崔剛

摘要：在基礎(chǔ)施工的過(guò)程中，通過(guò)引入旋挖鉆機(jī)能夠提升灌注樁施工的質(zhì)量和效率，其具備功能齊全、污染小的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已廣泛作用于具體的施工環(huán)節(jié)，尤其是道橋等基礎(chǔ)地基的施工中，顯示出其所擁有的現(xiàn)實(shí)作用。本文將基于以上現(xiàn)實(shí)背景，探究全液壓旋挖鉆機(jī)中液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體方案，并以180～220kN·m為例，細(xì)化設(shè)計(jì)的具體環(huán)節(jié)與所對(duì)應(yīng)的原理。

關(guān)鍵詞：全液壓旋挖鉆機(jī);液壓系統(tǒng);設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TD421.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）11-0113-02

0? 引言

目前我國(guó)在道橋地基施工中常用的旋挖鉆機(jī)的參數(shù)落于180～220kN·m的范圍內(nèi)，所使用的機(jī)型隨著技術(shù)的不斷變革，已經(jīng)能夠保證施工的質(zhì)量和效率，對(duì)于保證灌注樁施工效果起到一定的作用。但在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，仍需要繼續(xù)深化，按照由整體系統(tǒng)到系統(tǒng)各子項(xiàng)目的方式完善設(shè)計(jì)內(nèi)容，形成示意圖，使得相關(guān)人員可按照示意圖等確定此系統(tǒng)是否可行，保障具體的作業(yè)環(huán)節(jié)。

1? 液壓系統(tǒng)的簡(jiǎn)述

全液壓鉆機(jī)通常情況下采取的都是全液壓的控制凡是，液壓系統(tǒng)中主要包括了行走系統(tǒng)、鉆進(jìn)系統(tǒng)、運(yùn)輸及輔助系統(tǒng)等。行走系統(tǒng)主要控制的是鉆機(jī)的行走，其要求通過(guò)液壓控制能實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)帶載荷行走或者轉(zhuǎn)彎，因此要求兩個(gè)履帶實(shí)現(xiàn)不同步運(yùn)行，因子針對(duì)兩端履帶要采取獨(dú)立的液壓系統(tǒng)。鉆進(jìn)系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的驅(qū)動(dòng)以及推進(jìn)等機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)正常擺動(dòng)，鉆機(jī)鉆進(jìn)過(guò)程中會(huì)承受較大阻力，因此鉆桿也需要具備良好的驅(qū)動(dòng)以及推進(jìn)系統(tǒng)，同時(shí)兩者還要具備較高的過(guò)載能力，鉆桿推進(jìn)需要的油液量比較大，推進(jìn)速度慢，因此，對(duì)系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性要求也比較高。針對(duì)整個(gè)回路需要設(shè)計(jì)成節(jié)流調(diào)速回路;鉆機(jī)的鉆進(jìn)方向可以利用擺動(dòng)液壓系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。因此針對(duì)鉆進(jìn)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)液壓鎖功能。

液壓系統(tǒng)包含油箱、主泵、輔助泵等構(gòu)成，借助以上的設(shè)備形成液壓源、執(zhí)行元件等。就液壓源而言，其一般設(shè)置斜軸式變量雙泵，其型號(hào)為A8VO，配以輔助泵，利用M8和M4閥組成控制元件，通過(guò)液壓泵將油箱內(nèi)的油供給以上控制元件的方式，保證冷卻系統(tǒng)等正常工作，提升伺服閥的作業(yè)能力。A6V和A2F馬達(dá)作為執(zhí)行元件，而控制元件能夠分別管控左右斜撐缸和履帶伸縮油缸，起到加壓和回轉(zhuǎn)的作用。工作人員可進(jìn)入到操作空間內(nèi)，控制先導(dǎo)閥，從而聯(lián)動(dòng)主閥與輔助閥[1]。

2? 多路換向閥

2.1 M8閥

在設(shè)計(jì) M8閥的過(guò)程中，需要采用的原理是：三位六通，由于此種控制元件屬于7聯(lián)整體多路閥，因此在主泵的作用下，油箱內(nèi)提供機(jī)油，經(jīng)由兩個(gè)閥口P1*和P2*，從而將液壓油運(yùn)送到指定位置。液壓油能夠通過(guò)閥內(nèi)所包含通油道的前提條件是閥桿均處于中位，在此條件下才能夠保證進(jìn)入后能夠及時(shí)退回到油箱內(nèi)。多個(gè)執(zhí)行元件均可由主閥個(gè)共同控制，但有些系統(tǒng)中主閥也可單獨(dú)管控某個(gè)執(zhí)行元件，發(fā)揮出執(zhí)行復(fù)合動(dòng)作的效果，保證主卷?yè)P(yáng)閥內(nèi)合流和動(dòng)力頭的多項(xiàng)功能充分發(fā)揮效用[2]。設(shè)計(jì)人員要形成設(shè)計(jì)原理圖，按照?qǐng)D示內(nèi)容確定在何種位置為系統(tǒng)的合流以及不合流狀態(tài)。對(duì)于不合流狀態(tài)而言，油箱內(nèi)接收到來(lái)自于P1*的液壓油，經(jīng)過(guò)二位二液控?fù)Q向閥到達(dá)油箱位置，而對(duì)于合流的狀態(tài)，需要在主閥ab共同作用下，動(dòng)力頭主閥與控制油接觸，并在二位二液控?fù)Q向閥的換向作用的支撐下，接通b1閥口，使得產(chǎn)生合流的效果。而經(jīng)由P1*的液壓油，與P2*來(lái)油相融合，進(jìn)入到動(dòng)力頭閥中，經(jīng)過(guò)單向閥，共同進(jìn)入到動(dòng)力頭馬達(dá)結(jié)構(gòu)，保持壓力穩(wěn)定，并成倍增加動(dòng)力頭馬達(dá)的流量，保證在此種工作原理和技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，馬達(dá)發(fā)揮出應(yīng)用作用，維持高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。在M8閥中，其設(shè)置了安全閥，保護(hù)進(jìn)油口，并聯(lián)合多種閥，在滿足執(zhí)行元件需求的基礎(chǔ)上，給出補(bǔ)油和過(guò)載檢測(cè)的服務(wù)，因此要設(shè)置補(bǔ)油閥和過(guò)載閥，保證設(shè)計(jì)的油口位于閥體的正反面，結(jié)合所設(shè)計(jì)形成的實(shí)際設(shè)備來(lái)看，其具備管路和總體安裝較為簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)[3]。

2.2 M4閥

在設(shè)計(jì)M4閥的環(huán)節(jié)，采用的原理是：負(fù)荷傳感，由于此種控制元件所采用的是6聯(lián)整體多路閥，其能夠?qū)崿F(xiàn)與A10VO泵相互配合，從而完成比例控制的任務(wù)。設(shè)計(jì)M4閥要注意考量液壓泵和執(zhí)行元件的壓力變化情況，依據(jù)各自的變化，設(shè)置調(diào)節(jié)壓力的補(bǔ)償閥，使得在實(shí)際應(yīng)用中即便是出現(xiàn)負(fù)載不同的狀況，也能有效保障原有流向執(zhí)行元件的液壓油繼續(xù)以之前的流量流通，提升液壓系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2.3 行走回路設(shè)計(jì)

液壓系統(tǒng)的行走功能要求左右履帶液壓系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立行走，通常情況下會(huì)采取左、右路內(nèi)藏式液壓馬達(dá)的情況下，能體現(xiàn)出轉(zhuǎn)矩大、體積小的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)左右操縱桿進(jìn)行控制后，主油路的壓力油可以在手動(dòng)操縱閥的作用下進(jìn)行馬達(dá)，從而給整機(jī)提供動(dòng)力實(shí)現(xiàn)行走，整機(jī)的行走過(guò)程中主要是通過(guò)操縱閥位置的調(diào)整來(lái)改變其方向。在左右回路上設(shè)置了兩個(gè)平衡閥，這樣能有效避免行走過(guò)程中中出現(xiàn)移動(dòng)，整機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性得到保障，且操作安全性也比較高。

2.4 鉆桿驅(qū)動(dòng)回路

利用電液換向閥控制主油路并帶動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，在鉆桿及馬達(dá)之間通過(guò)設(shè)置減速閥后可以為鉆桿提供力矩，這樣就能保障鉆桿的旋轉(zhuǎn)。在利用電磁換向閥進(jìn)行換向后，馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)方向也能得到有效改變。電磁換向閥在進(jìn)行換向后，馬達(dá)旋轉(zhuǎn)方向就會(huì)得到改變，這樣鉆桿就可以實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，這種回路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式下，可以針對(duì)鉆桿運(yùn)行過(guò)程中所需流量及時(shí)反饋到主泵，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)主泵排量的有效控制。

2.5 鉆桿鉆進(jìn)及運(yùn)輸回路

液壓缸是鉆桿鉆進(jìn)的主要?jiǎng)恿C(jī)構(gòu)。主油路中的液壓油通過(guò)手動(dòng)換向閥后先后經(jīng)過(guò)調(diào)速閥、先導(dǎo)順序閥的調(diào)節(jié)最終進(jìn)入油缸后為鉆桿運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力。鉆桿的推進(jìn)以及后退等功能都是通過(guò)手動(dòng)換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。而鉆桿后退以及推進(jìn)速度則可以利用調(diào)速閥來(lái)進(jìn)行調(diào)控。由于在回路中使用了單向閥形成了液壓鎖，因此鉆桿的正常動(dòng)作完全能得到保障。鉆桿鉆進(jìn)方向經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)后能實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)，在這種情況下就能實(shí)現(xiàn)馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)，鉆桿鉆進(jìn)的方向也能得到改變。運(yùn)輸回路與上述回路的設(shè)計(jì)方式完全一致。

2.6 平臺(tái)支撐與調(diào)斜回路

為了能充分保障鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)正常平穩(wěn)運(yùn)行，必須要實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)的固定，利用平臺(tái)配備的支撐油缸在巷道兩幫上支撐，同時(shí)利用單向閥的液壓鎖作用來(lái)實(shí)現(xiàn)固定。但是僅僅對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行固定遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足夠，在實(shí)際操作的過(guò)程中，實(shí)際受到的阻力非常大，因此鉆機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)比較大的振動(dòng)，在這種情況下仍然支撐油缸的正常運(yùn)行也會(huì)受到一定影響，鑒于此，需要配置平臺(tái)調(diào)斜裝置來(lái)有效緩解振動(dòng)。調(diào)斜裝置利用換向閥、平衡閥等來(lái)針對(duì)在主油路油壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣就實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)調(diào)斜油缸的正常工作。在具體針對(duì)支撐以及調(diào)斜回路進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要對(duì)液壓鎖功能進(jìn)行合理使用。尤其是針對(duì)平臺(tái)支撐回路，鉆機(jī)在使用過(guò)程中存在隨時(shí)移動(dòng)的可能性，因此，必須要采取單向閥的方式來(lái)形成液壓鎖;平臺(tái)調(diào)斜回路的主要作用就是針對(duì)平臺(tái)振動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此，也需要利用單向閥來(lái)構(gòu)成液壓鎖。

3? 動(dòng)力頭設(shè)計(jì)

3.1 工作原理

動(dòng)力頭設(shè)計(jì)中要結(jié)合其所要發(fā)揮的功能完成，在實(shí)際使用過(guò)程中要實(shí)現(xiàn)快速拋土和大轉(zhuǎn)矩鉆進(jìn)，因此需要配置A8VO變量泵和A6V馬達(dá)，保障以上所述的功能得以發(fā)揮。對(duì)于A8VO變量泵來(lái)講，其工作中所輸出的流量和壓力可按照雙曲線的特性予以解釋，因此為使得變量閥可控，需要將恒功率控制在相應(yīng)的范圍內(nèi)，而流量和壓力的乘積滿足恒定常數(shù)的特征，使得功率持續(xù)恒定，其中液壓系統(tǒng)和動(dòng)力馬達(dá)承擔(dān)著輸出功率調(diào)節(jié)的作用[4]。目前，所設(shè)計(jì)的動(dòng)力頭能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)和準(zhǔn)確改變鉆進(jìn)速度和轉(zhuǎn)矩的效果，根據(jù)灌注樁所在的不同地質(zhì)條件，自動(dòng)轉(zhuǎn)換。工作環(huán)節(jié)，維持相對(duì)不變的轉(zhuǎn)速，變量馬達(dá)配合變量泵的作業(yè)狀態(tài)，若小排量供油，則變量馬達(dá)降低速度，提高轉(zhuǎn)矩，輸出液壓油，對(duì)應(yīng)大轉(zhuǎn)矩鉆進(jìn)的模式;而降低轉(zhuǎn)矩、提升速度，則對(duì)應(yīng)的是快速拋土的模式是，結(jié)合實(shí)際需求，動(dòng)力頭轉(zhuǎn)換工作模式，按照單雙泵供油的方式，將轉(zhuǎn)速控制在6-22r/min的范圍內(nèi)，其中最大輸出轉(zhuǎn)矩為200kN·m，甩土轉(zhuǎn)速為130r/min。

3.2 工作步驟

動(dòng)力頭液壓系統(tǒng)中包含主閥、油箱、補(bǔ)油閥和液壓馬達(dá)，具體工作步驟如下：首先，找準(zhǔn)鉆孔的位置，將旋挖鉆機(jī)的鉆斗與指定位置相平，并利用控制閥的換向功能，將加壓活塞桿推送到動(dòng)力頭上，而在上述的作業(yè)完成后，再由控制閥M8繼續(xù)換向，將主泵所傳輸?shù)囊簤河蜏?zhǔn)確輸送到液壓馬達(dá)中，進(jìn)入液壓馬達(dá)A6V的液壓油經(jīng)由回轉(zhuǎn)機(jī)和減速機(jī)，從而在馬達(dá)的作用下，產(chǎn)生推力，此種推力可使鉆頭準(zhǔn)確切削土壤，其中應(yīng)用了鉆桿的自重，并且通過(guò)以上的工作步驟能夠有效防止在鉆進(jìn)的環(huán)節(jié)因土壤環(huán)境的變化，例如由硬土層變?yōu)檐浲翆佣a(chǎn)生吸空的問(wèn)題，避免馬達(dá)保持著超速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。由此可見(jiàn)，為提升動(dòng)力馬達(dá)工作的效率和質(zhì)量，必須要在相應(yīng)位置增設(shè)補(bǔ)油閥，從而保障馬達(dá)進(jìn)出口維持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)[5]。

4? 主卷?yè)P(yáng)的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)主卷?yè)P(yáng)的過(guò)程中，要聯(lián)系液壓馬的作用，設(shè)置梭閥、自由下放閥、控制油、平衡閥等，保證雙速控制的有效性，使得下放鉆桿和提升鉆桿的工作更為順暢。此結(jié)構(gòu)由液壓先導(dǎo)作為控制模式，結(jié)合鉆進(jìn)的需求，產(chǎn)生自由浮動(dòng)的功能。實(shí)際工作階段，相關(guān)人員控制手柄，先導(dǎo)手柄負(fù)責(zé)與主卷?yè)P(yáng)M8閥連通，更換方向，主卷?yè)P(yáng)上升代表在馬達(dá)B腔完成進(jìn)油任務(wù)，而A腔完成回油任務(wù)，反之，主卷?yè)P(yáng)下降，馬達(dá)A腔完成進(jìn)油任務(wù)，而B(niǎo)腔完成回油任務(wù)。實(shí)際作業(yè)中，操作人員發(fā)現(xiàn)，會(huì)出現(xiàn)失速下降的問(wèn)題，為避免主卷?yè)P(yáng)出現(xiàn)此類不良事件，需要安裝平衡閥，作用于A、B腔之間，維持平衡的狀態(tài)，在進(jìn)油與出油的環(huán)節(jié)，只有達(dá)到一定的壓力值才能夠使平衡閥被打開(kāi)，保證液壓油運(yùn)輸?shù)目茖W(xué)效果。而在主閥合流的過(guò)程中，對(duì)于主卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)來(lái)講，其可達(dá)到快速下降上升的程度，高速作業(yè)。對(duì)于切削土壤的環(huán)節(jié)來(lái)講，需要保證主卷?yè)P(yáng)處在下放狀態(tài)，操作人員換向，操控主卷?yè)P(yáng)，并兼顧打開(kāi)馬達(dá)制動(dòng)器的作業(yè)項(xiàng)目，互通馬達(dá)A、B腔，利用鉆桿自重和鉆頭完成自由下放的任務(wù)。其中副卷?yè)P(yáng)的作用與主卷?yè)P(yáng)基本相同，增加了下鋼筋籠、吊裝護(hù)筒的作用。

5? 保障設(shè)計(jì)工作高效科學(xué)的辦法

隨著技術(shù)的不斷擴(kuò)展，城市區(qū)域建設(shè)成為市政工程的重要項(xiàng)目，因此要重視設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，積極引入大量的科技人員，就其的技術(shù)能力和應(yīng)對(duì)施工問(wèn)題的水平加以衡量，為高精尖技術(shù)人員的發(fā)展提供有力支持。增設(shè)研究院，與設(shè)計(jì)院聯(lián)合，考量所設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)備是否能夠滿足實(shí)際作業(yè)的需求。而旋挖鉆機(jī)作為一種常用于道橋、碼頭施工中的工具，其具體作用不言而喻，因此需要結(jié)合實(shí)際的作業(yè)需求，做好事前實(shí)驗(yàn)和檢測(cè)工作，針對(duì)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題聯(lián)合專家們進(jìn)行優(yōu)化，從而保障實(shí)際作業(yè)的質(zhì)量。

6? 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，上文闡釋了在設(shè)計(jì)全液壓旋挖鉆機(jī)液壓系統(tǒng)中需要深化的部分，但仍有可完善的空間，需要各單位人員予以重視，結(jié)合技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展的特點(diǎn)，優(yōu)化現(xiàn)有設(shè)計(jì)圖紙。

參考文獻(xiàn)：

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