振動(dòng)壓路機(jī)軟啟動(dòng)研究

黃建華

（廣西機(jī)電工程學(xué)校，廣西 南寧530001）

隨著高等級(jí)公路開(kāi)發(fā)要求的不斷提高，振動(dòng)壓路機(jī)以使用靈活、激振力大等優(yōu)點(diǎn)，在工程項(xiàng)目中得到了越來(lái)越廣泛的運(yùn)用。然而，在使用中，常常在振動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，如液壓管件破裂、泵及馬達(dá)的聯(lián)結(jié)件損壞、振動(dòng)元件斷裂等等，特別是大噸位的壓路機(jī)，產(chǎn)生故障后影響其他設(shè)備的使用，造成的損失更大。

1 破壞原因分析

在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，絕大部分（約80%）的破壞，是發(fā)生在壓路機(jī)起振的瞬間，有15%的故障，是由于管件的老化與損壞。

我們以德國(guó)BOMAG217D振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行分析。實(shí)際檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，在啟動(dòng)振動(dòng)的瞬間，液壓系統(tǒng)的壓力峰值可以達(dá)到38 MPa，在實(shí)際工作中的誤操作，如停車啟動(dòng)振動(dòng)，則可以達(dá)到42.5 MPa，而其正常工作壓力只有18～20 MPa。這種瞬間的高壓，給系統(tǒng)中的液壓元件、機(jī)械聯(lián)結(jié)件造成了極大的沖擊，這是導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生故障的主要原因。

下面以BOMAG217D壓路機(jī)振動(dòng)系統(tǒng)為例，進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。其原理圖如圖1所示。

圖1 振動(dòng)壓路機(jī)液壓原理圖

2 問(wèn)題的解決

2.1 基本思路

由于系統(tǒng)壓力是由負(fù)載的大小決定的，所以偏心振動(dòng)塊的啟動(dòng)慣性力，是產(chǎn)生瞬間高壓的根本原因。要解決系統(tǒng)的高壓沖擊問(wèn)題，則必須減少啟動(dòng)慣性力。因此，我們提出了兩點(diǎn)要求：

（1）由于泵及馬達(dá)都是定量的，因此希望系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)空載啟動(dòng)；

（2）希望振動(dòng)塊能實(shí)現(xiàn)相對(duì)平緩的啟動(dòng)，以減小啟動(dòng)應(yīng)力。

2.2 對(duì)振動(dòng)偏心軸啟動(dòng)慣性力的分析

振動(dòng)偏心軸啟動(dòng)慣性力的計(jì)算公式為

F=meε

其中，

F為振動(dòng)軸啟動(dòng)慣性力；

e為偏心距；

m為振動(dòng)軸質(zhì)量；

ε為軸啟動(dòng)角加速度。

由上面可知，啟動(dòng)慣性力F的大小，與振動(dòng)軸的質(zhì)量、偏心距、啟動(dòng)角加速度成正比，其中質(zhì)量與偏心距在設(shè)計(jì)時(shí)候已經(jīng)固定，不能修改。只有通過(guò)改變啟動(dòng)角加速度e 來(lái)控制F的大小。

2.3 減小啟動(dòng)慣性力

偏心塊的啟動(dòng)角加速度ε的大小，與馬達(dá)的輸出力矩成正比，基本是正比的關(guān)系

M=Pq/2πη=Kmeε

式中，

M為馬達(dá)的輸出力矩；

P為馬達(dá)液壓力；

q為馬達(dá)排量；

η為馬達(dá)效率；

K為比例系數(shù)；

m為轉(zhuǎn)軸質(zhì)量；

ε為角加速度；

e為偏心距。

由于q 和η 均是馬達(dá)設(shè)計(jì)的定值，只可以通過(guò)控制馬達(dá)的輸入來(lái)控制啟動(dòng)慣性力的大小，為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)旁通回路閥，使之滿足空載啟動(dòng)、控制系統(tǒng)壓力P的要求，具體原理如圖2。

圖2 軟啟動(dòng)滑閥簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)圖

其中，C 口壓力為系統(tǒng)背壓。

分析：

（1）當(dāng)泵啟動(dòng)工作時(shí)候，P 口的壓力幾乎完全通過(guò)閥再經(jīng)過(guò)C 回到油箱，此時(shí)P 壓力很低，不能啟動(dòng)振動(dòng)偏心軸，液壓油通過(guò)左側(cè)油道作用于A 腔的閥芯上，由于A、B 兩腔面積不相等，使得壓力推動(dòng)整個(gè)閥芯克服彈簧力向右運(yùn)動(dòng)，B 腔油液回流時(shí)，在阻尼小孔L的作用下，使得閥芯只能緩慢的向右運(yùn)動(dòng)，這時(shí)K 處的狹長(zhǎng)開(kāi)口逐漸減小，使得流經(jīng)C 口的油流量也逐漸減小，系統(tǒng)壓力P 也逐漸升高，當(dāng)K 口完全關(guān)閉時(shí)候，系統(tǒng)壓力達(dá)到最高值，而閥芯處于最右端，此時(shí)的高壓回路無(wú)旁通回路。

（2）在P 口壓力下降（即停止振動(dòng)）時(shí)，在彈簧力的作用下，閥芯回到左側(cè)的初始位置。

從上面的分析可以看出，控制P的增量，可以通過(guò)控制閥芯從左運(yùn)動(dòng)到右的時(shí)間來(lái)確定，而時(shí)間的大小，是由阻尼小孔L的參數(shù)來(lái)確定的，其表達(dá)式為

T =V/Q

其中，

V為B 腔的容積；

Q為阻尼小孔的流量，Q=πd4△P/128μL；

T為運(yùn)動(dòng)時(shí)間；

△P為阻尼小孔前后的壓差；

d為小孔直徑；

μ為液壓油動(dòng)力黏度；

L為小孔的長(zhǎng)度。

由于回油箱口壓力視為0，初始?jí)翰羁梢钥醋鱌的值。我們可以通過(guò)節(jié)流小孔直徑的大小，來(lái)控制P的增長(zhǎng)速度，也就改變了啟動(dòng)慣性力的大小。在實(shí)際使用中，我們使用了0.5 mm的小孔直徑，效果良好。

2.4 基本參數(shù)的確定

（1）啟動(dòng)壓力設(shè)定為正常油壓的100%；

（2）阻尼小孔控制下的閥芯T 運(yùn)動(dòng)時(shí)間為2 s。

經(jīng)過(guò)測(cè)試，啟動(dòng)角加速度下降了接近50%，這樣啟動(dòng)的慣性力，也應(yīng)該下降了50%，完全可以由節(jié)流小孔來(lái)調(diào)節(jié)。

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)比改進(jìn)前后的慣性力，我們可以通過(guò)一個(gè)小的改進(jìn)，減小了液壓系統(tǒng)的沖擊，可以解決系統(tǒng)容易破壞的問(wèn)題，延長(zhǎng)了機(jī)器的使用壽命。實(shí)踐中，采用的是直接連接在油管接口的方式，安裝簡(jiǎn)便，不影響設(shè)備正常使用，效果很好。

[1]項(xiàng)昌樂(lè).液壓與液力傳動(dòng)[M].北京：高等教育出版社，2008.