shí)要求的1.5L/min 的極小流量。從閥芯設(shè)計(jì)上，大流量閥很難兼顧小流量性能，極小的閥芯開度很不穩(wěn)定，存在性能盲區(qū)。結(jié)合閥芯性能數(shù)據(jù)及仿真模擬，可以推斷當(dāng)極小車速0.3m/min 時(shí)（1.5L/min），只有先導(dǎo)級的電比例節(jié)流閥在工作，液控節(jié)流閥及補(bǔ)償閥均未工作，此時(shí)流量受泵與負(fù)載壓差決定。

圖1 三履帶式滑模攤鋪機(jī)行走系統(tǒng)仿真模型

圖2 泵壓差20bar、40bar 時(shí)，先導(dǎo)閥開口與主閥調(diào)節(jié)流量的關(guān)系

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

依照三履帶滑模攤鋪機(jī)液壓原理圖上標(biāo)注的行走液壓馬達(dá)測壓點(diǎn)連接液壓傳感器。利用DEWESoft 數(shù)據(jù)采集儀采集數(shù)據(jù)?；備仚C(jī)分別加載2.5KN、16KN、18.5KN、37.5KN 有效切線牽引力及最大有效切線牽引力，測量其發(fā)動(dòng)轉(zhuǎn)速、液壓馬達(dá)壓力、液壓泵壓力。

圖3 有效切線牽引力與行駛液壓系統(tǒng)泵和馬達(dá)關(guān)系擬合曲線

經(jīng)過測試得知，行駛液壓系統(tǒng)在3m/min（滑模攤鋪機(jī)顯視器顯示速度）速度下開同步分流閥帶載起步停機(jī)液壓馬達(dá)液壓泵的沖擊壓力最大為35bar；液壓泵起步過程的沖擊壓力最大為77bar；停機(jī)過程的沖擊壓力最大為228bar,穩(wěn)定后液壓系統(tǒng)液壓馬達(dá)與液壓泵的最大壓力差為45bar?；備仚C(jī)比例閥控制起步、停機(jī)過程液壓系統(tǒng)沖擊壓力小于由換向閥控制的起步、停機(jī)過程的沖擊壓力；液壓泵與液壓馬達(dá)之間壓差過大，壓力損失嚴(yán)重。在最大有效切線牽引力7.3KN 工況下，行駛液壓系統(tǒng)液壓泵的壓力為215bar，液壓馬達(dá)壓力為175bar（前履帶出現(xiàn)打滑）。滑模攤鋪機(jī)螺旋輸料器內(nèi)加入880kg 水泥混凝土，且不開同步分流閥的情況下，最大有效切線牽引力為73KN（前履帶出現(xiàn)打滑）?；備仚C(jī)螺旋輸料器內(nèi)加入880kg 水泥混凝土且打開同步分流閥的情況下，最大有效切線牽引力為70KN（三履帶靜止不動(dòng)）。2.5KN 有效切線牽引力下行駛液壓馬達(dá)壓力為35bar，16KN 有效切線牽引力下行駛液壓馬達(dá)壓力為63.75bar，18.5KN 有效切線牽引力下行駛液壓馬達(dá)壓力為71.5bar，37.5.5KN 有效切線牽引力下行駛液壓馬達(dá)壓力為112bar。通過有效牽切線牽引力與行駛液壓馬達(dá)壓力擬合曲線，如圖3 所示?；備仚C(jī)螺旋輸料器內(nèi)加入880kg 水泥混凝土，且不開同步分流閥的情況下，最大有效切線牽引力為73KN（前履帶出現(xiàn)打滑），且同步分流閥未能發(fā)揮有效作用[4]。

可以得出液壓泵壓力與有效切線牽引力擬合方程，式（1），行駛液壓馬達(dá)壓力與有效牽切線牽力擬合方程，式（2）：

仿真中可實(shí)現(xiàn)的流量范圍5L/min 至190L/min；當(dāng)流量14.6L/min 時(shí)，主閥及補(bǔ)償器的開度分別為4%、3.2%，開度均很??；泵的壓差20bar 及40bar 對閥的調(diào)速特性影響不大，主要由閥芯本身補(bǔ)償器決定流量；由于元件的實(shí)際性能受電磁力滯環(huán)、死點(diǎn)、液壓油、溫度等等影響，實(shí)際很難達(dá)到理論模擬的4.8L/min 的下限，閥的樣本只給到19L/min 的流量，也從側(cè)面說明很難覆蓋NC1300 車速0.3m/min 時(shí)要求的1.5L/min 的極小流量。從閥芯設(shè)計(jì)上，大流量閥很難兼顧小流量性能，極小的閥芯開度很不穩(wěn)定，存在性能盲區(qū)。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果，滑膜攤鋪機(jī)顯示器顯示行駛速度1m/min、3m/min、5m/min、10m/min，實(shí)際測量行駛速度分別為1.154m/min、1.686m/min、3.372m/min、4.054m/min。分析發(fā)現(xiàn)，行走速度調(diào)節(jié)取決于速度電位計(jì)，電位計(jì)輸入線性對應(yīng)比例閥目標(biāo)輸出，形成電流閉環(huán)反饋；無行走速度傳感器檢測，顯示器上顯示的行走速度值（m/min）根據(jù)電位計(jì)輸入，如在低速模式下，計(jì)算對應(yīng)出相應(yīng)的行走速度，程序上增加修正系數(shù)處理生成。

3 改進(jìn)方案

并聯(lián)一路小流量電比例調(diào)速閥，用于實(shí)現(xiàn)低速穩(wěn)定性，在液壓馬達(dá)上增加馬達(dá)轉(zhuǎn)速傳感器，可實(shí)現(xiàn)3m/min 以內(nèi)的精確調(diào)速，電氣方面，增加相應(yīng)的邏輯控制，當(dāng)施工車速3m/min 及以內(nèi)時(shí)，用新增的電比例調(diào)速閥工作，當(dāng)施工車速高于3m/min 時(shí)，仍用原P 電比例調(diào)速閥；為實(shí)現(xiàn)最核心的施工行走問題，分流閥按照3m/min 車速進(jìn)行選型，兩級分流閥分流比為2：1、1：1，需要廠家再確定具體閥芯型號，因插孔改變，此改動(dòng)原有行走閥組無法采用；也可以直接改成一分三的分流閥，按總流量15L/min 左右選型；液控?fù)Q向閥，換向壓力至少為13bar，完全換向17.2 至27.6bar，結(jié)合行走壓力只有20bar 的工況，此壓力不足以保證液控?fù)Q向閥換向，不能保證開啟分流模式，該閥接外部控制油源。同時(shí)在行走馬達(dá)上加裝馬達(dá)轉(zhuǎn)速傳感器，并在轉(zhuǎn)向油缸內(nèi)部設(shè)置位置傳感器，以提高調(diào)速閥獲取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

三履帶滑模攤鋪機(jī)帶載行駛過程的穩(wěn)定性直接影響了水泥砼的成型質(zhì)量，通過分析液壓系統(tǒng)工作原理，采用AMESIM仿真分析配套的電比例調(diào)速閥液壓原理方面的性能，發(fā)現(xiàn)電比例調(diào)速閥的流量穩(wěn)定下限高于實(shí)際工況所需流量，通過實(shí)際試驗(yàn)驗(yàn)證了各個(gè)帶載工況電比例調(diào)速閥所需流量與實(shí)際流量的差別，提出了并聯(lián)小流量電比例調(diào)速閥的臨時(shí)改進(jìn)措施和按照車速采用分流閥的長遠(yuǎn)改進(jìn)方案，并對影響測量準(zhǔn)確性的傳感器進(jìn)行優(yōu)化，改進(jìn)后的行走系統(tǒng)穩(wěn)定性得到較好改善。