除雪車滾掃與撤布機液壓系統設計

黃磊 張良軍 羅方娜 胡圣雷

關鍵詞：滾掃 撒布機 液壓系統 液壓測試

冬季北方地區經常出現冰雪天氣，且部分南方地區也因極端氣候而出現大雪冰凍，這嚴重影響了人們的出行和交通安全。除雪車作為一種專用機械，廣泛應用于冬季應急除冰雪作業中，在保障路面暢通方面發揮著重要作用。除雪車一般是在二類底盤、貨車或裝載機等機型上，加裝滾掃、撤布機、除雪鏟、刮冰刀等各類除雪機具而成。其中滾掃是高效、低損傷的機械式除雪機具，而撒布機則是高效的化學除雪機具，這兩者都得到較廣泛的應用。滾掃和撒布機的執行機構主要由液壓系統進行驅動，因此液壓系統的可靠性、節能性、控制性能對除雪車的可靠運行有著重要影響。本文以某多功能除雪車為例，系統地介紹滾掃和撒布機的液壓系統原理、設計計算方法，并通過試驗測試驗證其工作性能，確保系統的可靠性和控制性能。

1某型除雪車的主要功能部件

1.1滾掃的結構與功能要求

滾掃的主體結構如圖1所示，滾掃通過連接支架可與車輛快速連接，也可與除雪鏟等機具快速互換，并共用液壓控制系統;舉升油缸伸縮，可將滾掃提起或放下，以便進行轉場或除雪作業：左右擺動油缸伸縮，可將滾掃左右擺動30°，以便作業時將積雪清理至路沿兩側;滾掃馬達直驅或通過鏈傳動帶動掃刷組件高速旋轉，從而清掃浮雪;滾掃刷毛與地面的接觸深度可通過刷頭調節油缸進行控制，以補償滾刷磨損及適應于不同厚度的浮雪清理。

1.2撤布機的結構與功能要求

撒布機的主體結構如圖2所示，料倉用于儲存融雪劑，其頂部安裝有網罩，可防止大塊物料進入;料倉底部設有刮板式輸送器，輸送器經刮板鏈組件、聯軸器、減速器傳動并由刮板馬達驅動;輸送器上方裝有倒V裝置，可防止物料后溢。作業時，融雪劑裝入料倉，電動推桿將出料倉打開，刮板馬達轉動，通過減速機驅動刮板鏈組件，將融雪劑輸送至接料斗，再經流料槽傳送至拋撤盤;甩盤馬達帶動拋撒盤旋轉，將融雪劑撒布在路面上。撒布作業時，車速<2.3km/h，應能自動停止撒布;當車速≥2.3km/h，通過傳感器檢測車速信息并進行閉環控制，使撒布器按設定參數進行撤布。

2液壓系統工作原理

液壓系統主要由負載敏感變量泵、負載敏感多路閥、各執行元件、液壓附件等組成，液壓原理圖如圖3所示。變量泵由全功率取力器或副發動機驅動，具有壓力切斷和負載敏感控制功能;當系統壓力達到壓力切斷閥設定壓力時，變量泵可自動變量到最小排量，避免大流量溢流;負載敏感閥用來比較換向閥節流口壓降，進而調節泵排量以維持此壓降為設定值。多路閥各工作聯具有比例換向功能，結合變量泵負載敏感定壓差控制，可比例調節輸出流量;且各工作聯配備有閥后壓力補償器，當進行復合動作時，可按開度進行分流比流量分配，一定程度上具備抗流量飽和功能。各動作的控制功能具體如下：a.YV、YV、YV，得電，分別控制滾掃馬達、甩盤馬達、刮板馬達的旋轉，旋轉速度由比例閥的電流進行控制，可10擋無級調速或由程序智能控制調節。b.YV、YV。不得電時，可鎖定舉升油缸，避免油缸下沉;YV、YV得電時，舉升油缸大腔進油，油缸伸出，滾掃上升，便于車輛轉場;YV、YV得電時，舉升油缸小腔進油，滾掃下降，接地作業;YV、YV得電時，舉升油缸可自重下降與地面接觸，可隨路面上下浮動。c.YV、YV分別得電，擺動油缸伸縮，控制滾掃左右擺動，液壓鎖和交叉溢流閥可防止油缸偏移和過載。d.YV、YV分別得電，調刷油缸伸縮，以控制掃刷與地面的接觸深度、補償掃刷的磨損：平衡閥可防止刷頭下降。

3液壓系統計算

以某型除雪車為例，對液壓執行元件的轉速、扭矩和機具關鍵性能參數進行計算校核，如表1所示。

4試驗驗證

4.1滾掃單獨動作

滾掃單獨動作，流量計設置于多路閥A.口，使YV1輸出最大電流，測試不同轉速及不同負載時，A.口輸出流量的穩定性，實測曲線如圖4所示。（l）怠速階段△P約為5bar，1200r/min階段AP約為12bar，怠速及1200r/min階段壓差偏小，低于設定值，原因是泵輸出流量不足;（2）1600r/min以上階段AP約為20bar，A1口流量約142L/min，泵輸出流量可隨轉速變化而自動調整。

4.2甩盤單獨動作

甩盤單獨動作時，流量計設置于多路閥A2口，使YV，輸出最大電流，測試不同轉速下A2口輸出流量的穩定性，實測曲線如圖5所示：不同轉速下，A2口流量穩定在3 7-38L/min，最大相差1L/min，誤差約為2.7%;泵輸出流量足夠，△P約為25bar，與泵上壓差一致。

4.3滾掃+甩盤聯動

滾掃、甩盤同時動作時，流量計設置于多路閥A1、A2口，使YV、YV，均輸出最大電流，測試不同轉速下A1、A2口流量分配特性，實測曲線如圖6所示。（l）怠速階段AP約為6bar，1600r/min階段△P約為16bar，2000r/min階段AP約為19bar;怠速及1600r/min階段壓差偏小，原因為系統流量不足，此時A1、A2口流量仍能按約3.3：1進行流量分配，系統具有抗流量飽和功能;（2）滾掃在不同載荷時，A1、A2口流量分配基本不變，系統流量分配特性較好。

5結論

a.性能達標情況：通過液壓系統設計、計算與試驗驗證可知，液壓系統符合設計要求，具備完善的控制功能，滿足機具的作業性能要求，具備優良的調速、流量分配和抗負載波動性能。

b.存在的問題：液壓系統無溢流損失，較為節能，但是負載敏感系統存在固有的壓差損失，另外復合動作時壓力補償器額外還要消耗一部分壓力，造成了附加的壓差損失。

c.改進建議：針對壓差損失，較理想的方案是增大換向閥通流面積，采用電子排量控制，減少壓差損失;針對復合動作壓力不匹配而產生的補償器壓損，采用雙泵分合流系統，分別適應滾掃和撤布機的負載，并充分利用雙泵的合流性能，系統將更為節能。