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输送系统换向方式对混凝土泵性能的影响 罗 勇 ( 山推楚天工程机械有 限公 司) 摘要： 混凝土泵主液压系统的换向方式主要有电控换向和液控换向两种。电控换向的主液压系统， 左 右主液压缸动作的交替由控制器控制， 系统组成比较简单， 但对电器元件的可靠性要求较高， 而且采用电控 换向系统的混凝土泵容易出现积料现象。液控换向的主液压系统， 由液压系统本身自行来完成主液压缸和摆 阀液压缸的交替换向， 可以保证主液压缸全部推出才换向， 避免了混凝土活塞前端积料故障的发生 ， 但系统 组成比电控换向系统复杂， 而且出现换向故障时， 维修排查工作量大。分析两种换向主液压系统的工作原理 和性能特点， 指出电控换向系统的结构简单是相对液控换向系统的一个巨大优势 ， 随着接近开关等电器元件 的技术进步 ， 电控换 向必将会再次取代液控换向成为混凝 土泵的主导换 向方式 。 关键词 ： 混凝 土泵 ； 输送系统 ； 电控换 向； 液控换向 混凝土泵 以其高效率的浇筑施工 ， 正快速取代 传统落后 的混凝 土浇筑方法 ， 逐渐成为现代建筑施 工中不可缺少的关键设备。目前较为常见的混凝土 泵都是 采用液压驱动双缸往复式活塞泵输送 系统 ( 图 1 ) ，即通过两个主液压缸交替动作来推动混凝 土缸 内的混凝土活塞压送混凝土 ， 使混凝 土通过输 送管到达浇筑施工的作业点。输送系统 中两个主液 压缸 的换 向原理是 ：当左主液压缸完全缩 回时 ， 右 主液压缸完全伸 出， 触发换 向机构 ， 混凝土分配 阀 ( s管 阀、 闸板 阀等 ) 换 向 ， 同时左右主液 压缸 的进 、 回油油路切换 ， 左主液压缸伸 出， 推动左混凝土活 塞前进推 出左输送缸 中的混凝 土 ；右主液压缸缩 1 左 主液压缸2 洗 涤室3 左 混凝 土 活塞4 左输 送缸5 s管阀及料斗总成6 输送 管7 右混凝土活 塞8 右输送缸9 右主液压缸 图 1 液压驱动双缸往复式活塞泵输送系统 回， 右混凝土活塞随之 回缩将料斗 内混凝 土吸人右 输送缸 ， 如此交替动作将混凝 土经输送管 连续不断 地送到浇筑作业点。 混凝 土泵输送 系统 的换 向即左 右主液压缸 的 换 向方式 ， 与混凝土泵的主液压系统直接相关 。目 前 ， 混凝土泵主液压系统的换 向方式有 电控换 向和 液控换 向两种 ， 与之对应的主液压系统有 电控换 向 系统和液控换 向系统。 l 两种换向主液压系统的工作原理 1 1 电控换 向主液压 系统 电控换 向主液压 系统是 当主液压缸行 程接近 终点之后 ，感应式接近开关感应到信号表 面的接 近 ， 发出开关信号给控制器 ( P L C等 ) ， 控制器对控制 动作 的电磁阀线圈的得 电逻辑进行交叉控制 ， 从而 实现主液压缸及输送系统的换 向切换。下面以比较 典型的双泵双 回路 电控换 向开式主液压系统( 图 2 ) 为例进行分析 。 如 图 2所示 ， 主液压泵 1是带压力切断和恒功 率控制的变量泵 ， 其输出的压力油经主 电液阀 3到 达左右主液压缸 ； 恒压泵 2 是恒压控制并 带压力切 断的变量泵 ， 其输出的压力油经摆阀电液 阀 4到达 左右摆动液压缸 。主液压缸与摆动液压缸协调 动 作 ， 完成混凝土泵的正泵和反泵动作 。 作者简介 ： 罗勇( 1 9 7 3 一) ， 男， 湖北人， 工程师， 学士， 研究方向： 混凝土泵送系统。 一 1 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 恒 功率 变量泵2 恒 压泵3 主 电液阀4 摆 阀电 液阀5 左主液压缸6 右主液压缸7 左摆动液压 缸8 右摆动液压缸 图 2 典型的双泵双回路电控换 向开式主液压 系统 以泵的高压状态 ( 压力 油进入主液压缸无 杆 腔 ) 为例 ， 如图 2 所示 ， 此时电磁线圈 D T 1和 D T 3 得 电 ， 主电液 阀 3工作在左位 ， 摆 阀电液阀 4工作在 左位 。恒压泵 2泵出的压力油进入右摆动液压缸 ， 推动 S管阀摆 向右边与右输送缸连通 ， 由主液压泵 1泵出的压力油进入右主液压缸 6 ，推动右边的混 凝 土活塞伸 出 ， 左 主液压缸 5则缩 回， 将左边 的混 凝土活塞收回。当左主液压缸 5缩回接近其行程终 点时 ， 左主液压缸连接法兰 ( 图 3件 3 ) 到达左边接 近开关( 图 3 件 2 ) 能够探测的范围， 接近开关输出 开关信号给控制器( P L C ) ， 控制器将电磁线圈的得 电状态改变为 D T 2和 D T 4得电 ， 主电液阀 3工作在 右位 ， 摆 阀电液 阀 4工作在右位 ， 由主液压泵 1泵 1 主液 压缸2 接 近开 关3 连 接 法 兰4 洗 涤室 5 混凝土活塞6 输送 缸 图 3 洗涤室 内接近开关的安装形式 出的压力油进入左主液压缸 5 ，推动左混凝土活塞 换 向伸 出； 同时恒压泵 2泵 出的压力油进入左摆动 液压缸 ，推动 S管阀摆 向左边与左输送缸连通 ， 从 而完成输送系统 的一次换 向， 控制器参与每次的换 向动作 。 1 2 液控换向主液压系统 液控换 向主液压 系统 是 当主液压缸行程接 近 终点之后 ， 由液压系统本身 自行来完成 主液压缸和 摆阀液压缸的交替换向。下面以一种较为典型的液 控换向主液压系统( 图 4 ) 为例， 分析液控换向系统 动作的实现。 同样 以混凝 土泵的高压状态为例 ，如 图 4所 示 ， 控制器控制主电磁阀 3 线 圈 D T 2和摆阀电磁 阀 6 线圈 D T 4得电， 左主液压缸 1 0全伸出接近行程终 点， 左主液压缸的活塞通过信号油口( 1 ) ， 压力油打 开插装阀 1 3 ( 插装阀 1 3 、 1 4 充当压差信号阀) ， 来 自 插装 阀 1 3的控制油使摆 阀液动 阀 7处于上位 ， 从 而使摆阀四通阀 8处于下位 。恒压泵 1 泵出的压力 油进入右摆缸 1 2 ， 使 S管阀摆 向右边与右输送缸连 通 ， 同时 ， 主液动阀 4的外部控制油路切换 ， 使 主液 动 阀 4处于下位 。主四通阀 5控制油使主 四通 阀 5 处于下位 ， 主液压泵 2泵出的压力油进入右主液压 缸 9无杆腔 ， 推动右主液压缸 9开始伸 出 ， 由于左 右主液压缸有杆腔连通 ，所以左主液压缸 1 O开始 回缩 ， 从而完成一次输送系统的换 向。当右主液压 缸 9全伸出接近行程终点时 ， 右主液压缸的活塞通 过信号油 口( 2 ) ， 则压力油打开插装 阀 1 4 ， 再次对摆 阀液动阀7的工作位进行切换 ， 实现整个系统的换 向， 如此循环 ， 实现输送 系统的连续泵送 ， 控制器不 参与每次的换 向动作。 2 两种换向主液压系统的比较 2 1 电控换向主液压 系统 电控换 向主液压系统的组成相对 比较简单 ， 左 右液压缸的动作交替由控制器控制两个 电液阀中 4 个电磁线圈的得电顺序来实现。每次的换向仅仅是 控制电路作交叉改变 ， 而外部控制 油路本身不作改 变 ， 所以系统简洁。简洁意味着成本的降低 ， 系统本 身 的可靠 ， 正是因为这些特点 ， 许 多混凝土泵生产 厂家采用 电控换向系统。 由于控制器参与每次的换 向动作 ， 电控换 向的 主液压系统对 电器元件如接近开关等的可靠性要 一 1 7一 薯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 恒压 泵2 主液压 泵3 主 电磁 阀4 主液动 阀5 主 四通 阀6 摆 阀电磁 阀7 摆阀液 动阀8 摆 阀四通 阀 9 右主液压缸l 0 左主液压缸1 1 左摆动液压缸l 2 右摆动液压缸1 3 左插装 阀 l 4 右插装 阀 图 4 典型的液控换 向主液压 系统 求较高 。为 了便于对接近开关 的前后位置进行调 整 ， 一般将接 近开关装 在洗涤室 内， 接 近开关 的取 信号面只能设在混凝土活塞的连接法兰上。这样， 接近开关只能在混凝 土活塞完全缩 回( 主液压缸完 全退 回) 时取得换 向信号 ， 从而使输送系统换 向， 也 就是说 ， 这样的电控换 向系统 只能保证 主液压缸的 完全缩回， 而不能保证全部伸出。当密封 回路 ( 参见 图 2 )中的液压油 由于尾部补油单向阀故障或主液 压缸活塞密封泄漏等原因导致油量增加时， 就会出 现一边 主液压缸 完全缩 回而另一边主液压缸还未 完全伸 出的现象 ， 使得混凝土活塞前 面始终有一部 分混凝土不能推出 ， 出现积料 ， 如图 5所示。时间一 长， 积料则干结在输送缸内导致堵缸 ， 使得混凝土 泵送单边 中断或全部中断 。这种故障发生时没有征 兆 ， 除非作业人员仔细地对泵送换 向进行计 数( 换 向次数会不正常地增加 ) 。 2 2 液控换 向主液压 系统 液控换 向主液压系统( 参见 图 4 ) ， 在每一次 的 换 向过程 中 ， 控制器不参与其 中 ， 无需依赖接近开 关等电器元件 ， 控制器只是在正反泵和高低压状态 切换时参与控制。在主液压缸上取液压信号， 信号 口在左右液压缸有杆腔末端 或在一个 主液压缸 的 前后两端 。主液压缸活塞运动到信号 口， 插装 阀打 开 ( 压差式信号阀) ，将摆阀四通 阀的控制油路交 换 ， 从而使整个 系统的动作交叉 ， 实现系统 的换 向。 由于只有液压缸全部伸出才能到达信号 口，因此 ， 液控换 向系统可以保证主液压缸全部推 出才换 向， 避免了混凝土活塞前端积料现象的发生， 即便出现 前文所述 的密封 回路油量 因为密封件 损坏等导致 增加 的问题 ( 见图 6 ) ， 也会 自动排除或报警。如图 6 中所示 ， 油量 的不正常增加 ， 会使右主液压缸 已经 完全缩 回 ， 而左主液压缸还未完全伸 出 ， 左主液压 缸活塞不能到达信号口位置， 使得压差式信号阀不 能打开取得换向液压信号 ， 系统不能换 向憋压 。在 憋压过程 中， 密封油路 中多余 的液压油会通过右主 液压缸尾部单 向阀泄掉 ， 直到使左主液压缸活塞前 一 1 8一 图 5 混凝 土泵 的积料现象 进到合适 的位置取得换 向信号 。 然而 ，采用液控换向的主液压 系统 ， 由于是采用液压信号 ， 需要在 系统 中增加 由两个插装 阀组成 的换 向阀组 ， 在换 向过 程 中要对摆 阀四通 阀和主 四通 阀的控制 油路进行切换 ， 摆 阀四通阀和主四通 阀的 先导控制油路 中间也要增加两个液动 阀 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 至 阀组 图 6 液控换 向系统取换 向信号原理 以便对来 自换向阀组的液压信号进行响应， 这些都 导致整个 系统相对 电控换 向系统复杂得多 。而且 ， 在摆阀和主液压缸动作顺序的调整上也必须依赖 对控制油路上各个节流孔 的调整 ， 节流大小无法定 量进行计算， 需要调试比较。混凝土泵在实际使用 中， 任何一个节流孑 L 的堵塞都会使系统出现换向故 障， 维修时排查的工作量大。 3 两种换向系统在混凝土泵上的实际应用 电控换 向系统和液控换 向系统 目前在混凝 土 泵上都有广泛 的运用 ， 但一线 品牌产 品大多倾向于 采用液控换 向系统。三一重工 、 中联重科等混凝土 泵生产 企业 ， 其 主要 的混凝 土泵 产 品( 拖泵 、 臂架 泵) 都采用液控换向系统 ， 鸿得利、 晋工等企业采用 电控换 向系统 。国外品牌 ， 如施维因( S c h w i n g ) 公司 的泵 车采用液控换 向系统 ，普茨迈斯特( P u t z m e i s t e r ) 公司的泵车则采用电控换向液压系统 。 纵观混凝土泵的技术发展历程 ， 其换 向方式经 历 了从液控换 向 电控换 向一液控换 向的演 变过 程 。在液控换 向一 电控换 向这一期 间， 电器元件可 靠性 的提高 ， 控制器 的技术成熟和价格 大幅降低起 到了关键作用 。 而从 电控换向一液控换 向的转变 ， 则是为适应 混凝土泵的实际使用要求而进行 的革新。例如 ， 在 混凝土泵的使用 中， 经常要对混凝 土活塞进行清洗 或更换 。因此 ， 混凝土活塞能够完全退 回到洗涤室 中 ，并能快速方便地对其进行清洗和更换操作 ， 早 已成为混凝土泵的标志性功能之一 ， 参见图 7 。 要实现这一功能 ， 必须使主液压缸 的行程 比输 送系统的实际行程长( 约长 2 0 0 m m) ， 这使得混凝土 图 7混凝土活塞完全退回到洗涤室 泵在正常泵送状态下 ，主液压缸总有 2 0 0 m m行程 不能收回。所以， 在正常泵送状态下换 向时 ， 洗涤室 内能接触到的只是主液压缸活塞杆的一部分， 相对 洗涤室上沿无高度差。而一般电控换向需要在洗涤 室内安装 接近开关 ， 由于没有高度 的变化 ， 难 以找 到接近开关的取信号面， 也就无法检测到换向信号 来实现主液压系统的换向( 参见图 8 ) 。 因此， 传统的 采用 电控换 向的混凝土泵不 能实现活塞完全退 回 的功能。而液控换向方式则无此方面的问题 ， 很容 易实现完全收回活塞 的功能。 无高度差， 无法作为信号面 图 8混凝土活塞无法完全退回洗涤室 4 结束语 现阶段 ， 各生产厂家在进行混凝土泵液压系统 的设计 中 ，电控换 向系统 和液控换 向系统共 同存 在， 各有优缺点。出于对当前电器元件可靠性的实 际情况和其他功能实现 的考虑 ， 三一重工 、 中联重 科等混凝土泵生产厂家采用 了液控换 向的主液压 系统。 但毋庸置疑 ， 电控换 向系统结构简单 的特点是 相对液控换向系统的一个巨大优势 ， 这个特点吸引 人们对传统的电控换 向系统进行改进 ， 特别是接近 开关 的技术进步 ， 一批适用 于主液压缸上安装的耐 高压接近开关被研制 出来 ， 耐压达到 5 0 MP a ， 工作 温度范围最高可达 1 2 0 o C，完全满足将接近开关安 装在主液压缸上取换向信号的要求。在主液压缸上 一 1 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m _ 安装接近开关 ( 见 图 9 ) ， 主液压 缸完全伸 出时取得 换向信号， 可以保证输送系统每次换向时主液压缸 完全伸出，从而避免混凝土输送缸积料的发生， 另 图9 主液压缸上接近开关的安装形式 外还可 以方便地实现全收混凝土活塞的功能 ， 从而 弥补 了电控换 向系统相 比液控换 向系统存在 的部 分缺陷。 随着电器元件可靠性的进一步提高， 电控换向 系统必将会再次取代液控换 向系统成 为混凝 土泵 的主导液压系统换 向方式 。 通信地址：湖北武汉东湖新技术开发区高新六路 8 9号 山 推楚天工程机械有限公司( 4 3 0 0 2 0) ( 收稿 日期： 2 0 1 1 0 9 2 1 ) 全液压平地机单边打滑判断研究 熊卫民， 郑鹏飞， 邹林江， 肖锋 ( 三一重工股份有 限公 司) 摘 要 ： 对全液压平地机单边打滑判断问题进行研究， 重点对单边打滑判断分界点进行理论分析， 分析给出打滑判断的控制 过程 ， 并 给出计算实例 、 试验 曲线和结论 。得 出的结果可为研究 同类全液压传 动工程车辆打滑判断问题提供参考。 关键词 ： 全液压平地机 ； 打滑 ； 判断 ； 单泵双马达 平地机是 基础建设施工 中担 负平 整作业任务 的重要设备 。全液压平地机集机电液 于一体 ， 具有 传动环节少 、 作业效 率高 、 易操 作 、 无级 变速 、 自动 适应负载能力强及便于实现 自动控制等特点 ， 具 有 广阔的发展前景。全液压平地机的传动系统主要 由 发动机、 液压泵、 液压马达 、 减速平衡箱及车轮组成咖 ， 如 图 1 所示 。与液力机械式平地机相 比， 省去了液 一 2 O一 图 1 全液压平地机传 动系统 图 力变矩器 、 变速器及驱动桥等机械传动环节圆 。 而 由单液压 泵并联双液压 马达 驱动 的全液压 平地机 ， 在两车轮工况不一样 ， 或存在偏载情况时 ， 液压油将优选供往载荷较小 的液压马达 ， 从而出现 驱动轮两侧轮胎转速不一致 的情况 ， 即单边打滑工 况 ， 它降低了平地机的牵引性能 ， 严重时将损害液 压系统 的正 常工作 ； 另一方 面 ， 平地机在转 向时左 右车轮速度 同样存 在差异 ， 因而实 时 、 正确地判 断 平地机是打滑还是转 向， 并实施相关控制策略I3 J ， 对 全液压平地机正 常行驶及作业 有着十分重要 的实 际意义。 本文通过理论计算 ， 得 出全液压平地机转 向和 打滑 的速差分界值 ，当实测速差超过此分界值时 ， 认 为是单边 打滑 ， 并进行抗 滑处理 ， 否则不进行处 理 ， 从而提高平地机 的作业效率。 1 全液压 平地机打滑判断理论分 析 全液压平地机 同时采用前 轮转 向和前车架铰 接转 向，这样可 以大大减小平地机的转弯半径 ， 提 高平地机的通过性能。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m