麥斯特濕噴臺(tái)車混凝土泵送單元工作原理和故障分析

董兆南　許俊超

摘要：文章基于在長(zhǎng)期運(yùn)行管理和維修混凝土濕噴臺(tái)車而積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，介紹了麥斯特濕噴臺(tái)車工作特點(diǎn)和與其他品牌濕噴臺(tái)車相比較的優(yōu)勢(shì)，分析了麥斯特濕噴臺(tái)車混凝土泵送單元的工作方式、組成部分、混凝土打料缸及液壓系統(tǒng)的基本工作原理和典型故障，同時(shí)也為此類型設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行管理提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：濕噴臺(tái)車；混凝土泵送單元；混凝土打料缸；液壓系統(tǒng)；典型故障 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TU646 文章編號(hào)：1009-2374（2016）26-0102-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.26.049

1 概述

混凝土濕噴臺(tái)車在地下工程施工支護(hù)過程中發(fā)揮著極其重要的作用，是大斷面洞室開挖錨噴支護(hù)過程中必不可少的施工設(shè)備，特別是在地質(zhì)圍巖差的洞室安全支護(hù)過程中更能發(fā)揮出濕噴臺(tái)車的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。然而在眾多濕噴臺(tái)車的品牌選擇過程中，麥斯特濕噴臺(tái)車相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作原理在施工生產(chǎn)中設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)方面顯示出一定的優(yōu)勢(shì)。由于在施工生產(chǎn)過程中濕噴臺(tái)車的工作環(huán)境和作業(yè)條件相對(duì)較差，洞內(nèi)施工空氣潮濕、粉塵較多和施工電壓不穩(wěn)等多種因素導(dǎo)致濕噴臺(tái)車在電器、液壓和底盤行走方面故障頻發(fā)。由于濕噴臺(tái)車的泵送單元是整個(gè)設(shè)備的重要工作裝置，同時(shí)也是整個(gè)工作系統(tǒng)的核心部分，其結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，涵蓋電器、液壓和結(jié)構(gòu)原件，在施工過程中故障率比較高，多數(shù)故障很難分析和判斷，所以本文主要對(duì)麥斯特濕噴臺(tái)車泵送單元結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行分析。

2 混凝土泵送單元的組成部分

2.1 動(dòng)力單元

一個(gè)55kW的電動(dòng)機(jī)和三聯(lián)泵是整個(gè)混凝土泵送液壓系統(tǒng)的動(dòng)力單元，其中混凝土泵送由一臺(tái)電液流量聯(lián)合控制的柱塞式變量泵驅(qū)動(dòng)，其液壓回路為閉式回路。工作液壓通過一空氣冷卻的油冷卻器返回到油箱中，最大泵送壓力設(shè)置為245bar。由放大器控制的電磁閥作為主油泵的泵送壓力調(diào)節(jié)控制單元。它控制主油泵的配油盤角度和方向，從而決定泵送壓力油的流量和方向。

2.2 電氣控制系統(tǒng)

（1）可編程控制器（PLC）控制和檢測(cè)混凝土泵、驅(qū)動(dòng)單元的一部分也受PLC的監(jiān)控；（2）位于轉(zhuǎn)臺(tái)控制盤下的顯示器：它作為操作員和機(jī)器之間的交互界面，操作員輸入配方并決定運(yùn)行參數(shù)，顯示器給出運(yùn)行參數(shù)和錯(cuò)誤信息；（3）位于右側(cè)門上的功率放大器：它的作用是把可編程控制器（PLC）的微弱信號(hào)電流放大成控制主液壓泵斜盤角度和方向比例電磁閥Y492的驅(qū)動(dòng)電流；（4）信息儲(chǔ)存卡、開關(guān)元件、過載保護(hù)裝置和電磁閥電器元件。

2.3 機(jī)械和液壓元件

往復(fù)運(yùn)動(dòng)的兩支液壓油缸和與其相連的打料缸、S擺管及控制S擺管運(yùn)動(dòng)的液壓油缸和控制閥組、混凝土輸送管和噴頭等。

3 混凝土泵送單元的工作原理

當(dāng)混凝土泵啟動(dòng)之前，首先要按下混凝土泵的加載開關(guān)，電磁閥Y467動(dòng)作使混凝土供油泵伺服活塞獨(dú)立供油，同時(shí)電磁閥Y465動(dòng)作使三聯(lián)泵的控制油泵（尾泵）加載到190bar，此時(shí)蓄能器壓力從最低約130bar增加到最大壓力190bar。當(dāng)蓄能器蓄壓時(shí)，壓力控制閥會(huì)相應(yīng)地調(diào)整液壓泵配流盤。

由控制油泵輸出的190bar的液壓油經(jīng)40bar減壓閥減壓后輸送到混凝土供油泵作為控制主油泵斜盤角度和方向的控制油路。當(dāng)混凝土泵開關(guān)啟動(dòng)后電磁閥Y466打開，此時(shí)從S形擺管和攪拌器液壓回路來的少量液壓油供給到混凝土泵液壓缸。這避免了打料缸行程的縮短，否則會(huì)導(dǎo)致不正確的輸送率。同時(shí)由可編程控制器（PLC）輸出微弱的信號(hào)電流經(jīng)信號(hào)放大器后變成驅(qū)動(dòng)電磁閥Y492動(dòng)作的脈沖電路，然后電磁閥Y492按信號(hào)比例改變供油口的方向和大小，使40bar壓力油按要求輸送到混凝土泵的伺服活塞，改變主油泵的斜盤的角度和方向，使主油泵液壓油輸送到混凝土液壓油缸，推動(dòng)打料缸活塞前行使混凝土經(jīng)過S擺管輸送出去，在混凝土泵一側(cè)的液壓油缸推進(jìn)的同時(shí)，另外一側(cè)的油缸活塞桿縮回把混凝土吸進(jìn)打料缸桶內(nèi)。當(dāng)混凝土液壓油缸活塞前行到缸筒端蓋附近時(shí)，會(huì)感應(yīng)到安裝在液壓缸筒上的接近開關(guān)B642，然后B642就會(huì)把感應(yīng)到的微弱信號(hào)電流傳到可編程控制器（PLC），然后PLC就會(huì)轉(zhuǎn)換成PLC可識(shí)別的信息，然后與儲(chǔ)存卡的信息進(jìn)行比較分析后，向信號(hào)放大器發(fā)動(dòng)微弱的控制信號(hào)，轉(zhuǎn)變成可驅(qū)動(dòng)混凝土泵控制閥Y492的脈沖電流，然后電磁閥動(dòng)作改變主油泵伺服活塞的角度和方向，從而改變混凝土輸送油缸的供油方向，使兩支混凝土輸送油缸的運(yùn)動(dòng)方向改變，當(dāng)另一只油缸向前移動(dòng)，活塞感應(yīng)到接近開關(guān)B641時(shí)，重復(fù)以上控制方式，使輸送油缸的運(yùn)動(dòng)方向改變。這樣經(jīng)過兩支油缸的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，反復(fù)感應(yīng)裝在油缸上的接近開關(guān)，使兩油缸不間斷地伸出和縮回，打料缸不間斷地從料斗中吸入混凝土和排除混凝土，從而達(dá)到泵送混凝土的目的。

在混凝土輸送油缸做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，S擺管必須同步運(yùn)動(dòng)切換混凝土泵的運(yùn)動(dòng)方向，使S擺管始終對(duì)準(zhǔn)混凝土打料缸的輸出端。通過麥斯特濕噴臺(tái)車混凝土泵工作的原理圖可以看出，通過兩個(gè)傳感器（液壓缸的前段）的接近開關(guān)脈沖可偏轉(zhuǎn)S形擺管4/2路電磁閥，這時(shí)“閃電速度”蓄能器通過該方式排氣（如柱塞氣缸的快速向前沖程發(fā)生時(shí)會(huì)造成S擺管的快速切換），位于混凝土泵液壓缸前段的兩個(gè)接近開關(guān)的脈沖信號(hào)可使S形擺管的4/2電磁閥動(dòng)作，使蓄能器泄壓，切換S形擺管動(dòng)作。

通過對(duì)混凝土泵送單元液壓系統(tǒng)和電路系統(tǒng)的分析，我們了解到混凝土泵送單元在工作過程中，當(dāng)切換S形擺管時(shí)，輸送管內(nèi)會(huì)出現(xiàn)物料間隙，因此會(huì)發(fā)生脈沖現(xiàn)象。因?yàn)辂溗固鼗炷帘醚b有電子控制的液壓補(bǔ)償系統(tǒng)，即當(dāng)兩個(gè)打料缸切換時(shí)，使泵的配油盤偏轉(zhuǎn)，增加主泵流量，因此可將在切換過程中的泵送短缺降至最低，該過程是PLC程序控制中的自動(dòng)調(diào)節(jié)。由于泵送系統(tǒng)的材料流動(dòng)的脈沖被降至最低，因此在噴嘴處幾乎感覺不到噴射的間斷性。

在混凝土泵送單元工作過程中由于混凝土制作過程中的配比變化、水分和水泥減少、骨料增多，導(dǎo)致混凝土的流動(dòng)性下降，在泵送過程中會(huì)出現(xiàn)堵管等現(xiàn)象，當(dāng)壓力達(dá)到245bar時(shí)，就會(huì)接通混凝土泵上壓力開關(guān)B632，此時(shí)混凝土泵反抽控制程序啟動(dòng)，混凝土泵開始反抽輸料管內(nèi)的混凝土，從而減少混凝土熟料管的壓力，反抽進(jìn)行一個(gè)循環(huán)之后會(huì)自動(dòng)停止混凝土泵送單元的運(yùn)行，待混凝土輸送管路清理完堵塞后，重啟混凝土泵。

4 麥斯特濕噴臺(tái)車混凝土泵送單元故障分析

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于其復(fù)雜的工作環(huán)境、超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，再加上維修操作管理不夠規(guī)范，使得設(shè)備故障頻發(fā)，維修成本增加和生產(chǎn)進(jìn)度耽擱。及時(shí)分析設(shè)備故障原因并排除故障，保證設(shè)備的完好率是設(shè)備技術(shù)人員的本質(zhì)工作，然而作為技術(shù)人員了解設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理只是排除設(shè)備故障的基礎(chǔ)，只有對(duì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理有充分的認(rèn)識(shí)，再加上平時(shí)工作經(jīng)驗(yàn)的積累和總結(jié)，才能稱職地做好此項(xiàng)工作，保證設(shè)備的完好率。

4.1 麥斯特濕噴臺(tái)車在混凝土泵送單元所出現(xiàn)的常見

故障

（1）在泵送過程中，電機(jī)主油泵在換向過程中出現(xiàn)異響，S擺管壓力下降，控制S擺管擺動(dòng)的油缸密封的使用壽命嚴(yán)重縮短；（2）在泵送過程中，混凝土輸送液壓油缸經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)活塞桿完全推出而無法縮回的現(xiàn)象，從而使主油泵不能換向而產(chǎn)生異響的聲音；（3）在施工過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)S擺管和混凝土輸送缸無法換向，使主油泵壓力瞬間驟增而產(chǎn)生異響；（4）在施工過程中，打料缸油缸腔有混凝土，混凝土輸送量下降；（5）打料缸靜止，無動(dòng)作，但顯示屏“運(yùn)行”，主油泵沒有出現(xiàn)異響等壓力過高現(xiàn)象；（6）打料缸順序不正確或行程不夠；（7）在施工過程中主泵壓力達(dá)不到系統(tǒng)設(shè)定的壓力，因伺服閥無法正常動(dòng)作而產(chǎn)生憋泵現(xiàn)象。

4.2 麥斯特濕噴臺(tái)車在混凝土泵送單元所出現(xiàn)的常見故障的分析

（1）在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于混凝土輸送油缸的供油泵不能及時(shí)換向?qū)е碌膲毫ι叨a(chǎn)生的異響，除了供給主泵伺服機(jī)構(gòu)的40bar減壓閥的壓力調(diào)整不當(dāng)之外，最常見的原因就是S擺管供油泵磨損內(nèi)泄無法建立油壓，從而使40bar壓力閥壓力無法調(diào)整到最佳位置，在泵送過程中也因?yàn)镾擺管供油泵的內(nèi)卸，使S擺管壓力下降，動(dòng)作緩慢而產(chǎn)生主油泵不能及時(shí)換向。作為控制油泵換向的接近開關(guān)B641或B642只有損壞才會(huì)導(dǎo)致主油泵不換向，如果接近開關(guān)接近距離調(diào)整不當(dāng)未導(dǎo)致主泵動(dòng)作緩慢或者接近開關(guān)的損壞。（2）泵送油缸活塞桿推出去無法縮回而不能進(jìn)行吸料，一般是輸送到有桿腔壓力油100bar損壞或卡死而無法建立油壓，電磁閥Y466損壞而無法打開，輸送缸缸筒有劃痕或者是活塞頭密封老化等原因?qū)е掠袟U腔無法建立油壓。（3）S擺管和打料缸無法換向通常是控制主油泵換向的接近開關(guān)B641或B642損壞所導(dǎo)致。（4）打料缸活塞老化磨損或者是S擺管耐磨板和切割環(huán)磨損超限，無法密封所致。（5）檢查主油泵伺服壓力，一般是40bar減壓閥閥芯卡死而導(dǎo)致壓力無法建立，從而使主油泵和S擺管無法換向所致。（6）混凝土輸送油缸活塞桿腔內(nèi)的油流失所致。（7）主油泵內(nèi)泄無法建立起油壓所致，這樣還會(huì)出現(xiàn)S擺管和主油泵不能換向，主油泵的憋泵壓力很低通常在160bar以下，這樣就需要更換主油泵。設(shè)備出現(xiàn)故障是檢驗(yàn)維修人員排除故障和解決問題的能力，作為維修人員能否盡快排除故障現(xiàn)象跟平時(shí)積累的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)密不可分。麥斯特濕噴臺(tái)車的電路控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)在整臺(tái)設(shè)備的工作過程中是緊密相連的，維修人員如果單純地了解液壓系統(tǒng)或者是電路系統(tǒng)是無法及時(shí)排除故障，甚至找不到故障的根源所在，綜合了解設(shè)備的工作原理和操作原理是排除設(shè)備故障的基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

由于施工設(shè)備在工地上工作條件惡劣、操作和維護(hù)人員責(zé)任心不強(qiáng)、違章作業(yè)、違反操作規(guī)程等現(xiàn)象，造成設(shè)備頻繁地出現(xiàn)故障。在更換液壓油管、添加液壓油時(shí)不按規(guī)定進(jìn)行操作而導(dǎo)致灰塵和雜質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)；操作人員的野蠻操作等導(dǎo)致設(shè)備損壞的現(xiàn)象在工地經(jīng)常發(fā)生。要保證施工設(shè)備安全可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)，要加強(qiáng)操作人員對(duì)設(shè)備的日常檢查和維護(hù)，發(fā)現(xiàn)故障要及時(shí)處理和排除，避免出現(xiàn)大的故障或者是事故；定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)和檢修；加強(qiáng)操作和維修人員的綜合素質(zhì)，做好設(shè)備運(yùn)行和保養(yǎng)記錄，才能使設(shè)備的性能得到充分地發(fā)揮，保證生產(chǎn)的持續(xù)進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 李金朋，余志龍，徐儒村.Spraymec混凝土濕噴臺(tái)車在隧道施工中的應(yīng)用[J].工程機(jī)械與維修，2014，（7）.

作者簡(jiǎn)介：董兆南（1973-），男，安徽淮南人，中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司工程師，研究方向：水利水電施工設(shè)備的管理。

（責(zé)任編輯：王 波）