综合履带焊接车液压控制系统研究

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综合履带焊接车是-种集行走、发电、焊接、吊装等作业于-体的新型管道施工机械，主要针对无电源无公路的工程环境～行走系统、发电系统、焊接系统、吊装系统集于-身，实现了焊接车的野外行走，吊装防风棚，为管道 自动对接、预热、电焊提供稳定的焊接电源等功能。其广泛应用于输油管道、输气管道、自来水管道、电缆铺设、城市管网、化工建设及路桥建设等项 目中，尤其适用于大规模的管道铺设工程。

目前国家西气东输工程中管道铺设-线现场多采用进口焊接设备，焊接自动化程度高，但价格昂贵。与之相比，综合履带焊接车具有道路适应能力强、功能集成度高、制造成本大幅度降低及节约能源的优点，解决了野外管线施工的流动性、环境恶劣及无电力供应问题，提高了劳动生产率，弥补了国内同类产品的不足。

1 履带焊接车总体设计履带焊接车总体布置如图 1所示，宽大的履带使其能够在泥泞的湿地上行走，车上配置有同步发电机，起重机、空气压缩机、逆变焊机和气瓶升降架等设施。

国内焊接移动设备大致有两种方案，其-是在履带工程机械上 (如履带挖掘机)直接装载-套发电机1.柴油机泵组 2.起重机 3.1司步发电机 4.散热器 5.空气压缩机6.工具箱 7.气瓶升降架 8.车辆履带 9.焊机组 1O.驾驶室图1 综合履带焊接车总体布置组系统，同时配置若干台焊机，功能集成化较差，成本较高；其二是在轮式机械(如轮式推土机)上由发动机第二输出轴直接驱动发电机作为焊接作业电源，道路适应性较差，需要另外配置起重设备。以上两种产品最大的不足是发电机均无供电系统闭环反馈功能，在高精度的管道焊接中由于电源电压和频率的不稳定会直接降低焊接质量。

收稿 日期：2012-11-09作者简介：罗灯明(1968-)，男，江西高安人 ，副教授 ，硕士主要从事汽车改装设计及其液压技术方面的科研和教学工作。

l[ -Ⅲ 930 液压与气动 2013年第5期柴油机泵组为焊接车的行走系统、发电系统、焊接系统和吊装系统提供动力，液压传动技术使焊接车实现各种功能时工作运行更平稳、无冲击、可靠性高，特别是柴油机通过液压系统驱动发电机，经过闭环反馈控制提供电压和频率适应焊接负荷变化的稳定电源，这种设计的最大优点是保持恒定的转速，也就是说无论几台焊机同时投入使用，都不会改变发电机转速，确保焊接性能与质量。

表 1 综合履带焊接车主要技术数据项目 主要技术数据履带宽度 50o mm发动机 道依茨 BF6M1013E，171 kW/1500 r/rain焊机焊位数 2～4个同步发电机 180 kVA，50 Hz，1500 r/min最大工作幅度 2.5～7.5 m，起重重量 起重机900～2750 kg空气压缩机 流量 1150 IMmin，压力 1.5 MPa气瓶数量 4-8个最大行走速度 5 km/h最大爬坡角度 30。

外形尺寸(长 ×宽×高) 5950×2480×3000(mm。)采用的逆变焊机焊接电流稳定、工作效率高，在不同气候的施工现场完全能够满足手工焊、自保护焊和全位置焊对管道焊接的工艺技术要求。液压马达驱动的空气压缩机为焊接前的管道对接用气动内对口器提供动力源，利用压缩空气驱动对口器在管道内行走，任何地形条件下对接工作可靠，和用电源进行管道对接相比可防止用电安全事故。

车载起重机主轴可以360。旋转，有三级伸缩臂可以在2.5～7.5 m之间自由调整吊臂长度，在吊臂最长和最短之间可吊起900～2750 kg的重量，能方便的吊装焊接帐篷、中小管径的管子和管子加热器等物件，管子加热器可以根据管子的钢材材质的不同，在焊接之前很短的时间内对管端预热，从而确保焊缝质量。

液压驱动履带行走装置可以在极恶劣的路面上行驶，在施工现场车辆可以定点旋转并保证有足够的离地间隙，也可以在 30。的坡度条件下实施焊接作业。

较轻的整备质量及较宽的履带使得焊接车对地面压力较轻 ，可 以在其他设备下沉 的沼泽环境下正常工作。

由于所有的设施都安装在履带地盘上的平面底座上，便于操作施工及维修保养。

2 整车液压系统工作原理履带焊接车液压系统原理如图2所示，液压动力元件由-台柴油机通过联轴器驱动两组双联泵组成，1.柴油机泵组 2.行走操纵阀组 3.履带行走马达 4.发电机马达 5.发电机马达电磁阀组 6.空压机马达7.散热器马达 8.起重机和气瓶架操纵阀组 9.起重机液压缸 1O.气瓶架液压缸图2 综合履带焊接车液压系统原理图2013年第 5期 液压与气动 31液压执行元件有履带行走机构、同步发电机、空气压缩机、起重机、气瓶升降架和液压油散热装置。

履带行走机构利用恒功率调节的双泵变量系统，液压泵在调节范围之内始终保持恒功率的工作特性，使发动机功率在液压泵调节范围之内得到充分利用，履带行走马达采用低速大扭矩马达直接驱动。双变量泵分别通过2个三位四通液动换向阀给2个行走马达提供液压油，驾驶员操控行走操纵阀组变换控制压力油对液动换向阀换向，从而控制行走马达驱动履带前进、后退及转向。焊接车的履带行走机构及其液压传动装置可以选用相关型号的履带挖掘机底盘作为-种设计方案。

同步发电机马达由单独的恒流量变量泵驱动，该泵通过-个液动换向阀给发电机马达提供液压油，该液动换向阀由单片机通过电磁换向阀控制。发电机通过-个闭环反镭制的液压调节系统，在任何工况下如行车过程中、焊接负载变化时，可保持发电机转速恒定，因而保持焊接过程中不会产生任何焊接特性曲线的变化或出现焊接缺陷。

马达、起重机驱动液压缸、气瓶升降架液压缸和液压油散热器驱动马达均由同-个定量泵提供动力，由于二位二通电磁阀和调速阀的作用，以上工作机构工作时相互不干扰。该定量泵还为履带行走机构与同步发电机的液压系统提供控制液压油。

起重机驱动共有4个液压缸。起重机主轴由-个双活塞液压缸和齿条齿轮组驱动(液压缸活塞杆设计成齿条)，通过液压驱动能够实现主轴 360。旋转；其他三个单活塞杆液压缸用来驱动三级伸缩臂从而操控起重机吊臂长度及吊重范围。

在总回油管中装有风冷式液压油散热装置，它由专用的风扇液压马达驱动，并由装在总回油管中的温度传感器及二位二通电磁阀自动控制。当油温超过规定值时，温度传感器使电磁阀自动接通风扇马达，带动风扇旋转，液压油被强制冷却。

3 同步发电机液压调节系统闭环控制同步发电机液压调节系统闭环控制是综合履带焊接车的核心技术，闭环控制电路图如图3所示。

采用原装进口道依茨 BF6M1013E型发动机和恒流量变量泵的动力机组，通过液压传动驱动斯坦福UC224F无刷单轴承剩磁建压 自动励磁交流发电机。

相关传感器采集发电机转速、柴油机转速及辅助电器开关等信号 ，通过数据线传递给发电机控制 ECU，单片机控制芯片通过与存储的负荷.转速特性曲线参数值进行比较，确定满足实际负荷所需要的油门大型驱动发电机的液压参数。由单片机通过发电机控制器去控制柴油机调速器中的油门电磁阀N1，确保柴油机转速恒定，同时由单片机控制电磁换向阀中的电磁阀N2，操控液压调节系统确保发电机转速恒定。

S1G2.发 电机变量泵压力传感 器 G3.发电机变 量泵转速传感器G4.柴油机转速传感器 G10.发电机转速传感器 s2.发电机控制器N1.柴油机油门电磁阀 N2.发电机控制电磁阀 J0 1.柴油机调速器J02.发电机控制 ECU图3 同步发电机液压调节系统闭环控制电路图转速传感器对柴油机和发电机转速进行实时检测，监督转速任何微小的变化并及时反馈给单片机以实现闭环控制。既使因为异常因素导致柴油机转速不稳、或参与工作的焊机台数及辅助电器不断变化造成车辆的实际负荷不断改变，仍能随时保持同步发电机稳定的输出电压，以满足电焊机稳定工作。

4 结论可以选用相关型号挖掘机的行走履带作为综合焊接车的底盘，柴油机通过液压驱动履带行走机构、同步发电机、起重吊装等装备。

利用同步发电机液压调节系统闭环控制，确保车辆无论处于何种工况，柴油机和发电机都能保持恒定转速，保证焊接性能和质量，对保证高节拍和高生产率非常必要。