高能级强夯机液压系统分析与设计

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强夯机是用起重设备反复将夯锤起吊到-定高度后，利用 自动脱钩释放夯锤或带锤自由落下，给地基冲击能量使基础密实的-种工程机械(如图 1所示)，其结构由履带行走机构、车架、转台及臂架系统组成。行走、回转、变幅机构采用液压传动而卷扬机构采用机械传动，它广泛应用在交通建设、填海工程以及机尝港口、仓库、大型储油罐的建设中。

图 1 强夯机 施工示意图其工作原理是利用夯锤对地基强大的冲击能量使土中出现冲击波和冲击应力，使土体孔隙压缩，土体局部液化，在夯击点周围产生裂隙，形成 良好的排水通道∽隙水和气体逸出，使土粒重新排列，经时效压密达到固结，从而提高地基的强度，降低压缩性，改善其抵抗振(震)动液化能力，消除湿陷性。

1 强夯机液压系统原理分析及主要元件计算选型该型强夯机由行走、回转、变幅、卷扬等四大工作机构组成，起重墙面三个机构由液压驱动，卷扬机构由机械传动。

1.1 行走液压回路及行走马达的计算选型该型强夯机要求左、右履带独立驱动并实现正反转，因此使用单独的回路驱动左右马达。压力油接通液控三位三通换向阀，通过单向阀进人马达后再通过三位三通阀流回油箱，并使用了缓冲回路。由于履带式强夯机行走时马达转动惯量很大，在启动、制动时会引起很大的液压冲击。液压冲击会使整个液压系统和元件产生振动和噪音，甚至破坏。履带式强夯机行走机构的缓冲回路就是利用缓冲阀使液压马达高压腔的油液超过-定压力时获得出路，如图2所示。

行走马达正反转用以实现履带的正反行走，采用A2EF160/61WVZL181内藏式定量马达。该马达的安装法兰设计在壳体中间，这种结构允许马达几乎完全装进机械齿轮箱，从而提供-个十分紧凑的部件。该型马达排量为 160 mL，公称压力可达 40 MPa，排量计算：g ： (1) m式中， 为单边行走马达所要克服的最大阻力矩；p收稿日期：2013834-17作者简介：陈伟才(1979-)，男，黑龙江海伦人，工程师，本科 ，从事汽车发动机/变速箱的装配及试验方面的研发工作。

102 液压与气动 2013年第6期为工作压力；e 为行走马达机械效率。

图2 行走液压回路1.2 回转液压回路及回转马达的计算选型回转回路使吊臂回转，实现夯锤水平移动。该回路使用双向变量马达作为执行元件，为了减少液压冲击也使用了缓冲装置，如图3所示。

回转图3 回转液压回路回转马达用来实现回转平台的回转运动，采用A6V107HD22Fz2053斜轴式变量马达。该马达具有用静液传动时有较大的调节范围、省去多速比齿轮驱动、高功率密度、优秀的启动性能等多种优点。该型马达排量为 30.8-107 mL/r，公称压力可达 35 MPa，排量计算：式中， 为回转马达扭矩；p 为系统压力； 为回转减速机效率。

1.3 变幅液压回路及变幅马达的计算选型变幅回路则是实现改变幅度的液压工作回路，用来扩大强夯机机的工作范围，提高强夯机的生产率。

与行走液压回路相似，变幅液压回路压力油通过单向阀进人马达后再通过三位三通阀流回油箱，同样使用了缓冲装置，如图4所示。

变幅图 4 变幅液压回路变幅马达用以变换转盘中心和吊钩之间的距离和大臂 的角度。采 用与 行走 马达类 似 的 A2FE80/61WVZL181内藏式定量马达，该型马达排量为 80mL，马达排量计算：qmb ：2-7rT- mb (3)叼hpmb式中， 为变幅马达扭矩；p 为系统压力；吼为变幅减速机效率。

1.4 液压泵的计算选型由于整个液压系统中各个工况独立进行，经计算行走时液压系统所需的流量最大，因此以行走时马达所需流量确定泵的流量。采用 L8VO14OLA1H2/63R1。

NZGO5F174高压柱塞泵，该型液压泵的变量控制是集恒功率控制、正流量控制、压力截断控制和变功率控制于-体的复合控制方式，还可根据用户要求改变或增加其它控制机能，以适应主机的使用要求。该类产品广泛应用于80-300 t履带式起重机上，泵的流量、排量分别计算：Q。K×Q (4)鲁 (5)式中，K为泵的泄漏折算系数；Q 为马达流量；q。为泵流量；n为发动机转速。

代入相关参数进行计算，马达的流量为 249.2 L/min，排量为 131.2 mL/r。

1.5 多路阀的计算选型由于该液压系统中执行元件存在复合动作，而且在运动过程中各执行元件的负载压力是变化的，因此2013年第6期 液压与气动 103DOI：10.1 1832/j.issn.1000-4858.2013.06.027基于模糊 PID算法的盾构机土压平衡控制研究朱宏堂Research of Earth Pressure Balance Control of Shield Machine，Based on the Fuzzy PID AlgorithmZHU Hong-tang(中铁-局集团 城市轨道交通工程有限公司，陕西 西安 710054)摘 要：盾构施工是城市地下交通建设中最常用的施工方式，土压平衡式盾构机能够在不影响城市地面正常功能的条件下顺利施工，其基本要求是密封舱内的土压与开挖面处的水土压力相平衡，否则将造成地面隆起或塌陷，甚至造成安全事故。然而，由于地下施工条件的复杂性，密封舱 内的土压与外界泥土压力很难达到平衡，往往根据施工人员的经验来进行，不仅影响工程进度，且可靠性很难得到保证。基于模糊 PID控制算法，对影响密封舱内土压力的因素进行控制，并借助 LabVIEW 平台，编写了对密封舱 内土压进行控制的控制器，通过试验仿真验证 了该算法的正确性，能够保证施工中土压平衡，为顺利实现盾构施工提供有效保障。

关键词 ：盾构施工；土压平衡 式；模糊 PID；LabVIEW中图分类号：TH137 文献标志码：B 文章编号：10004858(2013)06-1O3-I)4引言盾构技术是进行城市地下工程、穿江隧道等大型工程常用的施工方法。随着近年我国经济的不断发展 ，城市中建立地下交通体系，缓解城市交通拥堵已经迫在眉睫▲行地下隧道施工最常用的大型机械为盾构机，它分为土压平衡式、泥水加压式和挤压式。目收稿 日期 ：20133-12作者简介：朱宏堂(1973-)，男 ，陕西渭南人，高级工程师，学士，主要从事地下隧道施工技术方面的研究工作。

选择使用 M7-22多路阀，该阀是LUDV负载敏感阀，具有较好的响应特性，较高的重复精度，最大的优点是如果发生供油不足，不会有任何执行器停止工作，系统的最高控制压力为 35 bar，流量约20 L/min。

2 结论实现履带式高能级强夯机的主要技术指标，是和液压系统密不可分的，而液压元件的质量可以在很大程度上决定液压系统的品质。目前多路阀等关键元件还主要以进口产品为主，此类元件往往价格昂贵，这在- 定程度上制约了履带式高能级强夯机的推广。随着我国基川设事业的推进，高能级强夯设备的需求量会越来越大，如果关键元件能够实现国产化，不仅对强夯施工设备的发展，而且对整个工程机械行业的良性发展都具有重大的意义。